JP5645995B2 - 静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム - Google Patents
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Description
具体的には、タッチが発生する際に、駆動側電極(11)と受信側電極(12)との間に存在する電場に変化が生じて二つの電極間のカップリングキャパシタンスが減少し、これは、受信部(30)に伝達される電圧信号の変化をもたらすため、これを通じてタッチの位置を認識する。このような相互容量方式の場合、理論的にタッチ点の個数に制約がないマルチタッチを実現できるという長所がある。
また、本発明の実施例では、一般的に使用され、前記駆動側電極11と受信側電極(12)が一定間隔で直交するように形成されたバー(Bar)パターンのタッチパターン部(10)を適用した。
すなわち、図4で示すように、駆動側電極(11)の一端部から見るときに遠くに位置したタッチ点が、逆に、他端部から見ると、近くに位置したことになるので、駆動信号の移動経路が減少する。したがって、信号の移動経路上に存在する寄生抵抗及び寄生キャパシタンスの大きさが減少する。
また、駆動側電極(11)の両側において駆動信号を同時に印加することは、上記のような効果以外にも、駆動信号(charge)を両側において強く印加する効果があるので、RC時間遅延を大幅に低減させる。
このとき、既存の方式どおりに、受信側電極をOp Ampの入力ノードに接続させ、駆動信号が印加されない残りの駆動側電極をいかなる電圧または地面に接続させる代わりに、全ての電極をフローティングさせる場合、経路上にある他のカップリングキャパシタンスによる寄生キャパシタンスはほとんど形成されない。また、これを通じてRC時間遅延は大幅に減少する。図3の(b)は、これを示している。
もし、一つの駆動信号に対して一つの受信側電極の出力値のみを処理すれば、全タッチパターン部(10)をスキャニングするのに時間が多くかかるようになる。そのため、大型タッチスクリーンの具現のためには、全ての受信側電極(12)の対応信号を同時に処理しなければならない。
もし、このようなミラーキャパシタ(Miller capacitor)構造を採択せずに、単純に一つのキャパシタを用いる場合は、電圧の比較時に、二つの電圧値の間のある特定の電圧にCdの電圧が設定される。そのようになると、二つの電圧の正確な差値を抽出できなくなる。
すなわち、スイッチとキャパシタが共存する構造では、このような電荷注入の問題が存在するが、ミラーキャパシタ構造を用いると、たとえΦ5スイッチが消えて電荷注入が発生しても、それによる変化は無視することができる程度になる。
仮に、Φ1スイッチをΦ2スイッチよりも先にoffすると、タッチパターンにおいてノイズが受信部に流入する時に、そのノイズによってN−MOSFETのゲート電圧が揺れて、N−MOSFETが飽和領域から外れることがある。このため、これを防止するために、Φ1スイッチとΦ2スイッチとを同時にoffするようにする。
また、サンプリングを繰り返すキャパシタのブランチにあるΦhスイッチはoffして置き、残りのブランチにあるΦhスイッチはonして、そのブランチにあるホールド電圧値を信号変換部(35)に伝達するように準備させる。(バッファー(buffer)の後端に位置するキャパシタにその電圧値を出力)
電圧をN倍増幅させるために、第2ブロックのキャパシタの大きさをCd/Nとし、増幅比を調節可能なようにするために、様々な大きさのキャパシタCdを置いて、そのうち一つを選択できるようにした。
電圧の増幅された差値を蓄積するための第3ブロックでは、フォールデッドカスコードアンプ(folded cascode amp)を設計した。単純な単一のトランジスタアンプを利用せずに、このようなフォールデッドカスコードアンプを利用することによって、インテグレイションキャパシタに蓄積される電圧の開始をVDD/2とするようにした。
バッファー(Buffer)の場合、rail−to−rail入出力構造を有しなければならず、多くのオフセット(offset)が発生しないようにするために、ゲイン(gain)も十分に大きくなければならず、一つの駆動電極に対応する全ての値を短時間内に全てADCに伝達しなければならないので、大面積を目標とする際に、少なくとも10MHz以上のBWおよび十分なスルーレート(slew rate)が必要であると判断した。そのような構造を満足するバッファーを作るために、図13のAmpを設計した。
また、カスコードカレントミラーのバイアス電圧は、そのミラー(mirror)に流れる電流及び抵抗R1、R2の大きさに基づいて形成した。最後に、Ampのバイアス電流(bias current)は正確でなくてもよいので、VDD及び抵抗、そして一端のMOSFETミラーを通じて形成した。
