JP2011210038A - タッチ判別装置及びデータ処理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】検出された各電極線の容量分布からタッチ、非タッチを判別するための基準容量値(ベースライン基準値)を小さな回路規模で生成する。
【解決手段】被検体の接触の有無を判別するために検出した電極線の容量値と比較すべき基準容量値を更新する場合に、対象となる電極線で検出された非タッチの容量値と対象電極線の現在のベースライン値に対しそれぞれ重み(1/N、(N−1)/N)を与え、加算したものを対象電極線の新たなベースライン値とする。このときの重みは、加算結果が擬似的な移動平均値となるように与え、前者には後者よりも大きな値を与える。現在のベースライン値には大きな重みを与え、今回の測定容量値には小さな重みを付与するということは、加算される一つのベースライン値は今回以前の複数の測定容量値の擬似的な移動平均になるという意義があり、複数回分の検出容量値を蓄積して移動平均を採るのと実質的に同じ結果を得る。
【選択図】図9

Description

本発明は、静電容量形式のタッチ判別装置及びそれを用いたデータ処理システムに関し、例えば液晶ディスプレイに重ねて配置されるタッチパネル装置に適用して有効な技術に関する。
透明導電膜(ITO)で形成される電極線と電極容量を備え、指等によるタッチによる容量値の変動を検出することによって情報入力を行う静電容量型のタッチパネルにおいて、各電極の容量値は接触(タッチ)によってだけ変動するわけではなく、非接触(非タッチ)の容量値はノイズや温度変化等の使用環境の変化によって変動する。このため、タッチを検出するためには、タッチによる容量変動とそれ以外の要因による容量変動を切り分ける必要がある。そこで、検出された各電極線の容量分布からタッチ、非タッチを判別する方式として、タッチ以外の容量変動要因を含んだ非タッチ時の各電極線の容量分布であるベースラインを設け、それをタッチ判定の基準とする方式が提案されている。
このベースラインを設定する方法として、非タッチ期間に取得された2つ以上の所定数の検出信号サンプル(すなわち、各電極線毎の検出容量値)の移動加重平均を用いる方式が特許文献1に開示されている。
特表2005−524914号公報
しかしながら、上記特許文献1の技術は、過去の複数サンプルに対して移動平均をとるため、それらのデータを全て保持しておく必要があり、回路規模が増大する。すなわち、電極線毎に過去複数個の検出容量値を保持する記憶装置を必要とする。また、上記の特許文献1の技術では、移動平均をとるサンプル数を固定値としており、使用状況に応じた最適なベースラインの環境変化に対する追従性を得ることができない。
本発明はこの問題点に鑑みてなされたものであり、検出された各電極線の容量分布からタッチ、非タッチを判別するための基準容量値(ベースライン基準値)を小さな回路規模で生成することができるタッチ判別装置を提供することを目的とする。
本発明は更に、環境変化に対するベースラインの追従性を、使用状況に応じて調節可能なタッチ判別装置、更にはデータ処理システムを提供することを目的とする。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、被検体の接触の有無を判別するために検出した電極線の容量値と比較すべき基準容量値(ベースライン値)を更新する場合に、対象となる電極線で検出された非タッチの容量値と対象電極線の現在のベースライン値に対しそれぞれ重みを与え、加算したものを対象電極線の新たなベースライン値とする。このときの重みは、加算結果が擬似的な移動平均値となるように与え、前者には後者よりも大きな値を与える。現在のベースライン値には大きな重みを与え、今回の測定容量値には小さな重みを付与するということは、加算される一つのベースライン値は今回以前の複数の測定容量値の擬似的な移動平均になっているという意義があり、複数回分の検出容量値を蓄積してその都度移動平均を採るのと実質的に同じ結果を得ることができ、しかも、必要なデータを保持するための記憶エリアを著しく小さくでき且つ演算処理も簡単になる。
そして、重みの値をレジスタ設定などにより変更すれば環境変化に対するベースラインの追従性を可変することが可能になる。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、検出された各電極線の容量分布からタッチ、非タッチを判別するための基準容量値(ベースライン基準値)を小さな回路規模で生成することができる。また、環境変化に対するベースラインの追従性を、使用状況に応じて容易に調節可能であり、タッチ検出精度を向上させることができる。
図1は本発明の一実施の形態に係るに係るデータ処理システムを例示するブロック図である。 図2は図1記載の静電容量型タッチパネルの内部構成を例示する平面図である。 図3は図1に記載のタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニットの内部構成を例示するブロック図である。 図4は図2の静電容量タッチパネルの各々の菱形電極が持つ容量に対して、指で触ったとき(タッチ)の容量変化を等価的に示す説明図である。 図5は図3の座標変換手段の内部構成を例示するブロック図である。 図6Aは図5のベースライン処理回路の入出力信号の時間変化を例示するタイミング図である。 図6Bは図6Aに対応する電極線の差分値の時間変化を示すタイミング図である。 図7は図5のベースライン処理回路の処理内容を示すフローチャートである。 図8は図6のベースライン処理回路の処理フローにおける、ベースライン処理範囲とタッチ判定範囲の一例を示す波形図である。 図9は図5のベースライン処理回路の内部回路構成を例示するブロック図である。 図10は図9記載のベースライン処理回路の内部構成によるベースライン処理のタイミングチャートである。 図11Aは図5のベースライン処理回路に入力されるN値レジスタの値を小さい値に変更した場合のベースライン値及び検出信号値の変化を示す波形図である。 図11Bは図5のベースライン処理回路に入力されるN値レジスタの値を大きい値に変更した場合のベースライン値及び検出信号値の変化を示す波形図である。 図12Aは図5のN値レジスタの値を使用状況に応じて調節するアプリケーションの一例である静電容量型タッチパネル搭載の携帯電話機を模式的に示す説明図である。 図12Bは図12Aの携帯電話機の状況に応じた状態遷移図である。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔1〕<基準容量値と検出容量値との加重平均による擬似的移動平均>
