JP7510230B2 - 表示システム、制御装置および制御方法 - Google Patents

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Description

本開示は、タッチ検出機能を有する表示システム、制御装置および制御方法に関する。
ユーザのタッチ位置を検出するためのタッチセンサが表示パネル内に組み込まれたインセル型の表示装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。この表示装置では、液晶表示パネルの画素に共通電圧を供給するための共通電極を複数に分割して、これらの共通電極をタッチセンサ電極としても利用する。画像表示期間において共通電圧が複数の共通電極に供給され、タッチ検出期間においてタッチ検出用のタッチ駆動信号が複数の共通電極に供給される。
国際公開第２０１８／１２３８１３号
インセル型の表示装置において、更なる改善が求められている。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の表示システムは、画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置と、複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、を備える。タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まない。
本発明の別の態様は、制御装置である。この装置は、画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置を制御する制御装置であって、複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、を備える。タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まない。
本発明のさらに別の態様は、制御方法である。この方法は、画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置の制御方法であって、複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給するステップと、複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、表示装置への物体のタッチを検出するステップと、を備える。タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まない。
上記の態様により、更なる改善を実現できる。
第１の実施の形態に係る表示システムのブロック図である。 図１の表示装置の回路構成を概略的に示す図である。 図２の共通電極の配置を示す上面図である。 図１の表示装置の縦断面図である。 図１の制御回路による制御タイミングの一例を示す図である。 図６（ａ）～（ｊ）は、図５に示した制御タイミングにより、画像表示とタッチ検出を実行する場合の具体例を示す図である。 図７（ａ）は、図１の表示システムのタッチ駆動信号の波形を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）のタッチ駆動信号の周波数成分を示す図である。 図１の表示システムのタッチ駆動信号の生成処理を示すフローチャートである。 図９（ａ）は、比較例に係る矩形波のタッチ駆動信号の波形を示し、図９（ｂ）は、図９（ａ）のタッチ駆動信号の周波数成分を示す図である。 図１０（ａ）は、比較例に係る正弦波のタッチ駆動信号の波形を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のタッチ駆動信号の周波数成分を示す図である。 第１の実施の形態と比較例に係るタッチ駆動信号による共通電極の寄生容量に充電できる電荷量を示す図である。 第２の実施の形態に係るホストのブロック図である。 第２の実施の形態に係る表示システムのタッチ駆動信号の生成処理を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る表示システムのタッチ駆動信号の生成処理を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る表示システムのタッチ駆動信号の別の生成処理を示すフローチャートである。
（本開示の基礎となった知見）
実施の形態を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。インセル型のタッチディスプレイでは、共通電極より観察者側には電極が存在しないため、共通電極より観察者側にタッチセンサ電極が配置されたアウトセル型の表示装置よりもノイズを放射しやすい。そのため、共通電極に供給されたタッチ駆動信号の高調波成分に起因する電磁波の輻射が発生し、この輻射が周囲の受信機などに影響を与える可能性がある。
本発明者は、正弦波のタッチ駆動信号を用いることで高調波の輻射を抑制できるが、正弦波のタッチ駆動信号ではタッチ検出感度が低下するという課題を発見した。この課題を解決するために、本開示に係る表示システムは以下のように構成される。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る表示システム１のブロック図である。表示システム１は、自動車などの車両に搭載された車載の表示システム１である一例について説明するが、用途は特に限定されず、携帯機器などに用いてもよい。
表示システム１は、ホスト１０と、タッチディスプレイ２０とを備える。ホスト１０は、ラジオ、カーナビゲーション、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信などの各種機能を実行するとともに、タッチディスプレイ２０を制御する。ホスト１０は、制御装置１２、受信機１４およびアンテナ１６を備える。
