JP5490828B2 - 線形系係数推定方法及びそれを用いた集積回路、タッチパネルシステム、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、マトリックス状に構成された静電容量の容量値を推定または検出する線形系係数推定方法及びそれを用いた集積回路、タッチパネルシステム、及び電子機器に関する。

マトリックス状に分布した静電容量値を検出する装置として、Ｍ本のドライブラインとＬ本のセンスラインとの間に形成される静電容量行列の静電容量値の分布を検出する容量検出回路が、特許文献１に開示されている。上記容量検出装置では、指やペンでタッチパネルに触れたとき、触れられた位置において静電容量の容量値が小さくなることを利用しており、上記容量値の変化を検出することによって、指やペンによるタッチパネルとの接触位置を検出する。

図１３は、従来のタッチパネルシステム９００の構成を示す模式図である。また、図１４は、タッチパネルシステム９００の駆動方法を説明するための図である。タッチパネルシステム９００は、タッチパネル９０２とタッチパネルコントローラ９０３とを備える。タッチパネル９０２は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４と、センスラインＳＬ１〜ＳＬ４と、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４とセンスラインＳＬ１〜ＳＬ４とが交差する位置に配置された静電容量Ｃ１１〜Ｃ４４とを有している。また、タッチパネルコントローラ９０３は、駆動部９０４及び増幅器９０８を有している。

以下に、タッチパネルシステム９００においては、どのような方法によって静電容量値を測定値（検出値）に変換しているのか説明する。

駆動部９０４は、図１４の式３に示される、４行４列の符号系列に基づいて、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４を駆動する。符号系列の要素が「１」であれば、駆動部９０４は電源電圧ＶＤＤを印加し、要素が「０」であれば、ゼロボルトを印加する。

タッチパネルシステム９００は、センスラインＳＬ１〜ＳＬ４のそれぞれに対応するように配置された、４個の増幅器９０８を有している。４個の増幅器９０８は、駆動部９０４により駆動されたセンスラインＳＬ１〜ＳＬ４に沿った、静電容量の線形和Ｙ１〜Ｙ４を受け取って増幅する。

具体的には、例えば、上記４行×４列の符号系列による４回の駆動のうちの最初の駆動では、駆動部９０４はドライブラインＤＬ１に電源電圧ＶＤＤを印加し、残りのドライブラインＤＬ２〜ＤＬ４にゼロボルトを印加する。すると、例えばセンスラインＳＬ３からは、図１４の式１で示される静電容量Ｃ３１に対応する出力が測定値Ｙ１として増幅器９０８に供給される。

そして、２回目の駆動では、ドライブラインＤＬ２に電源電圧ＶＤＤを印加し、残りのドライブラインＤＬ１、ＤＬ３、ＤＬ４にゼロボルトを印加する。すると、センスラインＳＬ３からは、図１４の式２で示される静電容量Ｃ３２に対応する出力が測定値Ｙ２として増幅器９０８に供給される。

同様に、３回目の駆動では、ドライブラインＤＬ３に電源電圧ＶＤＤを印加し、残りのドライブラインにゼロボルトを印加する。その後、４回目の駆動では、ドライブラインＤＬ４に電源電圧ＶＤＤを印加し、残りのドライブラインにゼロボルトを印加する。３回目の駆動、４回目の駆動によって、それぞれ、静電容量Ｃ３、Ｃ４に対応する測定値Ｙ３、Ｙ４が得られる。

以上によって、図１４の式３及び式４に示すように、測定値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４が、それぞれ、静電容量値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４と関連付けられる。

特開２００５−１５２２２３号公報（平成１７年 ６月１６日公開）

前述のように、タッチパネル９００では、静電容量値から測定値（検出値）を得ることができる。

しかしながら、タッチパネルシステム９００では、１回の測定で１本のドライブラインと交差する容量データしか取得できず、ノイズ成分が小さくならず、静電容量の容量変化を正しく検出することが困難であるという問題がある。

すなわち、従来のタッチパネルシステム９００は、ノイズの影響を受けやすい、言い換えればノイズ耐性が低い、という問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズ耐性の高い線形系係数推定方法及びそれを用いた集積回路、タッチパネルシステム、及び電子機器を提供することにある。

本発明に係る静電容量値推定方法は、タッチパネルのセンスラインとＭ本（Ｍは複数）のドライブラインとの交点に存在するＭ個の静電容量をＮ個（Ｎは複数）のＭ次元ベクトルに基づいて並列に駆動する駆動部と、前記静電容量の電荷に基づくＮ個の線形和信号を受け取る線形和信号取得部と、前記Ｎ個の線形和信号のノイズを除去するノイズ除去部と、前記Ｎ個の線形和信号に基づく信号と前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定部とを有する集積回路を備えたタッチパネルシステムにおいて、前記Ｍ個の静電容量値を推定する静電容量値推定方法であって、前記ノイズ除去部が、前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去するノイズ除去工程と、前記推定部が、前記ノイズ除去工程によりノイズを除去された前記Ｎ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定工程とを包含することを特徴としている。

