JP2013513184A - タッチパネルにおけるマルチタッチ信号バイアスドリフトの補償 - Google Patents

タッチパネルにおけるマルチタッチ信号バイアスドリフトの補償 Download PDF

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Abstract

システムと方法は、静電容量型センサのアレイ中のセンサを選択するステップと、その選択されたセンサの行強度を決定するステップと、その選択されたセンサの列強度を決定するステップとを提供する。また、このシステムと方法は、選択されたセンサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償するステップであって、その補償は選択されたセンサの強度を行強度と列強度とに基づき調整するステップを含むステップを提供し得る。

Description

実施形態は概してタッチパネルに関する。より具体的には、実施形態は投影型静電容量タッチパネルにおけるマルチタッチ信号バイアスの補償に関する。
タッチパネルはいろいろな状況でユーザインタフェース(UI)として使われている。ノートブックコンピュータのキーボード面などの大きな水平面において投影型静電容量タッチパネルを使用するとき、パネルにはより大きなユーザの体の重みがかかる。この場合、静電容量回路を安定化させることが困難になる。例えば、ユーザの身体がパネルの一部分から他の部分に容量電荷をカップリングしてしまうため、関心タッチ信号が弱くなり、ドリフトし、多くの場合、検出可能レベルより低くなってしまう。
一実施形態による方法は、静電容量型センサのアレイ中のセンサを選択するステップと、前記選択されたセンサの行強度を決定するステップと、前記選択されたセンサの列強度を決定するステップと、前記選択されたセンサを、マルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償するステップであって、前記補償するステップは、前記選択されたセンサの強度を、前記行強度と列強度とに基づき調整するステップを含む、補償するステップとを有する。
他の一実施形態によるタッチパネルは、静電容量型センサのアレイと、前記アレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有する。
他の一実施形態によるコンピューティングシステムは、ノートブックフォームファクタを有するハウジングと、前記ハウジングの水平面に結合し、静電容量型センサのアレイと、前記アレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有するタッチパネルとを有する。
添付した図面を参照して、以下の明細書と特許請求の範囲とを読めば、当業者には、本発明の実施形態のいろいろな有利性が明らかとなるであろう。
マルチタッチ信号バイアス減少の一例を示す図である。 非補償センサの強度和の一例を示すグラフである。 一実施形態による強度加算センサの一例のグリッドを示す図である。 一実施形態による、右手がコンタクトし、親指が検出可能なタッチパネルからの測定値の一例を示す図である。 左前腕と右手がコンタクトし、親指が検出可能でないタッチパネルからの従来の測定値の一例を示す図である。 一実施形態による、左前腕と右手がコンタクトし、親指が検出可能なタッチパネルからの測定値の一例を示す図である。 一実施形態によるタッチパネルの操作方法の一例を示すフローチャートである。 一実施形態によるコンピューティングシステムの一例を示すブロック図である。 一実施形態による、ノートブックフォームファクタとタッチパネルを有するコンピューティングシステムの一例を示す図である。
実施形態は、静電容量型センサのアレイとそのアレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有するタッチパネルを提供する。
また、実施形態は、ノートブックフォームファクタのハウジングとそのハウジングの水平面に結合されたタッチパネルとを有するコンピューティングシステムも提供する。そのタッチパネルは、静電容量型センサのアレイとそのアレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有する。
