JPWO2019044492A1 - 入力装置 - Google Patents
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Abstract
静電容量検出部12は、1つの電極ERに蓄積される電荷を、当該1つの電極ERに設けられた複数の端子Tから同時に入力し、この同時入力により、1つの区画Aに重なる1つの電極ERの重なり部分と物体との間に蓄積される部分電荷が、当該重なり部分から複数の端子Tの各々までのコンダクタンスに応じて、当該複数の端子Tの各々に分配電荷として分配される。静電容量検出部12は、N個の端子Tの各々について、分配電荷に応じた検出データSを生成する。要素データ構成部22は、M個の区画Aに対応するM個の要素データPを、N個の検出データSに基づいて構成する。
Description
本発明は、コンピュータやスマートフォン等の情報機器において情報の入力に用いられる入力装置に係り、例えば、指やペンなどの物体が操作面に近接した領域を特定し、その特定した領域に基づいて情報を入力する入力装置に関するものである。
静電容量の変化により指の接触位置を特定して情報を入力するタッチパッドやタッチパネルなどの入力装置では、同時に複数の接触位置を検出可能なイメージセンシング方式が一般的となっている。
また、静電容量の変化を検出する方式として、2つの電極間における静電容量の変化を検出する相互容量方式と、電極−グランド間の静電容量を検出する自己容量方式がある。操作面から離れた位置にある指の操作を検出するホバリング機能などを実現する場合には、静電容量の検出感度が高い自己容量方式のセンサが有利である。
しかしながら、一般的な自己容量方式のセンサでは1つの電極で1つの場所の静電容量を検出するため、これをイメージセンシング方式に適用した場合、解像度が高くなるにつれて電極数が非常に多くなってしまう。この問題に対して、下記の特許文献1では、操作面上に設定された複数の区画の各々における静電容量のデータ(要素データ)を、この区画よりも少ない数の電極で検出される静電容量のデータ(検出データ)に基づいて構成する入力装置が開示されている。n個の検出データからm個(m>n)の要素データを構成するために、データ構成処理が繰り返し実行される。各データ構成処理では、仮の要素データから仮の検出データが算出され、仮の検出データと実際の検出データとの比較に基づいて仮の要素データが修正される。
上記の特許文献1に記載される入力装置では、m個の区画の各々における電極の面積比に関する情報を用いて、上述したデータ構成処理が行われる。データ構成処理において電極の抵抗は考慮されていない(抵抗はゼロと見なされている)ため、電極の抵抗はできるだけ小さいことが望ましい。
一方、上述したデータ構成処理において要素データの算出精度を高めるには、各区画から得られる静電容量の情報量を多くすることが望ましい。そのためには、個々の区画において重なり部分を持つ電極の数を多くする必要があり、基板上における電極の配線の密度が高くなる。
プリント基板において高密度かつ低抵抗の配線を実現する場合、最も単純には、配線層の層数を増やして各層の配線をビヤで接続すればよい。しかしながら、配線層の層数が多くなると、プリント基板のコストが高くなる。また、ビヤによるスルーホールが多くなると、プリント基板の裏面に部品を配置させ難くなる。スルーホールを持たないIVH(Interstitial Via Hole)などのビヤを用いると、プリント基板のコストが更に高くなる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、静電容量の検出を行うための電極が比較的大きい抵抗を持つ場合において、操作面上の複数の区画における静電容量を示す要素データを、この区画数よりも少ない数の検出データから精度よく構成できる入力装置を提供することにある。
本発明の一つの側面に係る入力装置は、操作面への物体の近接に応じた情報を入力する入力装置に関するものである。この入力装置は、それぞれ複数の端子を持ち、全体としてN個の前記端子を持つ複数の電極と、前記操作面に近接する物体と前記電極との間に蓄積される電荷を前記N個の端子からそれぞれ入力し、当該入力した電荷に基づいて、前記物体と前記電極との間の静電容量に応じた検出データを前記N個の端子の各々について生成する静電容量検出部と、前記操作面を仮想的に区分するM個(MはNより大きい自然数を示す。)の区画の各々における前記物体の近接度合いを示すM個の要素データを、前記N個の検出データに基づいて構成する要素データ構成部とを有する。前記M個の区画の各々は、1以上の前記電極と重なっており、前記静電容量検出部は、1つの前記電極に蓄積される前記電荷を、当該1つの電極に設けられた複数の前記端子から同時に入力し、前記同時入力により、1つの前記区画に重なる1つの前記電極の重なり部分と前記物体との間に蓄積される部分電荷が、当該重なり部分から複数の前記端子の各々までのコンダクタンスに応じて、当該複数の端子の各々に分配電荷として分配される。前記静電容量検出部は、前記N個の端子の各々について、前記分配電荷に応じた前記検出データを生成する。
上記入力装置では、1つの前記電極に複数の前記端子が設けられており、全体としてN個の前記端子が設けられている。また、前記操作面を仮想的に区分する前記M個の区画の各々が、1以上の前記電極と重なっている。前記静電容量検出部では、1つの前記電極に蓄積される前記電荷が、当該1つの電極に設けられた複数の前記端子から同時に入力される。この同時入力により、1つの前記区画に重なる1つの前記電極の重なり部分と前記物体との間に蓄積される部分電荷が、当該重なり部分から複数の前記端子の各々までのコンダクタンスに応じて、当該複数の端子の各々に分配電荷として分配される。前記静電容量検出部では、前記N個の端子の各々について、前記分配電荷に応じた前記検出データが生成される。前記要素データ構成部では、前記M個の区画の各々における前記物体の近接度合いを示す前記M個の要素データが、前記N個の検出データに基づいて構成される。従って、前記電極が比較的大きい抵抗を持つ場合でも、各区画についての前記要素データが精度よく構成される。
また、上記入力装置では、前記電極の数が前記検出データの数より少なくなり、前記電極の配線の密度が抑制されるため、構成が簡易になる。
更に、上記入力装置において、前記複数の電極における少なくとも一部の電極は、1つの前記区画の内側に設けられ、第1導電材料により形成された第1部分電極と、隣接する2つの前記区画に属した2つの前記第1部分電極の間に設けられ、前記第1導電材料より導電率が小さい第2導電材料により形成された第2部分電極とを含む。
この構成によれば、導電率が大きい前記第1導電材料により形成された前記第1部分電極と、導電率が小さい前記第2導電材料により形成された前記第2部分電極とを組み合わせて前記電極が形成されるため、使用される前記第1導電材料及び前記第2導電材料の種類が限られている場合でも、所望の導電率を持った前記電極を形成し易くなる。
また、1つの前記区画の内側に前記第1部分電極が設けられ、隣接する2つの前記区画に属した2つの前記第1部分電極の間に前記第2部分電極が設けられている。これにより、導電率の低い前記第2部分電極が前記区画の内側で孤立しておらず、前記区画の内側で電荷の流れを妨げるように前記電極を分断しない。そのため、前記区画内における前記物体の近接位置に応じた前記分配電荷のバラツキが抑制され易くなる。
好適に、上記入力装置は、前記複数の電極が設けられた基板を有してよい。前記基板上には、2つの前記電極が交差した少なくとも1つの交差部が形成されてよい。前記交差部において、一方の前記電極より前記基板から近い場所に位置する他方の前記電極に前記第1部分電極が設けられていてよい。
この構成によれば、前記交差部の他方の前記電極に設けられた前記第1部分電極は、銅箔などの導電率の高い金属箔で前記基板の表面に形成することが可能であり、前記交差部の厚みが抑制され易くなる。
好適に、前記一方の電極は、前記第2導電材料により形成されてよい。これにより、前記一方の電極の構成が簡易になる。
この場合、前記区画は矩形の形状を持ってよく、前記M個の区画が行列状に配列されてよい。前記複数の電極は、前記区画の行列状の配列に対して行方向へ渡る複数の行方向電極と、前記区画の行列状の配列に対して列方向へ渡る複数の列方向電極とを含んでよい。前記列方向電極は、前記第1部分電極及び前記第2部分電極を含んでよい。前記行方向電極は、前記交差部において前記一方の電極であってよい。
