JP2018081455A - 指示デバイス、及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴーストの発生を防ぎつつ、製造コストを抑えることができる指示デバイスを提供する。
【解決手段】静電容量方式のタッチパネルが読み取り可能な１以上の面を有する指示デバイスであって、一の面に設けられる平面の仮想接地部と、一の面に設けられ、仮想接地部の端部から外側方向に延伸した複数の電極と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、指示デバイス、及び製造方法に関する。

従来、複数の同時タッチ入力を検出可能にするタッチパネルとして、マトリクス状に配置されたセンサの電荷の変化を読み取る静電容量方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１３８４６９号公報

従来のタッチパネル技術では、人の指でタッチパネルにタッチすることが想定されており、フローティング導電材料などを用いた導電性パターンの読み取りは想定されていない。そこで、発明者は、フローティング導電材料などの導電性パターンを有する指示デバイスを用いて、この指示デバイスを人がタッチパネルの上に置くことを検討した。

しかしながら、導電性パターンをタッチパネルに読み取らせようとすると、導電性パターンを構成する電極の周辺の検出領域において、所謂ゴースト（ゴーストタッチ又はゴーストポイント）が発生してしまう。このゴーストについてタッチセンサシステム側で補正しようとする技術はあるが、指示デバイス側でゴーストの発生を防止するような技術は知られていない。
また、指示デバイス側でゴーストの発生を防ぐようにする場合、指示デバイスの製造コストを抑えたいというニーズがある。

そこで、本発明は、ゴーストの発生を防ぎつつ、製造コストを抑えることができる指示デバイスを提供することを目的の一つとする。

本発明に係る指示デバイスは、静電容量方式のタッチパネルが読み取り可能な１以上の面を有する指示デバイスであって、一の面に設けられる平面の仮想接地部と、前記一の面に設けられ、前記仮想接地部の端部から外側方向に延伸した複数の電極と、を有する。

本発明によれば、ゴーストの発生を防ぎつつ、製造コストを抑えることができる指示デバイスを提供することができる。

実施形態におけるタッチセンサシステムの一例を示す概念図である。 実施形態におけるタッチパネルの一部平面構成例を模式的に示す図である。 （Ａ）は、静電容量方式のタッチセンサシステムの等価回路図であり、（Ｂ）は指タッチによる容量検知方式を説明するための等価回路図である。 （Ａ）は、ドライブラインに印加する駆動信号がロー電圧の場合を示す等価回路図であり、（Ｂ）はドライブラインに印加する駆動信号がハイ電圧の場合を示す等価回路図である。 所定の導電性パターンの検出例を示す平面図である。 仮想接地部が接続される所定の導電性パターンの検出例を示す平面図である。 指示デバイス２０Ａの一例を示す図である。 指示デバイス２０Ｂの一例を示す図である。 （Ａ）は、導電性パターンのレイアウト１の一例を示す図であり、（Ｂ）は、導電性パターンのレイアウト２の一例を示す図である。 実施形態におけるタッチセンサシステムの全体構成の一例を示す図である。 制御部の機能構成の一例を示す図である。 実施形態における処理端末の機能構成の一例を示す図である。 指示デバイスの位置及び角度により、キャラクタが適切に表示される例を説明するための図である。 指示デバイスの固有ＩＤを認識する例を説明するための図である。 指示デバイスの認識と、タッチパネルとの連動を説明するための図である。 実施形態に用いられる指示デバイスの形状例を示す図である。 実施形態における制御部の処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態における表示制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。

［実施形態］
以下、本発明の実施形態におけるタッチセンサシステムを、図面を用いて説明する。

＜タッチセンサシステムの概要＞
図１は、実施形態におけるタッチセンサシステム１の一例を示す概念図である。図１に示す例において、タッチセンサシステム１は、タッチパネル１０を含み、このタッチパネル１０の画面に対向して、指示デバイス２０が載置される。なお、タッチセンサシステム１は、指示デバイス２０を含んでもよいし、別構成として含まなくてもよい。

指示デバイス２０は、タッチパネル１０の画面に対向して配置されうる、所定形状の導電性パターン（以下、単に「パターン」とも称す。）２２を有する。例えば、指示デバイス２０が、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム１のタッチパネル１０の画面に対して接触され、又は近づけられることにより、タッチセンサシステム１は、後述の所定形状の導電性パターン２２を読み取ることができる。

導電性パターン２２は、１又は複数の電極の位置に基づき形成される。例えば、この電極は、導電性材料としてのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極が用いられたり、アルミニウムなどのベタ電極が用いられたりする。

なお、導電性パターン２２は、セキュリティの観点から、導電性材料として透明電極を用いて外部から容易に視認できないようにするとよい。また、導電性パターン２２の導電性材料として透明電極以外のものが用いられる場合は、導電性パターン２２の表面を不透明部材（樹脂等）にてコーティングするなどして外部から視認できないようにしてもよい。

