JP4897982B1 - タッチパネル装置およびタッチ位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さい場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができるようにする。
【解決手段】送信電極に印加する駆動信号に応じて受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点ごとに検出量を出力する受信信号処理部１６が、受信電極の出力信号に所定の処理を行って得られる信号を積分処理する積分部３５と、この積分部の積分値が所定の閾値に達するとリセット信号を出力する監視部３８と、を備え、積分部は、監視部のリセット信号に応じて積分値をゼロにリセットするものとする。特に、積分部の前段に、信号を平滑化する平滑化部３４を備え、積分部は、平滑化部で平滑化された信号を積分処理するものとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、タッチ操作に応じた静電容量の変化に伴う電極の出力信号の変化に基づいてタッチ位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置に関するものである。

タッチパネル装置では、タッチ位置を検出する原理が異なる種々の方式があるが、特に投影型静電容量方式は、使い勝手がよいなど優れた特徴を有している。この投影型静電容量方式は、格子状に配置された電極の交点部分に形成されるコンデンサの静電容量が、導電性物体（例えば人体）が接近あるいは接触することで変化する原理を利用したものであり、ユーザの指先で直接、あるいは単なる導電性材料からなるスタイラスでタッチ操作を行うことができ、またタッチ位置を高精度に検出することが可能になる。

一方、タッチパネル装置は、プラズマディスプレイパネルや液晶ディスプレイパネルなどの画像表示装置と組み合わせて用いられることが一般的であるが、タッチパネル装置において電極が配設されたパネル本体を画像表示装置の前面に配置した場合、画像表示装置の画面の視認性を確保することが必要となる。これには、パネル本体を透明な材料で構成すればよいが、ＩＴＯを用いた透明電極では、抵抗値が大きい上に、製造コストが嵩むため、大型のタッチパネル装置では実用化が難しい。

このような透明電極が有する問題に対して、導線を網目状に配したメッシュ状電極を採用する技術が知られている（特許文献１，２参照）。このようなメッシュ状電極では、不透明な金属材料で形成しても、微細配線化することで電極が見えにくくなるため、画像表示装置の視認性を確保することができ、また、抵抗値が低くかつ低コストな金属材料を用いることができるため、大型のタッチパネル装置の実用化が容易になる。

特開２００６−３４４１６３号公報 特開２０１０−０３９５３７号公報

さて、投影型静電容量方式のタッチパネル装置では、電極交点の静電容量Ｃがタッチ操作に応じて変化したときの変化量ΔＣに基づいてタッチ位置を算出する。このため、静電容量Ｃに対する変化量ΔＣの割合（ΔＣ／Ｃ）が、タッチ操作を検出する際の感度となる。ところが、前記のメッシュ状電極を採用すると、電極交点の静電容量Ｃが一桁大きくなる一方で、タッチ操作に伴う変化量ΔＣは静電容量Ｃの１０％弱にしかならない。このため、静電容量Ｃに対する変化量ΔＣの割合（ΔＣ／Ｃ）が小さくなり、タッチ検出の感度が低下するという問題があった。

特に、電極交点ごとの検出量から所要の補間法を用いてタッチ位置を求めると、電極の配置ピッチより高い分解能でタッチ位置を検出することができるが、前記のメッシュ状電極を採用して、静電容量Ｃに対する変化量ΔＣの割合（ΔＣ／Ｃ）が小さくなると、補間法を用いたタッチ位置検出で十分な精度を確保することが困難となる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さい場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができるように構成されたタッチパネル装置を提供することにある。

本発明のタッチパネル装置は、互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に設けられたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加する駆動信号に応じて前記受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点ごとに検出量を出力する受信部と、前記受信部から出力される検出量の変化量に基づいてタッチ位置を求める制御部と、を備え、前記受信部は、前記受信電極からの応答信号に基づいた信号を積分処理する積分部と、この積分部の積分値が所定の閾値に達するとリセット信号を出力する監視部と、を備え、前記積分部は、前記監視部のリセット信号に応じて積分値をゼロにリセットする構成とする。

本発明によれば、積分部の積分値が所定の閾値に達するのに応じてリセットが行われることから、積分部が飽和することがないため、入力信号に対して積分値が大きく変化する特性に積分部を設定することができ、これによりタッチ操作に伴う受信部の出力検出量の変化量が大きくなるため、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さい場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができる。

