JPWO2018159460A1 - 入力装置とその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記キャパシタの位置が隣接する2つの前記駆動電極の一方に前記第1交流電圧より大きい振幅を持った前記第2交流電圧を印加し、当該2つの駆動電極の他方に前記第1交流電圧より小さい振幅を持った前記第2交流電圧を印加してよい。
また、前記一部の駆動電極と前記他の一部の駆動電極とにおいて、相互容量の変化に応じた電荷の変化の極性が逆になっているため、両者の電荷の変化が打ち消し合い、前記検出電極へ供給される全体の電荷が小さくなる。そのため、前記検出信号のオフセット成分が小さくなる。
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、本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、指やペンなどの物体が近接することで静電容量が変化するセンサ部10と、センサ部10の静電容量の変化を検出する静電容量検出部20と、処理部30とを有する。本実施形態に係る入力装置は、センサ部10の検出領域ARに対する物体の位置の変化による静電容量の変化を静電容量検出部20において検出し、検出した静電容量の変化に応じた情報を入力する装置である。例えば入力装置は、タッチパッドやタッチパネルなどのユーザインターフェース装置である。検出領域ARの表面には、操作者によって操作される操作面が設けられている。
センサ部10は、検出領域ARの複数の検出位置において、指やペンなどの物体が近接することによる静電容量の変化を生じるように構成される。例えばセンサ部10は、検出領域ARに配置された複数の検出電極(Y1〜Y4)及び複数の駆動電極(X1〜X5)と、検出電極(Y1〜Y4)に隣接して配置されたシールド電極ASを有する。図1の例において、各検出電極(Y1〜Y4)は横方向に延びており、各駆動電極(X1〜X5)は縦方向に延びている。複数の検出電極(Y1〜Y4)は縦方向へ平行に配列され、複数の駆動電極(X1〜X5)は横方向へ平行に配列される。複数の検出電極(Y1〜Y4)と複数の駆動電極(X1〜X5)とが格子状に交差して配置されており、その交差点の付近において検出電極と駆動電極の間にキャパシタが形成される。図1の例では、検出領域ARに対する物体の位置の変化に応じた静電容量の変化を生じ易くするため、検出電極及び駆動電極の交差点の近くには、ひし形状に膨らんだ部分が設けられている。検出電極(Y1〜Y4)と駆動電極(X1〜X5)は、それぞれ配線を介して静電容量検出部20に接続される。
図2の例において、センサ部10は7つの層(L1〜L7)を有しており、白塗りの部分は絶縁体を表す。物体の接触を考慮して、検出領域ARの操作面となる最上層L1は絶縁体で覆われる。駆動電極X3、検出電極Y4及びシールド電極ASは、この順番で上層から下層に向かって配置される。駆動電極X3、検出電極Y4及びシールド電極ASの層間には、各電極が電気的に独立の電位を取り得るように、絶縁体の層が設けられている。なお、図1の例において、駆動電極X3は検出電極Y4より上層(検出領域ARの操作面に近い側)に配置されているが、逆の配置でもよい。また、図1の例では、検出領域ARの全体において駆動電極(X1〜X5)が検出電極(Y1〜Y4)より上層に配置されているが、これらの電極の上下関係は部分的に入れ替わってもよい。いずれの場合においても、シールド電極ASは検出電極(Y1〜Y4)及び駆動電極(X1〜X5)より下層(検出領域ARの操作面から離れた側)に配置される。
静電容量検出部20は、シールド電極ASに第1交流電圧V1を印加する電圧発生部25と、複数の駆動電極Xの各々に第2交流電圧V2を印加する駆動部24と、検出電極Yに接続される電荷検出部22と、アナログ−デジタル変換器23と、制御部21を有する。
処理部30は、静電容量検出部20の検出結果(デジタル信号D)に基づいて、各振幅パターンにおいて電荷検出部22から検出電極Yに供給される電荷に応じた検出値SDを取得する。例えば処理部30は、振幅パターンごとに静電容量検出部20から出力される交流のデジタル信号Dと第1交流電圧V1に同期した交流の基準信号とを乗算し、その乗算結果の信号に含まれる高周波成分をローパスフィルタによって減衰させることにより、デジタル信号Dの振幅に応じた検出値SDを取得する。処理部30は、振幅パターンごとに得られる検出値SDに基づいて、例えば物体が近接した位置の座標や、物体の大きさ(接触範囲)などを算出する。処理部30は、例えば、ソフトウェアに基づいて処理を実行するコンピュータを含む。処理部30の処理は、全てコンピュータとソフトウェアによって実行してもよいし、少なくとも一部を専用のハードウェアによって実行してもよい。
ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る入力装置の動作を説明する。
… (2)
この場合も、検出電極Y1上に指が近接することによって、その場所における相互容量が減少する。ただし、図8の場合と異なり、駆動電極X1とは別の駆動電極X2に指が近接するため、駆動電極X2〜Xnと検出電極Y1との間に形成される相互容量CMrxyは、図8の場合における相互容量Crxyに比べて「Cp」だけ小さくなる(CMrxy=Crxy−Cp)。駆動電極X1、X2〜Xn及びシールド電極ASに図示するような振幅を持つ矩形波の交流電圧を印加する場合、矢印で示す1つのエッジのタイミングにおいて電荷検出部22から検出電極Y1へ流入する正の電荷を「Qy1’’」とすると、この電荷Qy1’’は次の式で表される。
次に、特許文献2の方式との比較について述べる。仮に、特許文献2と同様の方式で各駆動電極Xに印加する交流電圧を発生させたとすると、1つの駆動電極Xに印加する交流電圧は検出電極Yの交流電圧と同相かつ同振幅(振幅VD)であり、残りの駆動電極Xに印加する交流電圧は検出電極Yの交流電圧と逆相かつ同振幅(振幅VD)である。この場合、指が近接していない状態でも定常的に検出電極Yへ供給される電荷の絶対値Qoff1は、次の式で表される。
