JP2022166512A - タッチパネルシステム及び表示装置 - Google Patents

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Yasuhiro Sugita
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Abstract

【課題】指示体の位置及び押圧の大きさを同時に検出することが可能なタッチパネルシステムと、当該タッチパネルシステムを備えた表示装置を提供する。【解決手段】タッチパネルシステムＳ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タッチパネル１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２と、を備える。コントローラ２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のうち、検出した指示体の位置に応じた押圧検出範囲内の信号値に基づいて、指示体による押圧の大きさを算出する。【選択図】図６

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の大きさを検出するタッチパネルシステムと、当該タッチパネルシステムを備えた表示装置に関する。
近年、相互容量方式のタッチパネルが普及している。相互容量方式のタッチパネルは、駆動信号が入力されるドライブ電極と、検出電極とを備える。このタッチパネルでは、指示体がドライブ電極と検出電極のそれぞれと容量結合することで、両電極間の静電容量が低下し、検出電極の信号が変化する。この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。
例えば、特許文献１では、主センサと副センサの２種類の検出電極から得られた信号の差分値を積分（累積加算）することで、ノイズの影響を低減して指示体の位置を精度良く検出するタッチパネルシステムが提案されている。
特開２０１４－１７９０３５号公報
指示体の位置及び押圧の大きさを検出可能な構成のタッチパネルは、これらを検出するための電極が別々に設けられていることがある。このようなタッチパネルに、特許文献１に記載されているような従来のコントローラを組み合わせたとしても、指示体の位置と押圧を同時に検出することはできない。
そこで、本発明は、指示体の位置及び押圧の大きさを同時に検出することが可能なタッチパネルシステムと、当該タッチパネルシステムを備えた表示装置を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態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のうち、検出した前記指示体の位置に応じた押圧検出範囲内の信号値に基づいて、前記指示体による押圧の大きさを算出する。
上記構成のタッチパネルシステムでは、コントローラが、指示体の位置を検出するとともに、当該位置に応じた押圧検出範囲の信号値に基づいて押圧値を算出する。したがって、タッチパネルシステムは、指示体の位置及び押圧の大きさを同時に検出することができる。
図１は、第１実施形態に係るタッチパネルシステムＳの構成を示すブロック図である。 図２は、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３は、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４は、図２及び図３のＡ－Ａ断面を示す断面図である。 図５は、第１実施形態に係るタッチパネルシステムＳを備えた表示装置Ｐの構成を示す断面図である。 図６は、第１実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。 図７は、コントローラ２が処理する入力データＩＤの構成例を示す模式図である。 図８は、コントローラ２による指示体の詳細位置の算出方法を示す模式図である。 図９は、第２実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。 図１０は、第３実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。 図１１は、第４実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。 図１２は、第５実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。 図１３は、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１４は、調整値の設定方法の一例を示す図である。 図１５は、第６実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。
以下、図面を参照し、本発明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］
最初に、タッチパネルシステムＳの構成について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るタッチパネルシステムＳ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Ｓは、タッチパネル１と、コントローラ２を備える。
タッチパネル１は、後述のように、ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を備える。コントローラ２は、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を取得し、指示体の位置及び押圧の大きさを含む出力データを生成する。出力データは、例えばタッチパネルシステムＳを備えた表示装置が備える制御部において、表示装置が表示する画像の制御などに利用される。
