JP6205489B2 - タッチセンサシステム用識別体およびタッチセンサシステム - Google Patents

タッチセンサシステム用識別体およびタッチセンサシステム Download PDF

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Description

本発明は、ユーザ認証を行うためのタッチセンサシステム用識別体および、これが用いられて識別が行われ、タッチまたはマルチタッチの入力操作を行うタッチセンサシステムに関する。
近年、ネットワークを使用して色々な場所でデータベースに蓄積された情報を取り出すシステムが構築されている。例えば、特許文献１にはサーバ上に一時蓄積された印刷データに対して、印刷装置から印刷要求を行うことにより当該印刷装置から印刷データを出力する際に識別情報を用いて電子機器のユーザ認証を行っている。
一方、タッチセンサ技術はコンピューティングシステムの入力装置として、スマートフォンやタブレットＰＣの普及に伴って急速に発達してきている。初期のタッチパネル技術は一つのタッチによる入力位置を識別するものであったが、現在の主流は複数の同時タッチ入力（マルチタッチ入力）を検出可能なタッチパネルである。複数の同時タッチ入力を検出する方法に、マトリクス状に配置されたセンサの電荷の変化を読み取る静電容量方式がある。
この静電容量方式で起こり得る問題として、ユーザが意図して画面上でタッチした位置以外に信号が検出されることがある。これはゴーストタッチまたはゴーストポイント（ここでは単にゴーストという）として知られている。マルチタッチを検出するタッチセンサシステムに生じるゴーストは、人の指など指示体の接地状態が不十分な場合に指示体を介してセンサが干渉することが原因で起きている。このゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側にて補正する技術は特許文献２に開示されている。また、タッチセンサシステムのセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別する技術は特許文献３に開示されている。
特開２００６−９９７１４号公報 特表２０１２−５０２３９７号公報 特開２０１１−１３８４６９号公報
特許文献１における電子機器のユーザ認証には、ＩＣカードリーダなどの特別の入力デバイスを備える必要があるが、多数の電子機器の操作パネルに使用されるタッチパネルをセンサとして使用してユーザ認証の読み取りを直に行うことができれば、別に入力デバイスを備える必要も無くなり、構成が簡単で大幅なコストダウンを図ることができる。
ところが、タッチパネル上に導体を乗せた場合には、タッチパネルのドライブラインとセンスラインとの干渉によりゴースト信号が発生し、検知された容量信号が不安定となって位置検出が不安定になる。このタッチパネルをセンサとして使用し、ユーザ認証の読み取りを行うためには、複雑な形状の導体パターンを認識する必要があるため、上記干渉を引き起こすポイントが人の指先による限られた小面積のタッチ領域に比べてその導電性パターンの方が広い領域になるために更に複雑なゴースト信号が発生してしまい、位置検出がさらに困難になってしまうという問題があった。
特許文献２、３に記載のこれらの技術は人の指のタッチパネル面へのタッチを想定しており、フローティング導電性材料のような干渉が強い場合や、複雑な形状の導体パターンの読み取りを想定しておらず、開示されている技術を用いた場合、補正計算量が非常に膨大であって、タッチセンサシステムが複雑かつ煩雑で、位置検出可能点数が限られてしまうなどの問題が発生する。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、ゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、タッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することができるタッチセンサシステム用識別体およびこれを用いたタッチセンサシステムを提供することを目的とする。
本発明のタッチセンサシステム用識別体は、タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、該タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、該導電性パターン部に接続された仮想接地化回路部とを備え、前記仮想接地化回路部は、該タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有して、して、前記導電性パターン部に対する接地回路と同等の機能を持つものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体において、前記エネルギー損失部が直列共振回路で形成されている。
また、本発明のタッチセンサシステム用識別体は、タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、該タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、該導電性パターン部に接続されて、該タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有する仮想接地化回路部とを備え、前記仮想接地化回路部としてアンテナ回路を使用する。
さらに、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体において、前記エネルギー損失部は駆動周波数よりも低い周波数で共振設計されている。
また、本発明のタッチセンサシステム用識別体は、タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、該タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、該導電性パターン部に接続されて、該タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有する仮想接地化回路部とを備え、前記仮想接地化回路部として、コイル回路または、渦電流損失部（コイル周りの導体）を含んだコイル回路を使用する。
さらに、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体において、前記導電性パターン自体が、前記仮想接地化回路部の一部または全部である。
さらに、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体において、前記導電性パターン自体が、前記仮想接地化回路部の一部または全部であり、該導電性パターンがコイルで形成されている。
本発明のタッチセンサシステム用識別体は、指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステムのタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、仮想接地化され、接地されていない指示体を該タッチセンサシステムが読み取り可能とされるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体において、前記タッチパネル面に対向して前記指示体の形状として所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部と、該導電性パターンに接続され、該導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部とを有する。
さらに、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体において、前記タッチパネル面に対向して前記指示体の形状として所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部が設けられ、該導電性パターン自体が、接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部である。
さらに、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体における仮想接地化回路部は、コイル回路およびアンテナ回路のうちの少なくともいずれかで構成されている。
本発明のタッチセンサシステムは、本発明の上記タッチセンサシステム用識別体を、指示体の位置入力操作を可能とする前記タッチパネル面上に搭載することにより、該タッチセンサシステム用識別体の導電性パターンの形状を読み取って識別可能とするものであり、そのことにより上記目的が達成される。
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、この導電性パターン部に接続され、タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有する仮想接地化回路部とを備えている。
これによって、タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギー損失部がエネルギーを消費させることで、接地されていない指示体であっても指示体が仮想接地化されて接地回路と同等の機能を持っているので、従来のようにゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、タッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することが可能となる。