制御装置１２は、たとえばＣＰＵであり、ホストＣＰＵとも呼ばれる。制御装置１２は、受信機１４を制御するとともに、画像データＤＤと制御データＣＤをタッチディスプレイ２０に供給し、これらのデータをもとにタッチディスプレイ２０を制御する。
受信機１４は、アンテナ１６を介して無線信号を受信する。受信機１４は、たとえばラジオ受信機能、ＧＰＳ受信機能、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ受信機能の少なくとも１つを含む。受信機１４が複数の受信機能を含む場合、アンテナ１６は、受信機能毎のアンテナを含むことができる。
タッチディスプレイ２０は、表示装置２２と、制御装置２４とを備える。表示装置２２は、たとえば、カーナビゲーション画面などが表示される車室内のセンターディスプレイなどとして利用される。
表示装置２２は、インセル型のＩＰＳ（In Plane Switching）方式の液晶表示装置であり、タッチ位置を検出可能である。表示装置２２の構成は、例えば、以下に説明する周知の構成となっている。
図２は、図１の表示装置２２の回路構成を概略的に示す。図２は、各構成要素の概略的な配置も示す。表示装置２２は、行方向に延びる複数のゲート線Ｇ１，Ｇ２，・・・と、列方向に延びる複数のソース線Ｓ１，Ｓ２，・・・と、複数の画素スイッチング素子３０と、複数の画素電極３２と、複数の共通電極３４とを備える。各画素スイッチング素子３０は、薄膜トランジスタであり、ゲート線とソース線の交点付近に画素に対応して設けられる。各画素スイッチング素子３０において、ゲートにはゲート線が接続され、ソースにはソース線が接続され、ドレインには画素電極３２が接続される。１つの共通電極３４に対して、複数の画素スイッチング素子３０と複数の画素電極３２が配置される。画素電極３２と共通電極３４との間の電界により液晶層が制御される。共通電極３４は、画像表示およびタッチ検出に共用される。そのため、電極の層数を削減して、表示装置２２を薄く構成できる。共通電極３４は、センサ電極と呼ぶこともできる。
図３は、図２の共通電極３４の配置を示す上面図である。複数の共通電極３４は、マトリクス状に配置される。各共通電極３４は、信号線３６で制御装置２４に接続される。
表示装置２２は、自己容量方式によりタッチ位置を検出する。表示装置２２の表示面に指が近づくと、共通電極３４と指の間に静電容量が発生する。静電容量が発生すると共通電極３４における寄生容量が増加し、共通電極３４にタッチ駆動信号を供給するときの電流が増加する。この電流の変動量にもとづいてタッチ位置が検出される。
図４は、図１の表示装置２２の縦断面図である。表示装置２２は、厚さ方向に沿って順に重ねて配置されるバックライトユニット４０、下偏光板４２、薄膜トランジスタ基板（以下、ＴＦＴ基板と呼ぶ）４４、液晶層５２、カラーフィルタ基板５４、上偏光板５６、接合層５８、および、保護層６０を備える。
以下の説明では、表示装置２２の厚さ方向のうち、ＴＦＴ基板４４に対して保護層６０が位置する側を前面側とし、その逆を背面側とする。
表示装置２２は、バックライトユニット４０から出射された光を用いて、画像光を前面側、即ち観察者側に出射する。
ＴＦＴ基板４４は、ガラス基板４６、ガラス基板４６の前面側に配置された複数のゲート電極４８、複数のソース電極５０、および、複数の共通電極３４を有する。図示は省略するが、ＴＦＴ基板４４は、図２の複数のゲート線Ｇ１，Ｇ２，・・・、複数のソース線Ｓ１，Ｓ２，・・・、複数の画素電極３２および複数の画素スイッチング素子３０も有する。ＴＦＴ基板４４の前面側に配置された液晶層５２は、画素電極３２と共通電極３４との間に発生する横方向の電界により制御される。
接合層５８は、透光性を有し、上偏光板５６と保護層６０とを接合する。接合層５８は、例えば、ＯＣＡ（Optically Clear Adhesive）などの透明粘着シート、または、ＯＣＲ（Optically Clear Resin）などの液状の透明樹脂が硬化したものである。
保護層６０は、表示装置２２を保護するための透光性を有する層であり、ガラス基板またはプラスチック基板などで構成される。保護層６０は、カバーレンズなどとも呼ばれる。
図１に戻る。制御装置２４は、たとえばＩＣとして構成され、ホスト１０からの制御データＣＤと画像データＤＤにしたがって表示装置２２を制御する。制御装置２４は、制御回路７０と、第１駆動回路７２と、第２駆動回路７４と、タッチ検出回路７６とを備える。
制御回路７０は、たとえばマイコンで構成され、第１駆動回路７２と第２駆動回路７４の信号生成タイミング、タッチ検出回路７６のタッチ検出タイミングなどを制御する。
制御回路７０は、単位フレーム期間（１フレーム期間）に、表示画像の１フレームが表示装置２２に描画され、かつ、１画面のタッチ検出が少なくとも１回実行されるよう、第１駆動回路７２、第２駆動回路７４およびタッチ検出回路７６を制御する。１画面のタッチ検出は、１画面のタッチスキャンとも呼べる。単位フレーム期間は、垂直同期期間とも呼べる。単位フレーム期間の詳細は後述する。
第１駆動回路７２は、制御回路７０の制御にしたがい、基準クロック信号を生成する。第１駆動回路７２は、制御回路７０の制御にしたがい、ホスト１０からの画像データＤＤにもとづいて、生成された基準クロック信号に同期したソース信号ＳＳを生成する。第１駆動回路７２は、制御回路７０の制御にしたがい、生成された基準クロック信号に同期したゲート信号ＧＳを生成する。
第１駆動回路７２は、ソース信号ＳＳを表示装置２２の複数のソース線に順次供給し、ゲート信号ＧＳを表示装置２２の複数のゲート線に順次供給する。
