JP5905645B2 - タッチパネルシステム及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、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静電容量を有するタッチパネル上のタッチペンのタッチ位置を検出するタッチパネルシステム及び電子機器に関するものである。詳細には、タッチペンとタッチパネルコントローラとの同期に関する。
従来、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静電容量を有するタッチパネル上のタッチペンのタッチ位置を検出するタッチパネルシステムとして、例えば、特許文献１に開示されたタッチパネルシステムが知られている。
この特許文献１に開示されたタッチパネルシステムは、複数の電子ペンと、この電子ペン及び指によるタッチ操作が行われるタッチ面を備え、互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加する駆動信号に応じて前記受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点毎の検出データを出力する受信部と、前記受信部から出力される検出データに基づいてタッチ位置を検出する制御部とを備え、前記送信部は、前記電子ペンと前記受信部との間でのペン識別信号の送受信を同期させるペン同期信号を前記送信電極に印加し、前記電子ペンは、タッチ操作時に前記送信電極のペン同期信号を検出するのに応じてペン識別信号を前記受信電極に送出し、前記制御部は、前記受信電極を介して前記受信部が受信したペン同期信号に基づいて、タッチ操作を行った指示物を判別することを特徴としている。
この構成により、各電子ペンは、タッチ操作時に送信電極からのペン同期信号の検出に応じてペン識別信号を受信電極に送出し、制御部は、受信電極を介して受信部が受信したペン同期信号に基づいて、タッチ操作を行った電子ペンを判別するので、複数の電子ペンを使用することが可能であるとしている。
ここで、上記特許文献１に開示されたタッチパネルシステムでは、電子ペンをタッチしたときに電磁ノイズを受けた人体の手、指等のタッチパネルへのタッチに起因して生じるタッチ位置とは異なる他の位置に発生する電磁ノイズによる誤信号を除去することできないという問題を有している。
そこで、この問題を解決するために、本願出願人は、特許文献２に開示されたタッチパネルシステムを提案している。
この特許文献２に開示されたタッチパネルシステムは、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静電容量を有するタッチパネルとタッチペンとタッチパネルコントローラとを備え、タッチパネルコントローラは、第１信号線駆動期間において複数の第１信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第２信号線から出力させ、第２信号線駆動期間において複数の第２信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第１信号線から出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、タッチペンをタッチパネルにタッチさせることにより、タッチペンによる静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出するものとなっている。
上記構成のタッチパネルシステムにおけるタッチ位置検出方法では、タッチペンがタッチパネルにタッチされたときには、第１信号線駆動期間での検出位置と第２信号線駆動期間における検出位置とが同じ位置に表れる。一方、電磁ノイズを受けた人体の手、指等のタッチパネルへのタッチに起因して生じるタッチ位置とは異なる他の位置に発生するノイズによる誤信号は、第１信号線と第２信号線との切り替え駆動により第１信号線駆動期間に表れたとしても第２信号線駆動期間には同位置には表れない。
したがって、タッチペンのタッチ信号とノイズによる誤信号とを区別し、該ノイズによる誤信号を容易に除去することが可能となっている。
日本国公開特許公報「特開２０１２−０２２５４３号公報（２０１２年２月２日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１３−００８３１８号公報（２０１３年１月１０日公開）」
ところで、タッチペンとして例えば筆圧センサ機能等の付加機能を備えた電子ペンを用いる場合には、電子ペンが得た情報をタッチパネルコントローラに送信する必要がある。この場合、特許文献１のタッチパネルシステムに開示されているように、電子ペンは、タッチパネルコントローラから発信されるペン同期信号を検出した後、このペン同期信号を基準にして例えばペン識別信号をタッチパネルコントローラ側に送信する。
しかしながら、タッチパネルコントローラから発信されるペン同期信号を、電子ペンにて無線で受信して検出する場合、通信信号に低周波ノイズが重畳されるので、ペン同期信号の検出が困難となり、ペン同期信号の取り逃がしが発生するという問題を有している。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、同期信号の検出を適格に行うことができるタッチパネルシステム及び電子機器を提供することにある。
本発明の一態様におけるタッチパネルシステムは、上記の課題を解決するために、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静電容量を有するタッチパネルとタッチペンとタッチパネルコントローラとを備え、上記タッチパネルコントローラは、第１信号線駆動期間において複数の第１信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第２信号線から出力させ、第２信号線駆動期間において複数の第２信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第１信号線から出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、タッチペンをタッチパネルにタッチさせることにより、タッチペンによる静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出するタッチパネルシステムにおいて、上記タッチペンは、信号を入出力できる電子ペンからなっており、上記タッチパネルコントローラは、上記第１信号線駆動期間の直前と第２信号線駆動期間の直前とのそれぞれの同期信号送信期間に上記電子ペンに同期信号を送信する同期信号送信部を備え、上記同期信号送信部は、上記同期信号送信期間に、周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号を電子ペンに送信すると共に、上記電子ペンは、上記同期信号を検出する同期信号検出部を備えていることを特徴としている。尚、周期性を有する疑似不規則化系列とは、人工的に作られた不規則信号である疑似不規則信号(pseudorandom signal)に用いられるＭ系列(M-sequence)又はゴールド（Gold）系列等の符号系列をいう。また、駆動は、並列駆動と逐次駆動とのいずれであってもよい。
本発明の一態様における電子機器は、上記課題を解決するために、前記記載のタッチパネルシステムを備えていることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、同期信号の検出を適格に行うことができるタッチパネルシステム及び電子機器を提供するという効果を奏する。
（ａ）は本発明の実施形態１におけるタッチパネルシステムにおけるタッチパネルコントローラからスタイラスペンに送信されるマンチェスタ符号化された周期性を有する疑似不規則化系列の同期波形を示す図であり、（ｂ）は同期波形とタッチ検出用波形とを示す波形図である。 上記タッチパネルシステムの構成を示すブロック図である。 上記タッチパネルシステムに設けられたタッチパネルの構成を示す配線図である。 上記タッチパネルに接続された信号線とドライバに接続されたドライブライン及びセンスアンプに接続されたセンスラインとの接続を切り替えるためのマルチプレクサの構成を示す回路図である。 上記タッチパネルシステムにおけるスタイラスペンの構成を示すブロック図である。 上記スタイラスペンにおける同期を取るための基本動作を示すタイミングチャートである。 （ａ）はタッチパネルコントローラにおけるドライバのドライブライン及びセンスアンプのセンスラインにおけるタッチパネル及びスタイラスペンへの出力関係を示す図であり、（ｂ）は同期波形とタッチ検出用波形とを示す波形図である。 （ａ）はタッチパネルコントローラからスタイラスペンに送信される同期波形及びタッチ検出用波形等の駆動波形と低周波ノイズとを示す波形図であり、（ｂ）は駆動波形と低周波ノイズとが重畳された状態を示す波形図であり、（ｃ）はリセットタイミングによりリセットした状態を示す波形図である。 上記スタイラスペンにおける同期信号検出回路に設けられたリセット回路の構成を示す図である。 （ａ）はタッチパネルコントローラから送信される同期波形の一例を示す波形図であり、（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形を示す波形図であり、（ｃ）は（ｂ）においてリセットタイミングＲ１にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図であり、（ｄ）は（ｂ）においてリセットタイミングＲ２にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図である。 （ａ）はマンチェスタ符号化しない場合のＭ系列符号「１１１００１０」を用いた同期波形を示す波形図であり、（ｂ）はマンチェスタ符号化したＭ系列符号「１１１００１０」を用いた同期波形を示す波形図である。 （ａ）はタッチパネルコントローラから送信されるＨｉｇｈ期間の長い同期波形の一例を示す波形図であり、（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形のリセットタイミングＲ３を示す波形図であり、（ｃ）は（ｂ）においてリセットタイミングＲ３にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図である。 タッチパネルコントローラの駆動動作とスタイラスペンの駆動動作との対応関係を示す動作イメージ図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１３に示す同期信号検出期間、休止期間及び通常の駆動期間の具体的駆動動作を示す図である。 （ａ）は本発明の実施形態２におけるタッチパネルシステムを示すものであって、スタイラスペンにて受信された信号の入力波形を示す波形図であり、（ｂ）はリセットタイミングＲ１〜Ｒ６にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図である。 （ａ）はタッチパネルコントローラから送信される同期波形の一例を示す波形図であり、（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形のリセットタイミングＲ７・Ｒ８・Ｒ９を示す波形図であり、（ｃ）は（ｂ）に示すリセットタイミングＲ７・Ｒ８・Ｒ９にて基準電位を定めたときの同期波形を示す波形図である。 同期波形が出力される直前に固定期間を設けたタッチパネルコントローラの出力波形を示すタイミングチャートである。 （ａ）はタッチパネルコントローラから送信される同期波形の一例を示す波形図であり、（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形のリセットタイミングＲ１１・Ｒ１２・Ｒ１３を示す波形図であり、（ｃ）は（ｂ）に示すリセットタイミングＲ１１・Ｒ１２・Ｒ１３にて基準電位を定めたときの同期波形を示す波形図である。 （ａ）はタッチパネルコントローラにおけるドライバのドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬによって送信される同期波形の送信方法を示す図であり、（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形を示す波形図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す固定期間にて最初にリセットして基準電位を定めたときの同期波形を示す波形図である。 タッチパネルコントローラの駆動動作とスタイラスペンの駆動動作との対応関係を示す動作イメージ図である。 図２０に示す固定期間の具体的駆動動作を示す図である。 本発明の実施形態３におけるタッチパネルシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態４におけるタッチパネルシステムを備えた携帯電話の構成を示すブロック図である。