上記特徴によれば、対象係数のＮ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去し、前記ノイズを除去されたＮ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の対象係数の値を推定する。

そのため、Ｍ個の対象係数の値は、線形和信号のフィルタリングによってノイズが除去された上で推定される。従って、推定されるＭ個の対象係数の値は、ノイズによって影響を受けない。すなわち、本発明に係る線形系係数推定方法は、ノイズ耐性が高い線形系係数推定方法である。

本発明に係る静電容量値推定方法では、前記ノイズ除去部は、遅延部と減算部とを備えた離散時間フィルタを含んでおり、前記ノイズ除去工程において、(i)前記遅延部は、前記線形和信号取得部からの前記線形和信号を遅延させて出力し、(ii)前記減算部は、前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記遅延部から出力される線形和信号を減算することが好ましい。

上記構成によれば、ノイズ除去工程において使用されるフィルタは離散時間フィルタである。

そのため、１つまたは複数の遅延素子と加算器を主たる構成部材として、フィルタリングに使用されるフィルタを容易に構成することができる。

本発明に係る静電容量値推定方法では、前記遅延部は、前記線形和信号取得部より得られた前記線形和信号を、所定のクロック数分遅延させる構成であり、前記駆動部は、符号長ＮのＭ系列に基づくＮ個の符号系列から、上記遅延部により遅延された所定のクロック数に対応する符号系列が含まれないようにＫ個の符号系列（Ｋ＜Ｎ）を選択して、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルを構成することが好ましい。

ハードウェア化の容易なＭ系列を使用してＮ個のＭ次元ベクトルを構成すると、該Ｎ個のＭ次元ベクトルに含まれる、あるＭ次元ベクトルＤ１を遅延クロック分遅延させたベクトルＤ２もまた上記Ｎ個のＭ次元ベクトルに含まれる。上記Ｄ１、Ｄ２が共に含まれている線形和信号から計算による対象係数の推定を行うとき、Ｄ１とＤ２間の前述の関係によって、上記計算が煩雑になることがある。

しかしながら、上記構成によれば、符号長ＮのＭ系列に基づくＮ個の符号系列から選択され構成されたＫ個のＭ次元ベクトルには、ある符号系列に対して遅延クロック分遅延させた符号系列が含まれない。

そのため、対象係数の推定のための上記計算が煩雑にならない。

本発明に係る静電容量値推定方法では、前記ノイズ除去部は、遅延素子と係数計算部と可変ゲイン部と減算部とを備えた適応フィルタを含んでおり、前記ノイズ除去工程において、(i)前記遅延素子は、前記線形和信号取得部から得られた前記線形和信号を遅延させた出力信号を出力し、(ii)前記係数計算部は、前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号と前記遅延素子からの前記出力信号との相関を計算し、(iii)前記可変ゲイン部は、前記係数計算部による前記相関の計算結果に応じて、前記遅延素子からの前記出力信号に対してゲインを与え、(iv)前記減算部は、前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記可変ゲイン部によりゲインを与えられた前記出力信号を減算することが好ましい。

上記構成によれば、適応フィルタが、入力された線形和信号に対して伝達関数を自己適応させる。

そのため、入力された線形和信号に重畳したノイズが変化しても、当該変化したノイズに最適なフィルタによってフィルタリングされる。従って、ノイズを最適に除去することができる。

あるいは、上記構成によれば、ノイズの特性が変化した場合であってもノイズを最も効果的に減衰できる伝達関数を選択することができるので、ノイズ耐性の高い線形系係数推定方法を提供することができる。

本発明に係る集積回路は、タッチパネルのセンスラインとＭ本（Ｍは複数）のドライブラインとの交点に存在するＭ個の静電容量をＮ個（Ｎは複数）のＭ次元ベクトルに基づいて並列に駆動する駆動部と、前記静電容量の電荷に基づくＮ個の線形和信号を受け取る線形和信号取得部とを備えた集積回路であって、前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去するノイズ除去部と、前記ノイズ除去部によりノイズを除去されたＮ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定部とをさらに備えたことを特徴とする。

上記特徴によれば、ノイズ除去部が、対象係数のＮ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去し、推定部が、ノイズを除去されたＮ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の対象係数の値を推定する。

そのため、Ｍ個の対象係数の値は、線形和信号のノイズが除去された上で推定される。従って、推定されるＭ個の対象係数の値は、ノイズによって影響を受けない。すなわち、本発明に係る集積回路は、ノイズ耐性が高い集積回路である。

本発明に係る集積回路では、前記ノイズ除去部は、(i)前記線形和信号取得部からの前記線形和信号を遅延させて出力する遅延部と、(ii)前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記遅延部から出力される線形和信号を減算する減算部と、を備えた離散時間フィルタを含むことが好ましい。

