JP5740411B2 - 投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法、投影型静電容量式タッチパネルの走査のための記憶媒体及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量式タッチパネルに関し、特に、投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法、投影型静電容量式タッチパネルの走査のための記憶媒体及び装置に関する。

静電容量式タッチパネルは、異なる構造に応じて異なる動作原理を有する投影型静電容量式タッチパネルと表面型静電容量式タッチパネルに分類される。図１は、従来の投影型静電容量式タッチスクリーンの分解図である。タッチスクリーン１は、保護層１１、基板１２、投影型静電容量式タッチパネル１３、制御装置１４を含む。保護層１１は、一般に透明であり、投影型静電容量式タッチパネル１３の一方の面上に配置されている。これらは、投影型静電容量式タッチパネル１３の他の面が基板１２に対面するように、基板１２上に配置されている。制御装置１４は、投影型静電容量式タッチパネル１３を駆動するために、投影型静電容量式タッチパネル１３に電気的に接続されている。

図２は、従来の投影型静電容量式タッチパネルの上部平面図である。図２に示すように、投影型静電容量式タッチパネル１３は、直交して配置された導電電極の２つの層を含む。導電電極の一方の層は、（ｘ軸として定義される）第１軸に沿って平行に配置されたＭ（Ｍ≧１）の第１軸電極を含む。導電電極の他の層は、（ｙ軸として定義される）第２軸に沿って平行に配置されたＮ（Ｎ≧１）の第２軸電極を含む。直交して配置され、互いに絶縁された２層の導電電極は、Ｍ×Ｎの交点を有する電極マトリックスを形成する。

タッチパネルが動作すると、例えばグランドに対して測定されるＭ＋Ｎの電極の自己容量が存在する。また、第１軸電極と第２軸電極の間の交点に形成されるＭ×Ｎの相互容量も存在する。例えば人間の指やデジタルペン等の導体によりタッチパネルがタッチされた場合、接触領域の自己容量と相互容量は変化する。自己容量と相互容量の変化を検出し、これに続く演算によって、タッチスクリーン上のタッチポイントの位置が決定される。

従来のタッチポイントの位置を決定する方法は、電極マトリックスの交点の位置がタッチスクリーン上の位置を決定できるという事実に基づいて、すべてのＭ×Ｎの容量を走査するものである。タッチスクリーンのサイズが大きくなると、電極マトリックスを走査する時間は、走査精度を保証するのに応じて長くなる。４２インチのタッチパネルを例にとると、Ｍが１７０、Ｎが１００、夫々の容量の走査時間が３０μｓであるとすると、電極マトリックスを走査する時間は、１７０×１００×３０μｓ＝０．５１ｓである。すなわち、走査周波数は、１／０．５１＝１．９６である。これは、非常に低い走査周波数であり、タッチポイントの決定に遅延を引き起こす。また、マルチポイントタッチパネルの場合、さらに悪くなり、タッチポイントの喪失につながる可能性がある。

このため、上述した従来の方法の欠点を解決する、投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法を提供することが望まれている。

一態様において、投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法は、Ａ．第１軸に沿って配置された夫々の第１軸電極、第２軸に沿って配置された夫々の第２軸電極を制御装置により走査し、自己容量が変化した第１軸電極と第２軸電極を取得し、Ｂ．自己容量が変化した前記第１軸電極と前記第２軸電極間の夫々の交点の相互容量を検出し、相互容量が変化したか否かを判定し、相互容量が変化した領域を接触領域とする。上述の方法を実行する命令を格納する記憶媒体、上述の方法を実行する装置もまた提供される。

このように、自己容量と相互容量の検出を組み合わせることによって、本発明の方法は、走査時間を大きく削減することができ、走査周波数を向上でき、大型のタッチパネルの走査精度もまた保証される。

従来の投影型静電容量式タッチスクリーンの分解図である。 従来の投影型静電容量式タッチパネルの平面図である。 本発明の制御装置に接続された投影型静電容量式タッチパネルを示す図である。 本発明の第１軸に沿った第１軸電極の自己容量の走査を説明する図である。 本発明の第２軸に沿った第２軸電極の自己容量の走査を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル上のシングルタッチを示す図である。 本発明の好ましい実施の形態に係るタッチパネル上のシングルタッチの平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルのダブルタッチを示す図である。 図８の電極の１つを示す図である。 図８の接触領域及びゴースト領域を示す図である。