以上により、本発明によれば、タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギー損失部がエネルギーを消費させることで、接地されていない指示体であっても指示体が仮想接地化されて接地回路と同等の機能を持っているため、従来のようにゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、タッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することができる。さらには検出される信号を増大させることが出来る。
本発明の実施形態１におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。 図１の導電性パターン部における導電性パターン例を示す平面図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネル上に仮想接地化回路を実装したタッチセンサシステム用識別体を置いたセキュリティ認証例を示す模式図である。 図１の仮想接地化回路部の構成例を示すブロック図である。 （ａ）は、図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部平面構成例を模式的に示す模式図であり、（ｂ）は、そのタッチパネルから得られる信号波形図である。 （ａ）は、自己容量方式の静電容量タッチセンサシステムの等価回路図であり、（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。 （ａ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステムの等価回路図であり、（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。 相互容量方式の静電容量タッチセンサシステムのタッチパネル上の１か所の交差点にフローティング導体を置いた状態の等価回路図であって、（ａ）はドライブラインに印加する駆動信号がロー電圧の場合を示す等価回路図であり、（ｂ）はドライブラインに印加する駆動信号がハイ電圧の場合を示す等価回路図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体を置いた平面状態を示す模式図である。 （ａ）は、図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体を置いた平面状態を示す模式図であり、（ｂ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム上に所定のフローティング導体を置いたときの等価回路図である。 相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム上に接触物が置かれた状態を示す等価回路図である。 図１１の接触物にて仮想接地化回路を直列共振回路としたときの等価回路図である。 （ａ）は、図１１の接触物にて接触容量と直列共振回路を共振させたときの等価回路図であり、（ｂ）は、（ａ）の等価回路を力率で示した図である。 （ａ）は、共振周波数より高い駆動周波数で動作させた場合に、寄生容量の両側に接触物のＲＬ直列回路成分が接続される等価回路図、（ｂ）は、（ａ）の等価回路を力率で示した図である。 （ａ）および（ｂ）は、仮想接地化回路を能動素子（電源を持った素子）にて設計した場合の信号反転による位置検出メカニズムを説明するための電流波形図である。 （ａ）および（ｂ）は、仮想接地化回路を能動素子（電源を持った素子）にて設計した場合の位相遅延による位置検出メカニズムを説明するための電流波形図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネル上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターン単体を載せた場合の導電性パターンの検出例を示す平面図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネル上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターンと仮想接地化回路を載せた場合の導電性パターンの検出例を示す平面図である。 円形導体パターンの容量信号分布図であって、（ａ）はフローティング状態の容量信号分布図、（ｂ）は接地状態の容量信号分布図、（ｃ）はモノポールアンテナによる仮想接地の容量信号分布図である。 本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体の具体例を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体の他の具体例を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態３におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、コイルで形成された導電性パターンの外形形状例を模式的に示す平面図である。 （ａ）は、図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部領域上に所定の導電性パターンを持つタッチセンサシステム用識別体を置いた平面状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、導電性パターンを模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態４におけるタッチセンサシステムの全体構成例を示すブロック図である。 図２８のタッチセンサシステムのコントローラにおける構成例を示すブロック図である。
１、１Ａ〜１Ｃ タッチセンサシステム用識別体
２、２Ｃ 導電性パターン部
２１、２３ 導電性パターン
２２ 底面
３、３Ａ〜３Ｃ 仮想接地化回路部
３１ 導電性パターン接続部
３２、３２Ａ〜３２Ｃ 接地補償回路部
３２１、３２１Ａ、３２３ コイル
３２１Ｂ 領域
３２２ 導体
３２４ａ，３２４ｂ 接触容量
３２５ アンテナ
３２６ 損失抵抗成分
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｄ タッチセンサシステム
４１ タッチパネル
４２ 指示物体が置かれていない場合の基準の電流信号波形
４３ 指示物体が置かれた場合の電流信号波形
４４〜４６ 容量信号領域（検出領域）
１０１、１０２、１０３、１０４ ドライブライン
１１１、１１２、１１３、１１４ センスライン
Ｃ１〜Ｃ３ 接触容量
Ｃ，Ｃｓ 寄生容量
Ｉ，Ｉ１，Ｉ２ 電流
Ｐ１〜Ｐ４ 交差点
Ｅ１ 接触物
５ 指示物体（指などの接地された指示物体）
６，６１，６２ フローティング導体
７ 表示装置
８１ 接続部
８２ 制御基板
８３ コントローラ部
８３０ 指示体位置検出部
８３１ 増幅部
８３２ 信号取得部
８３３ Ａ／Ｄ変換部
８３４ 復号処理部
８３５ 検出基準設定部
８３６ 位置情報生成部
８３７ ドライブライン駆動部
８４ 接続ケーブル
９ ホスト端末
以下に、本発明のタッチセンサシステム用識別体の実施形態１〜３および、このタッチセンサシステム用識別体を用いたタッチセンサシステムの実施形態４について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれのサイズなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。
図１において、本実施形態１のタッチセンサシステム用識別体１は、タッチセンサシステム４のタッチパネルの画面に対向して所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部２と、導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３とを備え、指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に搭載されてユーザ認証などに用いられる。要するに、タッチセンサシステム用識別体１は、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、接地されていない所定形状の後述の導電性パターン２１を仮装接地状態にしてタッチセンサシステム４が読み取り可能とされている。
導電性パターン部２は、タッチセンサシステム４に反応（形状検知）させるために、導電性材料で、導電性パターンとしてのタッチパネル面から見た平面視形状として、十字（図２（ａ））、丸（図２（ｂ））、三角形（図２（ｃ））および図示しないが４角形（正方形、長方形、ひし形、台形）などの各種形状に形成される。この導電性パターン２１の形状はユーザ認証のＩＤ情報などのコード情報を示すものである。この各種形状は、上記図形の他に、複数の図形を組み合わせた形状（例えば丸と三角形の組み合わせで所定文字に対応し、丸と四角形の組み合わせで別の文字に対応するなど）や、数字列や記号列を含む文字列であってもよい。もちろん、数字列や記号列を含まない文字列であっても構わない。ここで用いられるタッチセンサシステム用識別体１は、タッチパネル面上に置かれるので、その下の表示画面の視認性向上のため、タッチセンサシステム用識別体１の基材の透明化および、導電性材料のメッシュパターンやＩＴＯなどの透明電極を用いるのが好ましいが、導電性パターンにアルミニュウムなどのベタ電極などを使用しても構わない。このように、導電性材料の導電性パターンの形状は、セキュリティの観点から、導電性パターンの表面を不透明樹脂膜にてコーティングするなどしてその形状が外部から視認できないように処理を施すことが望ましい。
