JP4932667B2 - 画面入力型画像表示システム - Google Patents

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Description

本発明は、画像表示システムにかかり、特に、容量結合方式のタッチセンサにおける多点座標検出を可能とした画面入力型画像表示システムに関する。
表示画面に使用者の指などを用いてユーザの指などによるタッチ操作(接触押圧操作、以下、単にタッチと称する)して情報を入力する画面入力機能をもつタッチセンサ(タッチパネルとも称する)を備えた画像表示装置は、PDAや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末に用いられている。このようなタッチ入力機能を備えた画像表示装置では、タッチされた部分の抵抗値変化、あるいは容量変化を検出する方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する方式、などが知られている。
このようなタッチセンサを備えた画像表示装置において、ユーザの操作性向上や新規アプリケーション(例えば、画像の拡大や縮小操作機能など)の実現のために、多点タッチを検出する機能を持たせることが望まれている。
図14は、従来の容量型タッチセンサの例を一説明する構成図である。このタッチセンサは二次元容量型センサと称するものである。ここでは説明のため、タッチセンサは5行(X方向)と3列(Y方向)の電極を絶縁層を介して二次元マトリクス配置した検出セルを有している。図中、各検出セルは、それぞれ輪郭によって識別して示してある。ここで、検出セルとは、指などの静電容量を検出するための電極領域である。列内の検出セル(例えば、検出セル84)においては、列検出電極(Y座標電極)が背柱(連結電極)として検出セルを連続して通過しており、行検出電極(X座標電極、例えば、検出セル86)は列検出電極の両側の二つの導電領域からなっており、電気結線41で接続されている。
検出領域の端の列内の検出セル(即ち、列X1とX3、例えば、検出セル86)においては、行検出電極が検出セルを連続的して通過しており、列検出電極は行検出電極の両側の二つの導電領域からなっている。この構成では、各検出セルは列検出電極と行検出電極は互いに電気的に接続される。両端の検出セルの行検出電極は、検出領域の外側に作られた電気結線38,40,41によって互いに接続されているので、電気結線が検出領域内を横切る必要がない。すなわち、基板の片側だけに電極がある検出領域を有する容量型位置センサを提供することができる。
また、多点検出に関して、特許文献1が開示する入力装置を挙げることができる。すなわち、特許文献1が開示する入力装置は、縦横二次元マトリクス状に配置した検出用縦方向の電極(X電極)に発信器からの信号を印加する第1のスイッチ群と、横方向の電極(Y電極)の信号を取出す第2のスイッチ群と、信号検出回路(AM変調回路)で構成される。この構成において、第1のスイッチ群により選択した1本のX電極に発信器から信号を入力し、この状態で第2のスイッチ群によりY電極を1本ずつ順次選択し、該X電極において静電容量の増加が発生しているかをAM変調回路で検出する。さらに、発信器からの信号を印加するX電極を順次選択する。この動作を繰り返すことで面でのタッチ箇所の静電容量の変化を検出する。
特開2006−179035号公報
特許文献1に開示の構成と動作において、X座標電極がm本、Y座標電極がn本で構成した場合、1回の信号検出時間をtとすると、1面の座標検出に必要な時間はm×n×tとなり、サンプリング時間が遅くなる。このため、高速な座標検出が必要となるアプリケーション(例えば、ゲーム機器)などへの適用は難しい。発信器の信号を全てのX座標電極に印加してY座標電極の信号を順次検出することで検出時間を短縮できるが、Y座標電極の検出箇所が2点となった場合に、それぞれに対応するX座標電極を特定することができなくなる。
本発明の目的は、多点検出を短時間で可能とした容量結合方式の画面入力型画像表示システムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、座標検出を2つの期間に分離し、第1の期間でタッチされたX座標電極とY座標電極の静電容量を全て検出し、次の第2期間で検出されたX座標電極とY座標電極の組合せを判定するための操作を行い、その結果に基づいて接触位置の座標を出力するシステムとする。
本発明は、上記第1の期間で検出されたX座標電極とY座標電極がそれぞれ2以上の場合には、座標の組合せを判定する第2期間の操作を実施し、第1の期間で検出されたX座標電極とY座標電極のうち、どちらか一方が1の場合には第2期間の操作を行わず、連続して第1の期間の座標検出を行う。