本発明の詳細な説明が以下の実施の形態で説明されるが、本発明の範囲を制限することを目的とするものではなく、さらに他の応用に適用されうる。図面が詳細に説明されるが、構成要素が明示的に限定された量である場合を除き、開示された構成要素の量は開示よりも多い又は少ないことが理解される。

本発明の方法は、図３に示される投影型静電容量式タッチパネル１３、制御装置１４を含むタッチスクリーンによって実行される。制御装置１４は、投影型静電容量式タッチパネル１３に電気的に接続されており、投影型静電容量式タッチパネル１３を駆動する。投影型静電容量式タッチパネル１３は、（ｘ軸として定義される）第１軸に沿って平行に配置されたＭ（Ｍ≧１）の第１軸電極、（ｙ軸として定義される）第２軸に沿って平行に配置されたＮ（Ｎ≧１）の第２軸電極を含む。第１軸と第２軸は互いに直行する。グランドに対して測定されるＭ＋Ｎの自己容量が存在する。また、第１軸電極と第２軸電極との間の交点に形成されるＭ×Ｎの相互容量が存在する。

投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法は、以下のステップを含む。
Ａ．第１軸電極と第２軸電極の自己容量変化を取得するために、夫々の第１軸電極、夫々の第２軸電極を走査する。
Ｂ．自己容量が変化した第１軸電極、第２軸電極間の夫々の交点の相互容量を検出し、相互容量が変化したかを判定し、相互容量が変化した領域を接触領域とする。

図６は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル上のシングルタッチ（single touch）を示す。シングルタッチは、接触領域１３３を通過する第１軸電極、第２軸電極に影響を及ぼす。いくつかの実施の形態では、第１軸電極と第２軸電極の幅は接触領域１３３よりも広く、シングルタッチが１つの第１軸電極と１つの第２軸電極のみに含まれることがある。シングルタッチの場合に、上述したステップＡに従って第１軸電極と第２軸電極の自己容量の変化が検出されると、タッチポイントの位置は、第１軸電極のｘ座標（Ｘｉ、１≦ｉ≦Ｍ）、第２軸電極のｙ座標（Ｙｊ、１≦ｊ≦Ｎ）を取得することによって決定される。第１軸電極と第２軸電極間の交点の相互容量は、さらに１つのタッチポイントのみを有する接触領域の位置を確認するために検出される。

他の実施の形態では、接触領域は電極の幅よりも通常広い。図７は、本発明の好ましい実施の形態に係るタッチパネル上のシングルタッチの平面図である。電極の幅は接触領域１３４の半分であり、シングルタッチの接触領域１３４は、接触領域１３４を通過する２つの第１軸電極、２つの第２軸電極に影響を及ぼす。接触領域内に位置する異なる座標を有する４つの交点が存在し、４つの交点の座標に応じて重心を算出することができる。接触に関連する第１軸電極のｘ座標をＸｉ、Ｘｉ＋１（１≦ｉ≦Ｍ−１）とし、接触された第１軸電極の電圧差を夫々Ｕｉ、Ｕｉ＋１（１≦ｉ≦Ｍ−１）とし、接触に関連する第２軸電極のｙ座標をＹｊ、Ｙｊ＋１（１≦ｊ≦Ｎ−１）とし、接触された第２軸電極の電圧差を夫々Ｕｊ、Ｕｊ＋１（１≦ｊ≦Ｎ−１）とする。重心のｘ座標は、Ｘ＝（Ｘｉ×Ｕｉ＋Ｘｉ＋１×Ｕｉ＋１）／（Ｕｉ＋Ｕｉ＋１）となり、重心のｙ座標は、Ｙ＝（Ｙｊ×Ｕｊ＋Ｙｊ＋１×Ｕｊ＋１）／（Ｕｊ＋Ｕｊ＋１）となる。そして、タッチポイントの位置が重心（Ｘ、Ｙ）によって決定される。他の実施の形態において、シングルタッチは、２つのより多い第１軸電極又は２つより多い第２軸電極上に含まれ、重心の算出方法は上述の方法と同様である。

