JP2008535100A

JP2008535100A - 干渉排除付きタッチセンサ用の方法及び装置

Info

Publication number: JP2008535100A
Application number: JP2008504338A
Authority: JP
Inventors: フライ、チャールズ、デヴィッド
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2008-08-28
Also published as: US20060227115A1; KR20070116036A; WO2006105263A3; WO2006105263A2; EP1864206A2; CN101164036A; TW200709025A

Abstract

【解決手段】デバイスを制御するためのタッチセンサ制御システムは、タッチセンサインタフェースと、タッチセンサインタフェースと通信するよう構成されたコントローラを具備する。制御システムは、コントローラにより実行されるタッチ検出手順でユーザのタッチセンサインタフェースの操作を検出する。タッチ検出手順は、長期にわたるタッチセンサインタフェースの基準信号レベル読み込みの移動平均を決定する。タッチ検出手順は、現在の基準信号レベル読み込みを基準信号レベル読み込みの移動平均と比較し、これにより、偽タッチ検出を招くおそれがある予期しない大きな現在基準信号レベル読み込みに関連する干渉を検出する。

Description

本発明は、タッチセンサ制御インタフェースに関し、特にインタフェース及び関連するデバイスの一方又は両方の作動に悪影響を与えるおそれがある周囲環境におけるノイズ及び干渉の補償を含むタッチセンサ制御インタフェースに関する。

タッチセンサ制御インタフェースは、その便利さ及び信頼性のため、種々の製品及びデバイス用に機械的スイッチに代わるものとしての使用が拡大しつつある。タッチセンサ制御インタフェースは、機器（例えば、ストーブ及び料理鍋）、機械制御等の工業デバイス、金銭出納機、チェックアウトデバイス、自動販売機、おもちゃ等の幅広い典型的な用途で使用されている。関連するデバイスは、インタフェースの所定領域を押圧することにより操作される指であってもよく、タッチ制御インタフェースを通って入力されるユーザコマンドに応答してデバイスの機械的及び電気的に要素を作動させるために、インタフェースに結合されたコントローラを有するのが代表的である。

種々のタイプのタッチ技術は、タッチ制御インタフェースで使用するのに利用可能である。タッチ制御インタフェースは、容量性センサ、膜スイッチ及び赤外線検出器等のタッチセンサ式の要素を含むがこれらに限定されない。米国特許第５７６０７１５号明細書は、例えば、タッチセンサ制御インタフェースに使用可能な容量性タッチセンサについて記載する。作動の際、容量性センサは、ユーザの指がセンサに近接すると、回路を接地させる。インタフェース及び被制御デバイスの不用意な駆動を防止するため、米国特許第５７６０７１５号明細書は、インタフェースへの実際のタッチを有効にしようとする確認サイクルについて記載し、このため、システムは、有効に又は確認できない或る制御入力を無視する。

米国特許第５７６０７１５号明細書に記載されているように、コントローラは、タッチセンサセンサに周期的に接地への一連のテストパルスを与えさせる。このように、コントローラは、入力としてタッチセンサにパルスを発生し、その戻りを監視する。所定数のテストパルスが戻りを生成すると、タッチが検出され、コントローラは被制御デバイスを作動させるよう適切に応答する。換言すると、コントローラが入力に作用する前に、所定の時間だけ戻りが発生しなければならない。このため、例えば、複数のセンサの一つが不用意に駆動されると、例えば、制御インタフェースの清算中に、別の例としてユーザ又は通りがかりの人が意図せず制御インタフェースを磨き又は制御インタフェースに接触すると、検出されたタッチは所定数のパルスの間、持続されないので、確認仕組みに合致せず、戻りは無視される。制御インタフェースとの偶然の接触による偶然すなわち不用意な制御入力のため、このような確認仕組みはデバイスの駆動を首尾よく防止するのに対し、それでもこのようなシステムは、デバイスの偽制御入力及び不用意な駆動を受けやすい。

特に、公知のタッチセンサ要素及びシステムは、システムの周囲環境における電磁干渉（ＥＭＩ）を含むノイズ及び干渉に起因する不用意な駆動に対して脆弱であるという不利な立場にある。このようなノイズ及び干渉は、ユーザが制御インタフェースに接触することなく、偽制御入力及び被制御デバイスの不用意な駆動を招くおそれがある。例えば、同期するノイズ及びＥＭＩは、周期周波数で、又はテストパルスと同時に起こり得る周期周波数の高調波を伴って生ずるおそれがあり、このような状況では、同期するノイズ及びＥＭＩは、制御パネルの作動と干渉し、偽タッチを検出させるおそれがある。他方、同期しないノイズ及びＥＭＩの場合、タッチへのシステムの応答に一時的に影響を与え得るが、時折、システムは普段よりも敏感になり得る。この結果、関連するデバイスは、人による行為又は介在無く、周囲ノイズにより影響を受け、作動し、又は調整されるおそれがある。このように、実際の作動条件、例えば、タッチセンサの周囲環境におけるＥＭＩ及びノイズは、タッチセンサの正確性、感度及び信頼性に影響を与えるおそれがあるので、被制御デバイスの不用意な意図しない作動を生ずる。

例示として、一機器（例えば、料理用ミキサ又は電子レンジ）の作動に起因するＥＭＩ又はノイズは、直近のコーヒーメーカ等の上述した確認仕組みを使用する別の機器の制御設定に影響を与え、駆動し、又は制御設定を変更するおそれがある。別の例として、携帯電話の駆動は、このような確認仕組みを有する制御インタフェースを有するオーブンの加熱体の作動設定にエネルギー又は変更を与えるおそれがあり、このような状況では、危険な条件が現れるおそれがある。さらに別の例において、携帯電話又は携帯電子デバイスが、タッチ制御インタフェース及び確認仕組みを有する直近の自動販売機を駆動するおそれがあり、このような場合は、経済的損失となるおそれがある。

