JP2011003071A - Proximity detection device and proximity detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2次元座標に対応して配置された複数の電極の各交点の静電容量の変化により、人の指などの物体の接近や位置を検出する近接検出装置に関する。 The present invention relates to a proximity detection device that detects the approach and position of an object such as a human finger by a change in electrostatic capacitance at each intersection of a plurality of electrodes arranged corresponding to two-dimensional coordinates.
従来の近接検出装置は、近傍に配置される2つの電極間に人の指などの物体が接近すると、電極間の静電容量が変化することが知られている。この原理を検出領域の2次元座標に対応して配置された複数の電極の各交点の静電容量の検出に応用した静電タッチセンサであり、かつ複数点同時検出が可能な近接検出装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 It is known that a conventional proximity detection device changes the capacitance between electrodes when an object such as a human finger approaches between two electrodes arranged in the vicinity. An electrostatic touch sensor that applies this principle to detection of capacitance at each intersection of a plurality of electrodes arranged corresponding to the two-dimensional coordinates of a detection region, and a proximity detection device capable of simultaneous detection of a plurality of points (For example, refer to Patent Document 1).
従来の近接検出装置の一例について、図2を基に説明する。 An example of a conventional proximity detection device will be described with reference to FIG.
図2の例では、支持基板1の検出領域2に縦方向の座標に対応する送信電極3と横方向の座標に対応する受信電極4が互いに直交して配置されている。送信電極3には、マルチライン駆動手段5から同時に複数の電極に周期的な交流電圧が印加される。この交流電圧は、送信電極3と受信電極4との交点の静電結合により、受信電極4に伝達される。電流測定手段6では、仮想接地された受信電極4に流れる電流から対応する各交点の静電結合に応じた値を検出して、検出した値を演算手段10に出力する。ここで、演算手段10では各交点の検出位置を特定するため、電流測定手段6により得られた測定値を線形演算手段7で線形演算することにより各交点の静電結合に対応した値に変換した値、あるいはその推移から近接演算手段8で検出領域への物体の近接の判定と接近位置をもとめる演算手段10とにより従来の近接検出装置が構成されている。
In the example of FIG. 2, the
以上に示した従来の近接検出装置では、マルチライン駆動により複数の電極を同時に駆動していた。しかし、従来の近接検出装置では消費電力が多く、特に携帯機器などに採用される場合、消費電力が多いことによりバッテリの持ちが悪くなり、携帯機器として十分な電力を供給するために大きなバッテリを用意しなければならないという課題があった。 In the conventional proximity detection apparatus described above, a plurality of electrodes are simultaneously driven by multiline driving. However, conventional proximity detectors consume a lot of power, especially when used in portable devices, etc., because of the large amount of power consumed, the battery will not last long, and a large battery is required to supply sufficient power as a portable device. There was a problem that had to be prepared.
そこで本発明では、これらの課題を解決するために以下の装置及び方法を提供する。 Therefore, the present invention provides the following apparatus and method in order to solve these problems.
制御手段において受信電極からの信号を受け取る時にのみ電流測定手段に電源を供給し、送信電極から信号を受け取らない時には電流測定手段に電源を供給しないように電流測定スイッチを制御する電流測定スイッチ制御手段を設ける。また、電流測定方法においても同様に電流測定工程において、受信電極からの検出電流を測定するタイミングで電流測定スイッチをオンにする電流測定スイッチオン工程と、検出電流を測定終了後に電流測定スイッチをオフにする電流測定スイッチオフ工程を有することにより不必要な電力消費を抑え、上記課題を解決する。 Current measurement switch control means for controlling the current measurement switch so as to supply power to the current measurement means only when receiving a signal from the reception electrode in the control means and not to supply power to the current measurement means when no signal is received from the transmission electrode. Is provided. Similarly, in the current measurement method, in the current measurement process, the current measurement switch is turned on at the timing of measuring the detected current from the receiving electrode, and the current measurement switch is turned off after the measurement of the detected current is completed. By having a current measurement switch-off step, the unnecessary power consumption is suppressed and the above-described problems are solved.
本発明による近接検出装置は以下の構成により成り立つ。 The proximity detection apparatus according to the present invention has the following configuration.
支持基板上の検出領域における1つの次元に対応する複数の送信電極と、他の1つの次元に対応する受信電極とを電気的に絶縁させるための絶縁層を介して設ける。送信電極の少なくとも二つ以上の電極に同時に周期的な交流電圧を印加するマルチライン駆動手段。受信電極からの電流あるいは電荷量を送信電極への駆動に同期して測定する電流測定手段。電流測定手段で測定した電流値あるいは電荷量を送信電極と受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換し検出領域への物体の近接或いは近接位置を求める演算手段。全体のステータス及びシーケンスを管理する制御手段。 A plurality of transmission electrodes corresponding to one dimension in the detection region on the support substrate are provided via an insulating layer for electrically insulating the reception electrodes corresponding to the other dimension. Multi-line driving means for applying a periodic alternating voltage simultaneously to at least two electrodes of the transmission electrode. Current measuring means for measuring the current or charge amount from the receiving electrode in synchronization with the driving to the transmitting electrode. Calculation means for converting the current value or the charge amount measured by the current measurement means into a value corresponding to the electrostatic capacitance at each intersection of the transmission electrode and the reception electrode, and obtaining the proximity or proximity position of the object to the detection region. Control means for managing the overall status and sequence.
制御手段にはタイミング信号発生手段と、電流測定手段に電源の供給を制御する電流測定スイッチ制御手段とにより構成される。また、演算手段は電流測定手段で測定した電流値あるいは電荷量を線形演算し送信電極と受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換する線形演算手段と、線形演算手段の出力から検出領域への物体の接近判定或いは接近位置を求める近接演算手段とにより構成される。電流測定スイッチ制御手段は、受信電極からの電流あるいは電荷量を測定する時だけオンにして電流測定手段に電源の供給し、受信電極からの電流あるいは電荷量を測定しない時にはオフにして電流測定手段に電源を供給しないようスイッチを制御する。 The control means includes timing signal generation means and current measurement switch control means for controlling supply of power to the current measurement means. The calculating means linearly calculates the current value or the amount of charge measured by the current measuring means and converts it into a value corresponding to the capacitance at each intersection of the transmitting electrode and the receiving electrode, and from the output of the linear calculating means It is comprised by the proximity calculation means which calculates | requires the approach determination of an object to a detection area, or an approach position. The current measurement switch control means is turned on only when measuring the current or charge amount from the receiving electrode to supply power to the current measuring means, and is turned off when not measuring the current or charge amount from the receiving electrode. The switch is controlled so as not to supply power.
以下の遅延時間調整手段とパワーセーブモード切り替え手段は必須のものではなく、任意の構成である。 The following delay time adjusting means and power save mode switching means are not indispensable and have arbitrary configurations.
マルチライン駆動手段には、送信電極により異なる受信電極までの遅延時間を各測定位置に応じて生じる遅延時間を補正するための遅延時間調整手段を備える。 The multi-line driving means includes a delay time adjusting means for correcting a delay time that occurs in accordance with each measurement position.