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
（タッチパネルシステムの構成）
本実施の形態のタッチパネルシステム１の構成について、図２及び図３に基づいて説明する。図２は本実施の形態のタッチパネルシステム１の構成を示すブロック図であり、図３はタッチパネルシステムに設けられたタッチパネルの構成を示す配線図である。
本実施の形態のタッチパネルシステム１は、図２に示すように、タッチパネル２と、タッチペン及び電子ペンとしてのスタイラスペン３と、これらタッチパネル２及びスタイラスペン３を駆動するタッチパネルコントローラ１０とを備えている。
上記タッチパネル２は、図３に示すように、水平方向に沿って互いに平行に配置された複数本であるＫ本（Ｋは正の整数）の第１信号線としての水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫと、垂直方向に沿って互いに平行に配置された複数本であるＬ本（Ｌは正の整数）の第２信号線としての垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとを備えている。上記水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫと垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとの各交点には、静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬが発生するものとなっている。尚、ＫとＬとは互いに同じか又は異なるかのいずれであってもよいが、本実施の形態では、Ｌ≧Ｋとして説明を行う。また、本実施の形態では、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫと垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとは互いに垂直に交差しているが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、両者が互いに交差していれば足りる。
タッチパネル２は、スタイラスペン３を把持した手を着くことができる広さを有していることが好ましいが、スマートフォンに使用される大きさであってもよい。
上記スタイラスペン３は、本実施の形態では、単にタッチパネル２に接触させるための導電体からなるタッチペンにとどまらず、信号が入出力できるペンからなっている。このスタイラスペン３には、後述するように、同期信号検出回路３６が設けられており、タッチパネルコントローラ１０のタイミングジェネレータ１４にて発生された専用同期信号と同期を取るための同期信号が受信入力されるようになっている。
上記タッチパネルコントローラ１０は、図２に示すように、マルチプレクサ１１とドライバ１２とセンスアンプ１３とタイミングジェネレータ１４とＡＤ変換器１５と容量分布計算部１６とタッチ認識部１７とペン位置検出部１８とを備えている。
上記ドライバ１２は、タッチパネル２における前述した水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ又は垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬの駆動に対応してドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫ又はドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬに電圧を印加するようになっている。
上記センスアンプ１３は、第１信号線駆動期間における水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫの駆動時において、タッチパネル２の各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに対応する当初電荷の信号と、タッチ時におけるスタイラスペン３とＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれとの間の静電容量に対応するタッチ時電荷である第１ペン電荷信号とに対応する線形和信号を、センスラインＳＬ１〜ＳＬＫを通して読み出して、ＡＤ変換器１５に供給する。すなわち、第１信号線駆動期間において、各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに対応する電荷を検出しているときに、スタイラスペン３をタッチパネル２の或る位置に近づけると該位置の静電容量が変化するので、その変化した静電容量を線形和信号として検出することができる。通常、スタイラスペン３をタッチパネル２に近づけると、近づけた位置の各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬは、増加することになる。
また、センスアンプ１３は、第２信号線駆動期間における垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬの駆動時において、タッチパネル２の各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに対応する当初電荷の信号と、タッチ時におけるスタイラスペン３とＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれとの間の静電容量に対応するタッチ時電荷である第２ペン電荷信号とに対応する線形和信号を、センスラインＳＬ１〜ＳＬＬを通して読み出して、ＡＤ変換器１５に供給するようになっている。
次に、上記マルチプレクサ１１について、図４に基づいて説明する。図４は、タッチパネル２に設けられた水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ、又は垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＫ〜ＶＬＬと、ドライバに接続されたドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫ〜ＤＬＬ又はセンスアンプ１３に接続されたセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫ〜ＳＬＬとの接続を切り替えるマルチプレクサの構成を示す回路図である。
マルチプレクサ１１は、複数の入力と複数の出力との接続を互いに切り替える接続切替回路である。本実施の形態では、図４に示すように、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫをドライバ１２のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫに接続し、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＫ〜ＶＬＬをセンスアンプ１３のセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫ〜ＳＬＬに接続する第１接続状態と、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫをセンスアンプ１３のセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫに接続し、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＫ〜ＶＬＬをドライバ１２のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫ〜ＤＬＬに接続する第２接続状態とに切替える。
上記マルチプレクサ１１においては、図４に示す制御線ＣＬの信号をＬｏｗにすると、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫはドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫに接続されると共に、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬはセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬに接続される。一方、制御線ＣＬの信号をＨｉｇｈにすると、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫはセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫに接続されると共に、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬはドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬに接続されるようになっている。
次に、図２に示す上記タイミングジェネレータ１４は、ドライバ１２の動作を規定する信号と、センスアンプ１３の動作を規定する信号と、ＡＤ変換器１５の動作を規定する信号とを生成して、ドライバ１２、センスアンプ１３及びＡＤ変換器１５にそれぞれ供給する。また、タイミングジェネレータ１４は同期信号を生成する。そして、タッチパネルコントローラ１０は、タイミングジェネレータ１４にて生成した同期信号を同期専用信号として用いて水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ及び垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを駆動するようになっている。
次に、ＡＤ変換器１５は、第１信号線駆動期間において、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬとを通して読み出される各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに対応する電荷と、スタイラスペン３とＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれとの間の静電容量に対応する電荷である第１ペン電荷信号とに対応する線形和信号をＡＤ変換して容量分布計算部１６に供給する。
また、ＡＤ変換器１５は、第２信号線駆動期間において、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫとセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫとを通して読み出される各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに対応する電荷と、スタイラスペン３とＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれとの間の静電容量に対応する電荷である第２ペン電荷信号とに対応する線形和信号をＡＤ変換して容量分布計算部１６に供給する。
次に、容量分布計算部１６は、上記第１ペン電荷信号及び第２ペン電荷信号を含む線形和信号と、駆動に基づいた符号系列とに基づいて、タッチパネル２上の静電容量分布、及びスタイラスペン３とＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれとの間の静電容量の分布、並びにスタイラスペン３とＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれとの間の静電容量の分布を計算して、タッチパネル２上の静電容量分布をタッチ認識部１７に供給すると共に、スタイラスペン３とＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれとの間の静電容量の分布、及びスタイラスペン３とＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれとの間の静電容量の分布を位置検出手段であるペン位置検出部１８に供給する。タッチ認識部１７は、容量分布計算部１６から供給された静電容量分布に基づいて、タッチパネル２上のタッチされた位置を認識する。
