JP2022083296A - タッチパネルシステム、表示装置及びタッチパネルシステムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】指示体の位置の検出と指示体による押圧の検出との両方の検出を可能にしながら、タッチパネルの温度が変化した場合でも、精度よく指示体の押圧を検出することが可能な静電容量式タッチパネルを備えたタッチパネルシステム、表示装置、及び当該タッチパネルシステムの制御方法を提供する。【解決手段】タッチパネルシステム100は、ドライブ電極11、位置検出電極21及び押圧検出電極22を備えた静電容量式タッチパネル1と、ドライブ電極11に駆動信号を与え、位置検出電極21から位置信号値G1及び押圧検出電極22から押圧信号値G2をそれぞれ取得するコントローラ2と、を備える。コントローラ2は、位置信号値G1に基づいて指示体Fの位置を検出し、押圧信号値G2に基づく押圧値Zの平滑値Zsの変化率Aに基づいて指示体Fによる押圧を取得する。【選択図】図17
Description
本発明は、指やタッチペンなどの指示体の位置及び押圧を検出するタッチパネルシステム、当該タッチパネルシステムを備えた表示装置、及び当該タッチパネルシステムの制御方法に関する。
近年、タッチパネルシステムが普及している。タッチパネルシステムは、駆動信号が入力されるドライブ電極と、検出電極とを備え、検出電極により得られた信号値に基づいて、指等のタッチを検出するように構成されている。このようなタッチパネルは、例えば、特許文献1に開示されている。
上記特許文献1のタッチパネルシステムには、ドライブ電極と検出電極との間に焦電体が設けられている。この焦電体は、指などの放熱物体が接近した場合に当該放熱物体に対向する位置の温度が上昇し、焦電効果により電圧を発生させる機能を有する。また、この焦電体は、指などがタッチパネルに接触した場合に、圧電効果により電圧を発生させる機能を有する。そして、このタッチパネルシステムに設けられた信号処理部は、検出電極により取得した電圧が第1の閾値以上で第2の閾値未満の場合、指などが接近したと判定し、電圧が当該第2の閾値以上の場合、指などがタッチパネルに接触したと判定する。なお、第2の閾値は、第1の閾値よりも高い値である。
上記特許文献1に記載のタッチパネルシステムでは、焦電体の焦電効果により指等の指示体の接近(位置)を検出し、指示体の接近を検出する当該焦電体の圧電効果により指等の指示体の接触(押圧)を検出している。このため、指示体とは異なる発熱物体が焦電体に接近した場合であっても、このタッチパネルシステムでは、焦電体の焦電効果が生じて、発熱物体の接近を誤って検出してしまうと考えられる。また、このタッチパネルシステムでは、指示体の温度と焦電体の温度とが等しい場合には、指示体の接近(位置)を検出することができないという問題点がある。
そこで、タッチパネルシステムに、焦電体を設けずに、ドライブ電極と、位置検出電極と、押圧検出電極とを備えた静電容量式のタッチパネルを設けることが考えられる。この静電容量式のタッチパネルでは、指示体がドライブ電極と位置検出電極と容量結合することで、両電極間の静電容量が低下し、位置検出電極の信号が変化する。この位置検出電極の信号の変化に基づいて、指示体の位置が検出される。また、この静電容量式のタッチパネルでは、ドライブ電極と押圧検出電極とは容量結合しており、指示体によってタッチパネルが押圧されると、ドライブ電極と押圧検出電極との間に配置される感圧材料の厚みが小さくなり、両電極間の距離が短くなる。これにより、両電極間の静電容量が増加し、押圧検出電極において検出される信号が変化することで、指示体による押圧が検出される。
しかしながら、上記の静電容量式のタッチパネルでは、指示体がタッチパネルに接近またはタッチパネルに軽く触れた際に、指示体から感圧材料に熱が伝わり、感圧材料の温度が上昇する。感圧材料の温度が上昇すると、感圧材料の誘電率が変化し、ドライブ電極と押圧検出電極との間の電気容量が変化してしまう。この結果、上記の静電容量式のタッチパネルでは、感圧材料(タッチパネル)の温度が変化した際に、誤って指示体の押圧を検出してしまう場合があると考えられる。
そこで、本開示は、指示体の位置の検出と指示体による押圧の検出との両方の検出を可能にしながら、タッチパネルの温度が変化した場合でも、精度よく指示体の押圧を検出することが可能な静電容量式タッチパネルを備えたタッチパネルシステム、当該タッチパネルシステムを備えた表示装置、及び当該タッチパネルシステムの制御方法を提供する。
上記課題を解決するために、本開示の第1の態様に係るタッチパネルシステムは、ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を備えた静電容量式タッチパネルと、前記ドライブ電極に駆動信号を与え、前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記位置検出電極から得られた位置信号値に基づいて指示体の位置を検出し、前記押圧検出電極から得られた押圧信号値の変化率または前記押圧信号値の平滑値の変化率に基づいて前記指示体による押圧を取得する。
第2の態様に係るタッチパネルシステムの制御方法は、ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を含む静電容量式タッチパネルを備えたタッチパネルシステムの制御方法であって、前記ドライブ電極に駆動信号を与え、前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得し、前記位置検出電極から得られた信号値に基づいて指示体の位置を検出し、前記押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値の変化率または当該押圧値の平滑値の変化率に基づいて前記指示体による押圧を取得する。
上記構成のタッチパネルシステム及びタッチパネルシステムの制御方法では、指示体の位置の検出と指示体による押圧の検出との両方の検出を可能にしながら、タッチパネルの温度が変化した場合でも、精度よく指示体の押圧を検出することができる。
以下、図面を参照し、本開示の実施形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。また、以下において参照する図面では、各種電極を識別し易くするために、各種電極にハッチングを付して表示している。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態によるタッチパネルシステム100の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係るタッチパネルシステム100の構成を示すブロック図である。
図1は、第1実施形態によるタッチパネルシステム100の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係るタッチパネルシステム100の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、タッチパネルシステム100は、タッチパネル1と、コントローラ2とを備える。タッチパネル1は、静電容量式のタッチパネルとして構成されており、指示体の位置を示す位置信号値G1と、指示体による押圧を示す押圧信号値G2とを出力するように構成されている。また、コントローラ2は、タッチパネル1に駆動信号を与え、タッチパネル1からの位置信号値G1及び押圧信号値G2を取得して、位置信号値G1及び押圧信号値G2に基づいて、指示体の位置及び指示体による押圧を検出する。コントローラ2は、指示体の位置及び指示体による押圧の検出結果を出力データとして、タッチパネルシステム100を備えた表示装置101(図2参照)の制御部に送信する。出力データは、例えば、表示装置101が表示する画像の制御などに利用される。
図2は、第1実施形態に係るタッチパネルシステム100を備えた表示装置101の構成を示す断面図である。図2に示すように、表示装置101は、タッチパネル1と、表示面401に画像を表示するディスプレイ40とを備える。ディスプレイ40は、例えば、液晶ディスプレイや、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイなどで構成される。
(タッチパネルの構造)
