JP5250135B1 - タッチパネルシステム、電子情報機器及び指示体位置検出方法 - Google Patents

タッチパネルシステム、電子情報機器及び指示体位置検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ノイズと区別して精度良く指示体の位置を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電子情報機器と、当該タッチパネルシステムに適用可能な指示体位置検出方法と、を提供する。
【解決手段】 指示体位置検出部14は、駆動部11が出力する第1ドライブ信号Di1が第1信号線FL1〜FLmに与えられ第2信号線BLに表れる第1センス信号Si1がセンス信号処理部12に与えられる第1駆動モードで得られる第1容量信号Ci1と、駆動部11が出力する第2ドライブ信号Di2が第2信号線BL1〜BLmに与えられ第1信号線FL1〜FLmに表れる第2センス信号Si2がセンス信号処理部12に与えられる第2駆動モードで得られる第2容量信号Ci2と、の少なくともいずれか一方に基づいて検出面Pに接触または近接する指示体の位置を検出する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、投影型の静電容量方式のタッチパネルを備えたタッチパネルシステムや、当該タッチパネルシステムを備えた電子情報機器、当該タッチパネルを用いた指示体位置検出方法に関する。
近年、タッチパネルの検出面に接触または近接する指示体(例えば、ユーザの指やタッチペンなど、以下同じ)の位置を検出することによって、ユーザの指示を受け付けるタッチパネルシステムが、携帯電話や表示装置などの電子情報機器に搭載されることが多くなってきている。特に、マルチタッチが可能な投影型の静電容量方式のタッチパネルが、電子情報機器に搭載されることが多くなってきている。
投影型の静電容量方式のタッチパネルシステムは、検出面に沿って互いに平行に設けられる複数のドライブラインと、検出面に沿って互いに平行に設けられるとともにドライブラインと交差する複数のセンスラインと、を有するタッチパネルを備える。このタッチパネルシステムにおいて、ドライブラインに対して電気信号(以下、ドライブ信号とする)を与えると、ドライブラインとセンスラインとが成す容量に応じた電気信号(以下、センス信号とする)がセンスラインに表れ、このセンス信号を取得して処理することで、容量の面内分布が得られる。そして、得られた容量の面内分布から、検出面に指示体が近接または接触することで容量が減少した領域を検出することで、検出面に接触または近接する指示体の位置を検出する。
このタッチパネルシステムでは、検出面上に指示体が複数存在する場合であっても、得られる容量の面内分布から、容量が減少した領域をそれぞれ検出するだけで、それぞれの指示体の位置を検出することが可能である。しかしながら、例えば検出面に指が接触する場合、得られる容量の面内分布において、当該指の接触領域を通過するセンスラインに沿ってノイズが発生し、指示体の検出精度が低下し得るため、問題となる。
特に、例えば大型の表示装置にタッチパネルシステムを適用した場合など、複数のユーザがタッチパネルに対して同時に操作を行い得る場合(特に、複数のユーザが異なる指示体を用いてタッチパネルに対して操作を行い得る場合)に、このノイズによる指示体の検出精度の低下の問題が、顕著になる。
この問題の具体例について、図面を参照して説明する。図11は、従来のタッチパネルシステムにおいて、検出面に指が接触している場合に得られる容量の面内分布について示すグラフである。また、図12は、従来のタッチパネルシステムにおいて、検出面に指とタッチペンとが接触している場合に得られる容量の面内分布について示すグラフである。なお、図11の下段のグラフは、図11の上段のグラフを拡大したものである。同様に、図12の下段のグラフは、図12の上段のグラフを拡大したものである。また、図11及び図12のそれぞれのグラフでは、検出面上に物体が存在しない領域における容量を基準として、それよりも容量が小さくなる領域ではグラフが図中上方に突出するように表している。
図11に示すように、検出面に指が接触すると、指の接触領域における容量が減少する。しかし、得られる容量の面内分布では、指の接触領域を通過するセンスラインに沿って、ノイズが発生する。
ただし、図11の場合、ノイズの大きさが、指の接触領域における容量の減少量と比較して、十分に小さくなっている。そのため、図11に示す場合であれば、ノイズと区別して指が接触している位置を検出することが、可能である。
これに対して、図12に示すように、タッチペンの接触領域における容量の減少量は、指の接触領域における容量の減少量と比較して小さく、上記のノイズがそれ以上の大きさになり得る。これは、タッチペンの使用感を向上するべく、先端を細く(例えば、1mm〜4mm程度)しているためである。したがって、図12に示すように、指の接触領域を通過するセンスライン上にタッチペンが接触している場合、タッチペンの接触による容量の減少がノイズに埋没して判別が困難になることで、タッチペンが接触している位置の検出精度が低下する。
ところで、例えば特許文献1では、検出面に接触する複数の指示体(電子ペン及び指)の位置を検出するタッチパネルシステムが提案されている。このタッチパネルシステムでは、電子ペンが出力するペン識別信号を認識することで、電子ペンを識別するとともにその接触している位置の検出を行う。
特開2012−22543号公報
特許文献1で提案されているタッチパネルシステムでは、特殊な電子ペンしか使用することができないため、使い勝手が悪い。そのため、このような特殊な指示体に限定されることなく、ノイズと区別して精度良く任意の指示体の位置を検出することが可能なタッチパネルシステムが望まれる。
そこで、本発明は、ノイズと区別して精度良く指示体の位置を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電子情報機器と、当該タッチパネルシステムに適用可能な指示体位置検出方法と、を提供する。
上記目的を達成するため、本発明は、検出面に沿って互いに平行に設けられる複数の第1信号線と、前記検出面に沿って互いに平行に設けられるとともに前記第1信号線と交差する複数の第2信号線と、を備えるタッチパネルと、第1駆動モードで前記第1信号線に第1ドライブ信号を与えて駆動し、第2駆動モードで前記第2信号線に第2ドライブ信号を与えて駆動する駆動部と、前記第1駆動モードで前記第2信号線に表れる第1センス信号に基づいて、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第1容量信号を生成し、前記第2駆動モードで前記第1信号線に表れる第2センス信号に基づいて、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第2容量信号を生成するセンス信号処理部と、前記第1駆動モードと前記第2駆動モードとを切り替える駆動センス切替部と、前記第1容量信号前記第2容量信号とを比較することで、前記検出面に接触または近接する指示体の位置を検出する指示体位置検出部と、を備えることを特徴とするタッチパネルシステムを提供する。
このタッチパネルシステムによれば、第1容量信号と第2容量信号とを比較することによって、ノイズと指示体とを区別することが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、前記検出面に前記指示体が接触または近接する場合と同型の前記容量の変化が、前記第1容量信号と前記第2容量信号との双方に共通して表れている位置を、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置として検出すると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、指示体に起因した容量の変化が表れている可能性が高い位置を、指示体の位置として検出することが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、前記第1容量信号には、前記検出面に前記指示体が接触または近接する位置を通過する前記第2信号線に沿って発生する第1ノイズが含まれることと、前記第2容量信号には、前記検出面に前記指示体が接触または近接する位置を通過する前記第1信号線に沿って発生する第2ノイズが含まれることと、に基づいて、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出すると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、第1ノイズまたは第2ノイズに起因する容量の変化と、指示体に起因する容量の変化と、を区別した上で、指示体の位置を検出することが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、前記検出面に前記指示体が接触または近接する場合と同型の前記容量の変化が、前記第1容量信号と前記第2容量信号との一方のみに表れている位置を、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置として検出しないと、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、第1ノイズまたは第2ノイズが表れている可能性が高い位置を、指示体の位置として検出しないようにすることが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体として、少なくとも第1指示体と第2指示体とが用いられ、前記検出面に前記第1指示体が接触または近接する場合に発生する前記第1ノイズまたは前記第2ノイズの大きさが、前記検出面に前記第2指示体が接触または近接する場合における前記容量の変化量以上であってもよい。
