JP2018537769A - タッチスクリーンパネルからの信号の処理 - Google Patents

Abstract

タッチパネルセンサ領域の配列（図４；Ｉｎ，ｍ）を測定することから得られた第一の値の配列を受け取るステップ（Ｓ３）を含む方法が記載されている。この方法はまた、第一の値の配列から値の参照配列を差し引くことに基づいて第二の値の配列を生成するステップ（Ｓ４）を含む。この方法はまた、第二の値の配列に従って少なくとも１つのタッチイベントの存在を判定し（Ｓ５）、否定的な判定の場合には（Ｓ８）、参照配列と第一の配列の、重み係数（ここではゼロ）を使用した指数平滑化法に基づいて新たな参照配列を生成して、さらに新たな参照行列を記憶し、肯定的な判定の場合には（Ｓ６）、第二の配列を出力する。【選択図】図９

Description

発明の分野

本発明はタッチスクリーンパネルからの信号の処理に関する。

背景

タッチスクリーンパネル（ＴＳＰ）は民生電子機器に広く使用されている。抵抗方式（resistive）及び静電容量方式（capacitive）のタッチスクリーンパネルは、データ処理機器、特にスマートフォンやタブレットコンピュータやノートパソコンのような携帯機器に入力する手段として広く採用されている。例えばＵＳ２０１４／０００８２０３Ａ１に記述されたような圧力感知式のタッチスクリーンパネルも関心を増している。

使用者のタッチスクリーンパネルに対する入力を検出するためにいかなる機構が使用されているかを問わず、使用者の入力の誤登録は望ましくない。例えば、指先やスタイラスを用いた使用者のインタラクション（interaction）の存在や位置の誤登録である。携帯機器の電池寿命の短縮を避ける為に、タッチスクリーンパネルの電力消費量を低く保つ必要もある。タッチの登録と電力消費量に影響する二つの主な要因は、タッチスクリーンパネルからの出力信号に含まれる雑音と多値のオフセットである。

タッチスクリーンパネルは一般に、使用者のインタラクション又はタッチイベント（touch events）を、二次元の格子（grid）又は配列（array）の配置内に記録するように配置される。ここで用いられる「タッチイベント」という用語は、指先／指又は適切なスタイラスを用いてタッチスクリーンパネルを触るか又は押すことにより、使用者がタッチスクリーンとインタラクションを行うことを指す。二次元の格子又は配列の配置を持つタッチスクリーンパネルから出力された信号は、対応する配列又はフレームへと並び替えられる。このようなフレームは、タッチスクリーンパネルからの出力信号を全体として視覚化することを助けるための画像として提示されうる。

図１はタッチスクリーンパネル内の雑音源を示した図である。灰色のプロットにより図示されているフレームＦ_{ｓｉｎｇｌｅ}、Ｆ_ｏ内において、「ＤＢ」とラベル付けされた領域は低信号強度に対応し、「ＬＢ」とラベル付けされた領域は中間信号強度に対応し、「Ｒ」とラベル付けされた領域は高信号強度に対応する。

図１を参照すると、タッチスクリーンパネル内の雑音信号は、例えば、確率的（stochastic）又はランダムな雑音成分１や、確定的（deterministic）又はコモンモード雑音成分２や、オフセット３を含む多くのソースから由来しうる。確率的雑音成分１は、ランダム雑音、例えばタッチスクリーン回路からの熱雑音を表している。確定的雑音成分２は、システム的なソース、例えば、５０−６０Ｈｚの主電源から拾った雑音や、ディスプレイが発生する雑音や、携帯機器の充電器により誘導された電源のスパイクを含むコモンモード雑音を表している。確定的雑音成分２は、タッチスクリーンパネル内の、規則的であるが意図しない信号を包含する。確定的雑音２は、タッチスクリーンパネルを含む他の機器の部品により誘導される場合があり、又は周囲の環境からの結果である場合が有る。確率的雑音成分１と確定的雑音成分２の合計は雑音信号４を生成する。実際のところ、雑音４を確率的１と確定的２との成分に厳密に分割することは、ほとんどの場合困難であるか不可能であり、異なる周波数帯域幅はより大きな、又はより小さな確率的１と確定的２の成分の寄与を含みうる。オフセット３は、タッチスクリーンパネルの格子や配列にわたって均一ではない場合がある。オフセット３は、一般的に、個々の電極、電極の交点、センサ等からの読み出しがわずかに異なるＤＣオフセットを持つ場合があるために生じうる。オフセット３はＤＣである必要は無く、いくつかのタッチスクリーンパネルでは、オフセット３は時間の経過に従いゆっくりと変化するか又は遷移する場合がある。オフセット３は、タッチスクリーンパネルを組み込んだ機器のハードウェアに起因する場合があり、又は、例えば周囲温度のような周囲環境の要因に起因する場合がある。雑音４はオフセット３と合成され、背景雑音フレームＦ_ｏを生成する。タッチスクリーンパネルにタッチされた際に得られる信号フレームＦ_{ｓｉｎｇｌｅ}は、所望のタッチ信号と背景雑音フレームＦ_ｏとの重ね合わせである。

図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃはタッチスクリーン信号フレーム Ｆ_{ｓｉｎｇｌｅ}、Ｆ_{ｍｕｌｔｉ}、Ｆ_ｏを示した図である。Ｆ_{ｓｉｎｇｌｅ}、Ｆ_{ｍｕｌｔｉ}、Ｆ_ｏのタッチスクリーンパネルフレームを図解している灰色のプロット図において、「ＤＢ」とラベル付けされた領域は低信号強度に対応し、「ＬＢ」とラベル付けされた領域は中間信号強度に対応し、「Ｒ」とラベル付けされた領域は高信号強度にそれぞれ対応する。

図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃも参照すると、タッチスクリーン信号フレームは、単一タッチ信号フレームＦ_{ｓｉｎｇｌｅ}、複数タッチ信号フレームＦ_{ｍｕｌｔｉ}、又は、背景雑音フレームＦ_ｏのようなタッチのない信号フレームでありうる。用語「単一タッチ」（single-touch）は、使用者の単一の指先又は単一の適切なスタイラスがタッチスクリーンパネルをタッチする又は押すことによる使用者のインタラクションを指す。用語「複数タッチ」（multi-touch）は、使用者の二つあるいはそれ以上の指先、又は二つあるいはそれ以上の適切なスタイラス、又は使用者の指先とスタイラスとの組み合わせがタッチスクリーンパネルを同時にタッチするか又は押すことを指す。

理想的なタッチスクリーンパネルでは、信号フレームＦ_ｏ、Ｆ_{ｓｉｎｇｌｅ}、Ｆ_{ｍｕｌｔｉ}は使用者のインタラクションの位置以外は全ての場所にゼロを登録する。しかしながら、一般に、タッチスクリーンの二次元の格子又は配列の配置のほとんど全ての位置はゼロではない値を持つため、タッチイベントに起因する信号は雑音４とオフセット３を十分に上回る必要がある。

従って、タッチスクリーンパネルの信号対雑音比（ＳＮＲ）が損なわれ、結果としてタッチイベントの登録失敗及び／又は実際には発生しなかったタッチイベントの誤登録になる場合がある。高いＳＮＲを得るためには、アクティブタッチスクリーンパネルでは励起電力が増大させられる場合があり、パッシブタッチスクリーンパネルでは増幅利得が増大させられる場合がある。しかしながら、励起電力や増幅利得の増大は、タッチスクリーンパネルの消費電力を増大させ、タッチスクリーンパネルを組み込んだ機器の電池寿命を短くさせる場合がある。アナログ出力を供給するタッチスクリーンパネル、例えば圧力感知式タッチスクリーンパネルでは、ＳＮＲはアナログ出力信号、例えばタッチ強度信号の分解能を制限してしまう場合がある。

タッチスクリーンパネル内の単一電極や電極交点やセンサ等のオフセット３は、固定値を差し引くか又はタッチイベントを登録する為に超えなければならない検出閾値を適用することにより打ち消されうる。しかしながら、タッチスクリーンパネルにまたがるオフセット３の非均一性は、単一の閾値の適用やオフセットの修正を困難にする場合があり、タッチ登録の誤りを避ける為に高い閾値を必要とする場合がある。

図３はタッチスクリーンパネルの多数の電極から得られたタッチ信号を示した図である。

図３を参照すると、タッチスクリーンパネルの１からＮ番目の電極は対応するオフセット値Δ_１，Δ_２，…，Δ_Ｎを持つ。タッチイベントを登録する為の検出閾値は、少なくとも最大オフセット値Δ_１，Δ_２，…，Δ_Ｎを超えるレベルに設定されるべきである。例えば、タッチスクリーンパネルの出力信号が各電極に対応する電圧信号である場合、電圧閾値Ｖ_ＴＨは少なくとも最大のオフセット値ΔＶ_１，ΔＶ_２，…，ΔＶ_Ｎ を超えるように設定されるべきである。検出閾値Ｖ_ＴＨを最大のオフセット値ΔＶ_１，ΔＶ_２，…，ΔＶ_Ｎ に従って設定することは、消費電力を増大させる場合があり、例えば圧力感知式タッチスクリーンパネルからのアナログ出力信号を用いるのに利用可能なダイナミックレンジを減少させる場合もある。

本発明は、タッチパネルからの改善された出力信号処理を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、タッチパネルセンサ領域の配列を測定することにより得られる第一の値の配列を受け取ることを含む方法が提供される。この方法は、第一の値の配列から値の参照配列を差し引くことに基づいて第二の値の配列を生成することもまた含む。この方法は、第二の値の配列に基づいて、少なくとも一つのタッチイベントの存在を判定することと、否定的な判定の場合には、重み係数を用いて参照配列と第一の配列との指数平滑化法に基づいた新たな参照配列を生成すること（ここで重み係数はゼロ）及び新たな参照行列を記憶することと、肯定的な判定の場合には、第二の配列を出力することも含む。

従って、タッチパネルセンサのアレイから計測された値は、センサ領域の雑音信号やオフセットを除去したり又は低減させたりするように修正されうる。従って、修正に使われる参照配列は、雑音環境の変化及び／又はセンサ領域オフセットの遷移に適応させるための修正を可能にする動的な更新がなされうる。

タッチイベントは、指先／指又は適切なスタイラスを用いてタッチスクリーンパネルをタッチすること又は押すことによる、使用者がタッチスクリーンとやりとりする（interact）ことを含みうる。タッチイベントは、タッチスクリーンパネルの近傍に指先／指又は適切なスタイラスを置くことにより使用者がタッチスクリーンパネルとやりとりすることを含みうる。タッチイベントは、使用者がセンサ領域を直接タッチすること、又は使用者をセンサエリアと隔てる一つ又はそれ以上の層の外側表面をタッチすることを含みうる。

第一の配列の各値は、それぞれのセンサ領域からの電圧か、電流か又は電荷信号を直接計測することにより得られる場合がある。第一の配列の各値は、それぞれのセンサ領域から直接計測された電圧か、電流か又は電荷信号の一つ又はそれ以上のパラメータに基づいて得られる場合がある。第一の配列の各値は、それぞれのセンサ領域と一つ又はそれ以上の他のセンサ領域から直接計測された二つ又はそれ以上の電圧か、電流か又は電荷信号に基づいて得られる場合がある。

タッチスクリーンパネルは、第一の方向において延在する複数の第一の電極と、第一の方向とは異なる第二の方向において延在する複数の第二の電極を含みうる。第一と第二の電極は、格子を形成し、格子の各交点は、それぞれのセンサ領域を定義しうる。センサ配列の各センサ領域は、それぞれの個別のセンサに対応しうる。

第二の配列の生成は、第一の配列から参照配列を差し引くことで第三の配列を生成することと、参照帯域幅と等しい帯域幅を持つ空間低域通過フィルタを用いて第三の配列をフィルタリングすることによって第二の配列を生成することとを含みうる。

従って、参照配列とは相関付けられていない雑音信号は、空間低域通過フィルタリングの平滑化効果により低減されうる。

この方法はさらに、第二の配列と第三の配列との差に基づいて、少なくとも一つのタッチイベントに対応する値が減衰する第一の量と、いかなるタッチイベントにも対応しない値が減衰する第二の量とを決定することと、第一の量と第二の量とに基づいて新たな参照帯域幅値を生成することと、新たな参照帯域幅値を記憶することとを含みうる。

従って、第三の配列の空間低域通過フィルタリングの帯域幅は、雑音信号とタッチ信号の相対的な減衰を最適化するように動的に変更されうる。このことによって、周囲環境や、タッチパネルセンサアレイの使用者や、例えば指先の使用からスタイラスの使用へのような使用者の入力方法の一つ又はそれ以上において変更が発生した際に、雑音信号の低減を向上させることができる。

新たな参照帯域幅値を決定することは、あらかじめ決められた閾値と第一の量とを比較することと、閾値を超える第一の量に基づいて、参照帯域幅値から帯域幅の増分を差し引くことにより新たな参照帯域幅値を生成することとを含みうる。

新たな参照帯域幅は、閾値を超えない第一の量に基づいて、参照帯域幅値に帯域幅の増分を加算することにより生成されうる。帯域幅の増分は、あらかじめ決めうる。帯域幅の増分は、第三の行列に基づいて動的に決定されうる。

新たな参照帯域幅値を決定することは、第一の量を帯域幅の値に関連付ける第一のモデルと第二の量を帯域幅の値に関連付ける第二のモデルとに基づき、第一の量があらかじめ決められた閾値を超えることがないように第二の量が最大化される方法で最適な帯域幅の値を決定することと、その最適な帯域幅に基づいて新たな参照帯域幅を生成することとを含みうる。

