JP2017068599A

JP2017068599A - 入力装置

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Publication number: JP2017068599A
Application number: JP2015193455A
Authority: JP
Inventors: 中澤　務; Tsutomu Nakazawa; 務中澤
Original assignee: Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Toppan Edge Inc
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP6484154B2

Abstract

【課題】接触位置を検出するための複数の接触ポイントに対応して設けられた複数の位置検出手段の、製造工程や使用環境による寄生容量のばらつきを吸収する。【解決手段】Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれについて、その寄生容量に応じて発振回路１１にて発生する発振信号の周波数がプログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期が所定の範囲内となるための分周数が設定され、発振回路１１にて発生する周波数がその分周数で分周される。【選択図】図１

Description

本発明は、検出配線等の位置検出手段における静電容量の変化に基づいて接触位置を検出するタッチパネル装置等の入力装置に関し、特に、位置検出手段毎の寄生容量のばらつきを吸収する技術に関する。

近年、スマートフォンをはじめとして、入力キーを介さずに画面にタッチするだけで情報の入力や選択を行うことができるタッチパネル装置が利用されている。タッチパネル装置は、情報を表示するディスプレイ上に重ね合わされて利用される場合が多く、それにより、ディスプレイに表示された情報を用いて情報の入力や選択を行うことができる。

このようなタッチパネル装置においては、静電容量方式によるものや抵抗膜方式によるもの等があるが、スマートフォン等の携帯端末においては、接触位置のＸ座標を検出するための複数のＸ軸検出線と、接触位置のＹ座標を検出するための複数のＹ軸検出線とを交差させ、これらの静電容量の変化に基づいて接触位置を検出する、静電容量方式のものが主流となっている。

ところで、上述したようなＸ軸検出線やＹ軸検出線においては、タッチパネル装置に利用者が接触していない場合でも一定の寄生容量を有しているが、このような寄生容量は、検出線の長さや周辺の導体の存在等によって検出線毎にばらつきを有している。寄生容量のばらつきが大きいと、タッチパネル装置に対して接触が行われているか否かを同一の条件で判定する場合、接触が行われているにも関わらず接触が行われていないと判定されてしまう領域が存在したり、その逆に、接触が行われていないにも関わらず接触が行われていると判定されてしまう領域が存在したりして、タッチパネル装置に対する接触を安定して検出することができなくなってしまう。

そこで、例えば、特許文献１には、タッチパネルの中央部と周辺部において引き出し線の線幅を変えることにより寄生容量のばらつき低減を図る技術が開示されている。また、特許文献２には、タッチパネルの長辺方向と短辺方向のそれぞれのラインの面積を変えることにより寄生容量のばらつきを抑える技術が開示されている。

特開２０１４−１０６７１号公報特開２０１０−２４４３５７号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された技術においては、タッチパネル装置の設計時に検出線の線幅等を調整することになるが、実際には、製造されたタッチパネル装置における検出線の寄生容量を測定しなければ、寄生容量のばらつきを確実に吸収することができず、試作を繰り返さなければならないという問題点がある。また、タッチパネル装置の製造段階における検出線の幅や厚さのばらつき等による偏差を吸収することができないことによっても、寄生容量のばらつきを確実に吸収することができない。さらに、検出線の寄生容量はタッチパネル装置が設置される環境によっても変動するため、実際に使用される環境下でないと、寄生容量のばらつきを吸収するための正確な調整を行うことが難しいという問題点がある。このような問題点は、表示機能と位置入力機能とを併せ持つタッチパネル装置に限らず、表示機能を持たずに位置入力機能だけのポインティングデバイス等も含めた入力装置にて生じるものである。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、接触位置を検出するための複数の接触ポイントに対応して設けられた複数の位置検出手段の、製造工程や使用環境による寄生容量のばらつきを吸収することができる入力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
接触位置を検出するための複数の接触ポイントに対応して設けられ、当該接触ポイントに接触が行われていない場合と接触が行われた場合とで異なる静電容量を具備する複数の位置検出手段と、
前記位置検出手段の静電容量に応じた周波数を具備する発振信号を発生させる周波数発生手段と、
前記周波数発生手段にて発生した発振信号の周波数を分周する分周手段と、
前記分周手段にて分周された周波数に応じた値と予め設定された閾値とに基づいて、前記複数の接触ポイントのそれぞれに接触が行われたか否かを判定する判定手段と、
前記複数の位置検出手段のそれぞれについて、当該位置検出手段に対応する接触ポイントに接触が行われていない状態における静電容量に基づいて、当該接触ポイントに接触が行われていない場合に前記分周手段にて分周された周波数を所定の範囲内とする分周数を設定する分周数設定手段とを有し、
前記分周手段は、前記複数の接触ポイントのそれぞれについて、前記周波数発生手段にて発生した周波数を、前記分周数設定手段にて設定された分周数によって分周する。

