KR102153916B1 - 센서 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 센서 어레이의 판독 속도를 고속화하면서 노이즈를 저감하는 것이 가능한 센서 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 센서 장치는, 2차원상으로 복수의 센서가 배치된 센서 어레이와, 복수의 상기 센서로부터 신호를 판독하는 판독 회로와, 상기 판독 회로를 제어하고, 복수의 상기 센서로부터 판독한 신호에 기초하여, 상기 센서 어레이 중에서 상기 신호의 변화가 생긴 위치 좌표를 검출하는 제어 연산부를 구비하고, 상기 제어 연산부는, 상기 센서 어레이에 있어서 1차 주사를 수행하고, 상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 다음 주사 영역을 설정하며, 상기 주사 영역에 있어서 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 2차 주사를 수행하고, 상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 주사 영역에 있어서 동시에 판독된 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하며, 상기 2차 주사에서 판독된 신호를, 상기 기준 신호를 이용하여 보정하고, 상기 보정된 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표를 검출한다.

Description

센서 장치 및 그 제어 방법{Sensor Device And Method Of Controlling The Same}
본 발명은, 센서 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이며, 특히 센서 어레이의 판독 속도의 고속화 기술에 관한 것이다.
유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표를 검출하는 것이 가능한 터치 패널은, 직감적인 조작을 실현하는 뛰어난 유저 인터페이스로서, 디스플레이와 휴대 단말에 널리 이용되고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 터치 패널에서는, 2차원상으로 배치된 복수의 센서로부터 출력되는 신호에 기초하여 터치 조작의 위치 좌표를 검출하고 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개공보 2017-120418 호 특허문헌 2: 일본특허공개공보 2017-049659 호
근년의 디스플레이와 휴대 단말의 대형화에 수반하여 터치 패널도 대형화되고 있다. 그러나 특허문헌 1의 터치 패널에서는, 2차원상으로 배치된 복수의 센서를 순서대로 주사하고 있기 때문에 센서 어레이에 배치된 센서의 전체 개수가 많아지면 센서 어레이 판독에 시간이 필요하여 터치 패널의 반응 속도가 저하된다는 과제가 있었다.
또한 센서 어레이의 판독 속도를 고속화하기 위해서 센서 어레이를 건너뛰면서 주사하거나 소정의 영역마다 주사하면 영역마다 특유의 노이즈가 중첩된다. 또한 시간적으로 변하는 랜덤 노이즈가 센서 어레이에 중첩되는 일도 있다. 센서로부터의 신호에 이러한 노이즈가 포함되면 터치 조작의 위치 좌표 검출 정밀도가 저하된다는 과제가 있었다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 2차원상으로 복수의 센서가 배치된 센서 어레이와, 복수의 상기 센서로부터 신호를 판독하는 판독 회로와, 상기 판독 회로를 제어하고, 복수의 상기 센서로부터 판독한 신호에 기초하여, 상기 센서 어레이 중의 상기 신호의 변화가 생긴 위치 좌표를 검출하는 제어 연산부를 구비하고, 상기 제어 연산부는, 상기 센서 어레이에 있어서 1차 주사를 수행하고, 상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 다음 주사 영역을 설정하고, 상기 주사 영역에 있어서 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 2차 주사를 수행하여, 상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 주사 영역에 있어서 동시에 판독된 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하며, 상기 2차 주사에서 판독된 신호를, 상기 기준 신호를 이용하여 보정하고, 상기 보정된 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표를 검출하는 센서 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 2차원상으로 복수의 센서가 배치된 센서 어레이와, 복수의 상기 센서로부터 신호를 판독하는 판독 회로와, 상기 판독 회로를 제어하고, 복수의 상기 센서로부터 판독한 신호에 기초하여, 상기 센서 어레이 중에서 상기 신호의 변화가 생긴 위치 좌표를 검출하는 제어 연산부를 구비한 센서 장치의 제어 방법으로서, 상기 제어 연산부에 있어서, 상기 센서 어레이에서 1차 주사를 수행하는 단계와, 상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 다음 주사 영역을 설정하는 단계와, 상기 주사 영역에 있어서 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 2차 주사를 수행하는 단계와, 상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 주사 영역에 있어서 동시에 판독된 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하는 단계와, 상기 2차 주사에서 판독된 신호를, 상기 기준 신호를 이용하여 보정하는 단계와, 상기 보정된 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표를 검출하는 단계를 가지는 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 센서 어레이의 판독 속도를 고속화하면서 노이즈를 저감하는 것이 가능한 센서 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다.
도 2A는 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법을 모식적으로 도시한 제 1 도면이다.
도 2B는 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법을 모식적으로 도시한 제 2 도면이다.
도 2C는 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법에 있어서의 신호 보정 처리를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 판독 회로 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 센서 장치에 있어서의 센서의 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 센서 장치에 있어서 센서 어레이로부터 판독되는 신호의 타이밍 차트이다.
도 6A는 제 1 실시형태에 따른 센서 장치에 있어서 센서 어레이로부터 판독되는 신호의 제 1 타이밍 차트이다.
도 6B는 제 1 실시형태에 따른 센서 장치에 있어서 센서 어레이로부터 판독되는 신호의 제 2 타이밍 차트이다.
도 7은 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법을 도시한 플로차트이다.
도 8은 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 센서로부터 출력되는 신호의 실측 값을 도시한 도면이다.
도 9는 제 2 실시형태에 따른 센서 장치의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 적의 변경 가능하다. 또한 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상응하는 기능을 가지는 것은 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략하거나 또는 간결히 하는 경우도 있다.
<제 1 실시형태>
도 1은, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다. 본 실시형태의 센서 장치는 센서 어레이(1), 판독 회로(2) 및 제어 연산부(3)를 구비하여 구성된다. 도 1에 도시한 센서 장치는, 예를 들면 디스플레이와 휴대 단말용 터치 패널로서 적용될 수 있다.
센서 어레이(1)는 2차원상으로 배치되고, 유저에 의한 터치 주사를 접수하는 복수의 센서(10)를 가지고 있다. 센서(10)는, 원리적으로 유저에 의한 터치 조작을 검출 가능한 것이면 된다. 이하의 설명에서는 센서(10)가, 전극을 가지는 자기 용량형과 상호 용량형의 정전 용량 방식으로서, 정전 용량 변화를 측정하여 터치 조작의 위치 좌표를 검출하는 것을 가정한다.
판독 회로(2)는, 센서 어레이(1)로부터 신호 출력선(11)을 통하여 신호를 판독한다. 본 실시형태의 판독 회로(2)는, 센서 어레이(1)의 행 및 열을 건너뛰면서 혹은 소정의 주사 블록마다 주사를 수행하는 것이 가능한 구성을 가지고 있다. 판독 회로(2)의 구체적인 구성에 대해서는 추후 도 3을 가지고 설명한다.