自己容量Cfs、相互容量Cx1y1、及び、相互容量の変化分Cpについて、それぞれ実測定に基づいた値を以下のように設定する。
Cfs=200[fF]、 Cx1y1=400[fF]、 Cp=50[fF]
Qy1’=VD×(25[fF]) … (9)
Qy1’’=0 … (10)
Qy1’=−VD×(150[fF]) … (13)
Qy1’’=−VD×(200[fF]) … (14)
図6、図11の例では、1つの駆動電極Xに第1交流電圧V1よりも大きな振幅VHを持つ第2交流電圧V2を印加し、残りの駆動電極Xに第1交流電圧V1と同じ振幅VDを持つ第2交流電圧V2を印加していたが、振幅VHの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xは2本以上でもよい。図12は、複数の駆動電極Xに振幅VHの第2交流電圧V2を印加する例を示す図である。例えば、振幅VHの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xの数と、振幅VDの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xの数とは等しくしてもよい。各振幅パターンにおいて、振幅VHの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xと振幅VDの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xとの境界は、1か所若しくは2か所に設定される。この場合においても、振幅VHの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xと振幅VDの第2交流電圧V2を印加する駆動電極Xとの境界が1つずつずれた振幅パターンの系列を用いて振幅パターンの切り替えを行うことにより、指の近接位置を特定することが可能である。
本実施形態に係る入力装置によれば、検出電極Yには電荷検出部22から周期的に電荷が供給されることにより第1交流電圧V1が生じる。また検出電極Yとの間にそれぞれキャパシタCxyが形成される複数の駆動電極Xの各々には、駆動部24により、周波数及び位相が第1交流電圧V1と等しい第2交流電圧V2が印加される。複数の駆動電極Xの各々に印加される第2交流電圧V2の振幅の組み合わせである振幅パターンは、予め定められた振幅パターンの系列に基づいて順に切り替えられる。検出電極Yに指等の物体が近接すると、検出電極Yと物体との間にキャパシタCfsが形成される。検出電極Yと物体との近接の度合いに応じてキャパシタCfsの静電容量(自己容量)が変化すると、電荷検出部22から検出電極Yへ供給される電荷量が変化し、これに応じて検出信号Sが変化する。すなわち、検出信号Sには、検出電極Yと物体との間の自己容量に関わる成分が含まれる。この自己容量に関わる成分に基づいて、検出電極Yに対する物体の近接の有無や近接度合いを検出することが可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る入力装置は、第1の実施形態に係る入力装置(図1〜図4)と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部21によって設定される第2交流電圧V2の振幅パターンにある。
…(16)
−(VL−VD)・Cx2y1+VD・Cfs …(17)
−(VL−VD)・Cx2y1+VD・Cfs …(18)
−(VL−VD)・(Cx2y1−Cp)+VD・Cfs … (19)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る入力装置も、第1の実施形態に係る入力装置(図1〜図4)と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部21によって設定される第2交流電圧V2の振幅パターンにある。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態に係る入力装置も、第1の実施形態に係る入力装置(図1〜図4)と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部21によって設定される第2交流電圧V2の振幅パターンにある。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。第5の実施形態に係る入力装置も、第1の実施形態に係る入力装置(図1〜図4)と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部21によって設定される第2交流電圧V2の振幅パターンと、処理部30(図1)の動作にある。
… (22)
Claims (12)
- 検出領域に対する物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
前記検出領域に配置された検出電極と、
前記検出領域に配置され、前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記検出電極において第1交流電圧が生じるように前記検出電極へ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号を出力する電荷検出部と、
周波数及び位相が前記第1交流電圧と等しい第2交流電圧を前記複数の駆動電極の各々に印加し、前記第2交流電圧の振幅を前記駆動電極ごとに変更可能な駆動部と、
前記駆動部が前記複数の駆動電極の各々に印加する前記第2交流電圧の振幅の組み合わせである振幅パターンを切り替える制御部とを有し、
前記制御部は、