空間低域通過フィルタは線形フィルタでありうる。空間低域通過フィルタはガウシアンフィルタである場合があり、空間低域通過フィルタの参照帯域幅値はガウシアンフィルタの標準偏差でありうる。

空間低域通過フィルタを用いて第三の配列をフィルタリングすることで第二の配列を生成することは、第四の配列を生成することを含んでおり、ここで第四の配列の各項目は、第三の配列の対応する項目を含めて第三の配列の少なくとも三つの隣接する行の項目を加算することによって算出され、また、第三の配列を生成することを含んでおり、ここで第三の配列の各項目は、第四の配列の対応する項目を含めて第四の配列の少なくとも三つの隣接する列の項目を加算し、それぞれの倍率係数により除算をすることによって算出される。

空間低域通過フィルタは非線形フィルタでありうる。

第一の配列の各値はそれぞれのセンサ領域の静電容量に基づいていてよい。第一の配列の各値はそれぞれのセンサ領域に印加された力に基づいていてよい。第一の配列の各項目は、それぞれのセンサ領域の静電容量に基づく第一の値と、それぞれのセンサ領域に印加された力に基づく第二の値とを持つサブ配列であってよく、第一の配列上で実行される処理は、各サブ配列上で項目ごとに実行される。

この方法は、１から５ｄＢ、５から１０ｄＢ、１０から１５ｄＢ、又は１５ｄＢより多い分だけ、タッチイベントに対応する出力信号の成分の信号対雑音比を高めうる。この方法は、１から５ｄＢ、５から１０ｄＢ、１０から１５ｄＢ、１５から２０ｄＢ、又は２０ｄＢより多い分だけ、雑音信号に対応する出力信号の成分を減衰させうる。

本発明の第二の態様によれば、データ処理装置により実行されるとデータ処理装置にタッチスクリーンパネルからの出力信号の処理方法を実行させる、コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムが提供される。

本発明の第三の態様によれば、データ処理装置により実行されるとデータ処理装置にタッチスクリーンパネルからの出力信号の処理方法を実行させる、非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明の第四の態様によれば、タッチパネルセンサ領域の配列を計測することで得られる第一の値の配列を受け取るように構成されたフレーム読み取りモジュールを含む装置が提供される。この装置はまた、第一の値の配列から値の参照配列を差し引くことに基づいて第二の値の配列を生成するように構成された相関二重サンプラを含む。この装置はまた、第二の値の配列に基づいて少なくとも一つのタッチイベントの存在を判定し、否定的な判定の場合には重み係数を用いた参照配列と第一の配列との指数平滑化法に基づいて新たな参照配列の生成を行うとともに、新たな参照行列を記憶し、肯定的な判定の場合には第二の配列を出力するように構成されたタッチ決定モジュールも含む。

本発明の第五の態様によれば、センサアレイ内に配置された複数のセンサ領域を含むタッチパネルと、タッチイベントに応じて変化する出力信号を供給するように構成された各センサ領域と、前記装置とを含むタッチパネルシステムが提供される。

タッチパネルの各所与のセンサ領域は、所与のセンサ領域の静電容量に基づいて出力信号を供給するように構成されうる。タッチパネルの各所与のセンサ領域は、所与のセンサ領域に印加された力に基づいて出力信号を提供するように構成されうる。タッチパネルの各所与のセンサ領域は、所与のセンサ領域の静電容量と所与のセンサ領域に印加された力とに基づいて単一の出力信号を供給するように構成されうる。

添付の図面を参照し、本発明の特定の実施形態を例として下記に記述する。
図１はタッチスクリーンパネル内の雑音源の図である。 図２Ａは単一タッチイベントからの信号フレームの図である。 図２Ｂは複数タッチイベントからの信号フレームの図である。 図２Ｃはいかなるタッチイベントも存在しない信号フレームの図である。 図３はタッチスクリーンパネルの多数の電極から得られたタッチ信号の図である。 図４はタッチスクリーンパネルとタッチコントローラとを含むタッチスクリーンシステムの概略図である。 図５Ａは第一の投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの電極配置の概略図である。 図５Ｂは第二の投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの電極配置の概略図である。 図５Ｃは第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの電極配置の概略図である。 図６Ａは投影型静電容量式タッチスクリーンパネルを横から見た概略図である。 図６Ｂはタッチイベント中の投影型静電容量式タッチスクリーンパネルを横から見た図である。 図７Ａは投影型静電容量式タッチスクリーンパネルからの電圧出力信号の概略図である。 図７Ｂは投影型静電容量式タッチスクリーンパネルからの相関二重サンプリングされた電圧信号の概略図である。 図８は信号雑音比の改善と相関二重サンプルのサンプル周波数との間の関係の概略的な描写図である。 図９はタッチスクリーンパネルからの出力信号処理の第一の方法のプロセスフロー図である。 図１０Ａは単一タッチイベントからの信号を示した図である。 図１０Ｂは相関二重サンプリングに従った単一タッチイベントからの信号を示した図である。 図１０Ｃは複数タッチイベントからの信号を示した図である。 図１０Ｄは相関二重サンプリングに従った複数タッチイベントからの信号を示した図である。 図１１Ａは、第一の方法とスキャン周波数60Hzの投影型静電容量式タッチスクリーンパネルとを用いて行われた実験から得られた、正規化された雑音出力の電力スペクトル密度プロットを示した図である。 図１１Ｂは、第一の方法とスキャン周波数30Hzの投影型静電容量式タッチスクリーンパネルとを用いて行われた実験から得られた、正規化された雑音出力の電力スペクトル密度プロットを示した図である。 図１２は雑音スパイクの大きさを低減する空間フィルタリングを示した図である。 図１３は、タッチスクリーンパネルを組み込んだバックライト付き液晶ディスプレイの積み上げ構造の例を横から見た概略図である。 図１４は液晶ディスプレイの上方に設置された銅片により検出された、液晶ディスプレイの雑音のオシロスコープトレースを示した図である。 図１５は信号値の配列に対する線形空間低域通過フィルタのマスク適用の概略図である。 図１６Ａと１６Ｂとは信号値の格子の概略図である。 図１７Ａから１７Ｄは、それぞれ標準偏差０．５、１、２、及び４のガウシアンフィルタマスクの係数の投影表面プロットを示した図である。 図１８はタッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法の処理フロー図である。 図１９は生の出力信号の正規化電力スペクトル密度プロットと、相関二重サンプリングされた信号と、相関二重サンプリングされかつフィルタリングされた信号とを比較した図である。 図２０Ａと２０Ｂとはガウシアンフィルタマスクの標準偏差に対する雑音スパイクの減衰とタッチ信号の減衰とをプロットした図である。 図２１は高調波単一周波数信号に対して相関二重サンプリングを適用した異なるケースを示した表である。 図２２はタッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一と第二の方法を試験する為に用いられる実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの具体例を示した図である。

詳細な説明

以下の記述においては、同様の部分には同様の参照符号を付した。

図４はタッチスクリーンパネル６とタッチコントローラ７とを含むタッチスクリーンシステム５の概略図である。

図４を参照すると、タッチスクリーンパネルは、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍの二次元Ｎ×Ｍ格子８を含んでいる。Ｉ_ｎ，ｍは、第一の方向ｄ_１に離間したＮ個のセンサ領域のｎ番目と、第二の方向ｄ_２に離間したＭ個のセンサ領域のｍ番目を示す。第一と第二の方向ｄ_１、ｄ_２は、例えば、直角なｘとｙ方向でありうる。センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは、特徴的な寸法ｌを有し、第一及び第二の方向ｄ_１、ｄ_２において量ｓだけ離間している。センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは活性領域Ａ_ｓを有しており、第一及び第二の方向ｄ_１、ｄ_２において同じ形状を有していても有していなくてもよい。センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは、第一及び第二の方向において同じ量ｓ、例えばｌ_１≠ｌ_２だけ離間していても、そうでなくてもよい。各センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは、典型的には、第一の方向ｄ_１に延びる電極Ｘ_ｎと第二の方向ｄ_２に延びる電極Ｙ_ｍとの重なり、又は交差によって定義され、第一の電極Ｘ_１，…、Ｘ_ｎ，…，Ｘ_Ｎと第二の電極Ｙ_１，…，Ｙ_ｍ，…，Ｙ_Ｍは格子８を定義している。しかし、各センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは代わりに、別個のセンサでありうる。センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは、タッチスクリーンパネル６の種類に応じて、静電容量や抵抗や圧力のうちの１つ又はそれ以上を示す信号を生成しうる。

タッチコントローラ７は、フレーム読み取りモジュール９と、相関二重サンプラ１０と、参照フレーム記憶部１１と、タッチ決定モジュール１２とを含む。このタッチコントローラ７は、オプションとして、空間低域通過フィルタ１３や、フィルタマスク記憶部１４や、帯域幅決定モジュール１５や、信号減衰モデル記憶部１６や、雑音減衰モデル記憶部１７を含む。フレーム読取りモジュール９と、相関二重サンプラ１０と、タッチ決定モジュール１２と、オプションとしての空間低域通過フィルタ１３や帯域幅決定モジュール１５は、一つあるいはそれ以上のハードウェアモジュールによって提供されてよく、又は一つあるいはそれ以上のデータプロセッサによって実行されるモジュールとして提供されうる。参照フレーム記憶部１１と、オプションとしてのフィルタマスク記憶部１４や信号減衰モデル記憶部１６や雑音減衰モデル記憶部１７は、例えば、揮発性あるいは不揮発性メモリ（図示せず）又は記憶装置（図示せず）によって提供されうる。参照フレーム記憶部１１とオプションとしてのフィルタマスク記憶部１４や、信号減衰モデル記憶部１６や雑音減衰モデル記憶部１７が揮発性メモリによって提供される場合、それらは、タッチスクリーンシステム５に電力が供給されていないときに、不揮発性メモリ又は記憶装置に記憶されうる。

フレーム読み取りモジュール９は、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍからの出力信号を読み取り、それらを信号フレーム行列又は配列として並び替える。センサ領域Ｉ_ｎ，ｍからの出力信号は、Ｆ（ｎ，ｍ）で表され、整数の添え字ｎとｍとは、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍからの出力信号を記憶するフレーム配列内の項目の行及び列を表す。このようにして、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍからの出力信号は、格子８内のそれぞれのセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍの相対位置に対応するフレームＦ（ｎ，ｍ）内の相対位置に記憶される。フレーム読み取りモジュール９は、走査周波数ｆ_ｓでフレームＦ（ｎ，ｍ）を読み出す。読み出された第一フレームの信号値をＦ（ｎ，ｍ，１）、そして読み出された第ｋフレームの信号値をＦ（ｎ，ｍ，ｋ）とする。タッチスクリーンシステム５が最初に電源投入されると、読み出された第一のフレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）は参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）として参照フレーム記憶部１１に記憶される。フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）は、画像と同様に扱うことができ、これによりタッチイベントに対応するタッチスクリーン信号を画像として視覚化することができ、画像処理方法を信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）に適用することもできる。

フレーム読み取りモジュール９は、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍ全体を走査し、例えばラスタ走査（raster scan）を行いうる。 あるいは、フレーム読取りモジュール９は、例えば、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍが電極Ｘ_ｎ、Ｙ_ｍの交点ではなく個別のセンサである場合に、同時に各センサ領域Ｉ_ｎ，ｍを読み出しうる。走査周波数ｆ_ｓは、典型的には約２０Ｈｚから約２００Ｈｚまでの間である。原理的には、より高速な又はより低速な走査周波数ｆ_ｓが可能であるが、走査周波数ｆ_ｓが遅いと、遅い応答時間、又は短いタッチイベントの登録を失敗する結果になる場合があり、また、高速な走査周波数ｆ_ｓは所与の典型的な使用者のインタラクション速度に対して冗長となりうる。フレーム読み取りモジュール９はアクティブでもパッシブでもよい。フレーム読み取りモジュール９がアクティブである場合、出力信号を読み取ることに加えて、読み取られるセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍに励振信号が指定される場合がある。例えば、投影型静電容量式タッチスクリーンパネルでは、フレーム読み取りモジュールは、駆動電極Ｄ_ｎに励起信号を送り、感知電極Ｓ_ｍから出力信号を読み出す。フレーム読取りモジュール９がパッシブである場合、フレーム読み取りモジュールは、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍからの出力信号のみを受け取り、オプションとしてそれを増幅する。例えば、フレーム読み取りモジュール９は、圧力感知式タッチスクリーンパネル内の圧電センサから電荷を受け取って増幅しうる。フレーム読み取りモジュール９は、いくつかの量、例えば静電容量や圧力について、アクティブ及びパッシブの読み取りを同時に組み合わせる場合がある。

相関二重サンプラ１０は、フレーム読み出しモジュール９からの現在の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）と参照フレーム記憶部１１からの参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）とを受け取り、次のような相関二重サンプリングを用いて修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を算出する。

ここでＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）は修正された信号値であり、Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）はセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍに対応する読み出し信号値である。添え字ｋは、例えば、現在の読み出し信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）と次の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）とを区別するために使用され、ｋの上限はない。修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）は、ｋの各値に対して、整数値ｎ，ｍが、ある項目の行及び列を表す配列又は行列として表されうる。相関二重サンプラ１０は、オフセット３と雑音４のコモンモード成分とを除去又は低減し、このことにより、タッチ決定モジュール１２がタッチイベントを誤登録する可能性を低減しうる。

