JP2023000790A - センシング方法、タッチパネル駆動装置、タッチパネル装置 - Google Patents
センシング方法、タッチパネル駆動装置、タッチパネル装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】タッチパネルに対し、順次、隣接する一対の送信信号線と隣接する一対の受信信号線を選択する走査を行うとともに、一対の受信信号線による受信信号感度として、第1モードと、この第1モードより高感度とされた第2モードが選択可能なタッチパネル駆動装置のセンシング方法である。第1手順として、第2モードの設定において走査を行って第1モード、第2モードのモード選択を行う。第2手順として、第1手順で選択したモードの設定状態で走査を行ってタッチ検出を行い、タッチされた位置を示す情報を生成する。
【選択図】図8
Description
一方で、このように感度設定を変更すると、指でタッチした場合にタッチ感度が高すぎるためタッチ信号がレンジオーバーとなってしまい、正確なタッチ信号が検出できず、これがタッチ位置の座標計算の精度低下をもたらす原因となる。
ところが実際、タッチパネルが搭載される製品や用途、或いはタッチパネル操作環境は様々であり、ユーザが通常、指で操作できる状況だけでなく、グローブを装着したままの状態で操作したい状況がある。例えば通常の感度設定とすると、グローブを装着して作業を行う作業現場では、タッチパネル操作のたびにグローブを外す必要があり極めて面倒である。逆に感度を上げた設定とすると、指でのタッチに正確に対応できない。
さらに、タッチ操作を行おうとする人が一々感度設定を切り替えるというのも不便である。
すなわち、受信感度を高感度にした状態での走査により感度設定についてのモード選択を行う。その後、選択したモードの状態で、実際のタッチ位置のセンシングを行うようにする。
<1.タッチパネル装置の構成>
<2.第1の実施の形態の処理>
<3.第2の実施の形態の処理>
<4.実施の形態の効果及び変形例>
実施の形態のタッチパネル装置1の構成例を図1に示す。
タッチパネル装置1は、各種機器においてユーザインターフェース装置として装着される。ここで各種機器とは、例えば電子機器、通信機器、情報処理装置、製造設備機器、工作機械、車両、航空機、建物設備機器、その他非常に多様な分野の機器が想定される。タッチパネル装置1は、これらの多様な機器製品においてユーザの操作入力に用いる操作入力デバイスとして採用される。
図1ではタッチパネル装置1と製品側MCU(Micro Control Unit)90を示しているが、製品側MCU90とは、タッチパネル装置1が装着される機器における制御装置を示しているものである。タッチパネル装置1は製品側MCU90に対してユーザのタッチパネル操作の情報を供給する動作を行うことになる。
タッチパネル駆動装置3はセンサIC(Integrated Circuit)4とMCU5を有する。
このタッチパネル駆動装置3は、タッチパネル側接続端子部31を介してタッチパネル2と接続される。この接続を介してタッチパネル駆動装置3はタッチパネル2の駆動(センシング)を行う。
また操作入力デバイスとして機器に搭載される際には、タッチパネル駆動装置3は製品側接続端子部32を介して製品側MCU90と接続される。この接続によりタッチパネル駆動装置3は製品側MCU90にセンシングした操作情報を送信する。
タッチパネル2は、タッチ面を形成するパネル平面に、送信側の電極としてのn本の送信信号線21-1から21-nが配設される。
また同じくパネル平面に、受信側の電極としてのm本の受信信号線22-1から22-mが配設される。
なお送信信号線21-1・・・21-n、受信信号線22-1・・・22-mを特に区別しない場合は、総称として「送信信号線21」「受信信号線22」と表記する。
図2では送信信号線21と受信信号線22の間で生じる容量を一部のみ例示している(容量C22,C23,C32,C33)が、タッチ操作面の全体に、送信信号線21と受信信号線22の間で生じる容量(例えば交差位置における容量)が存在し、タッチ操作により容量変化が生じた位置が受信回路42により検出されることとなる。
受信回路42は、マルチプレクサ43により選択された受信信号線22-1・・・22-mからの受信信号を受信する。本実施の形態では、マルチプレクサ43が各タイミングで2本ずつ隣接する受信信号線22を選択していく。
送信回路41、受信回路42によるセンシング動作については後述する。
送信回路41、マルチプレクサ43、受信回路42、電源回路45は、それぞれインターフェース・レジスタ回路44に記憶された設定情報によって動作が制御される。
またインターフェース・レジスタ回路44には、受信回路42により検出された検出値(説明上「RAW値」ともいう)を記憶し、MCU5が取得できるようにしている。
