JP6028946B2 - 位置検出装置及びその制御方法、並びにそのシステム - Google Patents
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VBA=V(B)−V(A)、VAB=V(A)−V(B)、
VCA=V(C)−V(A)、VAC=V(A)−V(C)、
VDA=V(D)−V(A)、VAD=V(A)−V(D)、
VCB=V(C)−V(B)、VBC=V(B)−V(C)、
VDB=V(D)−V(B)、VBD=V(B)−V(D)、
VDC=V(D)−V(C)、VCD=V(C)−V(D)
VBA=−VAB、VCA=−VAC、VDA=−VAD、
VCB=−VBC、VDB=−VBD、VDC=−VCD
また、
VCB=VCA−VBA、VDB=VDA−VBA、VDC=VDA−VCAとなるから、測定可能な差動電圧の中で、他の差動電圧から求めることのできない差動電圧は、VBA、VDAの2つに集約できる。すなわち、この2つの差動電圧が分かれば、他の差動電圧は、演算操作により求めることができることを示している。
4つのノードA〜Dに同時に基準パルス信号を入力し、そのうち、X軸、Y軸の2つのノード間の差動出力を測定する。
差動電圧を測定するため、2つのノード間において引かれる抵抗と引く抵抗との大小関係で最大値が出る。
差電圧の最大値のストローブ時間は、それぞれで異なり、検出感度のよいのは最大値であり、これを抽出する。
しかし、最大値に重畳するノイズの影響を避けるため、X軸のノードA、BとノードC、Dの2点測定値、Y軸のノードA、DとノードB、Cの2点測定値からノイズキャンセルを図ることが望ましい。
サンプリング間隔を0.01sレベルで行い、2点測定と時間軸の2点測定からノイズキャンセルする。なおこのサンプリング動作ではサンプリング毎に例えば1MHzの基準クロック信号に合わせてX軸のノードA、BとノードC、Dの2点測定、Y軸のノードA、DとノードB、Cの2点測定を1つの単位としてノイズキャンセルを図るに必要な回数繰り返すことになる。
1点接触において、最も粗い座標領域の特定方法は、符号判定である。図6の感度特性において説明したように、ノードA−B間、C−D間、A−D間、C−B間の差動電圧の測定を行うと、接触位置に応じて差動電圧の符号の極性が異なる。但し、ここでのA−B間とは、ノードAを基準にした差動電圧である。この性質を利用すると、A−B間、A−D間の2つの測定データから、図10に示すように、接触位置が1象限、2象限、3象限、4象限のどの領域にあるかを判別することができる。各象限は、タッチパネルのX軸およびY軸の中心線を境界にした領域である。図に示すように、1象限では、差動電圧VBA、VDAの符号がともに正であり、2象限では、差動電圧VBAが負、VDAが正となり、3象限では、差動電圧VBA、VDAの符号がともに負であり、4象限では、差動電圧VBAが正、VDAが負となる。位置検出部40は、検出精度が粗くてもよい場合には、2つの差動電圧VBA、VDAから得られた差動信号に基づき接触位置が1象限ないし4象限のいずれに属するからを検出する。
複数点接触の位置検出は、1点接触の重ね合わせから求めることができる。
図14に示すように、接触点T2が接触店T1と重なったときを考える。ただし、信号量はノードA−Bから見た値とする。この場合、接触による静電容量がほぼ2倍になるため、信号量が増加する。但し、信号量の大きさは2倍にはならず、1点接触のときの1.3〜1.8程度である。接触点T2が接触点T1から離れてゆくと、図の例では、b2の抵抗変化は少ないが、a2の抵抗が大きく変化する。接触点T1の距離a1がノードAの近傍にあり、b1はノードBから離れているため、信号電圧はほとんどa1で決まる。接触点T2が接触点T1から離れると、距離a2が大きくなり、a2による信号量が低下し、接触点T2の移動により信号量が小さくなる。a2がよりノードAに近づくと、逆に信号量が大きくなる。この信号量の変化は、2点間の移動距離に対応した値になる。これが、2点接触の検出原理である。2点接触では、接触により静電容量が増加することにより信号量も増加するので、比較的感度が高い。他方、X軸のノードA−Bの感度が低下しても、Y軸のノードA−Dがそれを補完するため、検出することが可能である。
この信号波形のピーク位置は例えば66−12間タッチの場合は66と12の点に接触した1点タッチのピーク位置の平均値にタッチ容量がほぼ2倍になった時に増加ずる信号量の比率を乗じたものに等しく、座標位置で示すとほぼ66と12の中心座標になる。このようにA−B間あるいはA−D間に水平な方向に位置する2点タッチは座標で見ると2点のほぼ中心に位置する1点タッチのように見える。
も同様な結果が得られる。
座標1では、(28-46)、(19-55)、(10-64)となるように間隔を広げる。
座標2では、(29-47)、(20-56)、(11-65)となるように間隔を広げる。
座標3では、(30-48)、(21-57)、(12-66)となるように間隔を広げる。
