JP2018018517A - 行又は列の二重注入電子回路素子を含む大きな寸法のマトリクスタッチ面 - Google Patents

Abstract

【課題】行又は列の二重注入電子回路素子を含む大きな寸法のマトリクスタッチ面を提供する。
【解決手段】本発明の全般的な分野は、複数の導電性の行（Ｌ）及び複数の導電性の列（Ｃ）を含むマトリクスタッチスクリーン（Ｍ）を含む、投影型静電容量検出を伴うタッチ面を有する機器の分野に関し、前述のスクリーンは、各導電性の行及び各導電性の列に対して送信信号を生成する電子制御手段（Ｅ_ＬＧ、Ｅ_ＬＤ、Ｅ_Ｃ）と、各導電性の行及び各導電性の列からの受信信号を受信し分析するための電子手段とに接続される。本発明による機器の各行は、その端部の一方に、第１の送信信号を生成するための第１の手段（Ｅ_ＬＧ）と、第１の受信信号を受信するための第１の手段とを含み、かつ、他方の端部に、第２の送信信号を生成するための第２の手段（Ｅ_ＬＤ）と、第２の受信信号を受信するための第２の手段とを含み、第１の送信信号と第２の送信信号は、同期しており、同一の周波数、同一の振幅、及び同一の位相を有する。
【選択図】図３

Description

本発明の分野は、「投影型静電容量」方式のマトリクスタッチ面の分野に関する。より具体的には、この技術分野は、大きな寸法のマトリクスの分野に関する。

「投影型静電容量」方式のマトリクスタッチ面の動作の一般的な原理は、検出されるべきタッチによって生じる静電容量の変化を測定することにある。通常は、２つの走査モードが使用される。いわゆる「自己容量」モードでは、マトリクスの各行及び各列の静電容量が試験される。「相互容量」モードでは、異なる行と列との全ての交点が試験される。タッチ面の寸法が大きく、タッチ面が多数の行及び列を含む場合には、走査時間が非常に長くなるので、「相互容量」モードを単独で使用することはできない。これは、一般的に、「自己容量」方式の走査を補完するために使用される。

後者のモードでは、信号の注入及び測定を、異なる態様で行うことができる。標準的なモードのうちの１つは、特定の周波数で正弦波信号を注入することである。この方法は、放射妨害波を最小限にするという利点と、複数のいわゆる「直交」周波数の同時使用を可能にするという利点とを提供する。一応断っておくと、互いに倍数ではない２つの整数があり、第１の整数と第１の周波数との積が第２の整数と第２の周波数との積に等しくなっている場合、２つの周波数は直交であると言われる。

信号の測定は、容量性ブリッジによって、電流を注入し電圧を測定することによって、又は逆に、電圧を注入し電流を測定することによって、行うことができる。図１は、後者のモードの動作を示す。この図は、複数の行Ｌｉ及び列Ｃｊを含むタッチマトリクスＭを概略的に表す。行のアドレス指定電子回路素子Ｅ_Ｌ及び列のアドレス指定電子回路素子Ｅ_Ｃは、概略的に
− タッチ面の行又は列にＶで示される正弦波の高周波電圧を注入する、デジタル−アナログ変換ステージＤＡＣ
− 受け取られた電流を測定するためのアナログ−デジタル変換ステージＡＤＣ
を含む。

電流の測定は、電子処理チェーンによって保証され、このチェーンは、タッチスクリーン上の１箇所のタッチ又は複数箇所のタッチの位置を決定し、かつ処理された信号を外部に、通常はタッチスクリーンに結合されたディスプレイ機器に再送信することを確実にする。利用可能なハードウェア資源に応じて、測定は複数の行で同時に行うことができる。同様に、行の第１の周波数Ｆ１とは異なる第２の周波数Ｆ２を使用することを条件として、複数の列に対して測定を同時に行うことができる。必要なハードウェア資源は、タッチ面の行数及び列数、並びに所望の走査時間に依存する。

マトリクスのサイズが増加すると、この方法は、以下の物理的パラメータ
− 狭い幅及び使用される材料を原因とする、行及び列のアクセス線の抵抗率
− 寸法と共に増加する、行及び列の静電容量
− 使用される透明材料を原因とする、実際の行及び列の抵抗率
に関連する幾つかの欠点を示す。用途によっては、光学性能要件が、耐性が低くその上透明性の低い材料の使用を禁止する。