また受信回路42は、センシング動作の際に、マルチプレクサ43によって選択された受信信号線22に対して駆動電圧AVCC等を印加することも行う。
なお、図1で例示する駆動電圧AVCCとは、後述する駆動電圧AVCC1,AVCC2,AVCC3,AVCC4等の総称としている。
またMCU5は受信回路42からのRAW値をインターフェース・レジスタ回路44から読み出すことで取得する。そしてMCU5は、RAW値を用いて座標計算を行い、ユーザのタッチ操作位置情報としての座標値を製品側MCU90に送信する処理を行う。
ここでいうノーマルモード、高感度モードとは、受信回路42で設定されるタッチ信号強度に対するゲイン設定のモードであり、ノーマルモードとはノーマル感度としてのゲイン設定のモード、高感度モードとは高感度ゲイン設定のモードである。ノーマルモードは高感度モードよりも感度が低いものとされる。
モード制御部5aは、タッチ操作に際して、いずれのモードが適切かを判定して選択制御する機能といえる。
まず図3によりタッチパネル2に対する送信回路41,受信回路42の動作を説明する。図ではタッチパネル2において2つの送信信号線21-2、21-3と、2つの受信信号線22-2、22-3を示している。
本実施の形態の場合、先の図2に示したような送信信号線21、受信信号線22に対して、送信回路41と受信回路42が、それぞれ隣接する2本ずつ送信、受信を行っていくことでタッチ操作の検出を行うものとなる。つまり一対の送信信号線21と一対の受信信号線22の2本×2本を基本セルとして、順次セル単位で検出走査を行う。図3では、その1つのセルの部分を示していることになる。
なお駆動電圧AVCC1は、図1の電源回路45が生成する電圧である。
この場合、送信回路41は、ドライバ411からの送信信号T+を図示のように、アイドル(Idle)期間をロウレベル(以下「Lレベル」と表記)とする。例えば0Vとする。そして続くアクティブ(Active)期間にはハイレベル(以下「Hレベル」と表記)とする。この場合、Hレベルの信号として具体的には駆動電圧AVCC1の印加を行う。
また送信回路41は、もう一つのドライバ412からの送信信号T-は、アイドル期間をHレベル(駆動電圧AVCC1の印加)とし、続くアクティブ期間はLレベルとする。
ここで、アイドル期間は受信信号R+、R-の電位を安定させる期間であり、アクティブ期間は受信信号R+、R-の電位変化をセンシングする期間となる。
受信回路42は、コンパレータ421、基準容量部422、スイッチ423,425、計測用容量部424、演算制御部426、電圧選択部427,428を備えている。
2つの受信信号線22からの受信信号R+、R-はコンパレータ421で受信される。コンパレータ421は、受信信号R+、R-の電位を比較して、その比較結果をHレベル又はLレベルで演算制御部426に出力する。
基準容量部422を構成するコンデンサの他端はスイッチ423の端子Taを介してコンパレータ421の+入力端子に接続されている。
計測用容量部424を構成するコンデンサの他端はスイッチ425の端子Taを介してコンパレータ421の-入力端子に接続されている。
スイッチ423、425は、アクティブ期間には端子Taが選択される。従ってアクティブ期間にはコンパレータ421の+入力端子(受信信号線22-3)、-入力端子(受信信号線22-2)に駆動電圧AVCC(例えば駆動電圧AVCC2)が印加される。
アクティブ期間となるとスイッチ423、425が端子Taを選択することで、受信信号線22-3,22-2に駆動電圧AVCC(例えば駆動電圧AVCC2)が印加される。これにより受信信号R+、R-の電位がΔV上昇する。非タッチの状態では、このΔVの電位上昇は、受信信号R+、R-共に発生する。
仮に容量C22に影響を与えるA1位置がタッチされた場合、受信信号R-の電位がアクティブ期間において破線で示すようにΔVHだけ上昇する。
また仮に容量C32が変化するA2位置がタッチされた場合、受信信号R-の電位がアクティブ期間において破線で示すΔVLだけ上昇する。
これらのように当該セルに対するタッチ操作位置に応じて、受信信号R-の電位変化量が受信信号R+の電位変化量(ΔV)よりも大きくなったり小さくなったりする。
コンパレータ421はこのような受信信号R+、R-を比較することになる。
また演算制御部426はビット信号BSにより計測用容量部424の容量値の切り替え制御を行う。
また演算制御部426はモード制御信号SSにより基準容量部422の容量値の切り替え制御を行うことで、タッチ信号の検出感度のモード設定を行うことができる。基準容量部422の容量は、走査時には固定値であるが、感度のモードの変更として切り替えが行われる。