図3及び図4は、第1実施形態に係るタッチパネル1が備える電極の構成を示す平面図である。図5は、図3及び図4の1000-1000線に沿った断面図である。なお、図示の便宜上、タッチパネル1が備える電極を、図3及び図4に分けて図示しているが、図5に示す通り、図3及び図4に図示した電極は積層されている。
図3及び図4は、第1実施形態に係るタッチパネル1が備える電極の構成を示す平面図である。図5は、図3及び図4の1000-1000線に沿った断面図である。なお、図示の便宜上、タッチパネル1が備える電極を、図3及び図4に分けて図示しているが、図5に示す通り、図3及び図4に図示した電極は積層されている。
図5に示すように、タッチパネル1は、第1基板10、ドライブ電極11、浮島電極12、第2基板20、位置検出電極21、押圧検出電極22、シールド電極23及び誘電体層30(感圧部材)を備える。例えば、第1基板10及び第2基板20は、ガラス・PET(Polyethylene terephthalate)フイルムなどの透明な材料で構成される。また、ドライブ電極11、浮島電極12、位置検出電極21、押圧検出電極22及びシールド電極23は、ITO(Indium Tin Oxide)などの導電性のある透明な材料で構成される。また、誘電体層30は、例えば、高分子材料、OCA(Optical Clear Adhesive)、OCR(Optical Clear Resin)などの弾性を有する透明な材料で構成される。
第1基板10及び第2基板20は、第1基板10の第1表面10aと第2基板20の第2表面20aが対向するように配置されている。ドライブ電極11は、駆動信号が与えられる電極であり、第1表面10aに形成されている。浮島電極12は、フローティングの状態であり、第1表面10aに形成されている。
位置検出電極21は、指示体の位置を検出するための電極であり、第2表面20aに形成されている。押圧検出電極22は、指示体による押圧の大きさを検出するための電極であり、第2表面20aに形成されている。シールド電極23は、接地電位または位置検出電極21もしくは押圧検出電極22に与えられる電位と等しい電位が与えられるか、フローティングの状態であり、第2表面20aに形成されている。
図3に示すように、ドライブ電極11は、複数の菱形状の電極がその対角線方向に連結された形状(ダイヤパターン)になっている。また、浮島電極12は、連結されていない複数の菱形状電極で構成されている。
図4に示すように、位置検出電極21は、ドライブ電極11と同様に、複数の菱形状の電極が連結されたダイヤパターンである。また、押圧検出電極22も、複数の菱形状の電極が連結されたダイヤパターンである。位置検出電極21及び押圧検出電極22は、菱形状の電極のそれぞれの連結方向が平行であり、当該連結方向と垂直な方向に対して交互に配置されている。位置検出電極21及び押圧検出電極22のそれぞれにおける菱形状の電極の連結方向は、ドライブ電極11における菱形状の電極の連結方向に対して垂直である。
また、図4及び図5に示すように、シールド電極23は、位置検出電極21及び押圧検出電極22の間に配置されている。例えば、シールド電極23は、位置検出電極21及び押圧検出電極22を隔てるように、これらの間に配置されている。
第1基板10から第2基板20を見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において、ドライブ電極11は、押圧検出電極22の少なくとも一部を覆っている。なお、図3~図5に例示するタッチパネル1では、平面視において、ドライブ電極11を構成する1つの菱形状の電極が、押圧検出電極22を構成する1つの菱形状の電極を包含している。同様に、平面視において、浮島電極12を構成する1つの菱形状の電極が、位置検出電極21を構成する1つの菱形状の電極を包含している。
(タッチパネルの動作)
次に、図6を参照して、タッチパネル1の動作について説明する。図6では、指示体Fと各種電極の間で生じる容量結合や各種電極間で生じる容量結合に対応する電気力線を、破線L1およびL2と一点鎖線L3で示している。図6に示すように、指示体Fが、第1基板10の第1表面10aとは反対側の面に接触すると、破線L1で示すように、ドライブ電極11と浮島電極12が容量結合する。このとき、破線L2で示すように、浮島電極12と位置検出電極21が容量結合しているため、浮島電極12を介してドライブ電極11と位置検出電極21が容量結合する。これにより、指示体Fを介してドライブ電極11と位置検出電極21の間の静電容量が減少し、位置検出電極21で検出される位置信号値G1が変化する。コントローラ2は、位置信号値G1の変化に基づいて、指示体Fの位置を検出する。
次に、図6を参照して、タッチパネル1の動作について説明する。図6では、指示体Fと各種電極の間で生じる容量結合や各種電極間で生じる容量結合に対応する電気力線を、破線L1およびL2と一点鎖線L3で示している。図6に示すように、指示体Fが、第1基板10の第1表面10aとは反対側の面に接触すると、破線L1で示すように、ドライブ電極11と浮島電極12が容量結合する。このとき、破線L2で示すように、浮島電極12と位置検出電極21が容量結合しているため、浮島電極12を介してドライブ電極11と位置検出電極21が容量結合する。これにより、指示体Fを介してドライブ電極11と位置検出電極21の間の静電容量が減少し、位置検出電極21で検出される位置信号値G1が変化する。コントローラ2は、位置信号値G1の変化に基づいて、指示体Fの位置を検出する。
また、図6の一点鎖線L3で示すように、ドライブ電極11と押圧検出電極22は容量結合している。ここで、指示体Fによって第1基板10が押圧されると、誘電体層30が弾性を有する材料であるため、押圧された部分において、ドライブ電極11と押圧検出電極22との距離が短くなる。これにより、両電極11,22間の静電容量が増加し、押圧検出電極22において検出される押圧信号値G2が変化する。コントローラ2は、押圧信号値G2の変化に基づいて、指示体Fの押圧を検出する。
また、指示体Fにより第1基板10が押圧されると、ドライブ電極11と位置検出電極21との距離も短くなる。しかし、ドライブ電極11は、位置検出電極21よりもシールド電極23の方に近いため、図6の一点鎖線L4で示すように、シールド電極23の方に容量結合し易い。そのため、ドライブ電極11と位置検出電極21の間の静電容量が増大し難くなり、指示体Fによる両電極11,21間の静電容量の減少分が相殺され難くなる。
また、指示体Fから押圧検出電極22に至るまでの経路上において、指示体Fは、押圧検出電極22よりもシールド電極23の方に近いため、シールド電極23に容量結合し易い。そのため、指示体Fがドライブ電極11と押圧検出電極22のそれぞれと容量結合することが抑制され、両電極間の静電容量が変動することが抑制される。
(コントローラの構成)
次に、図7~図16Bを参照して、コントローラ2の構成について説明する。図7は、コントローラ2の機能ブロック図である。コントローラ2は、プログラムを実行することにより、タッチパネルシステム100の制御処理を行うプロセッサ(制御回路)を含む。図7に示すように、コントローラ2は、駆動制御部51、信号取得部52、位置検出部53、押圧値取得部54、平滑化処理部55、変化率取得部56、押圧検出部57、及び差分時間間隔設定部58として機能する。
次に、図7~図16Bを参照して、コントローラ2の構成について説明する。図7は、コントローラ2の機能ブロック図である。コントローラ2は、プログラムを実行することにより、タッチパネルシステム100の制御処理を行うプロセッサ(制御回路)を含む。図7に示すように、コントローラ2は、駆動制御部51、信号取得部52、位置検出部53、押圧値取得部54、平滑化処理部55、変化率取得部56、押圧検出部57、及び差分時間間隔設定部58として機能する。
〈駆動制御部の構成〉
駆動制御部51は、単位時間(1フレーム期間)ごとに、タッチパネル1に駆動信号を送信する。例えば、駆動制御部51は、タッチパネル1のドライブ電極11に順次、駆動信号を送信する。「1フレーム期間」とは、タッチパネル1のドライブ電極11の全てに駆動信号を送信する期間(一巡する期間)を意味する。
駆動制御部51は、単位時間(1フレーム期間)ごとに、タッチパネル1に駆動信号を送信する。例えば、駆動制御部51は、タッチパネル1のドライブ電極11に順次、駆動信号を送信する。「1フレーム期間」とは、タッチパネル1のドライブ電極11の全てに駆動信号を送信する期間(一巡する期間)を意味する。
〈信号取得部の構成〉
