KR20080110505A

KR20080110505A - 가동자의 구동 장치, 그 제어 회로 및 터치 패널 장치

Info

Publication number: KR20080110505A
Application number: KR1020080055129A
Authority: KR
Inventors: 교이치로 아라키; 이사오 야마모토
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2008-12-18
Also published as: CN101324823A; JP2008310580A; CN101324823B; JP4855343B2; US20080309467A1; US7868744B2

Abstract

상용 교류 전압을 이용하지 않고 가동자를 구동한다.

구동 장치(110)는, 터치 패널(2)의 포스 피드백용으로 설치된 가동자(4)를 구동한다. 기준 전압 생성부(20)는, 가동자(4)에 인가해야 할 신호 파형을 갖는 기준 전압 Vref를 생성한다. 펄스 변조기(10)는, 가동자(4)에 인가되는 구동 전압 Vdrv에 따른 귀환 전압 Vfb가 기준 전압 Vref에 가까워지도록, 귀환에 의해 듀티비가 제어되는 PWM 신호 Spwm을 생성한다. 펄스 변조기(10)로부터의 PWM 신호 Spwm에 의해, DC/DC 컨버터의 스위칭 소자 SW1을 온, 오프함으로써, DC/DC 컨버터의 출력 전압 Vout를 제어하고, 출력 전압 Vout에 따른 구동 전압 Vdrv를 가동자(4)에 인가한다.

Description

가동자의 구동 장치, 그 제어 회로 및 터치 패널 장치{APPARATUS FOR DRIVING MOVABLE MEMBER, CONTROL CIRCUIT THEREOF AND TOUCH PANEL APPARATUS}

본 발명은, 터치 패널의 포스 피드백용으로 설치된 가동자의 구동 기술에 관한 것이다.

액정 디스플레이 등의 박형(薄型)의 표시 장치에 있어서, 유저가 그 표면을 가압함으로써, 입력 조작이 가능한 터치 패널이 보급되어 있다. 유저가 터치 패널을 가압한 것을 감지할 수 있도록, 가압에 반응하여 터치 패널의 표면을 진동시키는 포스 피드백 기술이 이용된다.

포스 피드백을 행하기 위해, 터치 패널의 표면을 진동시키기 위한 가동자가 설치된다. 유저의 가압에 따라 가동자에 전압을 인가함으로써, 가동자가 진동하여, 유저에 입력 조작에 따른 가압감을 부여할 수 있다. 예를 들면 특허 문헌 1에는, 이러한 포스 피드백 기구(가압감 발생 장치)를 구비한 터치 패널이 개시된다.

[특허 문헌 1] 일본국 특허공개 2001-350592호 공보

특허 문헌 1에 개시되는 가압감 발생 장치는, 상용 교류 전압을 이용하여 가동자에 인가하는 전압을 생성하고 있다. 따라서, 상용 교류 전압이 공급되지 않는 휴대형 기기에 이용할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 터치 패널의 포스 피드백용의 가동자를 간이하게 구동하는 기술의 제공에 있다.

본 발명의 한 양태는, 터치 패널의 포스 피드백용으로 설치된 가동자를 구동하는 구동 장치의 제어 회로에 관한 것이다. 이 제어 회로는, 가동자에 인가해야 할 신호 파형(시간 파형)을 갖는 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부와, 가동자에 인가되는 구동 전압에 따른 귀환 전압이 기준 전압에 가까워지도록, 귀환에 의해 듀티비가 제어되는 펄스 신호를 생성하는 펄스 변조기를 포함한다. 펄스 변조기로부터의 펄스 신호에 의해, DC/DC 컨버터의 스위칭 소자를 온, 오프함으로써, DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하고, 출력 전압에 따른 구동 전압을 가동자에 인가한다.

이 양태에 의하면, 상용 교류 전압을 사용하지 않고 가동자의 구동 전압을 생성할 수 있다. 또, 제어 회로의 내부에 고전압이 생기지 않기 때문에, 상용 교류 전압을 이용하는 경우에 비해 저내압의 소자를 이용할 수 있어, 회로를 소형화, 저비용화할 수 있다.

기준 전압 생성부는, 소정의 신호 파형을 유지하는 테이블과, 가압에 따라 터치 패널로부터 출력되는 검출 신호를 받으면, 테이블로부터 주기 파형을 독출하여, 디지털 아날로그 변환하는 디지털 아날로그 변환기를 포함하고, 디지털 아날로그 변환기의 출력을, 기준 전압으로서 출력해도 된다.