また、実施形態はタッチパネルの動作方法を含む。その方法は、静電容量型センサのアレイ中のセンサを選択するステップと、その選択されたセンサの行強度(row intensity)を決定するステップとを提供する。また、その選択されたセンサの列強度(column intensity)も決定してもよい。この方法は、さらに、選択されたセンサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償するステップであって、その補償は選択されたセンサの強度を行強度と列強度とに基づき調整するステップを含むステップを提供し得る。
ここで図1を参照して、投影型静電容量センサ/セルのタッチパネルアレイ32の一例を示した。測定は、アレイ32の各静電容量型センサに交流電流(AC)波形を通すことにより行える。この時、身体の一部や導電性スタイラスをセンサ表面に近づけると、静電場が局所的に変化する。アレイ32の各センサの静電容量変化を測定して、タッチ位置を決定できる。図示した例では、アレイ32の2つの領域30(30a、30b)がユーザによりタッチされている。例えば、左端のタッチ領域30aはユーザの左の手のひらに対応し、右端のタッチ領域30bはユーザの右の手のひらに対応している。そのため、複数のタッチ領域30は「マルチタッチ(multi-touch)」イベントに関連していると思われる。
タッチ領域30から、一般的に、アレイ32の下に、チャート36中に示した強度測定値34(34a、34b)が得られる。一般的に、投影型静電容量タッチパネルアーキテクチャでは、タッチにより負の強度測定値が現れる。具体的に、タッチ領域30aから強度測定値34aが得られ、タッチ領域30bから強度測定値34bが得られる。マルチタッチによるアレイ32に生じる電荷量は、身体との行及び列のカップリングと、その行及び列の他のスキャンされるタッチポイントとの関係の関数であることが分かっている。具体的に、一方の手で行をタッチし、他方の手で列をタッチすると、その行と列の交点におけるパネルの感度が低下する。そのため、交点領域38が、タッチ領域30bの行とタッチ領域30aの列のところに生じる。交点領域38では、その位置のバイアスドリフト40が生じる。したがって、交点38におけるタッチをタッチとして検知するため、バイアスドリフト40の正の強度を解消しなければならない。バイアスドリフト40は、アレイ32の一部分から、ユーザの身体を通して、アレイ32の他の部分に結合した静電容量電荷によるものである。同様に、交点領域42が、タッチ領域30bの列とタッチ領域30aの行のところに生じる。図示した交点領域42では、その位置のバイアスドリフト44が生じる。このように、交点領域42はマルチタッチの結果として「鈍感化(desensitized)」される。
図2は、38×24(8mmセルサイズ)タッチパネルにおけるx=14、y=15の目標センサの行と列の全重み付け強度の和のプロット46を示す。図示した強度は、0から+30にかけて小さくなるが、行と列の電荷が増大するからである。目標センサ[14,15]にタッチが生じると、+30の増大(build up)がタッチによる流出(draining)を凌駕し、コンタクトが検知されない。
したがって、マルチタッチ信号バイアスドリフトを補償するため、個々のセンサに動的な調整をするが、その調整は問題のセンサの行と列の流出(drain)の関数である。かかる補償への一アプローチは、選択されたセンサの行強度を決定し、選択されたセンサの列強度を決定し、その行強度と列強度に基づき、選択されたセンサの強度を調節するものである。例えば、バイアス調整の強度は次式で計算できる。
Figure 2013513184
ここで、Iはセンサ強度(例えば、ボルト単位)を表し、Tは選択されたセンサへのインデックスを表し、ωはインデックスの関数としてのスカラ重み(例えば、選択されたセンサまでの距離)を表す。このように、式の右辺の第1項は、選択されたセンサを含む列中のセンサの列強度和を計算し、式の左辺の第2項は、選択されたセンサを含む行中のセンサの行強度和を計算する。図示した例では、行強度和と列強度和は重み付けされている。具体的に、個々の強度に適用する重みは、選択されたセンサまでの距離に反比例し、目標センサに近いセンサほど大きな重み付けをしている。また、図示した行及び列の強度和は、選択されたセンサと、コントローラハードウェア(一般的には、アレイの[0,0]位置)の電荷/読み出し回路との間のセンサのみを含む。あるいは、行と列全体を使ってもよい。
図3は、強度和センサマップ48の一例のグリッドを示し、行強度和を取るセンサ50は選択されたセンサ54と、その選択されたセンサ54を含む行中の電荷/読み出し回路56との間である。同様に、列強度和を取るセンサ52は、選択されたセンサと、その選択されたセンサ54を含む列中の電荷/読み出し回路56との間である。
