(57)【要約】【課題】タッチパネル側から入力されるロゥデータに関して、重畳ノイズおよびオフセットを適切に低減、除去することで、タッチに伴うデータの変化をより正確に検出し、タッチ座標の算出精度を向上させる。【解決手段】ロゥデータから固定パタンノイズの低減とオフセットの除去を行い、中間差分データを出力する固定パタンノイズフィルタ（１０）は、可変加重平均化部（１１ａ）とフレームメモリ（１１ｂ）とを有する可変再帰型フィルタ（１１）と、連続したタッチ判定結果に基づいて可変再帰型フィルタを制御するフィルタ制御部（１２）と、減算器（１３）とを有して構成され、タッチ判定データ応じた適切な背景データを、ロゥデータから減算して中間差分データを生成することで、固定パタンノイズおよびオフセットを低減、除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルからのＡＤ変換後のセンサ出力データであるロゥデータに基づいて、パネル上のタッチされた位置座標を出力するタッチ検出装置であって、
センサ位置毎および前記センサ出力データの生成回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的に前記センサ出力データに重畳する固定パタンノイズを除去した上で、前記ロゥデータから背景データを減算した中間差分データを出力する固定パタンノイズフィルタと、
前記固定パタンノイズフィルタから出力された前記中間差分データに対して、前記センサ出力データに含まれるセンサ位置に依存したランダムノイズを低減して差分データを出力する後段フィルタと、
前記後段フィルタから出力された前記差分データに基づいてタッチ判定データを出力するタッチ判定部と、
前記後段フィルタから出力された前記差分データ、および前記タッチ判定部から出力された前記タッチ判定データに基づいて、前記タッチされた位置座標を出力する座標算出部と
を備え、
前記固定パタンノイズフィルタは、
外部からの第１制御指令に応じて、最新の背景データを記憶するフレームメモリと、
前記フレームメモリから読み出した前記最新の背景データと、前記ロゥデータとを平均化する重みを、外部からの第２制御指令に応じて可変し、加重平均化後の背景データを出力する可変加重平均化部と、
前記可変加重平均化部から出力された前記加重平均化後の背景データを前記ロゥデータから減算することで前記中間差分データを出力する減算器と、
前記タッチ判定部から出力された前記タッチ判定データに基づいて、前記加重平均化後の背景データを前記最新の背景データとして前記フレームメモリに記憶させるための前記第１制御指令を生成し、かつ所望の重みによる前記加重平均化後の背景データを得るための前記第２制御指令を生成するフィルタ制御部と
を含んで構成されるタッチ検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチ検出装置であって、
前記フィルタ制御部は、
前記タッチ判定データにおいてタッチ有り判定された要素の数が０個であるタッチ無しフレームの連続する数をカウントし、
前記タッチ無しフレームの連続数が所定数未満である場合には、前記ロゥデータと前記背景データとの平均値計算の重みを０：１にするように前記第２制御指令を生成するとともに、前記フレームメモリにおける背景データの更新を停止するように前記第１制御指令を生成し、
前記タッチ無しフレームの連続数が前記所定数に達した場合には、前記平均値計算の重みを１：０にするように前記第２制御指令を生成するとともに、前記フレームメモリにおける背景データの更新を有効とするように前記第１制御指令を生成する
タッチ検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のタッチ検出装置であって、
前記後段フィルタは、行毎ノイズフィルタ、列毎ノイズフィルタ、再帰型ノイズフィルタ、および２次元ローパスフィルの少なくとも１つを含んで構成される
タッチ検出装置。
【請求項４】
タッチパネルからのＡＤ変換後のセンサ出力データであるロゥデータから、センサ位置毎および前記センサ出力データの生成回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的に重畳する固定パタンノイズを除去した上で、前記ロゥデータから背景データを減算した中間差分データを出力する固定パタンノイズフィルタと、
前記固定パタンノイズフィルタから出力された前記中間差分データに対して、前記センサ出力データに含まれるセンサ位置に依存したランダムノイズを低減して差分データを出力する後段フィルタと、
前記後段フィルタから出力された前記差分データに基づいてタッチ判定データを出力するタッチ判定部と、
前記後段フィルタから出力された前記差分データ、および前記タッチ判定部から出力された前記タッチ判定データに基づいて、前記タッチされた位置座標を出力する座標算出部と
を備え、パネル上のタッチされた位置座標を出力するタッチ検出装置に適用されるタッチ検出方法であって、
前記固定パタンノイズフィルタにおいて、
