電極アレイを検出するための制御回路、方法、及びこれを用いたタッチ制御検出システム
【課題】製造コストを増加させることなく、動作スピードの遅さ、低ＳＮＲの問題を解決する。
【解決手段】実施の形態に係る検出電極アレイの制御回路４１は、信号強度分析器４１２、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６を備える。信号強度分析器４１２は、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する。それぞれの強度信号は、実質的に直流電圧信号である。強度−位相周波数変換器４１５は、強度信号に対応する位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、強度信号のレベルに対応する。位相周波数分析部４１６は、位相周波数信号に基づいて夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得する。
【解決手段】実施の形態に係る検出電極アレイの制御回路４１は、信号強度分析器４１２、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６を備える。信号強度分析器４１２は、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する。それぞれの強度信号は、実質的に直流電圧信号である。強度−位相周波数変換器４１５は、強度信号に対応する位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、強度信号のレベルに対応する。位相周波数分析部４１６は、位相周波数信号に基づいて夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タッチ制御検出システムに関し、特に、タッチ制御検出システムの電極アレイを検出するための制御回路、方法、及びこれを用いたタッチ制御検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチ制御検出システムは、様々なタッチディスプレイシステムに広く用いられてきている。全てのサイズのタッチパネルが、日常的なアプリケーションで見られる。例えば、スマートフォンは小型のタッチパネルを用いており、ＡＴＭは中型のタッチパネルを用いている。
【０００３】
タッチパネルには、主に抵抗型と容量型がある。しかしながら、タッチパネルのタイプに関わらず、夫々のタッチパネルは、タッチパネルの接触領域の存在を検出するために、検出電極アレイと、検出電極アレイの制御回路を必要とする。
【０００４】
図１を参照すると、従来のタッチ制御検出システムの機能ブロック図が示される。従来のタッチ制御検出システム１は、検出電極アレイの制御回路１１、複数のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１２、１３、タッチパネル１４、パルス発生器１５、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路１６を備えている。パルス発生器１５はＭＵＸ１３に接続されており、ＭＵＸ１３はタッチパネル１４に接続されている。タッチパネル１４はまたＭＵＸ１２に接続され、ＭＵＸ１２とＤＳＰ回路１６は、従来の検出電極アレイの制御回路１１に接続されている。
【０００５】
ＭＵＸ１３は、パルス発生器１５によって供給されるパルス信号を受信する。ＭＵＸ１３はまた、クロック信号Clock_Sig、リセット信号Reset_Sigを受信する。クロック信号のトリガに応じて、ＭＵＸ１３は、受信したパルス信号のパルスを順にその複数の出力ポートに伝送する。出力ポートのパルスは、複数の駆動信号Driving_Sigsとして転送される。ＭＵＸ１３の出力ポートはタッチパネル１４の駆動線に夫々接続されている。駆動信号Driving_Sigsは、タッチパネル１４の夫々の駆動線に伝送される。さらに、再度最初の出力ポートから始まる駆動信号Driving_Sigsの転送を行うために、リセット信号Reset_SigはＭＵＸ１３をリセットする。
【０００６】
タッチパネル１４は、検出電極アレイを構成する駆動線、検出線を備える。駆動線は駆動信号を受信し、検出線は検出信号を出力する。駆動線は列方向に配列されており、逆に検出線は行方向に配列されている。要するに、駆動線と検出線は、互いに導電せずに交差するように配列されており、検出電極アレイを形成する。フィールド結合（field coupling）のため、駆動線の駆動信号は、検出線を誘導し検出信号を生成する。タッチパネル１４がタッチされたとき、接触領域の検出線の検出信号が変化する。
【０００７】
ＭＵＸ１２の複数の入力ポートは、検出信号と制御信号を受信する。制御信号に応じて、ＭＵＸ１２は、夫々の検出信号を順に従来の検出電極アレイの制御回路１１に伝送する。換言すると、夫々の検出信号は、異なる時間に従来の検出電極アレイの制御回路１１に伝送される。
【０００８】
従来の検出電極アレイの制御回路１１は、検出信号Sensing_Sigsを受信し、対応する検出線の信号の大きさ（magnitude）を取得する。具体的に言うと、ユーザがタッチパネル１４にタッチした場合、少なくともいくつかの検出信号Sensing_Sigsが変化する。これらの検出信号Sensing_Sigsの変化によって、従来の検出電極アレイの制御回路１１によって得られる検出線の信号の大きさは異なる。従って、後端のＤＳＰ回路１６は、接触、非接触の間の夫々の信号線の信号変化を検出でき、接触領域の特定を達成することができる。
【０００９】
図２を参照すると、タッチパネル１４の構造が示される。タッチパネル１４は、パネル１４１、駆動バッファ１４２、駆動電極１４３、受信電極１４４を含む。駆動バッファ１４２は、駆動信号Driving_Sigsを受信し、これに応じて駆動パルスDrive_Pulsesを生成する。駆動パルスDrive_Pulsesは、駆動電極１４３を介して駆動線に伝送される。検出信号Sensing_Sigsは、受信電極１４４を介してＭＵＸ１２に伝送される。
【００１０】
人間の指がタッチパネル１４に接触したとき、いくつかの駆動パルスDrive_Pulsesによって形成される電界は、フィールド結合により人間の指と結合する。これにより、パネル１４１に人間の指が接触したとき、パネル１４１がタッチされていないときに対して、いくつかの検出信号Sensing_Sigsが異なる。このため、検出信号の変化を検出することにより、人間の指によるタッチパネル１４の接触領域を特定することができる。
【００１１】
図１に戻ると、検出電極アレイの従来の制御回路１１は、積分器１１１、サンプルホールド回路１１２、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１３を含む。積分器１１１はサンプルホールド回路１１２に接続され、サンプルホールド回路１１２はＡＤＣ１１３に接続されている。
【００１２】
積分器１１１の機能が図３に示される。図３は、積分器１１１の入力信号の波形と、出力信号の波形を示している。入力検出信号Sensing_Sigは、積分器１１１によって特定の期間積分され、積分信号Integrated_Sigとして出力される。特定の期間が終了した後、積分器１１１は積分信号Integrated_Sigをダンプする。
【００１３】
図１に戻って、特定の時間が終了すると、サンプルホールド回路１１２は、積分信号Integrated_Sigをサンプリングして、保持し、これに応じてサンプルホールド信号を出力する。サンプルホールド信号は、特定の期間の終了時の積分信号Integrated_Sigの強度値であり、実質的には直流電圧信号である。
【００１４】
ＡＤＣ１１３は、サンプルホールド回路１１２の夫々の信号チャンネルのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１１３は、検出電極アレイの従来の制御回路１１の重要な要素であり、ＡＤＣ１１３は、従来のタッチ制御検出システム１の信号対雑音比（ＳＮＲ）に影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５８６７１１１号明細書
【特許文献２】台湾特許出願公開第Ｍ３７９８０６Ｕ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来のタッチ制御検出システム１の熱雑音及びフリッカー雑音は、逆にＤＣ電圧信号のレベルに影響を及ぼし、ＳＮＲを低下させる。タッチ制御検出システム１の供給電圧が減少すると、ＳＮＲもまた減少する。このため、ＳＮＲ要件を満たすよう、優れた性能を有するＡＤＣ１１３が必要とされている。しかしながら、優れた性能を有するものは高価であり、タッチ制御検出システム１の製造コストの増加につながる。
【００１７】
さらに、中型又は大型のタッチパネルの信号経路上の寄生容量及び容量は、小型のタッチパネルのそれよりも大きい。従って、従来の中型又は大型のタッチパネルを有するタッチ制御検出システムは、雑音が大きく、電荷移動損失が発生する。換言すると、従来の中型又は大型のタッチパネルを有するタッチ制御検出システムは、小さいＳＮＲを有する。
【００１８】
ベースライン（baseline）のためのデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）は、従来のＡＤＣを有する検出電極アレイの制御回路にしばしば含まれており、全体のＳＮＲは増加する。しかしながら、タッチされた後のタッチパネルのＤＣ電圧信号レベルの変化は小さく、ＤＣ電圧信号は雑音障害により影響を受けやすくなる。このため、ＳＮＲの増加は制限される。
【００１９】
さらに、積分器１１１はまた雑音障害によって影響を受けやすく、タッチ制御検出システムのＳＮＲを増加させることが難しい。さらに、積分器１１１は処理時間が長く、夫々の演算に２４〜４０μｓかかる。このため、タッチ制御検出システムの動作スピードを向上させることは難しい。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本開示の一態様は、製造コストを増加させることなく、動作スピードの遅さ、低ＳＮＲの問題を解決する、タッチ制御検出システムの検出電極アレイの制御回路を提供する。
【００２１】
検出電極アレイの制御回路は、信号強度分析器、強度−位相周波数変換器、位相周波数分析部を備える。信号強度分析器は、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する。それぞれの強度信号は、実質的に直流電圧信号である。強度−位相周波数変換器は、強度信号に対応する位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記強度信号のレベルに対応する。位相周波数分析部は、位相周波数信号に基づいて夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得する
【００２２】
本開示の他の態様は、タッチ制御検出システムに用いられる検出電極アレイの方法を提供する。まず、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に応じて、対応する強度信号が取得される。それぞれの強度信号は実質的に直流電圧信号である。次に、対応する位相周波数信号がそれぞれの強度信号に応じて生成される。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、対応する強度信号のレベルに関連する。そして、位相周波数信号に応じて、夫々の検出線に対応する信号の大きさが取得される。
【００２３】
さらに本開示の態様はタッチ制御検出システムを提供する。タッチ制御検出システムは、タッチパネル、上述の検出電極アレイの制御回路を含む。タッチパネルは、検出電極アレイを有する。
【発明の効果】
【００２４】
つまり、従来の検出電極アレイの制御回路を用いた従来のタッチ制御検出システムと比較すると、本開示の上述の検出電極アレイの制御回路又は方法を用いたタッチ制御検出システムは、従来のタッチスクリーンシステムよりも高いＳＮＲ、速い動作速度を有する。本開示のタッチ制御検出システムは、高いＳＮＲを有することから、タッチ制御検出システムによって、中型又は大型のタッチパネルを適用することができる。
【００２５】
本開示の特徴及び技術的な内容を理解するために、本開示に関する詳細な説明及び添付の図面が以下に言及される。しかしながら、添付の図面は、本開示のスコープを制限するために用いられるものではなく、単に例示の目的のために示される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の検出電極アレイの制御回路の機能ブロック図である。
【図２】タッチパネルの構造を示す模式図である。
【図３】積分器の入力信号と出力信号の波形を示す図である。
【図４】本開示の実施形態に係るタッチ制御検出システムの機能ブロック図である。
【図５】タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラス（active stylus）である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図である。
【図６】タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス（passive stylus）又は指である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図である。