タッチ決定モジュール１２は、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を受け取り、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の信号値に基づいてタッチイベントが発生したか否かを判定する。例えば、タッチ決定モジュール１２は、閾値を適用して、単一つ又は複数タッチイベントに対応するような閾値を超える信号値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を登録する場合がある。タッチイベントが発生したとタッチ決定モジュール１２が判定した場合、タッチイベントを特徴付けるタッチ情報１８が決定され、機器中央処理装置（ＣＰＵ）１９に送られる。このタッチ情報１８は、例えば、タッチイベントの数及び各タッチイベントの位置などの情報を含みうる。タッチ情報１８は、機器ＣＰＵ１９によって実行されているオペレーティングシステム又はアプリケーションへの入力を提供する。タッチスクリーンパネルが力又は圧力感知式タッチスクリーンパネルである場合、タッチ情報１８は力又は圧力値を含みうる。もしタッチ決定モジュール１２が修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）内でタッチイベントを何も検出しない場合、タッチ決定モジュール１２は、参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）を現在の修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）に置き換える。

このようにして、記憶された参照フレームＦ_０は、タッチイベントが発生しない最も最近読み出されたフレームを反映するために動的に更新される。これにより、タッチスクリーンシステム５は、タッチスクリーンパネル６が経験する雑音４の変化に動的に合わせることができる。

オプションの空間低域通過フィルタ１３は、相関二重サンプラ１０から修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を受け取り、フィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）をタッチ決定モジュール１２に提供しうる。フィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）は、ｋの各値に対して、整数値ｎ，ｍが項目の行及び列を示す配列又は行列として表されうる。空間低域通過フィルタ１３は、平均フィルタやガウシアンフィルタなどの線形フィルタの形をとってよく、マスク記憶部１４から受け取る下記の寸法Ｌ×Ｗの係数Ｃ_ｉ，ｊの行列又は配列の形式のマスクを使用して、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）をフィルタリングしうる。

ここで、ＬとＷとは正の奇数であり、ｉとｊとはフィルタ係数Ｃ_ｉ，ｊの添え字である。エッジとコーナーの信号フレーム値、つまりＮ＝１又はｎ＝Ｎ及びｍ＝１又はＭの時のＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）には、異なるマスク係数Ｃ_ｉ，ｊを使用しうる。空間低域通過フィルタは、相関二重サンプラ１０によっては除去されない無相関の雑音スパイクを減衰させるため、タッチ決定モジュール１２がタッチイベントを誤登録する可能性を低減させうる。

空間低域通過フィルタ１３は線形フィルタとして記載されているが、空間低域通過フィルタ１３は、例えば中央値フィルタのような非線形フィルタであってよい。

帯域幅決定モジュール１５は、フィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）とタッチ情報１８とをタッチ決定モジュール１２から受け取り、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅が調整を必要とするか否かを判定する。帯域幅決定モジュール１５は、相関二重サンプリング後のタッチ信号と残留雑音とを区別するためにタッチ情報１８を用いる。例えば、タッチ決定モジュールによってタッチイベントの一部と判定されたセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍに対応する信号値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）とＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）とは信号値であり、それ以外のゼロでない信号値は残留雑音である。帯域幅決定モジュール１５は、タッチ信号の減衰と残留雑音の減衰とを決定し、マスク記憶部１４に記憶された係数Ｃ_ｉ，ｊを置き換えることによって空間低域通過フィルタ１３の帯域幅を更新すべきかどうかを決定する。例えば、帯域幅決定モジュール１５は、閾値量未満のタッチ信号の減衰を維持しながら残留雑音の減衰を最大にするために、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅を調整しうる。

帯域幅決定モジュール１５は、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅を増分量で更新しうる。あるいは、帯域幅決定モジュール１５は、信号減衰モデル記憶部１６から受け取った信号減衰モデルと、雑音減衰モデル記憶部１７から受け取った雑音減衰モデルとに基づいて、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅を更新しうる。信号減衰モデルは、タッチ信号の減衰と空間低域通過フィルタ１３の帯域幅との間の関係を表現する。雑音減衰モデルは、雑音信号の減衰と空間低域通過フィルタ１３の帯域幅との関係を表現する。

タッチコントローラ７の詳細は、タッチスクリーンパネル６からの出力信号を処理する第一と第二の方法に関連付けて説明する。

タッチスクリーンパネル６からの出力信号を処理する第一と第二の方法は、ニ次元の格子又は配列の構成８に配置されたセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍに対応する信号を出力する、任意のタイプのタッチスクリーンパネル６と共に使用されうる。しかしながら、タッチスクリーンパネル６からの出力信号を処理する第一と第二の方法を記述する前に、適切な種類のタッチスクリーンパネル６の一例、すなわち投影型静電容量式タッチスクリーンについて簡単に論じることが有用であろう。

静電容量式タッチスクリーンパネル
投影型静電容量式タッチスクリーンパネルは、タッチイベントを検出するために電極における静電容量の変化を測定する。 投影型静電容量（projected capacitance）という用語は、投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの電極がタッチイベントを検出するために導電性物体によって物理的に触れられる必要がないという事実を指している。一般に、投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの電極は、例えばガラス又は透明なポリマーで作られたスクリーンの背後に配置されうる。例えばユーザの指先２２（図６Ｂ）又は導電性スタイラスのような導電性の物体がスクリーンをタッチすると、電界線は乱され、したがって電荷分布、すなわち静電容量を変調する。

投影型静電容量式タッチスクリーンパネルは、個々の電極の自己静電容量又は電極対間の相互静電容量に応じて動作しうる。相互静電容量操作は複数タッチイベントをサポートし、電磁干渉（ＥＭＩ）に対してあまり敏感ではない。

図５Ａと５Ｂと５Ｃとは、相互静電容量を使用する投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の電極の例示的な配置の概略図である。

図５Ａを参照すると、第一の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０は、多数の駆動電極Ｄ_１，Ｄ_２，…，Ｄ_Ｎの形態の第一電極Ｘ_ｎと、誘電材料層２３の上に配置された多数の感知電極Ｓ_１，Ｓ_２， …，Ｓ_Ｍの形態の第二電極Ｙ_ｍとを含む。誘電材料層２３は、第一及び第二の垂直方向ｘ、ｙによって定義される平面内に延在し、誘電材料層２３のいかなる平面内次元と比べても格段に薄い、第一及び第二の方向ｘ、ｙに垂直な第３の方向における厚さを有する。感知電極Ｓ_ｍは、誘電材料層２３の第一の面、例えば上面に配置され、駆動電極Ｄ_ｎは、誘電材料層２３の第一の面とは第三の方向において反対側の第二の面に配置される。駆動電極Ｄ_ｎは、第一の方向ｘに伸びて互いに平行に配向された導電性材料の矩形片の形態をとる。駆動電極Ｄ_ｎは、第一の方向ｘに垂直な第二の方向ｙにおいて量ｓだけ離間されている。感知電極Ｓ_ｍは、第二の方向ｙに伸びて互いに平行に配向された導電性材料の矩形片の形態をとる。感知電極Ｓ_ｍは、第二の方向ｙに垂直な第一の方向ｘにおいて量ｓだけ離間されている。

誘電材料層２３は、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０が、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）又は液晶（ＬＣ）ディスプレイであるディスプレイ上に重なるか、又は組み込まれているときは、一般に透明である。例えば、誘電材料層２３はガラスの場合があり、又は例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）あるいは同様のプラスチックなどの透明ポリマーであってよい。投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０がディスプレイ上に重なるか、又はディスプレイに組み込まれたとき、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍもまた透明であってよい。例えば、駆動電極及び第二電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍは、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）又は酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）で形成されうる。

図５Ｂも参照すると、第二の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２１は、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍが異なる形状であることを除いて、第一の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０と同じである。第二の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２１において、駆動電極Ｄ_ｎは、第一の方向ｘにおいて離間し、細長い導電材料２５によって接続された多数のダイヤモンド形状の導電材料領域２４の形態をとる。感知電極Ｓ_ｍは、第二の方向ｙにおいて離間し、細長い導電材料２７によって接続された多数のダイヤモンド形状の導電材料領域２６の形態をとりうる。

図５Ｃも参照すると、第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２２は、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍが異なる形状であることを除いて、第一及び第二の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０、２１と同じである。第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２２において、駆動電極Ｄ_ｎは、第一の方向ｘにおいて伸びていて、第一の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０の駆動電極Ｄ_ｎと比較して、第二の方向ｙにおいて比較的広い幅を有する矩形片の形状をとりうる。感知電極Ｓ_ｍは、第二の方向ｙにおいて離間し、細長い導電性材料３０によって接続された多数の比較的狭い「Ｚ字形」の導電材料領域２８の形態を取りうる。第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２２の駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍは、感知電極Ｓ_ｍの各Ｚ字形導電性領域２８が対応する駆動電極Ｄ_ｎの上に重なるように配置される。第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２２の駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍは、特に各駆動電極Ｄ_ｎの幅において、Ｚ字形導電性領域２８のどの部分もそれぞれの駆動電極Ｄ_ｎの上に重ならないようにサイズが決められている。これは、しばしば「フラッディング」（flooded）構成と呼ばれる。感知電極Ｓ_ｍは、必ずしもＺ字形の導電性領域２８を使用する必要はなく、例えば、「Ｈ字形」又は「Ｉ字形」の導電材料領域のような、駆動電極Ｄ_ｎの上に重なる他の細長い形状を用いてもよい。

第一、第二及び第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネルにおいて駆動電極Ｄ_ｎとしてラベル付けされた電極は、代わりに感知電極Ｓ_ｎとして動作してよく、感知電極Ｓ_ｍとしてラベル付けされた電極は、代わりに駆動電極Ｄ_ｍとして動作してよい。いくつかの例では、電極は必ずしも固定された役割を有する必要はなく、駆動電極と感知電極との間で役割を入れ替えてよい。

投影型静電容量式タッチスクリーンパネルは、第一、第二又は第三の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２に関連して記述した電極配置を必ずしも使用する必要はない。代わりに、一対の電極間の相互静電容量の測定に適した、任意の二次元の格子又は配列の電極が使用されうる。

図６Ａは、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の概略断面図である。図６Ｂは、タッチイベント中の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の概略断面図を示す。

図４から図６Ｂを参照すると、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の電極は、カバーレンズ３０で覆われていてよい。カバーレンズ３０は一般的に透明であり、例えばガラス又はＰＥＴのような透明な材料で形成されうる。

駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍの各交点はセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍを定義し、各交点Ｉ_ｎ，ｍは、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍの適切な組み合わせを指定するタッチコントローラ７のフレーム読み取りモジュール９によって個別に測定されうる。例えば、交点Ｉ_ｎ，ｍに対応する駆動電極Ｄ_ｎは駆動信号３１によって駆動され、指定された交点Ｉ_ｎ，ｍの各感知電極Ｓ_ｍからは出力信号３２が読み出される。駆動信号３１は、例えば、正弦波形、方形波形、他のＡＣ／パルス波形又はＤＣバイアス電圧のような電圧信号の形態を取りうる。駆動電極と感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍの各対は、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍを提供する交点を定義し、全ての交点Ｉ_ｎ，ｍは完全な信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を測定するために投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２から順次読み出される。このようにして、単一タッチイベント及び複数タッチイベントの両方が登録されうる。

タッチイベントが存在しない場合、任意の所与の交点Ｉ_ｎ，ｍに対応する駆動電極及び第二の電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍは、基準相互静電容量Ｃ_Ｍを定義する。駆動電極と感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍとの間の相互静電容量は、駆動信号３１と出力信号３１とに基づいて、フレーム読み取りモジュール９によって判定される。フレーム読取りモジュール９は、任意の既知の方法、例えば、駆動／出力信号３１、３２の振幅、位相又は周波数の参照信号に対する変化に基づく方法を使用して、駆動電極と感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍとの間の相互静電容量を判定しうる。あるいは、フレーム読み取りモジュール９は、駆動電極及び第二の電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍの時定数及び／又は充放電時間に基づいて相互静電容量を判定しうる。

タッチイベントの間、追加の静電容量Ｃ_Ｆは、電極と使用者の指先３３又は適切な導電性スタイラス（図示せず）とを結合する。追加の静電容量Ｃ_Ｆは、プロセッサ又はタッチコントローラによって測定された相互静電容量を、基準相互静電容量Ｃ_Ｍから量ΔＣだけ変化させる。タッチイベント中の静電容量変化ΔＣの大きさは固定されておらず、例えば、使用者の指先３３又は適切な導電性スタイラスの接触面積のような要因に応じて変化しうる。

このようにして、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２から読み出された信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）は、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍの各交点Ｉ_ｎ，ｍについて測定された静電容量値の配列である。静電容量変化量ΔＣが閾値を超えるとタッチイベントが登録される。前述のように、雑音４とオフセット３とは測定された静電容量に影響する。

相互静電容量を使用する投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の例は参考として記載されているが、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一及び第二の方法は、相互静電容量を使用する投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２に限られたものではない。例えば、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一及び第二の方法は、代わりに自己静電容量を使用する投影型静電容量式タッチスクリーンパネル、又は例えば電気抵抗あるいは圧力などの異なる特性を測定することに基づくタッチスクリーンパネルと共に使用しうる。あるいは、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一及び第二の方法は、光学的又は音響的方法に基づくタッチスクリーンパネルと共に使用されうる。タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一及び第二の方法は、ユーザの指先３３又はスタイラスの接触領域が２つ以上のセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍからの信号を生成する任意のタッチスクリーンパネル６と共に使用されうる。

