(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチスクリーンセンサ（４２）のためのコントローラ（４９）であって、
第１の電圧信号および第２の電圧信号を発生させる電圧発生器（５５，５７）と、
第１の方向で、前記センサ（４２）の抵抗層に対して第１の電圧が印加されるように、前記第１の電圧信号を出力するとともに、第２の方向で、前記抵抗層に対して第２の電圧が印加されるように、前記第２の電圧信号を出力する少なくとも１つの出力と、
前記センサ（４２）がタッチされたときに前記センサ（４２）の測定電極によりタッチ位置において測定される前記抵抗層上の電圧を表す第３の電圧信号を受け取る入力と、
第１の測定期間において受け取る前記第３の電圧信号を使用して、前記タッチ位置の前記第１の方向の座標を決定するプロセッサ（６５）であって、前記第３の電圧信号における前記第１の電圧信号の減衰を決定することにより前記座標を決定するプロセッサと、を備え、
使用時には、前記抵抗層に対して印加される前記第１の電圧が、前記第１の測定期間における時間変化電圧になるように前記第１の電圧信号が生成され、前記第１の電圧信号は少なくとも１つの既知の特性を有し、前記抵抗層に対して印加される前記第２の電圧が、第２の測定期間における時間変化電圧になるように前記第２の電圧信号が生成され、前記第２の電圧信号は少なくとも１つの既知の特性を有するコントローラ。
【請求項２】
前記第１の電圧信号は正弦波または余弦波の電圧信号を含む請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記第１の電圧信号はスペクトル拡散符号化シーケンスを含む請求項１に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記入力は、前記センサがタッチされたときに前記センサの測定電極によりタッチ位置（Ｔ）において測定される前記抵抗層の電圧を表す第４の電圧信号を受け取るように構成され、
前記プロセッサ（６５）は、前記第２の測定期間において受け取る前記第４の電圧信号を使用して、前記タッチ点の前記第２の方向の座標を決定するように構成され、
前記第２の方向の座標は、前記第４の電圧信号における前記第２の電圧信号の減衰を決定することにより決定される請求項１、２または３に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記第１および第２の電圧信号は順次に、または同時に前記抵抗層に対して印加される請求項１に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記第１および第２の電圧信号は異なる周波数を有する正弦波または余弦波の信号である請求項５に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記第１および第２の電圧信号の前記周波数は、ａおよびｂを整数とする比ａ／ｂのものである請求項６に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記第１および第２の電圧信号は異なるスペクトル拡散符号化シーケンスである請求項３に従属する請求項５に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記プロセッサ（６５）は、前記第１および第２の電圧信号の前記減衰を、前記第２および第４の電圧信号が、期待される信号に最も厳密に一致するように１つまたは複数の減衰係数の値を選択することによって決定するように構成され、
前記期待される信号は、前記減衰係数および前記印加された電圧信号を含む期待される信号モデルに基づくものである請求項４から８のいずれか一項に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記期待される信号モデルは印加される信号と前記受け取られる信号との間の位相差を表す位相係数を含む請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記期待される信号モデルはＤＣ成分を表す定数を含む請求項９または１０に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記第１または第２の測定期間の持続期間は前記第１および第２の電圧信号のうちの１つまたは複数の波長の逆数の整数倍に等しい請求項１から１１のいずれか一項に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記第１または第２の測定期間の持続期間は有色雑音信号の波長の逆数の整数倍に等しい請求項１から１２のいずれか一項に記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記センサは４線式または５線式センサである請求項１から１３のいずれか一項に記載のコントローラ。
【請求項１５】
タッチスクリーンセンサ（４２）を制御する方法であって、
第１の電圧信号および第２の電圧信号を発生させるステップと、
第１の方向で、前記センサ（４２）の抵抗層に対して第１の電圧が印加されるように、前記第１の電圧信号を出力するとともに、第２の方向で、前記抵抗層に対して第２の電圧が印加されるように、前記第２の電圧信号を出力するステップと、
前記センサ（４２）がタッチされたときに前記センサ（４２）の測定電極によりタッチ位置において測定される前記抵抗層上の電圧を表す第３の電圧信号を受け取るステップと、
第１の測定期間において受け取られる前記第３の電圧信号を使用して、前記第３の電圧信号における前記第１の電圧信号の減衰を決定することにより決定される前記タッチ位置の前記第１の方向の座標を決定するステップと、を含み、
前記抵抗層に対して印加される前記第１の電圧が、前記第１の測定期間における時間変化電圧になるように前記第１の電圧信号が生成され、前記第１の電圧信号は少なくとも１つの既知の特性を有し、前記抵抗層に対して印加される前記第２の電圧が、第２の測定期間における時間変化電圧になるように前記第２の電圧信号が生成され、前記第２の電圧信号は少なくとも１つの既知の特性を有する方法。
【請求項１６】
前記第１の測定期間および前記第２の測定期間は、連続している請求項１乃至１４のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１７】
前記第１の測定期間および前記第２の測定期間は、同じ期間である請求項１乃至１４のいずれかに記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタッチスクリーンセンサのためのコントローラに関し、それだけに限らないが特に、タッチスクリーン装置における抵抗膜方式タッチスクリーンセンサのためのコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なタッチスクリーン装置は、タッチセンサ、コントローラおよびディスプレイを備える。タッチスクリーンセンサは、指またはスタイラスでタッチされると、コントローラがタッチ位置を判定するための信号を生成するパネルの形のユーザインターフェース装置である。センサは透明な材料から構成され、ディスプレイの出力がセンサパネルを通して見えるようにディスプレイの上に取り付けられ得る。この構成は、ユーザと装置のグラフィカルインターフェースとの間での従来方式の入力装置よりも直接的な対話を可能にする。例えば、ユーザは、ディスプレイ上でグラフィカルインターフェース内のオブジェクトに直接タッチすることによりそれらを選択することができる。装置のアプリケーションプログラムは、センサおよびコントローラによって生成された位置情報を使用して、どのオブジェクトがタッチされたか判定することができる。携帯電話、パームパイロット、類似の装置などの多くのハンドヘルド装置がタッチスクリーンを備える。他の装置の中には、タッチセンサおよびコントローラを含むが、表示装置を別に備えるものもある。例えば、ラップトップコンピュータは多くの場合、ディスプレイとの一体部分ではないタッチパッドを備える。