上記ペン位置検出部１８は、スタイラスペン３とＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれとの間の静電容量の分布に基づいて、スタイラスペン３の水平信号線ＨＬ１に沿った位置を検出する。また、ペン位置検出部１８は、スタイラスペン３とＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれとの間の静電容量の分布に基づいて、スタイラスペン３の垂直信号線ＶＬ１に沿った位置を検出する。
（タッチペンのタッチ位置の検出動作）
上記構成のタッチパネルシステム１におけるスタイラスペン３のタッチ位置の検出動作について、以下に経時的に説明する。尚、ここでは、スタイラスペン３を単にタッチペンとして使用する場合の検出動作について説明する。
まず、第１信号線駆動期間においては、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫをドライバ１２のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫに接続し、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬをセンスアンプ１３のセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬに接続する第１接続状態において、ドライバ１２が、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫに電圧を印加して水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫを駆動する。
そして、第１信号線駆動期間においては、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫの駆動により各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに蓄積された電荷と、スタイラスペン３をタッチパネル２に近づけたときの該スタイラスペン３とＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれとの間の静電容量に対応する電荷である第１ペン電荷信号とに基づくＬ個の第１線形和信号がＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬのそれぞれから出力される。
センスアンプ１３は、第１ペン電荷信号を含む上記Ｌ個の第１線形和信号を、マルチプレクサ１１及びセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬを介して読み出し、ＡＤ変換器１５に供給する。ＡＤ変換器１５は、第１ペン電荷信号を含む上記Ｌ個の第１線形和信号をＡＤ変換して容量分布計算部１６に出力する。
次に、上記第１接続状態から、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫと垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとのドライブ信号とセンス信号とを互いに入れ替えるべく、第２接続状態に切り替える。すなわち、第２接続状態では、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫをセンスアンプ１３のセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫに接続し、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬをドライバ１２のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬに接続する。
その後、ドライバ１２が、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬに電圧を印加して垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを駆動する。
そして、第２信号線駆動期間においては、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬの駆動により各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに蓄積された電荷と、スタイラスペン３とＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれとの間の静電容量に対応する電荷である第２ペン電荷信号とに基づくＫ個の第２線形和信号がＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫのそれぞれから出力される。このとき、センスアンプ１３は、第２ペン電荷信号を含む上記Ｋ個の第２線形和信号を、マルチプレクサ１１及びセンスラインＳＬ１〜ＳＬＫを介して読み出し、ＡＤ変換器１５に供給する。ＡＤ変換器１５は、第２ペン電荷信号を含む上記Ｋ個の第２線形和信号をＡＤ変換して容量分布計算部１６に出力する。
次に、位置検出工程においては、容量分布計算部１６は、第１ペン電荷信号を含む上記第１線形和信号、第２ペン電荷信号を含む上記第２線形和信号、タッチパネル２上の静電容量分布を算出してタッチ認識部１７に供給すると共に、スタイラスペン３の水平信号線ＨＬ１に沿った位置、及びスタイラスペン３の垂直信号線ＶＬ１に沿った位置を算出してペン位置検出部１８に供給する。
その後、タッチ認識部１７は、容量分布計算部１６から供給された静電容量分布に基づいて、タッチパネル２上のタッチされた位置を認識する。
また、ペン位置検出部１８は、容量分布計算部１６により算出されたスタイラスペン３の水平信号線ＨＬ１に沿った位置、及びスタイラスペン３の垂直信号線ＶＬ１に沿った位置に基づいて、スタイラスペン３のタッチパネル２上の位置を検出する。
尚、上記の説明において、本実施の形態では、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ及び垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬはいずれも並列に同時に駆動を行っている。つまり、並列駆動を行っている。ただし、必ずしもこれに限らず、上記のタッチパネル２におけるＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫの駆動及びＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬの駆動は、並列駆動又は逐次駆動のいずれであってもよい。並列駆動とは、Ｋ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫの駆動又はＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを並列に同時に駆動することであり、逐次駆動とはＫ本の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫの駆動又はＬ本の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを水平信号線ＨＬ１又は垂直信号線ＶＬ１から順に逐次、駆動することである。速さの点からは、並列駆動が好ましく、本実施の形態では、並列駆動を採用している。
このように、本実施の形態のタッチパネルシステム１は、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静電容量を有するタッチパネル２とタッチペンとタッチパネルコントローラ１０とを備えている。タッチパネルコントローラ１０は、第１信号線駆動期間において複数の第１信号線である水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫを駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第２信号線である垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬから出力させ、第２信号線駆動期間において複数の第２信号線である垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第１信号線である水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫから出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、タッチペンをタッチパネル２にタッチさせることにより、タッチペンによる静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出する。
上記構成のタッチパネルシステム１におけるタッチペンの座標位置検出方法では、タッチペンがタッチパネル２にタッチされた場合には、第１信号線駆動期間での検出位置と第２信号線駆動期間における検出位置とが同じ位置に表れる。一方、電磁ノイズを受けた人体の手、指等のタッチパネル２へのタッチに起因して生じるファントムノイズによる誤信号は、第１信号線と第２信号線との切り替えにより第１信号線駆動期間に表れたとしても第２信号線駆動期間には同位置には表れない。したがって、第１信号線駆動期間での検出位置と第２信号線駆動期間での検出位置との論理積にて検出位置を判断することによって、タッチペンのタッチ信号とファントムノイズによる誤信号とを区別し、該ファントムノイズによる誤信号を除去することが可能となる。
尚、ファントムノイズとは、タッチペンを握る手を介してタッチペンのタッチ位置とは異なる位置に静電気に基づく検出信号が発生するノイズであり、タッチペンの正規のタッチ位置とは違うので、ノイズとされるものである。
（スタイラスペンの構成及び筆圧センサ機能）
本実施の形態のスタイラスペン３は、例えば、筆圧を検知するための筆圧センサを有しており、この筆圧センサからに筆圧信号は、タッチパネルコントローラ１０と同期を取りながら出力されるようになっている。ただし、スタイラスペン３は、必ずしもこれに限らず、筆圧を検知するための筆圧センサを有していなくてもよい。
上記スタイラスペン３の構成について、図５に基づいて説明する。図５は、スタイラスペン３の構成を示す断面図である。
スタイラスペン３は、図５に示すように、使用者が手で握るために略円筒状に形成された導電性の把持部３０ａを有するユーザが手で握るペン本体３０を有し、ペン本体３０の先端には、タッチ操作時にタッチパネル２に押し当てられるペン先部３１が設けられている。
上記ペン先部３１は、ペン先カバー３１ａと、ペン先軸３１ｂと、ペン先カバー３１ａを軸方向に進出移動自在に保持する絶縁体３１ｃ・３１ｃと、ペン先軸３１ｂの奥側に設けられた筆圧センサ３１ｄとを有している。
上記ペン先カバー３１ａは絶縁性材料からなっていると共に、ペン先軸３１ｂは導電性の材料、例えば金属又は導電性合成樹脂材からなっている。
また、筆圧センサ３１ｄは、例えば、半導体ピエゾ抵抗圧力センサからなっており、図示しないダイヤフラムの表面に半導体ひずみゲージが形成されている。したがって、タッチ操作時にペン先部３１のペン先カバー３１ａをタッチパネル２に押し当てると、ペン先カバー３１ａを介してペン先軸３１ｂが押し込まれて、筆圧センサ３１ｄのダイヤフラムの表面を押圧し、これにより、ダイヤフラムが変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換する。これにより、スタイラスペン３における筆圧を検出できるようになっている。尚、筆圧検出の原理については、必ずしもこれに限らず、他の検出原理を採用することが可能である。
上記ペン本体３０の内部には、接続スイッチ３２と、制御回路３３と、動作切替スイッチ３４ａ・３４ｂと、センス回路３５と、同期信号検出回路３６と、タイミング調整回路３７と、ドライブ回路３８とが設けられている。尚、接続スイッチ３２は、省略することも可能である。接続スイッチ３２を省略する場合には、制御回路３３の出力はペン先軸３１ｂに接続される。