第１駆動回路７２は、基準クロック信号を第２駆動回路７４に供給する。第２駆動回路７４は、制御回路７０の制御にしたがい、予め定められた固定電圧である基準電圧ＶＣＯＭ、および、基準クロック信号に同期したタッチ駆動信号ＴＸを生成する。第２駆動回路７４は、図３の信号線３６を介して、基準電圧ＶＣＯＭまたはタッチ駆動信号ＴＸを表示装置２２の全体の複数の共通電極３４に供給する。タッチ駆動信号ＴＸの詳細は後述する。
タッチ検出回路７６は、表示装置２２への物体のタッチを検出する。タッチ検出回路７６は、制御回路７０の制御にしたがい、各共通電極３４にタッチ駆動信号ＴＸが供給されたときの当該共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸに基づいて、当該共通電極３４に対応する位置への物体のタッチを検出する。
タッチ検出回路７６は、タッチ駆動信号ＴＸの各パルスに関して、パルスの立ち上がりから所定期間の間、各共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸを積分し、積分値と基準値との差分値を導出する。この処理に替えて、または、加えて、タッチ検出回路７６は、タッチ駆動信号ＴＸの各パルスに関して、パルスの立ち下がりから所定期間の間、各共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸを積分し、積分値と基準値との差分値を導出してもよい。１つのタッチ検出期間に１つの共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸに関して、１つのタッチ検出期間のタッチ駆動信号ＴＸのパルスの数に比例した数の差分値が得られる。それぞれの値は、共通電極３４の静電容量と基準静電容量との差分値を表す。タッチ検出回路７６は、共通電極３４ごとに、これら差分値を平均した値を検出値として算出する。物体のタッチによる共通電極３４の静電容量の変化量が大きいほど、検出値は大きくなる。タッチがなく、共通電極３４の静電容量の変化量がゼロであれば、検出値はゼロである。
タッチ検出回路７６は、各共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸにもとづく検出値と、所定のタッチ検出閾値を比較し、検出値がタッチ検出閾値以上のとき、当該共通電極３４の位置にタッチ有りと判定する。これは、タッチが検出されたことに相当する。タッチ検出回路７６は、タッチ有りと判定した共通電極３４の位置にもとづいて、画面内におけるタッチ位置を検出する。タッチ検出回路７６は、検出したタッチ位置の情報を制御回路７０に出力する。なお、タッチ検出回路７６は、表示装置２２の一部の複数の共通電極３４の複数の検出値の総和を導出してもよい。この場合、タッチ検出回路７６は、検出値の総和がタッチ検出閾値以上のとき、当該検出値の総和に対応する複数の共通電極３４の位置にタッチ有りと判定し、タッチ有りと判定した位置にもとづいて、画面内におけるタッチ位置を検出してもよい。
制御回路７０は、タッチ検出回路７６からのタッチ位置の情報にもとづいてタッチ位置の座標データＴＤを導出し、１画面分のタッチ検出が終了した場合、導出された座標データＴＤを含むタッチレポートをホスト１０の制御装置１２に出力する。制御装置１２は、座標データＴＤに応じて各種処理を実行する。
制御回路７０は、タッチ駆動信号ＴＸの周波数の外来ノイズの量に応じて周波数ホッピングの制御を行う。制御回路７０は、タッチ駆動信号ＴＸの周波数のノイズが検出された場合、タッチ駆動信号ＴＸの周波数を変更する。これにより、外来ノイズによるタッチ検出精度や感度の低下を抑制できる。外来ノイズの検出と周波数ホッピングには、周知の技術を利用できる。
制御回路７０は、上述したタッチの有無の判定に利用される基準値を所定のタイミングで導出する。所定のタイミングは、たとえば、表示システム１の起動時、前回の導出から一定時間が経過した時、周波数ホッピングでタッチ駆動信号ＴＸの周波数を変更する前などを含む。
制御回路７０は、基準値を導出する場合、タッチ検出回路７６に積分値を要求する。積分値の要求に応じて、タッチ検出回路７６は、タッチ駆動信号ＴＸのパルスのタイミングごとに、各共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸを積分し、各共通電極３４に関する積分値を制御回路７０に出力する。
制御回路７０は、タッチ検出回路７６から出力された複数の積分値にもとづいて、それぞれの共通電極３４の基準静電容量に関する基準値を導出する。基準値の導出には、公知の技術を利用できる。たとえば、制御回路７０は、共通電極３４ごとに、連続する所定数の単位フレーム期間の複数の積分値の統計値を基準値とする。
制御装置１２、制御回路７０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
以下、制御回路７０による表示装置２２の制御、および、表示装置２２の動作を具体的に説明する。表示装置２２は、画面内の複数の共通電極３４が複数のグループに分割された複数の表示領域と、画面内の複数の共通電極３４が複数のグループに分割された複数のタッチ検出領域とを含む。タッチ検出回路７６は、タッチ検出領域ごとにタッチ検出信号ＲＸを受信する。制御回路７０は、画面内の複数のタッチ検出領域の１つに対する部分的なタッチ検出と、画面内の複数の表示領域の１つに対する部分的な画像表示とを交互に繰り返して、タッチ検出と画像表示を時分割に制御する。
図５は、図１の制御回路７０による制御タイミングの一例を示す。図５は、単位フレーム期間（１フレーム期間）に、１枚の画像を表示し、１画面分のタッチ検出を２回実行する例を示す。本実施の形態では、６０Ｈｚ駆動で画像を表示する表示装置２２を想定しているため、単位フレーム期間は約１６．７（＝１／６０）ｍｓに設定される。タッチレポートレートは１２０Ｈｚである。