【０００３】
タッチスクリーン技術は一般に静電容量方式と抵抗膜方式の２種類で提供される。抵抗膜方式タッチスクリーンには、よく４線式、５線式、７線式および９線式と呼ばれるものを含めて様々な設計がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タッチスクリーン装置の１つの問題は雑音の存在であり、雑音はタッチ点の測定に誤差を生じさせ、分解能の損失をもたらし得る。雑音は、電力密度スペクトルが特定の帯域幅において均一である白色雑音や、１つまたは複数の目立った周波数により特徴付けられ得る有色雑音（ｔｏｎａｌ  ｎｏｉｓｅ）のように、様々な形で発生し得る。例えば、５線式タッチスクリーンセンサがコントローラ内の高インピーダンスＡ／Ｄ変換器の入力を形成するとき、このセンサはアンテナとして働き、例えば、ＬＣＤディスプレイのためのバックライト光源や、外部ＥＭＩ／ＲＦＩ源などから、雑音信号を拾う可能性がある。
【０００５】
タッチスクリーン装置の別の問題は、センサにタッチするユーザと座標情報を提供するコントローラとの間の待ち時間である。ユーザにあまり気付かれないほどの遅延でフィードバックを達成するためには、２０ｍｓから３０ｍｓを下回る待ち時間が望ましい。公知の技術を使用すると、タッチ点の座標の決定には、一方はＸ座標について、他方はＹ座標についての２つの測定値が必要である。これによりシステムにさらなる待ち時間が導入される。この問題は、タッチ点座標が複数の測定値の平均値を使用して決定される場合には、単一の座標対測定値と関連付けられる待ち時間が増加するためさらに悪化する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、本発明はタッチスクリーンセンサのためのコントローラを提供し、このコントローラは、第１の電圧信号を発生させる電圧発生器と、第１の方向で、センサの抵抗層に対して第１の電圧が印加されるように、第１の電圧信号を出力する少なくとも１つの出力と、センサがタッチされたときにセンサの測定電極によりタッチ位置において測定される抵抗層上の電圧を表す第２の電圧信号を受け取る入力と、第１の測定期間において受け取る第２の電圧信号を使用して、前記タッチ位置の第１の方向の座標を決定するプロセッサであって、第２の電圧信号における第１の電圧信号の減衰を決定することにより前記座標を決定するプロセッサと、を備え、抵抗層に対して印加される第１の電圧が、第１の測定期間における時間変化電圧になるように第１の電圧信号が生成され、前記第１の電圧信号は、少なくとも１つの既知の特性を有するる。
【０００７】
第２の態様によれば、本発明はタッチスクリーンセンサを制御する方法を提供し、この方法は、第１の電圧信号を発生させるステップと、第１の方向で、センサの抵抗層に対して第１の電圧が印加されるように第１の電圧信号を出力するステップと、センサがタッチされたときにセンサの測定電極によりタッチ位置において測定される抵抗層上の電圧を表す第２の電圧信号を受け取るステップと、第１の測定期間において受け取られる第２の電圧信号を使用して、第２の電圧信号における第１の電圧信号の減衰を決定することにより決定される第１の方向のタッチ位置の座標を決定するステップと、を含み、前記抵抗層に対して印加される前記第１の電圧が、前記第１の測定期間における時間変化電圧になるように前記第１の電圧信号が生成され、前記第１の電圧信号は少なくとも１つの既知の特性を有する。
【０００８】
次に本発明の実施形態を、例示にすぎないが、各図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】４線式タッチスクリーン構成の原理を示す図である。
【図２ａ】タッチされないときに図１に示すタッチスクリーンにより形成される回路を示す図である。
【図２ｂ】タッチされるときに図１に示すタッチスクリーンにより形成される回路を示す図である。
【図２ｃ】図２ｂに示す回路から形成される電圧分割回路を示す図である。
【図２ｄ】図１に示すタッチスクリーンのためのタッチ点のＸ座標を測定する回路を示す図である。
【図３】５線式タッチスクリーン構成の原理を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるタッチスクリーン構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１および図２に、４線抵抗膜方式タッチスクリーン構成の基本原理を示す。タッチスクリーン１は、狭いすき間のある、２枚の対向する（opposing）長方形プレート３、４で形成されたセンサ２を備える。２枚のプレートは、例えば、弾性材料で形成された非導電性スペーサ（不図示）の配列などによって隔てられ得る。２枚のプレート３、４は、以下でより明確になる理由により、それぞれ、ＸプレートおよびＹプレートとも呼ばれることもある。個々のプレート３、４の対向面は、それぞれ、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）といった抵抗材料の均一層で被覆されている。例えば、図１に示す上板３の下面と下板４の上面とがこのようにして被覆されている。このように形成された抵抗層はそれぞれ、均一な表面抵抗を有し、典型的には各プレートに対して１０Ωから１０００Ωの抵抗を生じる。
【００１１】
導電性材料の層で形成された１対の接点つまり電極５、６が、一方のプレート３の２つの対向する縁部に沿って形成されている。別の１対の電極７、８も同様に、他方のプレート３の２つの対向する縁部に沿って形成されている。これらの電極は、一方のプレートの電極が他方のプレートの電極と直角をなすように配置されている。Ｘプレート上に形成された電極をＸ＋電極およびＸ−電極と呼ぶこともあり、Ｙプレート上に形成された電極をＹ＋電極およびＹ−電極と呼ぶこともある。４つの電極５、６、７および８は、コントローラ９の４つの個々の入力／出力に電気的に接続されている。
【００１２】
タッチスクリーン構成１が表示装置（不図示）を組み込む場合には、プレート３、４を形成する基板および抵抗層は透明な材料で形成される。その場合センサ２は、ディスプレイの視覚出力がセンサ２を通して見えるように、ＬＣＤやフラットパネルディスプレイといったディスプレイの画面上に取り付けられる。この構成がディスプレイを組み込まない場合には、センサ２が透明である必要はない。
【００１３】
使用時にタッチされるプレートは、プラスチックなど、可撓性のある弾性材料で形成される。センサ２が指またはスタイラスにより十分な力でタッチされると、タッチされたプレートは、タッチ点において他方のプレートと接するのに十分なほど変形する。このプレートの接触により、以下でさらに説明するように、センサがタッチされる位置の判定が可能になる。
【００１４】