結局のところ、大きな寸法のマトリクスでは、タッチが行の端に位置するときには、感度の損失が観察される。一般的に、図２に示すように、この問題を解決するために、２つのマトリクスタッチスクリーンＭ１及びＭ２を並置して２倍のサイズのタッチスクリーンを形成する。一方のスクリーンから他方のスクリーンにかけて異なる周波数Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３、Ｆ４を使用することにより、制御されていない相互作用が回避される。この解決策の主な欠点は、２つのタッチスクリーンの間に中央の不連続面が存在し、全体的な画像の良好な知覚が損なわれることである。

本発明による機器は、上記の欠点を示さない。本発明による機器は、測定信号を注入しこれを受信することにより、大きな修正を加えることなく、非常に大きな寸法のタッチスクリーンを使用することを可能にする。より具体的には、本発明の主題は、複数の導電性の行及び複数の導電性の列を含むマトリクスタッチスクリーンを含む、投影型静電容量検出を伴うタッチ面を有する機器であって、前述のスクリーンは、各導電性の行及び各導電性の列に対して送信信号を生成する電子制御手段と、各導電性の行及び各導電性の列からの受信信号を受信し分析するための電子手段とに接続される、機器において、各行は、その端部の一方に、第１の送信信号を生成するための第１の手段と、第１の受信信号を受信するための第１の手段とを含み、かつ、他方の端部に、第２の送信信号を生成するための第２の手段と、第２の受信信号を受信するための第２の手段とを含み、第１の送信信号と第２の送信信号は、同期しており、同一の周波数、同一の振幅、及び同一の位相を有することを特徴とする、機器である。

有利にも、第１の受信手段及び第２の受信手段は、同期復調手段、及び以下を記憶するための手段、即ち、
基準信号と呼ばれる、タッチが無い場合に復調される受信信号であって、行の左端からの各基準信号の値はＭ_ＲＥＦＧと示され、同じ行の右端からの各基準信号の値はＭ_ＲＥＦＤと示される、受信信号と、
タッチがある場合に復調される受信信号であって、行の左端からの各信号の値はＭ_Ｇと示され、同じ行の右端からの各信号の値はＭ_Ｄと示される、受信信号と、
を記憶するための手段を含む。

有利にも、タッチが検出されると、そのタッチの位置は、信号Ｍ_Ｄの値と信号Ｍ_ＲＥＦＤの値との差と、信号Ｍ_Ｇの値と信号Ｍ_ＲＥＦＧの値との差との未加工の比率Ｒ_Ｂ、即ち、Ｒ_Ｂ＝（Ｍ_Ｄ−Ｍ_ＲＥＦＤ）／（Ｍ_Ｇ−Ｍ_ＲＥＦＧ）から算出される。

有利にも、タッチが検出されると、そのタッチの位置は、信号Ｍ_ＲＥＦＧと信号Ｍ_ＲＥＦＤとの比率で乗算された補正比率Ｒ_Ｃ、即ち、Ｒ_Ｃ＝Ｒ_Ｂ（Ｍ_ＲＥＦＧ／Ｍ_ＲＥＦＤ）から算出される。

有利にも、行が切断された場合、切断の位置に応じて、信号Ｍ_Ｄの値と信号Ｍ_Ｇの値との比率か、未加工の比率Ｒ_Ｂか、又は補正比率Ｒ_Ｃのいずれかが変更され、切断がおきたこと及びその位置を検出することが可能になる。

有利にも、複数のタッチの場合、行上で得られた復調受信信号の値及び列上で得られた復調受信信号の値により、複数のタッチの位置を明白に決定することが可能になる。

有利にも、送信周波数は、１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの間にある。

非限定的な態様で与えられる以下の説明を読み、添付の図面を参照することで、本発明がより良く理解され、また他の利点が明らかになるであろう。

従来技術による投影型静電容量方式のマトリクスタッチ面の動作原理を示す。 従来技術による２つのマトリクスタッチスクリーンを含む大きな寸法のディスプレイシステムの動作を示す。 本発明による投影型静電容量検出を伴うタッチ面を有する機器を示す。 行の一方の端部で受信された信号の値同士の差と、他方の端部で受信された信号の値同士の差との未加工の比率の対数を、行上のタッチの位置の関数として示す。 誤認されるタッチの検出原理を示す。

本発明によるタッチ機器は、
− 複数の導電性の行Ｌ及び複数の導電性列Ｃを含む、マトリクスタッチスクリーンＭ
− 各導電性の行及び各導電性の列に対して送信信号を生成する電子制御手段
− 各導電性の行及び各導電性の列からの受信信号を受信し分析するための電子手段
を含む。