図19(a)の波形は、電圧の形態をそのまま示したものであり、このとき、一定でなければならない電圧が少し下に傾いたことを見られる。このように、傾き現象は、反復的な積分過程でスイッチの電荷注入のような付随的な影響によるものであると言える。このとき、そのような影響による傾き値を基本値として設定しておき、残りの値をその基本値の相手値として設定しておくと、タッチパネルにおいてタッチポイントを基準に左側と右側の電圧波形の形態が反対になるという事実を勘案するとき、以降のデジタルプロセシングを通じたタッチポイントの判別が容易になる。
以降、次の駆動側電極に駆動信号の印加によって発生する信号の差値を増幅し、その増幅値から、その前の駆動側電極を通じて格納したオフセット値を引いた後、その値をCintに累積させる。このように、駆動を交互に行いながらオフセットを除去した増幅差値を続けて累積するようになる。
図25のように、C3にオフセットを格納する構造の場合、Cintに一定のオフセット誘発電荷が流入する場合に、そのオフセットを補正させることができないが、図27のような構造では、そのような経路で発生するオフセットも補正させることができる。
したがって、このような問題を解消するために、駆動信号が印加される駆動側電極と最も隣接した二つの駆動側電極を接地させる。この場合、RC遅延の面においては(フローティングの目的がRC遅延を減少させることであるから)多少の犠牲を伴うが、その犠牲はタッチスクリーンが大面積であるほど微小であると言える。
11 駆動側電極
12 受信側電極
20 駆動部
30 受信部
31 キャパシタ部
32 抽出部
33 増幅部
34 累積部
35 信号変換部
36 リセット部
37 オフセット補正部
Claims (6)
- 駆動側電極と受信側電極との間に発生するカップリングキャパシタンスを用いてタッチを判別するタッチスクリーンの信号検出システムにおいて、
多数の駆動側電極と多数の受信側電極が所定のパターンで配置されたタッチパターン部と、
一側端部の駆動側電極から他側方向に順次に隣接した二つの駆動側電極に同時に駆動信号を印加し、且つ両駆動側電極に入力されるパルス間の時間差が発生するように駆動信号を印加し、駆動信号が印加されない駆動側電極はフローティングさせる駆動部と、
前記受信側電極の一端部に接続されて、隣接する受信側電極間の差値を抽出して増幅させて出力し、且つ駆動信号が印加される二つの駆動側電極による各差値を引いて出力し、各受信側電極にキャパシタが接続されることによってフローティング効果を示す受信部と、からなることを特徴とする、
静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム。 - 前記駆動部は、駆動信号が印加される駆動側電極に隣接した駆動側電極を接地させ、駆動信号が印加されたり、接地された駆動側電極を除外した残りの駆動側電極をフローティングさせるように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム。
- 前記受信部は、各受信側電極の端部に接続されて、駆動信号による電荷が蓄積されるキャパシタ部と、一つの受信側電極とそれに隣接した受信側電極との間の信号の差値を抽出する抽出部と、前記抽出部の差値を増幅する増幅部と、一つの駆動側電極の駆動信号に対する増幅された差値を格納して置き、他の駆動側電極の駆動信号に対する増幅された差値から前記格納された差値を引くオフセット補正部と、前記オフセット補正部の出力値を蓄積させて格納した後、出力する累積部と、前記累積部から出力される累積信号をデジタル値に変換して出力する信号変換部と、を含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム。
- 前記駆動部は、駆動信号を印加する際に、該当の駆動側電極の両端部に同時に駆動信号を印加するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム。
- 前記受信部は、隣接した受信側電極を所定のグループに分類して、各受信側電極のグループ別に設置されることを特徴とする、請求項1に記載の静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム。
- 前記受信部は、それぞれの受信側電極をリセットさせるリセット部をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量方式の大型マルチタッチスクリーンの信号検出システム。
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