これら演算制御部426の処理は、インターフェース・レジスタ回路44に書き込まれた設定情報に従って行われる。即ちMCU5による動作設定に基づいて行われる。
また演算制御部426は、コンパレータ421の出力を監視し、RAW値を算出する。演算制御部426で算出されたRAW値はインターフェース・レジスタ回路44に書き込まれることでMCU5が取得可能とされる。
なお「コンデンサCM」「スイッチSW」という表記は、これらのコンデンサ(CM0・・・CM30)やスイッチ(SW0・・・SW30)を総称する場合に用いる。
従って、スイッチSW0からスイッチSW10のオン/オフにより、受信信号R-に影響を与える計測用容量部424の容量値を変更できる。この計測用容量部424における各スイッチSWのオン/オフはビット信号BSにより制御される。
またスイッチSW0からスイッチSW10は、それぞれ例えばFET(Field effect transistor)等のスイッチ素子を用いて構成されるが、1つのスイッチSWとして複数のスイッチ素子が設けられる場合もある。
従って、スイッチSW10からスイッチSW30のオン/オフにより、基準容量部422の容量値を変更できる構成である。この基準容量部422における各スイッチSWのオン/オフはモード制御信号SSにより制御される。スイッチSW20からスイッチSW30も、例えばFET等のスイッチ素子を用いて構成される。
図4の例では、計測用容量部424は11個のコンデンサCMとスイッチSWの組を備えている例としているが、例えば容量値を256段階に変化させる場合、8個の組があればよい。例えばビット信号BSの各ビットに対応して、スイッチSW0からスイッチSW7のそれぞれがオン/オフされるようにすれば、計測用容量部424における容量値を256段階に変化させることができる。ここで、11個の組を備えるのは、受信感度のモードを変更できるようにしたためである。
ゲイン設定G0では、コンデンサCM20からコンデンサCM27が用いられる。
ゲイン設定G1では、コンデンサCM21からコンデンサCM28が用いられる。
ゲイン設定G2では、コンデンサCM22からコンデンサCM29が用いられる。
ゲイン設定G3では、コンデンサCM23からコンデンサCM30が用いられる。
例えばゲイン設定G0では、基準容量部422はコンデンサCM20からコンデンサCM27を用いて「128」に相当する容量値を設定する。
実際にはモード制御信号SSとしては、スイッチSW20からスイッチSW30に対応する11ビットの信号であることが想定されるが、ゲイン設定G0の場合、モード制御信号SSにおけるスイッチSW28,SW29,SW30については常にオフ制御する論理値となる。そしてスイッチSW20からスイッチSW27に対応する各ビットが所定値に設定されることで、コンデンサCM20からコンデンサCM27を用いて「128」に相当する容量値とされる。なお、8個のコンデンサCMを用いることで、基準容量部422における容量値、即ち「128」に相当する容量値を調整することができる。
ゲイン設定G0のときはコンデンサCM0からコンデンサCM7が用いられる。
ゲイン設定G1のときはコンデンサCM1からコンデンサCM8が用いられる。
ゲイン設定G2のときはコンデンサCM2からコンデンサCM9が用いられる。
ゲイン設定G3のときはコンデンサCM3からコンデンサCM10が用いられる。
実際にはビット信号BSは、スイッチSW0からスイッチSW10に対応する11ビットの信号であることが想定されるが、ゲイン設定G0の場合、ビット信号BSにおけるスイッチSW8,SW9,SW10に対応するビットは常にオフ制御する論理値となる。そしてスイッチSW0からスイッチSW7に対応する各ビットを変化させることで、コンデンサCM0からコンデンサCM7を用いて容量値を256段階に可変する。
コンデンサCM0,CM20は2fF(フェムトファラッド)、コンデンサCM1,CM21は4fF、コンデンサCM2,CM22は8fF、コンデンサCM3,CM23は16fF、コンデンサCM4,CM24は32fF、コンデンサCM5,CM25は64fF、コンデンサCM6,CM26は128fF、コンデンサCM7,CM27は256fF、コンデンサCM8,CM28は512fF、コンデンサCM9,CM29は1024fF、コンデンサCM10,CM30は2048fFである。
そして、この8ビットの値として0(=「00000000」)から255(=「11111111」)の容量設定値が与えられる。容量設定値はMCU5がインターフェース・レジスタ回路44に書き込む設定情報の一つである。
受信回路42では、この8ビットの容量設定値に応じてスイッチSW0~SW7がオン/オフされる。即ちスイッチSW0~SW7は対応するビットが「0」であればオフ、「1」であればオンとなる。これにより計測用容量部424の全体の容量値が0fF~510fFの範囲で256段階に可変されることになる。
