JP2016024648A

JP2016024648A - タッチパネル装置

Info

Publication number: JP2016024648A
Application number: JP2014148686A
Authority: JP
Inventors: 孝生吉田; Kosei Yoshida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-08

Abstract

【課題】無線方式の電子ペンにおいて電池を不要にできるタッチパネル装置を提供する。
【解決手段】タッチパネル装置１は、電子ペン３０でタッチ入力される静電容量方式のタッチパネル１１と、電子ペンに設けた少なくとも２本の描画用のドライブ電極４０ａ，４０ｂを介してタッチパネル上の検出電極１８，１９から電子ペン駆動用の電力を電子ペンに供給する電力供給部２０とを備える。好ましくは、電力供給部は、各ドライブ電極間の距離に対応した正極と負極とが現れるように、タッチパネル上の検出電極を駆動する。
【選択図】図５

Description

本発明は、タッチパネル装置に関し、詳細には、デジタイザを形成する電子ペン付きのタッチパネル装置に関する。

この種のタッチパネル装置は、プレゼンテーション、会議などに広く利用されており、例えば、映像を表示する表示パネルに一体的に設けられたタッチパネルを有している。表示パネルをユーザの指またはペン型の入力装置（電子ペンともいう）などでタッチすると、そのタッチ位置に応じた手書きの線、手書きの文字や記号等の図形を表示パネルに表示できる。

電子ペンには、タッチパネル装置から引き出されたコードに接続される有線方式と、コードを用いない無線方式がある。有線方式の場合、電力はコードを介して電子ペンに供給されるが、無線方式の場合、電力は電子ペン内の電池から供給される構造が知られている。
ここで、例えば、特許文献１には、電界結合方式による非接触給電の技術が開示されている。詳しくは、送電用の平面電極と受電用の平面電極とが対向されており、これらの容量結合で電力を供給できる。

特開２０１２−３４４４７号公報

ところで、無線方式の電子ペンでは電池を不要にできれば有用であるが、特許文献１にもこのような技術は開示されていない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、無線方式の電子ペンにおいて電池を不要にできるタッチパネル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、電子ペンでタッチ入力される静電容量方式のタッチパネルと、前記電子ペンに設けた少なくとも２本の描画用のドライブ電極を介して前記タッチパネル上の検出電極から電子ペン駆動用の電力を前記電子ペンに供給する電力供給部とを備えたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記電力供給部は、各前記ドライブ電極間の距離に対応した正極と負極とが現れるように、前記タッチパネル上の検出電極を駆動することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記電力供給部は、前記電子ペンの周辺に位置した前記タッチパネル上の検出電極を駆動することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１から３のいずれか１の技術手段において、前記タッチパネルは、各前記ドライブ電極からの信号を認識するために、前記タッチパネルから前記電子ペンに同期信号を出力し、該同期信号は、前記電子ペン駆動用の信号とは別個の信号で前記電子ペンに出力される、あるいは、前記電子ペン駆動用の信号を含む単一の信号で前記電子ペンに出力されることを特徴としたものである。

本発明によれば、タッチパネル上の検出電極が電子ペンに電力を供給するので、無線方式であっても電池の不要な電子ペンを提供可能になる。

本発明に係る入力表示装置の外観構成例を示す図である。本発明に係るタッチパネル装置の機能的な構成例を示すブロック図である。図２のタッチパネルの構成図である。本発明の第１の実施形態による電子ペンの構成図である。本発明の電界結合方式による非接触給電の概略図である。本発明の第１実施形態における処理の流れを説明するためのシーケンス図である。本発明の第２実施形態における処理の流れを説明するためのシーケンス図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明のタッチパネル装置に係る好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る入力表示装置の外観構成例を示す図である。入力表示装置は電子ペンおよびタッチパネル装置からなり、液晶モニタ１が本発明のタッチパネル装置に相当する。液晶モニタ１は、例えば、表示画面と液晶モニタの接地面との角度が０°程度の平置きタイプ（ホリゾンスタイルともいう）や、液晶モニタ背面のスタンド２を用いてスタンディングスタイルやペンライティングスタイルにも適用可能である。また、本発明に係るタッチパネル装置としては、液晶モニタ１以外の薄型表示装置であってもよく、有機ＥＬパネル、プラズマディスプレイあるいは液晶テレビをモニタとして利用するものであってもよい。