さらに、コントローラによるタッチセンサのパルスは、他のデバイスと干渉し得る過度の導電及び放射の放出を発生するおそれがあり、この結果、タッチセンサは、このようなデバイス用の連邦通信委員会（ＦＣＣ）規格に抵触するおそれがある。

本発明の典型的な一実施形態において、デバイスを制御するためのタッチセンサ制御システムが提供される。この制御システムは、タッチセンサインタフェースと、タッチセンサインタフェースと通信するよう構成されたコントローラを具備する。制御システムは、コントローラにより実行されるタッチ検出手順でユーザのタッチセンサインタフェースの操作を検出する。タッチ検出手順は、長期にわたるタッチセンサインタフェースの基準信号レベル読み込みの移動平均を決定する。タッチ検出手順は、現在の基準信号レベル読み込みを基準信号レベル読み込みの移動平均と比較し、これにより、偽タッチ検出を招くおそれがある予期しない大きな現在基準信号レベル読み込みに関連する干渉を検出する。

別の典型的な実施形態において、デバイスを制御するための制御システムが提供される。この制御システムは、タッチセンサインタフェースと、タッチセンサインタフェースにパルスを発生すると共にパルスに応答してタッチ検出手順を実行するよう構成されたコントローラを具備する。コントローラは、各タッチ検出手順において、タッチセンサインタフェースからの現在のテスト前パルス基準信号レベルを所定の基準参照値と比較するようさらに構成される。現在のテスト前パルス基準信号レベルが所定の基準参照値を超えると、所定の基準参照値は、少なくとも現在のテスト前パルス基準信号レベルと等しくなるまで上昇し、これにより、タッチセンサインタフェースの感度を実際の作動条件に調節する。

さらに別の典型的な実施形態において、デバイスを制御するための制御システムが提供される。この制御システムは、ユーザが接触すると、接地を通って回路が完成するよう構成された少なくとも１個の容量性タッチセンサを有するタッチセンサインタフェースを具備する。制御システムはまた、タッチセンサインタフェースにランダムにパルスを発生すると共にパルスに応答するタッチ検出手順を実行するよう構成されたコントローラを有する。各タッチ検出手順は、長期にわたるタッチセンサの基準信号レベル読み込みの移動平均を決定し、現在の基準読み込みを基準信号の移動平均と比較して偽タッチ検出を招き得る干渉を検出する。各タッチ検出手順は、タッチセンサインタフェースの現在の基準読み込みを所定の基準参照値と比較し、現在の基準読み込みが所定基準参照値を超えると、所定基準参照値は、少なくとも現在の基準読み込みと等しくなるまで上昇する。各タッチ検出手順は、テスト後パルス読み込み、現在の基準読み込み、並びにテスト後パルス読み込みを無視するか又はテスト後パルス読み込みに応答してデバイスを作動させるかを決定する検出閾値を比較する。

図１は、本発明の典型的な一実施形態に従った典型的なタッチセンサ制御システム１００を示す概略ブロック図である。この制御システム１００は、デバイス１０２、デバイス１０２に作動結合されたコントローラ１０４、及びコントローラ１０４を介してデバイス１０２を作動させるために制御入力を受信するタッチ制御インタフェース１０６を有する。後述するように、コントローラ１０４は、被制御デバイス１０２の制御設定を不要に影響を与え、駆動し、又は変更するおそれがある周囲環境のＥＭＩ及びノイズを補償するよう構成されている。従った、デバイス１０２は、制御インタフェース１０６を通って入力された実際のユーザコマンドでのみ作動可能であることが保証される。

一実施形態において、デバイス１０２は、その作動のためのタッチ制御インタフェース１０６を有する公知の自動販売機である。別の実施形態では、デバイス１０２は、機器、産業機械、おもちゃ、或いはタッチセンサ制御インタフェース１０６が望ましい別のデバイスであってもよく、そのためデバイス１０２の不用意な駆動が関心事になっている。

典型的な一実施形態において、コントローラ１０４は、マイクロコンピュータすなわちマイクロプロセッサ１０５、及びコントローラメモリ１１０を有してもよい。コントローラ１０４は公知の態様でユーザ制御インタフェース１０６に結合されており、制御インタフェース１０６は、例えばタッチセンサ１０７，１０９等の１個以上のタッチセンサ要素すなわちタッチセンサを有する。アナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１１１によりコントローラ１０４で受信され変換されることができる。操作者は、制御パラメータ、命令、コマンドを入力し、制御インタフェース１０６を介してデバイス１０２の所望の作動アルゴリズム及び特徴を選択することができる。

一実施形態において、ディスプレイ１０８はコントローラ１０４に結合され、デバイス１０２の操作者に適当なメッセージ及び表示の一方又は両方を表示し、ユーザにデバイス１０２の入力及び作動を確認させる。コントローラメモリ１１０は、命令、校正定数、及び選択されたユーザの命令すなわち入力を十分に完了するために要求される他の情報を保存する。メモリ１１０は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であってもよい。別の実施形態において、フラッシュメモリ（ＦＬＡＳＨ）、プログラマブル読取専用メモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能型読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を含むがこれらに限定されない他の形態のメモリを、ＲＡＭと併用することも可能である。

システム１００を制御する電力は、電源線Ｌに結合されるよう構成された電源１１２により、コントローラ１０４に供給される。アナログ・デジタル及びデジタル・アナログコンバータがコントローラ１０４に結合され、コントローラ入力及び実行可能な命令を実行し、公知の方法に従ってデバイス１０２の作動部品１１４，１１６，１１８，１２０に対してコントローラ出力を発生する。図１には４個の部品１１４，１１６，１１８，１２０が図示されているが、別の実施形態ではより多い又は少ない数の部品を使用してもよい。

制御インタフェース１０６のユーザによる操作に応答して、コントローラ１０４は、１個以上のトランスデューサすなわち監視センサ１２２を用いてデバイス１０２の種々の作動ファクタを監視し、公知の方法に従って操作者が選択した機能及び特徴を実行する。