センサがタッチされる位置を以下ではタッチ点Ｔと呼ぶ。以下の例においてタッチ点のＸ座標およびＹ座標は、図１に「Ｏ」で示すプレートの角のうちの１つに原点を有する図１に示す軸によって指示される方向で定義される。この座標の定義を用いると、図１に示す上板３はＸプレートであり、下板４はＹプレートである。電極５と電極６はそれぞれＸ−電極とＸ＋電極であり、電極７と電極８はそれぞれＹ−電極とＹ＋電極である。座標は別の方式で定義されてもよいことが理解される。
【００１５】
各プレート３、４上に形成される抵抗層は、電気的には、プレートの２つの電極を接続する抵抗器として（または同様に、直列で接続された２つ以上の抵抗器として）モデル化され得る。図２ａに、センサがタッチされていないとき、したがって、抵抗層が相互に電気的に接触していないときに２枚のプレート３、４によって形成される回路を示す。図示のように、Ｘプレート３の抵抗被膜は、Ｘ−電極５とＸ＋電極６とを接続し、全抵抗ＲＸを有する第１の一連の抵抗器２０ａ、２０ｂとしてモデル化することができる。同様に、Ｙプレート４の抵抗被膜も、Ｙ−電極７とＹ＋電極８とを接続し、全抵抗ＲＹを有する第２の一連の抵抗器２１ａ、２１ｂとしてモデル化することができる。抵抗値ＲＸおよびＲＹは、Ｘプレート３およびＹプレート４上に形成された抵抗材料の個々の層の全抵抗に依存する。プレート３、４はこのときには接触していないため、２つの一連の抵抗器ＲＸ２０ａ、２０ｂとＲＹ２１ａ、２１ｂとの間には電気的接続が生じない。
【００１６】
図２ｂに、センサ２が座標（Ｘ，Ｙ）を有するタッチ点Ｔにおいてタッチされるときに形成される回路を示す。プレートの抵抗器モデルにおいて、これはタッチ点Ｔにおける２つの一連の抵抗器ＲＸとＲＹとの間の電気的接触を生じる。この場合、Ｘプレート３の抵抗層は、Ｘプレート電極５、６を接続する直列の２つの抵抗器ＲＸ−２２ａおよびＲＸ＋２２ｂとしてモデル化され得る。抵抗器ＲＸ＋２２ｂはＸ＋電極６とタッチ点Ｔとの間に接続されており、抵抗器ＲＸ−２２ａはタッチ点ＴとＸ−電極５との間に接続されている。同様に、Ｙプレート４の抵抗層も、Ｙプレート電極７、８を接続する直列の２つの抵抗器ＲＹ−２３ａおよびＲＹ＋２３ｂとしてモデル化され得る。抵抗器ＲＹ＋２３ｂはＹ＋電極８とタッチ点Ｔとの間に接続されており、抵抗器ＲＹ−２３ａはタッチ点ＴとＹ−電極７との間に接続されている。ＲＸ−２２ａ、ＲＸ＋２２ｂ、ＲＹ−２３ａおよびＲＹ＋２３ｂの値はタッチ点Ｔの座標に依存する。しかし、Ｘプレート３とＹプレート４との全抵抗は前と同じままであり、そのため、ＲＸ−＋ＲＸ＋＝ＲＸとＲＹ−＋ＲＹ＋＝ＲＹとは一定のままである。
【００１７】
抵抗ＲＸ−２２ａ、ＲＸ＋２２ｂ、ＲＹ−２３ａおよびＲＹ＋２３ｂは、個々の電極Ｘ−５、Ｘ＋６、Ｙ−７およびＹ＋８とタッチ点Ｔとの間に生じる抵抗材料の部分によって作り出される。抵抗材料の幅が広いと高い抵抗を生じる。さらに、抵抗層は均一な抵抗層を含むため、抵抗材料の一部分の抵抗はその幅に比例する（すなわちＲ∝Ｗ）。図２ｂから分かるように、ＲＸ−２２ａに対応する抵抗材料の部分の幅ＷＸ−は、Ｘ−電極５とタッチ点Ｔとの距離である。この距離／幅はタッチ点のＸ座標に比例する（すなわちＷＸ−∝Ｘ）。したがって、抵抗値ＲＸ−２２ａはタッチ点ＴのＸ座標に比例する（すなわち、ＲＸ−∝ＷＸ−およびＷＸ−∝Ｘであり、その場合ＲＸ−∝Ｘである）ことが分かる。同様に、ＲＹ−２３ａに対応する抵抗材料の部分の幅もＹ−電極７とタッチ点との距離である。この距離／幅はタッチ点のＹ座標に比例する。したがって、抵抗値ＲＹ−２３ａはタッチ点ＴのＹ座標に比例する（ＲＹ−∝Ｙ）ことが分かる。比例定数は座標の単位および抵抗の選択に依存する。
【００１８】
図２ｂに戻って、電圧が例えばＸプレート３など一方のプレートの電極の両端に印加されると、電圧分割回路が形成される。この例では印加電圧は２Ｖの一定のＤＣ信号の形式で印加されるが、他の電圧値を使用することもできる。図２ｃに、一定の電圧ＶＲＥＦがＸプレート３の電極５、６の両端に印加される場合の同等の電圧分割回路を示す。具体的には、Ｘ＋電極６は正の一定の基準電圧ＶＲＥＦに接続され、Ｘ−電極５は接地に接続される。タッチ点Ｔにおけるプレート３、４間の電気的接続は印加電圧ＶＲＥＦを分割するように働き、タッチ点Ｔにおいて測定される分割電圧ＶＸＭＥＡＳを作り出す。電圧ＶＸＭＥＡＳは、Ｙ−電極７またはＹ＋電極８のどちらを使用して測定されてもよい。というのは、この段階においてはこれらの電極間に電圧が印加されていないからである。測定電圧ＶＸＭＥＡＳは、電圧分割回路理論に従い以下の式により与えられる。
【数１】
0005542155.tif 000002
【００１９】
ＶＲＥＦおよび和ＲＸ＋＋ＲＸ−＝ＲＸは一定であり、ＲＸ−はＸ座標に比例するため、この式は、測定電圧ＶＸＭＥＡＳもＸ座標に比例することを示す。この関係を見る別のやり方は以下の通りである。Ｘプレート３上の抵抗層は均一な抵抗層であるため、Ｘプレート３上の１点で測定される電圧は、（接地のところの）Ｘ−電極５から（電圧ＶＲＥＦのところの）Ｘ＋電極６まで移動するＸ方向に直線的に増加する。したがって、（接地に対して）タッチ点Ｔで測定される電圧ＶＸＭＥＡＳは、Ｘ−電極５とタッチ点Ｔとの距離に比例する。さらに、Ｘ−電極５とタッチ点Ｔとの距離はタッチ点のＸ座標に比例する。これは、ＶＸＭＥＡＳがタッチ点のＸ座標に比例すること、あるいは逆に、Ｘ座標が測定電圧ＶＭＥＡＳに比例することを意味する。
【００２０】
比例定数は、Ｘ座標および電圧測定の単位の選択に依存する。一構成において、比例定数は、測定電圧ＶＸＭＥＡＳがＶＲＥＦに等しいときにＸ座標がＸＭＡＸに等しくなるように選択される。ＸＭＡＸはＸ座標の最大値を表し、Ｘ＋電極が位置するセンサの縁部のＸ座標に対応する。これらの定義を用いると、タッチ点ＴのＸ座標は、電圧比（ＶＸＭＥＡＳ／ＶＲＥＦ）にＸＭＡＸを乗じたもので与えられる。
【００２１】
同様に、Ｘプレート電極５、６両端の電圧を除去した後で、Ｙ＋電極８が正の一定の基準電圧ＶＲＥＦに接続され、Ｙ−電極７が接地に接続される場合、タッチ点Ｔで測定される電圧ＶＹＭＥＡＳは以下の式で与えられる。
【数２】
0005542155.tif 000003
【００２２】
この場合、電圧ＶＹＭＥＡＳは、Ｘ＋電極６とＸ−電極５のどちらを使用して測定されてもよい。というのは、この段階ではこれらの電極の両端に電圧が印加されていないからである。上記と同じ理由で、測定電圧ＶＹＭＥＡＳはタッチ点のＹ座標に比例する。比例定数が、測定電圧ＶＹＭＥＡＳがＶＲＥＦに等しいときにＹ座標がＹＭＡＸに等しくなるように選択される場合には、タッチ点ＴのＹ座標は電圧比（ＶＹＭＥＡＳ／ＶＲＥＦ）にＹＭＡＸを乗じたもので与えられる。ＹＭＡＸはＹ座標の最大値を表し、Ｙ＋電極が位置するセンサの縁部のＹ座標に対応する。
【００２３】
Ｘ座標およびＹ座標は、座標値が所望の範囲内に収まるように適宜正規化され得る。例えば、Ｘ方向とＹ方向のセンサの分解能がそれぞれＲＥＳＸとＲＥＳＹに等しい場合には、ＸＭＡＸとＹＭＡＸの値はそれぞれ２ＲＥＳＸと２ＲＥＳＹに設定され得る。したがって、８×８の分解能を有するセンサは、０から２５６までの範囲内の整数である座標値を出力するはずである。
【００２４】
図３に５線抵抗膜方式タッチスクリーンが示されている。図１に示す４線式構成と同様に、５線式構成３１は、２枚のプレート３３、３４とコントローラ３９とを含むセンサ３２を備える。一方のプレート３４の表面は、均一な抵抗層を形成するためにＩＴＯといった抵抗材料で被覆されており、他方のプレート３３の対向する表面は金属層といった導電層で被覆されている。例えば、図３に示す上板３３の下面は導電層を備え、下板３４の上面は抵抗層を備える。センサ３２がディスプレイ上に取り付けられる場合には、一方のプレートの抵抗層も他方のプレートの導電層もプレート基板も透明なものとされる。