本発明の代表的な実施の形態に係るタッチ判別装置は、夫々容量電極を持つ複数の電極線(20〜35)と、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部(48,58)と、前記電極線に対する被検体の接触の有無を前記検出部で検出された当該電極線の容量値に基づいて判別する判別部(60)と、を有する。前記判別部は、前記接触と非接触の判定基準となる基準容量値を前記電極線毎に記憶する記憶回路(103)と、前記検出部で検出された容量値と当該容量値に対応する電極線の基準容量値との比較結果に基づいて当該電極線に対する被検体の接触の有無を判定する判定回路(114)と、判定回路による判定結果が非接触とされた電極線の基準容量値の更新処理を行う更新処理回路(115,116,117,118)とを有する。前記更新処理回路は、当該電極線の検出容量値に0より大きく1未満の重みパラメータAを乗じた値と、当該電極線に対応する基準容量値に「1−A」を乗じた値との加算結果を基準容量値の更新値とする。
上記によれば、今回の非タッチの測定容量値と対応する基準容量値とを加算するとき、現在の基準容量値には上記大きな重みを与え、今回の測定容量値には上記小さな重みを付与することにより、加算される一つの基準容量値は今回以前の複数の測定容量値の擬似的な移動平均になるという意義があり、複数回分の検出容量値を蓄積してその都度移動平均を採るのと実質的に同じ結果を得ることができ、しかも、必要なデータを保持するための記憶エリアを著しく小さくでき、且つ演算処理も簡単になる。
〔2〕<基準容量値の更新条件>
項1のタッチ判別装置において、前記更新処理回路は、前記電極線の検出容量値と当該電極線に対応する基準容量値との差分値が更新範囲にあることを条件に基準容量値を更新する。
基準容量値を更新する処理負担を軽減することができる。
〔3〕<基準容量値の更新条件判別範囲>
項2のタッチ判別装置において、前記更新範囲は、予め設定されている基準容量値更新の上限値(91)と下限値(92)によって決定される範囲である。
〔4〕<接触の判別条件>
項1のタッチ判別装置において、前記判定回路は、前記電極線の検出容量値と当該電極線に対応する基準容量値との差分がタッチ判定範囲にあるときに接触と判定する。
誤検出の防止に役立つ。
〔5〕<接触の判別条件範囲>
項4のタッチ判別装置において、前記タッチ判定範囲は、予め設定されているタッチ判定の上限値(93)と下限値(94)によって決定される範囲である。
〔6〕<更新値の演算と更新範囲判定の並列処理>
項2のタッチ判別装置において、前記更新処理回路は、前記更新値の演算と前記更新範囲の判定とを並列的に行い、更新範囲であることが判別されたとき、基準容量値の更新値によって記憶回路の対応する基準容量値を書き換える。
並列処理により更新処理の処理時間を短縮することができる。
〔7〕<記憶回路の基準容量値維持>
項6のタッチ判別装置において、前記更新処理回路は、更新範囲でないことが判別されたとき、基準容量値の更新値による記憶回路の書き換えを行わずに既存の基準容量値を維持する。
実質的に無用の書き換え処理を省略することができる。
〔8〕<パラメータレジスタ>
項1のタッチ判別装置は、前記更新処理回路に与える前記重みパラメータAを保持するためのパラメータレジスタ(71)を更に有する。
パラメータレジスタの書き換えによって重みパラメータが可変可能になる。
〔9〕<環境変化に対する追従性と検出感度>
項8のタッチ判別装置において、前記重みパラメータAの値は、接触検出動作の有無に応じて相違され、動作時は待機時に比べて小さくされる。
重みパラメータAが大きければ、更新される基準容量値には今回の非タッチの検出容量値の影響が強く反映され、温度などの環境変化による容量値の追従性が高くなる。待機時にこの状態を採用することにより、環境変化に対応した状態を基準に接触検出動作を開始することができる。重みパラメータAが小さければ、環境変化による今回の測定容量値の変動分が接触判定処理に与える影響を小さくすることができ、接触判定動作の安定化に資することができる。
〔10〕<基準容量値と検出容量値との加重平均による擬似的移動平均>
本発明の別の実施の形態に係るタッチ判別装置は、夫々容量電極を持つ複数の電極線(20〜35)と、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部(48,58)と、前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別する判別部(50)と、を有する。前記判別部は、非接触の判別結果を得たとき当該電極線の基準容量値を、当該電極線の検出容量値に0より大きく1未満の重みパラメータAを乗じた値と当該電極線に対応する基準容量値に「1−A」を乗じた値との加算値に更新する。
項1と同様に、今回の非タッチの測定容量値と対応する基準容量値とに与えられる重みパラメータの性質により、加算される一つの基準容量値は今回以前の複数の測定容量値の擬似的な移動平均になり、複数回分の検出容量値を蓄積する記憶エリアを必要とせず、更に、複数回分の検出容量値に対する移動平均の演算をその都度行うことを要せず演算処理も簡単になる。
〔11〕<データ処理システム>
本発明の別の実施の形態に係るデータ処理システムは、夫々容量電極を持つ複数の電極線(20〜35)、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部(48,58)、及び前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別し、判別結果に基づいて接触位置を演算する位置判別部(50)、を有するタッチ判別装置と、前記タッチ判別装置で演算された接触位置を受取ってデータ処理を行うプログラム処理装置と、を備える。前記位置判別部は、非接触の判別結果を得たとき当該電極線の基準容量値を、当該電極線の検出容量値に0より大きく1未満の重みパラメータAを乗じた値と当該電極線に対応する基準容量値に「1−A」を乗じた値との加算値に更新する。前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置の動作モードに応じて重みパラメータAの値を決定する。