上記のように構成された本発明においては、複数の接触ポイントに対応して設けられた複数の位置検出手段の静電容量に応じた周波数を具備する発振信号が周波数発生手段にて発生した後、周波数発生手段にて発生した発振信号の周波数が分周手段において分周され、この分周された周波数に応じた値と予め設定された閾値とに基づいて、複数の接触ポイントのそれぞれに接触が行われたか否かが判定手段において判定されるが、分周手段にて周波数を分周するための分周数が、複数の位置検出手段のそれぞれについて、その位置検出手段に対応する接触ポイントに接触が行われていない状態における静電容量に基づいて、その接触ポイントに接触が行われていない場合に分周手段にて分周された周波数を所定の範囲内とするものに設定されているので、分周手段にて分周された周波数は、複数の位置検出手段にて寄生容量にばらつきがある場合でも、そのばらつきが吸収されて所定の範囲内のものとなる。それにより、判定手段において１つの閾値を用いて複数の接触ポイントのそれぞれについて接触が行われたか否かを正確に判定することができる。

また、分周数が複数の位置検出手段毎に異なる場合、接触ポイントに接触が行われることで静電容量が変化する割合が大きく異なることになるため、閾値を分周数に応じて設定すれば、規制容量のばらつきを吸収しながらも接触ポイントに接触が行われたか否かをさらに精度よく判定することができる。

また、位置検出手段としては、一方向に並行して延び、接触位置のＸ座標を検出するための複数のＸ軸検出線と、前記一方向に交差する方向に並行して延び、接触位置のＹ座標を検出するための複数のＹ軸検出線とからなるものが考えられ、その場合は、Ｘ軸検出線とＹ軸検出線の交点座標が、接触位置として判定されることになる。

本発明によれば、複数の接触ポイントに対応して設けられた複数の位置検出手段の静電容量に応じた周波数を分周する分周数が、複数の位置検出手段のそれぞれについて、その位置検出手段に対応する接触ポイントに接触が行われていない状態における静電容量に基づいて、その接触ポイントに接触が行われていない場合に分周手段にて分周された周波数を所定の範囲内とするものに設定されているので、分周手段にて分周された周波数が、複数の位置検出手段にて寄生容量にばらつきがある場合でも、そのばらつきが吸収されて所定の範囲内のものとなり、複数の位置検出手段の、製造工程や使用環境による寄生容量のばらつきを吸収することができる。

また、分周数が複数の位置検出手段毎に異なる場合、接触ポイントに接触が行われることで静電容量が変化する割合が大きく異なることになるため、閾値を分周数に応じて設定することにより、寄生容量のばらつきを吸収しながらも接触ポイントに接触が行われたか否かをさらに精度よく判定することができる。

本発明の入力装置の実施の一形態を示す図である。図１に示したタッチパネル装置の全体の動作を説明するためのフローチャートである。図１に示したタッチパネル装置においてＸ軸検出線及びＹ軸検出線における寄生容量のばらつきを低減する処理を説明するためのフローチャートである。図１に示したプログラマブル分周器による効果を説明するための図である。図１に示したタッチパネル装置において接触の有無を判定するためのタッチ閾値の設定に用いるＯＦＦレベル値を調整する際の処理を説明するためのフローチャートである。図１に示したタッチパネル装置において接触の有無を判定するためのタッチ閾値の設定に用いるＯＦＦレベル値を調整する際の処理を説明するためのフローチャートである。図１に示したタッチパネル装置におけるＯＦＦレベル値のキャリブレーション結果の取り扱いを具体的に説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の入力装置の実施の一形態を示す図である。

本形態における入力装置は図１に示すように、タッチパネル部１と、制御部２と、アナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎとを有するタッチパネル装置である。

