JP2011257831A

JP2011257831A - タッチパネル装置

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Publication number: JP2011257831A
Application number: JP2010129818A
Authority: JP
Inventors: Takami Maeda; 隆己前田; Takashi Kitada; 貴司北田; Haruhiko Kono; 治彦河野
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-22
Also published as: US20110298737A1

Abstract

【課題】大型化した場合でもタッチ位置の検出を高精度に行うことができるようにする。
【解決手段】制御部７が、受信部６から出力されるレベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、受信部において１本の受信電極３の出力信号を受信する期間に送信部５から送信電極２に印加されるパルスの数を変更制御する。特に送信電極を、位置に応じて所定本数ごとにグループ分けして、このグループ単位で受信電極の１本あたりのパルス数を設定する。さらに、送信部を、パルス信号の周波数を変更可能に構成し、制御部が、受信電極の１本あたりのパルス数の変更に関係なく、一定の積分期間内に全てのパルスの印加が終了するように、パルス信号の周波数を変更制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極が格子状に配置されて、タッチ操作に応じた静電容量の変化に伴う電極の出力信号の変化に基づいてタッチ位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置、特に送信電極に印加した駆動信号に応答して受信電極に流れる充放電電流信号を受信してタッチ位置を検出する相互容量方式のタッチパネル装置に関するものである。

タッチパネル装置には、タッチ位置を検出する原理が異なる種々の方式があるが、投影型静電容量方式のように多数の電極をパネル内に配設した構成のものでは、主に電極のインピーダンスのばらつきが原因で検出レベルが位置によってばらつき、検出精度を低下させてしまうという問題を有している。

特に相互容量方式のタッチパネル装置では、送信電極に印加した駆動信号に応答して受信電極に流れる充放電電流信号を受信し、これに所要の信号処理を行って得られたレベル信号からタッチ位置を検出するが、このとき、タッチ操作に応じたレベル信号の変化量に基づいてタッチ位置を検出することから、タッチ操作が行われていない非タッチ状態でのレベル信号に大きなばらつきがあると、タッチ位置を精度よく検出することができない。

このような非タッチ状態でのレベル信号のばらつきによる検出精度の低下の問題に対して、相互容量方式のタッチパネル装置において、受信電極から出力される受信信号の増幅率や積分時間を制御し、また送信電極に印加する駆動信号の電圧を制御することで、非タッチ状態でのレベル信号を一定に揃えて検出精度を向上させるようにした技術が知られている（特許文献１参照）。

この従来技術では、受信信号の増幅率や積分時間を制御することで、非タッチ状態で検出されるレベル信号のばらつきをＸ方向（受信電極の配列方向）に関して調整することはでき、また、送信電極に印加する駆動信号の電圧を制御することで、レベル信号のばらつきをＹ方向（送信電極の配列方向）に関して調整することができる。

特開２００８−１３４８３６号公報

ところで、タッチパネル装置は、パソコンや携帯情報端末の分野で広く普及しているが、このタッチパネル装置を、大画面の表示装置と組み合わせることで、多人数を対象にしたプレゼンテーションや講義で使用することができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いることができる。

ところが、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、タッチパネル装置の大型化に伴って電極が長くなることで、電極のインピーダンスのばらつきなどに起因するレベル信号のばらつきがより一層顕著になり、前記のように送信電極に印加する駆動信号の電圧を制御する方式では、レベル信号のばらつきを効果的に低減することができず、十分な検出精度を確保することができないという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、大型化した場合でもタッチ位置の検出を高精度に行うことができるように構成されたタッチパネル装置を提供することにある。

本発明のタッチパネル装置は、互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対してパルス信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加されたパルス信号に応答した受信電極の出力信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、前記受信部から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に前記送信部および前記受信部の動作を制御する制御部とを備え、前記送信部は、前記受信部において１本の前記受信電極の出力信号を受信する期間に複数のパルスを印加し、前記受信部は、前記受信電極の出力信号を積分処理してレベル信号を出力し、前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記受信電極の１本あたりのパルス数を変更制御する構成とする。

本発明によれば、受信電極の１本あたりのパルス数を変更することで、電極交点ごとのレベル信号のばらつきを送信電極の配列方向に関して調整することができ、これによりレベル信号をばらつきを小さく抑えて、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

本発明が適用されるタッチパネルシステムを示す全体構成図図１に示したタッチパネル装置の概略構成図図２に示した送信部のパルス生成部の概略構成図図３に示した受信信号処理部の概略構成図図４に示したＩＶ変換部の構成を示す回路図図２に示した送信電極に印加されるパルス信号および図４に示したＩＶ変換部から出力される電圧信号を示す波形図図１に示したパネル本体を構成する電極シートを示す平面図図７に示した電極シートの送信側引出し部を詳細に示す平面図図２に示した送信部における送信電極に対するパルス信号の印加状況を示す図図２に示した送信電極に印加するパルス信号と、図４に示した受信部の受信信号処理部におけるＩＶ変換部、絶対値検出部、および積分部の各出力信号と、受信電極の選択信号とを示す図図２に示した制御部において、送信電極に印加するパルス信号の周波数を送信電極のグループごとに設定する手順を示すフロー図図２に示した制御部において、受信電極の出力信号をゲイン調整部で増幅する際の増幅率を受信電極のグループごとに設定する手順を示すフロー図図２に示した制御部で行われるオンデューティによるパルス信号制御の状況を示す図図１３に示したオンデューティによるパルス信号制御におけるオンデューティとレベル信号との関係を示す図本発明によるタッチパネル装置におけるパルス信号制御の別例を示す図

