JP4955724B2

JP4955724B2 - タッチパネル及びタッチ検出方法

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Publication number: JP4955724B2
Application number: JP2009060433A
Authority: JP
Inventors: 鄭維中; 劉政欽
Original assignee: 旭曜科技股▲フン▼有限公司
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: TWI383312B; JP2010118038A; US20100117982A1; TW201019180A; US8159473B2

Description

本発明はタッチパネル技術に関し、特にタッチパネルのタッチポイント検出技術に関する。

近年、電子製品の普及により、タッチパネルの応用もより広範囲となり、例えば、携帯電話、PDAやノート型パソコンなどで、タッチパネルが入力インターフェイスとして使用されている。更に、タッチパネルは一般の家電製品、例えば冷蔵庫、洗濯機などにも広がっている。従って、タッチパネル技術が既に急速に成長している応用市場であることが分かる。

タッチパネルの技術において、抵抗式タッチパネルは目下最も利用されている技術である。図1は、従来の抵抗式タッチパネルの側面図である。図１を見ると、抵抗式タッチパネルは、上層板110と下層板120を備え、二つの板の間を絶縁スペーサ130で隔離して、タッチパネルが圧力を受けないときに、上層板110と下層板120との間が絶縁する。図２は、従来の抵抗式タッチパネルの平面図である。図２をみると、X軸とY軸それぞれが0〜5Vの電圧で駆動され、抵抗式タッチパネルが、ユーザの手若しくはタッチペンでタッチされたとき、タッチパネル上のタッチポイントが圧力を受け、上下パネルが接触する。上下板の接触点上の回路がオンになるので、電位降下が生じる。また、タッチパネルの制御器が電位降下が占める比率を計算し、更に座標を算出する。

しかしながら、タッチパネル上に二つの接触点があるときは、タッチパネル上に一つの電位降下しか発生しないので、制御器はこの電位降下のみで一の接触点の座標を求める。また、制御器が算出した座標も、タッチパネル上の実際の接触点座標ではない。つまり、従来の抵抗式タッチパネルの技術では、タッチパネル上の複数の接触点を検出することができない。

また、アメリカ特許出願公開US-2008/0129898 A1において、タッチパネルの検出技術が開示されている。図３は、アメリカ出願公開US-2008/0129898 A1のタッチパネルシステムのブロック図である。図３を見ると、タッチパネルは複数のX軸誘導線と複数のY軸誘導線とを備える。また、X軸誘導線とY軸誘導線が交わる複数の領域内はそれぞれセンサスペーサ（sensor spacer）92を有し、各センサスペーサ92上に電圧が通じている。複数のY軸誘導線はそれぞれ複数の比較器AMP1_1〜AMP1_4のプラス入力端と接続し、複数のX軸誘導線はそれぞれ複数の比較器AMP2_1〜AMP2_5のプラス入力端と接続している。比較器AMP1_1〜AMP1_4とAMP2_1〜AMP2_5のマイナス入力端はいずれも基準電圧Vrefと接続している。パネルのある領域（例えばA領域）が圧力を受けたと感知すると、A領域におけるセンサスペーサ92がA領域のX軸誘導線とY軸誘導線をショートさせ、センサスペーサ92の電圧をX軸誘導線とY軸誘導線に提供する。従って、比較器AMP1_1〜AMP2_4のプラス入力端の電圧が変化し、比較器AMP1_1〜AMP2_4が出力した電圧を変化させて、領域Aにおけるタッチポイントの位置を検知する。

アメリカ特許出願公開US-2008/0129898 A1

しかしながら、上記の操作から分かるように、領域Aと領域Bが同時にタッチされ、圧力をうけると、比較器AMP1_1、AMP2_4、AMP1_3、及びAMP2_1の出力電圧がいずれも変化する。従って、タッチパネルの制御器は接触ポイントが領域Aと領域Bにあると判断するが、しかし、接触ポイントが領域Cと領域Dにあると判断するかも知れず、制御器が正確に接触ポイントの位置を判断することができない。従って、回路デザイン上の制限により、上記のようなタッチパネルが複数のポイントを検出する技術を実現できない。