上記接続スイッチ３２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）等からなる電子スイッチであり、制御回路３３にてオン・オフ制御される。ここで、接続スイッチ３２がオフの場合、ペン先カバー３１ａはペン本体３０の把持部３０ａと電気的に遮断されている。このとき、ペン先部３１の成分容量は極めて小さいため、ペン先カバー３１ａをタッチパネル２に近接させても、タッチパネルシステム１はスタイラスペン３の近接・当接を認識することはない。
一方、接続スイッチ３２がオンになると、ペン先カバー３１ａは、ペン先軸３１ｂを介してペン本体３０の把持部３０ａと電気的に接続され、人体は把持部３０ａを介してペン先カバー３１ａと導通する。これにより、人体は比較的大きな静電容量を有するため、スタイラスペン３がタッチパネル２に近接・接触すると、タッチパネル２の前述した各静電容量Ｃ１１〜ＣＫＬに蓄積された電荷が変化して、タッチパネルシステム１はスタイラスペン３のタッチ状態を検出することができる。
また、スタイラスペン３には、例えば、プッシュ式の第１操作スイッチ３９ａと第２操作スイッチ３９ｂとが設けられており、第１操作スイッチ３９ａ及び第２操作スイッチ３９ｂを押下操作することによって、第１操作スイッチ３９ａ及び第２操作スイッチ３９ｂに割り当てられた機能を、制御回路３３を介して実行させる。第１操作スイッチ３９ａに割り当てられた機能としては、例えば消しゴム機能を挙げることができ、この消しゴム機能のオン・オフを第１操作スイッチ３９ａにて行うことが可能である。また、第２操作スイッチ３９ｂに割り当てられた機能としては、例えばマウスの右クリック機能を挙げることができ、このマウスの右クリック機能のオン・オフを第２操作スイッチ３９ｂにて行うことが可能である。
尚、消しゴム機能及びマウスの右クリック機能は一例であり、消しゴム機能及びマウスの右クリック機能に限らない。また、さらに他の操作スイッチを設けて他の機能を付加することも可能である。
ところで、スタイラスペン３のタッチパネル２へのタッチ信号、つまり前述した第１ペン電荷信号及び第２ペン電荷信号は、スタイラスペン３の接続スイッチ３２をオンした状態でスタイラスペン３をタッチパネル２にタッチすることによって、前述したように、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫと垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとの切り替え駆動によってタッチ位置が検出される。
本実施の形態では、上記スタイラスペン３におけるペン先部３１の駆動をタッチパネルコントローラ１０にて検出するために、スタイラスペン３のドライブ回路３８による駆動において、その駆動パターンを、第１信号線駆動期間においてはタッチパネルコントローラ１０によるタッチパネル２の水平信号線ＨＬＫ＋１（又はそれ以降）の駆動パターン、つまりドライバ１２のＫ＋１番目（又はそれ以降）のドライブラインＤＬＫ＋１（又はそれ以降）の駆動パターンに一致させると共に、第２信号線駆動期間においてはタッチパネルコントローラ１０によるタッチパネル２の垂直信号線ＶＬＬ＋１（又はそれ以降）の駆動パターン、つまりドライバ１２のＬ＋１番目（又はそれ以降）のドライブラインＤＬＬ＋１（又はそれ以降）の駆動パターンに一致させるという方法を採用している。ここで、水平信号線ＨＬＫ＋１（又はそれ以降）及び垂直信号線ＶＬＬ＋１（又はそれ以降）自体は、存在しない。
尚、図２及び図３においては、上記ドライブラインＤＬＫ＋１又はドライブラインＤＬＬ＋１のように駆動期間によって駆動パターンは異なっている（Ｋ≠Ｌ）場合もあるが、表記の見易さのためドライブラインＤＬＬ＋１の表記を用いて仮想線にて表示している。また、以降の説明においてもドライブラインＤＬＬ＋１と表記する。
（タッチパネルコントローラとスタイラスペンとの同期の基本動作）
ところで、本実施の形態のスタイラスペン３は、無線にてタッチパネルコントローラ１０と信号の送受信を行っている。したがって、タッチパネルコントローラ１０におけるドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬの駆動のタイミングに合うようにドライブラインＤＬＬ＋１を駆動するのと同じパターンでペン先部３１を駆動する。そこで、スタイラスペン３では、ドライブ回路３８を設けてタッチパネルコントローラ１０のドライバ１２と同様に駆動を行うようにしている。
一方、タッチパネルコントローラ１０におけるドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬの駆動は、タイミングジェネレータ１４にて生成される駆動タイミングに基づいている。このため、スタイラスペン３においても、タッチパネルコントローラ１０が駆動するタイミングに同期をとって動作させなければならない。そこで、本実施の形態のスタイラスペン３では、センス回路３５、同期信号検出回路３６及びタイミング調整回路３７を設けることにより、スタイラスペン３にてタッチパネルコントローラ１０が駆動する専用同期信号を検出して、該タッチパネルコントローラ１０の専用同期信号のタイミングとスタイラスペン３においてタイミング調整回路３７にて発生するペン同期信号のタイミングとを一致させるようにしている。
ここで、タッチパネルシステム１におけるスタイラスペン３の同期の取り方の基本原理について、図６に基づいて説明する。図６は、同期の取り方の基本原理を示すタイミングチャートである。
スタイラスペン３は、センス回路３５及び同期信号検出回路３６にて、タッチパネルコントローラ１０のタイミングジェネレータ１４にて発生した専用同期信号を検出する。ここでは、簡単のために、専用同期信号は、単一パルスであるとする。
図６に示すように、単一パルスからなる専用同期信号であるタッチパネル同期信号Ｓ０が一定の周期で発生しているとする。
これに対して、スタイラスペン３では、センス回路３５にて、複数の同期信号候補Ｓ１〜Ｓｐ（ｐは２以上の整数）を発生させる。尚、図６に示す同期信号候補Ｓｐは、同期信号候補Ｓ１が１周期程度遅れた信号を表している。スタイラスペン３は、タッチパネルコントローラ１０のタイミングジェネレータ１４から送信される専用同期信号と一致度が高い同期信号を、同期信号候補Ｓ１〜Ｓｐの中から選択し、タッチパネルコントローラ１０との通信の同期信号として採用する。図６に示す例では、タッチパネル同期信号Ｓ０と一致度が高い同期信号候補Ｓ４又はＳ５をスタイラスペン３のペン同期信号として採用する。
スタイラスペン３は、同期が取れるまで、検出モードになり、ドライブ回路３８の駆動は行われない。
このような原理により、スタイラスペン３は、タッチパネルコントローラ１０における専用同期信号と同期を取ることができる。
（タッチパネルコントローラとスタイラスペンとの同期の特徴的動作）
ところで、実際の同期の取り方において、タッチパネルコントローラ１０からの専用同期信号の受信においては、ノイズが存在するので、容易ではない。具体的には、専用同期信号に低周波成分が重畳されるので、正しい専用同期信号のパルスの振幅を把握するのが困難となり、その結果、専用同期信号のパルスの取り逃がしが発生するという問題を有している。
このような問題の解消方法の一例について、図１（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）〜図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１（ａ）はタッチパネルシステムにおけるタッチパネルコントローラからスタイラスペンに送信されるマンチェスタ符号化された周期性を有する疑似不規則化系列の同期波形を示す図であり、図１（ｂ）は同期波形とタッチ検出用波形とを示す波形図である。図７（ａ）はタッチパネルコントローラにおけるドライバのドライブライン及びセンスアンプのセンスラインにおけるタッチパネル及びスタイラスペンへの出力関係を示す図であり、図７（ｂ）は同期波形とタッチ検出用波形とを示す波形図である。図８（ａ）はタッチパネルコントローラからスタイラスペンに送信される同期波形及びタッチ検出用波形等の駆動波形と低周波ノイズとを示す波形図であり、図８（ｂ）は駆動波形と低周波ノイズとが重畳された状態を示す波形図であり、図８（ｃ）はリセットタイミングによりリセットした状態を示す波形図である。図９は、上記スタイラスペンにおける同期信号検出回路に設けられたリセット回路の構成を示す図である。図１０（ａ）はタッチパネルコントローラから送信される同期波形の一例を示す波形図であり、図１０（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形を示す波形図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）においてリセットタイミングＲ１にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図であり、図１０（ｄ）は図１０（ｂ）においてリセットタイミングＲ２にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図である。図１１（ａ）はマンチェスタ符号化しない場合のＭ系列符号「１１１００１０」を用いた同期波形を示す波形図であり、図１１（ｂ）はマンチェスタ符号化したＭ系列符号「１１１００１０」を用いた同期波形を示す波形図である。図１２（ａ）はタッチパネルコントローラから送信されるＨｉｇｈ期間の長い同期波形の一例を示す波形図であり、図１２（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形のリセットタイミングＲ３を示す波形図であり、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）においてリセットタイミングＲ３にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図である。
本実施の形態のタッチパネルシステム１では、図７（ａ）に示すように、タッチパネルコントローラ１０の専用同期信号は、タッチパネルコントローラ１０のタイミングジェネレータ１４にて作成され、ドライバ１２によりドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを用いて送信される。そして、タッチパネルコントローラ１０の駆動タイミングである専用同期信号をスタイラスペン３に通知する仕組みとして、図７（ｂ）に示すように、通常のタッチ検出用の波形とは別に同期を表す波形にてドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを駆動するようにしている。具体的には、各ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬにおいては、同期波形を発生した後にタッチ検出用の波形を発生させている。尚、ここでは、説明を分かり易くするため、逐次駆動にて、タッチ検出用の波形を発生させている。また、同期波形の発生において、複数の連続したパルスで表記しているのは、逐次駆動の波形との見た目の区別をし易くするためであり、実際には本実施の形態にて提案しているＭ系列符号等をマンチェスタ符号化した波形である方が同期波形として検出し易くなる。
ところで、スタイラスペン３にて受信される信号波形には各種のノイズ、特に低周波のノイズが混入している。図８（ａ）においては、太直線で示すものが、タッチパネルコントローラ１０が駆動した複数の密集したパルスからなる専用同期波形であり、ｓｉｎカーブで示されるものをノイズとして仮定する。
スタイラスペン３にて受信される信号波形は、図８（ｂ）に示すように、上記タッチパネルコントローラ１０からの同期波形と低周波のノイズとが重畳されたものとなる。この結果、スタイラスペン３にて受信される信号波形は、取り出したいタッチパネルコントローラ１０からの同期波形の振幅よりも低周波のノイズの振幅の方が大きくなる。このため、受信信号波形の最小電位から最大電位までを扱うようにすると、同期波形信号の振幅はノイズに比べて相対的に微小な振幅の信号となるため、同期波形信号の取り出しが困難となる。