이 경우, 테이블의 신호 파형에 따라, 가동자에 대해 다양한 임의의 구동 전압을 공급할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는, 가동자의 구동 장치에 관한 것이다. 이 구동 장치는, 상술한 2개의 제어 회로와, 2개의 제어 회로로부터의 펄스 신호에 의해 제어되는 2개의 DC/DC 컨버터를 구비한다. 각각의 제어 회로에 있어서, 서로 역상이 되는 기준 전압을 생성하여, 각각의 DC/DC 컨버터의 출력 전압이 서로 역상이 되도록 제어하고, 2개의 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 가동자의 양단에 인가한다.

본 발명의 또 다른 양태는, 터치 패널 장치이다. 이 터치 패널 장치는, 터치 패널과, 터치 패널에 설치된 가동자와, 상술한 제어 회로와, 제어 회로로부터 출력되는 펄스 신호에 의해 제어되는 DC/DC 컨버터를 구비하고, DC/DC 컨버터의 출력 전압을 가동자에 인가한다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 따른 구동 기술에 의하면, 상용 교류 전압을 이용하지 않고 가동 자를 구동할 수 있다.

도 1은, 실시 형태에 따른 가동자의 구동 장치(110)를 구비한 터치 패널 장치(1)의 구성을 도시한 회로도이다. 터치 패널 장치(1)는, 터치 패널(2)과 구동 장치(110)를 구비한다.

터치 패널(2)은, 가동자(4), 입력 검출부(6)를 구비한다. 입력 검출부(6)는, 터치 패널(2)의 유저가 패널에 입력을 행하였는지, 즉 패널을 가압하였는지의 여부를 판정하여, 판정 결과를 검출 신호 S1로서 출력한다. 구동 장치(110)는, 검출 신호 S1을 받아, 유저가 터치 패널을 가압하면, 가동자(4)에 대해 구동 전압 Vdrv를 출력한다. 가동자(4)는 구동 전압 Vdrv가 인가되면 터치 패널(2)을 진동시켜, 유저에 가압감을 부여한다.

구동 장치(110)는, 제어 회로(100), 트랜스(8), 정류 평활 회로(9), 귀환 저항 R2, R3을 구비한다. 구동 장치(110)는, 전지 전압이나 전원 회로로부터 직류의 입력 전압 Vin을 받아, 입력 전압 Vin을 구동 전압 Vdrv로 변환하여 출력한다.

트랜스(8), 정류 평활 회로(9)는, 이른바 DC/DC 컨버터를 구성한다. 트랜스(8)는 1차 코일 L1, 2차 코일 L2, L3을 구비한다. 트랜스(8)의 1차 코일 L1의 일단에는, 입력 전압 Vin이 인가되고, 타단은 제어 회로(100)의 스위칭 단자(102)와 접속된다. 스위칭 단자(102)에, 스위칭 전압 Vsw가 인가되면, 트랜스(8)의 2차측에 설치된 2차 코일 L2, 2차 코일 L3에 전류가 발생한다.

정류 평활 회로(9)는, 다이오드 D1, D2, 커패시터 C1, C2, C3, 출력 저항 R1 을 포함한다. 다이오드 D1, 커패시터 C1은, 2차 코일 L2에 흐르는 전류(또는 유기(誘起)되는 전압)를 정류 및 평활하여, 출력 전압 Vout1을 출력한다. 동일하게, 다이오드 D2, 커패시터 C2, C3는, 2차 코일 L3에 흐르는 전류(또는 유기되는 전압)를 정류 및 평활하여, 출력 전압 Vout2을 출력한다. 출력 전압 Vout1, Vout2를 커패시터 C2, C3에 의해 분압한 구동 전압 Vdrv가 가동자(4)에 공급된다. 다이오드 D1, D2는 애노드와 캐소드가 역방향으로 설치되어 있기 때문에, 출력 전압 Vout1은 양의 방향으로 바이어스된 전압이 되고, 출력 전압 Vout2은 음의 방향으로 바이어스된 전압이 된다.

제어 회로(100)는, 스위칭 전압 Vsw를 출력하는 스위칭 단자(102)와, 출력 전압 Vout1에 따른 귀환 전압 Vfb가 입력되는 귀환 단자(104)와, 검출 신호 S1이 입력되는 검출 단자(106)를 구비하고, 귀환 전압 Vfb에 의거하여 출력 전압 Vout1을 귀환 제어한다.

제어 회로(100)는, 기준 전압 생성부(20), 펄스 변조기(10), 프리드라이버(18), 스위칭 소자 SW1, 검출 저항 R4를 구비한다.