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対してパルス信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加されたパルス信号に応答した受信電極の出力信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、前記受信部から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に前記送信部および前記受信部の動作を制御する制御部とを備え、前記送信部は、前記受信部において１本の前記受信電極の出力信号を受信する期間に複数のパルスを印加し、前記受信部は、前記受信電極の出力信号を積分処理してレベル信号を出力し、前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記受信電極の１本あたりのパルス数を変更制御する構成とする。

これによると、受信電極の１本あたりのパルス数を変更することで、電極交点ごとのレベル信号のばらつきを送信電極の配列方向に関して調整することができ、これによりレベル信号をばらつきを小さく抑えて、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記送信電極は、前記パネル本体上の位置に応じて所定本数ごとにグループ分けされ、このグループ単位で前記受信電極の１本あたりのパルス数が設定される構成とする。

これによると、受信電極の１本あたりのパルス数をグループ単位で変更制御すればよく、パルス信号の制御が簡単になる。

また、第３の発明は、前記第１若しくは第２の発明において、前記送信部は、前記パルス信号の周波数を変更可能に構成され、前記制御部は、前記受信電極の１本あたりのパルス数の変更に関係なく、一定の積分期間内に全てのパルスの印加が終了するように、前記パルス信号の周波数を変更制御する構成とする。

これによると、受信電極の１本あたりのパルス数の変更に伴って、積分値を確定するサンプリングポイントを変える必要がないため、受信電極ごとの信号処理に要する時間が同一となり、制御が容易になる。

また、第４の発明は、前記第１若しくは第２の発明において、前記制御部は、前記パルス信号の周波数を一定にして、前記受信電極の１本あたりのパルス数を変更制御する構成とする。

これによると、受信電極の１本あたりのパルス数が少ない場合に、積分値を確定するサンプリングポイントを早くすることができ、これにより１フレーム分の処理に要する時間が短くなるため、タッチ位置検出を高速に行うことができる。また、パルス信号の周波数を変更する必要がないため、送信部の構成を簡素化することができる。

また、第５の発明は、前記第１乃至第４の発明において、前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記パルス信号のオンデューティを変更制御する構成とする。

これによると、レベル信号を細かく調整することができるため、レベル信号のばらつきをより一層低減して、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

また、第６の発明は、前記第１乃至第５の発明において、前記受信部は、前記受信電極の出力信号を増幅する増幅部を有し、前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記増幅部の増幅率を変更制御する構成とする。

これによると、受信電極の出力信号の増幅率を変更することで、電極交点ごとのレベル信号のばらつきを受信電極の配列方向に関して調整することができ、これによりレベル信号をばらつきをより一層低減して、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

また、第７の発明は、前記第６の発明において、前記受信電極は、前記パネル本体上の位置に応じて所定本数ごとにグループ分けされ、このグループ単位で前記増幅部の増幅率が設定される構成とする。

これによると、増幅部の増幅率をグループ単位で変更制御すればよく、受信信号処理の制御が簡単になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用されるタッチパネルシステムを示す全体構成図である。タッチパネル装置１は、互いに並走する複数の送信電極２と互いに並走する複数の受信電極３とが格子状に配置されたパネル本体４と、送信電極２に対して駆動信号（パルス信号）を印加する送信部５と、送信電極２に印加された駆動信号に応答した受信電極３の充放電電流信号を受信して、送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部６と、この受信部６から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部５および受信部６の動作を制御する制御部７とを備えている。

このタッチパネル装置１は、大画面の表示装置と組み合わせることで、プレゼンテーションや講義に用いることができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いられ、特にここでは、プロジェクタ装置と組み合わせて用いられ、タッチパネル装置１のタッチ面１０がプロジェクタ用のスクリーンとなる。

タッチパネル装置１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器８に入力され、外部機器８から出力される表示画面データに基づいてプロジェクタ装置９によりタッチパネル装置１のタッチ面１０上に投影表示される表示画面上に、タッチパネル装置１のタッチ面１０上でユーザが指示物（ユーザの指先およびスタイラスや指示棒等の導電体）で行ったタッチ操作に対応した画像が表示され、タッチパネル装置のタッチ面１０にマーカーで直接描画をするのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、また表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。

送信電極２および受信電極３は同一の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）で配置されており、その本数はパネル本体４のアスペクト比に応じて異なり、送信電極２が例えば１２０本、受信電極３が例えば１８６本配置される。

送信電極２と受信電極３とは、絶縁層（支持シート）を挟んで重なり合う態様で交差しており、この送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指示物でタッチ操作を行うと、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。

ここでは、相互容量方式が採用されており、送信電極２に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極３に充放電電流が流れ、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極３の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信部６で電極交点ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部７に出力し、制御部７では、電極交点ごとのレベル信号に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。

