JP2012104102A - タッチセンサ装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タッチセンサ装置は、指示体との間に静電容量が形成されるタッチパネルと、静電容量の大きさに応じた信号の出力値を算出する信号算出機構と、信号の出力値と閾値とを比較して、指示体とタッチパネルとが接触したか否か、及び指示体とタッチパネルとの接触が解離したか否かを判定する接触判定機構と、指示体とタッチパネルとの接触を判定した後から接触の解離を判定するまでの間において、第1単位時間に信号の出力値の増加が検出された場合に、指示体とタッチパネルとが接触した否かの判定に使用する第1閾値を更新する閾値算出機構と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、静電容量方式のタッチセンサ装置に関する。また、本発明は、該タッチセンサ装置を備えた電子機器に関する。
y=k1+k2・(Ia+Ib)/(Ia+Ib+Ic+Id) (式2)
ここで、xはタッチ位置のx座標、yはy座標である。k1及びk2は定数である。
ベースラインBL=ベースラインa+ベースラインb+ベースラインc+ベースラインd (式4)
信号の出力値f(iT)=検出信号値h(iT)−ベースラインBL (式5)
[iT]と(i−q)回目の信号の出力値f[(i−q)T]とを比較する(S310)。図10に示す形態においては、q=3としてある。i回目の信号の出力値f[iT]がi−3回目の信号の出力値f[(i−3)T]以下である場合、差分算出機構311は、S303と同様に、第1差分値g2[iT]=f[iT]−f[(i−2)T]を計算する(S314)。次に、接触判定機構310は、第1差分値g2[iT]と負の第3閾値−Th3とを比較する(S315)。第1差分値g2[iT]が負の第3閾値−Th3よりも小さい場合、iを1つカウントアップしてから(S316)、接触判定機構310はタッチオフ判定する(S310)。一方、S315において、第1差分値g2[iT]が負の第3閾値−Th3以上である場合、接触判定機構310は、信号の出力値f[iT]と第1閾値Th1とを比較する(S317)。信号の出力値f[iT]が第1閾値Th1よりも小さい場合、iを1つカウントアップしてから(S316)、接触判定機構310はタッチオフ判定する(S301)。S317において、信号の出力値f[iT]が第1閾値Th1以上である場合、iを1つカウントアップしてから(S318)、S309に戻る。この場合、接触判定機構310はタッチオフ判定しない。
・ g1[iT]=f[iT]−f[(i−1)T]
・ g1[(i−1)T]=f[(i−1)T]−f[(i−2)T]
・ g1[(m+1)T]=f[(m+1)T]−f[mT]
・ g1[mT]=f[mT]−f[(m−1)T]
次に、g1[mT]〜g1[iT]を加算すると、右辺のf[iT]、−f[(m−1)T]以外は消去され数式1となる。
・ g1[iT]+g1[(i−1)T]+・・・+g1[mT]=f[iT]−f[(m−1)T] (数式1)
S604のg1[iT]>Th4がTRUEになる区間が、max{(n−m)T}だけ続くとすると、数式2が成り立つ。
・ g1[iT]+g1[(i−1)T]+・・・+g1[mT]>Th4*max{(n−m)T} (数式2)
数式1、数式2の左辺である、g1[iT]+g1[(i−1)T]+・・・+g1[(m)T]を消去すると、f[iT]−f[(m−1)T]>Th4*max{(n−m)}となる。初期設定より、Th4=Th3/max(n−m)が成り立つので、Th4、max(n−m)を消去して、f[iT]−f[(m−1)T]>Th3となる。
ここで、f[(m−1)T]は第1変化点であり、S604のg1[iT]>Th4がTRUEになる区間が、max{(n−m)T}だけ続くと、Th4=Th3/max(n−m)より、必然的にf[iT]−f[(m−1)T]>Th3が成り立つ。一方、外挿点e[iT]を使用した場合について説明する。外挿点e[iT]は時刻(m−1)Tまでの緩やかな上昇傾向をもとに、(m−1)Tが過ぎても、緩やかな上昇傾向をもとに、時刻i時点での外挿点を算出するので、たいていf[(m−1)T]<e[iT]となるので、必ずしもf[iT]−e[(n−1)T]>Th3は成り立たない。
第1実施形態に係るタッチセンサ装置について、ベースライン補正をした信号の推移をシミュレーションすると共に、ドラッグ操作中に信号推移の低下があることを確認した。カバーガラスの厚さを0.5mmとし、タッチパネルに対して、指先、及び掌などの接近状態を変えた場合の検出信号値h(iT)、及び信号の出力値f(iT)の推移を図21に示す。h(iT)、及びf(iT)は、電圧値から静電容量値に換算されている。信号の出力値f(iT)は上記式5に基づいて算出した。指示体は指先とした。
