JP2012248180A

JP2012248180A - タッチポイント検知デバイスおよびそのタッチポイント検知方法

Info

Publication number: JP2012248180A
Application number: JP2012076304A
Authority: JP
Inventors: ▲劉▼勇; Isamu Ryu
Original assignee: TPK Touch Solutions Xiamen Inc
Current assignee: TPK Touch Solutions Xiamen Inc
Priority date: 2011-05-28
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: KR101380122B1; JP5697103B2; US9256313B2; TWI597639B; CN102799300A; TW201248480A; US20120299842A1; EP2546727A3; TWM422113U; KR20120132611A; EP2546727A2; CN102799300B

Abstract

【課題】タッチポイント検知デバイスによって、タッチポイントの検知精度を減少させることなく、電極の縁(electrode border)とプロセッサの集積回路パッケージのサイズを減少する。
【解決手段】タッチポイント検知デバイス１００を提供する。タッチポイント検知デバイス１００は、複数の電極１１０と、電極１１０に接続され、少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて走査する走査部１４０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、タッチポイント検知技術に関し、特に、タッチポイント検知デバイスおよびそのタッチポイント検知方法に関する。

タッチにより電子デバイスにデータを入力する技術が幅広く利用されている。これらの電子デバイスは、通常、タッチポイント検知デバイスを採用して、タッチ動作を感知し、後続の操作のための関係する電気信号を生成する。実際の使用において用いられるタッチポイント検知デバイスは、通常、タッチパネルおよびタッチスクリーンの形で提示される。

異なるタッチポイント検知原理によれば、タッチポイント検知デバイスは、抵抗膜方式のもの、静電容量方式のもの、光学式のもの、電磁式のもの、音響式のものなどに分類され得る。静電容量方式のタッチポイント検知デバイスのその作動原理は、ユーザが指やタッチペンのような導電のタッチ物体を用いてデバイスの表面をタッチすると、デバイスの表面上のタッチポイントにおける静電容量の変化を導き、プロセッサがその静電容量の変化に従ってタッチポイントの座標を検知するというものである。

異なる電子デバイスと連携するために、投影型の静電容量方式のタッチポイント検知デバイスのような、様々な静電容量方式のタッチポイント検知デバイスが開発されている。投影型の静電容量方式のタッチポイント検知デバイスの電極には、格子型の電極と単軸型の電極を含む。単軸型の電極に関しては、各電極が抵抗を有し、電極を通過する励起信号(excitation signal)は、電極上で生成される対応する出力値の変化を加味して減衰される。図１に示されるように、各走査された電極の出力値(output)と、励起信号(excitation signal)を供給する端部の距離(distance)と、の間には、ある種の変化関係が存在する。従って、電極上のタッチポイントの位置は、利用可能な上記の変化関係に基づいて決定され得る。

励起信号(excitation signal)が電極の１つの端部のみから供給される場合、それは単一経路型と呼ばれ、同一のタッチポイント位置のために生成される異なる出力値、または、異なるタッチポイント位置のために生成される同一の出力値をもたらす。そして、このことは、タッチ物体による異なるサイズのタッチ領域を持ったタッチポイント位置を検知するときに、エラーをさらにもたらす。従って、タッチポイント位置を検知することについてのタッチ領域によってもたらされる影響を減少するために、励起信号(excitation signal)は電極の両端部から別々に供給されて、これは双対の経路型と呼ばれる。

図２に示されるように、タッチポイント検知デバイス１は、従来型の双対の経路型を持っている単軸型の電極を備え、電極２、導電線３、４、プロセッサ５を含み、電極２は、両端部Ａ、Ｂを持つ。電極２の端部Ａは導電線３を用いてプロセッサ５に接続され、電極２の端部Ｂは導電線４を用いてプロセッサ５に接続される。

図３に示されるように、端部Ａが走査された時に、出力値と、端部Ａからのタッチ位置の距離と、の間の変化関係の曲線が、Ｌａとして定義される。また、端部Ｂが走査された時に、出力値と、端部Ａからのタッチ位置の距離と、の間の変化関係の曲線についても、Ｌｂとして定義される。従って、２つの曲線ＬａおよびＬｂの間の関係を利用することで、２つの出力値Ｄｔ１およびＤｔ２に基づいて計算される同一のタッチ位置Ｔにおける、２つの出力値Ｄｔ１およびＤｔ２が得られる。

