JP5335130B2 - タッチパネル装置 - Google Patents

Description

この発明は、静電容量方式でタッチ位置を検知するタッチパネル装置に関するものである。

従来のタッチパネル装置として、例えば特許文献１に開示されるものがある。この装置は、赤外光を検出する赤外光センサを備えており、この赤外光センサが、指等の指示手段によって検知用赤外光が反射されて生じた反射赤外光、及び外光に含まれる赤外光を検出する。赤外光センサにより検出された反射赤外光及び外光に含まれる赤外光の各々に対応した受光信号は、装置内の受光信号処理回路部により処理され、処理された受光信号は、位置検出・光強度検出回路部に転送される。位置検出・光強度検出回路部は、タッチ画面の画像表示領域のうち、反射赤外光を検出した赤外光センサが配置されている領域に指示手段が重なっていると検知する。これにより、指示手段の位置を正確に特定することができる。

また、特許文献２に記載の表示装置は、対向基板の対向電極が形成されている面とは反対側の面に接触体が接触したときに、接触体と対向電極の一部との間に形成される静電容量を検知することより、接触体の接触位置を検出する。なお、対向電極は、アクティブマトリクス基板に形成された信号線に沿って延伸するように長尺状に複数形成されている。このように対向電極が信号線に沿って距離が長く幅が狭い長尺状のパターンに形成されているため、対向電極の面抵抗が高抵抗ではなく比較的低い場合であっても、対向電極の信号線に沿った方向における両端の間の抵抗を高くすることが可能となる。その結果、検出される接触体の接触位置検出の精度を信号線方向において格段に向上することができる。また、対向電極の面抵抗を高める必要がないため、コントラスト低下やムラ発生等の表示品位の低下を招かない。

さらに、特許文献３に記載の面表示装置では、電気光学的な応答をする表示素子要素に電気信号を与える電極が形成された表示装置基板を備えており、表示領域に対応する面に形成したインピーダンス面と、このインピーダンス面に流れる電流を検出する電流検出回路とを有し、電流検出回路が電流を検出する期間、表示素子要素に電気信号を与える電極のうち、表示領域の外部から表示領域の内部へ電気信号を伝える電極の少なくとも１つをハイインピーダンスとする。このように、電流検出回路が電流を検出する期間、表示素子要素に電気信号を与える配線ないし電極のうち表示領域の外部から内部にかけて配される配線ないし電極の少なくとも１つをハイインピーダンスとすることにより、位置検出信号のＳ／Ｎを向上させ、信号処理回路のコストを下げることができる。また、表示装置基板におけるスイッチング素子のオフが保持されるので、表示特性の劣化がなくなる。

しかしながら、特許文献１の装置では、赤外光センサの数によってタッチ入力の分解能が決定されるため、指示手段の正確な位置検知を行うには、多数の赤外光センサが必要となり、部品点数が増加するという課題がある。
また、特許文献２及び特許文献３記載の装置は、対向基板を静電容量方式のタッチパネル装置として利用するものであるが、指示手段の種類に応じた検知容量の変化による影響を十分に考慮していない。このため、素手の指に比べて検知容量が低くなる手袋を装着した手の指や爪を指示手段とする場合には、検知感度を上げなければならず、静電気のスパーク等の周囲のノイズや、タッチ面の結露による水分等の影響を受けて誤作動する可能性が高くなるという課題があった。

特開２００８−２４１８０７号公報 特開２００７−３０４３４２号公報 特開２００９−４２８９９号公報

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、静電容量方式でタッチ位置を検知するにあたり、指示手段の検知感度を上げても周囲のノイズ等の影響を受けにくく、誤作動の発生を抑制できるタッチパネル装置を得ることを目的とする。

この発明に係るタッチパネル装置は、検知容量が所定の閾値を超えたか否かによりタッチ入力を検知する静電容量方式のタッチパネルと、赤外光を照射する赤外光源と、赤外光をタッチパネルのタッチ面上の全面に亘って拡散する光拡散手段と、拡散した赤外光を集光する集光手段と、集光した赤外光を受光するフォトセンサと、受光した赤外光の光強度が所定値未満になると、検知容量の閾値を所定の閾値より小さい閾値に設定してタッチパネルの静電容量方式によるタッチ位置検出を実行する制御部とを備えるものである。