タッチパネル部１は、互いに一方向に平行して延びたＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎと、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎと交差する方向に互いに並行して延びたＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎとを有しており、これらＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎが、本願発明における位置検出手段となる。そして、これらＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎが、タッチパネル装置のこれらに対向する領域に対して接触が行われていない場合と接触が行われた場合とで静電容量が変化する静電容量を具備することで、これらの交点を接触ポイントとした場合に、接触ポイントに対して接触が行われたかどうかによって接触位置が検出されることとなる。すなわち、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎは、タッチパネル装置に対する接触位置を検出するための複数の接触ポイントに対応して設けられていることとなり、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎは、接触位置のＸ座標を検出するためのものであり、Ｙ軸検出線１２−１〜１２−ｎは、接触位置のＹ座標を検出するためのものである。Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれは、アナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎを介して制御部２に接続されており、制御部２との接続がアナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎによって切り替えられ、制御部２によって、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎにおける静電容量が順次検出されていく。

制御部２は、発振回路１１と、プログラマブル分周器１２と、周期計測部１３と、キャプチャ部１４と、フィルタ１５と、分周数設定部１６と、キャリブレーション部１７と、計測配線選択部１８と、判定基準値設定部１９と、タッチ判定部２０と、不揮発性メモリ３０と、揮発性メモリ４０とを有している。そして、不揮発性メモリ３０は、分周数記憶部３１と、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２を有しており、揮発性メモリ４０は、ＯＦＦレベル記憶部４１と、タッチ閾値記憶部４２とを有している。

発振回路１１は、本願発明における周波数発生手段となるものであって、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量に応じた周波数を具備する発振信号を発生させる。

プログラマブル分周器１２は、本願発明における分周手段となるものであって、分周数設定部１６にて設定された分周数によって、発振回路１１にて発生した発振信号の周波数を分周する。

周期計測部１３は、プログラマブル分周器１２にて分周された周波数を周期として計測する。

キャプチャ部１４は、周期計測部１３にて計測された周期を計測値として取得する。

フィルタ１５は、キャプチャ部１４にて取得された計測値についてノイズ等の成分を取り除く。なお、フィルタ１５は、接触の有無を安定して判定するためのものであって、要求される精度によってはなくてもよい。

分周数設定部１６は、フィルタ１５にてノイズ等の成分が取り除かれた計測値に基づいて、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれについて、プログラマブル分周器１２における分周数を算出して分周数記憶部３１に記憶させ、また、分周数記憶部３１に記憶された分周数をプログラマブル分周器１２に設定する。

キャリブレーション部１７は、タッチパネル装置の製造後や動作開始時に、接触の有無を判定するためのタッチ閾値に用いられるＯＦＦレベル値のキャリブレーションを実行し、キャリブレーションによる計測値をＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２またはＯＦＦレベル記憶部４１に記憶させる。

計測配線選択部１８は、アナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎのＯＮ／ＯＦＦを制御することで、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎと制御部２との接続を切り替えるとともに、分周数記憶部３１に記憶された分周数やＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２のうち制御部２に接続された検出線の分周数やＯＦＦレベル値が記憶されたアドレスを指定する。

タッチ閾値設定部１９は、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶されたＯＦＦレベル値と、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値と、分周数記憶部３１に記憶された分周数とに基づいて、接触ポイントに対して接触が行われたか否かを判定するためのタッチ閾値を設定する。なお、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値は、ＯＦＦレベル値に対してどれだけの差を有して接触の有無を判定するかに基づいて予め設定されている。

タッチ判定部２０は、フィルタ部１５にてノイズ等の成分が取り除かれた計測値と、タッチ閾値設定部１９にて設定されたタッチ閾値とに基づいて、接触ポイントに対して接触が行われたか否かを判定する。

以下に、上記のように構成されたタッチパネル装置の動作について説明する。

まず、全体の流れについて簡単に説明する。

図２は、図１に示したタッチパネル装置の全体の動作を説明するためのフローチャートである。

図１に示したタッチパネル装置においては、接触ポイントに対して接触が行われると、その接触ポイントに対応するＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量が変化する。Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量は、計測配線選択部１８によるアナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎの切り替えによって発振回路１１に与えられる。

発振回路１１においては、接触ポイントに接触が行われていない場合は、発振回路１１内の抵抗Ｒと、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのうちアナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎによって選択された検出線の寄生容量Ｃｓと、発振回路１１の入力バッファＢのヒステリシス電圧によって決まる定数Ａとによって、ｆ₀＝Ａ／（Ｒ・Ｃｓ）で求められる周波数を具備する発振信号が発生する。一方、接触ポイントに接触が行われている場合は、接触によって検出線の静電容量がＣｂだけ増加し、それにより、ｆ＝Ａ／｛（Ｒ・（Ｃｓ＋Ｃｂ））で求められる周波数を具備する発振信号が発生する。これらｆとｆ₀との関係は、ｆ＝Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃｂ）・ｆ₀となり、この変化分を検出することにより、接触ポイントに対する接触の有無を判定できる。