本発明に係るタッチパネル装置が適用されたプラズマディスプレイ装置１を示す全体構成図 送信電極７および受信電極８を示す平面図 受信信号処理部１６の概略構成図 積分部３５の概略構成図 受信信号処理部１６の各部から出力される信号を示す波形図 従来構成に基づく受信信号処理部の各部から出力される信号を示す波形図 図５の受信信号処理部１６の各部から出力される信号を時間軸方向に拡大して示す波形図 タッチ／非タッチ状態でリセット回数が異なった場合の受信信号処理部１６の各部から出力される信号を示す波形図 リセット信号および積分部３５の出力信号を示す波形図 タッチ位置算出部１７での処理の手順を示すフロー図

前記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に設けられたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加する駆動信号に応じて前記受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点ごとに検出量を出力する受信部と、前記受信部から出力される検出量の変化量に基づいてタッチ位置を求める制御部と、を備え、前記受信部は、前記受信電極からの応答信号に基づいた信号を積分処理する積分部と、この積分部の積分値が所定の閾値に達するとリセット信号を出力する監視部と、を備え、前記積分部は、前記監視部のリセット信号に応じて積分値をゼロにリセットする構成とする。

これによると、積分部の積分値が所定の閾値に達するのに応じてリセットが行われることから、積分部が飽和することがないため、入力信号に対して積分値が大きく変化する特性に積分部を設定することができ、これによりタッチ操作に伴う受信部の出力検出量の変化量が大きくなるため、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さい場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができる。

ここで、積分部は、オペアンプとコンデンサとで構成される積分回路からなるものとするとよい。この場合、積分回路のコンデンサの容量を小さくすることで、入力信号に対して積分値が大きく変化する特性に積分部を設定することができる。

また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記受信部は、信号を平滑化する平滑化部を前記積分部の前段に備え、前記積分部は、前記平滑化部で平滑化された信号を積分処理する構成とする。

これによると、積分部でのリセットのタイミングが非タッチ状態とタッチ状態とで異なることで生じるタッチ位置の検出誤差を避けることができる。

また、第３の発明は、前記第２の発明において、前記制御部は、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が異なる場合に、前記受信部から出力される検出量を、リセット期間中に前記積分部に入力される信号に相当する補正値で補正する構成とする。

これによると、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が異なることで生じるタッチ位置の検出誤差を避けることができる。

また、第４の発明は、前記第１乃至第３の発明において、前記積分部において１回のリセットで破棄される信号量が、タッチ操作に伴う検出量の変化量より大きくなるように設定され、前記制御部は、前記受信部から出力される検出量と、非タッチ状態で取得した検出量の初期値との差に基づいてタッチ操作の有無を判定し、タッチ操作があったものと判定されると、そのタッチ状態での検出量と前記初期値との大小に基づいて非タッチ状態とタッチ状態とのリセット回数の差を判定する構成とする。

これによると、受信部から出力される検出量のみでタッチ位置を求めることができるため、リセット回数を計数する手段が不要となり、さらに処理するデータ量が削減されるため、メモリ容量を節約することができる上に、演算負荷およびデータ転送の負荷を軽減して、タッチ位置検出の処理速度（検出レート）を向上させることができる。

また、第５の発明は、前記第１乃至第４の発明において、前記パネル本体は、画像表示装置の前面に配置され、前記送信電極および前記受信電極は、導線が格子状に配置されたメッシュ状電極で構成された構成とする。

これによると、導線を微細な線径に形成することで電極を見えにくくして、タッチパネル装置の背面側に配置される画像表示装置の画面の視認性を高めることができる。この場合、送信電極および受信電極がメッシュ状電極で構成されているため、電極交点の静電容量が大きくなり、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さくなるため、特に本発明が有効である。
また、第６の発明は、互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に設けられたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加する駆動信号に応じて前記受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点ごとに検出量を出力する受信部と、前記受信部から出力される検出量の変化量に基づいてタッチ位置を求める制御部とを備えるタッチパネル装置のタッチ位置検出方法において、前記受信部は、前記受信電極からの応答信号に基づいた信号を積分処理し、この積分処理による積分値が所定の閾値に達すると前記積分値をゼロにリセットすることにより、タッチ操作に伴い出力する前記検出量の変化量を大きくするものとする。
これによると、積分部の積分値が所定の閾値に達するのに応じてリセットが行われることから、積分部が飽和することがないため、入力信号に対して積分値が大きく変化する特性に積分部を設定することができ、これによりタッチ操作に伴う受信部の出力検出量の変化量が大きくなるため、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さい場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るタッチパネル装置が適用されたプラズマディスプレイ装置１を示す全体構成図である。このプラズマディスプレイ装置１は、プラズマディスプレイパネル（画像表示装置。以下、ＰＤＰと呼称する。）２と、ＰＤＰ制御部３と、タッチパネル装置４とからなっており、タッチパネル装置４のパネル本体５がＰＤＰ２の表示面の前側に配置されている。

