JP5680027B2 - 検出電極アレイの制御回路、方法及びこれを用いたタッチ制御検出システム - Google Patents

Description

本開示は、タッチ制御検出システムに関し、特に、タッチ検出システムの検出電極アレイの制御回路、方法、及びこれを用いたタッチ制御検出システムに関する。

タッチ制御検出システムは、様々なディスプレイシステムに広く用いられてきている。全てのサイズのタッチパネルが、日常的なアプリケーションで見られる。例えば、スマートフォンは小型のタッチパネルを用いており、ＡＴＭは中型のタッチパネルを用いている。

タッチパネルには、主に抵抗型と容量型がある。これに関わらず、夫々のタッチパネルは、タッチパネルの接触領域の存在を検出するために、検出電極アレイと、検出電極アレイの制御回路を必要とする。

図１を参照すると、従来のタッチ制御検出システムの機能ブロック図が示される。従来のタッチ制御検出システム１は、従来の検出電極アレイの制御回路１１、複数のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１２、１３、タッチパネル１４、パルス発生器１５、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路１６を備えている。パルス発生器１５はＭＵＸ１３に接続されており、ＭＵＸ１３はタッチパネル１４に接続されている。タッチパネル１４はまたＭＵＸ１２に接続され、ＭＵＸ１２とＤＳＰ回路１６は、従来の検出電極アレイの制御回路１１に接続されている。

ＭＵＸ１３は、パルス発生器１５によって供給されるパルス信号を受信する。ＭＵＸ１３はまた、クロック信号Clock_Sig、リセット信号Reset_Sigを受信する。クロック信号のトリガに応じて、ＭＵＸ１３は、受信したパルス信号のパルスを順にその複数の出力ポートに伝送する。出力ポートのパルスは、駆動信号Driving_Sigsとして転送される。ＭＵＸ１３の出力ポートはタッチパネル１４の駆動線に夫々接続されている。駆動信号Driving_Sigsは、タッチパネル１４の駆動線に夫々伝送される。さらに、再度最初の出力ポートから始まる駆動信号Driving_Sigsの転送を行うために、リセット信号Reset_SigはＭＵＸ１３をリセットする。

タッチパネル１４は、検出電極アレイを構成する駆動線、検出線を含む。駆動線は駆動信号を受信し、検出線は検出信号を出力する。駆動線は列方向に配列されており、逆に検出線は行方向に配列されている。要するに、駆動線と検出線は、互いに導電せずに交差するように配列されており、検出電極アレイを形成する。フィールド結合（field coupling）のため、駆動線の駆動信号は、検出線を誘導し検出信号を生成する。タッチパネル１４がタッチされたとき、接触領域の検出線の検出信号Sensing_Sigsが変化する。

ＭＵＸ１２の複数の入力ポートは、検出信号Sensing_Sigsと制御信号Control_Sigを受信する。制御信号Control_Sigに応じて、ＭＵＸ１２は、夫々の検出信号Sensing_Sigを順に従来の検出電極アレイの制御回路１１に伝送する。換言すると、夫々の検出信号Sensing_Sigは、異なる時間に従来の検出電極アレイの制御回路１１に伝送される。

従来の検出電極アレイの制御回路１１は、検出信号Sensing_Sigsを受信し、対応する検出線の信号の大きさ（magnitude）を取得する。具体的に言うと、ユーザがタッチパネル１４にタッチした場合、少なくともいくつかの検出信号Sensing_Sigsが変化する。これらの検出信号Sensing_Sigsの変化によって、従来の検出電極アレイの制御回路１１によって得られる検出線の信号の大きさは異なる。従って、後端のＤＳＰ回路１６は、接触、非接触の間の夫々の信号線の信号変化を検出でき、接触領域の特定を達成することができる。

図２を参照すると、タッチパネル１４の構造が示される。タッチパネル１４は、パネル１４１、駆動バッファ１４２、駆動電極１４３、受信電極１４４を含む。駆動バッファ１４２は、駆動信号Driving_Sigsを受信し、これに応じて駆動パルスDrive_Pulsesを生成する。駆動パルスDrive_Pulsesは、駆動電極１４３を介して駆動線に夫々伝送される。検出信号Sensing_Sigsは、受信電極１４４を介してＭＵＸ１２に伝送される。

人間の指がタッチパネル１４に接触したとき、いくつかの駆動パルスDrive_Pulsesによって形成される電界は、フィールド結合により人間の指と結合する。これにより、パネル１４１に人間の指が接触したとき、パネル１４１がタッチされていないときに対して、いくつかの検出信号Sensing_Sigsが異なる。このため、検出信号の変化を検出することにより、人間の指によるタッチパネル１４の接触領域を特定することができる。

図１に戻ると、検出電極アレイの従来の制御回路１１は、積分器１１１、サンプルホールド回路１１２、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１１３を含む。積分器１１１はサンプルホールド回路１１２に接続され、サンプルホールド回路１１２はＡＤＣ１１３に接続されている。

積分器１１１の機能が図３に示される。図３は、積分器１１１の入力信号の波形と、出力信号の波形を示している。入力検出信号Sensing_Sigは、積分器１１１によって特定の期間積分され、積分信号Integrated_Sigとして出力される。特定の期間が終了した後、積分器１１１は積分信号Integrated_Sigをダンプする。