制御手段には、マルチライン駆動手段が複数回送信電極を駆動する際、送信電極に対応した電流を複数回測定する間に任意のインターバルを設けるインターバル発生手段と、近接検出を行なう通常のモードのほかに、少なくとも送信電極の数より少ない回数でマルチライン駆動手段が駆動するモードとを切り替えるパワーセーブモード切り替え手段を備える。 The control means includes an interval generating means for providing an arbitrary interval during the measurement of the current corresponding to the transmission electrode a plurality of times when the multi-line driving means drives the transmission electrode a plurality of times, and a normal mode for performing proximity detection. In addition, power save mode switching means for switching between modes in which the multiline driving means is driven at least less than the number of transmission electrodes is provided.
また、本発明による近接検出方法は以下の構成により成り立つ。 Further, the proximity detection method according to the present invention has the following configuration.
物体の接近を検出する検出領域における1つの次元に対応する複数の送信電極に同時に周期的な交流電圧を印加するマルチライン駆動工程と、他の1つの次元に対応する受信電極からの電流あるいは電荷量を送信電極への駆動に同期して測定する電流測定工程とから成る駆動測定工程。駆動測定工程で得られた電流値あるいは電荷量を送信電極と受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換し検出領域への物体の近接判定或いは近接位置を求める演算工程。 A multi-line driving process in which a periodic AC voltage is simultaneously applied to a plurality of transmission electrodes corresponding to one dimension in a detection region for detecting the approach of an object, and a current or charge from a reception electrode corresponding to the other dimension A drive measurement process comprising a current measurement process for measuring the amount in synchronization with the drive to the transmission electrode. A calculation step of converting the current value or the charge amount obtained in the drive measurement step into a value corresponding to the capacitance at each intersection of the transmission electrode and the reception electrode to determine the proximity of the object to the detection region or the proximity position.
演算工程は、駆動測定工程で得られた電流値あるいは電荷量を線形演算し送信電極と受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換する線形演算工程と、線形演算工程の出力から検出領域への物体の近接判定或いは近接位置を求める近接演算工程とにより成り立つ。 The calculation process includes a linear calculation process for linearly calculating the current value or charge amount obtained in the drive measurement process and converting the value into a value corresponding to the capacitance at each intersection of the transmission electrode and the reception electrode, and from the output of the linear calculation process. It consists of a proximity calculation step for determining the proximity of an object to the detection region or obtaining a proximity position.
電流測定工程は、受信電極からの電流あるいは電荷量を測定する時だけ電流測定工程に係る装置の電源をオンにする電流測定スイッチオン工程と、受信電極からの電流或いは電荷量を測定する検出電流測定工程、検出電流測定工程の後に電流測定工程に係る装置の電源をオフにする電流測定スイッチオフ工程の3つの工程から成り立つ。 The current measurement step includes a current measurement switch-on step for turning on the power supply of the apparatus related to the current measurement step only when measuring the current or charge amount from the reception electrode, and a detection current for measuring the current or charge amount from the reception electrode. After the measurement process and the detected current measurement process, the process is composed of three processes: a current measurement switch-off process for turning off the power supply of the apparatus related to the current measurement process.
以下の近接検出方法の構成または特徴は必須のものではなく、任意の構成である。 The following configurations or features of the proximity detection method are not essential and are arbitrary configurations.
マルチライン駆動工程は、物体の接近を検出する検出領域における1つの次元に対応する複数の送信電極に同時に周期的な交流電圧を印加するための波形を発生させるマルチライン波形発生工程と、受信電極で発生する遅延時間のばらつきを解消するように遅延を生じる遅延時間調整工程を備える。 The multi-line driving process includes a multi-line waveform generating process for generating a waveform for applying a periodic AC voltage to a plurality of transmitting electrodes corresponding to one dimension in a detection region for detecting the approach of an object, and a receiving electrode. The delay time adjustment process which produces a delay is provided so that the dispersion | variation in the delay time which generate | occur | produces may be eliminated.
駆動測定工程は、マルチライン駆動工程が複数回送信電極を駆動する際、受信電極に対応した電流を複数回測定する間にランダムなインターバルを設ける。さらに駆動測定工程は、送信電極の数より少ない回数で送信電極を駆動するモードと送信電極の数以上の回数で送信電極を駆動するモードを切り替える。 In the drive measurement process, when the multi-line drive process drives the transmission electrode a plurality of times, a random interval is provided during the measurement of the current corresponding to the reception electrode a plurality of times. Furthermore, the drive measurement step switches between a mode in which the transmission electrodes are driven less than the number of transmission electrodes and a mode in which the transmission electrodes are driven at a number greater than or equal to the number of transmission electrodes.
本発明によれば定電圧駆動で高速かつ高ダイナミックレンジで駆動する他に、電流測定手段制御スイッチにより電流測定が不要な時はオフに設定することにより、低消費電力で駆動することが出来る。 According to the present invention, in addition to driving with constant voltage driving at a high speed and a high dynamic range, it is possible to drive with low power consumption by setting the current measuring means control switch to OFF when current measurement is not required.
本発明を説明するにあたり、以下に示す実施例を基にして説明を行なう。 In describing the present invention, description will be made based on the following examples.
本発明による近接検出装置は図1において、支持基板1上の検出領域2における2次元座標の一方の次元に対応する複数の送信電極3ともう一方の次元に対応する受信電極4を互いに導通しないように絶縁層を介して設け、送信電極3の複数の電極に同時に周期的な交流電圧を印加するマルチライン駆動手段5と、送信電極3と受信電極4の交点の静電結合に対応して変化する受信電極4からの電流あるいは電荷量の大きさを送信電極3への駆動に同期して測定する電流測定手段6と、電流測定手段6で測定した電流値から送信電極3と受信電極4の各交点の静電結合に対応した値に変換する線形演算手段7と、線形演算手段7からの各交点の静電結合に対応した値あるいはその推移により検出領域2への物体の接近判定と接近位置を求める近接演算手段8と、全体のステータス及びシーケンスを管理する制御手段9aとにより構成した。制御手段9aには特筆すべき具体的な構成として、タイミング信号発生手段40と電流測定スイッチ制御手段43、インターバル発生手段41、パワーセーブモード切替手段42がある。また、線形演算手段7と近接演算手段8をあわせて演算手段10と呼ぶ。
In FIG. 1, the proximity detection device according to the present invention does not conduct a plurality of
本発明の近接検出装置の特徴を、従来例との違いを基にして説明する。
(1)電流測定スイッチ制御手段43の追加。本発明では、消費電力を低減するために、受信電極4の電流あるいは電荷量を測定する時だけオンにして電流測定手段6に電源の供給し、受信電極4の電流あるいは電荷量を測定しない時にはオフにして電流測定手段6に電源を供給しないようスイッチを制御する。これにより大幅な消費電力の低減が期待できる。
(2)制御手段9aにランダムなインターバルを加えるインターバル発生手段41の追加。本発明では、ノイズの影響をランダムにすることでノイズが低減され、必要とされる駆動電圧が低くなり、結果として消費電力を低減させることができる。具体的には、送信電極3より出力するタイミングにランダムなインターバルを必要に応じて挿入する。それにより一定周期で発生する液晶のノイズなどの影響をランダムにすることができ、ノイズの影響を低減することができる。よって、ノイズの影響を回避するために高い電圧で駆動する必要がなくなり、消費電力の低減に貢献できる。
(3)制御手段9aにパワーセーブモード切替手段42の追加。指の近接位置を正確に求めるためには1周期の測定として送信電極3の数と同じ回数各送信電極3を駆動する必要がある。しかし、検出領域2上に人体の指などの検出対象が近接していない状態等正確な近接位置を知る必要がない場合には1周期の測定として送信電極3の数より少ない回数で各送信電極3を駆動することで電力消費を抑えることが実現できる。そのため、近接演算手段8により指などの検出対象の近接の有無を判断(近接判定)し、パワーセーブモード切替手段42で指などの検出対象が近接していない場合には1周期の測定で送信電極3の数より少ない回数で各送信電極3を駆動するモード(パワーセーブモード)に切り替え、指などの検出対象が近接している場合には1周期の測定で送信電極3の数だけ各送信電極3を駆動するモードに切り替える。前述のパワーセーブモードでは各送信電極3の数より少ない回数で駆動するのであれば電力消費を抑えることが期待できるが、1回のみの駆動である場合がもっとも好ましい。この場合では検出領域2の検出位置は特定できないが全ての検出領域2での検出の有無の情報を得ることができる。パワーセーブモードにおいて指などの検出対象が検出された場合にはパワーセーブモードから1周期の測定で送信電極3の数だけ各送信電極3を駆動するモードに切り替えることで消費電力を抑えられる。
(4)マルチライン駆動手段5に遅延時間調整手段7の追加。
The features of the proximity detector of the present invention will be described based on the difference from the conventional example.