項1と同様に、今回の非タッチの測定容量値と対応する基準容量値とに与えられる重みパラメータの性質により、加算される一つの基準容量値は今回以前の複数の測定容量値の擬似的な移動平均になり、複数回分の検出容量値を蓄積する記憶エリアを必要とせず、更に、複数回分の検出容量値に対する移動平均の演算をその都度行うことを要せず演算処理も簡単になる。
更にタッチ判別装置の動作モードに応じて重みパラメータの値が決定されることにより、項9と同様に基準容量値の環境変化追従性とタッチの検出感度とのいずれにも対応することが可能になる。
〔12〕<環境変化に対する追従性と検出感度>
項11のデータ処理システムにおいて、前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置を用いた入力動作の可否に応じて重みパラメータAの値を相違させ、入力動作可能なときは不可能な時に比べて小さくされる。
項9と同様に、入力動作不可能な待機時などでは基準容量値の環境変化追従性を優先させ、入力動作可能なときはタッチの検出感度の向上を優先させることが可能になる。
〔13〕<基準容量値と検出容量値との加重平均による擬似的移動平均>
本発明の別の実施の形態に係るタッチ判別装置は、夫々容量電極を持つ複数の電極線(20〜35)と、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部(48,58)と、前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別する判別部(50)と、を有する。前記判別部は、非接触の判別結果を得たとき、当該電極線の基準容量値と当該電極線の検出容量値とに夫々重みを与えて加算し、加算結果が過去の検出容量値の擬似的な移動平均値となるように前者の重みには後者の重みよりも大きな値を与え、加算した値で基準容量値を更新する。
項1と同様に、今回の非タッチの測定容量値と対応する基準容量値とに与えられる重みパラメータの性質により、加算される一つの基準容量値は今回以前の複数の測定容量値の擬似的な移動平均になり、複数回分の検出容量値を蓄積する記憶エリアを必要とせず、更に、複数回分の検出容量値に対する移動平均の演算をその都度行うことを要せず演算処理も簡単になる。
〔14〕<データ処理システム>
本発明の別の実施の形態に係るデータ処理システムは、夫々容量電極を持つ複数の電極線(20〜35)、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部(48,58)、及び前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別し、判別結果に基づいて接触位置を演算する位置判別部(50)、を有するタッチ判別装置と、前記タッチ判別装置で演算された接触位置を受取ってデータ処理を行うプログラム処理装置と、を有する。前記位置判別部は、非接触の判別結果を得たとき、当該電極線の基準容量値と当該電極線の検出容量値とに夫々重みを与えて加算し、加算結果が過去の検出容量値の擬似的な移動平均値となるように前者の重みには後者の重みよりも大きな値を与え、加算した値で基準容量値を更新する。前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置の動作モードに応じて重みの値を決定する。
項11と同様に、複数回分の検出容量値を蓄積する記憶エリアを必要とせず、更に、複数回分の検出容量値に対する移動平均の演算をその都度行うことを要せず演算処理も簡単になり、また、基準容量値の環境変化追従性とタッチの検出感度とのいずれにも対応することが可能になる。
〔15〕<環境変化に対する追従性と検出感度>
項14のデータ処理システムにおいて、前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置を用いた入力動作の可否に応じて重みの値を相違させ、入力動作可能なときは不可能な時に比べて、基準容量値の重みが大きく且つ検出容量値の重みが小さくされる。
項9と同様に、入力動作不可能な待機時などでは基準容量値の環境変化追従性を優先させ、入力動作可能なときはタッチの検出感度の向上を優先させることが可能になる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
図1には本発明の一実施の形態に係るに係るデータ処理システムが例示される。
同図に示されるデータ処理システムは、例えば形態端末装置の一部を成し、LCDパネル9に静電容量タッチパネル15が重ねられたタッチ判別装置組み込み型のディスプレイパネル200、LCDパネル9に対する表示制御を行う表示制御ユニット6、表示制御ユニット6に対するコマンド制御やタッチ判別装置200からの入力に応答するデータ処理等を行なうプログラム処理装置としてのCPU74、及び図示を省略するメモリ等がバス201に接続されて構成される。
タッチ判別装置組み込み型のディスプレイパネルは、走査線駆動ユニット12、表示画素アレイ14、及びタッチパネル制御ユニット内蔵データ線駆動ユニット10を有するLCDパネル9と、静電容量型タッチパネル15から成る。
図1において、1は水平同期信号、2は垂直同期信号、3はデータイネーブル信号、4は表示データ、5は同期クロックである。データイネーブル信号3及び表示データ4はバス201を介して供給される。垂直同期信号1は表示一画面周期(1フレーム周期)の信号、水平同期信号2は一水平周期の信号、データイネーブル信号3は表示データ4が有効である期間(表示有効期間)を示す信号で、全ての信号が同期クロック5に同期して入力される。
本実施形態では、表示データが、一画面分が左上端の画素から順次ラスタスキャン形式で転送され、1画素分の情報は6ビットのデジタルデータからなるものとして以下説明する。7はデータ線およびタッチパネル制御信号、8は走査線制御信号であり、表示制御ユニット6は、垂直同期信号1、水平同期信号2、データイネーブル信号3、表示データ4、および同期クロック5に基づいて、表示制御とタッチパネル制御のためのデータ線およびタッチパネル制御信号7と、表示の走査制御のための走査線制御信号8を生成する。
11はデータ線駆動信号、12は走査線駆動ユニット、13は走査線選択信号であり、LCDパネル9は、1枚のガラス基板上にタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット10、走査線駆動ユニット12、及び表示画素アレイ14が設けられて成る。本実施形態では、タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット10はLSI(半導体集積回路)で構成され、走査線駆動ユニット12と表示画素アレイ14はガラス基板上に低温ポリシリコン(LTPS)で構成されるものとするが、タッチパネル駆動ユニットがデータ線駆動ユニットに内蔵されている構成に限定する趣旨ではない。
タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット10は、データ線およびタッチパネル制御信号7のうちの表示制御に関する信号から、表示画素アレイ14に書き込む信号電圧を生成するとともに、タッチパネル制御に関する信号からタッチパネルの座標を示す信号(後述)を生成する。走査線駆動ユニット12は、データ線駆動信号11として出力される書込み信号電圧を書き込む走査線を選択するための走査線選択信号13を出力する。表示画素アレイ14は、走査線選択信号13によって選択したライン上の画素にデータ線駆動信号11として出力される書込み信号電圧を書込み、書込み電圧に応じた階調制御を行う。
16は検出電極線、17は座標信号であり、静電容量型タッチパネル15は、直交する複数の透明導電膜(ITO)による電極線を備える基板である。各々の電極線は検出電極線16としてタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット10に入力され、座標信号17に変換される。
図2は図1記載の静電容量型タッチパネル15の内部構成を例示する。18はX1−1電極、19はY1−2電極であり、各々水平方向に配置されるX電極線20と垂直方向に配置されるY電極線26の交点以外の領域に設けられる。本実施形態は、交点以外の領域を同じ形、面積の菱形で埋める構成として以下説明するが、この構成に限定されるものではない。静電容量型タッチパネル15はX方向の電極線として、第1X電極線20、第2X電極線21、第3X電極線22、第4X電極線23、第5X電極線24、及び第6X電極線25を備え、Y方向の電極線として、第1Y電極線26、第2Y電極線27、第3Y電極線28、第4Y電極線29、第5Y電極線30、第6Y電極線31、第7Y電極線32、第8Y電極線33、第9Y電極線34、第10Y電極線35を備え、X方向の電極線とY方向の電極線が非道通状態で直交する形態で配置され、すべての電極線が検出電極線16として出力される。本実施形態では、X電極線が6本、Y電極線が10本で構成されるものとする。したがって、X1−1電極18、Y1−2電極19と同一の電極が、夫々のX電極線上に10個、夫々のY電極線上に6個、設けられる。
図3には図1に記載のタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット10の内部構成が例示される。37はデータ開始信号、38はデータシフトクロック、39はシリアル表示データ、40はパラレル表示データであり、データシフト部36は、データ開始信号37を基準に、データシフトクロック38に従ってシリアル表示データ39を取り込み、パラレル表示データ40として順次出力する。
42は水平ラッチクロック、43は1ラインデータであり、1ラインラッチ部41は、順次出力されるパラレル表示データ40を、1ライン分の出力が終了するタイミングを示す水平ラッチクロック42に従って、1ラインデータ43として出力する。44はD/A変換部であり、デジタル値である1ラインデータ43をアナログ値に変換し、画素への書込み信号となるデータ線駆動信号11として出力する。
タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット10はタッチパネルの駆動制御を行うために、検出制御部45、静電容量検出部48、及び座標変換部50を有する。46は検出スイッチ駆動信号、47は座標変換タイミング信号、49は検出容量値、である。検出制御部45は、静電容量検出部48における検出動作を制御するための検出スイッチ駆動信号46と、座標変換部50における動作を制御するための座標変換タイミング信号47を生成する。本実施形態では、検出動作、座標変換動作が水平ラッチクロック42に同期して一水平期間を基準として行うものとする。また、本実施形態では、特に制限されないが、静電容量検出部48は、検出電極線16から2本の電極を順番に選択し(X1とX2、X2とX3、X3とX4、…、Y1とY2、Y2とY3、Y3とY4、…、Y9とY10)、選択した2本ずつの容量差分を検出し、容量差分のA/D変換後のデジタル値を検出容量値49として1データずつシリアルに出力する(X1―X2、X2−X3、X3−X4、…、Y1―Y2、Y2―Y3、Y3―Y4、…、Y9―Y10)ものとする。夫々の電極線の容量値(タッチの場合には指容量との合成容量)の検出は、特に制限されないが、静電容量検出部4で選択された電極線の電極容量(タッチの場合には指容量との合成容量)を充電し、その充電電荷を静電容量検出部4の検出用容量との間で電荷再配分を行い、これによって得られる電圧値に基づいて検出信号を得る。電極線に関する容量値の検出は隣接する電極線に関する容量値に差分を検出する手法に限定されず、電極線毎に容量値を検出する手法を採用してもよい。但し、その場合には同相ノイズ成分のキャンセル作用を期待することはできない。
座標変換手段50は、シリアルに入力される検出容量値49を逐次各々の電極線の容量値に変換し(X1、X2、X3、…、Y1、Y2、Y3、…、Y10)、その容量の分布状態から座標を算出、座標信号17として出力する。隣接する電極線の容量差分を電極線の容量値に変換するには、例えばX1の容量値を特定に値に仮定することによって、差分の検出値を順次加算して行く過程で順次電極線毎の検出容量値を得ることができる。
図4には図2記載の静電容量タッチパネル15の各々の菱形電極が持つ容量に対して、指で触ったとき(タッチ)の容量変化を等価的に示す。51は検出電源、52はX電極容量、53はY電極容量、54は指、55はX−指容量、56はY−指容量、57は接地容量であり、検出電源51から見た容量は、指54がない場合にはX電極容量52のみであるのに対し、指が接触することにより、X−指容量55を介したY−指容量56、Y電極容量53が合成された容量となる。この容量変化を検出することにより、静電容量タッチパネルの座標検出が行われる。Y電極容量53を用いる検出動作の場合には検出電源51をY電極19側に接続することになる。検出動作では、検出電源51によって電極線の合成容量を充電し、その充電電荷を静電容量検出部48における検出容量を用いて電荷再配分し、これによって検出容量に得られる電圧が検出容量値信号になる。