米国特許第７４３９９６２Ｂ２号明細書台湾特許出願公開第２００９２１４９０号明細書

双対の経路型のタッチポイント検知デバイスを考慮すると、各電極は２つの導電線を必要とし、その結果、電極に接続する２つの導電線を取り付けるために、電極の周囲により大きな絶縁領域を必要とする。さらに、携帯型の電子デバイスのような小型サイズのデバイスと一体化される時には、タッチポイント検知デバイスは閉じ込められる。さらに、プロセッサに関しては、導電線が増えるほど、より多くの出力／入力ポート（Ｉ／Ｏピン）が供給される必要がある。従って、プロセッサは、より大きな集積回路パッケージを必要とする。

本発明は、上述した問題を考慮してなされたものであり、タッチポイントの検知精度を減少させることなく、電極の縁(electrode border)およびプロセッサの集積回路パッケージを減少させるタッチポイント検知デバイスを提供することである。

タッチポイント検知デバイスは、複数の電極と、前記複数の電極に接続され、少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて前記電極を走査する走査部と、を備える。

また、本発明の他の目的は、タッチポイント検知方法を提供することである。

タッチポイント検知方法は、（ａ）少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて、少なくとも１つのタッチポイントが現れる場所にて前記電極上に生成される出力値を検知すること、（ｂ）前記出力値の出力値差を計算して、前記電極上の前記タッチポイントの位置を検知すること、を備える。

本発明によれば、タッチポイント検知デバイスおよびその検知方法を採用することで、より小さな電極の縁(electrode border)と、より小さな集積回路パッケージとを提供することができ、同時に、相対的に高いタッチポイント検知の精度を維持して、小型サイズのデバイスとの統合および生産材料や他の製造コストの無駄の減少を良好に実現できる。

走査された電極の出力値と、タッチ位置からの励起信号(excitation signal)を供給する端部の距離と、の間の変化関係に関する曲線の説明図である。従来型の双対の経路型を持つタッチポイント検知デバイスの構造上の概略図である。検知デバイスの電極についての出力値と、図２の端部Ａからのタッチポイントの距離と、の間の変化関係に関する曲線の説明図である。本発明の第１の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。本発明の第２の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。本発明の第３の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。本発明の第４の実施の形態のタッチポイント検知デバイスの平面構造上の説明図である。２つの異なる周波数の励起信号(excitation signal)を用いて同一の電極を走査する間での、出力値と、端部Ａからのタッチポイントの距離と、の間の変化関係に関する曲線の説明図である。本発明の第１の実施の形態のタッチポイントを検知する方法のフローチャートである。本発明の第２の実施の形態のタッチポイントを検知する方法のフローチャートである。

当業者は、以下で参照する図面が説明の目的のみのためのものであるということを理解する。図面は、本出願の教示のスコープを限定することを決して意図するものではない。同様の符号は、複数の図面を通して、対応する部分を指定する。

図４に示されるように、発明の第１の実施の形態のタッチポイント検知デバイス１００は、第１の端部Ａおよび第２の端部Ｂを備える複数の電極１１０と、複数の導電線１２０と、プロセッサ１３０と、を含む。複数の電極１１０は、第１の方向Ｘと名付けられた方向と同一方向に沿って伸び、第２の方向Ｙに沿って並行に配置される。各電極１１０の第１の端部Ａは、導電線１２０を用いてプロセッサ１３０に接続される。

タッチポイント検知デバイス１００はまた、電極１１０の第１の端部Ａに接続された走査部１４０を含み、走査部１４０は、少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を電極１１０に供給して走査するために使用され得る。異なる回路設計要件によれば、走査部１４０は、プロセッサ１３０の内部に配置されて全てを含んだコンポーネントを形成することができる。また、走査部１４０は、プロセッサ１３０から分離されている個別のコンポーネントとして単独に考案されることもでき、このことは、走査部１４０はプロセッサ１３０の外部に配置されて、導電線または他の電気的な接続手法（不図示）の少なくとも１つによって電気的に接続されることを意味する。

電極１１０の形状は、図４に示されるストリップ形状に限定されず、多角形状(polygon)のような他の不整形な幾何学的形状もまた含む。図５に示される第２の実施の形態におけるタッチポイント検知デバイス２００の電極２１０は、台形形状(trapezium)である。

図６に示されるように、第３の実施の形態のタッチポイント検知デバイス３００は、第１の実施の形態のタッチポイント検知デバイス１００に類似し、第１の端部Ａおよび第２の端部Ｂを備える複数の電極３１０と、導電線３２０と、プロセッサ３３０と、走査部３４０と、を含む。その差は、各電極３１０が、複数の導電部３１１および複数の導電線３１２を含むことである。複数の導電部３１１は互いに分離されており、導電線３１２によって接続される。第３の実施の形態におけるタッチポイント検知デバイス３００の他のコンポーネントの設計は、第１の実施の形態におけるタッチポイント検知デバイス１００のものと同一である。