この場合、前記区画は矩形の形状を持ってよく、前記M個の区画が行列状に配列されてよい。前記複数の電極は、前記区画の行列状の配列に対して行方向へ渡る複数の行方向電極と、前記区画の行列状の配列に対して列方向へ渡る複数の列方向電極とを含んでよい。前記列方向電極は、前記第1部分電極及び前記第2部分電極を含んでよい。前記行方向電極は、前記交差部において前記一方の電極であってよい。
好適に、前記一方の電極の前記交差部に前記第2部分電極が設けられてよい。これにより、前記一方の電極が前記第1部分電極と前記第2部分電極との組み合わせによって形成されるため、前記一方の電極に所望の導電率を持たせ易くなる。
この場合、前記区画は矩形の形状を持ってよく、前記M個の区画が行列状に配列されてよい。前記複数の電極は、前記区画の行列状の配列に対して行方向へ渡る複数の行方向電極と、前記区画の行列状の配列に対して列方向へ渡る複数の列方向電極とを含んでよい。前記行方向電極及び前記列方向電極は、それぞれ前記第1部分電極及び前記第2部分電極を含んでよい。前記行方向電極は、前記交差部において前記一方の電極であってよい。前記列方向電極は、前記交差部において前記他方の電極であってよい。
この場合、前記区画は矩形の形状を持ってよく、前記M個の区画が行列状に配列されてよい。前記複数の電極は、前記区画の行列状の配列に対して行方向へ渡る複数の行方向電極と、前記区画の行列状の配列に対して列方向へ渡る複数の列方向電極とを含んでよい。前記行方向電極及び前記列方向電極は、それぞれ前記第1部分電極及び前記第2部分電極を含んでよい。前記行方向電極は、前記交差部において前記一方の電極であってよい。前記列方向電極は、前記交差部において前記他方の電極であってよい。
好適に、前記M個の要素データの各々が、前記N個の検出データの各々へ所定の割合で分配される部分要素データの和であってよい。前記N個の検出データの各々が、前記M個の要素データの各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和に近似してよい。前記要素データ構成部は、前記M個の要素データの仮定値の各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和として、前記N個の検出データの仮定値をそれぞれ算出し、当該算出したN個の検出データの仮定値が前記N個の検出データへ近づくように、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記M個の要素データの仮定値を修正するデータ構成処理を複数回繰り返してよい。1つの前記部分要素データが、前記同時入力により1つの前記端子へ分配される前記分配電荷に近似してよい。1つの前記要素データが、1つの前記区画における全ての前記電極の重なり部分に蓄積される全ての前記部分電荷を合成した合成電荷に近似してよい。
この構成によれば、前記M個の要素データの各々が、前記N個の検出データの各々へ所定の割合で分配される部分要素データの和であり、前記N個の検出データの各々が、前記M個の要素データの各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和に近似する。すなわち、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合によって、前記M個の要素データから前記N個の検出データへの変換が規定される。
前記データ構成処理では、前記M個の要素データの仮定値の各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和として、前記N個の検出データの仮定値がそれぞれ算出される。また、当該算出されたN個の検出データの仮定値が前記N個の検出データへ近づくように、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記M個の要素データの仮定値が修正される。このデータ構成処理を繰り返すことにより、前記N個の検出データに適合した前記要素データの収束値が得られる。
前記データ構成処理では、前記M個の要素データの仮定値の各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和として、前記N個の検出データの仮定値がそれぞれ算出される。また、当該算出されたN個の検出データの仮定値が前記N個の検出データへ近づくように、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記M個の要素データの仮定値が修正される。このデータ構成処理を繰り返すことにより、前記N個の検出データに適合した前記要素データの収束値が得られる。
好適に、1つの前記所定の割合が、1つの前記区画に重なる1つの前記電極の重なり部分と、当該1つの区画に重なる全ての前記電極の重なり部分との面積比、及び、当該1つの電極における1つの前記端子から当該重なり部分までのコンダクタンスと、当該1つの電極における全ての前記端子から当該重なり部分までのコンダクタンスとの比に応じた値を持ってよい。
好適に、前記データ構成処理は、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記M個の要素データの仮定値を前記N個の検出データの仮定値に変換する第1処理と、前記N個の検出データの仮定値が前記N個の検出データと等しくなるために前記N個の検出データの仮定値に乗じるべき倍率を示すN個の第1係数を算出する第2処理と、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記N個の第1係数を、前記M個の要素データに乗じるべき倍率を示すM個の第2係数に変換する第3処理と、前記M個の要素データの仮定値を、前記M個の第2係数に基づいて修正する第4処理とを含んでよい。
好適に、前記要素データ構成部は、前記第1処理において、1つの前記要素データから1つの前記検出データへ分配される1つの前記部分要素データに関する前記所定の割合を1つの成分とし、前記M個の要素データ及び前記N個の検出データに対応したM×N個の成分からなる第1変換行列に基づいて、前記M個の要素データの仮定値を成分とする行列を、前記N個の検出データの仮定値を成分とする行列に変換してよい。
好適に、前記要素データ構成部は、前記第3処理において、1つの前記要素データから1つの前記検出データへ分配される1つの前記部分要素データに関する前記所定の割合を1つの成分とし、前記M個の要素データ及び前記N個の検出データに対応したM×N個の成分からなる第2変換行列に基づいて、前記N個の第1係数を成分とする行列を、前記M個の第2係数を成分とする行列に変換してよい。
本発明によれば、静電容量の検出を行うための電極が比較的大きい抵抗を持つ場合において、操作面上の複数の区画における静電容量を示す要素データを、この区画数よりも少ない数の検出データから精度よく構成できる。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第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、センサが設けられた操作面に指やペンなどの物体を近接させることによって、その近接の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」は、近くにあることを意味しており、接触の有無を限定しない。
図1は、本発明の第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、センサが設けられた操作面に指やペンなどの物体を近接させることによって、その近接の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」は、近くにあることを意味しており、接触の有無を限定しない。
[センサ部10]
センサ部10は、操作面11上の複数の検出領域において物体(指やペンなど)の近接の度合いをそれぞれ検出し、全体としてN個の検出データS1〜SNを生成する。センサ部10は、検出領域ごとに1以上の検出データSiを生成する。なお、「i」は1からNまでの整数を示す。以下の説明では、N個の検出データS1〜SNの各々を区別せずに「検出データS」と記す場合がある。