制御部７は、受信部６から出力される電極交点ごとのレベル信号から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ方向（送信電極２の延在方向）とＹ方向（受信電極３の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとのレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極２および受信電極３の配置ピッチ（１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。

また、制御部７では、タッチ面１０の全面に渡って電極交点ごとのレベル信号の受信が終了する１フレーム周期ごとにタッチ位置を求める処理が行われ、タッチ位置情報がフレーム単位で外部機器８に出力される。外部機器８では、時間的に連続する複数のフレームのタッチ位置情報に基づいて、各タッチ位置を時系列に連結する表示画面データを生成して、プロジェクタ装置９に出力する。なお、マルチタッチの場合には、複数の指示物によるタッチ位置を含むタッチ位置情報がフレーム単位で出力される。

図２は、図１に示したタッチパネル装置１の概略構成図である。送信電極２は、所定本数ごとにグループ分けされ、ここでは１２０本の送信電極２が４０本ごとにグループＪ、Ｋ、Ｌの３つのグループにグループ分けされている。また、受信電極３は、所定本数ごとにグループ分けされ、ここでは１８６本の受信電極３が２４本ごとにグループＡ〜Ｈの８つのグループにグループ分けされている。なお、受信電極３の７つのグループＡ〜Ｇは２４本とし、最後のグループＨは１８本としている。

送信部５は、送信電極２を１本ずつ選択してパルス信号（駆動信号）を送信電極２に順次印加するものであり、設定値保持部１１と、パルス生成部１２と、電極選択部１３と、駆動部１４と、を備えている。設定値保持部１１は、パルス信号の周波数設定値を保持する。パルス生成部１２は、設定値保持部１１に保持された周波数設定値に基づいて所定のタイミングでパルスを生成する。電極選択部１３は、パルス生成部１２から出力されたパルスを水平同期信号に基づいて選択した送信電極２に印加する。駆動部１４は、選択された送信電極２をパルス駆動する。

図３は、図２に示した送信部５のパルス生成部１２の概略構成図である。パルス生成部１２は、クロック発振器１５と、ＰＬＬシンセサイザ１６と、タイミング制御部１７とを備えている。クロック発振器１５は、基準クロックを生成する。ＰＬＬシンセサイザ１６は、クロック発振器１５からの基準クロックを入力とし設定値保持部１１に保持された周波数設定値に基づいた周波数に変換したクロックパルスを出力する。タイミング制御部１７は、ＰＬＬシンセサイザ１６から出力されたクロックパルスを所定のタイミンングで出力する。

なおここでは、周波数変換にＰＬＬシンセサイザ１６を用いたが、分周器などを用いた他の周波数変換手段を採用することも可能である。

設定値保持部１１に保持された周波数設定値は制御部７により変更設定される。制御部７では、パルス信号の周波数の初期値Ｆ０および候補値Ｆ１〜Ｆｎ（ｎは１以上の整数）がＲＯＭに予め記憶されており、パルス信号の周波数を変更する際には、これらの値をＲＯＭから読み出して送信部５に送信して設定値保持部１１に設定する。なお、周波数の初期値Ｆ０は例えば５ＭＨｚであり．候補値Ｆｎは例えば５．１ＭＨｚ、５．２ＭＨｚ…といったように一定の刻みで段階的に設定されている。

また、パルス信号の周波数の初期値Ｆ０および候補値Ｆ１〜Ｆｎの各値に対応して、受信電極３の１本あたりのパルス数、すなわち１本の受信電極３の出力信号を受信する期間に送信電極２に印加されるパルスの数が設定されており、周波数が変更されるのに伴って受信電極３の１本あたりのパルス数が変更される。この受信電極３の１本あたりのパルス数は、タイミング制御部１７により制御される。

図２に示したように、受信部６は、電極選択部２１と受信信号処理部２２とを備えている。電極選択部２１では、受信電極３ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極２の１本にパルス信号を印加する間に、受信電極３を１本ずつ選択して、受信電極３からの充放電電流信号を受信信号処理部２２に順次入力させる。これにより、全ての電極交点ごとの充放電電流信号を取り出すことができる。電極選択部２１の各スイッチング素子は制御部７からの制御信号に応じて個別に切り換え制御される。

電極選択部２１および受信信号処理部２２は、受信電極３のグループごとに設けられている。各電極選択部２１では、スイッチング素子の互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。各グループではスイッチング素子が１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子はオフに制御されており、スイッチング素子をオンとすることで選択された１本の受信電極３の充放電電流信号が受信信号処理部２２に入力される。

図４は、図３に示した受信信号処理部２２の概略構成図である。この受信信号処理部２２は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、ゲイン調整部（増幅部）３３と、絶対値検出部３４と、積分部３５と、サンプルホールド部３６と、ＡＤ変換部３７とを備えている。

ＩＶ変換部３１では、電極選択部２１を介して入力される受信電極３の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極２に印加されるパルス信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。ゲイン調整部３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して、制御部７から設定された増幅率で増幅する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３４では、ゲイン調整部３３の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部３５では、絶対値検出部３４の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３６では、積分部３５の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３７では、サンプルホールド部３６の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。