そのため、元の各センサ強度は次式の通りγにより線形調整できる:
Figure 2013513184
ここで、I0は元のセンサ強度を表し、Ifは最終的なセンサ強度を表す。この式はパネルの関心のあるすべてのセンサに対して繰り返すことができる。
ここで、図4を参照して、タッチパネルからの測定値60の一例を示す。図示した例では、手のひら領域62はユーザの右の手のひらに対応し、親指領域64はユーザの右の親指に対応する。親指領域64は検出可能である。しかし、図5は、同様の測定値68であるが、別の前腕領域66がある。この場合、親指領域64の強度は補償されていないので弱くなっている。その結果、イベントを検出できなく、及び/又は性能が低下することがある。図6は、上記のマルチタッチ信号バイアスドリフト補償をして取った測定値70を示している。図示した結果は、親指領域64を検出したことを示す。
図7は、リアルタイムでのタッチパネルの動作方法72を示す。方法72は、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、プログラマブルROM(PROM)、フラッシュメモリなどメモリの機械又はコンピュータ読み取り可能媒体に記憶された一組のロジック命令として、実行可能ソフトウェアで、又は特定目的集積回路(ASIC)、相補的金属酸化物半導体(CMOS)、又はトランジスタ・トランジスタ・ロジック(TTL)などの回路技術を用いた固定機能ハードウェアで、又はこれらの任意の組み合わせで実装可能である。
処理ブロック74において、静電容量型センサのアレイのセル/センサを選択する。ブロック76において、選択されたセンサの行強度を決定する。かかる決定には、選択されたセンサを含む行中のセンサの重み付け行強度和の計算を含んでもよい。図示したブロック78において、選択されたセンサの列強度を決定する。かかる決定には、選択されたセンサを含む行中のセンサの重み付け列強度和の計算を含んでもよい。一例では、行強度和と列強度和は、選択されたセンサと、タッチパネルの読み出し回路との間のセンサのみを含む。ブロック80において、行強度と列強度とに基づき、選択されたセンサの強度を調整できる。ブロック82において、センサの選択と、行強度の決定と、列強度の決定と、選択されたセンサの、そのアレイ中の別のセンサに対する調整とを繰り返す。
ここで、図8を参照して、コンピューティングシステム10を示した。このシステム10は、例えば、ラップトップ、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、ワイヤレススマートフォン、メディアプレーヤ、画像化デバイスなど、またはこれらの任意の組み合わせ等のモバイルプラットフォームの一部である。また、システム10は、パーソナルコンピュータ(PC)、サーバ、ワークステーション等の固定プラットフォームの一部であってもよい。例示したシステム10はホストプロセッサ12を含む。このホストプロセッサ12は、システムメモリ14へのアクセスを提供する、集積されたメモリコントローラ(図示せず)を含んでいてもよい。システムメモリ14は、例えば、デュアルデータレート(DDR)シンクロナス・ダイナミックランダムアクセスメモリ(SDRAM、例えば、DDR3 SDRAM JEDEC Standard JESD79−3C、2008年4月)モジュールを含む。システムメモリ14のモジュールは、例えば、シングルインラインメモリモジュール(SIMM)、デュアルインラインメモリモジュール(DIMM)、スモールアウトラインDIMM(SODIMM)などに組み込まれている。また、プロセッサ12は、1つ以上のプロセッサコア(図示せず)を有する。各コアは、例えば、命令フェッチユニット、命令デコーダ、レベル1(L1)キャッシュ、実行ユニット等を有し、完全に機能する。一実施形態では、プロセッサ12の内部キャッシュは、例えば、スタティックRAM(SRAM)で実装されている。プロセッサ12は、マイクロソフトウィンドウズ(登録商標)、Linux(登録商標)、又はMac(Macintosh)OSなどのオペレーティングシステム(OS)と、その他のいろいろなソフトウェアアプリケーションとを実行できる。
