JP6024903B2 - 入力装置、入力制御方法、プログラム及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、入力装置、入力制御方法、プログラム及び電子機器に関し、詳細には、タッチパネルと呼ばれる入力装置、入力制御方法、プログラム及び電子機器に関する。

タッチパネルとはパネルへのタッチを検出してコンピュータに所要のコマンドを与えるための入力装置のことをいう。抵抗膜方式や静電容量方式、あるいは超音波表面弾性波方式や電磁誘導方式など様々なタイプがあるが、今日の主流は抵抗膜方式や静電容量方式（正確には投影型静電容量方式：Projected Capacitive Type）である。いずれも価格に大差なく、しかもマルチタッチ（複数のタッチ点検出）にも対応可能だからである。

抵抗膜方式はメカニカルスイッチと同じ原理でタッチを検出する。すなわち、パネルに加えられた力を利用してパネル内の電極同士をオンにする。このため、少ないとはいえ、ある程度の“押圧力”を必要とする。一方、静電容量方式は、パネル内の静電容量の変化からタッチを検出する。これは、人体は容量１００ｐＦ程度のコンデンサとみなすことができるからであり、人体の一部（通常は指先；以下、指先で代表する）をパネルに接触させるだけで静電容量が変化するからである。このように、抵抗膜方式は所要の“押圧力”を必要とするのに対して静電容量方式は、そのような押圧力を必要としない点で相違する。したがって、静電容量方式のタッチパネルは、指先をパネルに軽く触れるだけでタッチ操作を行うことができるという利点を有するから、たとえば、携帯電話機や携帯情報端末等のタッチパネルの主流を占めるものとして今後の発展が期待されている。

ところで、静電容量方式のタッチパネルは、上記のタッチ操作（指先をパネルに軽く触れること）のみならず、指先の接近操作（いわゆるホバー操作）も検出可能である。パネルの静電容量は、指先をパネルに近づけるだけでも変化するからである。ホバー操作は、たとえば、タッチパネルの感度を高めることによって検出可能であるが、単に感度を高めただけでは誤検出を否めず、しかも、タッチ操作とホバー操作を区別できないという不便もある。

＜特許文献１（以下、第１従来技術）＞
この第１従来技術には、静電容量の変化の大小に応じてタッチ操作とホバー操作を区別する技術が開示されている。しかしながら、この技術は、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能を有していない。したがって、各々の検出の区別を精度よく充分に行うことができない。

＜特許文献２（以下、第２従来技術）＞
この第２従来技術には、パネル面における信号パターンの違い、具体的には、非接触状態の指先表面は自然な丸みを帯びているために小さな面積の信号パターンとなり、一方、接触状態の指先表面はわずかにつぶれて平坦面が広がるために大きめの信号パターンになるというパターン差に基づいてタッチ操作とホバー操作と区別する技術が開示されている。しかしながら、この技術は、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能を有している（質量中心などを調べる方法）とはいえるものの、その調整は推定が入るものであって、タッチ検出とホバー検出とを区別する精度が充分とはいえない。

＜特許文献３（以下、第３従来技術）＞
この第３従来技術には、物体（指先）とパネル面との距離が近づくにつれて検出分解能と検出感度を段階的に変更し、各段階ごとに、遠方ホバー操作、近接ホバー操作およびタッチ操作を順次に走査しながら検出する技術が記載されている。つまり、同文献の図３に示されているように、パネル面から距離Ｌｐ〜Ｌｑ（但し、Ｌｐ＞Ｌｑ）の検知空間Iにおいては、最低検知分解能と最高検出感度を適用して遠方ホバー操作を走査検出し、次の距離０〜Ｌｑの検知空間IIにおいては、中間検知分解能と中間検出感度を適用して近接ホバー操作を走査検出し、最後の距離０（つまり、パネル面上）においては、最高検知分解能と最低検出感度を適用してタッチ操作を走査検出している。

特開２００３−３３０６１８号公報 特表２００９−５４３２４６号公報 特開２００８−１１７３７１号公報

しかしながら、前記第１従来技術は、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能そのものを有していないため、精度に言及するまでもなく、タッチ検出とホバー検出の区別を行うことができない。
また、前記第２従来技術は、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能に推定が入つているため、タッチ検出とホバー検出とを区別する際の精度が充分とはいえない。
さらに、前記第３従来技術は、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能として時系列的な検出走査を行っているが、少なくとも複数回の走査が必要であり、単回の走査と比較して走査に要する時間が必要となるものであった。そのため精度が十分とはいえなかった。
したがって、前記第１〜第３従来技術は、いずれも精度が十分でないという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、タッチパネル面に接触した状態の検知だけではなく、タッチパネル面に近接した状態（タッチパネル面に触れる前の状態の検知についても、十分な精度で行うことができる入力装置、入力制御方法、プログラム及び電子機器を提供することにある。

本発明の入力装置は、離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択手段と、前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出手段と、前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定する設定手段とを備え、前記設定手段は、前記タッチ電極によってタッチ操作が検出された場合に、前記ホバー電極をタッチ操作検出用のタッチ電極として再設定することを特徴とする。

本発明によれば、タッチパネル面に接触した状態だけではなく、タッチパネル面に近接した状態の検知についても十分な精度で行うことができ、検出精度の向上を図ることができる。