また、導電性パターン２２は、タッチパネル１０の面からの平面視形状として、各電極を散在させることにより各種パターンが形成される。この導電性パターン２２の形状は、ユーザや指示デバイス２０を識別するための固有ＩＤ情報や、位置や角度を示す設置情報などのコード情報を表す。導電性パターン２２の形状の違いを用いて固有ＩＤ情報等を表すことで、タッチパネル１０のセンサから読み取る信号の変化により導電性パターン２２か否かの識別を行うことができる。

また、指示デバイス２０は、導電性パターン２２が形成される面側をタッチパネル１０のセンサ画面上に置くことが望ましい。これにより、タッチパネル１０のセンサ画面から導電性パターン２２の形状が読み取られやすくなる。導電性パターン２２は、平面又は立体等の形ある部材としての指示デバイス２０の一面に配置されればよい。

次に、タッチパネル１０の一部平面の構成について説明する。図２は、タッチパネル１０の一部平面構成例を模式的に示す図である。図２に示す例では、静電容量方式のタッチパネル１０において、Ｙ方向に略平行に配置された複数のドライブラインＬ１１〜１４に駆動信号と呼ばれる交流信号が印加される。また、Ｘ方向に略平行に配置された複数のセンスラインＬ２１〜２４は、各ドライブラインと略直角に立体交差し、各交差点（各センサ）Ｐの電流信号波形の変化が検知される。つまり、各交差点Ｐのそれぞれの場所で静電容量Ｃの変化が検知される。

このとき、タッチパネル１０のセンサ面上に何も指示体（指と同等のものを含む）が置かれていないときと、指示体が置かれたときとでは、対応する交差点の電流信号波形が増減する。タッチセンサシステム１は、この波形の増減を読み取って、この変化量を静電容量Ｃの変化量とする。なお、ドライブラインＬ１１〜１４と、センスラインＬ２１〜２４とが反転されてもよく、駆動信号を印加するラインと、センシングするラインとが交互に入れ替えられてもよい。

（指タッチによる容量検知）
図３（Ａ）は、静電容量方式のタッチセンサシステム１の各交差点に対応する等価回路図である。図３（Ｂ）は、指タッチによる容量検知方式を説明するための等価回路図である。

図３（Ａ）に示す例では、静電容量方式のタッチセンサシステム１は、駆動電圧をドライブラインに印加し、センスラインで電流Ｉを検知し、その検知電流Ｉが変化（容量Ｃの変化）したかどうかでタッチ位置を読み取る。この場合、タッチパネル１０のセンサ面上にユーザの指が触れると、図３（Ｂ）に示すように、容量Ｃの両端に並列に容量Ｃ１及びＣ２を介して接地されたものとみなすことができる。

このタッチセンサシステム１のタッチパネル１０のセンサ面上に何も置かれていない状態と比較すると、図３（Ｂ）に示すように、ユーザの指などの指示体５がセンサ面上に置かれた状態では、タッチセンサシステム１は、容量Ｃの両端に容量Ｃ１及びＣ２を並列に介して接地される。そのため、指示体５が置かれていない状態に比べ、電流計Ａに流れる電流Ｉ２は、電流Ｉ１の分だけ電流Ｉよりも減少する。この電流の減少により静電容量Ｃも減少する。したがって、タッチセンサシステム１は、静電容量Ｃが減少した交差点の位置で指タッチがなされたものと判定することができる。

（指示デバイス１０のタッチによる容量検知）
図４は、静電容量方式のタッチセンサシステム１のタッチパネル１０のセンサ画面上の１か所の交差点（センサ）に指示デバイス２０を置いた状態の等価回路図を表す。図４（Ａ）は、ドライブラインに印加する駆動信号がロー電圧の場合を示す等価回路図である。図４（Ｂ）は、ドライブラインに印加する駆動信号がハイ電圧の場合を示す等価回路図である。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、静電容量方式のタッチセンサシステム１のタッチパネル１０上に、導電性パターン２２を有する指示デバイス２０が置かれた場合には、タッチセンサシステム１の駆動のドライブラインとセンスラインに並列に浮遊容量Ｃ３が挿入された状態と等価な回路になる。この状態で、ドライブラインへの交流の駆動信号がロー電圧からハイ電圧、ハイ電圧からロー電圧へと反転するときには、容量Ｃと浮遊容量Ｃ３の並列回路には電流が流れて、チャージされた容量Ｃ及び浮遊容量Ｃ３の電荷が指示デバイス２０側からタッチセンサシステム１側に流れたり、容量Ｃ及び浮遊容量Ｃ３にチャージするための電荷がタッチセンサシステム１側から指示デバイス側に流れたりする。このため、センスラインを介して電流計Ａに流れる電流が増加する。これにより静電容量が増加したと判断される。

すなわち、タッチパネル１０上を指でタッチする場合には、指側に電流が流れてセンシングされる電流Ｉは減少する。この電流の減少により静電容量Ｃも減少する。この現象を利用して、タッチセンサシステム１は、静電容量Ｃが減少した位置で指タッチが為されたものと判定する。

