JP2018005326A - 半導体装置、位置検出装置、及び半導体装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1によれば、位置検出装置は、筐体内にある複数のループコイルを順次選択し、選択されたループコイルを介して、位置指示器との間で電磁誘導により信号を送受信し、位置指示器から受信された信号の振幅値及び位相値を算出する。位置検出装置は、算出された振幅値及び位相値を用いて、位置指示器の指示位置の座標及び筆圧を検出する。
以下、実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラム等によって実現される。従って、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
まず、図1を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置500の構成について説明する。図1に示されるように、本実施の形態に係る位置検出装置500は、IC等である半導体装置10と、N(Nは1以上の整数)チャネル分のN個のセンサ20−1〜20−N(以下、どのセンサであるか特定しない場合はセンサ20と称す)と、を備えている。
半導体装置10は、センサ20−1〜20−Nがセンサコイルを含む場合、センサコイルを駆動して、電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出する。
半導体装置10は、センサ20−1〜20−Nがセンサ容量を含む場合、センサ容量を駆動して、センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する。
半導体装置10は、制御回路11と、送信部12と、受信部13と、演算回路14と、N個の入出力端子15−1〜15−N(以下、どの入出力端子であるか特定しない場合は入出力端子15と称す)と、を備えている。
入出力端子15−1〜15−Nは、センサ20−1〜20−Nの各々に対応して設けられ、対応するセンサ20に接続される。
送信チャネル選択スイッチ122−1〜122−Nは、センサ20−1〜20−Nの各々に対応して設けられる。電磁誘導ペン30との送信動作時に、送信部12によりセンサ20−1〜20−Nの1つが選択されると、選択されたセンサ20に対応する送信チャネル選択スイッチ122がON(閉状態)になる。これにより、選択されたセンサ20に対応する電流ドライバ123の入力と信号生成器121の出力とが接続される。
CAL用電流ドライバ125は、信号生成器121に接続されると、信号生成器121にて生成された電圧正弦波信号を電流正弦波信号に変換し、変換された電流正弦波信号を電流−電圧変換回路126に出力する。
CAL用受信スイッチ127は、キャリブレーション動作時及びタッチキーの検出動作時に、ON(閉状態)になる。これにより、受信部13内のプリアンプ132の入力と電流−電圧変換回路126の出力とが接続される。
次に、図2を参照して、本実施の形態に係る電流ドライバ123−1〜123−Nの構成について説明する。
図2に示されるように、電流ドライバ123−1〜123−Nは、分離回路1231と、オペアンプ1232,1235と、ドライバトランジスタ1233,1236と、抵抗素子1234,1237と、を備えている。
オペアンプ1235は、分離回路1231から出力された半波信号に相当する電圧が抵抗素子1237の上端に現れるよう制御する。抵抗素子1237には、発生した電位差をそれぞれの抵抗値で除算した電流が流れる。
なお、図2に示される電流ドライバ123−1〜123−Nの構成は一例であって、この構成に限定されるものではない。
次に、図3を参照して、本実施の形態に係るCAL用電流ドライバ125及び電流−電圧変換回路126の構成について説明する。
図3に示されるように、CAL用電流ドライバ125は、図2に示される電流ドライバ123−1〜123−Nの構成と同様である。すなわち、CAL用電流ドライバ125は、図2に示される分離回路1231、オペアンプ1232,1235、ドライバトランジスタ1233,1236、及び抵抗素子1234,1237にそれぞれ相当する、分離回路1251、オペアンプ1252,1255、ドライバトランジスタ1253,1256、及び抵抗素子1254,1257を備えている。