上記構成によれば、１つまたは複数の遅延素子と加算器とを主として、ノイズ除去部を容易に構成することができる。

本発明に係る集積回路において、前記遅延部は、前記線形和信号取得部より得られた前記線形和信号を、所定のクロック数分遅延させ、前記駆動部は、符号長ＮのＭ系列に基づくＮ個の符号系列から、上記遅延部により遅延された所定の遅延クロック数に対応する符号系列が含まれないようにＫ個の符号系列（Ｋ＜Ｎ）を選択して、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルを構成することが好ましい。

上記構成によれば、Ｍ次元ベクトル構成部によって符号長ＮのＭ系列に基づくＮ個の符号系列から選択され構成されたＫ個のＭ次元ベクトルには、ある符号系列に対して遅延クロック分遅延させた符号系列が含まれない。

そのため、対象係数の推定のための上記計算が煩雑にならない。

本発明に係る集積回路では、前記ノイズ除去部は、(i)前記線形和信号取得部から得られた前記線形和信号を遅延させた出力信号を出力する遅延素子と、(ii)前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号と前記遅延素子からの前記出力信号との相関を計算する係数計算部と、(iii)前記係数計算部による前記相関の計算結果に応じて、前記遅延素子からの前記出力信号に対してゲインを与える可変ゲイン部と、(iv)前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記可変ゲイン部によりゲインを与えられた前記出力信号を減算する減算部と、を備えた適応フィルタを含むことが好ましい。

上記構成によれば、ノイズ除去部に含まれる適応フィルタが、入力された線形和信号に対して伝達関数を自己適応させる。

そのため、ノイズ除去部は、入力された線形和信号に重畳したノイズが変化しても、当該変化したノイズに最適なフィルタによってフィルタリングを行う。従って、ノイズを最適に除去することができる。

本発明に係るタッチパネルシステムは、本発明に係る集積回路と、前記センスラインと前記Ｍ本のドライブラインとを有する前記タッチパネルとを備え、前記集積回路は、前記Ｍ本のドライブラインと前記センスラインとの交点の前記静電容量が有するＭ個の静電容量値を推定することを特徴とする。

上記特徴によれば、本発明のタッチパネルシステムに備えられた集積回路に設けられたノイズ除去部が、対象係数のＮ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去し、推定部が、ノイズを除去されたＮ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の対象係数の値を推定する。

そのため、Ｍ個の対象係数の値は、線形和信号のノイズが除去された上で推定される。従って、推定されるＭ個の対象係数の値は、ノイズによって影響を受けない。すなわち、本発明に係るタッチパネルシステムは、ノイズ耐性が高いタッチパネルシステムである。

本発明に係る電子機器は、本発明に係る集積回路と、前記センスラインと前記Ｍ本のドライブラインとを有する前記タッチパネルと、前記タッチパネルに重ねられているか、前記タッチパネルを内蔵した表示パネルとを備え、前記集積回路は、前記Ｍ本のドライブラインと前記センスラインとの交点の前記静電容量が有するＭ個の静電容量値を推定することを特徴とする。

上記特徴によれば、本発明の電子機器に備えられた集積回路に設けられたノイズ除去部が、対象係数のＮ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去し、推定部が、ノイズを除去されたＮ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の対象係数の値を推定する。

そのため、Ｍ個の対象係数の値は、線形和信号のノイズが除去された上で推定される。従って、推定されるＭ個の対象係数の値は、ノイズによって影響を受けない。すなわち、本発明に係る電子機器は、ノイズ耐性が高い電子機器である。

以上のように、本発明に係る静電容量値推定方法は、タッチパネルのセンスラインとＭ本（Ｍは複数）のドライブラインとの交点に存在するＭ個の静電容量をＮ個（Ｎは複数）のＭ次元ベクトルに基づいて並列に駆動する駆動部と、前記静電容量の電荷に基づくＮ個の線形和信号を受け取る線形和信号取得部と、前記Ｎ個の線形和信号のノイズを除去するノイズ除去部と、前記Ｎ個の線形和信号に基づく信号と前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定部とを有する集積回路を備えたタッチパネルシステムにおいて、前記Ｍ個の静電容量値を推定する静電容量値推定方法であって、前記ノイズ除去部が、前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去するノイズ除去工程と、前記推定部が、前記ノイズ除去工程によりノイズを除去された前記Ｎ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定工程とを包含する構成である。