ゲイン調整部３３の増幅率は制御部７により変更設定される。制御部７では、増幅率の初期値Ａ０および複数の候補値Ａ１〜Ａｎ（ｎは１以上の整数）がＲＯＭに予め記憶されており、増幅率を変更する際には、これらの値をＲＯＭから読み出してゲイン調整部３３に設定する。

図５は、図４に示したＩＶ変換部３１の構成を示す回路図である。ＩＶ変換部３１は、オペアンプＯＰＡと、抵抗成分Ｒと、第１の容量成分Ｃ１と、第２の容量成分Ｃ２とを備えており、抵抗成分Ｒおよび第１の容量成分Ｃ１は、オペアンプＯＰＡの一方の入力側と出力側との間に並列接続されている。第２の容量成分Ｃ２は、オペアンプＯＰＡの他方の入力側に設けられてＧＮＤ接続されている。

図６は、図２に示した送信電極２に印加されるパルス信号および図４に示したＩＶ変換部３１から出力される電圧信号を示す波形図である。図６（Ａ）は、従来技術による場合を、図６（Ｂ）は、本発明による場合をそれぞれ示す。なお、図示する電圧信号は、バンドパスフィルタ３２にて、送信電極２に印加されるパルス信号の周波数以外の周波数成分を有する信号をカットした後の波形である。

通常、送信電極２にパルス信号を印加すると、図６（Ａ）に示すように、パルス波の立ち上がり時に、電極交点のコンデンサへの充電による波形Ａ１・Ａ３が観測され、ついでその過渡応答として、電極交点のコンデンサからの放電による波形Ａ２・Ａ４が観測され、その後も次第に減衰する小さな波形が観測される。また、パルス波の立ち下がり時には、電極交点のコンデンサからの放電による波形Ｂ１が観測され、ついでその過渡応答として、電極交点のコンデンサへの充電による波形Ｂ２が観測され、その後も次第に減衰する小さな波形が観測される。

ここで、タッチ操作があると、電極交点のコンデンサの静電容量が低減するため、ＩＶ変換部３１から出力される電圧信号の振幅が小さくなる。このため、波高値の変化でタッチ操作の有無を判定することができるが、本タッチパネル装置１は、インタラクティブホワイトボードとして用いられるため、大型化に伴って送信電極２および受信電極３間の全体的な静電容量が大きくなり、全体的な静電容量に対するタッチ操作による静電容量変化が極端に小さくなるため、タッチ位置の検出精度が低下する。

そこでここでは、ＩＶ変換部３１が、送信部５から送信電極２に印加されるパルス信号おける１つのパルス波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応してＩＶ変換部３１から出力される電圧信号の振幅位相を略一致させると共に、１つのパルス波の立下がりと次のパルス波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させるように、ＩＶ変換部３１の変換特性が設定されている。

すなわち、１つのパルス波の立上がり時の放電（過渡応答）による波形Ａ２に、同じパルス波の立下がり時の放電による波形Ｂ１が重畳されると共に、１つのパルス波の立下がり時の充電（過渡応答）による波形Ｂ２に、次のパルス波の立上がり時の充電による波形Ａ３が重畳されるようにする。

このようにすると、図６（Ｂ）に示すように、実質的に増幅された波形を得ることができる。これはインパルス応答における主パルス以降のパルスが累積加算されることによるものであり、ＩＶ変換部３１から出力される信号は、正弦波を呈し、送信電極２に印加されたパルス信号と同一の周波数成分となる。

このような変換特性は、ＩＶ変換部３１の変換回路の時定数を調整することで得ることができる。ＩＶ変換部３１では、抵抗成分Ｒの抵抗値および第１、第２の容量成分Ｃ１、Ｃ２の容量値に応じて時定数が定まり、この時定数を調整することで、図６（Ｂ）に示したように、振幅位相の一致による増幅が実現される変換特性を得ることができる。なお、各構成要素の抵抗値や容量値を０とする、例えば第２の容量成分Ｃ２の容量を０とする構成も可能である。

なお、このような信号増幅を実現するには、ＩＶ変換部３１の時定数を、送信電極２に印加されるパルス信号の周波数に適した値に設定することが望ましいが、ここではパルス信号の周波数を変更するようにしているため、時定数と周波数との関係を厳密に最適化することができない。しかしながら、パルス信号の周波数を変更する際の調整幅が小さいため、特に周波数の変更に応じて時定数を変更しなくても、信号増幅に大きな影響はない。

図７は、図１に示したパネル本体４を構成する電極シート４２を示す平面図である。送信電極２および受信電極３は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シート４１の表裏各面にそれぞれ配設されており、この支持シート４１と送信電極２および受信電極３とが一体化されて電極シート４２を構成している。

電極シート４２には、支持シート４１の左側縁部から延出させた部分に送信電極２の各々と送信部５とを結ぶ引出し線が配設された態様の送信側引出し部４３が一体的に設けられている。また、電極シート４２には、支持シート４１の下縁部から延出させた部分に受信電極３の各々と受信部６とを結ぶ引出し線が配設された態様の受信側引出し部４４が一体的に設けられている。ここでは、送信側引出し部４３が１つ、受信側引出し部４４が２つ設けられている。