図５に示す例では、制御回路７０は、画面内に８つの表示領域を形成し、４つのタッチ検出領域を形成する。８つの表示領域は、水平方向に７箇所、スライスされて垂直方向に８等分されて形成される。以下、一番上の表示領域を第１表示領域、上から２番目の表示領域を第２表示領域、・・・、一番下の表示領域を第８表示領域という。４つのタッチ検出領域は、たとえば、垂直方向に３箇所、スライスされて水平方向に４等分されて形成される。以下、一番左のタッチ検出領域を第１タッチ検出領域、左から２番目のタッチ検出領域を第２タッチ検出領域、左から３番目のタッチ検出領域を第３タッチ検出領域、一番右のタッチ検出領域を第４タッチ検出領域という。表示領域の数は「８」に限定されず、タッチ検出領域の数は「４」に限定されない。
制御回路７０は、単位フレーム期間において、第１表示領域の画像表示、第１タッチ検出領域のタッチ検出、第２表示領域の画像表示、第２タッチ検出領域のタッチ検出、第３表示領域の画像表示、第３タッチ検出領域のタッチ検出、第４表示領域の画像表示、第４タッチ検出領域のタッチ検出、第５表示領域の画像表示、第１タッチ検出領域のタッチ検出、第６表示領域の画像表示、第２タッチ検出領域のタッチ検出、第７表示領域の画像表示、第３タッチ検出領域のタッチ検出、第８表示領域の画像表示、第４タッチ検出領域のタッチ検出の順に制御する。この制御により、制御回路７０は、画面内の上半分の画像を表示させている期間に１回目の１画面分のタッチ検出を実行し、画面内の下半分の画像を表示させている期間に２回目の１画面分のタッチ検出を実行する。
図６（ａ）～（ｊ）は、図５に示した制御タイミングにより、画像表示とタッチ検出を実行する場合の具体例を示す。図６（ａ）は第１表示領域の画像表示、図６（ｂ）は第１タッチ検出領域Ｒ１の１回目のタッチ検出、図６（ｃ）は第２表示領域の画像表示、図６（ｄ）は第２タッチ検出領域Ｒ２の１回目のタッチ検出、図６（ｅ）は第４表示領域の画像表示、図６（ｆ）は第４タッチ検出領域Ｒ４の１回目のタッチ検出、図６（ｇ）は第５表示領域の画像表示、図６（ｈ）は第１タッチ検出領域Ｒ１の２回目のタッチ検出、図６（ｉ）は第８表示領域の画像表示、図６（ｊ）は第４タッチ検出領域Ｒ４の２回目のタッチ検出をそれぞれ示している。８回の部分画像の表示により、「Ａ」という全体画像が表示される。
このように単位フレーム期間は、８つの表示期間と８つのタッチ検出期間とを含む。表示期間とタッチ検出期間は交互に配置される。単位フレーム期間の表示期間の数とタッチ検出期間の数は、それぞれ「８」に限定されない。
表示期間の間、第１駆動回路７２は、複数のソース線にソース信号ＳＳを供給し、表示対象の表示領域のゲート線にゲート信号ＧＳを供給し、第２駆動回路７４は画面内の複数の共通電極３４に基準電圧ＶＣＯＭを供給する。第２駆動回路７４は、表示期間にはタッチ駆動信号ＴＸの供給を停止する。
第２駆動回路７４は、それぞれのタッチ検出期間の間、４つのタッチ検出領域の複数の共通電極３４にタッチ駆動信号ＴＸを供給する。第２駆動回路７４は、タッチ検出期間には基準電圧ＶＣＯＭの供給を停止する。
タッチ検出回路７６は、それぞれのタッチ検出期間の間、検出対象のタッチ検出領域の複数の共通電極３４から受信したタッチ検出信号ＲＸにもとづいて、当該検出対象のタッチ検出領域への物体のタッチを検出する。タッチ検出回路７６は、タッチ検出期間ごとに検出対象のタッチ検出領域を順次変更し、タッチ検出期間ごとに異なるタッチ検出領域でタッチを検出する。
タッチ駆動信号ＴＸは、基本波と、特定周波数とは異なる周波数の高調波とを含み、特定周波数の高調波を含まない。特定周波数は、高調波を抑制すべき周波数であり、受信機１４が受信する無線信号の周波数である。具体的には、タッチ駆動信号ＴＸは、特定周波数が含まれる所定の周波数帯の高調波を含まない。所定の周波数帯は、受信機１４が受信する無線信号の周波数帯である。
なお、「タッチ駆動信号ＴＸが特定周波数の高調波を含まない」とは、タッチ駆動信号ＴＸが、受信機１４の受信性能に影響しない程度の微少な特定周波数の高調波成分を含んでもよいことを意味する。微少な特定周波数の高調波成分の値は、実験などにより適宜定めることができる。
第２駆動回路７４は、基本波と、所定の周波数帯より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳してタッチ駆動信号ＴＸを生成する。
ｎを２以上の整数として、重畳可能な高調波の次数を（２ｎ－１）と表す。基本波の基本周波数をＦｔ［ｋＨｚ］、所定の周波数帯の最も低い周波数をＦｒ［ｋＨｚ］として、Ｆｔ（２ｎ－１）＜Ｆｒと表せる。よって、２ｎ－１＜Ｆｒ／Ｆｔである。
以下、所定の周波数帯は、一例としてＡＭラジオの受信周波数帯であり、５００ｋ～１７００ｋＨｚであると想定する。つまりＦｒは５００ｋＨｚである。また、一例としてＦｔを５０ｋＨｚと想定する。この例では、上記式を満たす最大の（２ｎ－１）は９である。
図７（ａ）は、図１の表示システムのタッチ駆動信号ＴＸの波形を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）のタッチ駆動信号ＴＸの周波数成分を示す。図示するタッチ駆動信号ＴＸは、基本波、３次高調波、５次高調波、７次高調波、および、９次高調波が重畳された信号である。つまりタッチ駆動信号ＴＸは、９次高調波までの奇数次高調波を含み、９次高調波より高い周波数の高調波を含まない。そのため、受信周波数帯２００の電磁波の輻射を抑制できる。タッチ駆動信号ＴＸは、１以上の奇数次高調波を含み、かつ、特定の高調波が除去された非正弦波であるともいえる。
具体的な重畳方法は特に限定されないが、たとえば第２駆動回路７４は、基本周波数の正弦波のアナログ信号と、基本周波数の３倍、５倍、７倍および９倍の周波数の正弦波のアナログ信号とを生成し、これらのアナログ信号を図示しない加算回路で加算し、加算されたアナログ信号をタッチ駆動信号ＴＸとする。