これにより、ノイズ耐性が高い線形系係数推定方法を提供することができるという効果を奏する。

本発明のタッチパネルシステムの構成を示す模式図である。 符号長が１５のＭ系列の具体例を示す図である。 （ａ）はノイズ印加前の線形和信号を示す図であり、（ｂ）はノイズ印加後の信号を示す図であり、（ｃ）はフィルタからの出力信号を示す図である。 （ａ）はノイズ印加前の線形和信号を示す図であり、（ｂ）は特性が変化したノイズ印加後の信号を示す図であり、（ｃ）は適応フィルタでないフィルタを用いて、ノイズ印加後の信号を処理した場合の信号を示す図である。 フィルタを備えた本発明のタッチパネルシステムの構成を示す模式図である。 本発明のタッチパネルシステムに使用されるフィルタの構成を示す模式図である。 （ａ）は特性が変化したノイズ印加前の線形和信号を示す図であり、（ｂ）は特性が変化したノイズ印加後の信号を示す図であり、（ｃ）は、係数が変更可能でないノイズフィルタを用いて上記ノイズ印加後の信号を処理した場合の信号を示す図である。（ｄ）はフィルタを用いて、上記ノイズ印加後の信号を処理した場合の信号を示す図であり、（ｅ）は係数計算部の出力信号を示す図である。 （ａ）は係数が変更可能なフィルタに入力された容量パターンを示す図であり、（ｂ）は容量パターンからフィルタによって推定された容量パターンを示す図である。 係数が変更可能な他のフィルタを備えた本発明のタッチパネルシステムの構成を示す模式図である。 本発明のタッチパネルシステムに使用される係数が変更可能なフィルタの構成を示す模式図である。 本発明の電子機器の一例に係る携帯電話機の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の参考に係るタッチパネルシステムの構成を示す模式図である。 従来のタッチパネルシステムの構成を示す模式図である。 タッチパネルシステムを駆動するための符号系列の構成を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図１〜１２を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明に過ぎない。
（実施の形態の前提となる構成）
（線形系係数推定方法の例；タッチパネルシステム８００）
図１２は、本発明の参考例に係るタッチパネルシステム８００の構成を示す模式図である。

タッチパネルシステム８００は、タッチパネル８０２とタッチパネルコントローラ８０３とを備えている。タッチパネル８０２は、Ｍ本のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＭと、複数のセンスラインとを有している。但し、説明の簡潔化のために、センスラインは１本のセンスラインＳＬのみが設けられているものとして説明する。ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＭとセンスラインＳＬとが交差する位置には、静電容量値がそれぞれＣ_１〜Ｃ_Ｍである静電容量Ｃ１〜ＣＭが配置されている。

タッチパネルコントローラ８０３には、駆動部８０４が設けられている。駆動部８０４は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＭを並列に駆動する。符号系列Ｈの要素が「１」であれば、駆動部８０４は電圧Ｖを印加し、要素が「−１」であれば、電圧−Ｖを印加する。

タッチパネルコントローラ８０３は、センスラインＳＬに対応する位置に配置された増幅器８０６を有している。増幅器８０６は、駆動部８０４により駆動された静電容量のセンスラインＳＬに沿った下記の（式５）により示される線形和信号Ｓ_ｊを受け取って増幅する。

ここで、Ｎ個のＭ次元ベクトルをＤ_ｉ，ｊとおいた。また、推定されるべき対象係数Ａ_ｋは、内積計算によって、

と表される。式６に前述のＳ_ｊを代入すると、

で与えられる。ここで、ベクトルＤ_ｉ，ｊ（ｉ＝１、・・、Ｍ；ｊ＝１、・・Ｎ）がそれぞれ互いに直交であるとすれば、同一ベクトル同士の内積は１、異なるベクトル同士の内積は０になるので、

となる。ただし、ｋ＝１、・・・、Ｍ。

さて、センスラインにノイズＮｏ_ｊが重畳される場合には、線形和Ｓ_ｊは、

となる。また、内積演算によって推定される対象係数Ａ_ｋは、

あるいは、前述のベクトルＤ_ｉ，ｊの直交条件により、

となる。

このように、線形計算によって対象係数を推定して決定する方法を、線形系係数推定方法と呼ぶ。

タッチパネルシステム８００の線形系係数推定方法では、上式のように、ノイズＮｏ_ｊとベクトルＤ_ｉ，ｊの内積に応じた誤りが対象係数Ａ_ｋの推定値（（式１１）の右辺第２項）に生じるため、対象係数Ａ_ｋはノイズの影響を受けやすい、言い換えれば上記線形系係数推定方法によって決定される対象係数Ａ_ｋはノイズ耐性が低い。従って、タッチパネルシステム８００は、ノイズ耐性が低い。
（実施の形態１）
（タッチパネルシステム１００の構成）
本発明に係るタッチパネルシステム１００を図１に示す。

タッチパネルシステム１００は、タッチパネル１０２とタッチパネルコントローラ１０３とを備えている。タッチパネル１０２は、Ｍ本のドライブラインＤＬ１〜ＤＬＭと、１本のセンスラインＳＬとを有している。ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＭとセンスラインＳＬとが交差する位置には、静電容量値がそれぞれＣ_１〜Ｃ_Ｍである静電容量Ｃ１〜ＣＭが配置されている。

タッチパネルコントローラ１０３には、駆動部１０４が設けられている。駆動部１０４は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬＭを並列に駆動する。符号系列Ｈの要素が「１」であれば、駆動部１０４は電圧Ｖを印加し、要素が「−１」であれば、電圧−Ｖを印加する。

タッチパネルコントローラ１０３は、センスラインＳＬに対応する位置に配置された増幅器１０６を有している。増幅器１０６は、オペアンプ１０７と、一端がオペアンプ１０７の非反転入力端子に接続され、他端がオペアンプ１０７の出力に接続された積分容量Ｃｆとを有している。増幅器１０６は、駆動部１０４により駆動された静電容量のセンスラインＳＬに沿った線形和信号を受け取って増幅する。