図１に戻って、特定の時間が終了すると、サンプルホールド回路１１２は、積分信号Integrated_Sigをサンプリングして、保持し、これに応じてサンプルホールド信号を出力する。サンプルホールド信号は、特定の期間の終了時の積分信号Integrated_Sigの強度値であり、実質的には直流電圧信号である。

ＡＤＣ１１３は、サンプルホールド回路１１２の夫々の信号チャンネルのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１１３は、検出電極アレイの従来の制御回路１１の重要な要素である。すなわち、ＡＤＣ１１３は、従来のタッチ制御検出システム１の信号対雑音比（ＳＮＲ）に影響を及ぼす。

中国特許出願公開第１０１５７１７８２Ａ号明細書 台湾特許出願公開第３４７１２６号明細書

熱雑音及びフリッカー雑音は、ＤＣ電圧信号のレベルに影響を及ぼし、ＳＮＲを低下させる。タッチ制御検出システム１の供給電圧が減少すると、ＳＮＲもまた減少する。このため、ＳＮＲ要件を満たすよう、優れた性能を有するＡＤＣ１１３が必要とされている。しかしながら、このような優れた性能を有するＡＤＣは高価であり、従来のタッチ制御検出システム１の製造コストの増加につながる。

さらに、中型又は大型のタッチパネルの信号経路上の寄生抵抗及び容量は、小型のタッチパネルのそれらよりも大きい。従って、従来の中型又は大型のタッチパネルを有するタッチ制御検出システムは、雑音が大きく、電荷移動損失が発生する。換言すると、小型のタッチパネルと比較すると、従来の中型又は大型のタッチパネルを有するタッチ制御検出システムは小さいＳＮＲを有する。

ベースライン（baseline）のためのデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）は、従来のＡＤＣを有する検出電極アレイの制御回路にしばしば含まれており、全体のＳＮＲは増加する。しかしながら、タッチされた後のタッチパネルのＤＣ電圧信号レベルの変化は小さく、ＤＣ電圧信号は雑音障害により影響を受けやすくなる。このため、ＳＮＲの増加は制限される。

さらに、積分器はまた雑音障害によって影響を受けやすく、タッチ制御検出システムのＳＮＲを増加させることが難しい。さらに、積分器１１１は処理時間が長く、夫々の演算に２４〜４０μｓかかる。このため、タッチ制御検出システムの動作スピードを向上させることは難しい。

本開示の一態様は、製造コストを増加させることなく、動作スピード、ＳＮＲを増加させるタッチ制御検出システムの検出電極アレイの制御回路を提供する。

検出電極アレイの制御回路は、ダウンコンバージョン回路、強度−位相周波数変換器、位相周波数分析部を備える。ダウンコンバージョン回路は、検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号をダウンコンバートし、対応するダウンコンバート信号を取得する。夫々のダウンコンバート信号は、実質的に直流電圧信号である。強度−位相周波数変換器は、夫々のダウンコンバート信号に応じて、対応する位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記ダウンコンバート信号のレベルに関連する、位相周波数分析部は、夫々の位相周波数信号に応じて、対応する前記検出線の信号の大きさを取得する。

本開示の他の態様は、タッチ制御検出システムの検出電極アレイの制御方法を提供する。最初に、タッチパネルの検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号をダウンコンバートして、対応するダウンコンバート信号を取得する。前記ダウンコンバート信号は、実質的に直流電圧信号である。次に、前記ダウンコンバート信号に応じて、対応する位相周波数信号を生成する。夫々の位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、対応するダウンコンバート信号のレベルに関連する。そして、夫々の位相周波数信号に応じて、対応する前記検出線の信号の大きさが取得される。

本開示のさらなる態様は、タッチ制御検出システムを提供する。タッチ制御検出システムは、タッチパネル、検出電極アレイの制御回路を含み、タッチパネルは検出電極アレイを有する。

つまり、従来の検出電極アレイの制御回路を用いた従来のタッチ制御検出システムと比較すると、本開示の上述の検出電極アレイの制御回路又は方法を用いたタッチ制御検出システムは、従来のタッチスクリーンシステムよりも高いＳＮＲを有し、従来のタッチスクリーンシステムよりも速い動作速度を有する。本開示のタッチ制御検出システムは、高いＳＮＲを有することから、タッチ制御検出システムによって、中型又は大型のタッチパネルを適用することができる。

本開示の特徴及び技術的な内容を理解するために、本開示に関する詳細な説明及び添付の図面が以下に言及される。しかしながら、添付の図面は、本開示のスコープを制限するために用いられるものではなく、単に例示の目的のために示される。

従来の検出電極アレイの制御回路の機能ブロック図である。 タッチパネルの構造を示す模式図である。 積分器の入力信号と出力信号の波形を示す図である。 本開示の実施形態に係るタッチ制御検出システムの機能ブロック図である。 タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラス（active stylus）である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図である。 タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス（passive stylus）又はユーザの指である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図である。 本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９２の詳細なステップを示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９３の詳細なステップを示すフローチャートである。 本開示の他の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートである。

