JP6342695B2 - 半導体装置、表示システム、検出方法、及び検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、表示システム、検出方法、及び検出プログラムに関するものである。

一般的に、タッチパネルとして、静電容量型のタッチパネルが用いられている。タッチパネルに対するユーザの接触状態を検出することが行われている。

蛍光灯やその他の電磁波等、外乱ノイズの影響により誤動作することが知られている。そのため、外乱ノイズ低減する技術がある。（例えば、特許文献１参照。）
また、タッチパネル表面に水滴が出来た場合に誤動作することが知られている。そのため、当該誤動作を低減する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−８７２４号公報 特開２００８−１１２３３４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、検出信号が外部近接物体の存在に起因する正負非対象の新合成分を含む極性交番信号となるように、駆動信号の印加制御を行っており、極性交番信号を用いないと外乱ノイズの低減が図れない。

また、特許文献２に記載の技術では、例えば、携帯端末に用いられている場合、タッチパネルが振動すると、水滴が動いてしまうため、誤動作してしまう懸念がある。

本発明は、上述した問題を解決するために提案されたものであり、ノイズにより検出信号が変化した場合でも、タッチパネルに対する接触状態を精度良く検出することができる半導体装置、表示システム、検出方法、及び検出プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、静電容量型のタッチパネルの接触検出用の電極から出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得し、前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値を越えた場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出する検出部を備える。

本発明の表示システムは、画像信号に基づいて画像を表示する表示部と、静電容量型のタッチパネルと、前記タッチパネルの接触検出用の電極から出力された検出信号をデジタル信号に変換した出力信号を出力するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部から出力された出力信号を取得して、前記タッチパネルに対する接触状態を検出する本発明の半導体装置と、を備える。

本発明の検出方法は、検出部により、静電容量型のタッチパネルの接触検出用の電極から出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得するステップと、前記検出部により、前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値を越えた場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出するステップと、を備える。

本発明の検出プログラムは、コンピュータに、静電容量型のタッチパネルの接触検出用の電極から出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得し、前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値を越えた場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出する、ことを含む処理を実行させるものである。

本発明によれば、ノイズにより検出信号が変化した場合でも、タッチパネルに対する接触状態を精度良く検出することができる、という効果を奏する。

本実施の形態の表示システムの一例を示す概略構成図である。 Ａ／Ｄ変換部から出力された出力信号の接触から非接触への変化を説明するための波形図の具体例である。 蛍光灯から５ｃｍの位置に静電容量型のタッチパネルを近づけて。当該蛍光灯のスイッチをオン状態にした場合のＡ／Ｄ変換部から出力される出力信号の波形図の具体例である。 図３に示した波形に対して移動平均を求めた移動平均値の波形図の具体例である。 本実施の形態のタッチパネルに対する接触状態が非接触の場合の出力信号の波形図の具体例である。 本実施の形態のタッチパネルに対する接触状態が接触の場合の出力信号の波形図の具体例である。 本実施の形態の検出部で実行される検出処理の一例のフローチャートである。 本実施の形態のタッチパネルにおける接触状態の変化を説明するための出力信号の波形図の具体例である。 本実施の形態のタッチパネルの接触状態が非接触である場合に、上述したような外乱ノイズが発生した場合の出力信号の波形図の具体例である。

以下では、図面を参照して、本実施の形態を詳細に説明する。

まず、本実施の形態の表示システムの構成について説明する。図１に、本実施の形態の表示システムの概略構成図を示す。

図１に示したように本実施の形態の表示システム１０は、タッチパネル１２、ディスプレイ１４、Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）１６、レジスタ１８、及び検出部２０を備える。表示システム１０の具体例としては、スマートフォンやタブレット端末等の携帯機器、パソコンのディスプレイ、及びその他の表示機器が挙げられる。

タッチパネル１２は、静電容量型のタッチパネルのうち、投影型といわれる種類のものである。静電容量型のタッチパネル１２は、ユーザによる接触状態（接触または非接触）を検出するための図示を省略した検出電極（検出回路基板上の電極パッド等）がマトリクス状に配置されている。

開示の技術の表示部の一例であるディスプレイ１４は、タッチパネル１２と一体的に構成されている。ディスプレイ１４の具体的一例としては、液晶等が挙げられる。なお、ディスプレイ１４は、タッチパネル１２と別個に設けられていてもよい。

