JP2023172782A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出領域上の空間における被検出体の位置の検出精度を向上させることができる検出装置を提供する。【解決手段】検出装置は、複数の検出電極が並ぶ検出領域を有するセンサ部と、複数の検出電極に駆動信号を供給し、複数の検出電極ごとの出力値に基づき、検出領域上の空間における被検出体の位置を検出する検出部と、を備える。センサ部は、検出領域の外周に沿って設けられた周辺電極を備える。検出部は、周辺電極に駆動信号を供給する第１期間において、検出電極の出力値に基づき第１検出値を算出し、周辺電極に駆動信号とは異なる電圧信号を供給する第２期間において、検出電極の出力値に基づき第２検出値を算出し、第１検出値と第２検出値との差分値に基づき算出した値を用いて、検出領域上の空間における被検出体の空間座標を算出する。【選択図】図１４

Description

本発明は、検出装置に関する。

近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる、外部近接物体を検出可能な検出装置が液晶表示装置等の表示装置上に装着又は一体化された検出システムが知られている（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。このような検出システムにおいて、例えば操作者の手指等の被検出体の検出面への接触を検出するタッチ検出機能に加え、検出面に手指が触れていない状態で、検出領域上の空間における手指の近接状態やジェスチャ等の手指の動きを検出する、所謂ホバー検出機能が注目されている。

米国特許出願公開第２０１４／００４９４８６号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３４２４９８号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００４９５０８号明細書

検出電極に生じた静電容量を検出して検出領域上の被検出体が存在する位置の空間座標を検出する構成では、検出面への被検出体の接触位置を示す平面座標を検出する構成に比べて検出感度を高める必要がある。これにより、検出電極と検出電極とは異なる電位の導体との間に生じる寄生容量の影響を受け易くなり、検出領域上の空間における被検出体の位置の検出精度が低下する可能性がある。

本発明は、検出領域上の空間における被検出体の位置の検出精度を向上させることができる検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る検出装置は、複数の検出電極が並ぶ検出領域を有するセンサ部と、複数の前記検出電極に駆動信号を供給し、複数の前記検出電極ごとの出力値に基づき、前記検出領域上の空間における被検出体の位置を検出する検出部と、を備え、前記センサ部は、前記検出領域の外周に沿って設けられた周辺電極を備え、前記検出部は、前記周辺電極に前記駆動信号を供給する第１期間において、前記検出電極の出力値に基づき第１検出値を算出し、前記周辺電極に前記駆動信号とは異なる電圧信号を供給する第２期間において、前記検出電極の出力値に基づき第２検出値を算出し、前記第１検出値と前記第２検出値との差分値に基づき算出した値を用いて、前記検出領域上の空間における前記被検出体の空間座標を算出する。

図１は、実施形態に係る検出装置の概略構成を示す平面図である。 図２は、実施形態に係る検出装置が適用される検出システムの概略断面構成を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る検出装置の検出部の構成例を示すブロック図である。 図４Ａは、検出領域上の空間における被検出体の位置と各検出電極との位置関係を示す模式図である。 図４Ｂは、検出領域上の空間における被検出体の空間座標を示す模式図である。 図５は、被検出体の空間座標の算出手法の一例を示す概念図である。 図６は、比較例に係るセンサ部と検出部との接続構成の一例を示す図である。 図７Ａは、検出電極に生じる容量を示す第１概念図である。 図７Ｂは、検出電極に生じる容量を示す第１概念図である。 図８Ａは、検出電極に生じる容量を示す第２概念図である。 図８Ｂは、検出電極に生じる容量を示す第２概念図である。 図９は、比較例における検出値の一例を示す図である。 図１０は、実施形態に係るセンサ部と検出部との接続構成の一例を示す図である。 図１１は、検出回路における検出タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 図１２は、実施形態に係る検出基準値取得処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は、実施形態１に係る検出動作時における検出タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 図１４は、実施形態１に係る検出値算出処理の一例を示すフローチャートである。 図１５は、第１検出値及び第２検出値の一例を示す図である。 図１６は、検出差分値の一例を示す図である。 図１７は、補正係数関数の一例を示す図である。 図１８は、検出値算出処理実行後の検出値の一例を示す第１図である。 図１９は、検出値算出処理実行後の検出値の一例を示す第２図である。 図２０は、実施形態２に係る検出動作時における検出タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 図２１は、実施形態２に係る検出値算出処理の一例を示すフローチャートである。 図２２は、第１変形例に係るセンサ部の概略構成を示す平面図である。 図２３は、第２変形例に係るセンサ部の概略構成を示す平面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

図１は、実施形態に係る検出装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、検出装置１は、センサ部１０と、検出部２０と、を備える。

センサ部１０は、センサ基板１１と、複数の検出電極１２と、複数の各検出電極１２と、周辺電極１６と、を有する。検出部２０は、制御基板２１と、検出回路２２と、処理回路２３と、電源回路２４と、インターフェース回路２５と、を有する。

センサ基板１１は、例えば、ガラス基板又は透光性を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）である。センサ基板１１は、検出領域ＡＡと、周辺領域ＧＡとを有する。