信号取得部52は、取得した位置信号値G1及び押圧信号値G2によりデータマップMを生成する。ここで、図8を参照して、データマップMについて説明する。図8に例示するデータマップMは、ドライブ電極11が15本、位置検出電極21及び押圧検出電極22がそれぞれ32本である場合に得られるデータである。データマップMは、(X,Y)の二次元座標で表された要素を有するデータである。X方向はドライブ電極11が並ぶ方向であり、Y方向は位置検出電極21及び押圧検出電極22が並ぶ方向である。なお、以下では、Yの値が増大する方向を下、減少する方向を上と表現する。
信号取得部52は、取得した位置信号値G1及び押圧信号値G2によりデータマップMを生成する。ここで、図8を参照して、データマップMについて説明する。図8に例示するデータマップMは、ドライブ電極11が15本、位置検出電極21及び押圧検出電極22がそれぞれ32本である場合に得られるデータである。データマップMは、(X,Y)の二次元座標で表された要素を有するデータである。X方向はドライブ電極11が並ぶ方向であり、Y方向は位置検出電極21及び押圧検出電極22が並ぶ方向である。なお、以下では、Yの値が増大する方向を下、減少する方向を上と表現する。
データマップMは、位置信号値G1及び押圧信号値G2を1つのニ次元座標系の異なる領域に配置して組み合わせたデータである。図8に例示するデータマップMは、Y方向の中央部分に2行分のダミーDDを挟んで、位置検出電極21から得られた位置信号値G1が並べられた位置検出マップTMが上側、押圧検出電極22から得られた押圧信号値G2が並べられた押圧検出マップFMが下側となるように、それぞれ異なる領域に配置されている。図4に示したように、位置検出電極21及び押圧検出電極22は交互に並んでいるが、位置信号値G1及び押圧信号値G2は分離されて配置されている。図8に例示するデータマップMにおいて、タッチパネル1上のある角を原点としてX本目のドライブ電極11とY本目の位置検出電極21で形成される静電容量に対応した位置信号値G1は、(X,Y)の要素になる。一方、X本目のドライブ電極11と、Y本目の押圧検出電極22で形成される静電容量に対応した押圧信号値G2は、(X,Y+34)の要素になる。
以下、データマップMが、タッチパネル1の表面が指示体Fによって押圧された場合、位置検出マップTM内における指示体Fの接触部分の中心付近に相当する要素の位置信号値G1が正の値に大きくなるとともに、押圧検出マップFM内においても指示体Fの接触部分の中心付近に相当する要素の押圧信号値G2が正の値に大きくなる場合を例に挙げて説明する。
〈位置検出部の構成〉
図8に示すように、位置検出部53は、データマップMの位置検出マップTM内から、指示体Fの位置TPを検出する。ここで、第1実施形態では、位置検出部53は、位置検出マップTM内の要素のうち、位置信号値G1が複数のフレーム期間(例えば、3フレーム期間)連続して位置検出閾値G1t以上となった場合に、4フレーム目の位置検出閾値G1t以上でかつ位置検出マップTM内で最大となる要素を、指示体Fの位置TPとして検出する。この構成によれば、複数回連続して位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった場合に検出されるので、ノイズにより位置信号値G1が1回だけ位置検出閾値G1t以上となった場合に指示体Fの位置を誤検出するのを防止することができる。なお、位置検出部53は、位置検出マップTM内に、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上の要素がない場合、タッチパネル1に接触している指示体Fは存在しないものと判定する。
図8に示すように、位置検出部53は、データマップMの位置検出マップTM内から、指示体Fの位置TPを検出する。ここで、第1実施形態では、位置検出部53は、位置検出マップTM内の要素のうち、位置信号値G1が複数のフレーム期間(例えば、3フレーム期間)連続して位置検出閾値G1t以上となった場合に、4フレーム目の位置検出閾値G1t以上でかつ位置検出マップTM内で最大となる要素を、指示体Fの位置TPとして検出する。この構成によれば、複数回連続して位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった場合に検出されるので、ノイズにより位置信号値G1が1回だけ位置検出閾値G1t以上となった場合に指示体Fの位置を誤検出するのを防止することができる。なお、位置検出部53は、位置検出マップTM内に、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上の要素がない場合、タッチパネル1に接触している指示体Fは存在しないものと判定する。
また、位置検出部53は、指示体Fの詳細位置を算出する。位置検出部53による詳細位置の算出方法について、図9及び図10を参照して説明する。図9及び図10は、コントローラ2による指示体Fの詳細位置の算出方法を示す模式図である。なお、図9及び図10では、指示体Fの位置TPを(0,0)としている。
図8及び図9に示すように、位置検出部53は、指示体Fの位置TPを含むようにA×Bの大きさの位置検出範囲TRを設定する。図8及び図9では、指示体Fの位置TPを中心として、5×5の領域を位置検出範囲TRとして設定する場合を例示している。なお、指示体Fの位置TPを中心として5×5の位置検出範囲TRを設定すると一部が位置検出マップTMからはみ出す場合、位置検出範囲TRが、はみ出す部分が削除されて5×5よりも小さくなるように設定されてもよいし、5×5の大きさであるが指示体Fの位置TPが中心からずれることで位置検出マップTM内に収まるように設定されてもよい。
位置検出部53は、位置検出範囲TR内における信号値D(X,Y)を、Y方向に累積加算することで、信号値C(X,Y)を算出する。具体的に、位置検出部53は、信号値C(X,Y)を、C(X,Y)=C(X,Y-1)+D(X,Y)で算出する。ただし、位置検出部53は、信号値C(X,Y)の算出にあたり、C(X,Y-1)を算出することができない位置検出範囲TRの上端の要素については、C(X,Y)=D(X,Y)とする。
位置検出部53は、算出した信号値C(X,Y)について、信号値の大きさと座標(X,Y)に基づいて重心位置を算出し、この重心位置を指示体Fの詳細位置とする。このように指示体Fの詳細位置を算出すると、座標(X,Y)の間に存在する指示体Fの位置を検出することができるため、指示体Fの位置を検出する分解能を向上させることができる。
〈押圧値取得部の構成〉
押圧値取得部54は、押圧信号値G2に基づいて、暫定値を取得するとともに、暫定値を増幅させた値(押圧値Z)を取得する。詳細には、図8に示すように、押圧値取得部54は、データマップMの押圧検出マップFM内に、押圧検出範囲FRを設定する。そして、押圧値取得部54は、指示体Fの位置TPを含むようにC×Dの大きさの押圧検出範囲FRを設定する。図8では、指示体Fの位置TPに対応した押圧検出マップFM内の位置FPを中心として、5×5の領域を押圧検出範囲FRとして設定する場合を例示している。図8に示す例の場合、位置FPのX座標は位置TPと同じであり、位置FPのY座標は位置TPのY座標に34を加算した値になる。なお、位置FPを中心として5×5の押圧検出範囲FRを設定すると一部が押圧検出マップFMからはみ出す場合、押圧検出範囲FRが、はみ出す部分が削除されて5×5よりも小さくなるように設定されてもよいし、5×5の大きさであるが位置FPを中心とせず押圧検出マップFM内に収まるように設定されてもよい。
押圧値取得部54は、押圧信号値G2に基づいて、暫定値を取得するとともに、暫定値を増幅させた値(押圧値Z)を取得する。詳細には、図8に示すように、押圧値取得部54は、データマップMの押圧検出マップFM内に、押圧検出範囲FRを設定する。そして、押圧値取得部54は、指示体Fの位置TPを含むようにC×Dの大きさの押圧検出範囲FRを設定する。図8では、指示体Fの位置TPに対応した押圧検出マップFM内の位置FPを中心として、5×5の領域を押圧検出範囲FRとして設定する場合を例示している。図8に示す例の場合、位置FPのX座標は位置TPと同じであり、位置FPのY座標は位置TPのY座標に34を加算した値になる。なお、位置FPを中心として5×5の押圧検出範囲FRを設定すると一部が押圧検出マップFMからはみ出す場合、押圧検出範囲FRが、はみ出す部分が削除されて5×5よりも小さくなるように設定されてもよいし、5×5の大きさであるが位置FPを中心とせず押圧検出マップFM内に収まるように設定されてもよい。
