KR20100127188A

KR20100127188A - 물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치, 및 그것을 탑재한 표시 장치

Info

Publication number: KR20100127188A
Application number: KR1020100048278A
Authority: KR
Inventors: 고지 나가따; 도시유끼 구마가이; 노리오 맘바; 고지 하야까와
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치 디스프레이즈
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2010-12-03
Also published as: TWI419025B; TW201112082A; CN101901074A; EP2256598B1; JP5451181B2; CN101901074B; US20100295810A1; JP2010272064A; EP2256598A3; EP2256598A2; US8773369B2; KR101159955B1

Abstract

물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치는, 동시에 발생하는 복수의 접촉 또는 근접 개소를 분리하고, 개개의 위치 좌표를 산출하는 연산부를 구비하고, 상기 연산부는, 검출에 의해 얻어진 신호 강도의 공간 분포에 기초하여, 상기 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정하는 분석부를 구비한다.

Description

물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치, 및 그것을 탑재한 표시 장치{SENSOR DEVICE FOR DETECTING CONTACT OR APPROACH OF OBJECT, AND DISPLAY DEVICE WITH THE SAME}

본 발명은, 물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치(예를 들면 터치 센서), 및 그것을 탑재한 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 좌표 검출 정밀도의 고정밀도화를 도모한 센서 장치 및 표시 장치에 관한 것이다.

손가락 등을 접촉하는 조작에 의해 입력하는 기능을 갖는 입력 장치(이하, 터치 센서)를 구비한 표시 장치는, 휴대형의 전자 기기와, 각종의 가전 제품과, 무인 접수기 등의 거치형 고객 안내 단말기에 이용되고 있다. 터치 센서의 검출 방식으로서는, 접촉된 것에 의한 저항값 변화를 검출하는 저항막 방식, 용량값 변화를 검출하는 정전 용량 결합 방식, 또한 광이 차폐되는 것에 의한 광량 변화를 검출하는 광 센서 방식 등이 알려져 있다.

최근, 터치 센서를 구비하는 표시 장치를 탑재하는 기기가 증가함과 함께, 터치 센서를 이용하는 어플리케이션에는, 복잡한 기능의 실현이 요구되고 있다. 그 때문에, 터치 센서가 동시 검출 가능한 입력점의 수를, 종래의 일점에서 복수점으로 확장하는, 즉 멀티 터치 센서화하기 위한 기술 개발이 활발히 행해지고 있다.

이 멀티 터치 센서에 관한 종래 기술예로서, 일본 특허 공표 제2007-533044호 공보를 들 수 있다. 본 종래 기술예가 개시되는 기술은, 터치 센서의 검출 방식으로서 정전 용량 결합 방식을 이용한다. 터치 센서로부터 얻어진 정보를 처리하고, 동시에 입력되는 복수의 입력점 좌표를 개별로 산출하는 방식이다. 이 터치 센서는, 복수의 X 전극과 복수의 Y 전극을 갖는다. 복수의 X 전극과 복수의 Y 전극과는, 전기적으로 절연된 별도의 층에 형성된다. 복수의 X 전극이 X 좌표에 대응하고, 복수의 Y 전극은 Y 좌표에 대응한다. 복수의 X 전극과 복수의 Y 전극과의 교점의 각각이 직행 좌표계의 검출점으로 된다. 이 터치 센서에 손가락 등의 도체가 접촉하면, 접촉점 부근의 전극의 교점에서는, X 전극과 Y 전극이 손가락 표면을 통하여 결합하는 식의 정전 용량의 회로가 형성된다. 이 정전 용량의 회로는 도체가 접촉하지 않는 경우의 전극간 용량에 대해 병렬 접속이며, 결과적으로 전극간의 정전 용량이 증가한다. 이와 같이, 검출 대상물의 접촉에 의한 정전 용량의 증감을, 각 전극 교점에서 검출함으로써, 좌표 검출을 행한다. 보다 구체적으로는, Y 전극 중에서 1개의 전극을 선택하여, 거기서부터 전압 신호를 입력하고, 상기 전극 교점의 정전 용량에 비례하도록 전달하는 신호를, X 전극에서 검출한다. 이 공정을, 순차적으로 반복하여, 모든 Y 전극에 대해 행하고, XY 평면 내 모든 교점에서의 정전 용량에 관한 정보를 얻는다. 본 종래 기술예에서는, 이와 같이 하여 얻어진 정보로부터 좌표를 산출하기 위한 수순을, 이하와 같이 하고 있다. 크게 4개의 수순으로 구성되고, 각각은, 하기와 같다. (수순 1) 검출 신호 분포에 필터를 걸어, 노이즈를 제거한다. (수순 2) 검출된 신호 강도 분포의 구배 데이터를 생성한다. (수순 3) 상기 산출된 구배 데이터에 기초하여, 다수의 입력점에 의해 구성되는 분포의 경계를 계산한다. (수순 4) 상기 경계에 의해 분리된 각 영역의 좌표를 계산한다.

