JP5826971B2 - スタイラスペン、タッチパネルシステム、および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、スタイラスペン、ならびに、スタイラスペンを備えたタッチパネルシステムおよび電子機器に関する。
タッチパネルシステムは、PC(Personal Computer)、携帯端末、およびタブレット等の様々な電子機器において、広く利用されている。
タッチパネルシステムにおいては、ユーザが自身の指またはタッチペンを、タッチパネルへ接触させることにより、タッチパネルへの入力操作が行われる。静電容量方式のタッチパネルシステムでは、ユーザの指またはタッチペンがタッチパネルに接触することによって生じた、タッチパネルにおける静電容量の変化が検出され、タッチパネルにおいて静電容量の変化が生じた位置が、タッチパネルに対する入力位置として認識される。
近年、信号を出力する機能を備えたタッチペンとして、アクティブスタイラス(ActiveStylus)等の様々なスタイラスペンが開発されている。これらのスタイラスペンを、タッチパネルシステムに適用することにより、タッチパネルシステムのさらなる高性能化が期待されている。
特許文献1には、複数のスタイラスペン(電子ペン)によってタッチパネルへの入力が与えられた場合に、個々のタッチ位置を精度良く検出することが可能なタッチパネルシステムが開示されている。
特許文献1に開示されているタッチパネルシステムは、タッチパネルコントローラによって、タッチパネルの信号線を順次選択して駆動する、逐次駆動方式のタッチパネルシステムに対応した構成である。
そして、上記タッチパネルシステムによれば、タッチパネルコントローラが送信したペン同期信号をスタイラスペンが検出するのに応じて、スタイラスペンはペン識別信号を送出する。
近年、複数の第1信号線と複数の第2信号線との交点にそれぞれ形成される複数の静電容量を有するタッチパネル上をタッチするスタイラスペンのペン先を駆動して、タッチパネル上のスタイラスペンの位置を検出する技術が注目されている。
そして、前記第1信号線と前記第2信号線とを交互に駆動する静電容量方式のタッチパネルコントローラに当該技術を適用し、タッチパネルシステムを高性能化したいという要望が存在する。
スタイラスペンとタッチパネルコントローラとを有線によって接続し、スタイラスペンのペン先をタッチパネルコントローラにより有線によって駆動する構成も考えられるが、操作性の観点から、無線によりスタイラスペンのペン先を駆動する構成の要望が強い。このため、タッチパネルコントローラの第1、第2信号線の駆動動作とスタイラスペンのペン先の駆動動作とを同期させる同期回路と、スタイラスペンのペン先を駆動する駆動回路とをスタイラスペンに設ける構成が考えられる。
しかしながら、実際には、タッチパネルコントローラのクロック信号の周期と、スタイラスペンのクロック信号の周期との間の偏差に起因して、上記タッチパネルコントローラの第1、第2信号線の駆動動作とスタイラスペンのペン先の駆動動作との同期がずれるという問題がある。
上記特許文献1は、タッチパネルコントローラのクロック信号の周期と、スタイラスペンのクロック信号の周期との間の偏差に起因する、タッチパネルコントローラの第1、第2信号線の駆動動作と、スタイラスペンのペン先の駆動動作との間における同期ずれを補正する構成については、教示も示唆もしていない。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、タッチパネルコントローラの第1、第2信号線の駆動動作と、スタイラスペンのペン先の駆動動作との間における同期ずれを補正することが可能なスタイラスペンを提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスタイラスペンは、タッチパネルにタッチ入力を与えるスタイラスペンであって、上記タッチパネルの動作を制御するタッチパネルコントローラが同期信号を出力するために上記タッチパネルコントローラが生成するコントローラクロック数と、上記タッチパネルコントローラから出力された上記同期信号を上記スタイラスペンが受け取るために上記スタイラスペンが生成するペンクロック数との間のずれを補正する補正回路を備えていることを特徴としている。
本発明の一態様に係るスタイラスペンによれば、タッチパネルコントローラの第1、第2信号線の駆動動作と、スタイラスペンのペン先の駆動動作との間における同期ずれを補正することができるという効果を奏する。
〔実施形態1〕
本発明の実施形態1について図1〜図11に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本発明の実施形態1について図1〜図11に基づいて説明すれば、以下の通りである。
(タッチパネルシステム1の構成)
図1は、本実施形態のタッチパネルシステム1の概略構成を示す機能ブロック図である。タッチパネルシステム1は、タッチパネルコントローラ2、タッチパネル3、およびスタイラスペン15を備えている。
図1は、本実施形態のタッチパネルシステム1の概略構成を示す機能ブロック図である。タッチパネルシステム1は、タッチパネルコントローラ2、タッチパネル3、およびスタイラスペン15を備えている。
(タッチパネル3)
図2は、タッチパネル3の構成を模式的に示す図である。タッチパネル3は、水平方向に沿って互いに平行に配置された、M(Mは自然数)本の第1信号線HL1〜HLMと、垂直方向に沿って互いに平行に配置された、M本の第2信号線VL1〜VLMとを備えている。なお、ここでの自然数Mは、タッチパネルシステム1における信号線の本数を示すものであり、後述の同期信号の番号を示す非負整数Mとは異なる。
図2は、タッチパネル3の構成を模式的に示す図である。タッチパネル3は、水平方向に沿って互いに平行に配置された、M(Mは自然数)本の第1信号線HL1〜HLMと、垂直方向に沿って互いに平行に配置された、M本の第2信号線VL1〜VLMとを備えている。なお、ここでの自然数Mは、タッチパネルシステム1における信号線の本数を示すものであり、後述の同期信号の番号を示す非負整数Mとは異なる。
そして、タッチパネル3には、(M×M)個の静電容量C11〜CMMが、信号線HL1〜HLMと信号線VL1〜VLMとの交点に、それぞれ形成されている。
タッチパネル3は、スタイラスペン15を把持しているユーザの手を置くことができるよう、ある程度の大きい面積を有していることが好ましいが、スマートフォン等の小型の携帯端末に適用されるよう、小さい面積を有していてもよい。
(タッチパネルコントローラ2)
図1において示されているように、タッチパネルコントローラ2は、マルチプレクサ4、ドライバ5、センスアンプ6、タイミングジェネレータ7、AD(Analog-Digital)変換器8、容量分布計算部9、タッチ認識部10、およびペン位置検出部16を備えている。以下、タッチパネルコントローラ2の備える各部材について説明する。
図1において示されているように、タッチパネルコントローラ2は、マルチプレクサ4、ドライバ5、センスアンプ6、タイミングジェネレータ7、AD(Analog-Digital)変換器8、容量分布計算部9、タッチ認識部10、およびペン位置検出部16を備えている。以下、タッチパネルコントローラ2の備える各部材について説明する。
(マルチプレクサ4)
図3は、マルチプレクサ4における配線の接続関係を示す図であり、(i)タッチパネル3に接続された第1信号線HL1〜HLM、(ii)タッチパネル3に接続された第2信号線VL1〜VLM、(iii)ドライバ5に接続されたドライブラインDL1〜DLM、および、(iv)センスアンプ6に接続されたセンスラインSL1〜SLMにおける、それぞれの接続関係を示している。
図3は、マルチプレクサ4における配線の接続関係を示す図であり、(i)タッチパネル3に接続された第1信号線HL1〜HLM、(ii)タッチパネル3に接続された第2信号線VL1〜VLM、(iii)ドライバ5に接続されたドライブラインDL1〜DLM、および、(iv)センスアンプ6に接続されたセンスラインSL1〜SLMにおける、それぞれの接続関係を示している。
マルチプレクサ4は、第1接続状態と第2接続状態との2つの接続状態の切り替えを行う。なお、マルチプレクサ4のスイッチング動作を制御するための制御信号は、制御ラインCLを介して、タイミングジェネレータ7からマルチプレクサ4へ与えられている。
ここで、第1接続状態とは、タッチパネル3の第1信号線HL1〜HLMが、ドライバ5のドライブラインDL1〜DLMに接続されており、かつ、タッチパネル3の第2信号線VL1〜VLMが、センスアンプ6のセンスラインSL1〜SLMに接続されている状態を指す。
また、第2接続状態とは、タッチパネル3の第1信号線HL1〜HLMが、センスアンプ6のセンスラインSL1〜SLMに接続されており、かつ、タッチパネル3の第2信号線VL1〜VLMが、ドライバ5のドライブラインDL1〜DLMに接続されている状態を指す。
図4は、マルチプレクサ4の回路構成を示す図である。マルチプレクサ4は、スイッチSW1〜SW4およびインバータINVを備えている。
スイッチSW1〜SW4は、それぞれ、PMOS(Positive Metal Oxide Semiconductor)とNMOS(Negative MOS)とを組み合わせて形成された、CMOS(Complementary MOS)ゲート回路である。また、インバータINVは、論理回路における1入力1出力のNOT素子であり、入力側に与えられた論理変数の論理値(例えば0)を反転し、反転された論理値(例えば1)を出力側に出力する機能を有している。
タイミングジェネレータ7からの制御ラインCLは、(i)スイッチSW1のPMOSのゲート、(ii)スイッチSW2のNMOSのゲート、(iii)スイッチSW3のPMOSのゲート、(iv)スイッチSW4のNMOSのゲート、および、(v)インバータINVの入力側に接続されている。
インバータINVの出力側は、(i)スイッチSW1のNMOSのゲート、(ii)スイッチSW2のPMOSのゲート、(iii)SW3のNMOSのゲート、および、(iv)スイッチSW4のPMOSのゲートに接続されている。
第1信号線HL1〜HLMは、スイッチSW1およびSW2に接続されている。また、第2信号線VL1〜VLMは、スイッチSW3およびSW4に接続されている。そして、ドライブラインDL1〜DLMは、スイッチSW1およびSW4に接続されている。また、センスラインSL1〜SLMは、スイッチSW2およびSW3に接続されている。
制御ラインCLを介して、タイミングジェネレータ7からマルチプレクサ4へ与えられる制御信号の論理値が、LOW値(例えば0)であるとき、第1信号線HL1〜HLMは、ドライブラインDL1〜DLMに接続され、かつ、第2信号線VL1〜VLMは、センスラインSL1〜SLMに接続される。すなわち、マルチプレクサ4によって、第1接続状態が得られる。
他方、制御ラインCLを介して、タイミングジェネレータ7からマルチプレクサ4へ与えられる制御信号の論理値が、HIGH値(例えば1)であるとき、第1信号線HL1〜HLMは、センスラインSL1〜SLMに接続され、かつ、第2信号線VL1〜VLMは、ドライブラインDL1〜DLMに接続される。すなわち、マルチプレクサ4によって、第2接続状態が得られる。
(ドライバ5)
ドライバ5は、長さNを有する(M+1)個の符号系列のうち、M個の符号系列に基づき、ドライブラインDL1〜DLMに電圧を印加し、ドライブラインDL1〜DLMを駆動する。
ドライバ5は、長さNを有する(M+1)個の符号系列のうち、M個の符号系列に基づき、ドライブラインDL1〜DLMに電圧を印加し、ドライブラインDL1〜DLMを駆動する。
また、ドライバ5は、上述の(M+1)個の符号系列のうち、残りの1個の符号系列に基づき、有線によって接続されたスタイラスペン15に電圧を印加し、スタイラスペン15を駆動する。
すなわち、ドライバ5は、ドライブラインDL1〜DLMと、スタイラスペン15とを並列的に駆動する、並列駆動方式のタッチパネルシステムに対応したドライバである。