タッチパネルシステム１００は、図１２に示した参考に係るタッチパネルシステム８００と、一部を除いて同様の構成である。タッチパネルシステム１００とタッチパネルシステム８００との相違点は、タッチパネルシステム１００では、増幅器１０６と推定部１０５との間にフィルタ１０１（ノイズ除去部、離散時間フィルタ）を含んでいるが、タッチパネルシステム８００はフィルタ１０１を含んでいないことである。なお、本実施例では、センスラインＳＬ数を１（ＳＬ）とし、ドライブラインＤＬ数を７（ＤＬ１〜ＤＬ７）とする。

フィルタ１０１は、増幅器１０６からの線形和信号を遅延させて供給する遅延器１０８と、増幅器１０６からの線形和信号から、遅延器１０８から出力される線形和信号を減算して推定部１０５に供給する減算器１０９とを有している。

推定部１０５は、フィルタ１０１によりノイズを除去された線形和信号に基づく信号と、Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算によりＭ個の静電容量の値を推定する。
（タッチパネルシステム１００の動作例）
本実施例では、符号長が１５のＭ系列を用いて、センスラインの容量を駆動する。図２に、符号長が１５のＭ系列の符号系列ＭＣの例を示す。本実施例では、ドライブライン数を７としているので、図２に示す１５個の系列Ｅ１，ｊ〜Ｅ１５，ｊのうち７つを使用する。本実施例のフィルタ１０１は、信号を１クロック遅らせるブロック（遅延器１０８）を含む。そのため、たとえば図２の系列Ｅ１,ｊを使用する場合、系列Ｅ２,ｊを１クロック遅らせた信号が、系列Ｅ１,ｊとなるが、これらの系列を同時に使用することは避けるべきである。そこで、本実施例では、Ｄｉ,ｊ=Ｅ２ｉ−１,ｊ（ｉ＝１、・・、７）となる系列Ｄｉ,ｊを使用する。

このように、実施の形態１に係る１５個の７次元ベクトルは、符号長１５のＭ系列の符号系列ＭＣに基づく１５個の符号系列から、遅延クロック分遅延させた符号系列が含まれないように７個の符号系列（Ｋ＜Ｎ）を選択して構成する。

図３（ａ）にノイズが重畳される前の線形和信号Ｓ１、図３（ｂ）にノイズが重畳された後の信号Ｓ２、図３（ｃ）にフィルタ１０１の出力信号Ｓ３を示す。縦軸は正規化された信号振幅を表し、横軸は時間を表す。出力信号Ｓ３は、ノイズ重畳後の信号Ｓ２と比較して、ノイズの振幅が低くなっていることが分かる。

つづいて、図４（ａ）にタッチパネル１０２に形成された容量パターンＰ１を示し、推定部１０５で推定された容量パターンＰ２を図４（ｂ）に示す。破線が本発明のフィルタ１０１を使用しない場合における容量パターンＰ３、実線が本発明のフィルタ１０１を使用した場合における推定された容量パターンＰ２である。縦軸は、正規化された容量値を示し、横軸は容量が設置されたドライブラインの番号を示す。フィルタ１０１を使用した容量パターンＰ２は、フィルタ１０１を使用しない容量パターンＰ３よりも、入力容量パターンＰ１により近い推定パターンとなっている。

なお、タッチパネルシステム１００では、フィルタ１０１の代わりに、線形和信号に対して伝達関数を変更可能なフィルタを用いてもよい。そうすれば、ノイズを最も効果的に減衰できる伝達関数を選択することによって、ノイズ耐性の高いタッチパネルシステム１００を提供することができる。
（本発明の線形系係数推定方法）
タッチパネルシステム１００において使用される、本発明に係る線形系係数推定方法の一例を説明する。

タッチパネルシステム１００では、Ｎ個のＭ次元ベクトルにより、複数の対象係数を並列駆動して得た前記対象係数のＮ個の線形和信号に対して、フィルタリングを行うことでノイズを減衰させる。上記フィルタリングに使用されるフィルタ１０１の伝達関数をＨｎ＝１−ｚ^−１とする。

静電容量値をＣ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｍ）とする線形和信号

に対して、フィルタ１０１を適用すると、

となる。（式１３）において、ノイズ信号の周波数が小さい場合は、Ｎｏ_ｊ−Ｎｏ_ｊ−１≒０となり、ノイズを軽減することができることがわかる。

しかしながら、上式の右辺第二項はＤ_{ｉ,ｊ−１}を含んでいる。Ｍ次元ベクトルＤ_ｉ，ｊとして、ハードウェア化の容易なＭ系列を使用する場合、あるベクトルを1クロック分遅延させたベクトルは、別のベクトルになる。ここで、Ｄ_{ｉ,ｊ−１}＝Ｄ_{ｉ＋１,ｊ}と表せる。これを（式１３）の右辺第二項に代入すると、Ｓｏ_ｊは、

