JP6079372B2 - 検出装置、検出方法および電子機器 - Google Patents

検出装置、検出方法および電子機器 Download PDF

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本開示の技術は、タッチパネルを含む検出装置、検出方法および電子機器に関する。
携帯端末装置などの電子機器には情報入力にタッチパネルが用いられる。このタッチパネルでは、指やスタイラスペンなどのタッチ位置やタッチ圧力が検出される。このタッチ位置やタッチ圧力の検出に関し、タッチ位置を検出する導電性パネルを含むタッチスクリーンと第２の導電性パネルとを設け、タッチスクリーンと第２の導電性パネルとの間の静電容量からタッチ力を検出することが知られている（たとえば、特許文献１参照）。静電容量は、導電性パネルと第２の導電性パネルとの間に交流電圧を印加し、この電圧に応答して流れ始める充電電流を測定することにより測定される。
また、座標検出を行うセンサ導体がシールド導体の前面に配置されたセンサパネルを用いて、圧力検出の際、シールド導体をＡＣ電圧の発生器に接続してセンサ導体に流れる電流の変化から圧力を検出することが知られている（たとえば、特許文献２参照）。
特開平７−６４７２５号公報 特開２０００−４７８０８号公報
タッチ圧力の検出には、たとえばタッチパネルに形成または設置される蓄電層が用いられる。タッチパネルが圧力を受けると蓄電層が圧縮され、蓄電層の静電容量が増加する。つまり、タッチ圧力は蓄電層の静電容量の変化から検出可能である。また蓄電層の静電容量が大きくなると、充電または放電に要する時間が長くなり、電圧の変化が緩慢になる。つまり、蓄電層の静電容量は、たとえば蓄電層を充電する際の電圧の変化、または蓄電層から放電する際の電圧の変化から検出可能である。
ところで、タッチパネルはたとえば表示画面と組み合わせて用いられる。より多くの情報を表示するなどの理由により、表示画面が拡大されると、タッチパネルの面積も大きくなる。つまり、タッチパネルに形成または設置される蓄電層の静電容量が増加する。このため、蓄電層の充電や放電に時間がかかり、圧力検出に要する時間が長くなり、タッチパネルの応答性が悪くなるという課題がある。
斯かる課題に鑑み、本開示の検出装置、検出方法および電子機器は、圧力検出に要する時間を短縮することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示のタッチパネルを含む検出装置は、タッチ位置を検出する位置検出電極と、タッチ圧力を表す静電容量を検出する容量検出電極と、制御部とを備えている。容量検出電極は、位置検出電極の位置検出範囲を複数の容量検出領域に分割し、タッチ位置が属する容量検出領域ごとに静電容量を検出する。制御部は、タッチ位置に基づいて容量検出電極を選択し、選択した容量検出電極に電圧を印加する。そして、容量検出電極の電圧変化により静電容量を検出する。
本開示の検出装置、検出方法または電子機器によれば、次のいずれかの効果が得られる。
(1) 容量検出電極が位置検出範囲を複数の容量検出領域に分割し、容量検出領域ごとに静電容量を検出するので、静電容量が分割され、容量検出電極の充電時間または放電時間が短縮される。よって、静電容量の検出時間が短く、圧力の検出時間が短くできる。
(2) 静電容量の検出を、タッチ位置が属する容量検出領域ごとに行うので、圧力検出の応答速度が速い。
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
第１の実施の形態に係る電子機器の一例を示す図である。 タッチ位置と容量検出電極の対応の一例を示す図である。 検出パネルの積層構造の一例を示す図である。 検出パネルのタッチ操作の一例を示す図である。 検出パネルのタッチ操作の一例を側面側から視た図である。 時間に対する電極の電圧変化の一例を示す図である。 閾値電圧に到達する時間と静電容量の関係の一例を示す図である。 位置および圧力の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る電子機器の一例を示す図である。 検出パネルの積層構造の一例を示す図である。 タッチパネルコントローラの機能の一例を示す図である。 電極選択テーブルの一例を示す図である。 圧力スキャン部の等価回路の一例を示す図である。 位置および圧力の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 スキャンの時間経過の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係る電子機器の一例を示す図である。 タッチパネルコントローラの機能の一例を示す図である。 シールド層制御部の回路構成の一例を示す図である。 圧力スキャン部の等価回路の一例を示す図である。 位置および圧力の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 スキャンの時間経過の一例を示す図である。 第４の実施の形態に係る携帯端末装置の一例を示す図である。 比較例に係る検出パネルのタッチ操作の一例を示す図である。 時間に対する電極の電圧変化の一例を示す図である。 スキャンの時間経過の一例を示す図である。 スキャンの時間経過の比較の一例を示す図である。 変形例に係る圧力検出板の一例を示す図である。 変形例に係る圧力スキャン時間の一例を示す図である。 変形例に係るタッチパネルコントローラの一例を示す図である。 変形例に係る圧力検出板と電極スイッチとの接続の一例を示す図である。
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係る電子機器の一例を示す図である。なお、図１に示す構成は一例であって、斯かる構成に本開示の構成が限定されるものではない。
電子機器２は、たとえばスマートフォン、携帯電話機などの携帯端末装置であり、検出装置１２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４とを含んでいる。検出装置１２は、検出パネル３０のタッチを検出し、タッチを表すタッチ情報を制御信号線１６を介してＣＰＵ１４に送信する。タッチ情報は、たとえば検出パネル３０のタッチ位置およびタッチ圧力の情報である。ＣＰＵ１４はこのタッチ位置およびタッチ圧力の情報を利用して電子機器２の各種情報処理に用いる。
検出装置１２は、タッチ位置およびタッチ圧力を検出する手段の一例であり、タッチパネル２２と、圧力検出板２４と、接地板２６と制御部２８とを含んでいる。
タッチパネル２２は、タッチ位置を検出する位置検出部の一例である。タッチパネル２２はシート形状を有し、電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎを含んでいる。電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎは、たとえばＹ軸方向（図２）のタッチ位置を検出する位置検出電極の一例である。各電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎは、Ｙ軸方向に離間して配置され、配置位置でタッチを検出する。電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎを含んで電極群３２が形成され、電極群３２がＹ軸方向にわたり、タッチを検出する。電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎは、Ｘ軸方向（図２）のタッチ位置を検出する位置検出電極の一例である。各電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎは、Ｘ軸方向に離間して配置され、配置位置でタッチを検出する。電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎを含んで電極群３４が形成され、電極群３４がＸ軸方向にわたり、タッチを検出する。電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎは、たとえば透明な導電性の膜を含んでいる。この導電性の膜は、導電性を有していればよく、たとえばインジウム錫酸化物膜が用いられる。