投影型静電容量方式のタッチパネルを搭載した電子機器の外観図である。 携帯電話機１の構成図である。 タッチパネル７の概念構成図である。 タッチ部９の断面図である。 タッチとホバーの感応判定の原理説明図である。 電極の走査順と二つの閾値の適用順を示すタイミング図である。 タッチパネル７の制御動作フローを示す図である。 ホバー電極とタッチ電極のパターン分けを示す図である。 タッチ操作判定時の閾値適用図である。 感度変更の他の例を示す図である。 ホバー電極とタッチ電極割り当ての他の例を示す図である。 タッチパネルの他の構造を示す図である。 ホバー電極割り当ての他の態様を示す図である。

本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、投影型静電容量方式のタッチパネルを搭載した電子機器の外観図である。図において、電子機器は、たとえば、携帯電話機１を示しており、この携帯電話機１は、手持ちに適した厚みと大きさを有する縦長箱型形状の本体部１００と、その本体部１００の上部一短辺端にヒンジ機構１０１を介して連結された、本体部１００と略同型状かつ薄厚の蓋部１０２とを備えた、いわゆる「折り畳み式」の筐体１０３を有している。

本体部１００の一方面（蓋部１０２との対向面）には、多数の操作ボタンからなる操作ボタン群１０４や送話孔１０５が設けられ、また、蓋部１０２の一方面（本体部１００との対向面）には、前面にタッチパネル７が貼り付けられた表示部６や、この表示部６の周囲を覆う額縁部１０６及び受話孔１０７が設けられている。

なお、図示の携帯電話機１は「折り畳み式」であるが、これに限定されない。非折り畳み式やスライド式などであってもよい。要は、投影型静電容量方式のタッチパネル７を搭載した携帯電話機であればよい。また、その機器種別も携帯電話機に限らない。投影型静電容量方式のタッチパネル７を搭載した電子機器であればよく、たとえば、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯ゲーム機、電子辞書、電子ブック表示端末など如何なるものであってもよい。さらに、それらの電子機器の可搬性（携帯型と据え付け型の違い）も問わない。

図２は、携帯電話機１の構成図である。この携帯電話機１は、通信部２、送受話部３、操作部４、制御部５、表示部６、タッチパネル７、電源部８及びタッチパネル７のドライバ部７１などを備えている。なお、図示のタッチパネル７のドライバ部７１はタッチパネル７に外付けされる別体型のものを示しているが、これに限定されない。タッチパネル７の内部に組み込まれた一体型のものであってもよい。

通信部２は、制御部５からの制御により、アンテナ２ａを介して最寄りの基地局（図示略）との間で無線によるアナログもしくはデジタルデータの送受信を行い、このデータには、電話の着呼や発呼の情報および音声通話の情報が含まれるほか、必要であれば、インターネット上のコンテンツを利用（ダウンロード）する際などのコンテンツ情報や電子メールの送受信情報などが含まれる。

送受話部３は、不図示のマイクやスピーカを含み、この送受話部３は、制御部５からの制御により、マイクからの音声信号をデジタルデータに変換して制御部５に出力したり、制御部５から出力されたデジタルの音声信号をアナログ信号に変換してスピーカから出力したりする。

操作部４は、制御部５に対して所要のユーザ入力を行うための各種操作ボタン（電源スイッチやテンキーおよび機能キーなど：図１の操作ボタン群１０４参照）を備え、電源部８は、この携帯電話機１の動作に必要な電源を供給するためのバッテリ（一次電池または充電可能な二次電池）を含む。

表示部６は、液晶ディスプレイ等の平面表示デバイスである。この表示部６の表示面には、投影型静電容量方式のタッチパネル７が貼り付けられている。なお、図では表示部６とタッチパネル７を面方向に若干ずらして描いているが、これは説明上の便宜である。実際には、表示部６の表示面全体を覆うようにして、この表示面とほぼ同じ平面サイズのタッチパネル７が配置されている。また、表示部６とタッチパネル７は必ずしも別々の部品である必要はない。たとえば、表示部６の表示層（液晶層等）の上層側にタッチパネル７が組み込まれた一体型のものであってもよい。タッチパネル７の詳細構成とその動作については後述する。

制御部５は、マイクロコンピュータまたは単にコンピュータ（以下、ＣＰＵ）５ａ、書き換え可能不揮発性半導体メモリ（以下、ＰＲＯＭ）５ｂおよび高速半導体メモリ（以下、ＲＡＭ）５ｃならびに不図示の周辺回路を含むプログラム制御方式の制御要素であり、この制御部５は、携帯電話機１の全体動作を統括制御するために、あらかじめＰＲＯＭ５ｂに格納されている制御プログラムをＲＡＭ５ｃにロードしてＣＰＵ５ａで実行する。

制御プログラムは、グラフィカルユーザインターフェース対応の、いわゆるオペレーティングシステム（ＯＳ）と称される基本プログラムを含むとともに、所要のドライバプログラム、詳細には、特定のハードウェアの動作に必要な専用プログラムであって、たとえば、タッチパネル７のドライバプログラムを含み、さらに、それらの基本プログラムやドライバプログラムなどとともに、特定の機能（図示の例では携帯電話機能）を実現するための専用アプリケーションプログラム（応用プログラム）を含む。

タッチパネル７のドライバ部７１は、アナログ回路部７２と、ドライバ部７１の動作基準信号を発生する基準信号発生部（ＯＳＣ）７３と、この基準信号に従って、メモリ部７４にあらかじめ格納されている所定の制御プログラム（ファームウェア）を実行しながら、アナログ回路部７２に搭載された各部（信号源１９、走査駆動部１８、Ｘ電極選択部１６、Ｙ電極選択部１７、閾値切替部２１及び感応判定部２０など）の動作を制御したり、入出力部７６を介して携帯電話機１の制御部５との間でデータのやりとりをしたりするマイクロコンピュータまたは単にコンピュータ（ＣＰＵ）７５とを備える。

