(57)【要約】      （修正有）【課題】電極間のノイズ伝達による誤差の問題を解決し、ＳＮＲ（信号対雑音比）を大幅に改善する。【解決手段】静電容量式タッチ画面１１には、基板１６と、その基板の上に配置され二次元アレイ状に配列された複数の感知電極１９と、その基板に固着され、対応する配線を介してそれら複数の感知電極のそれぞれと接続されたタッチ制御チップ１０と、が含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置され、二次元アレイ状に配列された複数の感知電極と、
前記基板に固着され、対応する配線を介して前記複数の感知電極のそれぞれと接続されたタッチ制御チップと、を備える
ことを特徴とする静電容量式タッチ画面。
【請求項２】
前記基板はガラス基板であり、前記タッチ制御チップはチップオングラス方式で前記基板に固着されるか、
前記基板はフレキシブル基板であり、前記タッチ制御チップはチップオンフィルム方式で前記基板に固着されるか、または
前記基板はプリント基板であり、前記タッチ制御チップはチップオンボード方式で前記基板に固着される
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項３】
前記タッチ制御チップは、前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項４】
前記タッチ制御チップは、
電圧源または電流源を用いて前記感知電極を駆動し、
前記感知電極の電圧、周波数または電気量を検出する
ことによって前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項５】
前記タッチ制御チップは、
前記感知電極を駆動して検出するとともに残りの複数の感知電極を駆動するか、または
前記感知電極を駆動して検出するとともにその周辺の感知電極を駆動する
ことによって前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項６】
前記複数の感知電極に対して、前記電圧源または前記電流源が同じ周波数を有するか、または
前記複数の感知電極に対して、前記電圧源または前記電流源が二つ以上の周波数を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項７】
前記タッチ制御チップは、
前記複数の感知電極のすべてを同時に検出するか、または
前記複数の感知電極をグループごとに検出する
ことによって前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項８】
前記タッチ制御チップは、二次元静電容量変動アレイによってタッチ位置を決定するように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項９】
前記タッチ制御チップは、さらに、前記電圧源または前記電流源のパラメータによってタッチ検出の感度またはダイナミックレンジを調整するように構成され、前記パラメータは振幅、周波数およびタイミングのいずれか一つ、またはそれらの組み合わせを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項１０】
前記感知電極は、矩形、菱形、三角形、円形または楕円形の形をしている
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項１１】
前記静電容量式タッチ画面は、前記基板に固着された複数のタッチ制御チップを備え、前記複数のタッチ制御チップのそれぞれが、前記複数の感知電極内で対応する部分の感知電極を検出するように適合される
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項１２】
前記複数のタッチ制御チップのクロックは、同期しているかまたは非同期である
ことを特徴とする請求項１１に記載の静電容量式タッチ画面。
【請求項１３】
前記配線が、前記複数の感知電極と同じ層に配置されるか、または