あるいは、第２駆動回路７４は、デジタル信号処理により、上記複数の正弦波の数値データにもとづいて合成波形を表すデジタルの数値データを生成し、生成されたデータをＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換し、変換されたアナログ信号をタッチ駆動信号ＴＸとしてもよい。
次に、以上の構成による表示システム１の全体的な動作を説明する。図８は、図１の表示システム１のタッチ駆動信号ＴＸの生成処理を示すフローチャートである。第２駆動回路７４は、基本波と、所定の周波数帯より低い周波数の奇数次高調波とを重畳してタッチ駆動信号ＴＸを生成する（Ｓ１０）。制御回路７０は、生成されたタッチ駆動信号ＴＸに対応した基準値を生成する（Ｓ１２）。
ここで、比較例のインセル型のタッチディスプレイについて説明する。比較例では、タッチ駆動信号は矩形波または正弦波である。タッチ駆動信号の周波数は５０ｋＨｚである。
図９（ａ）は、比較例に係る矩形波のタッチ駆動信号の波形を示し、図９（ｂ）は、図９（ａ）のタッチ駆動信号の周波数成分を示す。矩形波のタッチ駆動信号は、基本波と複数の奇数次高調波とを含む。５００ｋ～１７００ｋＨｚの受信周波数帯２００に１１次高調波から３３次高調波の成分が含まれる。そのため、これらの高調波成分を含むノイズの輻射がラジオの受信に影響を与える可能性がある。
これに対して本実施の形態では、タッチ駆動信号ＴＸは受信周波数帯２００の高調波を含まないので、受信周波数帯２００の電磁波の輻射を抑制できる。
図１０（ａ）は、比較例に係る正弦波のタッチ駆動信号の波形を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のタッチ駆動信号の周波数成分を示す。正弦波のタッチ駆動信号は、基本波で構成され、高調波を含まない。そのため、タッチ駆動信号に起因した受信周波数帯２００の電磁波の輻射を抑制できる。
一方、図９（ａ）の矩形波と比較して、正弦波の立ち上がりは緩やかであるため、正弦波の立ち上がり時に所定時間で共通電極３４の寄生容量に充電できる電荷量が減少する。そのため、タッチ検出信号ＲＸの積分値も減少し、タッチありとタッチなしの積分値の差が減少し、タッチ検出感度が低下する。
図１１は、第１の実施の形態と比較例に係るタッチ駆動信号ＴＸによる共通電極３４の寄生容量に充電できる電荷量を示す。図１１では、矩形波による充電電荷量を１００％として、正弦波と各種の合成波による充電電荷量の割合を示す。合成波は、基本波と３次高調波の合成波、基本波と３次および５次高調波の合成波、基本波と３次、５次および７次高調波の合成波、基本波と３次、５次、７次および９次高調波の合成波である。
たとえば、タッチ駆動信号ＴＸの周波数が５０ｋＨｚの場合、矩形波の充電電荷量に対して正弦波の充電電荷量は５７．２％に低下するが、基本波と３次高調波の合成波では８２．６％に改善する。９次高調波まで重畳すると８９．８％に増加する。
つまり、本実施の形態のタッチ駆動信号ＴＸは、特定周波数とは異なる周波数の奇数次高調波を含むので、正弦波のタッチ駆動信号と比較し、立ち上がりが急になり、その結果、所定時間に共通電極３４の寄生容量を充電できる電荷量を増やすことができる。
９次までの奇数次高調波のうち１以上の奇数次高調波を基本波に重畳すれば充電電荷量の改善効果はあるが、重畳する奇数次高調波が多いほど充電電荷量を高めることができ、タッチ検出感度を向上できる。
本実施の形態によれば、特定周波数の電磁波の輻射を正弦波の場合と同程度に維持した上で、正弦波の場合よりもタッチ検出感度を高めることができる。つまり、輻射ノイズの低減とタッチ検出感度を両立できる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、特定周波数を取得し、取得された特定周波数より低い周波数の奇数次高調波を重畳することが第１の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図１２は、第２の実施の形態に係るホスト１０のブロック図である。ホスト１０の制御装置１２は、制御部９０および取得部９２を備える。制御部９０は、受信機１４を制御し、かつ、受信機１４が受信する無線信号の周波数を取得部９２に出力する。たとえば制御部９０は、ユーザの操作に応じて受信機１４のラジオ受信機能を起動し、受信機１４の受信周波数をユーザに選局された周波数に制御し、その受信周波数を出力する。受信機１４が動作していない場合、制御部９０は、受信周波数を取得部９２に出力しない。取得部９２は、制御部９０から出力された受信周波数を特定周波数として取得し、取得した特定周波数を制御回路７０に供給する。
制御回路７０は、取得部９２から供給された特定周波数を取得し、その特定周波数とタッチ駆動信号ＴＸの周波数にもとづいて、重畳する奇数次高調波の最大の次数（２ｎ－１）を算出し、算出した最大の次数を第２駆動回路７４に供給する。第２駆動回路７４は、取得部９２で特定周波数が取得された場合、供給された最大の次数にしたがい、基本波と、特定周波数より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳してタッチ駆動信号ＴＸを生成する。これにより、特定周波数の輻射を抑制できる。
第２駆動回路７４は、特定周波数が高くなるほど、重畳する奇数次高調波の数を増やす。たとえば、特定周波数が５００ｋＨｚの場合、第２駆動回路７４は、基本波と、９次までの４つの奇数次高調波を重畳する。特定周波数が１７００ｋＨｚの場合、第２駆動回路７４は、基本波と、３３次までの１６の奇数次高調波を重畳する。これにより、特定周波数が高くなるほど、第１の実施の形態と比較して共通電極３４の寄生容量の充電電荷量を増やすことができ、タッチ検出感度を向上できる。