タッチパネル装置４のパネル本体５は、指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）によるタッチ操作が行われるタッチ面６を備え、互いに並走する複数の送信電極７と互いに並走する複数の受信電極８とが格子状に配置されている。

また、タッチパネル装置４は、送信電極７に対して駆動信号を印加する送信部９と、送信電極７に印加された駆動信号に応答した受信電極８の応答信号を受信して、送信電極７と受信電極８とが交差する電極交点ごとの静電容量に相当する検出量を出力する受信部１０と、この受信部１０から出力される検出量に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部９及び受信部１０の動作を制御する制御部１１とを備えている。

制御部１１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器１２に入力され、ここで生成した表示画面データがＰＤＰ２を制御するＰＤＰ制御部３に出力される。これによりパネル本体５のタッチ面６上でユーザが指示物で行ったタッチ操作に対応した画像がＰＤＰ２の画面に表示され、タッチ面６にマーカーで直接描画するのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、またＰＤＰ２の表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。

送信電極７と受信電極８とは、絶縁層を挟んで重なり合う態様で交差しており、この送信電極７と受信電極８とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指等の指示物でタッチ操作を行う際に、指示物がタッチ面６に接近あるいは接触すると、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。

ここでは、相互容量方式が採用されており、送信電極７に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極８に充放電電流が流れ、この充放電電流が応答信号として受信電極８から出力され、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極８の充放電電流、すなわち応答信号が変化し、この変化量に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、受信部１０で応答信号を信号処理して得られる検出量が、送信電極７と受信電極８とによる電極交点ごとに出力されるため、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。

制御部１１のタッチ位置算出部１７は、受信部１０から出力される電極交点ごとの検出量から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ方向（受信電極８の配列方向、つまりＰＤＰ２の幅方向）とＹ方向（送信電極７の配列方向、つまりＰＤＰ２の高さ方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとの検出量から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極７及び受信電極８の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。

また、制御部１１のタッチ位置算出部１７では、タッチ面６の全面に渡って電極交点ごとの検出量の受信が終了する１フレーム周期ごとにタッチ位置を求める処理が行われ、タッチ位置情報がフレーム単位で外部機器１２に出力される。外部機器１２では、時間的に連続する複数のフレームのタッチ位置情報に基づいて、各タッチ位置を時系列に連結する表示画面データを生成して、ＰＤＰ制御部３に出力する。なお、マルチタッチの場合には、複数の指示物によるタッチ位置を含むタッチ位置情報がフレーム単位で出力される。

送信部９は、駆動信号となるパルスを発生する送信パルス発生部１３と、送信電極７を１本ずつ選択して、送信パルス発生部１３から出力されたパルスを送信電極７に順次印加する電極選択部１４と、を備えている。

受信部１０は、受信電極８から出力される応答信号を処理する受信信号処理部１６と、受信電極８を１本ずつ選択して、受信電極８からの応答信号を受信信号処理部１６に順次入力させる電極選択部１５と、を備えている。

送信部９および受信部１０は、制御部１１から出力される同期信号に応じて動作し、１本の送信電極７にパルス信号を印加する間に、受信電極８を１本ずつ選択して、受信電極８からの応答信号を受信信号処理部１６に順次入力させ、これを全ての送信電極７について順次繰り返すことで、全ての電極交点ごとの応答信号を取り出すことができる。

図２は、送信電極７および受信電極８を示す平面図である。送信電極７は、導線２１ａ，２１ｂが格子状に配置されたメッシュ状電極で構成されている。導線２１ａは、送信電極７の長手方向に対して時計方向に所定角度θだけ傾いた方向に延在し、導線２１ｂは、送信電極７の長手方向に対して反時計方向に所定角度θだけ傾いた方向に延在し、導線２１ａ，２１ｂの交差角度２θを９０度より小さくすることで、菱形格子が連続する形態をなしている。なお、導線２１ａ，２１ｂは、交差部分で互いに電気的に接続されている。

受信電極８も、送信電極７と同様に、導線２２ａ，２２ｂが格子状に配置されたメッシュ状電極で構成されており、導線２２ａ，２２ｂの配置形態も、送信電極７の導線２１ａ，２１ｂと同様である。