圧力検出板２４は、タッチパネル２２のタッチ位置にわたってタッチ圧力を検出する圧力検出部の一例である。圧力検出板２４はシート形状を有し、ポリエチレンテレフタラートなどのプラスチックフィルムまたはガラス板などの透明基板を含んでいる。圧力検出板２４はさらに複数の電極３６−１、３６−２、３６−３を含んでいる。電極３６−１、３６−２、３６−３は、たとえば容量検出用電極であって、たとえば既述の透明な導電性の膜を含み、接地板２６を伴って蓄電層６２（図３）を形成し、電荷を蓄積することが可能である。蓄電層６２の静電容量Ｃｚは、タッチ圧力に関連し、タッチ圧力に置き換えられる。つまり、電極３６−１、３６−２、３６−３は静電容量を検出することで、タッチ圧力を検出している。
タッチ圧力は、タッチ位置の検出範囲において検出される。タッチ圧力およびタッチ位置の検出範囲は電極３６−１、３６−２、３６−３により複数の容量検出領域に分割される。電極３６−１、３６−２、３６−３は、たとえば電極３６をスリット３８−１、３８−２により分割して形成される。この場合、この検出範囲は電極３６の分割により複数の容量検出領域に分割される。電極３６−１、３６−２、３６−３により、複数の容量検出領域ごとにタッチ圧力の検出が可能である。電極３６−１、３６−２、３６−３はたとえば既述の透明基板の同一平面上に形成される。各電極３６−１、３６−２、３６−３の表面積は、スリット３８−１、３８−２を設けない電極３６に比べて小さくなる。
接地板２６は、蓄電層６２の対向電極の一例であり、電極３６−１、３６−２、３６−３に対向して配置される。接地板２６は、電子機器の接地に接続し、基礎接地（base ground）を形成する。接地板２６は、電極３６−１、３６−２、３６−３にわたって配置される。
検出パネル３０は、既述のタッチパネル２２、圧力検出板２４および接地板２６を含む。タッチパネル２２、圧力検出板２４および接地板２６はこの順に積層されている。検出パネル３０は、たとえば静電容量式のタッチパネルを形成し、静電容量を利用して位置および圧力を検出する。
制御部２８は、タッチ位置およびタッチ圧力の検出を制御する手段の一例である。制御部２８は、たとえばＡＦＥ（Analog Front End）およびＣＰＵを含む。制御部２８は、Ｙ軸方向の位置検出、Ｘ軸方向の位置検出および圧力検出の何れを行うかを判断し、この判断に応じて、タッチ位置またはタッチ圧力の検出を行う。
制御部２８は、複数の接続線４２によりタッチパネル２２の各電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎに接続している。接続線４２は、Ｙ軸方向のタッチ情報を送信する。制御部２８は、複数の接続線４４によりタッチパネル２２の各電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎに接続している。接続線４４は、Ｘ軸方向のタッチ情報を送信する。これらのタッチ情報はタッチパネル２２へのタッチ位置を表す情報を含んでいる。
制御部２８は、接続線４６により圧力検出板２４の電極３６−１、３６−２、３６−３に接続している。接続線４６は受圧情報を送信する。受圧情報は、蓄電層６２の容量情報を含み、タッチパネル２２が受けた圧力の大きさを表している。
制御部２８は、タッチ情報に基づきタッチ位置の座標を計算し、受圧情報に基づきタッチ圧力の大きさを計算する。制御部２８は、タッチ位置の座標を表す座標情報と、タッチ圧力の大きさを表す圧力情報をＣＰＵ１４に通知する。
（タッチ位置と圧力検出板２４との対応）
次に、タッチ位置と圧力検出板の対応について図２を参照して説明する。図２は、タッチ位置と容量検出電極の対応の一例を示している。
タッチパネル２２には、図２に示すようにＹ座標およびＸ座標が設定される。ＨmaxはＸ座標の最大値であり、ＶmaxはＹ座標の最大値である。タッチパネル２２および圧力検出板２４が重なることで、電極３６−１、３６−２、３６−３はタッチパネル２２の座標に対応づけられる。タッチ位置およびタッチ圧力の検出範囲は、たとえばＸ座標の座標値ｘが０以上Ｈmax以下〔０≦ｘ≦Ｈmax〕であり、Ｙ座標の座標値ｙが０以上Ｖmax以下〔０≦ｙ≦Ｖmax〕である。
タッチ位置およびタッチ圧力の検出範囲は、たとえばＹ軸方向に３分割され、３つの容量検出領域に区分される。電極３６−１は、Ｘ座標の座標値ｘが０以上Ｈmax以下〔０≦ｘ≦Ｈmax〕であり、Ｙ座標の座標値ｙが０以上３分のＶmax以下〔０≦ｙ≦（Ｖmax／３）〕の容量検出領域に配置されている。電極３６−２は、座標値ｘが０以上Ｈmax以下であり、座標値ｙが３分のＶmaxより大きく３分の２Ｖmax以下〔（Ｖmax／３）＜ｙ≦（２×Ｖmax／３）〕の容量検出領域に配置されている。電極３６−３は、座標値ｘが０以上Ｈmax以下であり、座標値ｙが３分の２Ｖmaxより大きくＶmax以下〔（２×Ｖmax／３）＜ｙ≦Ｖmax〕の容量検出領域に配置されている。この分割により各電極３６−１、３６−２、３６−３のＹ軸方向の幅は、ほぼ３分のＶmaxとなる。
（検出パネル３０の積層構造）
次に、検出パネル３０の積層構造について図３を参照して説明する。図３は、検出パネルの積層構造の一例を示す図である。
タッチパネル２２は、カバーパネル５２と、位置検出板５４、５６を含んでいる。カバーパネル５２および位置検出板５４、５６は光学のりなどの接着材により貼り付けられている。カバーパネル５２は、たとえば既述の透明基板を含んでいる。カバーパネル５２は、検出パネル３０の外側層に配置される。カバーパネル５２には、指６４（図４、図５）やスタイラスペンなどの接触体が接触する。
位置検出板５４は、既述の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎを含み、Ｙ軸方向のタッチ位置を検出する電極基板を形成する。位置検出板５６は、既述の電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎを含み、Ｘ軸方向のタッチ位置を検出する電極基板を形成する。
タッチパネル２２の下側には、既述の圧力検出板２４が接着材により貼り付けられている。
タッチパネル２２および圧力検出板２４は、ばねやスポンジ材などの弾性体５８−１、５８−２を介して接地板２６に接続されている。圧力検出板２４と接地板２６との間の距離Ｇは、弾性体５８−１、５８−２を介して初期状態において所定の距離に隔てられている。つまり、圧力検出板２４と接地板２６の間には、空間部６０が配置される。この空間部６０は、圧力検出板２４と接地板２６との間の空気間隙（エアーギャップ）を形成し、圧力検出板２４と接地板２６の間を絶縁する。蓄電層６２は、圧力検出板２４、接地板２６および弾性体５８−１、５８−２を含んで形成される。
（検出パネル３０のタッチ操作）
次に、検出パネルのタッチ操作について図４および図５を参照する。図４は検出パネルのタッチ操作の一例を示す図であり、図５は検出パネルのタッチ操作の一例を側面側から視た図である。図４のＢにおいて、指６４に付された矢印は、指６４の押し込みを表し、圧力検出板２４と接地板２６との間に付された矢印は、圧力検出板２４の移動を表している。
図４のＡおよび図５のＡは、指６４がタッチパネル２２の外側面に接触した場合を示している。指６４がタッチパネル２２に軽く接触している状態では、検出パネル３０は形状の変化をおこさない。指６４がタッチパネル２２の外側面を下側に加圧し、タッチパネル２２に外部圧力が加わると、図４のＢに示すように、タッチパネル２２および圧力検出板２４が接地板２６側に移動する。弾性体５８−１、５８−２は図５のＢに示すように、外部圧力により圧縮され、距離Ｇが短くなる。また、タッチパネル２２の厚さはたとえば１〔ｍｍ〕程度であり、圧力検出板２４の厚さはたとえば０．２〔ｍｍ〕程度である。タッチパネル２２および圧力検出板２４は薄いので、タッチパネル２２および圧力検出板２４は、指６４が押している位置を底として下側に湾曲する。つまり指６４の加圧位置では、距離Ｇが周辺部に比べて短くなる。弾性体５８−１、５８−２が圧縮され、タッチパネル２２および圧力検出板２４が湾曲することにより、圧力検出板２４と接地板２６との間の静電容量Ｃｚが増加することになる。指６４がタッチパネル２２から離れると、弾性体５８−１、５８−２が圧縮される前の状態に戻り、距離Ｇが元の距離に戻る。また、タッチパネル２２および圧力検出板２４は湾曲前の状態に戻る。検出パネル３０は、圧力に対して可逆性を有するので、検出装置１２は圧力を繰り返し検出することができる。