(1) Addition of current measurement switch control means 43. In the present invention, in order to reduce power consumption, the power is supplied to the current measuring means 6 only when the current or charge amount of the receiving
(2) Addition of an interval generating means 41 for adding a random interval to the control means 9a. In the present invention, noise is reduced by randomizing the influence of noise, the required drive voltage is reduced, and as a result, power consumption can be reduced. Specifically, a random interval is inserted as necessary at the timing of output from the
(3) Addition of power save mode switching means 42 to the control means 9a. In order to accurately determine the proximity position of the finger, it is necessary to drive each
(4) Addition of delay time adjusting means 7 to the multiline driving means 5.
同様に、本発明の近接検出工程の特徴を、従来例との違いを基にして説明する。詳細については近接検出装置の特徴と同様であるため省略する。
(1)電流測定工程21において、電流測定スイッチオン工程27及び電流測定スイッチオフ工程29の追加。
(2)駆動測定工程20においてランダムなインターバルを加える特徴。
(3)駆動測定工程20において、送信電極3の数より少ない回数で送信電極4を駆動するモードと送信電極3の数以上の回数で送信電極4を駆動するモードを切り替える特徴。
(4)マルチライン駆動工程26において、各送信電極3から電流測定手段6までの距離に応じて生じる遅延を補正するための遅延時間調整工程25の追加。
Similarly, the features of the proximity detection process of the present invention will be described based on the difference from the conventional example. The details are the same as the features of the proximity detection device, and thus will be omitted.
(1) In the
(2) A feature of adding a random interval in the
(3) The
(4) Addition of a delay
これより本発明による近接検出装置およびその方法を構成する各手段および各工程について、詳細に説明する。 Hereafter, each means and each process which comprise the proximity detection apparatus and its method by this invention are demonstrated in detail.
支持基板1の検出領域2には、例えば縦方向の座標に対応する送信電極3と横方向の座標に対応する受信電極4を互いに直交して配置した。しかし、送信電極3と受信電極4の配置はこの限りでなく、斜交座標や角度と原点からの距離からなる円座標など2次元座標に対応するものであればどのように配置しても良い。これらの電極は導電性であり、送信電極3と受信電極4の交点では絶縁層により両電極が直流的に絶縁されて電気的に静電結合している。
In the
ここで、説明の便宜上、送信電極3は対応する座標値が1からNまでの自然数で表される位置ごとに存在し、対応する送信電極3は添え字nによって区別されるものとする。同様に、受信電極4は対応する座標値が1からMまでの自然数で表される位置ごとに存在し、対応する受信電極4は添え字mによって区別されるものとする。
Here, for convenience of explanation, it is assumed that the
マルチライン駆動手段5は、送信電圧行列T(t,n)に対応した周期的な交流電圧を複数の送信電極3に印加する。送信電圧行列Tの添え字tは行列の行番号でt回目の駆動であることに対応し、添え字nは列番号でn番目の送信電極3に対応する。つまり、2回目の駆動で3番目の送信電極3に印加する交流電圧は、T(2,3)に対応する。
The multiline driving means 5 applies a periodic AC voltage corresponding to the transmission voltage matrix T (t, n) to the plurality of
同時に印加される複数の交流電圧波形は、ある同一の交流電圧波形に送信電圧行列の対応する要素T(t,n)をそれぞれ係数として掛けた交流電圧波形になるようにした。従って、送信電圧行列の要素がマイナスの場合は逆相の交流電圧波形を印加することを意味する。この際、直流成分が重畳していても、影響はない。 A plurality of AC voltage waveforms applied simultaneously are AC voltage waveforms obtained by multiplying a certain AC voltage waveform by a corresponding element T (t, n) of the transmission voltage matrix as a coefficient. Therefore, when the element of the transmission voltage matrix is negative, it means that an AC voltage waveform having a reverse phase is applied. At this time, even if the DC component is superimposed, there is no influence.
ここで、送信電圧行列T(t,n)は、逆行列が存在する正方行列である正則行列とする。そのため添え字tは1から送信電極数Nまでの自然数となる。従来の線順次駆動の場合には、送信電圧行列T(t,n)は、単位行列I(t,n)に一致する。 Here, the transmission voltage matrix T (t, n) is a regular matrix that is a square matrix having an inverse matrix. Therefore, the subscript t is a natural number from 1 to the number N of transmission electrodes. In the case of conventional line sequential driving, the transmission voltage matrix T (t, n) matches the unit matrix I (t, n).
また、周期的な交流電圧とは、例えば矩形波や正弦波や三角波などである。ただし、各電極はそれ自体に抵抗値と静電容量をもっているために高い周波数は減衰し、交点は直列の静電容量のために低い周波数が減衰する。これらを勘案して、送信電極3に印加する電圧の周波数は、減衰の小さい周波数にすることが望ましい。
The periodic AC voltage is, for example, a rectangular wave, a sine wave, a triangular wave, or the like. However, each electrode has its own resistance value and capacitance, so that the high frequency is attenuated, and the intersection is attenuated at low frequency because of the series capacitance. Considering these, it is desirable that the frequency of the voltage applied to the
さらに構成を簡単にするために、例えば送信電圧行列T(t,n)の各要素を、例えば1か0か−1のいずれかにするなど、0を除く各要素の絶対値が同じ値になるような正則行列にして、周期的な交流電圧を矩形波にすると、例えば図3に示すような簡単な論理回路でマルチライン駆動手段5を構成することが出来る。
ここで図3の構成の説明をする。図1の制御手段9a内にあるタイミング信号発生手段40より送信電圧行列の行番号tに対応したタイミング信号を図3の送信電圧行列参照手段12に出力するとともに、同期して矩形波を発生するためのタイミング信号を矩形波発生手段11に出力する。矩形波発生手段11は前述のタイミング信号を元に複数サイクルの矩形波を生成し、インバータ16を経由する配線とインバータ16を経由しない配線の二種をもってN個存在する選択手段13へ接続される。選択手段13は、送信電圧行列参照手段12からの入力の値が1の場合はインバータ16を経由しない配線を選択し、送信電圧行列の対応する要素の値が−1の場合はインバータ16を経由する配線を選択し、送信電圧行列の対応する要素の値が0の場合には0Vの配線を選択するようにした。選択手段16で選択された信号は、必要に応じて遅延時間調整手段14を経由し、駆動波形として出力される。遅延時間調整手段14は複数の送信電極3ごとに直列に抵抗が接続され、抵抗を介した後に定電圧電源に接続されたコンデンサの他方の端子が接続されている。遅延時間調整手段14の出力には、インピーダンスを下げるために必要に応じてバッファを設けても良い。
In order to further simplify the configuration, for example, each element of the transmission voltage matrix T (t, n) is set to one, 0, or −1, for example, the absolute value of each element except 0 is the same value. If the periodic AC voltage is a rectangular wave, the multiline driving means 5 can be configured with a simple logic circuit as shown in FIG. 3, for example.