このタッチパネルシステムによれば、検出面へ近接または接触する際の容量の変化量が、第1指示体の検出面への接触または近接によって発生する第1ノイズまたは第2ノイズに埋没し得る第2指示体についても、当該第1ノイズまたは当該第2ノイズと区別して、精度良く検出することが可能になる。なお、例えば第1指示体が指であり、第2指示体がタッチペンであってもよい。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、前記第1容量信号に基づいて検出する第1検出候補位置と、前記前記第2容量信号に基づいて検出する第2検出候補位置と、が一致すると判断する場合、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置の少なくともいずれか一方を用いて、前記指示体の位置を検出すると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、第1駆動モード及び第2駆動モードを切り替えても第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致していると判断される場合、即ち、当該第1検出候補位置及び当該第2検出候補位置が指示体の位置を示している可能性が高い場合に、当該第1検出候補位置及び当該第2検出候補位置を用いて指示体の位置を検出することができる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、一致しないと判断した前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置を、前記指示体の位置を検出するために用いないと、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、ノイズを指示体であると誤認識することを、抑制することが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が完全に一致する場合に加え、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が近接して所定の大きさの範囲内に含まれる場合も、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が一致すると判断すると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、誤差などによって第1検出候補位置及び第2検出候補位置が僅かにずれた場合にも、指示体位置検出部が、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致すると判断することができる。したがって、指示体の検出漏れを抑制することが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記指示体位置検出部は、前記駆動センス切替部が前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードを切り替える毎に、切替の直前及び直後に得られる少なくとも1つの前記第1容量信号及び少なくとも1つの前記第2容量信号を用いて、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出すると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、例えば第1容量信号及び第2容量信号の所定の一方が得られる毎に指示体の位置を検出する場合と比較して、指示体を検出する回数を多くする(2倍にする)とともに、指示体を検出する時間間隔を短くする(半分にする)ことが可能になる。したがって、タッチパネルシステムの動作速度(フレームレート)を大きくすることなく、指示体の検出の時間分解能を高め、指示体の位置の検出精度を向上させることが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記駆動センス切替部は、前記第1容量信号及び前記第2容量信号の少なくとも一方が複数回連続して得られるように、前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードを切り替え、前記指示体位置検出部は、前記第1容量信号が複数回連続して得られる場合、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する際に、当該複数回連続して得られる前記第1容量信号を平均化した第1容量信号を用い、前記第2容量信号が複数回連続して得られる場合、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する際に、当該複数回連続して得られる前記第2容量信号を平均化した第2容量信号を用いると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、指示体位置検出部が、第1容量信号及び第2容量信号をそれぞれ平均化することで、指示体の成分にはあまり影響を与えず、ノイズの成分を選択的に除去(低減)することが可能になる。さらに、ジッタ等の影響によって、第1容量信号及び第2容量信号のそれぞれにおける指示体の成分の位置が、現実の指示体の位置からズレたとしても、平均化によってそのようなズレの影響を抑制することが可能になる。したがって、指示体の位置の検出精度を向上させることが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記第1信号線が前記第2信号線よりも多い場合、前記第2容量信号が連続して得られる数が、前記第1容量信号が連続して得られる数以下になるようにすると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、生成に要する時間が比較的短い第1容量信号については、連続的に生成する数を多くして平均化の効果を高めることができる。さらに、生成に要する時間が比較的長い第2容量信号については、連続的に生成する数を少なくすることで処理時間を短縮化することができる。したがって、指示体の位置の検出精度を向上させるとともに、処理時間を短縮化することが可能になる。
さらに、上記特徴のタッチパネルシステムにおいて、前記駆動センス切替部は、前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードをに切り替えるノイズ除外動作と、前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードの一方を継続する通常動作と、の一方を選択的に実行すると、好ましい。
このタッチパネルシステムによれば、タッチパネルシステムや当該タッチパネルシステムが備えられる電子情報機器の用途などに応じて、ノイズ除外動作及び通常動作の一方を選択的に実行することが可能になる。
また、本発明は、上記特徴のタッチパネルシステムを備えたことを特徴とする電子情報機器を提供する。
また、本発明は、検出面に沿って互いに平行に設けられる複数の第1信号線と、前記検出面に沿って互いに平行に設けられるとともに前記第1信号線と交差する複数の第2信号線と、を備えるタッチパネルを用いて、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する指示体位置検出方法であって、前記第1信号線に第1ドライブ信号を与えて駆動し、前記第2信号線に表れる第1センス信号を取得して処理することで、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第1容量信号を生成する第1駆動モード実行ステップと、前記第2信号線に第2ドライブ信号を与えて駆動し、前記第1信号線に表れる第2センス信号を取得して処理することで、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第2容量信号を生成する第2駆動モード実行ステップと、前記第1容量信号と前記第2容量信号とを比較することで、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する指示体位置検出ステップと、を備えることを特徴とする指示体位置検出方法を提供する。
この指示体位置検出方法によれば、第1容量信号と第2容量信号とを比較することによって、ノイズの影響を抑制することが可能になる。
また、上記特徴の指示体位置検出方法において、前記第1ドライブ信号の強度と、前記第2ドライブ信号の強度と、が等しくなるように設定すると、好ましい。
この指示体位置検出方法によれば、指示体位置検出ステップにおいて、第1容量信号の状態と第2容量信号の状態とを近づけて比較することが可能になる。
上記特徴のタッチパネルシステムによれば、ノイズと指示体とを区別することが可能になる。そのため、ノイズと区別して、精度良く指示体の位置を検出することが可能になる。