仮想接地化回路部３は、タッチセンサシステム４の複数のドライブラインに印加する駆動信号が交流信号であり、その交流信号の周波数変化にてエネルギーを消費するようにしてやれば、電流が流れて電荷が消費されたのと同じ働きをするため、導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つように構成する。
（セキュリティ認証例）
図３は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に仮想接地化回路部３を実装したタッチセンサシステム用識別体１を置いたセキュリティ認証例を示す模式図である。
図３では、タッチセンサシステム用識別体１を、認証システムを備えたタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に搭載して、タッチパネル４１のセンサ画面上の所定領域に指などの指示体によりタッチしてそのタッチ領域に応じた機能を操作して、情報機器を操作している状態を示している。
この情報機器はタッチパネル４１上のタッチセンサシステム用識別体１の導電性パターン２１を読み込み、情報機器の使用者を判断して、適切な操作画面をタッチパネル４１の画面に表示する。ユーザは操作画面をタッチパネル４１で操作して情報機器を使用することができる。
なお、タッチセンサシステム用識別体１の導電性パターン２１は、タッチパネル４１のセンサ画面から見た形状が読み取れるように、導電性パターン２１側をタッチパネル４１のセンサ画面上に置くことが望ましい。導電性パターン２１は、平面または、立体の底面に配置されていてもよいし、印鑑などの円柱（または角柱）の底面に配置されていてもよいし、鍵状部材に配置されていてもよいし、ぬいぐるみや人形などの底面に配置されていてもよい。また、円柱や人形そのものが導体で、その底面形状を読み取るものでもよい。この導電性パターン２１の形状の違いを用いてＩＤ情報を表し、タッチパネル面のセンサから読み取る信号の変化により識別を行うことができる。
（仮想接地化回路部３の構成例）
図４は、図１の仮想接地化回路部３の構成例を示すブロック図である。
図４において、仮想接地化回路部３は、導電性パターン接続部３１と、導電性パターン部２が導電性パターン接続部３１を介して接続された接地補償回路部３２とを有し、導電性パターン部２が接地された状態と同様の働きをするように接地補償回路部３２が機能実現される。
導電性パターン接続部３１は、導電性パターン部２と接地補償回路部３２とを接続する部分であり、接地補償回路部３２の設計を乱さない為に低インピーダンスで接続されることが望ましい。また、接地補償回路部３２が導電性材料で形成される場合には、接地補償回路部３２がタッチセンサシステム４に反応しないように、導電性パターン接続部３１は、接地補償回路部３２を電気的にシールドする役割を持っていてもよい。
接地補償回路部３２は、タッチセンサシステム４で用いる駆動信号の周波数に対して、電荷の変化を補うことを目的とした回路であり、その駆動信号の周波数に対してエネルギー損失を持つ構造であるかまたは、その駆動信号の周波数で動作するアンテナでその構造が実現され得る。
なお、この仮想接地化回路部３の構成である導電性パターン接続部３１と接地補償回路部３２は両方の機能を持つように一体化して構成してもよい。
（タッチパネルおよびその出力信号波形例）
図５（ａ）は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１の一部平面構成例を模式的に示す模式図であり、図５（ｂ）は、そのタッチパネル４１から得られる信号波形図である。
図５（ａ）に示すように、静電容量式のタッチセンサシステム４は、そのタッチパネル４１において、縦方向に複数本平行に配置されたドライブライン１０１、１０２、１０３、１０４に駆動信号と呼ばれる交流信号が印加されて、ドライブライン１０１、１０２、１０３、１０４にそれぞれ直角に立体交差する複数本の平行なセンスライン１１１、１１２、１１３、１１４の電流信号波形の変化を検知して、それぞれの場所での静電容量Ｃの変化を検出している。
図５（ｂ）に示すように、４２はタッチパネル４１のセンサ面上に指示物体が何も置かれていない状態の基準の電流信号波形であり、タッチパネル４１のセンサ面上に指示物体が置かれた場合には、電流信号波形４２に対して電流信号波形４３のように電流信号波形が増減する。タッチセンサシステム４は電流信号波形が増えたり減ったりすることを読み取っている。この変化量を静電容量Ｃの変化としている。タッチパネル４１のセンサ面上に指などの指示物体が置かれた際には、その置かれたドライブラインとセンスラインの交差点部分の静電容量Ｃが増加または減少する。なお、ドライブライン１０１、１０２、１０３、１０４とセンスライン１１１、１１２、１１３、１１４が反転されていてもよく、駆動信号を印加するラインとセンシングするラインを交互に入れ替えてもよい。
（指タッチによる容量検知メカニズム）
図６（ａ）は、自己容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ａの等価回路図であり、図６（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。
図６（ａ）に示すように、自己容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ａでは駆動電圧を印加してそれと同じラインの電流を検知し、その検知電流が変化（容量Ｃの変化）したかどうかでタッチ位置を読み取っている。この場合、タッチパネルのセンサ面上に人の指が触れると、容量Ｃの両端に並列に容量Ｃ１，Ｃ２を介して接地されたものとみなすことができる。
自己容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ａのタッチパネルのセンサ面上に指示物体５が何も置かれていない状態から、図６（ｂ）に示すように指などの指示物体５がセンサ面上に置かれた状態において、指示物体５が何も置かれていない状態に比べて電流計Ａから見たインピーダンスが減少するため、指示物体５が何も置かれていない状態に比べて電流が増加する。この電流の増加により静電容量も増加する。なお、ここでは、直流抵抗とインダクタンス成分は省略して示している。このように、静電容量Ｃが増加した位置で指タッチが為されたものと判定している。
図７（ａ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂの等価回路図であり、図７（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。
図７（ａ）に示すように、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂでは駆動電圧を下側のドライブラインに印加しその上のセンスラインで電流Ｉを検知し、その検知電流Ｉが変化（容量Ｃの変化）したかどうかでタッチ位置を読み取っている。この場合、タッチパネルのセンサ面上に人の指が触れると、容量Ｃの両端に並列に容量Ｃ１，Ｃ２を介して接地されたものとみなすことができる。
相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂのタッチパネルのセンサ面上に何も置かれていない状態から、図７（ｂ）に示すように指などの指示物体５がセンサ面上に置かれた状態では、静電容量タッチセンサシステム４Ｂは容量Ｃの両端に容量Ｃ１，Ｃ２を並列に介して接地されるため、指示物体５が置かれていない状態に比べ電流計Ａに流れる電流Ｉ２が電流Ｉから電流Ｉ１を差し引くことにより電流Ｉよりも減少する。この電流の減少により静電容量Ｃも減少する。このように、電容量Ｃが減少した位置で指タッチが為されたものと判定している。
（フローティング導体タッチによる容量検知メカニズム）
図８は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂのタッチパネル上の１か所の交点にフローティング導体を置いた状態の等価回路図であって、図８（ａ）はドライブラインに印加する駆動信号がロー電圧の場合を示す等価回路図、図８（ｂ）はドライブラインに印加する駆動信号がハイ電圧の場合を示す等価回路図である。
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂのタッチパネル上にフローティング導体６を置いた場合には、タッチセンサシステム４Ｂの駆動のドライブラインとセンスラインに並列に浮遊容量Ｃ３が挿入された状態と等価な回路になる。この状態で、ドライブラインへの交流の駆動信号がロー電圧からハイ電圧、ハイ電圧からロー電圧へと反転するときには、容量Ｃと浮遊容量Ｃ３の並列回路には電流が流れて、チャージされた浮遊容量Ｃ３の電荷がフローティング導体６側から静電容量タッチセンサシステム４Ｂ側に流れ、さらにセンスラインを介して電流計Ａに流れる電流が増加する。これにより静電容量が増加したと判断される。なお、自己容量方式の場合も同様に考えられる。
要するに、タッチパネル上の１点領域を指でタッチする場合には、指側に電流が流れてセンシングされる電流Ｉは減少する。この電流の減少より静電容量Ｃも減少する。このようにして、電容量Ｃが減少した位置で指タッチが為されたものと判定している。これに対して、フローティング導体６の場合には、フローティング導体６側から電流が流れて、センシングされる電流Ｉが増加する。これにより静電容量が増加したと判断される。このように、指では静電容量Ｃが減少方向に変化し、フローティング導体６では静電容量Ｃが増加方向に変化する。
（ゴーストの発生について）
図９は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体６１を置いた平面状態を示す模式図である。