また、本発明は、上記第2期間では、検出されたX座標電極又は全てのX座標電極に印加する信号を、判定したい前記複数の検出されたY座標電極の一つに印加する。また、上記第2期間において、判定したいY座標電極に信号を印加した状態で、判定したい第1の期間で検出されたX座標電極の出力信号を第1の期間で検出した出力信号と比較することで座標の組合せを判断する。そして、上記第2の期間の座標判定において、該第2の期間で信号を印加しているY電極と組み合わせるX座標電極は、第1の期間におけるX座標電極の出力信号と比べ、第2期間におけるX座標電極の出力信号がより少なくなったX電極とする。
(1)前記第1の期間において座標を検出する回数は、X座標電極が1回とY座標電極が1回となるため、それぞれにかかる時間をtとすると、タッチセンサ面全体の検出時間は2×t時間となり、従来よりも検出時間が短縮する。(2)複数の接触点(タッチ)があった場合にも、前記第1の期間において接触点のX座標電極とY座標電極との信号を検出し、その後の前記第2の期間において判別が必要な電極のみ検出することで、精度よく、また短時間で複数点タッチ検出を実現できる。(3)同様に、複数の接触点があった場合に前記第1の期間において複数のX座標電極およびY座標電極に出力が検出された場合に、前記第2の期間において判定したい部分のみ再度検出することで、複数点の接触か、ノイズなどによる誤検出かを切り分けることができる。(4)前記第2の期間を利用して、検出したくないY座標領域に対応するY座標電極に、X座標電極に印加するのと同様の信号を印加することで、非検出の領域を設定できる。
以下、本発明の最良の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1を説明する画面入力型画像表示システムの構成図である。図1において、表示装置1に重ね合わせてタッチパネル3が貼り合わされて画面入力型画像表示装置が構成される。表示装置1は、液晶表示パネル、有機ELパネルなどである。タッチパネル3は静電容量結合方式のタッチパネルであり、このタッチパネル3にユーザの指等が接触(タッチ)したことによる容量変化を検出回路4が検出する。この容量変化の検出結果に基づく検出回路4の検出出力CMPはアナログ−デジタル・コンバータ(ADC)5を介してタッチパネル制御回路6に渡され、タッチされた座標(X座標、Y座標)が判定される。判定されたタッチ座標データPOSは画面入力型画像表示装置の全体を制御する主制御回路(システム制御回路、マイコンやCPU等で構成される)7に転送される。
主制御回路7は、タッチ座標データPOSからユーザのタッチの発生とその座標を判断し、それに応じた表示信号SIGを表示制御回路2を通して表示装置1に供給し、表示に反映させる。検出回路4やADC5はタッチパネル制御回路6により制御される。
図2は、本発明の実施例1を構成するタッチパネルの構成例を説明する模式平面図である。図2において、タッチパネルへのタッチによる容量変化を検出するため、複数のX座標電極301と複数のY座標電極303が互いに交叉(通常は直交)して配置されている。なお、言うまでもなく、X座標電極301とY座標電極303との間には図示しない絶縁層(誘電体層)が介在する。また、X座標電極301とY座標電極303との間には、層間容量やフリンジ容量など電極自体の容量が形成される。また、タッチされる面には電極を劣化から保護する保護膜(図示せず)が形成されている。X座標電極301とY座標電極303はそれぞれの端子(X座標電極端子302、Y座標電極端子304)を通して図1の検出回路4に接続される。
図3は、本発明の実施例1を構成する検出回路の構成例を説明するブロック図である。検出回路4は、X座標電極(X1、X2、・・・X6)と、Y座標電極(Y1、Y2、・・・Y8)のそれぞれに接続する容量検出回路401が設けられている。各容量検出回路401にはタッチパネル制御回路6からイネーブル信号ENBとリセット信号RETが与えられ、検出出力CMPがADCに出力される。イネーブル信号ENBとリセット信号RSTは制御信号CTLに含まれる。検出出力CMPは静電容量の変化に応じて幅が変化するパルス信号である。なお、この構成に限らず、各座標のX−Y座標電極間の容量変化をアナログ/デジタルで検出できる回路であればよい。
図4は、図3における容量検出回路の構成例を説明する図である。符号402は電流源、403と404はスイッチ、405はローパスフィルタとバッファアンプ、406は比較器である。この回路は、初期状態でリセット信号RSTによりスイッチ404をオンして各電極を接地電位GNDにリセットしておく。検出時にイネーブル信号ENBでスイッチ403をオンする(スイッチ404はオフ)ことで電極接続端子(302,304)に接続されるX座標電極、Y座標電極に接続される容量成分へ電流源402からチャージし、そのチャージに必要となる時間を比較器406により検出する。これにより、座標を検出するためのX座標電極、Y座標電極で検出される容量がタッチにより増加した場合、ある一定の電位に到達するまでの時間が長くなるため、比較器406の出力結果CMPに容量変化が反映される。