제어 연산부(3)는, 마이크로프로세서 및 메모리를 구비한 반도체 IC이다. 제어 연산부(3)는, 도시하지 않은 기억부에 기록된 프로그램을 실행하고 판독 회로(2)를 제어하며, 센서 어레이(1)로부터 판독한 복수의 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표를 검출한다. 제어 연산부(3)는, 전형적으로는 센서 어레이(1)나 판독 회로(2)와는 다른 기판에 실장되지만, 제어 연산부(3)는 센서 어레이(1) 또는 판독 회로(2)와 동일한 기판에 실장되어도 된다.
또한 도 1에는 편의상 센서 어레이(1)의 4행 x 4열, 합계 16개의 센서(10)만 도시했지만 일반적인 센서 어레이(1)는 더욱 많은 센서(10)를 가지고 있다. 특히 대형 디스플레이용 센서 어레이(1)에는 수 만개 이상의 센서(10)를 가지는 것도 있다.
전술한 것과 같이 종래의 센서 장치의 제어 방법에서는, 2차원상으로 배치된 복수의 센서(10)를 순서대로 주사하고 있다. 그렇기 때문에 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많아지면 센서 어레이(1) 판독에 시간을 필요로 하여 터치 패널의 반응 속도가 저하된다는 과제가 있었다.
그러나 유저에 의해 동시에 터치되는 면적은, 만일 10 포인트 정도의 멀티 터치가 수행된 경우라도 센서 어레이(1)의 면적에 비교하면 충분히 작다. 따라서 터치 패널과 같은 센서 장치에 있어서는 반드시 센서 어레이(1)의 전영역을 순서대로 주사할 필요는 없다. 그래서 본 실시형태에서는 센서 어레이(1)의 주사를, 전영역에 있어서 수행하는 성긴 주사와, 터치 조작이 포함되는 일부 영역에서 수행하는 조밀한 주사로 나눔으로써 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화시킨다.
도 2A는, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법을 모식적으로 도시한 제 1 도면이다. 이하에서는 도 2A(a)에 도시한 터치 조작의 위치 좌표(P0)를, 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 제 1 판독 방법을 이용하여 검출하는 경우의 예에 대하여, 도 2A(b) ~ 도 2A(d)를 참조하면서 설명한다.
또한 도 2A에는 편의상 12행 x 12열, 합계 144개의 센서(10)를 가지는 센서 어레이(1)를 도시하고 있지만, 본 실시형태에서는 센서(10)의 수는 특별히 제한되지 않는다. 단 후술하는 것처럼 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 판독 방법은, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우에 특히 뛰어난 효과가 얻어진다.
우선 제어 연산부(3)는, 도 2A(b)에 화살표로 도시한 것과 같이, 센서 어레이(1)의 행 및 열을 건너뛰면서, 도 2A(b)에 사선으로 도시한 복수의 센서(10)를 성기게 주사하는 제 1 주사를 수행한다. 도 2A(b)는, 제 1 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a1) 및 열의 건너뛰기 간격(b1)이 모두 3인 경우의 예를 도시하고 있다. 여기서 건너뛰기 간격의 값은 센서(10)의 배치 간격을 단위로 한 값이며, 이하의 설명에서도 동일하다.
제 1 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a1) 및 열의 건너뛰기 간격(b1)은, 건너뛰는 경우라도, 적어도 터치 조작 유무가 센서 어레이(1)의 전영역에 있어서 검지 가능해지도록, 하기 식(A1)을 만족하도록 설정된다.
Figure 112019101102627-pat00013
상기 식(A1)에서는, 센서(10)에 의해 검지 가능한 센서 어레이(1)의 행 범위(a0) 및 열 범위(b0)를 이용했다. 예를 들면 도 2A(b)에서는 행 범위(a0) 및 열 범위(b0)는 모두 4 이상이다. 여기서 행 범위의 값 및 열 범위의 값은 센서(10)의 배치 간격을 단위로 한 값이며, 이하의 설명에서도 동일하다.
계속해서 제어 연산부(3)는, 제 1 주사에서 판독한 신호의 크기가 소정 값 이상이거나 또는 최대인 센서(10)의 위치 좌표(P1)를 검출한다. 그리고 제어 연산부(3)는, 위치 좌표(P1)를 중심으로 하는 소정 크기의 직사각형 영역을, 다음의 제 2 주사를 수행할 제 2 주사 영역(R2)으로 설정한다. 제 2 주사 영역(R2)에는 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함된다.
도 2A(b)에서는 제 2 주사 영역(R2)의 크기를 5행 x 5열로 했지만, 제 2 주사 영역(R2)의 행 범위는, 제 1 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a1)을 이용하여 2 x a1 + 1 이하면 된다. 또한 제 2 주사 영역(R2)의 열 범위는, 제 1 주사에 있어서의 열의 건너뛰기 간격(b1)을 이용하여 2 x b1 +1 이하면 된다.
다음으로 제어 연산부(3)는, 도 2A(c)에 화살표로 도시한 것과 같이 제 2 주사 영역(R2)에 있어서, 제 1 주사보다 작은 건너뛰기 간격으로 행 및 열을 건너뛰면서, 도 2A(c)에 사선으로 도시한 복수의 센서(10)를 조밀한 주사 간격으로 주사하는 제 2 주사를 수행한다. 이 때 제 2 주사에서는, 이전 제 1 주사에서 판독한 센서(10)의 주사는 생략해도 된다. 도 2A(c)는, 제 2 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a2) 및 열의 건너뛰기 간격(b2)이 모두 1인 경우의 예를 도시하고 있다.
제 2 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a2) 및 열의 건너뛰기 간격(b2)은, 하기 식(A2)를 만족하도록 설정된다.
Figure 112019101102627-pat00014
계속해서 제어 연산부(3)는, 제 2 주사에서 판독한 신호의 크기가 소정 값 이상이거나 또는 최대인 센서(10)의 위치 좌표(P2)를 검출한다. 그리고 제어 연산부(3)는, 위치 좌표(P2)를 중심으로 하는 소정 크기의 직사각형 영역을, 다음의 제 3 주사를 수행할 제 3 주사 영역(R3)으로 설정한다. 제 3 주사 영역(R3)에는 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함된다.
도 2A(c)에서는 제 3 주사 영역(R3)의 크기를 3행 x 3열로 했지만, 제 3 주사 영역(R3)의 행 범위는, 제 2 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a2)을 이용하여 2 x a2 + 1 이하면 된다. 또한 제 3 주사 영역(R3)의 열 범위는, 제 2 주사에 있어서의 열의 건너뛰기 간격(b2)을 이용하여 2 x b2 + 1 이하면 된다.