図２は、本発明に係るタッチパネル装置の機能的な構成例を示すブロック図である。
液晶モニタ１は、制御部１０、タッチパネル１１、表示パネル１２、タッチパネル制御部１３、映像処理部１４、合成部１５、記憶部１６、電力供給部２０等を備え、これらはバス１７で接続されている。
制御部１０は、液晶モニタ１の動作を制御するためのＣＰＵなどで構成され、記憶部１６の例えばＲＯＭに格納されている各種のプログラムやデータをＲＡＭにロードし、このロードしたＲＡＭ内のプログラムを実行する。

表示パネル１２は、例えば、液晶パネルで構成される矩形状の表示画面１２ａを有している。
タッチパネル１１は、表示パネル１２に一体的に設けられ、表示画面１２ａ上をユーザの指または図１に示した電子ペン３０などでタッチしたときに、そのタッチ位置（タッチ座標ともいう）を入力するためのセンサである。このセンサとしては、例えば、指先と導電膜の間での静電容量の変化を捉えて位置を検出する静電容量方式のものを採用することができ、図３に示すように、電極パターンを例えばＸ軸電極１８とＹ軸電極１９に分け、Ｘ軸パターン１８ａ，１８ｂ…、Ｙ軸パターン１９ａ，１９ｂ…をマトリックス状に配置している（投影型静電容量方式ともいう）。なお、Ｘ軸電極１８やＹ軸電極１９が本発明のタッチパネル上の検出電極に相当する。

タッチパネル制御部１３は、駆動・検出部１３ａ、演算部１３ｂ、処理部１３ｃを有する。駆動・検出部１３ａは、指先でタッチパネル１１に触れる場合、タッチパネル１１上の一方の電極（例えばＸ軸電極１８）を駆動させ、他方の電極（例えばＹ軸電極１９）でタッチ座標を検出する。また、駆動・検出部１３ａは、有線方式の電子ペン内のドライブ電極を駆動させることができるが、有線方式あるいは図１に示した無線方式の電子ペン３０でタッチパネル１１に触れる場合、タッチパネル１１上のＸ軸電極１８とＹ軸電極１９の双方でタッチ座標を検出する。これら検出結果は演算部１３ｂに出力される。なお、電子ペンのドライブ電極の先端をタッチパネルから例えば約１５ｍｍ以内に近づけると（ホバー操作ともいう）、その先端とタッチパネルとを最短距離で結んだ位置を電子ペンのタッチ座標として検出可能である。

演算部１３ｂは、タッチパネル１１に触れた指先や電子ペン３０の検出結果に所定の演算処理を施し、指先や電子ペン３０のタッチ座標などを得る。この得られたタッチ座標などは処理部１３ｃに送られ、タッチ操作の情報が作成される。作成されたタッチ操作信号は合成部１５に出力される。なお、処理部１３ｃには、筆圧情報や図３に示した電子ペン３０のサイドスイッチ３５，３６の情報も入力可能である。

映像処理部１４は、液晶モニタ１への入力映像信号に解像度変換やガンマ補正等の画像処理を施し、合成部１５に出力する。
合成部１５は、入力映像信号とタッチ操作信号とを合成し、タッチ操作の情報を入力映像に重畳する処理を行う。なお、タッチ操作の情報を表示しない場合、映像処理部１４で画像処理の済んだ入力映像だけが表示画面１２ａに表示される。

（第１実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態による電子ペンの構成図である。図４（Ａ）に示すように、本実施形態の電子ペン３０は、コードを用いない無線方式であり、ユーザの例えば指で把持される筒状の筐体３４を有している。筐体３４の先端には、液晶モニタ１への入力に使用されるペン先３７が設けられ、ペン先３７の先端は例えば先細りで断面円形状に形成されている。