第２駆動回路７４は、取得部９２で特定周波数が取得されない場合、基本波と、所定数の奇数次高調波とを重畳してタッチ駆動信号ＴＸを生成する。所定数は、第２駆動回路７４の信号生成能力に応じて予め定められている。重畳する奇数次高調波の最大の次数を算出する必要がないため、特定周波数が取得されない場合の処理を簡素化できる。特定周波数が取得されない場合、受信機１４は動作していないため、タッチ駆動信号ＴＸは、受信機１４の動作中よりも多くの高調波を含んでよい。
所定数は、取得部９２で特定周波数が取得された場合に重畳される奇数次高調波の最大数より多くてよい。これにより、特定周波数が取得された場合よりも共通電極３４の寄生容量の充電電荷量を増やすことができ、タッチ検出感度を向上できる。
第２駆動回路７４がタッチ駆動信号ＴＸを変更した場合、制御回路７０は、タッチの有無の判定に利用される基準値を導出する。これにより、変更されたタッチ駆動信号ＴＸにもとづく共通電極３４の寄生容量の充電電荷量に応じた基準値を得ることができ、タッチ駆動信号ＴＸが変更されたことによるタッチの誤検出を抑制できる。
図１３は、第２の実施の形態に係る表示システム１のタッチ駆動信号ＴＸの生成処理を示すフローチャートである。特定周波数が取得された場合（Ｓ２０のＹ）、制御回路７０は、Ｆｔ（２ｎ－１）＜Ｆｒを満たす最大の（２ｎ－１）を算出し（Ｓ２２）、第２駆動回路７４は、基本波と（２ｎ－１）次までの高調波を重畳してタッチ駆動信号ＴＸを出力する（Ｓ２４）。制御回路７０は、生成されたタッチ駆動信号ＴＸに対応した基準値を生成する（Ｓ２６）。Ｓ２０で特定周波数が取得されない場合（Ｓ２０のＮ）、第２駆動回路７４は、基本波と所定数の奇数次高調波とを重畳してタッチ駆動信号ＴＸを出力し（Ｓ２８）、Ｓ２６に移る。
本実施の形態によれば、特定周波数が取得された場合に特定周波数の輻射を抑制でき、特定周波数が取得されない場合に処理を簡素化できる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、所定の矩形波における特定周波数の周波数成分を減衰させてタッチ駆動信号ＴＸとすることが第２の実施の形態と異なる。以下、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
第２駆動回路７４は、取得部９２で特定周波数が取得された場合、基本周波数の矩形波から特定周波数の周波数成分を減衰させてタッチ駆動信号ＴＸを生成する。そのためタッチ駆動信号ＴＸは、特定周波数の高調波を含まない。
特定周波数の周波数成分を減衰させる方法は特に限定されないが、たとえば、第２駆動回路７４は、矩形波における特定周波数の周波数成分の波形とは逆位相の特定周波数の正弦波を矩形波に合成してタッチ駆動信号ＴＸを生成してもよい。逆位相の特定周波数の正弦波の振幅は、矩形波における特定周波数の周波数成分の大きさに合わせて設定される。特定周波数が矩形波のいずれかの奇数次高調波の周波数と等しい場合、その奇数次高調波がキャンセルされる。特定周波数が矩形波のいずれの奇数次高調波の周波数とも等しくない場合、特定周波数のノイズがキャンセルされる。
第２駆動回路７４は、取得部９２で特定周波数が取得されない場合、矩形波のタッチ駆動信号ＴＸを生成する。つまり、矩形波に対して逆位相の正弦波の合成処理が行われない。これにより、消費電力を削減できる。
図１４は、第３の実施の形態に係る表示システム１のタッチ駆動信号ＴＸの生成処理を示すフローチャートである。特定周波数が取得された場合（Ｓ２０のＹ）、制御回路７０は、所定の矩形波をフーリエ変換し、特定周波数の周波数成分を取得する（Ｓ３０）。第２駆動回路７４は、取得された特定周波数の周波数成分をもとに逆位相の正弦波を生成し（Ｓ３２）、矩形波に生成された逆位相の正弦波を重畳してタッチ駆動信号ＴＸを出力する（Ｓ３４）。Ｓ２０で特定周波数が取得されない場合（Ｓ２０のＮ）、第２駆動回路７４は、矩形波のタッチ駆動信号ＴＸを出力する（Ｓ３６）。
特定周波数の周波数成分を減衰させる別の方法として、第２駆動回路７４は、矩形波のデータをデジタルフィルタで構成された図示しないバンドストップフィルタに通し、フィルタの出力データをＤ／Ａ変換してタッチ駆動信号ＴＸを生成してもよい。これにより、表示システム１の構成の自由度を向上できる。なお、バンドストップフィルタに替えてローパスフィルタを用いてもよい。
図１５は、第３の実施の形態に係る表示システム１のタッチ駆動信号ＴＸの別の生成処理を示すフローチャートである。特定周波数が取得された場合（Ｓ２０のＹ）、第２駆動回路７４は、特定周波数に合わせてバンドストップフィルタの阻止帯域を設定し（Ｓ４０）、矩形波をバンドストップフィルタに通してタッチ駆動信号ＴＸを出力する（Ｓ４２）。Ｓ２０で特定周波数が取得されない場合（Ｓ２０のＮ）、第２駆動回路７４は、矩形波のタッチ駆動信号ＴＸを出力する（Ｓ３６）。
本実施の形態によれば、特定周波数が取得された場合に特定周波数の高調波成分を含まないタッチ駆動信号ＴＸを生成でき、特定周波数が取得されない場合に消費電力を削減できる。
以上、本開示について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
たとえば、第３の実施の形態において、第２駆動回路７４は、第１の実施の形態と同様に特定周波数が含まれる所定の周波数帯の周波数成分を減衰させてタッチ駆動信号ＴＸを生成してもよい。この場合、第２駆動回路７４は、矩形波における所定の周波数帯の複数の奇数次高調波のそれぞれに関して、奇数次高調波の波形とは逆位相の正弦波を生成し、生成された複数の逆位相の正弦波を矩形波に合成し、所定の周波数帯の複数の奇数次高調波をキャンセルする。バンドストップフィルタを用いる場合、第２駆動回路７４は、フィルタの阻止帯域を所定の周波数帯に設定する。この変形例では、特定周波数を取得する処理が不要となる。