Ａ／Ｄ変換部１６は、タッチパネル１２から出力されたアナログの検出信号をデジタル信号に変換して出力信号をレジスタ１８に出力する機能を有する。検出信号は、タッチパネル１２の検出電極で検出した電圧レベルに対応している。

レジスタ１８は、Ａ／Ｄ変換部１６から出力された出力信号を一時的に格納する機能を有する。

開示の技術の半導体装置の一例である検出部２０は、レジスタ１８を介してＡ／Ｄ変換部１６から取得した出力信号に基づいて、タッチパネル１２に対する接触状態を検出する機能を有する。ユーザがタッチパネル１２の表面に接触すると、検出電極とユーザの指先を電極とするコンデンサが寄生容量としてグラウンドに対して形成される。寄生容量が形成されるため、静電容量が増加し、検出電極から出力される検出信号に電圧降下が生じる。検出部２０では、当該電圧降下に加えて出力信号の振幅に基づいて、タッチパネル１２に対する接触状態を検出する機能を有する。

なお、本実施の形態の検出部２０は、取得した出力信号を平滑化するための移動平均フィルタを備え、出力信号の移動平均値に基づいて接触状態を検出している。

検出部２０は、ＣＰＵ２２、ＲＯＭ２４、及びＲＡＭ２６を備えている。ＣＰＵ２２、ＲＯＭ２４、及びＲＡＭ２６はバス２８を介して互いに接続されている。ＣＰＵ２２は、検出部２０を制御し、ＲＯＭ２４に記憶されている検出プログラムを実行することにより、接触状態を検出する機能を有する。
また、ＲＯＭ２４は、検出プログラムを記憶しておく機能を有する。本実施の形態のＲＡＭ２６は、例えば、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）等の不揮発性のＲＡＭである。ＲＡＭ２６は、基準信号を記憶する機能を有する。基準信号は、接触状態を検出するための基準信号であり、タッチパネル１２に対して非接触の場合における信号である。本実施の形態では、具体的一例として、タッチパネル１２の製造時に、未だ非接触であるうちに、Ａ／Ｄ変換部１６からレジスタ１８を介して入力された初期値の信号をとりこんで、基準信号としてＲＡＭ２６に予め記憶されている。また、ＲＡＭ２６には、詳細を後述する閾値ＴＨ１〜ＴＨ４が予め記憶されている。

次に、本実施の形態の検出部２０の作用について説明する。

静電容量型のタッチパネル１２では、ユーザがタッチパネル１２の表面に接触すると、寄生容量が形成され、静電容量が増加するため、検出信号に電圧降下が生じる。そのため、Ａ／Ｄ変換部１６から出力される出力信号にも同様の降下が生じる。

図２に、Ａ／Ｄ変換部１６から出力された出力信号の接触から非接触への変化を説明するための波形図の具体例を示す。図２に示した場合では、接触状態が非接触の場合は、出力信号値は２４００付近の値となる。なお、出力信号値は、検出信号の信号値（電圧値）と対応関係にあるが、検出信号値と同じ値とは限らない。

一方、接触状態が非接触の場合は、出力信号値は、接触状態に比べて１０００以上降下している。そのため、出力信号値が１０００以上、降下した場合は、非接触状態から接触状態に変化したことを検出することができる。また、逆に、出力信号値が１０００以上、上昇した場合は、接触状態から非接触状態に変化したことを検出することができる。

ところで、一般的に静電容量型のタッチパネルは、蛍光灯のスイッチがオフ状態（消灯）からオン状態（点灯）に切り替わることにより、電圧が変化し、検出信号の信号値が変化することが知られている。図３には、蛍光灯から５ｃｍの位置にタッチパネル１２を近づけて、当該蛍光灯のスイッチをオン状態にした場合のＡ／Ｄ変換部から出力される出力信号の波形図の具体例を示す。また、図４には、図３に示した波形に対して移動平均を求めた移動平均値の波形図の具体例を示す。

図４から解るように、蛍光灯をオン状態に切り替えた際の波形は、移動平均値を求めても、平滑化できない。また、図４に示すように、蛍光灯をオン状態に切り替えることにより、出力信号値が１０００以上辺高解像度モードしている。そのため、蛍光灯をオン状態に切り替えた際の波形がノイズとなり、タッチパネル１２では、接触状態を誤検出してしまう場合がある。

このようなノイズによる誤検出を抑制するため、本発明者は、静電容量型のタッチパネル（タッチパネル１２）に対する接触状態が接触状態の場合における出力信号の特徴を見出した。