そして、押圧値取得部54は、押圧検出範囲FR内の押圧信号値G2に基づいて、指示体Fによる押圧の大きさの暫定値を算出する。例えば、押圧値取得部54は、押圧検出範囲FR内の押圧信号値G2の絶対値を合算して、暫定値を算出する。なお、押圧検出範囲FRの設定方法を含む暫定値の算出方法は、例えば、一定の接触面積である指示体Fを、押しつける力を変えながらタッチパネル1に押しつけたときに、暫定値が押しつけた力に比例する値になるようにすると好ましい。
そして、押圧値取得部54は、暫定値を増幅した値である押圧値Zを算出する。押圧値取得部54は、暫定値に増幅率を乗じた後、オフセット値を加算または減算して、押圧値Zを算出してもよい。
〈平滑化処理部の構成〉
平滑化処理部55は、押圧値取得部54により算出された押圧値Zを平滑化して平滑値Zsを取得する。図11は、複数のフレーム期間(例えば、21フレーム分)において取得された押圧値Zの例を示している。ここで、平滑化処理部55は、4フレーム目から指示体の位置の検出を行う位置検出部53と異なり、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)から平滑化する処理を行う。
平滑化処理部55は、押圧値取得部54により算出された押圧値Zを平滑化して平滑値Zsを取得する。図11は、複数のフレーム期間(例えば、21フレーム分)において取得された押圧値Zの例を示している。ここで、平滑化処理部55は、4フレーム目から指示体の位置の検出を行う位置検出部53と異なり、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)から平滑化する処理を行う。
図12は、図11の押圧値Zを平滑化した平滑値Zsの例である。位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点を1フレーム目(第1の時点)とし、1フレーム目からNフレーム後(Nは自然数)に得られた押圧信号値G2の押圧値ZをZ1とし、第Nの時点から1フレーム前に得られた押圧信号値G2の押圧値ZをZ2とした場合に、平滑化処理部55は、下記式(1)に示す平滑値Zsを取得する。この式(1)によれば、第1の時点(1フレーム目)に近い時点(Nが小さい)程、より強力に平滑化されるので、第1の時点直後でも、ノイズの影響を低減することができる。
Zs = {(N-1)/N}×Z2 + (1/N)×Z1 ・・・ (1)
Zs = {(N-1)/N}×Z2 + (1/N)×Z1 ・・・ (1)
図13は、平滑化処理部55の効果を説明するための比較例との比較結果を示す図である。第1比較例は、平滑化される前の押圧値Zの変動を示す図である。第2比較例は、1~3フレーム目については、最新のフレームにおける押圧値Zと1フレーム前の押圧値Zとの平均値であり、4フレーム目~(N-1)フレーム目については、最新のフレームから直近の4フレームの押圧値Zの平均値であり、Nフレーム目以降については第1実施形態と同様の平滑化処理を行ったものとする。この結果、第2比較例の値は、平滑化前の第1比較例の押圧値Zよりも変動が低減されるものの、第1実施形態による平滑値Zsの方が第2比較例に比べて、より顕著に平滑値Zsの変動が抑制されることが判明した。第1実施形態の構成によれば、第1の時点直後でも、ノイズの影響を低減することができ、ノイズによって指示体Fの押圧を誤検知してしまうのを防止することができることが判明した。
図14に示すように、平滑値Zs(押圧値Z)には、熱ノイズによる値(図14の点線部分)が重畳している。すなわち、誘電体層30に、指示体の熱が伝わることにより、誘電体層30の誘電率が変化し、当該誘電率の変化による平滑値Zs(押圧値Z)の変化が生じる。
〈変化率取得部及び差分時間間隔設定部の構成〉
図15は、変化率Aの取得(算出)の一例を説明するための図である。第1実施形態では、変化率取得部56は、平滑値Zsの変化率Aを取得する。変化率取得部56は、平滑化処理部55と同様に、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)から変化率Aを取得する処理を行う。ここで、タップの押圧検出のような数フレームで押圧値Zが大きくなる(または小さくなる)素早い操作が行われた場合、4フレーム目以降に変化率Aを取得しても、4フレーム目の時点で押圧値Zが既に大きくなっている(小さくなっている)ため、押圧の検出精度が低下する。これに対して、上記の構成によれば、1フレーム目から変化率Aを取得する処理を行うので、指示体Fによる押圧をより精度よく行うことができる。
図15は、変化率Aの取得(算出)の一例を説明するための図である。第1実施形態では、変化率取得部56は、平滑値Zsの変化率Aを取得する。変化率取得部56は、平滑化処理部55と同様に、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)から変化率Aを取得する処理を行う。ここで、タップの押圧検出のような数フレームで押圧値Zが大きくなる(または小さくなる)素早い操作が行われた場合、4フレーム目以降に変化率Aを取得しても、4フレーム目の時点で押圧値Zが既に大きくなっている(小さくなっている)ため、押圧の検出精度が低下する。これに対して、上記の構成によれば、1フレーム目から変化率Aを取得する処理を行うので、指示体Fによる押圧をより精度よく行うことができる。
具体的には、図15に示すように、変化率取得部56は、最新の押圧値Zに基づく平滑値Zsから過去の押圧値Zに基づく平滑値Zsを差分することにより、変化率Aを取得する。ここで、「過去の押圧値Zに基づく平滑値Zs」とは、最新の押圧信号値G2を取得した時点(フレーム)から自然数dフレーム前に押圧検出電極22から得られた押圧信号値G2に基づいて算出された押圧値Zの平滑値Zsである。最新の押圧値Zに基づく平滑値Zsを、平滑値Zs(N)として、過去の押圧値Zに基づく平滑値Zsを、平滑値Zs(N-d)とする。変化率取得部56は、変化率Aを、1フレームごとに、下記式(2)に基づいて算出する。ここで、Nフレーム目の変化率AをA(N)とする。
A(N) = Zs(N) - Zs(N-d) ・・・ (2)
A(N) = Zs(N) - Zs(N-d) ・・・ (2)
差分時間間隔設定部58(図7参照)は、操作者からの入力操作に基づいて、変化率Aの算出に用いる過去の押圧値Zを決定するための上記自然数dの値を設定する。操作者からの入力操作は、タッチパネル1上における操作者による入力操作であってもよいし、タッチパネル1とは別個に設けられた操作部(図示せず)に対する操作者による入力操作であってもよい。自然数dの値を大きく設定する程、シグナルが大きくなるが、記憶しておくべき平滑値Zsの数が増えるので、コントローラ2のメモリ(図示せず)の負担が大きくなる。この構成によれば、自然数dの値を任意に設定することができるので、変化率Aの絶対値(シグナル)をより大きくする場合には自然数dを大きく設定し、メモリの負担を軽減させる場合には自然数dを小さく設定すればよい。
図16Aは、図14の平滑値Zsの変化率Aを示す図である。図16Aでは、図14と異なり熱ノイズによる影響が低減されている。すなわち、熱ノイズによる平滑値Zsの変化は、指示体の押圧による平滑値Zsの変化よりも小さいので、変化率Aに熱ノイズによる値が重畳しにくい。この結果、熱ノイズによる誤検出を防止することができる。
〈押圧検出部の構成〉
図16Bに示すように、押圧検出部57は、変化率Aと押圧検出閾値At1とを比較することにより、指示体により押圧されたと判定する(指示体の押圧を検出する)。具体的には、タッチパネル1を指示体が押圧すると、変化率Aが上昇する。押圧検出部57は、変化率Aが押圧検出閾値At1以上となった場合に、位置FPにおいて指示体により押圧されたと判定する。
図16Bに示すように、押圧検出部57は、変化率Aと押圧検出閾値At1とを比較することにより、指示体により押圧されたと判定する(指示体の押圧を検出する)。具体的には、タッチパネル1を指示体が押圧すると、変化率Aが上昇する。押圧検出部57は、変化率Aが押圧検出閾値At1以上となった場合に、位置FPにおいて指示体により押圧されたと判定する。
そして、押圧検出部57は、変化率Aが押圧検出閾値At1以上となった後、変化率Aと押圧解除検出閾値At2とを比較することにより、指示体による押圧が解除されたと判定する(指示体の押圧の解除を検出する)。具体的には、タッチパネル1を押圧する指示体Fの押圧力が弱められると、変化率Aが低下する。そして、押圧検出部57は、変化率Aが押圧解除検出閾値At2以下となった場合に、位置FPにおける指示体による押圧が解除されたと判定する。押圧解除検出閾値At2は、押圧検出閾値At1よりも小さな値である。