図９において、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点上、ドライブライン１０２とセンスライン１１２との交差点上およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点上の複数の交差点上に跨って平面視長方形のフローティング導体６１がタッチパネル４１上に配置されている。この場合、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点、ドライブライン１０２とセンスライン１１２との交差点およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点に低インピーダンスで電流パスが生じるため、ドライブライン１０１の駆動信号がセンスライン１１１の交差点（センサ）だけではなく、センスライン１１２、１１３の交差点（センサ）にも影響し、長方形導体のフローティング導体６１が置かれている領域以外の交差点領域、例えばドライブライン１０１とセンスライン１１２、１１３との各交差点領域（センサ部）にも静電容量が変化したかのように電流信号がセンシングされてしまう。これによりゴーストが発生する。
図１０（ａ）は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体６２を置いた平面状態を示す模式図であり、図１０（ｂ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム上に所定のフローティング導体６２を置いたときの等価回路図である。
図１０（ａ）に示すように、ゴースト発生原理の説明を簡略化するために２つの交差点Ｐ１，Ｐ４を対象とし、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点Ｐ１上およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点Ｐ４上の２つの交差点Ｐ１，Ｐ４上に重なって平面視長方形のフローティング導体６２がタッチパネル４１上に搭載されている。この場合のゴースト発生原理について説明する。
図１０（ｂ）に示すように、ドライブライン１０１の電圧値Ｖ１０１とドライブライン１０２の電圧値Ｖ１０２との間に差が生じた場合、例えばドライブライン１０１の電圧値Ｖ１０１がドライブライン１０２の電圧値Ｖ１０２よりも大きいとき（Ｖ１０１−Ｖ１０２＞０）、センスライン１１１の電流値Ａ１１１の電流が減少し、センスライン１１３の電流値Ａ１１３の電流が増加する。このため、ドライブライン１０１の交差点Ｐ１の容量Ｃが減少し交差点Ｐ２の容量Ｃが増加する。要するに、フローティング導体６２を置いたところの交差点Ｐ１で電流が減り、それ以外の交差点Ｐ２で電流が増えてゴーストが発生する。
これと同様に、例えばドライブライン１０２の電圧値Ｖ１０２がドライブライン１０１の電圧値Ｖ１０１よりも大きいとき（Ｖ１０１−Ｖ１０２＜０）、センスライン１１１の電流値Ａ１１１の電流が増加し、センスライン１１３の電流値Ａ１１３の電流が減少する。このため、ドライブライン１０２の交差点Ｐ３容量Ｃが増加し、交差点Ｐ４の容量Ｃが減少する。要するに、フローティング導体６２を置いたところの交差点Ｐ４で電流が減り、それ以外の交差点Ｐ３で電流が増えてゴーストが発生する。
これがゴーストの発生原理である。２つの交差点Ｐ１，Ｐ４間（位置Ｘ１と位置Ｘ２間）の干渉によるゴーストの説明を行ったが、識別のために導電性パターン２１の所定形状を認識させる場合には、より多くの交差点による信号が必要となり、その分、干渉が起こる交差点が増えて、それぞれの干渉が複雑になってしまう。このため、従来技術に挙げられるようなコントローラ側での補正やタッチパネルなどのセンサ部による対策が困難になってしまう。
（仮想接地化回路の最適設計について）
タッチパネル４１上に接触する、複数のセンサ部（例えば図１０（ａ）の交差点Ｐ１，Ｐ４）に跨る大きさの物体が接地されている場合、図１０（ｂ）に示すように位置Ｘ１と位置Ｘ２との間の電圧に差が生じない。つまりこの時はゴーストは発生しない。
仮想的に複数のセンサ部（例えば図１０（ａ）の交差点Ｐ１，Ｐ４）に跨る大きさの物体を接地させるためには、図１０（ｂ）に示すように位置Ｘ１と位置Ｘ２との間でエネルギー損失を生じさせ、図５（ｂ）のように基準の電流信号波形４２から所定値以上の増減の変化を与えればよい。相互容量方式の場合には基準の電流信号波形４２から例えば電流信号波形４３のように、所定値以上、減少させればよい。
ここで、以下に、ゴーストの発生を抑え、検出される容量信号をより強く検出させるための仮想接地化回路の設計方法について説明する。
図１１は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂ上に接触物Ｅ１が置かれた状態を示す等価回路図である。
図１１に示すように、接触物Ｅ１は一つのセンサ部（例えば交差点Ｐ１）上に置かれるものとする。寄生容量Ｃｓはドライブライン（駆動ライン）とセンスライン間の一つのセンサ部の容量であり、接触容量Ｃ１はセンスラインと接触物Ｅ１間の容量、接触容量Ｃ２は接触物Ｅ１とドライブライン（駆動ライン）間の容量である。このとき、接触物Ｅ１の搭載による回路全体の接触容量Ｃ１，Ｃ２を含むインピーダンスＺＥ１は抵抗成分Ｒａとリアクタンス成分Ｘａで表され、ＺＥ１ = Ｒａ + ｊＸａとなる。
この接触物Ｅ１でエネルギー損失を生じさせるためには、抵抗成分Ｒａを大きくすればよい。このように、抵抗成分Ｒａが大きい程、エネルギー損失が大きくなり接地するが、接触物Ｅ１の搭載による回路全体のインピーダンスＺＥ１が高いと並列の寄生容量Ｃｓ（並列パス）が存在するために接触物Ｅ１に電流が流れにくくなり、接触物Ｅ１でのエネルギー損失が少なくなる。
このため、接触物Ｅ１による接触容量Ｃ１および接触容量Ｃ２と接触物Ｅ１にて直列共振回路を形成させて、タッチセンサシステム４Ｂの駆動周波数にて抵抗成分Ｒａだけにする。これによって、接触物Ｅ１でのエネルギー損失を大きくすることができる。
図１２は、図１１の接触物Ｅ１にて仮想接地化回路を直列共振回路としたときの等価回路図である。
接触物Ｅ１にて形成した直列共振回路は、図１２に示すようにｒ成分とＬ成分の直列回路とその両側の接触容量Ｃ１、Ｃ２の仮想接地化回路の等価回路となる。接触物Ｅ１による接触容量Ｃ１、Ｃ２の合成容量をＣ’とし、直列のｒ成分とＬ成分とすると、図１２の合成インピーダンスｚは，
・・・（１）
となる。
接触物Ｅ１にて直列共振回路を形成した場合、共振周波数では右側のリアクタンス成分が０となって、Ｚ=ｒとなりこの回路のインピーダンスｚが最小となり、回路に流れる電流が最大となる。このとき、仮想接地化回路で消費される損失は、電力Ｐ=ＩＭａｘ２×ｒとなって最大となる。
一方、接触物Ｅ１で並列共振回路を形成した場合は、共振周波数にてインピーダンスｚが最大となり、回路に流れる電流が最小となる。このとき、仮想接地化回路で消費される損失は、電力Ｐ=Ｉｍｉｎ２×ｒとなって最小となる。即ち、タッチセンサシステム４Ｂの駆動周波数で共振設計をしてしまうと、その駆動周波数で回路電流が流れず、したがって、最適な仮想接地化回路は、並列共振回路ではなく、共振周波数で最大の電流が流れるように直列共振回路を形成する必要がある。
図１３（ａ）は、図１１の接触物Ｅ１にて接触容量Ｃ１，Ｃ２と直列共振回路（ｒ成分とＬ成分）を共振させたときの等価回路図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の等価回路を力率で示した図である。
図１３（ａ）に示すように、接触物Ｅ１にて接触容量Ｃ１，Ｃ２と直列共振回路（ｒ成分とＬ成分）を形成するが、タッチセンサシステム４Ｂの駆動周波数にて共振設計した際の等価回路としては、共振時に接触容量Ｃ１，Ｃ２と直列共振回路のＬ成分とがなくなって、ドライブライン（駆動ライン）とセンスラインの寄生容量Ｃｓの両側に接触物Ｅ１の抵抗成分（ｒ成分）のみが接続されたものと等しくなる。このとき、接触物Ｅ１とタッチセンサシステム４Ｂで消費される有効電力はＰ=ＶＩｃｏｓθとなる、つまりｃｏｓθ=１のときにｒ成分だけとなって接触物Ｅ１にて最も電力Ｐを消費させることができる。しかし、図１３（ｂ）によりｃｏｓθ=１となる条件は、寄生容量Ｃｓと抵抗成分Ｒ（ｒ成分）が有限の値であるために、インダクタンス成分がないと、存在し得ない。即ち、インダクタンス成分がないとｃｏｓθ=１とならないために、Ｌ成分を少しだけ残す。そこで、接触物Ｅ１は駆動周波数にてＶωＣ（電圧×周波数×容量）を打ち消すように設計する。要するに、接触物Ｅ１とその接触容量Ｃ１、Ｃ２がこのＶωＣを打ち消してｃｏｓθ=１となるように設計する。
共振周波数ω０での共振回路のインピーダンスは式（２）となる
．．．（２）
共振周波数ω０より低い周波数ω１での動作は式（３）となるため、キャパシティブに作用する。リアクタンス成分にＣ成分が残る。
．．．（３）
一方、共振周波数ω０より高い周波数ω２での動作は式（４）となるため、インダクティブに作用する。リアクタンス成分にＬ成分が残る。
．．．（４）
ＶωＣを打ち消すためにはインダクタンス成分（Ｌ成分）が必要であるため、共振周波数ω０より高い駆動周波数ω２で動作させるように、接触物Ｅ１の共振設計は駆動周波数より低い周波数で行う。共振周波数ω０として駆動周波数を例えば５００ＫＨｚとすれば、４００ＫＨｚに設定して、ωＬをωＣで打ち消して０に設定する。これが次の式（５）〜式（７）で示される。
図１４（ａ）は、共振周波数ω０より高い駆動周波数ω２で動作させた場合に、寄生容量Ｃｓの両側に接触物Ｅ１のＲＬ直列回路成分が接続される等価回路図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の等価回路を力率で示した図である。
接触物Ｅ１の合成インピーダンスｚは次の式（５）となり、そのＲＬ直列回路成分の力率は次の（６）となる。