より一般的なケースでは、タッチスクリーンパネル６は、第一の方向ｄ_１において延在するＮ個の電極Ｘ_１，…，Ｘ_ｎ，…，Ｘ_Ｎと第二の方向ｄ_２において延在するＭ個の電極Ｙ_１，…，Ｙ_ｍ，…，Ｙ_Ｍとの交点によって形成される格子８を含みうる。タッチスクリーンパネルが投影型静電容量タイプである場合、電極Ｘ_ｎ、Ｙ_ｍは駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍであってよい。しかし、他のタイプのタッチスクリーンパネルでは、電極Ｘ_ｎ、Ｙ_ｍは異なる役割を果たす場合がある。タッチスクリーンパネル６が投影型静電容量タイプである場合、信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）は、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍ間の静電容量又は静電容量の変化を表し、それに比例する場合がある。あるいは、タッチスクリーンパネル６が抵抗タイプである場合、信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）は、各電極Ｘ_ｎ、Ｙ_ｍ間の抵抗又は抵抗の変化を表し、それに比例する場合がある。あるいは、タッチスクリーンパネル６が力又は圧力感知タイプである場合、信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）は、各電極Ｘ_ｎ、Ｙ_ｍ間に印加される圧力又は力を表し、それに比例する場合がある。

信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）は、必ずしも電極Ｘ_ｎ、Ｙ_ｍの交点によって定義されるセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍに対応する必要はない。例えば、タッチスクリーンパネル６がＮ×Ｍ配列の個々にアドレス可能な個別センサ（図示せず）の形態をとる場合、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍは、各フレーム信号値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）がそれぞれのセンサから得られる信号に対応するように個別センサに対応してよい。

このようにして、タッチスクリーンパネル６から測定された信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）によって表される特定の物理的パラメータは、タッチスクリーンパネル６のタイプによって異なる。フレーム信号値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）によって表される物理的パラメータにかかわらず、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一及び第二の方法は、雑音４及びオフセット３を低減又は除去し、ＳＮＲを改善し、 タッチイベントの誤登録を低減する為に適用されうる。

タッチスクリーンパネルの雑音源の理論的解析
理論に縛られることは望まないが、タッチスクリーンパネル６のＳＮＲの理論的処理について簡単に論じることは、タッチスクリーンパネル６からの出力信号を処理する第一及び第二の方法の理解を助けるであろう。

信号対雑音比（ＳＮＲ）は、システムの検出精度と分解能を表すのに用いられるパラメータである。 ＳＮＲは次の比で定義される。

ここで、ＳＮＲは信号対雑音比であり、Ｐ_ｓは信号電力であり、Ｐ_ｎは雑音電力である。このように、ＳＮＲ＞１は、タッチ信号、例えばＦ（ｎ，ｍ，ｋ）が雑音４を超えることを意味する。オフセット３は、固定値を差し引くことによって除去できるので、雑音成分としては扱われない。これは、雑音４が典型的には急速に変化するのに対して、オフセット３は典型的には一定であるかゆっくり変化するからである。タッチスクリーンパネル及びアプリケーションの種類に応じて、ＳＮＲの許容値は、１より大きく、２より大きく、３より大きく又は５より大きい場合がある。より低いＳＮＲ、例えばＳＮＲ＞１は、いくつかのアプリケーション、例えばタッチイベントの有無の登録のみが測定される場合などでは許容されうる。しかしながら他の用途、例えばアナログ圧力感知／タッチ強度では、使用者のインタラクションによって印加される異なるレベルの圧力を区別するのを可能にするため、より大きなＳＮＲが必要とされる場合がある。

図７Ａ及び図７Ｂは、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２からの電圧出力信号の概略図である。

図７Ａを参照すると、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の交点Ｉ_ｎ，ｍからの出力信号３２は、電圧信号Ｖ（ｔ）の形を取りうる。出力信号Ｖ（ｔ）は一般に、所望のタッチ信号であるＶ_ｓやオフセット３であるＶ_{ｏｆｆｓｅｔ}や雑音信号４からの寄与を含む。雑音４は、確率的又はランダム雑音１と確定的又はコモンモード雑音２との重ね合わせである。出力信号Ｖ（ｔ）は、修正された出力信号Ｖ_ＣＤＳ（ｔ）を判定するために、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）を使用して修正されうる。ＣＤＳを適用するための背景信号Ｖ_０を決定するために、タッチイベントが発生していない時に信号が記録される。

図７Ｂも参照すると、背景信号Ｖ_０は減算されうる。修正された出力信号Ｖ_ＣＤＳ（ｔ）において、出力信号Ｖ（ｔ）と背景信号Ｖ_０との間に相関されたオフセット３と雑音４との成分は、大幅に低減又はキャンセルされうる。例えば雑音４のより低い周波数成分である。修正された出力信号Ｖ_ＣＤＳ（ｔ）は、所望の信号Ｖ_ｓと雑音４のより高い周波数の無相関成分とを大幅に含む。ＣＤＳ後、ＳＮＲは次のように表されうる。

ここで、ＳＮＲ_ＣＤＳはＣＤＳ後の信号対雑音比であり、Ｐ_ｓは信号電力であり、Ｐ_ｎはＣＤＳ前の雑音電力であり、Ｐ_ｎ´はＣＤＳ後の雑音電力であり、αはＰ_ｎとＰ_ｎ´の比として定義される特性化係数である。タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一及び第二の方法において、個々の背景参照値Ｆ_０（ｎ，ｍ）を使用して各交点Ｉ_ｎ，ｍからのフレーム信号値Ｆ（ｎ，ｍ）にＣＤＳが適用される。

図２１は、高調波単一周波数共通モード雑音信号の場合に適用される特性化係数αの異なる範囲を示した図である。

図２１も参照すると、理想的な場合には、２つのサンプルが同時に取得される場合、コモンモード雑音は完全にキャンセルされる可能性がある。従って、より高速なサンプリングは常にＳＮＲの向上をもたらすことが出来ると考えられる。しかしながら実際には、より高速なサンプリングが必ずしもＳＮＲを改善するとは限らない。例えば、コモンモード雑音が高調波単一周波数波形の形態をとる場合、より高速なサンプリングは、例えば ０＜α＜１又はα＝１の場合に、必ずしもＳＮＲの向上を意味するものではない。このようにして、ＣＤＳの適用は、オフセット３と雑音４の低周波コモンモード成分とを低減又は除去しうる。しかしながら、ＣＤＳは、雑音４のより高い周波数成分の振幅を増加させる場合がある。ＣＤＳがより高い周波数の雑音を生じる場合、タッチ信号は典型的には比較的低い周波数であるため、これは低域通過フィルタを使用してある程度補償されうる。

図８は、特徴付け係数αとスキャン周波数ｆ_ｓとの間の関係の概略図である。

図８を参照すると、走査周波数ｆ_ｓが雑音４の主なコモンモード成分に比べて十分に高く、α＞１である場合には、特性化係数αは走査間隔１／ｆ_ｓに逆比例していると考えられうる。

タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法
図９は、タッチスクリーンパネル６からの出力信号Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）を処理する第一の方法のプロセスフロー図である。

図４から６Ｂ及び図９を参照すると、タッチスクリーンシステム５の起動時に、第一のフレームＦ（ｎ，ｍ，１）がフレーム読み取りモジュール９によって読み出される（ステップＳ１）。タッチスクリーンパネル６が投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２である場合、対応する駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍを指定することにより、各交点Ｉ_ｎ，ｍを順次走査することによって第一のフレームＦ（ｎ，ｍ，１）が読み出される。最初に、背景パターン又は参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）が第一のフレームＦ（ｍ，ｎ，１）と等しく設定され、参照フレーム記憶部１１内に記憶される（ステップＳ２）。

タッチスクリーンシステム５が動作している間、フレーム読み取りモジュール９は信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を読み出す（ステップＳ３）。タッチスクリーンパネル６が投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２である場合、対応する駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍを指定することにより、各交点Ｉ_ｎ，ｍ全体を順次走査することによって信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）が読み出される。信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の読み出しは、タッチスクリーンパネル６の下に置かれたか又はタッチスクリーンパネル６が埋め込まれたディスプレイ（図示せず）と同期されうる。例えば、表示静止／点滅期間中に信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）が読み出されうる。

相関二重サンプラ１０は、信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を受け取り、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｉ）を生成するために参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）を差し引くことによってＣＤＳ修正を行う （ステップＳ４）。ＣＤＳ修正は、連続するフレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）とＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）の読み出しの間にオフセットが一定であるか又はゆっくり変化するだけであるため、オフセット３を低減又は除去するのに有効な場合がある。ＣＤＳ修正は、連続するフレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）とＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）との間に相関する雑音４の低周波コモンモード成分を低減又は除去するのに有効な場合がある。

タッチ決定モジュール１２は、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を受け取って分析し、タッチイベント、例えば単一タッチイベント又は複数タッチイベントが発生しているか否かを判断する（ステップＳ５）。タッチイベントが発生していなければ（ステップＳ５；Ｎｏ）、参照フレーム記憶部１１に記憶された参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）を現在の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）で上書きし （ステップＳ８）、次の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）がフレーム読み取りモジュール９によって読み出される（ステップＳ３）。

タッチイベントが発生している場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、タッチ決定モジュールは、タッチ情報１８を判定して機器ＣＰＵ１９に出力する（ステップＳ６）。例えばタッチ情報は、機器ＣＰＵ１９によって実行されているオペレーティングシステムのアプリケーションによって、オプションを選択したり、デスクトップ上のフォルダを開いたり、ウェブブラウザアプリケーションを閉じるために使用することができる。タッチスクリーンシステム５が動作を継続している間（ステップＳ７）、次の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）が読み出される（ステップＳ３）。

信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の読み出しとそれに続く信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）の読み出しとの間に生じるステップ（ステップＳ４からＳ８）は、スキャン間隔１／ｆ_ｓより短い時間で実行されることが好ましい。例えば、表示静音／ブランキング期間中に信号フレームが読み出されるなら、信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の読み出しとそれに続く信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）を読み出す間に発生するステップ （ステップＳ４からＳ８）は、表示静音／ブランキング期間の間隔よりも長くならないことが好ましい。

このようにして、オフセット３と雑音４の低周波コモンモード成分とを低減又はキャンセルするために、タッチスクリーンパネル６から読み出された信号フレームにＣＤＳが適用されうる。これにより、タッチスクリーンシステム５のＳＮＲが改善され、タッチスクリーンシステム５の励起パワー及び／又は検出閾値の低減が可能となる。このことは、電力消費を低減することによってタッチスクリーンシステムを組み込んだ装置の電池寿命を延ばしうる。タッチスクリーンシステム５の改善されたＳＮＲはまた、タッチイベントの誤登録の可能性を低減することによって、タッチスクリーンシステム５の精度を向上させうる。さらに、タッチイベントが検出されなかった場合に参照フレームＦ_０（ｍ，ｎ）を動的に更新することによって、参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）は、最も最近で、したがって最も正確な雑音とオフセットとの背景パターンによって最新の状態が保たれる。これにより、タッチスクリーンパネル６から読み出された信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｉ）が、電子回路内の遷移又は周囲環境の変化に起因するオフセット３のゆっくりした変化を動的に補償することによって、ＣＤＳを用いて長時間修正することを可能にする。周囲環境の変化は、電磁雑音の発生源の数や種類や近接性の変化、温度の変化、又は充電ケーブルからタッチスクリーンシステム５を組み込んだ携帯機器を差し込む又は取り外すなどの変化を包含しうる。

タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法の使用例
タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法の使用は、投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの例を用いて行われた実験を参照して説明されうる。

図２２は、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法を試験するために使用される投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの詳細を提供する表である。

図５Ａから５Ｃまで及び図２２を参照すると、８０個の駆動電極Ｄ_ｎ（送信電極又は「Ｔ_ｘ」電極とも呼ばれる）及び８０個の感知電極Ｓ_ｍ（受信電極又は「Ｒ_ｘ」電極とも呼ばれる）を有する投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの一例を用いて実験が行われた。実験的なタッチスクリーンパネルは、比較的幅広の駆動電極Ｄ_ｎと、同じ表面上に堆積されて駆動電極Ｄ_ｎに対して垂直な比較的細い感知電極Ｓ_ｍとを含む格子内に構成された駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍを使用した。各交点Ｉ_ｎ，ｍにおいて、駆動電極Ｄ_ｎは腰に向かって先細りになっており、感知電極Ｓ_ｍは、ジャンパ（jumpers）によって駆動電極Ｄ_ｎの腰を橋絡している。実験的なタッチスクリーンパネルは長方形であり、対角寸法は１０．１インチ（２５．７ｃｍ）であり、アスペクト比は１６：９であった。駆動電極Ｄ_ｎの励起電圧は１０Ｖであった。駆動電極Ｄ_ｎの幅は３ｍｍであった。感知電極Ｓ_ｍの駆動電極Ｄ_ｎと重なる部分の最大幅は４４９μｍであった。駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍは、交点Ｉ_ｎ，ｍが３ｍｍ×３ｍｍの活性領域を有し、センサ領域Ｉ_ｎ，ｍがｓ＝２ｍｍの間隔で離間した感知配列格子８を形成した。信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｉ）は３０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数で読み出された。例示的なタッチスクリーンパネルの下にあるディスプレイの画素は５６μｍ×５６μｍの寸法を有していた。