다음으로 제어 연산부(3)는, 도 2A(d)에 도시한 것과 같이 제 3 주사 영역(R3)에 있어서 건너뛰기 없이, 도 2A(d)에 사선으로 도시한 복수의 센서(10)를 순서대로 주사하는 제 3 주사를 수행한다. 이 때 제 3 주사에서는, 이전 제 2 주사에서 판독한 센서(10)의 주사는 생략해도 된다.
계속해서 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 복수 신호의 센서 어레이(1)에 있어서의 2차원 분포에 기초하여, 도 2A(a)에 도시한 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)를 검출한다. 이 때 제어 연산부(3)는, 유저에 의한 터치 조작의 중심(G)을 하기 식(A3)으로 산출하고, 터치 조작의 위치 좌표(P0)를 센서(10)의 배치 간격보다 작은 정밀도로 검출한다.
Figure 112019101102627-pat00015
여기서 중심(G) 및 위치 좌표(Pij)는 벡터이다. 신호 S(Pij)는, 위치 좌표(Pij)에 배치된 센서(10)로부터 판독한 신호 값으로, 위치 좌표(Pij)의 첨자는, 센서(10)의 행 번호(i) 및 열 번호(j)를 나타내고 있다. Σ는, 제 3 주사 영역(R3) 내의 모든 위치 좌표(Pij)의 합을 나타내고 있다.
이와 같이 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 제 1 판독 방법은, 우선 센서 어레이(1)에 있어서 행 및 열을 건너뛰면서 성긴 주사(제 1 주사)를 수행한다. 그리고 성긴 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여 다음 주사 영역을 설정하고, 설정한 주사 영역에 있어서 더욱 작은 건너뛰기 간격으로 행 및 열을 건너뛰면서 혹은 건너뛰기 없이 조밀한 주사(제 2 및 제 3 주사)를 수행한다.
이로써 예를 들면 도 2A에 도시한 센서 어레이(1)의 판독 방법에서는, 종래와 같이 센서 어레이(1)의 12 x 12개의 센서(10)를 순서대로 주사하는 대신 제 1 ~ 제 3 주사에 있어서 각각 9개의 센서(10)를 주사하기만 하면 된다. 특히 이전 주사에서 판독한 센서(10)를, 다음 주사에서 주사하지 않는 경우, 제 2 ~ 제 3 주사에 있어서 각각 8개의 센서(10)를 주사하기만 하면 된다. 이 결과 센서 어레이(1)를 판독할 때 주사하는 센서(10)의 수를 (9+8+8)/(12x12)≒1/6로 저감할 수 있다.
보다 일반적으로는 센서 어레이(1)에 M x N개의 센서(10)가 배치되어 있는 경우, 종래와 같이 센서 어레이(1)의 M x N개의 센서(10)를 순서대로 주사하는 대신 제 1 주사에서는 (M/a1) x (N/b1)개의 센서(10)를 주사하기만 하면 된다. 또한 제 2 ~ 제 3 주사에서는, 각각 8개의 센서(10)를 주사하기만 하면 된다. 이 결과 센서 어레이(1)를 판독할 때 주사하는 센서(10)의 수를 하기 식(A4)와 같이 저감할 수 있다.
Figure 112019101102627-pat00016
센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수 M x N이 많아지면 상기 식(A4)의 제 2 항은, 제 1 항에 비해서 상대적으로 무시할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 판독 방법은, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우에 특히 뛰어난 효과가 얻어진다.
또한 상기 식(A4)에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a1) 및 열의 건너뛰기 간격(b1)은, 상기 식(A1)에 도시한 것과 같이 센서(10)에 의해 검지 가능한 센서 어레이(1)의 행 범위(a0) 및 열 범위(b0)에 의해 규정된다. 따라서 센서(10)에 의해 검지 가능한 센서 어레이(1)의 행 범위(a0) 및 열 범위(b0)가 클수록 센서 어레이(1)를 판독할 때 주사하는 센서(10)의 수를 저감할 수 있다.
도 2A에서는, 유저에 의해 동시에 조작되는 터치 수가 1개인, 싱글 터치인 경우의 예를 도시했지만, 유저에 의해 동시에 조작되는 터치 수가 복수인, 멀티 터치인 경우에도 본 실시형태의 수법을 적용하는 것이 가능하다.
도 2B는, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법을 모식적으로 도시한 제 2 도면이다. 이하에서는 도 2B(a)에 도시한 터치 조작의 위치 좌표(P0)를, 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 제 2 판독 방법을 이용하여 검출하는 경우의 예에 대하여, 도 2B(b) ~ 도 2B(d)를 참조하면서 설명한다.
또한 도 2B에는 편의상 12행 x 12열, 합계 144개의 센서(10)를 가지는 센서 어레이(1)를 도시하고 있지만, 본 실시형태에서는 센서(10)의 수는 특별히 제한되지 않는다. 단 후술하는 것처럼 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 판독 방법은, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우에 특히 뛰어난 효과가 얻어진다.
우선 제어 연산부(3)는, 도 2B(b)에 도시한 것과 같이, 굵은 테두리의 직사각형으로 도시한 소정의 제 1 주사 블록을 단위로서, 제 1 주사 블록마다 센서 어레이(1)를 성기게 주사하는 제 1 주사를 수행한다. 이 때 판독 회로(2)는, 제 1 주사 블록에 포함되는 센서(10)로부터 출력되는 신호를 가산하여 판독한다. 도 2B(b)는, 제 1 주사 블록의 행 범위(c1) 및 열 범위(d1)가 모두 4인 경우의 예를 도시하고 있다. 여기서 행 범위의 값 및 열 범위의 값은 센서(10)의 배치 간격을 단위로 한 값이며, 이하의 설명에서도 동일하다.
제 1 주사 블록의 행 범위(c1) 및 열 범위(d1)는, 하기 식(B1)을 만족하도록 설정된다. 여기서 센서 어레이(1)에는 M행 x N열의 센서(10)가 배치되어 있는 것으로 한다.
Figure 112019101102627-pat00017
계속해서 제어 연산부(3)는, 제 1 주사에서 판독한 신호의 크기가 소정 값 이상이거나 또는 최대인 제 1 주사 블록을 선택한다. 그리고 제어 연산부(3)는, 도 2B(b)에 도시한 것과 같이 선택한 제 1 주사 블록을 포함하는 소정 영역을, 다음의 제 2 주사를 수행할 제 2 주사 영역(R2)으로 설정한다. 제 2 주사 영역(R2)에는 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함된다.
도 2B(b)에서는 제 2 주사 영역(R2)의 크기를 8행 x 8열로 했지만, 제 2 주사 영역(R2)의 행 범위는, 선택한 제 1 주사 블록의 행 범위(c1) 이상이면 된다. 또한 제 2 주사 영역(R2)의 열 범위는, 선택한 제 1 주사 블록의 열 범위(d1) 이상이면 된다.