前記配線が、前記複数の感知電極が配設されている層と異なる層に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチ画面。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、中国特許庁に「静電容量式タッチ画面」の名称で２０１３年６月６日に出願された中国特許出願第２０１３１０２２３７９７．７号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、タッチ制御技術、特に静電容量式タッチ画面に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在では、静電容量式タッチ画面は、広くさまざまな電子製品に適用され、人々の生活や仕事のさまざまな分野に徐々に浸透してきている。静電容量式タッチ画面のサイズは、３インチ（約７．６ｃｍ）から、スマートフォンでは６．１インチ（約１５．５ｃｍ）まで、パネルＰＣでは約１０インチ（約２５ｃｍ）まで日々増加しており、静電容量式タッチ画面の応用分野は、さらに、スマートテレビ等に拡張することができる。しかし、従来技術の静電容量式タッチ画面には、一般的に、抗干渉性能が悪い、走査周波数が低い、体積が大きい、製造工程が複雑である等の問題点がある。
【発明の概要】
【０００４】
このような事情に鑑みて、本開示の態様は、上記の問題のうち少なくとも一つは解決できる静電容量式タッチ画面を提供するものである。
【０００５】
本開示の態様で提供される静電容量式タッチ画面は、
基板と、
前記基板の上に配置され、二次元アレイ状に配列された複数の感知電極と、
前記基板に固着され、対応する配線を介して前記複数の感知電極のそれぞれと接続されたタッチ制御チップと、を備える。
【０００６】
前記基板はガラス基板であり、前記タッチ制御チップはチップオングラス方式で前記基板に固着されるか、
前記基板はフレキシブル基板であり、前記タッチ制御チップはチップオンフィルム方式で前記基板に固着されるか、または
前記基板はプリント基板であり、前記タッチ制御チップはチップオンボード方式で前記基板に固着される、のが好ましい。
【０００７】
前記タッチ制御チップは、前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましい。
【０００８】
前記タッチ制御チップは、
電圧源または電流源を用いて前記感知電極を駆動し、
前記感知電極の電圧、周波数または電気量を検出する
ことによって前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましい。
【０００９】
前記タッチ制御チップは、
前記感知電極を駆動して検出するとともに残りの複数の感知電極を駆動するか、または
前記感知電極を駆動して検出するとともにその周辺の感知電極を駆動する
ことによって前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましい。
【００１０】
前記複数の感知電極に対して、前記電圧源または前記電流源が同じ周波数を有するのが好ましいが、
前記複数の感知電極に対して、前記電圧源または前記電流源が二つ以上の周波数を有してもよい。
【００１１】
前記タッチ制御チップは、
前記複数の感知電極のすべてを同時に検出するか、または
前記複数の感知電極をグループごとに検出する
ことによって前記複数の感知電極のそれぞれの自己静電容量を検出するように構成されるのが好ましい。
【００１２】
前記タッチ制御チップは、二次元静電容量変動アレイによってタッチ位置を決定するように構成されるのが好ましい。
【００１３】
前記タッチ制御チップは、さらに、前記電圧源または前記電流源のパラメータによってタッチ検出の感度またはダイナミックレンジを調整するように構成され、前記パラメータは振幅、周波数、タイミングのいずれか一つ、またはそれらの組み合わせを含むことが好ましい。
【００１４】
前記感知電極は、矩形、菱形、三角形、円形または楕円形の形をしていることが好ましい。
【００１５】
静電容量式タッチ画面は、前記基板に固着された複数のタッチ制御チップを備え、前記複数のタッチ制御チップのそれぞれが、前記複数の感知電極内で対応する部分の感知電極を検出するように適合されることが好ましい。
【００１６】
前記複数のタッチ制御チップのクロックは、同期しているのが好ましいが、非同期であってもよい。
【００１７】
前記配線は前記複数の感知電極と同じ層に配置されるのが好ましいが、前記配線が前記複数の感知電極がある層とは異なる層に配置されてもよい。
【００１８】
