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4線抵抗膜式マルチタッチソリューション

東芝マルチタッチ検出技術の特長

4線抵抗膜式マルチタッチソリューション

1. 従来の4線式抵抗膜パネルがサイズの限定なしでそのまま使用可能。コストメリットを活かせる。

2. 抵抗膜パネルの特長であるスタイラスペン、爪、手袋入力が可能。

3. 1点又は2点の判別が可能。

4. 2点の座標値が同時検出でき、2点をそれぞれ追跡し出力可能。

5. 誤動作防止のフィルタリング機能を段階的に選択可能。

6. 待機時にコントローラの低消費電力モード遷移とパネルへのバイアス遮断制御が可能。

※ARM、CortexおよびThumbはARM LimitedのEUおよびその他の国における登録商標です。

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4線抵抗膜式タッチパネルで2点同時認識を実現

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マルチタッチソリューションのロードマップ

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シリーズ名 MCU ファームウエア
Phase Ⅰ
単体コントローラ
TLCS-870/C1 TMP89FM43KQG-xxxx 開発中
TMP89FM46KDUG-xxxx 開発中
Phase Ⅱ
汎用MCU+マルチタッチFW
TLCS-870/C1 TMP89FM46KDUG 開発中
TMP89FW20AUG 開発中
TMP89FW24AFG 開発中
TX03 TMPM3xxUG 開発中
TMPM3xxFG 開発中
Phase Ⅲ
マルチタッチインタフェース内蔵ASSP
TX03 計画中 計画中
TX09 TMPA90x 計画中
TMPA91x 計画中

あらゆる東芝MCUラインアップに適用

東芝の、4線抵抗膜方式2点タッチパネル制御のためのソリューションは3つのフェーズからなっています。最初のフェーズでは、マルチタッチコントロール専用のコントローラを用意しております。システムの制御を行うホストコントローラとの間はシリアルインタフェースで接続可能です。フェーズ2では、マルチタッチコントローラとホストコントローラの機能が東芝のいずれのマイクロコントローラでも実現可能となります。8ビットTLCS-870/C1シリーズ向け、および、より高度なシステムのために、東芝32ビットTX03 シリーズのマイクロコントローラ向けに、マルチタッチ制御用のファームウエアを開発中です。これらのマイクロコントローラは、タッチパネルの制御回路からタッチ座標に相当するアナログ電圧値を受け取り、それをデジタル値に変換するADコンバータ、および、2点の座標を求めるためのファームウエアと、ユーザのアプリケーション・ソフトウエアを実装するためのフラッシュメモリを搭載しています。
さらに、フェーズ3ではASSPとして量産中の、高性能な東芝32ビットマイクロコントローラ TX09シリーズによる4線抵抗膜式タッチパネルのマルチタッチ制御も計画しています。

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東芝の4線抵抗膜方式マルチタッチ

ここ数年、スマートフォンやタブレット端末が急速に普及しています。これらの機器では、液晶画面の上に透明なタッチパネルが装着されています。画面に現れたキーに、指、スタイラス・ペンなどを触れると、タッチパネルを介してキーの情報が入力されます。
タッチパネルには、静電容量方式、抵抗膜方式など、さまざまな種類がありますが、中でも、4線抵抗膜方式のタッチパネルは、構造がシンプルで安価なためもっとも普及したタッチパネルの一つです。値段が安いだけでなく、タッチするときに、スタイラス・ペンはもちろんのこと、指でも爪でも、さらに、手袋をはめたままでもデータ入力ができるという特長があります。
このように利点の多い4線抵抗膜方式ですが、タッチ点は1点しか検出できませんでした。画面に映った写真を拡大・縮小するときや、右や左に回転させるときは2点タッチが必要ですが、4線抵抗膜方式のタッチパネルはそのような用途に使うことができませんでした。
東芝はこの欠点を克服するために研究を重ね、4線抵抗膜方式のタッチパネルでも、2つの接点の位置を同時に検出する技術を開発しました。しかも、この技術はマイクロコントローラのファームウエアとして実装できるものです。その技術の概略を紹介します。

東芝の4線抵抗膜方式のタッチパネル技術

4線抵抗膜方式のタッチパネルとは次のような構造をもったパネルです。透明の抵抗薄膜を2枚、わずかな隙間をあけて重ね合わせます。下の抵抗薄膜には上の辺と下の辺に、上の抵抗薄膜には左の辺、および、右の辺にそれぞれ電極を付けます。それぞれの電極に適切な電位を与えることによって、押された位置の座標(下の膜が縦軸(Y軸)の座標、上の膜が横軸(X軸)の座標)を検出できます。最初にシングルタッチの場合について、座標検出方法の具体例を示します。
まず、タッチパネルの1点を指で押します。すると、その押された点で上の薄膜と下の薄膜が接触します。接触点のY座標を見つけるために、下の面の一方の電極に VDD、他方の電極にGNDの電位を与えます。膜質が均一で、比抵抗が場所によらず一定だとすると薄膜上の電位勾配は一様になります。下の薄膜の接点の電位が上の薄膜に伝わり、その膜の電極に伝わります。この電位の値からY座標がわかります。
次に、同様な方法で、上の薄膜の電極に電位を与え、下の薄膜の電極からその電位を取り出します。すると、今度はX座標がわかります。このようにして接点の座標を検出します。

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さて、それでは2点を同時にタッチする場合を考えてみましょう。
最初に1点目をタッチしたとします。すると、このタッチの接点座標はシングルタッチですので、上記の方法でわかります。次に、このタッチを離し、別の場所をタッチしたとします。当然、こちらのタッチ座標もわかります。では、この2つの点を両方同時にタッチしたら何が起こるでしょうか。
シングルタッチと大きく異なるのは、電位を与えていない抵抗膜にも電流が流れるため、シングルタッチとは違い、タッチされた電位の値をそのままモニタする方法が無いことです。たとえば、下の抵抗膜の電極に電位VDDとGNDを与え、上の抵抗膜の電極でタッチ点の電位をモニタする場合を考えてみます。上の抵抗膜の2つのタッチ点の電位は、タッチ点の位置により、上下の抵抗膜の抵抗値(または電流値)の影響を受けるため、タッチ点の電位をモニタするのは簡単ではありません。しかも、上の抵抗膜の電極では、2つのタッチ点の電位(YiとYjの電位)の、ある中間の値が検出されます。この中間値から2つの座標を計算で求めなければなりません。そのために、実験とシミュレーションの整合性の検証が繰り返し行われ、その結果、非常に有効な計算方法を見出すことができました。しかも、この計算方法をマイコンのファームウエアとしてIP化し、東芝のマイコンのフラッシュメモリに書き込み、2点の座標をリアルタイムで求めることができるようになりました。

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