図７に示されるように、第４の実施の形態のタッチポイント検知デバイス４００と、第１の実施の形態のタッチポイント検知デバイス１００との差は、複数の電極４１０が、第１の方向Ｘに沿う第１の電極４１０ａと、第２の方向に沿う電極４１０ｂと、に分割され、第１の電極４１０ａが第１の導電線４２０ａを用いてプロセッサ４３０に接続され、第２の電極４１０ｂが第２の導電線４２０ｂを用いてプロセッサ４３０に接続される、ことである。

異なる実際の設計要件によれば、本発明のタッチポイント検知デバイスの電極は、酸化インヂウム・スズのような透明材料で製造されることができる。また、金属のような不透明材料で製造されることもできる。例えば、電極が不透明材料である時には、ノートブックコンピュータなどの電子デバイスのタッチパッドとして利用されることができ、電極が透明材料である時には、モニタなどの発行ディスプレイデバイスの表面に設置されてタッチスクリーンを形成することもできる。

本発明のタッチポイント検知デバイスの電極の個数は少なくとも２つであり、電極の個数は、タッチポイント検知デバイスのサイズおよび解像度によって決定される。通常、より高い解像度では、より小さなピクセルを必要とし、これはより多くの電極の個数になることを意味し、また、より大きなサイズのタッチポイント検知デバイスでは、より多くの電極の個数になる。さらに、第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙは互いに交差される。

図４に示される第１の実施の形態のタッチポイント検知デバイスを例にして説明する。タッチポイント検知デバイス１００は、検知の前に較正が行われる。この較正では、可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて、第１の端部Ａおよび第２の端部Ｂを走査することで生成される出力値が、タッチポイント位置の検知の出力値の基準線として定義されて記録される。

まず始めに、タッチ物体が任意の１つの電極１１０と接触され、これは、タッチポイントが第１の端部Ａにあることを示す。そして、走査部１４０が第１の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ１を用いて電極１１０を走査する。そして、プロセッサ１３０が第１の基準線出力値Ｄａ１を検知および記録する。そして、電極１１０が第２の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ２（ｆ２＜ｆ１）を用いて走査される。そして、プロセッサ１３０が第２の基準線出力値Ｄａ２を検知および記録する。そして、プロセッサ１３０が、２つの基準線出力値Ｄａ１およびＤａ２に基づいて、第１の端部Ａにおける第１の基準線出力値の差Ｄａ＝Ｄａ１−Ｄａ２を計算する。

同様に、電極１１０は、同一の電極１１０への同一のタッチ物体の接触を通して、上述した同一の第１の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ１および第２の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ２をそれぞれ用いて走査される。そして、プロセッサ１３０は、基準線出力値Ｄｂ１およびＤｂ２をそれぞれ得て、第２の端部Ｂにおける第２の基準線出力値の差Ｄｂ＝Ｄｂ１−Ｄｂ２の計算を継続する。

検知された出力値の基準線Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄｂ１、Ｄｂ２に基づいて、電極１１０の第１の端部Ａおよび第２の端部Ｂが、第１の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ１および第２の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ２を用いて走査される時の、電極と、第１の端部Ａからのタッチポイントの距離と、の出力値の変化関係の曲線Ｌ１およびＬ２が、図８に示されるように描かれる。

図４に示されるタッチポイント検知デバイスの表面上にタッチポイントＣが現れた時に、タッチポイントＣの位置は、図９に示される第１の実施の形態のタッチポイント検知方法の流れ工程において検知される。最初のステップ１０を開始した後、ステップ１１において、走査部１４０は、第１の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ１を用いて、全ての電極１１０を走査し、ここで、走査部１４０は、（連続にまたは任意の順序で）一つずつ、または同調して全ての電極を走査する。ステップ１２において、プロセッサ１３０は出力値が生成されるか否かを決定し、生成されない場合には工程はステップ１１に戻り、生成される場合には工程はステップ１３に流れる。ステップ１３において、プロセッサ１３０は、第１の出力値Ｄｘ１と、第１の出力値Ｄｘ１を生成する電極１１０と、を検知する。