本開示の態様に係る静電容量式タッチ画面は、二次元アレイ状に配列された複数の感知電極を使用することで、マルチタッチを実現する前提として、従来技術における電極間のノイズ伝達による誤差の問題を解決し、ＳＮＲ（信号対雑音比）を大幅に改善する。本開示の態様の方式を適用することによって、タッチ画面の電源からのノイズが大きく除去され、また、ＲＦ干渉およびＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モジュールのような他のノイズ源からの干渉を少なくすることもできる。
【００１９】
本開示の態様に係る静電容量式タッチ画面においては、タッチ制御チップが、対応する配線を介して感知電極のそれぞれに接続され、ＣＯＧ、ＣＯＦ、またはＣＯＢ方式で基板に固着されることで、多数のピンによって引き起こされる可能性のある困難な状況を回避することができ、全体の体積を小さくすることができる。また、複数の感知電極を同時にまたはグループ毎に検出することによって走査時間が大幅に短縮されることで、多数の感知電極によって引き起こされる可能性のある問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の一実施形態によって提供される静電容量式タッチ画面の概略図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る感知電極アレイの上面図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図４Ａ】本開示の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図４Ｂ】本開示の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図４Ｃ】本開示の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図６】本開示の一実施形態に係る感知電極駆動方法を示す図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る静電容量式タッチ画面の四つの適用状況を示す図である。
【図８】本開示の一実施形態に係るタッチ制御チップの信号の流れを示す図である。
【図９Ａ】重心アルゴリズムを使用してタッチ位置の座標を算出する処理の一例を示す図である。
【図９Ｂ】ノイズの存在下で、重心アルゴリズムを使用してタッチ位置の座標を算出する処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の目的、特徴および利点をより明らかにかつ理解しやすいようにするために、本開示の実施形態における技術的解決策を、本開示の実施形態における図面と併せて以下に説明する。一見して判るように、説明する実施形態は、単に本発明の実施形態の一部に過ぎない。当業者が何ら創作的な作業をせずに本開示の実施形態に基づいて得られたいかなる他の実施形態も、本発明の保護範囲に含まれるべきである。図示する便宜上、構造を示す断面図は共通の縮尺は使用せずに部分的に拡大しており、また、図面は例に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。また、実際の製造プロセスにおいては、三次元寸法、すなわち長さ、幅及び奥行を含めるべきである。
【００２２】
図１は、本開示の一実施形態によって提供される静電容量式タッチ画面の概略図である。図１に示すように、静電容量式タッチ画面１１には、基板１６と、基板１６の上に設けられ二次元アレイ状に配列された複数の感知電極１９と、基板１６に固着され、対応する配線を介して複数の感知電極１９のそれぞれに接続されたタッチ制御チップ１０と、が含まれる。
【００２３】
基板１６は透明であり、例えば、ガラス基板やフレキシブル基板であるか、または不透明であり、例えば、プリント基板であってもよい。複数の感知電極１９は、基板１６の上に設けられ、矩形アレイである二次元アレイ状にまたは他の任意の形状の二次元アレイ状に配列されている。静電容量式タッチ画面では、各感知電極１９は静電容量センサであり、タッチ画面上の対応する位置がタッチされるとセンサの静電容量が変化する。
【００２４】
オプションとして、カバーレンズを感知電極１９の上方に設けて感知電極１９を保護する。
【００２５】