外部からの第１制御指令に応じて、フレームメモリに記憶された最新の背景データを更新する更新ステップと、
前記フレームメモリに記憶された前記最新の背景データを読み出す背景データ抽出ステップと、
前記フレームメモリから読み出した前記最新の背景データと前記ロゥデータとを平均化する重みを、外部からの第２制御指令に応じて可変し、加重平均化後の背景データを出力する可変加重平均化ステップと、
前記可変加重平均化ステップで出力された前記加重平均化後の背景データを前記ロゥデータから減算することで前記中間差分データを出力する減算ステップと、
前記タッチ判定部から出力された前記タッチ判定データに基づいて、前記加重平均化後の背景データを前記最新の背景データとして前記フレームメモリに記憶させるための前記第１制御指令を生成する第１生成ステップと、
前記タッチ判定部から出力された前記タッチ判定データに基づいて、所望の重みによる前記加重平均化後の背景データを得るための前記第２制御指令を生成する第２生成ステップと
を有するタッチ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル側から入力されるロゥデータに基づいて、タッチに伴うデータの変化をより正確に検出し、タッチ座標の精度を向上させることのできるタッチ検出装置およびタッチ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報端末におけるタッチパネルには、マルチタッチに対応して、透過率や耐久性に優れているなどの点から、投射型静電容量方式が広く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。図３は、従来技術である投射型静電容量方式の説明図である。この投射型静電容量方式では、ディスプレイ上面にセンサ電極である駆動電極（Ｔｘ）と受信電極（Ｒｘ）とを直交して配置して各交点にセンサを形成し（図３（ａ）参照）、パネル表面を指などでタッチした時に生ずる両電極間の静電容量の変化を、タッチの有無におけるセンサ出力信号の差から検知する（図３（ｂ）、（ｃ）参照）。
【０００３】
図４は、従来のタッチ検出装置を含む全体構成図であり、タッチパネル１１０、前処理部１２０、およびタッチ検出装置１３０を含んで構成されている。タッチパネル１１０からのセンサ出力信号であるアナログ信号は、前処理部１２０に取り込まれる。そして、前処理部１２０は、必要なアナログ信号処理とＡＤ変換を行うことで、スキャン周期毎の２次元デジタルデータであるロゥデータ（Ｒａｗ  Ｄａｔａ）を生成する。
【０００４】
そして、後段のタッチ検出装置１３０は、ロゥデータからノイズやオフセットを低減、除去した差分データを生成する。そして、このようにして生成された差分データを用いてタッチの有無の検出と、タッチ位置の座標算出などを行う。
【０００５】
ノイズフィルタとしては、２次元の各要素毎のランダムノイズに対応した再帰型フィルタや、より高い効果を期待する場合には、行（Ｔｘ）毎のランダムノイズに対応したオフセット除去用のフィルタなどが用いられる。
【０００６】
ここで、差分データは、ロゥデータからベースラインデータ（Ｂａｓｅｌｉｎｅ  Ｄａｔａ）を引いたものである。従来のタッチ検出装置において、このベースラインデータは、ノイズ低減後の信号である。そして、従来のタッチ検出装置は、このベースラインデータが、タッチによる値の変化のない状態のロゥデータに漸近するよう、初期ロゥデータを初期状態として、データの各要素の値をフレーム毎に増減して更新するなどの処理を行っていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】フラットパネルディスプレイ概論（６）  ＦＰＤを支える部品・材料技術（１）タッチパネル、ＴＨＥ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＴＩＭＥＳ  ２０１１、Ｎｏ．４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
最近は、指のみではなく、ペンによるタッチ入力の要求が強い。しかしながら、投射型静電容量方式においては、ペンのような先の細い導電性のタッチ用器具を用いた場合には、センサにおける静電容量の変化、すなわち、センサ出力の変化は、指の場合に対して例えば１／１０程度と非常に弱い。
【０００９】
そのため、指によるタッチに対応した従来のタッチ検出装置におけるノイズ低減策では、ペンによるタッチの場合には、ノイズが相対的に大きくなってしまい、誤検出、あるいは算出した座標のずれが、非常に起こり易くなってしまう。
【００１０】
また、本質的な問題として、従来のタッチ検出装置のノイズ低減策においては、考慮されていない種類のノイズがあった。すなわち、センサ位置毎およびＴｘ回路やＲｘ回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的にデータに重畳する固定パタンノイズ（ＦＰＮ：Ｆｉｘｅｄ−Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｎｏｉｓｅ）は、考慮されていなかった。