そこで、図８（ｂ）に示す同期波形と低周波のノイズとが重畳された波形から同期波形を見出す方法として、例えば、低周波カットフィルタにて低周波のノイズを除く方法と、同期波形と低周波のノイズとが重畳された波形に対しての基準電位を定めるリセット動作を行い、その基準電位からの電位差により内部波形の振幅を求める方法とがある。しかしながら、低周波カットフィルタは高価である。
このため、本実施の形態では、同期波形の受信側であるスタイラスペン３は、受信した入力波形に対しての基準電位を定めるリセット動作を行い、その基準電位からの電位差により内部波形の振幅を求める方法を採用している。ただし、本発明においては、必ずしもこれに限らず、低周波カットフィルタを用いて、低周波成分からなるノイズを除去することも可能である。
本実施の形態では、受信した入力波形に対しての基準電位を定めるリセット動作を行うために、スタイラスペン３の同期信号検出回路３６は、図９に示すリセット回路３６ａを備えている。このリセット回路３６ａでは、図８（ｂ）に示すタッチパネルコントローラ１０からの同期波形と低周波のノイズとが重畳された重畳信号波形に対してリセットを行う。このリセットを行うことにより、図８（ｃ）に示すように、リセットタイミングにおいて重畳信号波形が基準電位に戻される。つまり、基準電位を入力信号と同じ電位にする。そして、入力された重畳信号波形の電位が基準電位よりも高ければ正の電位を出力する一方、入力された重畳信号波形の電位が基準電位よりも低ければ負の電位を出力する。これにより、低周波成分を除去し、信号の振幅を一定の範囲に収めることが可能となる。
ところで、タッチパネルコントローラ１０からの同期波形を等間隔の複数パルス列にて表現すると、受信した入力波形に対して基準電位を定めるリセット動作を行う場合には、受信側のスタイラスペン３の基準電位を定めるリセットタイミングと同期波形のパルスとが重なってしまった場合に、パルスを取り逃し、タッチパネルコントローラ１０の駆動タイミングである専用同期信号の判別が困難になるという問題を有している。
例えば、タッチパネルコントローラ１０から、図１０（ａ）に示す同期波形が送信されている場合、受信側のスタイラスペン３での入力波形は、図１０（ｂ）の波形にて示される。このとき、図１０（ｂ）の波形において、リセットタイミングＲ１にて基準電位を定めたときの内部波形は、図１０（ｃ）にて示される。しかしながら、図１０（ｂ）の波形において、第２番目のパルスにリセットタイミングＲ２が設定されたときには、基準電位を定めたときの内部波形は、図１０（ｄ）に示すようになる。この結果、第２番目のパルスは正の立ち上がりが無くなるので、第２番目のパルスを取り逃すことになる。すなわち、タッチパネルコントローラ１０の駆動タイミングである専用同期信号の判別が困難になる。
そこで、本実施の形態では、タッチパネルコントローラ１０にて送信する同期波形として、周期性を有する疑似不規則化系列にてなる一定パターン同期信号を用いている。具体的には、Ｍ系列(Ｍ-sequence)符号又はゴールド（Gold）系列符号を用いている。
ここで、疑似不規則化系列とは、人工的に作られた不規則信号である疑似不規則信号(pseudorandom signal)に用いられる符号系列をいう。すなわち、自然界に存在する真に不規則な信号は通常、不規則信号(random signal)とよばれるが、これに対して、人工的に作られた不規則信号を、疑似不規則信号(pseudorandom signal)という。人工的に作るわけであるから、ある規則が必要であるが、作られた信号の統計的性質は真の不規則信号のそれにできるだけ近いものとなるように種々の工夫がなされている。通常の場合、作られた信号の自己相関関数が白色雑音の自己相関関数δ(t)にできるだけ近くなるように工夫される。疑似不規則信号は疑似不規則な系列（数字の列）を電圧等の物理量に対応させて作られる。疑似不規則系列(pseudorandom sequence)には、有限長の系列と周期的系列があるが、発生のし易さ、利用のし易さの点から、周期系列が多く用いられている。そして、周期系列の代表として、Ｍ系列(Ｍ-sequence)及びゴールド（Gold）系列がある。
Ｍ系列信号及びゴールド（Gold）系列符号の自己相関は非常に鋭いピークを示し，自分以外との相関値は極めて低いという性質を有している。このＭ系列及びゴールド（Gold）系列は０と１との２進数からなり、２値系列が連なった周期性を有する系列である。
このＭ系列符号又はゴールド（Gold）系列符号を、タッチパネルコントローラ１０にて送信する同期波形として用いることにより、リセットタイミングが１つのパルスと重なった場合においても、このＭ系列符号と一致するものを正しい同期タイミングと判断すればよいので、同期判定の信頼性が高まる。
例えば、図１１（ａ）に示すように、Ｍ系列符号「１１１００１０」を用いる場合に、「０」を同期波形のＬｏｗに対応させ、「１」を同期波形のＨｉｇｈに対応させることにより、図１１（ａ）に示す同期波形を得ることができる。
ところで、上述のように、タッチパネルコントローラ１０にて送信する同期波形としてＭ系列符号を用いると共に、スタイラスペン３のセンス回路３５及び同期信号検出回路３６において、同じＭ系列符号にて一致判断することにより、パルスの取り逃しに対する耐性が高まる。しかし、系列を長くするとＨｉｇｈ又はＬｏｗの連続数が大きくなるパターンが含まれるため、この部分で基準電位を定めるリセットタイミングとなってしまうと不要な電位変動が発生し波形の判断が困難となる。
例えば、タッチパネルコントローラ１０にて送信する同期波形に、図１２（ａ）に示すように、長い期間Ｈｉｇｈとなるパルスが存在し、図１２（ｂ）に示すスタイラスペン３の受信入力波形において、リセットタイミングＲ３にて基準電位を定めたときの内部波形は、図１２（ｃ）に示すものとなり、検出が困難となる。
そこで、本実施の形態では、Ｍ系列等の自己相関特性がよい符号に対して、マンチェスタ符号化した波形を用いて、タッチパネルコントローラ１０の同期波形としての駆動を行う。ここで、マンチェスタ符号化した波形とは、図１１（ｂ）に示すように、「０」を同期波形のＨｉｇｈ→Ｌｏｗに対応させ、「１」を同期波形のＬｏｗ→Ｈｉｇｈに対応させることをいう。尚、この逆でもよい。これにより、図１１（ｂ）に示すように、Ｍ系列符号「１１１００１０」を用いる場合に、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗの期間が長い場合が発生するのを防止することができる。
このように、リセット動作を考慮すると、マンチェスタ符号化したＭ系列符号又はゴールド系列符号を用いることが好ましい。
本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、上述した例えば７ｂｉｔのＭ系列符号「１１１００１０」をマンチェスタ符号化したものを用いて、図１（ａ）に示すように、パルスを対応させる。そして、図１（ｂ）に示すように、タッチパネルコントローラ１０の同期波形として用いる。
これにより、長期の連続したＨｉｇｈ又はＬｏｗの期間が同期波形に現れない状態となり、自己相関特性により検出し易い同期パターンを使用することができる。また、同期波形中には最大でも１ｂｉｔを表現する時間しかＨｉｇｈ又はＬｏｗが継続しないため、受信側のスタイラスペン３にて基準電位を定めるリセットタイミングを調整することも可能となる。
例えば、１ｂｉｔを表現する時間以上電位が高い状態が継続した場合には、ノイズの影響とみなし、その時点での電位を以降の基準電位とする。また、電位が高い状態から基準電位に近づいた場合には、その時点での電位を以降の基準電位とする。これにより、ノイズ等によって電位が大きく低下した場合でも、追従することが可能となる。
（タッチパネルシステム及びスタイラスペンの同期とタッチ位置検出との連続動作）
上記構成のタッチパネルシステム１及びスタイラスペン３の同期とタッチ位置検出との連続動作について、図１３及び図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１３は、タッチパネルコントローラ１０の駆動動作とスタイラスペン３の駆動動作との対応関係を示す動作イメージ図である。図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１３に示す同期信号検出期間、休止期間及び通常の駆動期間の具体的駆動動作を示す図である。
図１３に示すように、スタイラスペン３の駆動動作は、動作切替スイッチ３４ａをオンにし、かつ動作切替スイッチ３４ｂをオフにしてセンス回路３５及び同期信号検出回路３６によりタッチパネルコントローラ１０からの同期信号を検出するための同期信号検出期間と、準備期間と、動作切替スイッチ３４ａをオフにし、かつ動作切替スイッチ３４ｂをオンにしてドライブ回路３８によりペン先部３１を駆動する駆動モード期間との３期間の繰り返しによって構成されている。
上記同期信号検出期間は、同期波形を表すビットパターンを検出するための待ち期間であり、ペン先部３１のドライブを切り、ペン先信号波形から同期信号パターンを検出する期間である。具体的には、同期信号検出期間では、図１４（ａ）に示すように、ドライバ１２のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬをそれぞれ同じ波形でドライブする。波形のパターンは例えばＭ系列のような自己相関特性があるパターンが含まれているものを使用する。
図１３に示す準備期間は、同期信号パターン検出後の付加情報とスタイラスペン３自身の状態を基にドライブする符号を選択し、タッチパネルコントローラ１０とタイミングを合わせてペン先を駆動し始めるための準備期間であり、ドライブ開始のタイミングをとる付加情報を解釈する期間である。
また、駆動モード期間は、ドライブ回路３８によりペン先部３１を駆動する期間であり、タッチパネルコントローラ１０の駆動タイミングに合うよう、駆動波形のエッジを微調整しながら、選択した符号でペン先部３１を駆動する期間である。このときには、タッチパネルコントローラ１０の駆動タイミングに合わせてスタイラスペン３のドライブ回路３８が駆動される。
一方、タッチパネルコントローラ１０の駆動動作は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを同じ波形で駆動する期間と、休止期間と、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫ〜ＤＬＬとセンスラインＳＬ １ 〜ＳＬＫ〜ＳＬＬとを切り替え駆動する期間との３期間の繰り返しにて構成されている。
ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを同じ波形で駆動する期間は、スタイラスペン３が同期を取るための同期波形＋付加情報の駆動期間である。具体的には、前記図１４（ｂ）に示すように、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを同じ波形で駆動する。
上記休止期間は、スタイラスペン３が同期検出を終える期間、及び駆動準備をするための期間である。具体的には、図１４（ｂ）に示すように、スタイラスペン３が同期波形を検出して通常の駆動を行う準備期間を設けるための待ち時間である。このため、駆動波形に意味はなく完全に任意である。したがって、駆動しなくてもよい。尚、スタイラスペン３側の準備期間が不要の場合にはこの区間は不要である。
次に、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＫ〜ＤＬＬとセンスラインＳＬ １ 〜ＳＬＫ〜ＳＬＬとを切り替え駆動する期間は、タッチパネル２の一面分のデータを得るための位置検出のための通常駆動期間である。具体的には、この通常駆動期間では、図１４（ｃ）に示すように、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬをスタイラスペン３のタッチ位置検出に必要な波形にてドライブ及びセンスを繰り返す。駆動方法としては、逐次駆動や並列駆動にて行われる。尚、図１４（ｃ）においては、駆動パターンの順序が視覚的に分かり易いように逐次駆動で表現している。
スタイラスペン３は、同期波形が検出できた場合に、タッチパネル２の外側に相当するドライブラインＤＬＬ＋１と同じ波形でペン先部３１を駆動する。尚、図１４（ｃ）において、背景に色がついているのはセンス期間、つまり、タッチ位置検出のための静電容量を検出している期間を示す。