この発明によれば、指示手段の検知感度を上げても、周囲のノイズ等の影響を受けにくく、誤作動の発生を抑制することができるという効果がある。

静電容量方式のタッチパネル装置におけるタッチ面上の押下位置と検知容量との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態１によるタッチパネル装置の構成を示す図である。 実施の形態１のタッチパネル装置による動作の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるタッチパネル装置の構成を示す図である。 実施の形態２のタッチパネル装置による動作の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
静電容量方式のタッチパネル装置では、指示手段によるタッチ面上の押下位置における検知容量によってタッチ位置を特定している。
図１は、静電容量方式のタッチパネル装置におけるタッチ面上の押下位置と検知容量との関係を示すグラフである。図１に示すように、タッチ入力は、検知容量が所定の閾値を超えたか否かにより検知される。検知容量は、指示手段の種類に大きく影響される特性を有しており、通常、素手の指によるタッチ入力で生じる容量特性Ａ１を想定して閾値Ａが設定されている。
一方、近年では、容量変化を与えにくい手袋が装着されている場合や爪を用いたタッチ操作を検知できることが望まれている。この場合、容量特性Ａ１より検知容量が小さい容量特性Ａ２となるため、タッチ位置判定用の閾値は、閾値Ａより小さい閾値Ｂを設定する必要がある。
しかしながら、閾値Ｂを設定すると、容量変化に対する感度が上がることになるため、静電気のスパーク等の周囲のノイズによる容量変化や、タッチ面の結露で発生した水滴による容量変化等の影響を受けて誤作動する可能性が高くなる。

そこで、実施の形態１によるタッチパネル装置では、タッチ面に平行に照射した検知用の赤外光を指示手段が遮断したことを契機として静電容量方式によるタッチ位置の検知を開始する。このようにすることで、検知容量の閾値を下げて容量変化に対する感度を上げても、実際に指示手段がタッチ面上に存在して、確実に押下される場合のみ、検知動作が開始されるため、周囲のノイズやタッチ面の結露の影響を受けにくく、誤作動の発生を抑制することができる。

図２は、この発明の実施の形態１によるタッチパネル装置の構成を示す図であり、図２（ａ）は、側面から見た内部構成を示し、図２（ｂ）はタッチ面側から見た構成を示している。図２に示すように、実施の形態１によるタッチパネル装置１は、赤外光源２、プリズム３ａ，３ｂ、タッチパネル４、フォトセンサ５、液晶モジュール６及び制御部７を備える。赤外光源２及びプリズム３ａは、図２（ｂ）に示すように、タッチパネル４のタッチ面を介して、プリズム３ｂ及びフォトセンサ５と対向する位置に設けられる。赤外光源２で発光された検知用赤外光は、プリズム３ａによってタッチパネル面に平行に拡散して放射され、対向するプリズム３ｂがプリズム３ａを介して放射された検知用赤外光を受光してフォトセンサ５へ集光させる。なお、赤外光源２としては赤外線ＬＥＤ等が挙げられる。

フォトセンサ５は、プリズム３ｂにより集光された検知用赤外光を受光し検知用赤外光の強度に応じた電気信号を制御部７へ出力するセンサである。タッチパネル４は、タッチパネル面側の検出電極と、この検出電極とガラス基板を介して対向配置された駆動電極とを有して構成され、この検出電極と駆動電極との間に静電容量が形成され、この静電容量が、指示手段の接近又は接触で変化することを利用してタッチが検出される。

液晶モジュール６は、装置内部側（タッチ面の反対側）に、タッチパネル４と対向して配置されており、液晶層、画素電極及びこれを駆動する回路基板を積層して構成される。なお、液晶モジュール６の回路基板に、タッチパネル４のタッチ検出動作を行う検出回路を形成してもよい。制御部７は、タッチパネル装置１の動作を制御する構成部であり、赤外光源２による赤外光の発光動作、フォトセンサ５による赤外光の受光結果に基づく指示手段の有無の判定動作、タッチパネル４の静電容量方式によるタッチ入力動作の制御を行う。

次に動作について説明する。
図３は、実施の形態１のタッチパネル装置による動作の流れを示すフローチャートであり、タッチ入力位置を静電容量方式で検出する前段階の動作を示している。
先ず、制御部７は、赤外光源２を制御して一定の強度で赤外光を連続して発光させる。赤外光源２から発光された検知用赤外光は、プリズム３ａを介してタッチパネル４のタッチ面に平行に拡散して放射される。これにより、検知用赤外光が、タッチ面上の指示手段を検知するプローブとして機能する。検知用赤外光は、プリズム３ａに対向配置されたプリズム３ｂに受光されフォトセンサ５へ集光される。フォトセンサ５は、検知用赤外光を受光すると、当該検知用赤外光の強度に応じた電気信号を制御部７へ出力する。