送信側引出し部４３は、送信部５を構成する１つの送信基板４７に接続され、受信側引出し部４４は、受信部６を構成する２つの受信基板４８に接続されている。送信基板４７および受信基板４８は、パネル本体４の外寸を小さくするため、送信電極２および受信電極３の裏面側に配置され、送信側引出し部４３および受信側引出し部４４は、裏面側に折り返されて送信基板４７および受信基板４８に接続される。

図８は、図７に示した電極シート４２の送信側引出し部４３を詳細に示す平面図である。送信側引出し部４３には、送信電極２の各々と送信基板４７とを結ぶ引出し線５１が配設されている。この引出し線５１は、送信基板４７のコネクタ５２の幅に適合するように、送信電極２から引き出された一端側から送信基板４７に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されている。

このように引出し線５１を略放射状に集合するように配設すると、送信基板４７の数を減らすことができ、また各引出し線５１が、最短距離に近い経路で送信電極２と送信基板４７とを結ぶため、各引出し線５１の全長を短くすることができる。

また、各引出し線５１の全長は、送信基板４７と送信電極２との位置関係に応じて異なり、送信基板４７と送信電極２との離間距離が大きくなるほど引出し線５１の全長が長くなる。ここでは、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の中心部に位置する送信電極２に対応するものが最も短く、Ｙ方向の端に向かうのに従って次第に長くなり、Ｙ方向の端で最長となる。

なお、図８には、送信側引出し部４３の中心部から上方の部分を示すが、下方の部分はこれと略上下対称に現れる。また、図７に示した受信側引出し部４４も、送信側引出し部４３と同様に、受信電極３の各々と受信基板４８とを結ぶ引出し線が、受信基板４８の幅に適合するように、受信電極３から引き出された一端側から受信基板４８に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されている。

さて、本タッチパネル装置１では、インタラクティブホワイトボードとして用いられることから大型なものとなり、送信電極２および受信電極３が長くなるため、送信電極２および受信電極３に係るインピーダンスに大きなばらつきが発生しやすい。

特に、図８に示したように、引出し線５１を送信基板４７に向けて集合するように配設すると、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の中心部から端に向かうのに従って引出し線５１が長くなり、これを主な原因として送信電極２に係るインピーダンスに大きなばらつきが発生し、これに応じて、タッチ操作が行われていない非タッチ状態で検出される電極交点ごとのレベル信号に、Ｙ方向の位置に応じて大きなばらつきが発生する。また、受信側の引出し線も送信側と同様な配線形態となり、これを主な原因としてＸ方向（受信電極３の配列方向）の位置に応じてレベル信号に大きなばらつきが発生し、このような非タッチ状態でのレベル信号のばらつきにより、タッチ位置検出の精度が低下する。

そこでここでは、非タッチ状態でのレベル信号のばらつきに応じて、受信電極３の１本あたりのパルス数、すなわち１本の受信電極３の出力信号を受信する期間に送信電極２に印加されるパルスの数を変更して、Ｙ方向のレベル信号のばらつきを低減するようにしている。また、Ｘ方向のレベル信号のばらつきについては、受信信号処理部２２におけるゲイン調整部３３の増幅率を変更することで対応するようにしている。

図９は、図２に示した送信部５における送信電極２に対するパルス信号の印加状況を示す図である。なおここでは、１２０本の送信電極２を端からＹ１、Ｙ２…Ｙ１２０として示しており、４０本単位で３つのグループＪ、Ｋ、Ｌにグループ分けされている。

まず、１フレームの開始タイミングを規定する垂直同期信号（VSYNC）が制御部７から送信部５に出力される。その後、送信電極２の各々にパルス信号を印加するタイミングを規定する水平同期信号（HSYNC）が制御部７から送信部５に出力され、その水平同期信号（HSYNC）に応じて送信電極２にパルス信号が印加される。

このとき、１本の送信電極２には、１本の受信電極３に対応する所定数のパルスからなるパルス群が、１つのグループに属する受信電極３の数に対応して２４回繰り返し印加される。受信部６では、１つのグループに属する２４本の受信電極３の出力信号が電極選択部２１から受信信号処理部２２に順次入力され、各グループの互いに対応するもの同士が並行して処理される。

受信電極３の１本あたりのパルス数、すなわち１本の受信電極３の出力信号を受信する期間に送信電極２に印加されるパルスの数は、パルス信号の周波数に対応して送信電極２のグループごとに設定されている。図示する例では、受信電極３の１本あたりのパルス数を、グループＪで１０、グループＫで１２、グループＬで１１としている。送信電極２のグループが切り替わる際には、制御部７が新たなグループに割り当てられた周波数を送信部５の設定値保持部１１に設定し、これによりグループごとに設定された周波数でパルス信号が出力される。

図１０は、図２に示した送信電極２に印加するパルス信号と、図４に示した受信部６の受信信号処理部２２におけるＩＶ変換部３１、絶対値検出部３４、および積分部３５の各出力信号と、受信電極３の選択信号とを示す図である。なお、これらの信号は、タッチ操作が行われていない非タッチ状態で検出されるものである。