ステップ１４において、走査部１４０は第２の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ２を用いて、ステップ１３で第１の出力値を生成する電極１１０を走査する。ステップ１５において、プロセッサ１３０は、電極１１０によって生成される第２の出力値Ｄｘ２を検知する。ステップ１６において、プロセッサ１３０は、第２の方向ＹにおけるタッチポイントＣの位置Ｙｃを、補間を用いて計算する。

ステップ１７において、プロセッサ１３０は、ステップ１３で検知された第１の出力値Ｄｘ１およびステップ１５で検知された第２の出力値Ｄｘ２に基づいて、出力値の差Ｄｘ＝Ｄｘ１−Ｄｘ２を計算する。図８に示されるように、タッチポイントＣと第１の端部ＡからのタッチポイントＣの距離に関しての、基準線出力値の差Ｄａ、Ｄｂ、出力値の差Ｄｘは、比例する関係を形成する。第１の端部Ａの位置がＸａと名付けられて座標原点Ｘａ＝０として定義され、第１の端部Ａからの第２の端部Ｂの距離がＸｂとして定義される。従って、プロセッサ１３０に予め記録された電極１１０の基準線出力値の差Ｄａ、Ｄｂに基づいて、以下の式（１）が示される。

第１の端部Ａからの電極１１０上のタッチポイントＣの距離Ｘｃを計算する。ここで、距離Ｘｃは、第１の方向ＸにおけるタッチポイントＣの位置を意味する。ステップ１８において、プロセッサ１３０は、第１の方向Ｘおよび第２の方向ＹにおけるタッチポイントＣの位置Ｘｃ、Ｙｃを出力する。

異なる走査方法の他の設計要件によれば、本発明のタッチポイント検知デバイスの表面上にリング形状に現れるタッチポイントは、図１０に示される第２の実施の形態のタッチポイント検知方法の流れ工程によって検知される。図１０に示される第２の実施の形態のタッチポイント検知方法は、タッチポイント検知方法の第１の実施の形態に本質的に類似する。その差は、ステップ２３において出力値を生成する電極１１０の検知を必ずしも必要としないことである。従って、ステップ２４を実行する時には、走査部１４０は、第２の励起信号周波数(excitation signal frequency)ｆ２を用いて、全ての電極１１０を走査する。

上記の２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)は、例えば、ｆ１＝１．２ＭＨｚ、ｆ２＝３８０ｋＨｚというように、ランダムに一致させる(matched randomly)ことができる。異なる精度を一致させてタッチポイントを検知するために、２つのもしくはそれ以上の可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を採用して電極１１０をそれぞれ走査し、第１の方向におけるタッチポイント位置Ｘｃの平均値を計算することができる。

上記のプロセッサは、記憶部と、受信部と、計算部と、出力部と、を含む。記憶部は、基準線出力値の差ＤａおよびＤｂと、電極と第１の端部Ａからのタッチポイントの距離とに関する、電極上の出力値の変化関係の曲線Ｌ１およびＬ２と、を記憶するために利用される。受信部は、電極を走査することによって生成される出力値を受信する。計算部は、電極の基準線出力値の差Ｄａ、Ｄｂと、タッチポイントＣの出力値の差Ｄｘおよび位置Ｘｃ、Ｙｃと、を計算する役割を果たす。計算されたこれらの値が、出力部によって後続の操作に出力される。

タッチポイント検知デバイスの第４の実施の形態は、第１の実施の形態の電極の層と交差および重なっている２つの電極の層と見なされる。従って、上述されたタッチポイント検知方法は、第１の方向Ｘに沿う第１の電極４１０ａ上に実装されて、第１の電極４１０ａ上のタッチポイント位置Ｘｃを計算し、一方で、タッチポイント検知方法は、第２の方向Ｙに沿う第２の電極４１０ｂ上に実装されて、第２の電極４１０ｂ上のタッチポイント位置Ｙｃを計算する。

各電極上に生成されるタッチポイントは上述したタッチポイント検知方法によって別々に計算されるために、２つのもしくはそれ以上のタッチポイントが、タッチポイント検知デバイスの表面上であるが同一の電極上でない場所に同調して現れた時に、各タッチポイントの位置が、本発明のタッチポイント検知方法によって検知される。

特定の実施の形態を示して説明したが、本発明の精神およびスコープを離れることなくして、これに対する種々の変更および取り換えを行ってもよい。従って、本発明は説明として説明されたものであり、限定されるものでないことが理解される。