図５には、タッチパネル１２に対する接触状態が非接触の場合の出力信号の波形図の具体例を示す。なお、図５に示した波形は、出力信号の波形であり、移動平均の波形ではない。図５に示すように、接触状態が非接触の場合は、出力信号の信号値が２７３０〜２７６０の範囲内にほぼ収まる。そのため、非接触の場合は、出力信号は、振幅の最大値と最小値との差（振幅の揺れ）が３０程度の、振幅を有する信号といえる。

一方、図６には、タッチパネル１２に対する接触状態が接触の場合の出力信号の波形図の具体例を示す。なお、図６に示した波形も、出力信号の波形であり、移動平均の波形ではない。図６に示すように、接触状態が接触の場合は、出力信号の信号値が１０００から１４００以上まで、４００以上の振幅を有することがわかる。当該振幅は、周期的に繰り返している。本発明者は、静電容量型のタッチパネル（タッチパネル１２）に対する接触状態が接触状態の場合の出力信号が、このように、非接触の場合に比べて大きな振幅を有する周期的な波形を有する信号であることを見出した。

このように、接触状態が接触状態の場合に、非接触の場合に比べて大きな振幅を有する周期的な波形を有する信号となる一因としては、振戦と呼ばれる身体の反復性のあるリズミカルな運動が考えられる。振戦は、健康状態にある人間にも、発生すると考えられている。ユーザの指等がタッチパネル１２の表面（検出電極）に接触している場合は、検出電極に対する指の接地面積が振戦により微妙に変化する。接地面積が大きくなれば、寄生容量も大きくなり、接地面積が小さくなれば、寄生容量も小さくなる。そのため、検出信号の信号値（電圧値）の振幅が大きくなり、これに伴い検出信号の信号値の振幅も大きくなる。

本実施の形態の検出部２０では、このように、接触状態が接触状態の場合に、出力信号が、大きな振幅を有する周期的な波形を有する信号に変化することに基づいて、タッチパネル１２への接触状態を検出する。すなわち、検出部２０は、出力信号の信号値の変化、及び信号値の振幅の揺れに基づいて、タッチパネル１２への接触状態を検出する。

図７には、本実施の形態の検出部２０で実行される検出処理の一例のフローチャートを示す。図８には、接触状態の変化を説明するための出力信号の波形図の具体例を示す。なお、図８は、出力信号に対して移動平均を求めた移動平均値の波形図である。また、図８には、説明の便宜上、基準信号と出力信号とを連続して記載している。

図７に示した検出処理は、例えば、表示システム１０が起動すると実行される。

ステップＳ１００で、検出部２０が、レジスタ１８を介してＡ／Ｄ変換部１６から出力信号を取得する。なお、本実施の形態の検出部２０は、定期的に出力信号を取得（サンプリング）している。

次のステップＳ１０２で、検出部２０が、出力信号の移動平均値を算出する。例えば、検出部２０は、移動平均フィルタを取得した出力信号に適用することにより、移動平均値を求める。

次のステップＳ１０４で、検出部２０が、移動平均値である出力信号と基準信号とを比較し、次のステップＳ１０６で、変化量が閾値ＴＨ１を超えているか否かを判定する。

本実施形態では、基準信号及び出力信号の安定値として、各信号の振幅の中間値（最大値と最小値との中間値、以下、「中間値」という）を基準としている。図８に示すように、検出部２０は、中間値の変化量が閾値ＴＨ１を超えているか否かを判定する。閾値ＴＨ１は、接触状態が接触から非接触に変化した場合の閾値として予め定められており、例えば、上記具体例では、１０００が適用される。

変化量＞閾値ＴＨ１の場合は、接触状態から非接触状態に変化した可能性があるため、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８では、検出部２０が、出力信号の時間変化として、振幅の最大値と最小値との差（最大値−最小値）を算出する。検出部２０は、取得した出力信号値が前に取得した最大値よりも大きい場合は、最大値を更新し、最小値よりも小さい場合は、最小値を更新することで、振幅の最大値及び最小値を検出している。本実施の形態の検出部２０は、最大値及び最小値それぞれの平均値を求めており、当該平均値を適用している。

次のステップＳ１０８では、検出部２０が、最大値と最小値との差が、閾値ＴＨ３を超えているか否かを判定する。閾値ＴＨ３は、接触状態の場合の出力信号の波形の振幅に基づいて予め定めらており、例えば、上記具体例では、４００が適用される。