図３は、タッチパネル７の概念構成図である。この図において、タッチパネル７は、表示部６の表示面とほぼ同じ平面サイズ（縦横の大きさ）のタッチ部９を備える。タッチ部９は、微小間隔で一様に配列された縦方向と横方向の各々複数本ずつの電極を備える、いわゆる相互静電容量（Mutual Capacitance）方式の構造を有している。なお、この図では、一定幅の長尺電極としているが、これに限定されない。たとえば、正方形や菱形またはその他の形を連ねた形状の電極であってもよい。

ここで、タッチ部９の縦方向（図面の上下方向）をＹ軸方向、横方向（図面の左右方向）をＸ軸方向ということにし、縦方向に配列された各電極にＹ１〜Ｙ８の符号を付すとともに、横方向に配列された各電極にＸ１〜Ｘ８の符号を付すことにする。

なお、図示の電極本数（Ｘ、Ｙ各々８本）は説明上の一例に過ぎない。タッチ部９の平面サイズにもよるが、実際には数百乃至数千本にも及ぶ。また、電極Ｙ１〜Ｙ８、Ｘ１〜Ｘ８を含むタッチ部９は透光性を有する素材で作られており、タッチ部９の裏面側に位置する表示部６の表示面に表示された任意の表示情報を、このタッチ部９を透して視認できるようになっている。

図４は、タッチ部９の断面図である。この図において、タッチ部９は、表示部６の表示面に接して配置されたガラスや透明フィルム等の基部用透明板１０と、その基部用透明板１０の上に順次に積層配置されたＸ電極層１１およびＹ電極層１２と、そのＹ電極層１２の上面に配置されたガラス（好ましくは強化ガラス）やアクリル等の保護用透明板１３とを備える。なお、保護用透明板１３にガラスや強化ガラスを使用した場合には、万一の破損事故に備え、ガラス破片の飛散防止用の保護膜（たとえば、保護用透明フィルム）をガラス表面に貼り付けておくことが望ましい。

Ｘ電極層１１は、透明な誘電体膜（たとえば、ＰＥＴ）１４に微小間隔な多数の電極Ｘ１〜Ｘ８を形成したものであり、同様に、Ｙ電極層１２も透明な誘電体膜１５に微小間隔な多数の電極Ｙ１〜Ｙ８を形成したものである。電極Ｘ１〜Ｘ８、Ｙ１〜Ｙ８は透明な導電素材、たとえば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム錫）などを蒸着または塗布もしくは印刷して形成されている。

二つの電極層（Ｘ電極層１１とＹ電極層１２）は電極の配列方向を除き、いずれも同じ構造を有している。但し、図示のとおり、Ｘ電極層１１とＹ電極層１２は基部用透明板１０の上に順次に積層配置されたものであって、図示の例では、Ｘ電極層１１の上にＹ電極層１２が位置しているから、Ｙ電極層１２の方が上層、つまり、タッチ部９の表面（タッチ面９ａ）に近い位置にある点で相違する。なお、この上下関係は逆であってもかまわない。すなわち、Ｘ電極層１１が上層に位置していてもかまわないが、ここでは、図示の上下関係にある（Ｘ電極層１１の上層にＹ電極層１２が位置する）ものとして説明を続ける。

再び図３に戻り、電極Ｘ１〜Ｘ８の一端側にはＸ電極選択部１６が接続され、同様に、電極Ｙ１〜Ｙ８の一端側にはＹ電極選択部１７が接続されている。これらのＸ電極選択部１６およびＹ電極選択部１７は、走査駆動部１８からの走査信号に応答して電極Ｘ１〜Ｘ８と電極Ｙ１〜Ｙ８とを線順次に選択する。線順次の方法は、行（Ｙ）単位や列（Ｘ）単位のいずれであってもよい、たとえば、行（Ｙ）単位に各列（Ｘ）を選択してもよく、あるいは列（Ｘ）単位に各行（Ｙ）を選択してもよいが、ここでは後者の方法を採用することにする。すなわち、Ｘ電極選択部１６およびＹ電極選択部１７は、走査駆動部１８からの走査信号に応答して、まず、第１列目のＸ電極（Ｘ１）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択し、次いで、第２列目のＸ電極（Ｘ２）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択し、・・・・、最後に、第８列目のＸ電極（Ｘ８）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択する、という動作を延々と繰り返すことにより、線順次に電極Ｘ１〜Ｘ８と電極Ｙ１〜Ｙ８とを選択する。なお、ここでは、順次選択方式で説明したが、これに限らない。たとえば、一つ飛ばしや複数本飛ばしなどの間引き的な選択方式であってもよい。

Ｘ電極選択部１６とＹ電極選択部１７の枠内に描かれている８接点のロータリスイッチ１６ａ、１７ａは、それらＸ電極選択部１６とＹ電極選択部１７の選択動作を模式化して示したものである。Ｘ電極選択部１６は、ロータリスイッチ１６ａの接点を介して信号源１９からの駆動信号（所定周波数且つ所定信号レベルの交流信号）を選択電極（Ｘ１〜Ｘ１のいずれか）に供給する。また、Ｙ電極選択部１７は、選択電極（Ｙ１〜Ｙ１のいずれか）と、その時点でＸ電極選択部１６によって選択されているＸ電極との間の静電容量を通過した駆動信号（信号源１９から供給されたもの）をロータリスイッチ１７ａの接点を介して取り出し、感応判定部２０に出力する。