実施例で得られた信号推移に対して、図2に示す第1実施形態に係るフローのように、タッチオン判定後、信号が上昇した場合にタッチオフ判定の第1閾値を更新し、信号が下降(又は一定)する場合は第1閾値を更新しないとして、第1閾値の推移を算出した。図23に、第1閾値(Th1)の信号推移を示す。第1閾値の初期値は8pFと設定した。信号の推移は図21と同じである。
第2実施形態に係るタッチセンサ装置について、信号の出力値の推移をシミュレーションした。図25に、信号の出力値、第1閾値及び第2閾値の推移を示す。掌をタッチパネルに接近させた状態における信号の出力値が4pFであったので、第2閾値Th2は8pFに設定し、プログラム開始後に更新されない定数とした。
第3実施形態に係るタッチセンサ装置について信号の出力値の推移をシミュレーションした。図27に、信号の出力値、差分値、第1閾値及び第2閾値の推移を示すグラフを示す。図27においては、第3閾値の図示は省略してある。
第3実施形態に係るタッチセンサについて、指示体の離脱の動作速度を意図的に遅くした場合の信号の出力値及び差分値の推移をシミュレーションした。図29に、信号の出力値、差分値、第1閾値及び第2閾値の推移を示すグラフを示す。
カバーガラスの厚さとタッチ判定との相関について検討した。図31に、カバーガラスの厚さが異なる場合に、タッチパネルの表面と指先とが接触した場合の信号の出力値の推移と、掌とタッチパネルの表面との距離を10mmとして掌をかざした場合の信号の出力値の推移とを示す。図32に、カバーガラスの厚さに対する信号の出力値の変化を示すグラフを示す。なお、タッチパネル901の表面と指示体である指先923とが接触した場合、実際はタッチパネル901の表面と掌との距離が数cmと接近するが、図31、及び図32においては、指先の接触に伴う信号を抽出するために、タッチパネル901の表面に掌が数cmまで接近することに伴う信号を無視する。
=2.8×10−15/d(F) (式6)
ここで、Caは大気の静電容量、Ccはカバーガラス937の静電容量とする。
=4.5×10−12(F) (式8)
=1.8×10−13/d(F) (式9)
Ch=1.8×10−13/(d+0.04) (F) (式10)
=2.8×10−12/d×50msec/50msec
=2.8×10−12/d (式11)
ΔCh=Ch×(第2単位時間設定)/(信号変化時間)
=1.8×10−13/(d+0.04)×50msec/500msec
=1.8×10−14/(d+0.04) (式12)
但し、(信号変化時間)≦(第2単位時間設定)の場合、(第2単位時間設定)/(信号変化時間)=1とする。
タッチセンサ装置と指示体間の距離を変えながら、信号の出力値をシミュレーションした。図37に、測定に使用した試験機の概略斜視図を示す。実施形態1と実質的に同様の構成に関しては実施形態1と同じ符号を使用する。試験機90にはステージ84が設けられており、ステージ84上にタッチパネル101の表面を上に向けて電子機器1を配置した。指示体(剛体)80の先端部80aは導体であり、先端部80aと試験機90における回路のグランド(基準電位ノード)とが電気的に接続されている(図示せず)。先端部80aの下面の面積を35(cm2)と、指先の接触面積の40倍程度にして、指示体80とタッチパネル101の表面との距離Lが数mmと離れていても、指示体80と透明導電層39との間に、指先の接触に伴う静電容量と同等の静電容量が形成されるようにした。指示体80の本体部80bの表面は絶縁性であり、側面に距離センサ装置82が取り付けられている。距離センサ装置82には、距離Lの測定結果が表示される表示器が取り付けられている(図示せず)。本体部80bと、指示体80の高さを制御するモーターを内蔵したユニット86とが接続されている。また、ユニット86とスタンド88とが接続されている。
試験機90にはマイクロコントローラが内蔵されており(図示せず)、マイクロコントローラに組み込まれたプログラムによって、電子機器1が搭載するタッチパネル101の表面と指示体80との距離Lを自動で制御し、その時のタッチパネル101と指示体80との距離Lをモニタする。指示体80の昇降によって、タッチパネル101の表面をドラッグ動作した場合のタッチセンサ装置100で検出される静電容量の増減、もしくはタッチパネル101の表面に対して、指先を離脱した場合の静電容量の単調減少と同等の信号を与えることが可能となる。すなわち、ユーザがタッチセンサ装置100を操作する場合と同等な静電容量変化を、本試験機90からタッチセンサ装置100に与えることが可能となる。また、タッチセンサ装置100が静電容量変化を受けて、タッチセンサ装置1が外部にマウスイベントなど情報発信することによって、タッチセンサ装置100が搭載する本発明の機能をより客観的に調べることが可能となる。