また、実施の形態では制御装置２４がタッチディスプレイ２０に含まれるが、制御装置２４はホスト１０に含まれてもよい。実施の形態では第１駆動回路７２が基準クロック信号を生成するが、第２駆動回路７４が基準クロック信号を生成してもよい。単位フレーム期間は、表示装置２２のタッチ検出領域の数と同数またはその３倍以上のタッチ検出期間を含んでもよい。これらの変形例では、表示システム１の構成の自由度を向上できる。
本開示の一態様に係る表示システムは、
画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置と、
前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、
前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、を備え、
前記タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まない。
この態様によると、輻射ノイズの低減とタッチ検出感度を両立できる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記駆動回路は、基本波と、前記特定周波数が含まれる所定の周波数帯より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、としても良い。
この場合、所定の周波数帯の輻射を抑制できる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記特定周波数を取得する取得部をさらに備え、
前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得された場合、基本波と、当該特定周波数より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、としても良い。
この場合、特定周波数の輻射を抑制できる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得されない場合、基本波と、所定数の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、としても良い。
この場合、特定周波数が取得されない場合の処理を簡素化できる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記特定周波数を取得する取得部をさらに備え、
前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得された場合、基本周波数の矩形波から前記特定周波数の周波数成分を減衰させて前記タッチ駆動信号を生成する、としても良い。
この場合、特定周波数の高調波成分を含まないタッチ駆動信号を生成できる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得されない場合、前記矩形波の前記タッチ駆動信号を生成する、としても良い。
この場合、消費電力を削減できる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得された場合、前記矩形波における前記特定周波数の周波数成分の波形とは逆位相の当該特定周波数の正弦波を当該矩形波に合成して前記タッチ駆動信号を生成する、としても良い。
この場合、特定周波数の高調波成分を減衰させることができる。
本開示の一態様に係る表示システムにおいて、例えば、
前記複数の共通電極のそれぞれから受信した前記検出信号にもとづいて、それぞれの共通電極の基準静電容量に関する基準値を導出する制御回路をさらに備え、
前記タッチ検出回路は、前記検出信号と前記基準値にもとづいてタッチを検出する、としても良い。
この場合、タッチ駆動信号にもとづく基準値を得られるので、タッチの誤検出を抑制できる。
本開示の一態様に係る制御装置は、
画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置を制御する制御装置であって、
前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、
前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、を備え、
前記タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まない。
この態様によると、輻射ノイズの低減とタッチ検出感度を両立できる。
本開示の一態様に係る制御方法は、
画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置の制御方法であって、
前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給するステップと、
前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するステップと、を備え、
前記タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まない。
この態様によると、輻射ノイズの低減とタッチ検出感度を両立できる。
本開示は、タッチ検出機能を有する表示システム、制御装置および制御方法に利用できる。
１…表示システム、１２…制御装置、２２…表示装置、２４…制御装置、３４…共通電極、７０…制御回路、７２…第１駆動回路、７４…第２駆動回路、７６…タッチ検出回路、９２…取得部。

Claims (8)

  1. 画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置と、
    前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、
    前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、を備え、
