JP2012084145A - タッチシステム及び認識方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光入力式のタッチパネルに用いるタッチシステム及び認識方法を提供する。
【解決手段】タッチシステムは、画素素子内の複数の感光性要素に統合され、光入力によって少なくともタッチ位置を表示でき、それがタッチされた時、信号データを提供するタッチパネル、前記信号データを受信するように構成され、且つ前記信号データ及び変換パラメータに基づいて信号値を発生する変換ユニット、及び前記信号値が所定値より小さい時、特定の動作を実行する処理ユニットを含む読み出し回路を有する。変換ユニットは信号データおよび変換パラメータに基づいた信号を生成する。処理ユニットは信号値が所定の値より低いとき特定の動作を実行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、タッチシステム及び方法に関し、特に、光入力式のタッチパネルに用いるタッチシステム及び認識方法に関するものである。
技術の進歩に伴い、電子製品におけるヒューマンマシンインターフェースの機能の向上が求められている。ヒューマンマシンインターフェースを有する表示モニタは、情報を表示するだけでなく、タッチ機能も提供する。よって、ユーザーは、表示モニタと対話することができ、指またはダミーペン、スタティックペンまたは光学ペンなどのペンを用いて、容量性、抵抗性、赤外線、電磁、光学、及び表面弾性波タッチスクリーンからなるグループから選択された少なくとも１つの入力タイプを受け入れるように構成された表示モニタを制御する。タッチスクリーンは、多くのタイプの装置を有する入力装置として用いられ得るが、どのタイプのタッチパネルも、特に光入力式のタッチパネルは、水分、熱、紫外線放射などに敏感で、それらによって、劣化する。放射線は、タッチパネルの表面に直接照射されるため、劣化は入力信号に更に影響される。
光入力式のタッチパネルに共通し、従来の技術で対応できない問題は、モニタの寿命によって生じるモニタの老化である。モニタの老化は、フォトセンサに通常より弱い予期しない検出信号を生じさせ、システムに対して無効なタッチ信号として現れる。特に言えば、複数のフォトセンサがモニタの中に構成され、環境光をバックグラウンド電流として電気信号に変換する。バックグラウンド電流は、フォトセンサの徐々の劣化に伴って、時間経過として低下する可能性がある。
図８を参照すると、図８はフォトセンサの特性ダイアグラムであり、表示モニタによって検出されたフォトセンサの光応答とモニタの動作時間との間の関係を表している。背景光は、信号応答が入力された光信号の強弱を判定するのに十分敏感であるように出力電圧を安定したレベルに保持する。曲線８１は、環境光の一定の照明条件において測定された一連の検出信号によって構成されており、表示装置の動作時間の増加に伴って、表示装置のフォトセンサアレイから発生された検出信号が低下する。タッチパネルの老化が生じた時、位置座標のバックグランド情報を含む検出信号は、不正確である可能性があり、それにより、有効な入力信号が無視される。
よって、システムは、有効なタッチ信号を判定することができず、且つこの問題は、表示モニタの老化に伴い、より深刻化する。よって、正常な動作の間、光入力式のタッチパネルで生じる老化を較正できる認識メカニズムを有することが望ましい。
本発明は、上述した要求を満足する、光入力式のタッチパネルに用いるタッチシステム及び認識方法を提供する。
タッチシステムの例示的な実施形態は、タッチパネル及び読み出し回路を含む。タッチパネルは、画素素子（ピクセル要素）内の複数の感光性要素に統合され、少なくとも光入力によって少なくともタッチ位置を表示できる。タッチパネルは、タッチパネルがタッチされた時、信号データを提供する。読み出し回路は、信号データを受信するように構成され、変換ユニット及び処理ユニットを含む。変換ユニットは、信号データ及び変換パラメータに基づいて信号値を発生する。処理ユニットは、信号値が所定値より小さい時、特定の動作を実行する。
また、本発明は、ユーザーによって光入力を検出する複数の感光性要素を含む光入力式のタッチパネルの認識方法を提供する。前記方法は、光入力式のタッチパネルの光のレベルを表す信号値を提供するステップ、信号値と所定値を比較するステップ、及び信号値が所定値より小さい時、特定の動作を実行するステップを含む。