【００２５】
（以下で抵抗プレートと呼ぶ）抵抗層を備えるプレート３４は、４つの電極ＵＲ３５、ＬＲ３６、ＬＬ３７およびＵＬ３８を含み、各電極は抵抗プレート３４の個々の角のところに形成されている。この例では、各電極３５、３６、３７、３８は、抵抗プレート３４の各角を（視点によって）時計回りまたは反時計回りに進んでＵＲ３５、ＬＲ３６、ＬＬ３７およびＵＬ３８の順に配置されている。（以下で導電プレートと呼ぶ）他方のプレート３３の導電層は第５の電極として機能し、ワイパ電極Ｗとも呼ばれる。４つの電極ＵＲ３５、ＬＲ３６、ＬＬ３７およびＵＬ３８はそれぞれコントローラ３９の個々の出力に接続されている。ワイパ電極Ｗはコントローラ３９の入力に接続されている。
【００２６】
５線式構成３１の動作原理は多くの点で４線式構成１の動作原理と類似する。使用に際しては、４つの電極ＵＲ３５、ＬＲ３６、ＬＬ３７およびＵＬ３８にしかるべくバイアスをかけることによって、電圧がＸ方向またはＹ方向で抵抗層の両端に印加される。この例では、タッチ点のＸ座標およびＹ座標は、図３に「Ｏ」で示すプレートの角のうちの１つに原点を有する図３に示す軸によって示される方向で定義される。Ｘ座標を測定するには、（プレートの一方の縁部に位置する）電極ＵＲ３５およびＬＲ３６を正の基準電圧ＶＲＥＦに接続し、（プレートの対向する縁部に位置する）電極ＬＬ３７およびＵＬ３８を接地に接続することによって、電圧がＸ方向に印加され得る。このステップでは、ＵＲ３５電極とＬＲ３６電極とが合わさって４線式構成１におけるＸ＋電極６と類似の機能を果たし、ＬＬ３７電極とＵＬ３８電極とが合わさってＸ−電極５と類似の機能を果たす。ワイパ電極Ｗは、４線式構成１におけるＹ＋電極８またはＹ−電極７と類似の測定機能を果たす。
【００２７】
各電極３５、３６、３７、３８に前述のようにバイアスをかけることにより、Ｘ方向で抵抗プレート３４の両端に線形電圧増加が生じる。導電プレート３３がタッチされると、ワイパ電極がタッチ点Ｔにおいて抵抗プレート３４上に形成された抵抗層と電気的に接続する。４線式構成１の場合と同様に、これにより、印加電圧がワイパ電極によって分割される電圧分割回路が生じる。ワイパ電極によって測定される分割電圧ＶＷＸＭＥＡＳはタッチ点ＴのＸ座標に比例する。Ｘ座標は電圧比ＶＷＸＭＥＡＳ／ＶＲＥＦにＸＭＡＸを乗じたもので与えられる。
【００２８】
Ｘ座標が決定されると、Ｙ座標がＹ方向で抵抗層にバイアスをかけることによって決定される。例えば、（プレートの一方の縁部に位置する）電極ＵＬ３８およびＵＲ３５を正の基準電圧ＶＲＥＦに接続し、（プレートの対向する縁部に位置する）電極ＬＬ３７およびＬＲ３６を接地に接続することによって、電圧がＹ方向に印加される。このステップでは、ＵＬ３８電極とＵＲ３５電極とが合わさって４線式構成１におけるＹ＋電極８と類似の機能を果たし、ＬＬ３７電極とＬＲ３６電極とが合わさってＹ−電極７と類似の機能を果たす。ワイパ電極Ｗは４線式構成１におけるＸ＋電極６またはＸ−電極５と類似の測定機能を果たす。このようにして線形電圧増加がＹ方向で抵抗プレート３４の両端に作り出され、センサ３２がタッチされるときにワイパ電極によって分割される。ワイパ電極によって測定される分割電圧ＶＷＹＭＥＡＳはタッチ点ＴのＹ座標に比例する。Ｙ座標は電圧比ＶＷＹＭＥＡＳ／ＶＲＥＦにＹＭＡＸを乗じたものにより与えられる。
【００２９】
また、センサの他の構成も可能である。例えば、７線式および９線式の各タッチスクリーンセンサは、前述の４線式および５線式の各構成の変形を備える。
【００３０】
電圧の印加および測定はコントローラ９、３９によって行われる。例えば図２ｄに、Ｘ座標を決定するために電圧の印加および測定を行う４線式構成１のセンサ２およびコントローラ９の回路構成を示す。
【００３１】
前述のタッチスクリーン装置では、Ｘ座標およびＹ座標の測定値は連続して取得される。例えば４線式構成１では、一方の座標を測定するために一方のプレートの電極の両端に電圧が印加され、次いで、他方の座標を測定するために他方のプレートの電極の両端に電圧が印加される。５線式構成３１では、一方の座標を測定するために一方の方向で抵抗プレート３４の両端に電圧が印加され、次いで、他方の座標を測定するために他方の方向で抵抗プレート３４の両端に電圧が印加される。このプロセスは必要な位置測定ごとに繰り返される。典型的なタッチスクリーン装置は、毎秒１００から１０００の座標対測定値を生じる。
【００３２】
タッチ点の座標が決定されると、タッチ圧を求めることも可能である。センサがタッチされるとセンサのプレート間のタッチ点において抵抗が生じ、タッチ点の座標を知った後で、このタッチ抵抗、よってタッチ圧を計算することが可能である。
【００３３】
タッチスクリーン設計によっては、例えば、ユーザがタッチスクリーン上の、予め定められた一連の位置をタッチすることを伴う較正手順を行うことが望ましいものもある。結果として得られる出力を測定し、期待値と比較することによって、コントローラ９、３９は、使用時の様々な誤差を補正するためのオフセットおよびその他の補正値を計算することができる。
【００３４】
図４に、雑音の影響が低減され、Ｘ座標およびＹ座標の測定値が同時に取得され得るシステムを示す。簡単にいうと、タッチスクリーンセンサ４１の電極に印加される電圧信号は、信号と雑音とをより区別しやすくする形のものである。これは、印加される信号の電力を低減させることを可能にし、それによって、センサの正確さおよび分解能を維持しながら電力消費が低減される。一実施形態では、正弦波電圧または余弦波電圧が入力信号として使用される。別の実施形態では、入力信号はスペクトル拡散符号化シーケンスである。有利には、２つの入力信号をタッチスクリーンセンサに同時に印加し、それによって、Ｘ座標とＹ座標の同時測定を可能にすることができる。これによりシステムの待ち時間が低減される。２つの信号の同時の印加は、測定出力信号に存在する異なる入力信号成分をコントローラが区別することを可能にする形の信号を使用することによって可能になる。例えば、異なる周波数の正弦波電圧や、異なるスペクトラム拡散符号などが２つの入力信号に使用され得る。
【００３５】
図４に示すシステム４１は５線式タッチスクリーンセンサ４２とコントローラ４９とを備える。本発明の実施形態は、４線式センサを含む他の設計のタッチスクリーンセンサにも適用できることが理解される。図４に示すタッチスクリーンセンサ４２は、図３に示すセンサ３２と同じ、または類似の構成のものである。この例では、タッチ点のＸ座標およびＹ座標は、図４に「Ｏ」で示す、プレートの角のうちの１つに原点を有する、図４に示す軸によって指示される方向で定義される。（以下で入力電極と呼ぶ）タッチスクリーンセンサ４２の４つの電極ＵＲ４５、ＬＲ４６、ＬＬ４７およびＵＬ４８はコントローラ４９の４つの出力に接続される。ワイパ電極はコントローラ４９の入力に接続される。以下でより詳細に説明するように、コントローラ４９は、各入力電極４５、４６、４７、４８への電圧信号を生成、印加し、結果として得られるワイパ電極における出力電圧を測定するように構成されている。コントローラ４９はこの測定値からタッチ点座標情報を導出するように構成されている。各入力電極４５、４６、４７、４８に印加される基準電圧を、以下では、既知の信号であるパイロット信号と呼ぶ。
【００３６】