Here, the configuration of FIG. 3 will be described. A timing signal corresponding to the row number t of the transmission voltage matrix is output from the timing signal generation means 40 in the control means 9a of FIG. 1 to the transmission voltage matrix reference means 12 of FIG. 3, and a rectangular wave is generated in synchronization. The timing signal is output to the rectangular wave generating means 11. The rectangular wave generating means 11 generates a plurality of cycles of rectangular waves based on the timing signal described above, and is connected to N selection means 13 having two types of wirings that pass through the
送信電圧行列参照手段12への送信電圧行列T(t,n)のある要素が0の場合には、その要素に対応する交流電圧波形を0Vにするために例えば選択手段13により0Vを送信電極3に接続する。送信電圧行列T(t,n)の要素が1の場合には短形波発生手段11でインバータ16を経由しない配線を選択手段13により選択する。送信電圧行列T(t,n)の要素が−1の場合には短形波発生手段11でインバータ16を経由する配線を選択手段13により選択する。このように、送信電圧行列T(t,n)の要素により、動作させればよい。
When a certain element of the transmission voltage matrix T (t, n) to the transmission voltage matrix reference means 12 is 0, for example, the selection means 13 sets 0V to the transmission electrode in order to set the AC voltage waveform corresponding to that element to 0V. Connect to 3. When the element of the transmission voltage matrix T (t, n) is 1, the short wave generating means 11 selects the wiring that does not go through the
なお、図1における受信電極4は、それ自体に抵抗値と静電容量をもっているために交流の伝達に遅延時間を生じる。図3において選択手段13の後ろにある遅延時間調整手段14は、これを微調整するためのもので、必要に応じて設ける。これは各送信電極3から電流測定手段6までの距離に応じて生じる遅延を補正するためのものである。つまり、電流測定手段6に遠い送信電極3に合わせるために、近い送信電極3の遅延時間を長く設定するというものである。それにより、受信電極4までに発生する遅延時間のばらつきが解消され、同時期に電流測定手段6へ伝達されることが期待できる。
The receiving
このn番目の送信電極3に印加された周期的な交流電圧は、n番目の送信電極3とm番目の受信電極4との交点の静電結合を介して、m番目の受信電極4に伝達される。ここではm番目の受信電極4と限定したが、実際にはn番目の送信電極3と交点のある複数の受信電極4に対して影響を与える。検出面の汚れなどの影響があると、接近した物体自体のインピーダンスが高いため、接近した物体を介しての電界により送信電極3と受信電極4の間の電界が増えて、送信電極3と受信電極4の間の静電結合は増加し、受信電極4に流れる受信電流も大きくなる。逆に検出対象の人の指など比較的インピーダンスの低い物体が接近した場合には、送信電極3からの交流電界を吸収する作用の方が強いために、送信電極3と受信電極4の間の静電結合は減少し、受信電極4に流れる受信電流は小さくなる。従って、汚れと人の指などの検出対象は、容易に区別することができる。
The periodic AC voltage applied to the
ここで、受信電極4は、検出対象の交点近傍以外に物体が接近しても影響がないようにするために、接地あるいは仮想接地などにより電圧の変動が抑えられている。このため、受信電極4への伝達は、電圧と言うよりはむしろ電流である。つまり、選択された送信電極3とある受信電極4との交点には、静電結合により交流電界が発生するために、受信電極4に受信電流が流れるのである。そこで、物体が接近した交点では交流電界が変化するために、受信電極4に流れる受信電流が変化する。
Here, in order to prevent the
電流測定手段6では、マルチライン駆動手段5により送信電極3に送信電圧行列T(t,n)に対応した交流電圧波形が印加される毎に、m番目の受信電極4に流れる受信電流を測定して、例えばデルタシグマ型のAD変換器等によりデジタル値に変換し、対応する受信電流行列R(t,m)の値を更新して線形演算手段7に出力する。ここでの添え字tは行列の行番号でマルチライン駆動手段5でのt回目の駆動による電流であることを示し、添え字mは列番号で受信電極4の番号に対応する。
The current measuring means 6 measures the received current flowing through the
ここで、各交点の静電容量の値は通常1pF程度の微小な値であり、受信電極4に流れる受信電流やその変化も微弱である。そのため、受信電極4に流れる受信電流を検出するために、送信電極3から印加される複数の周期による電流を累積して検出する。しかし、受信電極4に流れる受信電流は交流であるため、単純に累積してしまうと累積値がゼロになってしまう。これを回避するために、従来の線順次駆動の場合と同様な手法を用いることが可能である。つまり、交流電流の位相に同期した累積をするという事である。例えば、送信電極3に印加される周期的な交流電圧に同期して累積コンデンサをスイッチ切り換えする方法や、送信電極3に印加される周期的な交流電圧に同期して復調波形を畳み込むことにより累積する方法などがある。但し、送信電圧行列の値によっては、受信する電流値は負の値になる場合もある。この場合にも受信回路が飽和しないように配慮をする必要がある。具体的な方法として線形演算手段7における、例えば基準電圧や電源電圧などについて、飽和しないような値に設定や調整をするということである。
Here, the value of the capacitance at each intersection is usually a minute value of about 1 pF, and the reception current flowing through the
また電流測定手段6において、検出対象の物体が接近していない場合の測定値に近い値をオフセットとして差し引くようにすると、物体の接近による測定値の変化をより正確に測定することが出来る。この際、検出対象の物体が接近していない場合の測定値は、送信電圧行列T(t,n)の影響を大きく受ける。そのため、添え字tに対応して異なる値をオフセットとして差し引くようにした。さらに、検出面の汚れ等の影響がある場合などには、m番目の受信電極4ごとに異なる値をオフセットとして差し引くようにすると良い。
If the current measuring means 6 subtracts a value close to the measured value when the object to be detected is not approaching as an offset, the change in the measured value due to the approach of the object can be measured more accurately. At this time, the measured value when the object to be detected is not approaching is greatly affected by the transmission voltage matrix T (t, n). Therefore, a different value corresponding to the subscript t is subtracted as an offset. Furthermore, when there is an influence such as contamination on the detection surface, it is preferable to subtract a different value for each m-
マルチライン駆動を行った場合に測定される受信電流行列R(t,m)の値は、数式1に示すように、送信電圧行列T(t,n)と交点結合行列P(n,m)との行列の積によって表される。ここで、交点結合行列P(n,m)とは、2次元の座標に対応した電極の各交点の静電結合の強さに対応するもので、送信電圧行列が単位行列の線順次駆動を行った場合に得られるであろう受信電流行列の値を想定したものである。なお、ここでの添え字nは行列の行番号でn番目の送信電極3に対応し、添え字mは列番号でm番目の受信電極4に対応する。