．．．（５）
．．．（６）
接触物Ｅ１とタッチセンサシステム４Ｂで消費される有効電力を最も大きくさせるためには、図１４（ｂ）より式（７）となるよう設計すればよい。
．．．（７）
例えば図１０（ａ）のように複数のセンサ部（交差点Ｐ１，Ｐ４）に跨って接触物Ｅ１が置かれる場合には、図１１の容量Ｃ１、Ｃ２（一つのセンサ部）だけでなく、関連する接触容量を含めて共振設計を行えばよい。
ここまでは、共振設計して最適なエネルギー損失を生じさせる仮想接地化回路について説明したが、最適でなくとも良い場合には、単に駆動周波数にて所望のエネルギーを損失させる回路を仮想接地化回路として形成すればよい。
以上において、仮想接地化回路が受動素子（電源を持たない素子）で形成する場合について説明を行ったが、次に、仮想接地化回路を能動素子（電源を持った素子）にて設計する場合について説明を行う。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、仮想接地化回路を能動素子（電源を持った素子）にて設計した場合の信号反転による位置検出メカニズムを説明するための電流波形図である。
図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、駆動信号Ｔ１０をドライブラインに付与してセンスラインからセンス信号波形として電流信号波形Ｔ１１が得られる場合に、タッチペンの仮想接地化回路にて駆動信号Ｔ１０から読み取った信号を、タッチペンの電源によって反転増幅させた反転電流信号Ｔ１５をタッチペンからタッチ画面に出力させる。駆動信号Ｔ１０＋反転電流信号Ｔ１５＝検出信号Ｔ１４と検出される。即ち、仮想接地化回路にて駆動信号Ｔ１０から読み取った信号を、仮想接地化回路にて反転して増幅させた反転電流信号Ｔ１５をタッチペンからタッチ画面に出力するように設計する。センサ部から読み取られる信号は、何もセンサ部に接触させていない基準の電流信号波形Ｔ１１から検出信号Ｔ１４へとレベルが低下するように変化する。この場合、変化した信号量が大きくなるため、容量信号を大きく検出することが可能となる。よって、タッチペンによる位置検出が容易になる。
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、仮想接地化回路を能動素子（電源を持った素子）にて設計した場合の位相遅延による位置検出メカニズムを説明するための電流波形図である。
図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、駆動信号Ｔ１０のように３値を持つ駆動信号を印加する場合、タッチペンの仮想接地化回路にて駆動信号Ｔ１０から読み取った信号を、仮想接地化回路にて半波長だけ位相を遅らせた位相遅延信号Ｔ１３をタッチペンからタッチ画面に出力するように設計すると、センサ部（交差部）から読み取られる信号は、何もセンサ部に接触させていない基準の電流信号波形Ｔ１１から検出信号Ｔ１２へとレベルが低下するように変化する。この場合、変化した信号量が大きくなるため、容量信号を大きく検出することが可能となる。
以上の能動素子（電源を持った素子）によって信号反転または位相遅延して位置検出する方法は、容量信号の変化を強く検出させることが可能であるが、タッチセンサシステム４の駆動信号は駆動ライン及びセンスライン毎に異なる信号となっている。そのため、接触物Ｅ１が大きく複数のセンスラインに跨って接触される場合には、それぞれのドライブライン（駆動ライン）の信号波形の位相を半波長遅らせること、または、その信号波形を反転させることが必要である。つまり、信号をタッチセンサシステム４と同じ間隔の格子上の点の電流信号を平面で読み取り、タッチセンサシステム４と同じ間隔の格子上の点にて信号を出力させるように設計する必要がある。
本実施形態１ではゴーストと呼ばれる干渉自体を抑えて検出される容量信号の変化を増大させる方法を提案している。以下、その効果について説明する。
（ゴーストと呼ばれる干渉自体を抑える効果）
図１７は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体を載せた場合の導電性パターン２１の検出例を示す平面図である。
図１７に、仮想接地化回路部３を実装せずにタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体を接触させた状態でセンサより得られる容量信号マップを示している。導電性パターン部２には、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体を用いている。格子の間隔は５ｍｍ間隔である。中央の円形の導電性パターン２１による容量信号領域４４以外に、その周辺に、ゴーストパターンによる容量信号領域４５が検出されてしまう。これに対して、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体に仮想接地化回路部３を接続した場合の検出例について本実施形態１の効果として図１８を用いて説明する。
図１８は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１と仮想接地化回路部３を載せた場合の導電性パターン２１の検出例を示す平面図である。
図１８に、仮想接地化回路部３を導電性パターン２１に接続して実装し、タッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１を接触させた状態でセンサにより得られる容量信号マップを示している。仮想接地化回路部３を導電性パターン部２の導電性パターン２１に接続させることにより、導電性パターン部２の導電性パターン２１を検知する信号が安定化して、ゴーストの発生を抑制し導電性パターン部２のサイズと等しいサイズと形で円形状の容量信号領域４６を正確に読み取ることが可能となる。このように、ゴーストを識別体１側で改善して、タッチパネル面から見た識別体１の形状をより正確に検出することができる。
図１９は、円形の導体パターン２１の容量信号分布図であって、図１９（ａ）はフローティング状態の容量信号分布図、図１９（ｂ）は接地状態の容量信号分布図、図１９（ｃ）は直列共振回路であるモノポールアンテナによる仮想接地の容量信号分布図である。
格子の間隔（センサピッチ）が５ｍｍのタッチパネル４１上に搭載された直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１に対する交差点数はここでは少なくとも１０点存在するので、従来技術のような補正計算は困難である。ここでは、ゴーストを識別体１側で仮想接地して改善し、タッチパネル４１の画面から見た識別体１の導電性パターン２１の形状をより正確に検出することができた。図１９（ａ）ではフローティング状態で円形の識別は困難である。図１９（ｂ）ではＵＳＢ口に接地した接地状態で円形の識別は可能である。図１９（ｃ）では、モノポールアンテナに仮想接地したことにより円形の識別は可能である。また、パッチアンテナなどの平面アンテナの場合にはコンパクトに仮想接地ができる。
以上により、本実施形態１によれば、タッチセンサシステム４のタッチパネル４１の表面に接触または近接して、タッチセンサシステム４に認識させるための形状である導電性パターン２１が配置される導電性パターン部２と、導電性パターン部２の導電性パターン２１に接続され、タッチセンサシステム４で用いる駆動信号（ドライブラインに印加）の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有した仮想接地化回路部と
を備えている。
これによって、タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギー損失部がエネルギーを消費させることで、接地されていない識別体１（指示体）であっても識別体１（指示体）が仮想接地化されて接地回路と同等の機能を持っているため、従来のようにゴーストをタッチセンサシステム４のコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体１側で改善して、タッチパネル４１面から見た識別体１の形状をより正確に検出することができる。このため、タッチセンサシステム４をユーザ認証などの識別ツールとして応用することが可能となり、それにより図３に示すようなセキュリティ認証システムに利用することや、アミューズメント用途に利用することなどが可能となる。
本実施形態１では、タッチセンサシステム４の構造に変更を加えていないため、既存のタッチセンサシステム４のタッチ性能に影響を与えない。このため、指タッチやタッチペンと識別体１を併用してタッチ位置の識別と共に領域形状の識別を行うことができて有用である。
なお、本実施形態１では、静電容量方式のタッチセンサシステム４に用いて形状を検知するタッチセンサシステム用識別体１について説明したが、ゴーストが発生するタッチセンサシステム４の形状検知方式であれば、ゴーストを防止するように本実施形態１を適用することが可能である。
（実施形態２）
本実施形態２では、導電性パターン２１に対する接地回路と同等の機能を持つ接地補償回路部３２の具体例として後述するコイル３２１やアンテナ３２５の回路を用いた場合について説明する。
まず、接地補償回路部３２の具体例として後述するコイル３２１のコイル回路を用いた場合について説明する。
図２０は、本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体１Ａの構成例を示すブロック図である。