センサ基板１１の検出領域ＡＡは、複数の検出電極１２が設けられた領域である。検出領域ＡＡには、Ｄｘ方向（第１方向）にＭ個（Ｍは自然数）の検出電極１２が配列され、Ｄｙ方向（第２方向）にＮ個（Ｎは自然数）の検出電極１２が配列されている。

センサ基板１１の周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外周と、センサ基板１１の端部との間の領域であり、検出電極１２が設けられない領域である。本開示において、周辺領域ＧＡには、検出領域ＡＡの各辺に沿って４つの周辺電極１６が設けられている。４つの周辺電極１６は、それぞれ配線１３ａにより接続されている。

本開示において、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）は、検出領域ＡＡにおいて直交する。また、本開示では、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）に直交する方向をＤｚ方向（第３方向）としている。

センサ基板１１には、配線基板３１を介して制御基板２１が電気的に接続される。配線基板３１は、例えばフレキシブルプリント基板である。センサ部１０の各検出電極１２は、配線基板３１を介して、検出部２０の検出回路２２と接続される。

制御基板２１には、検出回路２２、処理回路２３、電源回路２４、及びインターフェース回路２５が設けられている。制御基板２１は、例えばリジット基板である。

検出回路２２は、センサ基板１１から出力される各検出電極１２の検出信号に基づき、各検出電極１２の出力値を検出する。検出回路２２は、例えばアナログフロントエンド（ＡＦＥ：Analog Front End）ＩＣである。

処理回路２３は、検出回路２２から出力される各検出電極１２の出力値に基づき、検出領域ＡＡ上において被検出体（例えば、操作者の手指等）が存在する位置を示す空間座標を生成する。処理回路２３は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ（Programmable Logic Device）であっても良いし、例えばＭＣＵ（Micro Control Unit）であっても良い。

電源回路２４は、検出回路２２及び処理回路２３に電源を供給する回路である。また、電源回路２４は、検出回路２２に検出用の駆動信号を供給する回路である。

インターフェース回路２５は、例えばＵＳＢコントローラＩＣであり、処理回路２３と検出システムが搭載されるホストデバイスのホストコントローラ（不図示）との間の通信制御を行う回路である。

図２は、実施形態に係る検出装置が適用される検出システムの概略断面構成を示す模式図である。

検出システム１００は、検出装置１と、表示パネル２００と、を含む。表示パネル２００は、エアギャップＡＧを介して検出装置１のセンサ部１０に対向配置される。検出装置１のセンサ部１０は、平面視においてセンサ部１０の検出領域ＡＡと表示パネル２００の表示領域ＤＡとがＤｚ方向（第３方向）に重なるように配置される。表示パネル２００は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）が例示される。表示パネル２００は、例えば、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）や無機ＥＬディスプレイ（マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ）、透過性を有する表示面に画像を表示させる透明ディスプレイであっても良い。

センサ部１０は、センサ基板１１と、検出電極１２と、シールド電極１４と、周辺電極１６と、カバーガラス１５と、を備える。センサ部１０は、表示パネル２００側から、シールド電極１４、センサ基板１１、検出電極１２及び周辺電極１６、カバーガラス１５の順に積層される。

シールド電極１４は、センサ基板１１の表示パネル２００側の第１面に設けられている。検出電極１２及び周辺電極１６は、センサ基板１１の第１面の裏側の第２面に設けられている。シールド電極１４は、センサ基板１１の第１面において検出電極１２及び周辺電極１６と重なる領域に設けられている。カバーガラス１５は、センサ基板１１の第２面に接着層ＯＣを介して設けられている。接着層ＯＣは、透光性を有する接着剤が採用されることが望ましい。接着層ＯＣは、例えばＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）のように両面粘着性を有する透光性フィルムによって形成されても良い。

図３は、実施形態に係る検出装置の検出部の構成例を示すブロック図である。本開示において、検出部２０は、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体の位置（座標）を検出する。

図３に示すように、検出部２０は、信号検出部４２と、Ａ／Ｄ変換部４３と、信号処理部４４と、座標算出部４５と、記憶部４６と、を備える。信号検出部４２及びＡ／Ｄ変換部４３は、検出回路２２に含まれる。信号処理部４４、座標算出部４５、及び記憶部４６は、処理回路２３に含まれる。

信号検出部４２は、センサ基板１１から出力される各検出電極１２の検出信号Ｄｅｔ（ｎ）（ｎは、１からＮまでの自然数、Ｎは、検出領域ＡＡ内の電極数）に基づき、各検出
電極１２の出力値Ｖ（ｎ）を生成する。Ａ／Ｄ変換部４３は、各検出電極１２の出力値Ｖ（ｎ）をそれぞれサンプリングしてデジタル信号の出力値Ｓ（ｎ）に変換する。

信号処理部４４は、検出基準値を生成する検出基準値取得処理、及び検出値算出処理を実行し、各検出電極１２の検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を生成する。検出基準値、検出基準値取得処理、及び検出値算出処理については後述する。

座標算出部４５は、各検出電極１２の検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）に基づき、被検出体が存在する位置の空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）を算出する。

記憶部４６には、検出基準値取得処理において取得した検出基準値が格納される。また、記憶部４６には、検出値算出処理において用いる補正係数関数が格納されている。また、記憶部４６は、信号処理部４４における各処理で算出された中間データを一時記憶する機能を有している。