次に、タッチパネル１の構成について図面を参照して説明する。図２～図４は、第１実施形態に係るタッチパネル１の概略構成を示す図である。図２及び図３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４は、図２及び図３のＡ－Ａ断面を示す断面図である。なお、図示の便宜上、タッチパネル１が備える電極を、図２及び図３に分けて図示しているが、図４に示す通り、図２及び図３に図示した電極は積層されている。
図４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、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１０１と第２基板２０の第２表面２０１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１０１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１０１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２０１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２０１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２０１に形成されている。
図２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３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３及び図４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２～図４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。
次に、タッチパネル１の動作について図面を参照して説明する。図４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、破線で示している。図４に示すように、指示体Ｆが、第１基板１０の第１表面１０１とは反対側の面に接触すると、ドライブ電極１１と浮島電極１２が容量結合する。このとき、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で検出される信号が変化することで、指示体Ｆの位置が検出される。
また、図４に示すように、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、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信号が変化することで、押圧の大きさが検出される。
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との距離が短くなる。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、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。
タッチパネルシステムＳは、例えば表示装置に備えられる。図５は、第１実施形態に係るタッチパネルシステムＳを備えた表示装置Ｐの構成を示す断面図である。図５に示すように、表示装置Ｐは、タッチパネル１と、表示面４０１に画像を表示する表示部４０を備える。表示部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１は、第２基板２０が表示部４０側になるようにして、表示部４０の表示面４０１上に配置される。
次に、コントローラ２による、指示体Ｆの位置及び押圧の大きさの検出方法について、図面を参照して説明する。図６は、第１実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体Ｆの位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。図７は、コントローラ２が処理する入力データＩＤの構成例を示す模式図である。
図６に示すように、コントローラ２は、最初に入力データＩＤを取得する（ステップ＃１）。このとき、コントローラ２は、ドライブ電極１１に駆動信号を与え、位置検出電極２１及び押圧検出電極２２のそれぞれから信号を取得することで、入力データＩＤを取得する。
ここで、入力データＩＤについて図面を参照して説明する。図７に例示する入力データＩＤ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。入力データＩＤ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。
入力データＩＤは、位置検出電極２１と押圧検出電極２２のそれぞれから得られる信号値を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７に例示する入力データＩＤは、Ｙ方向の中央部分に２行分のダミーを挟んで、位置検出電極２１から得られた信号値が並べられた位置検出マップＴＭが上側、押圧検出電極２２から得られた信号値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３及び図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、入力データＩＤではそれぞれの電極から得られた信号値が分離されて配置されている。図７に例示する入力データＩＤ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信号値は、（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信号値は、（Ｘ，Ｙ＋３４）の要素になる。