感応判定部２０は、Ｙ電極選択部１７を介して取り出した駆動信号から雑音（信号源１９で作られた駆動信号以外の信号等）を取り除き、雑音除去後の信号を直流化した後、この直流信号と所定の判定閾値とを比較してタッチ部９へのタッチ操作またはホバー操作の有無を判定し、その判定結果を所定のイベント信号（タッチイベントまたはホバーイベント）として制御部５に出力する。

本実施形態における閾値は二つであり、その一つはホバー操作判定用の高感度検出閾値ＳＬＨ、他の一つはタッチ操作判定用の低感度検出閾値ＳＬＬである。閾値切替部２１は、走査駆動部１８からの走査信号に応答して、これら二つの閾値ＳＬＨ、ＳＬＬを適宜に切り替えながら感応判定部２０に出力し、感応判定部２０は、閾値切替部２１から出力された閾値を用いてタッチとホバーの感応判定を行う。

タッチとホバーの感応判定原理を説明する。
図５は、タッチとホバーの感応判定の原理説明図である。まず、タッチとホバーのいずれの操作も行われていない場合を説明する。（ａ）において、信号源１９で作られた駆動信号２２はコンデンサＣの一端に加えられる。コンデンサＣはＸ電極選択部１６とＹ電極選択部１７で選択された一対のＸＹ電極の間に生じている静電容量を表しており、駆動信号２２は交流信号であるから、駆動信号２２の一部がコンデンサＣを通過し、コンデンサＣを通過した駆動信号２２、つまり、コンデンサＣの他端に現れた駆動信号２２を直流化することにより、そのコンデンサＣの通過量に対応した値を持つ直流電圧Ｅａが得られる。

次に、タッチ操作が行われた場合は、（ｂ）に示すように、コンデンサＣに人体の容量Ｃａ（Ｃａ≒１００ｐＦ）が作用し、この容量Ｃａを介して駆動信号２２の漏洩を生じる。これは、人体は容量Ｃａの接地体とみなされるからである。この漏洩により、コンデンサＣを通過する駆動信号２２が減少し、結局、コンデンサＣを通過した駆動信号２の直流電圧Ｅｂが、前記の（ａ）の直流電圧Ｅａよりも小さくなる。したがって、タッチ操作の有無を区別するには、上記の二つの直流電圧Ｅａ、Ｅｂを判別できる適当な閾値を用いればよい。

一方、ホバー操作は、非タッチであるが、指先等の人体の一部がタッチ部９のタッチ面９ａに接近した状態であるから、この状態にあってもコンデンサＣに対して人体の容量が作用する。但し、この状態（ホバー操作状態）における人体容量は、タッチ操作時の容量Ｃａよりも少なくなるので、ホバー操作判定用の閾値は前記タッチ操作判定用の閾値よりも高感度側に振る必要がある。

本実施形態における二種類の閾値ＳＬＨ、ＳＬＬは、このような考え方の下に決定されたものであり、高感度検出閾値ＳＬＨはホバー操作判定用、低感度検出閾値ＳＬＬはタッチ操作判定用である。なお、これらの「高感度」や「低感度」の言葉に特段の意味はない。（ｃ）に示すように、ホバー操作時の直流電圧値Ｅ１を若干上回る大きさの閾値をＳＬＨとするとともに、タッチ操作時の直流電圧値Ｅ２を若干上回る大きさの閾値をＳＬＬとすればよく、ＳＬＬから見た場合のＳＬＨは高感度側に位置し、その逆にＳＬＨから見た場合のＳＬＬは低感度側に位置していることを意味しているに過ぎない。

図６は、電極の走査順と二つの閾値の適用順を示すタイミング図である。この図において、最上段は電極Ｙ１〜Ｙ８、Ｘ１〜Ｘ８の走査順を示しており、この図では、列（Ｘ）単位に各行（Ｙ）を走査する線順次の走査例を示している。すなわち、まず、第１列目のＸ電極（Ｘ１）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択し、次いで、第２列目のＸ電極（Ｘ２）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択し、・・・・（この間、省略）・・・・、次いで、第７列目のＸ電極（Ｘ７）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択し、最後に、第８列目のＸ電極（Ｘ８）を選択しながら、その選択中に第１行目から第８行目までのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を順次選択する、という動作を延々と繰り返す線順次の走査例を示している。

閾値の適用パターンは二つある。第一は高感度検出閾値ＳＬＨと低感度検出閾値ＳＬＬを交互に適用するパターンであり、第二は低感度検出閾値ＳＬＬのみを適用するパターンである。中段は前者の第一のパターン、最下段は後者の第二のパターンを示している。第一のパターンでは、電極Ｙ１〜Ｙ８の走査単位に高感度検出閾値ＳＬＨと低感度検出閾値ＳＬＬを交互に適用する。ここでは、奇数番目のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）を走査する際に高感度検出閾値ＳＬＨを適用し、偶数番目のＹ電極（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６、Ｙ８）を走査する際に低感度検出閾値ＳＬＬを適用するが、この逆（奇数番目のＹ電極→低感度検出閾値ＳＬＬ、偶数番目のＹ電極→高感度検出閾値ＳＬＨ）であってもかまわない。第二のパターンでは、すべてのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）に低感度検出閾値ＳＬＬを適用する。