図４Ａは、検出領域上の空間における被検出体の位置と各検出電極との位置関係を示す模式図である。図４Ｂは、検出領域上の空間における被検出体の空間座標を示す模式図である。図４Ａ及び図４Ｂでは、検出領域ＡＡ上の空間に被検出体Ｆが存在する例を示している。

図４Ａに示すように、検出領域ＡＡの各検出電極１２には、検出領域ＡＡ上の空間に存在する被検出体Ｆと各検出電極１２との距離に応じた静電容量が生じ、当該静電容量に応じた出力値Ｓ（ｎ）が検出回路２２によって取得される。

処理回路２３は、検出回路２２によって生成された各検出電極１２の出力値Ｓ（ｎ）を用いて、図４Ｂに示す検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置を示す空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）を抽出する。

本開示において、空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）は、検出領域ＡＡ上の空間に存在する被検出体Ｆの位置に対応する。空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）は、検出領域ＡＡ上におけるＤｘ方向（第１方向）の位置に対応するＸ方向の第１データＲｘ、検出領域ＡＡ上におけるＤｙ方向（第２方向）の位置に対応するＹ方向の第２データＲｙ、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）に直交するＤｚ方向（第３方向）の位置に対応するＺ方向の第３データＲｚを含む。

処理回路２３は、座標算出部４５によって算出された空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）を、例えばＵＳＢコントローラＩＣであるインターフェース回路２５を介してホストデバイスに送信する。ホストデバイスは、処理回路２３から送信された空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）に応じた制御を行う。なお、ホストデバイス側の処理により本開示が限定されるものではない。

図５は、被検出体の空間座標の算出手法の一例を示す概念図である。図５において、横軸は空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）のＸ方向の第１データＲｘ（検出領域ＡＡにおける被検出体ＦのＤｘ方向の位置に対応）を示し、縦軸は空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）のＺ方向の第３データＲｚ（被検出体ＦのＤｚ方向の位置に対応）を示している。

図５に実線で示す算出値は、例えば、各検出電極１２の検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を用いて補間処理を行うことで得られる。図５に示す算出値の算出手法は、補間処理に限定されず、例えば、近似処理を行って算出する態様であっても良い。

本開示において、空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）のＺ方向の第３データＲｚは、被検出体Ｆを検出できない場合に「Ｒｚ＝０」とする。すなわち、空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）のＺ方向の第３データＲｚは、被検出体Ｆがセンサ部１０から離れた位置にあるほど小さい値となり、被検出体Ｆがセンサ部１０に近い位置にあるほど大きい値となる。

図６は、比較例に係るセンサ部と検出部との接続構成の一例を示す図である。図６では、後述する実施形態の構成に対応して、センサ部１０ａ、検出部２０ａの各構成を例示している。

図６に示す比較例において、検出回路２２の信号検出部４２は、主要な構成要素として、差動増幅回路ＣＡを備えている。なお、図６に示す比較例のセンサ部１０ａでは、本開示のセンサ部１０の周辺領域ＧＡに設けられる周辺電極１６を有していない。

差動増幅回路ＣＡの非反転入力端子には、電源回路２４ａから検出用の駆動信号ＶＤが供給される。駆動信号ＶＤは、所定周期でハイ電位とロー電位とを繰り返す矩形波信号である。

差動増幅回路ＣＡの他方の反転入力端子には、検出領域ＡＡに設けられた検出電極１２が接続されている。また、差動増幅回路ＣＡの反転入力端子と出力端子との間には、負帰還容量Ｃｆｂが設けられている。差動増幅回路ＣＡは、非反転入力端子に駆動信号ＶＤが供給されることにより積分回路として機能する。

図６に示す比較例において、シールド電極１４には、電源回路２４ａから駆動信号ＶＤが供給されている。

本開示に係る検出装置１は、上述したように、各検出電極１２に生じた静電容量を検出して検出領域ＡＡ上の被検出体Ｆが存在する位置の空間座標を検出する構成である。このため、検出面に被検出体Ｆが接触することで平面座標を検出する構成に比べて検出感度を高める必要がある。これにより、検出電極１２とシールド電極１４等の導体との間に生じる寄生容量Ｃｐの影響を受け易くなる。検出動作時に取得される出力値Ｓは、被検出体Ｆと検出電極１２との間に生じる容量Ｃｄｅｔに起因する成分をＳ（Ｃｄｅｔ）、寄生容量Ｃｐに起因する成分をＳ（Ｃｐ）として、下記（１）式で示される。

Ｓ＝Ｓ（Ｃｄｅｔ）＋Ｓ（Ｃｐ）・・・（１）

比較例の構成では、予め、検出領域ＡＡ上において検出可能な空間に被検出体Ｆが存在していない場合に取得した寄生容量成分Ｓ（Ｃｐ）を検出基準値ＢＬとし、検出動作時に取得した検出電極１２の出力値Ｓから検出基準値ＢＬを差し引くことで、寄生容量成分を除去した検出値Ｖｄｅｔを算出するようにしている。検出値Ｖｄｅｔは、下記（２）式で示される。