各感知電極１９は、配線を介してタッチ制御チップ１０に接続されており、そのタッチ制御チップ１０は、基板１６に固着されている。タッチ制御チップ１０は配線を介して各感知電極１９に接続されているので多数のピンを有しており、したがって、タッチ制御チップ１０を基板１６に固着することによって、従来の実装方法を用いると複雑になるのを回避している。具体的には、タッチ制御チップ１０は、チップオングラス（略してＣＯＧ）方式、チップオンフィルム（略してＣＯＦ）方式、またはチップオンボード（略してＣＯＢ）方式、で基板に固着され得る。本実施形態によれば、タッチ制御チップ１０と第一基板１６との間に異方性導電膜（ＡＣＦ）１７を設けることができる。
【００２６】
また、通常はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を接続するにはタッチ制御チップとＦＰＣ用に物理的に空間を確保する必要があるが、このことは装置の簡素化には支障となる。しかしながら、ＣＯＧ方式やＣＯＦ方式でタッチ制御チップとタッチ画面を一体化することによって、両者の間の距離が大幅に縮小されるので、全体としてのサイズが小さくなる。また、感知電極は一般的に基板上でインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）をエッチングすることによって形成され、タッチ制御チップもその基板上にあるので、感知電極とタッチ制御チップ間を接続する配線は一回のＩＴＯエッチングで済ませることができ、製造工程が大幅に簡略化される。
【００２７】
図２は、本開示の実施形態に係る感知電極アレイの上面図である。当業者であれば、図２では感知電極のほんの一配列例が示されているに過ぎず、具体的な実装では感知電極を任意の二次元アレイ状に配列できることが、理解できるはずである。また、任意の方向で感知電極間の距離は、等しくても等しくなくてもよい。また、当業者であれば、感知電極の個数は図２で示した数よりも多くてもよいと理解できるはずである。
【００２８】
当業者であれば、図２は感知電極の形状のほんの一例を示したに過ぎないと理解できるはずである。感知電極は、他の実施形態では長方形、菱形、三角形、円形、または楕円形の形状であるか、あるいは不規則な形状であってもよい。そして、鋸歯をタッチ感知電極の境界部に備えてもよい。感知電極の形状は、同一であっても異なってもよい。例えば、中央部の感知電極は菱形の構成を採用し、境界部の感知電極は三角形の構成を採用してもよい。また、感知電極のサイズは、同一であっても異なってもよい。例えば、内側部分に近い感知電極のサイズがより大きく、境界部に近い感知電極がより小さければ、配線と境界部におけるタッチ精度の観点から有利である。
【００２９】
各感知電極には引き出し配線があり、配線は感知電極間のすき間に配置されている。一般的に、配線はできるだけ均一にし、配線引き回しはできるだけ短いのがよい。また、配線の引き回しの範囲は安全距離を確保しつつできるだけ狭くすれば、感知電極用により多くのスペースが確保され、より正確な感知が可能となる。
【００３０】
各感知電極は配線を介してバス２２に接続され、その配線はタッチ制御チップのピンにバス２２を介して、直接に、または分類をしてから接続されている。大画面のタッチ画面では感知電極の個数が多大となり得る。この場合、単一のタッチ制御チップがすべての感知電極を制御するように構成してもよいし、あるいは、画面がいくつかの領域に分割された状態で、複数のタッチ制御チップを用いて異なる領域の感知電極をそれぞれ制御し、複数のタッチ制御チップ間でクロック同期をとるようにしてもよい。このとき、バス２２は、異なるタッチ制御チップと接続するためにいくつかのバスグループに分けることもできる。各タッチ制御チップは、同数の感知電極を制御してもよいし、異なる数の感知電極を制御してもよい。
【００３１】
図２に示した感知電極アレイでは、配線引き回しは、感知電極アレイと同じ層で実現することができる。別の構造を有する感知電極アレイにおいて同じ層で配線引き回しを実現するのが困難である場合、感知電極アレイが配設されている層と異なる層に配線を行ない、ビアホールを介して感知電極に接続してもよい。
【００３２】
