JP2016062205A - センサ信号処理回路及びセンサ信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】互いに異なる方向に配置された複数の第1の導体と、複数の第2の導体とを備えたセンサに接続される。複数の第2の導体に接続される第1の信号検出回路によって、複数の第2の導体とグランドとの間での静電容量の変化に対応した信号を検出する。検出された信号を比較回路で所定の値と比較することで、センサのセンサ面に対して所定の距離以内に指示体が存在することを認識し、その認識に対応して、信号供給回路から複数の第1の導体に所定の信号が供給されると共に、複数の第1の導体と複数の第2の導体とによって形成された交点での静電容量の変化に基づいてセンサに対する指示体が指示する位置を検出する。
【選択図】図4
Description
第1の方向に配置された第1の導体と、前記第1の方向とは異なる第2の方向に配置された第2の導体とを備えたセンサに接続されるセンサ信号処理回路であって、
前記第1の導体に第1の信号を供給する信号供給回路と、
前記第2の導体に接続される第1の信号検出回路と、
前記第1の信号検出回路を制御することで前記第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する指示体の近接を検出する制御を行うとともに、前記第1の信号検出回路から出力される前記第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づく検出結果を所定の値と比較した結果に基づいて前記信号供給回路及び前記第1の信号検出回路を制御することで、前記第2の導体と前記信号供給回路から前記第1の信号が供給された前記第1の導体とによって形成された交点での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する前記指示体が指示する位置を検出する制御を行う制御回路と
を備えたことを特徴とするセンサ信号処理回路を提供する。
[この発明のセンサ信号処理回路、センサ信号処理方法が適用された電子機器及び位置検出装置]
図1は、この発明のセンサ信号処理回路、センサ信号処理方法の一実施形態が適用されて構成された位置検出装置1を備えた電子機器の一例を示すものである。図1に示す例の電子機器2は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置の表示画面2Dを備えるスマートフォンなどと呼ばれる携帯機器であり、表示画面2Dの前面部には位置検出装置1を構成するセンサ(位置検出センサ)100が配設されている。また、電子機器2の上部と下部には、受話器3及び送話器4がそれぞれ設けられている。
次に、図1に示した電子機器2等で用いられる位置検出装置1の構成例について説明する。図2は、この実施形態の位置検出装置1の概略構成例を説明するための図である。この例の位置検出装置1は、いわゆるクロスポイント構成のセンサ100を備えており、指5などの指示体による静電タッチ、特にマルチタッチを検出する場合は、第1の方向に配置された複数の第1の導体に送信信号を供給すると共に、第1の方向とは異なる第2の方向に配置された複数の第2の導体から信号を受信するように構成されている。また、指示体がアクティブ静電ペン6の場合には、第1の方向及び第2の方向に配置された第1の導体及び第2の導体のそれぞれからの信号を受信する構成となる。なお、クロスポイント型静電容量方式の位置検出装置の原理等については、この出願の発明者の発明に係る出願の公開公報である特開2011−3035号公報、特開2011−3036号公報、特開2012−123599号公報等に詳しく説明されている。
図5は、この実施形態の位置検出装置1の指タッチ検出用期間において、第1の導体11Yと第2の導体12Xとの間で形成される領域(クロスポイント)のそれぞれにおける容量変化に基づいてセンサ100上での複数の指の位置を求めるための構成部分、すなわち、図2に示すセンサ信号処理回路200の内の主として指タッチ検出回路202の構成部分を中心として示したものであり、マルチプレクサ201及びペン指示検出回路203の部分は省略してある。なお、以下の第1の実施形態の説明においては、便宜上、第1の導体11Yは、送信導体11Yと称し、第2の導体12Xは、受信導体12Xと称する。
この実施形態において、送信部20の送信信号生成回路21は、制御回路204の制御に応じて、クロック発生回路40からのクロック信号CLKに基づいて形成されるタイミングで、m個、例えば46個の異なる送信信号を生成し、送信導体11Y1、11Y2、…、11Ymのそれぞれに所定の送信信号を供給する。なお、m本の送信導体11Y1〜11Ymのそれぞれに供給される送信信号の具体例としては、例えば、PN(pseudo random noise)符号やアダマール符号などの直交符号が適用可能である。この場合に、制御回路204からは、送信信号生成回路21に送信符号が供給される。
この実施形態では、指タッチ検出回路202における第1の信号検出回路の指近接検出機能としての構成は、信号処理回路31と制御回路204とで構成され、受信部30の位置算出回路32も関与する。この第1の実施形態では、信号処理回路31が後述のような構成とされることで、当該信号処理回路31が、制御回路204による制御により、第1の信号検出回路の指近接検出機能として動作する場合と、指タッチ位置検出機能として動作する場合とで切り替えられる。