センサ部10は、操作面11上の複数の検出領域において物体(指やペンなど)の近接の度合いをそれぞれ検出し、全体としてN個の検出データS1〜SNを生成する。センサ部10は、検出領域ごとに1以上の検出データSiを生成する。なお、「i」は1からNまでの整数を示す。以下の説明では、N個の検出データS1〜SNの各々を区別せずに「検出データS」と記す場合がある。
センサ部10は、図1の例において、J個の検出領域に設けられたJ個の電極ER1〜ERJを有する。以下の説明では、J個の電極ER1〜ERJの各々を区別せずに「電極ER」と記す場合がある。電極ERはそれぞれ複数の端子Tを持ち、J個の電極ERが全体としてN個の端子Tを持つ。図1の例において、各電極ERは2つの端子Tを持つため、電極ERの数Jは端子Tの数Nの半分である。なお、本発実施形態の他の例では、3以上の端子Tを持つ電極ERがあってもよい。
センサ部10の操作面11は、図2Aにおいて示すように、複数の区画Aによって仮想的に区分される。図2Aの例では、複数の区画Aが格子状に区切られている。また、複数の区画Aの各々は、複数の電極ERと重なっている。図2Bの例では、1つの区画Aが4つの電極ERと重なっている。従って、センサ部10は、複数の区画Aの各々について、物体の近接の度合いを示す複数の検出データSを生成する。以下では、区画Aの数をNより多いM個(M>N)とする。また、区画Aの各々を区別して「区画Aj」と記す場合がある。「j」は1からMまでの整数を示す。
本実施形態に係る入力装置は、センサ部10において得られたN個の検出データS1〜SNに基づいて、M個の区画A1〜AMの各々における物体の近接度合いを示すM個の要素データP1〜PMを構成する。
センサ部10は、図1の例において、静電容量検出部12を含む。静電容量検出部12は、操作面11上の電極ER1〜ERJに物体(指やペンなど)が近接することによる静電容量の変化を検出する。静電容量検出部12は、操作面11に近接する物体と電極ERとの間に蓄積される電荷をN個の端子Tからそれぞれ入力し、この入力した電荷に基づいて、物体と電極ERとの間の静電容量に応じた検出データSをN個の端子Tの各々について生成する。
また、静電容量検出部12は、1つの電極ERに蓄積される電荷を入力する場合、この1つの電極ERに設けられた複数の端子Tから同時に電荷を入力する。これにより、電極ER上に蓄積される電荷は、複数の端子Tへ分配されることになる。このとき、電荷の分配の比率は、電極ER上で電荷が蓄積される場所から端子Tまでのコンダクタンス(抵抗値の逆数)に比例することが予想される。すなわち、コンダクタンスが大きい端子Tへより多くの電荷が分配される。
図3は、1つの区画Ajに重なる1つの電極ERkの重なり部分ERkjと物体1との間に部分電荷QPkjが蓄積された状態を示す図である。図4は、この部分電荷QPkjが電極ERkの2つの端子Tk(1)、Tk(2)へ分配される状態を示す図である。なお、「k」は1からJまでの整数を示す。また「k(1)」及び「k(2)」は、それぞれ整数kに関連付けられた1からNまでの整数を示す。
図3及び図4において、「Gk(1)j」は、重なり部分ERkjから端子Tk(1)までのコンダクタンスを示し、「Gk(2)j」は、重なり部分ERkjから端子Tk(2)までのコンダクタンスを示す。また、「CERkj」は、重なり部分ERkjと物体1との間の静電容量を示す。
図4において、「QDk(1)j」は、部分電荷QPkjのうち端子Tk(1)へ分配される分配電荷を示す。また「QDk(2)j」は、部分電荷QPkjのうち端子Tk(2)へ分配される分配電荷を示す。
静電容量検出部12は、2つの端子Tk(1)、Tk(2)から同時に電荷を入力する2つのチャージアンプ12−k(1)、12−k(2)を有する。チャージアンプ12−k(1)、12−k(2)は、オペアンプOPとキャパシタCfとスイッチSW1,SW2をそれぞれ含む。キャパシタCfとスイッチSW1は、オペアンプOPの出力と反転入力端子との間に並列に接続される。スイッチSW2は、オペアンプの非反転入力端子にグランド電位又は駆動電圧Vを選択的に入力する。オペアンプOPの反転入力端子は、電極ERkjの対応する端子Tに接続される。
図3の状態において、チャージアンプ12−k(1)、12−k(2)のスイッチSW1がそれぞれオンし、スイッチSW2がそれぞれ駆動電圧Vをオペアンプの非反転入力端子に入力する。これにより、2つの端子Tk(1)、Tk(2)には駆動電圧Vが印加され、重なり部分ERkjと物体1との間には部分電荷QPkjが蓄積される。
図4の状態において、チャージアンプ12−k(1)、12−k(2)のスイッチSW1がそれぞれ同時にオフし、スイッチSW2がそれぞれ同時にグランド電位をオペアンプの非反転入力端子に入力する。これにより、2つの端子Tk(1)、Tk(2)がグランド電位となるように、チャージアンプ12−k(1)、12−k(2)へ電荷が転送される。この電荷の転送は、ほぼ同時に開始される。
部分電荷QPkjは、端子Tk(1)へ分配される分配電荷QDk(1)jと、端子Tk(2)へ分配される分配電荷QDk(2)jとの和であり、次の式が成立する。
分配電荷QDk(1)j及びQDk(2)jは、重なり部分ERkjから2つの端子Tk(1),Tk(2)までのコンダクタンスGk(1)j,Gk(2)jに比例する。コンダクタンス比を示す係数を「KGk(1)j」,「KGk(2)j」とすると、分配電荷QDk(1)j及びQDk(2)jはそれぞれ次の式で表される。
係数KGk(1)j,KGk(1)jは、コンダクタンスGk(1)j,Gk(2)jにより次の式で表される。
また、区画Ajに重なる全ての電極ERkの重なり部分ERkjに蓄積される全ての部分電荷QPkjを合成した合成電荷を「Qj」とする。この合成電荷Qjは、次の式で表される。
部分電荷QPkjは、区画Ajにおける重なり部分ERkjと物体1との静電容量CERkjに比例し、静電容量CERkjは重なり部分ERkjの面積にほぼ比例する。従って、区画Ajに重なる電極ERkの重なり部分ERkjと全電極の重なり部分との面積比を「KSkj」とすると、部分電荷QPkjは、次の式で表される。
式(5)を式(2−1),(2−2)に代入すると、次の式が得られる。
式(6−1),(6−2)において、合成電荷Qjに乗ぜられる係数を「Kk(1)j」,「Kk(2)j」に置き換えると、これらの係数はそれぞれ次の式で表される。
「k(1)」,「k(2)」は1からNまでの整数であるため、これを整数iに置き換えると、式(7−1),(7−2)は次の式で表される。
式(8)を式(6−1),(6−2)に代入すると、分配電荷QDijは次の式で表される。
端子Tiから静電容量検出部12に入力される検出電荷を「QDi」とすると、検出電荷QDiは端子Tiに関わる全ての分配電荷QDijを足し合わせたものであるため、次の式が得られる。
式(10)に式(9)を代入すると、次の式が得られる。
式(11)は、行列を用いて次のように表すことが可能である。
また、区画Ajの合成電荷Qjは、区画Ajに関わる全ての分配電荷QDijを足し合わせたものであるため、次の式で表される。
ところで、本実施形態に係る入力装置は、N個の検出データS1〜SNに基づいてM個の要素データP1〜PMを構成する(以下、M個の要素データP1〜PMを区別せずに「要素データP」と記す場合がある)。区画Ajの要素データPjは、区画Ajに重なる全ての電極ERの重なり部分と物体との間の静電容量CERjに相当する。この静電容量CERjは、合成電荷Qjに比例するため、次の式が成立する。
また、静電容量検出部12が端子Tiについて生成する検出データSiは、端子Tiから静電容量検出部12に入力される検出電荷QDiに比例するため、次の式が成立する。
更に、M個の要素データP1〜PMとN個の検出データS1〜SNとの間には、一定の関係が成立する。すなわち、M個の要素データP1〜PMの各々は、N個の検出データS1〜SNの各々へ所定の割合で分配される部分要素データUの和で表される。要素データPjから検出データSiへ分配される部分要素データUを「Uij」とする。要素データUijは、区画Ajに重なる1つの電極ERの重なり部分から端子Tiへ分配される分配電荷QDijに比例するため、次の式が成立する。
式(14)及び式(16)を式(13)に当てはめることにより、次の式が得られる。
式(15)及び式(16)を式(10)に当てはめることにより、次の式が得られる。
式(14)及び式(16)を式(9)に当てはめることにより、次の式が得られる。
式(14)及び式(15)を式(11)に当てはめることにより、次の式が成立する。