図5は図3記載の座標変換手段50の内部構成の一実施形態である。58は分布変換回路、59は容量分布値、60はベースライン処理回路、61は差分値、62はタッチ判定信号、63はタッチ分布整形回路、64は整形後差分値、65は座標演算回路、66は座標変換制御回路、67は分布変換制御信号、68はベースライン処理制御信号、69はタッチ分布整形制御信号、70は座標演算制御信号、71はN値レジスタ、72はインタフェース回路、73はシリアルバス、74はCPUである。
座標変換制御回路66は、座標変換タイミング信号47を起点として、分布変換回路58の動作を制御する分布変換制御信号67、ベースライン処理回路60の動作を制御するベースライン処理制御信号68、タッチ分布整形回路63の動作を制御するタッチ分布整形制御信号69、座標演算回路65の動作を制御する座標演算制御信号70を生成する。
分布変換回路58では1データずつシリアルに入力される2電極線の容量差分値である検出容量値49(X1―X2、X2−X3、X3−X4、…、Y1―Y2、Y2―Y3、Y3―Y4、…、Y9―Y10)を逐次各々の電極線の容量値に変換し(X1、X2、X3、…、Y1、Y2、Y3、…、Y10)、容量分布値59としてシリアルに出力する。ベースライン処理回路60は、各電極線のタッチと非タッチを判別するために、容量分布値59とベースライン基準値(基準容量値)との差分値61を計算し、差分値61の値によってベースライン値更新、非更新を判定する。更新の場合は計算したベースライン更新値で対応するベースライン基準値を書換え、非更新の場合は現在のベースライン基準地値を維持する。また、差分値61の値によってタッチ、非タッチの判定を行い、判定結果をタッチ判定信号62として出力する。ベースライン処理回路60は、ベースラインの環境変化に対する追従性を調節するためのパラメータが保存されているN値レジスタ71からパラメータの供給を受ける。パラメータはベースライン更新値の計算に用いるパラメータであり、その詳細は後述する。パラメータはCPU74からシリアルバス73、インタフェース回路72を介してN値レジスタ71に設定される。タッチ分布整形回路63は、差分値61からノイズ除去処理を行い、整形後差分値64を出力する。座標演算回路65は、X、Yそれぞれの電極線の整形後差分値64からタッチ座標演算を行い、座標値17を出力する。
図6A及び図6Bは図5記載のベースライン処理回路60の入出力信号を示したものである。75はある電極線の容量分布値の時間変化を例示し、76は使用環境によるよう容量ドリフト、77はタッチによる容量変化、78はある電極線の差分値の時間変化を例示し、79はある電極のタッチ判定信号の時間変化を示し、80はタッチ判定期間を示す。ある電極線の容量分布の時間変化75は使用する温度や湿度等の影響によりタッチによる容量変化77以外で容量ドリフト76が生じている。多数の容量分布値59である容量分布75の値を図5記載のベースライン処理回路60に入力すると、入力容量分布値75とベースライン基準値との差分を計算してタッチによる容量変化とそれ以外の要因による容量変化を切り分けることで、タッチによる容量変動だけが見えるように表した差分分布78を得る。差分分布値78を用いてタッチ判定を行い、タッチの場合に“high”、非タッチの場合に“low”をタッチ判定信号79として出力する。タッチ判定の方法については後述する。
図7は図5記載のベースライン処理回路60の処理内容を示すフローチャートである。対象となる電極線の容量分布値59が入力され、そしてその分布値に対応するベースライン値を読み込む(81)。まず、処理電極の分布値59と対応するベースライン値との差分値61を計算して出力し(82)、差分値61とベースライン更新範囲との比較によりベースラインの更新、非更新を決定する(83)。ベースライン更新と判定された場合には、式[1]に示す平均サンプル数Nを用いた擬似平均値処理によりベースライン値を更新する(84)。
Figure 2011210038
式[1]によれば、Nは平均サンプル数としてのパラメータ、bl[i]はi番目の電極線のベースライン値、tは検出サンプル時間、d[i]はi番目の電極線の容量分布値である。擬似平均値処理によれば、1検出サンプル時間前のベースライン値と現検出サンプル時間の容量分布値に、それぞれ平均サンプル数Nに基づく重みを与え、加算したものを現検出サンプル時間のベースライン更新値とする。式[1]による擬似平均値の計算結果は、Nサンプル平均値と同様な値が得られる。すなわち、処理対象の容量分布値とこれに対応するベースライン値とを加算するとき、現在のベースライン値には上記大きな重み((N−1)/N)を与え、今回の処理対象の容量分布には小さな重み(1/N)を付与することにより、加算される一つのベースライン値は今回以前の複数の測定された容量分布値の擬似的な移動平均になるという意義があり、複数回分の検出された容量分布値を蓄積してその都度移動平均を採るのと実質的に同じ結果を得ることができる。重み(1/N)は例えば0よりも大きく1よりも小さな値とされる。
また、Nの値により平均サンプル数を変更できる。ベースライン非更新と判定された場合には、差分値61とタッチ判定範囲との比較によりタッチの有無を判定する(85)。タッチ有と判定された場合には、タッチ判定信号を“high”とし(86)、ベースライン値を現在の値に維持する(87)。タッチ無と判定された場合にはベースライン値を現在の値に維持する。そして処理対象電極線を1電極ずらし、次の電極線の処理へ移行する(88)。電極線1本でもタッチと判定されたらタッチ判定信号を“high”に維持する。
図8には、図6記載のベースライン処理回路60の処理フローにおける、ベースライン処理範囲とタッチ判定範囲の一例が示される。短い周期で変化されている信号は検出信号ライン89であり、ある電極線の容量値の時間変化を示し、タッチ、非タッチで電極線容量値に生じる差分に基づいてタッチの検出が行われる。90はベースライン、91はベースライン処理判定上限ライン、92はベースライン処理判定下限ライン、93はタッチ判定上限ライン、94はタッチ判定下限ラインである。91〜94はベースライン90とともに変化する。95は非タッチ判定及びベースライン処理範囲、96はタッチ判定及びベースライン維持範囲、97、98、99は非タッチ及びベースライン維持範囲、100、101は非タッチ判定期間、102はタッチ判定期間である。