なお、本実施形態においては、スタイラスペン15に、後述の図5において示されるように、センス回路、同期信号検出回路、およびドライブ回路を搭載し、スタイラスペン15を駆動する構成を採用している。
また、ドライバ5は、タッチパネル3を同期信号によって駆動する。スタイラスペン15は、センス回路により、タッチパネル3から同期信号を取得する。すなわち、タッチパネルコントローラ2から、スタイラスペン15に同期信号が与えられていると見なすことができる。
そして、スタイラスペン15の備えるドライブ回路によって、タッチパネルコントローラ2の出力する同期信号に基づき、スタイラスペン15が駆動される。
(センスアンプ6)
センスアンプ6は、
(i)各静電容量C11〜CMMに対応する電荷、
および、
(ii)スタイラスペン15と、M本の第2信号線VL1〜VLMのそれぞれと、の間の静電容量に対応する電荷、
の線形和を示す信号である第1線形和信号を、センスラインSL1〜SLMからアナログ信号として読み出す。
センスアンプ6は、
(i)各静電容量C11〜CMMに対応する電荷、
および、
(ii)スタイラスペン15と、M本の第2信号線VL1〜VLMのそれぞれと、の間の静電容量に対応する電荷、
の線形和を示す信号である第1線形和信号を、センスラインSL1〜SLMからアナログ信号として読み出す。
そして、センスアンプ6は、アナログ信号としての第1線形和信号を、AD変換器8に与える。
また、センスアンプ6は、
(i)各静電容量C11〜CMMに対応する電荷、
および、
(ii)スタイラスペン15と、M本の第1信号線HL1〜HLMのそれぞれと、の間の静電容量に対応する電荷、
の線形和を示す第2線形和信号を、センスラインSL1〜SLMからアナログ信号として読み出す。
(i)各静電容量C11〜CMMに対応する電荷、
および、
(ii)スタイラスペン15と、M本の第1信号線HL1〜HLMのそれぞれと、の間の静電容量に対応する電荷、
の線形和を示す第2線形和信号を、センスラインSL1〜SLMからアナログ信号として読み出す。
そして、センスアンプ6は、アナログ信号としての第2線形和信号を、AD変換器8に与える。
(AD変換器8)
AD変換器8は、センスアンプ6から与えられた、アナログ信号としての第1線形和信号にAD変換を施し、デジタル化された第1線形和信号を容量分布計算部9に与える。
AD変換器8は、センスアンプ6から与えられた、アナログ信号としての第1線形和信号にAD変換を施し、デジタル化された第1線形和信号を容量分布計算部9に与える。
また、AD変換器8は、センスアンプ6から与えられた、アナログ信号としての第2線形和信号にAD変換を施し、デジタル化された第2線形和信号を容量分布計算部9に与える。
第1線形和信号および第2線形和信号が、デジタル信号として、AD変換器8から容量分布計算部9へ与えられることにより、容量分布計算部9による、タッチパネル3における静電容量の分布を計算するための各種演算が容易化される。
(容量分布計算部9)
容量分布計算部9は、上述の第1線形和信号、第2線形和信号、および長さNを有する(M+1)個の符号系列に基づき、
(i)タッチパネル3における静電容量の分布を示す第1静電容量マップ、
(ii)スタイラスペン15と第1信号線HL1〜HLMのそれぞれとの間の静電容量の分布を示す第2静電容量マップ、
(iii)スタイラスペン15と第2信号線VL1〜VLMのそれぞれとの間の静電容量の分布を示す第3静電容量マップ、
をそれぞれ計算する。
容量分布計算部9は、上述の第1線形和信号、第2線形和信号、および長さNを有する(M+1)個の符号系列に基づき、
(i)タッチパネル3における静電容量の分布を示す第1静電容量マップ、
(ii)スタイラスペン15と第1信号線HL1〜HLMのそれぞれとの間の静電容量の分布を示す第2静電容量マップ、
(iii)スタイラスペン15と第2信号線VL1〜VLMのそれぞれとの間の静電容量の分布を示す第3静電容量マップ、
をそれぞれ計算する。
そして、容量分布計算部9は、第1静電容量マップをタッチ認識部10へ与え、また、第2静電容量マップおよび第3静電容量マップをペン位置検出部16に与える。
(タッチ認識部10)
タッチ認識部10は、容量分布計算部9から与えられた第1静電容量マップに基づき、タッチパネル3において、タッチ入力が与えられた位置を検出する。
タッチ認識部10は、容量分布計算部9から与えられた第1静電容量マップに基づき、タッチパネル3において、タッチ入力が与えられた位置を検出する。
(ペン位置検出部16)
ペン位置検出部16は、容量分布計算部9から与えられた第2静電容量マップに基づき、タッチパネル3の第2信号線VL1〜VLMに沿ったスタイラスペン15の位置を検出する。
ペン位置検出部16は、容量分布計算部9から与えられた第2静電容量マップに基づき、タッチパネル3の第2信号線VL1〜VLMに沿ったスタイラスペン15の位置を検出する。
また、ペン位置検出部16は、容量分布計算部9から与えられた第3静電容量マップに基づき、タッチパネル3の第1信号線HL1〜HLMに沿ったスタイラスペン15の位置を検出する。
(タイミングジェネレータ7)
タイミングジェネレータ7は、マルチプレクサ4、ドライバ5、センスアンプ6、およびAD変換器8のそれぞれの動作を規定する制御信号を生成し、ドライバ5、センスアンプ6、およびAD変換器8にそれぞれ与える。
タイミングジェネレータ7は、マルチプレクサ4、ドライバ5、センスアンプ6、およびAD変換器8のそれぞれの動作を規定する制御信号を生成し、ドライバ5、センスアンプ6、およびAD変換器8にそれぞれ与える。
(スタイラスペン15)
スタイラスペン15は、ユーザの手によって把持され、タッチパネル3へタッチ入力を与えるためのタッチペンである。スタイラスペン15は、有線によって駆動されてもよいし、無線によって駆動されてもよい。ここでは、スタイラスペン15が無線によって駆動され、タッチパネルコントローラ2と同期して動作する構成について説明する。
スタイラスペン15は、ユーザの手によって把持され、タッチパネル3へタッチ入力を与えるためのタッチペンである。スタイラスペン15は、有線によって駆動されてもよいし、無線によって駆動されてもよい。ここでは、スタイラスペン15が無線によって駆動され、タッチパネルコントローラ2と同期して動作する構成について説明する。
図5は、スタイラスペン15の構成を模式的に示す機能ブロック図である。スタイラスペン15は、ユーザが手によってスタイラスペン15を握るために設けられた、略円筒状に形成された導電性の把持部28を有するペン本体27と、ユーザによるタッチ入力の操作において、タッチパネル3に押し当てられるペン先端29とを備えている。
ペン先端29は、ペン先カバー30と、ペン先軸31とを有している。ペン先軸31は、その先端にペン先38を有している。ペン先カバー30は導電性のフェルト材から成り、ペン先軸31は導電性の合成樹脂材から成る。
そして、ペン先端29は、絶縁体32を介してペン本体27に保持されている。ペン先軸31は、図示されていないガイド部材によって、軸方向(すなわち、スタイラスペン15の長手方向)に移動可能であるように支持されている。
ユーザによるタッチ入力の操作において、ペン先端29は、タッチパネル3に押し当てられる。このとき、フェルト材から成るペン先カバー30が凹み、ペン先軸31は、タッチパネル3によって、スタイラスペン15の内側に押し込まれる。
スタイラスペン15には、切替スイッチ34が設けられている。切替スイッチ34は、把持部28に接続された把持部端子35と、ペン先38に接続されたペン先端子36と、グランド電位を有するグランド端子37とを有している。切替スイッチ34は、把持部端子35の接続先の端子を、ペン先端子36とグランド端子37とのいずれかに切り替えるスイッチである。
また、スタイラスペン15は、補正回路20、タイミング調整回路23、第1動作切替スイッチ24、第2動作切替スイッチ25、およびドライブ回路26を備えている。そして、補正回路20は、センス回路21および同期信号検出回路22を備えている。
スタイラスペン15は、(i)タッチパネルコントローラ2からの同期信号を検出するセンスモード、および、(ii)スタイラスペン15を駆動する駆動モードという、2つの動作モードを有している。
(センスモード)
センスモードでは、第1動作切替スイッチ24がON状態となり、ペン先38とセンス回路21とが接続される。かつ、第2動作切替スイッチ25がOFF状態となり、ペン先38とドライブ回路26とが接続されていない状態となる。
センスモードでは、第1動作切替スイッチ24がON状態となり、ペン先38とセンス回路21とが接続される。かつ、第2動作切替スイッチ25がOFF状態となり、ペン先38とドライブ回路26とが接続されていない状態となる。
センス回路21は、タッチパネル3を介して、タッチパネルコントローラ2のドライバ5から送信された同期信号を取得する。そして、センス回路21は、ペン先38および第1動作切替スイッチ24を介して取得したタッチパネルコントローラ2からの同期信号を、同期信号検出回路22に与える。
また、センス回路21は、タッチパネルコントローラ2からの同期信号に対応する、スタイラスペン15のクロック信号の番号を示すデータ(後述のクロック数Data[N])を検出し、同期信号検出回路22へ与える。
同期信号検出回路22は、センス回路21から与えられた、タッチパネルコントローラ2からの同期信号、および、タッチパネルコントローラ2からの同期信号に対応する、スタイラスペン15のクロック信号の番号を示すデータに基づき、各種演算を実行し、スタイラスペン15をタッチパネルコントローラ2と同期して動作させるための制御信号であるタイミング補正信号を生成する。
ここで、同期信号検出回路22における、タイミング補正信号を生成するための構成については、後に詳細に説明する(後述の図11を参照)。
なお、スタイラスペン15は、タッチパネルコントローラ2と同期して動作することが可能となるまで、センスモードでの動作を継続し、駆動モードでの動作には移行しない。
ここで、タッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15に同期信号が与えられる時間周期の値(すなわち、後述の時間TCONの値)を含んだ、同期信号検出回路22の動作に用いられる各種パラメータは、スタイラスペン15において初期設定が可能である。
従って、スタイラスペン15に不揮発性メモリを搭載することにより、スタイラスペン15の電源をOFF状態とした場合にも、スタイラスペン15に初期設定を記憶させる構成としてもよい。
また、スタイラスペン15に不揮発性メモリを搭載しない場合には、スタイラスペン15の電源をON状態として、スタイラスペン15が起動された直後に、有線によって、スタイラスペン15をタッチパネルコントローラ2に接続し、スタイラスペン15の備える揮発性メモリ(不図示)に初期設定を書き込む構成としてもよい。
(駆動モード)
駆動モードでは、第2動作切替スイッチ25がON状態となり、ペン先38とドライブ回路26とが接続される。かつ、第1動作切替スイッチ24がOFF状態となり、ペン先38とセンス回路21とが接続されていない状態となる。
駆動モードでは、第2動作切替スイッチ25がON状態となり、ペン先38とドライブ回路26とが接続される。かつ、第1動作切替スイッチ24がOFF状態となり、ペン先38とセンス回路21とが接続されていない状態となる。
同期信号検出回路22は、同期モードにおいて生成されたタイミング補正信号を、タイミング調整回路23に与える。
タイミング調整回路23は、同期信号検出回路22から与えられたタイミング補正信号に基づき、スタイラスペン15が、タッチパネルコントローラ2の出力する動作クロックと一致して動作するように、ドライブ回路26の動作のタイミングを規定する。
ドライブ回路26は、タイミング調整回路23によって規定された動作のタイミングにおいて生成した駆動信号を、第2動作切替スイッチ25を介して、ペン先38に与える。
(同期信号のタイミングのずれ)