図１０Ａと図１０Ｂとは、単一タッチイベントフレーム３４と、対応するＣＤＳで修正された単一タッチイベントフレーム３５のグレースケール図である。図１０Ｃと図１０Ｄとは、複数タッチイベントフレーム３６と対応するＣＤＳで修正された複数タッチイベントフレーム３６のグレースケール図である。タッチスクリーンパネル信号フレームを示すグレースケールプロットにおいて、「ＤＢ」とラベル付けされた領域は低信号レベルに対応し、「ＬＢ」とラベル付けされた領域は中間信号レベルに対応し、「Ｒ」とラベル付けされた領域は高信号レベルに対応する。

図１０Ａと図１０Ｂも参照すると、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法を単一タッチイベントフレーム３４に適用すると、対応するＣＤＳで修正された単一タッチイベントフレーム３５のオフセット３と雑音４とが大幅に減少している 。

図１０Ｃと図１０Ｄも参照すると、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法を複数タッチイベントフレーム３６に適用すると、対応するＣＤＳで修正された複数タッチイベントフレーム３７のオフセット３と雑音４とが大幅に減少している。

特に、タッチ信号のコントラストは、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法に従って処理された、ＣＤＳで修正されたフレーム３５、３７において大幅に改善される。結果として、タッチイベントの数及び位置の判定の正確性が改善されうる。さらに、タッチイベントの誤登録につながる可能性がある著しいオフセット３信号、例えば修正されていない信号フレーム３４、３６の上部に向かって赤色に着色された領域は第一の方法による処理によって除去される。

図１１Ａと図１１Ｂとは、それぞれ６０Ｈｚ及び３０Ｈｚにおける実験的タッチスクリーンパネルからの正規化雑音出力のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）プロットを示す図である。正規化された雑音は、タッチイベントなしで記録された信号フレームを指す。

図１１Ａを参照すると、実験的タッチスクリーンパネルの雑音特性に対する第一の方法の効果は、タッチイベントが存在しない信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を読み出すことによって調べられた。タッチイベントがない場合、したがってタッチ信号がない場合、読み出しフレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）は、実質的に雑音４とオフセット３とから成っている。第一の方法の効果は、タッチイベントが存在しない場合の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）と修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）とのＰＳＤを計算して比較することによって調べられうる。

第一の方法によるＣＤＳ修正がなければ、オフセット３により強いＤＣ成分が観測される。約８Ｈｚ未満では、ｆ_ｓ＝６０Ｈｚの走査周波数で第一の方法を適用すると、雑音電力が大幅に低減される。約９Ｈｚと約１７Ｈｚとの間では、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の雑音電力は、修正されていないフレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の雑音電力に匹敵するように見える。約１８Ｈｚを超えると、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の雑音電力は、修正されていないフレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の雑音電力を超えるように見える。

図１１Ｂを参照すると、ｆ_ｓ＝３０Ｈｚの走査周波数について同じ比較が行われた場合、第一の方法を使用した修正後に改善が観察される周波数範囲は、約３Ｈｚ未満に低減される。低減された走査周波数ｆ_ｓにおける低減された周波数範囲の改善は、低減されたサンプリング周波数での隣接するフレーム間の低周波雑音の比較的弱い相関の結果として生じうる。隣接するフレーム間の雑音の相関は、より高いサンプリング周波数では相対的に増加する場合がある。オフセット３はＤＣとしてふるまうため、サンプリング周波数に関係なくキャンセルすることができる。

前述したように、ＣＤＳは、ある帯域幅内ではより高い周波数の雑音を導入する効果を有する場合がある。この効果はサンプリング周波数に関連し、周波数ｆ_ｓ／２を持つ高調波単一周波数雑音波形Ｈ（ｔ）がスキャン周波数ｆ_ｓでＣＤＳ修正の対象となる以下の例を参照して説明される。２つの隣接するサンプリング時間の間の間隔は、πの位相に等しい。この例では、ＣＤＳ後の出力は下記のように表現しうる。

ここで、Ｈ_ＣＤＳはＣＤＳを適用した後の雑音信号、Ｈ_０は雑音波形Ｈ（ｔ）の振幅、φは雑音波形Ｈ（ｔ）の初期位相、ｔは時間である。式５は雑音波形、例えばＣＤＳサンプリング周波数ｆ_ｓの半分の周波数ｆ_ｓ／２を有するＨ（ｔ）における、ＣＤＳ後の雑音波形Ｈ_ＣＤＳの振幅が２倍になることを示す。雑音波形とスキャン周波数ｆ_ｓとの他の比率についても同様の解析を行うことができる。

第一の方法を適用した結果によるより高い周波数における少量の雑音成分は、より高い周波数成分をフィルタリングすることにより緩和されうる。これは、タッチイベントに対応する信号が典型的には低い周波数であること、例えば使用者のタッチスクリーンパネルとのインタラクションが典型的には数Ｈｚ又はそれ以下の周波数で生じることにより、可能となる。実験結果は、スキャン周波数ｆ_ｓがそれぞれ３０Ｈｚ及び６０Ｈｚである場合、スキャン周波数ｆ_ｓの約１０％まで、ＳＮＲが５．９ｄＢ及び７．６ｄＢだけ増加しうることを示している。走査周波数ｆ_ｓの約１０％を超えると、ＳＮＲは改善されず、劣化することさえある。

このようにして、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法は、タッチ信号を含む周波数帯域内の雑音４のコモンモード成分とオフセット３とを大幅に低減する場合がある。

第一の方法の時間見込み
タッチパネルからの出力信号を処理する第一の方法は、オフセット３と雑音４の低周波コモンモード成分とを除去又は低減しうる。第一の方法（図８、ステップＳ４〜Ｓ８）の繰り返しステップに要する時間は、好ましくは、連続する信号フレームＦ（ｍ，ｎ，ｋ）とＦ（ｍ，ｎ，ｋ＋１）の読み出しの間で走査間隔１／ｆ_ｓを超えるべきでない。例えば、スキャン周波数が６０Ｈｚの場合、第一の方法のＣＤＳ修正のための計算時間は１６．７ｍｓ未満でなければならない。

計算時間は、一般にアルゴリズムの複雑さに依存する。タッチスクリーンパネル６に対して走査される交点Ｉ_ｎ，ｍの数は、Ｎ×Ｍである。第一の方法の計算時間はＯ（Ｎ×Ｍ）となる。前述の実験的なタッチスクリーンパネルでは、Ｎ＝８０、Ｍ＝８０であり、Ｎ×Ｍ＝６４００となる。現在利用可能な多くの携帯機器のプロセッサは、ＧＨｚの範囲の計算能力を有するプロセッサを含んでいる。例えば、Ｎ×Ｍ＝６４００の場合、１ＧＨｚプロセッサは、第一の方法の繰り返しステップの実行に６．４μｓ以下しか要しない（図８、ステップＳ４〜Ｓ８）。

このようにして、第一の方法は、スキャン周波数ｆ_ｓを低減する必要なく、タッチスクリーンシステム５を組み込んだ機器に実装されうる。

タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第一の方法のためのエネルギー見込み
各センサ領域Ｉ_ｎ，ｍについての信号フレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）を測定するためのエネルギーは、およそ以下の式で与えられる。

ここで、Ｅは一つのセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍを測定するためのエネルギーであり、Ｐはフレーム読み取りモジュール９の電力使用量であり、ｆ_ｓは走査周波数である。例えば、フレーム読み取りモジュール９がｆ_ｓ＝７５ｋＨｚの周波数で交点を走査し、電力消費が２．５ｍＷである場合、各交点Ｉ_ｎ，ｍを読み取るためにはＥ＝１／３０μＪが必要となる。例えば、タッチスクリーンパネル６がＮ×Ｍ格子８を含む場合、各交点Ｉ_ｎ，ｍを走査するための合計パワー（Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}）は下記のように表される。

ここで、Ｐはプロセッサ又はタッチコントローラの電力消費量であり、Ｅは一つの交点を測定するためのエネルギーであり、ＮとＭとは格子８の寸法であり、ｆ_ｓは走査周波数である。例えば、典型的な携帯機器、例えばスマートフォンのための投影型静電容量式タッチスクリーンパネルが第一の方向ｘにおいて９個の電極Ｘ_ｎ、第二の方向ｙにおいて１６個の電極Ｙ_ｎをそれぞれ含む場合、静電容量式タッチスクリーンパネルは１４４個の電極センサ領域／交点Ｉ_ｎ，ｍを有する。このような例では、スマートフォンのタッチスクリーンパネルが周波数ｆ_ｓ＝６０Ｈｚで走査された場合、パネル全体を１回測定するための消費電力は０．２８８ｍＷになり、各信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を走査する為の消費エネルギーは４．８μＪとなる。

第一の方法に関連する処理動作のための電力消費はおよそ以下の式で与えられる。

ここでＥ_ＣＤＳはＣＤＳ動作の電力消費量であり、ＮとＭとは格子８の寸法であり、ηはプロセッサ又はタッチコントローラの電力効率である。ＡＲＭ（登録商標）Ｃｏｒｔｅｘ（登録商標）Ａ５プロセッサなど、現在使用されている組み込みプロセッサの例では、２０×１００万命令／秒（ＭＩＰＳ）／ｍＷの電力効率ηを持つ。従って、消費電力ＥＣＤＳは７．２ｎＷ程度であり、計算時間は０．１４μｓ程度である。このように、第一の方法を適用することによる追加のエネルギー消費は１ｆＪ程度であり、これは、一般的に使用されるプロセッサ又はタッチコントローラのエネルギー消費よりも大幅に小さい。

雑音スパイクを除去する空間フィルタリング
前述したように、タッチスクリーンパネル６からの出力信号を処理する第一の方法は、オフセット３と雑音４の低周波コモンモード成分とについて大幅な改善を提供しうる。しかし、信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）と雑音参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）との間の相関が弱くなると、雑音スパイクが特に高周波数において残る場合がある。タッチ信号と雑音スパイクとの特性を分析すると、タッチイベントからの信号は雑音スパイクと比較して空間周波数が低くなる場合があることが認められた。

タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法は、第一の方法に従った信号フレームＦ（ｍ，ｎ，ｋ）のＣＤＳ修正と、空間低域通過フィルタ１３を使用した、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の空間フィルタリングとを組み合わせたものである。

第二の方法を説明する前に、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の空間フィルタリング一般について簡潔に論じることは有用であろう。

図１２は、雑音スパイクの大きさを低減するための空間フィルタリングを示した図である。タッチスクリーンフレームを示すグレースケールプロットでは、「ＤＢ」とラベル付けされた領域は低信号レベルに対応し、「ＬＢ」とラベル付けされた領域は中間信号レベルに対応し、「Ｒ」とラベル付けされた領域は高信号レベルにそれぞれ対応する。

図１と図４と図１２とを参照すると、修正された信号フレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）は、例えば雑音４のランダム成分又は雑音４の高周波コモンモード成分から生じる雑音スパイク３８を含み、それらはＣＤＳ修正に用いられる参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）とは相関がない。雑音スパイク３８は、Ｉ_ｎ＋１，ｍやＩ_{ｎ，ｍ＋１}等の周辺交点において、Ｆ_ＣＤＳ（ｎ＋１，ｍ，ｋ）やＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ＋１，ｋ）等の信号値と比較された場合、異常に高い信号値であるＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の形を取る場合がある。本明細書でフレームを画像として扱う場合、交点の値は「画素」値とも呼ばれうる。修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）は、フィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を生成する為に、空間低域通過フィルタ１３を用いて処理されうる。 空間低域通過フィルタ１３は、雑音スパイク３８を隣接する交点の値と混合することによって雑音スパイク３８を平均化する効果を有し、その結果、大きさが低減された、フィルタリングされたスパイク３９が得られる。

タッチ信号に対する空間フィルタリングは、望ましくない効果をもたらす可能性がある。例えば、タッチ信号は、空間低域通過フィルタ１３によっても低減される場合があり、これは時には「平滑化効果」（smoothing effect）と呼ばれ、これはＳＮＲを低下させてタッチの登録に失敗する可能性を増加させる場合がある。平滑化効果は、近接する／隣接する交点Ｉ_ｎ，ｍの信号値への結合に起因してタッチの見かけ上の位置を歪める可能性を有する。空間低域通過フィルタ１３を慎重に設計することにより、雑音スパイク３８を減衰させつつ、タッチ信号の減衰を最小化し、タッチ位置の歪みを回避させることができる。

さらに、異なる使用者は、タッチスクリーンパネル６に対して異なる接触領域を提示する指先３３を有する場合がある。同じ使用者であっても、タッチスクリーンパネルに接触させる指先３３を変える場合があり、時には指先３３の代わりにスタイラス（図示せず）を使用する場合がある。空間低域通過フィルタ１３への単一帯域幅の適用は、すべての考えられる使用者及び／又はスタイラスには適していない場合がある。タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法では、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅は、雑音スパイク３８を減衰させることとタッチ信号の完全性を保つこととの関係を最適化するために、使用中に動的に調整される。

コモンモード雑音源
タッチスクリーンパネル６からの出力信号を処理する第二の方法を説明する前に、とりわけスマートフォンやタブレットコンピュータやラップトップコンピュータや同様の機器などのモバイル機器といった機器のディスプレイの上に重なっているか組み込まれているタッチスクリーンパネル６のコモンモード雑音の典型的な原因について、簡単に説明することが役立つであろう。