本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムの構造例について示すブロック図。 図1の駆動センス切替部が備える1つの接続切替部の構造例について示すブロック図。 第1駆動モード及び第2駆動モードについて説明する図。 本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムの通常動作における動作例について示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムのノイズ除外動作における動作例について示すフローチャート。 図1のタッチパネルシステムがノイズ除外動作を実行した場合における容量の面内分布の具体例について示すグラフ。 図1のタッチパネルシステムがノイズ除外動作を実行した場合における容量の面内分布の具体例について示すグラフ。 図1のタッチパネルシステムがノイズ除外動作を実行した場合における容量の面内分布の具体例について示すグラフ。 本発明の実施形態に係る電子情報機器の構成例を示すブロック図。 第1検出候補位置及び第2検出候補位置の一致の有無の判断方法の一例について示す図。 従来のタッチパネルシステムにおいて、検出面に指が接触している場合に得られる容量の面内分布について示すグラフ。 従来のタッチパネルシステムにおいて、検出面に指とタッチペンとが接触している場合に得られる容量の面内分布について示すグラフ。 図5の動作について示す概念図。 図5とは異なる動作について示す概念図。 図13の動作を実現する動作例について示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムの別の動作例について示す概念図。
<タッチパネルシステム>
以下、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムについて、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムの構造の一例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1は、検出面Pに沿って互いに平行に設けられる複数の第1信号線FL1〜FLm(mは2以上の自然数)と検出面Pに沿って互いに平行に設けられるとともに第1信号線FL1〜FLmと交差する複数の第2信号線BL1〜BLmとを備えるタッチパネル10と、第1信号線FL1〜FLmに第1ドライブ信号Di1を与えて駆動するまたは第2信号線BL1〜BLmに第2ドライブ信号Di2を与えて駆動する駆動部11と、第1信号線FL1〜FLmの駆動により第2信号線BL1〜BLmに表れる第1センス信号Si1または第2信号線BL1〜BLmの駆動により第1信号線FL1〜FLmに表れる第2センス信号Si2を取得して処理することで第1信号線FL1〜FLmと第2信号線BL1〜BLmとが成す容量の変化の面内分布を示す第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2を生成するセンス信号処理部12と、第1信号線FL1〜FLm及び第2信号線BL1〜BLmと駆動部11及びセンス信号処理部12との接続を切替制御する駆動センス切替部13と、第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2の少なくともいずれか一方に基づいてタッチパネル10の検出面Pに接触または近接する指示体の位置を検出して検出結果信号Tiを出力する指示体位置検出部14と、一部または全部が変更可能な各種パラメータを記憶するパラメータ記憶部15と、駆動部11とセンス信号処理部12と駆動センス切替部13と指示体位置検出部14とを所定のタイミングで動作させる動作制御部16と、を備える。
図1では、第1信号線FL1〜FLmのそれぞれが、X方向(図中左右方向)に沿って延びるように設けられ、第2信号線BL1〜BLmのそれぞれが、Y方向(図中上下方向)に沿って延びるように設けられる場合について、例示している。即ち、第1信号線FL1〜FLm及び第2信号線BL1〜BLmが、垂直に交差する場合について例示している。なお、第1信号線FL1〜FLm及び第2信号線BL1〜BLmは、垂直以外の角度で交差してもよい。また、図1では、第1信号線FL1〜FLm及び第2信号線BL1〜BLmのそれぞれの本数が同数mである場合について例示しているが、これらの本数が異なる場合も当然にあり得る(詳細は後述)。
第1信号線FL1〜FLm及び第2信号線BL1〜BLmが交差する部分では、第1信号線FL1〜FLmと第2信号線BL1〜BLmとの間に容量(以下、単に容量とも称する)が形成される。
駆動部11は、動作制御部16による制御に従い、所定のパターンで変化する第1ドライブ信号Di1及び第2ドライブ信号Di2を出力する。第1ドライブ信号Di1が第1信号線FL1〜FLmに与えられると、第2信号線BL1〜BLmに、容量に応じた電気信号である第1センス信号Si1が表れる。同様に、第2ドライブ信号Di2が第2信号線BL1〜BLmに与えられると、第1信号線FL1〜FLmに、容量に応じた電気信号である第2センス信号Si2が表れる。なお、第1ドライブ信号Di1が第1信号線FL1〜FLmに与えられる場合と、第2ドライブ信号Di2が第2信号線BL1〜BLmに与えられる場合と、のいずれになるかについては、後述する駆動センス切替部13の動作によって決定される。
センス信号処理部12は、動作制御部16による制御に従い、所定のタイミングで第2信号線BL1〜BLmに表れる第1センス信号Si1を取得して、増幅や変換などの処理を行うとともに復号することで、容量の変化の面内分布を示す第1容量信号Ci1を生成する。また、センス信号処理部12は、所定のタイミングで第1信号線FL1〜FLmに表れる第2センス信号Si2を取得して、増幅や変換などの処理を行うとともに復号することで、容量の変化の面内分布を示す第2容量信号Ci2を生成する。なお、第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2は、例えば容量の面内分布を示す信号であってもよいし、容量の差分(具体的に例えば、第2信号線BL1〜BLmに第1センス信号Si1が表れる場合は第2信号線BL1〜BLmが隣接する方向(X方向)における容量の差分、第1信号線FL1〜FLmに第2センス信号Si2が表れる場合は、第1信号線FL1〜FLmが隣接する方向(Y方向)における容量の差分)の分布を示す信号であってもよい。
駆動センス切替部13は、1本の第1信号線及び1本の第2信号線と駆動部11及びセンス信号処理部12との接続を切替制御する接続切替部131を、複数備える(図1に示す例ではm個)。接続切替部131は直列的に接続され、前段の接続切替部131から後段の接続切替部131に対して、切替制御信号Eiが順次入力される。なお、切替制御信号Eiは、動作制御部16が生成するものであり、動作制御部16から初段の接続切替部131に対して入力される。また、終段の接続切替部131は、切替制御信号Eiを他に出力せずに終端する。
この接続切替部131の具体的な構造例及び動作例について、図2を参照して説明する。図2は、図1の駆動センス切替部が備える1つの接続切替部の構造例について示すブロック図である。
図2に示すように、接続切替部131は、4個のCMOSスイッチSW1〜SW4と、1つのインバータINVと、を備える。CMOSスイッチSW1は、PMOS及びNMOSのそれぞれの一端が第1信号線に接続されるとともにそれぞれの他端が駆動部11に接続され、PMOSのゲートに切替制御信号Eiが入力され、NMOSのゲートにはインバータINVによって反転された切替制御信号である反転切替制御信号Riが入力される。CMOSスイッチSW2は、PMOS及びNMOSのそれぞれの一端が第1信号線に接続されるとともにそれぞれの他端がセンス信号処理部12に接続され、PMOSのゲートに反転切替制御信号Riが入力され、NMOSのゲートには切替制御信号Eiが入力される。CMOSスイッチSW3は、PMOS及びNMOSのそれぞれの一端が第2信号線に接続されるとともにそれぞれの他端がセンス信号処理部12に接続され、PMOSのゲートに切替制御信号Eiが入力され、NMOSのゲートには反転切替制御信号Riが入力される。CMOSスイッチSW4は、PMOS及びNMOSのそれぞれの一端が第2信号線に接続されるとともにそれぞれの他端が駆動部11に接続され、PMOSのゲートに反転切替制御信号Riが入力され、NMOSのゲートには切替制御信号Eiが入力される。
切替制御信号Eiがローであると、CMOSスイッチSW1,SW3が導通し、CMOSスイッチSW2,SW4が非導通になる。したがって、第1信号線FL1〜FLmに第1ドライブ信号Di1が与えられて駆動し、第2信号線BL1〜BLmに表れる第1センス信号Si1がセンス信号処理部12に与えられる。以下、この動作状態を、「第1駆動モード」とする。
これに対して、切替制御信号Eiがハイであると、CMOSスイッチSW2,SW4が導通し、CMOSスイッチSW1,SW3が非導通になる。したがって、第2信号線BL1〜BLmに第2ドライブ信号Di2が与えられて駆動し、第1信号線FL1〜FLmに表れる第2センス信号Si2がセンス信号処理部12に与えられる。以下、この動作状態を、「第2駆動モード」とする。
タッチパネルシステム1は、この第1駆動モード及び第2駆動モードを切り替える「ノイズ除外動作」を実行することによって、ノイズと区別して精度良く指示体の位置を検出することを可能にする。
第1駆動モード及び第2駆動モードのそれぞれについて、図3を参照して具体的に説明する。図3は、第1駆動モード及び第2駆動モードについて説明する図である。なお、図3(a)が、第1駆動モードについて示した図であり、図3(b)が、第2駆動モードについて示した図である。
図3(a)に示すように、第1駆動モードでは、第1信号線FL1〜FLmに第1ドライブ信号Di1が与えられて駆動し、第2信号線BL1〜BLmに第1センス信号Si1が表れる。このとき、検出面Pに対して指示体(特に、指)が接触していると、センス信号処理部12が生成する第1容量信号Ci1において、指示体の接触領域Tを通過する第2信号線に沿った領域であるノイズ発生領域Nに、ノイズが発生する(図11及び図12参照)。
これに対して、図3(b)に示すように、第2駆動モードでは、第2信号線BL1〜BLmに第2ドライブ信号Di2が与えられて駆動し、第1信号線FL1〜FLmに第2センス信号Si2が表れる。このとき、検出面Pに対して指示体(特に、指)が接触していると、センス信号処理部12が生成する第2容量信号Ci2において、指示体の接触領域Tを通過する第1信号線に沿った領域であるノイズ発生領域Nに、ノイズが発生する(図11及び図12参照)。