なお、図3に示されるCAL用電流ドライバ125及び電流−電圧変換回路126の構成は一例であって、この構成に限定されるものではない。
以下、本実施の形態に係る半導体装置10の動作について説明する。
まず、センサ20としてのセンサコイルを駆動して、電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出する動作について説明する。ここでは、センサ20−1〜20−Nは全てセンサコイルであるものとし、センサ20−1〜20−Nを、便宜のために、センサコイル21−1〜21−N(以下、どのセンサコイルであるか特定しない場合はセンサコイル21と称す)と称す。
まず、図4を参照して、本実施の形態に係る半導体装置10によるセンサコイル21の駆動動作の概略的な流れについて説明する。
図4に示されるように、まず、半導体装置10は、信号の振幅基準値及び位相基準値を求めるためにキャリブレーションを行う。続いて、半導体装置10は、Nチャネル分のN個のセンサコイル21−1〜21−Nを1つずつ順次選択し、選択されたセンサコイル21と電磁誘導ペン30との間で電磁誘導により信号を送受信し、選択されたセンサコイル21を介して電磁誘導ペン30から受信部13にて受信された信号の振幅値及び位相値を算出する。N個のセンサコイル21−1〜21−Nの各々の送受信が完了した後、半導体装置10は、キャリブレーションで得られた位相基準値と、センサコイル21−1〜21−Nの各々にて受信された信号の振幅値及び位相値を用いて、電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出する。
次に、図5を参照して、本実施の形態に係る半導体装置10によるセンサコイル21の駆動時におけるキャリブレーション動作について説明する。
図5に示されるように、キャリブレーション動作時には、送信部12は、制御回路11の制御の元で、CAL用送信スイッチ124及びCAL用受信スイッチ127をON(閉状態)にする。このとき、制御回路11は、これ以外の送信チャネル選択スイッチ122−1〜122−N及び受信チャネル選択スイッチ131−1〜131−Nについては、全てOFF(開状態)に制御する。
この状態で、信号生成器121は、制御回路11の制御の元で、電圧正弦波信号を生成する。すると、信号生成器121にて生成された電圧正弦波信号は、CAL用電流ドライバ125にて電流正弦波信号に変換され、電流−電圧変換回路126にて電圧正弦波信号に再度変換され、変換された電圧正弦波信号が受信部13に入力される。
次に、図6及び図7を参照して、本実施の形態に係る半導体装置10によるセンサコイル21の駆動時における電磁誘導ペン30との送受信動作について説明する。なお、図6及び図7は、第1チャネルのセンサコイル21−1を選択した場合の電磁誘導ペン30との送受信動作を示している。
このとき、電磁誘導ペン30を位置検出装置500に近づけると、センサコイル21−1を1次コイル、電磁誘導ペン30を2次コイルとして電磁誘導が発生する。そのため、電磁誘導ペン30には、内蔵されたペン回路のコイルと可変容量とに応じた共振周波数の電圧が発生する。これに続いて、センサコイル21−1による受信動作を行う。
演算回路14は、N個のセンサコイル21−1〜21−Nの各々の送受信動作が完了した後、各々の送受信動作で得られた振幅値を用いて、電磁誘導ペン30の指示位置の座標を検出し、また、各々の送受信動作で得られた位相値とキャリブレーション動作で得られた位相基準値との位相差を用いて、電磁誘導ペン30の筆圧を検出する。
例えば、電磁誘導ペン30の指示位置の座標は、センサコイル21と電磁誘導ペン30とが近ければ振幅値が大きくなるという性質を用いて検出することができる。このような検出方法としては様々な方法が挙げられる。例えば、まず、N個のセンサコイル21−1〜21−Nの全てで送受信動作を行い(オールスキャン)、続いて、オールスキャンで振幅値が大きかったセンサコイル21とその周辺のセンサコイル21のみで送受信動作を行い(セクタースキャン)、セクタースキャンで得られた振幅値を用いて、座標を検出することができる。
一方、位相値は、振幅値とは異なり、センサコイル21間で同様の値を示す。そのため、電磁誘導ペン30の筆圧は、任意のセンサコイル21の送受信動作で得られた位相差を用いて、検出すれば良い。そのため、電磁誘導ペン30の筆圧は、例えば、セクタースキャンで得られた位相差のみを用いて、検出することができる。