以下、入力データＩＤ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信号値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信号値が正の値に大きくなる場合を例に挙げて説明する。
次に、コントローラ２は、入力データＩＤ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（ステップ＃２）。例えば、コントローラ２は、位置検出マップＴＭ内の要素のうち、信号値が所定の閾値以上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。なお、コントローラ２は、位置検出マップＴＭ内に、信号値が閾値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断して、その旨を示す出力データを出力してもよい。
次に、コントローラ２は、指示体Ｆの詳細位置を算出する（ステップ＃３）。コントローラ２による詳細位置の算出方法について、図８を参照して説明する。図８は、コントローラ２による指示体の詳細位置の算出方法を示す模式図である。なお、図８では、指示体Ｆの位置ＴＰを（０，０）としている。
図７及び図８に示すように、コントローラ２は、ステップ＃２で検出した指示体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７及び図８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。
コントローラ２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、コントローラ２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、コントローラ２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。
コントローラ２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。
次に、コントローラ２は、入力データＩＤの押圧検出マップＦＭ内に、押圧検出範囲ＦＲを設定する（ステップ＃４）。図７に示すように、コントローラ２は、ステップ＃２で検出した指示体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７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７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。
次に、コントローラ２は、押圧検出範囲ＦＲ内の信号値に基づいて、指示体Ｆによる押圧の大きさである押圧値を算出する（ステップ＃５）。例えば、コントローラ２は、押圧検出範囲ＦＲ内の信号値の絶対値を合算して、押圧値を算出する。なお、押圧検出範囲ＦＲの設定方法を含む押圧値の算出方法は、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、押圧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。
最後に、コントローラ２は、指示体Ｆの詳細位置と押圧値を含む出力データを生成し、出力する（ステップ＃６）。
以上のように、タッチパネルシステムＳでは、コントローラ２が、指示体Ｆの位置ＴＰを検出するとともに、当該位置ＴＰ（位置ＦＰ）に応じた押圧検出範囲ＦＲの信号値に基づいて押圧値を算出する。したがって、タッチパネルシステムＳは、指示体Ｆの位置及び押圧の大きさを同時に検出することができる。
また、タッチパネルシステムＳでは、入力データＩＤが、位置検出電極２１と押圧検出電極２２のそれぞれから得られる信号値を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構成である。したがって、従来の指示体Ｆの位置のみを検出するコントローラの設計を変更するだけで、タッチパネルシステムＳに適用可能なコントローラ２を得ることができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、コントローラ２による押圧値の算出方法が第１実施形態と異なる。そこで、以下では、第２実施形態における押圧値の算出方法を説明する。
図９は、第２実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。図９に示すように、コントローラ２は、指示体Ｆによる押圧の大きさの暫定値を算出する（ステップ＃５１）。このとき、コントローラ２は、第１実施形態の押圧値と同様の算出方法により、この暫定値を算出する。
次に、コントローラ２は、暫定値を増幅して押圧値を算出する（ステップ＃５２）。暫定値の増幅方法は任意である。例えば、コントローラ２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、押圧値を算出してもよい。
以上のように、タッチパネルシステムＳでは、コントローラ２が、暫定値を増幅して押圧値を算出する。したがって、タッチパネルシステムＳは、指示体Ｆが押圧する大きさに対応した押圧値を精度よく算出することができる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態も、第２実施形態と同様に暫定値を増幅して押圧値を算出するものであるが、その増幅方法に特徴がある。そこで、以下では、第３実施形態における暫定値の増幅方法について説明する。