このように送信電極７および受信電極８を構成して、導線２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを微細な線径に形成することにより、送信電極７および受信電極８を見えにくくして、タッチパネル装置４の背面側に配置されるＰＤＰ２の画面の視認性を高めることができ、さらに、ＰＤＰ２の画素パターンに送信電極７および受信電極８が重なり合うことで発生するモアレを抑制することができる。

また、送信電極７および受信電極８をメッシュ状電極で構成した場合、電極交点の静電容量Ｃが大きくなる一方で、タッチ操作に伴う静電容量の変化量ΔＣは静電容量Ｃの１０％弱にしかならない。このため、静電容量Ｃに対する変化量ΔＣの割合（ΔＣ／Ｃ）が小さくなり、タッチ検出の感度が低下する。そこで、ここでは、後述するように、受信電極８の出力信号を処理する受信信号処理部１６で感度を向上させる処理を行って、タッチ位置を精度よく検出することができるようにしている。

図３は、受信信号処理部１６の概略構成図である。この受信信号処理部１６は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、絶対値検出部３３と、平滑化部３４と、積分部３５と、サンプルホールド部３６と、ＡＤ変換部３７と、監視部３８と、を備えている。

ＩＶ変換部３１では、電極選択部１５を介して入力される受信電極８の応答信号（充放電電流信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極７に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して全波整流が行われる。平滑化部３４では、絶対値検出部３３の出力信号を平滑化する処理が行われる。積分部３５では、平滑化部３４の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３６では、積分部３５の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３７では、サンプルホールド部３６の出力信号をＡＤ変換して電極交点ごとの検出量を出力する。

監視部３８は、積分部３５の積分値を監視し、この積分値を所定の閾値と比較して、積分値が閾値に達するとリセット信号を出力する。この監視部３８は、具体的にはコンパレータで構成され、積分部３５の出力電圧が所定電圧に達するとリセットパルスを発生する。

図４は、積分部３５の概略構成図である。積分部３５は、オペアンプ４１の反転入力端子と出力端子との間の帰還回路に設けられたコンデンサ４２と抵抗４３とを備えた積分回路４４と、コンデンサ４２の電荷を放電するリセット回路４５と、を有している。積分回路４４では、入力電圧を時間で積分して出力し、監視部３８からのリセット信号がリセット回路４５に入力されると、積分回路４４での積分値がゼロにリセットされる。積分回路４４では、コンデンサ４２の容量を小さくすることで、入力信号に対して出力電圧が大きく変化する特性に設定することができる。

図５は、受信信号処理部１６の各部から出力される信号を示す波形図である。送信電極７に駆動信号（パルス信号）を所定回数印加すると、パルス波の立ち上がり及び立ち下がりに応じた充放電電流が受信電極８に流れ、これに応じてＩＶ変換部３１から出力される電圧信号が変化する。

積分部３５では、監視部３８から出力されるリセット信号に応じて積分値がゼロにリセットされ、積分処理とリセットとが繰り返される。ＩＶ変換部３１の出力信号は、送信電極７の駆動信号の印加が終了するのに応じて収束し、このＩＶ変換部３１の出力信号が収束する所定のタイミングで、サンプルホールド部３６により積分部３５の出力信号のサンプリングが行われる。

タッチ操作が行われると、電極交点の静電容量が減少するのに伴って、ＩＶ変換部３１から出力される電圧信号の振幅が小さくなり、これに応じて、絶対値検出部３３の出力信号および平滑化部３４の出力信号の電圧が低くなる。このため、タッチ状態では、非タッチ状態と比較して、積分部３５の積分値が閾値に到達するまでの時間が長くなり、リセットのタイミングが遅くなる。

ＡＤ変換部３７では、積分部３５の出力信号をサンプルホールド部３６で所定のタイミングでサンプリングして出力される電圧信号を、０〜２．５５Ｖの範囲で、８ビット（０〜２５５）の検出量（ＡＤ変換値）に変換する。検出量はＡＤ変換部３７から制御部１１に出力される。また、監視部３８からリセット信号が制御部１１に出力され、制御部１１では、監視部３８からのリセット信号に基づいてリセット回数を計数する。

ここで、電極交点の静電容量Ｃは、受信信号処理部１６から出力される検出量Ｘと、１回のリセットで破棄された積分値に相当する破棄信号量Ｔと、リセット回数Ｎとから、次式のように表すことができる。
Ｃ＝Ｔ×Ｎ＋（Ｔ−Ｘ） （式１）