例示したプロセッサ12は、プラットフォームコントローラハブ(PCH)16と通信する。プラットフォームコントローラハブ16は、あるシステムではサウスブリッジとしても知られている。PCH16は内部コントローラ(図示せず)を有する。内部コントローラには、USB(Universal Serial Bus、例えばUSB Specification 2.0、USB Implementers Forum)、シリアルATA(SATA、例えばSATA Rev. 3.0 Specification、2009年5月27日、SATA International Organization/SATA-IO)、ハイデフィニションオーディオ、その他のコントローラが含まれる。また、例示したPCH16は、1つ以上の大規模記憶デバイス18に結合している。この大規模記憶デバイス18は、例えば、ハードドライブ、リードオンリメモリ(ROM)、光ディスク、フラッシュメモリ等を含む。PCH16は、ユーザにシステム10とインターラクトし、システム10からの情報を把握できるようにするため、マイクロホン、ディスプレイ、キーパッド、マウス、スピーカなどのユーザインタフェースデバイスをサポートできる。
具体的に、PCH16は、静電容量型センサのアレイ22、タッチパネルコントローラ24、及びファームウェア26を有するタッチパネル20と通信できる。コントローラ24は、例えば、特定目的集積回路(ASIC)、相補的金属酸化物半導体(CMOS)、又はトランジスタ・トランジスタ・ロジック(TTL)技術、又はこれらの任意の組み合わせなどの回路技術を用いた固定機能ハードウェアロジックで実装された組み込みコントローラである。例示した例では、ファームウェア26は、プログラマブルROM(PROM)又はフラッシュメモリ中のロジックとして実装してもよいが、一組の調整モジュール命令を含む。この一組の調整モジュール命令は、既述の通り、コントローラ24により実行されると、そのコントローラ24に、そのアレイ22中の各センサを、マルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償させる。また、調整モジュールは、コントローラ24又はその他の適切な処理コンポーネントにおける固定機能ハードウェアとして実装できる。
図9は、ノートブックフォームファクタのハウジングと、そのハウジングの水平面に結合されたタッチパネル88とを有するモバイルコンピューティングシステム86を示す。前述の通り、タッチパネル88は、静電容量型センサのアレイと、そのアレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有する。一例では、システム86のホストプロセッサは、タッチパネル88を介してキーボードアプリケーションプロセスを実行するように構成されている。他のプロセスには、例えばOSナビゲーションプロセス(例えば、コンピューティングシステムをリフレッシュするタッチコンピューティング)が含まれる。
上記の手法は、例えばノートブックサイズの表面を用いる大型の静電容量型タッチパネルを構成する時に生じる信号測定問題を解決できる。具体的には、上記手法では、ハードウェアスキャニング回路で生じる動的ドリフト信号バイアスをモニタし、各タッチパネルセンサ測定値の信号対ベースラインオフセットを適応的に調整する。この適応的調整は、人体を通して流れ、関心のある静電容量測定値を歪めることが分かっているパネルの他の点における行・列測定値に基づき行われる。そうすることにより、弱くなった信号を回復して、非常に広い同時コンタクト面積(例えば、大きなタッチパネルを使う時に一般的に生じるフルハンドコンタクト及び/又は複数ユーザコンタクト)をサポートできる。
本発明の実施形態は、すべてのタイプの半導体集積回路(IC)チップで利用できる。これらのICチップの例としては、プロセッサ、コントローラ、チップセットコンポーネント、プログラマブルロジックアレイ(PLA)、メモリチップ、ネットワークチップなどがあるが、これらに限定されない。また、いくつかの図面では、線で信号導線を表した。いくつかの線は太く、より多くの構成信号経路を示し、複数のラベルを有し、複数の構成信号経路を示し、及び/又は1つ以上の端に矢印を有し、主な情報フロー方向を示す。しかし、これは、限定と解釈してはならない。むしろ、かかる付加的詳細は、1つ以上の実施形態と共に、回路の理解を促進するために用いられている。表示したどの信号線も、追加的情報を有していようがいまいが、複数の方向に進む1つ以上の信号を有していてもよく、例えば、差動ペアと実装されたデジタル又はアナログライン、光ファイバライン、及び/又は単一終端ラインなどの所望のタイプの信号方式で実装してもよい。