次に、図6に基づき、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間の同期信号のタイミングのずれについて説明する。図6は、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングと、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングとの間の関係を示す図である。
次に、図6に基づき、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間の同期信号のタイミングのずれについて説明する。図6は、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングと、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングとの間の関係を示す図である。
いま、時刻t=0において、タッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15に同期信号が与えられたケースを考える。
スタイラスペン15は、時刻tPEN(0)=0においてタッチパネルコントローラ2から同期信号を取得した後、初期設定において示された、タッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15に同期信号が与えられる時間周期のパラメータ値に基づき、自身のクロック信号の周期TPENに応じて、以降の同期信号がタッチパネルコントローラ2から与えられるタイミングを想定する。
すなわち、スタイラスペン15は、時刻tPEN(0)=0に続いて、
時刻tPEN(1)、tPEN(2)、tPEN(3)、tPEN(4)
において、タッチパネルコントローラ2から同期信号が与えられると想定する。
時刻tPEN(1)、tPEN(2)、tPEN(3)、tPEN(4)
において、タッチパネルコントローラ2から同期信号が与えられると想定する。
また、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15にそれぞれの同期信号を出力する時刻を、時刻tCON(0)=0に続いて、
時刻tCON(1)、tCON(2)、tCON(3)、tCON(4)
として表す。なお、時刻t=0は、同期信号のタイミングの基準時刻であり、tCON(0)=tPEN(0)=0が成立している。
時刻tCON(1)、tCON(2)、tCON(3)、tCON(4)
として表す。なお、時刻t=0は、同期信号のタイミングの基準時刻であり、tCON(0)=tPEN(0)=0が成立している。
理想的なケースにおいては、
tCON(1)=tPEN(1)、tCON(2)=tPEN(2)、tCON(3)=tPEN(3)、tCON(4)=tPEN(4)、
が成立する。すなわち、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングと、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングとは、ともに一致している。
tCON(1)=tPEN(1)、tCON(2)=tPEN(2)、tCON(3)=tPEN(3)、tCON(4)=tPEN(4)、
が成立する。すなわち、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングと、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングとは、ともに一致している。
しかし、実際には、上述の理想的な関係は成立せず、図6に示されているように、
tCON(1)≠tPEN(1)、tCON(2)≠tPEN(2)、tCON(3)≠tPEN(3)、tCON(4)≠tPEN(4)
であることが一般的である。
tCON(1)≠tPEN(1)、tCON(2)≠tPEN(2)、tCON(3)≠tPEN(3)、tCON(4)≠tPEN(4)
であることが一般的である。
なお、図6では、tCON(i)>tPEN(i)(1≦i≦4)であり、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングが、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングよりも早い場合を例示している。
このような同期信号のタイミングのずれは、タッチパネルコントローラ2およびスタイラスペン15における、それぞれのクロック信号の周期の偏差に起因している。
すなわち、タッチパネルコントローラ2のクロック信号、およびスタイラスペン15のクロック信号は、ともに同一のクロック信号の周期を有するように設計されており、それぞれ、水晶振動子によって生成されている。
しかし、個々の水晶振動子の偏差(例えば、製作公差)により、タッチパネルコントローラ2のクロック信号の周期、およびスタイラスペン15のクロック信号の周期には、それぞれ、設計値からの偏差が含まれている。このため、タッチパネルコントローラ2のクロック信号の周期と、スタイラスペン15のクロック信号の周期とは、それぞれ異なり、結果として、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間における、同期信号のタイミングのずれが生じる。
(タッチパネルコントローラ2およびスタイラスペン15のクロックの偏差)
次に、タッチパネルコントローラ2およびスタイラスペン15のクロックの偏差について説明する。
次に、タッチパネルコントローラ2およびスタイラスペン15のクロックの偏差について説明する。
いま、スタイラスペン15のクロック周期の偏差をΔTPENとして表す。ΔTPENは、スタイラスペン15に内蔵される水晶振動子の偏差によって定められる量である。
ここで、スタイラスペン15が、タッチパネルコントローラ2から、1つの同期信号を与えられた後に、次の同期信号を与えられるまでの時間周期の理想値を、TIDEALとして表す。また、スタイラスペン15が、タッチパネルコントローラ2から、1つの同期信号を与えられた後に、次の同期信号を与えられるまでの時間周期として想定している値を、TPENとして表す。
このとき、ΔTPENは、TPENおよびTIDEALを用いて、以下の式(1)によって表される。
ΔTPEN=(TPEN−TIDEAL)/TIDEAL …(1)
また、式(1)を変形することにより、TPENは、ΔTPENおよびTIDEALを用いて、以下の式(2)によって表される。
また、式(1)を変形することにより、TPENは、ΔTPENおよびTIDEALを用いて、以下の式(2)によって表される。
TPEN=TIDEAL×(1+ΔTPEN) …(2)
次に、タッチパネルコントローラ2のクロック周期の偏差をΔTCONとして表す。ΔTCONは、タッチパネルコントローラ2に内蔵される水晶振動子の偏差によって定められる量である。
次に、タッチパネルコントローラ2のクロック周期の偏差をΔTCONとして表す。ΔTCONは、タッチパネルコントローラ2に内蔵される水晶振動子の偏差によって定められる量である。
ここで、上述のTIDEAL対して、タッチパネルコントローラ2が、スタイラスペン15へ、1つの同期信号を与えた後に、次の同期信号を与えるまでの時間周期を、TCONとして表す。
このとき、ΔTCONは、TCONおよびTIDEALを用いて、以下の式(3)によって表される。
ΔTCON=(TCON−TIDEAL)/TIDEAL …(3)
また、式(3)を変形することにより、TCONは、ΔTCONおよびTIDEALを用いて、以下の式(4)によって表される。
また、式(3)を変形することにより、TCONは、ΔTCONおよびTIDEALを用いて、以下の式(4)によって表される。
TCON=TIDEAL×(1+ΔTCON) …(4)
さらに、スタイラスペン15を基準として観測された、タッチパネルコントローラ2に対するスタイラスペン15のクロック周期の偏差をΔTとして表す。このとき、ΔTは、TPENおよびTCONを用いて、以下の式(5)によって表される。
さらに、スタイラスペン15を基準として観測された、タッチパネルコントローラ2に対するスタイラスペン15のクロック周期の偏差をΔTとして表す。このとき、ΔTは、TPENおよびTCONを用いて、以下の式(5)によって表される。
ΔT=(TPEN−TCON)/TCON
=TPEN/TCON−1 …(5)
また、式(5)に、式(2)および式(4)を適用することにより、ΔTは、ΔTPENおよびΔTCONを用いて、以下の式(6)によっても表される。
=TPEN/TCON−1 …(5)
また、式(5)に、式(2)および式(4)を適用することにより、ΔTは、ΔTPENおよびΔTCONを用いて、以下の式(6)によっても表される。
ΔT=(TIDEAL×(1+ΔTPEN))/(TIDEAL×(1+ΔTCON))−1
=(1+ΔTPEN)/(1+ΔTCON)−1 …(6)
として示される。
=(1+ΔTPEN)/(1+ΔTCON)−1 …(6)
として示される。
なお、一般的な水晶振動子を備えた電子機器において、クロック周期の偏差は、±100ppm(=±0.01%)程度である。従って、ΔTPEN=ΔTCON=±100ppmとすると、式(6)より、ΔTは、概ね、(i)ΔT≒−199.98ppmから、(ii)ΔT≒200.02ppmまでの範囲の値である。すなわち、ΔT≒±200ppmである。
(クロック信号のずれが補正可能であるための条件)
次に、図7および図8に基づき、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間におけるクロック信号のずれが補正可能であるための条件について説明する。図7は、タッチパネルコントローラ2およびスタイラスペン15における、同期信号とクロック信号との対応関係を示す図(表)である。また、図8は、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングと、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングとの間の関係を示す図である。
次に、図7および図8に基づき、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間におけるクロック信号のずれが補正可能であるための条件について説明する。図7は、タッチパネルコントローラ2およびスタイラスペン15における、同期信号とクロック信号との対応関係を示す図(表)である。また、図8は、タッチパネルコントローラ2がスタイラスペン15に同期信号を出力するタイミングと、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から同期信号を与えられると想定しているタイミングとの間の関係を示す図である。
いま、図7において、タッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15に与える同期信号の数を非負整数Nとして表し、0≦N≦2501の範囲を考える。
また、タッチパネルコントローラ2が、スタイラスペン15へ1つの同期信号を与えた後に、次の同期信号を与えるまでの時間周期であるTCONを、時間の基準として採用し、TCON=4msとする。すなわち、タッチパネルコントローラ2が、スタイラスペン15へ、250Hzの周波数において同期信号を与える状況を考える。さらに、タッチパネルコントローラ2のクロック周期Tclkを、Tclk=100nsとする。すなわち、タッチパネルコントローラ2が、10MHzのクロック周波数において動作する状況を考える。
このとき、1個の同期信号がタッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15へ与えられる時間周期TCONごとに、平均的に存在しているクロック信号の個数をNclkとすると、
Nclk=TCON/Tclk …(7)