【図７】本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートである。
【図８】本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９２の詳細なステップを示すフローチャートである。
【図９】本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９３の詳細なステップを示すフローチャートである。
【図１０】本開示の他の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図４を参照すると、本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの機能ブロック図が示される。タッチ制御検出システム４は、マルチオペレーションモードでの動作に適用される。タッチパネルに接触する手段は、ユーザの指や駆動信号を供給しないパッシブスタイラス又は駆動信号を供給できるアクティブスタイラスである。タッチ制御検出システム４は、検出電極アレイの制御回路４１、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４２、４３、タッチパネル４４、駆動信号発生器４５、計算処理部４６を備えている。駆動信号発生器４５はＭＵＸ４３に接続されており、ＭＵＸ４３はタッチパネル４４に接続されている。タッチパネル４４はまたＭＵＸ４２に接続されており、ＭＵＸ４２は検出電極アレイの制御回路４１に接続されている。計算処理部４６はＭＵＸ４２、４３、駆動信号発生器４５及び検出電極アレイの制御回路４１に接続されている。
【００２８】
実施の形態では、タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプは、計算処理部４６によって判定されうる。このため、計算処理部４６は、各駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを受信するために、駆動信号発生器４５、ＭＵＸ４３を有効又は無効にすることができる。タッチパネル４４に接触する手段がユーザの指やパッシブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は有効になる。また、タッチパネル４４に接触する手段がアクティブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は無効になる。
【００２９】
計算処理部４６、駆動信号発生器４５、ＭＵＸ４２、４３は、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）として形成することができる。検出電極アレイの制御回路４１とＭＣＵは、制御チップセットとしてさらに集積することができる。
【００３０】
さらに、計算処理部４６は、タッチパネル４４に接触する時点に用いられている手段のタイプを判定するために、ユーザがタッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプを変更するかを検知する。さらに、計算処理部４６は、他の検出方法によって、タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプを自動的に判定することができる。例えば、タッチパネルに接触する異なる手段の駆動信号の動作周波数、信号の振幅は異なるので、計算処理部４６は駆動信号の動作周波数や信号の振幅を検出することによってタッチパネルに接触するのに用いられる手段のタイプを判定できる。
【００３１】
タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は、駆動信号Driving_Sigsをまとめた総信号（sum signal）を、当該総信号を受信するＭＵＸ４３に供給する。ＭＵＸ４３はまたクロック信号Clock_Sigとリセット信号Reset_Sigを受信する。ＭＵＸ４３は、クロック信号Clock_Sigに応じて、ＭＵＸ４３の出力ポートから順に総信号の駆動信号Driving_Sigsを出力する。ＭＵＸ４３の出力ポートは、タッチパネル４４の駆動線に夫々接続されている。駆動信号Driving_Sigsは、タッチパネル４４の駆動線に夫々伝送される。さらに、最初の出力ポートから再度駆動信号Driving_Sigsを出力するために、リセット信号Reset_SigはＭＵＸ４３をリセットする。
【００３２】
タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスの場合、ＭＵＸ４３は、夫々の駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを受信し、計算処理部４６の制御により検出電極アレイの制御回路４１に夫々の駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを転送する。さらに、計算処理部４６の制御により、ＭＵＸ４２、４３は、検出線の検出信号Sensing_Sigsと駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigsとを順に、異なる時間に、検出電極アレイの制御回路４１に転送する。
【００３３】
特に、駆動信号Driving_Sigsは、周期的なパルス、周期的な矩形波信号、周期的なのこぎり波信号、正弦波信号、周期的な三角波信号、又は他のタイプの周期的な信号を有するパルス信号でありうる。要約すると、駆動信号のタイプは、本開示に限定されない。
【００３４】
タッチパネル４４は、検出電極アレイを形成する複数の駆動線と複数の検出線を有している。駆動線は駆動信号を受信し、検出線は検出信号を出力する。駆動線は列方向に配列されており、逆に検出線は行方向に配列されている。要するに、駆動線と検出線は互いに導電せず、交差するように配列されており、検出電極アレイを形成する。フィールド結合のため、駆動線の駆動信号は、検出線を誘導し検出信号を生成する。タッチパネル４４がタッチされたとき、接触領域の検出線の検出信号が変化する。
【００３５】
ＭＵＸ４２の入力ポートは検出信号Sensing_Sigsを受信し、ＭＵＸ４２はさらに制御信号Control_Sigを受信する。制御信号Control_Sigに応じて、ＭＵＸ４２は、検出電極アレイの制御回路４１に順に夫々の検出信号Sensing_Sigsを転送する。換言すると、夫々の検出信号Sensing_Sigsは、異なる時間に検出電極アレイの制御回路４１に転送される。さらに、タッチ制御検出システム４の全体の動作スピードを向上させるために、ＭＵＸ４２、４３は高速ＭＵＸを用いることができる。例えば、高速ＭＵＸは、５００ＭＨｚでＤＣの広帯域信号の処理が可能なものである。
【００３６】
従来の検出電極アレイの制御回路と異なり、検出電極アレイの制御回路４１は、積分器やＡＤＣを必要としない。さらに、検出電極アレイの制御回路４１は、より高いＳＮＲを有している。タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、検出電極アレイの制御回路４１は、中波又は高周波の夫々の検出信号Sensing_Sigを低周波の強度信号（intensity signal）（実質的にＤＣ電圧信号）へ変換する。例えば、ピーク検出器が、強度信号としてピーク信号を取得するために用いられる。又は、包絡線検出器が強度信号として包絡線信号を取得するために用いられる。
【００３７】
タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、検出電極アレイの制御回路４１は、中波又は高周波の夫々の検出信号Sensing_Sig及び夫々の駆動線信号DrvLine_Sigを低周波の強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）に変換する。そして、検出電極アレイの制御回路４１は、低周波の強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）に応じて位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の位相、周波数、これらの組合せは強度信号のレベルに応じて変化する。
【００３８】
その後、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラ又はユーザの指である場合、検出電極アレイの制御回路４１は、位相周波数信号を分析し、対応する検出電極の信号の大きさ（magnitude）を取得する。後端の計算処理部４６は、対応する信号の大きさに応じて夫々の検出線の信号変化を判定し、タッチパネル４４の接触領域を決定する。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、検出電極アレイの制御回路４１は、対応する信号線の信号の大きさを取得するために対応する検出線の位相周波数信号を分析し、対応する駆動線の信号の大きさを得るために対応する駆動線の位相周波数信号を分析する。
【００３９】
次に、検出電極アレイの制御回路４１の構成要素についてさらに説明する。検出電極アレイの制御回路４１は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４１１、信号強度分析器４１２、スイッチ４１３、プログラマブル利得増幅器（ＰＧＡ）４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６を含む。ＬＮＡ４１１は信号強度分析器４１２に接続されており、信号強度分析器４１２はスイッチ４１３に接続されている。
【００４０】
スイッチ４１３はＰＧＡ４１４に接続されており、ＰＧＡ４１４は強度−位相周波数変換器４１５に接続されている。強度−位相周波数変換器４１５は、位相周波数分析部４１６に接続されている。検出電極アレイの制御回路４１の夫々の構成要素の以下の説明は、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指であるとの前提に基づいている。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合は、以下に参照される。従って、重複する説明は行わない。
【００４１】
タッチ制御検出システム４は、少なくとも一つのＬＮＡ４１１を用い、検出信号Sensing_Sigを増幅する。例えば、ＬＮＡ４１１は、５００ＭＨｚでＤＣの広帯域信号を処理する低雑音プログラマブル利得増幅器を用いることができる。さらに、タッチ制御検出システム４が検出信号Sensing_Sigの検出に劣っている場合、さらに低雑音増幅器を追加することができ、また、ＬＮＡ４１１のゲインを調整することも可能である。
【００４２】
しかしながら、検出信号Sensing_Sigが低雑音であり、強度−位相周波数変換器４１５及び位相周波数分析部４１６が十分な分解能を有している場合、ＬＮＡ４１１は、標準的な増幅器に置き換えることができる。さらに、検出信号Sensing_Sigが低雑音、低減衰である場合、ＬＮＡ４１１は、検出電極アレイの制御回路４１から省略することも可能である。
【００４３】
信号強度分析器４１２は、増幅された検出信号Sensing_Sigを受信し、中波又は高周波の検出信号Sensing_Sigを低周波の強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）に変換する。低周波の強度信号がピーク信号であるとき、信号強度分析器４１２はピーク検出器を用いることができる。反対に、低周波の強度信号が包絡信号であるとき、信号強度分析器４１２は包絡検出器を用いることができる。
【００４４】
信号強度分析器４１２によって出力される強度信号は、検出信号が積分器とサンプルホールド回路を経過した後の出力信号と同様であり、これらはすべて実質的にＤＣ電圧信号である。しかしながら、積分器と比較すると、信号強度分析器４１２は、動作速度が速い。このため、タッチ制御検出システム４の動作速度を効果的に向上させることができる。
【００４５】
例えば、信号強度分析器４１２がピーク検出器の場合、ＭＵＸ４２からピーク検出器への処置時間は、通常１μｓより短い。１μｓの処理時間は、積分器によってかかる時間（２４〜４０μｓ）よりも非常に短い。このため、タッチ制御検出システム４のｓ動作速度は従来のタッチ制御検出システムよりも早くなる。さらに、信号強度分析器４１２は、強度信号をフィルタし、増幅する、フィルタと増幅器を含んでもよい。
【００４６】
スイッチ４１３は、夫々対応する信号チャンネルに検出線の強度信号を送信する。換言すると、次のＰＧＡ４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６は全てマルチ信号チャンネルを有しており、夫々の信号チャンネルは検出線に対応している。
【００４７】
ＰＧＡ４１４は、利得を調整することができる増幅器である。ＰＧＡ４１４は、夫々の信号チャンネルの強度信号を増幅するために用いられる。夫々の信号チャンネルの利得は異なる。簡単に言うと、ＰＧＡ４１４は、強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）のＤＣ電圧のレベルを調整し、調整された強度信号を強度−位相周波数変換器４１５に転送するものである。さらに、強度−位相周波数変換器４１５が十分な感度を有している場合、ＰＧＡ４１４は検出電極アレイの制御回路４１から除外してもよい。
【００４８】