そして、計測配線選択部１８においてアナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの全てについてその静電容量に応じた周波数を具備する発振信号が発生し、この周波数の変化分が検出されることで、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎとＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎとの交点のうち、接触が行われた交点の接触ポイントが検出されることになる。

このように動作するタッチパネル装置において、製造時におけるキャリブレーションが実行されていない場合は（ステップ１）、まず、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎとＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれについて、発振回路１１にて発生した発振信号の周波数を分周するための分周数が分周数設定部１６にて算出され（ステップ２）、不揮発性メモリ３０の分周数記憶部３１に記憶される（ステップ３）。

次に、キャリブレーション部１７において、ＯＦＦレベル値のキャリブレーションが実行され（ステップ４）、キャリブレーション結果が不揮発性メモリ３０のＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶され（ステップ５）、製造時のキャリブレーションが終了する。

また、製造時におけるキャリブレーションが実行されている場合は、キャリブレーション部１７において、ＯＦＦレベル値のキャリブレーションが実行され（ステップ６）、このキャリブレーション結果とＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値とに基づいてＯＦＦレベル値の補正が行われてＯＦＦレベル記憶部４１に記憶される（ステップ７）。

その後、タッチ閾値設定部１９において、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶されたＯＦＦレベル値と、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値と、分周数記憶部３１に記憶された分周数とに基づいて、接触ポイントに対して接触が行われたか否かを判定するためのタッチ閾値が設定され、タッチ判定部２０において、上述したように、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの全てについてその静電容量に応じた周波数を具備する発振信号が発生し、この発振信号の周波数が周期として計測された計測値と、タッチ閾値設定部１９にて設定されたタッチ閾値とに基づいて、接触ポイントに対して接触が行われたか否かが判定される（ステップ８）。

そして、電源が切断されるまでステップ６〜８の処理が繰り返し行われることとなる（ステップ９）。

以下に、上述したタッチパネル装置において、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎにおける寄生容量のばらつき低減を図るための処理について説明する。

図３は、図１に示したタッチパネル装置においてＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎにおける寄生容量のばらつきを低減する処理を説明するためのフローチャートであり、図２に示したステップ２における詳細な処理を示す。

まず、計測配線選択部１８において、アナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎが切り替えられ、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのうち１つの検出線が選択される（ステップ１１）。

そして、タッチパネル装置の製造時におけるＯＦＦレベル値のキャリブレーションを実行する場合（ステップ１２）、分周数設定部１６において、予め決められた固定値がプログラマブル分周器１２における分周数として設定される（ステップ１３）。

一方、選択された検出線の静電容量は発振回路１１に与えられ、発振回路１１において上述したように静電容量に応じた周波数を具備する発振信号が発生し、発生した発振信号がプログラマブル分周器１２に入力される。

ブログラマブル分周器１２においては、分周数設定部１６にて設定された分周数によって、発振回路１１にて発生した発振信号の周波数が分周される。

その後、周期計測部１３において、プログラマブル分周器１２にて分周された周波数が周期として計測され（ステップ１４）、キャプチャ部１４にてその計測値が取得され、フィルタ１５においてノイズ等の成分が取り除かれる。なお、フィルタ１５においては、同一検出線毎の過去の計測値を平均化するものが考えられるが、その他、ＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタ等で構成してもよい。

分周数設定部１６においては、フィルタ１５にてノイズ等が除去された周波数の計測値に基づいて分周数が算出される（ステップ１５）。具体的には、分周数設定部１６にて分周数として予め決められた固定値である分周数をＤｃとし、周期計測部１３にて計測された周期をＴｃ、また、接触検出動作時にて接触が検出されていない場合にプログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期の目標値をＴｔとすると、その検出線の分周数Ｄｎは、Ｄｎ＝Ｔｔ／Ｔｃ・Ｄｃによって算出される。

算出された分周数は、分周数記憶部３１内の対応する検出線のアドレスに記憶される（ステップ１６）。

そして、上述した一連の処理が、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの全てについて行われ（ステップ１７，１８）、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれについて、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎに対応する接触ポイントに接触が行われていない状態における静電容量に基づいて、その接触ポイントに接触が行われていない場合にプログラマブル分周器１２にて分周された周波数を、周期の目標値による所定の範囲内とする分周数が、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎に算出され、分周数記憶部３１に記憶されることになる。