本発明によれば、表示モニタおよび／タッチパネルの劣化によっても、それを較正して認識能力を維持することができる。
詳細な説明は、添付の図面に関連する下記の実施形態に示される。
本発明は、添付の図面に関連付けた下記の詳細な説明と実施例を関連付けることによって、より完全に理解されることができる。
本発明の実施形態と一致するフォトセンサアレイの概略的な回路図である。 本発明の他の実施形態と一致するフォトセンサアレイの概略図である。 本発明のさらに他の実施形態と一致するフォトセンサアレイの概略図である。 本発明に基づくタッチシステムの例示的な実施形態の概略図である。 本発明に基づくタッチシステムの他の例示的な実施形態の概略図である。 タッチシステムを動作中の認識メカニズムの論理プロセスを示す流れ図である。 タッチパネルを動作中の制御モジュールの論理プロセスを示す流れ図である。 表示モニタによって検出された電気信号とモニタの動作時間との間の関係を示すフォトセンサの特性を示すダイアグラムである。
光入力式のタッチパネルは、光−電気特性材料によって形成された感光性（光感応性）要素からなる表示モニタであり、その充電状態によって２つの動作モードを表す。これらの２つのモードは、まず、光源（一般に“光タッチ”と呼ばれる）を介して光の検出を入力し、次いで、対象物（一般に“指タッチ”と呼ばれる）を介して光の中断を入力する。光入力式のタッチパネルの異なる動作モードは、駆動回路が個別のモードの選択を制御するのに用いられるため、選択されることが可能である。以下において、感光性要素を駆動する光タッチが簡略化するために例に用いられる。
従来技術において周知のように、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（a-Si TFTs）の涌洩電流は、光に敏感であるため、a-Si TFTsは、フォトセンサとして提供するフォトダイオードまたは感光性トランジスタなどを形成するのに用いられる。フォトセンサは、アレイに配列され、互いに並行に延伸する複数の第１の導電線、互いに並行に延伸し、複数の第１の導電線に直交する複数の第２の導電線を含む。フォトセンサのそれぞれは、複数の第１の導電線の１つと複数の第２の導電線の１つの交差点に近接して配置され、画像成分（image component）及びバックグラウンド成分（background component）を含む光信号を検出できる感光性トランジスタを含み、光信号を画像電流及びバックグラウンド成分に対応するバックグラウンド電流に変換する。
図１は、本発明の実施形態と一致する感光性トランジスタアレイの概略的な回路図である。図１を参照すると、感光性トランジスタアレイ１４は、行及び列に形成された、複数の感光性トランジスタ１４−１を含み得る。代表的な感光性トランジスタ１４−１は、複数のゲートライン１４−Gの１つとゲートライン１４−Gに直交する複数のデータライン１４−Dの１つの交差点に近接して配置される。
図２は、本発明の他の実施形態と一致する感光性トランジスタアレイの概略図である。図２を参照すると、感光性トランジスタアレイ２４は、行及び列に形成された、複数の感光性トランジスタ２４−１及び複数のスイッチングトランジスタ２４−２を含み得る。代表的な感光性トランジスタ２４−１及び代表的なスイッチングトランジスタ２４−２は、複数のゲートライン２４−Gの１つとゲートライン２４−Gに直交する複数のデータライン２４−Dの１つの交差点に近接して配置される。感光性トランジスタ２４−１は、そのドレインに接続されたゲート（番号付けされていない）、及びソース（番号付けされていない）を含み得る。当業者は、接続される電圧レベルによって、トランジスタのドレイン及びソースが交換できる場合があることを理解するであろう。スイッチングトランジスタ２４−２は、感光性トランジスタ２４−１のソースに接続されたドレイン（番号付けされていない）、１つのデータライン２４−Dに接続されたソース（番号付けされていない）、及び１つのゲートライン２４−Gに接続されたゲート（番号付けされていない）を含み得る。
