JP2013152581A - 検出装置、検出方法、および表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より簡素化した電極構造によりユーザの操作位置を検出する。
【解決手段】本開示の第１の側面は、ユーザの操作範囲に配置された複数の信号線と、前記複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射部と、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定部とを備える。本開示は、例えば、タッチパネル付きディスプレイに適用できる。
【選択図】図８

Description

本開示は、検出装置、検出方法、および表示装置に関し、特に、画面表示に対する操作位置を検出する場合に用いて好適な検出装置、検出方法、および表示装置に関する。
例えば、タブレット型パーソナルコンピュータやスマートフォンなどには、ユーザが画面を指で触れることにより各種の操作を入力できるように、そのディスプレイに重畳してタッチパネルなどが設けられている。既存のタッチパネルには抵抗膜方式や静電容量方式などの様々な方式が存在する。
従来のいずれの方式のタッチパネルにおいても、ユーザの操作位置を検出するには、ディスプレイの横方向座標（ｘ座標）検出用の電極と、縦方向座標（ｙ座標）検出用の電極とを格子状に配置する必要があって電極の構造が複雑になっていた。
そこで本出願人は、電極の構造を簡素化する一手法として、ディスプレイの駆動電極を、タッチパネルの上述したｘ座標検出用の電極、またはｙ座標検出用の電極に流用することを提案している（特許文献１参照）。この発明によりタッチパネル付きディスプレイ全体としての電極の数を減少させることができる。
特開２００９−２４４９５８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発明においても、ユーザの操作位置検出のために、ｘ座標検出用の電極と、ｙ座標検出用の電極とを格子状に設けることについては変わりなく、電極の構造をより簡素化することが望まれている。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より簡素化した電極構造によりユーザの操作位置を検出できるようにするものである。
本開示の第１の側面である検出装置は、ユーザの操作範囲に配置された複数の信号線と、前記複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射部と、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定部とを備える。
前記複数の信号線は、それぞれが直線状で並行に配置することができる。
前記複数の信号線は、それぞれが直線状で前記操作範囲の長手方向に並行に配置することができる。
前記判定部は、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの複数の操作位置を判定することができる。
本開示の第１の側面である検出方法は、ユーザの操作位置を検出する検出装置の検出方法において、前記検出装置による、ユーザの操作範囲に配置された複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射ステップと、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定ステップとを含む。
本開示の第１の側面においては、ユーザの操作範囲に配置された複数の信号線に対してパルス信号が入射され、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号が検出され、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置が判定される。
本開示の第２の側面である表示装置は、映像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイに重畳して配置された複数の信号線と、前記複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射部と、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定部とを備える。