스위칭 소자 SW1, 검출 저항 R4는, 스위칭 단자(102)와 접지 단자 사이에, 즉 1차 코일 L1의 전류 경로 상에 직렬로 설치된다. 검출 저항 R4는, 1차 코일 L1에 흐르는 전류 I1을 전압으로 변환하여, 프리드라이버(18)에 출력한다.

기준 전압 생성부(20)는, 가동자(4)에 인가해야 할 신호 파형을 갖는 기준 전압 Vref를 생성한다. 기준 전압 Vref는, 예를 들면 정현파이다. 본 실시 형태에 있어서, 기준 전압 생성부(20)는, 판정부(22), 테이블(24), D/A 변환기(26), 로 우패스 필터(28)를 포함한다.

테이블(24)은, ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory), 레지스터, 그 밖의 기억 수단으로 구성되고, 소정의 신호 파형을 유지한다. 신호 파형은, 여러 패턴 준비해도 되고, 각 패턴은 고쳐쓰기 가능하게 구성하는 것이 바람직하다.

판정부(22)는, 가압에 따라 터치 패널(2)로부터 출력되는 검출 신호 S1을 받아, 가압의 유무를 판정한다. D/A 변환기(26)는, 판정부(22)에 의해 가압이 검출되면, 테이블(24)로부터 주기 파형을 독출하여, 디지털 아날로그 변환한다. 로우패스 필터(28)는, D/A 변환기(26)로부터 출력되는 전압을 필터링하여, 기준 전압 Vref로서 출력한다.

정류 평활 회로(9)로부터 출력되는 출력 전압 Vout1은, 귀환 저항 R2, 귀환 저항 R3에 의해 분압되고, 귀환 전압 Vfb로서, 제어 회로(100)의 귀환 단자(104)에 입력된다. 펄스 변조기(10)는, 가동자(4)에 인가되는 구동 전압 Vdrv에 따른 귀환 전압 Vfb 및 기준 전압 Vref을 받는다. 펄스 변조기(10)는, 귀환 전압 Vfb가 기준 전압 Vref에 가까워지도록, 귀환에 의해 듀티비가 제어되는 펄스폭 변조 신호 Spwm(이하, PWM 신호라고 한다)을 생성한다. 펄스 변조기(10)는, 공지의 펄스폭 변조기, 펄스 주파수 변조기 등을 이용할 수 있다.

예를 들면, 도 1의 회로에서는, 펄스 변조기(10)는 오실레이터(12), 로직부(14), 콤퍼레이터(16)를 포함한다. 오실레이터(12)는 클럭 신호 CK를 생성한다. 콤퍼레이터(16)는, 귀환 전압 Vfb을 기준 전압 Vref와 비교하여, 대소 관계에 따른 신호를 출력한다. 로직부(14)는 클럭 신호 CK와 콤퍼레이터(16)의 출력 신호 S2에 따라, 포지티브 에지 혹은 네거티브 에지의 타이밍이 제어된다.

프리드라이버(18)는, PWM 신호 Spwm에 의거하여 스위칭 소자 SW1을 온하는 타이밍을 제어한다. 또, 프리드라이버(18)는, 검출 저항 R4에 발생하는 전압 강하를 임계값 전압과 비교하여, 전압 강하가 임계값 전압에 도달하면, 즉, 1차 코일 L1의 전류가 소정의 피크 전류에 도달하면, 스위칭 소자 SW1을 오프한다.

그 결과, DC/DC 컨버터의 출력 전압 Vout1이 기준 전압 Vref에 일치하도록 귀환 제어되어, 원하는 전압이 가동자(4)에 인가된다. 또한, 펄스 변조의 방식은 실시 형태의 그것에 한정되는 것이 아니라, 콤퍼레이터 대신에 오차 증폭기를 이용해, 오차 증폭기의 출력 전압을 삼각파나 톱니파로 슬라이스하여 PWM 신호 Spwm을 생성해도 된다. 그 방식은 임의이다.

이상과 같이 구성된 구동 장치(110)의 동작을 설명한다. 도 2는, 도 1의 구동 장치(110)의 동작 파형도이다.

시각 t0에, 유저가 터치 패널(2)을 가압하면, 검출 신호 S1이 하이레벨이 된다. 이에 따라, 기준 전압 생성부(20)는 테이블(24)로부터 파형 데이터를 독출하고, 독출한 데이터를 D/A 변환하여 기준 전압 Vref를 생성한다.

기준 전압 Vref는, 처음에 상승하여, 그 후, 1주기분만큼 정현파 구동하고, 그 후 저하해 가는 파형으로서 나타난다. 또한, 본 발명은 기준 전압 Vref의 파형에 한정되는 것이 아니라, 임의의 파형을 이용할 수 있다. 도 2의 파형을 이용한 경우, 유저에 쇼크를 주지 않고, 적당한 가압감을 피드백할 수 있다.