The values of the received current matrix R (t, m) measured when multiline driving is performed are as follows: the transmission voltage matrix T (t, n) and the intersection coupling matrix P (n, m) And is represented by the product of the matrix. Here, the intersection coupling matrix P (n, m) corresponds to the strength of electrostatic coupling at each intersection of the electrodes corresponding to the two-dimensional coordinates, and the transmission voltage matrix performs line sequential driving of the unit matrix. It assumes the value of the received current matrix that would be obtained if it was performed. Here, the subscript n corresponds to the
(数1) R(t,m)=T(t,n)P(n,m)
何故ならば、静電結合による電流は線形であるために加法定理が成り立つからである。例えば、n1番目の送信電極3に1Vの交流電圧を印加した場合にm番目の受信電極4へ流れ込む受信電流をR(n1,m)とし、n2番目の送信電極3に1Vの交流電圧を印加した場合にm番目の受信電極4へ流れ込むる受信電流をR(n2,m)とする。n1番目の送信電極3に2V,n2番目の送信電極3に3Vの交流電圧を同時に印加した場合には、R(n1,m)を2倍し、R(n2,m)を3倍して加算した電流がm番目の受信電極4に流れる。
(Equation 1) R (t, m) = T (t, n) P (n, m)
This is because the addition theorem holds because the current due to electrostatic coupling is linear. For example, when an AC voltage of 1V is applied to the
したがって、線形演算手段7では、数式2に示すように電流測定手段6からの受信電流行列R(t,m)に送信電圧行列T(t,n)の逆行列を左から掛ける。これにより、線順次駆動を行った場合に流れるであろう交点結合行列P(n,m)に変換する。送信電圧行列は正則行列のため、逆行列は必ず存在する。数式2は、数式1の両辺に送信電圧行列T(t,n)の逆行列を左から掛けて、右辺と左辺を入れ換えたものである。
Therefore, the linear calculation means 7 multiplies the reception current matrix R (t, m) from the current measurement means 6 by the inverse matrix of the transmission voltage matrix T (t, n) from the left as shown in
(数2) P(n,m)={T(t,n)の逆行列}R(t,m)
但し、ここでの送信電圧行列T(t,n)の逆行列は、都度計算する必要はなく、通常予め計算されたものを使用すれば良い。
(Equation 2) P (n, m) = {inverse matrix of T (t, n)} R (t, m)
However, the inverse matrix of the transmission voltage matrix T (t, n) here does not need to be calculated every time, and a normally calculated one may be used.
また、線形演算手段7の演算は必ずしも行列の掛け算を行う必要はなく、送信電圧行列T(t,n)の逆行列の要素の値が0になる項については演算の必要がないし、要素の値が1または−1に同一の係数を掛けた値の場合には単純な加減算を行えば良い。つまり、送信電圧行列T(t,n)の逆行列の全要素に同一の係数を掛けてから数式2の演算を行うようにしても良い。こうすることにより、小数の要素をすべて整数にすれば、演算が簡単になるからである。特に0を除くすべての要素の絶対値が同一の小数の場合などには、係数倍によりすべての要素を1か0か−1にすることができるため、簡単な加減算のみにするとこができる。係数倍しても、近接演算手段8では、絶対値でなく相対値で近接演算するため、演算の結果には殆ど影響がないという特徴があるため、各要素を整数になるよう係数倍することは有益である。
Further, the calculation of the linear calculation means 7 does not necessarily need to perform matrix multiplication, and it is not necessary to calculate the term in which the element value of the inverse matrix of the transmission voltage matrix T (t, n) is 0. If the value is 1 or −1 multiplied by the same coefficient, simple addition / subtraction may be performed. That is, the calculation of
近接演算手段8は、線形演算手段7で求めた2次元の座標に対応した電極の各交点の静電結合に依存した電流値として線順次駆動を行った場合に流れるであろう交点結合行列P(n,m)あるいはその推移から、検出対象の物体の接近と位置を計算する。 The proximity calculation means 8 is an intersection coupling matrix P that will flow when line-sequential driving is performed as a current value depending on the electrostatic coupling of each intersection of the electrodes corresponding to the two-dimensional coordinates obtained by the linear calculation means 7. The approach and position of the object to be detected are calculated from (n, m) or its transition.
制御手段9aは、全体動作のステータス及びシーケンスを管理する。ここでいうステータスとは、例えば電流測定中などの状態を指し、シーケンスとは電流測定のオンやオフの手順などを指す。制御手段9aはタイミング信号発生手段40とインターバル発生手段41、パワーセーブモード切替手段42などにより構成した。ただし、インターバル発生手段41及びパワーセーブモード切替手段42は必要に応じて加える。また、本発明の特徴として、シーケンスで電流測定のオンやオフを電流測定手段に対応して切り替える、電流測定スイッチ制御手段43を備える。これは従来のシーケンスとは異なる特徴的な動作をするため、区別の意味を含めて電流測定スイッチ制御手段43と呼ぶことにした。 The control means 9a manages the status and sequence of the overall operation. The status here refers to a state such as during current measurement, for example, and the sequence refers to an on / off procedure for current measurement. The control means 9a comprises a timing signal generating means 40, an interval generating means 41, a power save mode switching means 42, and the like. However, the interval generation means 41 and the power save mode switching means 42 are added as necessary. Further, as a feature of the present invention, there is provided a current measurement switch control means 43 that switches on / off of current measurement corresponding to the current measurement means in a sequence. Since this has a characteristic operation different from the conventional sequence, it is called the current measurement switch control means 43 including the meaning of distinction.
