JP2013041576A - タッチパネルの制御システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルの制御システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】タッチパネルの制御システムは、電圧制御発振器及び信号処理器を含む。電圧制御発振器は、タッチパネルの検出信号に対応する直流電圧信号を正弦波信号に変換するために用いられる。信号処理器は、正弦波信号の周波数をカウントする。タッチパネルの制御システムの電圧制御発振器は、直流電圧信号を正弦波信号に変換する。電圧制御発振器から出力される正弦波信号の周波数の範囲内での変化が広いので、当該信号はノイズによって簡単に影響を受けず、即ち制御システムのＳＮＲは比較的高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触回路及びその制御方法に関し、特にタッチパネルの制御システム及びその制御方法に関する。

コンピュータ（electronic computer）の一般的な入力方法は、入力インターフェースであるキーボード、マウス及びトラックパッド（track pad）のような外部装置を用いている。しかしながら、そのような外部入力装置は、運ぶには重く、大きい。電子製品の薄型化は、電子産業において長く望まれている。薄い電子装置の要求に伴い、タッチパネルは携帯用の電子製品において顧客に人気がある。携帯用の電子製品タッチパネル市場への適用とは別に、情報電化、公衆情報製品、通信装置、ＯＡ機器（office automation equipments）、情報収集装置等への適用も徐々に広がっている。そのため、タッチパネルの研究・開発は、種々の電子産業の中核に成りつつある。

一般的に、タッチパネルは、接触点の位置を決定及び制御するための制御システムが必要である。制御システムの重要な要素であるアナログ−デジタル変換器は、直流（DC:Direct Current）電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に直接に変換するために用いられる。しかしながら、出力信号は、制御システムのＳＮＲ（signal-to-noise ration）を低減するために、近い周波数（制御システム内の熱ノイズ及びフリッカーノイズ（Flicker noise）等）を有する環境ノイズによって簡単に影響を受ける。一方、制御システムの入力電圧が、例えば５Ｖ、３Ｖ、１．８Ｖ、１．２Ｖの幅で徐々に低下するような場合等のように低くなるとき、ＳＮＲは低くなる。したがって、タッチパネルの制御システムのＳＮＲを効率良く増加させる必要がある。

米国特許第６９９５６７０号明細書 米国特許第６９６１０１５号明細書 米国特許出願公開第２００９／３２２３５１号明細書

前述の状態を考慮して、本開示は周波数信号による信号処理を行うために変換されるタッチパネルの制御システムを提供する。

本開示は、ノイズによる影響のためにＳＮＲが低減されるシステムの問題を、周波数信号（好ましくは正弦波信号）の周波数の広い変化範囲の特性によって解決する。

本開示の一形態において、タッチパネルの制御システムは、タッチパネルの検出信号に対応する直流電圧信号を正弦波信号に変換するために用いられる電圧制御発振器と、正弦波信号の周波数をカウントするための信号処理器と、を含む。

本開示の一形態において、タッチパネルの制御システムの電圧制御発振器は、直流電圧信号を正弦波信号に変換することができる。電圧制御発振器から出力される正弦波信号の周波数の範囲内での変化を有し、周波数の値は十分に広いので、当該信号はノイズによって簡単に影響を受けず、即ち制御システムのＳＮＲは高い。

また、タッチパネルの制御システムは、タッチパネルの検出信号を検出するためにタッチパネルに電気的に接続される信号検出器を含む。

本開示の一形態において、信号検出器は、検出信号を直流電圧信号に変換するための積分器と、直流電圧信号の電圧レベルを抽出して維持するサンプリング・ホールディング回路と、直流電圧信号の電圧レベルを増幅するための増幅器と、を含む。

形態において、信号処理器は、正弦波信号の周波数をカウントするための周波数カウンタを含む。

また、信号処理器は、正弦波信号の振幅を増幅するために用いられる低ノイズ増幅器も含む。

また、タッチパネルの制御システムは、タッチパネルに伝送されるパルス駆動信号を生成するために用いられるパルス信号駆動器も含む。タッチパネルは、パルス駆動信号に基づいて検出信号を誘起するために接続される。