Ｖｄｅｔ＝Ｓ－ＢＬ・・・（２）

図７Ａ及び図７Ｂは、検出電極に生じる容量を示す第１概念図である。図７Ａは、検出可能な被検出体Ｆが存在していない場合に検出電極１２に生じる寄生容量Ｃｐを例示している。図７Ｂは、検出電極１２の上に被検出体Ｆが存在している場合に検出電極１２に生じる容量Ｃｄｅｔ及び寄生容量Ｃｐを例示している。図７Ａ及び図７Ｂでは、破線で概念的に示す電気力線に沿ってシールド電極１４との間に生じる寄生容量Ｃｐを例示している。

検出電極１２の上方に被検出体Ｆが存在する場合、図７Ｂに示すように、被検出体Ｆによって検出電極１２の上方からの電気力線が遮られ、寄生容量Ｃｐの総量が小さくなる。このため、被検出体Ｆが存在していない場合に取得した検出基準値ＢＬは、検出電極１２の上に被検出体Ｆが存在している場合に取得した出力値Ｓに含まれる寄生容量成分Ｓ（Ｃｐ）よりも大きくなる。

図８Ａ及び図８Ｂは、検出電極に生じる容量を示す第２概念図である。図８Ａは、検出領域ＡＡ上において検出可能な空間に被検出体Ｆが存在していない場合に各検出電極１２に生じる寄生容量Ｃｐを例示している。図８Ｂは、検出領域ＡＡ上において検出可能な空間に被検出体Ｆが存在している場合に各検出電極１２に生じる容量Ｃｄｅｔ及び寄生容量Ｃｐを例示している。図８Ａ及び図８Ｂでは、図６に示す比較例のセンサ部１０ａを示し、本開示のセンサ部１０の周辺領域ＧＡに設けられる周辺電極１６を有していない。

検出電極１２の上方からの電気力線は、検出領域ＡＡの端部に近いほど多く、検出領域ＡＡの端部から離れるに従い少なくなる。このため、検出電極１２に生じる寄生容量Ｃｐの総量は、検出領域ＡＡの端部に近いほど大きく、検出領域ＡＡの端部から離れるに従い小さくなる。すなわち、被検出体Ｆが存在していない場合に取得した検出基準値ＢＬ、及び、検出電極１２の上に被検出体Ｆが存在している場合に取得した出力値Ｓに含まれる寄生容量成分Ｓ（Ｃｐ）は、検出領域ＡＡの端部に近いほど大きく、検出領域ＡＡの端部から離れるに従い小さくなる。

さらに、検出電極１２の上に被検出体Ｆが存在している場合に被検出体Ｆによって遮られる電気力線は、検出領域ＡＡの端部に近いほど多くなる。これに伴い、被検出体Ｆが存在していない場合に取得した検出基準値ＢＬと、検出動作時において検出電極１２の上に被検出体Ｆが存在している場合に取得した出力値Ｓに含まれる寄生容量成分Ｓ（Ｃｐ）との差分は、検出領域ＡＡの端部に近いほど大きくなる。

図９は、比較例における検出値の一例を示す図である。図９において、縦軸は検出値Ｖｄｅｔを示し、横軸は検出電極１２のＤｘ方向の位置を示している。図９では、図３に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点のＤｚ方向の直上の同一の高さに被検出体Ｆが存在した場合の各検出電極１２＿ａ，１２＿ｂ，１２＿ｃ，１２＿ｄ，１２＿ｅの検出値をプロットした例を示している。

比較例では、上述したように、検出基準値ＢＬと、検出動作時において取得した出力値Ｓに含まれる寄生容量成分Ｓ（Ｃｐ）との差分が、検出領域ＡＡの端部に近いほど大きくなる。このため、上記（２）によって算出される検出値Ｖｄｅｔは、図９に示すように、検出電極１２の位置が検出領域ＡＡの端部に近いほど小さい値となる。このため、後段の座標算出部４５における空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の算出誤差が大きくなり、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置の検出精度が低下する可能性がある。

以下、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置の検出精度を向上させることが可能な構成及び手法について説明する。

図１０は、実施形態に係るセンサ部と検出部との接続構成の一例を示す図である。図１１は、検出回路における検出タイミングの一例を示すタイミングチャートである。なお、図６に示す比較例に係る構成と同じ構成部については同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

図１０に示す実施形態の構成において、周辺電極１６には、電源回路２４から駆動信号ＶＤ又は基準電位Ｖｒｅｆが選択的に供給される。具体的に、周辺電極１６には、スイッチＳＷ１がオン制御され、スイッチＳＷ２がオフ制御されている第１期間Ｐ１において、電源回路２４から電圧信号Ｖｓとして駆動信号ＶＤが供給され、スイッチＳＷ１がオフ制御され、スイッチＳＷ２がオン制御されている第２期間Ｐ２において、電源回路２４から電圧信号Ｖｓとして基準電位Ｖｒｅｆが供給される。基準電位Ｖｒｅｆは、例えばＧＮＤ電位が例示される。

図１２は、実施形態に係る検出基準値取得処理の一例を示すフローチャートである。図１２に示す検出基準値取得処理は、例えば、検出装置１の起動時に実行される。

処理回路２３の信号処理部４４は、周辺電極１６に電圧信号Ｖｓとして駆動信号ＶＤが供給されている第１期間Ｐ１において、検出電極１２ごとの出力値Ｓ（ｎ）を第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）として取得し（ステップＳ１０１）、取得した第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）を記憶部４６に格納する（ステップＳ１０２）。