【００１１】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、タッチパネル側から入力されるロゥデータに関して、重畳ノイズおよびオフセットを適切に低減、除去することで、タッチに伴うデータの変化をより正確に検出し、タッチ座標の算出精度を向上させることのできるタッチ検出装置およびタッチ検出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るタッチ検出装置は、タッチパネルからのＡＤ変換後のセンサ出力データであるロゥデータに基づいて、パネル上のタッチされた位置座標を出力するタッチ検出装置であって、センサ位置毎およびセンサ出力データの生成回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的にセンサ出力データに重畳する固定パタンノイズを除去した上で、ロゥデータから背景データを減算した中間差分データを出力する固定パタンノイズフィルタと、固定パタンノイズフィルタから出力された中間差分データに対して、センサ出力データに含まれるセンサ位置に依存したランダムノイズを低減して差分データを出力する後段フィルタと、後段フィルタから出力された差分データに基づいてタッチ判定データを出力するタッチ判定部と、後段フィルタから出力された差分データ、およびタッチ判定部から出力されたタッチ判定データに基づいて、タッチされた位置座標を出力する座標算出部とを備え、固定パタンノイズフィルタは、外部からの第１制御指令に応じて、最新の背景データを記憶するフレームメモリと、フレームメモリから読み出した最新の背景データと、ロゥデータとを平均化する重みを、外部からの第２制御指令に応じて可変し、加重平均化後の背景データを出力する可変加重平均化部と、可変加重平均化部から出力された加重平均化後の背景データをロゥデータから減算することで中間差分データを出力する減算器と、タッチ判定部から出力されたタッチ判定データに基づいて、加重平均化後の背景データを最新の背景データとしてフレームメモリに記憶させるための第１制御指令を生成し、かつ所望の重みによる加重平均化後の背景データを得るための第２制御指令を生成するフィルタ制御部とを含んで構成されるものである。
【００１３】
また、本発明に係るタッチ検出方法は、タッチパネルからのＡＤ変換後のセンサ出力データであるロゥデータから、センサ位置毎およびセンサ出力データの生成回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的に重畳する固定パタンノイズを除去した上で、ロゥデータから背景データを減算した中間差分データを出力する固定パタンノイズフィルタと、固定パタンノイズフィルタから出力された中間差分データに対して、センサ出力データに含まれるセンサ位置に依存したランダムノイズを低減して差分データを出力する後段フィルタと、後段フィルタから出力された差分データに基づいてタッチ判定データを出力するタッチ判定部と、後段フィルタから出力された差分データ、およびタッチ判定部から出力されたタッチ判定データに基づいて、タッチされた位置座標を出力する座標算出部とを備え、パネル上のタッチされた位置座標を出力するタッチ検出装置に適用されるタッチ検出方法であって、固定パタンノイズフィルタにおいて、外部からの第１制御指令に応じて、フレームメモリに記憶された最新の背景データを更新する更新ステップと、フレームメモリに記憶された最新の背景データを読み出す背景データ抽出ステップと、フレームメモリから読み出した最新の背景データとロゥデータとを平均化する重みを、外部からの第２制御指令に応じて可変し、加重平均化後の背景データを出力する可変加重平均化ステップと、可変加重平均化ステップで出力された加重平均化後の背景データをロゥデータから減算することで中間差分データを出力する減算ステップと、タッチ判定部から出力されたタッチ判定データに基づいて、加重平均化後の背景データを最新の背景データとしてフレームメモリに記憶させるための第１制御指令を生成する第１生成ステップと、タッチ判定部から出力されたタッチ判定データに基づいて、所望の重みによる加重平均化後の背景データを得るための第２制御指令を生成する第２生成ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、センサ位置毎およびＴｘ回路やＲｘ回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的にデータに重畳する固定パタンノイズを低減・除去するフィルタを備えることにより、タッチパネル側から入力されるロゥデータに関して、重畳ノイズおよびオフセットを適切に低減、除去することで、タッチに伴うデータの変化をより正確に検出し、タッチ座標の算出精度を向上させることのできるタッチ検出装置およびタッチ検出方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるタッチ検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、図１とは異なるタッチ検出装置の構成例を示した図である。