図４を参照すると、本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの機能ブロック図が示される。タッチ制御検出システム４は、マルチオペレーションモードでの動作に適用される。タッチパネルに接触する手段は、ユーザの指や駆動信号を供給しないパッシブスタイラス又は駆動信号を供給できるアクティブスタイラスである。タッチ制御検出システム４は、検出電極アレイの制御回路４１、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４２、４３、タッチパネル４４、駆動信号発生器４５、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４６、計算処理部４７を備えている。駆動信号発生器４５はＭＵＸ４３に接続されており、ＭＵＸ４３はタッチパネル４４及びＬＮＡ４６に接続されている。タッチパネル４４はまたＭＵＸ４２に接続されており、ＭＵＸ４２は検出電極アレイの制御回路４１に接続されている。計算処理部４７はＭＵＸ４２、４３、駆動信号発生器４５及び検出電極アレイの制御回路４１に接続されている。

実施の形態では、タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプは、計算処理部４７によって判定されうる。このため、計算処理部４７は、各駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを受信するために、駆動信号発生器４５を有効又は無効にし、ＭＵＸ４３を制御することができる。

タッチパネル４４に接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は有効になり、駆動信号発生器４５は、駆動信号Driving_Sigsを、ＭＵＸ４３を介してタッチパネル４４の駆動線に夫々出力する。タッチパネル４４に接触する手段がアクティブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は無効になり、ＭＵＸ４３は各駆動線の駆動線信号DrvLine_Sig受信し、ＭＵＸ４２は各検出線の検出信号Sensing_Sigを受信する。

簡単に言うと、計算処理部４７、駆動信号発生器４５、ＭＵＸ４２、４３は、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）として形成することができる。検出電極アレイの制御回路４１とＭＣＵは、制御チップセットとしてさらに集積することができる。

さらに、計算処理部４７は、ユーザがタッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプを手動で変更するかどうかを検知し、タッチパネル４４に接触する時点に用いられている手段のタイプを判定する。さらに、計算処理部４７は、他の検出方法によって、タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段のタイプを自動的に判定することができる。例えば、計算処理部４７は駆動信号の動作周波数や信号の振幅を検出することによってタッチパネルに接触するのに用いられる手段のタイプを判定できる。タッチパネルに接触する異なる手段の駆動信号の動作周波数、信号の振幅は異なる。

タッチパネル４４に接触するのに用いられる手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、駆動信号発生器４５は、駆動信号Driving_Sigsをまとめた総信号（sum signal）をＭＵＸ４３に供給する。ＭＵＸ４３はまたクロック信号Clock_Sigとリセット信号Reset_Sigを受信する。ＭＵＸ４３は、クロック信号Clock_Sigに応じて、ＭＵＸ４３の出力ポートに順に総信号の駆動信号Driving_Sigsを出力する。ＭＵＸ４３の出力ポートは、タッチパネル４４の駆動線に夫々接続されている。駆動信号Driving_Sigsは、タッチパネル４４の駆動線に夫々伝送される。さらに、最初の出力ポートから再度駆動信号Driving_Sigsを出力するために、リセット信号Reset_SigはＭＵＸ４３をリセットする。

タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスの場合、ＭＵＸ４３は、夫々の駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを受信し、計算処理部４７の制御により検出電極アレイの制御回路４１に夫々の駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigを転送する。さらに、計算処理部４７の制御により、ＭＵＸ４２、４３は、検出線の検出信号Sensing_Sigsと駆動線の駆動線信号DrvLine_Sigsとを順に、異なる時間に、検出電極アレイの制御回路４１に転送する。

特に、駆動信号Driving_Sigsは、周期的なパルス、周期的な矩形波信号、周期的なのこぎり波信号、正弦波信号、周期的な三角波信号、又は他のタイプの周期的な信号を有するパルス信号でありうる。要約すると、駆動信号のタイプは、本開示に限定されない。

タッチパネル４４は、検出電極アレイを形成する複数の駆動線と複数の検出線を有している。駆動線は駆動信号を受信し、検出線は検出信号を出力する。駆動線は列方向に配列されており、逆に検出線は行方向に配列されている。要するに、駆動線と検出線は互いに導電せず、交差するように配列されており、検出電極アレイを形成する。フィールド結合のため、駆動線の駆動信号は、検出線を誘導し検出信号を生成する。タッチパネル４４がタッチされたとき、接触領域の検出線の検出信号が変化する。

ＭＵＸ４２の入力ポートは検出信号Sensing_Sigsを受信し、ＭＵＸ４２はさらに制御信号Control_Sigを受信する。制御信号Control_Sigに応じて、ＭＵＸ４２は、検出電極アレイの制御回路４１に順に夫々の検出信号Sensing_Sigsを転送する。換言すると、夫々の検出信号Sensing_Sigsは、異なる時間に検出電極アレイの制御回路４１に転送される。さらに、タッチ制御検出システム４の全体の動作スピードを向上させるために、ＭＵＸ４２、４３は高速ＭＵＸを用いることができる。例えば、高速ＭＵＸは、５００ＭＨｚでＤＣの広帯域信号の処理が可能なものである。

従来の検出電極アレイの制御回路と異なり、検出電極アレイの制御回路４１は、積分器やＡＤＣを必要としない。さらに、検出電極アレイの制御回路４１は、より高いＳＮＲを有している。タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、検出電極アレイの制御回路４１は、中波又は高周波の夫々の検出信号Sensing_Sigを低周波のダウンコンバート信号（down-converted signal）（実質的にＤＣ電圧信号であり、変換はダウンコンバージョン回路によって実行される）へ変換する。

タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、検出電極アレイの制御回路４１は、中波又は高周波の夫々の検出信号Sensing_Sig及び夫々の駆動線信号DrvLine_Sigを低周波のダウンコンバート信号（実質的にＤＣ電圧信号）に変換する。そして、検出電極アレイの制御回路４１は、低周波のダウンコンバート信号（実質的にＤＣ電圧信号）に応じて位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の位相、周波数、これらの組合せはダウンコンバート信号のレベルに応じて変化する。

その後、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、検出電極アレイの制御回路４１は、位相周波数信号を分析し、対応する検出電極の信号の大きさ（magnitude）を取得する。後端の計算処理部４７は、対応する信号の大きさに応じて夫々の検出線の信号変化を判定し、タッチパネル４４の接触領域を決定する。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、検出電極アレイの制御回路４１は、対応する信号線の信号の大きさを取得するために対応する検出線の位相周波数信号を分析し、対応する駆動線の信号の大きさを得るために対応する駆動線の位相周波数信号を分析する。

次に、検出電極アレイの制御回路４１の構成要素についてさらに説明する。検出電極アレイの制御回路４１は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４１１、ダウンコンバージョン回路４１２、スイッチ４１３、プログラマブル利得増幅器（ＰＧＡ）４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６を含む。ＬＮＡ４１１はダウンコンバージョン回路４１２に接続されており、ダウンコンバージョン回路４１２はスイッチ４１３とＬＮＡ４６に接続されている。

スイッチ４１３はＰＧＡ４１４に接続されており、ＰＧＡ４１４は強度−位相周波数変換器４１５に接続されている。強度−位相周波数変換器４１５は、位相周波数分析部４１６に接続されている。検出電極アレイの制御回路４１の夫々の構成要素の以下の説明は、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指であるとの前提に基づいている。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合は、以下に参照される。従って、重複する説明は行わない。

タッチ制御検出システム４は、少なくとも一つのＬＮＡ４１１を用い、検出信号Sensing_Sigを増幅する。例えば、ＬＮＡ４１１は、５００ＭＨｚでＤＣの広帯域信号を処理する低雑音プログラマブル利得増幅器を用いることができる。さらに、タッチ制御検出システム４が検出信号Sensing_Sigの検出に劣っている場合、さらに低雑音増幅器を追加することができ、また、ＬＮＡ４１１のゲインを調整することも可能である。

しかしながら、検出信号Sensing_Sigが低雑音であり、強度−位相周波数変換器４１５及び位相周波数分析部４１６が十分な分解能を有している場合、ＬＮＡ４１１は、標準的な増幅器に置き換えることができる。さらに、検出信号Sensing_Sigが低雑音、低減衰である場合、ＬＮＡ４１１は、検出電極アレイの制御回路４１から省略することも可能である。

ダウンコンバージョン回路４１２は、増幅された検出信号Sensing_Sigを受信するか、又は直接検出信号Sensing_SigをＭＵＸ４２から受信する。ダウンコンバージョン回路４１２は、中波又は高周波の検出信号Sensing_Sigを低周波のダウンコンバート信号（実質的にＤＣ電圧信号）に変換する。ダウンコンバージョン回路４１２によって出力されるダウンコンバート信号は、積分器検出信号が積分器とサンプルホールド回路を経過した後の出力信号と同様であり、ダウンコンバート信号は実質的にＤＣ電圧信号である。

しかしながら、積分器と比較すると、ダウンコンバージョン回路４１２は、動作速度が速い。このため、タッチ制御検出システム４の動作速度を効果的に向上させることができる。換言すると、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、タッチ制御検出システム４はより速い動作速度を有する。さらに、ダウンコンバージョン回路４１２は、ダウンコンバート信号をフィルタし、増幅する、フィルタと増幅器を含んでもよい。

ダウンコンバージョン回路４１２は、ミキサー４１２１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１２２を含むことができる。ミキサー４１２１は、ＬＰＦ４１２２に接続されている。ミキサー４１２１は、増幅された検出信号Sensing_Sigを混合信号（mixed signal）に変換する。次に、ＬＰＦ４１２２は、ダウンコンバート信号を得るために混合信号をフィルタする。

さらに、前述のダウンコンバージョン回路４１２のミキサ４１２１は、対数増幅器に置き換えることができる。このような構成では、ＬＮＡ４６を削除することができ、ＭＵＸ４３はＬＮＡ４６に接続される必要がない。対数増幅器は、検出信号Sensing_Sigに対数動作を実行し、対数信号を得る（対数信号は、検出信号Sensing_Sigの倍の周波数を有する高周波信号、周波数がほぼゼロの低周波信号を含む）。次に、ＬＰＦ４１２２は、対数信号にローパスフィルタを実行し（倍の周波数を有する高周波が用いられる）、ダウンコンバート信号が得られる。

スイッチ４１３は、夫々対応する信号チャンネルに検出線のタウンコンバート信号を送信する。換言すると、次のＰＧＡ４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６は全てマルチ信号チャンネルを有しており、夫々の信号チャンネルは検出線に対応している。