となる。このとき、ノイズがほぼゼロになったとすると、内積演算によって推定される対象係数Ａ_ｋは、（式６）および（式１４）から、

と表せる。ここで、異なるベクトルの内積は無視できるほど小さいとすると、

となる。この場合、対象係数Ａ_ｋは隣り合う係数Ｃ_ｋ、Ｃ_ｋ−１の差分となる。そこで、

なる係数Ｂ_ｋを計算することにより、Ｃ_ｋを推定することができる。

また、あるベクトルを1クロック遅延させたベクトルの使用を避けながら、Ｃ_ｋの推定をすることが可能である。たとえば、２Ｎ個のＭ次元ベクトルであるＭ系列Ｅ_ｉ,ｊを用意し、Ｅ_２ｉ，ｊ＝Ｄ_ｉ，ｊで定義すれば、

は、

となる。

ゆえに、内積演算によって推定される対象係数Ａ_ｋは、ノイズがほぼゼロになったとした場合、（式２）および（式１９）から、

となる。Ｄ_ｉ，ｊ＝Ｅ_２ｉ，ｊの定義より、Ｄ_ｉ,ｊはＥ_２ｉ＋１を含まない（異なる）から、異なるベクトルの内積は無視できるほど小さいとすれば、

となる。

このように、本実施の形態の線形系係数推定方法によれば、推定される対象係数Ａ_ｋを表す式がノイズＮｏ_ｊを含まない。従って、対象係数Ａ_ｋはノイズＮｏ_ｊの影響を受けない。

従って、本実施の形態の線形系係数推定方法によれば、ノイズを軽減でき、ノイズ耐性の高いタッチパネルシステム１００を提供することができる。
（実施の形態２）
本発明の集積回路、タッチパネルシステム、及び電子機器に使用するフィルタの別の例として、係数を変更可能なフィルタ２００およびフィルタ２０００（適応フィルタ）について、図５〜図１０に基づいて説明する。

まず、集積回路、タッチパネルシステム、及び電子機器に使用するフィルタを、係数を変更可能としない場合において、ノイズの特性がある特性からそれとは異なる特性に変化したときの信号の例を図７（ａ）、図７（ｂ）に示す。図７（ａ）は特性が変化したノイズを印加する前の線形和信号Ｓ４、図７（ｂ）は特性が変化したノイズを印加した後の信号Ｓ５を示す。また、係数が変更可能でないノイズフィルタを用いて、信号Ｓ５を処理した信号Ｓ６を図７（ｃ）に示す。同図から分かるように、ノイズの特性が変化した後では、上記ノイズフィルタはノイズを減衰できていない。
（適応フィルタの例１）
図５に、フィルタ２００を備えた本発明のタッチパネルシステム１００ａの構成の模式図を示す。前述のタッチパネルシステム１００との差異は、フィルタ１００とは異なるフィルタ２００を備えたタッチパネルコントローラ１０３ａである。また、図６に、フィルタ２００の構成の模式図を示す。フィルタ２００は、遅延素子２０１、可変ゲイン部２０２、係数計算部２０３、および、入力信号から、可変ゲイン部２０２からの信号を減算する減算部２０４で構成される。ここで、係数計算部２０３は、フィルタ２００の入力信号と遅延素子２０１の出力信号との相関を計算し、相関が正であれば１を出力し、負であれば−１を出力する。可変ゲイン部２０２は、遅延素子２０１の出力信号に対して係数計算部２０３の出力信号が1であれば１、−１であれば−１のゲインを持つ。

フィルタ２００を用いて、前述の図７（ｂ）に示した信号Ｓ５をフィルタリングした信号Ｓ７を図７(ｄ）に示す。また、係数計算部２０３での出力信号Ｓ８を図７(ｅ）に示す。同図によれば、フィルタ２００によって、ノイズの特性が変化した後でも、ノイズを減衰できていることがわかる。

つづいて、図８（ａ）に、タッチパネル１０２に形成された容量パターンＰ４を示し、図８（ｂ）に、上記容量パターンＰ４がタッチパネルコントローラ１０３ａに入力されたときの、推定部１０５により推定された容量パターンＰ５を示す。図８（ｂ）において、破線は本発明のフィルタを使用しない場合の推定された容量パターンＰ６、実線がフィルタ２００を使用した場合の推定された容量パターンＰ５である。縦軸は、正規化された容量値を示し、横軸は容量が設置されたドライブラインの番号を示す。フィルタを使用することで、タッチパネル１０２に形成された容量パターンＰ４により近い推定の要領パターンＰ５が得られた。

このように、係数が変更可能なフィルタ２００を用いることで、ノイズの特性が変化した場合でも、ノイズを減衰可能である。
（適応フィルタの例２）
図９に、フィルタ２０００を備えたタッチパネルコントローラ１０３ｂを含む、本実施の形態のタッチパネルシステム１００ｂの構成を示す模式図を示す。また、図１０に、フィルタ２００とは別の、係数を変更可能なフィルタ例として、フィルタ２０００を示す。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。