図２０において、本実施形態２のタッチセンサシステム用識別体１Ａは、タッチパネルの画面に対向して所定形状の導電性パターン２１が配置される導電性パターン部２と、導電性パターン２１に対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３Ａとを備え、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に搭載されてユーザ認証などに用いられる。要するに、タッチセンサシステム用識別体１Ａを、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、接地されていない所定形状の導電性パターン２１を仮想接地状態にしてタッチセンサシステム４が読み取り可能とされている。
仮想接地化回路部３Ａは、導電性パターン接続部３１と、導電性パターン部２の導電性パターン２１が導電性パターン接続部３１を介して接続された接地補償回路部３２Ａとを有し、導電性パターン２１が接地された状態と同様の働きをするように接地補償回路部３２Ａとしてコイル３２１が用いられる。ここでは、図示していないが、一または複数のコイル３２１を含むコイル回路を用いて、タッチセンサシステム４の駆動信号周波数において、タッチセンサシステムと直列共振回路を形成し、かつ駆動信号周波数に対してエネルギー損失が大きいコイル（接地された状態と同様の働きをするコイル）を実装する。
ゴーストを抑制する仮想接地化回路部３Ａの第１具体例としてタッチセンサシステム４の駆動信号（ドライブラインを駆動する交流信号）の周波数に対するエネルギー損失回路（接地化回路）として、接地補償回路部３２Ａにコイル３２１を実装し、そのコイル３２１の周りに導体３２２を配置する。この導体３２２は、鉄製に限らずアルミニュウム製など鉄心またはコアとして作用する。これにより、接地回路と同等の働きをする。この導体３２２により、積極的にコイル３２１の渦電流損失を促して、より強く接地化する。
コイル３２１が導体であるため、タッチセンサシステム４に反応しない必要があるが、導電性パターン部２の導電性パターン２１をタッチパネル４１のセンサ面（タッチパネル面）に対向する面が平面の場合、導電性パターン部２が配置される部材が接地されず、またタッチセンサシステム４に反応するため、ファラデーシールドなどのシールド処理を実装することができない。このため、導電性パターン接続部３１はコイル３２１とセンサ面の距離を十分取る配線構成とする必要がある。コイル３２１の渦電流損失を増加させるためにコイル３２１の周りに導体３２２を実装しているが、この導体３２２もタッチセンサシステム４に反応しない構成とする必要がある。
次に、タッチセンサシステム４に反応しない構成とするために、コイル３２１（インダクタンス）とセンサ面の距離を十分取るような配線構成について説明する。
図２１は、本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体１Ａの具体例を模式的に示す斜視図である。
図２１に示すように、厚さのある平面視４角形の板状体の底面２２に導電性パターン２１が印刷や蒸着などで設けられ、この導電性パターン２１に接続されてその直上に所定距離だけ離された状態で、接地補償回路部３２Ａとして、コイル３２１とその周りに導体３２２が配置されている。導電性パターン２１が形成された板状体の底面２２はタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に乗せられる。
このように、コイル３２１および導体３２２を有する接地補償回路部３２Ａが導体であるために、タッチセンサシステム４に反応しないように、コイル３２１および導体３２２を有する接地補償回路部３２Ａとセンサ面との距離を十分取る必要がある。底面２２に導電性パターン２１が形成される板状体の厚さを厚く（例えば１０ｍｍ以上；１０ｍｍ離れていれば誤検出の影響がない）してもよいが、接地補償回路部３２Ａを、導電性パターン接続部３１（ここでは配線で接地補償回路部３２Ａを浮かせている）を介して、タッチセンサシステム４に反応しない距離（例えば１０ｍｍ以上）だけ離すように立設して接地補償回路部３２Ａを配置してもよい。
また、導電性パターン接続部３１の配線や板状体の上面側にフェライト（磁石材料）などの非導電性磁気シールドを施してもよい。また、この接地補償回路部３２Ａの垂直方向の厚みｄ（タッチパネル面に対する距離方向の厚み）をより小さくすることによっても、導電性の接地補償回路部３２Ａをタッチセンサシステム４に反応しにくくすることができる。
図２２は、本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体１Ａの他の具体例を模式的に示す斜視図である。
図２２に示すように、平面視４角形の板状体（カード状でもよい）の底面２２に導電性パターン２１が印刷や蒸着などで設けられ、この導電性パターン２１に接続されてその真横に隣接した状態で一体的に、接地補償回路部３２Ａの他の事例として、コイル３２１Ａが配置されている。導電性パターン２１が形成された板状体の底面２２はタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に乗せられる。なお、接地化回路としてのコイル３２１Ａの代わりにコイル３２１Ａとその周りに導体が配置されていてもよい。
コイル３２１Ａが配置された領域３２１Ｂのサイズ以外のタッチの反応（位置検出）を許容することにより導電パターン２１に対する形状検出の干渉を防ぐこともできる。即ち、コイル３２１Ａが配置された領域３２１Ｂの検出を採用しないようにすることにより、導電パターン２１の形状検出に対する干渉を防ぐことができる。例えば、タッチセンサシステム４のタッチパネル４１上の処理位置にタッチセンサシステム用識別体１Ａを搭載するときに、表裏を明確にしつつ搭載方向を一定化すれば、タッチセンサシステム用識別体１Ａの左側領域（コイル３２１Ａが配置された領域３２１Ｂ）の検出結果を採用せずにこれを捨てることが容易にできる。または、導電パターン２１の形状以外の、コイル３２１Ａのセンサ面から見た短冊状の形状の検出結果を採用せずにこれを捨てることも容易にできる。これらの場合、接地補償回路部３２Ａとしてのコイル３２１Ａの距離をタッチセンサシステム４のセンサ面から上方に離さずにコイル３２１Ａを実装することができる。これによって、平面視４角形の板状体をタッチセンサシステム用識別体１Ａの他の具体例としてカード状のタッチセンサシステム用コード識別カードに薄く形成することが可能となる。
次に、接地補償回路部３２の具体例として後述するコイル３２３にてアンテナ３２５を実現し、これを有するアンテナ回路を用いた場合について説明する。
図２３は、本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体１Ｂの構成例を示すブロック図である。
図２３において、本実施形態２の他の構成例のタッチセンサシステム用識別体１Ｂは、タッチパネルの画面に対向して所定形状の導電性パターン２１が配置される導電性パターン部２と、この導電性パターン２１に対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３Ｂとを備え、指などの指示体（接地された指示体）の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に搭載されてユーザ認証などに用いられる。要するに、仮想接地化回路部３Ｂを持つタッチセンサシステム用識別体１Ｂを、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、接地されていない所定形状の導電性パターン２１を仮想接地状態にしてタッチセンサシステム４が読み取り可能とされている。
仮想接地化回路部３Ｂは、導電性パターン接続部３１と、導電性パターン部２の導電性パターン２１が導電性パターン接続部３１を介して接続された接地補償回路部３２Ｂとを有し、導電性パターン２１が接地された状態と同様の働きをするように接地補償回路部３２Ｂとしてコイル３２３と損失抵抗成分３２６にてアンテナ３２５を実現し、これらを有するアンテナ回路が用いられる。タッチセンサシステム４の駆動信号周波数をターゲットにしたアンテナ３２５を実装する。アンテナ３２５により、より強く接地化させることができる。
接地補償回路部３２Ｂは、アンテナ３２５で実現される。アンテナ３２５は等価的にはコイル３２３と損失抵抗成分３２６から形成される。これらのコイル３２３、損失抵抗成分３２６および接触容量３２４ａ、３２４ｂにより直列共振回路を形成する。直列共振回路であるため、図２３では等価的にループを形成しているが、実際には閉ループを形成する必要はない。
このアンテナ回路を接地補償回路部３２Ｂとするためには、タッチセンサシステム４の駆動信号の周波数に共振するような構成とすることが望ましい。タッチセンサシステム４の駆動周波数に対する共振波長はメートルオーダーを超えるため、共振波長より短い微小アンテナを用いる。そのため、アンテナ３２５のサイズは大きい程放射しやすいが、タッチセンサシステム用識別体１Ｂのサイズにより実装可能なアンテナ３２５のサイズが決定されるため、そのアンテナ３２５のインダクタンス成分であるコイル３２３と接触容量３２４ａと３２４ｂを補うようにキャパシタやインダクタを直列で接続してもよい。このアンテナ回路を接地補償回路部３２Ｂとする場合には、電波伝搬を強めるために、アンテナ回路に大きな電流が流れることが望ましい。そのため、仮想接地化回路部３Ｂ全体のインピーダンスが小さくなり、仮想接地化回路部３Ｂ全体の有効電力を大きくするように設計することが望ましい。ここでは図示していないが、実際にはアンテナ３２５にもキャパシタンス成分を持ち、導電性パターン接続部３１と、導電性パターン部２にもキャパシタンス成分、インダクタ成分、抵抗成分を持っている。実際にはこれらを考慮して設計する必要がある。