１タッチポイント検知デバイス、
２電極、
３導電線、
４導電線、
５プロセッサ、
１００タッチポイント検知デバイス、
１１０電極、
１２０導電線、
１３０プロセッサ、
１４０走査部、
２００タッチポイント検知デバイス、
２１０電極、
２２０導電線、
２３０プロセッサ、
２４０走査部、
３００タッチポイント検知デバイス、
３１０電極、
３１１導電部、
３１２導電線、
３２０導電線、
３３０プロセッサ、
３４０走査部、
４００タッチポイント検知デバイス、
４１０ａ第１の電極、
４１０ｂ第２の電極、
４２０ａ第１の導電線、
４２０ｂ第２の導電線、
４３０プロセッサ、
４４０走査部、

Claims

複数の電極と、
前記複数の電極に接続され、少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて前記複数の電極を走査する走査部と、を備える、
タッチポイント検知デバイス。
前記複数の電極は、
第１の方向に配置される、
請求項１に記載のタッチポイント検知デバイス。
前記複数の電極は、
第１の方向に配置される複数の第１の電極と、第２の方向に配置される複数の第２の電極と、を備える、
請求項１に記載のタッチポイント検知デバイス。
前記第１の方向は、前記第２の方向と交差する、
請求項３に記載のタッチポイント検知デバイス。
前記複数の電極は多角形状(polygon)である、
請求項１〜４いずれか１項に記載のタッチポイント検知デバイス。
前記複数の電極は
複数の分離された導電部と、前記複数の導電部に接続する複数の誘導線と、を備える、
請求項１〜５いずれか１項に記載のタッチポイント検知デバイス。
前記走査部は、プロセッサの内部に配置される、または、前記プロセッサの外部に配置される、
請求項１〜６いずれか１項に記載のタッチポイント検知デバイス。
ａ）少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて複数の電極を走査するステップと、
ｂ）少なくとも１つのタッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される出力値を検知するステップと、
ｃ）前記出力値の出力値差を計算するステップと、
ｄ）前記複数の電極上の前記タッチポイントの位置を出力するステップと、を備える、
タッチポイント検知方法。
１）前記少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
２）前記複数の電極上に生成される出力値を検知するステップと、
３）前記タッチポイントが前記複数の電極の第１の端部に現れた場合に、前記出力値の出力値の差を計算するステップと、
４）前記３）のステップで計算した前記出力値の差を第１の基準線の出力値の差として記録するステップと、
５）ここに前記１）のステップ及び前記２）のステップを繰り返すステップと、
６）前記タッチポイントが前記電極の第２の端部に現れた場合に、前記出力値の出力値の差を計算するステップと、
７）前記６）のステップで計算した前記出力値の差を第２の基準線の出力値の差として記録するステップと、を較正するステップとして更に備える、
請求項８に記載のタッチポイント検知方法。
前記複数の電極は第１の方向に配置されて、前記ａ）のステップは更に、
ａ１）前記少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第１の磁励信号周波数（excitation signal frequency）を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
ａ２）前記タッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される第１の出力値を検知するステップと、
ａ３）前記第１の出力値を生成する前記複数の電極を検知するステップと、
ａ４）前記少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第２の磁励信号周波数（excitation signal frequency）を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
ａ５）前記第２の出力値を検知するステップと、を備える、
請求項８または９に記載のタッチポイント検知方法。
前記複数の電極は第１の方向に配置されて、前記ａ）のステップは更に、
ａ１）前記少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第１の磁励信号周波数（excitation signal frequency）を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
ａ２）前記タッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される第１の出力値を検知するステップと、
ａ３）前記少なくとも２つの可変である励起信号の周波数(variable excitation signal frequencies)の第２の磁励信号周波数（excitation signal frequency）を用いて前記複数の電極を走査するステップと、
ａ４）前記タッチポイントが現れる場所にて前記複数の電極上に生成される第２の出力値を検知するステップと、
ａ５）前記第１の出力値および前記第２の出力値を生成する前記複数の電極を検知するステップと、を備える、
請求項８または９に記載のタッチポイント検知方法。
前記ｂ）のステップは更に、
ｂ１）前記第１の出力値および前記第２の出力値の差を計算するステップと、
ｂ２）前記第１の出力値および前記第２の出力値の前記出力値の差と、前記第１の基準線の出力値の差および前記第２の基準線の出力値の差と、に基づいて、前記複数の電極上の前記タッチポイントの位置を計算するステップと、を備える、
請求項８〜１１に記載のタッチポイント検知方法。
前記複数の電極は一つずつ走査される、または、前記複数の電極は同調して走査される、
請求項８〜１２いずれか１項に記載のタッチポイント検知方法。