【図３】従来技術である投射型静電容量方式の説明図である。
【図４】従来のタッチ検出装置を含む全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のタッチ検出装置およびタッチ検出方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるタッチ検出装置の構成図である。図１に示した本実施の形態１におけるタッチ検出装置は、固定パタンノイズフィルタ１０、行毎ノイズフィルタ２０、再帰型ノイズフィルタ３０、タッチ判定部４０、および座標算出部５０を備えて構成されている。
【００１８】
そして、本実施の形態１におけるタッチ検出装置は、このような構成を有することで、図示していない前処理部からのロゥデータを入力として、タッチされた位置の座標データを高精度に算出することができる。そこで、各構成要素について、以下に詳細に説明する。
【００１９】
固定パタンノイズフィルタ１０は、可変加重平均化部１１ａおよびフレームメモリ１１ｂからなる可変再帰型フィルタ１１と、可変再帰型フィルタ制御部１２と、減算器１３とを有して構成されている。ロゥデータから可変再帰型フィルタ１１によって背景データを生成し、更新された背景データをフレームメモリ１１ｂに格納し、さらに、減算器１３において、ロゥデータから背景データを減算して、中間差分データを生成する。
【００２０】
すなわち、固定パタンノイズフィルタ１０は、タッチがない状態の背景データと、逐次入力されるロゥデータとを比較することで、タッチがあったことを検出するための中間差分データを抽出することとなる。
【００２１】
また、可変再帰型フィルタ制御部１２は、タッチ判定部４０によるタッチ判定データに基づいて、可変再帰型フィルタ１１を制御する信号を生成する。そして、可変再帰型フィルタ制御部１２は、生成した制御信号（制御指令）により、可変加重平均化部１１ａにおけるロゥデータと、フレームメモリ１１ｂから取り出した最新の背景データとの重み付けを変更し、また、フレームメモリ１１ｂにおけるデータの書き込み・更新の有効／停止を切り換える。
【００２２】
固定パタンノイズを除去するための、このような構成を備えた固定パタンノイズフィルタ１０の動作について、さらに、具体的に説明する。まず、初期化直後は、可変再帰型フィルタ制御部１２により、可変加重平均化部１１ａにおけるロゥデータと背景データとの平均値計算の重みを１：０として、背景データをロウデータと同一にするとともに、フレームメモリ１１ｂの書き込みを可能として、背景データ（＝ロゥデータ）をフレームメモリ１１ｂに書き込む。このような動作をすることで、タッチされていない初期状態のロゥデータが、背景データとしてフレームメモリ１１ｂに格納されることとなる。
【００２３】
タッチ判定部４０は、行毎ノイズフィルタ２０および再帰型ノイズフィルタ３０を経ることで、オフセット除去およびノイズ低減された後の差分データの各要素について、その値の大きさに基づいて、タッチが有るか否かを判定する。
【００２４】
そして、可変再帰型フィルタ制御部１２は、タッチ有り判定された要素の数が０個であるタッチ無しフレームの連続する数をカウントし、このカウント値に基づいて、可変再帰型フィルタ１１の制御を行う。
【００２５】
具体的には、可変再帰型フィルタ制御部１２は、タッチ無しフレーム連続数が所定数（例えば、５フレーム）未満である場合（これには、タッチ有りフレームを検出したとき、すなわち、上記タッチ無しフレーム連続数が０の場合を含む）には、可変加重平均化部１１ａにおけるロゥデータと背景データとの平均値計算の重みを、０：１にするとともに、フレームメモリ１１ｂにおける背景データの更新を停止する。
【００２６】
これによって、可変再帰型フィルタ１１は、タッチが発生した後のロゥデータでフレームメモリ１１ｂ内のデータを更新することを禁止し、フレームメモリ１１ｂに格納された、タッチ有り判定された直前のタッチ無しフレームの背景データを、出力し続ける。この結果、減算器１３は、タッチされた状態のロゥデータと、タッチ無しフレームによる背景データとに基づいて、中間差分データを生成することができる。
【００２７】
そして、この状態でのロゥデータおよび背景データには、ともに、センサ位置毎およびＴｘ回路やＲｘ回路毎の特性のばらつきに伴って固定的・定常的にデータに重畳する固定パタンノイズが含まれている。従って、両データの差分をとることで、固定パタンノイズの影響を除去することが可能となる。
【００２８】
一方、タッチ無しフレーム連続数が所定数に達した場合には、可変再帰型フィルタ制御部１２は、可変加重平均化部１１ａにおけるロゥデータと背景データとの平均値計算の重みを、１：０にしてロゥデータをそのまま背景データとするとともに、フレームメモリ１１ｂにおける背景データの更新を有効とする。
【００２９】
さらに、上記タッチ無しフレーム連続数が所定数よりも多くなると、可変再帰型フィルタ制御部１２は、可変加重平均化部１１ａにおけるロゥデータと背景データとの平均値計算の重みを、例えば、１：１、あるいは１：３などとして、背景データを生成するとともに、このデータでフレームメモリ１１ｂを更新する。