これらのグラフから判るように、2点間の移動距離が大きくなるほど、差動信号のレベルが大きくなることがわかる。これはA−B面に垂直な方向にのみ現れる性質で移動距離にたいする差動信号レベルの平均変化率を表している。これはA−B面に垂直な方向の座標変化にたいする差動信号レベルの増加の傾きを示している。差動信号レベルの増加の傾きが座標変化に対し下に凸のときは正の値、上に凸のときは負の値を示す。例では、下に凸であったため正の値となり広がりを示しているが上に凸の場所では負の値になり縮小を示すことになる。これは、場所による差動信号レベルの変化の凹凸を把握すれば測定した差動信号レベルの変化により拡大縮小を検出できることを示している。
(2)ノードA、Bから中心までの電圧変化が大きく、中心より先の電圧変化が小さい。
この特徴は、ノードA−D、ノードB−C、ノードC−Dについても成り立つ。そこで、この性質を積極的に利用することでタッチ容量に依存しない正規化信号電圧を求めることができる。
DC辺から見たT1の信号電圧=V2、
DC辺から見たT2の信号電圧=V1
この2点の測定値の小さい方の値で大きい方の値で割った値を正規化信号電圧と定義すると、図28(C)の式に示すように、容量係数αが消えタッチ容量に依存しない値となる。
(1)直線性が改善され、中心付近でも十分な信号量の変化が確保できる。
(2)パネルの中心から先の信号量の小さい座標算出に使えない領域がなくなる。
図29は、ノードABにおける差動信号電圧の座標依存性を示し、これが、図30に示すような正規化信号電圧の座標依存性に変換される。図31は、ノードADの差増信号電圧の座標依存性、図32は、変換された正規化信号電圧の座標依存性を示している。
(1)タッチ点の差動信号電圧をノードAB、ノードCD、ノードBC、ノードADの4辺について測定する(S101)。
(2)測定した差動信号電圧から正規化信号電圧を算出する(S102)。
(3)タッチ点の正規化信号電圧と正規化信号電圧のルックアップテーブルを用いてタッチ点の座標を算出する(S103、S104)。
(4)次に、タッチ容量が標準容量のときの差動信号電圧のルックアップテーブルからタッチ点の差動信号電圧V0を求める(S105、S106)。
(5)差動信号電圧V0を用いて容量係数αを算出する。容量係数αは測定電圧VmをV0で割った値である。
(6)求めた容量係数αからαと容量値を関係付けたルックアップテーブルを用いてタッチ容量を算出する(S107、S108)。
延長線上にあり、容量係数αの小さい1点タッチとして認識される。このため、第3の回路(検出回路)の感度により、測定限界が決まる点を除き、座標の検出等については1点タッチの手法がそのまま適用できる。図の測定ではパネルから5cm程度離しても検出できることが確認できたが第3の回路(検出回路)の感度をより高くすることにより、パネルからの距離をより大きくすることができる。
12:基板
14:導電膜
16:保護膜
20:基準電位発生回路
30:位置情報抽出部
40:位置検出部
100:セレクター
102:差増増幅回路
104:フィルター
106:ピーク値ホールド回路
108:A/D変換器
110:タッチ第3の回路(検出回路)
112:フリップフロップ回路
114:コントローラ
P、T1、T2:接触位置
A、B、C、D:ノード
Claims (20)
- 導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のX軸に関連する第1および第2のノードと、
前記導電膜のX軸と直交するY軸に関連する第3および第4のノードと、
前記第1、第2、第3および第4のノードに、クロック信号をそれぞれ印加する第1の回路(印加回路)と、
前記第1および第2のノードからそれぞれ得られた第1および第2の出力信号の電圧差を示す第1の差分信号を生成し、更に前記第3および第4のノードからそれぞれ得られた第3および第4の出力信号の電圧差を示す第2の差分信号を生成する第2の回路(抽出回路)と、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、更に前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導く第3の回路(検出回路)と、を有する位置検出装置であって、
前記第1の差分信号は、下記の数式1を満たし、
前記第2の差分信号は、下記の数式2を満たす、位置検出装置。
(数1)
(Vcc(1-exp.[−t/(RbCxy)] )−(Vcc(1-exp.[−t/(RaCxy)]))
(数2)
(Vcc(1-exp.[−t/(RdCxy)] )−(Vcc(1-exp.[−t/(RcCxy)]))
式中、Vccは所定電圧であり、Ra、Rb、Rc及びRdは、それぞれ対応する第1、第2、第3及び第4のノードから絶縁膜に物体が接近または接触する点までの導電膜のそれぞれの抵抗値であり、Cxyは、絶縁膜に物体が接近または接触する点に関連する容量値である。 - 導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のX軸に関連する第1および第2のノードと、
前記導電膜のX軸と直交するY軸に関連する第3および第4のノードと、