すなわち、本実施の形態に係る半導体装置10は、従来の半導体装置と同様の構成を備え、従来の半導体装置と同様の動作で、電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出する。これに加えて、本実施の形態に係る半導体装置10は、以下のようにして、タッチキーへのタッチの有無も検出することが可能である。
次に、センサ20としてのセンサ容量を駆動して、タッチキーへのタッチの有無を検出する動作について説明する。ここでは、センサ20−1〜20−Nは全てセンサ容量であるものとし、センサ20−1〜20−Nを、便宜のために、センサ容量22−1〜22−N(以下、どのセンサ容量であるか特定しない場合はセンサ容量22と称す)と称す。
まず、図8を参照して、本実施の形態に係る半導体装置10によるセンサ容量22の駆動動作の概略的な流れについて説明する。
図8に示されるように、まず、半導体装置10は、信号の振幅基準値及び位相基準値を求めるためにキャリブレーションを行う。続いて、半導体装置10は、Nチャネル分のN個のセンサ容量22−1〜22−Nを1つずつ順次選択し、選択されたセンサ容量22へ送信部12から信号を出力し、選択されたセンサ容量22と送信部12との接続点で発生した信号を受信部13にて入力し、受信部13にて入力された信号の位相値を算出する。そして、半導体装置10は、算出された位相値とキャリブレーションで得られた位相基準値との位相差を用いて、選択されたセンサ容量22の容量値の変化の有無、すなわち、選択されたセンサ容量22に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する。
本実施の形態に係る半導体装置10によるセンサ容量22の駆動時におけるキャリブレーション動作は、図5を用いて説明したキャリブレーション動作と同様であるため、説明を省略する。
次に、図9を参照して、本実施の形態に係る半導体装置10によるセンサ容量22の駆動時におけるセンサ容量22の容量値の検出動作について説明する。なお、図9は、第1チャネルのセンサ容量22−1を選択した場合のセンサ容量22−1の容量値の検出動作を示している。
図9に示されるように、センサ容量22−1の容量値の検出動作時には、送信部12は、制御回路11の制御の元で、CAL用送信スイッチ124及びCAL用受信スイッチ127をON(閉状態)にする。また、受信部13は、制御回路11の制御の元で、センサ容量22−1を選択し、選択されたセンサ容量22−1に対応する受信チャネル選択スイッチ131−1をON(閉状態)にする。このとき、制御回路11は、これ以外の送信チャネル選択スイッチ122−1〜122−N及び受信チャネル選択スイッチ131−2〜131−Nについては、全てOFF(開状態)に制御する。
上述のように、本実施の形態においては、上述の位相差を算出することによって、センサ容量22−1の容量値を検出することができる。言い換えれば、センサ容量22−1の容量値の変化を位相差として検出することができる。
そこで、演算回路14は、上記で算出された位相差を基に、センサ容量22−1の容量値の変化の有無、すなわち、センサ容量22−1に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する。例えば、演算回路14は、図10に示されるように、上記で算出された位相差を予め設定された閾値と比較することにより、タッチキーへのタッチの有無を判定する。具体的には、位相差が閾値以上であれば、タッチキーがタッチされていると判定し、位相差が閾値未満であれば、タッチキーがタッチされていないと判定する。
本実施の形態に係る位置検出装置500は、例えば、スマートフォン等の携帯端末に実装することができる。
そこで、次に、図11及び図12を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置500を実装した携帯端末600の構成について説明する。