続いて、信号処理部４４は、周辺電極１６に電圧信号Ｖｓとして基準電位Ｖｒｅｆが供給されている第２期間Ｐ２において、検出電極１２ごとの出力値Ｓ（ｎ）を第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）として取得し（ステップＳ１０３）、取得した第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）を記憶部４６に格納する（ステップＳ１０４）。

なお、第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）を取得してから（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）、第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）を取得する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）態様であっても良い。第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）及び第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）の取得順序により本開示が限定されるものではない。

上述した検出基準値取得処理により、以下に示す検出動作時において実行される検出値算出処理で用いられる第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）及び第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）が取得される。

（実施形態１）
図１３は、実施形態１に係る検出動作時における検出タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図１４は、実施形態１に係る検出値算出処理の一例を示すフローチャートである。

実施形態１では、周辺電極１６に駆動信号ＶＤが供給されている第１期間Ｐ１と周辺電極１６に基準電位Ｖｒｅｆが供給されている第２期間Ｐ２とを含む１フレーム（１Ｆ）ごとに、検出値Ｖｄｅｔを算出する態様としている。

処理回路２３の信号処理部４４は、周辺電極１６に電圧信号Ｖｓとして駆動信号ＶＤが供給されている第１期間Ｐ１において、検出電極１２ごとの出力値Ｓ（ｎ）を第１出力値Ｓ１（ｎ）として取得する（ステップＳ２０１）。

信号処理部４４は、記憶部４６から第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）を読み出し（ステップＳ２０２）、ステップＳ２０１において取得した第１出力値Ｓ１（ｎ）から第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）を差し引いた第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を算出する（ステップＳ２０３）。そして、算出した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を記憶部４６に一時記憶する（ステップＳ２０４）。第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）は、下記（３）式で示される。

Ｖｄｅｔ１（ｎ）＝Ｓ１（ｎ）－ＢＬ１（ｎ）・・・（３）

続いて、信号処理部４４は、周辺電極１６に基準電位Ｖｒｅｆが供給されている第２期間Ｐ２において、検出電極１２ごとの出力値Ｓ（ｎ）を第２出力値Ｓ２（ｎ）として取得する（ステップＳ２０５）。

信号処理部４４は、記憶部４６から第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）を読み出し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０５において取得した第２出力値Ｓ２（ｎ）から第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）を差し引いた第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を算出する（ステップＳ２０７）。第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）は、下記（４）式で示される。

Ｖｄｅｔ２（ｎ）＝Ｓ２（ｎ）－ＢＬ２（ｎ）・・・（４）

そして、信号処理部４４は、ステップＳ２０４において記憶部４６に一時記憶した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を記憶部４６から読み出し（ステップＳ２０８）、読み出した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）からステップＳ２０７において算出した第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を差し引いた検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）を算出する（ステップＳ２０９）。検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）は、下記（５）式で示される。

ΔＶｄｅｔ（ｎ）＝Ｖｄｅｔ１（ｎ）－Ｖｄｅｔ２（ｎ）・・・（５）

図１５は、第１検出値及び第２検出値の一例を示す図である。図１６は、検出差分値の一例を示す図である。図１５において、縦軸は第１検出値Ｖｄｅｔ１及び第２検出値Ｖｄｅｔ２を示し、横軸は検出電極１２のＤｘ方向の位置を示している。図１５では、図３に示すＢ点のＤｚ方向の直上に被検出体Ｆが存在した場合の各検出電極１２＿ａ，１２＿ｂ，１２＿ｃ，１２＿ｄ，１２＿ｅの第１検出値及び第２検出値をプロットした例を示している。また、図１６において、縦軸は検出差分値ΔＶｄｅｔを示し、横軸は検出電極１２のＤｘ方向の位置を示している。図１６では、各検出電極１２＿ａ，１２＿ｂ，１２＿ｃ，１２＿ｄ，１２＿ｅにおける検出差分値ΔＶｄｅｔをプロットした例を示している。

信号処理部４４は、記憶部４６に予め格納されている補正係数関数から、ステップＳ２０９において算出した検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）に対応する補正係数ｋを読み出し（ステップＳ２１０）、ステップＳ２０４において記憶部４６に一時記憶した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を記憶部４６から読み出し（ステップＳ２１１）、補正係数ｋを検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）に乗じて補正値ｋ×ΔＶｄｅｔ（ｎ）を算出し、当該補正値ｋ×ΔＶｄｅｔ（ｎ）を第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）に加算して、検出電極１２ごとの検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を算出し（ステップＳ２１２）、算出した検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を後段の座標算出部４５に出力する。検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）は、下記（６）式で示される。