本発明は上記の従来の欠点を鑑みてなされたものであり、タッチパネル及びタッチ検知方法を提供し、正確にタッチパネル上のタッチポイントを検知し、タッチポイントの誤判断の問題を解決する。

上記の目的及びその他目的を達成するために、本願はタッチパネルであって、抵抗式圧力センサマトリックスと、シリアル走査ドライバ及びM個のX軸誘導回路と、を備える。このうち、抵抗式圧力センサマトリックスはタッチパネルに配置され、M個のX軸誘導線とN個のY軸誘導線とを備え、抵抗式圧力センサマトリックスの第i本のX軸誘導線と、第j本のY軸誘導線の交差点の所定範囲内が圧力を受けると、第i本のX軸誘導線と第j本のY軸誘導線がショートする。シリアル走査ドライバはN個のドライバ端を有し、それぞれN個のY軸誘導線を有する。第k個のX軸誘導回路はそれぞれ第k本のX軸誘導線と接続する。このうち、タッチパネルのセンサ期間はN個の走査期間に分けられ、第p個の走査期間で、上記シリアル走査ドライバの第p個ドライバ端が走査電圧を出力する。第p個の走査期間中、且つ第p個のY軸誘導線と第q個のX軸誘導線との交差点の前記所定範囲内で圧力を受けると、第q個のX軸誘導線が上記走査電圧を受け取り、接触された座標を（q、p）と判断する。このうち、M、N、i、j、k、p、qは正の整数、iは1〜Mの間、jは1〜Nの間、kは1〜Mの間、qは1〜Mの間、pは1〜Nの間にある。

本発明の実施例によるタッチパネルは、M個のX軸センサ回路がそれぞれ比較器を備え、このうち第k個のX軸センサ回路の比較器は、第一入力端、第二入力端と出力端を有し、第一入力端は基準電圧と接続し、第二入力端は第k本X軸誘導線と接続し、比較器は第k本X軸誘導線の電圧と基準電圧とを比較して、その結果により走査電圧を受信したか否かを判断する。このほか、シリアル走査ドライバはN個のドライバ端で順に走査電圧を出力する。

本発明は、更にタッチ検知方法を提供し、複数のタッチポイントの検知に適用する。この方法は、次の手順を含む。つまり、抵抗式圧力センサマトリックスを提供して、抵抗式マトリックスは、M個のX軸誘導線とN個のY軸誘導線を有し、抵抗式圧力センサマトリックスの第i本X軸誘導線と第j本Y軸誘導線が交差する箇所の所定範囲内で圧力を受けたとき、第i本目X軸誘導線と第j本Y軸誘導線がショートする。第p個走査期間において、第p個Y軸誘導線に走査電圧を加え、M個のX軸誘導線を検知して走査電圧を検出したか否かを判断し、及び、第p個走査期間で、第q個のX軸誘導線が走査電圧を受信し、タッチされた座標が（q、p）であると判断する。このうち、M、N、i、j、p、qは正の整数、iは1〜Mの間、jは1〜Nの間、qは1〜Mの間、pは1〜Nの間にある。

本発明の実施例によるマルチポイントタッチ検知方法では、M個のX軸誘導線を検出し、走査電圧が検出されたかどうか判断する手順が、基準電圧を提供し、及びX軸誘導線の電圧と基準電圧を比較する手順を含む。

本発明の要旨は、順に出力する走査電圧をY軸誘導線に出力して、且つ各走査期間に、X軸誘導線が走査電圧を受信したかどうか検知することにある。従って、第p個の走査期間において、第q個のX軸誘導線が走査電圧を受けたとき、本発明によれば、正確にタッチポイント位置を検出し、誤判断が起きるのを防ぐことができる。このほか、タッチパネルが複数のタッチポイントを有する際でも、本発明は正確に各タッチポイントの位置を検知することができ、判断ミスが発生することはない。