本開示の第２の側面においては、ディスプレイに重畳して配置された複数の信号線に対してパルス信号が入射され、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号が検出され、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置が判定される。
本開示の第１の側面によれば、より簡素化した電極構造により、操作範囲に対するユーザの操作位置を検出することできる。
本開示の第２の側面によれば、より簡素化した電極構造により、ディスプレイ面に対するユーザの操作位置を検出することできる。
反射波によるインピーダンス測定の原理を説明するための概略図である。 反射波によるインピーダンス測定における測定電圧を示す図である。 図１のTDR測定部の構成例を示すブロック図である。 図３に対応する測定電圧を示す図である。 信号線に触れることによるインピーダンス変化を示す図である。 図５に対応する測定電圧を示す図である。 本開示を適用した位置検出装置の構成例を示すブロック図である。 複数の位置検出装置をディスプレイに適用する場合の構成例を示す図である。 位置検出装置をディスプレイに適用した場合の断面図である。 位置検出装置をディスプレイに適用した場合の操作位置を説明する図である。 複数の位置検出装置をディスプレイに適用する場合の他の構成例を示す図である。 信号線の１箇所に触れることによるインピーダンスの時系列変化を示す図である。 信号線に２箇所に触れることによるインピーダンスの時系列変化を示す図である。
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。
はじめに、本実施の形態において利用する、反射波によるインピーダンス測定（以下、TDR(Time Domain Reflectometry)測定と称する）の原理について説明する。
＜TDR測定の原理＞
図１は、TDR測定の原理を説明するための概略図である。
TDR測定部１には、信号線２が接続されている。信号線２の分布定数回路２ａは特性インピーダンスＺ０＝５０Ωを有し、TDR測定部１の接続されていない側がインピーダンスＺＬの試料３で終端されている。TDR測定は、信号線２のインピーダンスの不整合箇所からの反射波に基づいて試料のインピーダンスを測定するものである。
具体的には、TDR測定部１により、分布定数回路２ａ（インピーダンスＺ０）とみなした信号線２に、高速に立ちあがるパルス信号が入射され、その入射電圧Ｅｉと試料３で反射されたパルス信号の電圧（反射電圧Ｅｒ）との比ρ＝にＥｒ／Ｅｉに基づいてインピーダンスＺＬ＝Ｚ０（１＋ρ）／（１−ρ）が演算される。
図２は、TDR測定部１にて測定される電圧Ｖ（入射電圧Ｅｉ＋反射電圧Ｅｒ）の時系列変化を示しており、横軸はタイミングＴ、縦軸は電圧Ｖである。同図Ａ乃至同図Ｅに示されるように、分布定数回路区間に対応して電圧Ｖ＝入射電圧Ｅｉが測定される。
同図Ａは、試料３のインピーダンスＺＬがＺＬ＝０である場合を示している。この場合、ＺＬ区間に対応して電圧Ｖ＝０が測定される。
同図Ｂは、試料３のインピーダンスＺＬが０＜ＺＬ＜Ｚ０である場合を示している。この場合、ＺＬ区間に対応して電圧Ｖとして入射電圧Ｅｉよりも小さな値が測定される。
同図Ｃは、試料３のインピーダンスＺＬがＺＬ＝Ｚ０である場合を示している。この場合、ＺＬ区間に対応して電圧Ｖとして入射電圧と等しい電圧Ｅｉが測定される。
同図Ｄは、試料３のインピーダンスＺＬがＺＬ＞Ｚ０である場合を示している。この場合、ＺＬ区間に対応して電圧Ｖとして入射電圧Ｅｉよりも大きな値が測定される。
同図Ｅは、信号線２の端が開放端の場合、すなわち、インピーダンスＺＬがＺＬ＝∞である場合を示している。この場合、ＺＬ区間に対応して電圧Ｖとして入射電圧の２倍の電圧２Ｅｉが測定される。
次に図３は、TDR測定部１の構成例を示している。TDR測定部１は、パルス発生部１１、抵抗１２、および同軸ケーブル１４が直列に接続されて構成されている。抵抗１２と同軸ケーブル１４の間には、電圧測定用の測定点１３が設けられている。
パルス発生部１１は、高速に立ち上がる400mVのパルス信号を発生する。抵抗１２および同軸ケーブル１４のそれぞれのインピーダンスは５０Ωとする。
TDR測定部１に接続される信号線１５は、図３に示されるように５０Ωの分布定数回路と２５Ωの分布定数回路から成り、TDR測定部１が接続されない側は開放端とする。
図４は、図３に対応する測定電圧Ｖの時系列変化を示しており、横軸はタイミングＴ、縦軸は電圧Ｖである。この場合、５０Ω区間に対応して200mVが測定され、２５Ω区間に対応して133mVが測定され、開放端に対応して400mVが測定される。