図4の構成では、計測用容量部424の容量設定値を変更していくことで受信信号R-の波形の電位上昇程度を変化させることができ、例えば受信信号R+と同等となる計測用容量部424の容量設定値を見つけ出すことができる。
つまり、コンパレータ421で受信信号R+、R-の電圧レベルが同等となったときの計測用容量部424の容量設定値は、タッチによる受信信号R-の電圧変化に相当する値と等価となる。
以上のような構成において、本実施の形態では、特にフィンガータッチとグローブタッチのいずれであっても精度のよいタッチ検出ができるようにする。このために、ゲイン設定による受信感度モードを自動的に最適な状態に切り替えるようにする。
なおノーマルモードの設定では、グローブタッチの場合のタッチ信号強度Zが非常に微弱になるため、ノイズの影響も受けやすく非タッチとグローブタッチを識別することが困難となり正確な状態判定と感度選択が難しい。
図5A、図5B、図5Cにおけるマス目の1つは、上述のセル、即ち2つの送信信号線21と2つの受信信号線22の組を示している。
4×4の16個のセルを1つのブロックBKとして示しているが、ブロックBKの各セルのRAW値を図5Dのように「a」から「p」で表すこととする。この「a」から「p」は、それぞれ各セルを走査したときのRAW値である。例えば、図5AのブロックBKについていえば、「a」は斜線を付したセルのRAW値となる。
その場合、このブロックBKとする16個のセルの選択を図5A、図5B、図5Cのように順次切り替えながら、RAW値のパターンを判定する。
タッチ位置が「A」の場合、当該セルを含む16セルのブロックBKにおいて、図7のAパターンのRAW値が得られる。「+」はRAW値が「128」より大きい値、「-」はRAW値が「128」より小さい値となることを示している。
同様にタッチ位置が図6の「B」「C」「D」のそれぞれの場合、当該セルを含むブロックBKにおけるRAW値のパターンが、図7のBパターン、Cパターン、Dパターンとなる。
このようなパターンを検出することで、MCU5では、セルサイズよりも細かい分解能でタッチ位置座標を求めることができる。
タッチ信号強度Z=
(a+b+e+f)+(k+l+o+p)-(c+d+g+h)-(i+j+m+n)
MCU5は取得した各セルのRAW値により、ブロックBK単位でタッチ信号強度Zを算出できる。タッチ信号強度Zが最も高いブロックBKを判定することで、タッチに応じたタッチ信号強度Zを判定できる。
これは、タッチ信号強度Zがフィンガータッチを想定した比較的大きい値であるか、グローブタッチを想定した比較的小さい値であるかを判定する処理である。
Z>th2であればMCU5はステップS106に進み、座標演算処理を行う。そしてMCU5はタッチ位置としての座標値を求めたら、ステップS107で座標リポートとして出力する。つまり図1の製品側MCU90に通知する。そしてステップS101に戻る。
第2の実施の形態の処理例を図9に示す。これはモード判定において、フィンガータッチ、グローブタッチ、及びタッチされていないこと(以下「ノータッチ」という)を判定するようにした処理例である。
なお図8と同一の処理については同一のステップ番号を付して詳細な説明を避ける。この図9では、モード判定としてステップS201,S202が行われることが図8と異なる。
第1閾値th11は、高感度モードにおいてタッチ信号強度Zがかなり高くなるフィンガータッチを判定するための閾値である。
Z>th11であれば、MCU5はフィンガータッチであると判定してステップS102に進む。
第2閾値th12は、第1閾値th11より低い値であり、グローブタッチとノータッチを判定する閾値とされる。例えばグローブタッチであってもグローブの種別によってタッチ信号強度Zの大小が異なるが、通常使用されるグローブのうちで、もっともタッチ信号強度Zが低くなるときの値に応じて、それをグローブタッチと判定できるレベルに第2閾値th12を設定することが考えられる。
以上の実施の形態で説明したタッチパネル装置1、タッチパネル駆動装置3において行われるセンシング方法によれば、次のような効果が得られる。
そしてセンシング方法として、モード制御部5aの制御による第1手順と、検出演算部5bの制御による第2手順を行う。
第1手順は、高感度モードの設定において走査を行ってノーマルモード、高感度モードのモード選択を行う。即ち図8のステップS101、S102や、図9のステップS101、S201、S202の制御による動作である。
第2手順では、第1手順で選択したモードの設定状態で走査を行ってタッチ検出を行い、タッチされた位置を示す情報を生成する。即ち図8及び図9のステップS103からS107の制御による動作である。