これに対し、指示デバイス２０の場合には、指示デバイス２０側から電流が流れて、センシングされる電流Ｉが増加する。これにより、タッチセンサシステム１は、静電容量が増加したと判定する。

このように、指でタッチパネル１０をタッチした場合は、交差点（センサ）における静電容量Ｃが減少方向に変化し、導電性パターン２２を有する指示デバイス２０がタッチパネル１０にタッチした場合には、交差点における静電容量Ｃが増加方向に変化する。

（ゴーストと呼ばれる干渉を抑えるための仮想接地部）
図５は、所定の導電性パターン２２の検出例を示す平面図である。所定の導電性パターン２２とは、例えば直径２０ｍｍの円形のパターンである。

図５に示す例は、タッチセンサシステム１のタッチパネル１０上に、所定の導電性パターン２２単体を接触させた状態で、センサにより得られる容量信号マップを示している。図５に示す例では、タッチパネル１０の格子（交差点）の間隔（センサピッチ）は縦横５ｍｍとする。中央の円形の導電性パターン２２による検出領域４４以外の周辺領域に、公知のゴーストと呼ばれる検出領域４５が検出される。このゴーストを防止するための手段として、実施形態では、導電性パターン２２に仮想接地部（又は仮想接地化回路部）が接続されることを前提とする。

図６は、仮想接地部が接続される所定の導電性パターン２２の検出例を示す平面図である。図６に示す例は、仮想接地部が導電性パターン２２に接続して実装され、タッチセンサシステム１のタッチパネル１０上に、導電性パターン２２を接触させた状態でセンサにより得られる容量信号マップを示している。

図６に示す例では、仮想接地部を導電性パターン２２に接続させることにより、導電性パターン２２を検知する信号が安定化して、ゴーストの発生を抑制し、導電性パターン２２のサイズと等しいサイズと形とで円形状の検出領域４６を適切に読み取ることができるようになる。

仮想接地部を用いることにより、接地されていない指示デバイスであっても指示デバイスが仮想接地化されて、接地回路と同等の機能を持つため、ゴーストをタッチセンサシステム１側で補正する必要がなく、ゴーストを指示デバイス２０側で改善することができる。

また、仮想接地部を用いることにより、タッチセンサシステム１のＧＮＤに接地した接地状態で導電性パターン２２の識別をした場合と同等の効果が得られることが発明者らの実験により分かっている。

また、仮想接地部を用いることにより、既存のタッチセンサシステム１を適用することができ、指やタッチペンと指示デバイス２０とを併用してタッチ位置の識別とともに、伝導性パターン２２の識別を行うことができる。

＜指示デバイスの例＞
次に、実施形態で用いる指示デバイス２０の例について説明する。以下に説明する各指示デバイス２０は、ゴースト対策として、仮想接地部を採用しており、仮想接地部の形状や設けられる領域などが異なる。また、以下に説明するとおり、各指示デバイス２０は、製造コストを抑えるため、導電性パターン２２を構成する電極と、仮想接地部とが同一平面上に形成される。これにより、電極及び仮想接地部が指示デバイス２０の基材に形成される際に、複雑な製造工程を必要とせず、電極及び仮想接地部を含む平面状のシートを、基材に貼付したり成膜したりして指示デバイス２０を製造することが可能になる。以下では、タッチパネル１０に指示デバイス２０を載置した時の指示デバイス２０の上面を表面と称し、下面を裏面と称する。

（例Ａ）
図７は、指示デバイス２０Ａの一例を示す図である。図７に示す指示デバイス２０Ａは、カード状部材（基材）の一の面（裏面）の所定領域に、平面アンテナである仮想接地部Ｆ１０が設けられる。例えば、仮想接地部Ｆ１０として、所定領域以上の平面の導電体（ベタの導電体）が用いられる。

また、複数の電極Ｅ１０（図７に示す例では４つ）は、一の面（裏面）に設けられ、仮想接地部Ｆ１０の端部から外側方向に延伸している。このとき、仮想接地部Ｆ１０は、複数の電極Ｅ１０を囲む最小の外接矩形を規定した場合、当該外接矩形に対して接しないように配置されることになる。

例えば、仮想接地部Ｆ１０が、矩形状の導電体であり、電極Ｅ１０が、円状の導電体である場合、各電極Ｅ１０は、矩形状の導電体の角部から外側に延伸して設けられてもよい。

また、例えば、電極Ｅ１０は、矩形状の仮想接地部Ｆ１０の四隅から対角線方向に延伸して設けられてもよい。このように四隅から延伸させた場合、タッチパネル１０のドライブライン又はセンスライン上に、電極Ｅ１０と仮想接地部Ｆ１０の一部とが同時に配されてしまう状況を回避できるため、仮想接地部Ｆ１０の一部を電極として誤検出することを防止することができ、電極Ｅ１０を安定して検出することができる。