次にタッチ位置の検出および計算、ならびにタッチ圧力の検出および計算について説明する。
（タッチ位置の検出および計算）
タッチ位置の検出には、たとえば静電容量の変化が用いられる。指６４がタッチパネル２２に近づくと、指６４と電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの間に静電容量が発生する。静電容量は、指６４と電極との間の距離が近づくにつれて増大し、接続線４２、４４の出力を変化させる。接続線４２、４４の出力がタッチ情報として制御部２８に送信される。制御部２８は、接続線４２、４４の出力に基づいてタッチ位置の座標を計算する。
１本の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの静電容量が変化した場合、制御部２８は、その変化した電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの配置位置を、タッチ位置のＹ座標値に決定する。複数本の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの静電容量が変化した場合、制御部２８は、変化を示した電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの静電容量の変化量に応じてタッチ位置のＹ座標を計算する。静電容量の変化量に応じてＹ座標を計算すると、電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ間がタッチされた場合に、そのタッチ位置を算出することができる。同様に、１本の電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの静電容量が変化した場合、制御部２８は、その変化した電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの配置位置を、タッチ位置のＸ座標に決定する。複数本の電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの静電容量が変化した場合、制御部２８は、変化を示した電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの静電容量の変化量に応じてタッチ位置のＸ座標を計算する。静電容量の変化量に応じてＸ座標を計算すると、電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎ間がタッチされた場合に、そのタッチ位置を算出することができる。
（タッチ圧力の検出および計算）
タッチ圧力の検出および計算には、電極３６−１と接地板２６との間の静電容量Ｃｚ1、電極３６−２と接地板２６との間の静電容量Ｃｚ2、または電極３６−３と接地板２６との間の静電容量Ｃｚ3が用いられる。
静電容量Ｃｚは、以下の式（１）のように表される。
Ｃｚ＝ε×Ｓ÷ｄ ・・・（１）
Ｃｚ：静電容量であって、静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3が対応する。
ε：誘電率
Ｓ：電極の対向面の面積であり、電極３６−１、３６−２、３６−３の接地板２６に対向する面の面積が対応する。
ｄ：電極間の距離であり、距離Ｇが対応する。
つまり、外部圧力が大きくなるにつれて、距離Ｇが短くなり、静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3は大きくなる。よって、外部圧力の大きさと静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3との値の関係を予め設定することで、外部圧力の大きさは静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3から計算により算出できる。
静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3は、たとえば電極３６−１、３６−２、３６−３に直流電圧Ｖを印加して求める。
図６は、時間に対する電極の電圧変化の一例を示している。なお、以下の例では、電極３６−１の容量測定の一例を示すが、電極３６−２、３６−３の容量測定も同様に測定することができる。
容量測定を開始する前において、電極３６−１は放電状態にされている。つまり、電極３６−１の電圧は０［Ｖ］である。電極３６−１に直流電圧Ｖを印加すると、過渡現象により、以下の式（２）、式（３）に沿って電極３６−１の電圧ｖｃが変化する。
ｖｃ＝Ｖ（１−ε＾（−ｔ／ＲＣｚ）） ・・・（２）
ｔ１＝−ＲＣｚ×Ｉｎ（１−Ｖｔｈ／Ｖ） ・・・（３）
Ｖ：印加電圧
Ｒ：回路中の抵抗値
Ｃｚ：回路に配置されたコンデンサの静電容量であり、静電容量Ｃｚ1を表す。
時間ｔ１は、電圧ｖｃが０［Ｖ］などの基準電圧から所定の閾値電圧Ｖｔｈに達する時間である。
時間ｔ１を横軸とし、静電容量Ｃｚを縦軸とすると、時間ｔ１と静電容量Ｃｚは、図７に示すように比例する。よって、時間ｔ１を求めることで静電容量Ｃｚが求められる。
制御部２８は、電極３６−１の電圧値を受圧情報として受信し、電極３６−１の電圧の時間変化を監視して、時間ｔ１を認識する。制御部２８は、時間ｔ１に基づいて静電容量Ｃｚ1を計算する。静電容量Ｃｚ1が初期値、つまり外部圧力がない場合の静電容量Ｃｚ1、である場合、外部圧力は０であり、外部圧力が大きくなるにつれて、静電容量Ｃｚ1の変化量が大きくなる。制御部２８は、たとえば静電容量Ｃｚ1またはその変化量から外部圧力に変換する変換値を保持し、その変換値に従って外部圧力を求める。
図７は、静電容量Ｃｚが小さくなると、時間ｔ１が短くなることを示している。電極３６−１、３６−２、３６−３は分割されることで、分割されていない場合に比べて静電容量が小さく、時間ｔ１が短くなる。つまり、圧力検出の時間が短くなる。
（位置および圧力の検出方法）
次に位置および圧力の検出について図８を参照する。図８は、位置および圧力の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。
位置および圧力の検出処理手順は、本開示の検出方法の一例であり、位置検出工程７２−１と、位置算出工程７４−１と、圧力検出工程７６−１と、通知工程７８−１とを含んでいる。
位置検出工程７２−１では、タッチ位置の検出が行われる。制御部２８は、Ｙ軸方向の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの出力を測定し、Ｘ軸方向の電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの出力を測定する（ステップＳ１）。指６４との間の静電容量の変化により電極の出力が変化する場合、制御部２８は、指６４を検知していると判定し（ステップＳ２のＹｅｓ）、位置算出工程７４−１に移行する。電極の出力が変化しない場合、制御部２８は指６４を検知していないと判定し（ステップＳ２のＮｏ）、電極の出力測定を繰り返す。
位置算出工程７４−１では、タッチ位置の座標が求められる。制御部２８は、タッチ位置のＸ座標およびＹ座標を計算して（ステップＳ３）、これらを決定し（ステップＳ４）、圧力検出工程７６−１に移行する。
圧力検出工程７６−１では、タッチ圧力の大きさが求められる。制御部２８は、タッチ位置のＸ座標およびＹ座標に基づいて、このＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３の充電を開始する（ステップＳ５）。つまり、直前の位置検出で計算された座標が属する容量検出領域の電極３６−１、３６−２、３６−３が選択され、圧力の検出が実施される。充電が開始されると、制御部２８は、Ｘ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３の出力を測定し、圧力を計算する（ステップＳ６）。たとえば、電極３６−１の配置領域上を指６４がタッチした場合、制御部２８は、電極３６−１の充電を開始し、電極３６−１の出力を測定し、圧力を計算する。制御部２８は、Ｘ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３の充電を停止し（ステップＳ７）、通知工程７８−１に移行する。