以下で説明する例では、異なる周波数の余弦波電圧信号を含む２つのパイロット信号が、各入力電極４５、４６、４７、４８に同時に印加される。別の実施形態では他の形のパイロット信号も使用され得ることが理解される。例えば、以下で余弦波信号という場合には正弦波信号も含み、逆もまた同様である。さらに、２つのパイロット信号を同時に印加することにより待ち時間の低減という利点が得られるが、パイロット信号が同時に印加されるにせよ順次印加されるにせよ、電力消費の大幅な低減を達成することができる。
【００３７】
パイロット信号の生成および印加はコントローラ４９によって行われる。前述の実施形態では、発振器５１、位相累算器５３および正弦波発生器５５を使用したダイレクトディジタル合成（ＤＤＳ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）を使用して、コントローラ４９により余弦波波形が生成される。発振器５１は位相累算器５３に周波数ｆ１のクロック信号５２を提供する。位相累算器５３は、クロック信号５２を受け取るたびに特定の量だけインクリメントし、最大値に到達すると０に戻るカウンタを備える。カウンタ値はこのように一定の割合でインクリメントして周期的に０に戻り、コントローラ４９によって生成される余弦波波形のための位相パラメータを提供する。
【００３８】
カウンタ値は、入力５４の余弦波関数（ｃｏｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である値５６を計算し、出力する余弦波発生器５５への入力５４として提供される。例えば、一実施形態では、余弦波発生器５５は、出力値５６  ｙ＝Ａｃｏｓ（ｎ＊２π／Ｎ）を生成し、式中、ｎは入力カウンタ値５４であり、Ｎは最大カウンタ値であり、Ａは余弦波の振幅を決定する定数である。余弦波関数は、ＣＯＲＤＩＣ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（座標回転による数値計算））アルゴリズムといった任意の適切な技法を使用して計算され得る。カウンタ値ｎは、０からＮまでの範囲でインクリメントする際に、余弦波関数の引数が０から２πまでの範囲内に収まるように正規化係数２π／Ｎで乗じられる。このように生成された余弦波波形は、位相累算器カウンタの循環（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ）周波数に一致する周波数を有する。生成される余弦波の周波数は、位相累算器５３に提供されるクロック信号５４の周波数（ｆ１）、位相累算器カウンタの最大値（Ｎ）および／または各クロック信号５２の受信時にカウンタがインクリメントされる量を変化させることにより変化し得る。
【００３９】
カウンタ値が増加する際に、余弦波発生器５５の出力５６は、０から２πまでの間の漸増する位相における余弦波波形の値を表す一連のディジタル値を含む。これらの値は、ディジタル値を、周波数ω１および振幅ＶＲＥＦを有する、Ｐ１＝ＶＲＥＦｃｏｓ（ω１ｔ）の形のアナログ電圧信号５８に変換するディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５７に入力される。この電圧信号５８は第１のパイロット信号Ｐ１を形成する。ＤＡＣ５７から出力されるアナログパイロット信号５８は、パイロット信号Ｐ１を、センサ４２の適切な入力電極に接続されるコントローラ出力に経路指定するように構成されたスイッチ５９に提供される。第１のパイロット信号Ｐ１を受け取る特定の電極について以下でより詳細に説明する。
【００４０】
図４に示すように、余弦波発生器５５、スイッチ５９、曲線当てはめ器６５（以下でより詳細に説明する）といったコントローラ４９の様々な構成要素が、制御論理６１により出力される制御信号６０によって制御される。
【００４１】
またコントローラ４９は、前述のやり方と同様に第２の余弦波電圧信号Ｐ２＝ＶＲＥＦｃｏｓ（ω２ｔ）を生成するようにも構成されており、ただし第２の余弦波の周波数ω２は第１の余弦波の周波数ω１とは異なる。この電圧信号は第２のパイロット信号Ｐ２を形成する。第２のパイロット信号Ｐ２を生成するために、コントローラ４９は、周波数ｆ２を有する第２の発振器（不図示）と第２の位相累算器（不図示）とを備える。この実施形態では、余弦波発生器５５は、第１と第２両方のパイロット信号の余弦値を計算するのに使用される。第２のパイロット信号Ｐ２は、この信号を、センサ４２の適切な入力電極に接続されたコントローラ出力に経路指定するスイッチ５９に提供される。
【００４２】
各入力電極４５、４６、４７、４８へのパイロット信号Ｐ１およびＰ２の印加は、コントローラ４９によって以下のように行われる。電極のうちの１つが接地に接続されるものとして選択される。第１のパイロット信号Ｐ１または第２のパイロット信号Ｐ２の一方は、接地された電極から開始して抵抗プレート４４の周りを時計周り方向に次の電極に印加される。第１のパイロット信号Ｐ１または第２のパイロット信号Ｐ２の他方は、接地された電極から開始して抵抗プレート４４の周りを反時計周り方向に次の電極に印加される。例えば、図４を参照すると、ＬＬ電極４７は接地に接続され、第１のパイロット信号Ｐ１はＵＬ電極４８に印加され、第２のパイロット信号Ｐ２はＬＲ電極４６に印加される。一般に、どの電極が接地に接続されるかは問題ではない。しかし、各電極に印加される各信号の相対的順序が制御される。これらの入力電圧を用いると、結果として残りの入力電極ＵＲ４５で生じる電圧は、２つのパイロット信号の和Ｐ１＋Ｐ２に等しくなる。ワイパ電極は、座標情報を導出するためにタッチ点Ｔにおいて測定される電圧のサンプルを収集するのに使用される。
【００４３】
抵抗層は均一層として形成されているため、Ｘ方向とＹ方向との両方で、層表面を横切る電圧に線形変化が生じる。したがって、座標（Ｘ，Ｙ）を有する点において測定される電圧ＶＭＥＡＳについての式は、座標パラメータＸとＹの両方において線形になる。入力電極４５、４６、４７、４８のそれぞれにおける電圧が前述のものであるという境界条件を課すことにより、電圧ＶＷＭＥＡＳは以下の式により与えられる。
【数３】
0005542155.tif 000004
【００４４】
この式において、ＸＭＡＸはＸ座標の最大値であり、ＹＭＡＸはＹ座標の最大値である。ＶＵＬはＵＬ電極４８に印加される電圧であり、ＶＬＲはＬＲ電極４６に印加される電圧である。印加電圧ＶＵＬおよびＶＬＲは時間変化量であるため、測定電圧ＶＭＥＡＳも時間変化量である。
【００４５】
センサがタッチされると、タッチされるプレートが変形し、他方のプレートと接触する。特に、ワイパ電極は、座標（Ｘ，Ｙ）を有するタッチ点Ｔにおいて抵抗層と電気的に接触する。ワイパ電極によりタッチ点Ｔにおいて測定される電圧ＶＭＥＡＳは上記式で与えられる。測定信号ＶＭＥＡＳは入力パイロット信号の和Ｐ１＋Ｐ２に等しく、タッチ点Ｔの個々の座標ＸおよびＹに直線的に依存する個々の係数Ａ１＝Ｘ／ＸＭＡＸおよびＡ２＝Ｙ／ＹＭＡＸだけ減衰されることが分かる。したがって、測定信号ＶＭＥＡＳに存在する２つのパイロット信号成分Ｐ１およびＰ２の減衰の度合いを決定することができれば、タッチ点Ｔの座標を計算することができる。ワイパ電極は、測定信号ＶＭＥＡＳを解析することができ、タッチ点Ｔの座標（Ｘ，Ｙ）を決定するのに必要な計算を行うことのできるコントローラ４９の入力に接続される。
【００４６】