そしてタッチに応じてノーマルモードと高感度モードのいずれが適切かを自動判定して選択することで、フィンガータッチ、グローブタッチのいずれの場合でも適切なタッチ検出ができるようになる。つまり指とグローブのタッチ操作の両立化を実現できる。
ユーザにとっては、フィンガータッチかグローブタッチかを気にしなくてもよい。またモードを手動で切り替えるなどの操作も不要である。これにより極めて使用性がよく、またストレスのない操作を実現するタッチパネルを提供できることになる。
高感度モードとしてタッチ信号強度を検出し、閾値th1と比較することで、検出されるタッチが、高感度モードとすべきタッチであるかノーマルモードとすべきタッチであるかを判定できる。グローブタッチではある程度のタッチ信号強度が得られ、フィンガータッチでは、通常より高いタッチ信号強度が得られるためである。これにより現在のタッチ操作に対して適切なモードを正確に判定できる。
これによりノーマルモード、高感度モードを適切に選択できる。加えて、タッチが検出されないノータッチの期間は、モード切り替え処理が行われない。これにより処理負荷の軽減ができる。またノータッチの期間は、ステップS101の走査が繰り返されることになり、タッチが生じたときに即座にモード判定を行って、タッチ位置検出のための走査を実行できるため、タッチ検出の応答性の点でも有利となる。
例えばスキャンパタン条件は、スキャンパタンファイルで設定し、低ゲイン設定と高ゲイン設定にそれぞれ独立して調整されたスキャンパタンファイルを構築して、ファームウェア内に保持する。そしてモード切り替えの際には、各ゲイン設定に対応したスキャンパタン条件を選択することで実現できる。
2 タッチパネル
3 タッチパネル駆動装置
4 センサIC
5 MCU
5a モード制御部
5b 検出演算部
5M メモリ
21 送信信号線、
22 受信信号線、
41 送信回路、
42 受信回路、
43 マルチプレクサ、
44 インターフェース・レジスタ回路、
45 電源回路、
421 コンパレータ、
422 基準容量部、
424 計測用容量部、
Claims (5)
- タッチパネルに対し、順次、隣接する一対の送信信号線と隣接する一対の受信信号線を選択する走査を行うとともに、一対の受信信号線による受信信号感度として、第1モードと、前記第1モードより高感度とされた第2モードが選択可能なタッチパネル駆動装置のセンシング方法であって、
前記第2モードの設定において前記走査を行って前記第1モード、前記第2モードのモード選択を行う第1手順と、
前記第1手順で選択したモードの設定状態で前記走査を行ってタッチ検出を行い、タッチされた位置を示す情報を生成する第2手順と、
が行われるセンシング方法。 - 前記第1手順では、前記第2モードの設定における前記走査の際に検出されたタッチ信号強度を閾値と比較した結果に基づいて、前記モード選択を行う
請求項1に記載のセンシング方法。 - 前記第1手順では、
前記第2モードの設定における前記走査の際に検出されたタッチ信号強度を第1閾値と比較した結果に基づいて、前記第1モードに対応するタッチであるか否かを判定し、
前記タッチ信号強度を、前記第1閾値より低信号強度の値とされた第2閾値と比較した結果に基づいて、前記第2モードに対応するタッチであるかノータッチであるか否かを判定し、
前記第1モードに対応するタッチ又は前記第2モードに対応するタッチと判定された場合に、前記モード選択を行う
請求項1に記載のセンシング方法。 - タッチパネルに対し、順次、隣接する一対の送信信号線と隣接する一対の受信信号線を選択する走査を行うタッチパネル駆動装置であって、
一対の受信信号線による受信信号感度として、第1モードと、前記第1モードより高感度とされた第2モードが選択可能な受信回路と、
前記第2モードの設定において前記走査を行って前記第1モード、前記第2モードのモード選択を行うモード制御部と、
前記モード制御部が選択したモードの設定状態で行った前記走査の際に、タッチされた位置を示す情報を生成する検出演算部と、を備える
タッチパネル駆動装置。 - タッチパネルと、
前記タッチパネルに対し、順次、隣接する一対の送信信号線と隣接する一対の受信信号線を選択する走査を行うタッチパネル駆動装置を備え、
前記タッチパネル駆動装置は、
一対の受信信号線による受信信号感度として、第1モードと、前記第1モードより高感度とされた第2モードが選択可能な受信回路と、
前記第2モードの設定において前記走査を行って前記第1モード、前記第2モードのモード選択を行うモード制御部と、
前記モード制御部が選択したモードの設定状態で行った前記走査の際に、タッチされた位置を示す情報を生成する検出演算部と、を備える
タッチパネル装置。
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