次に、信号処理回路31の構成例及び当該信号処理回路31における上述した指近接検出機能時の動作、さらに、指タッチ位置検出機能の動作について説明する。
図7は、第1の実施形態の信号処理回路310の指タッチ位置検出機能における動作を説明するためのタイミングチャートである。図7(A)は、送信信号生成回路21で生成される送信信号(送信符号)の具体例を示している。また、図7(B)は、制御回路204からスイッチ回路31aに供給される切替制御信号SW1を示している。図7(C)は、制御回路204からゲート回路31bに供給されるゲート制御信号SW2を示している。図7(D)は、ADC31dでのA−D変換タイミングを示している。
図6において、受信導体12Xに接続されている容量Cxは、受信導体12Xの自己容量を示している。この自己容量Cxは、受信導体12Xのパターン容量と浮遊容量とを含み、指が受信導体12Xにタッチしていないときには、全ての受信導体12Xの自己容量Cxはほぼ等しいが、指が受信導体12Xに近接している受信導体12Xでは浮遊容量が増加する。したがって、受信導体12Xの自己容量Cxの変化(増加)を検出することで、指の受信導体12Xへの近接を検出することができる。
図8は、図2に示すセンサ信号処理回路200の内の主としてペン指示検出回路203の構成部分を中心として示したものであり、指タッチ検出回路202の部分は省略してある。マルチプレクサ201は、ペン指示検出回路203に対しては、図8の選択回路201Pとして機能する。この選択回路201Pは、送信導体群11および受信導体群12の中からそれぞれ1本の導体を選択する。
以上説明したように、上述の実施形態の位置検出装置1のセンサ信号処理回路200によれば、指タッチ検出期間TFにおいては、センサ100を構成する第2の導体(受信導体)を順次選択するとともに、選択された第2の導体(受信導体)とグランドとの間の静電容量(自己容量)の変化に基づいて指がセンサ100に近接したことを検出する第1の信号検出回路の指近接検出機能によりセンサ100に指が近接したか否かを検出する。
上述の実施形態では、指タッチ検出回路202においては、受信導体12X1〜12Xnのそれぞれに対して信号処理回路310を設けて、全ての受信導体12X1〜12Xnの全てについて同時に指近接検出処理及び指タッチ検出処理を行うことができる構成とした。しかし、受信導体12X1〜12Xnのそれぞれに対して信号処理回路310を設ける必要はなく、例えば図10に示すように受信導体12X1〜12Xnに対して共通の1個の信号処理回路311を設けると共に、当該1個の信号処理回路310との間に導体選択回路33を設け、受信導体12X1〜12Xnの内の導体選択回路33で選択した受信導体12Xからの信号を信号処理回路311で処理するように構成してもよい。
上述した第1の実施形態では、指近接検出処理においては、センサ100の受信導体(第2の導体)とグランドとの間の静電容量(自己容量)を検出することで指近接状態を検出するようにした。しかし、指近接検出処理においては、送信導体(第1の導体)とグランドと間の静電容量(自己容量)を求めるようにしてもよい。以下に説明する第2の実施形態は、送信信号を用いることで送信導体とグランドとの間の静電容量(自己容量)の変化を検出し、センサ100への指近接状態を検出することができるように構成する場合である。
図12は、第2の実施形態のセンサ信号処理回路200Aの構成例を含む位置検出装置1Aの構成例を示す図であり、第1の実施形態の位置検出装置1と同一部分については、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわち、この第2の実施形態における位置検出装置1Aにおいても、第1の実施形態の位置検出装置1と同一の構成のセンサ100を備える。そして、第2の実施形態のセンサ信号処理回路200Aは、このセンサ100に対して接続される。また、この第2の実施形態では、センサ信号処理回路200Aは、指タッチ検出回路とペン指示検出回路とを別々に備えるのではなく、制御回路204Aの切り替え制御により、指タッチ検出回路とペン指示検出回路とに機能を切り替える指タッチ/ペン指示検出回路の構成を有する。
指タッチ検出期間TFの指近接検出機能の実行時には、制御信号生成回路220は、切替回路214を、Y導体選択回路212で選択された1本のY導体11Yに、発振器221からの発振信号を供給するように切り替える。また、制御信号生成回路220は、切替回路215を、Y導体選択回路213で選択されたY導体11Yを増幅回路222に接続するように切り替える。
指タッチ検出期間TFの指タッチ位置検出機能の実行時には、制御信号生成回路220は、切替回路214を、Y導体選択回路212で選択された1本のY導体11Yに、発振器221からの発振信号を供給するように切り替え、また、切替回路215を、X導体選択回路211で選択されたX導体12Xを増幅回路222に接続するように切り替える。
ペン指示検出期間TPの実行時には、制御信号生成回路220は、バンドパスフィルタ224の中心周波数を周波数f2に切り替えるように制御する。そして、制御信号生成回路220は、X導体選択回路211を、X導体12Xを順次に1本ずつ選択するように制御するとともに、X導体選択回路211で選択されたX導体12Xを切替回路215を介して増幅回路222に接続するように切り替える。このとき、切替回路214はオフのままとされる。