例示したサイズ/モデル/値/範囲は所与のものであってもよいが、本発明の実施形態はこれに限定されない。(フォトリソグラフィなどの)生産技術が時間とともに成熟してくるので、小さいサイズのデバイスを生産できると期待される。また、ICチップその他のコンポーネントへの周知のパワー/グラウンド接続は、図示と説明とを簡単にするため、及び本発明の実施形態の態様を分かりにくくしないように、図示したものもあれば図示していないものもある。さらに、構成をブロック図の形式で示したが、それは本発明の実施形態を分かりにくくしないようにするため、またかかるブロック図構成の実装に関する具体的事項は実施形態を実装するプラットフォームに大きく依存すること、すなわちかかる具体的事項は当業者の管轄事項であることを考慮したものである。本発明の実施形態を説明するために、(例えば、回路などの)具体的な詳細事項を記載した場合、当業者には言うまでもなく、こうした具体的な詳細事項が無くても、又はそれを変更しても、本発明の実施形態を実施できる。よって、上記の説明は、限定ではなく例示と考えるべきである。
一部の実施形態は、例えば、機械により実行されると、その機械に実施形態による方法及び/または動作を実行させる命令またはそのセットを格納した、機械又は有体コンピュータ読み出し可能メディアまたは製品(article)を用いて実施される。かかる機械には、例えば、好適な処理プラットフォーム、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングデバイス、処理デバイス、コンピューティングシステム、処理システム、コンピュータプロセッサ等を含んでもよいし、好適なハードウェア及び/またはソフトウェアの組み合わせを用いて実施してもよい。機械読み出し可能媒体または製品には、例えば、任意の適切なタイプのメモリユニット、メモリデバイス、メモリ製品、メモリメディア、記憶デバイス、記憶製品、記憶メディア及び/または記憶ユニット、例えば、メモリ、リムーバブルまたは非リムーバブルメディア、消去可能または非消去可能メディア、書き込み可能または非書き込み可能メディア、デジタルまたはアナログメディア、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、光ディスク、磁気メディア、光磁気メディア、リムーバブルメモリカードまたはディスク、様々なタイプのDVD、テープ、カセット等が含まれる。命令には、ハイレベル、ローレベル、オブジェクト指向、ビジュアル、コンパイル済み、及び/またはインタープリット済みプログラミング言語など好適な言語を用いて実装される、ソースコード、コンパイル済みコード、インタープリットコード、実行コード、スタティックコード、ダイナミックコード、暗号化コードなどの好適な任意のコードを含む。
特に断らなければ、言うまでもなく、「処理」、「算出」、「計算」、「判断」等の用語は、コンピュータ、コンピューティングシステム、類似の電子的計算機器の動作やプロセスであって、コンピューティングシステムのレジスタやメモリ内の物理的(電子的)量として表されたデータを操作し、コンピューティングシステムのメモリやレジスタ、その他の情報記憶装置、伝送機器、表示機器内の物理量として同様に表された他のデータに変換するものを指す。実施形態はこれに限定されない。
「結合した」との用語は、ここでは問題となるコンポーネント間の、直接的又は間接的な任意のタイプの関係を言い、電気的結合、機械的結合、流体的結合、光学的結合、光磁気的結合、電気機械的結合その他の結合に当てはまる。また、「第1の」、「第2の」等の用語は、ここでは、説明を容易にするためにだけに使われており、特に断らなければ時間的な意味は無い。
当業者には言うまでもなく、本発明の実施形態の幅広い手法は、いろいろな形式で実施できる。それゆえ、本発明の実施形態をその具体的な例に関連して説明したが、当業者には図面、明細書、及び特許請求の範囲を研究すればその他の修正が明らかであるから、本発明の実施形態の範囲は具体例に限定されない。

Claims (20)

  1. 静電容量型センサのアレイ中のセンサを選択するステップと、
    前記選択されたセンサの行強度を決定するステップと、
    前記選択されたセンサの列強度を決定するステップと、
    前記選択されたセンサを、マルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償するステップであって、前記補償するステップは、前記選択されたセンサの強度を、前記行強度と列強度とに基づき調整するステップを含む、補償するステップとを有する、方法。
  2. 前記選択されたセンサを含む行中のセンサの行強度和を計算して、前記行強度を求めるステップと、