第6実施形態に係るタッチセンサ装置についてチャンネル信号の出力値の推移を測定した。設定条件は、上記第6実施形態に示した例と同じとした。図40に、チャンネル信号の出力値の推移を示すグラフを示す。図41に、4つのチャンネル信号の出力値の和の推移を示すグラフを示す。実施例8においては、第2単位時間(n−m)T当たりの信号の差分値が第3閾値Th3=1.5pFより大きい場合、タッチオン判定される。ここで、第2単位時間は(n−m)T=2*16ミリ秒=32ミリ秒とした。図40の第2単位時間は、これ以前の緩やかな信号変化を含まず、かつ急上昇している信号変化をもれなく抽出している。第6実施形態のアルゴリズムを使用すれば、掌の接近に伴う信号とタッチに伴う信号とを区別できる。
第7実施形態に係るタッチセンサ装置を用いて信号の出力値f[iT]及び第1閾値Th1の変化を測定した。閾値更新等の設定条件は第3実施形態と同様である。図43に、信号の出力値f[iT]及び第1閾値Th1の測定結果を示す。全てのX透明電極704及びY透明電極702で検出された静電容量の合計をタッチに伴う容量f[iT]とする。Tは16ミリ秒とした。出力値f[iT]ははじめほぼゼロから緩やかに上昇した後に急上昇してから飽和した。第1実施形態と同様に、f[iT]が急上昇中にタッチオン判定されて、タッチオフの閾値である第1閾値Th1がf[iT]をもとに算出された。
3 筐体
5 LCD
7 FPC
18 電源装置
19 メイン基板
21 コントローラ
23 指(指示体)
25 タッチに伴う静電容量
26 寄生容量
27 交流電圧源(電源部)
28c 電流−電圧変換回路
29a〜29d 電流検出回路(電流検出部)
35 グランド電位(アース電位)
37 保護層(カバーガラス)
38 電極
39 透明導電層(インピーダンス面)
41 絶縁性基板
50 オペアンプ
52 抵抗素子
54a〜54d AC−DC変換回路
56 アナログ−デジタル変換回路
58 マイクロコントローラ
60 CPU
62 フラッシュメモリ
80 指示体(剛体)
80a 指示体の先端部
80b 指示体の本体部
82 距離センサ装置
84 ステージ
86 指示体の高さ制御ユニット
88 スタンド
90 試験機
100,300,400,600 タッチセンサ装置
101,301,601 タッチパネル
102,302,602 信号取得機構
103,303,603 基準算出機構
104,304,604 基準記憶機構
105,305,605 信号算出機構
106,306,606 信号比較機構
107,307,607 信号記憶機構
108,308,608 閾値算出機構
109,309,609 閾値記憶機構
110,310,610 接触判定機構
311,611 差分算出機構
402 液晶素子(液晶)
403 表示領域
404 信号線
405 画素電極
406 走査線
408 蓄積容量線
410 TFT基板
411 TFT
412 対向電極(透明導電層、インピーダンス面)
414 走査線駆動回路
415 信号線駆動回路
416 第1ハイインピーダンススイッチ部(データ線のハイインピーダンススイッチ部)
417 第2ハイインピーダンススイッチ部(ゲート線のハイインピーダンススイッチ部)
418 第3ハイインピーダンススイッチ部(蓄積容量線のハイインピーダンススイッチ部)
419 対向基板
430a〜430d 電極
421 COM−電流検出回路切り替えスイッチ部(スイッチ部)
434 異方性導電体
438 LCDのFPC
501 位置検出導電層(透明導電層、インピーダンス面)
612 差分記憶機構
613 変化判定機構
614 外挿算出機構
615 外挿記憶機構
616 位置算出機構
630 ポインタ
700 タッチセンサ装置
701 LCD
702 Y透明電極
703 タッチパネル基板
704 X透明電極
705 保護ガラス
706 コントローラ
901 タッチパネル
923 指示体
937 保護層(カバーガラス)
939 透明導電層(インピーダンス面)
941 絶縁性基板
Th1〜Th3 第1〜第3閾値
f[iT] 信号の出力値
gi[iT] 差分値
COM 共通電極
Claims (17)
- 指示体との間に静電容量が形成されるタッチパネルと、
前記静電容量の大きさに応じた信号の出力値を算出する信号算出機構と、
前記信号の出力値と閾値とを比較して、前記指示体と前記タッチパネルとが接触したか否か、及び前記指示体と前記タッチパネルとの接触が解離したか否かを判定する接触判定機構と、
前記指示体と前記タッチパネルとの接触を判定した後から前記接触の解離を判定するまでの間において、第1単位時間に前記信号の出力値の増加が検出された場合に、前記指示体と前記タッチパネルとが接触した否かの判定に使用する第1閾値を更新する閾値算出機構と、を備えることを特徴とするタッチセンサ装置。 - 前記閾値算出機構は、前記信号の出力値の増加が検出された場合に、増加したと判断した当該信号の出力値よりも小さくなるように前記第1閾値を更新することを特徴とする請求項1に記載のタッチセンサ装置。
- 0.02秒〜0.2秒の前記第1単位時間において前記信号の出力値が増加したか否かを判断する信号比較機構をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のタッチセンサ装置。