また、タッチパネルの制御システムは、パルス駆動信号及び検出信号を取得するために用いられるマルチプレクサも含む。

また、タッチパネルの制御システムは、パルス信号駆動器の動作を制御し、周波数に基づいて接触動作を決定するために用いられる制御ユニットも含む。

他の形態において、本開示はＳＮＲが入力電圧による影響を受けることが少ないタッチパネルの制御方法を提供する。

形態において、パネルユニットの制御方法は、タッチパネルの検出信号に対応する直流電圧信号を正弦波信号に変換し、正弦波信号の周波数をカウントする。

本開示の一形態において、タッチパネルの制御方法は、直流電圧信号を正弦波信号に変換するために電圧制御発振器を用いる。電圧制御発振器から出力される正弦波信号の周波数の範囲内での変化を有し、周波数の値は十分に広いので、当該信号はノイズによって簡単に影響を受けず、即ちＳＮＲは高い。

また、制御方法は、検出信号を直流電圧信号に変換し、直流電圧信号の電圧レベルを抽出して維持し、直流電圧信号の電圧レベルを増幅する。

また、制御方法は、正弦波信号の周波数に基づいて接触動作を決定する。

また、制御方法は、正弦波信号の周波数をカウントするために、正弦波信号の振幅を増幅する。

図１は、本開示に係るタッチパネルの制御システムの形態のブロック図である。 図２は、図１に示すタッチパネルの制御システムの信号検出器のブロック図である。 図３は、図１に示すタッチパネルの制御システムの信号処理器のブロック図である。 図４は、本開示に係るタッチパネルの制御方法の形態のフローチャートである。 図５は、図４に示すタッチパネルの制御方法のステップ２０１のフローチャートの形態である。

以下、図面を用いて本開示を詳述する。

図１を参照するように、本開示に係るタッチパネルの制御システムの形態のブロック図がある。制御システム１００は、タッチパネル２００上の接触動作を決定したり、現在の接触位置を得たりするために、タッチパネル２００を制御するために用いられる。制御システム１００は、電圧制御発振器（VCO：voltage controlled oscillator）１４０及び信号処理器１５０を含む。電圧制御発振器１４０は、タッチパネル２００の検出信号に対応する直流電圧信号を当該直流電圧信号の電圧に応じた正弦波信号（但し、正弦波信号に限定しない。）に変換するために用いられる。そして、信号処理器１５０は、正弦波信号の周波数をカウントするために用いられる。制御システム１００は、またパルス信号駆動器１１０、信号検出器１２０、第１のマルチプレクサ１３０、第２のマルチプレクサ１３５及び制御ユニット１６０を含む。上述の要素及び動作及びそれらの接続方法の本質的な構造を、以下にさらに詳細に開示する。

本開示の形態において、第２のマルチプレクサ１３５を介して、パルス駆動信号をタッチパネル２００に伝送することができるように、制御ユニット１６０は、パルス駆動信号を生成するためにパルス信号駆動器１１０を制御する。タッチパネル２００は、パルス駆動信号に基づいて検出信号を誘起するために接続する。検出信号は、また第１のマルチプレクサ１３０を介して信号検出器１２０に伝送される。本形態では、タッチパネル２００は、投影型静電容量方式タッチパネルであり、複数の駆動電極（不図示）及び複数の検出電極（不図示）が分布アレーを形成するためにタッチパネル２００に配置されている。パルス信号駆動器１１０は、キャパシタンスを形成するように、駆動電極と検出電極との間に電界を誘起するために、駆動電極にパルス駆動信号を入力する。ユーザがタッチパネル２００に接触したとき、接触位置の駆動電極と検出電極との間の電界がユーザの指によって影響を受け、接触位置のキャパシタンスの容量が変化する。これにより、パルス駆動信号に基づいて誘起される検出信号は、ある程度異なる。