図２に示す感知電極アレイは、自己静電容量のタッチ検出原理に基づいている。各感知電極は、画面上の特定位置に対応する。図２において、参照符号２ａ〜２ｄは異なる感知電極を示す。符号参照２１はタッチを表し、ある感知電極に対応する位置にタッチするとこの感知電極上の電荷が変化するので、その感知電極上でタッチ事象が発生したか否かは、この感知電極上の電荷（電流または電圧）を検出することによって知ることができる。これは、一般的に、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いてアナログ量をデジタル量に変換することによって実施することができる。感知電極の電荷の変化量は感知電極が覆われる面積に関係し、例えば、図２において感知電極２ｂまたは２ｄの電荷変化量は感知電極２ａまたは２ｃの電荷変化量よりも大きい。
【００３３】
画面上の各位置には対応する感知電極があり、感知電極の間に物理的な接続はない。したがって、本開示の実施形態によって提供される静電容量式タッチ画面であれば、真のマルチタッチを実現することができ、従来技術の自己静電容量タッチ検出における誤検知（ゴースト・ポイント）の問題を回避できる。
【００３４】
感知電極層は、表面貼付方法によってディスプレイ画面と結合してもよいし、イン・セル型タッチスクリーンのようにディスプレイ画面の内側に製造してもよいし、あるいは、オン・セル型タッチスクリーンのようにディスプレイ画面の上面に製造してもよい。
【００３５】
図３から図７は、本開示の実施形態に係る感知電極の駆動方法を図示している。図３に示すように、感知電極１９は駆動源２４により駆動されるが、その駆動源２４は電圧源でも電流源でもよい。異なる感知電極１９用の駆動源２４は必ずしも同じ構造である必要はない。例えば、一部の感知電極１９には電圧源が使用され、一部の感知電極１９には電流源が使用されてもよい。また、異なる感知電極１９用の駆動源２４の周波数は同じであっても異なってもよい。各駆動源２４の動作タイミングは、タイミング制御ユニット２３によって制御される。
【００３６】
各感知電極１９の駆動タイミングには複数の選択肢がある。以下、図示するためにｎ個の感知電極（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｊ、Ｄｋ、・・・、Ｄｎ）を例として取り上げる。
【００３７】
図４Ａに示した例では、全ての感知電極が同時に駆動され同時に検出される。この方法では、走査を完了する時間は最短であるが、駆動源の数は（感知電極の数と同じで）最多である。図４Ｂに示した例では、感知電極の駆動源を複数のグループに分割し、各グループが特定領域にある感知電極を順次駆動する。この方法では、駆動源を多重化できても走査時間が増加するが、グループ数を適当に選択すれば、駆動源を多重化することと走査時間とに妥協点を見出すことができる。
【００３８】
図４Ｃは、従来の相互静電容量式タッチ検出の走査方法を示している。ｎ個の駆動チャネル（ＴＸ）があり各ＴＸの走査時間をＴｓとすると、一フレームを走査する時間はｎ＊Ｔｓである。しかしながら、本実施形態の感知電極駆動方法を用いると、すべての感知電極を同時に検出できるので、一フレームの最短走査時間はわずかＴｓである。すなわち、走査頻度は、本実施形態の方式を用いると、従来の相互静電容量式タッチ検出と比較して、ｎ倍増加する。
【００３９】
４０個の駆動チャネルを有する相互静電容量式タッチ画面で、各駆動チャネル当たりの走査時間が５００マイクロ秒であるとすると、タッチ画面全体（一フレーム）の走査時間は２０ミリ秒、すなわち、フレームレートが５０Ｈｚとなる。通常、５０Ｈｚでは良好な体験としての要求を満たすことはできない。本実施形態の方式ならばこの問題を解消できる。二次元アレイ状に配列された感知電極を用いることによって全ての感知電極を同時に検出することができ、各感知電極の検出時間が５００マイクロ秒のままであるとするとフレームレートは２０００Ｈｚに達し、ほとんどのタッチ画面の適用要件をはるかに上回る。余った走査データは、例えば、デジタル信号処理端末によって干渉防止やタッチ軌跡最適化を行なうために利用し、より良い効果を得ることができる。
【００４０】