アンテナ回路の場合にもコイルの場合と同様にタッチセンサシステム４に反応しないように導電性パターン接続部３１を立ち上げてアンテナ回路に距離を持たせたり、アンテナ回路を導電性パターン２１の平面に沿って隣に配置してそれを無効化する構成とすることができる。要するに、この接地補償回路部３２Ｂのアンテナ回路も図２１や図２２の接地補償回路部３２Ａのコイル３２１または３２１Ａのコイル回路の代わりに用いることができる。これに限らず、この接地補償回路部３２Ｂのアンテナ回路は、図２１や図２２の接地補償回路部３２Ａのコイル３２１または３２１Ａのコイル回路と共に用いてもよい。
以上により、本実施形態２によれば、導電性パターン部２の導電性パターン２１が導電性パターン接続部３１を介して接続された接地補償回路部３２Ｂとして、コイル３２１または３２１Ａを用いたコイル回路または／およびアンテナ回路を用いて、導電性パターン２１に接地回路が用いられたのと同等の機能を有するようにしたため、従来例のようにゴーストをタッチセンサシステム４のコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体１Ａ，１Ｂ側で改善して、タッチパネル面から見た識別体１Ａ，１Ｂの形状をより正確に検出することができ、検出される容量信号をより強く検出させる事が出来る。このため、タッチセンサシステム４をユーザ認証などの識別ツールとして応用することが可能となり、それにより図３に示すようなセキュリティ認証シスんテムに利用することや、アミューズメント用途に利用することなどが可能となる。
本実施形態２ではタッチセンサシステム４の構造に変更を加えていないため、既存のタッチセンサシステム４のタッチ性能に影響を与えない。このため、指タッチやタッチペンなどと識別体１Ａ，１Ｂを併用してのタッチ位置や識別体１Ａ，１Ｂの形状を識別することができて有用である。
なお、本実施形態２では、静電容量方式のタッチセンサシステム４に用いて所定形状を検知するためのタッチセンサシステム用識別体１Ａまたは１Ｂについて説明したが、ゴーストが発生するタッチセンサシステムの形状検知方式であれば、本実施形態２を用いてゴーストを防止し検出信号を増大させるように適用が可能である。
なお、本実施形態２ではコイル３２１の周りに導体３２２を配置したが、導電性パターン２１に接地回路が用いられたのと同等の機能を有すれば、単に、コイル３２１だけでも構わない。
本実施形態２ではコイル回路または／およびアンテナ回路を用いた接地補償回路部３２Ｂを説明したが、接地補償回路部３２Ｂを実現するエネルギー損失を生じさせる物として、鉄板などを用いた表皮効果を利用する物や、高誘電材料を用いた誘電損失を利用する物でも構わない。
（実施形態３）
本実施形態３では、接地補償回路部３２Ｃのタッチセンサシステム４による反応を避けるために、導電体のコイル回路やアンテナ回路を有する接地補償回路部３２Ｃを用いて導電性パターン部２Ｃの導電性パターン２３を構成する場合について説明する。要するに、導電性パターン自体を導電体のコイル回路やアンテナ回路で構成する場合である。
図２４は、本発明の実施形態３におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。
図２４において、本実施形態３のタッチセンサシステム用識別体１Ｃは、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対向して所定形状の導電性パターン２３が配置されて、導電性パターン２３に対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３Ｃが導電性パターン部２Ｃとして設けられている。要するに、タッチセンサシステム用識別体１Ｃを、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、接地されていない所定形状の導電性パターン２３を仮想接地状態にしてタッチセンサシステム４が読み取り可能とされている。
ゴーストを抑制する導電性パターン部２Ｃの一具体例として交流に対して高インピーダンスの導電性パターン２３を、接地補償回路部３２Ｃの機能を有した状態で構成する。導電性パターン２３を、タッチセンサシステム４に反応させるために直流抵抗が小さく、センサ間の干渉を抑えるために、導電性パターン２３が持つインダクタンス成分の大きな構造で実現するものであり、タッチセンサシステム４に接触させる、例えば異なる交差点Ｐ１，Ｐ４間にカップリングされたインダクタンス成分を持つコイルを配置する。このコイルは導電性パターン２３としてタッチセンサシステム用識別体１Ｃのタッチパネル面と対向する面に設けられている。なお、高周波の領域では、マイクロストリップラインやスタブ構造、小型のコイル素子などでインダクタンス成分を増やすことができる。
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）はそれぞれ、コイルで形成された導電性パターン２３の外形形状例を模式的に示す平面図である。
図２５（ａ）では、タッチセンサシステム４のタッチパネル面に対向するように、導電性パターン２３の平面視外形形状が円形になるようにコイルが配置されている。図２５（ｂ）では、導電性パターン２３の平面視外形形状が三角形になるようにコイルで形成されている。図２５（ｃ）では、導電性パターン２３の平面視外形形状が４角形になるようにコイルで形成されている。因みに、図２４では、タッチセンサシステム４のタッチパネル面に対向するように、導電性パターン２３の平面視外形形状が縦方向の短冊形状のコイルが配置されている。
これらのコイルで形成された導電性パターン２３は、その検出領域が広くなると中央部分が検出されないが、外形が所定幅で検出される。中央部分の検出が必要であればその中央部分にもコイルを設ければよい。ゴーストの発生を抑制するために、直流抵抗を増やさずにインダクタンス成分を高めるように構成することができる。
図２６（ａ）は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１の一部領域上に所定の導電性パターン２３を持つタッチセンサシステム用識別体１Ｃを置いた平面状態を示す模式図であり、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のタッチセンサシステム用識別体１Ｃの構成例を示すブロック図である。なお、ここで、図２６（ｂ）は図２４と同等である。また、図２６（ａ）では、タッチセンサシステム用識別体１Ｃが、タッチセンサシステム４のタッチパネル４１の交差点Ｐ１，Ｐ４に跨って乗せられているが、ここでは等価回路を見やすくするために斜め右上にタッチセンサシステム用識別体１Ｃをずらして記載している。
図２６（ａ）に示すように、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点Ｐ１上およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点Ｐ４上の２つの交差点Ｐ１，Ｐ４上に重なって平面視長方形のタッチセンサシステム用識別体１Ｃがタッチパネル４１上に搭載されている。このときの等価回路を示している。
図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、導電性パターン２３を模式的に示す平面図である。
図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示すように、タッチセンサシステム４に反応（形状検知）させるために、導電性材料でコイルを構成して、導電性パターン２３としてタッチパネル４１の画面から見た平面視形状として、斜め短冊形状などの各種形状に形成され得る。
以上により、本実施形態３によれば、導電性パターン部２Ｃの導電性パターン２３自体がコイルを用いて形成されて、これにより、導電性パターン２３に接地回路が用いられたのと同等の機能を有するため、従来例のようにゴーストをタッチセンサシステム４のコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体１Ｃ側で改善して、タッチパネル面から見た識別体１Ｃの形状をより正確に検出することができる。このため、タッチセンサシステム４をユーザ認証などの識別ツールとして応用することが可能となり、それにより図３に示すようなセキュリティ認証システムに利用することや、アミューズメント用途に利用することなどが可能となる。
本実施形態３ではタッチセンサシステム４の構造に変更を加えていないため、既存のタッチセンサシステム４のタッチ性能に影響を与えない。このため、指タッチやタッチペンと識別体１Ｃを併用してのタッチ位置やタッチ形状の識別を行うことができて有用である。
なお、本実施形態３では、静電容量方式のタッチセンサシステム４に用いて形状を検知するタッチセンサシステム用識別体１Ｃについて説明したが、ゴーストが発生するタッチセンサシステムの形状検知方式であれば、本実施形態３を用いてゴーストを防止するように適用が可能である。
なお、本実施形態３ではコイルを配置したが、導電性パターン２３に接地回路が用いられたのと同等の機能を有するように、コイルおよびその周りに導体のコイル回路を設けても構わないし、これと共にまたはこれとは別に、アンテナ回路を設けても構わないし、導電性パターン２３にタッチパネルの駆動周波数にてエネルギー損失を生む材料として電波吸収体材料を用いても構わない。ここでの電波吸収体とは、タッチパネルの駆動周波数の交流信号に対して、その信号を熱などに変換する所謂シールド材料の事を言う。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態１〜３のタッチセンサシステム用識別体１、１Ａ〜１Ｃの少なくともいずれかとこれらに対応したタッチセンサシステム４とを含めたタッチセンサシステム４Ｄとして構成する場合について説明する。
図２８は、本発明の実施形態４におけるタッチセンサシステム４の全体構成例を示すブロック図である。
