JP6219182B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
上記の構成によれば、前記検出データに含まれるノイズの影響を軽減させる前記第1処理や、前記位置データに含まれるノイズの影響を軽減させる前記第2処理において、前記検出データに含まれる前記ノイズ量が大きいほどノイズの影響の軽減量が大きくなり、前記ノイズ量が小さいほどノイズの影響の軽減量が小さくなるように、処理方法が変更される。
上記の構成によれば、前記検出データに含まれるノイズを減衰させる前記第1ローパスフィルタ処理や、前記位置データに含まれるノイズを減衰させる前記第2ローパスフィルタ処理において、前記検出データに含まれる前記ノイズ量が大きいほどノイズの減衰量が大きくなり、前記ノイズ量が小さいほどノイズの減衰量が小さくなるように、ノイズの減衰特性が変更される。従って、ノイズの多い環境下ではローパスフィルタ処理のノイズ減衰量が大きくなるようにノイズ減衰特性を変更することでノイズの影響が軽減され、ノイズの少ない環境下ではローパスフィルタ処理のノイズ減衰量が小さくなるようにノイズ減衰特性を変更することで応答遅延が少なくなる。
この場合、前記ノイズ量算出部は、複数の前記検出データの差異に応じて前記ノイズ量を算出してよい。また、上記入力装置は、一の前記ノイズ量の算出に用いられる複数の前記検出データを生成する場合、前記検出電極へのノイズの入力がなければ前記検出電極において伝送される前記電荷がほぼ同一になるように、各々の前記検出データを生成する際の前記駆動部における前記駆動電圧の印加条件を設定するセンサ制御部を有してよい。
これにより、前記ノイズ量の算出に用いられる前記検出データを生成する場合、幾つかの前記駆動電極がまとめて同一の状態(電圧を印加された状態、又は、フローティング状態)に設定されるため、前記位置データの算出に用いられる前記検出データを生成する場合に比べて、前記検出データの生成に要する時間が短くなる。
これにより、前記検出電極には、前記駆動電圧の変化に起因した電荷が伝送されなくなり、主としてノイズに起因した電荷が伝送されるようになる。
前記ノイズ量算出部は、前記複数のサンプリング周波数の各々について生成された複数の検出データに基づいて、前記複数のサンプリング周波数の各々について前記ノイズ量を算出してよい。
上記入力装置は、前記複数のサンプリング周波数の各々について算出された前記ノイズ量に応じて、前記ノイズが相対的に最も小さいサンプリング周波数を選択するサンプリング周波数選択部を有してよい。
前記フィルタ部は、前記サンプリング周波数選択部において選択されたサンプリング周波数について算出された前記ノイズ量に応じて、前記減衰特性の変更を行ってよい。
前記センサ制御部は、前記位置データの算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記サンプリング周波数選択部において選択されたサンプリング周波数で前記駆動電圧を変化させるように前記駆動部を制御してよい。
以下、本発明の第1の実施形態に係る入力装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、第1の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。図1に示す入力装置は、センサ部10と、処理部20と、記憶部30と、インターフェース部40を有する。
本実施形態に係る入力装置は、センサ部10に指やペンなどの物体を近接させることによって、その近接位置に応じた情報を入力する装置である。なお、本明細書における「近接」とは、接触した状態で近くにあることと、接触しない状態で近くにあることを両方含む。
センサ部10は、操作面に分布した複数の検出位置において、指やペンなどの物体の近接状態をそれぞれ検出する。例えばセンサ部10は、物体の近接に応じて静電容量が変化するキャパシタ(容量性センサ素子)12がマトリクス状に形成されたセンサマトリクス11と、キャパシタ12の静電容量に応じた検出データを生成する検出データ生成部13と、キャパシタ12に駆動電圧を印加する駆動部14を有する。