また、タッチパネル装置の製造時におけるキャリブレーションを実行するものではない場合には、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎に、上述したような分周数が分周数記憶部３１に既に記憶されているが、計測配線選択部１８において、分周数記憶部３１に記憶された分周数のうち、現在選択されて制御部２に接続された検出線の分周数が記憶されたアドレスが指定され、分周数設定部１６においてそのアドレスから分周数が読み出されてプログラマブル分周器１２における分周数として設定され（ステップ１９）、上記同様の処理を行うことにより、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの寄生容量のばらつきのみならず、使用時における最適な分周数を設定することができる。

上記のようにして、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎の分周数が分周数記憶部３１に記憶されたタッチパネル装置においては、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量が、計測配線選択部１８によるアナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎの切り替えによって発振回路１１に与えられ、発振回路１１において、与えられた静電容量に応じた周波数を具備する発振信号が発生する。

そして、発振回路１１にて発生した発振信号の周波数はプログラマブル分周器１２にて分周されるが、その分周数は分周数設定部１６によってＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎に設定される。

具体的には、分周数記憶部３１に記憶された分周数のうち、現在選択されて制御部２に接続された検出線の分周数が記憶されたアドレスが計測配線選択部１８によって指定され、分周数設定部１６においてそのアドレスから分周数が読み出されてプログラマブル分周器１２における分周数として設定されることになる。分周数記憶部３１にＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎に記憶された分周数は、上述したように、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎに対応する接触ポイントに接触が行われていない場合にプログラマブル分周器１２にて分周された周波数が、周期の目標値による所定の範囲内とするものであるため、プログラマブル分周器１２にて分周された周波数は、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの寄生容量にばらつきがあった場合でも一定の範囲のものとなる。

図４は、図１に示したプログラマブル分周器１２による効果を説明するための図である。

Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのうち、ある検出線の寄生容量に応じて発振回路１１にて発生する発振信号が図４（ａ）に示すように周期ｔ₁を有するものであるとする。分周数記憶部１６においては、この検出線に対応するアドレスに、この周波数がプログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期を目標値Ｔ₀とするために、分周数として“４”が記憶されている。

そのため、分周数設定部１６によってプログラマブル分周器１２に分周数“４”が設定され、それにより、図４（ｂ）に示すように、プログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期がＴ₀となる。

また、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのうち、これとは異なる検出線の寄生容量に応じて発振回路１１にて発生する発振信号が図４（ｃ）に示すように周期ｔ₂を有するものであるとする。分周数記憶部１６においては、この検出線に対応するアドレスに、この周波数がプログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期を目標値Ｔ₀とするために、分周数として“８”が記憶されている。

そのため、分周数設定部１６によってプログラマブル分周器１２に分周数“８”が設定され、それにより、図４（ｄ）に示すように、プログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期がＴ₀となる。

このように、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれについて、その寄生容量に応じて発振回路１１にて発生する発振信号の周波数がプログラマブル分周器１２にて分周される周波数によって計測される周期が目標値となるための分周数が設定され、発振回路１１にて発生する発振信号の周波数がその分周数で分周されるので、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの寄生容量にばらつきがある場合でも、プログラマブル分周器１２にて分周された周波数は、そのばらつきが吸収されて所定のものとなり、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの、製造工程や使用環境による寄生容量のばらつきを吸収することができる。なお、上記目標値は、一定の幅を持っていてもよく、それにより、プログラマブル分周器１２にて分周された周波数は所定の範囲内のものとなる。

また、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの寄生容量に応じて発振回路１１にて発生した発振信号の周波数がプログラマブル分周器１２にて分周されるので、発振回路１１にて発生する発振信号の周波数は高くてもよく、したがって発振回路１１における抵抗Ｒの値を小さくすることができる。それにより、接触を検出するための検出ラインのインピーダンスを低く抑えることができ、ノイズ等の外乱に対し影響されにくくなり、接触の有無を安定して判定することができる。

以下に、上述したタッチパネル装置において接触の有無を判定するためのタッチ閾値の設定に用いるＯＦＦレベルを調整する際の処理について説明する。

図５は、図１に示したタッチパネル装置において接触の有無を判定するためのタッチ閾値の設定に用いるＯＦＦレベル値を調整する際の処理を説明するためのフローチャートであり、図２に示したステップ４における詳細な処理を示す。

図１に示したタッチパネル装置において、ＯＦＦレベル値を調整する場合、タッチパネル装置の製造後に、まず、タッチパネル装置に対して接触が行われていない状態において、計測配線選択部１８によって、アナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎが切り替えられ、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのうち１つの検出線が選択される（ステップ２１）。