図１０は、第３実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。図１０に示すように、コントローラ２は、図８に示した指示体Ｆの詳細位置を算出するための位置検出範囲ＴＲ内における信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）において、第１閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数が多いほど、大きく増幅した押圧値を算出する（ステップ＃５２１）。例えば、コントローラ２は、第１閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数が多いほど、暫定値に乗じる増幅率を大きくする。なお、この増幅率は、第１閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数の増大に応じて連続的に増大してもよいし、段階的に増大してもよい。また、コントローラ２は、暫定値に増幅率を乗じた後、当該増幅率に応じたオフセット値を加算または減算して、押圧値を算出してもよい。
指示体Ｆの接触範囲が大きくなるほど、指示体による押圧の力は広範囲に分散されるため、結果的に算出される押圧値が小さくなる場合が生じ得る。第３実施形態に係るタッチパネルシステムＳでは、コントローラ２が、上記のように暫定値を増幅して押圧値を算出することで、指示体Ｆの接触範囲が大きくなった場合に押圧値が小さくなることを防止する。
以上のように、タッチパネルシステムＳでは、コントローラ２が、第１閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数が多いほど、暫定値を大きく増幅する。したがって、タッチパネルシステムＳは、指示体Ｆの接触範囲が大きくなったとしても、精度よく押圧値を算出することができる。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態も、第２及び第３実施形態と同様に暫定値を増幅して押圧値を算出するものであるが、増幅方法が第３実施形態とは異なる。そこで、以下では、第４実施形態における暫定値の増幅方法を説明する。
図１１は、第４実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。図１１に示すように、コントローラ２は、図８に示した指示体Ｆの詳細位置を算出するための位置検出範囲ＴＲ内における信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）において、第２閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の合計が大きいほど、大きく増幅した押圧値を算出する（ステップ＃５２２）。例えば、コントローラ２は、第２閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の合計が大きいほど、暫定値に乗じる増幅率を大きくする。なお、この増幅率は、第２閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の合計の増大に応じて連続的に増大してもよいし、段階的に増大してもよい。また、コントローラ２は、暫定値に増幅率を乗じた後、当該増幅率に応じたオフセット値を加算または減算して、押圧値を算出してもよい。また、第２閾値は０であってもよい。
第３実施形態と同様に、第４実施形態に係るタッチパネルシステムＳも、コントローラ２が、上記のように暫定値を増幅して押圧値を算出することで、指示体Ｆの接触範囲が大きくなった場合に押圧値が小さくなることを防止する。
以上のように、タッチパネルシステムＳでは、コントローラ２が、第１閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数が多いほど、暫定値を大きく増幅する。したがって、タッチパネルシステムＳは、指示体Ｆの接触範囲が大きくなったとしても、精度よく押圧値を算出することができる。
また、第４実施形態では、信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の合計に応じて増幅の大きさを決定するため、信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数に応じて増幅の大きさを決定する場合と異なり、１つの信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の僅かな違いによって増幅の大きさが異なることを防止することができる。したがって、さらに精度よく押圧値を算出することができる。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態も、第２ないし第４実施形態と同様に暫定値に基づいて押圧値を算出するものであるが、その算出方法が第２ないし第４実施形態とは異なる。そこで、以下では、第５実施形態における暫定値の算出方法を説明する。
図１２は、第５実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。図１２に示すように、コントローラ２は、第２ないし第４実施形態と同様に暫定値を算出した後（ステップ＃５１）、指示体の位置に応じた調整値により暫定値を調整して押圧値を算出する（ステップ＃５２３）。