強度−位相周波数変換器４１５は、夫々の信号チャンネルの強度信号を位相周波数信号に変換する。位相周波数信号の位相、周波数又はこれらの組合せは、強度信号のレベルに応じて変化する。例えば、強度−位相周波数変換器４１５は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いることができる。入力される強度信号が高いレベルである場合、高い周波数を有する位相周波数信号が出力される。入力される強度信号が低いレベルである場合、低い周波数の位相周波数信号が生成される。
【００４９】
特に、強度−位相周波数変換器４１５は、ＶＣＯのみに限定されるものではない。例えば、強度−位相周波数変換器４１５は、位相変調器を用いることができる。入力される強度信号のレベルが高い場合、大きい位相の位相周波数信号が出力される。入力される強度信号のレベルが低い場合、小さい位相の位相周波数信号が生成される。強度−位相周波数変換器４１５は、位相及び周波数の両方を調整する位相周波数変調器を用いることも可能である。入力される強度信号のレベルが大きい場合、大きい位相、高い周波数の位相周波数信号が出力される。入力される強度信号のレベルが低い場合、小さい位相、低い周波数の位相周波数信号が生成される。
【００５０】
コミュニケーション理論（communication theory）によれば、信号レベルが伝送されるデータを示すために用いられる場合、伝送されるデータは雑音障害に起因して誤りになる傾向にある。この理由は、レベルが雑音障害によって容易に影響を受けるためである。しかしながら、信号の位相及び周波数が伝送されるデータを示すのに適用される場合、伝送されるデータは雑音障害に起因した誤りとなる可能性が低くなる。この理由は、位相及び周波数は雑音障害によって容易に影響を受けないからである。
【００５１】
検出電極アレイの制御回路４１は強度信号に応じて位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の位相、周波数又はこれらの組合せは強度信号のレベルに応じて変化する。従って、接触領域に関する情報は、位相周波数信号の周波数、位相又はこれらの組合せによって表わされる。従来の接触領域の情報を表わすのにサンプルホールド信号のレベルを用いるタッチ制御検出システムと比較すると、タッチ制御検出システム４は高いＳＮＲを有する。
【００５２】
説明のために、ここでは強度−位相周波数変換器４１５がＶＣＯであるものとする。例えば、最も高い出力周波数Ｆ２と最も低い出力周波数Ｆ１の差が８ＭＨｚであるとする。雑音によって生じる周波数オフセットΔＦは、１２．３ＫＨｚである。
【００５３】
タッチパネル４４がユーザによってタッチされていない場合、強度信号のＤＣ電圧のレベルは高くなる。このため、ＶＣＯによって出力される位相周波数信号の周波数はＦ２となる。しかしながら、タッチパネル４４がユーザによってタッチされた場合、接触領域の検出線の検出信号は変化する。この変化は、強度信号のＤＣ電圧のレベルに落ちる。このため、ＶＣＯは、Ｆ１の周波数を有する位相周波数信号を出力する。単純な計算によってＳＮＲは６５０に達する（ＳＮＲ＝（Ｆ２−Ｆ１）／ΔＦ）。
【００５４】
従って、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、検出電極アレイの制御回路４１を用いたタッチ制御検出システム４は、高いＳＮＲと早い動作スピードを有する。タッチ制御検出システム４は高いＳＮＲを有しているため、タッチパネル４４を中型又は大型化することができる。簡単にいうと、タッチパネル４４がタッチされると、ＶＣＯにより生成される位相周波数信号の周波数の変化は十分に大きく、雑音効果に対して脆弱ではない。従って、ＳＮＲが向上する。
【００５５】
位相周波数分析部４１６は、対応する検出線の対応する信号の大きさ（magnitude）を取得するために、夫々の位相周波数信号を分析する。計算処理部４６は、制御信号Control_Sig又はリセット信号Reset_Sigを生成し、夫々の信号の大きさに応じて夫々の検出線の信号変化を検出することによってタッチパネル４４上の接触領域を判定する。さらに、計算処理部４６は、接触領域の項目を選択する等、接触領域の対応するコマンドを実行することができる。
【００５６】
位相周波数分析部４１６は、強度−位相周波数変換器４１５の実施に応じて実施される。例えば、強度−位相周波数変換器４１５がＶＣＯである場合、位相周波数分析部４１６は単に周波数カウンタ又はより複雑な周波数弁別器を用いることができる。強度−位相周波数変換器４１５が位相変調器である場合、位相周波数分析部４１６は位相復調器を用いることができる。強度−位相周波数変換器４１５が位相周波数変調器である場合、位相周波数分析部４１６は位相周波数復調器を用いることができる。
【００５７】
位相周波数分析部４１６が単に周波数カウンタである場合、位相周波数信号の周波数が測定され、対応する検出線の信号の大きさが夫々の位相周波数信号に応じて取得される。前述のスイッチ４１３は、検出電極アレイの制御回路４１から省略することができる。さらに、ＰＧＡ４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６は、一つのみの信号チャンネルの信号を処理できるものであってもよい。このような構成では、位相周波数分析部４１６は、夫々の検出線の信号の大きさを順に計算処理部４６に伝送する。
【００５８】
要約すると、強度−位相周波数変換器４１５が低位相雑音を有しており、タッチ制御検出システム４が高いＳＮＲを有しているため、タッチ制御検出システム４は、ベースライン（baseline）のＤＡＣを必要としない。タッチパネル４４のサイズを中型又は大型にできる。さらに、強度−位相周波数変換器４１５のハードウエアコストは低く、製造コストを抑えることができる。
【００５９】
図５を参照すると、タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図が示される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラス４８である場合、タッチ制御検出システム４の機能ブロック図は、タッチ制御検出システム５と等価である。一方、図４の駆動信号発生器４５は機能しない。従って、駆動信号発生器４５は、図５では示されていない。図５のタッチ制御検出システム５のタッチパネル４４の検出電極アレイは、例えば、検出線Ｓ１、Ｓ２、駆動線Ｄ１、Ｄ２を有しているが、本開示はこれに限定されない。
【００６０】
タッチパネル４４の駆動信号Driving_Sigは、アクティブスタイラス４８から供給される。接触領域の夫々の駆動線及び夫々の検出線は、夫々駆動信号DrvLine_Sig、検出信号Sensing_Sigを生成する。ＭＵＸ４２は、検出信号Sensing_S1、Sensing_S2を制御信号Control_Siに応じて異なる時間に順に検出電極アレイの制御回路４１に転送する。ＭＵＸ４３は、タッチパネル４４の駆動線信号DrvLine_D1、駆動線信号DrvLine_D2を異なる時間に検出電極アレイの制御回路４１に転送する。換言すると、検出電極アレイの制御回路４１は、駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2、検出信号Sensing_S1、Sensing_S2を異なる時間に受信する。
【００６１】
タッチパネル４４がアクティブスタイラス４８によりタッチされていない場合、駆動信号は存在しない。タッチパネル４４がアクティブスタイラス４８によりタッチされている場合、アクティブスタイラス４８は接触領域の駆動線に駆動信号Driving_Sigを供給し、フィールドカップリングに起因して検出線に、対応する検出信号が生成される。駆動信号Driving_Sigが正弦波である場合、検出信号もまた実質的に正弦波信号である。このため、接触領域の検出線の検出信号、駆動線の駆動線信号は、ＬＮＡ４１１を経過した後、信号強度分析器４１２によって強度信号に変換される。強度信号がスイッチ４１３及びＰＧＡ４１４を通過した後、強度−位相周波数変換器４１５は、夫々の強度信号に応じて対応する位相周波数信号を生成できる。
【００６２】
位相周波数分析部４１６は、検出信号、駆動線信から変換された位相周波数信号を受信し、夫々対応する検出線又は駆動線の信号の大きさを得るために、位相周波数信号を分析する。計算処理部４６は、信号の大きさに応じて夫々対応する検出線又は駆動線の信号変化を検出する。
【００６３】
タッチパネル４４がタッチされていない場合、検出線Ｓ１、Ｓ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2に応じて位相周波数信号が生成される。駆動線Ｄ１、Ｄ２の駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2は、高い周波数と大きい位相又はこれらの組合せを有する。
【００６４】
しかしながら、接触領域が検出線Ｓ２と駆動線Ｄ２により交差した領域である場合、正弦波が駆動信号Driving_Sigに応じて検出線Ｓ２に誘導され、駆動線Ｄ２は駆動線信号DrvLine_D2を生成するために駆動信号Driving_Sigを受信する。このため、駆動線Ｄ２の駆動線信号DrvLine_D2及び検出線Ｓ２の検出信号Sensing_S2は正弦波である。従って、駆動線信号DrvLine_D2及び検出信号Sensing_S2に応じて生成される位相周波数信号は、低い周波数、小さい位相又はこれらの組合せである。同様に、計算処理部４６は、検出線Ｓ２と駆動線Ｄ２により交差する領域を接触領域として判定できる。
【００６５】
さらに、タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスの場合、強度−位相周波数変換器４１５が強度信号に応じて位相周波数信号を生成する方法は、タッチパネルに接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスの場合と反対である。詳細には、強度信号が大きい場合、強度−位相周波数変換器４１５によって生成される位相周波数信号は、低い周波数、小さい位相、またはこれらの組合せであり、逆の場合も同様である。このため、計算処理部４６が接触領域を検出する方法は換える必要がない。しかしながら、実施の形態は、本開示に限定されない。他の実施の形態では、強度−位相周波数変換器４１５が位相周波数信号を生成する方法は異ならず、タッチパネルに接触するのに用いられる手段に依存する。また、このような場合、計算処理部４６はが接触領域を検出する方法は変更される。
【００６６】
図６を参照すると、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス（passive stylus）又はユーザの指である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図が示される。タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、タッチ制御検出システム４は、図６のタッチ制御検出システム６と等価となる。タッチ制御検出システム６のタッチパネル４４の検出電極アレイは、例えば、検出線Ｓ、Ｓ２、駆動線Ｄ１、ｄ２を用いている。このため、ＭＵＸ４３は、駆動信号Driving_D1、Driving_D2を出力する。駆動信号Driving_D1、Driving_D2は、夫々時間Ｔ１、Ｔ２の正弦波である。
【００６７】
タッチパネル４４がタッチされていない場合、検出線Ｓ１、Ｓ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2は、時間Ｔ１、Ｔ２の正弦波である。このとき、時間Ｔ１、Ｔ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2に応じて生成される２つの位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せを有する。
【００６８】
接触領域が検出線Ｓ１と駆動線Ｄ２との交差領域である場合、検出線Ｓ２の検出信号Sensing_S2は時間Ｔ１、Ｔ２で正弦波であり、検出線Ｓ１の検出信号Sensing_S1は、時間Ｔ１で正弦波である。このとき、時間Ｔ１、Ｔ２での検出信号Sensing_S2に応じて生成される位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せである。また、時間Ｔ１での検出信号Sensing_S1に応じて生成される位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せである。位相周波数分析部４１６は、周波数が低くなるか、位相が小さくなるか、又はこれらの両方が発生するかを検出する。計算処理部４６は、その後、検出線Ｓ１と駆動線Ｄ２による交差領域を接触領域として判定する。
【００６９】
図７を参照すると、本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートが示される。図７の検出電極アレイの制御方法は、デュアルオペレーションモードのタッチ制御検出システムに適用可能である。提案されたシステムにおいてタッチパネルに接触するのに用いられる手段は、ユーザの指、パッシブスタイラス、アクティブスタイラスを用いることができる。
【００７０】
初めに、ステップＳ９１において、タッチパネルに接触する手段が判定される。当該手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、ステップＳ９２が実行される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、ステップＳ９３が実行される。