図７は、タッチパネル７の制御動作フローを示す図である。この動作フローの主要部は、タッチパネル７のドライバ部７１のＣＰＵ７５で実行されるファームウェアと、制御部５のＣＰＵ５ａで実行される制御プログラム（基本プログラムの一部やタッチパネル７のドライバプログラム等）とによってソフトウェア的に実現される。この動作フローでは、まず、パネル表面（タッチ部９のタッチ面９ａ）に近い電極（図４の構造例では上層側のＹ電極）を高感度のホバー電極と低感度のタッチ電極にグループ分けする（ステップＳ１）。このグループ分けは、できるだけホバー電極とタッチ電極の分布が一様になるように行うことが望ましい。

先の第一のパターン（図６参照）は、このグループ分けの実際例を示しているが、とりわけ「電極Ｙ１〜Ｙ８の走査単位に高感度検出閾値ＳＬＨと低感度検出閾値ＳＬＬを交互に適用する」という具合に隣り合うＹ電極の各々をホバー電極とタッチ電極に割り当てているので、この第一のパターンは、ホバー電極とタッチ電極の分布が一様になる最も好ましい例である。

図８は、ホバー電極とタッチ電極のパターン分けを示す図である。この図では、パネル表面（タッチ部９のタッチ面９ａ）に近いＹ電極のうちの奇数番目のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）をホバー電極とし、残りの偶数番目のＹ電極（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６、Ｙ８）をタッチ電極としている。すなわち、図示のパターン分けの例は、ホバー電極とタッチ電極が最も一様に分布するベストモード（図６の第一のパターンに対応したもの）を示しているが、これに限定されない。Ｙ電極のｎ（ｎ＝２，３，・・・・）個ごとにホバー電極とタッチ電極にグループ分けしてもよい。

グループ分けを完了すると、次に、「ホバー電極感応」を判定する（ステップＳ２）。ホバー電極感応とは、感応判定部２０において、高感度検出閾値ＳＬＨに対応した大きさの検知信号（選択中のＸＹ電極の静電容量を介して取り出された駆動信号を直流化した後の直流電圧）が検出された状態のことをいう。

ホバー電極感応が判定されない場合は、その判定処理をループするが、ホバー電極感応が判定された場合は、タッチ部９のタッチ面９ａに指先等の人体の一部が接近したと判断し、続けて「タッチ電極感応」を判定する（ステップＳ３）。

タッチ電極感応とは、感応判定部２０において、低感度検出閾値ＳＬＬに対応した大きさの検知信号（選択中のＸＹ電極の静電容量を介して取り出された駆動信号を直流化した後の直流電圧）が検出された状態のことをいう。

このとき、タッチ電極感応が判定されなかった場合は、ホバー操作ありを確定し、高感度検出閾値ＳＬＨに対応した大きさの検知信号が検出されたときのＸＹ電極の座標をホバー座標として検出（ステップＳ４）するとともに、その座標情報を含む所定のイベント信号（以下、ホバーイベント）を発生（ステップＳ５）した後、再び、ステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ３でタッチ電極感応が判定された場合は、ホバー操作直後にタッチ操作が行われたものと判断し、この場合は、まず、Ｙ電極のすべてに低感度検出閾値ＳＬＬを適用してタッチ電極にし（ステップＳ６）、次いで、低感度検出閾値ＳＬＬに対応した大きさの検知信号が検出されたときのＸＹ電極の座標をタッチ座標として検出（ステップＳ７）するとともに、その座標情報を含む所定のイベント信号（以下、タッチイベント）を発生（ステップＳ８）した後、再び、タッチ電極感応を判定し（ステップＳ９）、タッチ電極感応ありの場合は、ステップＳ７〜ステップＳ９を繰り返す一方、タッチ電極感応なしの場合は、再び、ステップＳ１に戻る。

図９は、タッチ操作判定時の閾値適用図である。この図に示すように、ステップＳ３でタッチ電極感応が判定された場合は、すべてのＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）に低感度検出閾値ＳＬＬを適用する。この対策はもっぱらタッチ座標の検出分解能を高めるために行われる。すなわち、すべてのＹ電極をタッチ検出用電極として用いることにより、タッチ座標の検出分解能（検出精度ともいう）をＹ１〜Ｙ８の間隔程度まで高めるために行われるのであって、タッチ操作の検出応答性を向上したり、ホバー操作とタッチ操作を区別して検出したりするための必須事項ではない。

ホバーイベントとタッチイベントは、制御部５のＣＰＵ５ａで実行される基本プログラムや応用プログラムにおいて任意の処理を実行するための契機（きっかけ）として適宜に利用される。たとえば、ホバーイベントの発生をきっかけにしてカーソル（画面上に表示される入力位置を示すための下線や矢印などの記号のことを。キャレットやインサーションポインタなどともいう。）の位置を制御してもよく、あるいは、タッチイベントの発生をきっかけにしてキーボードのリターンキー操作やマウスのクリック操作に相当する確定処理を実行してもよい。

本実施形態のタッチパネル７は、以上の動作を行うものであるが、その動作のうちの要点について説明する。タッチパネル７は、パネル表面に近い電極（電極Ｙ１〜Ｙ８）をそれぞれ高感度のホバー電極と低感度のタッチ電極にグループ分けし、グループ分けした状態でホバー操作とタッチ操作を各々個別に判定している。つまり、ステップＳ２の判定結果がＹＥＳで且つステップＳ３の判定結果がＮＯの場合は「ホバー操作あり」を判定する一方、ステップＳ２の判定結果がＹＥＳで且つステップＳ３の判定結果がＹＥＳの場合は「タッチ操作あり」を判定している。このため、本実施形態では、ホバー操作とタッチ操作を区別して検出することができるという第一の効果が得られるほか、さらに、ホバー操作直後のタッチ操作の判定を速やかに行うことができ、タッチ操作判定の応答性悪化を招かないという第二の効果も得られる。