CV変換回路は、駆動部14の駆動電圧が周期的に変化してキャパシタ12が充電又は放電される度に、処理部20の制御に従って、検出電極Lyにおいて伝送される電荷をサンプリングする。具体的には、CV変換回路は、検出電極Lyにおいて正又は負の電荷が伝送される度に、この電荷若しくはこれに比例した電荷を参照用のキャパシタに移送し、参照用のキャパシタに発生する電圧に応じた信号を出力する。例えば、CV変換回路は、検出電極Lyにおいて周期的に伝送される電荷若しくはこれに比例した電荷の積算値や平均値に応じた信号を出力する。AD変換回路は、処理部20の制御に従って、CV変換回路の出力信号を所定の周期でデジタル信号に変換し、検出データとして出力する。
処理部20は、入力装置の全体的な動作を制御する回路であり、例えば、記憶部30に格納されるプログラムの命令コードに従って処理を行うCPUや、特定の機能を実現するロジック回路を含んで構成される。処理部20の処理は、全てCPUにおいてプログラムに基づいて実現してもよいし、その一部若しくは全部をロジック回路で実現してもよい。
この場合、センサ制御部21は、サンプリング周波数選択部26によって選択された一定のサンプリング周波数で駆動電圧を変化させるように駆動部14を制御する。また、センサ制御部21は、駆動電圧の変化と同期したタイミングで各検出電極Lyにおいて伝送される電荷をサンプリングし、当該サンプリングの結果に応じた各検出電極Lyの検出データを生成するように検出データ生成部13を制御する。
センサ制御部21は、上述した駆動部14の制御と並行して、検出データ生成部13の制御も行う。すなわち、センサ制御部21は、各検出電極Lyにおいて伝送される電荷を一定の周波数でサンプリングし、当該サンプリングの結果に応じた検出データを各検出電極Lyについて生成するように検出データ生成部13を制御する。
フィルタ部24は、例えば次の式で表されるローパスフィルタ処理を行う。
記憶部30は、処理部20において処理に使用される定数データや変数データを記憶する。処理部20がCPUを含む場合、記憶部30はそのCPUにおいて実行されるプログラムを記憶してもよい。記憶部30は、例えば、DRAMやSRAMなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含んで構成される。
インターフェース部40は、入力装置と他の制御装置(入力装置を搭載する情報機器のコントロール用ICなど)との間でデータをやり取りするための回路である。処理部20は、記憶部30に記憶される情報(物体の位置データ、物体数など)をインターフェース部40から図示しない制御装置へ出力する。
図2における「MSCAN」は、位置データ算出用の検出データを生成するためにセンサマトリクス11を走査する「メインスキャン」の期間を示す。また「NSCAN」は、ノイズ量算出用の検出データを生成するためにセンサマトリクス11を走査する「ノイズスキャン」の期間を示す。
図3における点線の波形は、温度変化や指の接近による検出データのゆっくりとした変化を表す。実際の検出データは、点線の波形のようにゆっくり変化する成分に、比較的変化の速いノイズ成分が重畳されている。
検出電極Lyへのノイズの混入経路として最も直接的なものは、図4Aにおいて示すように、指(人体)を介した経路である。図2における「CSF0」〜「CSF4」は、各検出電極Lyと指との容量結合を示す。主にこのような容量結合を介して、ノイズ源のノイズ電圧VNOISEに応じた電荷QNOISEが検出電極Lyにおいて伝送され、検出データのノイズ成分となる。
例えば、センサ制御部21は、図4Aにおいて示すように、全駆動電極Lxを駆動部14の電圧源VDRVから切り離してフローティング状態にしてもよいし、全駆動電極Lxの電圧を一定に保ってもよい。あるいは、センサ制御部21は、検出データ生成部13のサンプリング周波数と同じ周波数で全駆動電極Lxの電圧を変化させてもよい。また、センサ制御部21は、全ての駆動電極Lxを同じ状態にする必要はなく、例えば、一部の駆動電極Lxの電圧を周期的に変化させながら、他の一部の駆動電極Lxをフローティング状態若しくは一定電圧にしてもよい。
最も単純には、ノイズ量算出用の複数の検出データを生成する際の駆動部14における駆動電圧の印加条件を同一にすればよい。例えば図3の場合、駆動部14における駆動電圧の印加条件を同一に保ったまま(例えば全ての駆動電極Lxをフローティング状態若しくは一定電圧にしたまま)、検出データの生成を2回連続して行えばよい。