【００７１】
ステップＳ９２では、図８の検出電極アレイの制御方法の全てのステップが実行される。ステップＳ９３では、図９の検出電極アレイの制御方法の全てのステップが実行される。ステップＳ９１では、例えば、物理的なキースイッチによって実現されうる。換言すると、ユーザは、手動で物理的なキーを操作して、タッチパネルに接触するのに用いられるタッチ手段のタイプを切り替えることができる。しかしながら、本開示はこれに限定されない。
【００７２】
図８を参照すると、本開示の一実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９２の詳細なステップを示すフローチャートが示される。タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給しないユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、タッチ制御検出システムの駆動信号発生器が複数の駆動信号をタッチパネルの複数の駆動線に供給する。
【００７３】
まず、ステップＳ７１において、検出線の検出信号が受信される。次に、ステップＳ７２において、検出信号は実質的にＤＣ電圧信号である強度信号を得るために変換される。例えば、検出信号は、強度信号を得るために、包絡線又はピーク検出がなされる。特に、ステップＳ７２の前に、検出信号は、強度信号を得るために変換される前に低雑音増幅されてもよい。
【００７４】
次に、ステップＳ７３において、強度信号に応じて位相周波数信号が生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、又はこれらの組合せは、対応する強度信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ７３の前に、強度信号は、個別に増幅強度信号を生成するために増幅されてもよい。そして、ステップＳ７３において、位相周波数信号は、増幅強度信号に応じて生成される。
【００７５】
そして、ステップＳ７４において、夫々の位相周波数信号が対応する検出線の信号の大きさを得るために分析される。
【００７６】
図９を参照すると、本開示の一実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９３の詳細なステップを示すフローチャートが示される。タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給することが可能なアクティブスタイラスである場合、アクティブスタイラスは、タッチ制御検出システムのタッチパネルに駆動信号を供給する。
【００７７】
まず、ステップＳ８１において、検出線の検出信号及び駆動線の駆動線信号が受信される。次に、ステップＳ８２において、検出信号と駆動線信号が、実質的にＤＣ電圧信号である強度信号を得るために変換される。例えば、検出信号と駆動線信号は、強度信号を得るために、包絡線又はピーク検出がなされる。特に、ステップＳ８２に先立って、検出信号と駆動線信号は、強度信号を得るために変換される前に低雑音増幅されてもよい。
【００７８】
次に、ステップＳ８３において、強度信号に応じて位相周波数信号が生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、又はこれらの組合せは、対応する強度信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ８３に先立って、強度信号は、個別に増幅強度信号を生成するために増幅されてもよい。そして、ステップＳ８３において、位相周波数信号は、増幅強度信号に応じて生成される。そして、ステップＳ８４において、夫々の位相周波数信号は、対応する検出線又は駆動線の信号の大きさを得るために分析される。
【００７９】
図１０を参照すると、本開示の他の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートが示される。図１０の検出電極アレイの制御方法は、デュアルオペレーションモードのタッチ制御検出システムに適用可能である。タッチパネルに接触するのに用いられる手段は、ユーザの指、パッシブスタイラス、アクティブスタイラスである。
【００８０】
最初に、ステップＳ１０１において、検出線の検出信号が受信される。次に、ステップＳ１０２において、タッチパネルに接触する手段のタイプが判定される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、ステップＳ１０３が実行される。タッチパネルに接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、ステップＳ１０４が実行される。ステップＳ１０２では動作周波数及び／又は駆動信号の振幅が検出され、タッチパネルに接触する手段のタイプが判定される。例えば、アクティブスタイラスから供給される駆動信号の周波数が１ＭＨｚである場合、駆動信号発生器は２５０ＫＨｚである。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。
【００８１】
ステップＳ１０３では、駆動線の駆動線信号が受信され、強度信号を得るために駆動線の駆動線信号が処理される。特に、ステップＳ１０３に先立って、強度信号に変換される前に、駆動線信号は低雑音増幅されてもよい。
【００８２】
ステップＳ１０４では、強度信号を得るために、検出線の検出信号が処理される。同様に、ステップＳ１０４に先立って、強度信号を得るために変換される前に、検出信号は強低雑音増幅されてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０５では、位相周波数信号が強度信号に応じて生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、これらの組み合わせは、対応する強度信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ１０５に先立って、増幅強度信号を得るために強度信号は夫々増幅される。このため、ステップＳ１０５では、位相周波数信号は、増幅強度信号に応じて生成されうる。
【００８４】
そして、ステップＳ１０６では、対応する検出（又は駆動）線の信号の大きさを得るために、夫々の位相周波数信号が分析される。
【００８５】
上記の説明を要約すると、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、本開示の検出電極アレイの制御回路を用いたタッチ制御検出システムは、高いＳＮＲを有し、積分器を必要としないため、タッチ制御検出システムは早い動作速度を備える。さらに、検出電極アレイの制御回路を用いたタッチ検出システムは、ベースラインにＤＡＣを必要としない。このため、ＳＮＲが向上し、タッチパネルのサイズを中型又は大型にすることができる。
【００８６】
上記の説明は、単に本開示の好ましい実施の形態を説明するものであり、本開示の特徴は決してこれに限定されるものではない。当業者によって便宜的に考慮された全ての変更、交代、改良は、後述の特許請求の範囲によって示される開示のスコープ内に包含されるとみなされる。
【符号の説明】
【００８７】
４ タッチ制御検出システム
５ タッチ制御検出システム
６ タッチ制御検出システム
４１ 制御回路
４２ ＭＵＸ
４３ ＭＵＸ
４４ タッチパネル
４５ 駆動信号発生器
４６ 計算処理部
４８ アクティブスタイラス
４１１ ＬＮＡ
４１２ 信号強度分析器
４１３ スイッチ
４１４ ＰＧＡ
４１５ 強度−位相周波数変換器
４１６ 位相周波数分析部
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タッチ制御検出システムに関し、特に、タッチ制御検出システムの電極アレイを検出するための制御回路、方法、及びこれを用いたタッチ制御検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチ制御検出システムは、様々なタッチディスプレイシステムに広く用いられてきている。全てのサイズのタッチパネルが、日常的なアプリケーションで見られる。例えば、スマートフォンは小型のタッチパネルを用いており、ＡＴＭは中型のタッチパネルを用いている。
【０００３】
タッチパネルには、主に抵抗型と容量型がある。しかしながら、タッチパネルのタイプに関わらず、夫々のタッチパネルは、タッチパネルの接触領域の存在を検出するために、検出電極アレイと、検出電極アレイの制御回路を必要とする。
【０００４】
図１を参照すると、従来のタッチ制御検出システムの機能ブロック図が示される。従来のタッチ制御検出システム１は、検出電極アレイの制御回路１１、複数のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１２、１３、タッチパネル１４、パルス発生器１５、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路１６を備えている。パルス発生器１５はＭＵＸ１３に接続されており、ＭＵＸ１３はタッチパネル１４に接続されている。タッチパネル１４はまたＭＵＸ１２に接続され、ＭＵＸ１２とＤＳＰ回路１６は、従来の検出電極アレイの制御回路１１に接続されている。
【０００５】
ＭＵＸ１３は、パルス発生器１５によって供給されるパルス信号を受信する。ＭＵＸ１３はまた、クロック信号Clock_Sig、リセット信号Reset_Sigを受信する。クロック信号のトリガに応じて、ＭＵＸ１３は、受信したパルス信号のパルスを順にその複数の出力ポートに伝送する。出力ポートのパルスは、複数の駆動信号Driving_Sigsとして転送される。ＭＵＸ１３の出力ポートはタッチパネル１４の駆動線に夫々接続されている。駆動信号Driving_Sigsは、タッチパネル１４の夫々の駆動線に伝送される。さらに、再度最初の出力ポートから始まる駆動信号Driving_Sigsの転送を行うために、リセット信号Reset_SigはＭＵＸ１３をリセットする。
【０００６】
タッチパネル１４は、検出電極アレイを構成する駆動線、検出線を備える。駆動線は駆動信号を受信し、検出線は検出信号を出力する。駆動線は列方向に配列されており、逆に検出線は行方向に配列されている。要するに、駆動線と検出線は、互いに導電せずに交差するように配列されており、検出電極アレイを形成する。フィールド結合（field coupling）のため、駆動線の駆動信号は、検出線を誘導し検出信号を生成する。タッチパネル１４がタッチされたとき、接触領域の検出線の検出信号が変化する。
【０００７】
ＭＵＸ１２の複数の入力ポートは、検出信号と制御信号を受信する。制御信号に応じて、ＭＵＸ１２は、夫々の検出信号を順に従来の検出電極アレイの制御回路１１に伝送する。換言すると、夫々の検出信号は、異なる時間に従来の検出電極アレイの制御回路１１に伝送される。
【０００８】
従来の検出電極アレイの制御回路１１は、検出信号Sensing_Sigsを受信し、対応する検出線の信号の大きさ（magnitude）を取得する。具体的に言うと、ユーザがタッチパネル１４にタッチした場合、少なくともいくつかの検出信号Sensing_Sigsが変化する。これらの検出信号Sensing_Sigsの変化によって、従来の検出電極アレイの制御回路１１によって得られる検出線の信号の大きさは異なる。従って、後端のＤＳＰ回路１６は、接触、非接触の間の夫々の信号線の信号変化を検出でき、接触領域の特定を達成することができる。
【０００９】
図２を参照すると、タッチパネル１４の構造が示される。タッチパネル１４は、パネル１４１、駆動バッファ１４２、駆動電極１４３、受信電極１４４を含む。駆動バッファ１４２は、駆動信号Driving_Sigsを受信し、これに応じて駆動パルスDrive_Pulsesを生成する。駆動パルスDrive_Pulsesは、駆動電極１４３を介して駆動線に伝送される。検出信号Sensing_Sigsは、受信電極１４４を介してＭＵＸ１２に伝送される。
【００１０】
人間の指がタッチパネル１４に接触したとき、いくつかの駆動パルスDrive_Pulsesによって形成される電界は、フィールド結合により人間の指と結合する。これにより、パネル１４１に人間の指が接触したとき、パネル１４１がタッチされていないときに対して、いくつかの検出信号Sensing_Sigsが異なる。このため、検出信号の変化を検出することにより、人間の指によるタッチパネル１４の接触領域を特定することができる。
【００１１】
図１に戻ると、検出電極アレイの従来の制御回路１１は、積分器１１１、サンプルホールド回路１１２、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１３を含む。積分器１１１はサンプルホールド回路１１２に接続され、サンプルホールド回路１１２はＡＤＣ１１３に接続されている。
【００１２】
積分器１１１の機能が図３に示される。図３は、積分器１１１の入力信号の波形と、出力信号の波形を示している。入力検出信号Sensing_Sigは、積分器１１１によって特定の期間積分され、積分信号Integrated_Sigとして出力される。特定の期間が終了した後、積分器１１１は積分信号Integrated_Sigをダンプする。
【００１３】
図１に戻って、特定の時間が終了すると、サンプルホールド回路１１２は、積分信号Integrated_Sigをサンプリングして、保持し、これに応じてサンプルホールド信号を出力する。サンプルホールド信号は、特定の期間の終了時の積分信号Integrated_Sigの強度値であり、実質的には直流電圧信号である。
【００１４】