予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて前記振幅パターンの切り替えを行い、
前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、1つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極に同一の振幅を持った前記第2交流電圧を印加し、前記1つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第2交流電圧を印加する、
入力装置。 - 前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記第1交流電圧と同じ振幅を持った前記第2交流電圧を前記残りの駆動電極に印加する、
請求項1に記載の入力装置。 - 前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記第1交流電圧より大きい振幅を持った前記第2交流電圧を前記1つの駆動電極又は前記一群の駆動電極に印加する、
請求項2に記載の入力装置。 - 前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記一群の駆動電極に含まれる一部の前記駆動電極に前記第1交流電圧より大きい振幅を持った前記第2交流電圧を印加し、前記一群の駆動電極に含まれる他の一部の前記駆動電極に前記第1交流電圧より小さい振幅を持った前記第2交流電圧を印加する、
請求項2に記載の入力装置。 - 前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記キャパシタの位置が隣接する2つの前記駆動電極の一方に前記第1交流電圧より大きい振幅を持った前記第2交流電圧を印加し、当該2つの駆動電極の他方に前記第1交流電圧より小さい振幅を持った前記第2交流電圧を印加する、
請求項4に記載の入力装置。 - 前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記一群の駆動電極の数と前記残りの駆動電極の数とを一致させ、前記一群の駆動電極に印加する前記第2交流電圧の振幅を前記第1交流電圧の振幅より大きくし、前記残りの駆動電極に印加する前記第2交流電圧の振幅を前記第1交流電圧の振幅より小さくする、
請求項1に記載の入力装置。 - 前記系列を構成する各々の前記振幅パターンは、第1振幅パターン又は第2振幅パターンのいずれかであり、
前記制御部は、
前記第1振幅パターンにおいて、第1振幅を持った前記第2交流電圧を前記1つの駆動電極に印加するとともに、第3振幅を持った前記第2交流電圧を前記残りの駆動電極に印加し、
前記第2振幅パターンにおいて、前記第1振幅より小さい第2振幅を持った前記第2交流電圧を前記1つの駆動電極に印加するとともに、前記第3振幅を持った前記第2交流電圧を前記残りの駆動電極に印加し、
前記第1振幅パターンにおいて前記1つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタと、前記第2振幅パターンにおいて前記1つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタとが、前記検出領域において交互に並んでいる、
請求項1又は2に記載の入力装置。 - 前記検出電極に隣接して配置されたシールド電極と、
前記第1交流電圧を発生して前記シールド電極に印加する電圧発生部とを有する、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記電荷検出部は、前記検出電極の電圧と前記シールド電極の電圧とが等しくなるように前記検出電極へ電荷を供給し、供給した電荷に応じた前記検出信号を出力する、
請求項8に記載の入力装置。 - 複数の前記検出電極を有する、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記検出領域の表面は、操作者によって操作される操作面を含む、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の入力装置。 - 検出領域に対する物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置の制御方法であって、
前記入力装置は、
前記検出領域に配置された検出電極と、
前記検出領域に配置され、前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記検出電極において第1交流電圧が生じるように前記検出電極へ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号を出力する電荷検出部と、
周波数及び位相が前記第1交流電圧と等しい第2交流電圧を前記複数の駆動電極の各々に印加し、前記第2交流電圧の振幅を前記駆動電極ごとに変更可能な駆動部とを有し、
前記制御方法は、
前記駆動部が前記複数の駆動電極の各々に印加する前記第2交流電圧の振幅の組み合わせである振幅パターンを、予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて切り替えることと、
前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、1つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極に同一の振幅を持った前記第2交流電圧を印加し、前記1つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第2交流電圧を印加することとを有する、
入力装置の制御方法。
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