JP2018185559A - タッチ検出装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、正確な検出が可能である電磁誘導方式のタッチ検出機能を備えるタッチ検出装置及び方法を提供することである。
[概略構造]
図1は実施形態によるタッチ検出機能付きの表示装置の一例の全体的な概略構成例を示す斜視図である。表示装置はタッチパネルPNLと表示駆動回路とタッチ検出回路等を備える。タッチパネルPNLはガラス、樹脂等の透明な第1基板SUB1と、第1基板SUB1に対向配置されたガラス、樹脂等の透明な第2基板SUB2と、第1基板SUB1及び第2基板SUB2との間に形成された液晶層(図示せず)を備える。第1基板SUB1にはTFT(Thin Film Transistor)の画素がマトリクス状に形成されるので、第1基板SUB1は画素基板又はアレイ基板とも称する。第2基板SUB2は対向基板とも称する。タッチパネルPNLは第2基板SUB2側から観察される。このため、第2基板SUB2は上側基板、第1基板SUB1は下側基板と称することもある。第1基板SUB1は複数の導体パターンを有する。複数の導体パターンは、複数の走査線、複数の信号線、複数の駆動電極、複数の画素電極を含む。駆動電極はITO(Indium tin oxide)又はIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明な導電材料により構成されても良い。第2基板SUB2は遮光膜であるブラックマトリクス、カラーフィルタ等を備える。
[画素アレイ]
図2は画素アレイの一例を示すブロック回路図である。第1基板SUB1の表示領域DAは行方向(X方向)に延びる複数の走査線GLと駆動電極TLと、列方向(Y方向)に延びる複数の信号線SLを備える。表示領域DAに画素アレイが形成される。画素は液晶素子LCとTFT(Thin Film Transistor)からなるスイッチング素子SWを有する。各行の画素のスイッチング素子SWのゲート端子はX方向に延びるゲート線GLに共通に接続される。ゲート線GLの両端子は表示領域DAの左右の額縁領域まで引き出され、額縁領域に配置されたゲート回路24に接続される。ゲート回路24は表示期間に画素を行毎に選択的にオンさせる。ゲート回路24は表示領域DAの左右の額縁領域に配置する必要は無く、図2に示すように、片側の額縁領域だけにゲート回路24を配置してもよい。
図3に示すように、液晶表示装置1は金属カバー内に収納され、導光板とセンサ板と磁性シートを備える。センサ板は種々の位置に配置可能であるが、図3では、例えば液晶表示装置1と金属カバーとの間に実装される。センサ板には複数のコイルが設けられる。センサ板に設けられている複数のコイルのうちの1個のコイルをセンサ板内コイルL2(単にコイルL2とも称する)として模式的に示す。
液晶表示装置1はTFTガラス基板(第1基板SUB1に対応)とカラーフィルタとCFガラス基板(第2基板SUB2に対応)とを備える。TFTガラス基板上にTFT(図示せず)が形成され、TFTガラス基板上とTFT(図示せず)からなる構造体をTFT基板とも称する。CFガラス基板とカラーフィルタからなり構造体をカラーフィルタ基板とも称する。TFT基板とカラーフィルタ基板との間には図示しない液晶層が挟持される。導光板は、液晶表示装置1とセンサ板との間に挟まれるように固定部で固定される。
図4を参照して検出の原理を説明する。図4(a)はコイルL2が磁界を発生している状態を示し、図4(b)はコイルL1が磁界を発生している状態を示す。
タッチ検出原理の説明では、磁界発生と磁界検出を同じコイル(センサ板内コイルL2)で行ったが、実施形態においては、磁界発生に用いるコイルと磁界検出に用いるコイルとが異なってもよい。例えば、磁界発生期間TGTに駆動電極TLにより送信コイルを形成して送信コイルにより磁界を発生してもよいし、磁界検出期間TDTに信号線SLにより受信コイルを形成して受信コイルにより磁界を検出してもよい。この場合も、タッチ検出原理は、図3〜図5で説明した原理と同じである。すなわち、ペン内コイルL1は、磁界発生期間TGTに、駆動電極により形成された送信コイルにより発生された磁界に基づいて誘起電圧を発生し、容量素子C(図4)を充電する。信号線により形成された受信コイルは、磁界検出期間TDTに、ペン内コイルL1により発生された磁界に基づいて誘起電圧を発生し、信号線における電圧の変化をタッチ検出の結果を表すセンス信号(検出信号とも称する)として出力する。
Vo=(R7/R6)(1+((R2+R3)/R1))(Vp−Vn)
各受信コイルRX_COILの両端子の信号が差動増幅器82の両入力端子にそれぞれ入力される。受信コイルRX_COILには図4で示したようにペン内コイルL1からの磁束の変動による誘起電圧以外にも外乱ノイズによる電圧も生じる。誘起電圧は受信コイルRX_COILの両端子で逆相の信号となるが、外乱ノイズによる電圧は両端子で同相の信号となる。そのため、受信コイルRX_COILの両端子の信号を差動増幅器82で増幅すると、外乱ノイズ成分は打ち消されて、誘起電圧成分のみが増幅される。差動増幅器82は、正相信号と逆相信号の振幅の絶対値の和の信号を増幅して出力する。