また、計測配線選択部１８において、分周数記憶部３１に記憶された分周数のうち、現在選択されて制御部２に接続された検出線の分周数が記憶されたアドレスが指定され、分周数設定部１６においてそのアドレスから分周数が読み出されてプログラマブル分周器１２における分周数として設定される（ステップ２２）。

選択された検出線の静電容量は発振回路１１に与えられ、発振回路１１において上述したように静電容量に応じた周波数を具備する発振信号が発生し、発生した発振信号がプログラマブル分周器１２に与えられる。

その後、周期計測部１３において、プログラマブル分周器１２にて分周された周波数が周期として計測され（ステップ２３）、キャプチャ部１４にてその計測値が取得され、フィルタ１５においてノイズ等の成分が取り除かれる（ステップ２４）。

ノイズ等の成分が取り除かれた計測値は、キャリブレーション部１７によって、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に第１のＯＦＦレベル値として記憶される（ステップ２５）。この際、分周数記憶部３１と同様に、ＯＦＦレベル値は、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２内の対応する検出線のアドレスに記憶される。

そして、上述した一連の処理が、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの全てについて、フィルタ１５における平均化処理の効果が得られるまで所定回数行われた後（ステップ２６〜２８）、タッチパネル装置の製造時におけるＯＦＦレベル値の調整による第１のキャリブレーションが終了する。すなわち、第１のキャリブレーションは、ＯＦＦレベル値を調整することにより、タッチパネル装置に対して接触が行われたか否かを判定するためのタッチ閾値を調整するためのものである。

図６は、図１に示したタッチパネル装置において接触の有無を判定するためのタッチ閾値の設定に用いるＯＦＦレベルを調整する際の処理を説明するためのフローチャートであり、図２に示したステップ６，７における詳細な処理を示す。

図１に示したタッチパネル装置は、動作開始時において、上述した第１のキャリブレーションと同様に、接触の有無を判定するためのタッチ閾値の設定に用いられるＯＦＦレベル値についてのキャリブレーションが実行される。

まず、計測配線選択部１８によって、アナログＳＷ３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎが切り替えられ、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのうち１つの検出線が選択されるとともに、計測配線選択部１８において、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値のうち、現在選択されて制御部２に接続された検出線のＯＦＦレベル値が記憶されたアドレスが指定され、キャリブレーション部１７においてそのアドレスからＯＦＦレベル値が読み出される（ステップ３１）。

次に、キャリブレーション部１７において、ＯＦＦレベル値の積算値が“０”に設定されるとともに（ステップ３２）、ＯＦＦレベル値の平均を算出するための数が“０”に設定される（ステップ３３）。

一方、上述した第１のキャリブレーションと同様に、計測配線選択部１８において選択された検出線についての静電容量に応じた周波数が、プログラマブル分周器１２にてその検出線に応じて分周数記憶部３１に記憶された分周数によって分周された後、その検出線の周期として計測され、その計測値が揮発性メモリ４０のＯＦＦレベル記憶部４１に第２のＯＦＦレベルとして記憶される（ステップ３４）。

次に、キャリブレーション部１７において、同一の検出線について、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値と、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値とが比較され（ステップ３５）、その差が、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値以下の場合は、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値が、接触ポイントに接触されていない状態における計測値であると判断され、接触ポイントに接触が行われたか否かを判定するためのタッチ閾値の設定に用いるＯＦＦレベル値として設定される（ステップ３６）。

そして、キャリブレーション部１７において、ＯＦＦレベル値の積算値と、ＯＦＦレベルの平均を算出するための数とがそれぞれ、インクリメントされる（ステップ３７，３８）。

一方、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値と、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値との差が基準値を超える場合は、計測配線選択部１８によって選択されている検出線の番号が記録される（ステップ３９）。

そして、上述した一連の処理が、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの全てについて行われ（ステップ４０，４１）、ＯＦＦレベル値として設定された計測値が積算されていく。

キャリブレーション部１７においては、ステップ３９にて番号が記録されている検出線、すなわち、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値と、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値との差が基準値を超える検出線について（ステップ４２）、ステップ３４〜３８にて積算された他の検出線における計測値とその計測値の数とによって平均値が算出される（ステップ４３）。

次に、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値に、ステップ４３にて算出された平均値が加算された値がＯＦＦレベル値として設定され、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶される（ステップ４４）。すなわち、キャリブレーション部１７においては、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値と、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値との差が基準値を超える検出線については、他の検出線についての計測値の平均値を用いてＯＦＦレベル値が設定される。