本発明による近接検出方法による、具体的な動作の例について、図5を基に説明する。これは駆動測定工程20で送信電圧行列のN行分の駆動と測定をまとめて行ってから演算工程で演算を行う場合の例である。
An example of a specific operation by the proximity detection method according to the present invention will be described with reference to FIG. This is an example of the case where the calculation is performed in the calculation process after driving and measurement for N rows of the transmission voltage matrix are collectively performed in the
図5のフローをスタートした後、駆動測定工程20では、駆動して電流を測定し受信電流行列の更新を行なう。駆動測定工程20はマルチライン駆動工程26と受信電流を測定するための電流測定工程21の2つの工程とにより成り立つ。マルチライン駆動工程26と電流測定工程21はほぼ同時に行なわれる。測定工程21は電流は、受信電極4からの電流あるいは電荷量を測定する時だけ電流測定工程21に係る装置の電源をオンにする電流測定スイッチオン工程27の後、受信電極4からの電流或いは電荷量を測定する検出電流測定工程28を行なう。受信電極4からの電流或いは電荷量を測定が終了した後に電流測定工程21に係る装置の電源をオフにする電流測定スイッチオフ工程29を行なう。
After starting the flow of FIG. 5, in the
またマルチライン駆動工程26は物体の接近を検出する検出領域2における1つの次元に対応する複数の送信電極3に同時に周期的な交流電圧を印加するための波形を発生させるマルチライン波形発生工程24と、必要に応じて各送信電極3から電流測定手段6までの距離に応じて生じる遅延を補正するための遅延時間調整工程25を有する。駆動測定工程20において受信電流行列の更新をt=1〜NまでN回繰り返すことで送信電圧行列全要素に対応した駆動を一通り行う。その後、演算工程30に移り演算を行なう。演算工程30は線形演算工程22と近接演算工程23とにより成り立つ。線形演算工程22では駆動測定工程20で更新された受信電流行列を、線形演算を行ない、交点結合行列を更新する。そして近接演算工程23により線形演算工程22で更新された交点結合行列の値あるいはその推移から、検出対象の物体の接近や位置を検出する。この一連の工程を一定周期で繰り返すことで近接検出方法を実現する。
In the
但し、これは一例であり、例えば並列処理などにより線形演算工程22や近接演算工程23中に次の駆動測定工程20を同時に行うようにしてもよい。
However, this is only an example, and the next
このように、駆動測定工程20では、マルチライン駆動工程26による送信電極3への駆動を行いながら受信電極4の電流を電流測定工程21で測定し、デジタル値に変換する。この際、通常駆動の回数tが1からNに至るまでN回繰り返すことにより、送信電圧行列の全要素に対応した駆動を一通り行う。
Thus, in the
より詳細な送信電極3への駆動と受信電極4からの電流測定のタイミングの模式図を、図4に示す。
FIG. 4 shows a schematic diagram of the timing of the driving to the transmitting
図4において、駆動波形は各送信電極3の電圧波形を示したものであり、電流測定については、駆動波形に対応した交流電流を測定するタイミングを示したものである。ランダムインターバルは、ノイズの影響をランダムにするためのランダムな待ち時間の挿入で、例えば送信電極3に対応した電流を複数回測定する間に任意のインターバルを必要に応じて挿入すればよい。横軸は、これらに共通の時間軸である。駆動波形1から駆動波形6と便宜上6つの波形を図4では示しているが、これは模式的なものであり、駆動波形の数はN個存在する。例えば駆動波形1と駆動波形2で電流測定がt=4のときに、駆動波形1は立ち上がりから開始する3サイクルの短形波を印加しているのに対し、駆動波形2では極性を反転させて立下りから開始する3サイクルの短形波を印加している。また、駆動波形4の電流測定t=5の状態や、駆動波形6における電流測定t=6についてでも極性を反転させて立下りから開始する3サイクルの短形波を印加しており、それ以外では立ち上がりから開始する3サイクルの短形波を印加している。これらの極性は、送信電圧行列の各要素の値に対応したものである。
In FIG. 4, the drive waveform shows the voltage waveform of each
図4のタイミングは、後述する数式11に示す行列Tを送信電圧行列として用いた場合の一例であり、送信電圧行列の値に基づいた極性で各送信電極3に順次駆動波形が印加される。この模式図では、便宜上1回の駆動における矩形波の印加を3サイクルとしているが、この限りでないことは言うまでもない。なお、送信電極3への駆動と受信電極4からの交流の電流測定は従来の線順次駆動35の場合と同様に同期が取られており、反転した駆動による電流測定値は符号が逆になる。このように駆動して測定された電流により受信電流行列の値が更新される。送信電圧行列の全要素に対応した駆動を一通り行なうことにより、受信電流行列の全要素も更新される。
The timing in FIG. 4 is an example when a matrix T shown in
線形演算工程22では、電流測定工程21で更新された受信電流行列を、線形演算を行うことで、交点結合行列の値を更新する。
In the
近接演算工程23では、線形演算工程22で更新された交点結合行列の値あるいはその推移から、近接演算手段8により検出対象の物体の接近や位置を検出する。
In the
但し、検出対象の物体が未だ接近していない場合で正確な位置の演算をする必要がない場合などでは、必ずしも送信電圧行列の全ての行について送信電極3への駆動と受信電極4からの電流測定を行う必要はない。最低限、全ての送信電極3が駆動されるための送信電圧行列の行についてのみ駆動すれば良い。言い換えると、各列について最低1回は駆動するようにすれば良い。例えば、前述の数式11に示す送信電圧行列Tを用いる場合には、t=1〜3に対応する行についてのみ駆動すれば全ての送信電極3が駆動されるし、数式9に示す送信電圧行列Tを用いる場合には、いずれか1行についてのみ駆動すれば良い。つまり、送信電極3の数よりも駆動回数のほうが少ない回数で駆動する。この場合には変化のみを抽出できれば良いので線形演算工程22を省略しても良い。何故ならば、どの交点に物体が接近しても、受信電流行列の値に通常何等かの変化があるために、近接演算手段8で物体が接近したことを検出することが可能だからである。こうすることにより、物体が接近するのを待っている状態での消費電力を小さくすることができる。いわゆるパワーセーブである。例えば、後述する全ての送信電極3を同時に駆動する場合などでは、図6に示すように、送信電圧行列1行分について送信電極3への駆動と受信電極4からの電流測定を行うのみにすることも可能である。また、数式11に示す送信電圧行列Tの場合には、最初の3行分の駆動により全ての送信電極3が駆動される。
However, when the object to be detected is not yet approaching and it is not necessary to calculate an accurate position, the driving to the
図6に示す手順の説明を行なう。図6では、図5とほぼ同様の工程を有している。異なる点は、駆動測定工程20での駆動測定回数である。この近接検出方法では、例えば送信電圧行列の1行分の駆動と測定を行うごとに、更新された受信電流行列を基に線形演算と近接演算をおこない、これを一定周期ごとに繰り返す近接検出方法を示したものである。図5の工程と比べ、駆動する回数を減らすことにより消費電力を低減できる。この駆動モードをパワーセーブモードと呼ぶ。
The procedure shown in FIG. 6 will be described. 6 includes almost the same steps as those in FIG. The difference is the number of drive measurements in the
本発明のマルチライン駆動に関して、1ラインずつ駆動する線順次駆動の場合との比較をしながら説明を行なう。以上に数式1及び数式2を基に説明したが、送信電圧行列T(t,n)および交点結合行列P(n,m)および受信電流行列R(t,m)の転置行列を用いて、行列の掛け算の順番を入換えても同様であることは、言うまでもない。この場合は、数式3が数式1に対応し、数式4が数式2に対応する。この計算処理は、線形演算手段7により線形演算工程22で行なわれるものである。
The multi-line drive of the present invention will be described while comparing with the case of line-sequential drive that drives line by line. As described above based on
(数3) RT(m,t)=PT(m,n)TT(n,t)
(数4) PT(m,n)=RT(m,t){TT(n,t)の逆行列}