図3(a)及び図3(b)に示す例において、指示体の接触領域Tは同じ位置となっているが、ノイズ発生領域Nは異なる位置になっている。そのため、駆動センス切替部13が、第1駆動モード及び第2駆動モードを切り替え(ノイズ除外動作を実行して)、指示体位置検出部14が、第1駆動モード及び第2駆動モードのそれぞれにおいて得られる第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較することによって、ノイズ領域Nと区別して、指示体の接触領域Tを検出することが可能である。
このとき、第1駆動モードで第1信号線FL1〜FLmに与えられる第1ドライブ信号Di1の強度と、第2駆動モードで第2信号線BL1〜BLmに与えられる第2ドライブ信号Di2の強度と、が等しくなるように設定すると、第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2の状態を近づけて比較することが可能になるため、好ましい。
指示体位置検出部14は、動作制御部16による制御に従い、上記のように第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2の少なくともいずれか一方に基づいて検出面Pに接触または近接する指示体の位置を検出して、検出結果信号Tiを生成する。なお、検出結果信号Tiは、例えば、検出された指示体の数や、それぞれの指示体の位置、それぞれの指示体の検出面Pに対する接触または近接の程度(容量の減少量)などを含み得る。そして、この検出結果信号Tiは、例えばタッチパネルシステム1を備える電子情報機器において、ユーザの指示を示す信号として利用される。
次に、このタッチパネルシステム1の動作例について、図4及び図5を参照して説明する。図4は、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムの通常動作における動作例について示すフローチャートである。また、図5は、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムのノイズ除外動作における動作例について示すフローチャートである。
図4及び図5のそれぞれに示す動作は、指示体を1回検出する際の動作である。そのため、タッチパネルシステム1が、ノイズ除外動作または通常動作を継続して行う場合は、図4または図5に示す動作を、繰り返し行うことになる。なお、動作制御部16が、パラメータ記憶部15に記憶されている実行すべき動作を示すパラメータを参照して、駆動部11、センス信号処理部12、駆動センス切替部13及び指示体位置検出部14などの各部を制御することによって、通常動作またはノイズ除去動作を実行してもよい。タッチパネルシステム1がこのように動作すると、タッチパネルシステム1や当該タッチパネルシステム1が備えられる電子情報機器の用途などに応じて、ノイズ除外動作及び通常動作の一方を選択的に実行することが可能になるため、好ましい。
図4に示すように、タッチパネルシステム1が通常動作を行う場合、最初に駆動部11が第1ドライブ信号Di1または第2ドライブ信号Di2を出力し(ステップ#1)、センス信号処理部12が第1センス信号Si1または第2センス信号Si2を処理して、第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2を生成する(ステップ#2)。なお、指示体の検出が1回目である場合、ステップ#1を行う前に、動作制御部16が、パラメータ記憶部15に記憶されている初期設定の駆動モード(第1駆動モードまたは第2駆動モード、以下同じ)を示すパラメータを参照して、当該初期設定の駆動モードに切り替えるための切替制御信号Eiを駆動センス切替部13に入力することにより、所定の駆動モードに切り替えてもよい。
そして、指示体位置検出部14は、ステップ#2で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2に基づいて、指示体の位置を検出する(ステップ#3)。そして、指示体位置検出部14は、ステップ#3で検出した指示体の位置を示す検出結果信号Tiを生成し、出力する(ステップ#4)。なお、ステップ#3において、指示体が検出されない場合は、検出面P上に接触または近接する指示体が無い旨を示す検出結果信号Tiを生成し、出力してもよい。また、ステップ#3において、指示体位置検出部14は、どのような方法で第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2から指示体の位置を検出してもよい。具体的に例えば、指示体位置検出部14は、第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2に基づいて、検出面P内で局所的に容量が減少している領域を検出することで、指示体の位置を検出してもよい。
このように、通常動作では、駆動センス切替部13が第1駆動モード及び第2駆動モードの一方を継続させて、指示体位置検出部14が指示体の検出を行う。
一方、タッチパネルシステム1がノイズ除外動作を行う場合、図5に示すように、最初に駆動センス切替部13が、駆動モードの設定を行う(ステップ#11)。例えば、指示体の検出が1回目である場合、動作制御部16は、パラメータ記憶部15に記憶されている初期設定の駆動モードを示すパラメータを参照して、当該初期設定の駆動モードに切り替えるための切替制御信号Eiを駆動センス切替部13に入力することにより、駆動モードの設定を行う。また例えば、指示体の検出が2回目以降である場合、動作制御部16は、直前の駆動モードとは異なる駆動モードに切り替えるための切替制御信号Eiを駆動センス切替部13に入力することにより、駆動モードの設定を行う。これにより、駆動センス切替部13は、直前の駆動モードが第1駆動モードであれば第2駆動モードに切り替え、直前の駆動モードが第1駆動モードであれば第2駆動モードに切り替える。
次に、駆動部11が第1ドライブ信号Di1または第2ドライブ信号Di2を出力し(ステップ#12)、センス信号処理部12が第1センス信号Si1または第2センス信号Si2を処理して第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2を生成する(ステップ#13)。
ここで、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られていない場合は(ステップ#14、NO)、駆動センス切替部13が、第1駆動モード及び第2駆動モードを切り替えた上で(ステップ#15)、ステップ#12,#13を再度行う。なお、この時点において、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られていない場合とは、指示体の検出が1回目であり、かつステップ#12,#13を1回だけ行った場合のみである。指示体の検出が2回目以降である場合は、この時点において、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られている状態になる。
第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られている場合(ステップ#14、YES)、指示体位置検出部14は、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2と、を比較することで、指示体の位置を検出する(ステップ#16)。このとき、指示体位置検出部14は、直近のステップ#13で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2と、その1回前のステップ#13で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2と、を比較することになる。
このとき、指示体位置検出部14は、指示体が接触または近接する場合と同型の容量の変化(例えば、容量の局所的な減少、以下同じ)が、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2との双方に表れている位置を、検出面Pに接触または近接する指示体の位置として検出する。また、指示体位置検出部14は、指示体が接触または近接する場合と同型の容量の変化が、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2との一方のみに表れている位置については、検出面Pに接触または近接する指示体の位置として検出しない。
ところで、図3(a)及び図3(b)に示した例のように、指示体が1つの場合、共通して容量が変化する位置は、指示体が接触または近接する位置(図3(a)及び図3(b)では接触領域T)の1つのみとなる。これに対して、指示体が2つの場合、第1駆動モード及び第2駆動モードのそれぞれにおいて、平行なノイズ領域Nが2本ずつ発生する。そのため、共通して容量が変化する位置は、指示体が接触または近接するそれぞれの位置(2つ)と、ノイズ領域Nが交わる位置(2つ)と、を合わせた4つの位置になる。しかしながら、ノイズ領域Nが交わる位置において、ノイズが同じ位置に表れる確率は、十分に低くなっている。そのため、指示体位置検出部14は、検出面Pに接触または近接する指示体の位置を、ノイズと区別して精度良く検出することが可能である。
そして、指示体位置検出部14は、ステップ#15で検出した指示体の位置を示す検出結果信号Tiを生成し、出力する(ステップ#16)。なお、ステップ#15において、指示体が検出されない場合は、検出面P上に接触または近接する指示体が無い旨を示す検出結果信号Tiを生成し、出力してもよい。
このように、ノイズ除外動作では、駆動センス切替部13が第1駆動モード及び第2駆動モードを切り替えながら、指示体位置検出部14が指示体の位置の検出を行う。