そして、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値と、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値との差が基準値を超える検出線の全てについてステップ４５における処理が行われた後（ステップ４５）、タッチパネル装置の使用開始時におけるＯＦＦレベル値の調整による第２のキャリブレーションが終了する。

図７は、図１に示したタッチパネル装置におけるＯＦＦレベル値のキャリブレーション結果の取り扱いを具体的に説明するための図である。なお、図７においては、キャリブレーション結果による計測値をわかりやすいように静電容量として示している。

図７に示すように、異なる検出線についての第２のキャリブレーションによる計測値をＡ〜Ｄとした場合、計測値Ａ〜Ｄのうち、計測値Ａ，Ｂ，Ｄについては、第１のキャリブレーションによる計測値との差が、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値以下の範囲に入っているため、これらの計測値Ａ，Ｂ，Ｄがその検出線についてのＯＦＦレベル値として設定される。一方、計測値Ｃについては、第１のキャリブレーションによる計測値との差が、基準値以下の範囲に入っていないため、ＯＦＦレベル値として設定されず、他の検出線についての計測値Ａ，Ｂ，Ｄの平均値に、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値が加算された値がその検出線についてのＯＦＦレベルとして設定されることとなる。

なお、ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部３２に記憶されたＯＦＦレベル値と、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶された計測値との差が、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値を超える検出線についてのＯＦＦレベルの設定に用いる平均値としては、上記に限らず、その検出線についての過去の計測値をＯＦＦレベル記憶部４１に記憶しておき、その平均値を用いることも考えられる。

このように、タッチパネル装置の動作開始時にＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量に基づいてＯＦＦレベル値に対して実行された第２のキャリブレーションによる第２のＯＦＦレベル値と、タッチパネル装置の製造後に接触ポイントに接触が行われていない状態におけるＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量に基づいて実行された第１のキャリブレーションによる第１のＯＦＦレベル値との差が、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値以下の場合、その第２のＯＦＦレベル値がＯＦＦレベル値として設定されるので、その後、このＯＦＦレベル値を用いて設定されたタッチ閾値に基づいて接触ポイントに接触が行われたかどうかが判定されれば、接触ポイントに接触が行われたかどうかを判定するためのタッチ閾値の設定に用いられるＯＦＦレベル値について、タッチパネル装置の実使用の使用環境に応じたキャリブレーションを実行することができる。この際、第２のキャリブレーションによる第２のＯＦＦレベル値と第１のＯＦＦレベル値との差が基準値を超える場合に、タッチパネル装置に対して接触が行われていることで静電容量が大きく増加しているものと判断され、その第２のＯＦＦレベル値をＯＦＦレベル値として設定しないことにより、実使用の使用環境であっても、接触ポイントに接触が行われている状態におけるＸ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量に基づく値がタッチ閾値として設定されてしまうことが回避され、様々な使用環境においても接触を安定して検出することができる。なお、キャリブレーションによるＯＦＦレベル値の変化が、タッチパネル装置に対する接触によるものであるかどうかを判断するためには、図７に示したように、第１のキャリブレーション値に対して静電容量が増加する方向に基準値の幅を持たせておけばよいが、第１のキャリブレーション値に対して静電容量が増加する方向と減少する方向のそれぞれに基準値の幅を持たせておけば、第２のキャリブレーションによる第２のＯＦＦレベル値と第１のＯＦＦレベル値との差が基準値を超える場合に、ＯＦＦレベル値の変化が、タッチパネル装置に対する接触によるもののみならず、使用環境に応じたものではなく何らかの一時的なものであると判断することができ、その際のＯＦＦレベル値の変化を無視することができる。

上述した第２のキャリブレーションは、タッチパネル装置の動作開始時には必ず１回実行され、その後、動作中においても実行されることになる。それにより、タッチパネル装置の動作開始時に限らず、タッチパネル装置の動作中において周囲環境が変化した場合でも、接触の有無を安定して判定することができる。