従来の抵抗式タッチパネルの側面図である。従来の抵抗式タッチパネルの平面図である。アメリカ特許2008/0129898 A1におけるタッチパネルのシステムブロック図である。本発明の実施例が示すタッチパネルのシステムブロック図である。本発明の実施例が示すタッチパネルのシステムブロック図である。本発明の実施例が示すタッチ検出方法のフローチャートである。

以下図に示された実施形態を参照して、本発明の目的の達成に使われる技術手段と構造の特徴を詳細に説明する。

図４は本発明の実施例で示すタッチパネルのシステムブロック図である。図４を見ると、タッチパネルは、抵抗式圧力センサマトリックス410、シリアル走査ドライバ420及びM個のX軸感知回路430を備える。抵抗式圧力センサマトリックス410はM個のX軸誘導線及びN個のY軸誘導線を含む。本実施例の説明のため、本例においては抵抗式圧力センサマトリックス410は5個のX軸誘導線LX1〜LX5及び4つのY軸誘導線LY1〜LY4を有すると仮定する。

ユーザがタッチペン若しくは指などのツールでタッチパネルに圧力をかけると、抵抗式圧力センサマトリックス410の一部領域が圧力を受ける。圧力を受けた一部領域内で、X軸誘導線とY軸誘導線の交差点がショートする。回路にとって、各X軸誘導線とY軸誘導線の交差点は一つのスイッチとみなすことができる。従って、本実施例の図４において、X軸誘導線とY軸誘導線の交差点はスイッチSW1_1〜SW4_5で表す。しかしながら、この分野の通常の知識を有するものであれば、従来技術において、スイッチSW1_1〜SW4_5は、例えば回路アレンジで形成され、実際のスイッチ部材で構成しているのではないことは明らかである。

この分野における通常の知識を有するものが本発明を理解して実施できるよう、以下で5つの比較器を使用してX軸感知回路430を実施して、本発明の要旨を更に説明する。図４を見ると、X軸感知回路430は5つの比較器AMP1〜AMP5を有する。上記比較器AMP1〜AMP5は、プラス入力端PY1〜PY5、マイナス入力端NY1〜NY5と出力端を備える。上記マイナス入力端NY1〜NY5は、いずれも基準電圧VREFと接続し、プラス入力端PY1〜PY5はそれぞれ抵抗により電圧源VDDSと接続している。このほか、プラス入力端PY1〜PY5も抵抗式圧力センサマトリックス410の5つのX軸誘導線と対応して接続している。また比較器AMP1〜AMP5は、プラス入力端PY1〜PY5とマイナス入力端NY1〜NY5の電圧の大きさを比べて、その出力端の電圧を決定する。

シリアル走査ドライバ420は、4つのドライバ端を有し、それぞれ抵抗式圧力センサマトリックス410におけるY軸誘導線LY1〜LY4と接続している。且つ、シリアル走査ドライバ420はドライバ端で順に走査電圧SX1〜SX4を出力する。つまり、タッチパネルのセンサ期間は4つの走査期間に分けられる。第一走査期間内で、シリアル走査ドライバ420の第一ドライバ端が走査電圧SX1を出力する。このようにして、第4走査期間内には、シリアル走査ドライバ420の第4ドライバ端が走査電圧SX4を出力する。

本実施例の説明をするため、下記で基準電圧VRFFの電圧が電圧源VDDSの電圧より小さいと仮定する。そのため、抵抗式圧力センサマトリックス410は圧力を受けていないときは、スイッチSW1_1〜SW4_5はオンしておらず、高電圧の電圧源VDDSが抵抗を通して比較器AMP1〜AMP5のプラス入力端PY1〜PY5に伝送される。従って、比較器AMP1〜AMP5のプラス入力端PY1〜PY5の電圧はマイナス入力端NY1〜NY5の電圧より大きく、比較器AMP1〜AMP5の出力端はいずれもプラス飽和電圧に保たれている。このほか、走査電圧SX1〜SX4はいずれも低電圧と仮定する。