ＡＤＣ１１３は、サンプルホールド回路１１２の夫々の信号チャンネルのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１１３は、検出電極アレイの従来の制御回路１１の重要な要素であり、ＡＤＣ１１３は、従来のタッチ制御検出システム１の信号対雑音比（ＳＮＲ）に影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５８６７１１１号明細書
【特許文献２】台湾特許出願公開第Ｍ３７９８０６Ｕ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来のタッチ制御検出システム１の熱雑音及びフリッカー雑音は、逆にＤＣ電圧信号のレベルに影響を及ぼし、ＳＮＲを低下させる。タッチ制御検出システム１の供給電圧が減少すると、ＳＮＲもまた減少する。このため、ＳＮＲ要件を満たすよう、優れた性能を有するＡＤＣ１１３が必要とされている。しかしながら、優れた性能を有するものは高価であり、タッチ制御検出システム１の製造コストの増加につながる。
【００１７】
さらに、中型又は大型のタッチパネルの信号経路上の寄生容量及び容量は、小型のタッチパネルのそれよりも大きい。従って、従来の中型又は大型のタッチパネルを有するタッチ制御検出システムは、雑音が大きく、電荷移動損失が発生する。換言すると、従来の中型又は大型のタッチパネルを有するタッチ制御検出システムは、小さいＳＮＲを有する。
【００１８】
ベースライン（baseline）のためのデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）は、従来のＡＤＣを有する検出電極アレイの制御回路にしばしば含まれており、全体のＳＮＲは増加する。しかしながら、タッチされた後のタッチパネルのＤＣ電圧信号レベルの変化は小さく、ＤＣ電圧信号は雑音障害により影響を受けやすくなる。このため、ＳＮＲの増加は制限される。
【００１９】
さらに、積分器１１１はまた雑音障害によって影響を受けやすく、タッチ制御検出システムのＳＮＲを増加させることが難しい。さらに、積分器１１１は処理時間が長く、夫々の演算に２４〜４０μｓかかる。このため、タッチ制御検出システムの動作スピードを向上させることは難しい。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本開示の一態様は、製造コストを増加させることなく、動作スピードの遅さ、低ＳＮＲの問題を解決する、タッチ制御検出システムの検出電極アレイの制御回路を提供する。
【００２１】
検出電極アレイの制御回路は、信号強度分析器、強度−位相周波数変換器、位相周波数分析部を備える。信号強度分析器は、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する。それぞれの強度信号は、実質的に直流電圧信号である。強度−位相周波数変換器は、強度信号に対応する位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記強度信号のレベルに対応する。位相周波数分析部は、位相周波数信号に基づいて夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得する
【００２２】
本開示の他の態様は、タッチ制御検出システムに用いられる検出電極アレイの方法を提供する。まず、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に応じて、対応する強度信号が取得される。それぞれの強度信号は実質的に直流電圧信号である。次に、対応する位相周波数信号がそれぞれの強度信号に応じて生成される。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、対応する強度信号のレベルに関連する。そして、位相周波数信号に応じて、夫々の検出線に対応する信号の大きさが取得される。
【００２３】
さらに本開示の態様はタッチ制御検出システムを提供する。タッチ制御検出システムは、タッチパネル、上述の検出電極アレイの制御回路を含む。タッチパネルは、検出電極アレイを有する。
【発明の効果】
【００２４】
つまり、従来の検出電極アレイの制御回路を用いた従来のタッチ制御検出システムと比較すると、本開示の上述の検出電極アレイの制御回路又は方法を用いたタッチ制御検出システムは、従来のタッチスクリーンシステムよりも高いＳＮＲ、速い動作速度を有する。本開示のタッチ制御検出システムは、高いＳＮＲを有することから、タッチ制御検出システムによって、中型又は大型のタッチパネルを適用することができる。
【００２５】
本開示の特徴及び技術的な内容を理解するために、本開示に関する詳細な説明及び添付の図面が以下に言及される。しかしながら、添付の図面は、本開示のスコープを制限するために用いられるものではなく、単に例示の目的のために示される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の検出電極アレイの制御回路の機能ブロック図である。
【図２】タッチパネルの構造を示す模式図である。
【図３】積分器の入力信号と出力信号の波形を示す図である。
【図４】本開示の実施形態に係るタッチ制御検出システムの機能ブロック図である。
【図５】タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラス（active stylus）である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図である。
【図６】タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス（passive stylus）又は指である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図である。
【図７】本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートである。
【図８】本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９２の詳細なステップを示すフローチャートである。
【図９】本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９３の詳細なステップを示すフローチャートである。
【図１０】本開示の他の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図４を参照すると、本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの機能ブロック図が示される。タッチ制御検出システム４は、マルチオペレーションモードでの動作に適用される。タッチパネルに接触する手段は、ユーザの指や駆動信号を供給しないパッシブスタイラス又は駆動信号を供給できるアクティブスタイラスである。タッチ制御検出システム４は、検出電極アレイの制御回路４１、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４２、４３、タッチパネル４４、駆動信号発生器４５、計算処理部４６を備えている。駆動信号発生器４５はＭＵＸ４３に接続されており、ＭＵＸ４３はタッチパネル４４に接続されている。タッチパネル４４はまたＭＵＸ４２に接続されており、ＭＵＸ４２は検出電極アレイの制御回路４１に接続されている。計算処理部４６はＭＵＸ４２、４３、駆動信号発生器４５及び検出電極アレイの制御回路４１に接続されている。
【００２８】
実施の形態では、タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプは、計算処理部４６によって判定されうる。このため、計算処理部４６は、各駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを受信するために、駆動信号発生器４５、ＭＵＸ４３を有効又は無効にすることができる。タッチパネル４４に接触する手段がユーザの指やパッシブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は有効になる。また、タッチパネル４４に接触する手段がアクティブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は無効になる。
【００２９】
計算処理部４６、駆動信号発生器４５、ＭＵＸ４２、４３は、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）として形成することができる。検出電極アレイの制御回路４１とＭＣＵは、制御チップセットとしてさらに集積することができる。
【００３０】
さらに、計算処理部４６は、タッチパネル４４に接触する時点に用いられている手段のタイプを判定するために、ユーザがタッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプを変更するかを検知する。さらに、計算処理部４６は、他の検出方法によって、タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプを自動的に判定することができる。例えば、タッチパネルに接触する異なる手段の駆動信号の動作周波数、信号の振幅は異なるので、計算処理部４６は駆動信号の動作周波数や信号の振幅を検出することによってタッチパネルに接触するのに用いられる手段のタイプを判定できる。
【００３１】
タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は、駆動信号Driving_Sigsをまとめた総信号（sum signal）を、当該総信号を受信するＭＵＸ４３に供給する。ＭＵＸ４３はまたクロック信号Clock_Sigとリセット信号Reset_Sigを受信する。ＭＵＸ４３は、クロック信号Clock_Sigに応じて、ＭＵＸ４３の出力ポートから順に総信号の駆動信号Driving_Sigsを出力する。ＭＵＸ４３の出力ポートは、タッチパネル４４の駆動線に夫々接続されている。駆動信号Driving_Sigsは、タッチパネル４４の駆動線に夫々伝送される。さらに、最初の出力ポートから再度駆動信号Driving_Sigsを出力するために、リセット信号Reset_SigはＭＵＸ４３をリセットする。
【００３２】
タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスの場合、ＭＵＸ４３は、夫々の駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを受信し、計算処理部４６の制御により検出電極アレイの制御回路４１に夫々の駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを転送する。さらに、計算処理部４６の制御により、ＭＵＸ４２、４３は、検出線の検出信号Sensing_Sigsと駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigsとを順に、異なる時間に、検出電極アレイの制御回路４１に転送する。
【００３３】
特に、駆動信号Driving_Sigsは、周期的なパルス、周期的な矩形波信号、周期的なのこぎり波信号、正弦波信号、周期的な三角波信号、又は他のタイプの周期的な信号を有するパルス信号でありうる。要約すると、駆動信号のタイプは、本開示に限定されない。
【００３４】
タッチパネル４４は、検出電極アレイを形成する複数の駆動線と複数の検出線を有している。駆動線は駆動信号を受信し、検出線は検出信号を出力する。駆動線は列方向に配列されており、逆に検出線は行方向に配列されている。要するに、駆動線と検出線は互いに導電せず、交差するように配列されており、検出電極アレイを形成する。フィールド結合のため、駆動線の駆動信号は、検出線を誘導し検出信号を生成する。タッチパネル４４がタッチされたとき、接触領域の検出線の検出信号が変化する。
【００３５】
ＭＵＸ４２の入力ポートは検出信号Sensing_Sigsを受信し、ＭＵＸ４２はさらに制御信号Control_Sigを受信する。制御信号Control_Sigに応じて、ＭＵＸ４２は、検出電極アレイの制御回路４１に順に夫々の検出信号Sensing_Sigsを転送する。換言すると、夫々の検出信号Sensing_Sigsは、異なる時間に検出電極アレイの制御回路４１に転送される。さらに、タッチ制御検出システム４の全体の動作スピードを向上させるために、ＭＵＸ４２、４３は高速ＭＵＸを用いることができる。例えば、高速ＭＵＸは、５００ＭＨｚでＤＣの広帯域信号の処理が可能なものである。
【００３６】
従来の検出電極アレイの制御回路と異なり、検出電極アレイの制御回路４１は、積分器やＡＤＣを必要としない。さらに、検出電極アレイの制御回路４１は、より高いＳＮＲを有している。タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、検出電極アレイの制御回路４１は、中波又は高周波の夫々の検出信号Sensing_Sigを低周波の強度信号（intensity signal）（実質的にＤＣ電圧信号）へ変換する。例えば、ピーク検出器が、強度信号としてピーク信号を取得するために用いられる。又は、包絡線検出器が強度信号として包絡線信号を取得するために用いられる。
【００３７】
タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、検出電極アレイの制御回路４１は、中波又は高周波の夫々の検出信号Sensing_Sig及び夫々の駆動線信号DrvLine_Sigを低周波の強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）に変換する。そして、検出電極アレイの制御回路４１は、低周波の強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）に応じて位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の位相、周波数、これらの組合せは強度信号のレベルに応じて変化する。
【００３８】
その後、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラ又はユーザの指である場合、検出電極アレイの制御回路４１は、位相周波数信号を分析し、対応する検出電極の信号の大きさ（magnitude）を取得する。後端の計算処理部４６は、対応する信号の大きさに応じて夫々の検出線の信号変化を判定し、タッチパネル４４の接触領域を決定する。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、検出電極アレイの制御回路４１は、対応する信号線の信号の大きさを取得するために対応する検出線の位相周波数信号を分析し、対応する駆動線の信号の大きさを得るために対応する駆動線の位相周波数信号を分析する。
【００３９】
次に、検出電極アレイの制御回路４１の構成要素についてさらに説明する。検出電極アレイの制御回路４１は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４１１、信号強度分析器４１２、スイッチ４１３、プログラマブル利得増幅器（ＰＧＡ）４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６を含む。ＬＮＡ４１１は信号強度分析器４１２に接続されており、信号強度分析器４１２はスイッチ４１３に接続されている。
【００４０】
スイッチ４１３はＰＧＡ４１４に接続されており、ＰＧＡ４１４は強度−位相周波数変換器４１５に接続されている。強度−位相周波数変換器４１５は、位相周波数分析部４１６に接続されている。検出電極アレイの制御回路４１の夫々の構成要素の以下の説明は、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指であるとの前提に基づいている。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合は、以下に参照される。従って、重複する説明は行わない。
【００４１】
タッチ制御検出システム４は、少なくとも一つのＬＮＡ４１１を用い、検出信号Sensing_Sigを増幅する。例えば、ＬＮＡ４１１は、５００ＭＨｚでＤＣの広帯域信号を処理する低雑音プログラマブル利得増幅器を用いることができる。さらに、タッチ制御検出システム４が検出信号Sensing_Sigの検出に劣っている場合、さらに低雑音増幅器を追加することができ、また、ＬＮＡ４１１のゲインを調整することも可能である。
【００４２】
しかしながら、検出信号Sensing_Sigが低雑音であり、強度−位相周波数変換器４１５及び位相周波数分析部４１６が十分な分解能を有している場合、ＬＮＡ４１１は、標準的な増幅器に置き換えることができる。さらに、検出信号Sensing_Sigが低雑音、低減衰である場合、ＬＮＡ４１１は、検出電極アレイの制御回路４１から省略することも可能である。
【００４３】
信号強度分析器４１２は、増幅された検出信号Sensing_Sigを受信し、中波又は高周波の検出信号Sensing_Sigを低周波の強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）に変換する。低周波の強度信号がピーク信号であるとき、信号強度分析器４１２はピーク検出器を用いることができる。反対に、低周波の強度信号が包絡信号であるとき、信号強度分析器４１２は包絡検出器を用いることができる。
【００４４】
信号強度分析器４１２によって出力される強度信号は、検出信号が積分器とサンプルホールド回路を経過した後の出力信号と同様であり、これらはすべて実質的にＤＣ電圧信号である。しかしながら、積分器と比較すると、信号強度分析器４１２は、動作速度が速い。このため、タッチ制御検出システム４の動作速度を効果的に向上させることができる。
【００４５】
例えば、信号強度分析器４１２がピーク検出器の場合、ＭＵＸ４２からピーク検出器への処置時間は、通常１μｓより短い。１μｓの処理時間は、積分器によってかかる時間（２４〜４０μｓ）よりも非常に短い。このため、タッチ制御検出システム４のｓ動作速度は従来のタッチ制御検出システムよりも早くなる。さらに、信号強度分析器４１２は、強度信号をフィルタし、増幅する、フィルタと増幅器を含んでもよい。
【００４６】
スイッチ４１３は、夫々対応する信号チャンネルに検出線の強度信号を送信する。換言すると、次のＰＧＡ４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６は全てマルチ信号チャンネルを有しており、夫々の信号チャンネルは検出線に対応している。
【００４７】
ＰＧＡ４１４は、利得を調整することができる増幅器である。ＰＧＡ４１４は、夫々の信号チャンネルの強度信号を増幅するために用いられる。夫々の信号チャンネルの利得は異なる。簡単に言うと、ＰＧＡ４１４は、強度信号（実質的にＤＣ電圧信号）のＤＣ電圧のレベルを調整し、調整された強度信号を強度−位相周波数変換器４１５に転送するものである。さらに、強度−位相周波数変換器４１５が十分な感度を有している場合、ＰＧＡ４１４は検出電極アレイの制御回路４１から除外してもよい。
【００４８】
強度−位相周波数変換器４１５は、夫々の信号チャンネルの強度信号を位相周波数信号に変換する。位相周波数信号の位相、周波数又はこれらの組合せは、強度信号のレベルに応じて変化する。例えば、強度−位相周波数変換器４１５は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いることができる。入力される強度信号が高いレベルである場合、高い周波数を有する位相周波数信号が出力される。入力される強度信号が低いレベルである場合、低い周波数の位相周波数信号が生成される。
【００４９】
特に、強度−位相周波数変換器４１５は、ＶＣＯのみに限定されるものではない。例えば、強度−位相周波数変換器４１５は、位相変調器を用いることができる。入力される強度信号のレベルが高い場合、大きい位相の位相周波数信号が出力される。入力される強度信号のレベルが低い場合、小さい位相の位相周波数信号が生成される。強度−位相周波数変換器４１５は、位相及び周波数の両方を調整する位相周波数変調器を用いることも可能である。入力される強度信号のレベルが大きい場合、大きい位相、高い周波数の位相周波数信号が出力される。入力される強度信号のレベルが低い場合、小さい位相、低い周波数の位相周波数信号が生成される。
【００５０】
コミュニケーション理論（communication theory）によれば、信号レベルが伝送されるデータを示すために用いられる場合、伝送されるデータは雑音障害に起因して誤りになる傾向にある。この理由は、レベルが雑音障害によって容易に影響を受けるためである。しかしながら、信号の位相及び周波数が伝送されるデータを示すのに適用される場合、伝送されるデータは雑音障害に起因した誤りとなる可能性が低くなる。この理由は、位相及び周波数は雑音障害によって容易に影響を受けないからである。
【００５１】
検出電極アレイの制御回路４１は強度信号に応じて位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の位相、周波数又はこれらの組合せは強度信号のレベルに応じて変化する。従って、接触領域に関する情報は、位相周波数信号の周波数、位相又はこれらの組合せによって表わされる。従来の接触領域の情報を表わすのにサンプルホールド信号のレベルを用いるタッチ制御検出システムと比較すると、タッチ制御検出システム４は高いＳＮＲを有する。
【００５２】
説明のために、ここでは強度−位相周波数変換器４１５がＶＣＯであるものとする。例えば、最も高い出力周波数Ｆ２と最も低い出力周波数Ｆ１の差が８ＭＨｚであるとする。雑音によって生じる周波数オフセットΔＦは、１２．３ＫＨｚである。
【００５３】
タッチパネル４４がユーザによってタッチされていない場合、強度信号のＤＣ電圧のレベルは高くなる。このため、ＶＣＯによって出力される位相周波数信号の周波数はＦ２となる。しかしながら、タッチパネル４４がユーザによってタッチされた場合、接触領域の検出線の検出信号は変化する。この変化は、強度信号のＤＣ電圧のレベルに落ちる。このため、ＶＣＯは、Ｆ１の周波数を有する位相周波数信号を出力する。単純な計算によってＳＮＲは６５０に達する（ＳＮＲ＝（Ｆ２−Ｆ１）／ΔＦ）。
【００５４】
従って、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、検出電極アレイの制御回路４１を用いたタッチ制御検出システム４は、高いＳＮＲと早い動作スピードを有する。タッチ制御検出システム４は高いＳＮＲを有しているため、タッチパネル４４を中型又は大型化することができる。簡単にいうと、タッチパネル４４がタッチされると、ＶＣＯにより生成される位相周波数信号の周波数の変化は十分に大きく、雑音効果に対して脆弱ではない。従って、ＳＮＲが向上する。
【００５５】
位相周波数分析部４１６は、対応する検出線の対応する信号の大きさ（magnitude）を取得するために、夫々の位相周波数信号を分析する。計算処理部４６は、制御信号Control_Sig又はリセット信号Reset_Sigを生成し、夫々の信号の大きさに応じて夫々の検出線の信号変化を検出することによってタッチパネル４４上の接触領域を判定する。さらに、計算処理部４６は、接触領域の項目を選択する等、接触領域の対応するコマンドを実行することができる。
【００５６】
位相周波数分析部４１６は、強度−位相周波数変換器４１５の実施に応じて実施される。例えば、強度−位相周波数変換器４１５がＶＣＯである場合、位相周波数分析部４１６は単に周波数カウンタ又はより複雑な周波数弁別器を用いることができる。強度−位相周波数変換器４１５が位相変調器である場合、位相周波数分析部４１６は位相復調器を用いることができる。強度−位相周波数変換器４１５が位相周波数変調器である場合、位相周波数分析部４１６は位相周波数復調器を用いることができる。
【００５７】
位相周波数分析部４１６が単に周波数カウンタである場合、位相周波数信号の周波数が測定され、対応する検出線の信号の大きさが夫々の位相周波数信号に応じて取得される。前述のスイッチ４１３は、検出電極アレイの制御回路４１から省略することができる。さらに、ＰＧＡ４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６は、一つのみの信号チャンネルの信号を処理できるものであってもよい。このような構成では、位相周波数分析部４１６は、夫々の検出線の信号の大きさを順に計算処理部４６に伝送する。
【００５８】
要約すると、強度−位相周波数変換器４１５が低位相雑音を有しており、タッチ制御検出システム４が高いＳＮＲを有しているため、タッチ制御検出システム４は、ベースライン（baseline）のＤＡＣを必要としない。タッチパネル４４のサイズを中型又は大型にできる。さらに、強度−位相周波数変換器４１５のハードウエアコストは低く、製造コストを抑えることができる。
【００５９】
図５を参照すると、タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図が示される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラス４８である場合、タッチ制御検出システム４の機能ブロック図は、タッチ制御検出システム５と等価である。一方、図４の駆動信号発生器４５は機能しない。従って、駆動信号発生器４５は、図５では示されていない。図５のタッチ制御検出システム５のタッチパネル４４の検出電極アレイは、例えば、検出線Ｓ１、Ｓ２、駆動線Ｄ１、Ｄ２を有しているが、本開示はこれに限定されない。
【００６０】
タッチパネル４４の駆動信号Driving_Sigは、アクティブスタイラス４８から供給される。接触領域の夫々の駆動線及び夫々の検出線は、夫々駆動信号DrvLine_Sig、検出信号Sensing_Sigを生成する。ＭＵＸ４２は、検出信号Sensing_S1、Sensing_S2を制御信号Control_Siに応じて異なる時間に順に検出電極アレイの制御回路４１に転送する。ＭＵＸ４３は、タッチパネル４４の駆動線信号DrvLine_D1、駆動線信号DrvLine_D2を異なる時間に検出電極アレイの制御回路４１に転送する。換言すると、検出電極アレイの制御回路４１は、駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2、検出信号Sensing_S1、Sensing_S2を異なる時間に受信する。
【００６１】
タッチパネル４４がアクティブスタイラス４８によりタッチされていない場合、駆動信号は存在しない。タッチパネル４４がアクティブスタイラス４８によりタッチされている場合、アクティブスタイラス４８は接触領域の駆動線に駆動信号Driving_Sigを供給し、フィールドカップリングに起因して検出線に、対応する検出信号が生成される。駆動信号Driving_Sigが正弦波である場合、検出信号もまた実質的に正弦波信号である。このため、接触領域の検出線の検出信号、駆動線の駆動線信号は、ＬＮＡ４１１を経過した後、信号強度分析器４１２によって強度信号に変換される。強度信号がスイッチ４１３及びＰＧＡ４１４を通過した後、強度−位相周波数変換器４１５は、夫々の強度信号に応じて対応する位相周波数信号を生成できる。