として表される。以降、Nclkを、単位理想クロック数と呼称する。ここでは、Nclk=4ms/100ns=40000であり、1個の同期信号がタッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15へ与えられる時間周期ごとに、40000個のクロック信号が平均的に存在している。
Nclk=TCON/Tclk …(7)
として表される。以降、Nclkを、単位理想クロック数と呼称する。ここでは、Nclk=4ms/100ns=40000であり、1個の同期信号がタッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15へ与えられる時間周期ごとに、40000個のクロック信号が平均的に存在している。
従って、N回目の同期信号がタッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15へ与えられる時点において、タッチパネルコントローラ2の理想的なクロック信号の番号Nclk[N]をすると、
Nclk[N]=Nclk×N …(8)
として表される。以降、Nclk[N]を、理想クロック数Nclk[N](コントローラクロック数)と呼称する。理想クロック数Nclk[N]は、タッチパネルコントローラ2において生成されるクロック信号の番号に相当しており、ここでは、Nclk[N]=40000×Nである。
Nclk[N]=Nclk×N …(8)
として表される。以降、Nclk[N]を、理想クロック数Nclk[N](コントローラクロック数)と呼称する。理想クロック数Nclk[N]は、タッチパネルコントローラ2において生成されるクロック信号の番号に相当しており、ここでは、Nclk[N]=40000×Nである。
続いて、スタイラスペン15について考える。ここで、N回目の同期信号がタッチパネルコントローラ2からスタイラスペン15へ与えられる時点における、スタイラスペン15のクロック信号の番号を、クロック数Data[N](ペンクロック数)と呼称する。
このとき、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間には、クロック周期の偏差ΔTが存在しているため、クロック数Data[N]と理想クロック数Nclk[N]とは、一般的には一致しない。図7では、
(i)ΔT≒200.02ppm=((1+100ppm)/(1−100ppm)−1)、
および、
(ii)ΔT≒−199.98ppm=((1−100ppm)/(1+100ppm)−1)
のそれぞれの場合について、クロック数Data[N]の値が示されている。
(i)ΔT≒200.02ppm=((1+100ppm)/(1−100ppm)−1)、
および、
(ii)ΔT≒−199.98ppm=((1−100ppm)/(1+100ppm)−1)
のそれぞれの場合について、クロック数Data[N]の値が示されている。
図7によれば、N≧1において、
(i)ΔT≒200.02ppmのとき、Data[N]は、
Data[N]=CEILING(40000×N/((1+100ppm)/(1−100ppm))) …(9)
であり、また、
(ii)ΔT≒−199.98ppmのとき、
Data[N]=CEILING(40000×N/((1−100ppm)/(1+100ppm)) …(10)
として表される。
(i)ΔT≒200.02ppmのとき、Data[N]は、
Data[N]=CEILING(40000×N/((1+100ppm)/(1−100ppm))) …(9)
であり、また、
(ii)ΔT≒−199.98ppmのとき、
Data[N]=CEILING(40000×N/((1−100ppm)/(1+100ppm)) …(10)
として表される。
ここで、関数CEILING(x)は、変数xに対して小数点以下を繰り上げた値を出力する関数である。
なお、N=0のケースは、同期ずれが無い基準時刻に対応しており、Data[N]=Nclk[N]=0が成立している。
次に、クロック数Data[N]と理想クロック数Nclk[N]との差分として、以下の式(11)によって定義される差分DELTA[N]を考える。
DELTA[N]=Data[N]−Nclk[N] …(11)
このとき、N≧1において、DELTA[N]は、
(i)ΔT≒200.02ppmのとき、
DELTA[N]=CEILING(40000×N/((1+100ppm)/(1−100ppm)))−40000×N …(12)
であり、また、
(ii)ΔT≒−199.98ppmのとき、
DELTA[N]=CEILING(40000×N/((1−100ppm)/(1+100ppm)))−40000×N …(13)
として表される。
このとき、N≧1において、DELTA[N]は、
(i)ΔT≒200.02ppmのとき、
DELTA[N]=CEILING(40000×N/((1+100ppm)/(1−100ppm)))−40000×N …(12)
であり、また、
(ii)ΔT≒−199.98ppmのとき、
DELTA[N]=CEILING(40000×N/((1−100ppm)/(1+100ppm)))−40000×N …(13)
として表される。
ここで、差分DELTA[N]は、クロック数Data[N]と理想クロック数Nclk[N]との間のクロック信号の個数の差を表している。
なお、N=0においては、Data[N]=Nclk[N]=0であるから、DELTA[N]=0である。
ここで、図7によれば、0≦N≦2499の範囲において、DELTA[N]<20000であり、すなわち、
DELTA[N]<Nclk/2 …(補正可能条件)
が成立している。
DELTA[N]<Nclk/2 …(補正可能条件)
が成立している。
ここで、差分DELTA[N]は、クロック数Data[N]と理想クロック数Nclk[N]との間のクロック信号の個数の差を表しており、補正可能条件が満たされている場合、差分DELTA[N]の値は、単位理想クロック数Nclkの半数、すなわち、(Nclk/2)個の未満の値であることが保障される。
ここで、補正可能条件について、図8を用いて説明する。いま、タッチパネルコントローラ2からM番目の同期信号が出力される時刻tCON(M)=M×TCON、および、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2からM番目の同期信号を与えられると想定している時刻tPEN(M)=M×TPENにそれぞれ着目する。なお、ここでの非負整数Mは、同期信号の番号を示すものであり、前出の信号線の本数を示す自然数Mとは異なる。
図8の(a)に示されているように、スタイラスペン15のクロック周期が、タッチパネルコントローラ2のクロック周期と等しい理想的な場合においては、TCON=TPENであるから、
tPEN(M)=tCON(M)
の関係が成立している。
tPEN(M)=tCON(M)
の関係が成立している。
次に、TCON>TPENである場合、すなわち、スタイラスペン15のクロック周期が、タッチパネルコントローラ2のクロック周期よりも早い場合を考える。このとき、図8の(b)に示されているように、
tCON(M)>tPEN(M)
の関係が成立している。
tCON(M)>tPEN(M)
の関係が成立している。
ここで、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から与えられると想定しているM番目の同期信号が、タッチパネルコントローラ2から出力されたM番目の同期信号と一対一に対応付けられることが可能であるためには、
tCON(M−1/2)<tPEN(M)
すなわち、
(M−1/2)×TCON<(M)×TPEN …(14)
が成立していることが必要である。
tCON(M−1/2)<tPEN(M)
すなわち、
(M−1/2)×TCON<(M)×TPEN …(14)
が成立していることが必要である。
さらに、式(14)を変形することにより、
(M−1/2)/M<TPEN/TCON …(15)
が得られる。
(M−1/2)/M<TPEN/TCON …(15)
が得られる。
続いて、TCON<TPENである場合、すなわち、スタイラスペン15のクロック周期が、タッチパネルコントローラ2のクロック周期よりも遅い場合を考える。このとき、図8の(c)に示されているように、
tCON(M)<tPEN(M)
の関係が成立している。
tCON(M)<tPEN(M)
の関係が成立している。
ここで、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から与えられると想定しているM番目の同期信号が、タッチパネルコントローラ2から出力されたM番目の同期信号と一対一に対応付けられることが可能であるためには、
tCON(M+1/2)>tPEN(M)
すなわち、
(M+1/2)×TCON>(M)×TPEN …(16)
が成立していることが必要である。
tCON(M+1/2)>tPEN(M)
すなわち、
(M+1/2)×TCON>(M)×TPEN …(16)
が成立していることが必要である。
さらに、式(16)を変形することにより、
(M+1/2)/M>TPEN/TCON …(17)
が得られる。
(M+1/2)/M>TPEN/TCON …(17)
が得られる。
従って、スタイラスペン15がタッチパネルコントローラ2から与えられると想定しているM番目の同期信号が、タッチパネルコントローラ2から出力されたM番目の同期信号と一対一に対応付けられることが可能であるための条件は、式(15)および(17)を組み合わせることにより、
(M−1/2)/M<TPEN/TCON<(M+1/2)/M …(18)
として表される。式(18)を、図7に示されたデータ系列の関係式によって表すことにより、補正可能条件が得られる。
(M−1/2)/M<TPEN/TCON<(M+1/2)/M …(18)
として表される。式(18)を、図7に示されたデータ系列の関係式によって表すことにより、補正可能条件が得られる。
ここで、図7における説明と同様の条件下においては、0.998≦TPEN/TCON≦1.0002であるので、式(18)を満たすMの最大値は、M=2499となる。従って、補正可能条件と同様の条件が導かれる。
補正可能条件が満たされている場合、N回目の同期信号における理想クロック数Nclk[N]は、N回目の同期信号におけるクロック数Data[N]と一対一に対応付けることが可能である。このため、タッチパネルコントローラ2とスタイラスペン15との間に生じているクロック信号のずれを補正することができる。
(データの誤検出の影響を排除したクロック信号のずれを補正する方法)
これまでの議論では、クロック数Data[N]のデータの誤検出が生じておらず、クロック数Data[N]の全てのデータは、例えば、式(9)および(10)に示されるような、一定の規制性を有するケースを想定していた。
これまでの議論では、クロック数Data[N]のデータの誤検出が生じておらず、クロック数Data[N]の全てのデータは、例えば、式(9)および(10)に示されるような、一定の規制性を有するケースを想定していた。
他方、実際のタッチパネルシステムにおいては、クロック数Data[N]のデータの一部が誤検出され、クロック数Data[N]のデータの一部が、一定の規制性を有しない乱数として取得される場合がある。
以下、クロック数Data[N]のデータの誤検出の影響を排除することが可能な、クロック信号のずれを補正する方法について説明する。
(クロック数Data[N]のデータの誤検出が無い場合)
はじめに、クロック数Data[N]のデータの誤検出が無い理想的なケースについて、図9を用いて説明を行う。図9は、クロック数Data[N]のデータの誤検出が無い場合における各行列の成分の一例を示す図(表)である。
はじめに、クロック数Data[N]のデータの誤検出が無い理想的なケースについて、図9を用いて説明を行う。図9は、クロック数Data[N]のデータの誤検出が無い場合における各行列の成分の一例を示す図(表)である。
図9には、クロック数Data[N]として、Data[0]からData[3]までの、4個のデータが示されている。なお、自然数Nは、クロック数Data[N]のデータの最終の番号を表しており、ここでは、N=3である。