あるいは、検出電極Lyにおいて伝送される電荷が無ノイズの場合にほぼ同一になるという条件が満たされるのであれば、ノイズ量算出用の複数の検出データを生成する際の駆動部14における駆動電圧の印加条件がそれぞれ異なっていてもよい。
図5において示すように、検出電極Lyに入力されるノイズの振幅が大きくなるほど、検出電極Lyにおいて伝送される電荷の波形におけるノイズの振幅が大きくなる。電荷の波形におけるノイズの振幅が大きくなると、走査期間TNにおける電荷の変化が大きくなるため、電荷のサンプリング結果に応じて生成される検出データの差が大きくなり、瞬時ノイズ量NDFが大きくなる。
係数Kを「2」に設定して検出データのローパスフィルタ処理を行うと、装置の機能限界値NS-LIMITに相当するノイズを加えられたときに、検出データのノイズは装置の機能限界値NS-LIMITをやや下回る。
従って、係数Kを「2」を固定してローパスフィルタ処理を行えば、曲線CV4において示すように、装置のノイズ許容限界値NV-LIMITと装置の機能限界値NS-LIMITの両方を満たすことができる。
そこで、本実施形態に係る入力装置では、例えば式(2)に示す関係を満たすように、ノイズ量NVが小さくなるにつれて係数Kを小さくする。このように係数Kを変更する場合でも、図9の曲線CV5において示すように、装置のノイズ許容限界値NV-LIMITと装置の機能限界値NS-LIMITの両方を満たすことができる。また、係数Kを小さくすることにより、次の図において示すように、応答遅延を小さくすることができる。
図10において示すように、ノイズ量NVに応じてローパスフィルタ処理の係数Kを変更することによって(CV8)、固定の係数Kでローパスフィルタ処理を行う場合に比べて(CV7)、特に低ノイズ時の応答遅延が大幅に改善される。
従って、ノイズの多い環境下ではローパスフィルタ処理のノイズ減衰量が大きくなるようにノイズ減衰特性を変更することでノイズの影響を軽減できるとともに、ノイズの少ない環境下ではローパスフィルタ処理のノイズ減衰量が小さくなるようにノイズ減衰特性を変更することで応答遅延を少なくすることができる。
また、低ノイズ環境下での応答性を確保しつつ高ノイズ環境下でノイズ減衰量を高めることができるため、センサ入力部に抵抗やインダクタ(フェライトビーズ)などのEMC対策用の電気部品を付加せずにノイズの影響を軽減することが可能となり、装置構成を簡略化できる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態に係る入力装置では、1つの周期TREPORTにおいて実施されるノイズスキャンのサンプリング周波数は1つだけであったが、本実施形態に係る入力装置では、1つの周期TREPORTにおいて全てのサンプリング周波数のノイズスキャンが行われる。本実施形態に係る入力装置の構成は、次に述べるように処理部20の動作に関して異なる他は、図1に示す入力装置と同様である。
図12において、ステップST100〜ST120までの処理は、図6に示すフローチャートと同じである。図12のフローチャートでは、メインスキャンが行われた後(ST105)、同じ周期TREPORT内で、全てのサンプリング周波数についてノイズスキャンが行われる(ST110〜ST125A)。次いで、瞬時ノイズ量(NDFMAX)の積算数が所定の回数(図11の例では4回)に達している場合は、図6と同様なステップST135〜ST145によってサンプリング周波数とローパスフィルタ係数Kの更新が実行された後、検出データのローパスフィルタ処理(ST150)及び位置データの算出(ST155)が行われる。瞬時ノイズ量(NDFMAX)の積算数が所定の回数に達していない場合は、ステップST135〜ST145の処理を実行せず、検出データのローパスフィルタ処理(ST150)及び位置データの算出(ST155)が行われる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
上述した実施形態に係る入力装置では、位置データ算出部25に入力される検出データに対してローパスフィルタ処理が行われるが、本実施形態に係る入力装置では、位置データ算出部25において算出された位置データに対してローパスフィルタ処理が行われる。
フィルタ部27は、例えば次の式で表されるローパスフィルタ処理を行う。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