【００６２】
位相周波数分析部４１６は、検出信号、駆動線信から変換された位相周波数信号を受信し、夫々対応する検出線又は駆動線の信号の大きさを得るために、位相周波数信号を分析する。計算処理部４６は、信号の大きさに応じて夫々対応する検出線又は駆動線の信号変化を検出する。
【００６３】
タッチパネル４４がタッチされていない場合、検出線Ｓ１、Ｓ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2に応じて位相周波数信号が生成される。駆動線Ｄ１、Ｄ２の駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2は、高い周波数と大きい位相又はこれらの組合せを有する。
【００６４】
しかしながら、接触領域が検出線Ｓ２と駆動線Ｄ２により交差した領域である場合、正弦波が駆動信号Driving_Sigに応じて検出線Ｓ２に誘導され、駆動線Ｄ２は駆動線信号DrvLine_D2を生成するために駆動信号Driving_Sigを受信する。このため、駆動線Ｄ２の駆動線信号DrvLine_D2及び検出線Ｓ２の検出信号Sensing_S2は正弦波である。従って、駆動線信号DrvLine_D2及び検出信号Sensing_S2に応じて生成される位相周波数信号は、低い周波数、小さい位相又はこれらの組合せである。同様に、計算処理部４６は、検出線Ｓ２と駆動線Ｄ２により交差する領域を接触領域として判定できる。
【００６５】
さらに、タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスの場合、強度−位相周波数変換器４１５が強度信号に応じて位相周波数信号を生成する方法は、タッチパネルに接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスの場合と反対である。詳細には、強度信号が大きい場合、強度−位相周波数変換器４１５によって生成される位相周波数信号は、低い周波数、小さい位相、またはこれらの組合せであり、逆の場合も同様である。このため、計算処理部４６が接触領域を検出する方法は換える必要がない。しかしながら、実施の形態は、本開示に限定されない。他の実施の形態では、強度−位相周波数変換器４１５が位相周波数信号を生成する方法は異ならず、タッチパネルに接触するのに用いられる手段に依存する。また、このような場合、計算処理部４６はが接触領域を検出する方法は変更される。
【００６６】
図６を参照すると、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス（passive stylus）又はユーザの指である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図が示される。タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、タッチ制御検出システム４は、図６のタッチ制御検出システム６と等価となる。タッチ制御検出システム６のタッチパネル４４の検出電極アレイは、例えば、検出線Ｓ、Ｓ２、駆動線Ｄ１、ｄ２を用いている。このため、ＭＵＸ４３は、駆動信号Driving_D1、Driving_D2を出力する。駆動信号Driving_D1、Driving_D2は、夫々時間Ｔ１、Ｔ２の正弦波である。
【００６７】
タッチパネル４４がタッチされていない場合、検出線Ｓ１、Ｓ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2は、時間Ｔ１、Ｔ２の正弦波である。このとき、時間Ｔ１、Ｔ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2に応じて生成される２つの位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せを有する。
【００６８】
接触領域が検出線Ｓ１と駆動線Ｄ２との交差領域である場合、検出線Ｓ２の検出信号Sensing_S2は時間Ｔ１、Ｔ２で正弦波であり、検出線Ｓ１の検出信号Sensing_S1は、時間Ｔ１で正弦波である。このとき、時間Ｔ１、Ｔ２での検出信号Sensing_S2に応じて生成される位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せである。また、時間Ｔ１での検出信号Sensing_S1に応じて生成される位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せである。位相周波数分析部４１６は、周波数が低くなるか、位相が小さくなるか、又はこれらの両方が発生するかを検出する。計算処理部４６は、その後、検出線Ｓ１と駆動線Ｄ２による交差領域を接触領域として判定する。
【００６９】
図７を参照すると、本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートが示される。図７の検出電極アレイの制御方法は、デュアルオペレーションモードのタッチ制御検出システムに適用可能である。提案されたシステムにおいてタッチパネルに接触するのに用いられる手段は、ユーザの指、パッシブスタイラス、アクティブスタイラスを用いることができる。
【００７０】
初めに、ステップＳ９１において、タッチパネルに接触する手段が判定される。当該手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、ステップＳ９２が実行される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、ステップＳ９３が実行される。
【００７１】
ステップＳ９２では、図８の検出電極アレイの制御方法の全てのステップが実行される。ステップＳ９３では、図９の検出電極アレイの制御方法の全てのステップが実行される。ステップＳ９１では、例えば、物理的なキースイッチによって実現されうる。換言すると、ユーザは、手動で物理的なキーを操作して、タッチパネルに接触するのに用いられるタッチ手段のタイプを切り替えることができる。しかしながら、本開示はこれに限定されない。
【００７２】
図８を参照すると、本開示の一実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９２の詳細なステップを示すフローチャートが示される。タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給しないユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、タッチ制御検出システムの駆動信号発生器が複数の駆動信号をタッチパネルの複数の駆動線に供給する。
【００７３】
まず、ステップＳ７１において、検出線の検出信号が受信される。次に、ステップＳ７２において、検出信号は実質的にＤＣ電圧信号である強度信号を得るために変換される。例えば、検出信号は、強度信号を得るために、包絡線又はピーク検出がなされる。特に、ステップＳ７２の前に、検出信号は、強度信号を得るために変換される前に低雑音増幅されてもよい。
【００７４】
次に、ステップＳ７３において、強度信号に応じて位相周波数信号が生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、又はこれらの組合せは、対応する強度信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ７３の前に、強度信号は、個別に増幅強度信号を生成するために増幅されてもよい。そして、ステップＳ７３において、位相周波数信号は、増幅強度信号に応じて生成される。
【００７５】
そして、ステップＳ７４において、夫々の位相周波数信号が対応する検出線の信号の大きさを得るために分析される。
【００７６】
図９を参照すると、本開示の一実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９３の詳細なステップを示すフローチャートが示される。タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給することが可能なアクティブスタイラスである場合、アクティブスタイラスは、タッチ制御検出システムのタッチパネルに駆動信号を供給する。
【００７７】
まず、ステップＳ８１において、検出線の検出信号及び駆動線の駆動線信号が受信される。次に、ステップＳ８２において、検出信号と駆動線信号が、実質的にＤＣ電圧信号である強度信号を得るために変換される。例えば、検出信号と駆動線信号は、強度信号を得るために、包絡線又はピーク検出がなされる。特に、ステップＳ８２に先立って、検出信号と駆動線信号は、強度信号を得るために変換される前に低雑音増幅されてもよい。
【００７８】
次に、ステップＳ８３において、強度信号に応じて位相周波数信号が生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、又はこれらの組合せは、対応する強度信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ８３に先立って、強度信号は、個別に増幅強度信号を生成するために増幅されてもよい。そして、ステップＳ８３において、位相周波数信号は、増幅強度信号に応じて生成される。そして、ステップＳ８４において、夫々の位相周波数信号は、対応する検出線又は駆動線の信号の大きさを得るために分析される。
【００７９】
図１０を参照すると、本開示の他の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートが示される。図１０の検出電極アレイの制御方法は、デュアルオペレーションモードのタッチ制御検出システムに適用可能である。タッチパネルに接触するのに用いられる手段は、ユーザの指、パッシブスタイラス、アクティブスタイラスである。
【００８０】
最初に、ステップＳ１０１において、検出線の検出信号が受信される。次に、ステップＳ１０２において、タッチパネルに接触する手段のタイプが判定される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、ステップＳ１０３が実行される。タッチパネルに接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、ステップＳ１０４が実行される。ステップＳ１０２では動作周波数及び／又は駆動信号の振幅が検出され、タッチパネルに接触する手段のタイプが判定される。例えば、アクティブスタイラスから供給される駆動信号の周波数が１ＭＨｚである場合、駆動信号発生器は２５０ＫＨｚである。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。
【００８１】
ステップＳ１０３では、駆動線の駆動線信号が受信され、強度信号を得るために駆動線の駆動線信号が処理される。特に、ステップＳ１０３に先立って、強度信号に変換される前に、駆動線信号は低雑音増幅されてもよい。
【００８２】
ステップＳ１０４では、強度信号を得るために、検出線の検出信号が処理される。同様に、ステップＳ１０４に先立って、強度信号を得るために変換される前に、検出信号は強低雑音増幅されてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０５では、位相周波数信号が強度信号に応じて生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、これらの組み合わせは、対応する強度信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ１０５に先立って、増幅強度信号を得るために強度信号は夫々増幅される。このため、ステップＳ１０５では、位相周波数信号は、増幅強度信号に応じて生成されうる。
【００８４】
そして、ステップＳ１０６では、対応する検出（又は駆動）線の信号の大きさを得るために、夫々の位相周波数信号が分析される。
【００８５】
上記の説明を要約すると、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、本開示の検出電極アレイの制御回路を用いたタッチ制御検出システムは、高いＳＮＲを有し、積分器を必要としないため、タッチ制御検出システムは早い動作速度を備える。さらに、検出電極アレイの制御回路を用いたタッチ検出システムは、ベースラインにＤＡＣを必要としない。このため、ＳＮＲが向上し、タッチパネルのサイズを中型又は大型にすることができる。
【００８６】
上記の説明は、単に本開示の好ましい実施の形態を説明するものであり、本開示の特徴は決してこれに限定されるものではない。当業者によって便宜的に考慮された全ての変更、交代、改良は、後述の特許請求の範囲によって示される開示のスコープ内に包含されるとみなされる。
【符号の説明】
【００８７】
４ タッチ制御検出システム
５ タッチ制御検出システム
６ タッチ制御検出システム
４１ 制御回路
４２ ＭＵＸ
４３ ＭＵＸ
４４ タッチパネル
４５ 駆動信号発生器
４６ 計算処理部
４８ アクティブスタイラス
４１１ ＬＮＡ
４１２ 信号強度分析器
４１３ スイッチ
４１４ ＰＧＡ
４１５ 強度−位相周波数変換器
４１６ 位相周波数分析部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する信号強度分析器と、
前記強度信号に対応する位相周波数信号を生成する強度−位相周波数変換器と、