次に、タッチパネルシステム1がノイズ除外動作を実行した場合における指示体の検出結果の具体例について、図6〜図8を参照して説明する。図6〜図8は、図1のタッチパネルシステムがノイズ除外動作を実行した場合における容量の面内分布の具体例について示すグラフである。なお、図6〜図8のそれぞれのグラフでは、検出面P上に物体が存在しない領域における容量を基準として、それよりも容量が小さくなる領域ではグラフが図中上方に突出するように表している。
図6に示すグラフは、検出面Pに指が接触している場合のものである。図6(a)は、第1駆動モードにおける容量の面内分布を示すグラフであり、図6(b)は、第2駆動モードにおける容量の面内分布を示すグラフである。また、図6(a)の下段のグラフは、図6(a)の上段のグラフを拡大したものであり、図6(b)の下段のグラフは、図6(b)の上段のグラフを拡大したものである。
図6(a)及び図6(b)に示すように、指の接触領域における容量は、減少量が局所的に大きくなる。そして、その減少量が局所的に大きくなる位置が、第1駆動モード及び第2駆動モードにおいて共通している。そのため、指示体位置検出部14は、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較して、この容量の変化が共通している位置を検出することにより、指の接触領域の位置を、指示体の位置として検出することができる。
図7に示すグラフは、検出面Pに指及びタッチペンが接触しており、指の接触領域及びタッチペンの接触領域がX方向にもY方向にも並ばない場合のものである。図7(a)は、第1駆動モードにおける容量の面内分布を示すグラフであり、図7(b)は、第2駆動モードにおける容量の面内分布を示すグラフである。また、図7(a)の下段のグラフは、図7(a)の上段のグラフを拡大したものであり、図7(b)の下段のグラフは、図7(b)の上段のグラフを拡大したものである。
図7(a)及び図7(b)に示すように、指の接触領域における容量は、減少量が局所的に大きくなる。そして、その減少量が局所的に大きくなる位置が、第1駆動モード及び第2駆動モードにおいて共通している。また、指の接触領域と比較して減少量は小さいが、タッチペンの接触領域における容量も、減少量が局所的に大きくなる。そして、その減少量が局所的に大きくなる位置が、第1駆動モード及び第2駆動モードにおいて共通している。そのため、指示体位置検出部14は、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較して、この容量の変化が共通している位置を検出することにより、指の接触領域の位置及びタッチペンの接触領域の位置の両方を、指示体の位置としてそれぞれ検出することができる。
図8に示すグラフは、検出面Pに指及びタッチペンが接触しており、指の接触領域及びタッチペンの接触領域がX方向に並ぶ場合のものである。図8(a)は、第1駆動モードにおける容量の面内分布を示すグラフであり、図8(b)は、第2駆動モードにおける容量の面内分布を示すグラフである。また、図8(a)の下段のグラフは、図8(a)の上段のグラフを拡大したものであり、図8(b)の下段のグラフは、図8(b)の上段のグラフを拡大したものである。
図8(a)及び図8(b)に示すように、指の接触領域における容量は、減少量が局所的に大きくなる。そして、その減少量が局所的に大きくなる位置が、第1駆動モード及び第2駆動モードにおいて共通している。一方、タッチペンの接触領域における容量は、減少量が局所的に大きくなっているが、検出面Pへの指の接触によって生じるノイズがそれ以上の大きさであるため、第1駆動モードにおいて周囲のノイズに埋没している。しかしながら、タッチペンの接触領域における容量は、その減少量が局所的に大きくなる位置が、第1駆動モード及び第2駆動モードにおいて共通している。そのため、指示体位置検出部14は、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較して、この容量の変化が共通している位置を検出することにより、指の接触領域の位置及びタッチペンの接触領域の位置の両方を、指示体の位置としてそれぞれ検出することができる。
以上のように、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステム1では、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較することによって、ランダムに発生するノイズと指示体とを区別することが可能になる。そのため、ノイズと区別して、精度良く指示体の位置を検出することが可能になる。
特に、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステム1では、検出面Pへの近接または接触による容量の変化量(減少量)が大きい指示体(例えば、指)だけでなく、検出面Pへの近接または接触による容量の変化量(減少量)が小さい指示体(例えば、タッチペン)についても、ノイズと区別して、精度良く指示体の位置を検出することが可能になる。
<電子情報機器>
上述のタッチパネルシステム1を備えた、本発明の実施形態に係る電子情報機器の構成例について、図9を参照して説明する。図9は、本発明の実施形態に係る電子情報機器の構成例を示すブロック図である。
図9に示すように、本発明の実施形態に係る電子情報機器100は、表示装置101と、表示装置101を制御する表示装置制御部102と、上述のタッチパネル10に相当するタッチパネル103と、上述のタッチパネルシステム1におけるタッチパネル10を除いた各部(駆動部11、センス信号処理部12、駆動センス切替部13、指示体位置検出部14、パラメータ記憶部15及び動作制御部16)に相当するタッチパネルコントローラ104と、ユーザに押下されることでユーザの指示を受け付けるボタンスイッチ部105と、撮像により画像データを生成する撮像部106と、入力される音声データを音声として出力する音声出力部107と、集音により音声データを生成する集音部108と、音声出力部107に与える音声データの処理や集音部108から与えられる音声データの処理を行う音声処理部109と、電子情報機器100の外部の機器と通信データを無線により通信する無線通信部110と、無線通信部110が無線により通信する通信データを電磁波として放射するとともに電子情報機器100の外部の機器から放射された電磁波を受信するアンテナ111と、電子情報機器100の外部の機器と通信データを有線により通信する有線通信部112と、各種データを記憶する記憶部113と、電子情報機器100の全体の動作を制御する本体制御部114と、を備える。
なお、上述の指示体位置検出部14及び動作制御部16の一部または全部を、タッチパネルコントローラ104ではなく、本体制御部114の一部としてもよい。また、パラメータ記憶部15の一部または全部を、タッチパネルコントローラ104ではなく、記憶部113の一部としてもよい。
また、図9に示す電子情報機器100は、タッチパネルシステム1の適用例の1つに過ぎない。上述のタッチパネルシステム1は、電子情報機器100とは異なる構成の電子情報機器に対しても、適用可能である。
<変形等>
[1] 図5のステップ#15において、指示体位置検出部14が、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較することで指示体を検出すると説明したが、具体的に以下に例示する方法を採用して指示体の位置を検出してもよい。
本例の方法では、まず、指示体位置検出部14が、第1容量信号Ci1に基づいて、検出面P内で局所的に容量が減少している領域の位置(以下、第1検出候補位置とする)を検出するとともに、第2容量信号Ci2に基づいて、検出面P内で局所的に容量が減少している領域の位置(以下、第2検出候補位置とする)を検出する。
例えば、指示体位置検出部14は、ある所定の閾値よりも容量の減少量が大きい領域を検出し、その領域の重心位置を、第1検出候補位置または第2検出候補位置として検出する。なお、このとき複数の領域が検出されれば、その領域毎に重心位置を検出し、それぞれを第1検出候補位置または第2検出候補位置とすればよい。
そして、指示体位置検出部14は、この第1検出候補位置及び第2検出候補位置を比較して、一致の有無を判断する。指示体位置検出部14による第1検出候補位置及び第2検出候補位置の一致の有無の判断方法の一例について、図10を参照して説明する。図10は、第1検出候補位置及び第2検出候補位置の一致の有無の判断方法の一例について示す図である。なお、図10では、第1検出候補位置を(X1,Y1)、第2検出候補位置を(X2,Y2)として、それぞれをX方向及びY方向の座標で表現している。
図10に示すように、指示体位置検出部14は、(X1−a,Y1+b)、(X1−a,Y1−b)、(X1+a,Y1−b)、(X1+a,Y1+b)の4点を頂点とする所定の大きさの範囲を設定する(図中の破線で示した、第1検出候補位置を中心とする2a×2bの矩形の範囲)。なお、このとき動作制御部16が、パラメータ記憶部15に記憶されている上記の「a」及び「b」を示すパラメータを参照して、指示体位置検出部14を制御することにより、この範囲を設定させてもよい。
図10に例示するように、この範囲内に第2検出候補位置(X2,Y2)が含まれる場合、指示体位置検出部14は、第1検出候補位置(X1,Y1)及び第2検出候補位置(X2,Y2)が一致すると判断する。一方、この範囲内に第2検出候補位置(X2,Y2)が含まれない場合、指示体位置検出部14は、第1検出候補位置(X1,Y1)及び第2検出候補位置(X2,Y2)が一致しないと判断する。
指示体位置検出部14は、一致しないと判断した第1検出候補位置及び第2検出候補位置を、指示体の位置を示すものではない(ノイズに因るものである)と認識して、除外する。