図３は、本発明のさらに他の実施形態と一致する感光性トランジスタアレイの概略図である。図３を参照すると、感光性トランジスタアレイ３４は、行及び列に形成された、複数の感光性トランジスタ３４−１及び複数のスイッチングトランジスタ３４−２を含み得る。代表的な感光性トランジスタ３４−１及び代表的なスイッチングトランジスタ３４−２は、複数のゲートライン３４−Gの１つとゲートライン３４−Gに直交する複数のデータライン３４−Dの１つの交差点に近接して配置される。スイッチングトランジスタ３４−２は、１つのゲートライン３４−Gに接続されたゲート（番号付けされていない）、VDDに接続されたドレイン（番号付けされていない）、及びソース（番号付けされていない）を含み得る。感光性トランジスタ３４−１は、スイッチングトランジスタ３４−２のソースに接続されたドレイン（番号付けされていない）、１つのデータライン３４−Dに接続されたソース（番号付けされていない）、及びそのドレインに接続されたゲート（番号付けされていない）を含み得る。
また、入力光信号がない場合、光学ペンなどの光源、ダミースタイラス、または指先から加えられた力などの圧力源、または物体の影の状態でさえも、バックグランド光だけが感光性トランジスタによって検出される。バックグランド光は、通常、比較的小さい電流である光電流（Ib）に変換される。入力光信号の存在下で、感光性トランジスタは、入力光信号による画像電流（Im）及びバックグランド光による光電流（Ib）を含む電流Iを発生する。
図４は、本発明に基づくタッチシステムの例示的な実施形態の概略図である。タッチシステム４０は、表示装置４１及びホスト装置４２を含む。タッチシステム４０は、デスクトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、またはモバイルデバイスであり得るが、本発明はこれを限定するものではない。表示デバイス４１は、タッチパネル４３及び制御モジュール４５を含む。タッチパネル４３は、第１のマトリクスに配置された画素素子（ピクセル要素）、及び第１のマトリクス内の第２のマトリクスに統合される感光性要素（例えば、感光性のトランジスタアレイ１４、２４、または３４）を有する。すなわち、タッチパネル４３は、感光性要素の光入力機能が製造プロセスを複雑にする、または製造コストを大幅に増加させることなく表示装置に組み込まれるようにする。本発明と一致する実施例は、情報が続いて読み込まれる前にコンデンサにおける入力情報を記憶できるタッチパネルを提供し得る。もう１つの実施例として、いくつかのタッチパネルの設計は、コンデンサの記憶をすることなく、タッチ位置の情報を検出し出力し得る。
本発明の例示的な感光性要素は、読み出し薄膜トランジスタと相互接続された感光性の薄膜トランジスタを含み得るが、これに限定するものではない。どのタイプの感光性要素がタッチパネル４３内にあっても、対応するゲートラインに接続されたゲート端子及び対応するデータラインに接続された１つの端子を含み得る。感光性要素がゲートラインによって駆動された時、電流は感光性要素から流れ、感光性要素によって検出された照度レベルを示し、検出信号として参照される。１つの実施形態では、各データラインの全ての検出信号は、単一の信号データＳに収集され、制御モジュール４５に出力されるが、本発明はこれを限定するものではない。対象物（指または光学ペン）がタッチパネル４３をタッチした時、タッチ位置の情報は、信号データSに含まれ、表示面のタッチ位置とタッチしていない位置との間の電流差を比較することで判定される。
この実施形態では、制御モジュール４５は、タッチパネル４３に接続されて、信号データSを受信し、変換ユニット４７及び処理ユニット４９を含む。本発明の変換ユニット４７は、信号データSを処理し、信号値Vを発生する。他の実施形態では、タッチパネル４３が信号データS１〜Sｎを提供した場合、変換ユニット４７は、信号データS１〜Sｎを処理し、信号値V１〜Vｎを発生する。変換ユニット４７は、アナログフォーマット形式の信号データSをデジタルフォーマット形式に変換できるアナログデジタルコンバータ（ADC）でもよく、そのデジタルフォームは信号値Vとして参照づけられる。