この第2の実施形態においては、上述した第1の実施形態の作用効果と同様の作用効果が得られると共に、次のような効果が得られる。すなわち、この第2の実施形態においては、センサ信号処理回路200Aの構成は、指タッチ検出回路とペン指示検出回路との両方の機能を兼用する構成であって、制御信号生成回路220により、切替回路214,215の切替制御と、X導体選択回路211、Y導体選択回路212,213の選択制御と、バンドパスフィルタ224の通過周波数帯域の切替制御とを行うことで、指タッチ検出期間TFとペン指示検出期間TPとを切り替えることができる。このように、この第2の実施形態においては、指タッチ検出回路とペン指示検出回路との両方の機能を兼用する構成であるので、センサ信号処理回路200Aの構成は簡単になるという効果を奏する。
図13(A)は、この発明の第3の実施形態のセンサ信号処理回路が適用された位置検出装置1Bを備えた電子機器2Bの外観を示すものであり、その表示画面2BDの前面部には位置検出装置1Bを構成する位置検出センサ100Bが配設されている。図13(B)は、位置検出センサ100Bの一例を示す図である。
なお、センサ100への指近接状態を検出するために導体とグランドとの間の静電容量(自己容量)の変化を検出する手法としては、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態で説明した方法に限られるものではなく、種々の手法を用いることができることは言うまでもない。
Claims (20)
- 第1の方向に配置された第1の導体と前記第1の方向とは異なる第2の方向に配置された第2の導体とを備えたセンサに接続されるセンサ信号処理回路であって、
前記第1の導体に第1の信号を供給する信号供給回路と、
前記第2の導体に接続される第1の信号検出回路と、
前記第1の信号検出回路を制御することで前記第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する指示体の近接を検出する制御を行うとともに、前記第1の信号検出回路から出力される前記第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づく検出結果を所定の値と比較した結果に基づいて前記信号供給回路及び前記第1の信号検出回路を制御することで、前記第2の導体と前記信号供給回路から前記第1の信号が供給された前記複数の第1の導体とによって形成された交点での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する前記指示体が指示する位置を検出する制御を行う制御回路を備えたセンサ信号処理回路。 - 前記第1の導体及び前記第2の導体は、複数であることを特徴とする請求項1に記載のセンサ処理回路。
- 前記制御回路は、前記信号供給回路から前記複数の第1の導体への前記第1の周波数の信号の供給を、前記複数の第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記第1の信号検出回路から出力される検出結果を所定の値と比較した結果に基づいて開始することを特徴とする請求項2に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記複数の第2の導体を構成する導体のそれぞれに前記第1の信号検出回路が接続されていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ処理回路。
- 前記制御回路は、前記複数の第2の導体を構成する導体のそれぞれに接続された前記第1の信号検出回路を選択的に制御することで指示体の近接を検出するようにしたことを特徴とする請求項4に記載のセンサ処理回路。
- 前記制御回路は、第1の信号検出回路を同時に複数個選択する制御を行うことで指示体の近接を検出するようにしたことを特徴とする請求項4に記載のセンサ処理回路。
- 前記制御回路は、前記複数の第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記第1の信号検出回路から出力される検出結果から前記指示体の近接を検出した第2の導体を特定する制御を行うとともに、前記特定された第2の導体と前記信号供給回路から前記第1の信号が供給された前記複数の第1の導体とによって形成された交点での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する前記指示体が指示する位置を検出する制御を行うことを特徴とする請求項2に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記複数の第2の導体を構成する導体を前記第1の信号検出回路に選択的に接続する導体選択回路が設けられていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記複数の第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する指示体の近接を検出する制御を行うに際して、前記制御回路は前記導体選択回路を制御することで、前記複数の第2の導体を構成する複数の導体を同時に前記第1の信号検出回路に接続するようにしたことを特徴とする請求項8に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記第1の信号検出回路から出力される検出結果に基づいて、前記指示体が前記センサ上で指示する位置を算出する位置算出回路を備えていることを特徴とする請求項2に