また、ここでは、Nclk=40000、ΔT=100ppmであり、タッチパネルコントローラ2の10000クロックサイクルが、スタイラスペン15の10001クロックサイクルに相当する場合を例示している。従って、タッチパネルコントローラ2の40000クロックサイクルは、スタイラスペン15の40004クロックサイクルに相当している。それゆえ、クロック数Data[N]とデータ番号Nとの間には、
Data[N]=40004×N+5000 …(19)
という規則性が成立している。
Data[N]=40004×N+5000 …(19)
という規則性が成立している。
(差分行列Data_Relative[ij])
いま、以下の式(20)によって、二次元配列としての差分行列Data_Relative[ij]を、一次元配列としてのクロック数Data[i]およびクロック数Data[j]を用いて定義する。ここで、自然数iおよびjは、0≦i,j≦Nを満たす自然数である。
いま、以下の式(20)によって、二次元配列としての差分行列Data_Relative[ij]を、一次元配列としてのクロック数Data[i]およびクロック数Data[j]を用いて定義する。ここで、自然数iおよびjは、0≦i,j≦Nを満たす自然数である。
Data_Relative[ij]=Data[i]−Data[j] …(20)
図9の(a)には、差分行列Data_Relative[ij]の各成分の値が示されている。ここで、式(20)から、
Data_Relative[ii]=Data[i]−Data[i]=0 …(21)
である。すなわち、式(21)から、差分行列Data_Relative[ij]における全ての対角成分の値は、0であることが保障されている。
図9の(a)には、差分行列Data_Relative[ij]の各成分の値が示されている。ここで、式(20)から、
Data_Relative[ii]=Data[i]−Data[i]=0 …(21)
である。すなわち、式(21)から、差分行列Data_Relative[ij]における全ての対角成分の値は、0であることが保障されている。
従って、以降では、差分行列Data_Relative[ij]、および、差分行列Data_Relative[ij]に基づき生成される他の行列において、特別な場合を除いては、対角成分については考慮しない。
さらに、式(20)から、
Data_Relative[ji]
=Data[j]−Data[i]=−(Data[i]−Data[j])
=−Data_Relative[ij] …(22)
である。ゆえに、差分行列Data_Relative[ij]は、反対称行列である。
Data_Relative[ji]
=Data[j]−Data[i]=−(Data[i]−Data[j])
=−Data_Relative[ij] …(22)
である。ゆえに、差分行列Data_Relative[ij]は、反対称行列である。
従って、式(22)から、差分行列Data_Relative[ij]について、i>jとなる下三角行列成分の値を算出すれば、i<jとなる上三角行列成分の値について、さらなる計算を行うことなく、差分行列Data_Relative[ij]の全ての成分の値を得ることができる。
(同期信号の各番号の算出)
次に、以下の式(23)によって、行列M2[ij](補助行列)を定義する。
次に、以下の式(23)によって、行列M2[ij](補助行列)を定義する。
M2[ij]=round(Data_Relative[ij]/Nclk) …(23)
を算出する。ここで、関数round(x)は、変数xに対して四捨五入を施した値を出力する丸め関数である。
を算出する。ここで、関数round(x)は、変数xに対して四捨五入を施した値を出力する丸め関数である。
図9の(b)には、行列M2[ij]の各成分の値が示されている。行列M2[ij]は、i番目の同期信号が、j番目の同期信号に対して、どれだけの番号の差があるかを示している。例えば、M2[31]=2であり、3番目の同期信号は、1番目の同期信号に対して、番号が2つ進んでいることが示されている。また、M2[13]=−2であり、1番目の同期信号は、3番目の同期信号に対して、番号が2つ遅れていることが示されている。
(同期信号の各番号に対応する理想クロック数の算出)
次に、以下の式(24)によって、行列M3[ij](補助行列)を定義する。
次に、以下の式(24)によって、行列M3[ij](補助行列)を定義する。
M3[ij]=M2[ij]×Nclk …(24)
図9の(c)には、行列M3[ij]の各成分の値が示されている。行列M3[ij]は、i番目の同期信号が、j番目の同期信号に対して、どれだけの理想クロック数としての差があるかを示している。例えば、M3[31]=80000であり、3番目の同期信号は、1番目の同期信号に対して、理想クロック数として80000個分だけ進んでいることが示されている。
図9の(c)には、行列M3[ij]の各成分の値が示されている。行列M3[ij]は、i番目の同期信号が、j番目の同期信号に対して、どれだけの理想クロック数としての差があるかを示している。例えば、M3[31]=80000であり、3番目の同期信号は、1番目の同期信号に対して、理想クロック数として80000個分だけ進んでいることが示されている。
(同期信号の各番号のクロック数のずれ量の算出)
次に、以下の式(25)によって、行列M4[ij](補助行列)を定義する。
次に、以下の式(25)によって、行列M4[ij](補助行列)を定義する。
M4[ij]=Data_Relative[ij]−M3[ij] …(25)
図9の(d)には、行列M4[ij]の各成分の値が示されている。行列M4[ij]は、i番目の同期信号が、j番目の同期信号に対して、どれだけのクロック数のずれ量を有しているかを示している。例えば、M4[31]=8であり、3番目の同期信号は、1番目の同期信号に対して、クロック数として8個分だけ進んでいることが示されている。
図9の(d)には、行列M4[ij]の各成分の値が示されている。行列M4[ij]は、i番目の同期信号が、j番目の同期信号に対して、どれだけのクロック数のずれ量を有しているかを示している。例えば、M4[31]=8であり、3番目の同期信号は、1番目の同期信号に対して、クロック数として8個分だけ進んでいることが示されている。
なお、式(23)、式(24)、および式(25)によって定義された行列M2[ij]、行列M3[ij]、および行列M4[ij]を総称して、補助行列と呼称する。
(検証行列Verify[ij])
次に、以下の式(26)によって、検証行列Verify[ij]を定義する。
次に、以下の式(26)によって、検証行列Verify[ij]を定義する。
Verify[ij]=M4[ij]/M2[ij] …(26)
但し、式(25)において、行列M2[ij]における対角成分(すなわち、M2[ii])は零値であるため、零除算を回避するために、M2[ii]=1と置換して計算を行う。
但し、式(25)において、行列M2[ij]における対角成分(すなわち、M2[ii])は零値であるため、零除算を回避するために、M2[ii]=1と置換して計算を行う。
図9の(e)には、検証行列Verify[ij]の各成分の値が示されている。検証行列Verify[ij]の非対角の各成分は、1つの同期信号毎における、クロック数のずれ量を示している。ここでは、タッチパネルコントローラ2の40000クロックサイクルが、スタイラスペン15の40004クロックサイクルに相当するケースを例示しているため、非対角の任意の成分において、Verify[ij]=4となる。
そして、検証行列Verify[ij]の各成分の絶対値を、タッチパネルシステム1の設計仕様に応じて定められた第1閾値T1と比較し、
|Verify[ij]|<T1 …(有効データ候補判定条件)
を満たす検証行列Verify[ij]の成分を、有効データ候補として選択する。なお、ここでは、第1閾値T1の値について、T1=10としている。
|Verify[ij]|<T1 …(有効データ候補判定条件)
を満たす検証行列Verify[ij]の成分を、有効データ候補として選択する。なお、ここでは、第1閾値T1の値について、T1=10としている。
続いて、検証行列Verify[ij]のi行目において、有効データ候補判定条件を満たす検証行列Verify[ij]の成分の数、すなわち、検証行列Verify[ij]のi行目における有効データ候補の数を算出し、有効データ数NV[i]として定める。
そして、それぞれの行iにおいて、有効データ数NV[i]の値を、タッチパネルシステム1の設計仕様に応じて定められた第2閾値T2と比較し、
NV[i]>T2 …(有効データ判定条件)
が満たされている行iにおいて、検証行列Verify[ij]の各成分のデータが有効であると判定する。なお、ここでは、第2閾値T2の値について、T2=N×2/3=3×2/3=2、としている。
NV[i]>T2 …(有効データ判定条件)
が満たされている行iにおいて、検証行列Verify[ij]の各成分のデータが有効であると判定する。なお、ここでは、第2閾値T2の値について、T2=N×2/3=3×2/3=2、としている。
(有効行列Valid[ij])
続いて、検証行列Verify[ij]における有効データ判定条件に基づき、誤検出の無い有効なデータを抽出した行列である、有効行列Valid[ij]を考える。
続いて、検証行列Verify[ij]における有効データ判定条件に基づき、誤検出の無い有効なデータを抽出した行列である、有効行列Valid[ij]を考える。
検証行列Verify[ij]において、有効データ判定条件を満たす行iを選択し、
Valid[ij]=Verify[ij] (但し、i>j) …(27)
として、有効行列Valid[ij]の各成分を定める。
Valid[ij]=Verify[ij] (但し、i>j) …(27)
として、有効行列Valid[ij]の各成分を定める。
図9の(f)には、有効行列Valid[ij]の各成分の値が示されている。式(27)によれば、有効行列Valid[ij]は、下三角成分に有効な成分を有する行列として規定されている。なお、有効行列Valid[ij]において、i=jの対角成分、および、i<jの上三角成分については、0または1などの、有効でない成分に対応する任意の値が代入されてよい。
反対称行列である差分行列Data_Relative[ij]に基づいて生成された検証行列Verify[ij]は、対角成分が互いに等しい対称行列である。それゆえ、検証行列Verify[ij]に基づいて生成された有効行列Valid[ij]もまた、対称行列である。従って、有効行列Valid[ij]の下三角成分のみに着目すればよく、上三角成分をさらに用いる必要はない。
このため、有効行列Valid[ij]を、下三角成分に有効な成分を有する行列として生成することにより、スタイラスペン15に搭載すべきメモリの容量を低減することができる。また、有効行列Valid[ij]を生成するための演算時間を低減することも可能となる。
また、有効行列Valid[ij]の各成分の値に対して、平均値または中央値を算出し、算出した平均値または中央値を、クロックのずれを示すデータとしてタッチパネルシステム1において利用してもよい。
有効行列Valid[ij]の各成分の値の平均値または中央値を、クロックのずれを示すデータとして利用することにより、有効行列Valid[ij]の一部の成分の値に微小な誤差が畳重された場合においても、クロックのずれの精度の悪化を抑制することができる。なお、ここでは、有効行列Valid[ij]の各成分について、その平均値および中央値はともに4である。
(クロック数Data[N]のデータの誤検出が有る場合)
続いて、クロック数Data[N]のデータの誤検出が有る実際的なケースについて、図10を用いて説明を行う。図10は、クロック数Data[N]のデータに誤検出が有る場合における各行列の成分の一例を示す図(表)である。図10には、クロック数Data[N]として、Data[0]からData[5]までの、6個のデータが示されている。