前記位相周波数信号に基づいて夫々の前記検出線に対応する信号の大きさを取得する位相周波数分析部と、
を備え、
前記強度信号は、実質的に直流電圧信号であり、
前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記強度信号のレベルに対応する、
検出電極アレイの制御回路。
【請求項２】
前記信号強度分析器は、ピーク検出器又は包絡線検出器である請求項１に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項３】
前記強度−位相周波数変換器は、電圧制御発振器、位相変調器又は位相周波数変調器であり、
前記強度−位相周波数変換器が電圧制御発振器である場合、前記位相周波数分析部は周波数カウンタ又は周波数弁別器であり、
前記強度−位相周波数変換器が位相変調器である場合、前記位相周波数分析部は位相復調器であり、
前記強度−位相周波数変換器が位相周波数変調器である場合、前記位相周波数分析部は位相周波数復調器である、
請求項１又は２に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項４】
前記信号強度分析器は、前記検出電極アレイの夫々の駆動線の駆動線信号に対応する強度信号を取得し、
前記位相周波数分析部は、さらに夫々の前記駆動線に対応する前記位相周波数信号に基づいて、夫々の前記駆動線に対応する信号の大きさを取得する請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項５】
前記検出信号の低雑音増幅を行う低雑音増幅器と、
前記強度信号を複数の信号チャンネルに伝送するスイッチと、
夫々の信号チャンネル伝送される強度信号を調整し、調整された強度信号を強度−位相周波数変換器に伝送するプログラマブル利得増幅器と、
をさらに備え、
前記信号強度分析器は、夫々の低雑音増幅された検出信号を受信し、対応する前記強度信号を生成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項６】
検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得し、
前記強度信号に対応する位相周波数信号を生成し、
前記位相周波数信号に基づいて、夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得し、
前記強度信号は実質的に直流電圧信号であり、
前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は前記強度信号のレベルに関連する、
タッチ制御検出システムで用いられる検出電極アレイの制御方法。
【請求項７】
前記強度信号は、ピーク検出又は包絡線検出が行われた前記検出信号に基づいて生成される請求項６に記載の検出電極アレイの制御方法。
【請求項８】
前記位相周波数信号を生成するために、前記強度信号の受信に、電圧制御発振器、位相変調器又は位相周波数変調器が用いられ、
前記強度信号に対応する前記位相周波数信号が電圧制御発振器により生成される場合、周波数カウンタ又は周波数弁別器が前記位相周波数に応じた前記信号の大きさの取得に用いられ、
前記強度信号に対応する前記位相周波数信号が位相変調器により生成される場合、位相復調器が前記位相周波数に応じた前記信号の大きさの取得に用いられ、
前記強度信号に対応する前記位相周波数信号が位相周波数変調器により生成される場合、位相周波数復調器が前記位相周波数に応じた前記信号の大きさの取得に用いられる、
請求項６又は７に記載の検出電極アレイの制御方法。
【請求項９】
前記検出電極アレイの夫々の駆動線の駆動線信号に対応する強度信号を取得し、
前記駆動線に対応する前記移動周波数信号基づいて、対応する駆動線の信号の大きさを取得する、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の検出電極アレイの制御方法。
【請求項１０】
検出電極アレイを含むタッチパネルと、
前記検出電極アレイの制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する信号強度分析器と、
前記強度信号に対応する位相周波数信号を生成する強度−位相周波数変換器と、
前記位相周波数信号に基づいて夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得する位相周波数分析部と、
を備え、
前記強度信号は、実質的に直流電圧信号であり、
前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記強度信号のレベルに対応する、
タッチ制御検出システム。
【請求項１１】
前記信号強度分析器は、ピーク検出器又は包絡線検出器である請求項１０に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１２】
前記位相周波数分析部により生成された信号の大きさに基づいて、夫々の前記検出線の信号の大きさの変化を決定するマイクロコントローラユニットをさらに備える請求項１０又は１１に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１３】
前記検出電極アレイの制御回路は、複数の動作モードを有するタッチ制御検出システムに適用され、
前記マイクロコントローラユニットは、前記タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給するアクティブスタイラスであるか、ユーザの指又はパッシブスタイラスであるかを判定する請求項１２に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１４】
前記タッチパネルに接触する手段が前記ユーザの指又は前記パッシブスタイラスである場合、前記マイクロコントローラユニットは、前記タッチパネルの複数の駆動線に複数の駆動信号を供給し、
前記タッチパネルに接触する手段が前記アクティブスタイラスである場合、前記マイクロコントローラユニットは、駆動信号を供給し、
前記信号強度分析部は、夫々の前記駆動線の前記駆動信号に基づいて強度信号を取得する請求項１３に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１】
検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する信号強度分析器と、
前記強度信号に対応する位相周波数信号を生成する強度−位相周波数変換器と、
前記位相周波数信号に基づいて夫々の前記検出線に対応する信号の大きさを取得する位相周波数分析部と、
を備え、
前記強度信号は、実質的に直流電圧信号であり、
前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記強度信号のレベルに対応する、
検出電極アレイの制御回路。
【請求項２】
前記信号強度分析器は、ピーク検出器又は包絡線検出器である請求項１に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項３】
前記強度−位相周波数変換器は、電圧制御発振器、位相変調器又は位相周波数変調器であり、
前記強度−位相周波数変換器が電圧制御発振器である場合、前記位相周波数分析部は周波数カウンタ又は周波数弁別器であり、
前記強度−位相周波数変換器が位相変調器である場合、前記位相周波数分析部は位相復調器であり、
前記強度−位相周波数変換器が位相周波数変調器である場合、前記位相周波数分析部は位相周波数復調器である、
請求項１又は２に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項４】
前記信号強度分析器は、前記検出電極アレイの夫々の駆動線の駆動線信号に対応する強度信号を取得し、
前記位相周波数分析部は、さらに夫々の前記駆動線に対応する前記位相周波数信号に基づいて、夫々の前記駆動線に対応する信号の大きさを取得する請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項５】
前記検出信号の低雑音増幅を行う低雑音増幅器と、
前記強度信号を複数の信号チャンネルに伝送するスイッチと、
夫々の信号チャンネル伝送される強度信号を調整し、調整された強度信号を強度−位相周波数変換器に伝送するプログラマブル利得増幅器と、
をさらに備え、
前記信号強度分析器は、夫々の低雑音増幅された検出信号を受信し、対応する前記強度信号を生成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出電極アレイの制御回路。
【請求項６】
検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得し、
前記強度信号に対応する位相周波数信号を生成し、
前記位相周波数信号に基づいて、夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得し、
前記強度信号は実質的に直流電圧信号であり、
前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は前記強度信号のレベルに関連する、
タッチ制御検出システムで用いられる検出電極アレイの制御方法。
【請求項７】
前記強度信号は、ピーク検出又は包絡線検出が行われた前記検出信号に基づいて生成される請求項６に記載の検出電極アレイの制御方法。
【請求項８】
前記位相周波数信号を生成するために、前記強度信号の受信に、電圧制御発振器、位相変調器又は位相周波数変調器が用いられ、
前記強度信号に対応する前記位相周波数信号が電圧制御発振器により生成される場合、周波数カウンタ又は周波数弁別器が前記位相周波数に応じた前記信号の大きさの取得に用いられ、
前記強度信号に対応する前記位相周波数信号が位相変調器により生成される場合、位相復調器が前記位相周波数に応じた前記信号の大きさの取得に用いられ、
前記強度信号に対応する前記位相周波数信号が位相周波数変調器により生成される場合、位相周波数復調器が前記位相周波数に応じた前記信号の大きさの取得に用いられる、
請求項６又は７に記載の検出電極アレイの制御方法。
【請求項９】
前記検出電極アレイの夫々の駆動線の駆動線信号に対応する強度信号を取得し、
前記駆動線に対応する前記移動周波数信号基づいて、対応する駆動線の信号の大きさを取得する、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の検出電極アレイの制御方法。
【請求項１０】
検出電極アレイを含むタッチパネルと、
前記検出電極アレイの制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号に対応する強度信号を取得する信号強度分析器と、
前記強度信号に対応する位相周波数信号を生成する強度−位相周波数変換器と、
前記位相周波数信号に基づいて夫々の検出線に対応する信号の大きさを取得する位相周波数分析部と、
を備え、
前記強度信号は、実質的に直流電圧信号であり、
前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記強度信号のレベルに対応する、
タッチ制御検出システム。
【請求項１１】
前記信号強度分析器は、ピーク検出器又は包絡線検出器である請求項１０に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１２】
前記位相周波数分析部により生成された信号の大きさに基づいて、夫々の前記検出線の信号の大きさの変化を決定するマイクロコントローラユニットをさらに備える請求項１０又は１１に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１３】
前記検出電極アレイの制御回路は、複数の動作モードを有するタッチ制御検出システムに適用され、
前記マイクロコントローラユニットは、前記タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給するアクティブスタイラスであるか、ユーザの指又はパッシブスタイラスであるかを判定する請求項１２に記載のタッチ制御検出システム。
【請求項１４】
前記タッチパネルに接触する手段が前記ユーザの指又は前記パッシブスタイラスである場合、前記マイクロコントローラユニットは、前記タッチパネルの複数の駆動線に複数の駆動信号を供給し、
前記タッチパネルに接触する手段が前記アクティブスタイラスである場合、前記マイクロコントローラユニットは、駆動信号を供給し、
前記信号強度分析部は、夫々の前記駆動線の前記駆動信号に基づいて強度信号を取得する請求項１３に記載のタッチ制御検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３３４５５（Ｐ２０１３−３３４５５Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３６６３５（Ｐ２０１２−１３６６３５）
【出願日】平成２４年６月１８日（２０１２．６．１８）
【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２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１８日（２０１２．６．１８）
【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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