다음으로 제어 연산부(3)는, 도 2B(c)에 도시한 것과 같이, 굵은 테두리의 직사각형으로 도시한 제 1 주사 블록보다 작은 소정의 제 2 주사 블록을 단위로서, 제 2 주사 블록마다 제 2 주사 영역(R2)을 조밀하게 주사하는 제 2 주사를 수행한다. 이 때 판독 회로(2)는, 제 2 주사 블록에 포함되는 센서(10)로부터 출력되는 신호를 가산하여 판독한다. 도 2B(c)는, 제 2 주사 블록의 행 범위(c2) 및 열 범위(d2)가 모두 2인 경우의 예를 도시하고 있다.
제 2 주사 블록의 행 범위(c2) 및 열 범위(d2)는, 하기 식(B2)를 만족하도록 설정된다.
Figure 112019101102627-pat00018
계속해서 제어 연산부(3)는, 제 2 주사에서 판독한 신호의 크기가 소정 값 이상이거나 또는 최대인 제 2 주사 블록을 선택한다. 그리고 제어 연산부(3)는, 도 2B(c)에 도시한 것처럼, 선택한 제 2 주사 블록을 포함하는 소정 영역을, 다음의 제 3 주사를 수행할 제 3 주사 영역(R3)으로 설정한다. 제 3 주사 영역(R3)에는 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함된다.
도 2B(c)에서는 제 3 주사 영역(R3)의 크기를 4행 x 4열로 했지만, 제 3 주사 영역(R3)의 행 범위는, 선택한 제 2 주사 블록의 행 범위(c2) 이상이면 된다. 또한 제 3 주사 영역(R3)의 열 범위는, 선택한 제 2 주사 블록의 열 범위(d2) 이상이면 된다.
다음으로 제어 연산부(3)는, 도 2B(d)에 도시한 것과 같이 제 3 주사 영역(R3)에 배치된 센서(10)를 순서대로 주사하는 제 3 주사를 수행한다.
계속해서 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 복수 신호의 센서 어레이(1)에 있어서의 2차원 분포에 기초하여, 도 2B(a)에 도시한 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)를 검출한다. 이 때 제어 연산부(3)는, 유저에 의한 터치 조작의 중심(G)을 하기 식(B3)으로 산출하고, 터치 조작의 위치 좌표(P0)를 센서(10)의 배치 간격보다 작은 정밀도로 검출한다.
Figure 112019101102627-pat00019
여기서 중심(G) 및 위치 좌표(Pij)는 벡터이다. 신호 S(Pij)는, 위치 좌표(Pij)에 배치된 센서(10)로부터 판독한 신호 값으로, 위치 좌표(Pij)의 첨자는, 센서(10)의 행 번호(i) 및 열 번호(j)를 나타내고 있다. Σ는, 제 3 주사 영역(R3) 내의 모든 위치 좌표(Pij)의 합을 나타내고 있다.
이와 같이 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 제 2 판독 방법은, 우선 센서 어레이(1)에 있어서 소정의 주사 블록마다 성긴 주사(1차 주사, 제 1 주사)를 수행한다. 그리고 성긴 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여 다음 주사 영역을 설정하고, 설정한 주사 영역에 있어서 더욱 작은 주사 블록마다 조밀한 주사(2차 주사, 제 2 및 제 3 주사)를 수행한다.
이로써 예를 들면 도 2B에 도시한 센서 어레이(1)의 판독 방법에서는, 종래와 같이 센서 어레이(1)의 12 x 12개의 센서(10)를 순서대로 주사하는 대신 제 1 ~ 제 3 주사에 있어서 각각 9, 16, 16개의 주사 블록 또는 센서(10)를 주사하기만 하면 된다. 이 결과 센서 어레이(1)를 판독할 때 주사하는 주사 블록 또는 센서(10)의 수를 (9+16+16)/(12x12)≒1/3로 저감할 수 있다.
보다 일반적으로는 센서 어레이(1)에 M x N개의 센서(10)가 배치되어 있는 경우, 종래와 같이 센서 어레이(1)의 M x N개의 센서(10)를 순서대로 주사하는 대신 제 1 주사에서는 (M/c1) x (N/d1)개의 주사 블록을 주사하기만 하면 된다. 또한 제 2 ~ 제 3 주사에서는, 각각 16개의 주사 블록 또는 센서(10)를 주사하기만 하면 된다. 이 결과 센서 어레이(1)를 판독할 때 주사하는 주사 블록 또는 센서(10)의 수를 하기 식(B4)와 같이 저감할 수 있다.
Figure 112019101102627-pat00020
센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수 M x N이 많아지면 상기 식(B4)의 제 2 항은, 제 1 항에 비해서 상대적으로 무시할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 센서 어레이(1)의 판독 방법은, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우에 특히 뛰어난 효과가 얻어진다.
도 2B에서는, 유저에 의해 동시에 조작되는 터치 수가 1개인, 싱글 터치인 경우의 예를 도시했지만, 유저에 의해 동시에 조작되는 터치 수가 복수인, 멀티 터치인 경우에도 본 실시형태의 수법을 적용하는 것이 가능하다.
도 2C는, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법에 있어서의 신호 보정 처리를 모식적으로 도시한 도면이다. 본 실시형태에서는, 제 1 ~ 제 3 주사에 더하여 신호 보정을 수행하기 위한 기준 신호를 취득하는 제 4 주사를 수행한다. 이하에서는, 제 4 주사를 제 1 ~ 제 3 주사 후에 수행하는 경우에 대하여 설명하지만, 제 4 주사는 제 1 ~ 제 3 주사 전에 수행해도 된다.
제어 연산부(3)는, 제 1 ~ 제 3 주사를 수행한 후에 도 2C(a)에 사선으로 도시한 복수의 센서(10)를 동시에 판독하는 제 4 주사를 수행한다. 그리고 제 4 주사에서 동시에 판독한 복수의 센서(10)로부터의 신호의 평균을 기준 신호(S0)로서 산출한다. 보다 구체적으로 제어 연산부(3)는, 센서 어레이(1)에 배치된 복수의 센서(10)를 가산하여 판독하고, 판독한 신호의 크기를, 판독한 센서(10)의 전체 개수로 나누어 기준 신호(S0)를 산출한다.
그리고 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 신호(S3)를 하기 식(C1)에 의해 보정하고, 보정 후 신호(S)의 분포에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 중심(G)을 상기 식(A3) 또는 상기 식(B3)로 산출한다.
Figure 112019101102627-pat00021
또한 도 2C(a)에서는, 센서 어레이(1)의 전영역에서 제 4 주사를 수행했지만, 도 2C(b) 또는 도 2C(c)에 도시한 것과 같이, 도 2A에 도시한 제 2 주사 영역(R2) 또는 제 3 주사 영역(R3)에 있어서 제 4 주사를 수행해도 된다. 혹은 도 2B에 도시한 제 2 주사 영역(R2) 또는 제 3 주사 영역(R3)에 있어서 제 4 주사를 수행해도 된다.