図11及び図12に示されるように、本実施の形態に係る位置検出装置500を実装した携帯端末600は、例えば、ディスプレイ画面601を備えるスマートフォン等の端末である。また、携帯端末600は、ディスプレイ画面601に相当する領域がディスプレイ領域602となり、ディスプレイ画面601の下方に相当する領域がタッチキー領域603となっている。ディスプレイ領域602は、複数のセンサコイル21が電磁誘導ペン30の位置検出方向にマトリクス状に設けられ、電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出可能な領域である。タッチキー領域603は、タッチキー及びタッチキーに対応する位置にセンサ容量22が設けられ、指40等によるタッチキーへのタッチの有無を検出可能な領域である。
次に、図13を参照して、図11及び図12に示される携帯端末600によるセンサコイル21及びセンサ容量22の駆動動作の概略的な流れについて説明する。
図13に示されるように、まず、半導体装置10は、信号の振幅基準値及び位相基準値を求めるためにキャリブレーションを行う。続いて、半導体装置10は、40チャネル分の40個のセンサコイル21を1つずつ順次選択し、選択されたセンサコイル21と電磁誘導ペン30との間で電磁誘導により信号を送受信し、選択されたセンサコイル21を介して電磁誘導ペン30から受信部13にて受信された信号の振幅値及び位相値を算出する。40個のセンサコイル21の各々の送受信が完了した後、半導体装置10は、キャリブレーションで得られた位相基準値と、40個のセンサコイル21の各々にて受信された信号の振幅値及び位相値を用いて、電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出する。続いて、半導体装置10は、2チャネル分の2個のセンサ容量22を1つずつ順次選択し、選択されたセンサ容量22へ信号を出力し、選択されたセンサ容量22と送信部12との接続点で発生した信号を入力し、入力された信号の位相値を算出する。そして、半導体装置10は、算出された位相値とキャリブレーションで得られた位相基準値との位相差を用いて、選択されたセンサ容量22に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する。
図12に示される例においては、ディスプレイ領域602には、センサコイル21のみを設け、電磁誘導ペン30の検出のみを可能とし、タッチキー領域603には、センサ容量22のみを設け、タッチキーへのタッチの検出のみを可能とした構成であったが、これには限定されない。
例えば、図14に示されるように、センサコイル21を、ディスプレイ領域602及びタッチキー領域603の両方に設け、タッチキー領域603も、電磁誘導ペン30を検出可能な構成としても良い。具体的には、図14に示される例では、タッチキー領域603においては、X方向に2個のセンサコイル21が設けられている。そのため、センサコイル21は合計で42個設けられ、センサ容量22は合計で2個設けられている。この構成の場合、タッチキー領域603は、電磁誘導ペン30及び指40の双方で操作することが可能になる。また、この構成の場合、キャリブレーション動作の後、まず、42個のセンサコイル21を駆動して、電磁誘導ペン30を検出し、続いて、2個のセンサ容量22を駆動して、タッチキーへのタッチを検出しても良い。又は、まず、2個のセンサ容量22を駆動して、タッチキーへのタッチを検出し、続いて、42個のセンサコイル21を駆動して、電磁誘導ペン30を検出しても良い。
上述のように、本実施の形態に係る半導体装置10は、電磁誘導式の位置検出装置用の従来の半導体装置を利用して、センサ容量22の容量変化を位相差として検出し、位相差を基にタッチキーへのタッチの有無を検出する構成である。
すなわち、本実施の形態に係る半導体装置10は、センサコイル21で受信された信号の振幅値及び位相値を用いて電磁誘導ペン30の指示位置の座標及び筆圧を検出し、その一方で、センサ容量22へ信号を出力し、センサ容量22と送信部12との接続点で発生した信号を入力し、入力された信号の位相値を用いて、タッチキーへのタッチの有無を検出する。
11 制御回路
12 送信部
121 信号生成器
122−1〜122−N 送信チャネル選択スイッチ
123−1〜123−N 電流ドライバ
1231 分離回路
1232,1235 オペアンプ
1233,1236 ドライバトランジスタ
1234,1237 抵抗素子
124 CAL用送信スイッチ
125 CAL用電流ドライバ
1251 分離回路
1252,1255 オペアンプ
1253,1256 ドライバトランジスタ
1254,1257 抵抗素子
126 電流−電圧変換回路
1261 抵抗素子
127 CAL用受信スイッチ