続いて、クロック数Data[N]のデータの誤検出が有る実際的なケースについて、図10を用いて説明を行う。図10は、クロック数Data[N]のデータに誤検出が有る場合における各行列の成分の一例を示す図(表)である。図10には、クロック数Data[N]として、Data[0]からData[5]までの、6個のデータが示されている。
ここでは、Data[0]からData[5]までの6個のデータのうち、4つのデータが正しいデータとして取得され、2つのデータが誤検出されたデータとして取得された場合を例示している。
すなわち、クロック数Data[N]において、N=0、1、3、5にそれぞれ対応する4つのデータとしての、Data[0]、Data[1]、Data[3]、Data[5]は、式(19)に示された規則性を有した、正しいデータである。他方、N=2、4に対応する2つのデータとしての、Data[2]、Data[4]は、式(19)に示された規則性を有していない、誤検出されたデータである。
図10の(a)には、式(20)に基づき算出された差分行列Data_Relative[ij]の各成分の値が示されている。また、図10の(b)、(c)、および(d)には、それぞれ、式(23)、式(24)、および式(25)に基づき算出された補助行列である、行列M2[ij]、行列M3[ij]、および行列M4[ij]の各成分の
値が示されている。
値が示されている。
(誤検出がある場合における検証行列Verify[ij])
図10の(e)には、式(26)に基づき算出された検証行列Verify[ij]の各成分の値が示されている。ここで、図10の(b)によれば、行列M2[ij]において、M2[21]=M2[12]=M2[34]=M2[43]=0であるため、式(26)においては、これらの成分における行列M2[ii]の値を、1と置換して計算を行っている。
図10の(e)には、式(26)に基づき算出された検証行列Verify[ij]の各成分の値が示されている。ここで、図10の(b)によれば、行列M2[ij]において、M2[21]=M2[12]=M2[34]=M2[43]=0であるため、式(26)においては、これらの成分における行列M2[ii]の値を、1と置換して計算を行っている。
ここでは、第1閾値T1=10に基づき、有効データ候補判定条件を用いることにより、Verify[20]、Verify[40]、Verify[21]、Verify[41]、Verify[02]、Verify[12]、Verify[32]、Verify[52]、Verify[23]、Verify[43]、Verify[04]、Verify[14]、Verify[34]、Verify[54]、Verify[25]、Verify[45]が、有効データ候補判定条件を満たさない成分として判定される。
従って、検証行列Verify[ij]のi行目における有効データ数NV[i]は、それぞれ、NV[0]=3、NV[1]=3、NV[2]=1、NV[3]=3、NV[4]=1、NV[5]=3として定められる。
そして、第2閾値T2の値を、T2=3として設定し、有効データ判定条件を用いることにより、有効データ判定条件を満たす行iの番号は、i=0、1、3、5であると判定される。従って、i=2、4である行iは、有効データ判定条件を満たさない行として判定される。なお、ここでは、第2閾値T2の値は、N×2/3=5×2/3=10/3を超えない最大の整数である、3として設定されている。
図10の(f)には、式(27)に基づき算出された有効行列Valid[ij]の各成分の値が示されている。有効行列Valid[ij]において、誤検出されたデータである、Data[2]、Data[4]に対応する行i=2、4における各成分は、有意な値を与えられておらず、有効なデータではないことが示されている。なお、有効行列Valid[ij]の各成分について、その平均値および中央値はともに4である。
また、第1閾値T1および第2閾値T2の値は、上述の値に限定されず、タッチパネルシステム1の仕様に応じて、他の適当な値として設定されてよい。第1閾値T1および第2閾値T2の値を、好適に設定することにより、誤検出されたデータを効果的に排除することが可能である。
(同期信号検出回路22の詳細な構成)
図11に、同期信号検出回路22の詳細な構成を示す機能ブロック図を示す。図11を用いて、スタイラスペン15とタッチパネルコントローラ2との間におけるクロック信号のずれを補正する同期信号検出回路22の詳細な構成について以下に説明する。
図11に、同期信号検出回路22の詳細な構成を示す機能ブロック図を示す。図11を用いて、スタイラスペン15とタッチパネルコントローラ2との間におけるクロック信号のずれを補正する同期信号検出回路22の詳細な構成について以下に説明する。
同期信号検出回路22は、差分行列生成部221、補助行列生成部222、検証行列生成部223、有効データ判定部224、有効行列生成部225、およびタイミング補正信号生成部226を備えている。
差分行列生成部221は、センス回路21から、スタイラスペン15のクロック信号の番号を示す、クロック数Data[N]のデータを取得する。差分行列生成部221は、式(20)に基づき、一次元配列としてのクロック数Data[N]を用いて、二次元配列としての差分行列Data_Relative[ij]を生成し、補助行列生成部222に与える。
補助行列生成部222は、差分行列生成部221から、差分行列Data_Relative[ij]を与えられる。また、補助行列生成部222は、差分行列生成部221を介して、センス回路21から、スタイラスペン15の初期設定において設定された時間TCON、およびタッチパネルコントローラ2のクロック周期Tclkの値のデータを与えられる。
補助行列生成部222は、はじめに、TCON、Tclkの値に基づき、式(7)を用いて、単位理想クロック数Nclkの値を算出する。
続いて、補助行列生成部222は、算出した単位理想クロック数Nclkの値、および差分行列生成部221から与えられた差分行列Data_Relative[ij]に基づき、式(23)、式(24)、および式(25)をそれぞれ用いて、補助行列としての行列M2[ij]、行列M3[ij]、および行列M4[ij]を生成し、検証行列生成部223に与える。
検証行列生成部223は、補助行列生成部222から与えられた補助行列に基づき、式(26)を用いて、検証行列Verify[ij]を生成し、有効データ判定部224へ与える。
有効データ判定部224は、検証行列生成部223から、検証行列Verify[ij]を与えられる。また、有効データ判定部224は、差分行列生成部221、補助行列生成部222、および検証行列生成部223を介して、センス回路21から、スタイラスペン15の初期設定において設定された第1閾値T1および第2閾値T2の値のデータを与えられる。
有効データ判定部224は、第1閾値T1を用いて、有効データ候補判定条件に基づき、有効データ候補判定条件を満たす検証行列Verify[ij]の成分を選択し、検証行列Verify[ij]のi行目における有効データ数NV[i]を定める。
続いて、有効データ判定部224は、第2閾値T2を用いて、有効データ判定条件に基づき、有効データ判定条件を満たす検証行列Verify[ij]の行iを選択し、その選択結果を示す有効データ判定結果情報を、有効行列生成部225へ与える。
有効行列生成部225は、有効データ判定部224から与えられた有効データ判定結果情報に基づき、式(27)を用いて、有効行列Valid[ij]を生成し、タイミング補正信号生成部226へ与える。
タイミング補正信号生成部226は、有効行列生成部225から与えられた有効行列Valid[ij]の成分に基づき、タイミング補正信号を生成し、タイミング調整回路23へ与える。
ここで、図9の(f)および図10の(f)において示された有効行列Valid[ij]の各成分の値は4であり、有効行列Valid[ij]の各成分の値は、タッチパネルコントローラ2の40000クロックサイクルが、スタイラスペン15の40004クロックサイクルに相当していることを示す情報として見なすことができる。
このため、タッチパネルコントローラ2の10000クロックサイクルが、スタイラスペン15の10001クロックサイクルに相当していることが、有効行列Valid[ij]から明らかとなる。
従って、タイミング補正信号生成部226において、例えば、スタイラスペン15を、10000クロック毎に、1クロック分だけ動作を遅延させるように、タイミング補正信号を生成することができる。このタイミング補正信号により、10000クロック毎に、スタイラスペン15のクロックのタイミングを、タッチパネルコントローラ2のクロックのタイミングに合致するように補正することができ、スタイラスペン15とタッチパネルコントローラ2との間における同期ずれを抑制することができる。
また、スタイラスペン15を、5000クロック毎に、0.5クロック分だけ動作を遅延させるように、タイミング補正信号生成部226において、タイミング補正信号を生成してもよい。このタイミング補正信号により、スタイラスペン15とタッチパネルコントローラ2との間における同期ずれを、より高精度に抑制することができる。
なおタイミング補正信号生成部226において、有効行列Valid[ij]の各成分の値に対して、平均値または中央値を算出し、算出した平均値または中央値をさらに用いて、タイミング補正信号を生成してもよい。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図12に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図12は、実施形態1に記載のタッチパネルシステム1を備えた電子機器の一例としての携帯電話60(電子機器)の構成を示す機能ブロック図である。
本発明の他の実施形態について、図12に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図12は、実施形態1に記載のタッチパネルシステム1を備えた電子機器の一例としての携帯電話60(電子機器)の構成を示す機能ブロック図である。
携帯電話60は、CPU(Central Processing Unit)65、カメラ66、マイクロフォン67、スピーカ68、操作部69、表示パネル70、表示制御回路71、ROM(Read Only Memory)72、RAM(Random Access Memory)73、およびタッチパネルシステム1を備えている。
携帯電話60の備える各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。なお、図12には示されていないが、携帯電話60が、他の電子機器に有線により接続するためのインターフェースを備える構成としてもよい。
CPU65は、携帯電話60の動作を制御する。CPU65は、たとえばROM72に格納されたプログラムを実行する。操作部69は、携帯電話60のユーザによる指示の入力を受け付ける入力デバイスであり、例えば各種の操作キーまたはボタンである。
ROM72は、EPROM(Erasable Programmable ROM)やフラッシュメモリなどの書込みおよび消去が可能なROMであり、データを不揮発的に格納する。RAM73は、CPU65によるプログラムの実行により生成されたデータ、または操作部69を介して入力されたデータを揮発的に格納する。
カメラ66は、ユーザによる操作部69の操作に応じて、被写体を撮影する。なお、撮影された被写体の画像データは、RAM73または外部メモリ(例えば、メモリカード)に格納される。
マイクロフォン67は、ユーザの音声の入力を受付ける。携帯電話60は、当該入力されたアナログデータとしての音声信号をデジタル化する。そして、携帯電話60は、通信対象(例えば、他の携帯電話)に、デジタル化信号としての音声信号を送る。スピーカ68は、例えば、RAM73に記憶された音楽データ等に基づき、アナログ信号としての音声信号を出力する。