また、仮想接地部Ｆ１０から電極Ｅ１０までの延伸する部分の長さは、タッチパネル１０のドライブラインとセンスラインの交差点間隔に基づいて設定されてもよい。例えば、交差点間隔（センサピッチ）をＰとする場合、延伸する部分の長さＷ１は、例えば、Ｐ＜Ｗ１＜２×Ｐとする。一例として、センサピッチが５ｍｍとした場合、長さＷ１は、５ｍｍ超の１０ｍｍ未満とする。

延伸部分の長さが長すぎれば、延伸部分において、容量の変化が検知されてしまい、電極Ｅ１０部分の容量変化のみを適切に検知させることが困難になる。他方、延伸部分の長さが短すぎれば、仮想接地部Ｆ１０と一体としてみなされてしまい、電極Ｅ１０部分の容量変化を検知させることが困難になる。

図７に示す例では、電極Ｅ１０について、中央部分の仮想接地部Ｆ１０の効果により、電極Ｅ１０の検出領域において容量の変化が検出される。また、仮想接地部Ｆ１０について、複数の交差点（センサ）に跨ることによる容量の増加と、平面アンテナの効果による容量の減少とが発生し、互いに容量の変化を打ち消し合う。これにより、仮想接地部Ｆ１０の検出領域においては容量の変化はさほど見られない。その結果、図７に示す形状の電極Ｅ１０及び仮想接地部Ｆ１０を用いて、タッチセンサシステム１は、電極Ｅ１０による導電性パターン２２を適切に読み取ることができる。

なお、発明者らは実験を重ね、後述するようにドライブライン／センスライン上に配置される電極の位置関係を考慮すると、４つの電極Ｅ１０が同一円周上に配置されるようにすることが、本実施形態の導電性パターン２２として好適であることを突き止めている。このように配置することで、電極と仮想接地部との位置関係、及び電極とドライブライン／センスラインとの位置関係を考慮して、導電性パターン２２を適切に読み取らせることができる。例えば、ドライブラインとの重なりが１ヶ所なら、センスラインがある程度複数に跨っていても十分に検知可能で、また、ドライブラインが複数と重なっていても、センスラインが１ヶ所のみの接触ならば、弱い反応でも十分に検知可能になるといったように、ドライブかセンスどちらかのラインの接触が少なければ十分に検知可能となる。なお、タッチパネルの感度によっても検知可能な電極数は変化するが、一般的には、ドライブラインとセンスラインがそれぞれ２ヶ所ずつ程度であれば検知可能である。

（例Ｂ）
図８は、指示デバイス２０Ｂの一例を示す図である。図８に示す指示デバイス２０Ｂは、図７に示す仮想接地部及び電極の変形例である。図８に示す例でも、仮想接地部Ｆ２０として、所定領域以上の平面の導電体（ベタの導電体）が用いられる。

図８に示す例では、端部に設けられる電極Ｅ２０同士を結んだ線分から、内側に向けて円弧上に導電体が凹み、最も凹んだ箇所と、線分との距離Ｗ２がセンサピッチより離れているとよい。これにより、図８に示す中央部分が仮想接地部Ｆ２０を形成し、端部が電極Ｅ２０を形成する。このとき、仮想接地部Ｆ２０は、複数の電極Ｅ２０を囲む最小の外接矩形を規定した場合、当該外接矩形に対して接しないように配置されることになる。図８に示す仮想接地部Ｆ２０及び電極Ｅ２０の形状であっても、図７に示す仮想接地部Ｆ１０及び電極Ｅ１０と同様の効果を奏することができる。なお、図７及び図８に示す仮想接地部と電極とは同じ導電体の部材で形成されることで、容易に形成することが可能になりうる。また、図７及び図８に示すように、仮想接地部と電極とは、同一平面上に形成されることが可能になるため、複雑な加工が不要になり、製造コストを下げることができるようになる。なお、仮想設置部は、内部に穴が開いたものであってもよい。穴をあけた場合、その大きさや場所、形状等によってはその周辺に影響が出てしまうが、予めわかっているため、仮想接地として機能するよう検知後に調整することは可能である。

＜パターンの形状＞
なお、パターンの認識が安定しないレイアウトがありうる。この理由として、同一のドライブライン／センスライン上に複数の電極が並ぶと、端部にいくほど感度が落ちるということが発明者の実験により分かっている。これは、人体のような大きい容量のものなら問題ないが、浮遊容量の場合は容量が小さいため、このレイアウトによる悪影響を受けてしまうからである。そこで、レイアウトを調整して、多数の電極が同一のライン上及び直交するライン上に並ばないようにする。

図９は、導電性パターン２２のレイアウトの一例を示す図である。図９（Ａ）は、レイアウト１を示す図である。図９（Ａ）に示す指示デバイス２０Ｄは、正方形型であり、各電極は、同一ライン及び直交するラインに並ぶ数が一定数以下になるよう配置する。これにより、ドライブライン／センスライン上に電極が並ぶように指示デバイス２０Ｄをタッチパネル１０上に載置したとしても、必要な感度が確保されるためコード認識（パターンの読取）が安定することが確認されている。