図5は、N個の検出データS1〜SNとM個の要素データP1〜PMとの関係を図解した図であり、式(17)及び(18)の関係を図で表したものである。図3から分かるように、検出データSiは、N個の検出データS1〜SNからそれぞれ分配される部分要素データUi1〜UiMを足し合わせた値に近似する。そのため、要素データP1〜PMから部分要素データUi1〜UiMを算出できれば、式(18)により、検出データSiも算出可能である。
図6は、M個の要素データP1〜PMからN個の検出データS1〜SNへの変換を説明するための図である。式(20)で表される要素データP1〜PMから検出データS1〜SNへの変換は、N×M個の定数データKijによって規定される。この変換は、図6からも分かるように、行列を用いて次式のように表される。
式(21)の左辺におけるN×Mの行列(第1変換行列K)は、センサ部10の各区画Aにおいて各電極ERが重なる部分の面積の割合や、各区画Aにおける各電極ERの重なり部分から各端子Tまでのコンダクタンスなど、センサ部10の構成によって定まる既知のデータである。
[処理部20]
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31の命令コードに従って処理を行うコンピュータや、特定の機能を実現する専用のハードウェア(ロジック回路など)を含んで構成される。処理部20の処理は、全てをコンピュータ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専用のハードウェアで実現してもよい。
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31の命令コードに従って処理を行うコンピュータや、特定の機能を実現する専用のハードウェア(ロジック回路など)を含んで構成される。処理部20の処理は、全てをコンピュータ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専用のハードウェアで実現してもよい。
図1の例において、処理部20は、制御部21と、要素データ構成部22と、座標計算部23を有する。
制御部21は、センサ部10における検出のタイミングを制御する。例えば、制御部21は、検出を実行する電極ERの選択や、検出結果として得られたアナログ信号のサンプリング、A/D変換による検出データSの生成などが適切なタイミングで行われるように、センサ部10の内部の各回路を制御する。
要素データ構成部22は、センサ部10において生成されたN個の検出データに基づいて、M個の区画Aに対応したM個の要素データP1〜PMを構成する処理を行う。
要素データ構成部22は、次に述べるデータ構成処理を複数回繰り返すことにより、M個の要素データP1〜PMを一定の値に収束させるために複数回のデータ構成処理を実行する。そして、要素データ構成部22は、この複数回のデータ構成処理で得られたM個の要素データの仮定値PA1〜PAMを、M個の要素データP1〜PMの確定値として取得する。以下の説明では、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMを区別せずに「仮定値PA」と記す場合がある。
まず、データ構成処理について説明する。
要素データ構成部22は、1回のデータ構成処理において、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMの各々から所定の割合(定数データKij)で分配される部分要素データUijの和として、N個の検出データの仮定値SA1〜SANをそれぞれ算出する。そして、要素データ構成部22は、当該算出したN個の検出データの仮定値SA1〜SANが、センサ部10の検出結果であるN個の検出データS1〜SNへ近づくように、N×M個の定数データKijに基づいて、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMを修正する。
要素データ構成部22は、1回のデータ構成処理において、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMの各々から所定の割合(定数データKij)で分配される部分要素データUijの和として、N個の検出データの仮定値SA1〜SANをそれぞれ算出する。そして、要素データ構成部22は、当該算出したN個の検出データの仮定値SA1〜SANが、センサ部10の検出結果であるN個の検出データS1〜SNへ近づくように、N×M個の定数データKijに基づいて、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMを修正する。
このデータ構成処理は、具体的には、4つの処理(第1処理〜第4処理)を含む。
(第1処理)
第1処理において、要素データ構成部22は、既知のデータであるN×M個の定数データKijに基づいて、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMをN個の検出データの仮定値SA1〜SANに変換する。この変換は、式(21)の関係から、第1変換行列Kを用いて次式のように表される
第1処理において、要素データ構成部22は、既知のデータであるN×M個の定数データKijに基づいて、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMをN個の検出データの仮定値SA1〜SANに変換する。この変換は、式(21)の関係から、第1変換行列Kを用いて次式のように表される
図7は、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMからN個の検出データの仮定値SA1〜SANへの変換を説明するための図である。第1変換行列Kは既知のデータであるため、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMが与えられると、式(22)によってN個の検出データの仮定値SA1〜SANを算出することができる。
(第2処理)
第2処理において、要素データ構成部22は、N個の検出データの仮定値SA1〜SANがN個の検出データS1〜SNと等しくなるためにN個の検出データの仮定値SA1〜SANに乗じるべき倍率を示すN個の第1係数α1〜αNを算出する。第1係数αiは、次の式で表される。
第2処理において、要素データ構成部22は、N個の検出データの仮定値SA1〜SANがN個の検出データS1〜SNと等しくなるためにN個の検出データの仮定値SA1〜SANに乗じるべき倍率を示すN個の第1係数α1〜αNを算出する。第1係数αiは、次の式で表される。
第2処理における第1係数α1〜αNの計算は、行列を用いて次のように表される。
(第3処理)
第3処理において、要素データ構成部22は、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMに乗じるべき倍率を示すM個の第2係数β1〜βMを算出する。すなわち、要素データ構成部22は、N×M個の定数データKijに基づいて、N個の第1係数α1〜αNをM個の第2係数β1〜βMに変換する。
第3処理において、要素データ構成部22は、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMに乗じるべき倍率を示すM個の第2係数β1〜βMを算出する。すなわち、要素データ構成部22は、N×M個の定数データKijに基づいて、N個の第1係数α1〜αNをM個の第2係数β1〜βMに変換する。
式(19)において示すように、要素データPjから検出データSiへ分配される部分要素データUijは、要素データPjの全体に対して、定数データKijに相当する割合を占める。定数データKijが大きいほど、要素データPjと検出データSiとの相関性が高くなる。従って、定数データKijが大きいほど、第1係数αiと第2係数βjとの相関性も高くなることが推定される。そこで、要素データ構成部22は、第2係数βjを算出する場合に、N個の第1係数α1〜αNを単純に平均するのではなく、第1係数α1〜αNの各々に定数データKijの重み付けを与えて平均する。すなわち、第2係数βjは、次の式で表される。
図8は、N個の第1係数α1〜αNからM個の第2係数β1〜βMへの変換を説明するための図である。この図からも分かるように、式(25)の関係は、行列を用いて次式のように表される。
式(26)における左辺のM×Nの行列(第2変換行列KT)は、第1変換行列Kの転置行列である。
(第4処理)