以上の構成によれば、焦電体を用いずに、静電容量式タッチパネル1により、指示体Fの位置の検出と指示体Fによる押圧の検出との両方の検出を行うことができる。ここで、指示体からタッチパネル1への熱の影響(熱ノイズ)による押圧値Z(平滑値Zs)の変化率Aは、指示体の押圧による押圧値の変化率に比べて小さい。そこで、上記の構成によれば、押圧値Zの平滑値Zsの変化率Aに基づいて指示体Fの押圧を検出するので、タッチパネル1の温度が変化した場合でも、熱ノイズの影響が低減され、精度よく指示体Fの押圧を検出することができる。
(タッチパネルシステムの制御方法)
次に、図17及び図18を参照して、タッチパネルシステム100の制御方法について説明する。図17及び図18は、タッチパネルシステム100の制御処理のフローを示す図である。下記のタッチパネルシステム100の制御処理は、コントローラ2により実行される。
次に、図17及び図18を参照して、タッチパネルシステム100の制御方法について説明する。図17及び図18は、タッチパネルシステム100の制御処理のフローを示す図である。下記のタッチパネルシステム100の制御処理は、コントローラ2により実行される。
図17に示すように、ステップS1において、データマップMの取得が行われる。すなわち、タッチパネル1から位置信号値G1及び押圧信号値G2を取得する。
ステップS2において、位置検出マップTM内から指示体の位置TPを検出する。その後、ステップS3において、指示体の詳細位置が算出され、指示体の詳細位置の情報を含む出力データが表示装置101に送信される。
ステップS4において、指示体の位置TPに基づいて押圧検出範囲FRが設定される。その後、ステップS5において、押圧値Zが算出される。その後、ステップS6において、押圧値Zに基づいて平滑値Zsが取得される。
ステップS7において、最新フレームNが自然数dを超えたか否かが判断される。最新フレームNが自然数dを超えている場合、ステップS8に進み、最新フレームNが自然数dを超えていない場合、ステップS9に進む。
ステップS8において、平滑値Zsの変化率Aが平滑値Zs(N)と平滑値Zs(N-d)との差分により算出される。一方、ステップS9においては、平滑値Zsの変化率Aが0に設定される。その後、ステップS10に進む。
ステップS10において、変化率Aが押圧検出閾値At1以上か否かが判断される。変化率Aが押圧検出閾値At1以上の場合、ステップS11に進む。変化率Aが押圧検出閾値At1未満の場合、ステップS1に戻り、次のフレーム期間におけるデータマップMを取得する。
ステップS11において、位置FPにおいて指示体により押圧されたと判定され、位置FPにおいて指示体により押圧されたことを示す情報を含む出力データが表示装置101に送信される。その後、ステップS21(図18参照)に進む。
図18に示すように、ステップS21において、データマップMの取得が行われる。その後、ステップS22において、位置検出マップTM内から指示体の位置TPを検出する。その後、ステップS23において、指示体の詳細位置が算出され、指示体の詳細位置の情報を含む出力データが表示装置101に送信される。
そして、ステップS24において、指示体の位置TPに基づいて押圧検出範囲FRが設定される。その後、ステップS25において、押圧値Zが算出される。そして、ステップS26において、押圧値Zに基づいて平滑値Zsが取得される。その後、ステップS27において、平滑値Zsの変化率Aが算出される。
ステップS28において、変化率Aが押圧解除検出閾値At2以下か否かが判断される。変化率Aが押圧解除検出閾値At2以下の場合、ステップS29に進む。変化率Aが押圧解除検出閾値At2よりも大きい場合、このステップS21に戻り、次のフレーム期間におけるデータマップMを取得する。
ステップS29において、指示体による押圧が解除されたと判定され、指示体による押圧が解除されたことを示す情報を含む出力データが表示装置101に送信される。その後、ステップS1(図17参照)に戻る。
以上のように、焦電体を用いずに、静電容量式タッチパネル1により、指示体Fの位置の検出と指示体Fによる押圧の検出との両方の検出を行うことができる。そして、押圧値Zの平滑値Zsの変化率Aに基づいて指示体Fの押圧を検出するので、タッチパネル1の温度が変化した場合でも、熱ノイズの影響が低減され、精度よく指示体Fの押圧を検出することができる。
[第2実施形態]
次に、図19~図21を参照して、第2実施形態のタッチパネルシステム200の構成について説明する。第2実施形態のタッチパネルシステム200には、第1実施形態のタッチパネルシステム100の構成に加えて、環境温度Tに基づいて変化率Aを補正する機能が設けられている。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ符号を用いる場合、第1実施形態と同様の構成を示しており、特に説明がない限り先行する説明を参照する。
次に、図19~図21を参照して、第2実施形態のタッチパネルシステム200の構成について説明する。第2実施形態のタッチパネルシステム200には、第1実施形態のタッチパネルシステム100の構成に加えて、環境温度Tに基づいて変化率Aを補正する機能が設けられている。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ符号を用いる場合、第1実施形態と同様の構成を示しており、特に説明がない限り先行する説明を参照する。
(第2実施形態によるタッチパネルシステム200の構成)
図19は、タッチパネルシステム200のコントローラ202の機能ブロック図である。コントローラ202には、第1実施形態によるコントローラ2の機能に加えて、温度取得部251と、補正値決定部252と、補正処理部253とが設けられている。
図19は、タッチパネルシステム200のコントローラ202の機能ブロック図である。コントローラ202には、第1実施形態によるコントローラ2の機能に加えて、温度取得部251と、補正値決定部252と、補正処理部253とが設けられている。
図20は、誘電体層30の比誘電率εの温度依存性を説明するための図である。温度取得部251は、誘電体層30(図5参照)の容量値Cを取得するとともに、誘電体層30の容量値Cに基づいて、補正用の環境温度Tを取得する。この構成によれば、新たに温度検出器(温度センサ)を設けることなく、補正用の環境温度Tを取得することができる。図20に示すように、誘電体層30の比誘電率εは、温度依存性があるため、温度の変化に応じて、比誘電率εが変化し容量値Cは変化する。ここで、図20に示すように、比誘電率εは、高温域と低温域とで同じ値となる温度があるが、誘電体層30に印加される電圧の周波数によって、特性は異なる。そこで、第2実施形態の温度取得部251は、誘電体層30に印加する電圧の周波数を変更して容量値Cを測定することにより、環境温度Tを取得する。例えば、環境温度Tが60℃の場合は、周波数が100kHz及び10kHzによる比誘電率εは、共に、ε1であるが、環境温度Tが10℃の場合は、周波数が100kHzによる比誘電率εはε1、周波数が10kHzによる比誘電率εはε1よりも大きいε2となる。温度取得部251は、周波数が100kHz及び10kHzによる比誘電率εが、共に、ε1となる結果(容量値C)を取得した場合、環境温度Tを60℃として取得し、周波数が100kHz及び10kHzによる比誘電率εが、それぞれ、ε1及びε2となる結果(容量値C)を取得した場合、環境温度Tを10℃として取得する。ここで、「環境温度T」は、指示体によりタッチパネル1がタッチされる前のタッチパネル1(誘電体層30)の温度を意味する。
補正値決定部252は、補正用の環境温度Tに基づいて、補正値a及び補正期間Eを決定する。「補正値a」は、例えば、1未満の値であり、補正用の環境温度Tが高温域(例えば、60℃以上)または低温域(例えば、0℃以下)になると、補正値aはより小さな値に、補正期間Eはより長い期間に設定される。「補正期間E」とは、Eを自然数として、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)からEフレーム目までの期間を意味する。なお、補正期間Eを、補正値決定部252により決定される例を示しているが、固定の期間であってもよい。ここで、タッチパネル1が低温または高温の場合には、指示体Fとタッチパネル1との温度差が大きいため、1フレーム目から一定の期間は、変化率Aに熱ノイズが加わりやすくなる。これに対して、上記の構成によれば、補正期間Eは、変化率Aを補正することができるので、タッチパネル1が低温または高温の場合でも、熱ノイズの影響を低減することができる。また、温度取得部251により、補正用の環境温度Tに基づいて、タッチパネル1が低温または高温であるかを検出して、適切な補正値aを決定することができる。この結果、タッチパネル1が低温または高温の場合に、熱ノイズの影響を効果的に低減することができる。