このように、本実施の形態のタッチパネルシステム１では、複数の第１信号線としての水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫと複数の第２信号線としての垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬとの交点にそれぞれ形成される静電容量を有するタッチパネル２とタッチペンとしてのスタイラスペン３とタッチパネルコントローラ１０とを備え、上記タッチパネルコントローラ１０は、第１信号線駆動期間において複数の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫを駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬから出力させ、第２信号線駆動期間において複数の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫから出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、スタイラスペン３のペン先部３１をドライブラインＤＬＬ＋１の波形で駆動しながらタッチパネル２にタッチさせることにより、スタイラスペン３による静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出する。
これにより、スタイラスペン３がタッチパネル２にタッチされた場合には、第１信号線駆動期間での検出位置と第２信号線駆動期間における検出位置とが同じ位置に表れる。一方、電磁ノイズを受けた人体の手、指等のタッチパネルへのタッチに起因して生じるタッチ位置とは異なる他の位置に発生するノイズによる誤信号は、第１信号線と第２信号線との切り替え駆動により第１信号線駆動期間に表れたとしても第２信号線駆動期間には同位置には表れない。
したがって、スタイラスペン３のタッチ信号とノイズによる誤信号とを区別し、該ノイズによる誤信号を容易に除去することが可能となっている。
ところで、タッチペンとして、信号を入出力できる電子ペンとしてのスタイラスペン３を使用する場合には、スタイラスペン３においてタッチパネルコントローラ１０で用いる同期信号との同期を取る必要がある。
この場合に、本実施の形態では、タッチパネルコントローラ１０の同期信号送信部としてのドライバ１２は、第１信号線駆動期間の直前と第２信号線駆動期間の直前とのそれぞれの同期信号送信期間にスタイラスペン３に同期信号を送信するので、第１信号線及び第２信号線への駆動用の駆動信号を用いて同期信号を作成することが可能である。このため、同期信号を作成するための別途回路を設けることがないので、部品点数の削減を図ることができる。
ここで、タッチパネルコントローラ１０からスタイラスペン３へ同期信号を送る場合に、低周波信号がノイズとして重畳されるので、単一のパルスではノイズとの分離が適切に行われないときには、同期信号を取り逃がすことがある。一方、同一ピッチの変化のない複数のパルスでは、どの部分が同期信号に該当するかが不明確である。
そこで、本実施の形態では、タッチパネルコントローラ１０のドライバ１２は、同期信号送信期間に、Ｍ系列符号又はゴールド系列符号等の周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号をスタイラスペン３に送信すると共に、スタイラスペン３は、上記同期信号を検出する同期信号検出部としてのセンス回路３５及び同期信号検出回路３６を備えている。
このため、同期信号は、周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形にて送信されるので、自己相関特性がよい。このため、同期信号であるか否かの識別の精度が高くなり、同期信号の取り逃がしを減少させることができる。
したがって、同期信号の検出を適格に行うことができるタッチパネルシステム１を提供することができる。
ところで、例えば、低周波成分が重畳された同期信号を受信したときに、周期的にリセット動作を行って受信した入力波形を基準電位に戻すことにより同期信号の振幅を検出する場合には、パルスのＨｉｇｈ期間又はＬｏｗ期間が長いときにリセット動作が行われると、不要な電位変動を行われ、波形の判断が行い難くなる。
そこで、本実施の形態では、疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号は、マンチェスタ符号化されている。すなわち、マンチェスタ符号化処理では、疑似不規則化系列の「０」を同期波形のＨｉｇｈ→Ｌｏｗに対応させ、「１」を同期波形のＬｏｗ→Ｈｉｇｈに対応させる処理を行う。尚、この逆でもよい。これにより、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗの期間が長くなるのを防止することができる。
また、本実施の形態のタッチパネルシステム１では、タッチパネルコントローラ１０の同期信号送信部としてのドライバ１２は、前記複数の第１信号線としての水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ又は複数の第２信号線としての垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを駆動するための駆動信号を供給する駆動部としてのドライバ１２を兼ねており、該ドライバ１２は、上記複数の水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ又は複数の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬを駆動するための駆動信号を、周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形に変えて同期信号を送信する。
これにより、同期信号送信部は駆動部を兼ねたドライバ１２にてなっているので、水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ及び垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬへの駆動用のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬの駆動信号の波形パターンを変えるだけで同期信号を作成することが可能である。このため、同期信号を作成するための別途回路を設けることがないので、部品点数の削減を確実に図ることができる。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１５〜図２１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
（タッチパネルコントローラとスタイラスペンとの同期の特徴的動作）
本実施の形態では、スタイラスペン３での同期の取り方において、さらに、専用同期信号のパルスの取り逃がしの発生を防止し得る方法について、図１５（ａ）（ｂ）〜図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１５（ａ）は本実施の形態におけるタッチパネルシステムにおいてスタイラスペンにて受信された信号の入力波形を示す波形図であり、図１５（ｂ）はリセットタイミングＲ１〜Ｒ６にて基準電位を定めたときの内部波形を示す波形図である。図１６（ａ）はタッチパネルコントローラから送信される同期波形の一例を示す波形図であり、図１６（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形のリセットタイミングＲ７・Ｒ８・Ｒ９を示す波形図であり、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）に示すリセットタイミングＲ７・Ｒ８・Ｒ９にて基準電位を定めたときの同期波形を示す波形図である。図１７は、同期波形が出力される直前に固定期間を設けたタッチパネルコントローラの出力波形を示すタイミングチャートである。図１８（ａ）はタッチパネルコントローラから送信される同期波形の一例を示す波形図であり、図１８（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形のリセットタイミングＲ１１・Ｒ１２・Ｒ１３を示す波形図であり、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）に示すリセットタイミングＲ１１・Ｒ１２・Ｒ１３にて基準電位を定めたときの同期波形を示す波形図である。図１９（ａ）はタッチパネルコントローラにおけるドライバのドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬによって送信される同期波形の送信方法を示す図であり、図１９（ｂ）は受信であるスタイラスペンでの入力波形を示す波形図であり、図１９（ｃ）は図１９（ｂ）に示す固定期間にて最初にリセットして基準電位を定めたときの同期波形を示す波形図である。
スタイラスペン３において、例えば、図１５（ａ）に示す入力波形が得られた場合に、基準電位を定めるリセットタイミングＲ１〜Ｒ６にてリセットすると、図１５（ｂ）に示す内部波形が得られる。
この場合、マンチェスタ符号化したＭ系列符号を用いていたとしても、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、基準電位を定めるリセット動作のタイミングによっては同じ信号でも電位が異なってしまい、タッチパネルコントローラ１０の同期波形の出力がＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれであったのかの判別が困難となることには変わらない。つまり、第２のピークがＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれであるのかが分からない。
そこで、本実施の形態では、図１７に示すように、同期波形が出力される直前に、固定期間Ｆを設けてタッチパネルコントローラ１０の出力波形を固定するようにしている。固定する時間は、受信側であるスタイラスペン３にて基準電位を決めるリセット動作タイミングが少なくとも１回は含まれる時間とする。
これにより、同期波形が出力される前段階で、安定した電位を基準電位として定めることができる。
具体的には、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、固定期間ＦにリセットタイミングＲ１１・Ｒ１２・Ｒ１３を設けて基準電位を定める。これにより、図１８（ｃ）に示すように、同期波形を検出するときに、タッチパネルコントローラ１０の出力がＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれであったのか判別し易くなる。
この結果、図１７に示すように、同期波形が出力される前段階に固定期間Ｆを設けることによって、リセット動作が終了する時点の電位が基準電位となる。このため、図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、スタイラスペン３において、リセット間隔よりも長い固定期間Ｆを設けることにより、タッチパネルコントローラ１０が駆動電位が定まった状態で同期信号検出期間の前に必ずリセットが１回以上実施され、同期信号検出期間の先頭から安定した状態で波形の整形を行うことができる。
（タッチパネルシステム及びスタイラスペンの総合動作）
上記構成のタッチパネルシステム１及びスタイラスペン３の総合動作について、図２０及び図２１に基づいて説明する。図２０は、タッチパネルコントローラ１０の駆動動作とスタイラスペン３の駆動動作との対応関係を示す動作イメージ図である。図２１は、図２０に示す固定期間の具体的駆動動作を示す図である。尚、図２０及び図２１の説明は、実施の形態１の図１３及び図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）と同じ部分は、その説明を簡易に行う。
図２０に示すように、スタイラスペン３は、センス回路３５及び同期信号検出回路３６によりタッチパネルコントローラ１０からの同期信号を検出するための同期信号検出期間と、準備期間と、ドライブ回路３８によりペン先部３１を駆動する駆動モード期間とを含んでいる。
上記同期信号検出期間、準備期間、駆動モード期間は、前記図１３及び図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）にて説明したとおりである。