図２は、図１の制御システム１００用の典型的な制御インタフェース１０６の一部を示す。インタフェース１０６は、デバイス１０２（図１参照）用の制御コマンド及び命令を入力するユーザによる操作のためのインタフェース領域２０４を区画するパネル２０２を有する。一実施形態において、パネル２０２は、自動販売機の分配部品やオーブンの加熱要素等の、デバイス１０２の作動部品１１４〜１２０近傍に実装されてもよい。別の実施形態において、パネル２０２は、（産業機械の移動部品等の）部品１１４〜１２０から離れた位置に配置してもよい。

インタフェース領域２０４は、タッチセンサ領域２０６，２０８を有する。図２には（図１のタッチセンサ１０７，１０９に対応する）２個のタッチセンサ領域２０６，２０８が図示されているが、別の実施形態では、より多い又は少ない数のタッチセンサ領域２０６，２０８をインタフェース領域２０４に有してもよい。各タッチセンサ領域２０６，２０８に関連するのは、回路すなわちタッチセンサ要素２１０，２１２である。これらの要素２１０，２１２及びコントローラ１０４は、周囲環境でＥＭＩ及びノイズの問題に起因し得る偽駆動入力を回避しながら、関連するタッチセンサ領域２０６，２０８においてタッチ検出又はタッチ結果とも称される実際のタッチを検出するよう構成される。

典型的な一実施形態において、タッチセンサ要素２１０，２１２は、米国特許第５７６０７１５号明細書に記載されたような容量性タッチセンサである。別の実施形態において、タッチセンサ要素２１０，２１２は、公知の膜スイッチ組立体、赤外線検出器、或いは当業界ではよく知られている他の公知の節度感すなわちタッチスイッチである。タッチセンサ領域２０６，２０８は、パネル２０２の範囲内で互いに対して任意の所望の方向で配置してもよく、実施形態に依存してより多い又は少ないタッチセンサ領域をパネル２０２内に使用してもよい。別の実施形態において、制御システム１００は２個以上の制御パネル２０２を有してもよく、各制御パネル２０２は、タッチセンサ要素に対応する１個以上のタッチセンサ領域を有する１個以上のインタフェース領域２０４を有してもよい。

作動の際、ユーザが指等でタッチセンサ領域２０６，２０８をタッチ、押圧、すなわち接触して、ユーザコマンド、命令又は入力をコントローラ１０４（図１参照）に入力する。コントローラ１０４は次に、ユーザ入力に従ってデバイス１０２の適用される部品１１４〜１２０を作動させる。タッチセンサ１０７，１０９として米国特許第５７６０７１５号明細書のタッチセンサシステムが使用されると、各タッチセンサ領域２０６，２０８に関連したタッチセンサ要素２１０，２１２が接地に対してテストパルスを発し、ユーザ及びタッチセンサ領域２０６を通ってテストパルスの戻りを検出すると、タッチが検出される。

一般的に、コントローラ１０４は、タッチセンサ要素２１０，２１２用の制御インタフェース１０６から、（現在のテスト前パルス基準信号レベル、基準信号レベル読み込み、現在の基準信号レベル読み込み、基準読み込み、及び現在の基準読み込みと称されることもある）テスト前パルス基準信号レベルを得る。テスト前パルス基準信号レベルは、要素２１０がテストパルス又はパルスを接地に送信する前に、タッチセンサ要素２１０，２１２から得られる。コントローラ１０４は、要素２１０がパルスを接地に送信した後に要素２１０からのテスト後パルス信号レベルを得ることにより、パルス（パルス信号）への応答を監視する。テスト後パルス信号レベル及びテスト前パルス基準信号レベル間の差が現在の検出閾値を超えると、コントローラ１０４は、タッチセンサ領域２０６でタッチを検出し、これに従い、真正制御入力及び偽制御入力を識別するコントローラによる確認を受けた関連するデバイスを作動させる。

コントローラ１０４は、米国特許第５７６０７１５号明細書に記載されたような別のタイプのタッチ確認に加えて、以下に説明する態様で各テストパルス用にタッチ検出手順を実施し、ＥＭＩ、ノイズ、周囲環境での干渉問題を軽減し、広い範囲の作動条件にわたるシステムの正確且つ信頼性の高い作動を確保することができる。

図３は、図１のタッチセンサ制御システム１００により固定すなわち周期的に間隔でテストパルスが発生する際の放出電力対周波数を示し、このようなシステムの少なくとも１個の不利な点を示す典型的なグラフ３００である。グラフ３００が示すように、放出される電力は、例えば、ピーク３０２，３０４，３０６，３０８等の所定周波数で集中すなわちピークになる傾向がある。所定周波数で放出されるエネルギーすなわち電力がピークになることは、制御システムが、このようなデバイス用の導電及び放射される放出に関連する、例えばＦＣＣパートＢ証明規則等の適用される政府の規制を超えるおそれがある。すなわち、タッチセンサ制御システムから放出される電力は、適用される規則を超え、付近の電子デバイスと干渉するおそれがある。

図４は、本発明の典型的な一実施形態に従った放出電力対周波数を示す典型的なグラフ４００である。ここで、テストパルスは、図１のタッチセンサ制御システム１００のコントローラ１０４により非周期的な間隔で発生する。一例として、一連の非周期的テストパルスは、擬似ランダム又はランダムでパルス間の間隔を変化させることにより発生することができる。図４に示されるように、電力の周波数分布は広がりすなわち平坦化４０１されるので、電力は、周期的テストパルスが使用される際に生じ得る図３に示された大きなピーク３０２，３０４，３０６，３０８を伴うことなく、周波数スペクトルにわたってより均等に分布する傾向がある。図３の電力ピーク３０２，３０４，３０６，３０８を図４の対応する平坦化された電力ピーク４０２，４０４，４０６，４０８まで実質的に下げることにより、非周期的テストパルスに関連して放出される電力は著しく減少する。この結果、周期的テストパルスとは対極の非周期的テストパルスを使用することにより、制御システムは、適用される規則を満たし、制御システムの近傍の他の電子デバイスに対して制御システム１００からの潜在的な干渉を減少させることができる。