前記第1、第2、第3および第4のノードに、クロック信号をそれぞれ印加する第1の回路(印加回路)と、
前記第1および第2のノードからそれぞれ得られた第1および第2の出力信号の電圧差を示す第1の差分信号を生成し、更に前記第3および第4のノードからそれぞれ得られた第3および第4の出力信号の電圧差を示す第2の差分信号を生成する第2の回路(抽出回路)と、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、更に前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導く第3の回路(検出回路)と、を有し、
前記第3の回路(検出回路)は、前記第1の差分信号によって表される第1の符号と前記第2の差分信号によって表される第2の符号との組合せに基づき前記接近または接触位置の座標を導く、位置検出装置。 - 前記第3の回路(検出回路)はさらに、前記第1及び第2の符号によって特定される領域の座標と、前記第1および第2の差分信号に対応する信号値と、の関係を規定したテーブルを含み、
前記第3の回路(検出回路)は、前記テーブルを参照し、前記生成された第1および第2の差分信号と前記信号値とを比較することにより前記接近または接触位置の座標を導く、請求項2に記載の位置検出装置。 - 導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のX軸に関連する第1および第2のノードと、
前記導電膜のX軸と直交するY軸に関連する第3および第4のノードと、
前記第1、第2、第3および第4のノードに、クロック信号をそれぞれ印加する第1の回路(印加回路)と、
前記第1および第2のノードからそれぞれ得られた第1および第2の出力信号の電圧差を示す第1の差分信号を生成し、更に前記第3および第4のノードからそれぞれ得られた第3および第4の出力信号の電圧差を示す第2の差分信号を生成する第2の回路(抽出回路)と、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、更に前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導く第3の回路(検出回路)と、を有し、
前記第2の回路(抽出回路)は、前記第1および第2の出力信号、または前記第3および第4の出力信号を選択する選択回路を含む、位置検出装置。 - 前記選択回路は、前記第1および第2の出力信号並びに前記第3および第4の出力 信号を所定の周期で順次切り替える、請求項4に記載の位置検出装置。
- 前記第2の回路(抽出回路)は、前記第1の差分信号および前記第2の差分信号を所定の周期で順次生成する、請求項5に記載の位置検出装置。
- 導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のX軸に関連する第1および第2のノードと、
前記導電膜のX軸と直交するY軸に関連する第3および第4のノードと、
前記第1、第2、第3および第4のノードに、クロック信号をそれぞれ印加する第1の回路(印加回路)と、
前記第1および第2のノードからそれぞれ得られた第1および第2の出力信号の電圧差を示す第1の差分信号を生成し、更に前記第3および第4のノードからそれぞれ得られた第3および第4の出力信号の電圧差を示す第2の差分信号を生成する第2の回路(抽出回路)と、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、更に前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導く第3の回路(検出回路)と、を有し、
前記第2の回路(抽出回路)は、
前記第1および第2の出力信号を入力して前記第1の差分信号を出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路から出力された前記第1の差分信号のピーク値を保持するピークホールド回路と、
前記ピークホールド回路によって保持されたピーク値をディジタル信号に変換して前記第3の回路(検出回路)へ供給するアナログ/ディジタル変換回路と、を含む、位置検出装置。 - 前記第2の回路(抽出回路)は、前記差動増幅回路から出力された信号のノイズを除去するフィルターを含む、請求項7に記載の位置検出装置。
- 前記第2の回路(抽出回路)は、前記第1および第2の出力信号、または前記第3および第4の出力信号を所定の周期で順次選択する選択回路を含む、請求項7または8に記載の位置検出装置。
- 前記差動増幅回路は、前記第1の差分信号及び前記第2の差分信号を所定の周期で順次出力する、請求項9に記載の位置検出装置。
- 前記アナログ/ディジタル変換回路は、前記第1の差分信号に対応する前記ディジタル信号及び前記第2の差分信号に対応する前記ディジタル信号を順次出力する、請求項10に記載の位置検出装置。
- 導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のX軸に関連する第1および第2のノードと、
前記導電膜のX軸と直交するY軸に関連する第3および第4のノードと、