本開示の形態において、信号検出器１２０は、タッチパネル２００の検出信号を検出するために第１のマルチプレクサ１３０を介してタッチパネル２００に接続されている。信号検出器１２０は、直流電圧信号を出力する。電圧制御発振器１４０は、直流電圧信号を正弦波信号に変換するために用いられる。タッチパネル２００が接触されていないとき、信号検出器１２０から出力される直流電圧信号の電圧レベルは高い。高い直流電圧信号は、電圧制御発振器１４０によって高周波数正弦波信号に変換される。他方、タッチパネル２００が接触されたとき、信号検出器１２０から出力される直流電圧信号の電圧レベルは低い。低い直流電圧信号は、電圧制御発振器１４０によって低周波数正弦波信号に変換される。また、信号処理器１５０は、正弦波信号の周波数をカウントするために電圧制御発振器１４０に接続されている。制御ユニット１６０は、信号処理器１５０に接続されており、幾つかの接触動作があるか否かを確認し、そして信号処理器１５０から出力される正弦波信号の周波数に基づいて接触点を検出するために用いられる。

本開示の他の形態において、パルス信号駆動器１１０、信号検出器１２０、第１のマルチプレクサ１３０、第２のマルチプレクサ１３５、電圧制御発振器１４０、信号処理器１５０、及び制御ユニット１６０は、タッチパネル２００を駆動及び制御するために、実用設計でＳＯＣ（System-on-Chip）として設計されている。本開示の他の形態において、第１のマルチプレクサ１３０及び第２のマルチプレクサ１３５は、省略することができる。一方、タッチパネル２００は、パルス信号駆動器１１０及び信号処理器１５０に直接に接続される。本開示のさらなる他の形態において、パルス信号駆動器１１０は、タッチパネル２００に応じて他の信号駆動器によって交換される。タッチパネル２００は、（ｉ）静電容量方式タッチパネル、（ii）抵抗方式タッチパネル、等の様々のタイプとすることができる。

本開示の一形態において、制御システム１００の電圧制御発振器１４０は直流電圧信号を正弦波信号に変換することができ、そして電圧制御発振器１４０から出力される正弦波信号の周波数の変化範囲は広いので、ノイズによる影響を簡単に受け難く、その結果、制御システム１００はＳＮＲ全体が増加する。

図２を参照するように、図１に示すタッチパネルの制御システムの信号検出器のブロック図が描かれている。信号検出器１２０は、積分器１２４、サンプリング・ホールディング回路１２６、及び増幅器１２９を含み、構成毎に電気的に接続されている。

一形態において、積分器１２４は、検出信号を直流電圧信号に変換するために用いられる。タッチパネル２００から出力されて得られる検出信号は、積分器１２４によって数回蓄積され、積分器１２４は高レベルの直流電圧信号を出力する。

また、サンプリング・ホールディング回路１２６は、積分器１２４によって出力された直流電圧信号の高レベルを抽出（sampling）及び維持（holding）するために用いられる。サンプリング・ホールディング回路１２６は、直流電圧信号の瞬間の電圧レベルを得るため、そして出力するために直流電圧信号の電圧レベルを略等しく維持するために、積分器１２４から出力される直流電圧信号を抽出する。

また、増幅器１２９は、直流電圧信号の電圧レベルを増幅するために用いられ、そして増幅された直流電圧信号を電圧制御発振器１４０に提供する。本開示の増幅器１２９は、ＰＧＡ（programmable gain amplifier）である。

図３を参照するように、図１に示すタッチパネルの制御システムの信号処理器のブロック図を描いている。信号処理器１５０は、電気的に接続された低ノイズ増幅器１５２及び周波数カウンタ１５４を含む。

低ノイズ増幅器１５２は、電圧制御発振器１４０によって出力された正弦波信号の振幅を増幅するために用いられる。

周波数カウンタ１５４は、増幅された正弦波信号の周波数をカウントするために用いられる。例えば、正弦波信号の周波数は８ＭＨｚである場合、周波数カウンタ１５４のカウント結果は８０である。

従って、制御ユニット１６０は、周波数カウンタ１５４から出力される周波数に基づいて接触動作があるか否かを決定することができ、また、実際の接触位置を決定することができる。タッチパネル２００が接触されない間、直流電圧信号は高く、電圧制御発振器１４０は高周波数正弦波信号を出力し、そして周波数カウンタ１５４は多くの周波数をカウントする。タッチパネルが接触された後、直流電圧信号は低く、電圧制御発振器１４０は低周波数正弦波信号を出力し、そして周波数カウンタ１５４は少ない周波数をカウントする。そのため、制御ユニット１６０は、正弦波信号の周波数カウントに基づいて接触動作があるか否かを決定することができる。