筐体３４の表面には、押し下げ可能なサイドスイッチ３５，３６が設けられており、サイドスイッチ３５，３６の押し下げによって、ペン先３７のタッチ操作を例えばマウスの右クリックや例えば消しゴムとして機能させることができる。
ここで、図４（Ｂ）に示すように、ペン先３７の内部には、液晶モニタ１におけるペン先の位置を検出するための例えば２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂが設けられている。なお、ドライブ電極４０ａ，４０ｂが本発明の描画用のドライブ電極に相当する。各ドライブ電極４０ａ，４０ｂは、例えば、ペン先３７の中心軸線を挟んで対称位置に並設され、筐体３４内のアンプ３９ａ，３９ｂにそれぞれ接続されている。

電子ペン３０でタッチパネル１１に触れる場合（ホバー操作も含む、以下同じ）には、２本のドライブ電極４０ａ，４０ｂを例えば別個に駆動させる（逐次駆動方式ともいう）。詳しくは、始めに一方のドライブ電極４０ａを駆動してこのドライブ電極４０ａの位置をタッチパネル１１上のＸ軸電極１８やＹ軸電極１９で検出し、次いで、他方のドライブ電極４０ｂを駆動してこのドライブ電極４０ｂの位置をＸ軸電極１８やＹ軸電極１９で検出している。各ドライブ電極４０ａ，４０ｂの位置によってペン先３７の中心軸線回りの回転角を算出できるので、線幅の異なる線を表示画面１２ａに入力可能になる。

図５は、本発明の電界結合方式による非接触給電の概略図である。図２で説明した電力供給部２０は発振器２０ａを有し、結合コンデンサ２１，２２を介して電子ペン３０に接続されている。
結合コンデンサ２１，２２は、発振器２０ａ側に接続する送電用の平面電極と、電子ペン３０側に接続する受電用の平面電極とが対向して構成され、これらの容量結合で電力を供給できる。図３で説明したＸ軸電極１８やＹ軸電極１９が上記検出電極の他、送電用の平面電極として用いられ、図４（Ｂ）で説明したドライブ電極４０ａ，４０ｂが上記描画用のドライブ電極の他、受電用の平面電極として用いられている。

電界結合方式によれば、電力の供給量を平面電極の面積変更によって容易に変更できる。また、電磁誘導方式のような異物挿入時の過熱がなく、電磁界共鳴方式のような構造の重量が大きくならずに済むという利点がある。
そして、電力供給部２０は、ドライブ電極４０ａとドライブ電極４０ｂの間の距離に対応した正極と負極とが現れるように、Ｘ軸電極１８やＹ軸電極１９を駆動する。

より詳しくは、図５に示すスイッチ４４ａ，４５ａによってドライブ電極４０ａ，４０ｂと整流部４３とを接続し、また、スイッチ４４ｂ，４５ｂによってＸ軸電極１８やＹ軸電極１９と電力供給部２０とを接続した場合（電力伝送モード）、電力供給部２０が、例えば、奇数列のＸ軸パターン１８ａ，１８ｃ，１８ｅを正極に、偶数列のＸ軸パターン１８ｂ，１８ｄを負極に設定すると、Ｘ軸電極１８から電子ペン駆動用の電力が電子ペン３０に出力される。なお、例えば、奇数列のＹ軸パターン１９ａ，１９ｃ，１９ｅを正極に、偶数列のＹ軸パターン１９ｂ，１９ｄを負極に設定してＹ軸電極１９からも電子ペン駆動用の電力を出力してもよい。

なお、電力供給部２０は、駆動・検出部１３ａでペン先３７の位置を検出できた場合、このペン先３７の周辺に位置したＸ軸電極１８やＹ軸電極１９だけを駆動してもよい。ペン先３７の周辺にだけ電力を供給すれば、タッチパネル１１上の全電極を駆動させずに済む。
スイッチ４４ａ，４５ａによってドライブ電極４０ａ，４０ｂと整流部４３とを接続した場合、例えばドライブ電極４０ａに入力された正極電力やドライブ電極４０ｂに入力された負極電力は、整流部４３で整流され、定電圧部４２で一定電圧に調整された後、ペン処理部３８に供給される。