図１、図６では、１クロック分の遅延素子を１つ用いる構成のフィルタの例を示したが、フィルタ２０００は、複数個の遅延素子２０１０を用いた構成である。

フィルタ２０００は、Ｎ個の遅延素子２０１０と加算部２０４０とで構成されるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｃｅ）フィルタである。フィルタ２０００は、入力信号をｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ）クロック遅延された信号が、可変ゲイン部２０２０において重みａ_ｉで重み付けられたのち、加算部２０４０により加算されて出力される。重みａ_ｉを適応的に変更することで、ノイズの特性が変化した場合であっても、ノイズを最も効果的に減衰できる伝達関数を選択でき、ノイズ耐性の高い機器を提供することができる。

なお、実施の形態２では、フィルタの係数を1または−１としたが他の値であっても良い。また、本実施例では、フィルタの係数を信号の相関計算によって決定したが、ＬＭＳ法など別の方法を用いて決定しても良い。
（実施の形態３）
本発明の集積回路により制御されるタッチパネルを搭載した電子機器の例として、携帯電話機３００を図１１に示して説明する。

図１１は、本実施形態に係る携帯電話機３００の構成を示す機能ブロック図である。携帯電話機３００は、ＣＰＵ３１０と、ＲＡＭ３１２と、ＲＯＭ３１１と、カメラ３１３と、マイクロフォン３１４と、スピーカ３１５と、操作キー３１６と、表示パネル３１８と、表示制御回路３０９と、タッチパネルシステム３０１とを備えている。各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。

ＣＰＵ３１０は、携帯電話機３００の動作を制御する。ＣＰＵ３１０は、たとえばＲＯＭ３１１に格納されたプログラムを実行する。操作キー３１６は、ユーザによる携帯電話機３００への指示の入力を受ける。ＲＡＭ３１２は、ＣＰＵ３１０によるプログラムの実行により生成されたデータ、または操作キー３１６を介して入力されたデータを揮発的に格納する。ＲＯＭ３１１は、データを不揮発的に格納する。

また、ＲＯＭ３１１は、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリなどの書込みおよび消去が可能なＲＯＭである。また、図１１には示していないが、携帯電話機３００が、他の電子機器に有線により接続するためのインターフェイス（ＩＦ）を備える構成としてもよい。

カメラ３１３は、ユーザの操作キー３１６の操作に応じて、被写体を撮影する。なお、撮影された被写体の画像データは、ＲＡＭ３１２や外部メモリ（たとえば、メモリカード）に格納される。マイクロフォン３１４は、ユーザの音声の入力を受付ける。携帯電話機３００は、当該入力された音声（アナログデータ）をデジタル化する。そして、携帯電話機３００は、通信相手（たとえば、他の携帯電話機）にデジタル化した音声を送る。スピーカ３１５は、例えば、ＲＡＭ３１２に記憶された音楽データなどに基づく音を出力する。

タッチパネルシステム３０１は、タッチパネル３０２とタッチパネルコントローラ３０３とを有している。ＣＰＵ３１０は、タッチパネルシステム３０１の動作を制御する。ＣＰＵ３１０は、例えばＲＯＭ３１１に記憶されたプログラムを実行する。ＲＡＭ３１２は、ＣＰＵ３１０によるプログラムの実行により生成されたデータを揮発的に格納する。ＲＯＭ３１１は、データを不揮発的に格納する。

表示パネル３１８は、表示制御回路３０９により、ＲＯＭ３１１、ＲＡＭ３１２に格納されている画像を表示する。表示パネル３１８は、タッチパネル３０２に重ねられているか、タッチパネル３０２を内蔵している。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、マトリックス状に構成された静電容量の容量値を推定または検出する線形系係数推定方法及びそれを用いた集積回路、タッチパネルシステム、及び電子機器に使用することができる。

１００、３０１ タッチパネルシステム
１０１ フィルタ（ノイズ除去部、離散時間フィルタ）
１０３、３０３ タッチパネルコントローラ（集積回路）
１０４ 駆動部
１０５ 推定部
１０６ 増幅器
１０７ オペアンプ
１０８ 遅延器（遅延部）
１０９ 減算器（減算部）
２００ フィルタ（ノイズ除去部、適応フィルタ）
２０１ 遅延素子
２０２ 可変ゲイン部
２０３ 係数計算部
３００ 携帯電話機（電子機器）
３０２ タッチパネル
３０９ 表示制御回路
３１０ ＣＰＵ
３１１ ＲＯＭ
３１２ ＲＡＭ
３１３ カメラ
３１４ マイクロフォン
３１５ スピーカ
３１６ 操作キー
３１８ 表示パネル
８０６ 増幅器（線形和信号取得部）
２０００ フィルタ（ノイズ除去部、離散時間フィルタ、適応フィルタ）
ＭＣ Ｍ系列による符号系列
Ｓ１〜Ｓ８ 信号
Ｐ１〜Ｐ３ 容量パターン

Claims (10)