前述したように、本発明による機器は、縦横の寸法のうちの少なくとも片方が大きいタッチスクリーンに本質的に当てはまる。大きな寸法とは、３０センチメートルを超える寸法を意味するものと理解されるべきである。本発明による機器は、勿論、より小さな寸法のタッチスクリーンにも適用することができるが、その場合の有用性はより低い。

以降では、本機器はマトリクスＭの行Ｌに適用される。本機器は、選り好みなく、マトリクスの列に適用することも、又は行及び列に同時に適用することも可能である。

本発明による機器では、各行Ｌは、その端部の一方に、第１の送信信号を生成するための第１の手段Ｅ_ＬＧと、第１の受信信号を受信するための第１の手段とを含み、かつ、他方の端部に、第２の送信信号を生成するための第２の手段Ｅ_ＬＤと、第２の受信信号を受信するための第２の手段とを含み、第１の送信信号と第２の送信信号は、同期しており、同一の周波数、同一の振幅、及び同一の位相を有する。

信号の測定は、容量性ブリッジによって、電流を注入し電圧を測定することによって、又は逆に、電圧を注入し電流を測定することによって、行うことができる。

一例として、各行のアドレス指定電子回路素子は、
− タッチ面の行又は列にＶで示される正弦波の高周波電圧を注入する、デジタル−アナログ変換ステージＤＡＣ
− 受け取られた電流を測定するためのアナログ−デジタル変換ステージＡＤＣ
を概略的に含む。

受け取られた電流又は受け取られた電圧の測定は、電子処理チェーンによって確実にされ、第１の受信手段及び第２の受信手段は同期復調手段を含む。

行がタッチされた場合、このタッチは必然的に、行Ｌの端部の一方からせいぜい中ほどに位置することが理解されよう。その結果、端部の一方により受信される２つの信号のうちの少なくとも１つは、低ノイズを有する。いずれにせよ、そうでないのは、行が２倍短い長さを有するマトリクス上でそうでないのと同じである。その結果、タッチの位置がどこであっても、受信される信号のうちの少なくとも１つは低ノイズを有する。

従って、各行Ｌの２つの端部で受信された信号の値が分かると、行が呼び出されたか否かを決定することが可能になる。

本発明による機器は、各行の２つの端部で受信された信号の比率を使用することにより、呼び出された行でのタッチの位置を良好な精度で決定することも可能にする。このために、受信手段は較正手段を含む。実際には、各行の左側及び右側で使用される電子回路の非対称性により、検出されるタッチの位置が不正確になることがある。

受信手段は、この較正を確実にすることを可能にする記憶手段を備える。この記憶手段は、以下を記憶する。
− 基準信号と呼ばれる、タッチが無い場合に復調される受信信号であって、行の左端からの各基準信号の値はＭ_ＲＥＦＧと示され、同じ行の右端からの各基準信号の値はＭ_ＲＥＦＤと示される、受信信号。これらの信号は、システムを較正するのを可能にする。
− タッチがある場合に復調される受信信号であって、行の左端からの各信号の値はＭ_Ｇと示され、同じ行の右端からの各信号の値はＭ_Ｄと示される、受信信号。

実装されるべき未加工の比率Ｒ_Ｂと呼ばれる最も単純な比率は、次の通りである。
Ｒ_Ｂ＝（Ｍ_Ｄ−Ｍ_ＲＥＦＤ）／（Ｍ_Ｇ−Ｍ_ＲＥＦＧ）

基準信号の変動を考慮に入れた補正比率Ｒ_Ｃを使用することもできる。そのとき、
Ｒ_Ｃ＝Ｒ_Ｂ（Ｍ_ＲＥＦＧ／Ｍ_ＲＥＦＤ）である。

行でのタッチの位置の関数としての、これらの比率の対数は、図４に見られるようにほぼ直線になることを実証することができる。図４は、行Ｌでのタッチの位置の関数として、比率の対数ＬＯＧ（Ｒ）を示したものである。電子回路素子が非対称性を示さない場合には、この曲線は行の中間で０を通過し、Ｒは行の中間で実質的に１である。

行での測定のみによってタッチの位置を単純に決定する可能性は、多数の利点を提供し、行での測定は、電子回路素子Ｅ_Ｃによって実施される列Ｃでの測定によって補完される。