第4処理において、要素データ構成部22は、第3処理で得られたM個の第2係数β1〜βMに基づいて、現在の要素データの仮定値PA1〜PAMを新しい仮定値PA’1〜PA’Mに修正する。
第4処理において、要素データ構成部22は、第3処理で得られたM個の第2係数β1〜βMに基づいて、現在の要素データの仮定値PA1〜PAMを新しい仮定値PA’1〜PA’Mに修正する。
第4処理における要素データの仮定値PA’1〜PA’Mの計算は、行列を用いて次式のように表される。
要素データ構成部22は、以上述べたデータ構成処理を繰り返すことで、要素データの仮定値PA1〜PAMの修正を繰り返す。要素データ構成部22は、例えばデータ構成処理を所定回数だけ繰り返し、その結果として得られた要素データの仮定値PA1〜PAMを、M個の要素データP1〜PMの確定値として取得する。
以上が、要素データ構成部22の説明である。
以上が、要素データ構成部22の説明である。
座標計算部23は、要素データ構成部22によって構成された要素データP1〜PMに基づいて、物体(指やペンなど)が近接した操作面11上の座標を計算する。例えば、座標計算部23は、要素データP1〜PMにより表される二次元データを2値化して、物体が近接していることを示すデータが集合した領域を、個々の物体の近接領域として特定する。そして、座標計算部23は、特定した物体の近接領域の横方向と縦方向のそれぞれについてプロファイルデータを作成する。横方向のプロファイルデータは、操作面11の縦方向における一群の要素データPjの和を1列毎に算出し、その要素データPjの和を操作面11の横方向の順番に配列したものである。縦方向のプロファイルデータは、操作面11の横方向における一群の要素データPjの和を1行毎に算出し、その要素データPjの和を操作面11の縦方向の順番に配列したものである。座標計算部23は、この横方向のプロファイルデータと縦方向のプロファイルデータのそれぞれについて、要素データPjのピークの位置や重心の位置を演算する。この演算により求められた横方向の位置と縦方向の位置が、操作面11上において物体が近接した座標を表す。座標計算部23は、このような演算により求めた座標のデータを、記憶部30の所定の記憶エリアに格納する。
[記憶部30]
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がコンピュータを含む場合、記憶部30は、そのコンピュータにおいて実行されるプログラム31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、ハードディスクなどを含んで構成される。
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がコンピュータを含む場合、記憶部30は、そのコンピュータにおいて実行されるプログラム31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、ハードディスクなどを含んで構成される。
[インターフェース部40]
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(物体の座標情報、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。また、インターフェース部40は、処理部20のコンピュータにおいて実行されるプログラム31を、光ディスクやUSBメモリなどの非一時的記録媒体やネットワーク上のサーバなどから取得して、記憶部30にロードしてもよい。
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(物体の座標情報、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。また、インターフェース部40は、処理部20のコンピュータにおいて実行されるプログラム31を、光ディスクやUSBメモリなどの非一時的記録媒体やネットワーク上のサーバなどから取得して、記憶部30にロードしてもよい。
ここで、本実施形態に係る入力装置における要素データPの構成処理について、図9及び図10のフローチャートを参照して説明する。
ST100:
処理部20は、センサ部10において生成されたN個の検出データS1〜SNを取得する。
処理部20は、センサ部10において生成されたN個の検出データS1〜SNを取得する。
ST105:
処理部20は、後述するデータ構成処理(ST115)で使用する要素データの仮定値PA1〜PAMの初期値を取得する。要素データ構成部22は、例えば予め記憶部30に格納された定数データを初期値として取得する。
処理部20は、後述するデータ構成処理(ST115)で使用する要素データの仮定値PA1〜PAMの初期値を取得する。要素データ構成部22は、例えば予め記憶部30に格納された定数データを初期値として取得する。
なお、要素データ構成部22は、前回の構成結果(確定値)として得られた要素データP1〜PMを初期値として取得してもよい。あるいは、要素データ構成部22は、直前までの複数回の構成結果(確定値)として得られた複数組の要素データP1〜PMに基づいて、例えば各要素データの移動平均値を算出し、それを今回の初期値として取得してもよい。直前に構成された1組以上の要素データP1〜PMに基づく初期値を用いて1回目のデータ構成処理(ST115)を行うことにより、要素データとの誤差が大きい初期値を用いる場合に比べて、構成される要素データの精度が向上する。
ST110:
処理部20は、データ構成処理の繰り返し回数を計数するための変数tの値をゼロに初期化する。
処理部20は、データ構成処理の繰り返し回数を計数するための変数tの値をゼロに初期化する。
ST115:
処理部20は、4つの処理(第1処理〜第4処理)からなるデータ構成処理(図10)を行う。
処理部20は、4つの処理(第1処理〜第4処理)からなるデータ構成処理(図10)を行う。
まず処理部20は、第1処理(ST200)において、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMと第1変換行列Kとに基づいて、式(22)の演算により、N個の検出データの仮定値SA1〜SANを算出する。
次に処理部20は、第2処理(ST205)において、N個の検出データの仮定値SA1〜SANとN個の検出データS1〜SNとに基づいて、式(24)の演算により、N個の第1係数α1〜αNを算出する。
次に処理部20は、第3処理(ST210)において、N個の第1係数α1〜αNと第2変換行列KTとに基づいて、式(26)の演算により、M個の第2係数β1〜βMを算出する。
次に処理部20は、第4処理(ST215)において、第2係数β1〜βMを用いた式(28)の演算により、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMをそれぞれ修正する。
次に処理部20は、第2処理(ST205)において、N個の検出データの仮定値SA1〜SANとN個の検出データS1〜SNとに基づいて、式(24)の演算により、N個の第1係数α1〜αNを算出する。
次に処理部20は、第3処理(ST210)において、N個の第1係数α1〜αNと第2変換行列KTとに基づいて、式(26)の演算により、M個の第2係数β1〜βMを算出する。
次に処理部20は、第4処理(ST215)において、第2係数β1〜βMを用いた式(28)の演算により、M個の要素データの仮定値PA1〜PAMをそれぞれ修正する。
ST120,ST125:
処理部20は、変数tをインクリメントし(ST120)、インクリメント後の変数tが「L」に達していない場合は、修正後の要素データの仮定値PA1〜PAMを用いて、ステップST115のデータ構成処理を再び実行する。インクリメント後の変数tが「L」に達した場合は、ステップST130に移行する。
処理部20は、変数tをインクリメントし(ST120)、インクリメント後の変数tが「L」に達していない場合は、修正後の要素データの仮定値PA1〜PAMを用いて、ステップST115のデータ構成処理を再び実行する。インクリメント後の変数tが「L」に達した場合は、ステップST130に移行する。
ST130:
要素データ構成部22は、L回のデータ構成処理で得られた要素データの仮定値PA1〜PAMを、要素データP1〜PMの確定値として取得する(ST130)。
要素データ構成部22は、L回のデータ構成処理で得られた要素データの仮定値PA1〜PAMを、要素データP1〜PMの確定値として取得する(ST130)。