一方、タッチパネルコントローラ１０は、固定期間Ｆと、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを同じ波形で駆動する期間と、休止期間と、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを駆動しセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬで静電容量の変化を読み出す期間とを有している。
固定期間Ｆは、スタイラスペン３が同期を検出する信号レベルを安定させるための期間である。具体的には、固定期間Ｆでは、図２１に示すように、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬをＬｏｗ又はＨｉｇｈのいずれかに固定する。尚、Ｌｏｗ又はＨｉｇｈのいずれでもよいが、本実施の形態では、Ｌｏｗとしている。このため、タッチパネルコントローラ１０のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬは０である。このとき、スタイラスペン３の筆圧センサ３１ｄのためのドライブラインＤＬＬ＋１は駆動しない。
ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを同じ波形で駆動する期間は、スタイラスペン３が同期を取るための同期波形＋付加情報の駆動期間である。具体的には、前記図１４（ｂ）に示すように、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを同じ波形で駆動する。
上記休止期間は、スタイラスペン３が同期検出を終える期間、及び駆動準備をするための期間である。具体的には、前記図１４（ｂ）に示すように、スタイラスペン３が同期波形を検出して通常の駆動を行う準備期間を設けるための待ち時間であるため駆動波形に意味はなく完全に任意である。したがって、駆動しなくてもよい。また、スタイラスペン３の筆圧センサ３１ｄのためのドライブラインＤＬＬ＋１も駆動しない。尚、スタイラスペン３側の準備期間が不要の場合にはこの区間は不要である。
次に、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬを駆動し、センスラインＳＬ１〜ＳＬＬにて静電容量の変化を読み出す期間は、タッチパネル２の一面分のデータを得るための位置検出のための通常駆動期間である。具体的には、この通常駆動期間では、前記図１４（ｃ）に示すように、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬのドライブ及びセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬからの読み出しを繰り返す。駆動方法としては、逐次駆動や並列駆動にて行われる。尚、図１４（ｃ）においては、駆動パターンの順序が視覚的に分かり易いように逐次駆動で表現している。
スタイラスペン３は、同期波形が検出できた場合に、タッチパネル２の外側に相当するドライブラインＤＬＬ＋１を駆動する。すなわち、タッチパネルコントローラ１０によるドライブラインＤＬ１〜ＤＬＬの駆動に合わせて、ドライブラインＤＬＬ＋１に相当する波形を出力する。尚、図１４（ｃ）において、背景に色がついているのはセンス期間、つまり、静電容量を検出している期間を示す。
このように、本実施の形態のタッチパネルシステム１では、電子ペンとしてのスタイラスペン３の同期信号検出部としてのセンス回路３５及び同期信号検出回路３６は、低周波成分が重畳された同期信号を受信したときに、周期的にリセット動作を行って受信した入力波形を基準電位に戻すことにより同期信号の振幅を検出する。これにより、ノイズとして重畳された低周波成分を高価な低周波カットフィルタを用いることなく安価に同期信号の振幅を検出することができる。
ところで、受信した入力波形に対して任意にリセット動作を行う場合に、リセット動作がパルスのＨｉｇｈ部分に重なったときには、その後の信号波形が負になるので、正確な正のパルスのＨｉｇｈ部分と認識できない。その結果、同期信号を取り逃がす虞が発生する。
そこで、本実施の形態では、同期信号送信期間は、波形がＨｉｇｈ又はＬｏｗに固定された固定同期信号が送信される固定期間Ｆと、Ｍ系列符号又はゴールド系列符号等の周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号が送信される疑似不規則化系列波形期間とからなっている。そして、固定期間Ｆでは、リセット動作が少なくとも１回行われる。
これにより、波形がＨｉｇｈ又はＬｏｗに固定された固定期間Ｆにて、入力波形を基準電位に戻すので、以降のパルスがＨｉｇｈ又はＬｏｗのいずれであるかを適格に判断することができる。
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図２２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
前記実施の形態１のタッチパネルシステム１は、１個のスタイラスペン３を設けた例を説明した。しかしながら、本実施の形態のタッチパネルシステム１では、スタイラスペン３として、２個のスタイラスペン３Ａ・３Ｂを使用可能となっている点が異なっている。
本実施の形態のタッチパネルシステム１では、図２２に示すように、スタイラスペン３として、２個のスタイラスペン３Ａ・３Ｂが設けられている。
そして、スタイラスペン３Ａは、ドライブラインＤＬＬ＋１に相当する波形でペン先部３１を駆動する一方、スタイラスペン３Ｂは、ドライブラインＤＬＬ＋２に相当する波形でペン先部３１を駆動する。
このように、２個のスタイラスペン３Ａ・３Ｂが存在する場合には、ドライブラインＤＬＬ＋１及びドライブラインＤＬＬ＋２を用いることによって、各スタイラスペン３Ａ・３Ｂのタッチ座標を取得することができる。
したがって、スタイラスペン３が、より多くの複数になったとしても、スタイラスペン３の個数だけ、ドライブラインＤＬの個数を増加することにより、容易に複数のスタイラスペン３Ａ・３Ｂのタッチ座標を取得することができる。
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について図２３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態では、タッチパネルシステム１が電子機器としての携帯電話機に搭載されている場合について、図２３に基づいて説明する。図２３は、携帯電話機の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の携帯電話機６０は、図２３に示すように、タッチパネルシステム１と、表示パネル６１と、操作キー６２と、スピーカ６３と、マイクロフォン６４と、カメラ６５と、ＣＰＵ６６と、ＲＯＭ６７と、ＲＡＭ６８と、表示制御回路６９とを備えている。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。
タッチパネルシステム１は、前述したように、タッチパネル２と静電容量又は静電容量差を検出するタッチパネルコントローラ１０とスタイラスペン３とを有している。
表示パネル６１は、表示制御回路６９により、ＲＯＭ６７、ＲＡＭ６８に格納されている画像を表示する。また、表示パネル６１は、タッチパネル２に重ねられているか、又はタッチパネル２を内蔵している。尚、タッチ認識部１７により生成されてタッチパネル２上のタッチ位置を示すタッチ認識信号に、操作キー６２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。
操作キー６２は、携帯電話機６０のユーザによる指示の入力を受ける。
スピーカ６３は、例えば、ＲＡＭ６８に記憶された音楽データ等に基づく音を出力する。
マイクロフォン６４は、ユーザの音声の入力を受付ける。携帯電話機６０は、該入力された音声（アナログデータ）をデジタル化する。そして、携帯電話機６０は、通信相手（例えば、他の携帯電話機）にデジタル化した音声を送る。
カメラ６５は、ユーザの操作キー６２の操作に応じて、被写体を撮影する。尚、撮影された被写体の画像データは、ＲＡＭ６８や外部メモリ（例えばメモリカード）に格納される。
ＣＰＵ６６は、タッチパネルシステム１及び携帯電話機６０の動作を制御する。このＣＰＵ６６は、例えばＲＯＭ６７に格納されたプログラムを実行する。
ＲＯＭ６７は、データを不揮発的に格納する。また、ＲＯＭ６７は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリ等の書込み及び消去が可能なＲＯＭである。なお、図２１には示していないが、携帯電話機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イス（ＩＦ）を備える構成としてもよい。
ＲＡＭ６８は、ＣＰＵ６６によるプログラムの実行により生成されたデータ、又は操作キー６２を介して入力されたデータを揮発的に格納する。
このように、本実施の形態における電子機器としての携帯電話機６０は、タッチパネルシステム１を備えている。これにより、同期信号の検出を適格に行うことができるタッチパネルシステム１を備えた電子機器としての携帯電話機６０を提供することができる。
〔まとめ〕
本発明の一態様におけるタッチパネルシステム１は、上記の課題を解決するために、複数の第１信号線（水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ）と複数の第２信号線（垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬ）との交点にそれぞれ形成される静電容量を有するタッチパネル２とタッチペン（スタイラスペン３）とタッチパネルコントローラ１０とを備え、上記タッチパネルコントローラ１０は、第１信号線駆動期間において複数の第１信号線（水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ）を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第２信号線（垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬ）から出力させ、第２信号線駆動期間において複数の第２信号線（垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬ）を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第１信号線（水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ）から出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、タッチペン（スタイラスペン３）をタッチパネル２にタッチさせることにより、タッチペン（スタイラスペン３）による静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出するタッチパネルシステム１において、上記タッチペン（スタイラスペン３）は、信号を入出力できる電子ペン（スタイラスペン３）からなっており、上記タッチパネルコントローラ１０は、上記第１信号線駆動期間の直前と第２信号線駆動期間の直前とのそれぞれの同期信号送信期間に上記電子ペン（スタイラスペン３）に同期信号を送信する同期信号送信部（ドライバ１２）を備え、上記同期信号送信部（ドライバ１２）は、上記同期信号送信期間に、周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号を電子ペン（スタイラスペン３）に送信すると共に、上記電子ペン（スタイラスペン３）は、上記同期信号を検出する同期信号検出部（センス回路３５・同期信号検出回路３６）を備えていることを特徴としている。尚、周期性を有する疑似不規則化系列とは、人工的に作られた不規則信号である疑似不規則信号(pseudorandom signal)に用いられるＭ系列(M-sequence)又はゴールド系列等の符号系列をいう。また、駆動は、平行駆動と逐次駆動とのいずれであってもよい。