比較器406の出力結果CMPは、図1のADC5によりデジタルデータに変換される。本実施例の場合には、ADC5はイネーブル信号ENBが有効(オン)の期間で、且つ出力結果CMPがローレベルとなる期間を計算し、その結果をデジタルデータCNTとして出力する。ADC5の一例としては、上記イネーブル信号ENBが有効で、且つ出力結果CMPがローレベルとなる期間だけ、デジタルデータCNTのパルスをカウントアップするカウンタを設けることで実現できる。
図5は、図1におけるタッチパネル制御回路の構成例を説明する図である。タッチパネル制御回路6では、X座標およびY座標を検出する各電極の信号に基づいて検出したデジタルデータCNTから、X座標電極およびY座標電極の出力パルスのカウント値が最大となる座標(ピーク座標)をピーク座標検出部601で検出する。駆動制御部603は、X座標のピークカウント数NPXとY座標のピークカウント数NPYに応じて、次の検出を第1の検出期間(全座標の検出)とするか、座標判定のための第2の検出期間とするかを判断し、第1の検出期間と第2の検出期間を区別する信号MDを出力する。これと同時に、それぞれの検出期間に応じた制御信号CTLを出力する。
演算処理部602は、次の操作が第1の検出期間の場合は、転送されているデジタルデータCNTから座標を判定し、座標データPOSとして主制御回路7に出力する。一方、次の操作が第2の検出期間の場合は、第1の検出期間でのデジタルデータCNTと第2の検出期間でのデジタルデータCNT’とを基に座標を判定し、座標データPOSとして主制御回路7に出力する。
図6は、図1のタッチパネル制御回路のシーケンスを説明するフローチャートである。ここで、X座標の検出点数、またはY座標の検出点数が1の場合には、それを座標値とし、他方の複数の検出座標も座標値として複数点の座標データとして処理し、座標データPOSを出力する。なお、複数点はエラーを含むと想定した場合には、X座標及びY座標のうち、どちらか一方が複数であれば第2の検出期間とする。
一方、X座標の検出点数及びY座標の検出点数がどちらも複数の場合には、第2の検出期間の処理を実施して虚実判定を行い、第1の検出期間で得られたデジタルデータCNTと、第2の検出期間で得られたデジタルデータCNT’とを比較判断することで座標データPOSを生成し、主制御回路7に出力する。
図7は、複数点(ここでは2点)タッチしたときのタッチパネルの模式平面図である。タッチした部分はX座標電極(X1,X2,・・・・X6)302とY座標電極(Y1,Y2,・・・・・Y8)304の間に容量成分が付加されるものとして考える。タッチ座標は、一例として(X2,Y3)、(X4,Y7)にあるとしている。但し、ユーザが指先でタッチしたような場合、指が接触した面積はペン先に比べて広いため、隣接する複数の電極に容量が付加されて出力される結果、デジタルデータCNTはあるピークをもつ分布となる場合があるが、その場合には、一例として、ピークとなる座標で以降の動作を考えればよい。また、各座標の電極には、一般に寄生容量成分Cpが存在している。
図8は、本発明の実施例1における第1の検出期間を説明する波形とタイミング図である。第1の検出期間は座標を検出するためのX座標電極とY座標電極の全ての信号を検出する期間である。図8において、リセット信号RST(X1〜6,Y1〜8)と、このRST(X1〜6,Y1〜8)に応じてイネーブル信号ENB(X)、ENB(Y)が立ち上がって容量検出回路401が動作し、X座標の電極を検出する期間TsxではY座標の電極を接地GNDに接続しておき、Y座標の電極を検出する期間TsyではX座標の電極を接地電位GNDに接続しておく。但し、検出する座標の電極以外の処理(GND接続、あるいは高インピーダンス接続等の他の処理)には制限されない。
ここで、タッチで選択されている部分の電極(座標電極X2、座標電極Y3)は容量成分が増加しているため、電荷の充電に時間がかかり、設定した基準電圧を超えるまでの時間が長くなる。それに応じてデジタルデータCNTも、デジタルデータCNT(X1、X2)(Y1、Y3)は、DX2>DX1、DY3>DY1と大きくなっている。すなわち、例えば、タッチされたX座標電極の電荷の充電時間はVINT(X2)に示され、タッチされていないX座標電極の電荷の充電時間はVINT(X1)に示したようになる。Y座標電極についても同様である。