この第二の効果についてさらに説明を加えれば、たとえば、冒頭で説明した第３従来技術では、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能を有しているものの、区別するため際の検出走査を時系列的に行っているため、複数回の走査が必要であり、単回の走査と比較して走査に要する時間が長くなるばかりか、走査時間が少ない場合には十分な精度が得られないという問題点があったが、本実施形態では、ホバー操作直後にタッチ操作が行われた場合であっても、ステップＳ２のＹＥＳ判定→ステップＳ３のＹＥＳ判定となって直ちにタッチ操作を判定することができるから、第３従来技術における複数回の走査に比べて、速やかに検出結果を得ることができる。加えて、本実施形態では、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能を、タッチ検出用とホバー検出用に空間的に分けて設けることができるので、各々の検出機構を適切に配置することによって、同時並行してタッチ検知とホバー検知とを行うことができ、したがって、タッチパネル面に接触した状態だけではなく、タッチパネル面に近接した状態の検知についても十分な精度で行うことができ、検出精度の向上を図ることができる。

なお、以上の説明では、ホバー電極とタッチ電極の感度変更を閾値（ＳＬＨ、ＳＬＬ）の切り替えで行っているが、これに限定されない。要は、ホバー電極の感度をタッチ電極の感度よりも相対的に高くできればよく、たとえば、次のようにしてもよい。

図１０は、感度変更の他の例を示す図である。この図において、先の実施形態（図３の構成）との相違は、二つの閾値（ＳＬＨ、ＳＬＬ）を切り替えるための閾値切替部２１の代わりに信号レベル切替部２３を設けた点にある。この信号レベル切替部２３は、信号源１９で作られる駆動信号を、高レベル信号発生源２４からの高レベル信号２６と、低レベル信号発生源２５からの低レベル信号２７との一方に切り替えるためのものであり、切り替えのタイミングは、先に説明した二つの閾値（ＳＬＨ、ＳＬＬ）と同様である。すなわち、ホバー電極としての奇数番目のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）を走査する際には高レベル信号２６を適用し、タッチ電極としての偶数番目のＹ電極（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６、Ｙ８）を走査する際には低レベル信号２７を適用するというタイミングである。

先の実施形態と同様に、奇数番目のＹ電極はホバー電極であり、偶数番目のＹ電極はタッチ電極であるから、そして、そのホバー電極（奇数番目のＹ電極）は高レベル信号２６で駆動され、そのタッチ電極（偶数番目のＹ電極）は低レベル信号２７で駆動されるから、前記の閾値切り替え方式と同様にホバー電極の感度をタッチ電極の感度よりも相対的に高くすることができる。したがって、この変形例においても、ホバー操作とタッチ操作を区別して検出することができるという第一の効果が得られるほか、さらに、ホバー操作直後のタッチ操作の判定を速やかに行うことができ、タッチ操作判定の応答性悪化を招かないという第二の効果も得られる。

なお、以上の説明では、タッチ面９ａに近い側の電極（Ｙ電極）のうち一部の電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）をホバー操作検出用の「ホバー電極」とし、残りの電極（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６、Ｙ８）をタッチ操作検出用の「タッチ電極」としているが、この態様に限定されず、たとえば、以下のようにしてもよい。

図１１は、ホバー電極とタッチ電極割り当ての他の例を示す図である。この図は、先の図４に示したタッチ部９の断面図に対応するものである。図４との相違は、Ｙ電極層１２に形成されていた一部のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）を保護用透明板１３の上に移動させるとともに、移動させたＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）をフィルム２８（たとえば、ガラス飛散防止フィルム）で保護した点にある。

このようにすると、一部のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）が、他のＹ電極（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６、Ｙ８）よりもタッチ面（フィルム２８の表面）に近づくから、閾値や駆動信号の切替えを必要とせずに、一部のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）を高感度のホバー電極として使用するとともに、他のＹ電極（Ｙ２、Ｙ４、Ｙ６、Ｙ８）を低感度のタッチ電極として使用することができる。

但し、このようにした場合は、図７のステップＳ６の処理（全ての電極を低感度のタッチ電極にする）を実行することができない。一部のＹ電極（Ｙ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）はホバー操作検出用の専用電極として機能するからである。

したがって、図１１に示す他の例においては、図７のステップＳ３でタッチ検出が判定された場合に、「全ての電極を低感度のタッチ電極にする」ことができないので、タッチ座標の検出分解能を高めることができないという不利があるものの、少なくとも、「タッチ操作の検出応答性の悪化を招くことなく、ホバー操作とタッチ操作を区別して検出できる」という効果を得られる点で前記の実施形態と同一の技術思想に属している。

また、タッチパネル７の構造は、以上の例示に限らない。たとえば、以下のような構造であってもよい。
図１２は、タッチパネルの他の構造を示す図である。この図の（ａ）に示すように、ＰＥＴ等からなる第一誘電体層２９の上に等間隔にＸ電極（Ｘ１〜Ｘ８）を配列形成したＸ電極層３０と、同様にＰＥＴ等からなる第二誘電体層３１の上に等間隔にＹ電極（Ｙ１〜Ｙ８）を配列形成したＹ電極層３２とを接着剤３３で貼り合わせるとともに、さらに、Ｙ電極層３２と保護用の強化ガラス等の透明カバー体３４とを接着剤３５で貼り合わせた構造のタッチ部３６を有するタッチパネル７を用いてもよい。