処理ユニット４９は、信号値Vを判定（決定）する。１つの実施形態では、信号値Vが所定値より小さい時、処理ユニット４９は、次の信号値を調整するか、または現在の信号値Vを調整する。もう１つの実施形態では、変換ユニット４７は、信号値Vが処理ユニット４９によって予め定められた所定値で満たされない時、信号データSの大きさをシフトさせる能力も有する。シフトレベルは処理ユニット４９の内部設定に基づいて、一定値または動的値（dynamitic value）であり得る。
例えば、信号データSが明らかに規定値から外れた時、変換ユニット４７は、広いシフトを次の信号データに提供する。逆に、変換ユニット４７は、現在の信号値が規定値に近い時、次の信号データをわずかにシフトする。注意するのは、変換ユニット４７は、タッチパネル４３内に統合され、タッチパネルは、デジタルフォームの信号値Vを出力する。
本発明の処理ユニット４９は、デジタル信号値Vを受信し、信号値Vと内部値との差値を所定値Pとする。感光性要素は、タッチパネル４３のフレームレートに基づき、周期的に動作されるため、例えば、第１のフレーム期間で第１の信号値V１、第２のフレーム期間で第２の信号値V２など、個別の信号値Vが各フレームに得られる。よって、信号値Vは、タッチパネル４３内に組み込まれた感光性要素の全ての検出信号から変換された各フレーム期間に変換ユニット４７から提供される。また、処理ユニット４９は、デジタル信号を分析する能力を有し、第１の信号値V１がその中で予め定められた所定値の範囲に低下するかどうかを判定する。第１の信号値は、信号値から選ばれ、各フレーム期間の信号値Vを表す。一方、次の信号値（例えば、V２、V３、…、Vn）は、個別の状態によって、代表的な信号値Vとなり得る。その後、第１の信号値または代表の信号値は、信号値Vとなる。
図５は、本発明に基づくタッチシステムのもう１つの例示的な実施形態の概略図である。タッチシステム５０は、感光性のトランジスタアレイ５１、複数の電流電圧コンバータ５２−１〜５２−N（Nは自然数）、及び読み出し回路５３を含む。電流電圧コンバータ５２−１〜５２−Nは、感光性のトランジスタアレイ５１が電流電圧を変換できれば、省略されてもよい。読み出し回路５３は、機能ユニット５４、増幅ユニット５５、変換ユニット５６、処理ユニット５７、及びタイミング発生器５８を含み得る。機能ユニット５４は、コンバータ５２−１〜５２−Nから増幅ユニット５５まで順次的に電圧信号を提供し得る。電圧信号は、増幅ユニット５５で増幅され、次いで、変換ユニット５６でサンプリングされる。処理ユニット５７は、変換ユニット５６からの情報に基づく光電流を生じさせる光入力の座標を判定し得る。ゲート同期に関して、タイミング発生器５８は、感光性のトランジスタアレイ５１に用いられる同期信号に基づき、機能ユニット５４、変換ユニット５６、及び処理ユニット５７の動作を同期し得る。一実施例の読み出し回路５３は、集積回路に形成され、タッチシステム５０の製造を容易にする。
図６は、本発明に基づく認識方法の例示的な実施形態の流れ図である。認識方法は、タッチパネルの老化があるかどうかを確認する。簡単な実施例をとると、確認の時間点は、通常、定期的であり、即ち確認の継続時間が一定であるということである。信号値（例えばV）は、受信され（ステップ６２）、信号値Vは、初期のデジタル値または調整されたデジタル値であり得る。この実施の形態では、判定ループは、信号値Vを所定値Pと比較するように実行される。所定値Pを参照すると、所定値は、一定値であり得る。例えば、タッチパネル４３から提供された最小信号値は、所定値Pとなる。タッチパネル４３が光入力を受信したかどうかにかかわらず、フォトセンサによって検出された検出信号Sは、検出信号データの最小値より小さくなることはない。環境光の存在により、信号データSは、タッチされていない時、正値である。即ち、タッチパネル４３から提供された信号値は、暗室においてタッチ入力がない状態で得られ、信号値は所定値Pとなることである。すなわち、所定値Pは、暗状態におけるバックグランド成分に基づいている。
また、所定値Pは、他の実施形態において特定目的のために動的値である。例えば、所定値Pは、表示装置の老化を測定するために、徐々に増加される。他の目的のために、所定値Pも時間の経過とともに、徐々に減少するという可能性は排除されない。所定値Pを固定するまたは調整する方法は、当業者には周知のものであるため、簡易化のため、説明は省略される。