通知工程７８−１では、制御部２８は、タッチ位置のＸ座標およびＹ座標ならびにタッチ圧力の情報をＣＰＵ１４に通知し（ステップＳ８）、位置検出工程７２−１に戻り、位置検出および圧力検出を繰り返す。
第１の実施の形態によれば、指６４の接触を検知した場合、指６４の押し付けによる圧力を検出するので、位置検出によるＸ軸およびＹ軸方向の検出の他、深さ方向、つまりＺ軸方向の検出が可能になる。平面上の位置検出に比べ、圧力を利用したタッチ操作が可能になる。たとえば、圧力の程度によって、入力の内容を異ならせる操作が可能になる。また、所定の圧力以上の圧力が加わった場合に入力を受け付けるようにすることで、誤って触れた場合の誤作動を防止することができる。入力に所定の圧力が必要なように設定すれば、たとえば押下によって反応する物理キーと類似の操作感をタッチパネル２２に付加することができる。また、所定の圧力以上の圧力が維持された状態で位置の移動が生じた場合、たとえばドラッグ・アンド・ドロップ操作が実行されるようにすることが可能である。このように操作のバリエーションが増やせる。
容量検出電極が位置検出範囲を複数の容量検出領域に分割し、容量検出領域ごとに容量を検出するので、静電容量が分割され、容量検出電極の充電時間が短縮され、短くなる。この充電時間を静電容量の検出および圧力の検出に用いるので、静電容量の検出時間が短く、圧力の検出時間が短い。
圧力検出の際、直前の位置検出で計算された座標に応じて電極３６−１、３６−２、３６−３の何れかを選択して圧力の検出が行われる。つまり、タッチ位置が属する容量検出領域ごとに検出を行うので、圧力検出の応答速度が速い。
タッチパネル２２および圧力検出板２４の湾曲により、指６４に直接押されている電極３６−１、３６−２、３６−３とその周辺の電極３６−１、３６−２、３６−３とでは静電容量に差が生じる。容量検出電極が複数の容量検出領域ごとに設置され、直接押されている電極３６−１、３６−２、３６−３の静電容量を用いて圧力を検出することで圧力検出の精度が高まる。また、タッチパネル２２および圧力検出板２４の湾曲による影響が抑制される。
指６４がタッチパネル２２に接触していない場合、既述の位置および圧力の検出処理手順では、位置算出工程７４−１には移行せず、位置検出工程７２−１を繰り返す。よって、指６４の接触を検出していない場合の圧力検出処理が省略され、位置検出処理の処理頻度が多くなり、タッチパネル２２のタッチ位置に対する反応性が高められる。
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、第２の実施の形態に係る電子機器の一例を示す図である。図１０は検出パネルの積層構造の一例を示す図である。なお、図９および図１０に示す構成は一例であって、斯かる構成に本開示の構成が限定されるものではない。図１および図３と同一部分には同一符号を付してある。
第１の実施の形態では、接地板２６を用いて静電容量Ｃｚ、Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3が形成された。第２の実施の形態では、ＬＣＤ（Liquid crystal display）１２５を用いて静電容量Ｃｚ、Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3が形成される。電子機器１０２は、表示装置１１２と、ＣＰＵ１４とを含んでいる。電子機器１０２は、表示装置１１２のタッチスクリーン１３０により、画像表示を行うとともに電子機器１０２の使用者のタッチによる入力を受ける。表示装置１１２は、使用者のタッチによる入力に基づきタッチ位置およびタッチ圧力を検出する。このタッチ位置およびタッチ圧力の情報は、タッチパネルコントローラ１２８からＣＰＵ１４に送信される。ＣＰＵ１４はこのタッチ位置およびタッチ圧力の情報を利用して電子機器１０２の各種情報処理に用いる。表示装置１１２は、ＣＰＵ１４から画像データを受け、この画像データに基づきＬＣＤ１２５に画像を表示する。
表示装置１１２は、検出装置１２の一例であり、タッチスクリーン１３０とタッチパネルコントローラ１２８とを含んでいる。タッチスクリーン１３０は、タッチパネル２２、圧力検出板２４およびＬＣＤ１２５を含み、タッチパネル２２、圧力検出板２４およびＬＣＤ１２５はこの順に積層されている。タッチパネル２２および圧力検出板２４は第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
ＬＣＤ１２５は、画像を表示する表示パネルの一例であり、ＣＰＵ１４から画像データを受け、画像データに基づいて画像を表示する。ＬＣＤ１２５は、電極３６−１、３６−２、３６−３に対向して配置されている。ＬＣＤ１２５は図１０に示すよう電極板１２６と、液晶が封入されている表示部１２７とを備えている。
電極板１２６は、接地板２６の一例である。電極板１２６は、既述の導電性の膜を含み、電子機器１０２の接地に接続する。電極板１２６は、既述の蓄電層６２の対向電極として用いられるとともにＬＣＤ１２５の電極として用いられる。蓄電層６２は、圧力検出板２４、ＬＣＤ１２５および弾性体５８−１、５８−２を含んで形成される。
タッチパネルコントローラ１２８は制御部２８の一例である。タッチパネルコントローラ１２８は接続線４２、４４、４６を介して既述のタッチ情報および受圧情報を受ける。タッチパネルコントローラ１２８はタッチ情報に基づきタッチ位置の座標を計算し、受圧情報に基づきタッチ圧力の大きさを計算する。タッチパネルコントローラ１２８は、タッチ位置の座標を表す座標情報と、タッチ圧力の大きさを表す圧力情報をＣＰＵ１４に通知する。
タッチパネルコントローラ１２８は、電極スイッチ１４２と、アナログフロントエンド（Analog Front End）１４４と、ＣＰＵ１４６と、メモリ部１４８と、入出力（input/output）１５０とを含んでいる。
電極スイッチ１４２は、タッチスクリーン１３０とアナログフロントエンド１４４との間の接続を切替える接続切替部の一例である。
アナログフロントエンド１４４は、アナログ信号を処理する処理部の一例であり、たとえば、アナログ回路を含んで形成される。
ＣＰＵ１４６は、メモリ部１４８に格納されているＯＳ（Operating System）や位置および圧力検出プログラムなどの各種プログラムを実行するための処理部の一例である。
メモリ部１４８は、情報を記憶する手段の一例であって、フラッシュメモリ１５２およびＲＡＭ（Random Access Memory）１５４を含んでいる。フラッシュメモリ１５２はＲＯＭ（Read Only Memory）の一例であり、不揮発性のメモリである。フラッシュメモリ１５２は、ＯＳ、および位置および圧力検出プログラムなどの各種プログラムを記憶する。また、フラッシュメモリ１５２は各種のデータの記憶に用いられる。フラッシュメモリ１５２は、たとえば圧力検出に用いる電極３６−１、３６−２、３６−３を選択するための電極選択テーブル１８２および受圧情報からタッチ圧力の大きさを求めるための変換データを格納する。メモリ部１４８に配置する不揮発性のメモリは、たとえばＥＥＰ（Electrically Erasable and Programmable）ＲＯＭなどであってもよい。ＲＡＭ１５４は、高速なアクセスが可能なメモリであって、たとえばデータの一時的記憶に用いられる。
入出力１５０は、情報を入力および出力をする手段の一例であり、制御信号線１６によるＣＰＵ１４との通信に用いられる。
次に、タッチパネルコントローラ１２８の機能について図１１を参照する。図１１はタッチパネルコントローラの機能の一例を示す図である。なお、図１１に示す構成は一例であって、斯かる構成に本開示の構成が限定されるものではない。
電極スイッチ１４２は、座標スキャン部１６２と圧力スキャン部１６４とを含んでいる。座標スキャン部１６２は、電極をスキャンする電極スキャン部の一例であり、静電容量検出部１６６の接続先を接続線４２、接続線４４のいずれかの線に切り替える。つまり、座標スキャン部１６２は、電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎを順番に静電容量検出部１６６に接続する。電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎが順番に座標のスキャンに用いられ、タッチ情報が静電容量検出部１６６に入力される。