これに対して、指示体位置検出部14は、一致すると判断した第1検出候補位置及び第2検出候補位置を、指示体の位置を示すものであると認識する。そして、指示体位置検出部14は、第1検出候補位置及び第2検出候補位置の少なくともいずれか一方を用いて、指示体の位置を検出する。具体的に例えば、指示体位置検出部14が、第1検出候補位置及び第2検出候補位置の一方を、指示体の位置として検出してもよいし、第1検出候補位置及び第2検出候補位置の両方を用いて検出した位置(例えば、第1検出候補位置及び第2検出候補位置の平均位置)を、指示体の位置として検出してもよい。
このように、指示体位置検出部14が、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が完全に一致する場合に加え、第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が近接して所定の大きさの範囲内に含まれる場合も、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致すると判断すると、誤差などによって第1検出候補位置及び第2検出候補位置が僅かにずれた場合にも、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致すると判断することが可能になり、指示体の検出漏れを抑制することが可能になるため、好ましい。
なお、第1検出候補位置及び第2検出候補位置を検出するための閾値は、タッチパネルシステム1に対する使用が想定される指示体の全て(または大部分)を検出可能な程度に小さい値にすると、好ましい。具体的に例えば、タッチペンが検出面Pに近接または接触した場合における容量の減少量よりも、閾値を小さくすると、好ましい(図7、図8及び図12参照)。ノイズ除外動作を実行する場合であれば、タッチペンが検出面Pに近接または接触した場合における容量の減少量以上の大きさのノイズが発生したとしても、当該ノイズと区別してタッチペンのみを検出することが可能である。
ただし、上記閾値を小さくし過ぎると、微小なノイズも第1検出候補位置及び第2検出候補位置として多数検出されるため、データの記憶量及び演算量が増大してしまう。そのため、上記閾値は可能な限り大きくすると、好ましい。具体的に例えば、図7及び図8に示したように、指とタッチペンとの使用が想定される場合、タッチペンを検出し得る可能な限り大きい閾値を設定すると、タッチペンによる容量の減少量よりも大きいノイズのみが第1検出候補位置及び第2検出候補位置として検出されるため、データの記憶量及び演算量を減少させることが可能になる。
また、図10において、第1検出候補位置を基準として設定した範囲内に、第2検出候補位置が含まれるか否かに基づいて、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致するか否かを判断する判断方法について例示したが、判断方法はこの例の限りではない。例えば、第1検出候補位置及び第2検出候補位置にかかわらず、直近のステップ#13で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2から検出される第1検出候補位置または第2検出候補位置を基準として図10と同様の範囲を設定し、1回前のステップ#13で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2から検出される第1検出候補位置または第2検出候補位置が当該範囲内に含まれるか否かに基づいて、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致するか否かを判断してもよい。また例えば、第1検出候補位置及び第2検出候補位置にかかわらず、1回前のステップ#13で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2から検出される第1検出候補位置または第2検出候補位置を基準として図10と同様の範囲を設定し、直近のステップ#13で得られた第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2から検出される第1検出候補位置または第2検出候補位置が当該範囲内に含まれるか否かに基づいて、第1検出候補位置及び第2検出候補位置が一致するか否かを判断してもよい。
[2] 図5において、指示体の検出が2回目以降である場合、第1駆動モード及び第2駆動モードを1回切り替える毎に、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較して指示体の位置を検出する動作について例示したが(この動作について、図13の概念図を参照)、タッチパネルシステム1の動作はこの例の限りではない。例えば、第1駆動モード及び第2駆動モードを2回切り替える毎に(即ち、第1駆動モード及び第2駆動モードを1回ずつ、計2回行う毎に)、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とを比較して指示体の位置を検出してもよい(この動作について、図14の概念図を参照)。
また、図13の概念図に示す動作を実現する具体的な動作例について、図15を参照して説明する。図15は、図13の動作を実現する動作例について示すフローチャートである。なお、図15に示す動作例は、図5に示す動作例における1つの具体例に相当するものである。ただし、図5に示す動作例は、指示体を1回検出する際の動作であり、繰り返し行われ得るものであったが、図15に示す動作例は、この繰り返しを含むものであり、指示体を複数回検出し得るものとなっている。
図15に示す動作例では、タッチパネルシステム1が、最初に初期化を行う。具体的には、例えば指示体位置検出部14が、現在記憶している第1容量信号及び第2容量信号をクリアする(ステップ#21)。さらに、動作制御部16が、フラグFを1に設定する(ステップ#22)。なお、このステップ#22で設定するフラグFの値である1は、図5において説明した初期設定の駆動モードを示すパラメータに相当する。また、以下では説明の具体化のため、フラグFの初期値が1である場合について説明するが、図5の動作例について説明したように、フラグFの初期値は2であってもよい。
次に、動作制御部16は、フラグFが1であることを確認すると(ステップ#23、YES)、第1駆動モードに切り替えるための切替制御信号Eiを駆動センス切替部13に入力することにより、駆動モードを第1駆動モードに設定する(ステップ#24)。そして、駆動部11が第1ドライブ信号Di1を出力し(ステップ#25)、センス信号処理部12が第1センス信号Si1を処理して第1容量信号Ci1を生成する(ステップ#26)。
次に、動作制御部16は、フラグFをインクリメントする(ステップ#27)。これにより、フラグFの値は2になる。
ここで、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られていない場合は(ステップ#28、NO)、ステップ#23に戻る。なお、この時点において、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られていない場合とは、指示体の検出が1回目であり、かつ第1容量信号Ci1の生成(ステップ#25,#26)のみを行っている場合である。指示体の検出が1回目であっても、後述する第2容量信号Ci2を生成(ステップ#31,#32)している場合や、指示体の検出が2回目以降である場合は、この時点において、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られている状態になる。
動作制御部16は、フラグFが1ではなく(ステップ#23、NO)、2であることを確認すると(ステップ#29、YES)、第2駆動モードに切り替えるための切替制御信号Eiを駆動センス切替部13に入力することにより、駆動モードを第2駆動モードに設定する(ステップ#30)。そして、駆動部11が第2ドライブ信号Di2を出力し(ステップ#31)、センス信号処理部12が第2センス信号Si2を処理して第2容量信号Ci2を生成する(ステップ#32)。なお、動作制御部16は、フラグFが1でも2でもないことを確認する場合(ステップ#23,#29が共にNO)、そのような値は異常であるため、初期化を行う(ステップ#21,#22)。
次に、動作制御部16は、フラグFをデクリメントする(ステップ#33)。これにより、フラグFの値は1になる。
ここで、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られている場合(ステップ#28、YES)、指示体位置検出部14は、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2と、を比較することで、指示体の位置を検出する(ステップ#34)。このとき、指示体位置検出部14は、直近のステップ#26で得られた第1容量信号Ci1と、直近のステップ#32で得られた第2容量信号Ci2と、を比較する。換言すると、指示体位置検出部14は、第1駆動モード及び第2駆動モードの切替(ステップ#30)の直前及び直後に得られる第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2を比較する。
さらにこのとき、指示体位置検出部14は、指示体が接触または近接する場合と同型の容量の変化が、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2との双方に表れている位置を、検出面Pに接触または近接する指示体の位置として検出し、指示体が接触または近接する場合と同型の容量の変化が、第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2との一方のみに表れている位置については、検出面Pに接触または近接する指示体の位置として検出しない。