検出信号ライン89がベースライン90に対してベースライン処理判定下限ライン92より小なら、非タッチ判定及びベースライン維持範囲97内となり、ベースライン値を維持する。
検出信号ライン89がベースライン90に対してベースライン処理判定下限ライン92とベースライン処理判定上限ライン92との間に位置している場合は、非タッチ判定及びベースライン処理範囲95内となり、式[1]によりベースライン値を更新する。
検出信号ライン89がベースライン90に対してベースライン処理上限ライン91とタッチ判定下限ライン94との間に位置している場合は、非タッチ判定及びベースライン処理範囲98内となり、現在のベースライン値を維持する。
検出信号ライン89がベースライン90に対してタッチ判定下限ライン94とタッチ判定上限ライン93との間に位置している場合は、タッチ判定及びベースライン維持範囲96内となり、タッチ判定信号62を“high”とし、ベースライン値を現在の値に維持する。
検出信号ライン89がベースライン90に対してタッチ判定上限ラインより大の場合は、非タッチ判定及びベースライン維持範囲99内となり、ベースライン値を現在の値に維持する。
図8では、最初にタッチする前の非タッチ判定期間100があり、その後タッチパネルへの指を触れることによりタッチ判定期間102となり、指を離すことにより再び非タッチ期間101となっている。
図9は、図5記載のベースライン処理回路60の内部回路構成を例示するブロック図である。103は記憶回路としてのベースライン値保持回路であり、電極線毎に夫々のベースライン値を保持する。106〜109は記憶回路に記憶された代表的に図示された電極線のベースライン値を意味する。104は記憶回路への書き込み信号、105は書込み先の選択回路、110は読出し先の選択回路、111はベースライン値の書込み信号線、112はベースライン値の読出し信号線である。
ベースライン保持回路103において、処理対象電極線のベースライン値の読出しの場合には、読出し先選択回路110により、全電極線分は記載していないが各電極線のベースライン値106〜109から1データを選択してベースライン値読出し信号線112に読み出し、書込みの場合には、書込み信号104が立ち上がったときに、書込み先を書込み先選択回路105により、全電極線分は記載していないが各電極線のベースライン値106〜109から選択し、ベースライン値書込み信号線111のデータを書き込む。
113は減算器、114処理内容判定回路である。入力される容量分布値59とベースライン値読出し信号線112のデータとの差分値61を減算器113で計算し、差分値61を用いて処理内容判定回路114でタッチ判定とベースライン処理判定を行い、その判定結果に従ってベースラインの書込み信号104とタッチ判定信号62を出力する。
115は重み1/Nを乗算する演算器、116は重み(N−1)/Nを乗算する演算器、117は演算器115,116の出力を加算する加算器、118は加算器117から得られるベースライン更新値である。演算器115は容量分布値59に1/Nを演算し、演算器116は読出しベースライン値読出し線112のデータに(N−1)/Nを演算し、加算器117は演算器115と演算器116の演算結果を加算し、加算結果をベースライン更新値118とする。
処理内容判定回路114は図8で説明したタッチ判定とベースライン処理判定を行ない、これに並行して演算器115,116,117はベースライン更新値118を生成する演算を行う。処理内容判定回路114がベースライン更新すべきと判別したとき、処理内容決定回路114は処理対象の電極線に対応するベースライン値の格納アドレスを指定して書込み信号104をアサートする。これによって、演算されたベースライン更新値によってベースライン保持回路103内のベースライン値が書換えられる。
この構成によれば、移動平均値演算時に必要な平均サンプル数分の容量分布保持回路を必要とせず、ベースライン保持回路を1組持つだけで、擬似的な移動平均値演算が可能になる。そして回路規模の増加無しで平均サンプル数Nを変更できる。すなわち、N値レジスタ71の設定値を変更するだけでよい。ベースライン処理回路60において、平均サンプル数Nを2の累乗に限定することで演算器115、演算器116の除算をシフト演算で実現でき、さらに回路規模の縮小が可能になる。
図10には図9のベースライン処理回路の内部構成によるベースライン処理のタイミングチャートが例示される。119はX電極線の差分分布の例、120はタッチ判定範囲、121はベースライン処理範囲である。図10ではX電極線のベースライン処理に関して、入力容量分布とベースラインとの差分分布が119となるものとして説明する。
電極線X1、X2、X6の差分値はベースライン処理範囲121内にあるためベースライン値を更新するが、電極線X3,X4,X5はタッチ判定範囲にあるためタッチ判定信号を“high”としベースライン値を維持する。122は容量分布値入力タイミング、123はベースライン値読み込みタイミング、124は差分値計算タイミング、125はタッチ判定信号タイミング、126はNを用いた擬似平均演算タイミング、127はベースライン更新値出力タイミング、128はベースライン書込み信号タイミング、129はベースライン保持回路のデータタイミング、130はX電極1のベースラインデータタイミング、131はX電極2のベースラインデータタイミング、132はX電極3のベースラインデータタイミング、133はX電極4のベースラインデータタイミング、134はX電極5のベースラインデータタイミング、135はX電極6のベースラインデータタイミング122は容量分布値入力タイミングである。
各X電極の容量分布値がシリアルに入力され(122)るが、以降の計算は全てパイプライン的に行われる。入力される容量分布値に対応する1検出サンプル前の電極線のベースライン値を読み込み(123)、容量分布値とベースライン値の差分を計算する(124)。差分値を用いてベースライン処理判定とタッチ判定を行い、電極線X1、X2は非タッチ及びベースライン処理範囲であるためベースライン書き込み信号が“high”、タッチ判定信号は“low”のままとなり、電極線3はベースライン処理範囲にもタッチ判定範囲にも含まれないためベースライン書き込み信号が“low”、タッチ判定信号は“low”のままとなる。電極線4の時点でタッチ判定範囲120に含まれるのでベースライン書込み信号が“low”のまま、タッチ判定信号が“high”に反転され、タッチ信号はそのまま維持される。電極線5はベースライン処理範囲にもタッチ判定範囲にも含まれないためベースライン書き込み信号が“low”となり、電極線6は非タッチ及びベースライン処理範囲であるためベースライン書き込み信号が“high”となる。上記判定に並行して順次N値を用いた擬似平均演算によるベースライン更新値の計算が行われ(126、127)、ベースライン書込み信号128による書き込みイネーブル(“high”)に同期してベースライン保持回路103の電極線のベースライン値データX1t−1、X2t−1、X6t−1がベースライン更新値X1、X2、X6に書換えられる。