ここで、調整値について説明する。図１３は、タッチパネル１が備える電極の構成を示す平面図であり、図３と同様の電極の構成を示す図である。図１３に示すように、位置検出電極２１及び押圧検出電極２２のそれぞれは、対角線が直線上に並ぶように連なった複数の菱形状の幅広部２１１,２２１で構成されており、この複数の幅広部２１１,２２１が互い違いになるように、複数本の位置検出電極２１及び押圧検出電極２２が交互に配置されている。また、位置検出電極２１及び押圧検出電極２２は、平面内で繰返パターンＵが連続した形状である。なお、図１３に例示する繰返パターンＵは、幅広部２１１の連結部分を中心として２分の１に分割された幅広部２１１,２２１が２つずつ含まれるものであるが、これとは異なる部分（例えば、幅広部２２１の連結部分を中心として２分の１に分割された幅広部２１１,２２１が２つずつ含まれる部分、幅広部２１１を中心として４分の１に分割された幅広部２２１が４つ含まれる部分、幅広部２２１を中心として４分の１に分割された幅広部２１１が４つ含まれる部分など）も繰返パターンになり得る。また、図４に示したように、ドライブ電極１１と押圧検出電極２２とは対向している。
上記のような電極構成の場合、押圧検出電極２２における幅広部２２１の中心部分の真上を押圧する方が、位置検出電極２１における幅広部２１１の中心部分の真上を押圧するよりも、電極１１，２２間の距離が短くなり易いため容量が増大し易く、信号値も増大し易い。また、このような信号値の差（押圧感度の差）は、指示体の接触面積が小さいほど生じ易い。
そこで、第５実施形態では、このようなタッチパネル１の面内で生じ得る信号値の差（押圧感度の差）が抑制されるように調整値を設定し、当該調整値により暫定値を調整する。例えば、コントローラ２は、押圧値＝暫定値×調整値の計算により、押圧値を算出する。
図１４は、調整値の設定方法の一例を示す図である。調整値は、タッチパネル１の複数の箇所に対して、一定の接触面積である指示体を一定の力で押圧することで暫定値を取得し、得られた暫定値の差異が低減されるような値を算出することで設定することができる。例えば、図１４において、位置ＦＰ１の暫定値が７５、位置ＦＰ２の暫定値が１００、位置ＦＰ３の暫定値が５０であったとする。この場合、位置ＦＰ１の調整値を１、位置ＦＰ２の調整値を０．７５、位置ＦＰ３の調整値を１．５と設定すれば、いずれの位置ＦＰ１～ＦＰ３の押圧値も７５となり、暫定値のばらつきが抑制されて等しい大きさになる。なお、調整値を設定する際に目標とする押圧値は、例えば、暫定値の平均値としてもよいし、暫定値の最大値や最小値としてもよいし、事前に設定した任意の値としてもよい。
調整値は、繰返パターンＵにおけるｘ座標とｙ座標の関数として規定してもよいし、ルックアップテーブル等で規定してもよい。調整値をｘ座標とｙ座標の関数として規定する場合、例えば、調整値＝ａ０＋ａ１・ｘ＋ａ２・ｙ＋ａ３・ｘ２＋ａ４・ｘｙ＋ａ５・ｙ２＋ａ６・ｘ３＋ａ７・ｘ２ｙ＋ａ８・ｘｙ２＋ａ９・ｙ３としてもよい（「ａ０」ないし「ａ９」は定数、「ｘ」はｘ座標、「ｙ」はｙ座標、「・」は乗算記号である。）。なお、調整値は、タッチパネル１内の一部の繰返パターンＵについてのみ暫定値を取得して算出し、それ以外の繰返パターンＵについては算出したものと同様の調整値を適用してもよいし、タッチパネル１の全部の繰返パターンＵについて暫定値を取得して算出してもよい。
以上のように、タッチパネルシステムＳでは、コントローラ２が、指示体の位置に応じた調整値により暫定値を調整して押圧値を算出する。したがって、タッチパネルシステムＳは、タッチパネル１の面内に押圧感度の差がある場合でも、当該差を低減することが可能になる。
なお、コントローラ２が、押圧値＝暫定値×調整値の計算により押圧値を算出する場合について例示したが、押圧値＝暫定値×調整値の計算で押圧値を算出してもよい。この場合、例えば、図１４において、位置ＦＰ１の暫定値が７５、位置ＦＰ２の暫定値が１００、位置ＦＰ３の暫定値が５０であったとすると、位置ＦＰ１の調整値を２５、位置ＦＰ２の調整値を０、位置ＦＰ３の調整値を５０と設定すれば、いずれの位置ＦＰ１～ＦＰ３の押圧値も１００となり、暫定値のばらつきが抑制されて等しい大きさになる。この計算により押圧値を算出する場合も、調整値を設定する際に目標とする押圧値は、例えば、暫定値の平均値としてもよいし、暫定値の最大値や最小値としてもよいし、事前に設定した任意の値としてもよく、一部または全部の調整値が負の値になってもよい。また、押圧値＝暫定値×第１調整値＋第２調整値として押圧値を算出してもよい。
［第６実施形態］
上述した第２ないし第４実施形態は、例えばグローブなどの接触範囲が広い指示体を使用された場合において、押圧する力が広範囲に分散されて低下した暫定値を増幅することにより、適切な大きさの押圧値を算出する。一方、第５実施形態は、例えばペンなどの接触範囲が小さい指示体が使用された場合において、タッチパネル１の面内における押圧感度のばらつきを低減して押圧値を算出するものである。第６実施形態では、コントローラ２が、指示体の接触範囲に応じて、これらの押圧値の算出方法を切り替えてもよい。
図１５は、第６実施形態に係るタッチパネルシステムＳが備えるコントローラ２による指示体の位置及び押圧の大きさの検出方法を示すフローチャートである。図１５に示すように、コントローラ２は、第２ないし第５実施形態と同様に暫定値を算出した後（ステップ＃５１）、指示体の接触範囲に応じた算出方法で暫定値を増幅または調整して押圧値を算出する（ステップ＃５２４）。例えば、コントローラ２は、指示体の接触が第１切替値以上であれば、第２ないし第４実施形態と同様に暫定値を増幅する算出方法で押圧値を算出する。一方、コントローラ２は、指示体の接触範囲が、第１切替値よりも小さい第２切替値以下であれば、第５実施形態と同様に暫定値を調整する方法で押圧値を算出する。なお、指示体の接触範囲は、第３実施形態と同様に第１閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の数として算出してもよいし、第４実施形態と同様に第２閾値以上となる信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）の合計値として算出してもよい。