Ｖｄｅｔ（ｎ）＝Ｖｄｅｔ１（ｎ）＋ｋ×ΔＶｄｅｔ（ｎ）・・・（６）

以降、信号処理部４４は、ステップＳ２０１に戻り、上述した検出値算出処理を繰り返し実行する。

図１７は、補正係数関数の一例を示す図である。図１８は、検出値算出処理実行後の検出値の一例を示す第１図である。図１７において、縦軸は補正係数ｋを示し、横軸は検出差分値ΔＶｄｅｔを示している。また、図１８において、縦軸は検出値Ｖｄｅｔ及び第１検出値Ｖｄｅｔ１を示し、横軸は検出電極１２のＤｘ方向の位置を示している。図１８では、各検出電極１２＿ａ，１２＿ｂ，１２＿ｃ，１２＿ｄ，１２＿ｅにおける補正後の検出値Ｖｄｅｔ及び補正前の第１検出値Ｖｄｅｔ１をプロットした例を示している。

図１９は、検出値算出処理実行後の検出値の一例を示す第２図である。図１９において、縦軸は検出値Ｖｄｅｔを示し、横軸は検出電極１２のＤｘ方向の位置を示している。図１９では、図３に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点のＤｚ方向の直上の同一の高さに被検出体Ｆが存在した場合の各検出電極１２＿ａ，１２＿ｂ，１２＿ｃ，１２＿ｄ，１２＿ｅの検出値をプロットした例を示している。

図１７に示す補正係数関数は、例えば、検出電極１２のサイズや周辺電極１６の幅、検出電極１２とシールド電極１４とのＤｚ方向の間隔、検出装置１を構成する各部導体の配置等、センサ部１０の構成によって定まる関数である。

上述した検出値算出処理により、図１８に示すように、周辺電極１６に駆動信号ＶＤを供給した際の第１検出値Ｖｄｅｔ１に対して検出差分値ΔＶｄｅｔに補正係数ｋを乗じた値を加算した検出値Ｖｄｅｔが得られる。

本開示において、図１７に示す補正係数関数で定義される補正係数ｋは、被検出体Ｆと各検出電極１２との距離が略等値である場合に、各検出電極１２における検出値Ｖｄｅｔが略等価となるように設定されている。より具体的には、検出差分値ΔＶｄｅｔが大きくなるにつれて、選択される補正係数ｋは小さくなる。これにより、図１９に示すように、各検出電極１２＿ａ，１２＿ｂ，１２＿ｃ，１２＿ｄ，１２＿ｅの並び（Ｄｘ方向）で見た場合に各検出電極の位置に起因した検出値の差分（個体差）が均され、被検出体Ｆと各検出電極１２との距離が略等値である場合に一定の検出値Ｖｄｅｔが得られる。

なお、上記ではＤｘ方向に並ぶ検出電極を用いて説明しているが、Ｄｙ方向に並ぶ検出電極についても同様である。もちろん、Ｄｘ方向とＤｙ方向との両方の影響を考慮した補正係数ｋ’を記憶部４６に格納しておくとしてもよい。

上述した比較例では、図９に示すように、検出電極１２の位置が検出領域ＡＡの端部に近いほど検出値Ｖｄｅｔが小さい値となる。このため、後段の座標算出部４５における空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の算出誤差が大きくなり、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置の検出精度が低下する可能性がある。

これに対し、実施形態１に係る検出値算出処理では、上述したように、被検出体Ｆと各検出電極１２との距離が略等値である場合に、検出電極１２のＤｘ方向及びＤｙ方向の位置に依らず一定の検出値Ｖｄｅｔが得られる。これにより、後段の座標算出部４５における空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の算出誤差を小さくすることができ、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置の検出精度の低下を抑制することができる。

（実施形態２）
図２０は、実施形態２に係る検出動作時における検出タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図２１は、実施形態２に係る検出値算出処理の一例を示すフローチャートである。

実施形態１では、周辺電極１６に駆動信号ＶＤが供給されている第１期間Ｐ１と周辺電極１６に基準電位Ｖｒｅｆが供給されている第２期間Ｐ２とを１フレーム（１Ｆ）として、第１期間Ｐ１において取得された第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）と、前回の第２期間Ｐ２において取得された第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）とを用いて、検出値Ｖｄｅｔを算出する態様について説明したが、実施形態２では、第１期間Ｐ１と、前回の第２期間Ｐ２とを１フレーム（１Ｆ＿ｏｄｄ）として、第１期間Ｐ１には、当該第１期間Ｐ１において取得された第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）と、前回の第２期間Ｐ２において取得された第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）とを用いて、検出値Ｖｄｅｔを算出し、第２期間Ｐ２と、前回の第１期間Ｐ１とを１フレーム（１Ｆ＿ｅｖｅｎ）として、第２期間Ｐ２には、当該第２期間Ｐ２において取得された第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）と、前回の第１期間Ｐ１において取得された第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）とを用いて、検出値Ｖｄｅｔを算出する態様としている。これにより、実施形態１に対して検出値Ｖｄｅｔの出力頻度を２倍とすることができる。

処理回路２３の信号処理部４４は、周辺電極１６に電圧信号Ｖｓとして駆動信号ＶＤが供給されている第１期間Ｐ１において、検出電極１２ごとの出力値Ｓ（ｎ）を第１出力値Ｓ１（ｎ）として取得する（ステップＳ３０１）。

信号処理部４４は、記憶部４６から第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）を読み出し（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０１において取得した第１出力値Ｓ１（ｎ）から第１検出基準値ＢＬ１（ｎ）を差し引いた第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を算出する（ステップＳ３０３）。そして、算出した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を記憶部４６に一時記憶する（ステップＳ３０４）。第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）は、下記（７）式で示される。