【００３０】
この際、背景データの更新に伴って、フレームメモリ１１ｂに格納される最新の背景データは、可変加重平均化処理によりランダムノイズが低減されていき、固定パタンノイズとオフセットが主に残ることとなる。従って、こうして生成した背景データを、ロゥデータから減算して両データに共通に含まれるノイズ成分を相殺して中間差分データを生成することで、固定パタンノイズとオフセットが低減、除去される。
【００３１】
この結果、タッチ有りフレームの場合には、タッチに伴って増加した値に対して、行毎や列毎およびフレームデータの要素毎のランダムノイズが主に重畳していることとなる。一方、タッチ無しフレームの場合には、ランダムノイズが主な成分となる。そして、固定パタンノイズフィルタ１０の後段に設けられた、行毎ノイズフィルタ２０および再帰型ノイズフィルタ３０からなる後段フィルタにより、ランダムノイズが除去された差分データが生成される。
【００３２】
より具体的には、中間差分データは、その後、図１においては、行平均化部２１と、ラインメモリ２２と、減算器２３とを有する行毎ノイズフィルタ２０、および、フレームメモリ３１と、加重平均化部３２とを有する再帰型ノイズフィルタ３０を経て、行毎のランダムノイズとデータ要素毎のランダムノイズの低減が行われる。ここで、行平均化部２１は、タッチ有り判定された要素は、平均値計算から除外する。
【００３３】
こうして、各種のノイズおよびオフセットを低減、除去した後の差分データに基づいて、タッチ判定部４０は、タッチの有無を判定し、座標算出部５０は、タッチ座標の計算を行う。さらに、座標算出部５０は、タッチ座標の時間的な連続性を考慮したトラッキングＩＤを求め、同ＩＤとともに座標を出力する。
【００３４】
なお、フレームデータの要素毎のランダムノイズを低減するには、再帰型ノイズフィルタ３０の他に、２次元ローパスフィルタ（２次元ＬＰＦ）も適用できる。また、列毎のランダムノイズが顕著である場合には、列平均化部とフレームメモリを有する列毎ノイズフィルタを用いることで、列毎のランダムノイズの低減を図ることができる。
【００３５】
図２は、本発明の実施の形態１において、図１とは異なるタッチ検出装置の構成例を示した図である。すなわち、行毎のランダムノイズを除去するためには、行毎ノイズフィルタ２０を用いるが、列毎のランダムノイズを除去するためには、列毎ノイズフィルタ２０ａを用いることができ、行毎ノイズフィルタ２０と列毎ノイズフィルタ２０ａとを組み合わせて用いることもできる。
【００３６】
また、フレームデータの要素毎のランダムノイズを除去するためには、再帰型ノイズフィルタ３０、あるいは２次元ＬＰＦ３０ａを用いることができる。これらの組合せの一例を示したものが、図２（ａ）〜図２（ｃ）であり、固定パタンノイズフィルタ１０の後段には、ランダムノイズを除去するための後段フィルタを、種々の構成で実現できる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１によれば、タッチパネル側から前処理部を経て入力されるロゥデータに基づいて、パネル上のタッチした位置の座標を出力するタッチ検出装置において、固定パタンノイズおよびオフセットを低減・除去できる固定パタンノイズフィルタを備えている。
【００３８】
より具体的には、固定パタンノイズフィルタは、可変加重平均化部とフレームメモリとを有する可変再帰型フィルタと、連続したタッチ判定結果に基づいて可変再帰型フィルタを制御するためのフィルタ制御部と、減算器とを有して構成されている。このような構成を備えることで、背景データを生成するとともに、背景データをロゥデータから減算して固定パタンノイズおよびオフセットを低減、除去した中間差分データを生成することができる。
【００３９】
さらに、中間差分データを生成する固定パタンノイズフィルタの後段には、行毎や列毎、およびセンサ位置毎のランダムノイズを低減して差分データを生成することのできるノイズフィルタを備えている。この結果、ノイズおよびオフセットを適切に低減、除去した差分データに基づき、より高い精度で、タッチの有無の判定とタッチされた座標の算出を行うことのできるタッチ検出装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  固定パタンノイズフィルタ、１１  可変再帰型フィルタ、１１ａ  可変加重平均化部、１１ｂ  フレームメモリ、１２  可変再帰型フィルタ制御部、１３  減算器、２０  行毎ノイズフィルタ、２０ａ  列毎ノイズフィルタ、２１  行平均化部、２２  ラインメモリ、２３  減算器、３０  再帰型ノイズフィルタ、３０ａ  ２次元ＬＰＦ、３１  フレームメモリ、３２  加重平均化部、４０  タッチ判定部、５０  座標算出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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