差＞閾値ＴＨ３ではない場合、すなわち、差≦閾値ＴＨ３の場合は、接触状態が変化していないため、ステップＳ１００に戻り、本処理を繰り返す。

一方、差＞閾値ＴＨ３の場合は、ステップＳ１１２へ進む。ステップＳ１１２で、タッチパネル１２への接触を検出、より詳しくは、非接触から接触への接触状態の変化を検出した後、ステップＳ１２２へ進む。

一方、ステップＳ１０６で変化量＞閾値ＴＨ１ではない場合、すなわち変化量≦閾値ＴＨ１の場合は、ステップＳ１１４へ進む。

ステップＳ１１４では、変化量が閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する。図８に示すように、検出部２０は、中間値の変化量が閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する。閾値ＴＨ２は、非接触を検出するための閾値である。基準信号は、接触状態が非接触の場合の信号であるため、非接触状態の出力信号との差は小さい。本実施形態では、予め、閾値ＴＨ２を上記具体例と同様にして実験等により得ておく。図８に示すように、閾値ＴＨ２は、閾値ＴＨ１よりも小さい。

変化量≦閾値ＴＨ２ではない場合、すなわち変化量＞閾値ＴＨ２の場合は、非接触状態ではないため、例えば、接触状態を継続しているため、ステップＳ１００に戻り、本処理を繰り返す。

一方、変化量≦閾値ＴＨ２の場合は、ステップＳ１１６へ進む。ステップＳ１１６では、検出部２０が、上記ステップＳ１０８と同様に、出力信号の時間変化として、振幅の最大値と最小値との差（最大値−最小値）を算出する。

次のステップＳ１１８では、検出部２０が、最大値と最小値との差が、閾値ＴＨ４未満であるか否かを判定する。閾値ＴＨ４は、非接触状態の場合の出力信号の波形の振幅に基づいて予め定めらており、例えば、上記具体例では、３０が適用される。上述したように、閾値ＴＨ４は、閾値ＴＨ３よりも小さい。

差＜閾値ＴＨ４ではない場合、すなわち、差≧閾値ＴＨ４の場合は、非接触ではないため、ステップＳ１００に戻り、本処理を繰り返す。

一方、差＜閾値ＴＨ４の場合は、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０で、タッチパネル１２への非接触を検出した後、ステップＳ１２２へ進む。

ステップＳ１２２では、接触状態が接触か非接触かを示す検出結果を表示システム１０の検出部２０の後段の機能部に出力した後、本処理を終了する。

以上説明したように、上記各実施の形態の表示システム１０では、Ａ／Ｄ変換部１６からタッチパネル１２から出力されたアナログの出力信号をデジタルに変換した出力信号が出力される。検出部２０は、レジスタ１８を介してＡ／Ｄ変換部１６から出力された出力信号を取得する。検出部２０には、予め非接触状態のタッチパネル１２から出力された検出信号に基づいた基準信号が記憶されている。検出部２０は、基準信号と出力信号とを比較し、変化量を算出する。変化量が閾値ＴＨ１よりも大きい場合は、出力信号の振幅の最大値と最小値との差が閾値ＴＨ３を超えているか否かを判定する。閾値ＴＨ３を超えている場合は、タッチパネル１２の接触状態が接触であることを検出する。一方、検出部２０は、変化量が閾値ＴＨ２以下である場合は、出力信号の振幅の最大値と最小値との差が閾値ＴＨ４未満であるか否かを判定する。閾値ＴＨ４未満である場合は、タッチパネル１２の接触状態が非接触であることを検出する。

すなわち、本実施の形態の表示システム１０の検出部２０は、出力信号の基準信号からの変化量が大きく、かつ、出力信号の振幅の揺れが大きい場合は、タッチパネル１２の接触状態が接触であることを検出する。また、本実施の形態の表示システム１０の検出部２０は、出力信号の基準信号からの変化量が小さく、かつ、出力信号の振幅の揺れが小さい場合は、タッチパネル１２の接触状態が非接触であることを検出する。

図９には、タッチパネル１２の接触状態が非接触である場合に、上述したような外乱ノイズが発生した場合の出力信号の波形図の具体例を示す。なお、図９は、図８と同様に、出力信号に対して移動平均を求めた移動平均値の波形図である。また、図８と同様に、説明の便宜上、基準信号と出力信号とを連続して記載している。