より複雑な状況では、１より多い接触領域が存在する。１の接触領域より多い接触は、実際にはタッチされておらず、単に理論的な算出結果であるゴースト領域の形成につながる。ゴースト領域が除かれていない場合、これらはこれに続く処理において実際の接触領域とみなされ、最終的に偽の位置となる。図８は、本発明の好ましい実施の形態に係るタッチパネルのダブルタッチ（double touch）を示す図である。接触に関連する第１軸電極と第２軸電極は、（図９に示される）１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄの４つの領域にグループ化された交点を形成する。領域１３５ａ、１３５ｂは接触領域であり、領域１３５ｃ、１３５ｄはゴースト領域である（図１０に示される）。ゴースト領域は、第１軸電極と第２軸電極の自己容量の変化を決定することによってのみでは見分けられないので、ステップＢに従って、接触領域１３５ａ、１３５ｂを決定するために領域１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄの交点の相互容量がさらに検出される。そして、タッチポイントは、接触領域の重心を算出することによって容易に決定される。

上述の実施の形態によれば、走査期間において接触領域を得るため、従来のＭ×Ｎ回と比較して、Ｍ＋Ｎ＋（ｐ１×ｐ２）回の走査が必要である。ここで、Ｍ、Ｎは夫々第１軸電極と第２軸電極の数であり、ｐ１、ｐ２は接触に関連する第１軸電極、第２軸電極の数である。Ｍ、Ｎが２よりも非常に大きく、ｐ１、ｐ２が非常に小さい場合、Ｍ×ＮはＭ＋ＮＬ（ｐ１＋ｐ２）よりも非常に大きい。２つの第１軸電極と２つの第２軸電極が含まれる接触の場合において、Ｍ、Ｎがいずれも４よりも大きい場合、Ｍ×ＮはＭ＋Ｎ＋２×２よりも大きい。さらに、接触が１０の第１軸電極と１０の第２軸電極を含む場合（この数は、一般にマルチタッチシステムがサポートしうる最大数である）、Ｍ、Ｎは大抵のタッチパネルアプリケーションにおいて、いずれも１１よりも非常に大きく、Ｍ×Ｎは、Ｍ＋Ｎ＋１０×１０よりも非常に大きい。

１７０の第１軸電極と１００の第２軸電極を有する４２インチのタッチスクリーンを例にとると、演算が以下に詳細に説明される。図６を参照すると、シングルタッチの場合、１つの第１軸電極と１つの第２軸電極のみがタッチされ、１７０の第１軸電極、１００の第２軸電極の走査により、自己容量が変化した第１軸電極、第２軸電極が即座に得られ、タッチポイントとなる１つの交点１３３が得られる。
夫々の走査が３０μｓかかる条件では、走査期間における合計の走査時間は（１７０＋１００）×３０μｓ＋１×１×３０μｓ＝８．１３ｍｓであり、走査周波数は従来の１．９６フレーム／秒よりも非常に大きい１２３フレーム／秒である。図８を参照すると、ダブルタッチの場合において、夫々の接触が１つの第１軸電極、１つの第２軸電極のみが接触される場合、２つの第１軸電極（１３１ａ、１３１ｂ）、２つの第２軸電極（１３２ａ、１３２ｂ）が検出される。ステップＢに従って４つの交点の相互容量が検出される。走査期間における合計の走査時間は、（１７０＋１００）×３０μｓ＋２×２×３０μｓ＝８．２２ｍｓであり、走査周波数は従来の１．９６フレーム／秒よりも非常に大きい１２１フレーム／秒である。

本発明の投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法では、走査時間を大幅に削減することができ、走査周波数を増加させることができ、さらに大型のタッチパネルにおける走査精度もまた保証される。

ステップＡに従って自己容量が変化した第１軸電極と第２軸電極を得る処理は、以下のような詳細なステップを含む。夫々の第１軸電極、第２軸電極の現在の自己容量をプリセットされた参照自己容量と比較する。現在の自己容量がプリセットされた条件を満たす第１軸電極、第２軸電極を得る。

電極（第１軸電極又は第２軸電極）をプリセットされた容量まで充電し、参照容量を当該参照容量を充電するために電極に接続することによって、電極は放電され、その電圧が減少する。電圧がプリセットされた電圧値まで減少する時間が測定され、電極の自己容量を示すのに用いられる。

図４は、本発明の第１軸に沿った第１軸電極の自己容量の走査を説明する。制御装置１４は、第１軸（ｘ軸）に沿って配置された夫々の第１軸電極を充電し、その後、夫々の第１軸電極を、夫々の第１軸電極に夫々接続された参照容量に放電する。第１軸電極の放電処理が完了したとき、第１軸電極の現在の自己容量を算出することができる。図５は、本発明の第２軸に沿った第２軸電極の自己容量の走査を説明する。第２軸電極の現在の自己容量は、同様の方法で得ることができる。