上記の発明によれば、タッチパネルシステムは、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静電容量を有するタッチパネルとタッチペンとタッチパネルコントローラとを備え、上記タッチパネルコントローラは、第１信号線駆動期間において複数の第１信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第２信号線から出力させ、第２信号線駆動期間において複数の第２信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第１信号線から出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、タッチペンをタッチパネルにタッチさせることにより、タッチペンによる静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出する。
これにより、タッチペンがタッチパネルにタッチされた場合には、第１信号線駆動期間での検出位置と第２信号線駆動期間における検出位置とが同じ位置に表れる。一方、電磁ノイズを受けた人体の手、指等のタッチパネルへのタッチに起因して生じるタッチ位置とは異なる他の位置に発生するノイズによる誤信号は、第１信号線と第２信号線との切り替え駆動により第１信号線駆動期間に表れたとしても第２信号線駆動期間には同位置には表れない。
したがって、タッチペンのタッチ信号とノイズによる誤信号とを区別し、該ノイズによる誤信号を容易に除去することが可能となっている。
ところで、タッチペンとして、信号を入出力できる電子ペンを使用する場合には、電子ペンにおいてタッチパネルコントローラで用いる同期信号との同期を取る必要がある。
この場合に、本発明では、タッチパネルコントローラの同期信号送信部は、第１信号線駆動期間の直前と第２信号線駆動期間の直前とのそれぞれの同期信号送信期間に電子ペンに同期信号を送信するので、第１信号線及び第２信号線への駆動用の駆動信号を用いて同期信号を作成することが可能である。このため、同期信号を作成するための別途回路を設けることがないので、部品点数の削減を図ることができる。
ところで、タッチパネルコントローラから電子ペンへ無線で同期信号を送る場合に、低周波信号がノイズとして重畳されるので、単一のパルスではノイズとの分離が適切に行われないときには、同期信号を取り逃がすことがある。一方、同一ピッチの変化のない複数のパルスでは、どの部分が同期信号に該当するかが不明確である。
そこで、本発明では、タッチパネルコントローラの同期信号送信部は、同期信号送信期間に、周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号を電子ペンに送信すると共に、電子ペンは、上記同期信号を検出する同期信号検出部を備えている。
このため、同期信号は、周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形にて送信されるので、自己相関特性がよい。このため、同期信号であるか否かの識別の精度が高くなり、同期信号の取り逃がしを減少させることができる。
また、本発明では、疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号は、マンチェスタ符号化されたものからなっている。
すなわち、例えば、低周波成分が重畳された同期信号を受信したときに、周期的にリセット動作を行って受信した入力波形を基準電位に戻すことにより同期信号の振幅を検出する場合には、パルスのハイ期間又はロー期間が長いときにリセット動作が行われると、不要な電位変動を行われ、波形の判断が行い難くなる。
そこで、本発明では、疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号は、マンチェスタ符号化されている。すなわち、マンチェスタ符号化処理では、疑似不規則化系列の「０」を同期波形のＨｉｇｈ→Ｌｏｗに対応させ、「１」を同期波形のＬｏｗ→Ｈｉｇｈに対応させる処理を行う。尚、この逆でもよい。これにより、ハイ又はローの期間が長くなるのを防止することができる。
したがって、同期信号の検出を適格に行うことができるタッチパネルシステムを提供することができる。
本発明の態様２におけるタッチパネルシステム１は、態様１のタッチパネルシステム１において、前記電子ペン（スタイラスペン３）の同期信号検出部（センス回路３５・同期信号検出回路３６）は、低周波成分が重畳された同期信号を受信したときに、周期的にリセット動作を行って受信した入力波形を基準電位に戻すことにより同期信号の振幅を検出すると共に、前記同期信号送信期間は、波形がハイ又はローに固定された固定同期信号が送信される固定期間Ｆと、前記周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号が送信される疑似不規則化系列波形期間とからなっており、上記固定期間Ｆでは、上記リセット動作が少なくとも１回行われることが好ましい。
本発明では、電子ペンの同期信号検出部は、低周波成分が重畳された同期信号を受信したときに、周期的にリセット動作を行って受信した入力波形を基準電位に戻すことにより同期信号の振幅を検出する。これにより、ノイズとして重畳された低周波成分を高価な低周波カットフィルタを用いることなく安価に同期信号の振幅を検出することができる。
ところで、受信した入力波形に対して任意にリセット動作を行う場合に、リセット動作がパルスのハイ部分に重なったときには、その後の信号波形が負になるので、正確な正のパルスのハイ部分と認識できない。その結果、同期信号を取り逃がす虞が発生する。
そこで、本発明では、同期信号送信期間は、波形がハイ又はローに固定された固定同期信号が送信される固定期間と、前記周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号が送信される疑似不規則化系列波形期間とからなっている。そして、固定期間では、リセット動作が少なくとも１回行われる。
これにより、波形がハイ又はローに固定された固定期間にて、入力波形を基準電位に戻すので、以降のパルスがハイ又はローのいずれであるかを適格に判断することができる。
本発明の態様３におけるタッチパネルシステム１は、態様１又は２のタッチパネルシステム１において、前記タッチパネルコントローラ１０の同期信号送信部は、前記複数の第１信号線（水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ）又は複数の第２信号線（垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬ）を駆動するための駆動信号を供給する駆動部（ドライバ１２）を兼ねており、上記駆動部（ドライバ１２）は、上記複数の第１信号線（水平信号線ＨＬ１〜ＨＬＫ）又は複数の第２信号線（垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬＬ）を駆動するための駆動信号を、前記周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形に変えて同期信号を送信することが好ましい。
これにより、同期信号送信部は駆動部を兼ねているので、第１信号線及び第２信号線への駆動用の駆動信号のパターンを変えるだけで同期信号を作成することが可能である。このため、同期信号を作成するための別途回路を設けることがないので、部品点数の削減を確実に図ることができる。
本発明の態様４におけるタッチパネルシステム１は、態様３のタッチパネルシステム１において、前記電子ペン（スタイラスペン３）は、筆圧センサ３１ｄを備えているとすることができる。
これにより、電子ペンをタッチパネルにタッチしたときの筆圧情報を検出することが可能となる。
本発明の態様５における電子機器（携帯電話機６０）は、態様１〜４のいずれか１に記載のタッチパネルシステム１を備えていることを特徴としている。
上記の発明によれば、同期信号の検出を適格に行うことができるタッチパネルシステムを備えた電子機器を提供することができる。
尚、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。
本発明は、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静電容量を有するタッチパネル上のタッチペンのタッチ位置を検出するタッチパネルシステム及び電子機器に利用することができ、電子機器としては、例えば、携帯電話機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
３ スタイラスペン（タッチペン、電子ペン）
３Ａ・３Ｂ スタイラスペン（タッチペン、電子ペン）
１０ タッチパネルコントローラ
１１ マルチプレクサ
１２ ドライバ（同期信号送信部、駆動部）
１３ センスアンプ
１４ タイミングジェネレータ
１５ ＡＤ変換器
１６ 容量分布計算部
１７ タッチ認識部
１８ ペン位置検出部
３０ ペン本体
３０ａ 把持部
３１ ペン先部
３１ａ ペン先カバー
３１ｂ ペン先軸
３１ｃ 絶縁体
３１ｄ 筆圧センサ
３２ 接続スイッチ
３３ 制御回路
３４ａ・３４ｂ 動作切替スイッチ
３５ センス回路（同期信号検出部）
３６ 同期信号検出回路（同期信号検出部）
３６ａ リセット回路
３７ タイミング調整回路
３８ ドライブ回路
３９ａ 第１操作スイッチ
３９ｂ 第２操作スイッチ
６０ 携帯電話機（電子機器）
６１ 表示パネル
６２ 操作キー
６３ スピーカ
６４ マイクロフォン
６５ カメラ
６６ ＣＰＵ
６７ ＲＯＭ
６８ ＲＡＭ
６９ 表示制御回路
Ｃ１１〜ＣＫＬ 静電容量
ＤＬ１〜ＤＬＫ〜ＤＬＬ ドライブライン（駆動信号線）
Ｆ 固定期間
ＨＬ１〜ＨＬＫ 水平信号線
Ｒ リセットタイミング
ＳＬ１〜ＳＬＫ〜ＳＬＬ センスライン
ＶＬ１〜ＶＬＫ〜ＶＬＬ 垂直信号線

Claims (5)

  1. 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静電容量を有するタッチパネルとタッチペンとタッチパネルコントローラとを備え、上記タッチパネルコントローラは、第１信号線駆動期間において複数の第１信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第２信号線から出力させ、第２信号線駆動期間において複数の第２信号線を駆動して各静電容量に基づく電荷信号を各第１信号線から出力させる切り替え駆動を反復して行っているときに、タッチペンをタッチパネルにタッチさせることにより、タッチペンによる静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出するタッチパネルシステムにおいて、
    上記タッチペンは、信号を入出力できる電子ペンからなっており、
    上記タッチパネルコントローラは、上記第１信号線駆動期間の直前と第２信号線駆動期間の直前とのそれぞれの同期信号送信期間に上記電子ペンに同期信号を送信する同期信号送信部を備え、上記同期信号送信部は、上記同期信号送信期間に、周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号を電子ペンに送信すると共に、
    上記電子ペンは、上記同期信号を検出する同期信号検出部を備えていることを特徴とするタッチパネルシステム。
  2. 前記電子ペンの同期信号検出部は、低周波成分が重畳された同期信号を受信したときに、周期的にリセット動作を行って受信した入力波形を基準電位に戻すことにより同期信号の振幅を検出すると共に、
    前記同期信号送信期間は、波形がハイ又はローに固定された固定同期信号が送信される固定期間と、前記周期性を有する疑似不規則化系列にてなる波形の同期信号が送信される疑似不規則化系列波形期間とからなっており、
    上記固定期間では、上記リセット動作が少なくとも１回行われることを特徴とする請求項１記載のタッチパネルシステム。
  3. 前記タッチパネルコントローラの同期信号送信部は、前記複数の第１信号線又は複数の第２信号線を駆動するための駆動信号を供給する駆動部を兼ねており、
    上記駆動部は、上記複数の第１信号線又は複数の第２信号線を駆動するための駆動信号を、前記周期性を有するマンチェスタ符号化された疑似不規則化系列にてなる波形に変えて同期信号を送信することを特徴とする請求項１又は２記載のタッチパネルシステム。
  4. 前記電子ペンは、筆圧センサを備えていることを特徴とする請求項３記載のタッチパネルシステム。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のタッチパネルシステムを備えていることを特徴とする電子機器。
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