また、制御部１１のタッチ位置算出部１７では、非タッチ状態での静電容量の初期値Ｃ０に対する変化量ΔＣに基づいてタッチ位置を求めるようにしており、この変化量ΔＣは、式１により、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘおよびリセット回数Ｎと、非タッチ状態で取得した検出量の初期値Ｘ０およびリセット回数の初期値Ｎ０と、１回のリセット分の破棄信号量Ｔとから、次式により求められる。
ΔＣ＝Ｃ０−Ｃ
＝｛Ｔ×Ｎ０＋（Ｔ−Ｘ０）｝−｛Ｔ×Ｎ＋（Ｔ−Ｘ）｝ （式２）

ここで、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘおよび検出量の初期値Ｘ０は、装置の個体差によりばらつきが生じるが、タッチ操作に伴う変化量ΔＣ自体には大きなばらつきが生じないため、変化量ΔＣに基づいてタッチ位置を求めることによりタッチ位置検出を精度よく行うことができる。

なお、ここで説明する静電容量Ｃは、説明の便宜上、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘを基準にして換算した静電容量の検出量を示すものであり、電極交点部分に形成されるコンデンサの物理学的な静電容量値とは異なる。また、破棄信号量Ｔも、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘを基準にして換算したものである。

図６は、従来構成に基づく受信信号処理部の各部から出力される信号を示す波形図である。この従来構成では、図５に示した本実施形態による場合と同様に、ＩＶ変換部の出力信号が収束するタイミングで、積分部の出力信号のサンプリングが行われるが、積分期間中に積分が飽和することがないように、積分回路のコンデンサの容量が大きく設定されており、これによりタッチ操作に伴う出力検出量の変化量が小さくなる。

これに対して、図５に示した本実施形態では、積分部３５での積分値を積分期間の途中でリセットするようにしたため、積分部３５が飽和することがなく、入力信号に対して積分値が大きく変化する特性に積分部３５を設定することができ、これによりタッチ操作に伴う受信信号処理部１６の出力検出量の変化量が大きくなる。このため、送信電極７および受信電極８をメッシュ状電極で構成することにより、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合（ΔＣ／Ｃ）が小さくなる場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができる。

また、電極交点の静電容量のばらつきが原因で受信電極８の出力信号の大きさに個体差があるため、積分部３５の入力電圧が高くなることがあるが、このような場合でも、積分部３５が飽和することがないため、タッチ位置の検出精度を確保することができる。

図７は、受信信号処理部１６の各部から出力される信号を示す波形図である。この図７は、基本的には図５と同じものであるが、リセット期間内での絶対値検出部３３の出力電圧の変化状況が分かり易くなるように、図５の要部を時間軸方向に拡大して示している。この図７に示すように、積分部３５の積分処理はリセット期間で一時的に停止し、リセット期間中に積分部３５に入力された信号は積分されることなく無効となる。

また、タッチ操作が行われると、電極交点の静電容量が減少するのに伴って、絶対値検出部２３の出力電圧が低くなり、これに応じて積分部３５の積分値が閾値に到達するまでの時間が長くなるため、タッチ状態では非タッチ状態と比較してリセットのタイミングが遅くなる。一方、絶対値検出部２３の出力信号は周期的に変化しているため、絶対値検出部２３の出力信号をそのまま積分すると、リセット期間で無効となる信号量がタッチ状態と非タッチ状態とで異なるものとなり、これがタッチ位置の検出誤差となる。

そこで、ここでは、図３に示したように、積分部３５の前段に平滑化部３４を設け、積分部３５では、平滑化部３４で平滑化された信号を積分処理するようにしている。これにより、積分部３５に入力される信号が一定となり、タッチ状態と非タッチ状態とでリセットのタイミングが異なっても、リセット期間で無効となる信号量は変わらないため、積分部３５でのリセットのタイミングが異なることで生じるタッチ位置の検出誤差を避けることができる。

図８は、非タッチ状態とタッチ状態でリセット回数が異なった場合の受信信号処理部１６の各部から出力される信号を示す波形図である。前記のように、積分部３５の積分処理はリセット期間で一時的に停止し、リセット期間中に積分部３５に入力された信号は積分されることなく無効となる。このため、リセット期間中に積分部３５に入力される信号分だけ、受信信号処理部１６の出力検出量が真の値からずれ、これがタッチ位置の検出誤差となる。

一方、タッチ位置算出部１７では、タッチ操作に伴う静電容量の変化量ΔＣでタッチ位置が判断されることから、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が同じであれば、誤差が相殺されるため、問題とならないが、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が異なる場合がある。図示する例では、非タッチ状態でリセット回数が４回となるのに対して、タッチ状態ではリセット回数が３回に減少している。このような場合、リセット期間で無効となる信号がタッチ位置の検出誤差となる。