ＰＧＡ４１４は、利得を調整することができる増幅器である。ＰＧＡ４１４は、夫々の信号チャンネルのダウンコンバート信号を増幅するために用いられる。夫々の信号チャンネルの利得は異なる。簡単に言うと、ＰＧＡ４１４は、ダウンコンバート信号（実質的にＤＣ電圧信号）のＤＣ電圧のレベルを調整し、調整されたダウンコンバート信号を強度−位相周波数変換器４１５に転送するものである。さらに、強度−位相周波数変換器４１５が十分な感度を有している場合、ＰＧＡ４１４は検出電極アレイの制御回路４１から省略してもよい。

強度−位相周波数変換器４１５は、夫々の信号チャンネルのダウンコンバート信号を位相周波数信号に変換する。位相周波数信号の位相、周波数又はこれらの組合せは、ダウンコンバート信号のレベルに応じて変化する。例えば、強度−位相周波数変換器４１５は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いることができる。入力されるダウンコンバート信号が高いレベルである場合、高い周波数を有する位相周波数信号が出力される。入力されるダウンコンバート信号が低いレベルである場合、低い周波数の位相周波数信号が生成される。

特に、強度−位相周波数変換器４１５は、ＶＣＯのみに限定されるものではない。例えば、強度−位相周波数変換器４１５は、位相変調器を用いることができる。入力されるダウンコンバート信号のレベルが高い場合、大きい位相の位相周波数信号が出力される。入力されるダウンコンバート信号のレベルが低い場合、小さい位相の位相周波数信号が生成される。強度−位相周波数変換器４１５は、位相及び周波数の両方を調整する位相周波数変調器を用いることも可能である。入力されるダウンコンバート信号のレベルが大きい場合、大きい位相、高い周波数の位相周波数信号が出力される。入力されるダウンコンバート信号のレベルが低い場合、小さい位相、低い周波数の位相周波数信号が生成される。

コミュニケーション理論（communication theory）によれば、信号レベルが伝送されるデータを示すために用いられる場合、伝送されるデータは雑音障害に起因して誤りになる傾向にある。この理由は、レベルが雑音障害によって容易に影響を受けるためである。しかしながら、信号の位相及び周波数が伝送されるデータを示すのに適用される場合、伝送されるデータは雑音障害に起因した誤りとなる可能性が低くなる。この理由は、位相及び周波数は雑音障害によって容易に影響を受けないからである。

検出電極アレイの制御回路４１はダウンコンバート信号に応じて位相周波数信号を生成する。位相周波数信号の位相、周波数又はこれらの組合せはダウンコンバート信号のレベルに応じて変化する。従って、接触領域に関する情報は、位相周波数信号の周波数、位相又はこれらの組合せによって表わされる。接触領域の情報を表わすのにサンプルホールド信号のレベルを用いる従来のタッチ制御検出システムと比較すると、タッチ制御検出システム４は高いＳＮＲを有する。

説明のために、ここでは強度−位相周波数変換器４１５がＶＣＯであるものとする。例えば、最も高い出力周波数Ｆ２と最も低い出力周波数Ｆ１の差が８ＭＨｚであるとする。雑音によって生じる周波数オフセットΔＦは、１２．３ＫＨｚである。

タッチパネル４４がユーザによってタッチされていない場合、ダウンコンバート信号のＤＣ電圧のレベルは高くなる。このため、ＶＣＯによって出力される位相周波数信号の周波数はＦ２となる。しかしながら、タッチパネル４４がユーザによってタッチされた場合、接触領域の検出線の検出信号は変化する。この変化は、ダウンコンバート信号のＤＣ電圧のレベルを落とす。このため、ＶＣＯは、Ｆ１の周波数を有する位相周波数信号を出力する。単純な計算によってＳＮＲは６５０に達する（ＳＮＲ＝（Ｆ２−Ｆ１）／ΔＦ）。

従って、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、検出電極アレイの制御回路４１を用いたタッチ制御検出システム４は、高いＳＮＲと早い動作スピードを有する。タッチ制御検出システム４は高いＳＮＲを有しているため、タッチパネル４４を中型又は大型化することができる。簡単にいうと、タッチパネル４４がタッチされると、ＶＣＯにより生成される位相周波数信号の周波数の変化は十分に大きく、雑音効果に対して脆弱ではない。従って、ＳＮＲが向上する。

位相周波数分析部４１６は、対応する検出線の対応する信号の大きさ（magnitude）を取得するために、夫々の位相周波数信号を分析する。計算処理部４７は、制御信号Control_Sig又はリセット信号Reset_Sigを生成し、夫々の信号の大きさに応じて夫々の検出線の信号変化を検出することによってタッチパネル４４上の接触領域を判定する。さらに、計算処理部４７は、接触領域の項目を選択する等、接触領域の対応するコマンドを実行することができる。

位相周波数分析部４１６は、強度−位相周波数変換器４１５の実施に応じて実施される。例えば、強度−位相周波数変換器４１５がＶＣＯである場合、位相周波数分析部４１６は単に周波数カウンタ又はより複雑な周波数弁別器を用いることができる。強度−位相周波数変換器４１５が位相変調器である場合、位相周波数分析部４１６は位相復調器を用いることができる。強度−位相周波数変換器４１５が位相周波数変調器である場合、位相周波数分析部４１６は位相周波数復調器を用いることができる。