図９（Ｂ）は、導電性パターン２２のレイアウト２を示す図である。指示デバイス２０Ｅは、円型であり、各電極は、円周上に配置されることで、各ラインに電極が分散されるため、同一ライン及び直交するラインには最大で２つしか並ばない。これにより、コード認識が安定することが確認されている。なお、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すレイアウトにおいて、各電極は、円周上に配置されると言える。なお、導電性パターン２２として、指示デバイス２０Ｅの円周に対して同心円状に配置された１つの円形電極を設ける構成としてもよい。円形電極の大きさをドライブラインやセンスラインのピッチに対して好適に設定することで、円形電極がドライブラインやセンスラインに対して一定以上、重なる箇所交点部として検出することができる。このような円形電極は、指示デバイスの配置角度の検出が不要な場合に用いることができる。

上述したように、導電性パターン２２のレイアウトを工夫することで、パターンの形状の認識を安定させることができる。

また、導電性パターン２２により表されるコード情報は、電極の位置に基づき、異なるコード情報を表すことができる。例えば、延伸された４つの電極により導電性パターン２２が形成される場合、３つの電極を用いて、指示デバイス２０の位置（ｘ，ｙ）と向き（角度：θ）を認識することができる。３つの電極から形成される三角形の位置や向きに基づき、タッチパネル１０に対する指示デバイス２０の位置や向きが判定されうる。この三角形の形状を固定にしておくことで、タッチセンサシステム１は、３つの電極を認識することができる。また、残り１つの電極の位置を用いて、指示デバイス２０のＩＤを示すことができる。例えば、残り１つの電極に対し、固定の三角形を形成する３つの電極の所定の電極からの距離や位置に基づいて、特定の情報が示されるようにすればよい。

＜タッチセンサシステムの全体構成例＞
図１０は、実施形態におけるタッチセンサシステム１の全体構成の一例を示す図である。図１０に示す例では、タッチセンサシステム１は、タッチパネル１０を含む表示装置２と、制御部６を含む制御基板４と、処理端末８とを備える。タッチパネル１０は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などで制御基板４に接続される。制御部６は、制御基板４を介して接続された接続ケーブルを用いて、処理端末８に接続される。処理端末８は、表示装置２に接続される。

表示装置２は、画像表示用の表示画面を有し、表示画面上にはタッチパネル１０が設けられる。表示装置２は、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ及び電解放出ディスプレイなどの他に、表示画面上に表示されるものであればいずれのものを用いてもよい。

タッチパネル１０は、タッチパネル面に沿って互いに平行に設けられると共に、それぞれにドライブ信号が与えられる複数のドライブラインを有し、さらに、複数のドライブラインと交差するようにタッチパネル面に沿って互いに平行に設けられた複数のセンスラインとを有している。「交差」とは、立体交差を示し、垂直交差及びそれ以外の角度による交差を含む。

このタッチパネル１０は、接触又は近接する指示体（指やタッチペン）や、指示デバイス２０による静電容量の変化に応じた出力信号を出力する。複数のセンスラインからの複数の出力信号は、ドライブラインが駆動されることにより、タッチパネル面内のドライブラインとセンスラインの交差点やその近傍部分を介して出力される信号である。

タッチパネル面内に、指や指示デバイス２０が接触又は近接していればセンスラインからの信号が変化する。すなわち、このセンスラインで得られた信号が、指示検出領域（タッチパネルの領域）に対する接触又は近接の有無を示す２次元状の指示検出領域の位置座標（ｘ，ｙ）と、指や指示デバイス２０による静電容量の情報（ｗ）を示す３次元座標情報を示す信号となる。静電容量の情報（ｗ）のＷ値が小さくなるほど、静電容量値を示す信号レベルは小さくなる。

制御部６は、例えばプロセッサなどであり、各ドライブラインを駆動すると共に、各センスラインからの信号を処理してタッチパネル面内における指示デバイス２０等の接触位置（導電性パターンの検出領域）を検出する。

処理端末８は、例えばパーソナルコンピュータなどであり、接続ケーブルを介して制御部６を制御するとともに、制御部６で検知した指示デバイス２０の位置座標（ｘ，ｙ）及び静電容量の情報（ｗ）に基づいて、表示装置２の表示画面上に表示される画像を表示制御可能とする。

また、タッチセンサシステム１に接続された処理端末８は、クラウドサービスのようにサーバ側に備えられてもよく、タッチセンサシステム１自体に処理端末８の機能を持たせて表示を制御することも可能である。

≪制御部６の構成≫
図１１は、図１０に示す制御部６の機能構成の一例を示す図である。図１１に示す例では、制御部６は、駆動部１０２、増幅部１０４、信号取得部１０６、変換部１０８、処理部１１０、設定部１１２、及び生成部１１４を含む。駆動部１０２は、ドライブラインに順次印加して駆動する。