そして、指示体位置検出部14は、ステップ#34で検出した指示体の位置を示す検出結果信号Tiを生成し、出力する(ステップ#35)。なお、ステップ#35において、指示体が検出されない場合は、検出面P上に接触または近接する指示体が無い旨を示す検出結果信号Tiを生成し、出力してもよい。
そして、タッチパネル1が動作を終了する場合は(ステップ#36、YES)、動作を終了する。一方、タッチパネル1が動作を終了しない場合は(ステップ#36、NO)、ステップ#23に戻り、動作制御部16がフラグFの値を確認する。
ステップ#36からステップ#23に戻ったとき、フラグFが1であれば(ステップ#23、YES)、第1駆動モードとなり第1容量信号Ci1が生成されるとともに(ステップ#24〜#26)、フラグFがインクリメントされて2になる(ステップ#27)。このとき、ステップ#23に戻る前のステップ#32で第2容量信号Ci2が得られているため、既に第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られていることになる(ステップ#28、YES)。
そこで、指示体位置検出部14は、直近のステップ#26で得られた第1容量信号Ci1と、直近のステップ#32で得られた第2容量信号Ci2と、を比較して指示体の位置を検出し(ステップ#34)、検出結果信号Tiを生成及び出力する(ステップ#35)。換言すると、指示体位置検出部14は、第1駆動モード及び第2駆動モードの切替(ステップ#24)の直前及び直後に得られる第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2を比較して指示体の位置を検出し(ステップ#34)、検出結果信号Tiを生成及び出力する(ステップ#35)。
一方、ステップ#36からステップ#23に戻ったとき、フラグFが2であれば(ステップ#23、NO、かつ、ステップ#29、YES)、第2駆動モードとなり第2容量信号Ci2が生成されるとともに(ステップ#30〜#32)、フラグFがデクリメントされて1になる(ステップ#33)。このとき、ステップ#23に戻る前のステップ#26で第1容量信号Ci1が得られているため、既に第1容量信号Ci1と第2容量信号Ci2とが得られていることになる(ステップ#28、YES)。
そこで、指示体位置検出部14は、直近のステップ#26で得られた第1容量信号Ci1と、直近のステップ#32で得られた第2容量信号Ci2と、を比較して指示体の位置を検出し(ステップ#34)、検出結果信号Tiを生成及び出力する(ステップ#35)。換言すると、指示体位置検出部14は、第1駆動モード及び第2駆動モードの切替(ステップ#30)の直前及び直後に得られる第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2を比較して指示体の位置を検出し(ステップ#34)、検出結果信号Tiを生成及び出力する(ステップ#35)。
図13に示す動作(図5及び図15に示す動作例)は、第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2のそれぞれが得られる毎に指示体の位置を検出するものであるため、例えば第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2の所定の一方が得られる毎に指示体の位置を検出する図14に示す動作と比較して、指示体を検出する回数を多くする(2倍にする)とともに、指示体を検出する時間間隔を短くする(半分にする)ことが可能になる。したがって、図13に示す動作を行うことで、タッチパネルシステム1の動作速度(フレームレート)を大きくすることなく、指示体の検出の時間分解能を高め、指示体の位置の検出精度を向上させることが可能になる。
[3] 図4のステップ#3において、指示体位置検出部14が、ある所定の閾値よりも容量の減少量が大きい領域を検出し、その領域の重心位置を、指示体の位置として検出してもよい。さらにこの場合、閾値を、タッチパネルシステム1や当該タッチパネルシステム1が備えられる電子情報機器100の用途などに応じて設定すると、好ましい。具体的に例えば、ノイズを指示体であると誤認識することを極力避ける必要がある場合は、閾値を大きくすればよいし、様々な指示体の位置を検出可能にする必要がある場合は、閾値を小さくすればよい。ただし、閾値を大きくすると、タッチペンのような検出面Pへの近接または接触による容量の変化量(減少量)が小さい指示体については、検出されにくくなる。一方、閾値を小さくすると、ノイズを指示体であると誤認識し易くなる。
[4] 本発明の実施形態として、第1信号線FL1〜FLm及び第2信号線BL1〜BLmのそれぞれの本数が同数mであるタッチパネルシステム1を例示して説明したが、上述のように第1信号線及び第2信号線は異なってもよい。この場合、第1駆動モード及び第2駆動モードのそれぞれにおいて、駆動部11が出力する第1ドライブ信号Di1の数及び第2ドライブ信号Di2の数が異なるとともに、センス信号処理部12が処理する第1センス信号Si1の数及び第2センス信号Si2の数が異なることになる。
また、この場合、第1信号線がp本(pは2以上の自然数)、第2信号線がq本(qはpより大きい自然数)であれば、駆動センス切替部13は、図2に示したものと同様の接続切替部131をp個備えるとともに、CMOSスイッチSW1,SW2を備えずCMOSスイッチSW3,SW4を備える接続切替部を(q−p)個備えていればよい。反対に、第1信号線がq本、第2信号線がp本であれば、駆動センス切替部13は、図2に示したものと同様の接続切替部131をp個備えるとともに、CMOSスイッチSW1,SW2を備えてCMOSスイッチSW3,SW4を備えない接続切替部を(q−p)個備えていればよい。
[5] 上述の実施形態では、第1信号線FL1〜FLmまたは第2信号線BL1〜BLmを1回駆動する毎に、第1駆動モードと第2駆動モードとを切り替える場合について例示したが、これ以外の方法で切り替えてもよい。例えば、第1信号線FL1〜FLmまたは第2信号線BL1〜BLmを複数回(具体的に例えば、3回)駆動する毎に、第1駆動モードと第2駆動モードとを切り替えてもよい。この場合、指示体位置検出部14が、第1駆動モードで複数回得られる第1容量信号Ci1を平均化したものと、第2駆動モードで複数回得られる第2容量信号Ci2を平均化したものと、を比較してもよい。
この動作の具体例について、図16を参照して説明する。図16は、本発明の実施形態に係るタッチパネルシステムの別の動作例について示す概念図である。
図16(a)に示す動作例は、第1駆動モードにおいて駆動部11及びセンス信号処理部12が連続して3回動作するとともに、第2駆動モードにおいて駆動部11及びセンス信号処理部12が連続して3回動作するように、駆動センス切替部13が駆動モードの切替を行うものである。この場合、第1容量信号Ci1が3回連続で得られるとともに、第2容量信号Ci1が3回連続で得られる。
図16(a)に示す動作例では、指示体位置検出部14が、連続して得られる第1容量信号Ci1を平均化するとともに、連続して得られる第2容量信号Ci2を平均化する。そして、指示体位置検出部14が、平均化した第1容量信号と平均化した第2容量信号とを比較することで、上述したタッチパネルシステム1の動作例と同様に、指示体の位置の検出を行う。
第1容量信号Ci1または第2容量信号Ci2が連続して複数回生成されるという短い時間であっても、第1容量信号及び第2容量信号のそれぞれにおけるノイズの成分の位置は、ランダムに変動し得る。しかしながら、第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2のそれぞれにおける指示体の成分の位置は、このような短い時間ではほとんど変動しない。そのため、指示体位置検出部14が、第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2をそれぞれ平均化すると、指示体の成分にはあまり影響を与えず、ノイズの成分を選択的に除去(低減)することが可能になる。さらに、ジッタ等の影響によって、第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2のそれぞれにおける指示体の成分の位置が、現実の指示体の位置からズレたとしても、平均化によってそのようなズレの影響を抑制することが可能になる。したがって、指示体の位置の検出精度を向上させることが可能になる。
ところで、図16(a)に示す動作例では、第1容量信号Ci1が連続して得られる数と、第2容量信号Ci2が連続して得られる数と、が同数(いずれも3)になっているが、図16(b)に示す動作例のように、これらの数を異ならせてもよい。
特に、第1信号線の数と第2信号線の数とが異なる場合は、第1駆動モードで生成される第1センス信号Si1の数と第2駆動モードで生成される第2センス信号Si2の数とが異なるため、センス信号処理部12が、第1センス信号Si1を処理して第1容量信号Ci1を生成するために要する時間と、第2センス信号Si2を処理して第2容量信号Ci2を生成するために要する時間と、の間に差が生じ得る。
具体的には、第1信号線の数(例えば、100本)が、第2信号線の数(例えば、50本)よりも多い場合、センス信号処理部12が1つの第1容量信号Ci1を生成する時間よりも、センス信号処理部12が1つの第2容量信号Ci2を生成する時間の方が、長くなり得る。
この例において、第2容量信号が連続して得られる数(図16(b)に示す例では2回)が、第1容量信号が連続して得られる数(図16(b)に示す例では3回)以下になるようにすると、好ましい。この場合、生成に要する時間が比較的短い第1容量信号Ci1については、連続的に生成する数を多くして平均化の効果を高めることができる。さらに、生成に要する時間が比較的長い第2容量信号Ci2については、連続的に生成する数を少なくすることで処理時間を短縮化することができる。したがって、指示体の位置の検出精度を向上させるとともに、処理時間を短縮化することが可能になる。