位相周波数分析部４１６が単に周波数カウンタである場合、位相周波数信号の周波数が測定され、対応する検出線の信号の大きさが夫々の位相周波数信号に応じて取得される。

前述のスイッチ４１３は、検出電極アレイの制御回路４１から省略することができる。さらに、ＰＧＡ４１４、強度−位相周波数変換器４１５、位相周波数分析部４１６は、一つのみの信号チャンネルの信号を処理できるものであってもよい。このような構成では、位相周波数分析部４１６は、夫々の検出線の信号の大きさを順に計算処理部４７に伝送する。

要約すると、強度−位相周波数変換器４１５が低位相雑音を有しており、タッチ制御検出システム４が高いＳＮＲを有しているため、タッチ制御検出システム４は、ベースライン（baseline）のＤＡＣを必要としない。タッチパネル４４のサイズを中型又は大型にできる。さらに、強度−位相周波数変換器４１５のハードウエアコストは低く、製造コストを抑えることができる。

図５を参照すると、タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図が示される。

タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラス４８である場合、タッチ制御検出システム４の機能ブロック図は、タッチ制御検出システム５と等価である。一方、図４の駆動信号発生器４５は機能しない。従って、駆動信号発生器４５は、図５では示されていない。図５のタッチ制御検出システム５のタッチパネル４４の検出電極アレイは、例えば、検出線Ｓ１、Ｓ２、駆動線Ｄ１、Ｄ２を有しているが、本開示はこれに限定されない。

タッチパネル４４の駆動信号Driving_Sigは、アクティブスタイラス４８から供給される。接触領域の夫々の駆動線及び夫々の検出線は、夫々駆動信号DrvLine_Sig、検出信号Sensing_Sigを生成する。ＭＵＸ４２は、検出信号Sensing_S1、Sensing_S2を制御信号Control_Siに応じて異なる時間に順に検出電極アレイの制御回路４１に転送する。ＭＵＸ４３は、タッチパネル４４の駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2を異なる時間に検出電極アレイの制御回路４１に転送する。換言すると、検出電極アレイの制御回路４１は、駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2、検出信号Sensing_S1、Sensing_S2を異なる時間に受信する。

タッチパネル４４がアクティブスタイラス４８によりタッチされていない場合、駆動信号は存在しない。タッチパネル４４がアクティブスタイラス４８によりタッチされている場合、アクティブスタイラス４８は接触領域の駆動線に駆動信号Driving_Sigを供給し、フィールドカップリングに起因して検出線に対応する検出信号が生成される。駆動信号Driving_Sigが正弦波である場合、検出信号もまた実質的に正弦波信号である。このため、接触領域の検出線の検出信号、駆動線の駆動線信号は、ＬＮＡ４１１を経過した後、ダウンコンバージョン回路４１２によってダウンコンバート信号に変換される。ダウンコンバート信号がスイッチ４１３及びＰＧＡ４１４を通過した後、強度−位相周波数変換器４１５は、夫々のダウンコンバート信号に応じて対応する位相周波数信号を生成できる。

位相周波数分析部４１６は、検出信号、駆動線信から変換された位相周波数信号を受信し、夫々対応する検出線又は駆動線の信号の大きさを得るために、位相周波数信号を分析する。計算処理部４７は、信号の大きさに応じて夫々対応する検出線又は駆動線の信号変化を検出する。

タッチパネル４４がタッチされていない場合、検出線Ｓ１、Ｓ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2に応じて位相周波数信号が生成される。駆動線Ｄ１、Ｄ２の駆動線信号DrvLine_D1、DrvLine_D2は、高い周波数と大きい位相又はこれらの組合せを有する。

一方、接触領域が検出線Ｓ２と駆動線Ｄ２により交差した領域である場合、正弦波が駆動信号Driving_Sigに応じて検出線Ｓ２に誘導され、駆動線Ｄ２は駆動線信号DrvLine_D2を生成するために駆動信号Driving_Sigを受信する。このため、駆動線Ｄ２の駆動線信号DrvLine_D2及び検出線Ｓ２の検出信号Sensing_S2は正弦波である。従って、駆動線信号DrvLine_D2及び検出信号Sensing_S2に応じて生成される位相周波数信号は、低い周波数、小さい位相又はこれらの組合せである。そして、計算処理部４７は、検出線Ｓ２と駆動線Ｄ２により交差する領域を接触領域として判定できる。

さらに、タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスの場合、強度−位相周波数変換器４１５がダウンコンバート信号に応じて位相周波数信号を生成する方法は、タッチパネルに接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスの場合と反対である。詳細には、ダウンコンバート信号が大きい場合、強度−位相周波数変換器４１５によって生成される位相周波数信号は、低い周波数、小さい位相、またはこれらの組合せであり、逆の場合も同様である。このため、計算処理部４７が接触領域を検出する方法は変える必要がない。しかしながら、実施の形態は、本開示に限定されない。他の実施の形態では、強度−位相周波数変換器４１５が位相周波数信号を生成する方法は異ならず、タッチパネルに接触するのに用いられる手段に依存する。また、このような場合、計算処理部４７はが接触領域を検出する方法は変更される。