上述した実施形態に係る入力装置では、複数のサンプリング周波数から選択した低ノイズのサンプリング周波数によってメインスキャンが行われるが、本実施形態に係る入力装置では、単一のサンプリング周波数によってメインスキャンが行われる。
例えば図1と同様な構成を有する入力装置において、センサ制御部21は、位置データの算出に用いられる検出データを一定の周期で生成するように駆動部14及び検出データ生成部13を制御する。ノイズ量算出部22は、位置データの算出用に一定の周期で生成された一連の検出データの差異に応じたノイズ量を算出する。
また、本発明の更に他の実施形態では、ノイズ量が大きい場合に所定の誤動作防止の機能が働くようにしてもよい。例えば、既定値以上の非常に大きいノイズ量が検出された場合、その後ノイズ量が下がった直後に1回だけ回路や測定パラメータの初期化を行う機能である。周期性や連続性の非常に強い想定外のノイズを受けると、回路に誤動作が発生したり、誤った設定が行われたり、フィルタ部に想定外の値が入力されたりする可能性がある。そのような場合、何らかの誤動作が発生しても、ノイズ量が低下して元の状態に戻ったことをトリガにして回路や測定パラメータを初期化することで、自動的に正常動作へ復帰できる可能性が非常に高くなる。
また、位置データの変化量が所定量以上になるまでポインタを移動させないようにしてポインタのフラツキを抑えるいわゆるジッタフィルタの機能を、ノイズ量が大きい場合は有効にし、ノイズ量が小さい場合には無効にする、というような制御を行ってもよい。
Claims (8)
- 複数の検出位置において物体の近接状態を検出し、当該検出結果を検出データとして出力するセンサ部と、
前記複数の検出位置における前記検出データに基づいて、物体の近接位置を示す位置データを算出する位置データ算出部と、
前記センサ部から出力される前記検出データに含まれるノイズを減衰させて前記位置データ算出部に入力する第1ローパスフィルタ処理、及び、前記位置データ算出部から出力される前記位置データに含まれるノイズを減衰させる第2ローパスフィルタ処理の少なくとも一方を行うフィルタ部と、
前記検出データに含まれるノイズ量を算出するノイズ量算出部とを備え、
前記フィルタ部は、
前記第1ローパスフィルタ処理及び前記第2ローパスフィルタ処理の少なくとも一方において、ローパスフィルタ処理の対象とする一連の対象値における直近の少なくとも1つの対象値に第1重み係数を乗じて得た値と、前記ローパスフィルタ処理の直近の処理結果に第2重み係数を乗じて得た値とを加算した結果に基づいて、新たなローパスフィルタ処理の処理結果を算出し、
前記ノイズ量算出部において算出されるノイズ量に応じて、前記ノイズ量が大きくなるほどノイズの減衰量が大きくなるように、前記第1重み係数に対して前記第2重み係数を相対的に増大させ、前記ノイズ量が小さくなるほどノイズの減衰量が小さくなるように、前記第1重み係数に対して前記第2重み係数を相対的に減少させる
ことを特徴とする入力装置。 - 前記センサ部は、
物体の近接状態に応じて静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極と、
前記キャパシタに駆動電圧を印加する駆動部と、
前記駆動電圧の印加に伴って前記キャパシタが充電又は放電される際に前記検出電極において伝送される電荷に応じた前記検出データを生成する検出データ生成部と
を有し、
前記ノイズ量算出部は、複数の前記検出データの差異に応じて前記ノイズ量を算出し、
一の前記ノイズ量の算出に用いられる複数の前記検出データを生成する場合、前記検出電極へのノイズの入力がなければ前記検出電極において伝送される前記電荷がほぼ同一になるように、各々の前記検出データを生成する際の前記駆動部における前記駆動電圧の印加条件を設定するセンサ制御部を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の入力装置。 - 前記センサ部は、前記検出電極との間でそれぞれ前記キャパシタを形成する複数の駆動電極を有し、
前記センサ制御部は、
前記位置データの算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記複数の駆動電極から順番に一の駆動電極を選択し、当該選択した一の駆動電極と前記検出電極とが形成する前記キャパシタに前記駆動電圧を印加するように前記駆動部を制御し、