上述のように、所定値Pは、最小信号値であり、フレームの環境光を現す。次いで、図６のステップ６４では、信号値Vは、所定値Pより少ないかどうかを判定する。タッチパネルの寿命の初期の段階では、タッチパネル４３は、老化の問題を有さない。タッチパネル４３によって検出された検出信号は、どんな測定をしなくても有効である。しかしながら、ステップ６６に示されるように、信号値が所定値（V＜P）より少ない場合、特定の動作は、実行される。信号値の調整方法は、後に詳述する。１つの実施の形態では、特定の動作は、次の信号値（例えば、V２〜Vn）を増加して、タッチパネル４３の有効な入力がなくなる（missing）のを防ぐ。もう１つの実施の形態では、特定の動作は、現在の信号値Vを増加することである。他の実施の形態では、特定の動作は、変換ユニット４７の変換パラメータを調整することである。例えば、特定の動作は、フィードバックを変換ユニット４７に出力することであり、フィードバックは、オフセットまたはゲイン値である。フィードバックは、タッチパネルの寿命の制限された範囲内にあり得る。この場合、変換ユニット４７は、増加された信号値を提供し得る。
図４を例にとると、タッチシステム４０の資源を節約するために、処理ユニット４９は、変換ユニット４７より生じた信号値Vを周期的に確認するように内部タイマーを設定し得る。また、内部タイマーに設定された時間周期は、劣化程度に基づいて動的であり得る。図５を再度参照すると、内部タイマー（表示せず）は、処理ユニット５７に配置され、その機能もタイミング発生器５８と異なる。処理ユニット５７に組み込まれた内部タイマーの確認時間（checking duration time）は、連続的（例えば各フレーム）であり得るが、不連続的な（例えば数秒または数分）確認時間が好ましい。いくつかの実施例では、処理ユニット５７は、信号値を定期的に確認し、確認時間は、タッチパネルの寿命が終わる前に固定される。もう１つの実施例では、確認時間は、変化レベルの幅に反比例する。信号値Vが明らかに規定値から外れた時、処理ユニット５７は、自動的に確認時間を増加させる。
図７は、本発明に基づいた認識方法のもう１つの例示的な実施形態の流れ図である。認識方法は、光入力式のタッチパネルで生じる老化を測定できる。タッチパネルは、ユーザーによって動作された光入力を検出する複数の感光性要素を含む。変換ユニットのパラメータは、ステップ７１で初期化される。図４を例にとると、制御モジュール４５は、アナログ信号を処理する変換ユニット４７及び正常でない信号値Vを認識できる処理ユニット４９を含む。一般的に言えば、変換ユニット４７から出力された信号値Vは、デジタルフォーマットで要求され、変換ユニット４７のパラメータは、ステップ７１に示されるように初期化される。ステップ７２では、アナログ信号データSは、デジタルフォームで信号値Vに変換される。１つの実施の形態では、信号値Vは、変換ユニット４７によって推定されたパラメータに基づいて変調される。次いで、信号値Vは、ステップ７３に示されるように、処理ユニット４９で所定値Pと比較される。信号値Vが所定値Pより小さくなければ、ステップ７１は、変換ユニットの初期化のパラメータ、または信号値Vの同じパラメータを有する次の信号値を処理するように実行される。
調整ループは、信号値Vが規定値より小さい時、実行される。信号値Vと所定値Pとの間の差値は、ステップ７４に記されている。図４を例にとると、光入力式のタッチパネルの動作中、処理ユニット４９は、信号値Vと所定値Pとの間の校正値（P-V）を記録し、ステップ７４に示されるように、P-V値を変換ユニット４７に報告する。一方、変換ユニット４７は、校正値がしきい値内にあるかどうかを判定するように要求される（ステップ７５）。変換ユニット４７のパラメータが制限されたしきい値の範囲外にある時、ステップ７６に示されるように、タッチパネル４３は、動作寿命に達する。一般的に言えば、タッチパネルの表示画素素子は、組み込まれたフォトセンサの寿命の前にダメージを受ける。ステップ７７では、変換ユニット４７のパラメータは、P-V値に従って調整され、変換ユニット４７の調整されたパラメータは、次のフレームの信号値を変化させる校正値に基づいて提供される。通常、P-V値が所定のレベルの範囲にある場合、変換ユニット４７は、オフセット値を加えることでわずかに調整する。または、重大な劣化が起こった時、例えば、連続的な信号値Vが所定値Pより低い時、パラメータはゲイン値によって調整される。