図６を参照すると、タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス（passive stylus）又はユーザの指である場合の本開示の実施の形態に係るタッチ制御検出システムの等価機能ブロック図が示される。タッチパネルに接触する手段がパッシブスタイラス又はユーザの指である場合、タッチ制御検出システム４は、図６のタッチ制御検出システム６と等価となる。図６のタッチ制御検出システム６のタッチパネル４４の検出電極アレイは、例えば、検出線Ｓ、Ｓ２、駆動線Ｄ１、ｄ２を用いている。このため、ＭＵＸ４３は、駆動信号Driving_D1、Driving_D2を出力する。駆動信号Driving_D1、Driving_D2は、夫々時間Ｔ１、Ｔ２の正弦波である。

タッチパネル４４がタッチされていない場合、検出線Ｓ１、Ｓ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2は、時間Ｔ１、Ｔ２の正弦波である。このとき、時間Ｔ１、Ｔ２の検出信号Sensing_S1、Sensing_S2に応じて生成される２つの位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せを有する。

接触領域が検出線Ｓ１と駆動線Ｄ２との交差領域である場合、検出線Ｓ２の検出信号Sensing_S2は時間Ｔ１、Ｔ２で正弦波であり、検出線Ｓ１の検出信号Sensing_S1は、時間Ｔ１で正弦波である。このとき、時間Ｔ１、Ｔ２での検出信号Sensing_S2に応じて生成される位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せである。また、時間Ｔ１での検出信号Sensing_S1に応じて生成される位相周波数信号は、高い周波数、大きい位相又はこれらの組合せである。位相周波数分析部４１６は、周波数が低くなるか、位相が小さくなるか、又はこれらの両方が発生するかを検出する。計算処理部４７は、その後、検出線Ｓ１と駆動線Ｄ２による交差領域を接触領域として判定する。

図７を参照すると、本開示の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法を示すフローチャートが示される。図７の検出電極アレイの制御方法は、デュアルオペレーションモードのタッチ制御検出システムに適用可能である。提案されたタッチ制御検出システムにおいてタッチパネルに接触するのに用いられる手段は、ユーザの指、パッシブスタイラス、アクティブスタイラスを用いることができる。

初めに、ステップＳ９１において、タッチパネルに接触する手段が判定される。当該手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、ステップＳ９２が実行される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、ステップＳ９３が実行される。

ステップＳ９２では、図８の検出電極アレイの制御方法の全てのステップが実行される。ステップＳ９３では、図９の検出電極アレイの制御方法の全てのステップが実行される。ステップＳ９１では、例えば、物理的なキースイッチによって実現されうる。換言すると、ユーザは、手動で物理的なキーを操作して、タッチパネルに接触するのに用いられるタッチ手段のタイプを切り替えることができる。しかしながら、本開示はこれに限定されない。

図８を参照すると、本開示の一実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９２の詳細なステップを示すフローチャートが示される。タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給しないユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、タッチ制御検出システムの駆動信号発生器が複数の駆動信号をタッチパネルの複数の駆動線に供給する。

まず、ステップＳ７１において、検出線の検出信号が受信される。次に、ステップＳ７２において、実質的にＤＣ電圧信号であるダウンコンバート信号を得るために検出信号がダウンコンバートされる。特に、ステップＳ７２の前に、検出信号は、ダウンコンバート信号を得るためにダウンコンバートされる前に低雑音増幅されてもよい。

次に、ステップＳ７３において、ダウンコンバート信号に応じて位相周波数信号が生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、又はこれらの組合せは、対応するダウンコンバート信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ７３の前に、ダウンコンバート信号は、個別に増幅されたダウンコンバート信号を生成するために増幅されてもよい。ステップＳ７３において、位相周波数信号は、増幅されたダウンコンバート信号に応じて生成される。

そして、ステップＳ７４において、夫々の位相周波数信号が対応する検出線の信号の大きさを得るために分析される。

図９を参照すると、本開示の一実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法において、ステップＳ９３の詳細なステップを示すフローチャートが示される。タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給することが可能なアクティブスタイラスである場合、アクティブスタイラスは、タッチ制御検出システムのタッチパネルに駆動信号を供給する。

まず、ステップＳ８１において、検出線の検出信号及び駆動線の駆動線信号が受信される。次に、ステップＳ８２において、検出信号と駆動線信号が、実質的にＤＣ電圧信号であるダウンコンバート信号を得るためにダウンコンバートされる。特に、ステップＳ８２に先立って、検出信号と駆動線信号は、ダウンコンバート信号を得るためにダウンコンバートされる前に低雑音増幅されてもよい。

次に、ステップＳ８３において、ダウンコンバート信号に応じて位相周波数信号が生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、又はこれらの組合せは、対応するダウンコンバート信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ８３に先立って、ダウンコンバート信号は、個別に増幅されたダウンコンバート信号を生成するために増幅されてもよい。そして、ステップＳ８３において、位相周波数信号は、増幅されたダウンコンバート信号に応じて生成される。そして、ステップＳ８４において、夫々の位相周波数信号は、対応する検出線又は駆動線の信号の大きさを得るために分析される。

図１０を参照すると、本開示の他の実施の形態に係る検出電極アレイの制御方法のフローチャートが示される。図１０の検出電極アレイの制御方法は、デュアルオペレーションモードのタッチ制御検出システムに適用可能である。タッチパネルに接触するのに用いられる手段は、ユーザの指、パッシブスタイラス、アクティブスタイラスである。