次に、本実施形態に係る入力装置における電極のパターンの例を説明する。
図11A〜図11Bは、第1の実施形態に係る入力装置における電極のパターンの一例を示す図である。図11Aは操作面11の20個の区画(A1〜A20)を示し、図11Bは各区画Aと重なる9個の電極のパターン(ER1〜ER9)を示す。図12A〜図12Bは、図11に示す電極のパターン(ER1〜ER9)の詳細を示す図である。図12Aは交差部XPの上側を通る4個の電極のパターン(ER1〜ER4)を示し、図12Bは交差部XPの下側を通る5個の電極のパターン(ER5〜ER9)を示す。図13A〜図13Bは、図11Bに示す電極パターンの交差部XP付近を拡大した図である。図13Aは平面図であり、図13BはA−A線断面図である。
図11A〜図11Bは、第1の実施形態に係る入力装置における電極のパターンの一例を示す図である。図11Aは操作面11の20個の区画(A1〜A20)を示し、図11Bは各区画Aと重なる9個の電極のパターン(ER1〜ER9)を示す。図12A〜図12Bは、図11に示す電極のパターン(ER1〜ER9)の詳細を示す図である。図12Aは交差部XPの上側を通る4個の電極のパターン(ER1〜ER4)を示し、図12Bは交差部XPの下側を通る5個の電極のパターン(ER5〜ER9)を示す。図13A〜図13Bは、図11Bに示す電極パターンの交差部XP付近を拡大した図である。図13Aは平面図であり、図13BはA−A線断面図である。
この例において、電極ER1〜ER4及び電極ER5〜ER9は、基板15に設けられている。基板15は、例えばプリント基板である。電極ER1〜ER9における一部の電極は、プリント基板における銅箔などの導電率が大きい導体パターンを含む。
図11の例において、センサ部10の操作面11はほぼ矩形であり、それぞれ矩形の形状を持つ20個の区画A1〜A20が4行5列の行列状に配列されている。区画A1〜A5は、第1行目の第1列目から第5列目に向かって番号順に並び、区画A6〜A10は、第2行目の第1列目から第5列目に向かって番号順に並び、区画A11〜A15は、第3行目の第1列目から第5列目に向かって番号順に並び、区画A16〜A20は、第4行目の第1列目から第5列目に向かって番号順に並ぶ。
図12Aの例において、電極ER1〜ER4は、区画Aの行列状の配列における第1行目〜第4行目にこの順番で位置しており、それぞれ第1列目から第5列目まで行方向(図の例では横方向)に渡って延びている。この例において、電極ER1〜ER4は行方向電極とも呼ばれる。電極ER1〜ER4が各区画において占める面積の割合は、全て1/2となっている。電極ER1〜ER4は、第1列目側の端部に端子T1〜T4を持ち、第5列目側の端部に端子T5〜T8を持つ。
1つの区画Aの中において、電極ER1〜ER4は蝶型の形状を持つ。すなわち、電極ER1〜ER4は、区画Aのほぼ中央において列方向(図の例では縦方向)の幅が狭く、区画Aの中央から行方向へ向かうにつれて列方向の幅が連続的に広がっている。
図12Bの例において、電極ER5〜ER9は、区画Aの行列状の配列における第1列目〜第5列目にこの順番で位置しており、それぞれ第1行目から第4行目まで列方向に渡って延びている。この例において、電極ER5〜ER9は列方向電極とも呼ばれる。電極ER5〜ER9が各区画において占める面積の割合は、全て1/2となっている。電極ER5〜ER9は、第1行目側の端部に端子T9〜T13を持ち、第4行目側の端部に端子T14〜T18を持つ。
1つの区画Aの中において、電極ER5〜ER9は蝶型の形状を持つ。すなわち、電極ER5〜ER9は、区画Aのほぼ中央において行方向の幅が狭く、区画Aの中央から列方向へ向かうにつれて行方向の幅が連続的に広がっている。
電極ER1〜ER4と電極ER5〜ER9とは、図11B及び図13Aに示すように、それぞれ区画Aのほぼ中央における幅狭の部分で交差している。
電極ER5〜ER9は、1つの区画Aの内側に設けられた第1部分電極EPA1と、隣接する2つの区画Aに属した2つの第1部分電極EPA1の間に設けられた第2部分電極EPA2とを含む。図12Bに示すように、第1部分電極EPA1は、区画Aの中央における幅狭の部分に設けられている。第2部分電極EPA2は、第1部分電極EPA1を列方向の両側から挟む2つの三角状の部分を含む。この三角状部分の底辺は、区画Aの列方向の縁に位置している。
第1部分電極EPA1は、比較的導電率が大きい材料(第1導電材料)によって形成されており、例えば銅などの金属箔である。第2部分電極EPA2は、比較的導電率が小さい材料(第2導電材料)によって形成されており、例えば、カーボンやPEDOT(導電性ポリマー)などの導電性物質が含まれた導電性インクを基板15の表面に印刷して形成された膜である。
電極ER1〜ER4は、比較的導電率が小さい第2導電材料(カーボン印刷など)により全体が形成されている。
電極ER1〜ER4と電極ER5〜ER9との交差部XPでは、図13Bに示すように、両者を電気的に絶縁するための絶縁層RLが設けられている。
例として、電極ER1の端子T1に着目する。区画A1と電極ER1との重なり部分ER11には、端子T1が直接接続されている。そのため、重なり部分ER11に蓄積される部分電荷QP11は、全て端子T1に分配されるものと近似される。また、部分電荷QP11は、区画A1に占める重なり部分ER11の面積の割合から、合成電荷Q1の1/2である。従って、電極ER1の区画A1に対する定数データK11は1/2となる。
区画A2と電極ER1との重なり部分ER12は、1区画隔てて端子T1に接続され、3区画隔てて端子T5に接続される。そのため、重なり部分ER12に蓄積される部分電荷QP12のうち、3/4が端子T1に分配され、1/4が端子T5に分配されるものと近似される。また、部分電荷QP12は、区画A2に占める重なり部分ER12の面積の割合から、合成電荷Q2の1/2である。従って、電極ER1の区画A2に対する定数データK12は3/8となる。
区画A3と電極ER1との重なり部分ER13は、2区画隔てて端子T1に接続され、2区画隔てて端子T5に接続される。そのため、重なり部分ER13に蓄積される部分電荷QP13のうち、1/2が端子T1に分配され、1/2が端子T5に分配されるものと近似される。また、部分電荷QP13は、区画A3に占める重なり部分ER13の面積の割合から、合成電荷Q3の1/2である。従って、電極ER1の区画A2に対する定数データK13は1/4となる。
区画A4と電極ER1との重なり部分ER14は、3区画隔てて端子T1に接続され、1区画隔てて端子T5に接続される。そのため、重なり部分ER14に蓄積される部分電荷QP14のうち、1/4が端子T1に分配され、3/4が端子T5に分配されるものと近似される。また、部分電荷QP14は、区画A4に占める重なり部分ER14の面積の割合から、合成電荷Q4の1/2である。従って、電極ER1の区画A4に対する定数データK14は1/8となる。
区画A5と電極ER1との重なり部分ER15は、端子T5に直接接続されている。そのため、重なり部分ER15に蓄積される部分電荷QP15は、全て端子T5に分配されるものと近似される。従って、電極ER1の区画A5に対する定数データK15はゼロとなる。
以上をまとめると、定数データK11,K12,K13,K14,K15はそれぞれ1/2,3/8,1/4,1/8,0となる。同様な計算により、18×20個の定数データKijからなる第1変換行列Kを求めることができる。第1変換行列Kは、次の式で表される。
以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、1つの電極ERに複数の端子Tが設けられており、全体としてN個の端子Tが設けられている。また、操作面11を仮想的に区分するM個の区画Aの各々が、1以上の電極ERと重なっている。静電容量検出部12では、1つの電極ERに蓄積される電荷が、この1つの電極ERに設けられた複数の端子Tから同時に入力される。この同時入力により、1つの区画Aに重なる1つの電極ERの重なり部分と物体との間に蓄積される部分電荷が、この重なり部分から複数の端子Tの各々までのコンダクタンスに応じて、当該複数の端子Tの各々に分配電荷として分配される。静電容量検出部12では、N個の端子Tの各々について、分配電荷に応じた検出データSが生成される。要素データ構成部22では、M個の区画Aの各々における物体の近接度合いを示すM個の要素データPが、N個の検出データSに基づいて構成される。従って、電極ERが比較的大きい抵抗を持つ場合でも、各区画Aについての要素データPを精度よく構成することができる。