なお、以上に電流測定手段6で送信電極3の交流電圧波形と送信電極3と受信電極4との交点の静電容量に対応した交流電流を測定した場合の例を示したが、電流測定手段6では、ステップ状の電圧変化を送信電極3に印加した場合に送信電極3と受信電極4の交点の静電容量に比例して流れる電荷量に対応した値を測定しても良い。この場合には、送信電圧行列T(t,n)に対応してn番目の送信電極3の極性を含めた電圧変化をV(t,n)、交点結合行列P(n,m)に対応してn番目の送信電極3とm番目の受信電極4の交点の静電容量をC(n,m)、受信電流行列R(t,m)に対応して電流測定手段6で測定するm番目の受信電極4に流れる電荷量をQ(t,m)、電荷量を測定するための送信電極3の電圧変化の回数をlとすると、数式5と数式6が成り立つ。数式6は線形演算手段7及び線形演算工程22により交点結合行列に対応する交点の静電容量への変換に利用される。
(Equation 3) R T (m, t) = P T (m, n) T T (n, t)
(Equation 4) P T (m, n) = R T (m, t) {Inverse matrix of T T (n, t)}
In addition, although the example at the time of measuring the alternating current corresponding to the electrostatic capacitance of the alternating voltage waveform of the
(数5) Q(t,m)=l・V(t,n)C(n,m)
(数6) C(n,m)={V(t,n)の逆行列}Q(t,m)/l
これらの数式5と数式6は、数式1と数式2に対応したものである。また、数式5と数式6についても、数式7と数式8に示すように、転置行列を用いて行列の掛け算の順番を入れ換えても同様であることは、言うまでもない。
(Equation 5) Q (t, m) = l · V (t, n) C (n, m)
(Equation 6) C (n, m) = {inverse matrix of V (t, n)} Q (t, m) / l
These Formula 5 and
(数7) QT(m,t)=l・CT(m,n)VT(n,t)
(数8) CT(m,n)=QT(m,t){VT(n,t)の逆行列}/l
これより、本発明の特徴である送信電圧行列T(t,n)の各要素の値と効果の関係について説明する。前述したように、送信電圧行列は、逆行列が存在する正則行列である必要がある。また、送信電圧行列T(t,n)の要素の値は、駆動回路を簡単にするためには、1か0か−1に同一の係数を掛けた値であることが望ましい。さらに、線形演算を簡単にするためには、逆行列の要素も整数に同一の係数を掛けた値、特に1か0か−1に同一の係数を掛けた値であることが望ましい。また、送信電圧行列が直交行列の場合には、効率的に電源電圧を小さくすることができる。ここでいう直交行列とは、転置行列との積が単位行列となる行列のことである。
(Expression 7) Q T (m, t) = l · C T (m, n) V T (n, t)
(Equation 8) C T (m, n) = Q T (m, t) {Inverse matrix of V T (n, t)} / l
The relationship between the value of each element of the transmission voltage matrix T (t, n), which is a feature of the present invention, and the effect will be described. As described above, the transmission voltage matrix needs to be a regular matrix having an inverse matrix. Also, the element value of the transmission voltage matrix T (t, n) is preferably a value obtained by multiplying 1, 0, or −1 by the same coefficient in order to simplify the drive circuit. Furthermore, in order to simplify the linear operation, it is desirable that the elements of the inverse matrix are also values obtained by multiplying the integer by the same coefficient, particularly by multiplying the same coefficient by 1 or 0 or −1. Further, when the transmission voltage matrix is an orthogonal matrix, the power supply voltage can be efficiently reduced. The orthogonal matrix here is a matrix whose product with the transposed matrix is a unit matrix.
これらの条件を満たす行列として、例えばアダマール行列が知られている。このアダマール行列とは、要素が1または−1のいずれかであり、かつ各行が互いに直行であるような正方行列である。 As a matrix satisfying these conditions, for example, a Hadamard matrix is known. This Hadamard matrix is a square matrix whose elements are either 1 or -1 and whose rows are orthogonal to each other.
第1の送信電圧行列の例として、このアダマール行列により全ての送信電極3を同時に駆動する場合について説明する。なお、説明の便宜上、ここでは数式9に示す8行8列のアダマール行列を用いる場合について説明するが、この限りではない。なお、以降の例においても便宜上比較的小さい行列でその特徴を説明するが、同様にその限りでないことは言うまでもない。
As an example of the first transmission voltage matrix, a case where all the
あるいは、同時に複数の送信電極3を駆動することにより、例えば同じ電源電圧で駆動する場合には駆動するマルチライン駆動手段5より出力される交流電圧のサイクル数を少なくすることができることにより、SN比を低下させずに検出速度を速くすることができる。また、同じ検出速度で交流電圧のサイクル数を少なくすれば、SN比を低下させずに受信にともなう消費電力を大幅に削減させることが出来る。何故ならば、図7に示すように、受信電流を測定する時だけ電流測定手段に電源を供給するようにすれば、測定する交流電圧のサイクル数が減ったことに対応して、電流測定手段で消費する消費電流を少なくすることができる。例えば、数9に示す送信電圧行列の場合には、線形演算手段7あるいは線形演算工程22で、8回の受信値を基に線形演算するため、充放電サイクル数を8分の1倍にしてもほぼ同様のSN比を確保することが出来る。したがって、電流測定手段での消費電流、ひいては消費電力を約8分の1に低下させることが出来る。
Alternatively, by simultaneously driving a plurality of
なお、駆動するごとに受ける周期的なノイズをランダムにする可能性を高くするために、図4に示すように、各駆動間にランダムなインターバルを入れて、駆動するごとの交流電圧の位相の関係が一定にならないようにしても良い。 In addition, in order to increase the possibility of randomizing the periodic noise received every time driving, as shown in FIG. 4, a random interval is inserted between each driving, and the phase of the AC voltage for each driving is changed. The relationship may not be constant.
但し、全ての送信電極3を同時に駆動するためのアダマール行列は、2のべき乗の大きさであるために、送信電極3の数が2のべき乗の場合に限られる。次に数式11に示す第2の送信電圧行列の例では、送信電極3の数が2のべき乗に限らないものであり、小さいアダマール行列を対角要素に入れてより大きな送信電圧行列を構成したものである。例えば、2行2列のアダマール行列3個を対角要素に入れて6行6列の送信電圧行列を構成した場合の例を、数式11に示す。ただし、駆動する周期を短くして電極間の検出の同時性を高めるために、数式11に示すように、送信電圧行列は行を並べかえたものを用いてもよい。また、列を並べかえても、特に支障はない。
However, since the Hadamard matrix for driving all the
以上に、アダマール行列そのものあるいは部分行列にアダマール行列のみを用いた場合の例を示したが、さらに、2行2列のアダマール行列の各要素を−1倍して左右の列を入れ換えたものを4行1列目と6行3列目と2行5列目からはじまるように追加した場合の例を、数式12に示す。
The example in which only the Hadamard matrix is used as the Hadamard matrix itself or the partial matrix has been shown above. Further, each element of the 2-by-2 Hadamard matrix is multiplied by −1 to replace the left and right columns.