図9は、図8で説明した動作によって第1の検出期間に得られたデジタルデータのパルスカウント値を示す図である。横軸にはX座標電極(X1、X2、X3、X4、X5、X6)、Y座標電極(Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8)を、縦軸にはX座標電極、Y座標電極のデジタルデータのパルスカウント値を示す(図では、単にカウント値として示す)。図9において、X座標電極とY座標電極は共にピークが複数(2つ)あるため、第2の検出期間により、真のタッチ位置座標か否かの虚実判定を行う。この虚実判定を行わないと、それぞれのX座標電極(X2、X4)とY座標電極(Y3、Y7)の組合せ、および検出点数(2点から4点)を判定できない。
図10は、本発明の実施例1における第2の検出期間を説明する波形とタイミング図である。図10において、Tvy1は第1の検出期間で検出したY座標電極Y3とタッチにより増加した容量成分を介して接触しているX座標電極を、第1の検出期間で検出されたX座標電極X2とX4から選択する期間である。この期間Tvy1では、虚実判定の対象となるY座標電極Y3にのみ、X座標電極の検出と同様の動作(電流印加)を行い、その他のY座標電極は第1の期間と同様に接地電位GNDに接続する。この状態でX座標電極の検出を行う。
図10では、虚実判定するX座標電極がX2とX4だけであるため、それ以外のX座標電極も接地電位GNDとなるように処理している。但し、X座標電極を全て検出する操作をしても構わない。この操作を実施することにより、虚実判定の対象となるY座標電極Y3と接触容量(タッチによる容量増加)を介して接続しているX座標電極の検出信号は、Y座標電極Y3が同相で変化するために接触容量成分が充放電に寄与しなくなり、検出信号(デジタルデータCNT)X2が小さくなる。図10の場合には、X座標電極X2の信号DX2(Y3)が、X座標電極X4の信号DX4(Y3)に比べて小さくなる。言い換えれば、指等が接触している電極は、第1の検出期間と第2の検出期間での信号差が大きくなる。
Tvy2は、第1の検出期間で検出した2つめのY座標電極(Y7)と接触容量を介して接触しているX座標電極を判定するための期間であり、先の期間Tvy1と同様の動作を行って虚実判定をする。この第2の検出期間の検出結果を基に、図9の結果から座標(X2,Y3)と座標(X4,Y7)の2点をタッチ座標であると判定し、この判定結果の信号POSを主制御回路7へ転送する。判定処理後は、再び第1の検出期間で全座標電極の信号状態を検出し、タッチ位置を判定する。
実施例1により、タッチパネル前面のタッチ検出に要する時間が短縮され、ユーザのタッチ入力を高速で処理することが可能となる。複数(2点)のタッチ検出を精度よく実行でき、安定したユーザ入力インターフェースを実現できる。
次に、図11〜図13を参照して本発明の実施例2を説明する。前記した実施例1では、図3で説明したように、X座標電極およびY座標電極のそれぞれに容量検出回路401を設けたが、実施例2では、図11に示したように、複数のX座標電極、および複数のY座標電極ごとに1つの容量検出回路をそれぞれ共通に設けて回路規模を削減した。図11の(a)はX座標電極用の容量検出回路で、図11の(b)はY座標電極用の容量検出回路である。
図11の(a)のX座標電極用の容量検出回路は、X座標電極X1,X2,・・・のそれぞれに切換えスイッチSW3、SW4、SW5を並列に設け、電流源402とローパスフィルタ(+バッファ回路)405および接地との間をイネーブル信号ENBとリセット信号RSTで順次切換えるようにした。図11の(b)のY座標電極用の容量検出回路も同様に、Y座標電極Y1,Y2,・・・のそれぞれに切換えスイッチSW3、SW4、SW5を並列に設け、電流源402とローパスフィルタ(+バッファ回路)405および接地をイネーブル信号ENBとリセット信号RSTで順次切換えるようにした。
図12は、図11における第1の検出期間の動作を説明する波形とタイミング図である。また、図13は、図11における第2の検出期間の動作を説明する波形とタイミング図である。なお、図13では、第2の検出期間においてX座標電極の全てを選択しているが、実施例1と同様に、虚実判定したい部分のみの座標電極を検出するようにしてもよい。
実施例2では、第1の検出期間でノイズ等により誤検出し、前記のようなパルスカウント値の複数ピークを検出した場合でも、第2の検出期間の虚実判定により誤検出の判定が可能となる。また、第2の検出期間の動作を応用して、検出したくないY座標領域にかかわるY座標電極にX座標検出時と同様の信号を印加することで、当該検出したくないY座標領域へのタッチによる容量の影響を軽減でき、検出領域を選択することが可能となる。