表示パネル70は、表示制御回路71により、ROM72、RAM73に格納されている画像を表示する。表示パネル70は、タッチパネル3に重ねられていてもよいし、または、タッチパネル3を内蔵していてもよい。なお、タッチ認識部10において生成されたタッチパネル3上のタッチ位置を示すタッチ認識信号に、操作部69が操作されたことを示す信号と同じ役割を持たせることもできる。
タッチパネルシステム1は、タッチパネルコントローラ2、タッチパネル3、およびスタイラスペン15を有している。タッチパネルシステム1の動作は、CPU65によって制御されている。
本実施形態において、タッチパネルシステム1を備えた電子機器の一例としての携帯電話60は、カメラ付き携帯電話またはスマートフォン等であるが、タッチパネルシステム1を備えた電子機器はこれらに限定されない。例えば、タブレットなどの携帯端末装置や、PCモニタ、サイネージ、電子黒板、インフォメーションディスプレイ等の情報処理装置もまた、タッチパネルシステム1を備えた電子機器に含まれる。
〔実施形態3〕
携帯電話60の制御ブロック(特にCPU65)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
携帯電話60の制御ブロック(特にCPU65)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
後者の場合、携帯電話60は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ(またはCPU)で読み取り可能に記録されたROMまたは記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、上記プログラムを展開するRAMなどを備えている。そして、コンピュータ(またはCPU)が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係るスタイラスペン(15)は、タッチパネル(3)にタッチ入力を与えるスタイラスペンであって、上記タッチパネルの動作を制御するタッチパネルコントローラ(2)が同期信号を出力するために上記タッチパネルコントローラが生成するコントローラクロック数(理想クロック数Nclk[M])と、上記タッチパネルコントローラから出力された上記同期信号を上記スタイラスペンが受け取るために上記スタイラスペンが生成するペンクロック数(クロック数Data[M])との間のずれを補正する補正回路(20)を備えていることを特徴としている。
本発明の態様1に係るスタイラスペン(15)は、タッチパネル(3)にタッチ入力を与えるスタイラスペンであって、上記タッチパネルの動作を制御するタッチパネルコントローラ(2)が同期信号を出力するために上記タッチパネルコントローラが生成するコントローラクロック数(理想クロック数Nclk[M])と、上記タッチパネルコントローラから出力された上記同期信号を上記スタイラスペンが受け取るために上記スタイラスペンが生成するペンクロック数(クロック数Data[M])との間のずれを補正する補正回路(20)を備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、タッチパネルにタッチ入力を与えるスタイラスペンは、タッチパネルの動作を制御するタッチパネルコントローラが同期信号を出力するために、タッチパネルコントローラによって生成されるコントローラクロック数と、タッチパネルコントローラから出力された同期信号をスタイラスペンが受け取るために、スタイラスペンが生成するペンクロック数との間のずれを補正する補正回路を備えている。
従って、補正回路によって、コントローラクロック数とペンクロック数との間のずれを補正することができる。
それゆえ、スタイラスペンが、タッチパネルコントローラと精度良く同期しながら、タッチパネルへのタッチ入力に付随する各種の動作を行うことが可能となる。
また、本発明の態様2に係るスタイラスペンは、上記態様1において、上記ペンクロック数は、上記タッチパネルコントローラから与えられるM(Mは非負整数)番目の上記同期信号が上記タッチパネルコントローラから出力された時点における、上記スタイラスペンのクロック番号を示すペンクロック数Data[M](クロック数Data[M])、および、上記タッチパネルコントローラから与えられるN(Nは非負整数)番目の上記同期信号が上記タッチパネルコントローラから出力された時点における、上記スタイラスペンのクロック番号を示すペンクロック数Data[N](クロック数Data[N])により表され、上記補正回路は、上記コントローラクロック数Data[M]およびData[N]を検出するセンス回路(21)と、上記センス回路によって検出された上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]に基づき、上記スタイラスペンを上記タッチパネルコントローラに同期させて動作させる制御信号としてのタイミング補正信号を生成する同期信号検出回路(22)と、を備えており、上記同期信号検出回路は、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]を用いて、演算
Data_Relative[MN]=Data[M]−Data[N](0≦M≦K、0≦N≦K、Kは整数)、
によって、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]の差分を二次元のデータ配列として表した差分行列Data_Relative[MN]を生成する差分行列生成部(221)と、上記スタイラスペンにおいて既知のパラメータである、上記タッチパネルコントローラから上記同期信号が出力される時間周期の値(TCON)と、上記タッチパネルコントローラのクロック周期の値(Tclk)とを用いて、上記差分行列Data_Relative[MN]に基づき、複数種類の補助行列(M2[MN]、M3[MN]、M4[MN])を生成する補助行列生成部(222)と、上記複数種類の補助行列に基づき、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]の値が有効であるか否かを検証するための検証行列Verify[MN]を生成する検証行列生成部(223)と、上記検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であるか否かを判定する有効データ判定部(224)と、上記有効データ判定部において有効であると判定された、上記検証行列Verify[MN]の各成分の値を抽出することによって、有効行列Valid[MN]を生成する有効行列生成部(225)と、上記有効行列Valid[MN]の各成分の値を用いて、上記タイミング補正信号を生成するタイミング補正信号生成部(226)と、を備えていることが好ましい。
Data_Relative[MN]=Data[M]−Data[N](0≦M≦K、0≦N≦K、Kは整数)、
によって、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]の差分を二次元のデータ配列として表した差分行列Data_Relative[MN]を生成する差分行列生成部(221)と、上記スタイラスペンにおいて既知のパラメータである、上記タッチパネルコントローラから上記同期信号が出力される時間周期の値(TCON)と、上記タッチパネルコントローラのクロック周期の値(Tclk)とを用いて、上記差分行列Data_Relative[MN]に基づき、複数種類の補助行列(M2[MN]、M3[MN]、M4[MN])を生成する補助行列生成部(222)と、上記複数種類の補助行列に基づき、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]の値が有効であるか否かを検証するための検証行列Verify[MN]を生成する検証行列生成部(223)と、上記検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であるか否かを判定する有効データ判定部(224)と、上記有効データ判定部において有効であると判定された、上記検証行列Verify[MN]の各成分の値を抽出することによって、有効行列Valid[MN]を生成する有効行列生成部(225)と、上記有効行列Valid[MN]の各成分の値を用いて、上記タイミング補正信号を生成するタイミング補正信号生成部(226)と、を備えていることが好ましい。
上記の構成によれば、ペンクロック数は、タッチパネルコントローラから与えられるM番目およびN番目(M、Nは非負整数)の同期信号が、それぞれタッチパネルコントローラから出力された時点における、スタイラスペンのクロック番号を示す、ペンクロック数Data[M]、および、ペンクロック数Data[N]により表される。
補正回路は、ペンクロック数Data[M]およびData[N]を検出するセンス回路を備えている。また、補正回路は、センス回路によって検出されたペンクロック数Data[M]およびData[N]に基づき、スタイラスペンをタッチパネルコントローラに同期させて動作させる制御信号としてのタイミング補正信号を生成する同期信号検出回路を備えている。
そして、同期信号検出回路は、差分行列生成部、補助行列生成部、検証行列生成部、有効データ判定部、有効行列生成部、およびタイミング補正信号生成部を、さらに備えている。
差分行列生成部は、ペンクロック数Data[M]およびData[N]を用いて、演算
Data_Relative[MN]=Data[M]−Data[N](0≦M≦K、0≦N≦K、Kは整数)、
によって、実施形態1において示された式(20)を用いて、ペンクロック数Data[M]およびData[N]の差分を二次元のデータ配列として表した差分行列Data_Relative[MN]を生成する。
Data_Relative[MN]=Data[M]−Data[N](0≦M≦K、0≦N≦K、Kは整数)、
によって、実施形態1において示された式(20)を用いて、ペンクロック数Data[M]およびData[N]の差分を二次元のデータ配列として表した差分行列Data_Relative[MN]を生成する。
補助行列生成部は、スタイラスペンにおいて既知のパラメータである、タッチパネルコントローラから上記同期信号が出力される時間周期の値TCONと、上記タッチパネルコントローラのクロック周期の値Tclkとを用いて、上記差分行列Data_Relative[MN]に基づき、複数種類の補助行列を生成する。補助行列の一例としては、例えば、実施形態1において示された式(7)、式(23)、式(24)、および式(25)をそれぞれ用いて生成された、行列M2[MN]、行列M3[MN]、および行列M4[MN]を例示することができる。
検証行列生成部は、ペンクロック数Data[M]およびData[N]の値が有効であるか否かを検証するための検証行列Verify[MN]を、複数種類の補助行列に基づき生成する。検証行列Verify[MN]は、例えば、実施形態1において示された式(26)を用いて、複数種類の補助行列に基づき生成される。
有効データ判定部は、検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であるか否かを判定する。そして、有効行列生成部は、有効データ判定部において有効であると判定された、検証行列Verify[MN]の各成分の値を抽出することによって、有効行列Valid[MN]を生成する。
タイミング補正信号生成部は、有効行列Valid[MN]の各成分の値を用いて、タイミング補正信号を生成する。
従って、スタイラスペンは、有効でないと判定されたペンクロック数Data[M]およびData[N]の値の影響を排除して、タイミング補正信号を生成することができる。
このため、タッチパネルコントローラから出力されるM番目の同期信号に対応する、スタイラスペンのクロック番号を示すペンクロック数Data[M]の一部が、スタイラスペンにおいて誤検出された場合においても、タイミング補正信号が、誤検出されたペンクロック数Data[M]によって影響を受けることを抑制することができる。