図５に示されるように、周期的テストパルスの使用は、電力放出問題を超えた別の側面で不利である。特に、周期的テストパルスが使用されると、タッチセンサシステム１００は、他の電子デバイスからＥＭＩを受けやすくなるおそれがある。より具体的には、図５に見られるように、周期的周波数において他の電子デバイス（例えば、携帯電話、付近の機器又は他の電力放出デバイス）が生成する電力、又はテストパルスと周期性が一致する同じ周期的周波数の高調波は、偽タッチを検出する結果となるおそれがある。

図５は、典型的な矩形パルス５０２，５０４，５０６，５０８等の一定パルス間隔でのテストパルスの発生を実証するサンプリンググラフ５００であり、システムが受けやすい不正確なタッチ検出の可能性を示す。例えば、基準サンプリング読み込みは、テストパルスが発生する前のタッチキー２０６で、すなわちパルス５０２の立上りエッジで行われる。パルス後サンプリング５１４は、パルス５０２が発生した後のキー２０６で、すなわちパルス５０２の立下りエッジで行われる。上述の一般的な制御仕組みに従うと、サンプリング差５１０（例えば、パルス後サンプリング５１４から基準サンプリング５１２を引いたもの）が現在の積極検出閾値を超えると、タッチはタッチキー２０６において検出される。

しかし、図５は、制御システム１００の周囲環境における同期ノイズ５２２がシステム１００に予想外の影響を与えるおそれがあることを示している。図５に示されるように、ノイズ５２２は、発生したテストパルス５０２〜５０８の周期性と一致する周期性を有する。各パルス５０２，５０４，５０６，５０８において、基準サンプリングは低く、例えばサンプリング５１２については０の値で始まり、パルス後サンプリングは高く、例えば、サンプリング５１４については0.5の値で終わる。従って、テストパルス５０２のサンプリング差５１０は0.5の値を有する。例えば、システム用に現在の検出閾値が0.5以下（例えば、0.3）の値に設定されると、0.5というサンプリング差５１０は現在の検出閾値より大きいので、パルス５０２に対してキー２０６でタッチが検出される。

同様に、ＥＭＩ５２２の共通の周期性のため、対応するパルス５０４，５０６，５０８についてのサンプリング差５１６，５１８，５２０も0.5の値を有し、タッチが検出される。このため、同期ノイズの周期性が同時に起こるので、所定持続時間の間、タッチがコントローラにより検出され続ける。すなわち、検出されたタッチは、明らかに偽であっても、米国特許第５７６０７１５号明細書に記載された等の従来からの時間ベースの確認の方法を使用するシステムにより最終的に確認される。

図６は、典型的な矩形パルス６０２，６０４，６０６，６０８等の本発明に従った非周期的パルス間隔でコントローラが発生するテストパルスを実証するサンプリンググラフ６００である。擬似ランダム又はランダムのジッタが、図６のパルス６０２〜６０８間の擬似ランダム又はランダムの間隔を得るために図５のパルス５０２〜５０８に付加することができる。基準サンプリング６１２は、テストパルスがパルス６０２の立上りエッジで発生する前に、キー２０６等のタッチキーで行われる。その後、パルス後サンプリング６１４は、テストパルスがパルス６０２の立下りエッジで発生した後に、キー２０６で行われる。周期的ノイズ６２２は存在するものの、図５に示された周期的テストパルスを有するシステムとは異なり、ノイズ６２２は１個以上のテストパルス用にタッチ検出することになるが、非周期的テストパルス間隔のため、検出されたタッチは同様に確認されず、この結果、検出されたタッチは無視される。

図６に示されるように、非周期的テストパルス間隔のため、連続するテストパルスのサンプリング差は、ノイズ６２２の周期性にもかかわらず、変化する傾向があるので、テストパルスは、米国特許第５７６０７１５号明細書に記載されたような時間ベースの確認手順を通過しそうにない。

例えば、図６に示されるように、第１テストパルス６０２についてのサンプリング差６１０は、小さな正の値である。次の第２テストパルス６０４についてのサンプリング差６１６は大きな正の値であり、タッチがキー２０６で検出されるには十分である。しかし、第３テストパルス６０６についてのサンプリング差６１８は小さな正の値である。第４テストパルス６０８についてのサンプリング差６２０は大きな正の値である。このように、パルス６０４のサンプリング差６１６について検出すなわちタッチが登録されるが、連続するパルス６０６，６０８で検出すなわちタッチは確認されない。非周期的パルス間のパルス間隔を変更することにより、周期的ノイズ６２２又は他の周期的干渉のため、特に確認手順における連続パルスの数が増加するにつれて、全体的に無くならないとしても、タッチキー２０６での偽タッチを確認する機会は大きく減少する。

非周期的テストパルス間隔は同期ノイズ及び干渉に起因する偽タッチ検出を実質的に回避するのに対し、制御システムは、他のタイプのノイズ及び干渉（例えば、非同期股波ランダムノイズ）を受け易い。コントローラ１０４は、後述するようにこれらの問題にも対処するよう構成されている。

図７は、タッチセンサ制御システム（図１参照）に不要な影響を与える非同期ノイズ及び干渉を補償するために、それぞれを詳細に後述する空白処理（processing blanking）技法及び偽警告割合一定（false alarm rate constant：ＶＣＦＡＲ）技法を使用した典型的な制御アルゴリズム７００を表わすフローチャートである。上述した非周期的すなわちランダム化テストパルス間隔に加えて空白処理技法及びＶＣＦＡＲ技法を使用すると、付近のデバイスの動作からのノイズ及び干渉による、タッチ制御システム１００での偽の検出／タッチをさらに回避する。アルゴリズム７００は、制御インタフェース１０６からの、より具体的にはタッチセンサ領域／キー２０６，２０８（図２参照）からの真正入力及び偽入力を識別するために、例えば、図１のコントローラ１０４により実行することができる。真正及び偽制御入力を識別することにより、デバイス１０２の部品１１４〜１２０（図１参照）の不注意な駆動は阻止され、適切に入力された制御入力命令のみがデバイス１０２を作動させるものと認識される。