図９に示したように、外乱ノイズが発生すると、出力信号の基準信号からの変化量が閾値を超える場合がある。しかしながら、出力信号の振幅の揺れは、閾値ＴＨ４未満であり、閾値ＴＨ３を超えることがない。そのため、検出部２０では、タッチパネル１２の接触状態が接触であることを検出しない。従って、本実施の形態の検出部２０では、接触状態の誤検出が抑制される。

このように本実施の形態の表示システム１０の検出部２０では、出力信号の基準信号からの変化量と振幅の揺れとに基づいてタッチパネル１２の接触状態を検出する。そのため、ノイズにより検出信号が変化した場合でも、タッチパネル１２に対する接触状態を精度良く検出することができる。

なお、本実施形態の検出部２０では、ＲＡＭ２６に基準信号を予め記憶させているが、これに限らず、例えば、波形を有する信号ではなく、基準信号の中間値を記憶させておいてもよい。

また、本実施の形態の検出部２０では、基準信号及び出力信号の中間値を比較することにより変化量を算出していたがこれに限らず、例えば、最大値同士、または、最小値同士を比較してもよい。

また、本実施の形態では、出力信号の時間変化として振幅の最大値と最小値との差に基づいてタッチパネル１２への接触状態を検出しているが、当該時間変化は、これに限らない。時間変化としては、例えば、最大値または最小値の周期性（間隔）等であってもよい。

また、本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換部１６から出力された出力信号を平滑化するために、移動平均フィルタにより、移動平均を求めているが、その他の方法により、平滑化してもよい。

また、その他の上記各実施の形態で説明した表示システム１０、タッチパネル１２、ディスプレイ１４、及び検出部２０等の構成、動作は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。

１０ 表示システム
１２ タッチパネル
１４ ディスプレイ
１６ Ａ／Ｄ変換部
２０ 検出部

Claims (11)

1. 静電容量型のタッチパネルから出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得し、前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値を越えた場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出する検出部を備え、
   前記時間変化は、前記出力信号の振幅の最大値と最小値との差であり、
   前記検出部は、当該差が第３閾値を越えた場合に、前記タッチパネルへの接触状態が接触であると検出する、
   半導体装置。
2. 前記検出部は、前記出力信号の前記基準信号からの変化量が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下の場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出する、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記検出部は、当該差が第４閾値未満の場合に、前記タッチパネルへの接触状態が非接触であることを検出する、
   請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記検出部は、当該差が前記第３閾値より小さい第４閾値未満の場合に、前記タッチパネルへの接触状態が非接触であることを検出する、
   請求項２に記載の半導体装置。
5. 静電容量型のタッチパネルから出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得し、前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値以下である場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出する検出部を備え、
   前記時間変化は、前記出力信号の振幅の最大値と最小値との差であり、
   前記検出部は、当該差が第４閾値未満の場合に、前記タッチパネルへの接触状態が非接触であることを検出する、
   半導体装置。
6. 前記検出部は、前記出力信号の前記基準信号からの変化量が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下の場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出する、
   請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記検出部は、前記アナログデジタル変換部から取得した前記出力信号の移動平均と前記基準信号とを比較する、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記基準信号は、前記タッチパネルに非接触の状態で予め取得した信号である、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 画像信号に基づいて画像を表示する表示部と、
   静電容量型のタッチパネルと、
   前記タッチパネルから出力された検出信号をデジタル信号に変換した出力信号を出力するアナログデジタル変換部と、
   前記アナログデジタル変換部から出力された出力信号を取得して、前記タッチパネルに対する接触状態を検出する前記請求項１から前記請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置と、
   を備えた表示システム。
10. 検出部により、静電容量型のタッチパネルから出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得するステップと、
    前記検出部により、前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値を越えた場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出するステップと、
    を備え、
    前記時間変化は、前記出力信号の振幅の最大値と最小値との差であり、
    前記検出するステップは、当該差が第３閾値を越えた場合に、前記タッチパネルへの接触状態が接触であると検出する、
    検出方法。
11. コンピュータに、
    静電容量型のタッチパネルの接触検出用の電極から出力された検出信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部から出力された振幅を有する出力信号を取得し、
    前記出力信号と基準信号とを比較して前記出力信号の前記基準信号からの変化量が第１閾値を越えた場合に、前記出力信号の時間変化に基づいて、前記タッチパネルへの接触状態が接触であるか否かを検出し、
    前記時間変化は、前記出力信号の振幅の最大値と最小値との差であり、
    前記検出において、当該差が第３閾値を越えた場合に、前記タッチパネルへの接触状態が接触であると検出する、
    ことを含む処理を実行させる検出プログラム。