이로써 주사 영역마다 특유의 노이즈가 중첩되는 경우에도 주사 영역에 있어서 기준 신호를 산출함으로써 노이즈를 상쇄할 수 있다. 또한 시간적으로 변하는 랜덤 노이즈가 센서(10)에 중첩되는 경우에도 센서 어레이(1)의 전영역에 있어서 기준 신호를 산출함으로써 노이즈를 상쇄할 수 있다.
더욱이 도 2C에 도시한 방법으로는, 제 1 ~ 제 3 주사에 더하여 제 4 주사를 1회 수행하는 것만으로 제 3 주사에서 판독한 신호(S3)에 포함되는 노이즈를 저감할 수 있다. 그렇기 때문에 센서 어레이(1)의 판독 속도를 가속화하면서 노이즈를 저감하는 것이 가능한 센서 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 3은, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치에 있어서의 판독 회로(2)의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 본 실시형태의 판독 회로(2)는, 복수의 행 선택 회로(21) 및 열 선택 회로(22)를 가지고 구성된다. 판독 회로(2)는, 판독한 신호의 노이즈를 저감하기 위한 필터 회로 등을 더욱 가지고 있어도 된다.
행 선택 회로(21)는, 센서 어레이(1)의 열마다 설치되어 있고, 신호 출력선(11)을 통하여 동일한 열의 복수의 센서(10)에 접속되어 있다. 또한 열 선택 회로(22)는, 복수의 행 선택 회로(21)에 접속되어 있다. 행 선택 회로(21) 및 열 선택 회로(22)는, 행 또는 열을 선택하기 위한 스위치 회로, 선택한 신호를 가산하는 가산 회로 및 선택한 센서(10)로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭 회로를 각각 가지고 있다.
제어 연산부(3)는, 행 선택 회로(21) 및 열 선택 회로(22)와 접속되어 있고, 행 선택 회로(21) 및 열 선택 회로(22)를 제어하여 센서 어레이(1)의 행 및 열을 선택한다.
행 선택 회로(21)는, 센서 어레이(1)의 동일한 열의 복수의 센서(10)로부터 1 이상의 행을 선택하고 신호를 가산한다. 또한 열 선택 회로(22)는, 각 열의 행 선택 회로(21)에 의해 선택된 복수의 센서(10)로부터 1 이상의 열을 선택하고 신호를 가산한다. 열 선택 회로(22)는, 예를 들면 행 선택 회로(21)와 동일한 선택 회로를 포함하여 구성된다. 제어 연산부(3)는, 행 선택 회로(21) 및 열 선택 회로(22)에 의해 선택된 센서(10)로부터 신호를 순서대로 판독한다.
도 4는, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치에 있어서의 센서(10)의 전극 형상의 예를 도시한 도면이다. 상술한 도 1 ~ 도 3에서는, 센서(10)의 전극 형상이, 도 4(a)에 도시한 것과 같은 사각형인 것을 가정했지만, 본 실시형태의 센서(10)의 전극은 이러한 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 4(b) ~ 도 4(h)에 도시한 것과 같은, 각각 다이아몬드, 십자, 삼각형, 계단, 요철, H형, Fish bone의 전극 형상이어도 된다.
또한 센서(10)는, 반드시 상술한 설명과 같이 센서 어레이(1)에 행렬상으로 배치되지 않아도 된다. 센서(10)는 대체로 센서 어레이(1)에 2차원상으로 배치되고, 도 3에 도시한 판독 회로(2)에 의해 판독되는 구성을 가지고 있으면 된다. 실제 센서 어레이(1)에 있어서의 센서(10)의 레이아웃은, 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표의 검출 정밀도를 향상시키기 위해서, 예를 들면 특허문헌 2에 기재된 것과 같이 다양하게 고안될 수 있다.
도 5는, 종래의 센서 장치에 있어서 센서 어레이(1)로부터 판독되는 신호의 타이밍 차트이다. 도 5에는, 종래의 센서 장치에 있어서 센서 어레이(1)의 제 1 행 ~ 제 6 행 및 제 1 열 ~ 제 6 열의 센서(10)로부터 판독되는 신호를 도시하고 있다. 판독되는 신호의 행 번호는 제 1 열에만 도시하고 있다.
종래의 센서 장치에서는 시프트 레지스터 등을 이용하여, 도 5에 도시한 것과 같이 센서 어레이(1)의 제 1 행 제 1 열부터 순서대로 주사가 수행된다. 또한 도 5에서는, 동일한 행의 신호가 동일한 타이밍에서 병렬로 판독되도록 도시되어 있지만, 실제로는 순서대로 판독이 수행된다. 그렇기 때문에 종래의 센서 장치의 제어 방법에서는, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많아지면 센서 어레이(1)의 주사 기간(T)이 커지고, 터치 패널의 반응 속도가 저하된다.
그러나 유저에 의해 동시에 터치되는 면적은, 만일 10 포인트 정도의 멀티 터치가 수행된 경우라도 센서 어레이(1)의 면적에 비교하면 충분히 작다. 따라서 터치 패널과 같은 센서 장치에 있어서는 반드시 센서 어레이(1)의 전영역을 순서대로 주사할 필요는 없다. 그래서 본 실시형태에서는, 센서 어레이(1)의 주사를, 전영역에 있어서 수행하는 성긴 주사와, 터치 조작이 포함되는 일부 영역에서 수행하는 조밀한 주사로 나눔으로써 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화시킨다.
도 6A 및 도 6B는, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치에 있어서 센서 어레이(1)로부터 판독되는 신호의 타이밍 차트이다. 도 6A와 도 6B에는, 도 2A와 도 2B에 도시한 센서 장치의 제어 방법을 이용한 경우, 센서 어레이(1)의 제 1 행 ~ 제 6 행 및 제 1 열 ~ 제 6 열의 센서(10)로부터 판독되는 신호를 각각 도시하고 있다. 판독되는 신호의 행 번호는 각 신호 위에 나타내고 있다.
본 실시형태의 센서 장치에서는, 도 2A 및 도 2B에서 설명한 것과 같이 제 1 ~ 제 3 주사로 나뉘어 센서 어레이(1)의 주사가 수행된다. 또한 도 2C에 도시한 것과 같이 그 후 제 4 주사가 수행된다. 제 1 ~ 제 4 주사는, 도 6A 및 도 6B에 도시한 주사 기간(T1 ~ T4)에 있어서 각각 수행된다. 또한 도 6A 및 도 6B에서는, 동일한 행의 신호가 동일한 타이밍에서 병렬로 판독되도록 도시되어 있지만 실제로는 순서대로 판독이 수행된다.