夫々の第１軸電極、第２軸電極のプリセットされた参照自己容量の設定には２つの方法がある。１つ目の方法は、制御装置１４に実験値を直接書き込む方法である。２つ目の方法は、繰り返しの第１軸電極又は第２軸電極の初期化走査から得られる複数の初期の自己容量の平均値を得るものである。夫々の電極は、プリセットされた参照自己容量を有しているため、Ｍ＋Ｎの参照自己容量が存在する。

初期化走査は、以下を含む。第１軸電極又は第２軸電極を充電し、第１軸電極又は第２軸電極に接続された参照容量を放電し、放電処理が完了したときの放電時間に応じて第１軸電極又は第２軸電極の初期の自己容量を得る。

相互容量が変化したかを決定する処理は以下を含む。夫々の交点の現在の相互容量を当該交点におけるプリセットされた参照相互容量と比較し、プリセットされた条件を満たす現在の相互容量を得る。

交点における参照相互容量を設定する２つの方法が存在する。１つ目の方法は、制御装置１４に実験値を直接書き込む方法である。２つ目の方法は、繰り返しの交点の初期化走査から得られる複数の初期の相互容量の平均値を得るものである。夫々の交点に参照相互容量が存在するため、全体としてＭ×Ｎのプリセットされた参照相互容量が存在する。

初期化走査は、以下を含む。夫々の第２軸電極を充電する。第１軸電極に誘導される電荷を収集する。電荷を電圧値に変換する。それにより、夫々の交点における初期の相互容量を得る。他の実施の形態では、第１軸電極がまず充電される。

自己容量又は相互容量は、タッチによってのみ引き起こされるものではなく、例えば、電極の不十分な充電等、多くの状況で変化する。実際の接触又は他の事象によって引き起こされる容量変化を識別するために、現在の自己容量又は現在の相互容量の変化がプリセットされた条件を満たさなくてはならない。一般的に、プリセットされた条件は、プリセット閾値により規定される。自己容量を検出するために、自己容量とプリセットされた参照自己容量の差は、対応するプリセット閾値よりも大きくなければならない。この条件が満たされたとき、電極への接触を確認することができる。同様に、相互容量変化を検出するために、交点における現在の相互容量と参照相互容量の差が、他の対応するプリセット閾値よりも大きくなければならない。この条件が満たされたとき、交点への接触を確認することができる。

記憶容量も同様に提供される。記憶容量は、一連の命令を記憶するのに用いられる。一連の命令は、投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法を実行する処理装置によって実行されうる。その方法は、以下からなる。
Ａ．第１軸に沿って配置された夫々の第１軸電極、第２軸に沿って配置された夫々の第２軸電極を走査し、自己容量が変化した第１軸電極、第２軸電極を取得する。
Ｂ．自己容量が変化した第１軸電極、第２軸電極間の夫々の交点の相互容量を検出し、相互容量が変化したかを判定し、相互容量が変化した領域を接触領域とする。

投影型静電容量式タッチパネルを走査するシステムもまた提供される。このシステムは、走査モジュール、制御モジュールを含む。走査モジュールは、第１軸電極、第２軸電極の自己容量を検出するのに用いられる。制御モジュールは、自己容量が変化したかを判定し、第１軸電極と第２軸電極の自己容量が変化したときに、第１軸電極と第２軸電極間の交点における相互容量を検出し、相互容量が変化した交点によって規定される接触領域を決定するために、走査モジュールを制御するのに用いられる。

本発明は、構造的特徴及び／又は方法的動作に特有の言語で説明されたが、添付の特許請求の範囲で規定される発明が説明した特定の特徴又は動作に限定されるわけではないことが理解される。正確に言うと、特定の特徴及び動作は、クレームされた発明を実現する実施例の形態として開示される。

Claims (12)