増幅部１０４は、複数のセンスラインから出力される複数の出力信号をそれぞれ増幅し、増幅した各出力信号を出力する。

信号取得部１０６は、増幅部１０４により増幅された各出力信号を取得して時分割によりアナログ信号を出力する。

変換部１０８は、信号取得部１０６により出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を出力する。

処理部１１０は、変換部１０８により変換されたデジタル信号に基づいて、タッチパネル１０の面（検出面）内における静電容量の変化量の分布を求め、この分布を出力する。

設定部１１２は、タッチパネル１０の面内における指等の接触位置を示す位置情報（ｘ，ｙ）や導電性パターンの検出領域の位置情報（ｘ，ｙ）を検出する際に用いる容量の閾値Ｔｈなどを事前に設定する。

生成部１１４は、処理部１１０が求めた静電容量の変化の分布に対して、各閾値に基づき、指等の接触位置を示す位置情報や、指示デバイス２０の導電性パターン２２の位置情報を生成する。

生成部１１４は、タッチパネル１０面内における静電容量の変化量の分布中にタッチ位置またはタッチ領域（導電性パターン２２の形状）を求め、このタッチ位置またはタッチ領域における静電容量の変化量が閾値Ｔｈよりも大きければ、このタッチ位置またはタッチ位置領域を、タッチパネル１０面に接触または近接する指示体のタッチ位置またはタッチ領域とすることができる。

タッチパネル面で、静電容量の変化を検知した検出領域が所定領域よりも大きい場合や、検出領域が所定形状と異なる場合に、指やタッチペンではなく指示デバイス２０であると認識すれば、その導電性パターンの形状をコード照合に用いることができる。このように、指やタッチペンと、指示デバイス２０との区別は、検出領域の大きさだけではなく、所定形状（形状の違い）によっても可能である。

なお、複数のドライブラインと複数のセンスラインを縦横で切り替えることも可能であり、上部電極をドライブライン、下部電極をセンスラインとしてもよいし、上部電極をセンスライン、下部電極をドライブラインとしてもよい。

≪処理端末８の構成≫
次に、処理端末８の機能構成について説明する。図１２は、実施形態における処理端末８の機能構成の一例を示す図である。図１２に示す処理端末８は、パターン取得部２０２、コード認識部２０４、表示制御部２０６、及び操作制御部２０８を含む。なお、処理端末８の各部は、プロセッサやワークメモリとしてのＲＡＭなどにより実装されうる。

パターン取得部２０２は、制御基板４の制御部６により出力された導電性パターン２２を取得し、取得した導電性パターン２２を出力する。

コード認識部２０４は、パターン取得部２０２から取得した導電性パターン２２に基づいてコード情報を認識する。コード認識部２０４は、各種パターンとそのパターンに対応するコード情報の対応テーブル等を予め保持しておく。コード認識部２０４は、取得した導電性パターンと、対応テーブルのパターンとを照合し、照合の結果、一致したパターンに対応するコード情報を認識する。

また、コード認識部２０４は、導電性パターン２２により、指示デバイス２０の位置及び向き（角度）を認識する。コード認識部２０４は、認識した情報を表示制御部２０６に出力する。なお、コード情報は、指示デバイス２０の固有ＩＤ、位置、及び角度を含んでもよい。

表示制御部２０６は、コード認識部２０４により認識されたコード情報に基づいて、表示装置２の表示画面に対する表示制御を行う。例えば、表示制御部２０６は、コード情報と表示情報とを関連付けて保持しておき、取得したコード情報に対応する表示情報を、指示デバイス２０の接触位置に関連する位置に表示するよう制御する。

より具体的には、表示制御部２０６は、コード情報に対応するキャラクタを、指示デバイス２０の位置と向きに基づいて、指示デバイス２０内に表示するよう制御する。このとき、導電性パターン２２は、ＩＴＯなどの透明電極が用いられ、指示デバイス２０も、透明デバイスが用いられるとよい。

また、表示制御部２０６は、指示デバイス２０の位置に基づいて、操作メニューや操作ボタン等を表示画面上に表示するよう制御する。また、指示デバイス２０上からのタッチが検知可能であるため、表示制御部２０６は、指示デバイスの領域内に操作ボタン等を表示するよう制御してもよい。

操作制御部２０８は、タッチパネル１０における、ユーザの指などのタッチ等に基づく操作制御を行う。例えば、操作制御部２０８は、指示デバイス２０に関連する操作メニューや操作ボタンが操作された場合に、その操作に対応する制御を行う。例えば、ゲーム等において、操作制御部２０８は、操作ボタンに基づくゲームの進行を制御したりする。

また、表示制御部２０６は、操作制御部２０８による操作制御に基づいて表示画面に表示される表示物の制御を行う。例えば、表示制御部２０６は、表示画面にゲームの実行画面を表示し、タッチパネル１０を介して表示される操作ボタンの押下に基づき、ゲームの実行画面を制御する。