イン・セル型タッチ画面は、各フレームのフィールドブランキング時間を用いて走査を行なう。しかし、各フレームのフィールドブランキング時間はわずか２〜４ミリ秒であり、相互静電容量式に基づく従来の走査時間は、多くの場合に５ミリ秒かそれよりも長くなる。イン・セル型画面として使用できるように、一般的に、相互静電容量式タッチ検出の走査時間を削減する、具体的には、各チャネルの走査時間を削減するが、この方法ではイン・セル型画面のＳＮＲを低下させ、タッチ経験に影響を及ぼしてしまう。本実施形態の方式は、この問題を解決することができる。例えば、１０個の駆動チャネルを有し従来の相互静電容量検出走査時間が４ミリ秒のイン・セル型スクリーンでは、各チャネル当たりの走査時間は４００マイクロ秒である。本開示の実施形態の方式を用いれば、すべての電極が同時に駆動されて検出されるので、一度に全ての電極を走査するための時間はわずか４００マイクロ秒である。上記のイン・セル型画面でタッチ検出のための走査時間が４ミリ秒のままであれば、多くの余剰時間がある。節約された時間を使って繰り返し複数回検出するか周波数を変えて検出するなどその他の検出を行なうことで、検出信号のＳＮＲおよび干渉防止能力を大幅に高めることができ、それによってより良好な効果を得ることができる。
【００４１】
各感知電極の自己静電容量を検出するのが好ましい。感知電極の自己静電容量は、感知電極の対接地静電容量とすることができる。
【００４２】
例として、電荷検出方法を使用できる。図５に示した例では、駆動源４１から定電圧Ｖ１が提供される。電圧Ｖ１は、正電圧、負電圧または接地電圧に等しくてもよい。参照符号Ｓ１とＳ２は二つの制御スイッチを表し、参照番号４２は感知電極の対接地静電容量を表し、参照番号４５は電荷受入モジュールを表し、この電荷受入モジュール４５は、入力電圧を特定の値Ｖ２に固定し、入力電荷量または出力電荷量を測定する。最初は、Ｓ１は閉じてＳ２は開き、Ｃｘの上側電極は駆動源４１によって供給される電圧Ｖ１に充電され、次いで、Ｓ１は開いてＳ２は閉じ、Ｃｘが電荷受入モジュール４５と電荷のやり取りを行なう。電荷移動量がＱ１でＣｘ上側電極の電圧がＶ２になると仮定すると、Ｃ＝Ｑ／ΔＶであるからＣｘ＝Ｑ１／（Ｖ２−Ｖ１）が得られ、したがって自己静電容量を検出できる。
【００４３】
別の方法として、電流源を用いてもよいし、感知電極の自己静電容量を感知電極の周波数から得ることもできる。
【００４４】
オプションとして複数の駆動源を用いる場合には、感知電極を検出すると、検出中の感知電極用に用いた駆動源電圧とは異なる駆動源電圧を、その検出中の感知電極に隣接するか周辺にある感知電極用として選ぶことができる。図を見やすくするために、図６では、三つだけの感知電極、すなわち、検出中の電極５７と、隣接する二つの電極５６および５８とを示している。なお、当業者であれば、以下の例はもっと多くの感知電極を有する状況にもあてはまることが理解できよう。
【００４５】
検出中の電極５７に接続された駆動源５４は、スイッチＳ２を介して電圧源５１に接続され、検出中の電極５７を駆動するが、検出中の電極５７に隣接する電極５６と５８は、駆動源５３と５５に接続され、スイッチＳ１とＳ３を介して電圧源５１または所定の基準電圧５２（Ｖｒｅｆ、例えば、接地電位）に接続することができる。スイッチＳ１とＳ３が電圧源５１に接続されている場合、つまり、検出中の電極と周辺電極が同じ電圧源によって同時に駆動される場合、検出中の電極と周辺電極間との電圧差が減少し、このことは、検出中の電極の静電容量を低減するとともに水滴による誤接触を防止するのに役に立つ。
【００４６】
タッチ制御チップは、駆動源のパラメータによって感度やタッチ検出のダイナミックレンジを調整するように構成されているのが好ましく、パラメータとしては、振幅、周波数、タイミングのいずれかまたはそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、図７に示すように、駆動源のパラメータ（例えば、駆動電圧、駆動電流、駆動周波数）と各駆動源のタイミングは、タッチ制御チップ内の信号駆動回路５０の制御ロジックによって制御することができる。これらのパラメータによって、（高感度、中感度または低感度のような）異なる回路動作状態または異なるダイナミックレンジに調整することができる。
【００４７】
異なる回路動作状態は、異なる適用状況に設定することができる。図７は、本開示の実施形態の静電容量式タッチ画面の四つの適用状況、すなわち、通常の指によるタッチ、浮動指によるタッチ、アクティブもしくはパッシブのペンや細い導体によるタッチ、および手袋を着けた指によるタッチ、を示している。上述したパラメータを組み合わせることで、一つ以上の通常のタッチおよび一つ以上の細い導体によるタッチを検出できるようにしてもよい。当業者であれば理解できるであろうが、図６に示した信号受信部５９と信号駆動回路５０は分離しているが、他の実施形態では一つの回路として実装することができる。