ただし、本実施形態の電子ペン３０は無線方式であり、タッチパネル１１が指先あるいは電子ペン３０のいずれを検出するかを認識するために、タッチパネル１１から電子ペン３０に同期信号を出力している。
具体的には、図５に示すように、電子ペン３０は、ドライブ電極４０ａとペン処理部３８とを接続する同期信号検出ライン４１を有している。

ペン処理部３８との同期タイミングは、図２で説明した演算部１３ｂで生成されており、スイッチ４４ａ，４５ａでドライブ電極４０ａ，４０ｂと整流部４３とを接続したまま、スイッチ４４ｂ，４５ｂを切り替えてＸ軸電極１８やＹ軸電極１９とタッチパネル制御部１３とを接続すると（同期伝送モード）、駆動・検出部１３ａを介してＸ軸電極１８やＹ軸電極１９から送信された同期信号は、例えばドライブ電極４０ａ、同期信号検出ライン４１を経由してペン処理部３８に出力される。

次いで、スイッチ４４ｂ，４５ｂでＸ軸電極１８やＹ軸電極１９とタッチパネル制御部１３とを接続したまま、スイッチ４４ａ，４５ａを切り替えてドライブ電極４０ａ，４０ｂとペン処理部３８とを接続すると（ペン駆動モード、ペン座標検出モード）、ペン処理部３８では、上記の同期信号の周波数に基づく駆動信号を、図４（Ｂ）で説明した各アンプ３９ａ，３９ｂを介して各ドライブ電極４０ａ，４０ｂに出力する。これにより、各ドライブ電極４０ａ，４０ｂが駆動し、駆動・検出部１３ａがタッチパネル１１上のＸ軸電極１８やＹ軸電極１９で電子ペン３０の位置を検出できる。

図６は、本発明の第１実施形態における処理の流れを説明するためのシーケンス図である。まず、電力供給部２０が、Ｘ軸電極１８やＹ軸電極１９を所定時間駆動し（電力伝送モード、ステップＳ１０，Ｓ１３）、例えば電力供給用のパルスをＸ軸電極１８やＹ軸電極１９へ供給する。
電子ペン３０がドライブ電極４０ａ，４０ｂを介して電力供給用のパルスを受信すると、電子ペン３０に電力が供給される（ステップＳ１１）。ペン処理部３８は、電力の供給を初めて受けた場合、電子ペン３０の起動・初期化処理を実行してオン状態にし、電力の供給を継続して受けている場合には、電子ペン３０のオン状態を維持する（ステップＳ１２）。

次に、駆動・検出部１３ａが、Ｘ軸電極１８やＹ軸電極１９を所定時間駆動し（同期伝送モード、ステップＳ１４，Ｓ１７）、例えば、電力供給用のパルスとは別個の同期用のパルスをＸ軸電極１８やＹ軸電極１９へ供給する。
電子ペン３０がドライブ電極４０ａを介して同期用のパルスを受信した場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、ペン処理部３８がドライブ電極４０ａ，４０ｂを所定時間駆動する（ペン駆動モード、ステップＳ１６，Ｓ２３）。

続いて、駆動・検出部１３ａがＸ軸電極１８とＹ軸電極１９の双方でドライブ電極４０ａ，４０ｂからの信号を所定時間検出し（ペン座標検出モード、ステップＳ１８，Ｓ１９）、ドライブ電極４０ａ，４０ｂの位置を検出できた場合、演算部１３ｂが電子ペン３０のタッチ座標などを求める。
次いで、駆動・検出部１３ａは一方の電極（例えばＸ軸電極１８）を所定時間駆動し、他方の電極（例えばＹ軸電極１９）で指先のタッチ座標を所定時間検出する（指タッチ座標検出モード、ステップＳ２０，Ｓ２１）。

その後、演算部１３ｂは電子ペン３０のタッチ座標や指先のタッチ座標を処理部１３ｃに出力する（ステップＳ２２）。なお、ペン座標検出モードでドライブ電極４０ａ，４０ｂの位置を検出できなかった場合には、演算部１３ｂは指先のタッチ座標だけを処理部１３ｃに出力する。
一方、ペン駆動モードが終了した場合（ステップＳ２３のＹＥＳ）、電子ペン３０は、電力が供給されるまで待機状態になる（ステップＳ２４）。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態における処理の流れを説明するためのシーケンス図である。第１実施形態では、電力供給用のパルスと同期用のパルスとを別の信号で送信したが、例えば同期用のパルスが長く形成され、電力供給用のパルスも含めることができる場合、電力供給用のパルスと同期用のパルスとを単一の信号で送信してもよい。