そこで、ここでは、タッチ位置算出部１７において、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が異なる場合に、受信信号処理部１６の出力検出量を、リセット期間中に積分部３５に入力される信号に相当する補正値で補正するようにしている。これにより、リセット回数が異なることで生じるタッチ位置の検出誤差を避けることができる。

リセット期間は一定の時間に設定されており、また、積分部３５に入力される信号は平滑化部３４で平滑化されているため、１回のリセット期間中に積分部３５に入力される信号量は、タイミングに関係なく一定である。したがって、１回のリセット分の補正値を、平滑化部３４の出力信号のレベルに基づいて定めることができる。ここでは、起動直後の非タッチ状態で取得した受信信号処理部１６の出力検出量とリセット回数とから、平滑化部３４の出力信号のレベルを推定して、補正値を決定する。

なお、タッチ操作に伴って平滑化部３４の出力電圧が低くなるため、厳密には、リセット期間で無効となる信号量は非タッチ状態とタッチ状態とで異なるが、メッシュ状電極を採用した場合、タッチ操作に伴う信号変化量が小さいため、非タッチ状態での信号レベルで補正値を決定しても実用上支障はない。

図示する例では、非タッチ状態でリセット回数Ｎ０＝４、出力検出量Ｘ０＝２００となり、タッチ状態でリセット回数Ｎ＝３、出力検出量Ｘ＝１００となる。よって、前記の式２により変化量ΔＣは次式のようになる。
ΔＣ＝｛２５５×４＋（２５５−２００）｝−｛２５５×３＋（２５５−１００）｝
＝１０７５−９２０
＝１５５
ここで、タッチ状態では非タッチ状態よりリセット回数が１回少なくなっているため、リセット１回分の補正値を１０とすると、真の変化量ΔＣは、１５５＋１０＝１６５となる。

以上、受信信号処理部１６の出力検出値とリセット回数に基づいてタッチ操作に伴う静電容量の変化量ΔＣを求めるようにしたが、以下に説明するように、受信信号処理部１６の出力検出値のみで変化量ΔＣを求めることも可能である。

図９は、リセット信号および積分部３５の出力信号を示す波形図であり、図９（Ａ）に非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が変化しない場合を、図９（Ｂ）に非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が変化する場合を、それぞれ示している。

図９（Ａ）に示す例では、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数がともに４回となっている。この場合、タッチ状態では非タッチ状態と比較して最後のリセットのタイミングが遅くなり、タッチ状態での出力検出量Ｘ（＝２２０）が、非タッチ状態で取得した検出量の初期値Ｘ０（＝８０）より大きくなる。

一方、図９（Ｂ）に示す例では、非タッチ状態でリセット回数が４回となるのに対して、タッチ状態ではリセット回数が３回に減少している。この場合、タッチ状態では非タッチ状態と比較して最後のリセットのタイミングが早くなるため、タッチ状態での出力検出量Ｘ（＝１００）が、非タッチ状態で取得した検出量の初期値Ｘ０（＝２００）より小さくなる。

このようにタッチ状態と非タッチ状態とのリセット回数の差に応じて、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との大小が逆転する。このため、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０の大小に基づいて、タッチ状態と非タッチ状態とのリセット回数の差を判断することができる。すなわち、出力検出量Ｘが初期値Ｘ０より大であれば、タッチ状態と非タッチ状態とでリセット回数が同じものと判断することができ、逆に出力検出量Ｘが初期値Ｘ０より小であれば、タッチ状態でリセット回数が非タッチ状態より１回少なくなっているものと判断することができる。

ここで、タッチ状態での静電容量Ｃが、１回のリセット分の破棄信号量Ｔだけ、非タッチ状態での静電容量の初期値Ｃ０より少ない場合、すなわちＣ＝Ｃ０−Ｔとなる場合、タッチ状態でリセット回数が非タッチ状態より１回少なくなるが、タッチ状態での出力検出量Ｘは初期値Ｘ０と等しくなるため、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との差のみで、非タッチ状態とタッチ状態とを判別することができない。

さらに、タッチ操作に伴う静電容量の変化量ΔＣが、１回のリセット分の破棄信号量Ｔより大きいと、タッチ操作に応じてリセット回数が変化する場合でも、図９（Ａ）に示す例と同様に、出力検出量Ｘが初期値Ｘ０より大きくなる場合が生じるため、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との差のみで、リセット回数の差を判別することができない。