    前記タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まず、
    前記駆動回路は、基本波と、前記特定周波数が含まれる所定の周波数帯より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、
    ことを特徴とする表示システム。
  2. 画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置と、
    前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、
    前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、
    特定周波数を取得する取得部と、を備え、
    前記タッチ駆動信号は、前記特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まず、
    前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得された場合、基本波と、当該特定周波数より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、
    ことを特徴とする表示システム。
  3. 前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得されない場合、基本波と、所定数の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の表示システム。
  4. 前記複数の共通電極のそれぞれから受信した前記検出信号にもとづいて、それぞれの共通電極の基準静電容量に関する基準値を導出する制御回路をさらに備え、
    前記タッチ検出回路は、前記検出信号と前記基準値にもとづいてタッチを検出する、
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表示システム。
  5. 画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置を制御する制御装置であって、
    前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、
    前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、を備え、
    前記タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まず、
    前記駆動回路は、基本波と、前記特定周波数が含まれる所定の周波数帯より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、
    ことを特徴とする制御装置。
  6. 画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置を制御する制御装置であって、
    前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給する駆動回路と、
    前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するタッチ検出回路と、
    特定周波数を取得する取得部と、を備え、
    前記タッチ駆動信号は、前記特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まず、
    前記駆動回路は、前記取得部で前記特定周波数が取得された場合、基本波と、当該特定周波数より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して前記タッチ駆動信号を生成する、
    ことを特徴とする制御装置。
  7. 画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置の制御方法であって、
    前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給するステップと、
    前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するステップと、を備え、
    前記タッチ駆動信号は、特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まず、
    前記タッチ駆動信号は、基本波と、前記特定周波数が含まれる所定の周波数帯より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して生成される、
    ことを特徴とする制御方法。
  8. 画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極を有する表示装置の制御方法であって、
    特定周波数を取得するステップと、
    前記複数の共通電極のそれぞれにタッチ駆動信号を供給するステップと、
    前記複数の共通電極のそれぞれから受信した検出信号に基づいて、前記表示装置への物体のタッチを検出するステップと、を備え、
    前記タッチ駆動信号は、前記特定周波数とは異なる周波数の高調波を含み、当該特定周波数の高調波を含まず、
    前記特定周波数を取得するステップにおいて、前記特定周波数が取得された場合、前記タッチ駆動信号は、基本波と、当該特定周波数より低い周波数の１以上の奇数次高調波とを重畳して生成される、
    ことを特徴とする制御方法。
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