本実施形態に係る入力装置によれば、1つの電極ERに複数の端子Tが設けられており、N個の端子Tの各々について検出データSが生成されるため、電極ERの数が検出データSの数より少なくなる。これにより、検出データSと等しい数の電極ERが必要になる方式に比べて、電極の配線の密度が抑制されるため、構成を簡易にすることができる。
本実施形態に係る入力装置によれば、比較的導電率が大きい第1導電材料により形成された第1部分電極EPA1と、比較的導電率が小さい第2導電材料により形成された第2部分電極EPA2とを組み合わせて電極が形成されるため、使用される第1導電材料及び第2導電材料の種類が限られている場合でも、所望の導電率を持った電極ERを形成し易くなる。
本実施形態に係る入力装置によれば、1つの区画Aの内側に第1部分電極EPA1が設けられ、隣接する2つの区画Aに属した2つの第1部分電極EPA1の間に第2部分電極EPA2が設けられている。これにより、導電率の低い第2部分電極EPA2が区画Aの内側で孤立しておらず、区画Aの内側で電荷の流れを妨げるように電極ERを分断しない。そのため、区画A内における物体の近接位置に応じた分配電荷のバラツキが抑制され易くなる。
本実施形態に係る入力装置によれば、交差部XPにおいて基板15から近い場所に位置する電極ER5〜ER9に設けられた第1部分電極EPA1は、銅箔などの導電率の高い金属箔で基板15の表面に形成することが可能であり、交差部XPの厚みが抑制され易くなる。
本実施形態に係る入力装置によれば、電極ER1〜ER4の全体が導電率の小さい第2導電材料により形成されているため、構成が簡易になり、製造し易くなる。
次に、図14A〜図14B及び図15A〜図15Bを参照して、本実施形態に係る入力装置における電極のパターンの一変形例を説明する。図14A〜図14Bは、第1の実施形態に係る入力装置における電極のパターンの一変形例を示す図である。図14Aは操作面11の20個の区画(A1〜A20)を示し、図14Bは各区画Aと重なる電極のパターン(ER1〜ER9)を示す。図15A〜図15Bは、図14に示す電極のパターンの詳細を示す図である。図15Aは交差部XPの上側を通る4個の電極のパターン(ER1〜ER4)を示し、図15Bは交差部XPの下側を通る5個の電極のパターン(ER5〜ER9)を示す。
本変形例において、行方向の電極ER1〜ER4は、既に説明した図12Aに示す同一符号の電極と同じである。他方、本変形例における列方向の電極ER5〜ER9は、既に説明した図12Bに示す同一符号の電極と同一の外形を持っているが、第1部分電極及び第2部分電極の形状に関して、図12Bに示す電極と異なっている。
本変形例における列方向の電極ER5〜ER9は、図15Bに示すように、導電率が大きい第1導電材料(銅箔など)によって形成された第1部分電極EPB1と、導電率が小さい第2導電材料(カーボン印刷など)によって形成された第2部分電極EPB2とを含む。第2部分電極EPB2は、隣接する2つの区画Aの間において、行方向に細長く延びて形成されている。第1部分電極EPB1は、概ね区画A内の全域に広がって形成されている。このように、第1部分電極EPB1が区画A内に広く形成され、第2部分電極EPB2が区画Aの縁の付近に局在して形成されることにより、区画A内における物体の近接位置に応じた分配電荷のバラツキが更に抑制され易くなる。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る入力装置は、センサ部10における電極ERのパターンに関して、第1の実施形態に係る入力装置と異なっているが、他の構成は概ね第1の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、相違点を中心に説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る入力装置は、センサ部10における電極ERのパターンに関して、第1の実施形態に係る入力装置と異なっているが、他の構成は概ね第1の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、相違点を中心に説明する。
図16A〜図16Bは、第2の実施形態に係る入力装置における電極のパターンの一例を示す図である。図16Aは操作面11の20個の区画(A1〜A20)を示し、図16Bは各区画Aと重なる9個の電極のパターン(ER1〜ER9)を示す。図17A〜図17Bは、図16に示す電極のパターン(ER1〜ER9)の詳細を示す図である。図17Aは交差部XPの上側を通る4個の電極のパターン(ER1〜ER4)を示し、図17Bは交差部XPの下側を通る5個の電極のパターン(ER5〜ER9)を示す。図18A〜図18Bは、図16Bに示す電極パターンの交差部XP付近を拡大した図である。図18Aは平面図であり、図18BはB−B線断面図である。
本実施形態における電極ER1〜ER9の外形は、既に説明した図15A及び図15Bに示す電極ER1〜ER9と同一の外形を有する。特に、本実施形態における列方向の電極ER5〜ER9は、図15Bに示す電極ER5〜ER9と同一である。本実施形態における行方向の電極ER1〜ER4は、第1部分電極EPC1、第2部分電極EPC2及び第3部分電極EPC3を含む点で、図15Aに示す電極ER1〜ER4と異なる。
本実施形態における行方向の電極ER1〜ER4は、図17Aに示すように、導電率が大きい第1導電材料(銅箔など)によって形成された第1部分電極EPC1と、導電率が小さい第2導電材料(カーボン印刷など)によって形成された第2部分電極EPC2と、第2導電材料に比べて導電率が高い第3導電材料によって形成された第3部分電極EPC3を含む。第3導電材料は、例えば第2導電材料と異なる種類の導電性インク等でもよいし、第1導電材料と同じでもよい。
第3部分電極EPC3は、区画Aの中央における幅狭の部分であって、列方向電極(ER5〜ER9)との交差部XPが形成される部分に設けられる。第1部分電極EPC1は、第3部分電極EPC3を行方向の両側から挟む2つの三角状の部分を含んでおり、この三角状部分の底辺が区画Aの行方向の縁付近に位置している。第2部分電極EPB2は、隣接する2つの区画Aの間において、行方向に細長く延びて形成されている。
本実施形態に係る入力装置では、列方向電極と行方向電極の双方に第1部分電極及び第2部分電極が設けられているため、列方向電極と行方向電極の各々において所望の導電率を持った電極ERを形成し易くなる。
また、区画Aの内側に形成される交差部XPには、第2導電材料に比べて導電率が高い第3導電材料により形成された第3部分電極EPC3が設けられているため、区画Aの内側において導電率の小さい部分電極により電極ERが分断されることを回避できる。これにより、区画A内における物体の近接位置に応じた分配電荷のバラツキが抑制され易くなる。
<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る入力装置は、センサ部10における電極ERのパターンに関して、第1の実施形態に係る入力装置と異なっているが、他の構成は概ね第1の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、相違点を中心に説明する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る入力装置は、センサ部10における電極ERのパターンに関して、第1の実施形態に係る入力装置と異なっているが、他の構成は概ね第1の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、相違点を中心に説明する。
図19A〜図19Bは、第3の実施形態に係る入力装置における電極のパターンの一例を示す図である。図19Aは操作面11の20個の区画(A1〜A20)を示し、図19Bは各区画Aと重なる9個の電極のパターン(ER1〜ER9)を示す。図20A〜図20Bは、図19に示す電極のパターン(ER1〜ER9)の詳細を示す図である。図20Aは交差部XPの上側を通る4個の電極のパターン(ER1〜ER4)を示し、図20Bは交差部XPの下側を通る5個の電極のパターン(ER5〜ER9)を示す。図21A〜図21Bは、図19Bに示す電極パターンの交差部XP付近を拡大した図である。図21Aは平面図であり、図21BはC−C線断面図である。