同図から、信号線１５をインピーダンスが異なる複数の分布定数回路とみなした場合、その境界において測定電圧が変化することが分かる。
次に図５は、信号線をインピーダンスＺＬの複数の分布定数回路とみなし、分布定数回路に人の指などの導電性物質が触れる（接近するだけでもよい）ことにより、そのインピーダンスがＺＬ’（＜ＺＬ）に変化することを示している。
図４の結果から分かるように、インピーダンスが異なる複数の分布定数回路の境界において測定電圧が変化するので、図５に示されたように、人の指によってインピーダンスが変化した場合にも測定電圧Ｖは変化する。図５に対応する測定電圧Ｖの時系列変化は図６に示されるとおりとなるので、測定電圧Ｖが変化するタイミングＴを特定すれば、信号線上の指が触れた位置を測定することが可能となる。
本開示は、実施の形態として、複数の分布定数回路からなる信号線に人の指が触れることにより測定電圧に変化が生じることを利用してユーザの操作位置を検出する位置検出装置を説明するものである。
［位置検出装置の構成例］
図７は、本実施の形態である位置検出装置の構成例を示している。
この位置検出装置２０は、TDR測定部２１、信号線２６、および位置判定部２７から構成される。TDR測定部２１は、パルス発生部２２、抵抗２３、および同軸ケーブル２５が直列に接続されて構成されている。抵抗２３と同軸ケーブル２５の間には、電圧測定用の測定点２４が設けられている。
信号線２６は、TDR測定部２１が接続されない一端は開放端とする。信号線２６は、金属であればよいが、導電率が高いものである方が望ましい。位置判定部２７は、測定点２４における電圧を測定し、測定電圧Ｖが変化するタイミングＴを検出し、測定電圧Ｖが変化するタイミングＴに基づいて信号線２６におけるユーザの指などが触れた操作位置を判定する。なお、位置判定部２７には、測定電圧Ｖが変化するタイミングＴと操作位置との対応関係を示す対応表や関数などが予め保持されているものとする。
なお、測定電圧Ｖは、人の指に限らず導電性物質が信号線２６に接触したり、接近したりした場合にも変化するので、人の指の代わりにスタイラスペンなどの導電性物質を用いた場合においても、その操作位置を判定することが可能である。さらに、判定精度は劣るものの絶縁体の接触、接近の位置を判定することもできる。
［位置検出装置のディスプレイへの適用］
位置検出装置２０は、信号線２６上の１次元位置のみを判定するので、ディスプレイ上の２次元位置を判定する場合、図８に示すように、複数の位置検出装置２０を用意し、それらの複数の信号線２６をディスプレイのＸ方向またはＹ方向と並行に配置すればよい。なお、図８は、複数の位置検出装置２０の複数の信号線２６を、ディスプレイ３０のＸ方向に並行に配置した例を示している。
同図に示されるように、ディスプレイの長手方向（いまの場合、Ｘ方向）と並行に複数の信号線２６を配置することにより、ディスプレイの長手方向に垂直に複数の信号線２６を配置する場合に比較して、信号線上の位置判定の精度を上げることができる。
なお、複数の信号線２６は平行な直線でなくでもよく、例えばディスプレイの端で所定の角度に折り曲げて配置するようにしてもよい。
図９は、位置検出装置２０をディスプレイに適用した場合の信号線２６の配置を示す断面図の３例を示している。同図Ａは、最上面に信号線２６を設けた例である。同図Ｂは、偏光板とＣＦ、ガラスの間に信号線２６を設けた例である。同図Ｃは、ＣＦ、ガラスと絶縁層の間に信号線２６を設けた例である。
また、信号線２６は、ディスプレイにおけるESD対策用の電極をかねてもよい。
［動作説明］
次に、複数の位置検出装置２０により、ディスプレイ上の２次元位置を判定する動作について図１０を参照して説明する。なお、図１０Ａは、図８を簡略化したものであり、図１０Ｂは同図Ａに対応する測定電圧の時系列変化を示している。
同図Ａに示されるように、ユーザの指がディスプレイ３０に触れている場合、指近傍の信号線２６にインピーダンスの変化が生じ、これにより指近傍の信号線２６から測定される電圧Ｖにだけ時系列変化が生じる。その他の信号線２６から測定される電圧Ｖに変化は生じない。したがって、いまの場合、全ての測定電圧Ｖのうち、変化が生じているものの変化のタイミングＴに基づいて操作位置のＸ座標を検出する。また、全ての測定電圧Ｖのうち、変化が生じているものの配置に基づいて操作位置のＹ座標を検出する。
なお、操作位置の検出箇所については、１箇所に限られず、同時に複数個所を検出することが可能である。
［変形例］