図７において、制御システム１００（図１参照）は、７０２において電源がオンにされ、ハードウエア及びソフトウエアが７０４において初期化される。コントローラは主処理ループに入り（７０６）、７０８においてシステム１００の電源が落とされるまで主処理ループ内に維持される。

７０６において実行される主処理ループは図８に示される。７１０において、コントローラは、主処理ループサブルーチンに入り、７１１において、コントローラは主処理ループに入る。７１２において、ウォッチドッグタイマがリセットされる。ウォッチドッグタイマが７１２においてリセットされる前にタイムアウトになると、ウォッチドッグタイマ割り込みが起こり、処理は図７の７０４に向かい、システム１００のハードウエア及びソフトウエアが再度初期化される。７１４において、タッチセンサ１０７，１０９（図１参照）用の所定の検出閾値情報が、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１１１からコントローラ１０４に読み込まれる。或いは、所定の検出閾値は、保存されコントローラメモリ１１０から得られる。７１６において、サブルーチンは、タッチパネル２０２（図２参照）の全タッチセンサキー２０６，２０８のスキャンを実行するよう呼び出される。各キーでのタッチを検出するために、スキャンは、各キー２０６，２０８でパルスを発生させる。

コントローラ用のタッチキーのスキャンサブルーチンは、図９に図示されている。７３６において、コントローラは、タッチキー２０６，２０８でのタッチを決定すなわち検出するために、タッチキーのスキャンサブルーチンに入る。７３８において、キー指標は、処理される第１タッチキー（例えば、キー２０６）への点にリセットされる。７３９において、タッチキーすなわち現在指標付きタッチキー２０６を処理するようループに入る。７４０において、現在のタッチキー２０６用に以前に（例えば、図１のメモリ１１０内に）保存されたデータが読み出される。データメモリは、７０４（図７参照）での初期化中に各キーについて初期化される。現在のタッチキー２０６についての読み出されたデータは、パラメータ値を有してもよい。

典型的な一実施形態において、読み出されたパラメータ値の一つは、本明細書では基準信号の移動平均又は基準信号レベル読み込みの移動平均とも称するテスト前パルス基準信号レベルの移動平均である。読み出される他のパラメータ値は、所定の空白閾値、本明細書ではＶＣＦＡＲとも称する所定の基準参照値、ＶＣＦＡＲ定数及び所定の検出閾値を有する。パラメータ値は、例えばキー２０６等の所与のキーについて得られ、後述される。

７４２において、所定の検出閾値が現在のキー２０６用に設定され、パルスハードウエアが７４４でセットされてキー２０６用にテストパルスを発生する。７４６において、テスト前パルス基準が読み込まれ、テストパルスが発生し、テスト後パルス信号が読み込まれる。７４８において、キー２０６用の処理を続けるためにサブルーチンが呼び出される。

継続処理タッチキーサブルーチンは、図１０に示される。７５８において、コントローラは、キー２０６にタッチが存在したかどうかを決定する準備をするために、継続処理タッチキーサブルーチンに入る。テスト後パルス信号レベル及びテスト前パルス基準信号レベル間の差を保持するためのテスト前後のパルス差変数は、７６０で０に初期化される。７６２において、タッチが既に検出されたかどうかチェックされる。継続処理タッチキーサブルーチンが７４８でサブルーチン処理からの代わりに確認サブルーチンから呼び出されると、タッチは既に検出されているかもしれない。第１タッチ検出がキー２０６用に係属していない場合、７５８において入ったサブルーチンは、第１タッチを検出するために第１タッチを確認しないよう呼び出され、７６４において、サブルーチンは移動平均及びＶＣＦＡＲ値を決定するために呼び出され又は実行される。

Ｖblank及びＶＣＦＡＲ計算サブルーチンは、図１１に示される。７８０において、サブルーチンに入る。７８２において、基準信号レベルの移動平均は、７４６（図９参照）において以前に得られた現在のテスト前基準信号レベルの平均をとることにより計算される。新たな移動平均が可変Ｖblankに保存される。７８４において、処理は、新たな移動平均が最小値より小さいかどうかを決定し、小さいのであれば、７８６における処理は、新たな移動平均Ｖblankを許容される最小値に設定する。７８８において、コントローラは、新たな移動平均が最大値より大きいかどうかを決定し、大きいのであれば、７９０における処理は、新たな移動平均Ｖblankを許容される最大値に設定する。新たな移動平均Ｖblankは、現在のキー２０６でのタッチの空白処理が以下に説明するように起こるかどうかを決定するためにアルゴリズム７００において使用される。７９２において、現在のＶＣＦＡＲ値が１ずつ減少し、７９４において、結果として得られるＶＣＦＡＲ値が現在のテスト前パルス基準信号レベルより小さい場合、ＶＣＦＡＲ値は７９６で現在のテスト前パルス基準信号レベルに設定される。７９８における処理がＶblank及びＶＣＦＡＲ計算サブルーチンから図１０、特に７６６に戻る。７６６において、ＴＭＰ変数（現在のパルスに関連する一時的値）が、空白処理技法の応用の指示に使用するために計算される。

タッチキー２０６用のＶＣＦＡＲ値は、長時間にわたりタッチキー２０６用にノイズ閾値又はノイズレベルを追跡し、テストパルスが発生する際に存在する周囲ノイズの現在のレベルを反映する。現在のテスト前パルス基準信号レベルが現在のＶＣＦＡＲ値より大きい場合、ノイズが存在し、７９６においてＶＣＦＡＲを現在のテスト前パルス基準信号レベルに設定することにより、ノイズレベルは上昇する。このように、制御インタフェースの感度は、ノイズレベルが増大すると自己調節し、タッチ検出の閾値はノイズが発生するに従って上昇する。このような調節が無いと、ノイズがテスト前パルス基準信号レベルを増大させる傾向があるので、システムの偽検出しタッチを確認する傾向は、ノイズレベルが増大すると増大するであろう。ＶＣＦＡＲ値はまた、テスト前基準信号レベルを上昇することによりシステムの偽検出しタッチを確認する傾向が増大するおそれがある敏感な電気部品への作動バイアス及び温度効果を補償する。