1. Ａ．第１軸に沿って配置された夫々の第１軸電極、第２軸に沿って配置された夫々の第２軸電極を制御装置により走査し、自己容量が変化した第１軸電極と第２軸電極を取得し、
   Ｂ．自己容量が変化した前記第１軸電極と前記第２軸電極間の夫々の交点の相互容量を検出し、相互容量が変化したか否かを判定し、相互容量が変化した領域を接触領域とし、
   相互容量が変化したかを判定する処理は、
   夫々の交点の現在の相互容量をプリセットされた参照相互容量と比較し、
   前記現在の相互容量がプリセットされた条件を満たす領域を取得する、
   前記現在の相互容量を取得する処理は、
   自己容量が変化した夫々の第２軸電極を充電し、
   前記第１軸電極に誘導された電荷を集め、当該電荷を電圧値に変換し、夫々の交点における前記現在の相互容量を得る、
   夫々の前記交点における前記プリセットされた参照相互容量は、繰り返しの交点の初期化走査から得られる複数の初期相互容量の平均値である、
   投影型静電容量式タッチパネルの走査方法。
2. ステップＡによる自己容量が変化した前記第１軸電極と前記第２軸電極を取得する処理は、
   夫々の第１軸電極、第２軸電極の現在の自己容量をプリセットされた参照自己容量と比較し、
   前記現在の自己容量がプリセットされた条件を満たす第１軸電極、第２軸電極を取得する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記現在の自己容量を取得する処理は、
   夫々の第１軸電極、第２軸電極を充電し、
   夫々の第１軸電極、第２軸電極を、第１軸電極又は第２軸電極に対応して接続された参照容量に放電し、
   前記放電処理が完了したときに前記第１軸電極又は第２軸電極の現在の自己容量を取得する、
   請求項２に記載の方法。
4. 夫々の前記第１軸電極、前記第２軸電極のプリセットされた前記参照自己容量は、繰り返しの前記第１軸電極又は前記第２軸電極の初期化走査から得られる複数の初期自己容量の値の平均である請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記前記第１軸電極又は前記第２軸電極の初期化走査は、
   前記第１軸電極又は前記第２軸電極を充電し、
   前記第１軸電極又は前記第２軸電極を、前記第１軸電極又は前記第２軸電極に対応して接続された参照容量に放電し、
   前記放電処理が完了したときに前記第１軸電極又は前記第２軸電極の前記初期自己容量を取得する、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記プリセットされた条件は、前記自己容量と前記プリセットされた参照自己容量の差が所定の閾値よりも大きい条件である、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記交点の初期化走査は、
   夫々の前記第２軸電極を充電し、
   前記第１軸電極に誘導される電荷を集め、前記電荷を電圧値に変換し、
   夫々の前記交点の初期相互容量を得る、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. プリセットされた条件は、交点における現在の相互容量と参照相互容量の差がプリセット閾値よりも大きい請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記接触領域の重心をさらに算出する請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記第１軸電極又は前記第２軸電極の自己容量が変化しない場合、ステップＡを繰り返す請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. Ａ．第１軸に沿って配置された夫々の第１軸電極、第２軸に沿って配置された夫々の第２軸電極を走査し、自己容量が変化した第１軸電極、第２軸電極を取得し、
    Ｂ．自己容量が変化した第１軸電極、第２軸電極間の夫々の交点の相互容量を検出し、相互容量が変化したかを判定し、相互容量が変化した領域を接触領域とする、
    相互容量が変化したかを判定する処理は、
    夫々の交点の現在の相互容量をプリセットされた参照相互容量と比較し、
    前記現在の相互容量がプリセットされた条件を満たす領域を取得する、
    前記現在の相互容量を取得する処理は、
    自己容量が変化した夫々の第２軸電極を充電し、
    前記第１軸電極に誘導された電荷を集め、当該電荷を電圧値に変換し、夫々の交点における前記現在の相互容量を得る、
    夫々の前記交点における前記プリセットされた参照相互容量は、繰り返しの交点の初期化走査から得られる複数の初期相互容量の平均値である、
    投影型静電容量式タッチパネルを走査する方法を実行する処理装置によって実行される一連の命令を格納する記憶媒体。
12. 第１軸電極、第２軸電極の自己容量を検出する走査モジュールと、
    自己容量が変化したかを判定し、第１軸電極と第２軸電極の自己容量が変化したときに、第１軸電極と第２軸電極間の交点における相互容量を検出し、相互容量が変化したかを判定し、相互容量が変化した交点によって規定される接触領域を決定するために、走査モジュールを制御する制御モジュールと、を備え、
    相互容量が変化したかを判定する処理は、
    夫々の交点の現在の相互容量をプリセットされた参照相互容量と比較し、
    前記現在の相互容量がプリセットされた条件を満たす領域を取得する、
    前記現在の相互容量を取得する処理は、
    自己容量が変化した夫々の第２軸電極を充電し、
    前記第１軸電極に誘導された電荷を集め、当該電荷を電圧値に変換し、夫々の交点における前記現在の相互容量を得る、
    夫々の前記交点における前記プリセットされた参照相互容量は、繰り返しの交点の初期化走査から得られる複数の初期相互容量の平均値である、
    投影型静電容量式タッチパネルを走査するシステム。

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