パイロット信号成分の減衰を決定する一手法は、測定出力信号ＶＭＥＡＳに理論曲線を当てはめるものである。この理論曲線は、既知の入力パイロット信号Ｐ１およびＰ２に基づいて期待されるものである。期待される出力は以下の形のものである。
ＶＥＸＰＴ（ｔ）＝Ａ１Ｐ１（ｔ）＋Ａ２Ｐ２（ｔ）
【００４７】
パイロット信号Ｐ１およびＰ２は既知であるが、減衰係数Ａ１およびＡ２は未知であり、決定される必要がある。値Ａ１およびＡ２は、測定出力信号ＶＭＥＡＳ（ｔ）が理論曲線ＶＥＸＰＴ（ｔ）に最もよく当てはまるような値を選択することによって見つかる。これを達成する一手法は、測定電圧ＶＭＥＡＳのサンプルを取得し、サンプルと理論曲線の対応する値との差が最小になるように減衰係数Ａ１およびＡ２を選択するものである。
【００４８】
測定電圧信号ＶＭＥＡＳは、時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔｍにおいて取得されるｍ個のサンプルｙ１，ｙ２，…，ｙｍのシーケンスを生成するような時間間隔でサンプリングされる。サンプルを生成するために、ワイパ電極において測定されたアナログ電圧信号が、ライン６２上の信号をアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）６３まで経路指定するコントローラ４９のスイッチ５９に提供される。ＡＤＣ６３はサンプルを表すディジタル値のシーケンス６４を出力する。
【００４９】
次いで減衰係数Ａ１およびＡ２の値が、以下の式で与えられる値Δが最小になるように選択される。
【数４】
0005542155.tif 000005
【００５０】
式１にこの具体例のためのＶＥＸＰＴ（ｔ）の式を代入すると、Δについての以下の式が与えられる。
【数５】
0005542155.tif 000006
【００５１】
任意の適切な曲線当てはめ手順が使用されてもよく、そのうちの１つを以下でより詳細に説明する。Ａ１＝Ｘ／ＸＭＡＸであり、Ａ２＝Ｙ／ＹＭＡＸであるため、減衰係数Ａ１およびＡ２が決定されると、Ｘ座標およびＹ座標はそれぞれＸ＝Ａ１ＸＭＡＸおよびＹ＝Ａ２ＹＭＡＸにより与えられる。
【００５２】
上記プロセスは、新しいサンプルのセットが取得されるように座標測定ごとに繰り返され、曲線当てはめプロセスが座標測定ごとに行われる。図４に示すように、曲線当てはめプロセスは、ＡＤＣ６３からサンプル６４を受け取り、計算された座標（Ｘ，Ｙ）を含む出力６６を提供する曲線当てはめ器６５によって行われる。曲線当てはめ器６５の出力６６は誤差検出補正ブロック６７に提供される。このブロック６７は計算された座標値の誤差を検出、補正するように、例えば前述の較正プロセスで求められた誤差を補正するように構成される。誤差検出補正ブロック６７の出力６８は補正された座標値を含む。補正された座標値はコントローラ４９から出力され、プロセッサ（不図示）など、補正された座標値を必要とする任意の構成要素に供給され得る補正された座標値を含む。
【００５３】
パイロット信号Ｐ１およびＰ２は同時に印加される必要はなく、代わりに順次に印加されてもよいが、この場合は待ち時間が増加することになる。パイロット信号が同時に印加されない場合には、パイロット信号Ｐ１およびＰ２は異なっていなくてもよい。例えば、どちらのパイロット信号も同じ周波数を有し得る。さらに、上記プロセスは５線抵抗膜方式タッチスクリーンに関連して説明されているが、パイロット信号は、他の設計のタッチスクリーンに関連して使用されてもよい。例えば、４線式設計の場合には、一定のＤＣ電圧信号ではなくパイロット信号Ｐ１およびＰ２が電極に印加されることを除いて、図１に関連して前述したのと類似のプロセスが行われ得る。
【００５４】
例えば、４線式構成１にいてＸ座標を決定するためには、第１のパイロット信号Ｐ１または第２のパイロット信号Ｐ２のうちの一方がＸ＋電極６に印加され、Ｘ−電極５は接地に結合される。このステップではＹ＋電極８とＹ−電極７の両端には電圧が印加されない。第１のパイロット信号Ｐ１が使用される場合、座標（Ｘ，Ｙ）を有するタッチ点ＴにおいてＹ＋電極８またはＹ−電極７のどちらかによって測定される期待電圧ＶＸＥＸＰＴは以下の式で与えられる。
【数６】
0005542155.tif 000007
【００５５】
第１のパイロット信号Ｐ１は、タッチ点ＴのＸ座標に直線的に依存する係数Ａ１＝Ｘ／ＸＭＡＸだけ減衰する。第２のパイロット信号Ｐ２はこのステップでは印加されず、そのため、測定される出力信号には寄与しない。減衰係数Ａ１は、測定される信号が期待される理論的出力に最もよく当てはまるような値を選択することによって決定され得る。減衰係数Ａ１が決定されると、Ｘ＝Ａ１ＸＭＡＸを使用してＸ座標が計算される。
【００５６】
次に、Ｙ座標を決定するために、第１のパイロット信号Ｐ１または第２のパイロット信号Ｐ２の一方がＹ＋電極８に印加され、Ｙ−電極７は接地に結合される。このステップではＸ＋電極６とＸ−電極５の両端には電圧が印加されない。第２のパイロット信号Ｐ２が使用される場合、座標（Ｘ，Ｙ）を有するタッチ点ＴにおけるＸ＋電極６またはＸ−電極５のどちらかによって測定される期待電圧は以下の式で与えられる。
【数７】
0005542155.tif 000008
【００５７】
第２のパイロット信号Ｐ２は、タッチ点ＴのＹ座標に直線的に依存する係数Ａ２＝Ｙ／ＹＭＡＸだけ減衰する。第１のパイロット信号Ｐ１はこのステップでは印加されず、そのため、測定される出力信号には寄与しない。減衰係数Ａ２は、測定される信号が期待される理論的出力に最もよく当てはまるような値を選択することによって決定され得る。減衰係数Ａ２が決定されると、Ｙ＝Ａ２ＹＭＡＸを使用してＹ座標が計算される。
【００５８】
前述の例の場合と同様に、減衰係数Ａ１およびＡ２は、上記式１で与えられる値Δを最小にするように選択され、式中、ＶＥＸＰＴ（ｔ）は、どちらの座標が計算されるかに応じて、ＶＸＥＸＰＴ（ｔ）またはＶＹＥＸＰＴ（ｔ）になる。
【００５９】
前述のプロセスにおいて減衰係数Ａ１およびＡ２を決定するときに１つの問題が生じる。タッチスクリーンセンサは、典型的には５０ｋＨｚの領域において有限な帯域幅を有し、その結果として、入力信号と出力信号との間で非０の位相シフトが生じる。センサの所望の分解能が低く、帯域幅が比較的高い場合には、精度にあまり影響を及ぼすことなく位相シフトを無視することができる。しかし、所望の分解能が高く、または帯域幅が比較的低い場合には、正確な座標情報を獲得するために位相シフトを考慮に入れる必要がある。
【００６０】
前述の位相シフトは、出力信号を９０度位相がずれた２つの成分に分割することによって考慮に入れることができる。これらの位相のずれた成分の減衰係数は別々に決定され、次いで、パイロット信号ごとの全体減衰係数をこれらの値から計算することができる。例えば、φを未知の位相係数とする余弦波形ａ・ｃｏｓ（θ＋φ）を有する期待される信号ＶＥＸＰＴ（ｔ）についての式中の任意の個別項が、以下の三角恒等式を使用して正弦波成分と余弦波成分とに分離され得る。
【数８】
0005542155.tif 000009
【００６１】
このようにして出力信号を分割すれば未知の位相係数φが効果的に除去されることが分かる。
【００６２】
例えば、周波数ω１およびω２を有する正弦波パイロット信号Ｐ１およびＰ２が同時に印加される５線式構成の場合には、期待される出力信号ＶＥＸＰＴ（ｔ）は以下の形のものになる。
【数９】
0005542155.tif 000010
【００６３】
パイロット信号Ｐ１およびＰ２とそれぞれ関連付けられる位相シフトφ１およびφ２は未知であり、異なり得る。この式における各余弦波項は、前述の三角恒等式を使用して９０度位相のずれた成分に分割され得る。これにより、期待される出力信号についての以下の式がもたらされる。