一パルスから次のパルスまで、ＶＣＦＡＲ値は減少する。説明した実施形態において、７９２におけるＶＣＦＡＲ値は、ＶＣＦＡＲ値から１を減ずることにより直線的に減少する。別の実施形態において、減少は直線的でなくてもよく、例えば、減少は指数的又は対数的であってもよい。ＶＣＦＡＲ値を減少させることにより、制御インタフェースの感度は、ノイズレベルが減少するにつれて自己調節し、システムのタッチ検出閾値は、ノイズが無い場合の所定の閾値に最終的に戻る。このため、ノイズが治まると、ＶＣＦＡＲが調節し、システムの振舞いは、ノイズが再度発生するまで標準設定状態に戻る。

ノイズ閾値又はノイズレベルを追う又は乗るようにＶＣＦＡＲ値を継続的に調節することにより、キー２０６用のＶＣＦＡＲ値を、キー２０６でのタッチを処理するための感度を調節するのに使用してもよい。例えば、任意の所与の時間において、コントローラにより読み出された現在の検出閾値は、所定の検出閾値に設定してもよい。しかし、ノイズ条件を補償するために、現在の検出閾値は、コントローラによって閾値より高い一時的な値に一時的に設定（現在のタッチキー２０６に関連するパルスチュのタッチを処理するため）してもよい。より具体的には、典型的な一実施形態において、一時的な値は、ＶＣＦＡＲ定数とＶＣＦＡＲ及び現在のテスト前パルス基準信号レベル間の差の絶対値との合計に等しく設定してもよい。

現在の計算された一時的な値がタッチキー２０６用の所定検出閾値より大きい場合、一時的な値は、所定検出閾値の変わりに現在の検出閾値用に使用される。テスト前後のパルス差が現在の検出閾値より大きい場合、キー２０６においてタッチが検知される。検出閾値用に一時的に一時的な値を使用する際に、テスト前後のパルス差は、制御の正確性に影響を与えるキー２０６に存在する周囲ノイズの現在のレベルからなる。ＶＣＦＡＲ定数の値を戦略的に選択することにより、偽警告又は偽検出の可能性を制御することが可能である。典型的な一実施形態において、ＶＣＦＡＲ定数は４に設定され、偽警告（偽検出）割合は０に近い。

７６６において、ＴＭＰ変数は、現在のＶblank値（現在の移動平均）及びテスト前パルス基準信号レベル間の差の絶対値に設定される。ＴＭＰ値は、基準信号の移動平均からの現在のテスト前基準信号レベルの変化を示す。７６８においてＴＭＰ値が所定空白閾値よりも大きいことが判明すると、処理は、７７６で検出処理サブルーチンを実行するよう向かう。７６８において、ＴＭＰ値、すなわち基準信号の移動平均からの現在のテスト前基準信号レベルの変化は、所定空白閾値より大きい場合、前後の差は、０の初期化された値のままであり、効果的に読み込みを無視する。前後の差に対しての０の値は、７７の検出処理に対して現在のタッチキー２０６に登録された検出すなわちタッチはないことを示す。０に等しい前後の際は正の検出閾値より大きくなることはないので、７７６における処理により、現在のタッチキー２０６に登録された検出はなく、空白処理は確立される。

空白処理は、基準信号の移動平均からの現在のテスト前パルス基準信号レベルの変化が大きすぎる、すなわち所定空白閾値よりも大きい場合、キータッチの検出という結果となる任意の計算を無視する。このため、空白処理は、コントローラが、システムの通常の作動範囲外の極端又は異常な事象に反応又は応答することを防止し、コントローラは空白処理のために、このような事象が治まるまで応答しない。別の実施形態において、空白処理が生ずる（ＴＭＰは７６８において所定の空白閾値より小さい）と、空白処理の発生及び関連するデータは、診断目的でメモリ１１０（図１参照）に保存することができる。このようなデータは、診断及び問題解決目的で、例えば干渉ノイズの原因を発見するため、このようなノイズの発生をどのように防止するか等に使用することができる。

ＴＭＰ値が７６８において所定空白閾値より大きくない場合、７７０において、本明細書では前後の差とも称される前後テストパルスの差は、テスト後パルス信号レベルからテスト前パルス基準信号レベルを引いたものに設定される。７７２において、前後の際に健全さチェックがされる。前後の差が０より小さい場合、７７４において、前後の差を０に等しくする。

７７６において、キー２０６でのタッチを検出ための検出処理サブルーチンが呼び出されすなわち実行される。検出処理サブルーチンは、図１２に示される。８００において、コントローラは、キー２０６にタッチが存在するかどうかを決定する準備をするため、検出処理サブルーチンに入る。コントローラが、８０２〜８１４で、現在のパルス用の所定の閾値を調節する。８１６において、ＴＭＰ変数は、ＶＣＦＡＲ定数（図示の実施形態では、定数として４が選択される）と、ＶＣＦＡＲ及び現在のテスト前パルス基準信号レベルの差の絶対値との合計に等しくなるよう設定される。８１８において、電流検出閾値は、ＴＭＰ値及び調節された所定閾値の最大値に設定される。

８２０において、タッチが感知されたかどうかについて決定される。８２０において、前後の差が現在の検出閾値より大きい場合、タッチが感知され、８２４において検出フラグがセットされる。８２０において、前後の差が現在の検出閾値より大きくない場合、タッチは感知されない。８２２において、検出フラグがリセットされる。８２６において、前後の差が０にセットされる。８２８において、処理は、検出処理サブルーチンから図１０の７７８に戻る。