その後、タッチ閾値設定部１９において、タッチパネル装置に対して接触が行われているか否かを判定するためのタッチ閾値が設定される。

ここで、タッチパネル装置に対して接触が行われているか否かを判定するためのタッチ閾値の設定について詳細に説明する。

分周数設定部１６にて算出された分周数記憶部３１に記憶された分周数は、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの寄生容量値と反比例する。寄生容量が大きければ発振回路１１にて発生する周波数が低くなるため、それに伴いプログラマブル分周器１２に設定されるべき分周数は小さくなる。一方、寄生容量が小さければ発振回路１１にて発生する周波数は高くなるため、それに伴いプログラマブル分周器１２に設定されるべき分周数は大きくなる。また、寄生容量が大きな場合、人体がタッチした場合の容量の変化量は相対的に小さくなるため感度は低く、逆に寄生容量が小さいと人体がタッチした場合の容量の変化量は相対的に大きくなるため感度は高くなる。このように、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの静電容量に応じた周波数を分周するための分周周波数が、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎に異なる場合、接触ポイントに接触が行われることで、静電容量が変化する割合が大きく異なる。

そこで、タッチ閾値設定部１９においては、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎に、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶されたＯＦＦレベル値と、しきい基準値記憶部４２に記憶された基準値のみならず、分周数記憶部３１に記憶された分周数に応じてタッチ閾値が設定される。具体的には、タッチ閾値Ｔｎは、寄生容量が最小の場合を基準とし、その時の閾値をＴｄ、分周数をＤｄとした場合、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎ毎の分周数Ｄｎに対し、Ｔｎ＝Ｄｎ／Ｄｄ・Ｔｄによって算出することが考えられる。これにより、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎの寄生容量のばらつきを吸収しながらも接触ポイントに接触が行われたか否かをさらに精度よく判定することができる。

なお、タッチ閾値設定部１９において、上記のように分周数を用いるのではなく、ＯＦＦレベル記憶部４１に記憶されたＯＦＦレベル値のみに基づいてタッチ閾値を設定することも考えられる。

上述した処理によって分周数が設定されるとともに、タッチ閾値の設定に用いられるＯＦＦレベルについてのキャリブレーションが実行された状態において、上述したキャリブレーション処理と同様にして、Ｘ軸検出線１１−１〜１１−ｎ及びＹ軸検出線１２−１〜１２−ｎのそれぞれについて、発振回路１１、プログラマブル分周器１２、周波数計測部１３、キャプチャ部１４及びフィルタ１５を介して得られた計測値と、タッチ閾値設定部１９にて設定されたタッチ閾値とに基づいて、接触ポイントに対して接触が行われたか否かが判定されることとなる。

なお、本発明の入力装置は、表示機能を持たない位置入力機能だけのポインティングデバイス等であってもよく、上述した表示機能と位置入力機能とを併せ持つタッチパネル装置に限らない。

１タッチパネル部
２制御部
３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎアナログＳＷ
１１−１〜１１−ｎＸ軸検出線
１２−１〜１２−ｎＹ軸検出線
１１発振回路
１２プログラマブル分周器
１３周期計測部
１４キャプチャ部
１５フィルタ
１６分周数設定部
１７キャリブレーション部
１８計測配線選択部
１９タッチ閾値設定部
２０タッチ判定部
３０不揮発性メモリ
３１分周数記憶部
３２ＯＦＦレベルデフォルト値記憶部
４０揮発性メモリ
４１ＯＦＦレベル記憶部
４２しきい基準値記憶部

Claims

接触位置を検出するための複数の接触ポイントに対応して設けられ、当該接触ポイントに接触が行われていない場合と接触が行われた場合とで異なる静電容量を具備する複数の位置検出手段と、
前記位置検出手段の静電容量に応じた周波数を具備する発振信号を発生させる周波数発生手段と、
前記周波数発生手段にて発生した発振信号の周波数を分周する分周手段と、
前記分周手段にて分周された周波数に応じた値と予め設定された閾値とに基づいて、前記複数の接触ポイントのそれぞれに接触が行われたか否かを判定する判定手段と、
前記複数の位置検出手段のそれぞれについて、当該位置検出手段に対応する接触ポイントに接触が行われていない状態における静電容量に基づいて、当該接触ポイントに接触が行われていない場合に前記分周手段にて分周された周波数を所定の範囲内とする分周数を設定する分周数設定手段とを有し、
前記分周手段は、前記複数の接触ポイントのそれぞれについて、前記周波数発生手段にて発生した周波数を、前記分周数設定手段にて設定された分周数によって分周する入力装置。
請求項１に記載の入力装置において、
前記閾値は、前記分周数に応じて設定される入力装置。
請求項１または請求項２に記載の入力装置において、
前記位置検出手段は、
一方向に並行して延び、接触位置のＸ座標を検出するための複数のＸ軸検出線と、
前記一方向に交差する方向に並行して延び、接触位置のＹ座標を検出するための複数のＹ軸検出線とからなる入力装置。