送信電極２にパルス信号が印加されると、これに応じてＩＶ変換部３１から正弦波を呈する出力信号が出力され、この出力信号は絶対値検出部３４で全波整流された上で、積分部３５で積分処理される。積分部３５の出力信号は、サンプルホールド部３６にて所定の積分期間Ｔｓをおいたタイミング（サンプリングポイント）でサンプリングされてサンプリング電圧Ｖが出力される。このサンプリング電圧Ｖは、ＡＤ変換部３７でＡＤ変換された上でレベル信号として制御部７に出力される。

図１０（Ａ）は、送信電極２のグループＪの場合で、受信電極３の１本あたりのパルス数が１０に設定されている。図１０（Ｂ）は、送信電極２のグループＫの場合で、受信電極３の１本あたりのパルス数が１２に設定されている。受信電極３の１本あたりのパルス数が１２の場合のサンプリング電圧ＶＫは、パルス数が１０の場合のサンプリング電圧ＶＪより大きくなり（ＶＫ＞ＶＪ）、受信電極３の１本あたりのパルス数を増やすことで、サンプリング電圧Ｖを大きくすることができる。

ここでは、図６に示したように、振幅位相の一致による増幅を行うことで、送信電極２に印加されるパルス信号と同一の周期で、正弦波を呈するＩＶ変換部３１の出力信号が振幅し、受信電極３の１本あたりのパルス数を増やすと、ＩＶ変換部３１の出力信号の振幅数が増え、ＩＶ変換部３１の出力信号を整流した上で積分して得られるサンプリング電圧Ｖが大きくなる。

このように受信電極３の１本あたりのパルス数を変えることで、サンプリング電圧Ｖ、すなわちレベル信号を変化させることができ、非タッチ状態で検出されるレベル信号のばらつきに応じて、パルス数を送信電極２のグループごとに設定することで、レベル信号のばらつきを小さく抑えることができる。

またここでは、受信電極３の１本あたりのパルス数が多くなるのに応じてパルス信号の周波数を高く設定する。図示する例では、受信電極３の１本あたりのパルス数が１２の場合の周波数ＦＫは、パルス数が１０の場合の周波数ＦＪより高く設定される（ＦＫ＞ＦＪ）。これにより、略同一の時間でパルスの印加を終了させることができるため、サンプリングポイントを変える必要がなく、受信電極３の１本あたりのパルス数を変更しても、受信電極３ごとの信号処理に要する時間が同一となるため、制御が容易になる。

図１１は、図２に示した制御部７において、送信電極２に印加するパルス信号の周波数を送信電極２のグループごとに設定する手順を示すフロー図である。図１２は、図２に示した制御部７において、受信電極３の出力信号をゲイン調整部３３で増幅する際の増幅率を受信電極３のグループごとに設定する手順を示すフロー図である。

ここでは、まずＹ方向（送信電極２の配列方向）の検出データ（レベル信号）のばらつきを許容範囲内に収めることができる最適なパルス数に対応する周波数を、送信電極２のグループごとに決定する処理が行われ、次に、Ｘ方向（受信電極３の配列方向）の検出データのばらつきを許容範囲内に収めることができる最適な増幅率を、受信電極３のグループごとに決定する処理が行われる。

まず、図１１に基づいて、制御部７において送信電極２のグループごとの周波数を決定する処理について説明する。ここではまず、送信電極２に印加するパルス信号の周波数を初期値Ｆ０（例えば５ＭＨｚ）に設定して（ＳＴ１０１）、送信電極２に対するパルス信号の印加ならびに受信電極３の出力信号の受信および信号処理を１フレーム分行い、送信電極２のグループごとに検出データの平均値を算出し、所定のグループ（例えばグループＪ）の平均値を送信基準値に設定する（ＳＴ１０２、ＳＴ１０３）。

ついで、グループごとに、検出データのばらつきが許容範囲内に収まる最適な周波数を候補値Ｆ１〜Ｆｎの中から見つけ出して、その周波数を当該グループの周波数設定値として制御部７のＲＯＭに記憶する（ＳＴ１０４〜ＳＴ１１１）。ここで、検出データのばらつきが許容範囲内な否かの判断は、グループごとの検出データの平均値と送信基準値とを比較することで行われ、両者の差が所定のしきい値以内に収まる場合にばらつきが許容範囲内にあるものと判断する。

なお、以上の処理で検出データ（レベル信号）を取得する際には、受信部６の各受信信号処理部２２におけるゲイン調整部３３の増幅率は初期値Ａ０に設定されている。

このようにして送信電極２のグループごとの周波数が決定されるが、送信基準値は、検出データのばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する際の基準となる所定のグループの平均値であることから、その基準となるグループの周波数設定値は初期値Ｆ０となり、他のグループの周波数は、この基準となるグループに対する検出データの差が小さくなるように設定されることになる。

またここでは、送信電極２のグループ単位で周波数が設定され、グループ内の送信電極２は同一の周波数に設定されることから、グループ内での検出データのばらつきは補正されないが、検出データのばらつきの原因となる送信電極２に係るインピーダンスのばらつきは、送信電極２の位置に依存し、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）に沿って徐々に変化することから、周波数の設定をグループ単位で行っても十分な効果を得ることができる。