第1実施形態によれば、受信コイルRX_COILの両端子が差動増幅器82の2つの入力端子に接続される。ペン内コイルL1が発生する磁界の変化に応じて受信コイルRX_COILの両端子には互いに逆相の誘起電圧が生じる。受信コイルRX_COILの両端子の信号が差動増幅器82により増幅されるので、受信コイルRX_COILの両端子に生じる同相の外乱ノイズによる電圧は打ち消され、受信コイルRX_COILの両端子に生じる互いに逆相の誘起電圧のみ増幅される。このため、受信コイルRX_COILの両端子に生じる信号の振幅が微小であっても、誘起電圧成分のみを増幅し、検出感度を高めることができる。さらに、第1実施形態によれば、タッチ駆動信号TXに対するセンサ信号の位相差も検出することができるので、筆圧も検出することができる。
第1実施形態は近接(空中)と接触とを区別しないで両者をタッチとして検出したが、近接時と接触時とではセンサ信号のレベルがかなり違う場合がある。そのため、接触検出時のセンサ信号がA/D変換器90、100のダイナミックレンジを超える場合がある。
第2実施形態によれば、センス信号に基づいてペンが表示装置から離れているか又はかなり近づいているかが判断され、判断結果に応じて検出回路の差動増幅器のゲインが切り替えられる。このため、接触時にセンサ信号がA/D変換器のダイナミックレンジを超えることがなく、ホバーモードとペンモードの2つの検出モードの両方において好適にタッチ検出が行える。差動増幅器のゲインは差動増幅器の抵抗を切り替えることにより簡単に切替えることができる。なお、ゲインを高低の2レベル間で切替えたが、閾値を2つ以上設けて、より多いレベル間で切替えてもよい。
[第3実施形態]
上述の実施形態は電磁誘導方式のタッチ検出に関するが、静電容量方式のタッチ検出も可能な第3実施形態を説明する。
図13は図12の回路構成を利用して電磁誘導方式と静電容量方式を動的に切替える動作の一例を示す。便宜上、電磁誘導方式のタッチ検出をペンモードと称し、静電容量方式のタッチ検出を指モードと称する。
第3実施形態によれば、受信コイルRX_COILの両端を選択的に短絡するスイッチ回路110を設けることにより、受信コイルRX_COILをコイルではなく導体として機能させることができ、静電容量方式のタッチ検出も可能である。スイッチ回路110によりコイルの受信コイルRX_COILの両端を差動増幅器82の2つの入力端子に接続させることもでき、電磁誘導方式のタッチ検出も可能である。さらに、略全部の駆動電極TLを互いに接続し、1つの大きい送信コイルTX_COILを形成し、送信コイルTX_COILを全面駆動した時の受信コイルRX_COILの出力レベルに基づいてペンモードと指モードを自動的に切替えることができる。
図14、図15は上述の実施形態の各回路のレイアウト例を示す。図14では、送信コイルTX_COILと受信コイルRX_COILをタッチパネルPNLに設け、プロセッサ66をホスト装置HOSTに設け、それ以外をタッチパネルコントローラIC2に設ける。図14では差動増幅器82から出力された受信コイルRX_COILの誘起電圧を表すアナログ信号がタッチパネルコントローラIC2内で整流、比較、積分等の処理をされ近接又は接近を表すデジタルデータとしてプロセッサ66に入力される。
Claims (20)
- 送信コイルと受信コイルを具備し、表示機能とタッチ検出機能を備えるタッチパネルと、
前記受信コイルの両端が接続される2つの入力端子を具備する差動増幅器と、
を具備するタッチ検出装置。 - 前記差動増幅器は、第1演算増幅器と、第2演算増幅器と、第3演算増幅器とを具備し、
前記第1演算増幅器の出力端子が前記第3演算増幅器の反転入力端子に接続され、
前記第2演算増幅器の出力端子が前記第3演算増幅器の非反転入力端子に接続され、
前記第1演算増幅器の反転入力端子と前記第2演算増幅器の反転入力端子が互いに接続され、
前記受信コイルの一端が前記第1演算増幅器の非反転入力端子に接続され、
前記受信コイルの他端が前記第2演算増幅器の非反転入力端子に接続される請求項1記載のタッチ検出装置。 - 前記第1演算増幅器の出力端子が第1抵抗を介して前記第1演算増幅器の反転入力端子に接続され、
前記第2演算増幅器の出力端子が第2抵抗を介して前記第2演算増幅器の反転入力端子に接続され、
前記第1抵抗と前記第2抵抗の間に第3抵抗が接続され、
前記第1演算増幅器の出力端子が第4抵抗を介して前記第3演算増幅器の反転入力端子に接続され、
前記第2演算増幅器の出力端子が第5抵抗を介して前記第3演算増幅器の非反転入力端子に接続され、
前記第3演算増幅器の出力端子が第6抵抗を介して前記第3演算増幅器の反転入力端子に接続され、
前記第3演算増幅器の非反転入力端子が第7抵抗を介して接地され、