以上のように、タッチパネルシステムＳでは、指示体の種類が変わるなどして接触範囲が変動した場合であっても、変動前後の指示体のそれぞれに応じた適切な方法で押圧値を算出することが可能になる。
なお、コントローラ２は、指示体の接触範囲が第１切替値よりも小さく、かつ、第２切替値よりも大きい場合、第１実施形態と同様に暫定値をそのまま押圧値として算出してもよいし、第１ないし第５実施形態とは異なる方法で押圧値を算出してもよい。
また、第１切替値と第２切替値を一致させてもよい。即ち、コントローラ２が、指示体の接触面積が第１切替値以上であれば、第２ないし第４実施形態と同様に暫定値を増幅する方法で押圧値を算出し、第１切替値よりも小さければ、第５実施形態と同様に暫定値を調整する方法で押圧値を算出してもよい。
また、指示体が頻繁に変更されることが想定し難い場合、一定の時間またはタッチ回数が経過するまでの期間中は、押圧値の算出方法が変わらないようにしてもよい。
［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。
例えば、上述した第１～第６実施形態のタッチパネルシステムＳにおいて、コントローラ２が、ステップ＃２で指示体Ｆの位置ＴＰを検出した後に、ステップ＃３で指示体の詳細位置を算出する場合について例示した。しかし、コントローラ２が、ステップ＃３を行わず、ステップ＃２で検出した指示体Ｆの位置ＴＰの座標を、そのまま指示体Ｆの詳細位置としてもよい。
また、上述した第１～第６実施形態のタッチパネルシステムＳにおいて、コントローラ２が、ステップ＃２で検出された指示体Ｆの位置ＴＰに基づいて押圧検出範囲ＦＲを設定する場合について例示した。しかし、コントローラ２が、ステップ＃３で算出される指示体Ｆの詳細位置に基づいて押圧検出範囲ＦＲを設定してもよい。
また、上述した第３、第４及び第６実施形態のタッチパネルシステムＳにおいて、コントローラ２が、信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）に基づいた増幅方法で暫定値を増幅する場合について例示したが、図８に示す信号値Ｃ（Ｘ，Ｙ）に変換する前の信号値Ｄ（Ｘ，Ｙ）に基づいた増幅方法で暫定値を増幅してもよい。また、これらのタッチパネルシステムＳにおいて、コントローラ２が、信号値の数及び合計以外の指標に基づいて、指示体Ｆの接触範囲の広狭を判定してもよい。
また、上述した第１～第６実施形態のタッチパネルシステムＳにおいて、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。
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のうち、検出した前記指示体の位置に応じた押圧検出範囲内の信号値に基づいて、前記指示体による押圧の大きさを算出する（第１の構成）。この構成によれば、コントローラが、指示体の位置を検出するとともに、当該位置に応じた押圧検出範囲の信号値に基づいて押圧値を算出する。したがって、このタッチパネルシステムは、指示体の位置及び押圧の大きさを同時に検出することができる。
第１の構成において、前記コントローラは、前記位置検出電極と前記押圧検出電極のそれぞれから得られる信号値を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入力データに基づいて、前記指示体の位置及び前記指示体による押圧の大きさを算出してもよい（第２の構成）。さらに、第２の構成において、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で構成された位置検出マップ内から前記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で構成された押圧検出マップ内であって前記指示体の位置に対応した位置を含む前記押圧検出範囲を設定してもよい（第３の構成）。この構成によれば、従来の指示体の位置のみを検出するコントローラの設計を変更するだけで、タッチパネルシステムに適用可能なコントローラ２を得ることができる。
第１～第３の構成のいずれか１つにおいて、前記コントローラは、前記押圧検出範囲内の信号値に基づいた暫定値を増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出してもよい（第４の構成）。この構成によれば、指示体が押圧する大きさに対応した押圧値を精度よく算出することができる。
第４の構成において、前記コントローラは、前記指示体の接触範囲が広いほど、前記暫定値を大きく増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出してもよい（第５の構成）。この構成によれば、指示体の接触範囲が大きくなった場合に押圧値が小さくなることを防止することができる。
第５の構成において、前記コントローラは、検出した前記指示体の位置が含まれる位置検出範囲内で、前記指示体が接触していることを示す信号値の数が多いほど、前記暫定値を大きく増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出してもよい（第６の構成）。この構成によれば、指示体の接触範囲が大きくなったとしても、指示体による押圧の大きさを精度よく算出することができる。
または、第５の構成において、前記コントローラは、検出した前記指示体の位置が含まれる位置検出範囲内で、前記指示体が接触していることを示す信号値の合計が大きいほど、前記暫定値を大きく増幅してもよい（第７の構成）。この構成によれば、１つの信号値の僅かな違いによって増幅の大きさが異なることを防止することができるため、指示体による押圧の大きさを精度よく算出することができる。