最後に、本形態のＳＮＲの算出式は、ＳＮＲ＝（Ｆ１−Ｆ２）／ΔＦである。Ｆ１は、タッチパネル２００が接触されていない場合、電圧制御発振器１４０から出力される正弦波信号の周波数である。Ｆ２は、タッチパネル２００が接触された後、電圧制御発振器１４０から出力される正弦波信号の周波数である。ΔＦは、ノイズによって生じる周波数の補正量である。すなわち、色々な設計環境での制御システム１００のＳＮＲは、当該式によって簡単に検証することができる。

図３に示される本開示の一形態において、本形態の制御システム１００は以下の効果を有する。

（１）電圧制御発振器１４０の入力信号は直流電圧信号である。タッチパネル２００が接触されない間、直流電圧信号は高く、電圧制御発振器１４０は高周波数正弦波信号を出力する。タッチパネル２００が接触されたとき、直流電圧信号は低く、そして電圧制御発振器１４０は低周波数正弦波信号を出力する。正弦波信号の周波数の変化範囲が広いので、当該信号はノイズによって簡単に影響を受けない。そのため、制御システム１００の入力電圧が小さくなる場合でも、ＳＮＲは影響を受けない。

（２）電圧制御発振器１４０の動作可能な周波数は、数ＭＨｚから数ＧＨｚの範囲であり、熱ノイズやフリッカーノイズのようなノイズは、電圧制御発振器１４０から出力される正弦波信号に影響を与えることができない。すなわち、熱ノイズやフリッカーノイズは、ＳＮＲ全体を低減しない。

（３）電圧制御発振器１４０のコストは、アナログ−デジタル変換器に比べて安価で、電圧制御発振器１４０を用いることは、制御システム１００のコストの削減に寄与することができる。

（４）電圧制御発振器１４０のパルスノイズは、比較的低く、そしてＳＮＲは高く、制御システム１００は小型のタッチパネルだけでなく、大型のタッチパネルも提供することができる。

（５）積分器１２４及び増幅器１２９のパラメータは、高いＳＮＲを得るために調整することができる。

図４は、本開示に係るタッチパネルの制御方法のフローチャートを示している。制御方法は、次のステップを含む。

ステップＳ２０１：タッチパネルの対応する直流電圧信号が正弦波信号に変換される。

図５は、またステップＳ２０１を示している：Ｓ２０１１〜Ｓ２０１３

ステップＳ２０１１において、当該方法は、検出信号を直流電圧信号に変換する。

パルス信号駆動器１１０は、タッチパネル２００のパルス駆動信号を生成する。信号検出器１２０は、タッチパネル２００から出力される検出信号を検出する。タッチパネル２００が接触されたとき、タッチパネル２００から出力される検出信号は変化し、例えばタッチパネルが接触されたときの検出信号はタッチパネルが接触されないときに対して異なる。また、本形態は、検出信号を直流電圧信号に変換するために積分器１２４を用いている。

Ｓ２０１２において、当該方法は直流電圧信号の電圧レベルを抽出して維持する。

本形態において、サンプリング・ホールディング回路１２６は直流電圧信号の電圧レベルを抽出し、そして維持するために用いられる。

ステップＳ２０１３において、当該方法は、直流電圧信号の電圧レベルを増幅する。本形態において、当該方法は、直流電圧信号を増幅するために増幅器１２９を用いている。

ステップＳ２０１４において、当該方法は、直流電圧信号を正弦波信号に変換する。本形態において、当該方法は、直流電圧信号を正弦波信号に変換するために電圧制御発振器１４０を用いている。タッチパネル２００が接触されない間、検出信号の電圧レベルは高く、そして電圧制御発振器１４０は高電圧レベルに基づいて高周波数正弦波信号を出力する。タッチパネル２００が接触される間、検出信号の電圧レベルは低く、そして電圧制御発振器１４０は低電圧レベルに基づいて低周波数正弦波信号を出力する。