図21に示すように、補正処理部253は、補正期間Eにおいては、変化率Aに補正値aを乗じる処理を行う。なお、補正処理部253は、補正期間E+1以降においては、変化率Aに補正値aを乗じる処理は行わない。押圧検出部57は、補正期間Eにおいては、変化率Aに補正値aに乗じた値に基づいて、指示体による押圧の判定を行う。すなわち、押圧検出部57は、補正期間Eにおいては、変化率Aに補正値aを乗じた値と、押圧検出閾値At1とを比較する。その他の構成は、第1実施形態の構成と同様である。
(第2実施形態による制御方法)
次に、図22~図24を参照して、タッチパネルシステム200の制御方法について説明する。図22は、タッチパネルシステム200の補正値a及び補正期間Eの決定に関する制御処理のフローを示す図である。図23及び図24は、タッチパネルシステム200の補正値a及び補正期間Eの決定に関する制御処理のフローを示す図である。下記のタッチパネルシステム200の制御処理は、コントローラ202により実行される。なお、第1実施形態と同じステップ番号を用いる場合、第1実施形態と同様の処理を示しており、特に説明がない限り先行する説明を参照する。
次に、図22~図24を参照して、タッチパネルシステム200の制御方法について説明する。図22は、タッチパネルシステム200の補正値a及び補正期間Eの決定に関する制御処理のフローを示す図である。図23及び図24は、タッチパネルシステム200の補正値a及び補正期間Eの決定に関する制御処理のフローを示す図である。下記のタッチパネルシステム200の制御処理は、コントローラ202により実行される。なお、第1実施形態と同じステップ番号を用いる場合、第1実施形態と同様の処理を示しており、特に説明がない限り先行する説明を参照する。
〈補正値の決定に関する処理〉
図22に示すように、ステップS101において、環境温度Tが取得される。具体的には、誘電体層30の容量値Cが取得されるとともに、誘電体層30の容量値Cに基づいて、補正用の環境温度Tが取得される。例えば、周波数を変更しながら、複数回容量値Cが取得されることにより、補正用の環境温度Tが取得される。その後、ステップS102において、補正用の環境温度Tに基づいて、補正値a及び補正期間Eが決定される。
図22に示すように、ステップS101において、環境温度Tが取得される。具体的には、誘電体層30の容量値Cが取得されるとともに、誘電体層30の容量値Cに基づいて、補正用の環境温度Tが取得される。例えば、周波数を変更しながら、複数回容量値Cが取得されることにより、補正用の環境温度Tが取得される。その後、ステップS102において、補正用の環境温度Tに基づいて、補正値a及び補正期間Eが決定される。
〈指示体の位置及び押圧の検出に関する処理〉
図23に示すように、ステップS8の後に実行されるステップS111において、最新フレームNがEを超えたか否かが判断される。すなわち、現在のフレーム期間が、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった後、Eフレーム目を超えた期間か否かが判断される。最新フレームNがEを超えていない場合、ステップS112に進み、最新フレームNがEを超えた場合、ステップS113に進む。
図23に示すように、ステップS8の後に実行されるステップS111において、最新フレームNがEを超えたか否かが判断される。すなわち、現在のフレーム期間が、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった後、Eフレーム目を超えた期間か否かが判断される。最新フレームNがEを超えていない場合、ステップS112に進み、最新フレームNがEを超えた場合、ステップS113に進む。
ステップS112において、変化率Aに補正値aが乗じた値が取得される。その後、ステップS113に進む。
ステップS113において、変化率Aが押圧検出閾値At1以上か否かが判断される。第2実施形態では、補正期間E内においては、変化率Aに補正値aが乗じた値が押圧検出閾値At1以上か否かが判断される。
また、図24に示すように、ステップS27の後に実行されるステップS121において、最新フレームNがEを超えたか否かが判断される。現在が補正期間E内である場合、ステップS122に進み、現在が補正期間E内でない場合、ステップS123に進む。
ステップS122において、変化率Aに補正値aが乗じた値が取得される。その後、ステップS123に進む。
ステップS123において、変化率Aが押圧検出閾値At1以上か否かが判断される。第2実施形態では、補正期間E内においては、変化率Aに補正値aが乗じた値が押圧検出閾値At1以上か否かが判断される。その他の制御処理は、第1実施形態の制御処理と同様である。
上記の構成によれば、タッチパネル1が低温または高温の場合でも、熱ノイズの影響を低減することができる。また、補正用の環境温度Tに基づいて、タッチパネル1が低温または高温であるかを検出して、適切な補正値aを決定することができる。この結果、タッチパネル1が低温または高温の場合に、熱ノイズの影響を効果的に低減することができる。
[変形等]
以上、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。
以上、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。
例えば、上記第1及び第2実施形態では、押圧値Zを平滑化した平滑値Zsの変化率Aを算出する例を示したが、これに限られない。すなわち、押圧値Zを平滑化せずに、押圧値Zの変化率を算出して、当該押圧値Zの変化率に基づいて、指示体による押圧の検出を行ってもよい。
また、上記第2実施形態では、誘電体層30の容量値Cに基づいて、環境温度Tを取得する例を示したが、これに限られない。例えば、図25に示す第1変形例のタッチパネルシステム300のように、タッチパネル1の温度(環境温度T)を測定する温度センサ303が設けられていてもよい。この場合、コントローラ302は、温度センサ303から環境温度Tを取得して、当該環境温度Tに基づいて、補正値a及び補正期間Eを決定する。また、図26に示す第2変形例のタッチパネルシステム500のように、表示装置に設けられた温度センサ403により検出された環境温度Tを、表示装置の制御部402(OS)を介して、コントローラ502が取得してもよい。この場合、コントローラ502は、制御部402から取得した環境温度Tに基づいて、補正値a及び補正期間Eを決定する。
また、上記第1及び第2実施形態では、位置信号値G1が、複数回連続して位置検出閾値G1t以上となった場合に、指示体の位置を検出する例を示したが、これに限られない。すなわち、位置信号値G1が初めて位置検出閾値G1t以上となった場合に、指示体の位置を検出してもよい。
また、上記第1及び第2実施形態では、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)から、変化率Aを取得する例を示したが、これに限られない。すなわち、位置信号値G1が位置検出閾値G1t以上となった時点(1フレーム目)よりも後の時点から、変化率Aを取得してもよい。
また、上記第1及び第2実施形態では、上記式(1)を用いて平滑値Zsを算出する例を示したが、これに限られない。例えば、最新フレームから直近の数フレーム期間の押圧値Zを平均化した値を平滑値として算出してもよい。
また、上記第1及び第2実施形態では、変化率Aと押圧検出閾値At1および押圧解除検出閾値At2とを比較する例を示したが、これに限られない。例えば、変化率Aと押圧検出閾値At1および押圧解除検出閾値At2とを比較せずに、コントローラ2または202から、指示体の押圧の大きさを示す情報(出力データ)として変化率Aを出力してもよい。
また、上記第1及び第2実施形態では、指示体Fの位置TPに基づいて押圧検出範囲FRが設定される例を示したが、これに限られない。例えば、指示体の詳細位置に基づいて押圧検出範囲FRが設定されてもよい。