前記ノイズ量の算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記複数の駆動電極の少なくとも一部と前記検出電極とが形成する複数の前記キャパシタに共通の前記駆動電圧を印加するか、若しくは、前記複数の駆動電極の少なくとも一部を共にフローティング状態にするように前記駆動部を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の入力装置。 - 前記センサ制御部は、前記ノイズ量の算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記駆動電圧を一定に保つように前記駆動部を制御する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の入力装置。 - 前記センサ部は、前記検出電極を複数有しており、
前記ノイズ量算出部は、前記複数の検出電極について、前記ノイズ量の算出用に生成された前記複数の検出データの差異に応じたノイズ量をそれぞれ算出し、当該算出した複数のノイズ量における最大値をノイズ量の算出結果として選択する、
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記センサ制御部は、
前記位置データの算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記駆動電圧を一定の周波数で変化させるように前記駆動部を制御し、前記駆動電圧の変化と同期したタイミングで前記検出電極において伝送される前記電荷をサンプリングし、当該サンプリングの結果に応じた前記検出データを生成するように前記検出データ生成部を制御し、
前記ノイズ量の算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記検出電極において伝送される前記電荷を一定の周波数でサンプリングし、当該サンプリングの結果に応じた前記検出データを生成するように前記検出データ生成部を制御し、更に、
前記ノイズ量の算出に用いられる前記検出データを生成する動作を、複数のサンプリング周波数についてそれぞれ複数回行うように前記検出データ生成部を制御し、
前記ノイズ量算出部は、前記複数のサンプリング周波数の各々について生成された複数の検出データに基づいて、前記複数のサンプリング周波数の各々について前記ノイズ量を算出し、
前記複数のサンプリング周波数の各々について算出された前記ノイズ量に応じて、前記ノイズが相対的に最も小さいサンプリング周波数を選択するサンプリング周波数選択部を有し、
前記フィルタ部は、前記サンプリング周波数選択部において選択されたサンプリング周波数について算出された前記ノイズ量に応じて、前記減衰特性の変更を行い、
前記センサ制御部は、前記位置データの算出に用いられる前記検出データを生成する場合、前記サンプリング周波数選択部において選択されたサンプリング周波数で前記駆動電圧を変化させるように前記駆動部を制御する
ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記ノイズ量算出部は、繰り返し算出した前記ノイズ量の算出結果に平均化処理を施し、
前記フィルタ部は、前記ノイズ量算出部において前記平均化処理を施されたノイズ量の算出結果に基づいて前記減衰特性の変更を行う
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記センサ制御部は、前記位置データの算出に用いられる前記検出データを第1の周期ごとに生成するとともに、一の前記ノイズ量の算出に用いられる複数の前記検出データを生成する動作を前記第1の周期ごとに少なくとも1回行うように前記駆動部及び前記検出データ生成部を制御し、
前記ノイズ量算出部は、前記検出データ生成部において前記第1の周期ごとに生成される複数の前記検出データに基づいて、前記第1の周期ごとに少なくとも1つの前記ノイズ量を算出する、
ことを特徴とする請求項2乃至7のいずれか一項に記載の入力装置。
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