制御部７には、タッチ面上で遮蔽されずにフォトセンサ５に受光された場合の検知用赤外光の強度に対応する所定の電気信号値（遮蔽有無の判定閾値）が予め設定されており、上述の処理でタッチ入力待ち状態になると、フォトセンサ５の出力値が所定の電気信号値未満になったか否かを判定する（ステップＳＴ１）。ここで、フォトセンサ５の出力値が所定の電気信号値以上であれば（ステップＳＴ１；ＮＯ）、タッチパネル４を押下する指示手段がタッチ面上に存在しないので、制御部７は、この後にタッチパネル４において静電容量が変化するか否かに関わらず、ステップＳＴ１の処理に戻り、タッチ入力待ち状態を継続する。

一方、フォトセンサ５の出力値が所定の電気信号値未満になった場合（ステップＳＴ１；ＹＥＳ）、タッチパネル４を押下する指示手段がタッチ面上に存在するので、制御部７は、この後にタッチパネル４において静電容量の変化が検出されると、その検出結果に基づいてタッチ位置の検知を実行する（ステップＳＴ２）。タッチ位置の検知動作は、図１を用いて説明した内容と同様である。

以上のように、この実施の形態１によれば、タッチ面上に照射された赤外光の遮蔽が検出されたことを契機として、タッチパネル４の静電容量方式によるタッチ位置検出を実行するので、検知容量の閾値を下げて容量変化に対する感度を上げても、タッチ面上に照射された赤外光が指示手段に遮蔽されなければ、タッチ位置検出が実行されないため、静電気のスパーク等の周囲のノイズや、タッチ面の結露による水分等の影響を受けにくく、誤作動の発生を抑制することができる。
また、従来の赤外線タッチセンサと異なって、タッチ入力分解能に相当する赤外光センサやフォトセンサが必要なく、少なくとも１対の赤外光源２とフォトセンサ５で構成可能である。なお、この実施の形態１による構成は、静電容量方式のタッチパネル４の特徴である複数点入力には影響しない。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるタッチパネル装置の構成を示す図である。図４に示すように、実施の形態２によるタッチパネル装置１Ａは、可動ガラス８、可動ガラス側透明電極９ａ、固定ガラス側透明電極９ｂ、タッチパネル４、液晶モジュール６及び制御部７を備える。タッチパネル４は、実施の形態１と同様に、タッチ面側の検出電極と、この検出電極とガラス基板を介して対向配置された駆動電極を有して構成され、この検出電極と駆動電極との間に静電容量が形成され、この静電容量が指示手段の接近又は接触で変化することを利用してタッチが検出される。タッチパネル４は、固定ガラスとして、液晶モジュール６に固定的に配置される。液晶モジュール６は、装置内部側（タッチ面の反対側）に、タッチパネル４と対向して配置されており、液晶層、画素電極及びこれを駆動する回路基板を積層して構成される。

また、可動ガラス８は、図４に示すように、タッチパネル４との間で所定の空間を隔てて設けられ、指示手段による押下で撓む薄いガラス板で形成される。この可動ガラス８のタッチパネル４側の表面には、抵抗膜となる可動ガラス側透明電極９ａが形成され、一方タッチパネル４の可動ガラス８側の表面には、可動ガラス側透明電極９ａと対向して固定ガラス側透明電極９ｂが設けられる。
可動ガラス側透明電極９ａには、制御部７によって所定の電圧が印加されており、可動ガラス側透明電極９ａが固定ガラス側透明電極９ｂに接触した際における固定ガラス側透明電極９ｂの電圧変化を利用して、指示手段によるタッチが検出される。
制御部７は、タッチパネル装置１Ａの動作を制御する構成部であり、可動ガラス側透明電極９ａへの電圧印加、固定ガラス側透明電極９ｂの電圧変化に基づく指示手段の有無の判定動作、タッチパネル４の静電容量方式によるタッチ入力動作の制御を行う。

次に動作について説明する。
図５は、実施の形態２のタッチパネル装置による動作の流れを示すフローチャートであり、タッチ入力位置を静電容量方式で検出する前段階の動作を示している。
先ず、制御部７は、可動ガラス側透明電極９ａへ所定の電圧を印加しておき、可動ガラス８の押下による可動ガラス側透明電極９ａと固定ガラス側透明電極９ｂとの接触から、固定ガラス側透明電極９ｂの電圧が所定値以上になったか否かを判定する（ステップＳＴ１ａ）。ここで、固定ガラス側透明電極９ｂの電圧が所定値未満であれば（ステップＳＴ１ａ；ＮＯ）、指示手段によりタッチ面が押下されないと判断されるので、制御部７は、この後にタッチパネル４において静電容量が変化するか否かに関わらず、ステップＳＴ１ａの処理に戻って、タッチ入力待ち状態を継続する。