13 受信部
131−1〜131−N 受信チャネル選択スイッチ
132 プリアンプ
133 ADC
14 演算回路
15−1〜15−N 入出力端子
15A,15B,15C 入出力端子群
16 送受信選択回路
20−1〜20−N センサ
21−1〜21−N センサコイル
22−1〜22−N センサ容量
500 位置検出装置
600 携帯端末
601 ディスプレイ画面
602 ディスプレイ領域
603 タッチキー領域
Claims (16)
- センサに接続される半導体装置であって、
送信部と、
受信部と、
演算回路と、を備え、
前記センサが、位置指示器の位置検出方向に設けられた複数のセンサコイルを含む場合、前記複数のセンサコイルの駆動時に、前記受信部は、前記複数のセンサコイルを順次選択し、選択されたセンサコイルを介して前記位置指示器から信号を受信し、前記演算回路は、前記複数のセンサコイルをそれぞれ介して前記受信部にて受信された信号の振幅値及び位相値を用いて、前記位置指示器の指示位置の座標及び筆圧を検出し、
前記センサが、タッチキーに対応する位置に設けられたセンサ容量を含む場合、前記センサ容量の駆動時に、前記送信部は、前記センサ容量に信号を出力し、前記受信部は、前記センサ容量と前記送信部との接続点で発生した信号を入力し、前記演算回路は、前記受信部にて入力された信号の位相値を用いて、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
半導体装置。 - 前記センサが、複数の前記タッチキーに対応する位置にそれぞれ設けられた複数の前記センサ容量を含む場合、前記複数のセンサ容量の駆動時に、前記送信部は、前記複数のセンサ容量を順次選択し、選択されたセンサ容量に信号を出力し、前記受信部は、前記選択されたセンサ容量と前記送信部との接続点で発生した信号を入力し、前記演算回路は、前記受信部にて入力された信号の位相値を用いて、前記選択されたセンサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記複数のセンサコイル及び前記センサ容量の駆動前に行うキャリブレーション時に、前記送信部は、前記受信部に信号を出力し、前記受信部は、前記送信部から出力された信号を入力し、前記演算回路は、前記受信部にて入力された信号の位相値を位相基準値として保持する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記センサ容量の駆動時に、前記演算回路は、前記センサ容量と前記送信部との接続点で発生し前記受信部にて入力された信号の位相値と前記位相基準値との位相差を用いて、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
請求項3に記載の半導体装置。 - 前記センサ容量の駆動時に、前記演算回路は、前記位相差を閾値と比較することにより、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
請求項4に記載の半導体装置。 - 前記複数のセンサコイルの駆動時に、前記演算回路は、前記複数のセンサコイルをそれぞれ介して前記受信部にて受信された信号の振幅値を用いて、前記位置指示器の指示位置の座標を検出し、前記複数のセンサコイルをそれぞれ介して前記受信部にて受信された信号の位相値と前記位相基準値との位相差を用いて、前記位置指示器の筆圧を検出する、
請求項3に記載の半導体装置。 - 前記送信部は、
電圧信号を生成する信号生成器と、
前記信号生成器にて生成された電圧信号を電流信号に変換する第1の電流ドライバと、
前記第1の電流ドライバにて変換された電流信号を電圧信号に変換する変換回路と、を備え、
前記センサ容量の駆動時に、前記送信部は、前記変換回路にて変換された電圧信号を前記センサ容量に出力する、
請求項3に記載の半導体装置。 - 前記送信部は、
前記信号生成器にて生成された電圧信号を電流信号に変換する第2の電流ドライバをさらに備え、
前記キャリブレーション時に、前記送信部は、前記変換回路にて変換された電圧信号を前記受信部に出力し、
前記複数のセンサコイルの駆動時に、前記送信部は、前記複数のセンサコイルを順次選択し、選択されたセンサコイルを介して前記第2の電流ドライバにて変換された電流信号を前記位置指示器に送信し、前記受信部は、前記送信部にて選択されたセンサコイルを順次選択し、選択されたセンサコイルを介して前記位置指示器から電圧信号を受信する、