充電器雑音
タッチスクリーンパネルを組み込んだ機器は、しばしば、使用時は電池の電力で動作する携帯機器である。そのような電池駆動機器は、典型的には再充電可能な電池を含み、電池を満たすために充電用電源又は充電器（図示せず）に定期的に接続されなければならない。機器は充電器に接続している間でも使用される場合がある。充電器は一般に、コンセントからの高電圧ＡＣ電力を、機器の電池を再充電するのに適した電圧でＤＣ電力に変換する変圧整流回路の形態をとる。理想的な充電器では、変換は完全であり、充電器は一定のＤＣ電圧を出力する。実際には、充電器は、コモンモード変動を含む出力、例えば残留「リップル」（ripple）電流／電圧、雑音スパイク及び他の不自然な結果といった出力を生成する。

充電器によって導入されるピークのコモンモード雑音は、充電器の品質に応じて、通常３Ｖ未満から４０Ｖを超える範囲内で変動しうる。充電器からのコモンモード雑音は、充電器の出力の差が維持されているため、タッチされていないときの静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の動作には影響を与えない場合がある。タッチイベントが発生すると、大きく２つのシナリオがある。第一に、タッチスクリーンパネル６を組み込んだ機器は手で保持される場合がある。第二に、タッチスクリーンパネル６を組み込んだ機器は、例えばテーブル又はスタンドの表面又はホルダ内に置かれる場合がある。機器が持たれているときは、コモンモード雑音電荷がグランドに逃げないように、十分にアースされている場合がある。しかしながら、タッチスクリーンパネル６が表面上又はホルダ内に置かれた場合、すなわち、タッチパネルと人体とが同じグランドを共有しない場合、指によって生成されたタッチイベントは、タッチの誤登録につながる場合がある。

ディスプレイパネルの雑音
タッチスクリーンシステム５を組み込んだ機器は、通常、ディスプレイ又はスクリーンを含んでいる。例えば、アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）や液晶（ＬＣ）構造のような異なる種類のディスプレイが利用可能である。ＡＭＯＬＥＤディスプレイは高品質であり、上に重なるか、又は組み込まれたタッチスクリーンパネル６に対してより少ない雑音を生成するものの、ＬＣディスプレイが典型的には低コストであるため、依然として使用されている。

図１３は、ＬＣディスプレイの上に重なるタッチスクリーンパネルを組み込んだバックライト付きＬＣディスプレイの例示的な積み上げ構造４３を示した図である。

図６Ａと図６Ｂと図１３とを参照すると、ＬＣディスプレイ積み上げ構造４３の一例は、ユーザから離れる方向に向かって、カバーレンズ３０と、第一電極層４４と、誘電材料層２３と、第二電極層４５と、タッチスクリーンパネル基板４６と、第一偏光フィルタ４７と、カラーフィルタ基板４８と、共通電極 Ｖ_ＣＯＭ層４９と、液晶層５０と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５１と、画素／サブ画素電極５２と、ＴＦＴ基板５３と、第二偏光フィルタ５４と、白色バックライト５５と、反射層５６とを備えている。第一のパターン化された導電層４４は、例えば第一の方向ｄ１において延在するＮ個の電極Ｘ_ｎを提供し、第二のパターン化された導電層４５は、例えば第二の方向ｄ２において延在するＭ個の電極Ｙ_ｍを提供する。ＴＦＴ５１は、指定された画素／サブ画素電極５２とＶ_ＣＯＭ電極４９との間の液晶層５０の領域内の液晶分子の局所的な再配向を可能にするように、個別に指定可能となっていて、画素／サブ画素電極５２を制御する。

例示的なＬＣＤ積み上げ構造４３では、二つの静電容量Ｃ_１、Ｃ_２は識別されうる。第一の静電容量Ｃ_１は、画素／サブ画素電極５２とＶ_ＣＯＭ層４９とを結合する。Ｖ_ＣＯＭ層４９はかなりの抵抗を有するので、第一の静電容量Ｃ_１は表示雑音を遮蔽する。例えば、Ｖ_ＣＯＭ層４９はＩＴＯから作られる場合がある。第二の静電容量Ｃ_２は、Ｖ_ＣＯＭ層４９と第二の電極層４５とを結合する。第二の静電容量Ｃ_２は、ＬＣディスプレイからの雑音をタッチスクリーンパネル６に結合する。

ＬＣディスプレイからの結合された雑音の量は、ＬＣディスプレイ上に直接積み重ねられた導電片に誘起された電圧を検出することによって測定することができる。例えば、Ｄｅｌｌ（登録商標）のｅ１９８ｗｆｐ ＬＣＤスクリーンの形でＬＣディスプレイ上に直接積み重ねられた銅片を用いて実験が行われた 。銅片に結合されたＬＣディスプレイ雑音は、Ａｇｉｌｅｎｔ（登録商標）のＤＳＯ−Ｘ ２０２４Ａオシロスコープを使用して測定された。銅片の面積は３ｍｍ×３ｍｍであり、これは典型的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の活性領域Ａ_ｓと同等の面積である。

図１４は、ＬＣディスプレイの上方に配置された銅片によって検出されたＬＣディスプレイからの雑音のオシロスコープトレースを示した図である。

図１４も参照すると、実験的に測定されたＬＣディスプレイ雑音信号５７は強い確定的成分を含んでおり、それは製品の設計に依存し、ディスプレイが製造された後には大きく変化しないことが予想される。

低域通過空間フィルタ
空間低域通過フィルタの特性を簡潔に議論することは、第二の方法を理解するのに役立つであろう。空間低域通過フィルタは、大きくは線形フィルタか又は非線形フィルタとして特徴付けられる。線形フィルタには平均フィルタやガウシアンフィルタなどのフィルタのタイプが含まれる。非線形フィルタには中央値フィルタなどのフィルタのタイプが含まれる。

図１５は、修正されたフレーム値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の配列に線形空間低域通過フィルタ１３用のマスク５８を適用した概略図である。

図１５を参照すると、線形フィルタマスク５８が修正されたフレーム値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の配列に適用される。線形フィルタマスク５８は、Ｌ×Ｗの寸法を有し、これは、単一交点Ｉ_ｎ，ｍが線形フィルタマスク５８の中心であることを保証するために、典型的には正の奇数の整数である。線形フィルタマスク５８は、係数Ｃ_ｉ，ｊの配列又は行列として表すことができ、ここで０≦ｉ≦Ｌ−１かつ０≦ｊ≦Ｗ−１であり、ｉとｊとは整数の添え字である。例えば、寸法Ｌ＝３かけるＷ＝３の平均フィルタの場合、係数は全てＣ_ｉ，ｊ＝１／９の値を有することができ、したがってマスク５８は行列で表すことができる。

ＬとＷとが奇数である場合、フィルタリングによって得られたフィルタリングされた信号値Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ）は、下記のように表現されうる。

これは、等式２と等しい。エッジやコーナーにおける、すなわちｎ＝１又はｎ＝Ｎかつｍ＝１又はｍ＝Ｍの場合の修正されたフレーム値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）に対しては、異なるマスク係数Ｃ_ｉ，ｊが使用されうる。

所与のタッチスクリーンパネル６の最適な線形フィルタマスク５８の寸法Ｌ及びＷと係数Ｃ_ｉ，ｊとは、タッチスクリーンパネル６の物理的特性とユーザの指先３３又は適切なスタイラスの接触領域などのタッチイベントの特性との両方に依存しうる。

式９と式１０とに記載されているような線形フィルタ、例えば平均フィルタ又はガウシアンフィルタは、実装が簡単で、処理要求が低く、指先３３のタッチとスタイラスタッチとの間のバランスの取れた性能を有するため、一般的なアプリケーションでは好ましい。

非線形フィルタは、例えば、中央値を決定するなどの統計を使用してフィルタリングされた値を導出することを含む。非線形フィルタが雑音スパイクの優れた減衰を提供することができる場合があるため、非線形フィルタはいくつかの用途に好ましい場合がある。しかしながら、非線形フィルタは、例えばスタイラスタッチといった小さな接触面積に対応するタッチイベントの信号を過度に減衰させる場合がある。

空間低域通過フィルタリングの理論解析
理論に縛られることは望まないが、空間低域通過フィルタリングに関連するいくつかの理論的考察を簡単に概説することは有用であろう。

マスクサイズとタッチ位置
使用者がタッチスクリーンパネル、例えば投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２にタッチする時、パネルに接触する指先３３又はスタイラスは、排他的に単一の電極と結合することはない。代わりに、タッチイベントは、どれであれ接触点に最も近い交点Ｉ_ｎ，ｍ、そしてまたＩ_ｎ＋１，_ｍ、Ｉ_{ｎ，ｍ＋１}などのように近接するか隣接する交点からの信号を含む。このようにして、タッチイベントは、駆動電極及び感知電極Ｄ_ｎ、Ｓ_ｍの複数の交点Ｉ_ｎ，ｍを包含するインタラクション領域５９（図１６Ａ）を有する。複数の交点Ｉ_ｎ，ｍにまたがるインタラクション領域５９は、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２の種類に限定されず、例えば圧力感知式タッチスクリーンパネルのような他の種類のタッチスクリーンパネルがいくつかの交点Ｉ_ｎ，ｍを包含するインタラクション領域５９を有する場合がある。

線形フィルタマスク５８の寸法ＬとＷとがインタラクション領域５９より大きい場合、空間低域通過フィルタ１３はタッチ信号の相対強度を減少させ、タッチイベントの登録に失敗する可能性がある。さらに、タッチイベントが登録された位置にスキューを引き起こす場合がある二つの同時のタッチイベント間の潜在的な干渉を回避するために、線形フィルタマスク５８の寸法ＬとＷとは、好ましくは、タッチイベントの典型的なインタラクション領域５９よりも大きく有るべきでない。マスクの寸法ＬとＷとは、人間の指先３３の典型的なサイズと、センサ領域／交点Ｉ_ｎ，ｍの活性領域Ａ_ｓの寸法ｌと間隔ｓとに基づいて決定されうる。例えば、実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネルでは、交点Ｉ_ｎ，ｍの活性領域Ａ_ｓは３ｍｍ×３ｍｍであり、ｓ＝２ｍｍだけ離間し、典型的な人間の指先３３のインタラクション領域５９は、およそ３×３個の交点Ｉ_ｎ，ｍである。空間低域通過フィルタ１３のための線形フィルタマスク５８の寸法Ｌ、Ｗと、タッチイベントの登録との関係を分析することは有用であろう。

図１６Ａと図１６Ｂとは、インタラクション領域５９が重ね合わされた、修正されたフレーム値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）の格子８を示した図である。

図４と図１６Ａとを参照すると、Ｉ_ｎ，ｍを中心とするタッチイベントは、交点Ｉ_ｎ，ｍの３×３ブロック、すなわちｎ±１、ｍ±１をほぼ包含するインタラクション領域５９を有する。空間低域通過フィルタ１３に使用される線形フィルタマスク５８は、タッチイベントに最も近い交点Ｉ_ｎ，ｍを中心とした場合に、インタラクション領域５９と線形フィルタマスク５８とがほぼ一致するようにＬ＝３かけるＷ＝３の寸法を有する場合がある。平均フィルタが使用される場合、すなわちＣ_ｉ，ｊ＝１／９∀０≦ｉ≦Ｌ−１かつ０≦ｊ≦Ｗ−１ならば、フィルタリングされたフレーム値Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ）は、下記のように表しうる。

ここでｉとｊとは総和の添え字である。解析の簡略化のために、中央修正フレーム値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）から等距離となる信号フレーム値が同一になるようにとられる場合、例えば、Ｆ_ＣＤＳ（ｎ＋１，ｍ，ｋ）＝Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ＋１，ｋ）となる等である場合、式１１は下記のように簡略化されうる。

最も近い交点Ｆ_ＣＤＳ（ｎ＋１，ｍ，ｋ）及び倍率係数を使用して置換された次の最も近い交点Ｆ_ＣＤＳ（ｎ＋１，ｍ＋１）での信号値は：

ここで、βとγは倍率係数である。倍率係数β、γを用いて、フィルタリングされた信号値Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）は、下記のように近似されうる。

フィルタリングされたフレーム値Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の、雑音スパイク３８によって引き起こされる位置の誤登録に対する感度は、タッチイベントに対して最も近い隣接位置のうちの一つのフィルタリングされたフレーム値、 例えばＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ＋１）が、フィルタリングされたフレーム値Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ）をタッチイベント位置において超えるという条件を考慮することで求めうる。

また、図１６Ｂを参照すると、線形フィルタマスク５８が最も近隣の交点Ｉ_{ｎ，ｍ＋１}に適用される場合、最も近い隣接位置Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ＋１）のフィルタリングされたフレーム値は、下記のように表現されうる。

ここで、ｉとｊとは総和の添え字であり、最も近い近接点と次の最も近い近接点との間の等価性についての前述の簡略化の推定が、例えばＦ_ＣＤＳ（ｎ＋１，ｍ，ｋ）= Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ＋１，ｋ）などでなされる。インタラクション領域５９の外側にある交点の修正されたフレーム値Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）は、雑音によって支配される値、例えばＦ（ｎ，ｍ＋２，ｋ）＝Ｆ (ｎ＋１，ｍ＋２，ｋ）＝Ｈの値を持つように取られる場合があり、ここでＨは雑音信号４を表すランダムに分布した変数である。式１３からの倍率係数を代入すると、最も近い近接位置Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ＋１，ｋ）のフィルタリングされたフレーム値は、下記のように近似されうる。

ここでβとγとは倍率係数であり、Ｈは雑音４を表すランダムに分布した変数である。空間低域通過フィルタ処理後のタッチ位置の誤登録を回避するのを確実にするため、すなわち、Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）＞Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ＋１，ｋ）とするため、不等式