抵抗式圧力センサマトリックス410の領域Eが圧力を受けると、領域E内のX軸誘導線LX2とY軸誘導線LY2の交差点がショートし、スイッチSW2_2がオンとなる。第二走査期間に、シリアル走査ドライバ420の第二ドライバ端が走査電圧SX2を出力する。このとき、スイッチSW2_2がオンとなり、走査電圧SX2がスイッチSW2_2を通してそれぞれ比較器AMP2のプラス入力端PY2に出力され、比較器AMP2のプラス入力端PY2が低電圧まで引き下がる。比較器AMP2のプラス入力端PY2が低電圧に引き下がったとき、比較器AMP2のプラス入力端PY2の電圧はマイナス入力端NY2の電圧より小さく、比較器AMP2の出力端がマイナス飽和電圧に転換される。また、第三走査期間では、スイッチSW3_1〜SW3_5はいずれもオンではなく、比較器AMP1〜AMP5の出力端がプラスの飽和電圧に回復する。

上記の操作から分かるように、タッチパネルにおける制御器は第二走査期間においてのみ、比較器AMP2の出力端がマイナス飽和電圧であることを検知する。従って、制御器はスイッチSW2_2が既にオンであることを知ることができ、更に、領域Eがユーザのタッチポイントであることが判断でき、タッチポイントの座標を得ることができる。

このほか、タッチパネルにおける領域EとGが同時に圧力を受けると、領域EにおけるX軸誘導線LX1とY軸誘導線LY3の交差点がショートして、且つ領域G内のX軸誘導線LX4とY軸誘導線LY4の交差点がショートし、スイッチSW2_2とSW4_4がオンとなる。第二走査期間において、上記の操作から分かるように、走査電圧SW2がスイッチSW2_2を通して比較器AMP2のプラス入力端PY2に出力し、比較器AMP2のプラス入力端PY2の電圧はマイナス入力端NY2の電圧より小さく、比較器AMP2の出力端の出力がマイナス飽和電圧になる。同様に、第4走査期間では、走査電圧SX4がスイッチSW4_4から比較器AMP4のプラス入力端PY4に出力して、比較器AMP4の出力端がマイナス飽和電圧になる。

上記の操作から分かるように、タッチパネルにおける制御器が第二走査期間であるとき、比較器AMP2の出力端がマイナス飽和電圧であることが検出され、スイッチSW2_2がオンであることが判断できる。従って、制御器はタッチされた座標が（2,2）であることが判断できる。また、第4走査期間で、制御器は比較器AMP4の出力端がマイナス飽和電圧であることを検出し、スイッチSW4_4が既にオンであると判断できる。従って、制御器は、タッチされた座標が（4,4）であることが判断できる。このようにして、第二及び第四走査期間の後、制御器は二つのタッチポイントF、Gの座標（2,2）、（4,4）を得る。上記の操作から分かるように、タッチパネル上に複数のタッチポイントがあるときでも、本発明の実施例に拠れば、正確にタッチポイントの位置を判断することができ、従来技術のように誤判断の現象を起こすことがない。

また、上記実施例において、この分野の通常の知識を有するものであれば、シリアル走査ドライバ420がドライバ端で出力した走査電圧は高電圧であり、且つ比較器AMP1〜AMP5のプラス入力端が、図５に示すように、抵抗によりアース電圧GNDと接続することが分かる。図５は、本発明の実施例で示すタッチパネルのシステムブロック図である。図５を見ると、基準電圧VREFの電圧がアース電圧GNDの電圧より大きいため、抵抗式圧力センサマトリックス410が圧力を受けないときは、比較器のプラス入力端PY1〜PY5の電圧がマイナス入力端NY1〜NY5の電圧より小さく、比較器AMP1〜AMP5の出力端はいずれもマイナス飽和電圧で維持されている。抵抗式圧力センサマトリックス410の領域Eが圧力を受けたときは、スイッチSW2_2がオンとなる。第二走査期間において、走査電圧SX2がスイッチSW2_2からそれぞれ比較器AMP2のプラス入力端PY2に出力されるので、比較器AMP2のプラス入力端PY2が高電圧に転換され、比較器AMP2の出力端がプラス飽和電圧に転換される。従って、制御器は第二走査期間内に、比較器AMP2出力端がプラス飽和電圧に転換したことを検出し、領域Eがユーザのタッチポイントであると判断して、タッチポイントの座標を得る。