電力供給部２０あるいは駆動・検出部１３ａが、Ｘ軸電極１８やＹ軸電極１９を所定時間駆動し（電力・同期伝送モード、ステップＳ３０，Ｓ３３）、例えば電力供給用と同期用を兼用したパルスをＸ軸電極１８やＹ軸電極１９へ供給する。
電子ペン３０がドライブ電極４０ａ，４０ｂを介してこのパルスを受信すると、電子ペン３０に電力が供給され（ステップＳ３１）、ペン処理部３８は、電子ペン３０の起動・初期化処理を実行してオン状態にするか、電子ペン３０のオン状態を維持し（ステップＳ３２）、また、ドライブ電極４０ａ，４０ｂを所定時間駆動する（ペン駆動モード、ステップＳ３４，Ｓ４０）。なお、このペン駆動モードが終了した場合（ステップＳ４０のＹＥＳ）、電子ペン３０は待機状態になる（ステップＳ４１）。

駆動・検出部１３ａがＸ軸電極１８とＹ軸電極１９の双方でドライブ電極４０ａ，４０ｂからの信号を所定時間検出した後（ペン座標検出モード、ステップＳ３５，Ｓ３６）、駆動・検出部１３ａは一方の電極（例えばＸ軸電極１８）を所定時間駆動し、他方の電極（例えばＹ軸電極１９）で指先のタッチ座標を所定時間検出する（指タッチ座標検出モード、ステップＳ３７，Ｓ３８）。そして、演算部１３ｂは電子ペン３０のタッチ座標や指先のタッチ座標を処理部１３ｃに出力する（ステップＳ３９）。

１…液晶モニタ、２…スタンド、１０…制御部、１１…タッチパネル、１２…表示パネル、１２ａ…表示画面、１３…タッチパネル制御部、１３ａ…駆動・検出部、１３ｂ…演算部、１３ｃ…処理部、１４…映像処理部、１５…合成部、１６…記憶部、１７…バス、１８…Ｘ軸電極、１８ａ〜１８ｅ…Ｘ軸パターン、１９…Ｙ軸電極、１９ａ〜１９ｅ…Ｙ軸パターン、２０…電力供給部、２０ａ…発振器、２１，２２…結合コンデンサ、３０…電子ペン、３４…筐体、３５，３６…サイドスイッチ、３７…ペン先、３８…ペン処理部、３９ａ，３９ｂ…アンプ、４０ａ，４０ｂ…ドライブ電極、４１…同期信号検出ライン、４２…定電圧部、４３…整流部、４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ…スイッチ。

Claims

電子ペンでタッチ入力される静電容量方式のタッチパネルと、
前記電子ペンに設けた少なくとも２本の描画用のドライブ電極を介して前記タッチパネル上の検出電極から電子ペン駆動用の電力を前記電子ペンに供給する電力供給部と
を備えたことを特徴とするタッチパネル装置。
請求項１に記載のタッチパネル装置であって、
前記電力供給部は、各前記ドライブ電極間の距離に対応した正極と負極とが現れるように、前記タッチパネル上の検出電極を駆動することを特徴とするタッチパネル装置。
請求項１又は２に記載のタッチパネル装置であって、
前記電力供給部は、前記電子ペンの周辺に位置した前記タッチパネル上の検出電極を駆動することを特徴とするタッチパネル装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のタッチパネル装置であって、
前記タッチパネルは、各前記ドライブ電極からの信号を認識するために、前記タッチパネルから前記電子ペンに同期信号を出力し、該同期信号は、前記電子ペン駆動用の信号とは別個の信号で前記電子ペンに出力される、あるいは、前記電子ペン駆動用の信号を含む単一の信号で前記電子ペンに出力されることを特徴とするタッチパネル装置。