圧力スキャン部１６４は、電極スキャン部の一例であり、静電容量検出部１６６の接続先を接続線４６のいずれかの線に切り替える。つまり、圧力スキャン部１６４は、電極３６−１、３６−２、３６−３のいずれかを静電容量検出部１６６に接続する。この接続により受圧情報が静電容量検出部１６６に入力される。
アナログフロントエンド１４４は、静電容量検出部１６６でタッチ情報および受圧情報を受ける。静電容量検出部１６６は、タッチ情報および受圧情報に含まれる静電容量の情報を検出する。静電容量検出部１６６は、静電容量の情報をディジタル変換が可能な様に信号調整を行う。信号の調整は、たとえば信号の増幅またはノイズの除去などである。静電容量の情報は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部１６８でアナログ信号からディジタル信号に変換される。アナログフロントエンド１４４は、ディジタル化されたタッチ情報および受圧情報をＣＰＵ１４６に送信する。
ＣＰＵ１４６は、電極出力検出部１７２と座標計算部１７４とを含み、タッチ位置の検出および座標計算を行い、既述の座標情報を得る。座標情報は情報出力Ｉ／Ｆ部１８０に出力される。座標計算部１７４は更に座標情報から圧力検出に用いる電極３６−１、３６−２、３６−３を判断する。座標計算部１７４は、圧力検出に用いる電極３６−１、３６−２、３６−３を表す選択情報を圧力スキャン部１６４に出力する。選択情報の出力により、ＣＰＵ１４６が電極３６−１、３６−２、３６−３の切替えを制御する。
ＣＰＵ１４６は、電極出力検出部１７６と圧力測定部１７８とを含み、圧力の検出および測定を行い、既述の圧力情報を得る。圧力情報は情報出力Ｉ／Ｆ部１８０に出力される。
ＣＰＵ１４６は、情報出力Ｉ／Ｆ部１８０を含み、入出力１５０を制御するとともに座標情報および圧力情報を入出力１５０を介してＣＰＵ１４に出力する。
（電極３６−１、３６−２、３６−３の選択）
圧力検出に用いる電極３６−１、３６−２、３６−３の選択には、たとえば図１２に示す電極選択テーブル１８２が用いられる。電極選択テーブル１８２は、選択電極情報部１８４と、Ｘ座標情報部１８６と、Ｙ座標情報部１８８とを含んでいる。選択電極情報部１８４には、選択電極情報としてたとえば電極１、電極２、または電極３がそれぞれ格納されている。電極１、２、３は、それぞれ電極３６−１、３６−２、３６−３を表している。選択電極情報に対応して、Ｘ座標情報部１８６にはＸ座標情報が格納され、Ｙ座標情報部１８８にはＹ座標情報が格納されている。
Ｘ座標情報はタッチ位置のＸ座標の範囲を表し、Ｙ座標情報はタッチ位置のＹ座標の範囲を表している。電極選択テーブル１８２は、電極３６−１、３６−２、３６−３をタッチ位置の座標系に関連付けている。ＣＰＵ１４６の座標計算部１７４は、計算した位置座標と電極選択テーブル１８２を比較し、位置座標に応じた電極３６−１、３６−２、３６−３を圧力検出に用いる電極として選択する。
図１２に示す電極選択テーブル１８２では、電極３６−１は、Ｘ座標の座標値ｘが０以上Ｈmax以下であり、Ｙ座標の座標値ｙが０以上３分のＶmax以下である場合に選択される。電極３６−２は、Ｘ座標の座標値ｘが０以上Ｈmax以下であり、Ｙ座標の座標値ｙが３分のＶmaxより大きく３分の２Ｖmax以下である場合に選択される。電極３６−３は、は、Ｘ座標の座標値ｘが０以上Ｈmax以下であり、Ｙ座標の座標値ｙが３分の２Ｖmaxより大きくＶmax以下である場合に圧力検出のための電極として選択される。
電極選択テーブル１８２に格納されるＸ座標情報およびＹ座標情報は、図２に示す電極３６−１、３６−２、３６−３の配置領域を包含している。座標情報と配置領域とが対応関係を有することで、検出されたタッチ位置に重なる電極３６−１、３６−２、３６−３が選択可能になる。
次に、圧力スキャン部１６４について図１３を参照する。図１３は圧力スキャン部の等価回路の一例を示す図である。図１３では、タッチスクリーン１３０の構成に関し静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3のみを示している。なお、切替スイッチ１９２と静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3の接続は、切替スイッチ１９２と電極３６−１、３６−２、３６−３の接続を表している。
圧力スキャン部１６４は切替スイッチ１９２と、回路抵抗１９４と、充電用スイッチ１９６とを含んでいる。回路抵抗１９４は切替スイッチ１９２に接続し、切替スイッチ１９２は静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3に接続している。回路抵抗１９４、切替スイッチ１９２および静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3は直列に接続されている。この直列に接続された回路の回路抵抗１９４側は、電圧Ｖ［Ｖ］の電源１９７に接続し、静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3側は接地している。つまり、ＲＣ回路が形成され、圧力スキャン部１６４には既述の過渡現象が生じる。
切替スイッチ１９２は、静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3のそれぞれに接続されるスイッチを含む。切替スイッチ１９２は、選択情報を受け、選択情報に基づき回路抵抗１９４および充電用スイッチ１９６の接続先を静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3のいずれかに切替える。
充電用スイッチ１９６は、切替スイッチ１９２および静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3に並列に接続している。充電用スイッチ１９６がＯＮにされ、回路抵抗１９４をグランドに接続すると、既述のＲＣ回路が短絡され、静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3の電位差は０になる。
充電用スイッチ１９６がＯＦＦにされ、回路抵抗１９４をグランドから接続すると、既述のＲＣ回路が形成される。
接続線４６は、切替スイッチ１９２と回路抵抗１９４の間に接続し、電源１９７に接続された静電容量Ｃｚ1、Ｃｚ2、Ｃｚ3の電圧を静電容量検出部１６６に送信する。つまり、電極３６−１、３６−２、３６−３の受圧情報が送信される。
（位置および圧力の検出方法）
次に位置および圧力の検出について図１４を参照する。図１４は、位置および圧力の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。
位置および圧力の検出処理手順は、本開示の検出方法の一例であり、位置検出工程７２−２と、位置算出工程７４−２と、圧力検出工程７６−２と、通知工程７８−２とを含んでいる。
位置検出工程７２−２では、タッチ位置の検出が行われる。ＣＰＵ１４６は充電用スイッチ１９６をＯＮし、切替スイッチ１９２をグランドに接続する（ステップＳ１０１）。ＣＰＵ１４６は、指の検知状態を、指の非検知状態に設定する（ステップＳ１０２）。
ＣＰＵ１４６は電極出力検出部１７２によりＹ軸方向の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの出力を測定し、Ｘ軸方向の電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの出力を測定する（ステップＳ１０３）。静電容量の変化により電極の出力が変化する場合、ＣＰＵ１４６は、指６４を検知していると判定し（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、位置算出工程７４−２に移行する。電極の出力が変化しない場合、ＣＰＵ１４６は指６４を検知していないと判定し（ステップＳ１０４のＮｏ）、電極の出力測定を繰り返す。
位置算出工程７４−２では、タッチ位置の座標が求められる。ＣＰＵ１４６は、座標計算部１７４によりタッチ位置のＸ座標およびＹ座標を計算して（ステップＳ１０５）、これらを決定し（ステップＳ１０６）、圧力検出工程７６−２に移行する。
圧力検出工程７６−２では、タッチ圧力の大きさが求められる。ＣＰＵ１４６は、座標計算部１７４により決定されたＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３を電源１９７に接続する（ステップＳ１０７）。