前記第1、第2、第3および第4のノードに、クロック信号をそれぞれ印加する第1の回路(印加回路)と、
前記第1および第2のノードからそれぞれ得られた第1および第2の出力信号の電圧差を示す第1の差分信号を生成し、更に前記第3および第4のノードからそれぞれ得られた第3および第4の出力信号の電圧差を示す第2の差分信号を生成する第2の回路(抽出回路)と、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、更に前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導く第3の回路(検出回路)と、を有し、
前記第3の回路(検出回路)は、前記第2の回路(抽出回路)から提供された一定期間内の複数の前記第1の差分信号に対応するディジタル信号を平均化する処理部を含む、位置検出装置。 - 導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のX軸に関連する第1および第2のノードと、
前記導電膜のX軸と直交するY軸に関連する第3および第4のノードと、
前記第1、第2、第3および第4のノードに、クロック信号をそれぞれ印加する第1の回路(印加回路)と、
前記第1および第2のノードからそれぞれ得られた第1および第2の出力信号の電圧差を示す第1の差分信号を生成し、更に前記第3および第4のノードからそれぞれ得られた第3および第4の出力信号の電圧差を示す第2の差分信号を生成する第2の回路(抽出回路)と、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、更に前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導く第3の回路(検出回路)と、を有し、
位置検出装置はさらに、前記第1および第2の差分信号を正規化する正規化部を含む、位置検出装置。 - 前記正規化部は、前記X軸および前記Y軸の平面のX軸方向の中心線に関し、前記接近または接触位置が対称となる位置の第3の差分信号と前記第1の差分信号との比に基づき正規化された第1の差分信号を求め、かつY軸方向中心線に関し対象となる位置の第4の差分信号と前記第2の差分信号との比に基づき正規化された第2の差分信号を求める、請求項13に記載の位置検出装置。
- 前記第2の回路(抽出回路)は、前記第1および第2の出力信号、または前記第3および第4の出力信号を選択する選択回路を含み、
前記選択回路は、前記第1および第2の出力信号、または前記第3および第4の出力信号を所定の周期で順次切り替える、請求項12及至14いずれか1つに記載の位置検 出装置。 - 前記第2の回路(抽出回路)は、前記第1の差分信号および前記第2の差分信号を所定の周期で順次生成する、請求項15に記載の位置検出装置。
- 請求項1乃至16いずれか1つに記載の位置検出装置を含む表示装置。
- 導電膜のX軸に関連する第1および第2のノード、並びに前記導電膜のY軸に関連する第3および第4のノードに共通のクロック信号を印加し、
X軸上の第1及び第2のノードの差電圧を示す第1の差分信号を生成し、
Y軸上の第3及び第4のノードの差電圧を示す第2の差分信号を生成し、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記導電膜上に形成された絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、
前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記導電膜上に形成された前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導き、
前記接近または接触位置が2つであると判定した場合に、一定期間内における前記第1の差分信号が増加又は減少に対応して、2つの前記接近または接触位置が広がっている又は狭まっていると判定する、位置検出方法。 - 導電膜のX軸に関連する第1および第2のノード、並びに前記導電膜のY軸に関連する第3および第4のノードに共通のクロック信号を印加し、
X軸上の第1及び第2のノードの差電圧を示す第1の差分信号を生成し、
Y軸上の第3及び第4のノードの差電圧を示す第2の差分信号を生成し、
前記第1の差分信号に基づき且つ前記第2の差分信号によらず前記導電膜上に形成された絶縁膜に物体が接近または接触する前記X軸の座標位置を導き、
前記第2の差分信号に基づき且つ前記第1の差分信号によらず前記導電膜上に形成された前記絶縁膜に物体が接近または接触する前記Y軸の座標位置を導き、
前記第1の差分信号によって表される符号と前記第2の差分信号によって表される符号との組合せに基づき位置を検出する、位置検出方法。 - 前記第1及び第2の符号によって特定される領域内の座標と、前記第1および第2の差分信号に対応する信号値と、の関係を規定した座標テーブルを参照する、請求項19に記載の位置検出方法。
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