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記指示体を検出する第1の検出期間と、ペン形状の筐体を備えるとともに前記筐体には第2の信号を生成する信号生成回路と前記信号生成回路を駆動する駆動源と、前記信号生成回路によって生成された信号を送出する、前記筐体のペン先側の所定の位置に配置された電極を備えたスタイラスを検出する第2の検出期間を備えており、前記制御回路は前記第1の検出期間と前記第2の検出期間を時分割的に切り替えることによって、前記指示体による位置指示と前記スタイラスによる位置指示とを実質的に同時に検出可能とした請求項2に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記複数の第1の導体に接続される第2の信号検出回路を備えるとともに、前記制御回路は、前記センサに対する前記指示体の近接を検出する前記第1の検出期間から前記第2の検出期間への移行に対応して、前記複数の第1の導体に前記第2の信号検出回路を接続させる制御を行うことを特徴とする請求項11に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記複数の第1の導体に接続される第2の信号検出回路を備えるとともに、前記制御回路は、前記信号供給回路及び前記第1の信号検出回路を制御することで前記複数の第2の導体と前記信号供給回路から前記第1の信号が供給された前記複数の第1の導体とによって形成された交点での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する前記指示体が指示する位置を検出する前記第1の検出期間から前記第2の検出期間への移行に対応して、前記信号供給回路から前記複数の第1の導体への前記第1の信号の供給に替えて前記第1の導体に前記第2の信号検出回路を接続させる制御を行うことを特徴とする請求項11に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記制御回路は、前記第1の信号検出回路及び前記第2の信号検出回路の少なくとも一方の信号検出回路から出力される検出結果に基づいた前記スタイラスによる位置指示の検出に対応して、前記第2の検出期間を前記第1の検出期間に対して相対的に長く設定するようにしたことを特徴とする請求項12又は13に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記スタイラスの前記筐体は導電性を備えており、前記第1の信号検出回路は前記第1の検出期間において前記導電性を備えた前記スタイラスを前記指示体として検出可能であることを特徴とする請求項11に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記制御回路は、前記第1の検出期間と前記第2の検出期間にて検出された前記指示体と前記スタイラスについての検出結果が互いに類似していることを認識した場合には、所定の状態フラグを生成するようにしたことを特徴とする請求項11に記載のセンサ信号処理回路。
- 前記制御回路は、前記第1の検出期間と前記第2の検出期間にて検出された前記指示体と前記スタイラスについての検出結果が互いに類似していることを認識した場合には、前記第2の検出期間における前記検出結果を優先的に処理するようにしたことを特徴とする請求項11に記載のセンサ信号処理回路。
- 前前記制御回路は、前記第1の信号検出回路の検出結果に基づいて前記指示体が指示する位置及び前記際1の信号検出回路及び前記第2の信号検出回路のそれぞれの検出結果に基づく前記スタイラスが指示する位置の少なくとも一方を算出可能な請求項12に記載のセンサ信号処理回路と前記センサを備えて成る位置検出装置。
- 第1の方向に配置された第1の導体と前記第1の方向とは異なる第2の方向に配置された第2の導体とを備えたセンサに接続されるセンサ信号処理回路が備える制御回路が実行するセンサ信号処理方法であって、
前記第2の導体に接続される第1の信号検出回路を制御することで、前記第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する指示体の近接を検出するステップと、
前記第2の導体を構成する導体とグランドとの間での静電容量の変化に基づいて前記第1の信号検出回路から出力される検出結果を所定の値と比較する比較ステップと、
前記比較ステップの結果に基づいて、前記第1の導体に第1の信号を供給する信号供給回路及び前記第1の信号検出回路を制御することで、前記第2の導体と前記信号供給回路から前記第1の信号が供給された前記第1の導体とによって形成された交点での静電容量の変化に基づいて前記センサに対する前記指示体が指示する位置を検出するステップと、を有するセンサ信号処理方法。 - 前記指示体を検出する第1の検出期間と、ペン形状の筐体を備えるとともに前記筐体には第2の信号を生成する信号生成回路と前記信号生成回路を駆動する駆動源と、前記信号生成回路によって生成された信号を送出する、前記筐体のペン先側の所定の位置に配置された電極を備えたスタイラスを検出する第2の検出期間を備えており、前記第1の検出期間と前記第2の検出期間を時分割的に切り替えるステップを備えることで、前記指示体による位置指示と前記スタイラスによる位置指示とを実質的に同時に検出可能とした請求項19に記載のセンサ信号処理方法。
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