도 6A 및 도 6B에 도시한 타이밍 차트에서는, 도 2A 및 도 2B에서 설명한 것과 같이 종래의 센서 장치에 있어서의 센서 어레이(1)의 주사 기간(T)에 대해서, 상기 식(A4) 또는 상기 식(B4)과 같이 주사 기간(T1 ~ T3)이 단축된다. 이로써 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우라도 센서 어레이(1)의 주사 기간(T)을 작게 해서 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화할 수 있다.
도 7은, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 제어 방법을 도시한 제 1 플로차트이다. 이하에서는, 도 2A에 도시한 센서 장치의 제 1 제어 방법에 대하여, 도 7을 참조하면서 설명한다.
우선 제어 연산부(3)는, 센서 어레이(1)의 행 및 열을 건너뛰면서 제 1 주사를 수행한다(단계 S101). 제 1 주사에서는, 센서 어레이(1)의 전영역을 성기게 주사한다. 계속해서 제어 연산부(3)는, 제 1 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함되는 제 2 주사 영역(R2)을, 다음의 제 2 주사를 수행할 주사 영역으로 설정한다 (단계 S102).
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 2 주사 영역(R2)에 있어서 제 1 주사보다 작은 건너뛰기 간격으로 제 2 주사를 수행한다(단계 S103). 제 2 주사에서는, 제 2 주사 영역(R2)을 조밀하게 주사한다. 계속해서 제어 연산부(3)는, 제 2 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함되는 제 3 주사 영역(R3)을, 다음의 제 3 주사를 수행할 주사 영역으로서 설정한다(단계 S104).
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 3 주사 영역(R3)에 있어서 건너뛰기 없이 제 3 주사를 수행한다(단계 S105).
다음으로 제어 연산부(3)는, 센서 어레이(1)의 전영역을 동시에 판독하는 제 4 주사를 수행한다(단계 S106). 그리고 제어 연산부(3)는, 제 4 주사에서 동시에 판독한 복수의 센서(10)로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출한다(단계 S107).
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 신호와 제 4 주사에서 판독한 기준 신호를 비교하여 노이즈 레벨이 소정 값 이상인지 아닌지를 판정한다(단계 S108). 노이즈 레벨이 소정 값 이상인 경우(Yes)는 단계 S109로 진행하고, 제 3 주사에서 판독한 신호를 상기 식(C1)으로 보정한다(단계 S109). 한편 노이즈 레벨이 소정 값 미만인 경우(No)에는 단계 S110으로 진행된다.
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 신호 또는 보정 후 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 중심(G)을, 상기 식(A3) 또는 상기 식(B3)에 의해 산출한다(단계 S110).
또한 단계 S108의 판정 처리는, 노이즈가 작은 경우에 단계 S109의 신호 보정 처리를 생략하고, 제어 연산부(3)의 부하를 경감하기 위한 것이다. 따라서 제어 연산부(3)의 처리 능력에 여유가 있는 경우에는 단계 S108의 판정 처리를 생략하고, 신호 보정 처리를 항상 수행하도록 해도 된다.
이와 같이 본 실시형태의 센서 장치의 제 1 제어 방법은, 센서 어레이(1)에 있어서 행 및 열을 건너뛰면서 성긴 주사(1차 주사, 제 1 주사)를 수행한다. 그리고 성긴 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여 다음 주사 영역을 설정하고, 설정한 주사 영역에 있어서 더욱 작은 건너뛰기 간격으로 행 및 열을 건너뛰면서 혹은 건너뛰기 없이 조밀한 주사(2차 주사, 제 2 및 제 3 주사)를 수행한다.
이와 같은 구성에 의하면, 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화하면서 노이즈를 저감하는 것이 가능한 센서 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다. 특히 본 실시형태의 센서 장치 및 그 제어 방법은, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우에 뛰어난 효과가 얻어진다.
다음으로 도 2B에 도시한 센서 장치의 제 2 제어 방법에 대하여, 동일하게 도 7을 참조하면서 설명한다.
우선 제어 연산부(3)는, 센서 어레이(1)에 있어서, 소정의 제 1 주사 블록을 단위로서, 제 1 주사 블록마다 제 1 주사를 수행한다(단계 S101). 제 1 주사에서는, 센서 어레이(1)의 전영역을 성기게 주사한다. 계속해서 제어 연산부(3)는, 제 1 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함되는 제 1 주사 블록을 선택한다. 그리고 선택한 제 1 주사 블록을 포함하는 소정 영역을 다음의 제 2 주사를 수행할 제 2 주사 영역(R2)으로 설정한다(단계 S102).
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 2 주사 영역(R2)에 있어서 제 1 주사 블록보다 작은 소정의 제 2 주사 블록을 단위로서, 제 2 주사 블록마다 제 2 주사를 수행한다(단계 S103). 제 2 주사에서는, 제 2 주사 영역(R2)을 조밀하게 주사한다. 계속해서 제어 연산부(3)는, 제 2 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 위치 좌표(P0)가 포함되는 제 2 주사 블록을 선택한다. 그리고 선택한 제 2 주사 블록을 포함하는 소정 영역을 다음의 제 3 주사를 수행할 제 3 주사 영역(R3)으로서 설정한다(단계 S104).
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 3 주사 영역(R3)에 배치된 센서(10)를 순서대로 주사하는 제 3 주사를 수행한다(단계 S105).
다음으로 제어 연산부(3)는, 센서 어레이(1)의 전영역을 동시에 판독하는 제 4 주사를 수행한다(단계 S106). 그리고 제어 연산부(3)는, 제 4 주사에서 동시에 판독한 복수의 센서(10)로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출한다(단계 S107).
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 신호와 제 4 주사에서 판독한 기준 신호를 비교하여 노이즈 레벨이 소정 값 이상인지 아닌지를 판정한다(단계 S108). 노이즈 레벨이 소정 값 이상인 경우(Yes)는 단계 S109로 진행하고, 제 3 주사에서 판독한 신호를 상기 식(C1)으로 보정한다(단계 S109). 한편 노이즈 레벨이 소정 값 미만인 경우(No)에는 단계 S110으로 진행된다.
다음으로 제어 연산부(3)는, 제 3 주사에서 판독한 신호 또는 보정 후 신호에 기초하여, 유저에 의한 터치 조작의 중심(G)을, 상기 식(A3) 또는 상기 식(B3)에 의해 산출한다(단계 S110).
또한 단계 S108의 판정 처리는, 노이즈가 작은 경우에 단계 S109의 신호 보정 처리를 생략하고, 제어 연산부(3)의 부하를 경감하기 위한 것이다. 따라서 제어 연산부(3)의 처리 능력에 여유가 있는 경우에는 단계 S108의 판정 처리를 생략하고, 신호 보정 처리를 항상 수행하도록 해도 된다.