図11A及び図11Bには図5記載のベースライン処理回路60に入力されるN値レジスタの値を変更した場合の、ベースラインの検出信号に対する追従性の変化を例示する。136は検出信号の時間変化であり、図11Aにおける137はNが小さな値をとる場合のベースラインの時間変化、図11Bにおける138はNが大きな値をとる場合のベースラインの時間変化である。
図11Aに示されるようにNが小さな値をとる場合には擬似平均サンプル数が少なく、ベースライン137に含まれる過去データに対する現在のデータの割合が大きいため、検出信号136に対する追従性が良くなり、検出信号136の容量変動をベースラインに取り込みやすくなる。
図11Bに示されるようにNが大きな値をとる場合には擬似平均サンプル数が多く、ベースラインに含まれる過去データに対する現在のデータの割合が小さいため、検出信号136に対する追従性が鈍くなり安定したベースライン138が得られる。タッチセンス動作の安定化を図ることができる。
図12Aには図5のN値レジスタの値を、使用状況に応じて調節するアプリケーションの一例である静電容量型タッチパネル搭載の携帯電話機が示される。図12Aは携帯電話機の構成及び使用状況を模式的に示してある。139は液晶パネルのバックライトがオフとなっている状態、140は待ち受け画面の状態、141は携帯電話表示部側面、142は携帯電話本体部側面、143はロック/解除ボタン、144はスライド方向である。図12Aの携帯電話機は表示部が144方向にスライドする構成となっている。図12Bは図12Aの携帯電話機の状況に応じた状態遷移図であり、145は休止状態、146はタッチ操作状態である。液晶パネルのバックライトがオフとなっている状態139では、システムは操作を受け付けない休止状態145とされ、そこで使用者がロック/解除ボタン143を押す、もしくは画面をスライド方向144にスライドすると、システムはそれに応答してタッチ操作状態146に遷移する。タッチ操作状態146に遷移すると液晶パネルのバックライトが点灯し、携帯電話機は待ち受け画面の状態140となる。タッチ操作状態146において、しばらく操作されない、もしくは使用者がロック/解除ボタン143を押すと、システムはタイマー、ロック/解除ボタン143の情報を受け、休止状態145に遷移し、液晶パネルのバックライトがオフになり、タッチ操作を受け付けない状態となる。休止状態145では、いつタッチ操作状態146となってもよいように環境変化による容量変動を取り込んだベースラインの初期値を準備しておく必要があるため、Nを小さくすることでベースラインの追従性を上げる。タッチ操作状態に遷移すると、実際にタッチ位置を正確に特定する必要があり、環境変化に対する追従性を上げるよりもタッチを正確に検出できることが優先されるため、Nを大きくとることでベースラインの追従性を下げ、容量変動を検出しやすくする。
上記本発明によれば、静電容量型タッチパネルのタッチ、非タッチを判別するベースライン処理方式として、処理対象電極線に対応するベースライン値を更新する際に、対象となる電極線で検出された非タッチ信号値と対象電極線の現在のベースライン値にそれぞれ重みを与え、加算したものを擬似移動平均値として対象電極線の新たなベースライン値とすることによって、移動平均値計算に必要な過去の非タッチ信号値を複数保持する必要を無くし、回路規模が大幅に削減できる。また、レジスタに保存されているベースラインの環境変化に対する追従性を調節するパラメータを外部から調節可能とすることで、回路規模を増加させることなく、使用状況に応じた最適なベースラインの追従性を得ることができ、タッチ座標検出精度を向上させることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
電極線の容量電極の構成、静電容量検出の方法、座標変換の方法、重みパラメータの演算方法等について適宜変更可能である。パラメータ値Nは16のような数値に限定されず、システムに応じて適宜変更可能である。本発明は、携帯電話機やPDAといった情報処理端末のタッチ入力デバイス等に広く適用することができる。
1…水平同期信号
2…垂直同期信号
3…データイネーブル
4…表示データ
5…同期クロック
6…表示制御ユニット
7…データ線およびタッチパネル制御信号
8…走査線制御信号
9…LCDパネル
10…タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット
11…データ線駆動信号
12…走査線駆動ユニット
13…走査線選択信号
14…表示画素アレイ
15…静電容量型タッチパネル
16…検出電極線
17…座標信号
36…データシフト部
37…データ開始信号
38…データシフトクロック
39…シリアル表示データ
40…パラレル表示データ
44…D/A変換部
45…検出制御部
46…検出スイッチ駆動信号
47…座標変換タイミング信号
48…静電容量検出部
49…検出容量値
50…座標変換手段
51…検出電源
52…X電極容量
53…Y電極容量
55…X−指容量
56…Y−指容量
57…接地容量
58…分布変換回路
60…ベースライン処理回路
61…差分値
62…タッチ判定信号
63…タッチ分布整形回路
64…整形後差分値
65…座標演算回路
66…座標変換制御回路
67…分布変換制御信号
68…ベースライン処理制御信号
69…タッチ分布整形制御信号
70…座標演算制御信号
71…N値レジスタ
74…CPU
89…検出信号ライン
90…ベースライン
91…ベースライン処理判定上限ライン
92…ベースライン処理判定下限ライン
93…タッチ判定上限ライン
94…タッチ判定下限ライン
103…ベースライン保持回路
104…書込み信号
105…書込み先選択回路
106〜109…ベースライン値
110…読み出し先選択回路
111…ベースライン値書込み線
112…ベースライン値読出し線
113…減算器
114…処理内容判定回路