最初に、ステップＳ１０１において、検出線の検出信号が受信される。次に、ステップＳ１０２において、タッチパネルに接触する手段のタイプが判定される。タッチパネルに接触する手段がアクティブスタイラスである場合、ステップＳ１０３が実行される。タッチパネルに接触する手段がユーザの指又はパッシブスタイラスである場合、ステップＳ１０４が実行される。ステップＳ１０２では動作周波数及び／又は駆動信号の振幅が検出され、タッチパネルに接触する手段のタイプが判定される。例えば、アクティブスタイラスから供給される駆動信号の周波数が１ＭＨｚである場合、駆動信号発生器は２５０ＫＨｚである。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。

ステップＳ１０３では、駆動線の駆動線信号が受信され、ダウンコンバート信号を得るために駆動線の駆動線信号がダウンコンバートされる。特に、ステップＳ１０３に先立って、ダウンコンバート信号に変換される前に、駆動線信号は低雑音増幅されてもよい。

ステップＳ１０４では、ダウンコンバート信号を得るために、検出線の検出信号がダウンコンバートされる。同様に、ステップＳ１０４に先立って、ダウンコンバート信号を得るためにダウンコンバートされる前に、検出信号は強低雑音増幅されてもよい。

ステップＳ１０５では、位相周波数信号がダウンコンバート信号に応じて生成される。夫々の位相周波数信号の位相、周波数、これらの組み合わせは、対応するダウンコンバート信号のＤＣ電圧レベルに応じて変化する。ステップＳ１０５に先立って、増幅されたダウンコンバート信号を得るために、ダウンコンバート信号は個別に増幅されうる。このため、ステップＳ１０５では、位相周波数信号は、増幅されたダウンコンバート信号に応じて生成されうる。

そして、ステップＳ１０６では、対応する検出（又は駆動）線の信号の大きさを得るために、夫々の位相周波数信号が分析される。

上記の説明を要約すると、従来のタッチ制御検出システムと比較すると、本開示の検出電極アレイの制御回路を用いたタッチ制御検出システムは、高いＳＮＲを有し、積分器を必要としないため、タッチ制御検出システムは早い動作速度を備える。さらに、検出電極アレイの制御回路を用いたタッチ検出システムは、ベースラインにＤＡＣを必要としない。このため、ＳＮＲが向上し、タッチパネルのサイズを中型又は大型にすることができる。

上記の説明は、単に本開示の好ましい実施の形態を説明するものであり、本開示の特徴は決してこれに限定されるものではない。当業者によって便宜的に考慮された全ての変更、交代、改良は、後述の特許請求の範囲によって示される開示のスコープ内に包含されるとみなされる。

４ タッチ制御検出システム
４１ 制御回路
４２ ＭＵＸ
４３ ＭＵＸ
４４ タッチパネル
４５ 駆動信号発生器
４６ ＬＮＡ
４７ 計算処理部
４８ アクティブスタイラス
４１１ ＬＮＡ
４１２ ダウンコンバージョン回路
４１３ スイッチ
４１４ ＰＧＡ
４１５ 強度−位相周波数変換器
４１６ 位相周波数分析部
４１２１ ミキサ
４１２２ ＬＰＦ

Claims (3)

1. 検出電極アレイを含むタッチパネルと、
   前記検出電極アレイの制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記検出電極アレイの夫々の検出線の検出信号をダウンコンバートし、ダウンコンバート信号を取得するダウンコンバージョン回路と、
   前記ダウンコンバート信号に基づいて、位相周波数信号を生成する強度−位相周波数変換器と、
   前記位相周波数信号の周波数又は位相に基づいて対応する前記検出線の信号の大きさを取得する位相周波数分析部と、
   を有し、
   前記ダウンコンバート信号は、実質的に直流電圧信号であり、
   前記位相周波数信号の少なくとも周波数又は位相は、前記ダウンコンバート信号のレベルに関連し、
   前記位相周波数分析部により生成された信号の大きさに基づいて、前記検出線の信号の変化を決定するマイクロコントロールユニットをさらに備え、
   前記検出電極アレイの制御回路は、複数の動作モードを有するタッチ制御検出システムに適用され、
   前記マイクロコントロールユニットは、前記タッチパネルに接触する手段が駆動信号を供給するアクティブスタイラスであるか、ユーザの指又はパッシブスタイラスであるかを判定し、
   前記タッチパネルに接触する手段が前記ユーザの指又は前記パッシブスタイラスである場合、前記マイクロコントロールユニットは、前記タッチパネルの複数の駆動線に複数の駆動信号を供給し、前記タッチパネルに接触する手段が前記アクティブスタイラスである場合、前記マイクロコントロールユニットは駆動信号を供給せず、前記ダウンコンバージョン回路は夫々の前記駆動線の駆動線信号をダウンコンバートし、対応する前記ダウンコンバート信号を取得する、
   タッチ制御検出システム。
2. 前記ダウンコンバージョン回路は、
   前記検出信号と駆動信号を混合し、混合信号を取得するミキサと、
   前記混合信号をフィルタリングし、前記ダウンコンバート信号を生成するローパスフィルタと、
   をさらに備える請求項１に記載のタッチ制御検出システム。
3. 前記ダウンコンバージョン回路は、
   前記検出信号に対数演算を実行し、対数信号を取得する対数増幅器と、
   前記対数信号をフィルタリングし、前記ダウンコンバート信号を生成するローパスフィルタと、
   をさらに備える請求項１に記載のタッチ制御検出システム。

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