第１～第３の構成のいずれか１つにおいて、前記コントローラは、前記指示体の位置に応じた調整値により、前記押圧検出範囲内の信号値に基づいた暫定値を調整して、前記指示体による押圧の大きさを算出してもよい（第８の構成）。この構成によれば、タッチパネルの面内に押圧感度の差がある場合でも、当該差を低減することが可能になる。
第８の構成において、前記調整値は、前記タッチパネルの複数の箇所に対して、一定の接触面積である前記指示体を一定の力で押圧することで得られる前記暫定値の差異が低減されるように設定されていてもよい（第９の構成）。この構成によれば、押圧感度の差を効果的に低減する調整値を設定することができる。
第８または第９の構成において、前記コントローラは、前記指示体の接触範囲が第１切替値以上の場合、前記暫定値を増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出し、前記指示体の接触範囲が、前記第１切替値よりも小さい第２切替値以下の場合、前記調整値により前記暫定値を調整して前記指示体による押圧の大きさを算出してもよい（第１０の構成）。この構成によれば、指示体の種類が変わるなどして接触範囲が変動した場合であっても、変動前後の指示体のそれぞれに応じた適切な方法で押圧値を算出することが可能になる。
本発明の他の実施形態は、第１～第１０のいずれかの構成に係るタッチパネルシステムと、画像を表示する表示部と、を備え、前記表示部が画像を表示する表示面上に、前記タッチパネルが配置されている、表示装置である（第８の構成）。
１…タッチパネル、２…コントローラ、１０…第１基板、１０１…第１表面、１１…ドライブ電極、１２…浮島電極、２０…第２基板、２０１…第２表面、２１…位置検出電極、２１１…幅広部、２２…押圧検出電極、２２１…幅広部、２３…シールド電極、３０…誘電体層、４０…表示部、４０１…表示面、Ｓ…タッチパネルシステム、Ｐ…表示装置、ＴＲ…位置検出範囲、ＦＲ…押圧検出範囲、ＴＰ，ＦＰ，ＦＰ１～ＦＰ３…指示体の位置

Claims (11)

  1. ドライブ電極、位置検出電極及び押圧検出電極を備えたタッチパネルと、
    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のうち、検出した前記指示体の位置に応じた押圧検出範囲内の信号値に基づいて、前記指示体による押圧の大きさを算出する、タッチパネルシステム。
  2. 前記コントローラは、前記位置検出電極と前記押圧検出電極のそれぞれから得られる信号値を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入力データに基づいて、前記指示体の位置及び前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項１に記載のタッチパネルシステム。
  3. 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で構成された位置検出マップ内から前記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で構成された押圧検出マップ内であって前記指示体の位置に対応した位置を含む前記押圧検出範囲を設定する、請求項２に記載のタッチパネルシステム。
  4. 前記コントローラは、前記押圧検出範囲内の信号値に基づいた暫定値を増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載のタッチパネルシステム。
  5. 前記コントローラは、前記指示体の接触範囲が広いほど、前記暫定値を大きく増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項４に記載のタッチパネルシステム。
  6. 前記コントローラは、検出した前記指示体の位置が含まれる位置検出範囲内で、前記指示体が接触していることを示す信号値の数が多いほど、前記暫定値を大きく増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項５に記載のタッチパネルシステム。
  7. 前記コントローラは、検出した前記指示体の位置が含まれる位置検出範囲内で、前記指示体が接触していることを示す信号値の合計が大きいほど、前記暫定値を大きく増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項５に記載のタッチパネルシステム。
  8. 前記コントローラは、前記指示体の位置に応じた調整値により、前記押圧検出範囲内の信号値に基づいた暫定値を調整して、前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載のタッチパネルシステム。
  9. 前記調整値は、前記タッチパネルの複数の箇所に対して、一定の接触面積である前記指示体を一定の力で押圧することで得られる前記暫定値の差異が低減されるように設定されている、請求項８に記載のタッチパネルシステム。
  10. 前記コントローラは、
    前記指示体の接触範囲が第１切替値以上の場合、前記暫定値を増幅して前記指示体による押圧の大きさを算出し、
    前記指示体の接触範囲が、前記第１切替値よりも小さい第２切替値以下の場合、前記調整値により前記暫定値を調整して前記指示体による押圧の大きさを算出する、請求項８または９に記載のタッチパネルシステム。
  11. 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、
    画像を表示する表示部と、を備え、
    前記表示部が画像を表示する表示面上に、前記タッチパネルが配置されている、表示装置。
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