本発明の実施例1を説明する画面入力型画像表示システムの構成図である。 本発明の実施例1を構成するタッチパネルの構成例を説明する模式平面図である。 本発明の実施例1を構成する検出回路の構成例を説明するブロック図である。 図3における容量検出回路の構成例を説明する図である。 図1におけるタッチパネル制御回路の構成例を説明する図である。 図1のタッチパネル制御回路のシーケンスを説明するフローチャートである。 複数点タッチしたときのタッチパネルの模式平面図である。 本発明の実施例1における第1の検出期間を説明する波形とタイミング図である。 図8で説明した動作によって第1の検出期間に得られたデジタルデータのパルスカウント値を示す図である。 本発明の実施例1における第2の検出期間を説明する波形とタイミング図である。 本発明の実施例2を説明する回路構成図である。 図11における第1の検出期間の動作を説明する波形とタイミング図である。 図11における第2の検出期間の動作を説明する波形とタイミング図である。 従来の容量型タッチセンサの例を一説明する構成図である。
符号の説明
1・・・表示装置、2・・・表示制御回路、3・・・タッチパネル、4・・・検出回路、5・・・ADC、6・・・タッチパネル制御回路、7・・・主制御回路。

Claims (5)

  1. 表示装置の表示面上のタッチ位置の座標を検出するタッチセンサを備えた画面入力型画像表示システムであって、
    前記タッチセンサは、前記表示装置の表示面上に配置されて押圧による容量変化を検出するための複数のX座標電極と、該X座標電極と絶縁層を介して交叉配置した複数のY座標電極とを有しており、
    当該画面入力型画像表示システムは、
    前記タッチセンサの前記X座標電極と前記Y座標電極の間の容量変化を検出する検出回路と、
    検出回路の検出出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル・コンバータと、
    タッチされた座標を判定するタッチパネル制御回路と、
    前記タッチパネル制御回路のタッチ座標データを入力すると共に、当該画面入力型画像表示システムを制御する主制御回路と、
    前記表示装置の表示を制御する表示制御回路と、
    を備え、
    前記主制御回路は、前記タッチ座標データからユーザのタッチの発生とその座標を判断し、当該判断された座標に応じた表示信号を前記表示制御回路を通して前記表示装置に供給し、
    前記タッチパネル制御回路は、前記座標検出を第1の期間と第2の期間に分離し、前記第1の期間で静電容量が変化するX座標電極とY座標電極を検出し、前記第2の期間で検出されたX座標電極とY座標電極の組合せを判定するための操作を行い、その結果に基づいてタッチ位置の座標を出力して、
    前記第1の期間で検出されたX座標電極とY座標電極がそれぞれ2以上の場合に、座標の組合せを判定する前記第2の期間の操作を実施し、前記第1の期間で検出されたX座標電極とY座標電極のうち、どちらか一方が1の場合には前記第2の期間の操作を行わずに連続して前記第1の期間の座標検出を行うことを特徴とする画面入力型画像表示システム。
  2. 請求項1において、
    前記第2の期間では、検出されたX座標電極又は全てのX座標電極に印加する信号を、
    判定したい前記複数の検出されたY座標電極の一つに印加することを特徴とする画面入力型画像表示システム。
  3. 請求項1において、
    前記第2の期間において、判定したいY座標電極に信号を印加した状態で、判定したい前記第1の期間で検出されたX座標電極の出力信号を該第1の期間で検出した出力信号とを比較することで座標の組合せを判断することを特徴とする画面入力型画像表示システム。
  4. 請求項2又は3において、
    前記第2の期間の座標判定において、該第2の期間で信号を印加しているY座標電極と組み合わせるX座標電極は、前記第1の期間におけるX座標電極の出力信号と比べ、前記第2の期間におけるX座標電極の出力信号がより少なくなったX座標電極とすることを特徴とする画面入力型画像表示システム。
  5. 表示装置の表示面上のタッチ位置の座標を検出するタッチセンサを備えた画面入力型画像表示システムであって、
    前記タッチセンサは、
    前記表示装置の表示面上に配置されて押圧による容量変化を検出するための複数のX座標電極と、該X座標電極と絶縁層を介して交叉配置した複数のY座標電極とを有し、
    1の期間で静電容量が変化するX座標電極とY座標電極を検出し、第2の期間で検出されたX座標電極とY座標電極の組合せを判定し、その判定結果に基づいてタッチ位置の座標を出力することを特徴とする画面入力型画像表示システム。


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