Ｖｄｅｔ１（ｎ）＝Ｓ１（ｎ）－ＢＬ１（ｎ）・・・（７）

そして、信号処理部４４は、前回の第２期間Ｐ２において記憶部４６に一時記憶した第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を記憶部４６から読み出し（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０４において算出した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）からステップＳ３０５において読み出した第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を差し引いた検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）を算出する（ステップＳ３０６）。検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）は、下記（８）式で示される。

ΔＶｄｅｔ（ｎ）＝Ｖｄｅｔ１（ｎ）－Ｖｄｅｔ２（ｎ）・・・（８）

信号処理部４４は、記憶部４６に予め格納されている補正係数関数から、ステップＳ３０６において算出した検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）に対応する補正係数ｋを読み出し（ステップＳ３０７）、補正係数ｋを検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）に乗じて補正値ｋ×ΔＶｄｅｔ（ｎ）を算出し、当該補正値ｋ×ΔＶｄｅｔ（ｎ）を第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）に加算して、検出電極１２ごとの検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を算出し（ステップＳ３０８）、算出した検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を後段の座標算出部４５に出力する。検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）は、下記（９）式で示される。

Ｖｄｅｔ（ｎ）＝Ｖｄｅｔ１（ｎ）＋ｋ×ΔＶｄｅｔ（ｎ）・・・（９）

続いて、信号処理部４４は、周辺電極１６に基準電位Ｖｒｅｆが供給されている第２期間Ｐ２において、検出電極１２ごとの出力値Ｓ（ｎ）を第２出力値Ｓ２（ｎ）として取得する（ステップＳ４０１）。

信号処理部４４は、記憶部４６から第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）を読み出し（ステップＳ４０２）、ステップＳ４０１において取得した第２出力値Ｓ２（ｎ）から第２検出基準値ＢＬ２（ｎ）を差し引いた第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を算出する（ステップＳ４０３）。そして、算出した第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を記憶部４６に一時記憶する（ステップＳ４０４）。第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）は、下記（１０）式で示される。

Ｖｄｅｔ２（ｎ）＝Ｓ２（ｎ）－ＢＬ２（ｎ）・・・（１０）

そして、信号処理部４４は、前回の第１期間Ｐ１において記憶部４６に一時記憶した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）を記憶部４６から読み出し（ステップＳ４０５）、ステップＳ４０５において読み出した第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）からステップＳ４０４において算出した第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を差し引いた検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）を算出する（ステップＳ４０６）。検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）は、下記（１１）式で示される。

ΔＶｄｅｔ（ｎ）＝Ｖｄｅｔ１（ｎ）－Ｖｄｅｔ２（ｎ）・・・（１１）

信号処理部４４は、記憶部４６に予め格納されている補正係数関数から、ステップＳ４０６において算出した検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）に対応する補正係数ｋを読み出し（ステップＳ４０７）、補正係数ｋに１を加算した値を検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）に乗じて補正値（ｋ＋１）×ΔＶｄｅｔ（ｎ）を算出し、当該補正値（ｋ＋１）×ΔＶｄｅｔ（ｎ）を第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）に加算して、検出電極１２ごとの検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を算出し（ステップＳ４０８）、算出した検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）を後段の座標算出部４５に出力する。検出値Ｖｄｅｔ（ｎ）は、下記（１２）式で示される。下記（１２）式は、上記（９）式及び上記（１１）式を用いて導出できる。

Ｖｄｅｔ（ｎ）＝Ｖｄｅｔ２（ｎ）＋（ｋ＋１）×ΔＶｄｅｔ（ｎ）・・・（１２）

以降、信号処理部４４は、ステップＳ３０１に戻り、上述した検出値算出処理を繰り返し実行する。

実施形態２に係る検出値算出処理においても、実施形態１に係る検出値算出処理と同様に、被検出体Ｆと各検出電極１２との距離が略等値である場合に、検出電極１２のＤｘ方向及びＤｙ方向の位置に依らず一定の検出値Ｖｄｅｔが得られる。これにより、実施形態１に係る検出値算出処理と同様に、後段の座標算出部４５における空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の算出誤差を小さくすることができ、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置の検出精度の低下を抑制することができる。

また、上述した実施形態２に係る検出値算出処理では、第１期間Ｐ１と、前回の第２期間Ｐ２とを１フレーム（１Ｆ＿ｏｄｄ）として、第１期間Ｐ１において取得された第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）と、前回の第２期間Ｐ２において取得された第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）とを用いて検出値Ｖｄｅｔを算出し、第２期間Ｐ２と、前回の第１期間Ｐ１とを１フレーム（１Ｆ＿ｅｖｅｎ）として、第２期間Ｐ２において取得された第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）と、前回の第１期間Ｐ１において取得された第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）とを用いて検出値Ｖｄｅｔを算出する。これにより、実施形態１に対して検出値Ｖｄｅｔの出力頻度を２倍とすることができる。