제어 회로(100)는, 귀환 제어에 의해, 출력 전압 Vout1을 기준 전압 Vref에 추종하도록 변화시킨다. 동시에 출력 전압 Vout2은, 음의 방향으로 바이어스된 상태로, 기준 전압 Vref에 추종하여 변동한다. 그 결과, 출력 전압 Vout1, Vout2의 중점 전압으로서, 구동 전압 Vdrv가 생성된다. 구동 전압 Vdrv는, 접지 전압 0V를 중심으로 한 정현파가 된다.

본 실시 형태에 따른 제어 회로(100)에 의하면, 상용 교류 전압을 이용하지 않고, 가동자(4)의 구동 전압 Vdrv를 생성할 수 있다. 따라서, 전지 구동되는 휴대 전화 단말, PDA(Personal Digital Assistant), 노트형 PC 등에도 적합하게 이용할 수 있다.

또, 트랜스(8)의 1차측에서는, 각 노드의 전압은, 입력 전압 Vin 이하가 된다. 따라서, 고내압 소자를 이용할 필요가 없기 때문에, 염가의 저내압 소자를 이용할 수 있음과 더불어, 저비용화를 실현할 수 있다.

또한 실시 형태와 같이, 테이블(24)에 신호 파형을 유지함으로써, 구동 전압 Vdrv의 파형을 임의로 설정할 수 있다. 종래와 같이, 상용 교류 전압을 이용하는 경우, 가동자의 진동수는 고정되고, 또 파형도 정현파로 한정되어 버리지만, 실시 형태에서는 이러한 문제가 발생하지 않아, 큰 메리트가 된다. 예를 들면, 신호 파형으로서, 높은 주파수 성분을 포함하는 신호를 기억해 두면, 유저가 금지된 동작을 행한 경우에, 가동자(4)를 첨예한 구동 전압으로 구동할 수 있어, 유저의 손가락에 쇼크를 줄 수 있다.

또한, 테이블(24)에는, 복수의 파형 데이터를 기억해 두어도 된다. 이 경 우, 터치 패널에 대한 유저의 입력 동작의 종류에 따라, 상이한 파형 데이터를 독출함으로써, 유저에 대해 입력 동작에 따른 상이한 가압감을 부여할 수 있다.

도 3은, 변형예에 따른 구동 장치(110c)의 구성을 도시한 회로도이다. 도 3의 제어 회로(100c)에는, 도 1의 제어 회로(100)가 2채널분 내장되어 있다. 제1 채널의 제어 회로(100a)는, 펄스 변조기(10a), 프리드라이버(18a), 기준 전압 생성부(20c)를 포함하고, 제2 채널의 제어 회로(100b)는, 펄스 변조기(10b), 프리드라이버(18b), 기준 전압 생성부(20c)를 포함한다. 2개의 제어 회로는 도 1의 제어 회로(100)와 동일하게 구성된다. 기준 전압 생성부(20c)는, 그 일부 또는 전체가, 2개의 채널에서 공용되어도 되고, 별개로 설치되어도 된다.

제1, 제2 채널의 제어 회로 각각에 대해, 2개의 DC/DC 컨버터가 설치되어 있다. 제1 채널의 DC/DC 컨버터는, 제1 트랜스(8a), 제1 정류 평활 회로(9a)를 구비하고, 제2 채널의 DC/DC 컨버터는, 제2 트랜스(8b), 제2 정류 평활 회로(9b)를 구비한다. 제1, 제2 채널 각각의 DC/DC 컨버터의 출력 전압 Vout1, Vout2는, 가동자(4)의 양단에 인가되고, 2개의 출력 전압 Vout1, Vout2의 차전압이 구동 전압 Vdrv가 된다.

제1 채널의 제어 회로(100a)는, 각각의 출력 전압 Vout1에 따른 귀환 전압 Vfb1이 기준 전압 Vref1과 일치하도록, 출력 전압 Vout1을 귀환 제어한다. 제2 채널의 제어 회로(100b)는, 기준 전압 Vref2가 귀환 전압 Vfb2와 일치하도록, 출력 전압 Vout2를 귀환 제어한다. 기준 전압 생성부(20c)는, 기준 전압 Vref1, Vref2를, 동일한 바이어스 레벨을 중심으로 하여 서로 역상이 되도록 생성한다.