【数１０】
0005542155.tif 000011
【００６４】
式中、減衰係数Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２は以下の関係を満たす。
【数１１】
0005542155.tif 000012
【００６５】
次いで、このＶＥＸＰＴ（ｔ）の式に前述の曲線当てはめ手順を適用して、測定される出力が期待される出力に最も厳密に適合するようなＡ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２の値を見つけることができる。具体的には、Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２の値は、上記式１によって与えられる値Δを最小にするように選択される。次いで、見つかったＡ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２の値から減衰係数Ａ１およびＡ２の値が計算され、次いでそれらの値を使用してＸおよびＹの座標値を計算することができる。
【００６６】
位相シフトφに加えて、期待される出力信号ＶＥＸＰＴ（ｔ）の式に定数Ｃが加えられてもよい。これは信号のＤＣ成分に対応する出力信号についてのオフセットをモデル化するために行われ得る。この定数を加えることにより、出力信号についての好適な推定値が得られる。これはさらに誤差信号（残差ともいう）をモニタすることを可能にし、誤差信号の増大を検出することが誤った挙動を知らせるのに使用され得る。この場合、期待される出力の式は以下の通りである。
ＶＥＸＰＴ（ｔ）＝ＶＲＥＦ［Ａ１１ｃｏｓ（ω１ｔ）−Ａ１２ｓｉｎ（ω１ｔ）＋Ａ２１ｃｏｓ（ω２ｔ）−Ａ２２ｓｉｎ（ω２ｔ）］＋Ｃ
【００６７】
最小化されるべき値Δはこの式を上記式１に代入することにより与えられる。
【００６８】
一実施形態では、タッチスクリーンコントローラは三相の動作モードで動作する。第１相はタッチが行われたか否か検出するのに使用され、相２および相３はタッチ点のＸ座標およびＹ座標の測定を行う。各座標が同時に測定される場合には、相２および相３は単一の座標測定相にマージされ得る。第１相でのタッチ検出は、タッチは検出するが実際の座標情報は決定しない専用のタッチ感知回路を使用して行われ得る。タッチ検出相の後で、タッチが検出される場合には、コントローラは後続の座標測定相に進んでタッチ点のＸ座標およびＹ座標を決定する。座標が決定された後で、コントローラはタッチ検出相に戻り、プロセスが繰り返される。タッチが失われた場合、コントローラはタッチ検出相に留まろうとし得る。動作の大部分は通常タッチ検出相で発生するため、この相を電力消費が可能な限り低くなるように最適化し、あるいは好ましくは、タッチ検出相を完全に除去すれば有利となり得る。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態では、入力パイロット信号と出力信号との位相差を使用してタッチが行われたか否かが判定され得る。例えば、典型的なタッチスクリーン構成では、パネルを通してパネルの入力からコントローラ内のＡＤＣの入力へのわずかな漏れが生じる。この漏れは、センサがタッチされないときに入力信号と９０°位相のずれた漏れ成分を生じる容量性フィード・フォワード・パスにより発生する。しかし、センサがタッチされると、この位相差は、例えば、１０°未満程度まで大幅に低減する。この差がタッチの検出を可能にする。入力信号と出力信号の間の位相は座標測定プロセスにおいて導出され得るため、タッチ検出は座標測定相において行われ得る。これは専用のタッチ検出相に費やされる時間量の低減を可能にする。実施形態によっては、タッチ検出を行う専用回路が全く必要とされず、専用タッチ検出相は完全に除去され得る場合もある。
【００７０】
一実施形態では、タッチ検出は、専用のタッチ検出回路などを使用するなど、任意の適切な技法を使用して第１相において設けることができる。タッチがこの相において検出される場合には、さらに１つまたは複数の座標測定相において座標測定が行われる。座標測定プロセスにおいては入力信号と出力信号との位相差が導出され得る。これによりさらに、コントローラは、座標測定の終了時にタッチが引き続き行われているかどうか判定することができる。これはタッチ検出相に戻らなくてもよいことを意味する。というのは、タッチが引き続き行われているかどうかについての判断がすでに行われているからである。このため、より連続した動作および待ち時間の低減が可能になる。一実施形態では、タッチ検出相は、座標測定相をタッチ検出相として使用することにより完全に除去され得る。これにより専用のタッチ検出回路を除去することが可能になる。
【００７１】
次に、減衰パラメータの値を求める一方法を説明する。この例では、以下の行列が定義される。
【数１２】
0005542155.tif 000013
【００７２】
行列表記では、最小化されるべき値Δは、代入によって検証され得るように、以下の式で与えられる。
Δ＝（Ｙ−ＭＸ）Ｔ（Ｙ−ＭＸ）
【００７３】
表記Ｔは行列転置演算子である。この値はΔが０であるときに最小化される。上記式を０に設定し、Ｘについて解くと、代入によって検証され得るように、以下の式になる。
Ｘ＝（ＭＴＭ）−１（ＭＴＹ）
【００７４】
表記−１は逆行列演算子である。このように計算されたＸの最初の４要素がＡ１１、Ａ１２、Ａ２１およびＡ２２の値を与え、それぞれがＶＲＥＦで乗じられ、Ｘの最後の要素が定数Ｃの値を与える。減衰パラメータＡ１およびＡ２は以下の式で与えられる。
【数１３】
0005542155.tif 000014
【００７５】
最後に、Ｘ座標およびＹ座標がそれぞれＸ＝Ａ１ＸＭＡＸおよびＹ＝Ａ２ＹＭＡＸで与えられる。
【００７６】
測定電圧信号サンプルが取得される周波数は、特定の用途に適するように選択され得る。例えば、用途によっては、毎秒取得される座標測定の数および座標測定ごとに取得されるサンプル数を特定の値に設定することを必要とする場合もある。毎秒１０００座標対が必要とされる場合には、座標測定値が１ｍｓごとに取得される。座標測定ごとに２６＝６４サンプルが取得される場合には、連続するサンプル間の時間は１ｍｓ／６４≒１６μｓである。１座標測定についてのサンプルを収集するのに必要とされる時間を以下ではサンプル時間またはサンプル期間と呼ぶ。連続するサンプル間の時間をサンプル間隔と呼ぶ。よってサンプル時間は、１座標測定ごとに取得されるサンプル数にサンプル間隔を乗じたものに等しい。サンプル時間、サンプル間隔、および座標測定ごとに取得されるサンプル数についての任意の適切な値が使用されてもよく、前述の具体例だけに限定されるものではないことが理解される。サンプルが出力電圧信号の特定の相において取得される必要はない。例えば、サンプルが出力信号のピークおよび／または底値（trough）と一致する必要はない。
【００７７】
前述のように、タッチスクリーンセンサの１つの問題は雑音の存在である。雑音の影響を低減するためのいくつかの手法がある。例えば、雑音に対するタッチスクリーンセンサの耐性は、プレートに施される抵抗層の抵抗を増やすことにより向上させることができる。しかし、各層の抵抗を大きくすることは通常は透明性を低下させることになり、各層を通したディスプレイの視認性を損ない得る。
【００７８】