＜ゲームの具体例＞
次に、上述したタッチセンサシステム１を用いたゲームについて、図１３〜１５を用いて説明する。ここでは、表示画面にはサッカーのフィールドが表示され、指示デバイス２０の領域内にはキャラクタが表示されるとする。また、指示デバイス２０は透明部材又は透過部材であり、導電性パターンもＩＴＯなどの透明電極により形成されるとする。ここで、「透明」及び「透過」とは、その部材を通して先のものが視認できる透過具合も含む。

図１３は、指示デバイス２０の位置及び角度により、キャラクタが適切に表示される例を説明するための図である。図１３に示す例では、コード認識部２０４により、認識される指示デバイス２０の位置及び角度並びに固有ＩＤに基づいて、表示制御部２０６により、タッチパネル１０の指示デバイス２０が配置される領域近傍に、指示デバイス２０に対して相対的に固定された向きに、固有ＩＤに対応するキャラクタを表示することができる。例えば、指示デバイス２０の向きが変更されても、表示されるキャラクタは、その向きの変更に追随して、指示デバイス２０内に表示される。

また、表示制御部２０６は、タッチパネル１０上に複数の指示デバイス２０が置かれた場合であっても、各指示デバイス２０内に、その指示デバイスのＩＤ等に対応する所定のキャラクタを表示することができる。

図１４は、指示デバイス２０の固有ＩＤを認識する例を説明するための図である。まず、コード認識部２０４は、認識された導電性パターン２２の形状に基づいて、コード情報を取得する。コード情報は、例えば、指示デバイス２０の固有ＩＤとする。これにより、コード認識部２０４は、指示デバイス２０ごとに、固有ＩＤを取得することができる。

図１４に示す例では、タッチパネル１０の指示デバイス２０が配置される領域内に、各指示デバイス２０に対応する固有ＩＤ（１０１〜１０３）が表示されている。実際は、表示制御部２０６は、表示画面上に、この固有ＩＤに対応するキャラクタを、指示デバイス２０の載置位置に表示するよう制御することができる（例えば図１３参照）。

図１５は、指示デバイス２０の認識と、タッチパネル２０との連動を説明するための図である。実施形態におけるタッチセンサシステム１は、指示デバイス２０によるコード入力とともに、指などによるタッチ入力も可能である。そのため、図１５に示すように、表示制御部２０６は、指示デバイス２０の位置及び角度に基づいて、指示デバイス２０の位置に関する領域に操作メニューＭ１０や、操作ボタンＢ１０を表示してもよい。図１５に示す例では、表示された操作メニューＭ１０や操作ボタンＢ１０の操作がタッチパネル１０を用いて検知され、その検知内容に応じた表示制御が表示制御部２０６により行われる。

これにより、実施形態では、透過しない指示デバイス２０と比べて、指示デバイス２０の領域内にキャラクタなどの表示物を表示することができ、指示デバイス２０により表示内容が妨げられないため、表示画面を全面的に用いることができる。

特に、表示制御部２０６は、タッチパネル１０に載置された指示デバイス２０の導電性パターン２２の下に、少なくとも表示物を表示することができる点が有益である。これにより、ユーザは、透明の導電性パターン２２を介して表示画面に表示された表示物を視認することができる。

また、指示デバイス２０の固有ＩＤに対応するキャラクタを、ゲームの進行に応じて表示を変えたりすることも可能である。例えば、固有ＩＤに対応付けてゲームのステータス情報などを関連付けておくことで、表示制御部２０６は、このステータス情報に応じてキャラクタの表示を変更することができる。

また、指示デバイス２０が透明ではなく、ユーザが指示デバイス２０下に表示された表示物を視認できなくても、指示デバイス２０の位置が検出されているため、表示制御部２０６は、指示デバイス２０の下に表示される表示物を指示デバイス２０の位置に関連付けて表示することなども可能である。また、表示制御部２０６は、表示される移動物が指示デバイス２０の下を通る経路を予測される場合、移動物が指示デバイス２０の領域を迂回するように表示制御することもできる。

他の例として、実施形態におけるタッチセンサシステム１をパズル表示などにも適用することができる。例えば、表示制御部２０６は、タッチパネル１０に置かれた指示デバイス２０の下の領域にパズルのピースを表示し、複数の指示デバイス２０の位置と向きとを合わせ、タッチパネル１０上に並べて置くことで１つの絵柄になるようにすることができる。

このとき、同じ指示デバイス２０であっても、その固有ＩＤに対応付ける絵柄を変更することにより、ユーザは異なる完成絵柄のパズルを楽しむことができる。

＜指示デバイスの形状例＞
次に、指示デバイス２０の形状例を説明する。図１６は、実施形態に用いられる指示デバイス２０の形状例を示す図である。図１６（Ａ）は、カード状の指示デバイス２０の一例を示す図である。図１６（Ａ）に示す例では、指示デバイス２０のＺ方向の正の面（外側面）に透明電極Ｅのパターンが設けられる。また、指示デバイス２０のＺ方向の負の面（内側面）にも透明電極Ｅのパターンが設けられてもよい。