ＣＰＵ１４６が充電用スイッチ１９６をＯＦＦにして、充電を開始する（ステップＳ１０８）。ＣＰＵ１４６は電源１９７に接続した電極３６−１、３６−２、３６−３の出力を電極出力検出部１７６により検出し、圧力測定部１７８により圧力を計算する（ステップＳ１０９）。ＣＰＵ１４６は充電用スイッチ１９６をＯＮにして、充電を終了する（ステップＳ１１０）。そして、ＣＰＵ１４６はＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３を電源１９７から切断する（ステップＳ１１１）。
通知工程７８−２では、ＣＰＵ１４６は、タッチ位置のＸ座標およびＹ座標ならびにタッチ圧力の情報をＣＰＵ１４に通知し（ステップＳ１１２）、位置検出工程７２−２に戻り、位置検出および圧力検出を繰り返す。
図１５はスキャンの時間経過の一例を示している。座標スキャン部１６２が電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎを順番に静電容量検出部１６６に接続するので、Ｘ軸方向電極のスキャンとＹ軸方向の電極のスキャンが交互に繰り返される。
指６４がタッチパネル２２に接触していない場合、図１５のＡに示すように、位置の検出が繰り返される。１回のスキャンに要する時間ＳＴ１は、Ｘ軸方向の電極スキャンとＹ軸方向の電極スキャンを１回ずつ含む時間の長さとなり、圧力のスキャンは含まない。
指６４がタッチパネル２２に接触している場合、図１５のＢに示すように、位置の検出に続いて圧力検出が行われ、位置の検出と圧力検出とが繰り返される。１回のスキャンに要する時間ＳＴ２は、Ｘ軸方向の電極スキャン、Ｙ軸方向の電極スキャンおよび圧力のスキャンを１回ずつ含む時間の長さになる。
指６４が接触していない場合、圧力の検出が省略されるので、時間ＳＴ１は、時間ＳＴ２に比べて短くなる。指６４が接触していない場合、位置検出処理の処理頻度が高められ、タッチパネル２２のタッチ位置に対する反応性が高められる。
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で既述した利点が得られる他、ＬＥＤなどの表示装置がタッチパネル２２および圧力検出板２４に重ねられるので、画像の表示と組み合わせたタッチ操作が可能である。
指６４が接触していない場合に、圧力の検出を省略するので、１スキャン時間ＳＴ１は、１スキャン時間ＳＴ２に比べて短くなる。指６４が接触していない場合、位置検出処理の処理頻度が高められ、タッチパネル２２のタッチ位置に対する反応性が高められる。
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態について、図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、第３の実施の形態に係る電子機器の一例を示す図である。図１７はタッチパネルコントローラの機能の一例を示す図である。なお、図１６および図１７に示す構成は一例であって、斯かる構成に本開示の構成が限定されるものではない。図９および図１１と同一部分には同一符号を付してある。
第３の実施の形態では、タッチ位置を検出する際、接地板２６をグランドに接続して設置し、接地板２６をタッチパネル２２のシールド層として機能させる。電子機器２０２の表示装置２１２は、シールド層制御部２５２を備えている。表示装置２１２のＣＰＵ２４６は、第２の実施の形態で既述したＣＰＵ１４６の機能を含む他、圧力検出板２４を接地するためスキャン情報をシールド層制御部２５２に出力する。接地板２６をシールド層として機能させることで、ＬＣＤ１２５の電磁波ノイズを遮蔽し、タッチパネル２２への影響を軽減できる。
ＣＰＵ２４６は、スキャン情報出力部２７２を含んでいる。スキャン情報出力部２７２は、スキャン情報をシールド層制御部２５２に出力する。スキャン情報は、電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎまたは電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎのスキャンを表す情報である。スキャン情報にはたとえばＨｉレベル信号とＬｏｗレベル信号とが組み合わされたディジタル信号が用いられる。このディジタル信号では、信号ラインに電圧を印加することでＨｉレベル信号が生成される。このＨｉレベル信号はたとえばＯＮを表す。信号ラインに電圧を印加しない場合、Ｌｏｗレベル信号が生成される。このＬｏｗレベル信号はたとえばＯＦＦを表す。スキャンを行っている検出電極のスキャン情報は、Ｈｉレベル信号にされ、スキャンを行っていない検出電極のスキャン情報は、Ｌｏｗレベル信号にされる。
シールド層制御部２５２は演算回路２５４および切替スイッチ２５６を含んでいる。演算回路２５４はスキャン情報を受け、スキャン情報を演算処理して切替スイッチ２５６に出力する。切替スイッチ２５６は、グランドおよび接続線４６に接続している。切替スイッチ２５６は、演算回路２５４の演算結果を受け、グランドと接続線４６の間の接続を切替える。
図１８は、シールド層制御部２５２の回路構成の一例を示している。図１８では、タッチパネル２２が４つのＹ軸方向の電極３２−１、３２−２、３２−３、３２−４を含み、４つのＸ軸方向の電極３４−１、３４−２、３４−３、３４−４を含む場合の例を示している。なお、電極３６−１、３６−２、３６−３の分割数が３つの場合の例である。
演算回路２５４には電極３２−１、３２−２、３２−３、３２−４のスキャン情報および電極３４−１、３４−２、３４−３、３４−４のスキャン情報が別々に入力される。これらの８つのスキャン情報は、ＯＲ回路２５８−１、２５８−２、２５８−３、２５８−４による１次処理により４つの出力に半減される。４つの出力は、ＯＲ回路２５８−５、２５８−６による２次処理により２つの出力に半減される。２つの出力は、ＯＲ回路２５８−７による３次処理により１つの出力に半減される。演算回路２５４は、複数のスキャン信号を１つの出力に集約する集約回路の一例である。演算回路２５４は、スキャン情報のうち少なくとも１つの信号がＨｉレベルである場合に出力信号をＨｉレベルにする。つまり、演算回路２５４は、電極３２−１、３２−２、３２−３、３２−４、３４−１、３４−２、３４−３、３４−４がスキャンされている場合にＨｉレベル信号を出力し、スキャンされていない場合にＬｏｗレベル信号を出力する。
切替スイッチ２５６は３つのトランジスタ２６０−１、２６０−２、２６０−３を含んでいる。トランジスタ２６０−１、２６０−２、２６０−３のゲート端子には、演算回路２５４の出力信号が入力される。トランジスタ２６０−１のドレイン端子は電極３６−１が接続され、ソース端子はグランドに接地される。トランジスタ２６０−２のドレイン端子は電極３６−２が接続され、ソース端子は接地される。トランジスタ２６０−３のドレイン端子は電極３６−３が接続され、ソース端子は接地される。
Ｈｉレベル信号がドレイン端子にかかる場合、電極３６−１、３６−２、３６−３がグランドに接地される。つまり、電極３６−１、３６−２、３６−３がシールド層として機能する。
Ｌｏｗレベル信号がドレイン端子にかかる場合、電極３６−１、３６−２、３６−３がグランドから切断される。この場合、別個のトランジスタ２６０−１、２６０−２、２６０−３に接続されることにより、電極３６−１、３６−２、３６−３は電気的に独立する。つまり、電極３６−１、３６−２、３６−３が個別に容量を検出するための電極として使用可能になる。
電子機器２０２はシールド層制御部２５２を含み、電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドに接続する。よって、圧力スキャン部２６４は図１９に示すように、切替スイッチ１９２と、回路抵抗１９４とを含むようにし、充電用スイッチ１９６を省略する。
その他の構成は第２の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
（位置および圧力の検出方法）
次に位置および圧力の検出について図２０を参照する。図２０は、位置および圧力の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。