도 4는, 도 3의 구동 장치(110c)의 동작 파형도이다. 도 3의 구동 장치(110c)에 의하면, 도시한 바와 같이 공통의 바이어스 레벨을 중심으로 역상으로 변화하는 출력 전압 Vout1, Vout2를 생성할 수 있고, 그것을 가동자(4)의 양단에 인가함으로써 접지 전압을 센터로 하는 구동 전압 Vdrv를 인가할 수 있다.

상기 실시 형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 여러 가지 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다. 이하, 예시한다.

실시 형태에서는, 트랜스 및 정류 평활 회로를 이용한 DC/DC 컨버터를 이용하는 경우를 설명하였지만, 트랜스의 코일이나, 다이오드, 커패시터의 배치는 임의로서, 다양한 토폴로지를 이용할 수 있다. 또, 절연형의 DC/DC 컨버터 대신에, 비절연형의 스위칭 레귤레이터를 이용해도 된다.

실시 형태에서는, 기준 전압 생성부(20)를 테이블(메모리)과 D/A 변환기를 이용하여 구성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 구형파 전압이나 삼각파 전압, 톱니파 전압 등의 주기 전압을 생성하여, 이것을 필터링해서, 기준 전압 Vref를 생성해도 된다.

또, 실시 형태에 있어서, 하이레벨, 로우레벨의 논리값의 설정은 일례로서, 인버터 등에 의해 적절히 반전시킴으로써 자유롭게 변경하는 것이 가능하다.

실시 형태에 의거하여, 본 발명을 설명하였지만, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 실시 형태에는, 청구의 범위에 규정된 본 발명의 사상을 이탈하지 않는 범위에 있어서, 많은 변형예나 배치의 변경이 가능하다.

도 1은 실시 형태에 따른 가동자의 구동 장치를 구비한 터치 패널 장치의 구성을 도시한 회로도이다.

도 2는 도 1의 구동 장치의 동작 파형도이다.

도 3은 변형예에 따른 구동 장치의 구성을 도시한 회로도이다.

도 4는 도 3의 구동 장치의 동작 파형도이다.

[부호의 설명]

1 : 터치 패널 장치 2 : 터치 패널

4 : 가동자 6 : 입력 검출부

8 : 트랜스 9 : 정류 평활 회로

10 : 펄스 변조기 12 : 오실레이터

14 : 로직부 16 : 콤퍼레이터

18 : 프리드라이버 20 : 기준 전압 생성부

22 : 판정부 24 : 테이블

26 : D/A 변환기 28 : 로우패스 필터

SW1 : 스위칭 소자 L1 : 1차 코일

L2 : 2차 코일 L3 : 2차 코일

R1 : 출력 저항 R2 : 귀환 저항

R3 : 귀환 저항 R4 : 검출 저항

100 : 제어 회로 102 : 스위칭 단자

104 : 귀환 단자 106 : 검출 단자

110 : 구동 장치

Claims

터치 패널의 포스 피드백용으로 설치된 가동자를 구동하는 구동 장치의 제어 회로로서,

상기 가동자에 인가해야 할 신호 파형을 갖는 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성부와,

상기 가동자에 인가되는 구동 전압에 따른 귀환 전압이 상기 기준 전압에 가까워지도록, 귀환에 의해 듀티비가 제어되는 펄스 신호를 생성하는 펄스 변조기를 포함하고,

상기 펄스 변조기로부터의 상기 펄스 신호에 의해, DC/DC 컨버터의 스위칭 소자를 온, 오프함으로써, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 제어하고, 상기 출력 전압에 따른 구동 전압을 상기 가동자에 인가하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 기준 전압 생성부는,

소정의 신호 파형을 유지하는 테이블과,

가압에 따라 상기 터치 패널로부터 출력되는 검출 신호를 받으면, 상기 테이블로부터 상기 신호 파형을 독출하여, 디지털 아날로그 변환하는 디지털 아날로그 변환기를 포함하고, 상기 디지털 아날로그 변환기의 출력을, 상기 기준 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 1에 기재된 2개의 제어 회로와,

상기 2개의 제어 회로로부터의 펄스 신호에 의해 제어되는 2개의 DC/DC 컨버터를 구비하고,

각각의 제어 회로에 있어서, 서로 역상이 되는 기준 전압을 생성하여, 각각의 DC/DC 컨버터의 출력 전압이 서로 역상이 되도록 제어하고, 2개의 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 가동자의 양단에 인가하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
터치 패널과,

상기 터치 패널에 설치된 가동자와,

청구항 1 또는 2에 기재된 제어 회로와,

상기 제어 회로로부터 출력되는 펄스 신호에 의해 제어되는 DC/DC 컨버터를 구비하고, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 상기 가동자에 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 장치.