이와 같이 본 실시형태의 센서 장치의 제 2 제어 방법은, 센서 어레이(1)에 있어서 소정의 주사 블록마다 성긴 주사(제 1 주사)를 수행한다. 그리고 성긴 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여 다음 주사 영역을 설정하고, 설정한 주사 영역에 있어서 더욱 작은 주사 블록마다 조밀한 주사(제 2 및 제 3 주사)를 수행한다.
이와 같은 구성에 의하면, 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화하면서 노이즈를 저감하는 것이 가능한 센서 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다. 특히 본 실시형태의 센서 장치 및 그 제어 방법은, 센서 어레이(1)에 배치된 센서(10)의 전체 개수가 많은 경우에 뛰어난 효과가 얻어진다.
도 8은, 제 1 실시형태에 따른 센서 장치의 센서(10)로부터 출력되는 신호의 실측 값을 도시한 도면이다. 도 8(a)에는, 상기 식(C1)의 보정을 수행하기 전의 신호(S3)의 파형을 도시하고 있고, 도 8(b)에는, 상기 식(C1)의 보정을 수행한 후의 신호(S=S3-S0)의 파형을 도시하고 있다. 횡축은, 도 6에 도시한 주사 기간(T)을 단위로 하는 프레임 수를 나타내고 있다. 종축은, 센서(10)로부터 출력되는 신호의 크기를 규격화하여 나타내고 있다.
도 8(a)에 도시한 보정 전 신호(S3)에는, 시간적으로 변하는 랜덤 노이즈가 중첩되어 있다. 센서(10)로부터 출력되는 신호에 이러한 노이즈가 포함되면 터치 조작의 위치 좌표 검출 정밀도가 저하된다. 한편 도 8(b)에 도시한 보정 후 신호(S)에서는, 시간적으로 변하는 랜덤 노이즈가 상기 식(C1)의 보정에 의해 상쇄되어 저감된 것을 알 수 있다.
도 8(a)에 도시한 보정 전 신호(S3)는, 노이즈 진폭(최대값-최소값)의 평균값이 32였지만, 도 8(b)에 도시한 보정 후 신호(S)는, 노이즈 진폭(최대값-최소값)의 평균값이 5였다. 즉, 본 실시형태의 센서 장치에서는 노이즈가 5/32≒1/6로 저감된 것이 확인되었다.
이상과 같이 본 실시형태의 센서 장치는, 성긴 조사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여 주사 영역을 설정하고, 주사 영역에 있어서 성긴 주사보다 조밀한 주사를 수행한다. 그리고 센서 어레이의 전영역 또는 주사 영역에 있어서 동시에 판독한 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하고, 조밀한 주사에서 판독한 신호를, 기준 신호를 이용하여 보정하고, 터치 조작의 위치 좌표를 검출한다.
이와 같은 구성에 의하면, 주사 영역마다 특유의 노이즈가 중첩되는 경우에도 주사 영역에서 산출한 기준 신호를 이용하여 노이즈를 상쇄할 수 있다. 또한 시간적으로 변하는 랜덤 노이즈가 센서(10)에 중첩되는 경우에도 센서 어레이(1)의 전영역에서 산출한 기준 신호를 이용하여 노이즈를 상쇄할 수 있다. 이 결과 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화하면서 노이즈를 저감하는 것이 가능한 센서 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
<제 2 실시형태>
도 9는, 제 2 실시형태에 따른 센서 장치의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다. 본 실시형태의 센서 장치는, 센서 어레이(1), 수직 주사 회로(2a), 판독 회로(2b) 및 제어 연산부(3)를 구비하여 구성된다. 도 9에 도시한 본 실시형태의 센서 장치는, 제 1 실시형태의 센서 장치와 비교해서, 판독 회로(2) 대신 수직 주사 회로(2a) 및 판독 회로(2b)를 구비하고 있는 점을 특징으로 하고 있다.
종래의 수직 주사 회로와 판독 회로는, 시프트 레지스트 등을 가지고 구성되고, 센서 어레이의 행 및 열을 순서대로 주사하였다. 한편 도 9에 도시한 본 실시형태의 수직 주사 회로(2a)는, 센서 어레이(1)의 행을 건너뛰면서 혹은 소정의 행 범위를 단위로서 주사를 수행하는 것이 가능한 구성을 가지고 있다. 또한 본 실시형태의 판독 회로(2b)는, 센서 어레이(1)의 열을 건너뛰면서 혹은 소정의 열 범위를 단위로서 주사를 수행하는 것이 가능한 구성을 가지고 있다.
보다 구체적으로 본 실시형태의 수직 주사 회로(2a) 및 판독 회로(2b)는, 도 3A 및 도 3B에 도시한 것과 같은 행 선택 회로(21)와 열 선택 회로(22)를 가지고 구성된다. 기타 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하므로 설명은 생략한다.
이와 같은 구성에 의해서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로 센서 어레이(1)의 주사를, 전영역에 있어서 수행하는 성긴 주사와, 터치 조작이 포함되는 일부 영역에서 수행하는 조밀한 주사로 나누어, 센서 어레이(1)의 판독 속도를 고속화시킬 수 있다.
<기타 실시형태>
상술한 실시형태는 모두 본 발명을 실시하는데 있어서 구체화된 예를 도시한 것에 불과하며, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안 되는 것이다. 즉 본 발명은 그 기술 사상 또는 주요 특징으로부터 벗어나지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
센서(10)는 정전 용량 방식 이외에도, 예를 들면 압력에 따라서 저항 값이 변하는 감압 도전 고무 등을 이용한 압력 센서여도 된다. 이 경우, 압력 센서는 액티브 매트릭스로 되며, 도 9에 도시한 제 2 실시형태의 구성에 의해 제어될 수 있다. 또한 터치 센서 이외에 온도 센서나 습도 센서 등을 더욱 가져도 된다.
또한 상술한 실시형태에서는 제 1 ~ 제 3 주사를 3회 수행하는 경우의 예를 도시했지만, 본 발명에서는 주사 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 제 2 주사를 생략해도 되고, 제 2 주사에 있어서 주사 영역을 단계적으로 작게 하면서 복수 회 주사를 수행해도 된다. 혹은 제 3 주사를 생략하고, 제 2 주사에서 판독한 복수의 신호에 기초하여 터치 조작의 위치 좌표를 검출해도 된다.
상술한 실시형태의 1 이상의 기능을 실현하기 위한 프로그램도 본 발명의 범주에 포함된다. 상기 프로그램은, 네트워크 또는 기록 매체를 통하여 시스템 또는 장치에 공급될 수 있다. 그 시스템 또는 장치에 포함되는 컴퓨터에 있어서, 1 이상의 프로세서가 프로그램을 판독하여 실행함으로써 상술한 실시형태의 1 이상의 기능이 실현될 수 있다. 또한 상술한 실시형태의 1 이상의 기능은, ASIC, FPGA 등의 회로에 의해 실현되는 것이어도 된다.