一方、固定ガラス側透明電極９ｂの電圧が所定値以上になった場合（ステップＳＴ１ａ；ＹＥＳ）、指示手段がタッチ面を押下すると判断されるので、制御部７は、この後に、タッチパネル４において静電容量の変化が検出されると、その検出結果に基づいてタッチ位置の検知を実行する（ステップＳＴ２ａ）。タッチ位置の検知動作は、上記実施の形態１で図１を用いて説明した内容と同様である。

以上のように、この実施の形態２によれば、可動ガラス側透明電極９ａと固定ガラス側透明電極９ｂとの間の接触による固定ガラス側透明電極９ｂの電圧変化から、可動ガラス８の押下が検出されると、これを契機としてタッチパネル４の静電容量方式によるタッチ位置検出を実行する。このように構成することで、検知容量の閾値を下げて容量変化に対する感度を上げても、実際に指示手段がタッチ面を確実に押下した場合のみ、検知動作が開始されるため、静電気のスパーク等の周囲のノイズや、タッチ面の結露による水分等の影響を受けにくく、誤作動の発生を抑制することができる。
また、従来の抵抗膜方式のタッチパネルのように、Ｘ軸方向に電極を形成した抵抗膜とＹ軸方向に電極を形成した抵抗膜との各電極の電圧を交互に検出する必要がなく、片側の電極（固定ガラス側透明電極９ｂ）の電圧監視のみで構成可能である。
なお、この実施の形態２による構成は、静電容量方式のタッチパネル４の特徴である複数点入力には影響しない。

また、上記実施の形態１又は上記実施の形態２において、制御部７が、初めから、図１で示した高感度の閾値Ｂを用いてタッチ位置検出を実行するのではなく、当初は閾値Ｂより大きい低感度の閾値Ａを設定しておき、検知用赤外光の遮蔽又は抵抗膜の接触が検知されると、閾値Ａから徐々に閾値を低下させて静電容量方式によるタッチ位置検出を行うようにしてもよい。このようにすることで、必要以上に高感度なタッチ位置検出が実行されず、周囲環境ノイズに対する耐性を向上させることができる。

さらに、上記実施の形態１又は上記実施の形態２において、制御部７が、検知用赤外光の遮蔽又は抵抗膜の接触が検知されないとき、すなわち指示手段がタッチ面上に存在しないときに、周囲ノイズ等の影響で生じた検知容量の変化を観測して、この検知容量変化をタッチ入力と判定してしまう閾値の上限値を決定し、この上限値に対して微少の所定量を加えた閾値を、検知用赤外光の遮蔽又は抵抗膜の接触が検知されたときのタッチ位置検出に用いる。このようにすることでも、必要以上に高感度なタッチ位置検出が実行されず、周囲環境ノイズに対する耐性を向上させることができる。

Claims (4)

1. 検知容量が所定の閾値を超えたか否かによりタッチ入力を検知する静電容量方式のタッチパネルと、
   赤外光を照射する赤外光源と、
   前記赤外光を前記タッチパネルのタッチ面上の全面に亘って拡散する光拡散手段と、
   拡散した前記赤外光を集光する集光手段と、
   集光した前記赤外光を受光するフォトセンサと、
   受光した前記赤外光の光強度が所定値未満になると、検知容量の閾値を前記所定の閾値より小さい閾値に設定して前記タッチパネルの静電容量方式によるタッチ位置検出を実行する制御部
   とを備えたタッチパネル装置。
2. 前記光拡散手段および前記集光手段はプリズムであり、
   前記赤外光源、前記光拡散手段、前記集光手段およびフォトセンサは前記タッチパネルの周縁部に配置され、
   前記光拡散手段は、前記集光手段に対向し、前記赤外光を前記タッチ面に平行に拡散する
   ことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル装置。
3. 検知容量が所定の閾値を超えたか否かによりタッチ入力を検知する静電容量方式のタッチパネルと、
   前記タッチパネルのタッチ面上に設けた第１の透明基板と、
   前記第１の透明基板と所定の間隔を空けて配置した可撓性を有する第２の透明基板と、
   前記第１の透明基板と前記第２の透明基板とが互いに対向する面にそれぞれ形成し、いずれか一方に所定の電圧を印加した透明電極と、
   他方の前記透明電極の電圧が所定値以上になると、検知容量の閾値を前記所定の閾値より小さい閾値に設定して前記タッチパネルの静電容量方式によるタッチ位置検出を実行する制御部
   とを備えたタッチパネル装置。
4. 前記第２の透明基板に形成した前記透明電極に前記所定の電圧を印加し、
   前記制御部は、前記第１の透明基板に形成した前記透明電極の電圧が前記所定値以上になると、前記タッチパネルの静電容量方式によるタッチ位置検出を実行する
   ことを特徴とする請求項３記載のタッチパネル装置。

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