次に、図１２に基づいて、制御部７において受信電極３のグループごとの増幅率を決定する処理について説明する。ここではまず、前記の処理で決定されたグループごとの周波数が送信部５の設定値保持部１１に設定され（ＳＴ１１２）、以降の処理で検出データ（レベル信号）を取得する際には、グループごとに設定された周波数のパルス信号が送信電極２に印加される。

ついで、受信電極３のグループごとに設けられた受信信号処理部２２におけるゲイン調整部３３の増幅率を全て初期値Ａ０に設定して、送信電極２に対するパルス信号の印加ならびに受信電極３の出力信号の受信および信号処理を１フレーム分行い、これにより取得した１フレーム全体の検出データの平均値を算出して、これを受信基準値に設定する（ＳＴ１１３、ＳＴ１１４）。

次に、増幅率の初期値Ａ０で検出データのばらつきが許容範囲内に収まる、すなわち初期値Ａ０が最適増幅率となるグループがあれば、その増幅率を当該グループの増幅率設定値として制御部７のＲＯＭに記憶する（ＳＴ１１５〜ＳＴ１１７）。ここで、検出データのばらつきが許容範囲内な否かの判断は、グループごとの検出データの平均値と受信基準値とを比較することで行われ、両者の差が所定のしきい値以内に収まる場合にばらつきが許容範囲内にあるものと判断する。

次に、前記の初期値Ａ０が最適増幅率となるグループを除く他のグループについて、グループごとに、検出データのばらつきが許容範囲内に収まる最適増幅率を候補値Ａ１〜Ａｎの中から見つけ出して、その増幅率を当該グループの増幅率設定値として制御部７のＲＯＭに記憶する（ＳＴ１１８〜ＳＴ１２５）。ここで、検出データのばらつきが許容範囲内な否かの判断は、前記と同様に、グループごとの検出データの平均値と受信基準値とを比較することで行われ、両者の差が所定のしきい値以内に収まる場合にばらつきが許容範囲内にあるものと判断する。

なお、以上の動作は、装置の製造時の調整工程など、タッチ操作が行われていない状態で行わ、実際に使用する際に装置を起動すると、制御部７のＲＯＭから周波数および増幅率の各設定値をそれぞれ読出して、送信部５の設定値保持部１１および受信部６の受信信号処理部２２に設定し、その設定値に基づいて送信部５および受信部６が動作する。

以上のようにして、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の検出データのばらつきを許容範囲内に収めることができる最適な周波数が、送信電極２のグループごとに決定され、またＸ方向（受信電極３の配列方向）の検出データのばらつきを許容範囲内に収めることができる最適な増幅率が受信電極３のグループごとに決定される。

ここで、図２に示したように、送信電極２の３つのグループＪ〜Ｌと、受信電極３の８つのグループＡ〜Ｈとにより、タッチ面１０が領域Ｒ１１〜Ｒ１８、Ｒ２１〜Ｒ２８、Ｒ３１〜Ｒ３８の合計２４個に分割されるが、パルス信号の周波数（パルス数）および受信信号の増幅率をグループ単位で制御することにより、２次元的に配置された電極交点ごとのレベル信号を各エリア単位で調整することができる。

図１３は、図２に示した制御部７で行われるオンデューティによるパルス信号制御の状況を示す図である。この図１３では、送信電極２に印加するパルス信号と、受信部６の受信信号処理部２２におけるＩＶ変換部３１、絶対値検出部３４、および積分部３５の各出力信号とを示す。

ここでは、送信電極２に印加するパルス信号のオンデューティを変更するようにしている。図１３（Ａ）は、オンデューティを５０％とした場合である。図１３（Ｂ）は、オンデューティを５０％より高くした場合である。図３に示したＰＬＬシンセサイザ１６は、パルス信号のオンデューティを変更することが可能な構成となっており、ＰＬＬシンセサイザ１６が参照するデューティ設定値が設定値保持部１１に保持され、このデューティ設定値は制御部７にて設定される。

パルス信号は、通常、オンデューティを５０％として出力されるが、パルス信号の周波数によっては、ＩＶ変換部３１の時定数や送信電極２のインピーダンスの違いにより、図１３（Ａ）に示すように、パルス信号の立上がりと立下りに応答してＩＶ変換部３１から出力される信号が歪んだ波形になることがある。この場合、図１３（Ｂ）に示すように、パルス信号のオンデューティを変更することで、応答波形の位相が微調整される結果、振幅位相が略一致するようになり、ＩＶ変換部３１の出力信号をより正弦波形に近づけることができる。

このＩＶ変換部３１の出力信号の波形の変化はサンプリング電圧Ｖに影響し、パルス信号のオンデューティを変化させることでサンプリング電圧Ｖを変化させることができ、これによりレベル信号のばらつきを抑えることができる。