この発明は、実施例の方法及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は、これらを限定するものではないことは理解される。逆に、種々の変更及び同様の配置をカバーするものである（当業者には明白なように）。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
１４ 感光性トランジスタアレイ
１４−１ 感光性トランジスタ
１４−G ゲートライン
１４−D データライン
２４ 感光性トランジスタアレイ
２４−１ 感光性トランジスタ
２４−２ スイッチングトランジスタ
２４−G ゲートライン
２４−D データライン
３４ 感光性トランジスタアレイ
３４−１ 感光性トランジスタ
３４−２ スイッチングトランジスタ
３４−G ゲートライン
３４−D データライン
４０ タッチシステム
４１ 表示装置
４２ ホスト装置
４３ タッチパネル
４５ 制御モジュール
４７ 変換ユニット
４９ 処理ユニット
５０ タッチシステム
５１ 感光性のトランジスタアレイ
５２−１〜５２−N 電流電圧コンバータ
５３ 読み出し回路
５４ 機能ユニット
５５ 増幅ユニット
５６ 変換ユニット
５７ 処理ユニット
５８ タイミング発生器

Claims (15)

  1. 画素素子内の複数の感光性要素に統合され、光入力によって少なくともタッチ位置を表示できるタッチパネルであって、当該タッチパネルがタッチされた時、信号データを提供するタッチパネル、
    前記信号データを受信するように構成され、前記信号データ及び変換パラメータに基づいて信号値を発生する変換ユニット、及び前記信号値が所定値より小さい時、特定の動作を実行する処理ユニットを含む読出回路を具備する、タッチシステム。
  2. 前記信号データは、アナログフォームであり、前記信号値はデジタルフォーマットである請求項１に記載のタッチシステム。
  3. 前記特定の動作は、前記変換パラメータを調整することである請求項１に記載のタッチシステム。
  4. 前記特定の動作は、フィードバックを変換ユニットに出力することであり、前記フィードバックは、オフセットまたはゲイン値である請求項１に記載のタッチシステム。
  5. 前記特定の動作は、フィードバックを変換ユニットに出力することであり、前記フィードバックは、前記タッチパネルの寿命の制限された範囲内にある請求項１に記載のタッチシステム。
  6. 前記信号データは、環境光のバックグラウンド成分及び光入力の光コンポーネントを含む請求項１に記載のタッチシステム。
  7. ユーザーによって光入力を検出する複数の感光性要素を含む光入力式のタッチパネルの認識方法であって、
    前記光入力式のタッチパネルの光のレベルを表す信号値を提供するステップ、前記信号値と所定値を比較するステップ、及び
    前記信号値が前記所定値より小さい時、特定の動作を実行するステップを
    含む認識方法。
  8. 前記信号値が前記所定値より小さい時、前記信号値と前記所定値との間の校正値を記録するステップを更に含む、請求項７に記載の認識方法。
  9. 前記信号値は、前記光入力式のタッチパネルに組み込まれた素子によって検出された光コンポーネントを含む、請求項７に記載の認識方法。
  10. 命令を返信し、次の命令を受信するまで、前記信号値と前記所定値との間の差値に従って次の信号値をシフトさせるステップを更に含む、請求項８に記載の認識方法。
  11. 前記命令は、前記光入力式のタッチパネルの制限された範囲内にある、請求項１０に記載の認識方法。
  12. 前記光のレベルは、光入力のない環境光の照明である、請求項７に記載の認識方法。
  13. 暗条件の情報に基づいた前記所定値を規定するステップを更に含む、請求項７に記載の認識方法。
  14. 前記所定値が前記信号値より大きい時、前記信号値を破棄し、前記所定値と前記選択された信号値との差値に基づき次の信号値をシフトさせるステップを更に含む請求項８に記載の認識方法。
  15. 前記信号値を前記ホスト装置に出力するステップを更に含む、請求項７に記載の認識方法。
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