そこで、ここでは、積分部３５において１回のリセットで破棄される破棄信号量Ｔが、タッチ操作に伴う静電容量の変化量ΔＣより大きくなるように設定されている。これには、積分部３５でリセットを行う際の閾値や、積分回路４４のコンデンサ４２の容量を適切に定めればよい。また、パネル本体５において、静電容量の変化量ΔＣが破棄信号量Ｔより小さくなるように、タッチ操作に伴う静電容量の変化特性を設定するようにしてもよい。

具体的には、例えばタッチ状態での静電容量Ｃが、非タッチ状態での静電容量の初期値Ｃ０に対して最大１５％しか変化しないものとすると、図９（Ａ）に示した例の場合、非タッチ状態での静電容量Ｃ０は、式１により、２５５×４＋（２５５−８０）＝１０２０＋１７５＝１１９５となるため、タッチ操作に伴う変化量ΔＣは最大で１１９５×０．１５≒１８０となる。これは、１回のリセット分の破棄信号量Ｔ（＝２５５）より小さくなる。よって、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との差のみで非タッチ状態とタッチ状態とを判別することができ、また、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との大小の比較のみでリセット回数の差を判別することができる。

図１０は、タッチ位置算出部１７での処理の手順を示すフロー図である。ここでは、まず、装置の起動時に実施されるキャリブレーションにおいて、非タッチ状態で受信信号処理部１６から出力される検出量の初期値Ｘ０を取得する（ＳＴ１０１）。そして、ユーザによる使用が可能な状態となって、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘを取得すると（ＳＴ１０２）、この出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との差の絶対値（ＡＢＳ（Ｘ０−Ｘ））を算出し、その絶対値が所定の基準値（ここでは２）以上となるか否で、タッチ操作の有無を判定する。

ここでタッチ操作が行われたものと判定されると（ＳＴ１０３でＹｅｓ）、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０の大小を比較し、出力検出量Ｘが初期値Ｘ０以上となる場合は（ＳＴ１０４でＹｅｓ）、タッチ状態と非タッチ状態とでリセット回数が同じものと判断する。この場合、リセットで破棄された信号量が非タッチ状態とタッチ状態とで同一であるため、単に出力検出量Ｘと初期値Ｘ０とを比較すればよく、タッチ操作に伴う変化量ΔＣは次式により求められる（ＳＴ１０５）。
ΔＣ＝Ｘ−Ｘ０ （式３）

図９（Ａ）に示した例の場合、非タッチ状態での出力検出量Ｘ０＝８０、タッチ状態での出力検出量Ｘ＝２２０となるため、変化量ΔＣ＝２２０−８０＝１４０となる。

一方、出力検出量Ｘが初期値Ｘ０以上とならない場合は（ＳＴ１０４でＮｏ）、タッチ状態でリセット回数が非タッチ状態より１回少なくなっているものと判断する。この場合、非タッチ状態とタッチ状態とでは、リセットで破棄された信号量が１回のリセット分の破棄信号量Ｔ（＝２５５）だけ異なり、タッチ操作に伴う変化量ΔＣは次式により求められる（ＳＴ１０６）。
ΔＣ＝２５５−（Ｘ０−Ｘ） （式４）

図９（Ｂ）に示した例の場合、非タッチ状態での出力検出量Ｘ０＝２００、タッチ状態での出力検出量Ｘ＝１００となるため、変化量ΔＣ＝２５５−（２００−１００）＝１５５となる。さらに、リセット期間中に積分部３５に入力されて無効となった信号に相当する補正値（ここでは１０）を１回分加えて、変化量ΔＣは１６５となる。

なお、タッチ操作の有無の判定（ＳＴ１０３）では、出力検出量Ｘと初期値Ｘ０との差が所定の範囲（±２）に収まるか否かにより判定を行っており、これにより出力検出量Ｘのばらつきによる誤判定を避けることができる。

このように受信信号処理部１６の出力検出量Ｘを、非タッチ状態で取得した検出量の初期値Ｘ０と比較して、その大小に基づいて非タッチ状態とタッチ状態とのリセット回数の差を判定して、そのリセット回数の差に応じて静電容量の変化量ΔＣを求めるため、受信信号処理部１６の出力検出量Ｘのみでタッチ位置を求めることができる。これにより、リセット回数を計数する手段が不要となり、さらに処理するデータ量が削減されるため、メモリ容量を節約することができる上に、演算負荷およびデータ転送の負荷を軽減して、タッチ位置検出の処理速度（検出レート）を向上させることができる。