これらの利点のうちの第１の利点は、複数の同時のタッチの場合に、誤認されるタッチを検出する可能性である。この問題を、図５に示す。ユーザは、マトリクスＭの２つの点Ａ１及びＡ２を同時にタッチする。これら２つの点Ａ１及びＡ２の座標は、Ａ１（Ｃ１、Ｌ２）及びＡ２（Ｃ２、Ｌ１）である。機器が、呼び出された行及び列を検出することが可能な測定のみを実行する場合、この機器は、列Ｃ１及びＣ２が呼び出され、かつ行Ｌ１及びＬ２が呼び出されたこと、即ち、４つの可能なタッチを検出する。最初の２つはＡ１及びＡ２での真のタッチであり、Ｇ１（Ｃ１、Ｌ１）及びＧ２（Ｃ２、Ｌ２）に位置する他の２つは誤認されたタッチであり、これらの誤認されるタッチから真のタッチを単純に区別することはできない。

本発明による機器では、この問題は解消される。実際には、行Ｌ１及びＬ２でのタッチの位置は、おおよそで知られる。従って、誤認されるタッチＧ１及びＧ２を非常に簡単に除去することが可能である。

本発明による機器の他の利点は、切断された行及び列の検出を容易にすることである。一定の応用分野、とりわけ航空分野では、システムの安全性を保証するためにタッチマトリクスの完全性が必須である。その結果、マトリクスが切断された行又は列を含むのか又は含まないのかを決定することが非常に重要である。原則として、この種の状況に対処するために、３つの措置が取られなくてはならない。切断は検出されなくてはならず、切断は位置特定されなくてはならず、また可能であるなら、切断が存在する場合でさえマトリクスが動作可能なままであるように、切断は処理されなくてはならない。

何らかの切断を検出することを可能にする試験を、電源投入時に一度、又はバックグラウンドタスクとして走査サイクルの不動時間の間に連続的に、実施することが常に可能である。

この試験は、「相互容量」モードにおける交点での行−列の電気結合の測定の試験、又は、「自己容量」モードにおける複数の行及び列を流れる電流若しくはインピーダンスの測定の試験、又は、何らかの切断をより迅速に位置特定するための２つの前述の試験の組み合わせ、であり得る。

本発明による機器は、切断を追跡するための試験を容易にする。機器が、行での信号の二重注入及び列での信号の単一注入によって動作している場合、行の切断の検出は、行の一方の側で信号を注入し、行の他方の端部で受信された信号を測定することにより、明らかである。

しかしながら、本機器の利点は、動作モード中の任意の時点で切断の検出を本質的に可能にすることである。実際には、欠陥を検出する時間は、航空電子工学システムなどの幾つかの重大なシステムでは、極めて重要である。

行が切断されると、２つのケースが生じる。第１のケースでは、切断は、行の中央領域の外側に位置している。このケースでは、比率Ｍ_Ｄ／Ｍ_Ｇが、電子部品のばらつきを考慮に入れても、異常になる。切断の検出及びおよその位置特定が、即時になされる。タッチ面の寸法が重要であるので、タッチが切断箇所に近い行の長い部分で発生した場合、そのタッチは検出されないおそれがある。しかしながら、そのタッチは、対応する列で検出され、少なくとも「シングルタッチ」モードで確認することができる。

第２のケースでは、切断箇所は行の中央領域に位置しており、電子部品のばらつきを中和するために較正が実施されている場合を除いて、比率Ｍ_Ｄ／Ｍ_Ｇはもはや異常ではない。しかしながら、行でのタッチの存在により、行の切断を即時に検出することが可能になる。実際には、切断箇所の左側がタッチされると、行の左端からの測定は正しくなり、一方で、行の右端からの測定はバックグラウンドノイズのみを与える。同じ論法が、切断箇所の右側へのタッチに対してもあてはまる。結果として、比率Ｍ_Ｄ／Ｍ_Ｇは異常になり、タッチがある場合に予期される値に相当しない。タッチは検出され、同様に切断も検出される。

単一注入により動作している列の切断の場合には、切断が注入箇所に近い場合には、正常な状態に対する測定される静電容量の大きな変動が、切断の検出を可能にする。そのようなことは、具備されるタッチ面が較正されていない限りは、切断が注入箇所から遠いときにはもはや当てはまらない。この場合には、切断された列でのタッチは検出されない。しかしながら、行が無傷の場合、二重注入により動作している行において、タッチは検出され位置特定される。従って、切断された列の領域とタッチの両方が、較正が実施されている場合には切断された列でさえ、検出される。列のこの領域でタッチが検出されないという事実により、欠陥のある列の存在を検出することが可能になる。