雑音の影響を補正する別の手法は、比較的大きいＤＣバイアス電圧でタッチスクリーンにバイアスをかけることである。しかし、これは電力消費の増大をもたらす。例えば、１００Ωから１ｋΩの典型的なインピーダンスを有するタッチスクリーンが２Ｖでバイアスされるとき、電力消費は４０ｍＷから４ｍＷになる。
【００７９】
雑音の問題に対処する別の手法は、例えば、０．０１μＦから開始して、タッチスクリーン入力から接地までコンデンサを追加することである。これらのコンデンサは低域通過フィルタとして機能し、タッチスクリーンの性能を向上させる。しかし、これは費用の増加をもたらす。加えて、コンデンサはドライバがオンにされるときのタッチスクリーンの設定時間を増大させ、結果的に動作が遅くなり、待ち時間が増えることになり得る。
【００８０】
雑音の影響を低減するさらに別の手法は、単一のタッチイベントについて複数の座標測定値を取得し、これらの値を平均して最終測定値を得ることである。しかし、この技法はシステムの待ち時間を著しく増加させる。というのは、特に、取得されるサンプル数に対するセンサ感度への依存度が比較的弱いからである。
【００８１】
本発明の実施形態では、パイロット信号の選択によりコントローラが信号と雑音とをより明確に区別することができ、分解能を損なうことなく、入力信号の電力をさらに大幅に低減させることができる。タッチスクリーン装置の電力消費は通常センサによって決まる。例えば、典型的なセンサの電力消費は２０ｍＷ前後であり、典型的なコントローラの電力消費は１ｍＷ前後であり、総電力消費は２１ｍＷ前後になる。本発明を使用すると、入力信号の電力は、同等の分解能の維持しながら、既存のシステムの電力を２０〜２６ｄＢ下回るものとすることができる。この場合、センサの電力消費は２０ｍＷから１〜２ｍＷまで低減させることができる。これは、総電力消費を２１ｍＷから２〜３ｍＷまで低減することができることを意味し、これは８５〜９０％の減少を表す。
【００８２】
パイロット信号の周波数は、例えば雑音をより減衰させるように、適宜選択され得る。周波数のある一定の組み合わせの選択が有利となり得る場合もある。例えば、ある一般的な有色雑音源は、多くの場合２１４Ｈｚ前後の周波数を有する雑音を生じる携帯電話から発する。雑音信号の整数数の波長が１サンプル時間において発生することが好ましい。また、パイロット信号の一方または両方の整数数の波長がサンプル時間において発生することも好ましい。言い換えると、サンプル時間は好ましくは、雑音信号の波長および／またはパイロット信号の一方もしくは両方の波長の逆数より大きい整数である。これらの条件のうちの１つまたは複数を達成するようにパイロット信号周波数、サンプル時間および座標測定ごとに取得されるサンプル数のうちの１つまたは複数を設定することにより、より良好な雑音の減衰を実現することができる。
【００８３】
前述の例では、パイロット信号は、異なる周波数を有する２つの余弦波信号の形であった。しかし、別の形の入力信号も使用され得る。例えば、パイロット信号の一方または両方に正弦波信号が使用されてもよい。さらに、有色雑音に対する耐性を高めるために、パイロット信号の一方または両方を２つ以上の正弦波および／または余弦波の和の形とすることもできる。パイロット信号の一方が正弦波であり、他方のパイロット信号が余弦波であるときには、正弦波関数と余弦波関数との直交性により、これら２つのパイロット信号が同時に印加されるときに異なる周波数を有する必要はない。さらに別の例では、２つの入力信号はスペクトル拡散符号化シーケンスを含む。この例では、各パイロット信号は、それぞれ＋１または−１である値のシーケンスを含み得る。この形の２つのパイロット信号の和は、それぞれ０、＋２または−２である値のシーケンスを含むことになる。
【００８４】
一般に、印加される信号は、公知の少なくとも１つの（振幅以外の）特徴を有する一定ではない、または時間で変化する信号である。例えば、正弦波または余弦波のパイロット信号の場合には、この特徴は信号の周波数であり、スペクトル拡散符号化シーケンスの場合には、この特徴は既知の符号である。このようにして各信号は、一定の信号よりも容易に雑音と区別される。さらに、パイロット信号が出力信号において組み合わされるとき、出力信号内の個々の成分を相互に区別することができ、パイロット信号を同時に印加することが可能になる。
【００８５】
正弦波または余弦波の形の２つのパイロット信号が同時に印加されるときには、それらのパイロット信号の周波数が、ａおよびｂを比較的小さい整数とするａ／ｂの形の比であることが好ましい。例えば、パイロット信号の周波数は３／２または２／１の比とすることができる。この場合パイロット信号は直交関数であり、出力信号にフーリエ解析を適用することにより、２つのパイロット信号と関連付けられる減衰係数を見つけることができる。例えば、（減衰したパイロット信号の和から形成される）出力信号が一方の入力パイロット信号（Ｐ１など）で乗じられ、次いで積分される場合、他方のパイロット信号（この場合はＰ２）から生じる出力信号における寄与分は、各パイロット信号の直交性により消える。これにより出力信号には他方のパイロット信号（Ｐ１）からの寄与分だけが残り、よって、この成分の減衰を決定することがより容易になる。
【００８６】
具体的な用途に応じて、前述のパラメータの一部または全部の値が、動的に変動してもよく、任意の適切な値の集合の中から事前に選択されてもよく、システムにおいて固定されていてもよい。
【００８７】
パイロット信号を同時に印加することによって、Ｘ座標とＹ座標の同時測定が可能になる。最大動作周波数は倍になり、動作待ち時間は半分になり得る。さらに、従来方式の設計の場合のように個々の入力信号をオンとオフに交互に切り換える必要がないため、スイッチング過渡現象による問題が回避される。また、急速な帯電効果（ｆａｓｔ  ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ）が回避されるため、電力消費も低減される。
【００８８】
本発明の実施形態は雑音に対する良好な耐性を有し、これは位置測定誤差が低減されることを意味する。有色雑音に対しては高度の耐性があるが、白色雑音に対してもある程度の耐性が達成される。位置誤差の低減により、電力消費が低下したときでさえも、装置の分解能を維持させることができる。さらに、雑音の影響が低減されるために、抵抗層はより低い抵抗のものとすることができ、それによって、各層の透明性を高めることが可能になる。
【００８９】
本発明の実施形態は、前述の各例を含む広範囲のタッチセンサ装置に適用することができる。タッチスクリーン装置に関連する前述の技術は、ディスプレイがセンサの一体部分ではないタッチセンサ装置にも同等に適用され得る。また本発明の実施形態は、それだけに限らないが、４線式および５線式の変形を含む、広範囲の抵抗膜方式タッチスクリーン設計にも適用することができる。
【００９０】
本発明の実施形態は、センサの正確さおよび分解能を維持しながら待ち時間および電力消費が最小化され得るタッチセンサ装置を提供し得る。さらに、本発明の実施形態を実施する際には既存のタッチセンサ設計を改変しなくてもすむ。コントローラの比較的小さな改変が必要とされるにすぎない。
【００９１】
前述の実施形態に対する様々な改変が当業者には容易に想起されるであろう。本発明はこれらの具体例だけに限定されるものではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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