位置および圧力の検出処理手順は、本開示の検出方法の一例であり、位置検出工程７２−３と、位置算出工程７４−２と、圧力検出工程７６−３と、通知工程７８−２とを含んでいる。位置算出工程７４−２および通知工程７８−２は第２の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
位置検出工程７２−３では、タッチ位置の検出が行われる。ＣＰＵ２４６は、指の検知状態を、指の非検知状態に設定する（ステップＳ２０１）。ＣＰＵ２４６はタッチ位置の検出中、検出中の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎのスキャン情報をＯＮにして、電極３６−１、３６−２、３６−３を全てグランドに接続する（ステップＳ２０２）。ＣＰＵ２４６は電極出力検出部１７２によりＹ軸方向の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎの出力を測定し、Ｘ軸方向の電極３４−１、３４−２、・・・３４−ｎの出力を測定する（ステップＳ２０３）。静電容量の変化により電極の出力が変化する場合、ＣＰＵ２４６は、指６４を検知していると判定し（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、位置算出工程７４−２に移行する。電極の出力が変化しない場合、ＣＰＵ２４６は指６４を検知していないと判定し（ステップＳ２０４のＮｏ）、電極の出力測定を繰り返す。
圧力検出工程７６−３では、タッチ圧力の大きさが求められる。ＣＰＵ２４６は電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎのスキャン情報をすべてＯＦＦにする。ＣＰＵ２４６は切替スイッチ２５６により電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドから切断する（ステップＳ２０７）。ＣＰＵ２４６は、座標計算部１７４により決定されたＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３を電源１９７に接続し（ステップＳ２０８）、充電を開始する。
ＣＰＵ２４６は、電源１９７に接続した電極３６−１、３６−２、３６−３の出力を電極出力検出部１７６により検出し、圧力測定部１７８により圧力を計算する（ステップＳ２０９）。ＣＰＵ２４６は、Ｘ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３を電源１９７から切断する（ステップＳ２１０）。ＣＰＵ２４６はタッチ位置の検出に移行するので、電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドに接続する（ステップＳ２１１）。
図２１はスキャンの時間経過の一例を示している。Ｘ軸方向またはＹ軸方向の電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎがスキャンされている間、図２１のＡおよび図２１のＢに示すように、電極３６−１、３６−２、３６−３はグランドにされ、ＬＣＤ１２５の電磁波ノイズを遮蔽する。
指６４がタッチパネル２２に接触している場合、図２１のＢに示すように、電極３６−１、３６−２、３６−３は、位置検出の場合と圧力検出の場合に分割される。電極３６−１、３６−２、３６−３は、１スキャン毎にシールド層または電極として時分割に制御される。
第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態で記載した利点が得られる他、タッチ位置検出時に電極３６−１、３６−２、３６−３がシールド層として機能するので、ＬＣＤ１２５からのノイズが電極３６−１、３６−２、３６−３により減衰され、位置検出の検出精度の劣化が抑制される。
電極３６−１、３６−２、３６−３は、時分割制御によりシールド層および電極として兼用されるので、シールド層を有する静電容量式タッチパネルと同じ積層構成でディスプレイ上のタッチによる圧力検出が可能である。つまり、圧力検出機能を含む場合であってもタッチスクリーン１３０の積層の厚みを変更する必要がない。
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態について、図２２を参照して説明する。図２２は、第４の実施の形態に係る携帯端末装置の一例を示す図である。なお、図２２に示す構成は一例であって、斯かる構成に本開示の構成が限定されるものではない。図９、図１６と同一部分には同一符号を付してある。
携帯端末装置３０２は、既述の電子機器１０２、２０２の一例であり、筐体３０４および既述のタッチスクリーン１３０を含んでいる。タッチスクリーン１３０は携帯端末装置３０２の前面側に設置されている。筐体３０４内には、既述のタッチパネルコントローラ１２８、２２８が設置され、既述のＣＰＵ１４が設置されている。
タッチスクリーン１３０は、ＣＰＵ１４から画像データを受けて画像を表示し、タッチ操作を受け付ける。画像表示により、情報の出力が行われ、タッチ操作により、情報の入力が行われる。
第４の実施の形態によれば、上記の実施の形態で既述した効果のほか、携帯端末装置３０２のタッチ操作の応答速度が速い。
〔比較例〕
次に比較例に関し、図２３を参照する。比較例では、電極５３６が静電容量の検出に用いられる。
比較例では、タッチスクリーン５３０が用いられる。タッチスクリーン５３０では、図２３のＡに示すように、タッチパネル２２と圧力検出板５２４と接地板２６とが重ねられる。圧力検出板５２４には、１つの電極５３６が形成されている。指６４がタッチパネル２２の外側面を押し、タッチパネル２２に外部圧力が加わると、図２３のＢに示すように、タッチパネル２２および圧力検出板５２４がＬＣＤ１２５側に移動し、圧力検出板５２４とＬＣＤ１２５との間の静電容量Ｃｚｃが増加する。
電極５３６は圧力検出板５２４の前面にわたり配置されているので、静電容量Ｃｚｃの静電容量は、電極５３６を分割している場合に比べて大きくなる。電極５３６を分割していない場合、静電容量Ｃｚｃの電圧ｖｃと充電時間との関係がたとえば図２４のＡに示すようになる。電圧ｖｃが０［Ｖ］などの基準電圧から所定の閾値電圧Ｖｔｈに到達するまでの時間は、時間ｔ２になる。上記した実施の形態では、電極３６−１、３６−２、３６−３の分割により、図２４のＢに示すように、閾値電圧Ｖｔｈに到達するまでの時間ｔ１が時間ｔ２に比べて短くなる。
図２５は、比較例に係るスキャンの時間経過の一例を示している。図２５のＡは第２の実施の形態に係るスキャンの時間経過と同様である。
指６４がタッチパネル２２に接触している場合、図２５のＢに示すように、圧力の電極５３６がスキャンされる。圧力のスキャンに時間Ｔｐ’がかかるので、１回のスキャンに要する時間は時間ＳＴ２’になる。
たとえば、第２の実施の形態に係る圧力スキャンの時間Ｔｐは、図２６のＡおよび図２６のＢに示すように比較例に係る圧力スキャンの時間Ｔｐ’より短くなる。電極を分割することで圧力スキャンの時間および１スキャンの時間を短くすることができる。
上記した比較例では、電極５３６を圧力の検出に用いる場合について既述したが、電極５３６が位置検出の場合と圧力検出の場合に分割して、時分割に制御される場合も同様である。
以上説明した実施の形態について、その特徴事項や変形例を以下に列挙する。
(1) 上記実施の形態では、スマートフォン、携帯電話機を例示したが、本開示の電子機器は、パネルを用いて位置情報を入力する電子機器であればよい。たとえばパーソナルコンピュータ、カメラ、テレビ受像機、カーナビゲーションシステム、携帯ゲーム機、電子辞書などの電子機器であってもよい。また、電子機器は、工業用製品の製造装置またはこの製造装置に併設される制御装置であってもよい。
(2) 上記実施の形態では、電極３６−１、３６−２、３６−３を３に分割したが、複数枚に分割され、電極の面積が小さくなれば良い。たとえば、図２７に示すように、電極がＹ軸方向に３分割され、Ｘ軸方向に２分割され、６枚に分割されてもよい。電極の分割数は、たとえば圧力の検出にかかるスキャン時間が所定の範囲になるように決めることができる。また、電極３６−１、３６−２、３６−３がシールド層として用いられる場合には、電極の分割数は、ＬＣＤ等の表示部１２７が発生させる輻射ノイズに対するシールド性から決めることができる。分割は軸方向とは無関係に分割してもよい。