2のべき乗でない送信電圧行列の他の求め方として、より大きなアダマール行列の部分行列を用いるようにしても良い。例えば7行7列の送信電圧行列として、8行8列のアダマール行列の例えば1行目と8列目を除いた部分行列として、数式13に示す送信行列を得る。ただし、この場合には、直交行列とはならないため、7つの送信電極3を同時に駆動していても、4回の測定の平均を行った場合と同じ効果しか得られない。それでも、線順次駆動と比較すると、例えば同じ電圧で駆動した場合に4倍に検出速度を短くできる効果は大きい。ここでいう4回の測定とは、線形演算工程22において交点結合行列の各要素の値を求めるために、数式13で示されるTの逆行列の各行において0でない要素が4要素あることに対応するものである。つまり、7回送信電極3は駆動するが、各交点結合の静電容量はそのうち所定の4回の測定により決定されるということになる。
As another method of obtaining a transmission voltage matrix that is not a power of 2, a larger Hadamard matrix submatrix may be used. For example, the transmission matrix shown in
そこで、電流測定手段6のゲインを下げずに飽和を回避するために、送信電圧行列Tの列毎に係数倍することにより、指が接近していない場合の受信電流を小さくして、電流測定手段6での飽和を生じないようにすることが出来る。さらに、行の合計値の極性を揃えるために、行毎に係数倍しても良い。例えば、数式9に示すアダマール行列の2列目と3列目と5行目をマイナス1倍した数式14に示す送信電圧行列Tを用いることにより、行の合計値の絶対値の最大のものが4になるため、指が接近していない場合の受信電極4の電流の最大値は数式9に示すアダマール行列の約半分に抑えることができる。この場合の逆行列は、送信電圧行列の転置行列を8で割ったものである。
Therefore, in order to avoid saturation without lowering the gain of the current measuring means 6, the received current when the finger is not approaching is reduced by multiplying the coefficient for each column of the transmission voltage matrix T, thereby measuring the current. Saturation in the
以上に例を挙げて、送信電圧行列の決め方について、便宜上送信電極3の数が少ない場合について説明したが、送信電極3の数が増えた場合でも同様の方法で送信電圧行列を決めることができることは言うまでもない。
As an example, the method for determining the transmission voltage matrix has been described for the case where the number of
また、以上に送信電圧行列Tとその逆行列について説明したが、電圧変化を示す行列Vとその逆行列についても同様である。 Although the transmission voltage matrix T and its inverse matrix have been described above, the same applies to the matrix V indicating the voltage change and its inverse matrix.
なお、以上に説明した送信電圧行列や受信電流行列や交点結合行列は、便宜的に抽象的な表現をしたもので、具体的には複数の記憶素子あるいは演算手段10などにより実現されることは言うまでもない。 The transmission voltage matrix, reception current matrix, and intersection coupling matrix described above are expressed in an abstract manner for the sake of convenience. Specifically, the transmission voltage matrix, the reception current matrix, and the intersection coupling matrix are not realized by a plurality of storage elements or computing means 10. Needless to say.
以上に示したように、本発明によると、複数の送信電極3を同時に駆動することにより、S/N比を落とさずに電源電圧を低くすることが可能であり、あるいは検出速度の早い近接検出装置及びその方法を実現することができる。あるいは、交流電圧の周波数を遅くすることにより、配線抵抗が高い場合でも良好に検出することのできる近接検出装置及びその方法を実現することができる。あるいは、電源電圧と検出速度と交流電圧の周波数が同じ場合には、ノイズの影響を小さくすることのできる近接検出装置及びその方法を実現することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the power supply voltage without decreasing the S / N ratio by simultaneously driving the plurality of
1 支持基板
2 検出領域
3 送信電極
4 受信電極
5 マルチライン駆動手段
6 電流測定手段
7 線形演算手段
8 近接演算手段
9a 制御手段
9b 従来例の制御手段
10 演算手段
11 矩形波発生手段
12 送信電圧行列参照手段
13 選択手段
14 遅延時間調整手段
16 インバータ
20 駆動測定工程
21 電流測定工程
22 線形演算工程
23 近接演算工程
24 マルチライン波形発生工程
25 遅延時間調整工程
26 マルチライン駆動工程
27 電流測定スイッチオン工程
28 検出電流測定工程
29 電流測定スイッチオフ工程
30 演算工程
35 従来例の線順次駆動手段
40 タイミング信号発生手段
41 インターバル発生手段
42 パワーセーブモード切替手段
43 電流測定スイッチ制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (14)
支持基板上の検出領域に配置された、複数の送信電極と、前記送信電極と電気的に絶縁した受信電極と、
前記送信電極の少なくとも二つ以上の電極に周期的な交流電圧を同時に印加するマルチライン駆動手段と、
前記受信電極からの電流あるいは電荷量を前記送信電極への駆動に同期して測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段で測定した電流値あるいは電荷量を前記送信電極と前記受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換し前記検出領域への物体の近接或いは近接位置を求める演算手段と、
全体のステータス及びシーケンスを管理する制御手段とを有し、
前記制御手段はタイミング信号発生手段と電源の供給を制御する電流測定スイッチ制御手段とを有する近接検出装置。 A proximity detection device for determining the approach of an object or a proximity detection device for determining a proximity position,
A plurality of transmission electrodes disposed in a detection region on the support substrate; and a reception electrode electrically insulated from the transmission electrodes;
Multiline driving means for simultaneously applying a periodic alternating voltage to at least two of the transmitting electrodes;
Current measuring means for measuring a current or a charge amount from the receiving electrode in synchronization with driving to the transmitting electrode;
Arithmetic means for converting the current value or the amount of charge measured by the current measuring means into a value corresponding to the capacitance of each intersection of the transmitting electrode and the receiving electrode, and obtaining the proximity or proximity position of the object to the detection region; ,
Control means for managing the overall status and sequence,
The proximity detecting device includes a timing signal generating means and a current measurement switch control means for controlling supply of power.
前記電流測定手段で測定した電流値あるいは電荷量を線形演算し前記送信電極と前記受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換する線形演算手段と、
前記線形演算手段の出力から前記検出領域への物体の接近判定或いは接近位置を求める近接演算手段と、
により構成される請求項1に記載の近接検出装置。 The computing means is
A linear calculation means for linearly calculating a current value or a charge amount measured by the current measurement means and converting the value into a value corresponding to a capacitance at each intersection of the transmission electrode and the reception electrode;
Proximity calculation means for obtaining an approach determination or an approach position of an object to the detection region from the output of the linear calculation means;
The proximity detection device according to claim 1, comprising:
複数の送信電極に同時に周期的な交流電圧を印加するマルチライン駆動工程と、
他の1つの次元に対応する受信電極からの電流あるいは電荷量を前記送信電極への駆動に同期して測定する電流測定工程と、
前記電流測定工程で得られた電流値あるいは電荷量を前記送信電極と前記受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換し前記検出領域への物体の近接判定或いは近接位置を求める演算工程と、からなり、
前記電流測定工程は、前記受信電極からの電流あるいは電荷量を測定する時だけ電流測定工程に係る装置の電源をオンにする近接検出方法。 A proximity detection method for determining approach of an object or a proximity detection method for determining an approach position,
A multi-line driving process for simultaneously applying a periodic AC voltage to a plurality of transmission electrodes;
A current measuring step of measuring a current or a charge amount from a receiving electrode corresponding to another one dimension in synchronization with driving of the transmitting electrode;
An operation for converting the current value or the charge amount obtained in the current measuring step into a value corresponding to the capacitance at each intersection of the transmitting electrode and the receiving electrode, and determining the proximity of the object to the detection region or calculating the proximity position Process,
The current measurement step is a proximity detection method in which the power source of the apparatus according to the current measurement step is turned on only when measuring the current or charge amount from the receiving electrode.
前記電流測定工程で得られた電流値あるいは電荷量を線形演算し前記送信電極と前記受信電極の各交点の静電容量に対応した値に変換する線形演算工程と、
前記線形演算工程の出力から前記検出領域への物体の近接判定或いは近接位置を求める近接演算工程と、
からなる請求項8に記載の近接検出方法。 In the calculation step,
A linear calculation step of linearly calculating the current value or the amount of charge obtained in the current measurement step and converting it to a value corresponding to the capacitance of each intersection of the transmission electrode and the reception electrode;
Proximity calculation step for determining the proximity or proximity position of an object to the detection region from the output of the linear calculation step;
The proximity detection method according to claim 8, comprising:
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