1: 센서 어레이
2, 2b: 판독 회로
2a: 수직 주사 회로
3: 제어 연산부
10: 센서
11: 신호 출력선
20: 제어 연산부
21: 행 선택 회로
22: 열 선택 회로

Claims (15)

  1. 2차원상의 행 및 열로 복수의 센서가 배치된 센서 어레이와,
    복수의 상기 센서로부터 신호를 판독하는 판독 회로와,
    상기 판독 회로를 제어하고, 복수의 상기 센서로부터 판독한 신호에 기초하여, 상기 센서 어레이 중에서 상기 신호의 변화가 생긴 위치 좌표를 검출하는 제어 연산부를 구비하고,
    상기 제어 연산부는,
    상기 센서 어레이에 있어서 1차 주사를 수행하고,
    상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 제 2 주사 영역을 설정하며,
    상기 제 2 주사 영역에 있어서 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 2차 주사를 수행하고,
    상기 2차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 제 3 주사 영역을 설정하며,
    상기 제 3 주사 영역에 있어서 복수의 상기 센서를 순서대로 주사하는 3차 주사를 수행하고,
    상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 제 3 주사 영역에 있어서 동시에 판독된 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하며,
    상기 3차 주사에서 판독된 신호를, 상기 기준 신호를 이용하여 보정하고,
    상기 보정된 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표를 검출하는 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 연산부는, 상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 제 3 주사 영역에 배치된 복수의 상기 센서를 가산하여 판독하고, 판독된 신호의 크기를, 판독한 상기 센서의 전체 개수로 나누어 상기 기준 신호를 산출하는 센서 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는, 정전 용량 방식인 센서 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 연산부는, 상기 3차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 신호의 변화가 생긴 중심을 산출하는 센서 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 연산부는,
    상기 센서 어레이에 있어서, 행 및 열을 건너뛰면서 상기 1차 주사를 수행하고,
    상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 상기 제 2 주사 영역을 설정하며,
    상기 제 2 주사 영역에 있어서, 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 상기 2차 주사를 수행하는 센서 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 주사 영역은, 상기 1차 주사에서 판독된 신호의 크기가 소정 값 이상이거나 또는 최대인 상기 센서를 중심으로 하는, 소정 크기의 직사각형 영역인 센서 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 2차 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격은, 상기 센서에 의해 검지 가능한 상기 센서 어레이의 행 범위보다 작고,
    상기 2차 주사에 있어서의 열의 건너뛰기 간격은, 상기 센서에 의해 검지 가능한 상기 센서 어레이의 열 범위보다 작은 센서 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 연산부는,
    상기 센서 어레이에 있어서, 소정의 제 1 주사 블록마다 상기 1차 주사를 수행하고,
    상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 상기 제 1 주사 블록을 선택하며,
    상기 제 1 주사 블록을 포함하는 상기 제 2 주사 영역에 있어서, 상기 제 1 주사 블록보다 작은 소정의 제 2 주사 블록마다 상기 2차 주사를 수행하는 센서 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 판독 회로는, 상기 센서 어레이의 동일한 열의 복수의 상기 센서로부터 1 이상의 행을 선택하고 신호를 가산하는 행 선택 회로를 열마다 가지는 센서 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 판독 회로는, 각 열의 상기 행 선택 회로에 의해 선택된 복수의 상기 센서로부터 1 이상의 열을 선택하고 신호를 가산하는 열 선택 회로를 가지는 센서 장치.
  11. 2차원상의 행 및 열로 복수의 센서가 배치된 센서 어레이와,
    복수의 상기 센서로부터 신호를 판독하는 판독 회로와,
    상기 판독 회로를 제어하고, 복수의 상기 센서로부터 판독한 신호에 기초하여, 상기 센서 어레이 중에서 상기 신호의 변화가 생긴 위치 좌표를 검출하는 제어 연산부를 구비한 센서 장치의 제어 방법으로서,
    상기 제어 연산부에 있어서,
    상기 센서 어레이에서 1차 주사를 수행하는 단계와,
    상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 제 2 주사 영역을 설정하는 단계와,
    상기 제 2 주사 영역에 있어서 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 2차 주사를 수행하는 단계와,
    상기 2차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 제 3 주사 영역을 설정하는 단계와,
    상기 제 3 주사 영역에 있어서 복수의 상기 센서를 순서대로 주사하는 3차 주사를 수행하는 단계와,
    상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 제 3 주사 영역에 있어서 동시에 판독된 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하는 단계와,
    상기 3차 주사에서 판독된 신호를, 상기 기준 신호를 이용하여 보정하는 단계와,
    상기 보정된 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표를 검출하는 단계를 가지는 제어 방법.
  12. 2차원상의 행 및 열로 복수의 센서가 배치된 센서 어레이와,
    복수의 상기 센서로부터 신호를 판독하는 판독 회로와,
    상기 판독 회로를 제어하고, 복수의 상기 센서로부터 판독한 신호에 기초하여, 상기 센서 어레이 중에서 상기 신호의 변화가 생긴 위치 좌표를 검출하는 제어 연산부를 구비한 센서 장치에 있어서,
    컴퓨터를,
    상기 센서 어레이에 있어서 1차 주사를 수행하는 수단과,
    상기 1차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 제 2 주사 영역을 설정하는 수단과,
    상기 제 2 주사 영역에 있어서 상기 1차 주사보다 주사 간격이 작은 2차 주사를 수행하는 수단과,
    상기 2차 주사에서 판독된 복수의 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표가 포함되는 제 3 주사 영역을 설정하는 수단과,
    상기 제 3 주사 영역에 있어서 복수의 상기 센서를 순서대로 주사하는 3차 주사를 수행하는 수단과,
    상기 센서 어레이의 전영역 또는 상기 제 3 주사 영역에 있어서 동시에 판독된 복수의 상기 센서로부터의 신호의 평균을 기준 신호로서 산출하는 수단과,
    상기 3차 주사에서 판독된 신호를, 상기 기준 신호를 이용하여 보정하는 수단과,
    상기 보정된 신호에 기초하여, 상기 위치 좌표를 검출하는 수단으로서 기능시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체.
  13. 삭제
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 주사 영역의 행 범위는 상기 1차 주사에 있어서의 행의 건너뛰기 간격(a1)을 이용하여 2 x a1 + 1 이하이고,
    상기 제 2 주사 영역의 열 범위는 상기 1차 주사에 있어서의 열의 건너뛰기 간격(b1)을 이용하여 2 x b1 + 1 이하인 센서 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 주사 영역의 행 범위는 상기 제 1 주사 블록의 행 범위(c1) 이상이고,
    상기 제 2 주사 영역의 열 범위는 상기 제 1 주사 블록의 열 범위(d1) 이상인 센서 장치.
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