または、Ｘ電極とＹ電極とを同一層に形成した構造のタッチパネルであってもよい。（ｂ）はこのタイプの平面図であり、一部を代表して示すＸ電極３７とＹ電極３８は、それぞれ同一層に互い違いに配列された電極部３７ａ、３８ａと、同一方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に並ぶ電極部間を接続する接続部３７ｂ、３８ｂとからなり、一方の接続部が他方の接続部をまたぐ（図では接続部３７ｂが接続部３８ｂをまたいでいる）ようにしている。（ｃ）は、このタイプの断面図であり、ガラス等の透明基板３９の上にＸ電極３７とＹ電極３８とを配列形成し、その上に、接着剤４０を用いて保護用の強化ガラス等の透明カバー体４１を貼り合わせた構造を有している。

また、本実施形態の大きなポイントは、Ｘ電極とＹ電極の一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、残りをタッチ操作検出用のタッチ電極とする点にあるが、ホバー操作検出用のホバー電極は、Ｘ電極とＹ電極の“少なくとも”一方の一部に設定すればよい。前記の実施形態ではＸ電極とＹ電極の一方である「Ｙ電極」の一部をホバー操作検出用のホバー電極としているが、これは実施可能な態様の一つを示しているに過ぎない。「Ｘ電極」の一部をホバー操作検出用のホバー電極としてもよいし、あるいは、以下のようにしてもよい。

図１３は、ホバー電極割り当ての他の態様を示す図である。（ａ）は、Ｘ電極の一部（この図ではＸ１、Ｘ３、Ｘ５、Ｘ７）とＹ電極の一部（この図ではＹ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）をホバー操作検出用のホバー電極に割り当てた例であり、また、（ｂ）は、Ｘ電極のすべて（Ｘ１〜Ｘ８）とＹ電極の一部（この図ではＹ１、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ７）をホバー操作検出用のホバー電極に割り当てた例である。

これら二つの態様例（ａ）、（ｂ）を対比すると、ホバー操作の検出分解能に違いがある。つまり、（ａ）は一部のＸ電極と一部のＹ電極をホバー電極としているのに対して、（ｂ）は全てのＸ電極と一部のＹ電極をホバー電極としているので、ホバー電極の密集度が「（ａ）＜（ｂ）」となり、したがって、（ｂ）の検出分解能が高くなるというメリットが得られる。

一方、（ａ）はホバー電極の密集度が低く、したがって、検出分解能が低いというデメリットがあるが、他方で密集度の低さは、ホバー電極として駆動すべき電極数が少ないことを意味し、「駆動電極数→少→駆動電力→少」となり、結局、省電力のメリットを指摘することができる。このメリット（省電力）は、前述の実施形態においても同様である。実施形態ではＸ電極とＹ電極の一方の一部をホバー電極としているからであり、ホバー電極の密集度が（ａ）同様もしくはそれ以上に低いからである。実施形態の態様、または、図１３（ａ）、（ｂ）の態様のいずれを採用するかは、もっぱら電力消費と分解能のいずれを重視するかで適宜に選択すればよい。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択手段と、
前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出手段と、
前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定する設定手段と
を備えたことを特徴とする入力装置。
付記１によれば、タッチ検出とホバー検出とを区別するための調整機能を、タッチ検出用とホバー検出用に空間的に分けて設けることができるので、各々の検出機構を適切に配置することによって、同時並行してタッチ検知とホバー検知とを行うことができる。したがって、タッチパネル面に接触した状態だけではなく、タッチパネル面に近接した状態の検知についても十分な精度で行うことができ、検出精度の向上を図ることができる。

（付記２）
前記設定手段は、前記タッチ電極によってタッチ操作が検出された場合に、前記ホバー電極をタッチ操作検出用のタッチ電極として再設定することを特徴とする付記１に記載の入力装置。
付記２によれば、前記Ｘ電極とＹ電極の一方の全てをタッチ電極とするので、タッチ操作の検出分解能を高めることができる。

（付記３）
前記Ｘ電極とＹ電極の一方は、前記タッチ操作またはホバー操作の操作面に近い方に位置する電極であることを特徴とする付記１に記載の入力装置。
付記３によれば、ホバー電極やタッチ電極をタッチ面に近い位置に設けるので、操作検出の感度を良好にすることができる。

（付記４）
前記検出手段の検出感度を切り替える切替手段を備え、該切替手段は、
前記選択手段によって前記Ｘ電極とＹ電極の一方の一部の電極が選択されている場合に前記検出手段の検出感度を高感度に設定し、前記Ｘ電極とＹ電極の一方の残りの電極が選択されている場合に前記検出手段の検出感度を低感度に設定することを特徴とする付記１に記載の入力装置。
付記４によれば、ホバー電極とタッチ電極の割り当てを自由に行うことができる。