アメリカ特許出願公開（2008/0129898 A1）と比較すると、本願のスイッチSW1_1〜SW4_5上には電圧を印加していない。またスイッチSW1_1〜SW4_5が圧力を受けると、圧力を受けた領域のX軸誘導線とY軸誘導線のみをショートさせる。これに対し、上記アメリカ出願では、各X軸誘導線とY軸誘導線が交わる複数の領域内ではそれぞれがセンサスペーサを有し、各センサスペーサ上に電圧を通している。ある領域が電圧を受けたとき、前記領域におけるセンサスペーサが電圧をX軸誘導線とY軸誘導線に提供する。

以上の実施方式から、本発明はタッチ検出方法をまとめることができる。図６は、本発明の実施例で示すタッチ検出方法のフローチャートを示す。図６を見ると、該方法は以下のステップを含む：

ステップS610：本発明の実施例によるタッチ検出を開始する。

ステップS620：抵抗式圧力センサマトリックスを提供する。この抵抗式マトリックスは、上記実施例に示したとおり、M個のX軸誘導線及びN個のY軸誘導線を含む。同様に、この抵抗式圧力センサマトリックスの第i本X軸誘導線と第j本Y軸誘導線の交差点がある所定範囲内で圧力を受けると、第i本目X軸誘導線と第j本Y軸誘導線がショートされる。

ステップS630：第p個の走査期間で、第p個のY軸誘導線に走査電圧を与える。このうち、pの初期値を1と設定する。

ステップS640：M個のX軸誘導線を検出して、走査電圧が検知されたかどうか判断する。上記図４の実施例から分かるように、比較器AMP1〜AMP5の出力端がマイナス飽和電圧であると検知したときは、走査電圧を検知したと判断する。このほか、図５の実施例から分かるように、比較器AMP1〜AMP5出力端がプラス飽和電圧であると検知したときは、走査電圧を検知したと判断する。

ステップS650:M個のX軸誘導線における第q個のX軸誘導線が走査電圧を検知したときは、タッチされた座標が（q、p）と判断する。また、M個のX軸誘導線がいずれも走査電圧を検知しないときは、直接ステップS660に進む。

ステップ660：p値が走査期間の個数、つまり走査線の総数より大きい若しくは等しいか否かを判断する。上記実施例では、走査期間は4つである。

ステップS670：p値が走査期間の個数より小さい時は、p値に1を足してステップS630に戻る。

ステップS680：p値が走査期間の個数より大きい若しくは等しい時は、p値を初期値として、つまり1と設定して、ステップS630に戻り、続けてタッチポイントを検出する。

以上の説明から、本発明の要旨は順に走査電圧をY軸誘導線に出力して、各走査期間に、X軸誘導線が走査電圧を受信したか否かを検出する。従って、本発明は少なくとも以下のような特徴を有する。

１．本発明によれば、正確にタッチポイント位置を検出でき、誤判断を防ぐ。
２．本発明はタイムディビジョンマルチプレクサ技術を採用して、タッチポイントを検出しているので、このうち一の軸上に誘導回路を印加するだけでよく、コスト削減ができる。
３．タッチパネルに複数のタッチポイントがあるときでも、本発明で正確に各タッチされたポイントの位置を検出して、誤判断を起こさない。