７７８において、コントローラは、継続処理タッチキーサブルーチンから図９の７５０に戻る。７５０において、現在のタッチキー２０６用に計算された現在のデータは、例えば、メモリ１１０（図１参照）に保存され、基準信号の移動平均用の現在のパラメータ値及びＶＣＦＡＲ値を含む。７５２において、キー指標は、次のタッチキーへの点、例えばタッチキー２０８への点に更新される。７５４において、増加したキー指標が範囲内（例えば、有効な次のタッチキーへの点）である場合、処理は７３９に戻り、７３９におけるループは、次のタッチキー、例えばタッチキー２０８を処理するよう再度実行される。全てのタッチキーが７３９でのループにより処理されると、７５４において、キー指標が範囲外であることが判明し、処理は、タッチキーのスキャンサブルーチンから図８の７１８に戻る。

７１８において、キー指標は、第１タッチキー、例えばタッチキー２０６への点に設定され、７１９におけるループに入るための準備がなされる。７２０において、現在の指標のタッチキー２０６用のスキャンデータが得られる。７２２において、現在の指標のタッチキー２０６用に検出フラグが設定されると、処理は、現在の指標のタッチキー２０６用に検出されたキーを確認する、７３２における実行確認サブルーチンを呼び出すことに向かう。検出フラグが７２２で設定されていない場合、７２４における処理は、次のタッチキー、例えばタッチキー２０８への点までキー指標を増加させる。７２６において、キー指標が範囲内、例えば、有効タッチキーへの点である場合、処理は、７１９でのループに戻り、現在の指標のタッチキー、例えばタッチキー２０８を処理する。７２６において、キー指標が範囲内にない、すなわち全てのタッチキーが処理されたことを示す場合、処理は７２８に向かう。７２８における処理は、タッチキー用に全ての検出されたタッチをクリアすることである。７３０において、処理は、ユーザのディスプレイ１０８（図１参照）にエラーが無いこと（キー＝０）に関連したメッセージ又は表示を出力する。次に、処理は、７１１における主処理の頂上に戻る。７２２において、検出フラグが現在の指標のタッチキー用にセットされると、実行確認サブルーチンが７３２で呼び出され、処理は、図１３における８３０の入口点に入り、検出されたキータッチを確認する。

実行確認サブルーチンは、図１３に示される。８３０において、処理は実行確認サブルーチンに入る。８３２においてタッチ検出が無い場合、８３４において検出確認フラグが偽に設定され、キーフラグは０（出力メッセージにエラーが無いことを示す）にセットされる。８４０における処理は、実行確認サブルーチンから図８の７３４に戻る。８３２において、タッチ検出が存在する場合、次に、複数のタッチキーが検出を伴うかが８３６でチェックされる。２個以上のタッチキーが検出フラグを有する場合、次に、８３８において、検出確認フラグが偽にセットされ、キーフラグが無効にセットされて、ユーザによる無効な入力（すなわち、同時に複数のタッチキーがタッチされたこと）があったことを示す。８３８からは、８４０におけるコントローラが実行確認サブルーチンから図８の７３４に戻る。タッチキーが８３２でのタッチ／検出用にフラグが上がり、８３６で１個のタッチキーのみの検出／タッチのフラグが見つかった場合、８４２における処理は、現在の指標のタッチキー２０６用の保存されたキーデータを読み出す。

８４４において、現在の指標のタッチキー２０６用にテストパルスを発生させるためのハードウエアが設定される。８４５においてループが入り、８４６において所定の検出閾値が得られる。８４８において、テスト前パルス基準が読み込まれ、テストパルスが発生し、テスト後パルス信号が読み込まれる。８５０において、継続処理タッチキーサブルーチンが、７７８（図１０参照）におけるサブルーチン戻りからの結果を伴って呼び出され、検出フラグをセット又はリセットする。７６２（図１０参照）において、第１タッチは既に検出されているので、既に検出されたテストは真であることに留意されたい。８５２（図１３参照）において、検出フラグは、継続処理タッチキーサブルーチンからセットされ、処理は８５４に向かう。

８５４において、現在の指標のタッチキー２０６用に累積される８個の連続する検出（８４５における８回のループ繰返し）というテストが実行される。別の実施形態において、累積した連続検出に、８個より大きい又は小さい数を使用してもよい。８５４において、８個の連続する検出が累積（８４５における８回のループ繰返し）すると、処理は８５６に向かい、８４５におけるループに戻る。８５６において、確認検出フラグが真とセットされ、キーフラグは、ユーザのディスプレイ１０８での表示に出力するのに使用するための指標キーにセットされる。次に、処理は８６０に向かう。８個の連続タッチが見つからない場合、８５８において確認検出フラグが偽にセットされ、キーフラグは０にセットされる。次に、処理は８６０に向かう。

８６０において、キーの現在データは保存され、確認検出フラグ値は８６２においてチェックされる。確認検出フラグが真にセットされる場合、処理は、８６６において、実行確認サブルーチンから図８の７３４に戻る。確認検出フラグが偽にセットされる場合、処理は、８６４においてキーフラグを０にセットし、８６６において図８の７３４に戻る。図８の７３４において、キーフラグ値に関連する表示又はメッセージは、ユーザのディスプレイ１０８に出力され、コントローラは７１１において主処理ループの始まりに戻る。

要約すると、７１１における主処理ループの処理は、任意のタッチキーでの検出すなわちタッチについて全タッチキーのスキャンを７１６で実行する。７２２で検出が見つかると、例えば、検出フラグが現在の指標のタッチキーについてセットされると、７３２において確認が実行され、現在の指標のタッチキーでの連続する検出すなわちタッチの数（例えば、実施形態では８個）を確認する。連続する検出の必要な数が確認されると、タッチキーは感知されたタッチ用に確認される。コントローラ１０４（図１参照）は、確認されたタッチ検出用に関連する必要な処理（アルゴリズム７００には図示せず）を実行する。