【００４８】
図８は、本開示の実施形態に係るタッチ制御チップの信号の流れのグラフを示している。感知電極にタッチすると感知電極の静電容量に変化が生じ、その変化量はＡＤＣによってデジタル値に変換されタッチ情報を復元する。一般的に、静電容量の変化は、接触物によって覆われる感知電極の面積に関係している。信号受信部５９が感知電極の感知データを受信すると、タッチ情報は信号処理部を介して感知データから復元される。
【００４９】
例として、信号処理部のデータ処理方法を以下に詳細に説明する。
【００５０】
ステップ６１：感知データを取得する。
【００５１】
ステップ６２：感知データをフィルタリングしノイズ除去を行なう。このステップの目的は、後続の計算が容易になるように原画像のノイズをできるだけ多く除去することである。空間領域フィルタリング、時間領域フィルタリングまたは閾値フィルタリングをこのステップで使用することができる。
【００５２】
ステップ６３：感知データに基づいて可能性のあるタッチ領域を検索する。領域には、実際のタッチ領域と無効信号が含まれる。無効信号には、大面積のタッチ信号、電源ノイズ信号、未処理の異常信号、水滴信号等が含まれる。これらの無効信号には、実際のタッチと同様のものもあれば、実際のタッチに干渉するものもあり、また通常のタッチとして判断してはいけないものもある。
【００５３】
ステップ６４：上述の無効信号を除去し妥当なタッチ領域を得るための異常状態処理を行なう。
【００５４】
ステップ６５：妥当なタッチ領域のデータに基づいて、タッチ位置の座標を算出する。
【００５５】
タッチ位置の座標は、 二次元の静電容量変動アレイに基づいて決定することが好ましい。具体的には、重心アルゴリズムを用いることで、タッチ位置の座標を二次元の静電容量変動アレイに基づいて決定することができる。
【００５６】
例として、タッチ制御チップには、各感知電極を駆動し各感知電極から感知データを受信するように構成された信号駆動・受信部と、その感知データに基づいてタッチ位置を決定するように構成された信号処理部と、が含まれる。具体的には、信号駆動・受信部は、電圧源または電流源を使用して感知電極を駆動するように構成することができ、信号処理部は、感知電極の（対地静電容量のような）自己静電容量を感知電極の電圧または周波数によって計算し、自己静電容量の変化量に基づいてタッチ位置を決定するように構成することができる。
【００５７】
また、信号駆動・受信部は、各感知電極が駆動中に残りの感知電極も同時に駆動されるか、または各感知電極が駆動中にその周辺の感知電極も同時に駆動されるように構成すればよい。
【００５８】
図９Ａは、重心アルゴリズムを用いることによってタッチ位置の座標を算出する処理の一例を示している。簡潔のために、以下においてはタッチ位置の一次元座標のみの計算を示している。なお、当業者であれば理解できるであろうが、同一または類似の方法を用いてタッチ位置の完全な座標を得ることができる。図６に示した感知電極５６〜５８が指によって覆われ、それらに対応する感知データがそれぞれＰＴ１、ＰＴ２およびＰＴ３であると仮定する。水平座標がｘ方向で、垂直座標がｙ方向であり、感知電極５６〜５８に対応する水平座標がそれぞれｘ１、ｘ２およびｘ３であると仮定する。このとき、重心アルゴリズムを用いることで得られるタッチ位置の水平座標は次のとおりである。
2014238818.tif 000003
【００５９】
ここで、一次元重心アルゴリズムは一つの例に過ぎず、実際の座標は二次元重心アルゴリズムによって決定することができる。
【００６０】
オプションとして、タッチ位置の座標を取得した後にステップ６６、すなわち、複数フレームのデータを用いて現フレームのデータを取得するために過去のフレームデータを分析すること、を行なってもよい。
【００６１】
オプションとして、タッチ位置の座標を取得した後にステップ６７、すなわち、複数フレームのデータに基づいてタッチ軌跡をたどること、を行なってもよい。また、ユーザ操作の処理に従って、発生事象情報を取得し報告するようにしてもよい。
【００６２】
本開示の実施形態に係る静電容量式タッチ画面は、マルチタッチを実現することを前提として従来技術のノイズ蓄積の問題を解決できる。
【００６３】
例として、電源の同相ノイズが図６の位置５０１に発生した場合、タッチ位置の算出に及ぼされるノイズによる影響は次のように分析される。