なお、図16(a)及び図16(b)に示す動作例に対して、図13に示した動作例を組み合わせてもよい。即ち、指示体位置検出部14が、駆動センス切替部13が第1駆動モード及び第2駆動モードを切り替える毎に、切替の直前及び直後に連続して得られる第1容量信号Ci1(の平均)及び第2容量信号Ci2(の平均)を用いて、指示体の位置を検出してもよい。また、必ずしも第1容量信号Ci1及び第2容量信号Ci2の双方が複数回連続して生成される必要はなく、これらの一方でも複数回連続して生成されていれば、上記の効果を得ることができる。
本発明に係るタッチパネルシステムは、投影型の静電容量方式のタッチパネルを備えたタッチパネルシステムや、当該タッチパネルシステムを備えた電子情報機器に、好適に利用され得る。
1 : タッチパネルシステム
10 : タッチパネル
11 : 駆動部
12 : センス信号処理部
13 : 駆動センス切替部
131 : 接続切替部
14 : 指示体位置検出部
15 : パラメータ記憶部
16 : 動作制御部
FL1〜FLm : 第1信号線
BL1〜BLm : 第2信号線
P : 検出面
Di1 : 第1ドライブ信号
Di2 : 第2ドライブ信号
Si1 : 第1センス信号
Si2 : 第2センス信号
Ci1 : 第1容量信号
Ci2 : 第2容量信号
Ti : 検出結果信号
Ei : 切替制御信号
Ri : 反転切替制御信号
SW1〜SW4 : CMOSスイッチ
INV : インバータ
T : 接触領域
N : ノイズ発生領域

Claims (15)

  1. 検出面に沿って互いに平行に設けられる複数の第1信号線と、前記検出面に沿って互いに平行に設けられるとともに前記第1信号線と交差する複数の第2信号線と、を備えるタッチパネルと、
    第1駆動モードで前記第1信号線に第1ドライブ信号を与えて駆動し、第2駆動モードで前記第2信号線に第2ドライブ信号を与えて駆動する駆動部と、
    前記第1駆動モードで前記第2信号線に表れる第1センス信号に基づいて、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第1容量信号を生成し、前記第2駆動モードで前記第1信号線に表れる第2センス信号に基づいて、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第2容量信号を生成するセンス信号処理部と、
    前記第1駆動モードと前記第2駆動モードとを切り替える駆動センス切替部と、
    前記第1容量信号前記第2容量信号とを比較することで、前記検出面に接触または近接する指示体の位置を検出する指示体位置検出部と、
    を備えることを特徴とするタッチパネルシステム。
  2. 前記指示体位置検出部は、前記検出面に前記指示体が接触または近接する場合と同型の前記容量の変化が、前記第1容量信号と前記第2容量信号との双方に共通して表れている位置を、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置として検出することを特徴とする請求項に記載のタッチパネルシステム。
  3. 前記指示体位置検出部は、
    前記第1容量信号には、前記検出面に前記指示体が接触または近接する位置を通過する前記第2信号線に沿って発生する第1ノイズが含まれることと、
    前記第2容量信号には、前記検出面に前記指示体が接触または近接する位置を通過する前記第1信号線に沿って発生する第2ノイズが含まれることと、
    に基づいて、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出することを特徴とする請求項に記載のタッチパネルシステム。
  4. 前記指示体位置検出部は、前記検出面に前記指示体が接触または近接する場合と同型の前記容量の変化が、前記第1容量信号と前記第2容量信号との一方のみに表れている位置を、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置として検出しないことを特徴とする請求項に記載のタッチパネルシステム。
  5. 前記指示体として、少なくとも第1指示体と第2指示体とが用いられ、
    前記検出面に前記第1指示体が接触または近接する場合に発生する前記第1ノイズまたは前記第2ノイズの大きさが、前記検出面に前記第2指示体が接触または近接する場合における前記容量の変化量以上であることを特徴とする請求項またはに記載のタッチパネルシステム。
  6. 前記指示体位置検出部は、
    前記第1容量信号に基づいて検出する第1検出候補位置と、前記前記第2容量信号に基づいて検出する第2検出候補位置と、が一致すると判断する場合、
    前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置の少なくともいずれか一方を用いて、前記指示体の位置を検出することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。
  7. 前記指示体位置検出部は、一致しないと判断した前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置を、前記指示体の位置を検出するために用いないことを特徴とする請求項に記載のタッチパネルシステム。
  8. 前記指示体位置検出部は、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が完全に一致する場合に加え、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が近接して所定の大きさの範囲内に含まれる場合も、前記第1検出候補位置及び前記第2検出候補位置が一致すると判断することを特徴とする請求項またはに記載のタッチパネルシステム。
  9. 前記指示体位置検出部は、前記駆動センス切替部が前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードを切り替える毎に、切替の直前及び直後に得られる少なくとも1つの前記第1容量信号及び少なくとも1つの前記第2容量信号を用いて、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。
  10. 前記駆動センス切替部は、前記第1容量信号及び前記第2容量信号の少なくとも一方が複数回連続して得られるように、前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードを切り替え、
    前記指示体位置検出部は、
    前記第1容量信号が複数回連続して得られる場合、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する際に、当該複数回連続して得られる前記第1容量信号を平均化した第1容量信号を用い、
    前記第2容量信号が複数回連続して得られる場合、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する際に、当該複数回連続して得られる前記第2容量信号を平均化した第2容量信号を用いることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。
  11. 前記第1信号線が前記第2信号線よりも多い場合、前記第2容量信号が連続して得られる数が、前記第1容量信号が連続して得られる数以下になることを特徴とする請求項10に記載のタッチパネルシステム。
  12. 前記駆動センス切替部は、前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードを切り替えるノイズ除外動作と、前記第1駆動モード及び前記第2駆動モードの一方を継続する通常動作と、の一方を選択的に実行することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のタッチパネルシステム。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載のタッチパネルシステムを備えたことを特徴とする電子情報機器。
  14. 検出面に沿って互いに平行に設けられる複数の第1信号線と、前記検出面に沿って互いに平行に設けられるとともに前記第1信号線と交差する複数の第2信号線と、を備えるタッチパネルを用いて、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する指示体位置検出方法であって、
    前記第1信号線に第1ドライブ信号を与えて駆動し、前記第2信号線に表れる第1センス信号を取得して処理することで、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第1容量信号を生成する第1駆動モード実行ステップと、
    前記第2信号線に第2ドライブ信号を与えて駆動し、前記第1信号線に表れる第2センス信号を取得して処理することで、前記第1信号線と前記第2信号線とが成す容量の変化の面内分布を示す第2容量信号を生成する第2駆動モード実行ステップと、
    前記第1容量信号と前記第2容量信号とを比較することで、前記検出面に接触または近接する前記指示体の位置を検出する指示体位置検出ステップと、
    を備えることを特徴とする指示体位置検出方法。
  15. 前記第1ドライブ信号の強度と、前記第2ドライブ信号の強度と、が等しくなるように設定することを特徴とする請求項14に記載の指示体位置検出方法。
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