それゆえ、スタイラスペンが、タッチパネルコントローラと精度良く同期しながら、タッチパネルへのタッチ入力に付随する各種の動作を行うことが可能となる。
また、本発明の態様3に係るスタイラスペンは、上記態様2において、上記有効データ判定部は、上記検証行列Verify[MN]の成分の絶対値が、第1閾値未満(T1)である場合に、上記検証行列Verify[MN]の成分を、有効データ候補として選択し、上記検証行列Verify[MN]のそれぞれの行(i)における有効データ候補の数を、当該行における有効データ数(NV[i])として算出し、上記有効データ数が、第2閾値(T2)を超えている場合に、当該行における上記検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であると判定することが好ましい。
上記の構成によれば、有効データ判定部は、検証行列Verify[MN]の成分の絶対値が、第1閾値未満T1である場合に、検証行列Verify[MN]の成分を、有効データ候補として選択する。すなわち、有効データ判定部は、実施形態1において示された有効データ候補判定条件を満たす、検証行列Verify[MN]の成分を、有効データ候補として選択する。
そして、有効データ判定部は、検証行列Verify[MN]のそれぞれの行iにおける有効データ候補の数を、当該行における有効データ数NV[i]として算出する。
続いて、有効データ判定部は、有効データ数NV[i]が、第2閾値T2を超えている場合に、当該行における上記検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であると判定する。すなわち、有効データ判定部は、実施形態1において示された有効データ判定条件を満たす、検証行列Verify[MN]の成分の値を、有効であると判定する。
従って、タッチパネルコントローラから同期信号が出力される時間周期TCON、および、タッチパネルコントローラのクロック周期Tclk等の、スタイラスペンの動作仕様としての各種パラメータの値に応じて、第1閾値T1および第2閾値T2の値をそれぞれ好適に選択することにより、誤検出されたペンクロック数Data[M]がタイミング補正信号に及ぼす影響を、さらに効果的に排除することができる。
また、本発明の態様4に係るスタイラスペンは、上記態様2または3において、上記タイミング補正信号生成部は、上記有効行列Valid[MN]の各成分の値の平均値または中央値を用いて、上記タイミング補正信号を生成することが好ましい。
上記の構成によれば、タイミング補正信号生成部は、有効行列Valid[MN]の各成分の値の平均値または中央値を用いて、タイミング補正信号を生成する。
従って、有効行列Valid[ij]の一部の成分の値に、第1閾値T1および第2閾値T2によって排除できない程度の微小な誤差が畳重された場合においても、タイミング補正信号が、微小な誤差が生じた有効行列Valid[ij]の一部の成分の値から受ける影響を抑制することができる。
また、本発明の態様5に係るスタイラスペンは、上記態様2から4のいずれか1つにおいて、上記有効行列生成部は、上記有効データ判定部において有効であると判定された、上記検証行列Verify[MN]の下三角成分に属する各成分の値を抽出することによって、上記有効行列Valid[MN]を生成することが好ましい。
上記の構成によれば、有効行列生成部は、有効データ判定部において有効であると判定された、検証行列Verify[MN]の下三角成分に属する各成分の値を抽出することによって、有効行列Valid[MN]を生成する。
ここで、実施形態1において示された式(20)を用いて生成された差分行列Data_Relative[MN]は、反対称行列であるため、差分行列Data_Relative[MN]に基づいて生成された検証行列Verify[MN]は、対称行列となる。
そのため、検証行列Verify[MN]に基づいて生成された有効行列Valid[MN]もまた、対称行列となる。
従って、タイミング補正信号を生成する場合には、有効行列Valid[ij]の下三角成分のみを用いればよく、有効行列Valid[ij]の上三角成分を用いる必要はない。
それゆえ、有効行列Valid[ij]を、下三角成分に有効な成分を有する行列として構成することにより、スタイラスペンに搭載すべきメモリの容量を低減することができる。また、有効行列生成部における演算時間を低減することも可能となる。
また、本発明の態様6に係るタッチパネルシステム(1)は、上記態様1から5のいずれか1つに係るスタイラスペンと、上記スタイラスペンによるタッチ入力が与えられるタッチパネルと、上記スタイラスペンによって、上記タッチパネルに対するタッチ入力が与えられた位置を検出するタッチパネルコントローラと、を備えていることが好ましい。
また、本発明の態様7に係る電子機器(携帯電話60)は、上記態様6に係るタッチパネルシステムを含んでいることが好ましい。
また、本発明の態様8および9において、上記態様7に係る電子機器は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記電子機器が備える各部として動作させることにより上記電子機器をコンピュータにて実現させる電子機器の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、スタイラスペン、ならびに、スタイラスペンを備えたタッチパネルシステムおよび電子機器に利用することができる。
1 タッチパネルシステム
2 タッチパネルコントローラ
3 タッチパネル
15 スタイラスペン
20 補正回路
21 センス回路
22 同期信号検出回路
60 携帯電話(電子機器)
221 差分行列生成部
222 補助行列生成部
223 検証行列生成部
224 有効データ判定部
225 有効行列生成部
226 タイミング補正信号生成部
M,N 非負整数(同期信号の番号)
Data[N] クロック数(ペンクロック数)
Nclk[N] 理想クロック数(コントローラクロック数)
Data_Relative[MN] 差分行列
M2[MN],M3[MN],M4[MN] 行列(補助行列)
Verify[MN] 検証行列
Valid[MN] 有効行列
TCON タッチパネルコントローラから出力される同期信号の時間周期
Tclk タッチパネルコントローラのクロック周期
T1 第1閾値
T2 第2閾値
i 行番号
NV[i] 有効データ数
2 タッチパネルコントローラ
3 タッチパネル
15 スタイラスペン
20 補正回路
21 センス回路
22 同期信号検出回路
60 携帯電話(電子機器)
221 差分行列生成部
222 補助行列生成部
223 検証行列生成部
224 有効データ判定部
225 有効行列生成部
226 タイミング補正信号生成部
M,N 非負整数(同期信号の番号)
Data[N] クロック数(ペンクロック数)
Nclk[N] 理想クロック数(コントローラクロック数)
Data_Relative[MN] 差分行列
M2[MN],M3[MN],M4[MN] 行列(補助行列)
Verify[MN] 検証行列
Valid[MN] 有効行列
TCON タッチパネルコントローラから出力される同期信号の時間周期
Tclk タッチパネルコントローラのクロック周期
T1 第1閾値
T2 第2閾値
i 行番号
NV[i] 有効データ数
Claims (5)
- タッチパネルにタッチ入力を与えるスタイラスペンであって、
上記タッチパネルの動作を制御するタッチパネルコントローラが同期信号を出力するために上記タッチパネルコントローラが生成するコントローラクロック数と、上記タッチパネルコントローラから出力された上記同期信号を上記スタイラスペンが受け取るために上記スタイラスペンが生成するペンクロック数との間のずれを補正する補正回路を備えていることを特徴とするスタイラスペン。 - 上記ペンクロック数は、上記タッチパネルコントローラから与えられるM(Mは非負整数)番目の上記同期信号が上記タッチパネルコントローラから出力された時点における、上記スタイラスペンのクロック番号を示すペンクロック数Data[M]、および、上記タッチパネルコントローラから与えられるN(Nは非負整数)番目の上記同期信号が上記タッチパネルコントローラから出力された時点における、上記スタイラスペンのクロック番号を示すペンクロック数Data[N]により表され、
上記補正回路は、
上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]を検出するセンス回路と、
上記センス回路によって検出された上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]に基づき、上記スタイラスペンを上記タッチパネルコントローラに同期させて動作させる制御信号としてのタイミング補正信号を生成する同期信号検出回路と、を備えており、
上記同期信号検出回路は、
上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]を用いて、演算
Data_Relative[MN]=Data[M]−Data[N](0≦M≦K、0≦N≦K、Kは整数)、
によって、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]の差分を二次元のデータ配列として表した差分行列Data_Relative[MN]を生成する差分行列生成部と、
上記スタイラスペンにおいて既知のパラメータである、上記タッチパネルコントローラから上記同期信号が出力される時間周期の値と、上記タッチパネルコントローラのクロック周期の値とを用いて、上記差分行列Data_Relative[MN]に基づき、複数種類の補助行列を生成する補助行列生成部と、
上記複数種類の補助行列に基づき、上記ペンクロック数Data[M]およびData[N]の値が有効であるか否かを検証するための検証行列Verify[MN]を生成する検証行列生成部と、
上記検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であるか否かを判定する有効データ判定部と、
上記有効データ判定部において有効であると判定された、上記検証行列Verify[MN]の各成分の値を抽出することによって、有効行列Valid[MN]を生成する有効行列生成部と、
上記有効行列Valid[MN]の各成分の値を用いて、上記タイミング補正信号を生成するタイミング補正信号生成部と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載のスタイラスペン。 - 上記有効データ判定部は、
上記検証行列Verify[MN]の成分の絶対値が、第1閾値未満である場合に、上記検証行列Verify[MN]の成分を、有効データ候補として選択し、
上記検証行列Verify[MN]のそれぞれの行における有効データ候補の数を、当該行における有効データ数として算出し、
上記有効データ数が、第2閾値を超えている場合に、当該行における上記検証行列Verify[MN]の各成分の値が有効であると判定することを特徴とする請求項2に記載のスタイラスペン。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のスタイラスペンと、
上記スタイラスペンによるタッチ入力が与えられるタッチパネルと、
上記スタイラスペンによって、上記タッチパネルに対するタッチ入力が与えられた位置を検出するタッチパネルコントローラと、を備えていることを特徴とするタッチパネルシステム。 - 請求項4に記載のタッチパネルシステムを含んでいることを特徴とする電子機器。
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- 2014-03-24 JP JP2015513626A patent/JP5826971B2/ja not_active Expired - Fee Related
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