図１６（Ｂ）は、直方体状の指示デバイス２０の一例を示す図である。図１６（Ｂ）に示す例では、指示デバイス２０のＺ方向の正の面（外側面）に透明電極Ｅのパターンが設けられる。なお、この外側面をタッチパネル１０に対向するように載置するとき、直方体の内部にハーフミラーやハーフプリズムを使用し、指示デバイス２０の下に表示された表示物が、指示デバイス１０内又は上に表示物（例えばキャラクタ）が浮かびあがる（結像される）ようにしてもよい。

また、この直方体の内部に多面的にハーフミラーやハーフプリズムを設けることで、３６０度の各方向から立体的に見える表示物を表示するようにすることができる。その際、表示制御部１０６は、直方体の指示デバイス２０内部の各面の下の領域に、それぞれに応じた表示物を表示するようにする。例えば、キャラクタの前面、右側面、背面、左側面などをそれぞれの面のハーフミラーやハーフプリズムに合わせて表示される位置に表示制御する。

なお、指示デバイス２０として、他にも円柱や円錐、多角柱や多角錐、ぬいぐるみや人形などでもよい。

＜動作＞
次に、実施形態におけるタッチセンサシステム１の動作について説明する。図１７は、実施形態における制御部６の処理の一例を示すフローチャートである。図１７に示すステップＳ１０２で、制御部６は、タッチパネル１０の各交差点（各センサ）における静電容量の変化を検知する。

ステップＳ１０４で、制御部６は、所定の検出領域における静電容量の変化に基づき、指示デバイス２０の導電性パターン２２の読取処理を行う。

ステップＳ１０６で、制御部６は、所定の検出領域における静電容量の変化に基づき、指などによるタッチを判定する処理を行う。導電性パターン２２と指タッチとは、検出領域の大きさの違いや形状により区別することができる。

図１８は、実施形態における表示制御処理の一例を示すフローチャートである。図１８に示すステップＳ２０２で、処理端末８のパターン取得部２０２は、導電性パターン２２を取得する。

ステップＳ２０４で、コード認識部２０４は、導電性パターンの位置及び形状に基づき、指示デバイス２０の位置及び角度、固有ＩＤなどを特定する。

ステップＳ２０６で、表示制御部２０６は、特定された固有ＩＤに対応する画像（表示物）を決定する。

ステップＳ２０８で、表示制御部２０６は、決定した画像を、特定された位置及び角度に基づいて、指示デバイス２０の下などの関連する領域に表示するよう制御する。

これにより、指示デバイス２０により読み取られた導電性パターン２２に基づき、表示画面上の表示を制御することができる。また、上述したように、表示制御部２０６は、操作メニューなどを表示し、その操作内容に基づいて表示を制御することもできる。

なお、図１７〜１８で説明した処理のフローに含まれる各処理ステップは、処理内容に矛盾が生じない範囲で、任意に順番を変更して又は並列に実行することができるとともに、各処理ステップ間に他のステップを追加してもよい。また、便宜上１ステップとして記載されているステップは、複数ステップに分けて実行することができる一方、便宜上複数ステップに分けて記載されているものは、１ステップとして把握することができる。

以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記例に限定されるものではない。

例えば、上述した実施例は、相互容量方式のタッチパネルについて説明したが、自己容量方式のタッチパネルにおいても、上述した指示デバイスを適用することが可能である。

なお、本発明において、「部」や「手段」、「装置」、「システム」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」や「手段」、「装置」、「システム」が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」や「手段」、「装置」、「システム」が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置により実現されても、２つ以上の「部」や「手段」、「装置」、「システム」の機能が１つの物理的手段や装置により実現されても良い。

１ タッチセンサシステム
２ 表示装置
４ 制御基板
６ 制御部
８ 処理端末
１０ タッチパネル
２０ 指示デバイス
２２ 導電性パターン
１１４ 生成部
２０２ パターン取得部
２０４ コード認識部
２０６ 表示制御部
２０８ 操作制御部

Claims (5)

1. 静電容量方式のタッチパネルが読み取り可能な１以上の面を有する指示デバイスであって、
   一の面に設けられる平面の仮想接地部と、
   前記一の面に設けられ、前記仮想接地部の端部から外側方向に延伸した複数の電極と、
   を有する指示デバイス。
2. 前記仮想接地部は、矩形状の導電体であり、
   前記電極は、円状の導電体であり、
   各電極は、前記矩形状の導電体の角部から外側に延伸して設けられる、請求項１に記載の指示デバイス。
3. 前記仮想接地部は、前記複数の電極の外接矩形に対して接しないように配置される、請求項１又は２に記載の指示デバイス。
4. 前記仮想接地部から前記電極までの延伸する部分の長さは、前記タッチパネルのドライブラインとセンスラインの交差点間隔に基づいて設定される、請求項１乃至３いずれか一項に記載の指示デバイス。
5. 前記各電極は、所定半径の円周上に配置される、請求項１乃至４いずれか一項に記載の指示デバイス。