アルゴリズム７００の上述した実施形態は、デバイス１０２（図１参照）のデバイス部品の不用意な駆動又は作動に対する適当な防護を提供するために、当業者には種々のデバイスに使用するために適当に変形して採用することが容易である。上述の制御システムの方法論は、さらに説明を要することなく、コントローラのプログラミングに実施可能と考えられる。

従って、偽タッチ検出を招くであろう種々のタイプのノイズを補償するようプラグラムされたコントローラを有するタッチセンサ制御システムが提供される。上述した制御アルゴリズムの別の側面と組み合わせて、非周期的なテストパルス間隔、ノイズレベルを変更することに敏感なシステムを調節するＶＣＦＡＲ技法、及び上述の空白処理技法を使用することにより、従来技術のタッチ制御システムが受け易いノイズ及び干渉に実質的に影響を受けない非常に正確で信頼性の高い制御システムが達成される。

種々の具体的な実施形態の観点で本発明を説明したが、当業者であれば特許請求の範囲の真髄の範囲内で変形して実施できることを認識されたい。

本発明の一実施形態に従った典型的なタッチセンサ制御システムを示す概略ブロック図である。図１の制御システムに使用される典型的な制御インタフェースを示す図である。テストパルスが固定すなわち周期的な間隔で発生する際に放出される電力対周波数を示す典型的なグラフである。テストパルスが非周期的な間隔で発生する際に放出される電力対周波数を示す典型的なグラフである。一定のパルス間隔を有するテストパルスの発生を実証するサンプリングのグラフである。非周期的パルス間隔で発生したテストパルスを実証するサンプリングのグラフである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。図１に示される制御システムと共に使用される典型的な制御アルゴリズムのフローチャートである。

符号の説明

１００制御システム
１０２デバイス
１０４コントローラ
１０６タッチセンサインタフェース

Claims

デバイス（１０２）を制御するための制御システム（１００）であって、
タッチセンサインタフェース（１０６）と、
該タッチセンサインタフェースと通信するよう構成されると共にコントローラにより実行されるタッチ検出手順でユーザの前記タッチセンサインタフェースの操作を検出するよう構成された前記コントローラ（１０４）とを具備し、
前記タッチ検出手順は、長期にわたる前記タッチセンサインタフェースの基準信号レベル読み込みの移動平均を決定することと、現在の基準信号レベル読み込みを前記基準信号レベル読み込みの移動平均と比較することを含み、これにより、偽タッチ検出を招くおそれがある予期しない大きな現在基準信号レベル読み込みに関連する干渉を検出することを特徴とする制御システム。
前記コントローラは、前記現在の基準信号レベル読み込み及び前記基準信号レベル読み込みの移動平均の差が所定の空白閾値を越えると、現在のタッチ検出手順用の検出を無視するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の制御システム。
各タッチ検出手順において、前記コントローラは、
前記タッチセンサインタフェースから現在のテスト前パルス基準信号レベルを構築するよう構成され、且つ
前記現在のテスト前パルス基準信号レベルを、前記基準信号レベル読み込みの移動平均と比較し、前記現在のテスト前パルス基準信号レベル及び前記基準信号レベル読み込みの移動平均の前記差が所定の空白閾値より小さい場合、前記タッチセンサインタフェースにテストパルス信号を送信し、前記タッチセンサインタフェースからテスト後パルス信号レベルを得るよう構成され、
該テスト後パルス信号レベル及び前記現在のテスト前パルス基準信号レベルの差が現在の検出閾値を超える場合、前記タッチセンサインタフェースに応答すると共に前記デバイスを作動させるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の制御システム。
前記コントローラは、ランダムな間隔のテストパルスを前記タッチセンサインタフェースに送信するよう構成されていることを特徴とする請求項３記載の制御システム。
前記コントローラは、
各タッチ検出手順において、前記現在のテスト前パルス基準信号レベルを所定の基準参照値に比較するよう構成され、且つ
前記現在のテスト前パルス基準信号レベルが前記所定の基準参照値を超える場合、前記所定の基準参照値を前記現在のテスト前パルス基準信号レベルと少なくとも等しく設定するよう構成されていることを特徴とする請求項３記載の制御システム。
前記コントローラは、前記現在のテスト前パルス基準信号レベルの前記所定の基準参照値との比較の前に、前記所定の基準参照値を減少するよう構成されていることを特徴とする請求項５記載の制御システム。
前記コントローラは、各タッチ検出手順について、前記現在の検出閾値用に、一時的な値が所定の検出閾値より大きい場合に該所定の検出閾値に代わりに前記一時的な値を使用するよう構成され、
前記一時的な値は、前記所定の基準参照値及び前記現在のテスト前パルス基準信号レベルの差の絶対値に定数を加算したものと等しいことを特徴とする請求項６記載の制御システム。
前記コントローラは、
前記タッチセンサインタフェースにランダム間隔のテストパルスを送信するよう構成され、
各タッチ検出手順において、前記現在のテスト前パルス基準信号レベルを所定の基準参照値と比較し、前記現在のテスト前パルス基準信号レベルが前記所定の基準参照値を超えている場合、該所定の基準参照値を少なくとも前記現在のテスト前パルス基準信号レベルに等しく設定するよう構成され、
各タッチ検出手順において、前記現在のテスト前パルス基準信号レベルの前記所定の基準参照値との比較の前に、前記所定の基準参照値を減少するよう構成され、且つ
各タッチ検出手順において、前記現在の検出閾値用に、一時的な値が所定の検出閾値より大きい場合、該所定の検出閾値の代わりに前記一時的な値を使用するよう構成され、
前記一時的な値は、前記所定の基準参照値及び前記現在のテスト前パルス基準信号レベルの差の絶対値に定数を加算したものと等しいことを特徴とする請求項３記載の制御システム。
前記タッチセンサインタフェースは容量性タッチセンサからなることを特徴とする請求項１記載の制御システム。
前記コントローラは、マイクロプロセッサ及びメモリを具備し、
前記コントローラはさらに、診断目的で前記メモリ内にタッチ検出手順の情報を記録するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の制御システム。