なお、複数の位置検出装置２０をディスプレイ３０に適用する場合、図８に示されたように、信号線２６と同じ数だけTDR測定部２１を設ける他、図１１に示されるように、パルス発生部２２および抵抗２３を１つだけ設け、複数の信号線２６に分配するようにしてもよい。これにより、複数の位置検出装置２０の全体的な回路規模を縮小することができる。
［他の動作例］
図１２は、信号線上の位置Ｐ１，Ｐ２またはＰ３を指で触れた時の信号線のインピーダンスＺの時系列変化を示しており、横軸はタイミングｔ、縦軸はインピーダンスＺである。なお、信号線は、素材が銅線、長さ１０cm、特性インピーダンスＺ０＝５０Ω、TDR測定部２１の接続されない側が５０Ωで終端されているものとする。
同図に示されるように、信号線上の位置Ｐ１，Ｐ２またはＰ３のいずれが触れられた場合においても、触れられていない状態（Ｚ０＝５０Ω）に比較して、インピーダンスＺが変動しているタイミングが１箇所あることがわかる。また、触れられた位置Ｐ１，Ｐ２またはＰ３によってインピーダンスＺの変動のタイミングｔが異なることが読み取れる。したがって、インピーダンスＺが変動しているタイミングｔを検出することによっても、操作位置を判定することも可能である。
図１３は、信号線上の位置Ｐ１と位置Ｐ２を同時に指で触れた時の信号線のインピーダンスＺの時系列変化を示しており、横軸はタイミングｔ、縦軸はインピーダンスＺである。なお、信号線は、素材が銅線、長さ１０cm、特性インピーダンスＺ０＝５０Ω、TDR測定部２１の接続されない側が５０Ωで終端されているものとする。
同図に示されるように、信号線上の位置Ｐ１と位置Ｐ２が同時に触れられた場合、触れられていない状態（Ｚ０＝５０Ω）に比較して、インピーダンスＺが大きく変動しているタイミングが２箇所あることがわかる。また、図１２と比較することにより、その２箇所のタイミングが位置Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ個別に触れている場合と一致することが分かる。したがって、インピーダンスＺが変動している複数のタイミングｔを検出することにより、同時に触れられた複数の操作位置を判定することも可能となる。
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
２０ 位置検出装置， ２１ TDR測定部， ２２ パスル発生部， ２３ 抵抗， ２４ 測定点， ２５ 同軸ケーブル， ２６ 信号線， ２７ 位置判定部， ３０ ディスプレイ

Claims (6)

  1. ユーザの操作範囲に配置された複数の信号線と、
    前記複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射部と、
    前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定部と
    を備える検出装置。
  2. 前記複数の信号線は、それぞれが直線状で並行に配置される
    請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記複数の信号線は、それぞれが直線状で前記操作範囲の長手方向に並行に配置される
    請求項２に記載の検出装置。
  4. 前記判定部は、前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの複数の操作位置を判定する
    請求項２に記載の検出装置。
  5. ユーザの操作位置を検出する検出装置の検出方法において、
    前記検出装置による、
    ユーザの操作範囲に配置された複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射ステップと、
    前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定ステップと
    を含む検出方法。
  6. 映像を表示するディスプレイと、
    前記ディスプレイに重畳して配置された複数の信号線と、
    前記複数の信号線に対してパルス信号を入射する入射部と、
    前記パルス信号が前記信号線に生じたインピーダンスの不整合箇所で反射された反射信号を検出し、前記反射信号の検出タイミングに基づいて、前記信号線に対するユーザの操作位置を判定する判定部と
    を備える表示装置。
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