本実施形態に係る入力装置における区画Aの行列状の配列や、区画Aの行列状の配列に対してER1〜ER9が渡る方向などは、既に説明した図11A,図11Bに示す電極のパターンと概ね同じである。本実施形態における電極のパターンは、区画A内の電極の形状に関して、図11A,図11Bに示す電極のパターンとは異なっている。
行方向の電極ER1〜ER4は、1つの区画Aの中において、概ね三角形の形状を持つ第1部分電極EPD1と、隣接する区画Aへ細く延びた第2部分電極EPD2とを含む。第1部分電極EPD1は、三角形状の底辺の部分が、行方向における区画Aの一方の縁に位置し、この底辺に対向する三角形状の頂点が、行方向における区画Aの他方の縁近くに位置する。第2部分電極EPD2は、第1部分電極EPD1の三角形状の頂点から、行方向における区画Aの他方の縁へ延びている。
列方向の電極ER5〜ER9は、1つの区画Aの中において、上述した第1部分電極EPD1と区画Aとの隙間を埋めるように形成された第1部分電極EPE1を含む。また、電極ER5〜ER9は、列方向において隣接する2つの区画Aの間において、行方向に細長く延びて形成された第2部分電極EPB2を含む。
行方向の電極ER1〜ER4と列方向の電極ER5〜ER9とは、第2部分電極EPD2が渡る区画Aの境界付近において互いに交差する。
本実施形態に係る入力装置においても、上述した第2の実施形態と同様に、列方向電極と行方向電極の双方に第1部分電極及び第2部分電極が設けられているため、列方向電極と行方向電極の各々において所望の導電率を持った電極ERを形成し易くなる。
また、本実施形態に係る入力装置によれば、区画Aの境界付近に交差部XPが位置しており、区画Aの境界から離れた内側に交差部XPが存在しない。これにより、図18Aの第3部分電極EPC3のように導電率の大きい部材を用いて電極を交差させなくてもよいため、構成が簡易になる。
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
10…センサ部、11…操作面、12…静電容量検出部、20…処理部、21…制御部、22…要素データ構成部、23…座標計算部、30…記憶部、31…プログラム、40…インターフェース部、A…区画、ER…電極、T…端子、XP…交差部
Claims (11)
- 操作面への物体の近接に応じた情報を入力する入力装置であって、
それぞれ複数の端子を持ち、全体としてN個の前記端子を持つ複数の電極と、
前記操作面に近接する物体と前記電極との間に蓄積される電荷を前記N個の端子からそれぞれ入力し、当該入力した電荷に基づいて、前記物体と前記電極との間の静電容量に応じた検出データを前記N個の端子の各々について生成する静電容量検出部と、
前記操作面を仮想的に区分するM個(MはNより大きい自然数を示す。)の区画の各々における前記物体の近接度合いを示すM個の要素データを、前記N個の検出データに基づいて構成する要素データ構成部と
を有し、
前記M個の区画の各々は、1以上の前記電極と重なっており、
前記静電容量検出部は、1つの前記電極に蓄積される前記電荷を、当該1つの電極に設けられた複数の前記端子から同時に入力し、
前記同時入力により、1つの前記区画に重なる1つの前記電極の重なり部分と前記物体との間に蓄積される部分電荷が、当該重なり部分から複数の前記端子の各々までのコンダクタンスに応じて、当該複数の端子の各々に分配電荷として分配され、
前記複数の電極における少なくとも一部の電極は、
1つの前記区画の内側に設けられ、第1導電材料により形成された第1部分電極と、
隣接する2つの前記区画に属した2つの前記第1部分電極の間に設けられ、前記第1導電材料より導電率が小さい第2導電材料により形成された第2部分電極とを含む、
入力装置。 - 前記複数の電極が設けられた基板を有し、
前記基板上には、2つの前記電極が交差した少なくとも1つの交差部が形成され、
前記交差部において、一方の前記電極より前記基板から近い場所に位置する他方の前記電極に前記第1部分電極が設けられている、
請求項1に記載の入力装置。 - 前記一方の電極は、前記第2導電材料により形成されている、
請求項2に記載の入力装置。 - 前記区画は矩形の形状を持ち、
前記M個の区画が行列状に配列されており、
前記複数の電極は、
前記区画の行列状の配列に対して行方向へ渡る複数の行方向電極と、
前記区画の行列状の配列に対して列方向へ渡る複数の列方向電極と
を含み、
前記列方向電極は、前記第1部分電極及び前記第2部分電極を含み、
前記行方向電極は、前記交差部において前記一方の電極である、
請求項2又は3に記載の入力装置。 - 前記一方の電極の前記交差部に前記第2部分電極が設けられている、
請求項2に記載の入力装置。 - 前記区画は矩形の形状を持ち、
前記M個の区画が行列状に配列されており、
前記複数の電極が、
前記区画の行列状の配列に対して行方向へ渡る複数の行方向電極と、
前記区画の行列状の配列に対して列方向へ渡る複数の列方向電極とを含み、
前記行方向電極及び前記列方向電極は、それぞれ前記第1部分電極及び前記第2部分電極を含み、
前記行方向電極は、前記交差部において前記一方の電極であり、
前記列方向電極は、前記交差部において前記他方の電極である、
請求項5に記載の入力装置。 - 前記M個の要素データの各々が、前記N個の検出データの各々へ所定の割合で分配される部分要素データの和であり、
前記N個の検出データの各々が、前記M個の要素データの各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和に近似し、
前記要素データ構成部は、
前記M個の要素データの仮定値の各々から前記所定の割合で分配される前記部分要素データの和として、前記N個の検出データの仮定値をそれぞれ算出し、当該算出したN個の検出データの仮定値が前記N個の検出データへ近づくように、前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記M個の要素データの仮定値を修正するデータ構成処理を複数回繰り返し、
1つの前記部分要素データが、前記同時入力により1つの前記端子へ分配される前記分配電荷に近似し、
1つの前記要素データが、1つの前記区画における全ての前記電極の重なり部分に蓄積される全ての前記部分電荷を合成した合成電荷に近似する、
請求項1乃至6の何れか一項に記載の入力装置。 - 1つの前記所定の割合が、
1つの前記区画に重なる1つの前記電極の重なり部分と、当該1つの区画に重なる全ての前記電極の重なり部分との面積比、及び、
当該1つの電極における1つの前記端子から当該重なり部分までのコンダクタンスと、当該1つの電極における全ての前記端子から当該重なり部分までのコンダクタンスとの比
に応じた値を持つ、
請求項7に記載の入力装置。 - 前記データ構成処理は、
前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記M個の要素データの仮定値を前記N個の検出データの仮定値に変換する第1処理と、
前記N個の検出データの仮定値が前記N個の検出データと等しくなるために前記N個の検出データの仮定値に乗じるべき倍率を示すN個の第1係数を算出する第2処理と、
前記M個の要素データの各々に設定されたN個の前記所定の割合に基づいて、前記N個の第1係数を、前記M個の要素データに乗じるべき倍率を示すM個の第2係数に変換する第3処理と、
前記M個の要素データの仮定値を、前記M個の第2係数に基づいて修正する第4処理とを含む、
請求項7又は8に記載の入力装置。 - 前記要素データ構成部は、前記第1処理において、1つの前記要素データから1つの前記検出データへ分配される1つの前記部分要素データに関する前記所定の割合を1つの成分とし、前記M個の要素データ及び前記N個の検出データに対応したM×N個の成分からなる第1変換行列に基づいて、前記M個の要素データの仮定値を成分とする行列を、前記N個の検出データの仮定値を成分とする行列に変換する、
請求項9に記載の入力装置。 - 前記要素データ構成部は、前記第3処理において、1つの前記要素データから1つの前記検出データへ分配される1つの前記部分要素データに関する前記所定の割合を1つの成分とし、前記M個の要素データ及び前記N個の検出データに対応したM×N個の成分からなる第2変換行列に基づいて、前記N個の第1係数を成分とする行列を、前記M個の第2係数を成分とする行列に変換する、
請求項9に記載の入力装置。
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