（付記５）
前記ペアの電気特性は静電容量であり、
前記検出手段は、前記静電容量の変化を示す信号値と閾値とを比較して前記静電容量の変化を検出するものであり、
前記切替手段は、前記検出手段の閾値を変更することによって該検出手段の検出感度を切り替えることを特徴とする付記１に記載の入力装置。
付記５によれば、ホバー操作の検出に適合した所定の閾値（高感度検出閾値）とタッチ操作の検出に適合した他の所定の閾値（低感度検出閾値）とを設定するだけで、付記１の効果、すなわち、タッチ操作の検出応答性の悪化を招くことなく、ホバー操作とタッチ操作を区別して検出できるという効果が得られる。

（付記６）
前記ペアの電気特性は静電容量であり、
前記検出手段は、前記静電容量の一端に駆動信号を加えた際に該静電容量の他端に現れる該駆動信号の大きさまたはその大きさを示す信号値と閾値とを比較して前記静電容量の変化を検出するものであり、
前記切替手段は、前記静電容量の一端に加える駆動信号の大きさまたはその大きさを示す信号値を変更することによって該検出手段の検出感度を切り替えることを特徴とする付記１に記載の入力装置。
付記６によれば、ホバー操作の検出に適合した大きさの駆動信号（高レベル信号）とタッチ操作の検出に適合した大きさの駆動信号（低レベル信号）とを設定するだけで、付記１の効果、すなわち、タッチパネル面に接触した状態だけではなく、タッチパネル面に近接した状態の検知についても十分な精度で行うことができ、検出精度の向上を図ることができるという効果が得られる。

（付記７）
離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択工程と、
前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出工程と、
前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定する設定工程と
を含むことを特徴とする入力制御方法。
付記７によれば、付記１と同様に、タッチパネル面に接触した状態だけではなく、タッチパネル面に近接した状態の検知についても十分な精度で行うことができ、検出精度の向上を図ることができる。

（付記８）
入力装置のコンピュータを、
離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択手段と、
前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出手段と
前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定する設定手段と
として機能させるためのプログラム。
付記８によれば、付記１の機能をソフトウェア（プログラム）の形で提供することができる。

（付記９）
付記１に記載の入力装置を備えたことを特徴とする電子機器。
付記９によれば、静電容量方式のタッチパネルを備えた、たとえば、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末、携帯ゲーム機、電子辞書、電子ブック表示端末など多種多様な電子機器において、付記１と同様に、タッチパネル面に接触した状態だけではなく、タッチパネル面に近接した状態の検知についても十分な精度で行うことができ、検出精度の向上を図ることができる。

ＳＬＨ 高感度検出閾値（閾値）
ＳＬＬ 低感度検出閾値（閾値）
Ｘ１〜Ｘ８ Ｘ電極
Ｙ１〜Ｙ８ Ｙ電極
７ タッチパネル（入力装置）
９ａ タッチ面（操作面）
１６ Ｘ電極選択部（選択手段）
１７ Ｙ電極選択部（選択手段）
２０ 感応判定部（検出手段）
２１ 閾値切替部（設定手段）
２２ 駆動信号
２３ 信号レベル切替部（設定手段）
２６ 高レベル信号（駆動信号）
２７ 低レベル信号（駆動信号）
７５ ＣＰＵ（コンピュータ）

Claims (8)

1. 離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択手段と、
   前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出手段と、
   前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定する設定手段とを備え、
   前記設定手段は、前記タッチ電極によってタッチ操作が検出された場合に、前記ホバー電極をタッチ操作検出用のタッチ電極として再設定することを特徴とする入力装置。
2. 前記Ｘ電極とＹ電極の一方は、前記タッチ操作またはホバー操作の操作面に近い方に位置する電極であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記検出手段の検出感度を切り替える切替手段を備え、
   該切替手段は、前記選択手段によって前記Ｘ電極とＹ電極の一方の一部の電極が選択されている場合に前記検出手段の検出感度を高感度に設定し、前記Ｘ電極とＹ電極の一方の残りの電極が選択されている場合に前記検出手段の検出感度を低感度に設定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
4. 前記ペアの電気特性は静電容量であり、
   前記検出手段は、前記静電容量の変化を示す信号値と閾値とを比較して前記静電容量の変化を検出するものであり、
   前記切替手段は、前記検出手段の閾値を変更することによって該検出手段の検出感度を切り替えることを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
5. 前記ペアの電気特性は静電容量であり、
   前記検出手段は、前記静電容量の一端に駆動信号を加えた際に該静電容量の他端に現れる該駆動信号の大きさまたはその大きさを示す信号値と閾値とを比較して前記静電容量の変化を検出するものであり、
   前記切替手段は、前記静電容量の一端に加える駆動信号の大きさまたはその大きさを示す信号値を変更することによって該検出手段の検出感度を切り替えることを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
6. 離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択工程と、
   前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出工程と、
   前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定する設定工程とを含み、
   前記設定工程は、前記タッチ電極によってタッチ操作が検出された場合に、前記ホバー電極をタッチ操作検出用のタッチ電極として再設定することを特徴とする入力制御方法。
7. 入力装置のコンピュータを、
   離間して配設された複数のＸ電極とＹ電極をペアにして選択する選択手段と、
   前記ペアの電気特性の変化からタッチ操作またはホバー操作を検出する検出手段と
   前記Ｘ電極とＹ電極の少なくとも一方の一部をホバー操作検出用のホバー電極とし、その他の電極の少なくとも一部をタッチ操作検出用のタッチ電極として設定し、前記タッチ電極によってタッチ操作が検出された場合に、前記ホバー電極をタッチ操作検出用のタッチ電極として再設定する設定手段と
   して機能させるためのプログラム。
8. 請求項１に記載の入力装置を備えたことを特徴とする電子機器。
   

Images