上述した実施形態では、第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を算出する第２期間Ｐ２において、周辺電極１６に電源回路２４から電圧信号Ｖｓとして基準電位Ｖｒｅｆ（例えば、ＧＮＤ電位）が供給される態様を例示したが、第２期間Ｐ２において、周辺電極１６に電源回路２４から電圧信号Ｖｓとして駆動信号ＶＤの逆相信号が供給される態様としても良い。これにより、第１検出値Ｖｄｅｔ１（ｎ）から第２検出値Ｖｄｅｔ２（ｎ）を差し引いて算出される検出差分値ΔＶｄｅｔ（ｎ）の値を大きくすることができ、後段の座標算出部４５において算出される空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）の算出誤差をさらに小さくすることができる。これにより、検出領域ＡＡ上の空間における被検出体Ｆの位置の検出精度の低下をさらに抑制することができる。

また、上述した実施形態では、検出領域ＡＡの各辺に沿って４つの周辺電極１６が設けられ、４つの周辺電極１６がそれぞれ配線１３ａにより接続される態様を例示したが、周辺電極１６の形状はこれに限定されない。図２２は、第１変形例に係るセンサ部の概略構成を示す平面図である。図２３は、第２変形例に係るセンサ部の概略構成を示す平面図である。周辺電極１６は、図２２に示すように、例えば、検出領域ＡＡの外周を囲うように１つの周辺電極１６が設けられた態様であっても良いし、図２３に示すように、各検出電極１２から延びる各配線１３が通る切り欠きが設けられた態様であっても良い。

以上、本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示このような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。

１ 検出装置
１０，１０ａ センサ部
１１ センサ基板
１２ 電極
１３，１３ａ 配線
１４ シールド電極
１５ カバーガラス
２０，２０ａ 検出部
２１ 制御基板
２２ 検出回路
２３ 処理回路
２４，２４ａ 電源回路
２５ インターフェース回路
３１ 配線基板
４２ 信号検出部
４３ Ａ／Ｄ変換部
４４ 信号処理部
４５ 座標算出部
４６ 記憶部
２００ 表示パネル
ＡＡ 検出領域
ＡＧ エアギャップ
ＢＬ 検出基準値
ＢＬ１，ＢＬ１（ｎ） 第１検出基準値
ＢＬ２，ＢＬ２（ｎ） 第２検出基準値
ＤＡ 表示領域
Ｆ 被検出体
ＯＣ 接着層
Ｒｘ 第１データ
Ｒｙ 第２データ
Ｒｚ 第３データ
ＶＤ 駆動信号
Ｖｄｅｔ１，Ｖｄｅｔ１（ｎ） 第１検出値
Ｖｄｅｔ２，Ｖｄｅｔ２（ｎ） 第２検出値
Ｖｒｅｆ 基準電位
Ｖｓ 電圧信号
ΔＶｄｅｔ，ΔＶｄｅｔ（ｎ） 検出差分値

Claims (8)

1. 複数の検出電極が並ぶ検出領域を有するセンサ部と、
   複数の前記検出電極に駆動信号を供給し、複数の前記検出電極ごとの出力値に基づき、前記検出領域上の空間における被検出体の位置を検出する検出部と、
   を備え、
   前記センサ部は、
   前記検出領域の外周に沿って設けられた周辺電極を備え、
   前記検出部は、
   前記周辺電極に前記駆動信号を供給する第１期間において、前記検出電極の出力値に基づき第１検出値を算出し、
   前記周辺電極に前記駆動信号とは異なる電圧信号を供給する第２期間において、前記検出電極の出力値に基づき第２検出値を算出し、
   前記第１検出値と前記第２検出値との差分値に基づき算出した値を用いて、前記検出領域上の空間における前記被検出体の空間座標を算出する、
   検出装置。
2. 前記電圧信号は、所定の基準電位である、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記電圧信号は、ＧＮＤ電位である、
   請求項２に記載の検出装置。
4. 前記電圧信号は、前記駆動信号の逆相信号である、
   請求項１に記載の検出装置。
5. 前記検出部は、
   前記検出領域上の空間に前記被検出体が存在していないときに、前記第１期間において取得した前記検出電極の出力値を第１検出基準値とし、前記第２期間において取得した前記検出電極の出力値を第２検出基準値とし、
   前記被検出体の空間座標を算出する際に、前記第１期間において取得した前記検出電極の出力値から前記第１検出基準値を差し引いて前記第１検出値とし、前記第２期間において取得した前記検出電極の出力値から前記第２検出基準値を差し引いて前記第２検出値とする、
   請求項１から４の何れか一項に記載の検出装置。
6. 前記検出部は、
   前記被検出体の空間座標を算出する際に、前記差分値に対し、当該差分値に応じた補正係数を乗じて補正値とし、当該補正値を前記第１検出値に加算する、
   請求項５に記載の検出装置。
7. 前記検出部は、
   前記被検出体の空間座標を算出する際に、前記差分値に対し、当該差分値に応じた補正係数に１を加算した値を乗じて補正値とし、当該補正値を前記第２検出値に加算する、
   請求項５に記載の検出装置。
8. 前記補正係数は、前記被検出体と前記検出領域の中央付近の第１検出電極との距離と、前記被検出体と前記検出領域の端部の第２検出電極との距離とが略等値である場合に、前記第１検出電極における検出値と前記第２検出電極における検出値とが略等価となるように設定されている、
   請求項６又は７に記載の検出装置。

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