(3) 第３の実施の形態では、圧力検出の際にＣＰＵ２４６が切替スイッチ２５６により電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドから切断し（ステップＳ２０７）、電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドに接続した（ステップＳ２１１）。切断または接続は、座標計算部１７４により決定されたＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３において行われればよく、座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３を含む一部の電極おいて切断また接続を行うようにしてもよい。たとえば図２０に示すステップＳ２０７ではＣＰＵ２４６が座標計算部１７４により決定されたＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドから切断する。図２０に示すステップＳ２１１ではＣＰＵ２４６が座標計算部１７４により決定されたＸ座標およびＹ座標に対応する電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドに接続する。かかる構成であっても、接地板２６をシールド層として機能させることで、ＬＣＤ１２５の電磁波ノイズを遮蔽し、タッチパネル２２への影響を軽減できる。
(4) 上記実施の形態では、静電容量の測定に関し、閾値Ｖｔｈに到達するまでの時間を用いたが、静電容量を判断可能な方法であれば他の方法を用いてもよい。たとえば、図２８に示すように電極が電圧Ｖになるまで充電を行い、放電時に電圧Ｖから閾値電圧Ｖｔｈに達するまでの時間ｔ４、ｔ５を用いてもよい。電圧Ｖから閾値電圧Ｖｔｈに達するまでの時間を用いる場合、比較例に係る圧力のスキャン時間は、図２８のＡに示すように、時間Ｔｐ’になる。一方、変形例に係るかかる圧力のスキャン時間は、図２８のＢに示すように、時間Ｔｐになる。かかる場合であっても電極を分割することで、圧力のスキャン時間が短くなる。
(5) 上記実施の形態では、時分割制御に際し、ＣＰＵ２４６がスキャン情報出力部２７２を含み、電極３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎのスキャン情報を出力した。電極３６−１、３６−２、３６−３が時分割され、シールド層および電極の何れにも用いられれば、時分割制御は、他の制御を用いることができる。
図２９に示すタッチパネルコントローラ６２８では、ＣＰＵ６４６がスキャン情報出力部２７２に代えて、スキャン選択部６７２を含んでいる。スキャン選択部６７２は、Ｘ端子と、Ｙ端子と、圧力端子とを含んでいる。
Ｘ軸方向のタッチ位置を検出する場合、スキャン選択部６７２はＸ端子からＨｉレベル信号を出力する。Ｈｉレベル信号は、電極スキャン部６４２に入力され、電極スキャン部６４２によりＸ軸方向の位置検出が行われる。またＨｉレベル信号は、時分割制御部６５２のＯＲ回路６５４に入力され、切替スイッチ２５６により電極３６−１、３６−２、３６−３がグランドに接続される。
Ｙ軸方向のタッチ位置を検出する場合、スキャン選択部６７２はＹ端子からＨｉレベル信号を出力する。Ｈｉレベル信号は、電極スキャン部６４２に入力され、電極スキャン部６４２によりＹ軸方向の位置検出が行われる。またＨｉレベル信号は、時分割制御部６５２のＯＲ回路６５４に入力され、切替スイッチ２５６により電極３６−１、３６−２、３６−３がグランドに接続される。
タッチ圧力を検出する場合、スキャン選択部６７２は圧力端子からＨｉレベル信号を出力する。Ｈｉレベル信号は、電極スキャン部６４２に入力され、電極スキャン部６４２により圧力の検出が行われる。またＹ端子およびＸ端子の出力はＬｏｗレベルであるので、切替スイッチ２５６により電極３６−１、３６−２、３６−３がグランドから切断される。
斯かる変形例によれば、電極スキャン部６４２および時分割制御部６５２間で位置検出および圧力検出の情報が共有され、時分割制御の同期が図られる。
(6) 上記実施の形態では、時分割制御に際し、シールド層制御部２５２または時分割制御部６５２を接続線４６に接続したが、電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドに接続する構成であればよい。たとえば、図３０に示すように切替スイッチ２５６を接続線４６上に設置し、スキャン情報に基づき電極３６−１、３６−２、３６−３をグランドに接続し、電極スイッチ１４２から切断するようにしてもよい。
(7) 第２の実施の形態から第４の実施の形態では、タッチパネル２２とＬＣＤ１２５とが重ねられたタッチスクリーン１３０を用いる例を示したが、タッチパネル２２とは分離して画像を表示するようにしてもよい。たとえば、ＬＣＤ１２５の下側にタッチパネル２２を配置し、タッチパネル２２のタッチ操作によりＬＣＤ１２５に表示されるポインタを操作するようにしてもよい。また、ＬＣＤ１２５を別の装置に設置し、有線または無線通信により操作するようにしてもよい。
(8) 上記実施の形態では、ＬＣＤ１２５に画像を表示する例を示したが、有機ＥＬディスプレイや、プラズマディスプレイなどの他の画像表示手段を用いてもよい。電極３６−１、３６−２、３６−３をシールド層として用いる場合、他の画像表示手段からのノイズによる影響を抑えることができる。
以上説明したように、本開示の実施の形態等について説明したが、本開示は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本開示の範囲に含まれることは言うまでもない。
２、１０２、２０２ 電子機器
１２ 検出装置
１４、１４６、２４６、６４６ ＣＰＵ
２２ タッチパネル
２４ 圧力検出板
２６ 接地板
２８ 制御部
３２、３４ 電極群
３２−１、３２−２、・・・３２−ｎ、３４−１、３４−２、・・・３４−ｎ、３６、３６−１、３６−２、３６−３ 電極
３８−１、３８−２ スリット
５８−１、５８−２ 弾性体
６２ 蓄電層
１１２、２１２ 表示装置
１２５ ＬＣＤ
１２６ 電極板
１２８、２２８、６２８ タッチパネルコントローラ
１４２ 電極スイッチ
１４４ アナログフロントエンド
２５２ シールド層制御部
３０２ 携帯端末装置

Claims (5)

  1. タッチパネルを含む検出装置であって、
    タッチ位置を検出する位置検出電極と、
    前記位置検出電極の位置検出範囲を複数の容量検出領域に分割し、タッチ位置のタッチ圧力を表す静電容量の検出を、タッチ位置が属する容量検出領域ごとに行う容量検出電極と、
    前記タッチ位置に基づいて前記容量検出電極を選択し、選択した前記容量検出電極に電圧を印加する制御部と、
    を備え、
    前記容量検出電極の電圧変化により前記静電容量を検出することを特徴とする検出装置。
  2. 前記容量検出電極に対向して配置される表示パネルを備え、
    前記表示パネルと前記容量検出電極により前記静電容量が形成されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記タッチ位置を検出する際、前記容量検出電極を時分割して接地する制御部と
    を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検出装置。
  4. タッチパネルのタッチ位置を検出する位置検出工程と、
    前記タッチ位置の検出範囲を複数の容量検出領域に分割し、前記タッチ位置に基づいて前記タッチ位置が属する容量検出領域を選択し、選択した前記容量検出領域の電極に電圧を印加し、該電極の電圧変化によって前記タッチ位置のタッチ圧力を表す静電容量の検出を行う容量検出工程と、
    を備えることを特徴とする検出方法。
  5. タッチパネルを含む電子機器であって、
    タッチ位置を検出する位置検出電極と、
    前記位置検出電極の位置検出範囲を複数の容量検出領域に分割し、タッチ位置のタッチ圧力を表す静電容量の検出を、タッチ位置が属する容量検出領域ごとに行う容量検出電極と、
    前記タッチ位置に基づいて前記容量検出電極を選択し、選択した前記容量検出電極に電圧を印加する制御部と、
    を備え、
    前記容量検出電極の電圧変化により前記静電容量を検出することを特徴とする電子機器。
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