が満足されなければならない。比Ｆ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）／Ｈは、ＳＮＲと結びついている。典型的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２において、ＨはＦ（ｎ，ｍ）よりも約２桁小さく、倍率変数βとγとは典型的には１から３の間の範囲にある。このようにして式１７の条件は、空間低域通過フィルタ１３の線形フィルタマスク５８がＬ＝３かけるＷ＝３の寸法を有するとき、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２に対して、典型的には満たされる。しかし、マスク４８の寸法がＬ＝５×Ｗ＝５に増加すると、式１７の条件は雑音値Ｈによって支配されるようになり、タッチイベントの位置を誤登録する可能性が高くなってしまう。

式１７における不等式は、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２に特有ではなく、一つ以上の交点Ｉ_ｎ，ｍを含むタッチイベントのためのインタラクション領域５９を有する任意のタッチスクリーンパネル６に等しく適用されうる。

所与のタッチスクリーンパネル６に適した線形フィルタマスク５８の寸法は、必ずしもＬ＝３かけるＷ＝３である必要はなく、一般にタッチスクリーンパネルの物理的特性、例えばセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍの 寸法ｌならびに間隔ｓ、及びタッチスクリーンパネル６のＳＮＲに依存する。式１７と同様の分析は、投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２のいくつかの例、例えば格子８の分解能が非常に細かい場合などの例に対して、寸法がＬ＝３かけるＷ＝３よりも大きい線形フィルタマスク５８が適切であることを示す場合がある 。同様に、タッチイベントを検出するために他の機構を使用するタッチスクリーンパネル６、例えば圧力感知式タッチスクリーンパネルなどは、タッチスクリーンパネルの物理的特性、例えばセンサ領域Ｉ_ｎ，ｍの寸法ｌならびに間隔ｓ、及びタッチスクリーンパネル６のＳＮＲに応じて、Ｌ＝３かけるＷ＝３よりも大きい寸法を有する線形フィルタマスク５８を使用しうる。

信号及び雑音スパイクの空間周波数特性
タッチイベントに対応する信号は、通常、タッチイベントがユーザの指先３３によって生成されるとき、雑音スパイクと比較して比較的低い空間周波数を有する。しかし、いくつかの種類のタッチイベント、例えば、適切なスタイラスを介した使用者の入力によって生成されたタッチイベントは、指先３３による使用者の入力によって生成されたタッチイベントと比較して、比較的高い空間周波数を有する場合がある。例えば、スタイラスによって生成されたタッチイベントは、単一の交点Ｉ_ｎ，ｍを包含するインタラクション領域５９を有する場合がある。

雑音スパイクは、典型的には、例えば、一つの交点Ｉ_ｎ，ｍへ影響する高い空間周波数を有すると考えられるが、雑音スパイクが単一の交点Ｉ_ｎ，ｍよりも低い空間周波数を有する可能性もある。

タッチ信号と雑音スパイクとの空間周波数が近接又は重複している場合、所望のタッチ信号を減衰させることなく雑音スパイク３８の減衰を最大にするために空間低域通過フィルタ１３を適用することは困難である。単一の線形フィルタマスク５８を適用することは、多くのユーザにとって最適ではない可能性が高く、使用者が指先３３とスタイラスを交互に使用して入力を行うには不適切である可能性がある。

タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法
所望のタッチ信号を有害に減衰させることなく雑音スパイク３８の減衰を最大化する一つの方法は、固定寸法ＬとＷとを有する線形フィルタマスク５８の係数Ｃ_ｉ，ｊを動的に調整することによって空間低域通過フィルタ１３の帯域幅を動的に調整することである。

タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法は、線形フィルタマスク５８の係数Ｃ_ｉ，ｊによって決定される可変帯域幅を有する線形フィルタマスク５８を使用した空間低域通過フィルタ１３に適合する。線形ガウシアンフィルタは、一般に次のように表される係数Ｃ_ｉ，ｊからなる配列によって表される場合がある。

ここで、Ｇは振幅、ＬとＷとは線形フィルタマスク５８の寸法であり、ｉとｊとはそれぞれ０≦ｉ≦Ｌ−１及び０≦ｊ≦Ｗ−１の範囲の添え字であり、σｎは 第一の方向ｘにおける標準偏差であり、σｍは第二の方向ｙにおける標準偏差である。振幅Ｇは、好ましくは、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ）と比較してフィルタリングされたフレーム値Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の平均強度の全体的な増加又は減少を最小化するための正規化係数である。一般に、第一の方向ｄ_１（例えばｘ）における電極Ｘ_ｎ（例えば駆動電極Ｄ_ｎ）と第二の方向ｄ_２（例えばｙ) における電極Ｙ_ｍ（例えば感知電極Ｓ_ｍ）とによって定義される交点Ｉ_ｎ，ｍの格子８を有するタッチスクリーンパネル６は正方形の格子である必要はなく、それに応じて標準偏差σｎ、σｍが異なる場合がある。交点Ｉ_ｎ，ｍが第一及び第二の方向ｄ_１、ｄ_２、すなわちＳ_１＝Ｓ_２で等間隔に配置されるように格子８が正方形である場合、標準偏差も等しく、すなわちσｎ＝σｍ＝σである。例えば、線形フィルタマスク５８がＬ＝３かけるＷ＝３の寸法を有するとき、係数は次のように表される。

ここで、０≦ｉ≦２かつ０≦ｊ≦２である。

図１７Ａから図１７Ｄは、σ＝０．５、σ＝１、σ＝２及びσ＝４のそれぞれの標準偏差値についてのガウシアンフィルタの線形フィルタマスク５８の係数Ｃ_ｉ，ｊの値の投影３Ｄ表面プロットを行った図である。

図１７Ａから図１７Ｄを参照すると、小さな値の標準偏差σは、交点Ｉ_ｎ，ｍと、線形フィルタマスク５８によって包含される他の交点、例えばＩ_{ｎ＋１，ｍ}との間の比較的弱い結合を示す。したがって、標準偏差σの値が小さいことは、単一の交点Ｉ_ｎ，ｍに対応する雑音スパイク３８の比較的弱い減衰を示す。対照的に、より大きい標準偏差σの値は、交点Ｉ_ｎ，ｍと線形フィルタマスク５８によって包含される他の交点、例えばＩ_{ｎ＋１，ｍ}との間のより強い結合を示す。したがって、標準偏差σの値が大きいほど、単一の交点Ｉ_ｎ，ｍに対応する雑音スパイク３８の比較的強い減衰を示す。このようにして、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅は、ガウス線形フィルタマスク４８の係数Ｃ_ｉ，ｊを計算するために使用される標準偏差σの値に従って容易に調整されうる。

図１８は、タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法のプロセスフロー図である。

図４から図５Ｃと、図９と図１８とを参照すると、第一の方法と同様に、タッチスクリーンシステム５の起動時に、第一フレームＦ（ｎ，ｍ，１）がフレーム読み取りモジュール９によって読み出され（ステップＳ１）、そして背景パターン又は参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）が第一フレームＦ（ｍ，ｎ，１）と等しくなるように初期設定され、参照フレーム記憶部１１に記憶される（ステップＳ２）。

第一の方法と同様に、タッチスクリーンシステム５の動作中に、フレーム読み取りモジュール９は走査周波数ｆ_ｓで信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を読み出し（ステップＳ３）、相関二重サンプラは、信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を受け取って参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）を差し引くことによってこれを修正し、対応する修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を生成する（ステップＳ４、式１）。

空間低域通過フィルタ１３は、修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）を受け取り、線形フィルタマスク５８を用いてフィルタリングし、フィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を生成する（ステップＳ９）。空間低域通過フィルタ１３の初期帯域幅は、所定の値に設定されうる。あるいは、初期帯域幅は、タッチスクリーンシステム５が動作していた以前の機会からの帯域幅の終了値に設定されうる。例えば、空間低域通過フィルタ１３は、標準偏差σで式１８に従って計算された係数Ｃ_ｉ，ｊの配列の形の線形フィルタマスク５８によって特徴付けられるガウシアンフィルタであってよい。標準偏差σは、予め定められた値σ０に初期設定されうる。あるいは、標準偏差σは、タッチスクリーンシステム５が動作していた以前の機会からの標準偏差σの終了値に設定されうる。

タッチ決定モジュールは、フィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）を分析し、タッチイベント、例えば単一タッチイベント又は複数タッチイベントが発生しているか否かを判断する（ステップＳ５）。タッチイベントが発生していなければ（ステップＳ５； Ｎｏ）、参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）は、参照フレーム記憶部１１内に記憶されている参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）を現在の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）で上書きし（ステップＳ８）、次の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）はフレーム読み取りモジュール７によって読み出される（ステップＳ３）。

タッチイベントが発生している場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、帯域幅決定モジュール１５は、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅が最適か、又は空間低域通過フィルタ１３の帯域幅が変更されるべきかを決定する（ステップＳ１０）。帯域幅決定モジュール１５は、ＣＤＳ修正されたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｉ）とフィルタリングされたフレームＦ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｉ）とを比較することによって、タッチ信号と雑音スパイク３８の減衰を評価する場合がある。タッチイベントが識別された後（ステップＳ５参照）、タッチ決定モジュール１２によってタッチイベントの一部であると判定された交点Ｉ_ｎ，ｍに対応する修正された又はフィルタリングされたフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）、Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）のいかなる値でも信号値であり、他の非ゼロ値は雑音とみなされる場合がある。空間低域通過フィルタ１３の帯域幅を調整するための様々な基準は、帯域幅決定モジュール１５によって適用されうる。例えば、フィルタが標準偏差σで式１８に従って計算された係数Ｃ_ｉ，ｊを有するガウシアンフィルタマスク５８を使用する場合、帯域幅決定モジュール１５は、ＳＮＲを閾値において維持するために標準偏差σ値を増加又は減少させうる。あるいは、プロセッサ又はタッチコントローラは、閾値を超えるタッチ信号の減衰を維持しながら雑音スパイク３８の減衰を試み、その減衰を最大化するために標準偏差σ値を増減させる場合がある。

あるいは、帯域幅決定モジュール１５は、帯域幅を必ずしも漸次的に調整する必要はなく、信号／雑音減衰モデル記憶部１６、１７から受け取った所定の信号／雑音減衰モデルを使用しうる。帯域幅決定モジュール１５は、フレーム内に存在する雑音４の特性に基づいて、空間低域通過フィルタ１３に最適な帯域幅を選択しうる。雑音スパイク及び信号減衰を空間低域通過フィルタ１３の帯域幅に関連付けるモデルの測定例を以下に説明する。例えば、フィルタが標準偏差σで式１８に従って計算された係数Ｃ_ｉ，ｊを有するガウシアンフィルタマスク５８である場合、帯域幅決定モジュール１５は、雑音スパイクと信号減衰とを標準偏差σの値に関連付ける所定の信号／雑音減衰モデルに基づいて、標準偏差σの値を選択しうる。

帯域幅決定モジュール１５は、モデル化と漸次変更の組み合わせを用いる場合がある。例えば、プロセッサ又はタッチコントローラが、信号／雑音減衰モデル記憶部１６、１７に記憶された信号／雑音減衰モデルを改善するために、追加のデータ点を追加することによって、モデル化された値に近いパラメータを探索する機械学習法又は「ファジー」法を使用しうる。

帯域幅決定モジュール１５は、空間低域通過フィルタ１３の帯域幅の調整が必要であると判断した場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、帯域幅決定モジュール１５は、マスク記憶部１４に記憶された係数Ｃ_ｉ，ｊを更新された係数Ｃ_ｉ，ｊによって上書きすることにより帯域幅を調整する（ステップＳ１１）。タッチ決定モジュール１２は、タッチ情報１８を判定し、機器ＣＰＵ１９に出力する（ステップＳ６）。タッチスクリーンシステム５が動作している間（ステップＳ７）、次の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）がフレーム読み取りモジュール９によって読み出される（ステップＳ３）。

空間低域通過フィルタの帯域幅が調整不要であれば（ステップＳ１０；Ｎｏ）、タッチ決定モジュール１２は、タッチ情報１８を判定し、機器ＣＰＵ１９に出力する（ステップＳ６）。

信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の読み出しとそれに続く信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ＋１）の読み出しとの間に生じる全てのステップ（ステップＳ４〜Ｓ１１）は、好ましくは、走査間隔１／ｆ_ｓよりも短い時間で行われる。例えば、表示静止／ブランキング期間にフレームが読み出された場合、信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）の読み出しと、引き続く信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｉ＋ｋ）の読み出しとの間に生じるステップ（ステップＳ４〜Ｓ１１）は、表示静止／ブランキング期間の間隔よりも長くかかることは好ましくない。

このように、例えば参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）と無相関であるために相関二重サンプラ１０によっては除去されない雑音スパイク３８は、空間低域通過フィルタ１３によって減衰される場合がある。これは、タッチスクリーンパネル６からの出力のＳＮＲをさらに増加させる場合があり、信号閾値及び／又は励起電力を、ＣＤＳ修正のみの場合と比べてさらに低減させる。タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法は、動的に更新される空間低域通過フィルタ１３を使用する。これにより、異なるサイズの指先３３を有する異なる使用者がタッチスクリーンシステム５を使用する時、又はユーザが指先３３の使用とスタイラスの使用とを切り替えるときに、信号処理の最適化された状態が保たれる。