1. タッチパネルのセンスラインとＭ本（Ｍは複数）のドライブラインとの交点に存在するＭ個の静電容量をＮ個（Ｎは複数）のＭ次元ベクトルに基づいて並列に駆動する駆動部と、前記静電容量の電荷に基づくＮ個の線形和信号を受け取る線形和信号取得部と、前記Ｎ個の線形和信号のノイズを除去するノイズ除去部と、前記Ｎ個の線形和信号に基づく信号と前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定部とを有する集積回路を備えたタッチパネルシステムにおいて、前記Ｍ個の静電容量値を推定する静電容量値推定方法であって、
   前記ノイズ除去部が、前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去するノイズ除去工程と、
   前記推定部が、前記ノイズ除去工程によりノイズを除去された前記Ｎ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定工程とを包含することを特徴とする静電容量値推定方法。
2. 前記ノイズ除去部は、遅延部と減算部とを備えた離散時間フィルタを含んでおり、
   前記ノイズ除去工程において、(i)前記遅延部は、前記線形和信号取得部からの前記線形和信号を遅延させて出力し、(ii)前記減算部は、前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記遅延部から出力される線形和信号を減算することを特徴とする請求項１記載の静電容量値推定方法。
3. 前記遅延部は、前記線形和信号取得部より得られた前記線形和信号を、所定のクロック数分遅延させる構成であり、
   前記駆動部は、符号長ＮのＭ系列に基づくＮ個の符号系列から、上記遅延部により遅延された所定のクロック数に対応する符号系列が含まれないようにＫ個の符号系列（Ｋ＜Ｎ）を選択して、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルを構成することを特徴とする請求項２記載の静電容量値推定方法。
4. 前記ノイズ除去部は、遅延素子と係数計算部と可変ゲイン部と減算部とを備えた適応フィルタを含んでおり、
   前記ノイズ除去工程において、(i)前記遅延素子は、前記線形和信号取得部から得られた前記線形和信号を遅延させた出力信号を出力し、(ii)前記係数計算部は、前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号と前記遅延素子からの前記出力信号との相関を計算し、(iii)前記可変ゲイン部は、前記係数計算部による前記相関の計算結果に応じて、前記遅延素子からの前記出力信号に対してゲインを与え、(iv)前記減算部は、前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記可変ゲイン部によりゲインを与えられた前記出力信号を減算することを特徴とする請求項１記載の静電容量値推定方法。
5. タッチパネルのセンスラインとＭ本（Ｍは複数）のドライブラインとの交点に存在するＭ個の静電容量をＮ個（Ｎは複数）のＭ次元ベクトルに基づいて並列に駆動する駆動部と、前記静電容量の電荷に基づくＮ個の線形和信号を受け取る線形和信号取得部とを備えた集積回路であって、
   前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号に重畳したノイズを、前記線形和信号をフィルタリングすることによって除去するノイズ除去部と、
   前記ノイズ除去部によりノイズを除去されたＮ個の線形和信号に基づく信号と、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量値を推定する推定部とをさらに備えたことを特徴とする集積回路。
6. 前記ノイズ除去部は、(i)前記線形和信号取得部からの前記線形和信号を遅延させて出力する遅延部と、(ii)前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記遅延部から出力される線形和信号を減算する減算部と、を備えた離散時間フィルタを含むことを特徴とする請求項５記載の集積回路。
7. 前記遅延部は、前記線形和信号取得部より得られた前記線形和信号を、所定のクロック数分遅延させ、
   前記駆動部は、符号長ＮのＭ系列に基づくＮ個の符号系列から、上記遅延部により遅延された所定の遅延クロック数に対応する符号系列が含まれないようにＫ個の符号系列（Ｋ＜Ｎ）を選択して、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルを構成することを特徴とする請求項６記載の集積回路。
8. 前記ノイズ除去部は、(i)前記線形和信号取得部から得られた前記線形和信号を遅延させた出力信号を出力する遅延素子と、(ii)前記線形和信号取得部により得られた前記Ｎ個の線形和信号と前記遅延素子からの前記出力信号との相関を計算する係数計算部と、(iii)前記係数計算部による前記相関の計算結果に応じて、前記遅延素子からの前記出力信号に対してゲインを与える可変ゲイン部と、(iv)前記線形和信号取得部からの前記線形和信号から、前記可変ゲイン部によりゲインを与えられた前記出力信号を減算する減算部と、を備えた適応フィルタを含むことを特徴とする請求項５記載の集積回路。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の集積回路と、
   前記センスラインと前記Ｍ本のドライブラインとを有する前記タッチパネルとを備え、
   前記集積回路は、前記Ｍ本のドライブラインと前記センスラインとの交点の前記静電容量が有するＭ個の静電容量値を推定することを特徴とするタッチパネルシステム。
10. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の集積回路と、
    前記センスラインと前記Ｍ本のドライブラインとを有する前記タッチパネルと、
    前記タッチパネルに重ねられているか、前記タッチパネルを内蔵した表示パネルとを備え、
    前記集積回路は、前記Ｍ本のドライブラインと前記センスラインとの交点の前記静電容量が有するＭ個の静電容量値を推定することを特徴とする電子機器。

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