以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

110：上層板
120：下層板
130：スペーサ
92 ：センサスペーサ
AMP1_1〜AMP1_4、AMP2_1〜AMP2_5：比較器
Vref 、VREF：基準電圧
A、B、C、D、E、G：領域
LX1〜LX5：X軸誘導線
LY1〜LY5：Y軸誘導線
410：抵抗式圧力センサマトリックス
420：シリアル走査ドライバ
430： X軸誘導回路
SW1_1〜SW4_5：スイッチ
AMP1〜AMP5：比較器
PY1〜PY5：プラス入力端
NY1〜NY5：マイナス入力端
VDDS: 電圧源
SX1〜SX4: アース電圧
S610〜S680：本発明の実施例のタッチ検出方法の各ステップ

Claims

タッチパネルであって、
前記タッチパネルに配置され、M個のX軸誘導線及びN個のY軸誘導線を有し、第i本のX軸誘導線と第j本のY軸誘導線の交差点が所定範囲内で圧力を受けたとき、第i本のX軸誘導線と第j本のY軸誘導線がショートする抵抗式圧力センサマトリックスと、
N個のドライバ端を有し、それぞれN個のY軸誘導線と接続するシリアル走査ドライバと、
第k個のX軸誘導回路が第k本のX軸誘導線と接続するM個のX軸誘導回路と、を備え、
前記X軸誘導回路がそれぞれ比較器を備え、このうち、第k個のX軸誘導回路の前記比較器が、第一入力端、第二入力端と出力端と、を有し、前記第一入力端が基準電圧と接続し、前記第二入力端が第k本X軸誘導線と接続し、前記比較器が第k本のX軸誘導線の電圧と前記基準電圧とを比較して、その比較結果により前記走査電圧を受けたか否かを判断し、
前記X軸誘導回路の前記比較器の前記第二入力端は、それぞれ電圧源又はアース電圧と接続し、
前記タッチパネルのセンサ期間がN個の走査期間に分けられ、第p個の走査期間で前記シリアル走査ドライバの第p個ドライバ端が走査電圧を出力し、
第p個の走査期間で、且つ第p個のY軸誘導線と第q個のX軸誘導線の交差点の前記所定範囲で圧力を受けたとき、第q個X軸誘導回路が前記走査電圧を受け、タッチされた座標が（q、p）であると判断する、このうちM、N、i、j、k、p、qは正の整数、iは1〜Mの間、jは1〜Nの間、kは1〜Mの間、qは1〜Mの間、pは1〜Nの間にあることを特徴とするタッチパネル。
前記第q個のX軸誘導線の前記比較器の出力端は第一飽和電圧であり、前記残余のX軸誘導線の前記比較器の出力端は第二飽和電圧であり、前記第一飽和電圧は前記第二飽和電圧と異なることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
前記シリアル走査ドライバがN個のドライバ端で順に前記走査電圧を出力することを特徴とする請求項１記載のタッチパネル。
複数のタッチポイントを検出するためのタッチ検出方法であって、
それぞれ電圧源又はアース電圧と接続するM個のX軸誘導線、及びN個のY軸誘導線を備え、第i本のX軸誘導線と第j本のY軸誘導線の交差点の所定範囲内で圧力を受けたとき、前記第i本のX軸誘導線と第j本誘導線がショートする抵抗式圧力センサマトリックスを提供し、
第p個の走査期間に、第p個のY軸誘導線に走査電圧を与え、
基準電圧を提供し、前記X軸誘導線の電圧と前記基準電圧とを比較することによってM個のX軸誘導線を検出して、その比較結果により前記走査電圧を受けたか否かを判断し、
第p個の走査期間に、第q個のX軸誘導線が前記走査電圧を受けると、タッチされた座標を（q、p）であると判断し、
このうち、M、N、i、j、k、p、qは正の整数、iは1〜Mの間、jは1〜Nの間、kは1〜Mの間、qは1〜Mの間、pは1〜Nの間にあることを特徴とするタッチ検出方法。
前記第q個のX軸誘導線は第一飽和電圧であり、前記残余のX軸誘導線は第二飽和電圧であり、前記第一飽和電圧は前記第二飽和電圧と異なることを特徴とする請求項４記載の複数のタッチポイント検出方法。