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記センサが前記複数のセンサコイル及び前記センサ容量を含む場合、前記複数のセンサコイルを駆動して、前記位置指示器の指示位置の座標及び筆圧を検出し、その後に、前記センサ容量を駆動して、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記センサが前記複数のセンサコイル及び前記センサ容量を含む場合、前記センサ容量を駆動して、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出し、その後に、前記複数のセンサコイルを駆動して、前記位置指示器の指示位置の座標及び筆圧を検出する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記センサは、前記複数のセンサコイルと、前記センサ容量と、を含み、
前記複数のセンサコイルは、第1の領域に設けられ、
前記センサ容量は、前記第1の領域とは異なる第2の領域に設けられる、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記センサは、前記複数のセンサコイルと、前記センサ容量と、を含み、
前記複数のセンサコイルは、第1の領域及び前記第1の領域とは異なる第2の領域の両方に設けられ、
前記センサ容量は、前記第1の領域又は前記第2の領域のいずれか一方の領域に設けられる、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記センサは、前記複数のセンサコイルと、複数の前記タッチキーに対応する位置にそれぞれ設けられた複数の前記センサ容量と、を含み、
前記複数のセンサ容量は、第1の領域及び前記第1の領域とは異なる第2の領域の両方に設けられ、
前記複数のセンサコイルは、前記第1の領域又は前記第2の領域のいずれか一方の領域に設けられる、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記センサは、前記複数のセンサコイルと、複数の前記タッチキーに対応する位置にそれぞれ設けられた複数の前記センサ容量と、を含み、
前記複数のセンサコイルは、第1の領域及び前記第1の領域とは異なる第2の領域の両方に設けられ、
前記複数のセンサ容量は、前記第1の領域及び前記第2の領域の両方に設けられる、
請求項1に記載の半導体装置。 - 位置指示器の位置検出方向に設けられた複数のセンサコイルと、
タッチキーに対応する位置に設けられたセンサ容量と、
送信部と、
受信部と、
演算回路と、を備え、
前記複数のセンサコイルの駆動時に、前記受信部は、前記複数のセンサコイルを順次選択し、選択されたセンサコイルを介して前記位置指示器から信号を受信し、前記演算回路は、前記複数のセンサコイルをそれぞれ介して前記受信部にて受信された信号の振幅値及び位相値を用いて、前記位置指示器の指示位置の座標及び筆圧を検出し、
前記センサ容量の駆動時に、前記送信部は、前記センサ容量に信号を出力し、前記受信部は、前記センサ容量と前記送信部との接続点で発生した信号を入力し、前記演算回路は、前記受信部にて入力された信号の位相値を用いて、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
位置検出装置。 - センサに接続される半導体装置の制御方法であって、
前記センサが、位置指示器の位置検出方向に設けられた複数のセンサコイルを含む場合、前記複数のセンサコイルの駆動時に、前記複数のセンサコイルを順次選択し、選択されたセンサコイルを介して前記位置指示器から信号を受信し、前記複数のセンサコイルをそれぞれ介して受信された信号の振幅値及び位相値を用いて、前記位置指示器の指示位置の座標及び筆圧を検出し、
前記センサが、タッチキーに対応する位置に設けられたセンサ容量を含む場合、前記センサ容量の駆動時に、送信部から前記センサ容量に信号を出力し、前記センサ容量と前記送信部との接続点で発生した信号を入力し、入力された信号の位相値を用いて、前記センサ容量に対応するタッチキーへのタッチの有無を検出する、
半導体装置の制御方法。
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