【００６４】
従来技術における相互静電容量タッチ検出に基づくタッチシステムでは、複数の駆動チャネル（ＴＸ）と複数の受信チャネル（ＲＸ）があり、各ＲＸがすべてのＴＸに接続されている。同相干渉信号は、システムに一旦発生すると、ＲＸの接続性故にすべてのＲＸに伝達される。特に、一つのＲＸ中に複数のノイズ源が存在する場合には、これらのノイズ源によって発生するノイズが累積され、その結果発生するノイズの大きさが増大する。測定中のコンデンサの電圧信号がノイズのせいで変動すると、タッチされていないポイントで誤信号が発生する。
【００６５】
本開示の実施形態によって提供される静電容量式タッチ画面では、感知電極がチップの内部に接続されるまでは感知電極間に物理的な接続がないので、感知電極間でノイズが伝達され蓄積されることはなく、誤信号が回避される。
【００６６】
電圧検出方法を一例にとると、ノイズによってタッチされた電極の電圧が変化し、そのタッチされた電極の感知データも結果として変化する。自己静電容量タッチ検出の原理によれば、ノイズによって生成される誘導値と通常タッチによって生成される誘導値は、タッチされた電極の被覆面積に比例する。
【００６７】
図９Ｂは、ノイズが存在する場合に重心アルゴリズムを用いてタッチ位置の座標を算出する様子を示している。通常タッチによる誘導値をそれぞれＰＴ１，ＰＴ２、ＰＴ３とし、ノイズによる誘導値をＰＮ１，ＰＮ２、ＰＮ３と仮定すると、（感知電極５６〜５８を例として用いると）次の関係が成立する。 
2014238818.tif 000004
ノイズの電圧極性と駆動源の電圧極性が同じである場合には、電圧重ね合わせによる最終感知データは、以下のとおりである。
2014238818.tif 000005
そして、重心アルゴリズムを用いて得られる座標は、次のとおりである。
2014238818.tif 000006
【００６８】
一見して判るように式（２）は式（１）と同じである。従って、本開示の実施形態の静電容量式タッチ画面は、同相ノイズの影響を受けない。ノイズがシステムのダイナミックレンジを超えない限り、最終的に決定される座標は影響を受けない。
【００６９】
ノイズの電圧極性と駆動源の電圧極性が逆になっている場合には有効な信号が低減するかもしれない。低減された有効信号を検出できる場合には、最終的に決定される座標は影響を受けないことが上記の分析から分かる。低減された有効信号を検出できない場合には、現フレームのデータは無効となる。そうであっても、本開示の実施形態によって提供される静電容量式タッチ画面の走査周波数は非常に高く、通常の走査周波数のＮ倍（通常Ｎは１０より大きい）にもなるので、この特徴を利用して現フレームのデータを複数フレームのデータによって復元することができる。なお、当業者であれば理解できるであろうが、走査周波数が実際に必要な報告速度よりもはるかに高いので、複数フレームのデータを用いて処理しても通常の報告速度に影響はない。
【００７０】
同様に、ある程度まではノイズがシステムのダイナミックレンジを超えた場合でも、複数フレームのデータを使用して現フレームを復元し、正しい座標を取得することができる。このフレーム間処理の方法は、ＲＦからの干渉またはＬＣＤモジュールのような他のノイズ源からの干渉にも適用可能である。
【００７１】
以上の実施形態の説明によって当業者は本発明を実施したり使用したりすることができる。当業者にとって、実施形態に対するさまざまな変形ができることは明らかであって、本明細書に記載した一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態で実施することができる。したがって、本発明は、本明細書に記載した実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規な特徴と合致する最も広い範囲に従うものである。
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１】
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【図２】
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【図６】
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