なお、前記の例では、送信電極７および受信電極８をメッシュ状電極で構成したが、本発明における送信電極および受信電極はこれに限定されるものではなく、例えば電極となる導線を１方向に配列しただけの構成にも本発明を適用することが可能である。

また、前記の例では、図３に示したように、受信信号処理部１６において平滑化部３４を積分部３５の前段に設けたが、平滑化部３４を設けずに絶対値検出部３３の出力信号をそのまま積分部３５に入力する構成も可能である。このような構成でも、所期の効果、すなわちタッチ操作に伴う受信信号処理部１６の出力検出量の変化量が大きくなる効果を得ることができる。

また、前記の例では、図３に示したように、受信電極８からの応答信号を処理するためにＩＶ変換部３１、バンドパスフィルタ３２および絶対値検出部３３を設けたが、これらの処理は適宜に省略することができる。すなわち、積分部３５には受信電極８からの応答信号に基づいた信号を入力させればよく、ＩＶ変換やバンドパスフィルタ処理や全波整流の処理を行うことなく、受信電極８からの応答信号をそのまま積分部３５に入力する構成も可能である。このような構成でも、所期の効果、すなわちタッチ操作に伴う受信信号処理部１６の出力検出量の変化量が大きくなる効果を得ることができる。

本発明にかかるタッチパネル装置は、タッチ操作に伴って電極交点の静電容量が変化する割合が小さい場合でも、タッチ位置を精度よく検出することができる効果を有し、タッチ操作に応じた静電容量の変化に伴う電極の出力信号の変化に基づいてタッチ位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置などとして有用である。

１ プラズマディスプレイ装置
２ ＰＤＰ（画像表示装置）
４ タッチパネル装置
５ パネル本体
６ タッチ面
７ 送信電極
８ 受信電極
９ 送信部
１０ 受信部
１１ 制御部
１６ 受信信号処理部
１７ タッチ位置算出部
３４ 平滑化部
３５ 積分部
３６ サンプルホールド部
３８ 監視部
４１ オペアンプ
４２ コンデンサ
４４ 積分回路
４５ リセット回路

Claims (6)

1. 互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に設けられたパネル本体と、
   前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、
   前記送信電極に印加する駆動信号に応じて前記受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点ごとに検出量を出力する受信部と、
   前記受信部から出力される検出量の変化量に基づいてタッチ位置を求める制御部と、を備え、
   前記受信部は、前記受信電極からの応答信号に基づいた信号を積分処理する積分部と、この積分部の積分値が所定の閾値に達するとリセット信号を出力する監視部と、を備え、前記積分部は、前記監視部のリセット信号に応じて積分値をゼロにリセットすることを特徴とするタッチパネル装置。
2. 前記受信部は、信号を平滑化する平滑化部を前記積分部の前段に備え、前記積分部は、前記平滑化部で平滑化された信号を積分処理することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記制御部は、非タッチ状態とタッチ状態とでリセット回数が異なる場合に、前記受信部から出力される検出量を、リセット期間中に前記積分部に入力される信号に相当する補正値で補正することを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記積分部において１回のリセットで破棄される信号量が、タッチ操作に伴う検出量の変化量より大きくなるように設定され、
   前記制御部は、前記受信部から出力される検出量と、非タッチ状態で取得した検出量の初期値との差に基づいてタッチ操作の有無を判定し、タッチ操作があったものと判定されると、そのタッチ状態での検出量と前記初期値との大小に基づいて非タッチ状態とタッチ状態とのリセット回数の差を判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタッチパネル装置。
5. 前記パネル本体は、画像表示装置の前面に配置され、
   前記送信電極および前記受信電極は、導線が格子状に配置されたメッシュ状電極で構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のタッチパネル装置。
6. 互いに並走する複数の送信電極および互いに並走する複数の受信電極が格子状に設けられたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加する駆動信号に応じて前記受信電極から出力される応答信号を受信して電極交点ごとに検出量を出力する受信部と、前記受信部から出力される検出量の変化量に基づいてタッチ位置を求める制御部とを備えるタッチパネル装置のタッチ位置検出方法において、
   前記受信部は、前記受信電極からの応答信号に基づいた信号を積分処理し、この積分処理による積分値が所定の閾値に達すると前記積分値をゼロにリセットすることにより、タッチ操作に伴い出力する前記検出量の変化量を大きくすることを特徴とするタッチ位置検出方法。

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