    前記選択されたセンサを含む列中のセンサの列強度和を計算して、前記列強度を求めるステップと、
    前記行強度和と列強度和とを前記選択されたセンサの強度に足すステップとをさらに有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記行強度和と列強度和を計算する前に、距離メトリックに基づき、個々の行強度と列強度を重み付けするステップをさらに有する、請求項2に記載の方法。
  4. 前記距離メトリックは距離に反比例する重みを与える、請求項3に記載の方法。
  5. 前記行強度和と列強度和は、前記選択されたセンサと、前記タッチパネルの読み出し回路との間のセンサのみを含む、請求項2に記載の方法。
  6. 前記センサを選択するステップと、行強度を決定するステップと、列強度を決定するステップと、前記選択されたセンサを、前記アレイ中の複数のセンサに対し調整するステップとを繰り返すステップをさらに有する、請求項1に記載の方法。
  7. 静電容量型センサのアレイと、
    前記アレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有する、タッチパネル。
  8. 前記調整モジュールは、
    前記アレイ中のセンサを選択し、
    前記選択されたセンサの行強度を決定し、
    前記選択されたセンサの列強度を決定し、
    前記選択されたセンサの強度を、前記行強度と列強度とに基づき、調整する、請求項7に記載のタッチパネル。
  9. 前記調整モジュールは、
    前記選択されたセンサを含む行中のセンサの行強度和を計算して、前記行強度を決定し、
    前記選択されたセンサを含む列中のセンサの列強度和を計算して、前記列強度を決定し、
    前記行強度和と列強度和とを前記選択されたセンサの強度に足す、請求項8に記載のタッチパネル。
  10. 前記行強度和と列強度和を計算する前に、距離メトリックに基づき、個々の行強度と列強度を重み付けする、請求項9に記載のタッチパネル。
  11. 前記距離メトリックは距離に反比例する重みを与える、請求項10に記載のタッチパネル。
  12. さらに、読み出し回路を有し、前記行強度和と列強度和は、前記選択されたセンサと前記読み出し回路との間のセンサのみを含む、請求項9に記載のタッチパネル。
  13. 前記調整モジュールは、前記センサの選択と、行強度の決定と、列強度の決定と、前記選択されたセンサの、前記アレイ中の複数のセンサに対する調整とを繰り返す、請求項8に記載のタッチパネル。
  14. ノートブックフォームファクタを有するハウジングと、
    前記ハウジングの水平面に結合し、静電容量型センサのアレイと、前記アレイ中の各センサをマルチタッチ信号バイアスドリフトに対して補償する調整モジュールとを有するタッチパネルとを有する、コンピューティングシステム。
  15. 前記調整モジュールは、
    前記アレイ中のセンサを選択し、
    前記選択されたセンサの行強度を決定し、
    前記選択されたセンサの列強度を決定し、
    前記選択されたセンサの強度を、前記行強度と列強度とに基づき、調整する、請求項14に記載のコンピューティングシステム。
  16. 前記調整モジュールは、
    前記選択されたセンサを含む行中のセンサの行強度和を計算して、前記行強度を決定し、
    前記選択されたセンサを含む列中のセンサの列強度和を計算して、前記列強度を決定し、
    前記行強度和と列強度和とを前記選択されたセンサの強度に足す、請求項15に記載のコンピューティングシステム。
  17. 前記行強度和と列強度和を計算する前に、距離メトリックに基づき、個々の行強度と列強度を重み付けする、請求項16に記載のコンピューティングシステム。
  18. 前記距離メトリックは距離に反比例する重みを与える、請求項17に記載のコンピューティングシステム。
  19. 前記タッチパネルはさらに読み出し回路を有し、前記行強度和と列強度和は、前記選択されたセンサと前記読み出し回路との間のセンサのみを含む、請求項16に記載のコンピューティングシステム。
  20. 前記調整モジュールは、前記センサの選択と、行強度の決定と、列強度の決定と、前記選択されたセンサの、前記アレイ中の複数のセンサに対する調整とを繰り返す、請求項15に記載のコンピューティングシステム。
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