Ａ１ 真のタッチ
Ａ２ 真のタッチ
ＡＤＣ アナログ−デジタル変換ステージ
Ｃ 複数の導電性列
Ｃｊ 複数の列
ＤＡＣ デジタル−アナログ変換ステージ
Ｅ_Ｃ 列のアドレス指定電子回路素子
Ｅ_Ｌ 行のアドレス指定電子回路素子
Ｅ_ＬＤ 第２の送信信号を生成するための第２の手段
Ｅ_ＬＧ 第１の送信信号を生成するための第１の手段
Ｆ１ 行の第１の周波数
Ｆ２ 第２の周波数
Ｇ１ 誤認されるタッチ
Ｇ２ 誤認されるタッチ
Ｌ 複数の導電性の行
Ｌｉ 複数の行
Ｍ マトリクスタッチスクリーン
Ｍ１ マトリクスタッチスクリーン
Ｍ２ マトリクスタッチスクリーン
Ｍ_Ｄ 同じ行の右端からの各信号の値
Ｍ_Ｇ 行の左端からの各信号の値
Ｍ_ＲＥＦＤ 同じ行の右端からの各基準信号の値
Ｍ_ＲＥＦＧ 行の左端からの各基準信号の値
Ｒ_Ｂ 未加工の比率
Ｒ_Ｃ 補正比率

Claims (7)

1. 複数の導電性の行（Ｌ）及び複数の導電性の列（Ｃ）を含むマトリクスタッチスクリーン（Ｍ）を含む、投影型静電容量検出を伴うタッチ面を有する機器であって、前記スクリーンは、各導電性の行及び各導電性の列に対して送信信号を生成する電子制御手段（Ｅ_ＬＧ、Ｅ_ＬＤ、Ｅ_Ｃ）と、各導電性の行及び各導電性の列からの受信信号を受信し分析するための電子手段とに接続される、タッチ面を有する機器において、
   各行は、その端部の一方に、第１の送信信号を生成するための第１の手段（Ｅ_ＬＧ）と、第１の受信信号を受信するための第１の手段とを含み、かつ、他方の端部に、第２の送信信号を生成するための第２の手段（Ｅ_ＬＤ）と、第２の受信信号を受信するための第２の手段とを含み、前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号は、同期しており、同一の周波数、同一の振幅、及び同一の位相を有することを特徴とする、タッチ面を有する機器。
2. 前記第１の受信手段及び前記第２の受信手段は、同期復調手段、及び
   基準信号と呼ばれる、タッチが無い場合に復調される受信信号であって、行の左端からの各基準信号の値はＭ_ＲＥＦＧと示され、同じ行の右端からの各基準信号の値はＭ_ＲＥＦＤと示される、受信信号と、
   タッチがある場合に復調される受信信号であって、行の左端からの各信号の値はＭ_Ｇと示され、同じ行の右端からの各信号の値はＭ_Ｄと示される、受信信号と
   を記憶するための手段、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のタッチ面を有する機器。
3. タッチが検出された場合、前記タッチの位置は、前記信号Ｍ_Ｄの値と前記信号Ｍ_ＲＥＦＤの値との差と、前記信号Ｍ_Ｇの値と前記信号Ｍ_ＲＥＦＧの値との差との未加工の比率Ｒ_Ｂ、即ち、Ｒ_Ｂ＝（Ｍ_Ｄ−Ｍ_ＲＥＦＤ）／（Ｍ_Ｇ−Ｍ_ＲＥＦＧ）から算出されることを特徴とする、請求項２に記載のタッチ面を有する機器。
4. タッチが検出された場合、前記タッチの位置は、前記信号Ｍ_ＲＥＦＧと前記信号Ｍ_ＲＥＦＤとの比率で乗算された補正比率Ｒ_Ｃ、即ち、Ｒ_Ｃ＝Ｒ_Ｂ（Ｍ_ＲＥＦＧ／Ｍ_ＲＥＦＤ）から算出されることを特徴とする、請求項３に記載のタッチ面を有する機器。
5. 前記行が切断された場合、前記切断の位置に応じて、前記信号Ｍ_Ｄの値と前記信号Ｍ_Ｇの値との比率、前記未加工の比率Ｒ_Ｂ、又は前記補正比率Ｒ_Ｃの何れかが変更され、前記切断がおきたこと及びその位置を検出することが可能になることを特徴とする、請求項２〜４の何れか一項に記載のタッチ面を有する機器。
6. 複数のタッチの場合、前記行上で得られた復調受信信号の値及び前記列上で得られた復調受信信号の値により、前記複数のタッチの位置を明白に決定することが可能になることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のタッチ面を有する機器。
7. 送信周波数が１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの間にあることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のタッチ面を有する機器。

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