図１４は、図１３に示したオンデューティによるパルス信号制御におけるオンデューティとレベル信号との関係を示す図である。レベル信号は、オンデューティが５５％付近のピーク点で最大となり、オンデューティがピーク点を下回る領域では、レベル信号がオンデューティの上昇に応じて徐々に大きくなり、６０％を超えた付近から急激に低下する。このため、４０％〜６０％の範囲でオンデューティを調整することが望ましい。なお、この特性は、ＩＶ変換部３１の時定数などに応じて変化する。

前記のパルス信号の周波数を変更する制御では、レベル信号を自由に調整することができるが、受信電極３の１本あたりのパルス数を調整することから、レベル信号の調整が段階的になる。一方、オンデューティを変更する制御では、レベル信号の調整幅が小さくなる反面、レベル信号を細かく調整することができる。このため、周波数（パルス数）の変更でレベル信号を粗調整した上で、オンデューティの変更でレベル信号を微調整するようにするとよい。

なお、レベル信号のばらつきが小さい場合には、オンデューティの変更のみで対応することもできる。

図１５は、本発明によるタッチパネル装置におけるパルス信号制御の別例を示す図である。この図１５では、図１０と同様に、送信電極２に印加するパルス信号と、受信部６の受信信号処理部２２におけるＩＶ変換部３１、絶対値検出部３４、および積分部３５の各出力信号と、受信電極３の選択信号とを示す。なお、ここでは前記の実施形態と異なる点にのみ言及し、その他の構成は前記の実施形態と同様である。

ここでは、送信電極２に印加するパルス信号の周波数を一定（例えば５ＭＨｚ）にして、受信電極３の１本あたりのパルス数を変更するようにしている。図１５（Ａ）は、送信電極２のグループＪの場合で、受信電極３の１本あたりのパルス数が１０に設定されている。図１５（Ｂ）は、送信電極２のグループＫの場合で、受信電極３の１本あたりのパルス数が１２に設定されている。受信電極３の１本あたりのパルス数が１２の場合のサンプリング電圧ＶＫは、パルス数が１０の場合のサンプリング電圧ＶＪより大きくなり（ＶＫ＞ＶＪ）、受信電極３の１本あたりのパルス数を増やすことで、サンプリング電圧Ｖを大きくすることができる。

この場合、受信電極３の１本あたりのパルス数に応じて、全てのパルスの印加が終了するまでに要する時間が変化し、最後のパルスの印加が終了してから出力が安定するまでの時間を同じように確保してサンプリングポイントを設定すると、サンプリングポイントがパルス数に応じて変化し、図１５（Ａ）に示すようにパルス数が１０の場合では、図１５（Ｂ）に示すようにパルス数が１２の場合に比較して、サンプリングポイントが早くなる。これにより１フレーム分の処理に要する時間が短くなり、タッチ位置検出を高速に行うことができる。

また、このように受信電極３の１本あたりのパルス数のみを変更して、パルス信号の周波数を変更しないようにすると、パルス生成部１２の構成を簡素化することができる。

本発明にかかるタッチパネル装置は、大型化した場合でもタッチ位置の検出を高精度に行うことができる効果を有し、静電容量方式のタッチパネル装置、特に相互容量方式のタッチパネル装置などとして有用である。

１タッチパネル装置
２送信電極
３受信電極
４パネル本体
５送信部
６受信部
７制御部
１１設定値保持部
１２パルス生成部
１３電極選択部
１４駆動部
１５クロック発振器
１６ＰＬＬシンセサイザ
１７タイミング制御部
２１電極選択部
２２受信信号処理部
３１ＩＶ変換部
３２バンドパスフィルタ
３３ゲイン調整部（増幅部）
３４絶対値検出部
３５積分部
３６サンプルホールド部
３７ＡＤ変換部

Claims

互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、
前記送信電極に対してパルス信号を印加する送信部と、
前記送信電極に印加されたパルス信号に応答した受信電極の出力信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、
前記受信部から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に前記送信部および前記受信部の動作を制御する制御部とを備え、
前記送信部は、前記受信部において１本の前記受信電極の出力信号を受信する期間に複数のパルスを印加し、
前記受信部は、前記受信電極の出力信号を積分処理してレベル信号を出力し、
前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記受信電極の１本あたりのパルス数を変更制御することを特徴とするタッチパネル装置。
前記送信電極は、前記パネル本体上の位置に応じて所定本数ごとにグループ分けされ、このグループ単位で前記受信電極の１本あたりのパルス数が設定されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
前記送信部は、前記パルス信号の周波数を変更可能に構成され、
前記制御部は、前記受信電極の１本あたりのパルス数の変更に関係なく、一定の積分期間内に全てのパルスの印加が終了するように、前記パルス信号の周波数を変更制御することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、前記パルス信号の周波数を一定にして、前記受信電極の１本あたりのパルス数を変更制御することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記パルス信号のオンデューティを変更制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のタッチパネル装置。
前記受信部は、前記受信電極の出力信号を増幅する増幅部を有し、
前記制御部は、非タッチ状態での前記レベル信号のばらつきが許容範囲内に収まるように、前記増幅部の増幅率を変更制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のタッチパネル装置。
前記受信電極は、前記パネル本体上の位置に応じて所定本数ごとにグループ分けされ、このグループ単位で前記増幅部の増幅率が設定されることを特徴とする請求項６に記載のタッチパネル装置。