第二の方法の使用例
タッチスクリーンパネルからの出力信号を処理する第二の方法の使用は、上述した実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネル（表ＩＩ参照）を用いて行った実験を参照して説明されうる。空間低域通過フィルタ１３の平滑化効果を評価するために、ＳＮＲと信号減衰と雑音減衰との三つの要因が考慮された。

図１９は、生の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）と、ＣＤＳ修正後のフレームＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）と、ＣＤＳ修正後に空間低域通過フィルタリングしたフレーム Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）との正規化パワースペクトル密度（ＰＳＤ）のプロットを示す図である。

図１９を参照すると、上述のようにＣＤＳ修正によって導入される場合がある高周波雑音は、空間低域通過フィルタリングによって抑制されうる。このように、ＳＮＲの全体的な改善は、個別に適用されるＣＤＳ又は空間低域通過フィルタからの改善を単に加算することによって得られるものよりも優れるという点において、ＣＤＳ修正と空間低域通過フィルタリングとは相補的である。実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネルから得られたデータでは、ＳＮＲは１５．６ｄＢだけ増加し、信号及び雑音スパイクはそれぞれ４．５１ｄＢ及び１９．２５ｄＢだけ減衰されることが観察された。

図２０Ａは、ガウシアンフィルタマスク５８の標準偏差σに対してプロットされた雑音スパイク減衰とタッチ信号減衰とのプロット図である。プロットは実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネルからのデータに基づくシミュレーションから得られたものである。図２０Ｂは、σ＝０．５とσ＝１との間の標準偏差の範囲を示す図である。

図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、タッチ信号と比較して雑音スパイク３８の空間周波数が比較的高いため、雑音スパイクは、空間低域通過フィルタリング後のタッチ信号に比べて比較的高い減衰を示すことが観察される。実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネルの雑音スパイク３８とタッチ信号との減衰は、両方とも、標準偏差σがσ＝０．５からσ＝１の範囲内で急激に増加することを示している。標準偏差がσ＞１．５より大きい値の場合、減衰は飽和しているように見える。観察された関係は、実験的な投影型静電容量式タッチスクリーンパネルに特有であるが、例えば、いかなる他の投影型静電容量式タッチスクリーンパネル２０，２１，２２、又は圧力などの異なる物理的パラメータを測定するタッチスクリーンパネル６にも同じ分析が容易に適用されうる。

タッチ信号の減衰と雑音スパイク３８の減衰との間の測定された関係は、前述したように、タッチスクリーンパネルからの信号を処理する第二の方法で使用するための信号／雑音減衰モデル１６、１７を生成するために使用されうる。例えば、雑音スパイク３８の減衰は標準偏差σで信号減衰よりもより急速に増加することが観察されるため、観察された関係は、雑音スパイクの振幅が増加するのであれば、ＳＮＲを閾値よりも高く維持する標準偏差σの値を決定するモデルとして使用されうる。あるいは、測定された関係は、タッチスクリーンシステム５が起動するときの標準偏差σ０の初期値を選択するためのモデルとして使用されうる。例えば、許容された信号減衰が２ｄＢである場合、０．６の標準偏差を有する最初のガウス分布に基づいたマスクは、許容できない量だけタッチ信号を減衰させること無く、雑音スパイクを最大限に減衰させるために使用される。

タッチスクリーンパネルからの信号を処理する第二の方法の時間及びエネルギー見込み
第一の処理方法と比較して、第二の処理方法の複雑さは、およそＯ（３Ｎ）まで増加する。第一の方法に対して行われたのと同様の計算は、携帯機器用の典型的な市販のプロセッサが約１９．２μｓを必要とし、アルゴリズムの消費電力が２１．６ｎＷであることを示す。従って、第二の方法の計算時間は、６０Ｈｚの典型的な走査速度に対するフレーム読み出しの間隔よりも大幅に短く、フレーム読み出しの消費電力に比べてアルゴリズムの消費電力は無視しうる。

このようにして、第二の方法は、走査周波数ｆ_ｓ又はタッチスクリーンシステム５の電力消費を含むことなくＳＮＲを改善し、オフセット３を除去するために使用されうる。

変更
上述した実施形態に対しては多くの変更がなされうることが理解されるであろう 。そのような変更は、タッチパネルの設計や製造や使用において既に知られていて、本明細書ですでに説明した機構の代わりに、又はそれに加えて使用されうる同等及び他の機構を含むことができる。一実施形態の機構は、別の実施形態の機構によって置き換えられるか、又は補強されうる。

例えば、ＣＤＳ修正と空間低域通過フィルタリングとを組み合わせた、タッチスクリーンパネルからの信号を処理する第二の方法が記載されている。しかしながら、空間低域通過フィルタリングは、フレーム読み取りモジュール９によって読み出された信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）に直接的に適用され、雑音４の高周波成分を平滑化することによりＳＮＲを適度に改善しうる。

タッチスクリーンシステム５の透明なタッチスクリーンパネル６が記載されている。しかしながら、第一及び第二の方法は、ディスプレイスクリーン上に重ねられるかそれと一体化された透明なタッチスクリーンパネル６に限定されるものではない。例えば、第一及び第二の方法は、ラップトップコンピュータなどのデータ処理機器に入力を提供するための不透明なタッチパネルなどのタッチパネルにも適用されうる。

空間低域通過フィルタ１３の帯域幅が帯域幅決定モジュールによって調整される、信号を処理する第二の方法が記載されている。しかしながら、帯域幅は可変である必要はなく、いくつかの代替方法では、第一の方法によるＣＤＳ修正が固定帯域幅を有する空間低域通過フィルタ１３を使用する空間低域通過フィルタと組み合される場合がある。

タッチイベントを含まない最も最近の信号フレームＦ（ｎ，ｍ，ｋ）が参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）として記憶されることが記載されている。しかしながらこのことは、例えば、一時的なハードウェアの誤動作の結果が参照フレームとして記憶され、後続のフレームでＳＮＲの劣化を招く可能性があるなど、予期せぬ「不良フレーム」をもたらす結果になる場合がある。参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）を更新する他の方法は、参照フレームＦ_０（ｎ，ｍ）更新についての堅牢性を改善するために使用されうる。例えば、参照フレームが以下のように割り当てられるように指数平滑化法を適用する方法である。

ここで、δは重み係数である。重み係数δは、性能を最適化するように調整されうる。しかし、指数平滑化法を使用すると、隣接するフレーム間の相関を弱める場合がある。雑音のキャンセルと堅牢性との間のトレードオフは、タッチスクリーンパネル６の用途と物理的な特性とに依存する場合がある。

式２の加算を直接実行しないことにより、線形フィルタマスク５８をフレーム値Ｆ（ｎ，ｍ，ｋ）とＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）とに適用する効率が改善される場合がある。例えば平均フィルタの場合、各画素が、第一の方向ｄ_１、ｘにおいて、例えばＦ_ＣＤＳ（ｎ，ｍ，ｋ）＋Ｆ_ＣＤＳ（ｎ＋１，ｍ，ｋ）＋ＦＣＤＳ（ｎ＋２，ｍ，ｋ）の三つの画素の合計を含むような中間フレームが構成されうる。最終的なフィルタリングを施された画像Ｆ_ＬＰＳＦ（ｎ，ｍ，ｋ）は、中間画像について第二の方向ｄ_２、ｙにおいて同じ処理を実行し、次に倍率定数で除算することによって得られる場合がある。このプロセスは、ガウス加重フィルタに対しても同様に有効である。これは、Ｌ＝３かけるＷ＝３よりも大きな寸法の線形フィルタマスク５８を必要とする、格子８のより高い解像度、すなわち縮小された間隔ｓを有するタッチスクリーンパネル６にとって特に有用であろう。というのも、中間フレームを使用することにより、計算の複雑度が、線形フィルタマスク５８の寸法Ｌ及びＷについて二次関数的にではなく比例的に変化するからである。

ガウス空間低域通過フィルタ１３について記載されている。あるいは、ピークと、ピークの相対幅を調整するためのパラメータとを持つ任意の空間低域通過フィルタが、ガウシアンフィルタの代わりに使用されうる。

特許請求の範囲は本願において特定の機構について定められているが、本願の開示の範囲は、本願において保護を要求しているあらゆる請求項におけるのと同様の発明に関係するとしないとに関わらず、また本願発明が行うものと同様のいかなる又はすべての技術的課題を克服するとしないとに関わらず、明示的に又は暗示的に又はそれらのあらゆる一般化のいずれかとしてここに開示されたあらゆる新規な機構又はあらゆる新規な機構の組み合わせをも含むということが理解されるべきである。出願人は、本願の審査の間又はそれらに由来する更なるあらゆる特許出願の審査の間に、そのような機構及び／又はそのような機構の組み合わせについての新たな請求項が定められうることをここに表明する。

Claims (16)

1. タッチパネルセンサ領域の配列を測定することから得られた第一の値の配列を受け取るステップと、
   前記第一の値の配列から値の参照配列を差し引くことに基づいて第二の値の配列を生成するステップと、
   前記第二の値の配列に従って、少なくとも一つのタッチイベントの存在を判定するステップと、
   を備えた方法であって、
   否定的な判定の場合には：
   重み係数を使用した前記参照配列及び前記第一の配列の指数平滑化法に基づいて新たな参照配列を生成するステップと、ここで前記重み係数はゼロであり、
   前記新たな参照行列を記憶するステップとをさらに備え、
   肯定的な判定の場合には：
   前記第二の配列を出力するステップをさらに備える方法。
2. 前記第二の配列を生成するステップは、
   前記第一の配列から前記参照配列を差し引くことによって第三の配列を生成するステップと、
   参照帯域幅値に等しい帯域幅を有する空間低域通過フィルタを用いて前記第三の配列をフィルタリングすることによって前記第二の配列を生成するステップと、
   を備える請求項１に記載の方法。
3. 前記第二の配列と前記第三の配列との差に基づいて、少なくとも一つのタッチイベントに対応する値を減衰させる第一の量と、いかなるタッチイベントにも対応しない値を減衰させる第二の量とを決定するステップと、
   前記第一の量と前記第二の量とに基づいて新たな参照帯域幅値を生成するステップと、
   前記新たな参照帯域幅値を記憶するステップと、
   をさらに備える請求項２に記載の方法。
4. 新たな参照帯域幅値を決定するステップは、
   前記第一の量を所定の閾値と比較するステップと、
   前記閾値を超える前記第一の量に従って、前記参照帯域幅値から帯域幅の増分を差し引くことによって前記新たな参照帯域幅値を生成するステップと、
   を備える請求項３に記載の方法。
5. 新たな基準帯域幅値を決定するステップは、
   前記第一の量を前記帯域幅値に関連付ける第一のモデルと、前記第二の量を前記帯域幅値に関連付ける第二のモデルとに基づいて、前記第一の量が所定の閾値を超えることなく前記第二の量が最大化されるような最適な帯域幅値を決定するステップと、
   前記最適な帯域幅に基づいて前記新たな参照帯域幅を生成するステップと、
   を備える、タッチスクリーンパネルからの信号を処理するための、請求項４に記載の方法。
6. 前記空間低域通過フィルタは線形フィルタである
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記空間低域通過フィルタは、ピークを備える関数に基づいており、前記ピークは、前記参照帯域幅値によって決定される相対幅を有している
   請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記空間低域通過フィルタはガウシアンフィルタであり、前記空間低域通過フィルタの参照帯域幅値は前記ガウシアンフィルタの標準偏差である
   請求項２〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 空間低域通過フィルタを用いて前記第三の配列をフィルタリングすることによって前記第二の配列を生成するステップは、
   第四の配列を生成するステップであって、当該第四の配列の各項目は、前記第三の配列の対応する項目を含めて前記第三の配列の少なくとも三つの隣接する行項目を加算することによって算出されることと、
   前記第三の行列を生成するステップであって、前記第三の配列の各項目は、前記第四の配列の対応する項目を含めて第四の配列の少なくとも三つの隣接する列項目を加算し、それぞれの倍率係数で除算することによって算出されることと、
   を備える請求項２〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記空間低域通過フィルタは非線形フィルタである
    請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
11. 第一の配列の各値は、それぞれのセンサ領域の静電容量に基づいている
    先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
12. 第一の配列の各値は、前記それぞれのセンサ領域に印加された力に基づいている
    先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第一の配列の各項目は、前記それぞれのセンサ領域の前記静電容量に基づく第一の値と、前記それぞれのセンサ領域に印加された前記力に基づく第二の値とを有するサブ配列であって、前記第一の配列上で実行される動作は、各サブ配列上において項目単位で実行される
    先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
14. データ処理装置によって実行されると、当該データ処理装置に、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法を実行させる
    コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム。
15. タッチパネルセンサ領域の配列を測定することから得られる第一の値の配列を受け取るように構成されたフレーム読み取りモジュールと、
    前記第一の値の配列から値の参照配列を差し引くことに基づいて第二の値の配列を生成するように構成された相関二重サンプラと、
    前記第二の値の配列に依存して少なくとも一つのタッチイベントの存在を判定するように構成されたタッチ決定モジュールと、
    を備えており、
    否定的な判定の場合には：
    重み係数を用いて前記参照配列及び前記第一の配列の指数平滑化法に基づいて新たな参照配列を生成し、前記重み付け係数はゼロであり、そして
    前記新たな参照行列を記憶し、また
    肯定的な判定の場合には：
    前記第二の配列を出力する装置。
16. センサアレイ内に配置された複数のセンサ領域を備えるタッチパネルであって、各センサ領域がタッチイベントに応じて変化する出力信号を供給するように構成されているタッチパネルと、
    請求項１５に記載の装置と、
    を備えるタッチパネルシステム。

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