前記第1抵抗、前記第2抵抗、前記第3抵抗、前記第4抵抗、前記第5抵抗、前記第6抵抗、前記第7抵抗のうちの1つまたは複数の抵抗値を変えることにより、前記差動増幅器のゲインを変更するゲイン調整手段をさらに具備する請求項2記載のタッチ検出装置。 - 前記ゲイン調整手段は前記差動増幅器の出力レベルが閾値以上か否かに基づいて前記差動増幅器のゲインを変更する請求項3記載のタッチ検出装置。
- 前記ゲイン調整手段は、
前記差動増幅器の出力レベルが第1閾値以上の場合の場合低ゲインを選択し、
前記差動増幅器の出力レベルが第1閾値以下の第2閾値以下の場合前記低ゲインより高い高ゲインを選択する請求項4記載のタッチ検出装置。 - 前記送信コイルに供給された駆動信号と前記差動増幅器の出力信号との位相差を検出する比較器をさらに具備する請求項1乃至請求項5のいずれか一項記載のタッチ検出装置。
- 前記差動増幅器の位相遅延を補償する補償回路をさらに具備し、
前記駆動信号は前記補償回路を介して前記比較器に入力される請求項6記載のタッチ検出装置。 - 前記受信コイルの両端に接続されるスイッチ回路をさらに具備し、
前記スイッチ回路は、第1状態では前記受信コイルの両端を前記差動増幅器の2つの入力端子に接続させ、第2状態では前記受信コイルの両端を短絡させ、前記差動増幅器に接続させない請求項1乃至請求項7のいずれか一項記載のタッチ検出装置。 - 前記スイッチ回路は前記差動増幅器の出力レベルが閾値以上か否かに基づいて前記第1状態と前記第2状態のいずれかに設定される請求項8記載のタッチ検出装置。
- 前記タッチパネルは
X方向とY方向の2次元アレイ状に配列された複数の画素と、
X方向に並ぶ画素行毎に接続されるX方向に延びる複数の駆動電極と、
Y方向に並ぶ画素列毎に接続されるY方向に延びる複数の信号線と、を具備し
前記送信コイルは前記複数の駆動電極からなり、
前記受信コイルは前記複数の信号線からなる請求項1乃至請求項9のいずれか一項記載のタッチ検出装置。 - 前記タッチパネルは
前記複数の画素が形成される第1基板と、
前記第1基板の上に配置され、カラーフィルタが形成される第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板の間に配置される液晶層と、を具備し、
前記複数の駆動電極は前記第1基板に形成され、前記複数の信号線は前記第2基板に形成される請求項10記載のタッチ検出装置。 - 前記タッチパネルは
前記複数の画素が形成される第1基板と、
前記第1基板の上に配置され、カラーフィルタが形成される第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板の間に配置される液晶層と、を具備し、
前記複数の信号線は前記第1基板に形成され、前記複数の駆動電極は絶縁層を介して前記複数の信号線の上に形成される請求項10記載のタッチ検出装置。 - 前記差動増幅器と、前記差動増幅器の出力を整流する整流器と、前記整流器の出力を積分する積分器と、前記積分器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器とを含むICチップをさらに具備し、
前記ICチップの出力はホスト装置に送信され、前記ホスト装置で前記A/D変換器の出力に基づいてタッチ位置の座標を計算させる請求項1乃至請求項12のいずれか一項記載のタッチ検出装置。 - 前記差動増幅器と、前記差動増幅器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器とを含むICチップをさらに具備し、
前記ICチップの出力はホスト装置に送信され、前記ホスト装置で前記A/D変換器の出力を整流させ、整流結果を積分させ、積分結果に基づいてタッチ位置の座標を計算させる請求項1乃至請求項12のいずれか一項記載のタッチ検出装置。 - 表示機能とタッチ検出機能を備えるタッチパネルの受信コイルの両端に誘起される信号を差動増幅器を用いて増幅するタッチ検出方法。
- 前記差動増幅器の出力レベルが閾値以上か否かに基づいて前記差動増幅器のゲインを変更することをさらに具備する請求項15記載のタッチ検出方法。
- 前記差動増幅器の出力レベルが第1閾値以上の場合の場合低ゲインを選択し、
前記差動増幅器の出力レベルが第1閾値以下の第2閾値以下の場合前記低ゲインより高い高ゲインを選択する請求項15記載のタッチ検出方法。 - 送信コイルに供給された駆動信号と前記差動増幅器の出力信号との位相差を検出することをさらに具備する請求項15乃至請求項17のいずれか一項記載のタッチ検出方法。
- 第1状態では前記受信コイルの両端を前記差動増幅器の2つの入力端子に接続させ、第2状態では前記受信コイルの両端を短絡させる請求項15乃至請求項18のいずれか一項記載のタッチ検出方法。
- 前記差動増幅器の出力レベルが閾値以上か否かに基づいて前記第1状態と前記第2状態のいずれかを設定する請求項19記載のタッチ検出方法。
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