また、上記第1及び第2実施形態では、浮島電極12やシールド電極23が設けられていなくてもよい。また、ドライブ電極11、浮島電極12、位置検出電極21及び押圧検出電極22のそれぞれが、ダイヤパターン以外のパターンで形成されていてもよい。また、位置検出電極21、押圧検出電極22及びシールド電極23の一部または全部が、メッシュメタル(メッシュ状の金属細線)で形成されていてもよい。
また、上述したタッチパネルシステム及び表示装置は、以下のように説明することができる。
第1の構成に係るタッチパネルシステムは、ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を備えた静電容量式タッチパネルと、ドライブ電極に駆動信号を与え、位置検出電極及び押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得するコントローラと、を備え、コントローラは、位置検出電極から得られた信号値に基づいて指示体の位置を検出し、押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値の変化率または当該押圧値の平滑値の変化率に基づいて指示体による押圧を取得する(第1の構成)。
上記第1の構成によれば、焦電体を用いずに、静電容量式タッチパネルにより、指示体の位置の検出と指示体による押圧の検出との両方の検出を行うことができる。ここで、指示体からタッチパネルへの熱の影響(熱ノイズ)による押圧値の変化率は、指示体の押圧による押圧値の変化率に比べて小さい。そこで、上記第1の構成によれば、押圧値の変化率または押圧値の平滑値の変化率に基づいて指示体の押圧を検出するので、タッチパネルの温度が変化した場合でも、熱ノイズの影響が低減され、精度よく指示体の押圧を検出することができる。
第1の構成において、コントローラは、単位時間ごとに、位置検出電極及び押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得する信号取得部と、位置検出電極から得られた信号値が、複数回連続して位置検出閾値以上となった場合に、指示体の位置を検出する位置検出部と、位置検出電極から得られた信号値が、位置検出閾値以上となった時点から、押圧値の変化率または押圧値の平滑値の変化率を取得する変化率取得部と、を含んでもよい(第2の構成)。
上記第2の構成によれば、指示体の位置の検出については、複数回連続して信号値が位置検出閾値以上となった場合に検出されるので、ノイズにより信号値が1回だけ位置検出閾値以上となった場合に指示体の位置を誤検出するのを防止することができる。ここで、タップの押圧検出のような数フレームで押圧値が大きくなる(または小さくなる)素早い操作が行われた場合、複数フレーム目以降に変化率を取得しても、複数フレーム目の時点で押圧値が既に大きくなっている(小さくなっている)ため、押圧の検出精度が低下する。これに対して、上記第2の構成によれば、位置検出電極から得られた信号値が、位置検出閾値以上となった時点(1フレーム目)から変化率を取得する処理を行うので、指示体による押圧をより精度よく行うことができる。
第2の構成において、コントローラは、位置検出電極から得られた信号値が、位置検出閾値以上となった後に、押圧検出電極から得られた最新の信号値に基づく押圧値と、最新の信号値を得た時点よりも前の時点に押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値との平滑値を取得する平滑化処理部を、さらに含んでもよく、変化率取得部は、平滑値の変化率を取得するように構成されてもよい(第3の構成)。
上記第3の構成によれば、ノイズにより押圧値が変動した場合でも、押圧値が平滑化されるので、ノイズによって指示体の押圧を誤検知してしまうのを防止することができる。
第3の構成において、位置検出電極から得られた信号値が、位置検出閾値以上となった時点を第1の時点とし、第1の時点から単位時間の自然数N倍の第Nの時点に押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値をZ1とし、第Nの時点から単位時間の一つ前の時点に押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値をZ2とした場合に、平滑化処理部は、下記式(3)に示す平滑値Zsを取得するように構成されてもよい(第4の構成)。
Zs = {(N-1)/N}×Z2 + (1/N)×Z1 ・・・ (3)
Zs = {(N-1)/N}×Z2 + (1/N)×Z1 ・・・ (3)
ここで、本願発明者は、単に押圧値Z1と押圧値Z2との平均値を平滑値として取得した場合には、第1の時点に近い時点(Nが小さい)程、ノイズの影響の低減の効果は低いという知見を得た。そこで、上記第4の構成によれば、第1の時点に近い時点(Nが小さい)程、より強力に平滑化されるので、第1の時点直後でも、ノイズの影響を低減して、ノイズによって指示体の押圧を誤検知してしまうのを防止することができる。
第1~第4のいずれか1つの構成において、コントローラは、押圧値の変化率または押圧値の平滑値の変化率が押圧検出閾値以上となった場合に、指示体による押圧を検出し、指示体による押圧を検出した後、押圧値の変化率または押圧値の平滑値の変化率が押圧検出閾値よりも小さい押圧解除閾値以下となった場合に、指示体による押圧の解除を検出する押圧検出部を、含んでもよい(第5の構成)。
上記第5の構成によれば、変化率と押圧検出閾値とを比較することにより、指示体の押圧を容易に検出することができ、変化率と押圧解除検出閾値とを比較することにより、指示体の押圧の解除を容易に検出することができる。
第1~第5のいずれか1つの構成において、コントローラは、単位時間ごとに、位置検出電極及び押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得する信号取得部と、押圧検出電極から得られた最新の信号値に基づく最新の押圧値と、当該最新の信号値を取得した時点から単位時間の自然数d倍前の時点に押圧検出電極から得られた過去の信号値に基づく過去の押圧値と、を取得する押圧値取得部と、最新の押圧値から過去の押圧値を差分することにより、押圧値の変化率を取得するか、または、最新の押圧値の平滑値から過去の押圧値の平滑値を差分することにより、押圧値の平滑値の変化率を取得する変化率取得部と、を含んでもよい(第6の構成)。そして、第6の構成において、コントローラは、操作者からの入力操作に基づいて、自然数dの値を設定する差分時間間隔設定部を、さらに含んでもよい(第7の構成)。
上記第6の構成によれば、押圧値の変化率または平滑値の変化率を容易に取得することができる。そして、上記第7の構成によれば、自然数dの値を任意に設定することができる。例えば、変化率の絶対値(シグナル)をより大きくする場合には自然数dを大きく設定し、メモリの負担を軽減させる場合には自然数dを小さく設定すればよい。
第1~第7のいずれか1つの構成において、コントローラは、単位時間ごとに、位置検出電極及び押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得する信号取得部と、位置検出電極から得られた信号値が、位置検出閾値以上となった時点から所定の補正期間内は、1以外の補正値を押圧値の変化率に乗じる処理、または、1以外の補正値を押圧値の平滑値の変化率に乗じる処理を行う補正処理部と、を含んでもよい(第8の構成)。
ここで、タッチパネルが低温または高温の場合には、指示体とタッチパネルとの温度差が大きいため、信号値が位置検出閾値以上となった時点から一定の期間は、変化率に熱ノイズが加わりやすくなる。これに対して、上記第8の構成によれば、補正期間は、変化率を補正することができるので、タッチパネルが低温または高温の場合でも、熱ノイズの影響を低減することができる。
第8の構成において、ドライブ電極と位置検出電極及び押圧検出電極との間に配置される誘電体を、さらに備えてもよく、コントローラは、誘電体の容量値を取得するとともに、誘電体の容量値に基づいて、補正用の環境温度を取得する温度取得部と、補正用の環境温度に基づいて、補正値を決定する補正値決定部と、をさらに含んでもよい(第9の構成)。また、第8の構成において、補正用の環境温度を検出する温度検出部を、さらに備えてもよく、コントローラは、温度検出部から補正用の環境温度を取得し、補正用の環境温度に基づいて補正値を決定する補正値決定部を、さらに含んでもよい(第10の構成)。