図２８において、本実施形態４のタッチセンサシステム４は、画像表示用の表示画面を持つ表示装置７と、表示画面上に設けられた位置検出用のタッチパネル４１と、タッチパネル４１に接続されるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などの接続部８１と、接続部８１に接続される制御基板８２と、この制御基板８２上に搭載されて位置検出制御処理を行うコントローラ部８３と、コントローラ部８３に制御基板８２を介して接続された接続ケーブル８４と、コントローラ部８３に接続ケーブル８４を介して接続され、表示装置７に接続されて表示装置７の表示を制御するホスト端末９とを有している。
タッチパネル４１は、タッチパネル面に沿って互いに平行に設けられると共に、それぞれにドライブ信号が与えられる複数のドライブラインを有し、さらに、複数のドライブラインと交差（立体交差；垂直交差およびそれ以外の角度による交差）するようにタッチパネル面に沿って互いに平行に設けられた複数のセンスラインとを有している。このタッチパネル４１は、接触または近接する指示体（指やタッチペンの他、上記実施形態１〜３のタッチセンサシステム用識別体１、１Ａ〜１Ｃの少なくともいずれかなど）による静電容量の変化に応じた出力信号を出力することができる。複数のセンスラインからの複数の出力信号は、ドライブラインが駆動されることにより、タッチパネル面内のドライブラインとセンスライン（ともに点線）の交差点Ｐやその近傍部分を介して出力される信号である。
タッチパネル面内に、指やペンなどの指示体が接触または近接していればセンスラインＳＬからの信号が変化する。即ち、このセンスラインで得られた信号が、指示検出領域に対する接触または近接の有無を示す２次元状の検出領域Ｅの位置情報（ｘ，ｙ）と指示体による静電容量の情報（ｚ）を示す３次元座標情報を示す信号となる。静電容量の情報（ｚ）のＺ値が小さくなるほど、静電容量値を示す信号レベルは小さくなる。
表示装置７は、例えば液晶ディスプレイ（液晶表示装置）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイおよび電解放出ディスプレイなどの他に、表示画面上に画像表示されるものであればよい。
コントローラ部８３は、各ドライブラインを駆動すると共に、各センスラインからの信号を処理してタッチパネル面内における指示体のタッチ位置やタッチ形状（導電性パターンの検出領域）を検出する。
ホスト端末９は、パーソナルコンピュータなどで構成されており、接続ケーブル８４を介してコントローラ部８３を制御すると共に、コントローラ部８３で検出した指示体の位置（タッチ指示検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））および静電容量の情報（ｚ）に基づいて表示装置７の表示画面上に表示される画像を表示制御可能とする。
また、タッチセンサシステム４に接続されたホスト端末９が、クラウドサービスのようにサーバ側にあってもよく、タッチセンサシステム４自体にホスト端末９の機能をもたせて表示を制御することも可能である。
図２９は、図２８のタッチセンサシステム４のコントローラ部８３における構成例を示すブロック図である。
図２９において、本実施形態４のコントローラ部８３は、複数のセンスラインからの複数の信号を処理してタッチパネル面内における指示体の位置（指示検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））および静電容量の情報（ｚ）を検出する指示体位置検出部８３０と、ドライブラインを順次駆動するドライブライン駆動部８３７とを有している。
指示体位置検出部８３０は、複数のセンスラインＳＬから出力される複数の出力信号をそれぞれ増幅する増幅部８３１と、増幅部８３１がそれぞれ増幅した各出力信号を取得して時分割で出力する信号取得部８３２と、信号取得部８３２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部８３３と、Ａ／Ｄ変換部８３３がＡ／Ｄ変換したデジタル信号に基づいて検出面Ｐ内における静電容量の変化量の分布を求める復号処理部８３４と、後述の位置情報生成部８３６がタッチパネル面内における指示体の位置（指示検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））を検出する際に用いる検出基準値（閾値）を設定する検出基準設定部８３５と、復号処理部８３４が求めた静電容量の変化量の分布に対して検出基準値に基づいてタッチパネル面内における指示体のタッチ位置（位置情報（ｘ，ｙ））やタッチ形状（導電性パターンの検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））を検出して指示体の位置を示す位置情報を生成する位置情報生成部８３６とを有している。
位置情報生成部８３６は、復号処理部８３４が求めたタッチパネル面内における静電容量の変化量の分布と検出基準とを用いて、タッチパネル面内における指示体のタッチ位置（領域を含む）を求めて位置情報を生成する。
位置情報生成部８３６は、タッチパネル面内における静電容量の変化量の分布中のタッチ位置またはタッチ領域（導電性パターンの形状）を求め、当該タッチ位置またはタッチ領域における静電容量の変化量が検出基準値よりも大きければ、当該タッチ位置またはタッチ領域をタッチパネル面に接触または近接する指示体のタッチ位置またはタッチ領域（導電性パターンの形状）とすることができる。タッチパネル面の指示検出領域が所定領域よりも大きい場合や所定形状と異なる場合に、指やタッチペンではなくタッチセンサシステム用識別体１、１Ａ〜１Ｃの少なくともいずれかであると認識すれば、その導電性パターンの形状をコード照合に用いることができる。このように、指やタッチペンと識別体１、１Ａ〜１Ｃの少なくともいずれかとの区別は、検出領域の大きさだけではなく所定形状（形状の違い）によっても可能である。
ここで、本願では、複数のドライブラインと複数のセンスラインを縦横で切り替えることも可能であり、図２１の上部電極をドライブライン、下部電極をセンスラインとしてもよいし、上部電極をセンスライン、下部電極をドライブラインとしてもよい。
なお、以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、識別を用いてユーザ認証を行うためのタッチセンサシステム用識別体および、これが用いられて識別が行われ、タッチまたはマルチタッチの入力操作を行うタッチセンサシステムの分野において、ゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、検出信号を増大させる事によりタッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することができる。

Claims (8)

  1. タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、該タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、
    該導電性パターン部に接続された仮想接地化回路部と
    を備え、
    前記仮想接地化回路部は、該タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有して、前記導電性パターン部に対する接地回路と同等の機能を持つタッチセンサシステム用識別体。
  2. 前記エネルギー損失部が直列共振回路で形成されている請求項１に記載のタッチセンサシステム用識別体。
  3. タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、該タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、
    該導電性パターン部に接続されて、該タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有する仮想接地化回路部と
    を備え、
    前記仮想接地化回路部としてアンテナ回路を使用するタッチセンサシステム用識別体。
  4. 前記エネルギー損失部は駆動周波数よりも低い周波数で共振設計されている請求項２または３に記載のタッチセンサシステム用識別体。
  5. タッチセンサシステムのタッチパネル面に接触または近接して、該タッチセンサシステムに認識させるための形状である導電性パターンが配置される導電性パターン部と、
    該導電性パターン部に接続されて、該タッチセンサシステムで用いる駆動信号の周波数に対して、エネルギーを消費させるエネルギー損失部を有する仮想接地化回路部と
    を備え、
    前記仮想接地化回路部として、
    コイル回路または、渦電流損失部を含んだコイル回路を使用するタッチセンサシステム用識別体。
  6. 前記導電性パターン自体が、前記仮想接地化回路部の一部または全部である請求項１〜５のいずれかに記載のタッチセンサシステム用識別体。
  7. 前記導電性パターン自体が、前記仮想接地化回路部の一部または全部であり、
    該導電性パターンがコイルで形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のタッチセンサシステム用識別体。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載のタッチセンサシステム用識別体を、位置入力操作を可能とする前記タッチパネル面上に搭載することにより、該タッチセンサシステム用識別体の導電性パターンの形状を読み取って識別可能とするタッチセンサシステム。
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