- 前記接触判定機構は、前記指示体と前記タッチパネルとが接触したか否かの判定には、定数である第2閾値を使用することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。
- 第2単位時間において、前記信号の変化である第1差分値を算出する差分算出機構をさらに備え、
前記接触判定機構は、前記指示体と前記タッチパネルとの接触が解離したか否かの判定において、前記第1差分値の絶対値が第3閾値よりも大きい場合に解離したと判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。 - 第2単位時間において、前記信号の変化である第1差分値を算出する差分算出機構をさらに備え、
前記接触判定機構は、前記指示体と前記タッチパネルとが接触したか否かの判定において、前記第1差分値の絶対値が第3閾値よりも大きい場合に接触したと判定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。 - 前記信号の変化の大きさを判定する変化判定機構をさらに備え、
前記差分算出機構は、第3単位時間において、前記信号の変化である第2差分値を算出し、
前記変化判定機構は、前記第2差分値と第4閾値との比較により前記指示体の接近に伴う信号の変化か否かを判定することを特徴とする請求項5又は6に記載のタッチセンサ装置。 - 前記第2単位時間は、前記第2差分値が前記第4閾値以上となる時点から、前記第2差分値が第4閾値以下となる時点までであることを特徴とする請求項7に記載のタッチセンサ装置。
- 前記第2単位時間の上限値を32ミリ秒〜80ミリ秒の間に設定することを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載のタッチセンサ装置。
- 前記第4閾値は前記第3閾値を前記第2単位時間の上限値で除算した値とすることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のタッチセンサ装置。
- 前記指示体と前記タッチパネルとの接触する位置座標を算出する位置算出機構をさらに備え、
前記信号算出機構は、前記タッチパネルの各チャンネルの信号を基に、前記信号の出力値を算出し、
前記位置算出機構は、前記各チャンネルの信号から、前記指示体以外の要素の接近に伴う信号成分を減算した値を基に前記位置座標を算出することを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。 - 前記位置算出機構は、前記第4閾値以下の前記第2差分値と前記第2単位時間を基に外挿入して、前記指示体以外の要素の接近に伴う信号成分を算出することを特徴とする請求項11に記載のタッチセンサ装置。
- 前記指示体による静電容量が影響していない状態において、前記タッチパネルに形成された静電容量の大きさに応じたベースラインを算出する基準算出機構と、をさらに備え、
前記信号算出機構は、前記指示体によって形成された静電容量と前記ベースラインから前記信号の出力値を算出することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。 - 指示体をタッチパネルに接近させて前記指示体と前記タッチパネルとが接触したと判定された後、前記指示体と前記タッチパネルとの距離を単調に増加させた場合に、前記指示体と前記タッチパネルとの接触が解離したと判定されたときの前記指示体と前記タッチパネル間の第1距離と、
前記指示体を前記タッチパネルに接近させて前記指示体と前記タッチパネルとが接触したと判定された後、前記指示体と前記タッチパネルとの距離を増加と減少を繰り返しながら次第に長くした場合に、前記指示体と前記タッチパネルとの接触が解離したと判定されたときの前記指示体と前記タッチパネル間の第2距離と、
を比較した場合に、前記第1距離は前記第2距離よりも短いことを特徴とするタッチセンサ装置。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載のタッチセンサ装置を備えることを特徴とする電子機器。
- 指示体との間で静電容量を形成する導電層も兼ねる対向電極と、
配線と、
前記対向電極と前記配線との間に介在する液晶と、
前記配線の少なくとも一部を浮遊させるスイッチ部と、を備えることを特徴とする請求項15に記載の電子機器。 - 対向電極と、
配線と、
前記対向電極と前記配線との間に介在する液晶と、
指示体との間で静電容量を形成する導電層と、
前記対向電極と前記導電層との間に設けられる絶縁性基板と、
前記導電層面に印加する交流電圧を前記対向電極にも同時に印加するスイッチ部と、を備えることを特徴とする請求項15に記載の電子機器。
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