115…演算器
116…演算器
117…加算器

Claims (15)

  1. 夫々容量電極を持つ複数の電極線と、
    順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部と、
    前記電極線に対する被検体の接触の有無を前記検出部で検出された当該電極線の容量値に基づいて判別する判別部と、を有し、
    前記判別部は、前記接触と非接触の判定基準となる基準容量値を前記電極線毎に記憶する記憶回路と、前記検出部で検出された容量値と当該容量値に対応する電極線の基準容量値との比較結果に基づいて当該電極線に対する被検体の接触の有無を判定する判定回路と、判定回路による判定結果が非接触とされた電極線の基準容量値の更新処理を行う更新処理回路とを有し、
    前記更新処理回路は、当該電極線の検出容量値に0より大きく1未満の重みパラメータAを乗じた値と、当該電極線に対応する基準容量値に「1−A」を乗じた値との加算結果を基準容量値の更新値とする、タッチ判別装置。
  2. 前記更新処理回路は、前記電極線の検出容量値と当該電極線に対応する基準容量値との差分値が更新範囲にあることを条件に基準容量値を更新する、請求項1記載のタッチ判別装置。
  3. 前記更新範囲は、予め設定されている基準容量値更新の上限値と下限値によって決定される範囲である、請求項2記載のタッチ判別装置。
  4. 前記判定回路は、前記電極線の検出容量値と当該電極線に対応する基準容量値との差分がタッチ判定範囲にあるときに接触と判定する、請求項1記載のタッチ判別装置。
  5. 前記タッチ判定範囲は、予め設定されているタッチ判定の上限値と下限値によって決定される範囲である、請求項4記載のタッチ判別装置。
  6. 前記更新処理回路は、前記更新値の演算と前記更新範囲の判定とを並列的に行い、更新範囲であることが判別されたとき、基準容量値の更新値によって記憶回路の対応する基準容量値を書き換える、請求項2記載のタッチ判別装置。
  7. 前記更新処理回路は、更新範囲でないことが判別されたとき、基準容量値の更新値による記憶回路の書き換えを行わずに既存の基準容量値を維持する、請求項6記載のタッチ判別装置。
  8. 前記更新処理回路に与える前記重みパラメータAを保持するためのパラメータレジスタを更に有する、請求項1記載のタッチ判別装置。
  9. 前記重みパラメータAの値は、接触検出動作の有無に応じて相違され、動作時は待機時に比べて小さくされる、請求項8記載のタッチ判別装置。
  10. 夫々容量電極を持つ複数の電極線と、
    順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部と、
    前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別する判別部と、を有し、
    前記判別部は、非接触の判別結果を得たとき当該電極線の基準容量値を、当該電極線の検出容量値に0より大きく1未満の重みパラメータAを乗じた値と当該電極線に対応する基準容量値に「1−A」を乗じた値との加算値に更新するタッチ判別装置。
  11. 夫々容量電極を持つ複数の電極線、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部、及び前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別し、判別結果に基づいて接触位置を演算する位置判別部、を有するタッチ判別装置と、
    前記タッチ判別装置で演算された接触位置を受取ってデータ処理を行うプログラム処理装置と、を有し、
    前記位置判別部は、非接触の判別結果を得たとき当該電極線の基準容量値を、当該電極線の検出容量値に0より大きく1未満の重みパラメータAを乗じた値と当該電極線に対応する基準容量値に「1−A」を乗じた値との加算値に更新し、
    前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置の動作モードに応じて重みパラメータAの値を決定する、データ処理システム。
  12. 前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置を用いた入力動作の可否に応じて重みパラメータAの値を相違させ、入力動作可能なときは不可能な時に比べて小さくされる、請求項11記載のデータ処理システム。
  13. 夫々容量電極を持つ複数の電極線と、
    順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部と、
    前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別する判別部と、を有し、
    前記判別部は、非接触の判別結果を得たとき、当該電極線の基準容量値と当該電極線の検出容量値とに夫々重みを与えて加算し、加算結果が過去の検出容量値の擬似的な移動平均値となるように前者の重みには後者の重みよりも大きな値を与え、加算した値で基準容量値を更新するタッチ判別装置。
  14. 夫々容量電極を持つ複数の電極線、順次前記複数の電極線への電荷移動に基づいて当該電極線に係る容量値を検出する検出部、及び前記検出部で検出された当該電極線の容量値と基準容量値との比較結果に基づいて被検体の接触の有無を判別し、判別結果に基づいて接触位置を演算する位置判別部、を有するタッチ判別装置と、
    前記タッチ判別装置で演算された接触位置を受取ってデータ処理を行うプログラム処理装置と、を有し、
    前記位置判別部は、非接触の判別結果を得たとき、当該電極線の基準容量値と当該電極線の検出容量値とに夫々重みを与えて加算し、加算結果が過去の検出容量値の擬似的な移動平均値となるように前者の重みには後者の重みよりも大きな値を与え、加算した値で基準容量値を更新し、
    前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置の動作モードに応じて重みの値を決定する、データ処理システム。
  15. 前記データ処理装置は、前記タッチ判別装置を用いた入力動作の可否に応じて重みの値を相違させ、入力動作可能なときは不可能な時に比べて、基準容量値の重みが大きく且つ検出容量値の重みが小さくされる、請求項14記載のデータ処理システム。
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