上記第9または第10の構成によれば、補正用の環境温度に基づいて、タッチパネルが低温または高温であるかを検出して、適切な補正値を決定することができる。この結果、タッチパネルが低温または高温の場合に、熱ノイズの影響を効果的に低減することができる。また、上記第9の構成によれば、タッチパネルに既存の誘電体を環境温度の取得に用いれば、新たに温度検出器(温度センサ)を設けることなく、補正用の環境温度を取得することができる。
本開示の他の実施形態は、上記第1~10の構成のいずれか1つのタッチパネルシステムと、画像を表示するディスプレイと、を備え、ディスプレイの表示面上に、タッチパネルが配置されている、表示装置である(第11の構成)。
本開示の他の実施形態は、ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を含む静電容量式タッチパネルを備えたタッチパネルシステムの制御方法であって、ドライブ電極に駆動信号を与え、位置検出電極及び押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得し、位置検出電極から得られた信号値に基づいて指示体の位置を検出し、押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値の変化率または当該押圧値の平滑値の変化率に基づいて指示体による押圧を取得する、タッチパネルシステムの制御方法である(第12の構成)。
1…タッチパネル、2,202,302,502…コントローラ、11…ドライブ電極、21…位置検出電極、22…押圧検出電極、30…誘電体層、40…ディスプレイ、401…表示面、51…駆動制御部、52…信号取得部、53…位置検出部、54…押圧値取得部、55…平滑化処理部、56…変化率取得部、57…押圧検出部、58…差分時間間隔設定部、100,200,300,500…タッチパネルシステム、101…表示装置、251…温度取得部、252…補正値決定部、253…補正処理部、303,403…温度センサ、401…表示面、A…変化率,At1…押圧検出閾値,At2…押圧解除検出閾値、E…補正期間、G1…位置信号値、G1t…位置検出閾値、G2…押圧信号値、T…環境温度、Z…押圧値、Zs…平滑値、a…補正値
Claims (12)
- ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を備えた静電容量式タッチパネルと、
前記ドライブ電極に駆動信号を与え、前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記位置検出電極から得られた信号値に基づいて指示体の位置を検出し、前記押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値の変化率または当該押圧値の平滑値の変化率に基づいて前記指示体による押圧を取得する、タッチパネルシステム。 - 前記コントローラは、
単位時間ごとに、前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得する信号取得部と、
前記位置検出電極から得られた信号値が、複数回連続して位置検出閾値以上となった場合に、前記指示体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出電極から得られた信号値が、前記位置検出閾値以上となった時点から、前記押圧値の変化率または前記押圧値の平滑値の変化率を取得する変化率取得部と、を含む、請求項1に記載のタッチパネルシステム。 - 前記コントローラは、
前記位置検出電極から得られた信号値が、前記位置検出閾値以上となった後に、前記押圧検出電極から得られた最新の信号値に基づく押圧値と、前記最新の信号値を得た時点よりも前の時点に前記押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値との平滑値を取得する平滑化処理部を、さらに含み、
前記変化率取得部は、前記平滑値の変化率を取得する、請求項2に記載のタッチパネルシステム。 - 前記位置検出電極から得られた信号値が、前記位置検出閾値以上となった時点を第1の時点とし、前記第1の時点から単位時間の自然数N倍の第Nの時点に前記押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値をZ1とし、第Nの時点から単位時間の一つ前の時点に前記押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値をZ2とした場合に、
前記平滑化処理部は、下記式(1)に示す平滑値Zsを取得する、請求項3に記載のタッチパネルシステム。
Zs = {(N-1)/N}×Z2 + (1/N)×Z1 ・・・ (1) - 前記コントローラは、
前記押圧値の変化率または前記押圧値の平滑値の変化率が押圧検出閾値以上となった場合に、前記指示体による押圧を検出し、前記指示体による押圧を検出した後、前記押圧値の変化率または前記押圧値の平滑値の変化率が前記押圧検出閾値よりも小さい押圧解除閾値以下となった場合に、前記指示体による押圧の解除を検出する押圧検出部を、含む、請求項1~4のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。 - 前記コントローラは、
単位時間ごとに、前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得する信号取得部と、
前記押圧検出電極から得られた最新の信号値に基づく最新の押圧値と、当該最新の信号値を取得した時点から単位時間の自然数d倍前の時点に前記押圧検出電極から得られた過去の信号値に基づく過去の押圧値と、を取得する押圧値取得部と、
前記最新の押圧値から前記過去の押圧値を差分することにより、押圧値の変化率を取得するか、または、前記最新の押圧値の平滑値から前記過去の押圧値の平滑値を差分することにより、押圧値の平滑値の変化率を取得する変化率取得部と、を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。 - 前記コントローラは、操作者からの入力操作に基づいて、前記自然数dの値を設定する差分時間間隔設定部を、さらに含む、請求項6に記載のタッチパネルシステム。
- 前記コントローラは、
単位時間ごとに、前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得する信号取得部と、
前記位置検出電極から得られた信号値が、前記位置検出閾値以上となった時点から所定の補正期間内は、1以外の補正値を前記押圧値の変化率に乗じる処理、または、1以外の補正値を前記押圧値の平滑値の変化率に乗じる処理を行う補正処理部と、を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。 - 前記ドライブ電極と前記位置検出電極及び前記押圧検出電極との間に配置される誘電体を、さらに備え、
前記コントローラは、
前記誘電体の容量値を取得するとともに、前記誘電体の容量値に基づいて、補正用の環境温度を取得する温度取得部と、
前記補正用の環境温度に基づいて、前記補正値を決定する補正値決定部と、をさらに含む、請求項8に記載のタッチパネルシステム。 - 補正用の環境温度を検出する温度検出部を、さらに備え、
前記コントローラは、前記温度検出部から前記補正用の環境温度を取得し、前記補正用の環境温度に基づいて前記補正値を決定する補正値決定部を、さらに含む、請求項8に記載のタッチパネルシステム。 - 請求項1~10のいずれか1項に記載のタッチパネルシステムと、
画像を表示するディスプレイと、を備え、
前記ディスプレイの表示面上に、前記タッチパネルが配置されている、表示装置。 - ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を含む静電容量式タッチパネルを備えたタッチパネルシステムの制御方法であって、
前記ドライブ電極に駆動信号を与え、
前記位置検出電極及び前記押圧検出電極のそれぞれから信号値を取得し、
前記位置検出電極から得られた信号値に基づいて指示体の位置を検出し、
前記押圧検出電極から得られた信号値に基づく押圧値の変化率または当該押圧値の平滑値の変化率に基づいて前記指示体による押圧を取得する、タッチパネルシステムの制御方法。
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