ステップＳ２０２：正弦波信号の振幅を増幅する。本形態においては、正弦波信号の振幅は、低ノイズ増幅器１５２によって増幅される。

ステップＳ２０３：正弦波信号の周波数をカウントする。本形態においては、正弦波信号の周波数は、信号処理器１５０によってカウントされる。電圧制御発振器１４０から出力される正弦波信号は、タッチパネル２００が接触されたときと、タッチパネル２００が接触されていないときと、で異なる。また、信号処理器１５０は、タッチパネル２００が接触された、及び接触されないときの正弦波信号の周波数を夫々処理することができる。特に、正弦波信号の周波数は、周波数カウンタ１５４によってカウントされる。

ステップＳ２０４：正弦波信号の周波数に基づいて接触動作を決定する。

一形態において、ステップＳ２０２は、直流電圧信号が正弦波信号に変換された後、振幅が基準値に届けば省略される。

他の形態において、制御システムの電圧制御発振器は、検出信号に基づく直流電圧信号の正弦波信号への変換を可能にする。電圧制御発振器から出力される正弦波信号の周波数の範囲内での変化が広いので、正弦波信号はノイズによって簡単に影響を受けず、そのため制御システムのＳＮＲは比較的高い。

前述の形態は、明細書において開示した内容を実施するために幾つかの方法を示し、当該方法は、本開示のスコープに限定されることを意図したものではない。当業者が行う種々の改変や変更は、添付された特許請求の範囲によって特定される、本開示のスコープから逸脱しない範囲で行うことができる。すなわち、本開示の発明のスコープは、添付された特許請求の範囲に支配されている。

１００ 制御システム
１１０ パルス信号駆動器
１２０ 信号検出器
１２４ 積分器
１２６ サンプリング・ホールディング回路
１２９ 増幅器
１３０ 第１のマルチプレクサ
１３５ 第２のマルチプレクサ
１４０ 電圧制御発振器
１５０ 信号処理器
１５２ 低ノイズ増幅器
１５４ 周波数カウンタ
１６０ 制御ユニット
２００ タッチパネル

Claims (10)

1. タッチパネルの検出信号に基づく直流電圧信号を、当該直流電圧信号の電圧に応じた周波数信号に変換する電圧制御発振器と、
   前記周波数信号の周波数をカウントする信号処理器と、
   を備えるタッチパネルの制御システム。
2. 前記周波数信号は正弦波信号である、請求項１に記載のタッチパネルの制御システム。
3. 信号検出器を更に備え、
   前記信号検出器は、前記タッチパネルに電気的に接続されており、前記タッチパネルの検出信号を検出する、請求項１又は２に記載のタッチパネルの制御システム。
4. 前記信号検出器は、
   前記検出信号を前記直流電圧信号に変換する積分器と、
   前記直流電圧信号の電圧レベルを抽出して維持するためのサンプリング・ホールディング回路と、
   前記直流電圧信号の電圧レベルを増幅する増幅器と、
   を備える、請求項３に記載のタッチパネルの制御システム。
5. 前記信号処理器は、
   周波数カウンタと、
   前記周波数信号の振幅を増幅するための低ノイズ増幅器と、
   を備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタッチパネルの制御システム。
6. 前記タッチパネルに伝送するためのパルス駆動信号を生成し、前記パルス駆動信号に基づいて前記検出信号を誘起するために、前記タッチパネルが接続されるパルス信号駆動器と、
   前記パルス駆動信号及び前記検出信号を取得するためのマルチプレクサと、
   前記パルス信号駆動器の動作を制御し、前記周波数に基づいて接触動作を決定する制御ユニットと、
   を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタッチパネルの制御システム。
7. タッチパネルの検出信号に基づく直流電圧信号を、当該電流電圧信号の電圧に応じた周波数信号に変換し、
   前記周波数信号の周波数をカウントする、タッチパネルの制御方法。
8. 前記検出信号を前記直流電圧信号に変換し、
   前記直流電圧信号の電圧レベルを抽出して維持し、
   前記直流電圧信号の電圧レベルを増幅する、請求項７に記載のタッチパネルの制御方法。
9. 前記周波数信号の周波数に基づいて接触動作を決定する、請求項７又は８に記載のタッチパネルの制御方法。
10. 前記周波数信号の周波数をカウントするために前記周波数信号の振幅を増幅する、請求項７乃至９のいずれか１項に記載のタッチパネルの制御方法。

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