상기 예의 수순 2 및 수순 3에서 기재된 처리는, 멀티 터치 센서에 특유한 처리이다. 이것은, 멀티 터치 센서에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 동시에 입력되는 다른 위치에의 복수의 입력점을, 각각 별도의 입력점으로서 판별해야만 하기 때문이다. 본 종래 기술예에서는, 특히 수순 3의 입력점을 판별하는 경계선의 계산에, 분수계 알고리즘을 이용하는 것이 개시되어 있다. 이, 분수계 알고리즘은, 수순 2에서 요구하고 있는 검출 신호 강도 분포의 구배의 극소점에 마커를 설정하고, 마커를 구배의 증가 방향으로 확대시켜 가고, 마커끼리가 겹쳐 위치를, 검출 신호 분포를 분리하는 경계선으로 하여 그 내측을 그룹으로 간주하는 처리이다.

상기 종래 기술예에서는 이상과 같은, 멀티 터치 센서로서 기능을 실현하기 위한, 신호의 검출 방법, 및 검출 신호의 처리 방법이 개시되어 있다.

최근, 멀티 터치 센서에는, 보다 정밀도가 높은 다점 동시 입력, 예를 들면 스타일러스 펜 등에 의한 다점 동시 입력에의 대응도 요구되기 시작하고 있다. 상기 종래 기술예에서는, 손가락을 주된 입력 수단으로서 상정하고 있다. 손가락에 의한 입력의 경우에는, 일반적으로 다음과 같은 특징이 있다. 우선, 손끝의 접촉 면적의 크기로부터, 입력점 범위가 커지기 때문에, 미세한 위치를 입력할 필요성은 낮다. 또한, 손가락으로의 입력이기 때문에, 복수의 입력점간의 거리가 극단적으로 좁아지는 경우의 빈도는 낮고, 입력점간의 거리가 충분히 떨어져 있는 경우의 빈도가 많은 등의 특징이 있다.

한편, 스타일러스 펜 등에 의한 입력을 상정하는 경우에는, 손가락의 경우와는 반대의 특성이 요구된다. 즉, 펜끝이 충분히 작기 때문에 미세한 위치가 지시되는, 펜끝이 극단적으로 근접한 경우에도 입력점 판별이 요구되는, 등의 특성이다. 또한, 스타일러스 펜 등에 의한 다점 동시 입력뿐만 아니라, 복수의 손가락에 의한 다점 동시 입력의 경우나, 손가락과 스타일러스 펜 등에 의한 다점 동시 입력의 경우에도, 보다 정밀도가 높은 입력점 판단을 할 수 있는 것이 바람직한 것은 물론이다.

본 발명이 해결할 과제는, 물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치에서, 복수의 입력점의 각각을 나타내는 검출 신호의 분포가 서로 겹치는 상태라도 입력점의 판별을 가능하게 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 검출 신호 분포로부터 각 입력점의 좌표를 산출하는 처리 공정에, 근접한 입력점의 분리를 쉽게 하기 위한 처리 공정을 제공하고 있다. 또한, 그 처리 공정을, 간편한 수순, 또한 처리 회로 등의 규모 확대를 억제 가능하게 하는 구성으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 다점 입력에 대해서도, 입력점간의 거리에 의하지 않는 고정밀도의 좌표 산출이 가능한, 물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치가 실현된다.

도 1은 터치 센서를 탑재하는 표시 장치의 구성을 설명하는 도면.
도 2는 용량 검출부의 구성의 예를 설명하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 검출 신호의 예를 설명하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 복수점 입력 시의 검출 신호의 예를 설명하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 종래의 처리 수순을 설명하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 근접한 2점 입력 시의 검출 신호를 설명하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 형태에 따른 처리 수순을 설명하는 도면.
도 8은 제1 실시예에서의 구성을 설명하는 도면.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 제1 실시예에서의 처리 내용을 설명하는 도면.
도 10a 및 도 10b는 제1 실시예에서의 처리 내용을 설명하는 도면.
도 11은 제2 실시예에서의 구성을 설명하는 도면.
도 12a 및 도 12b는 신호 검출계의 전달 함수를 설명하는 도면.
도 13a 및 도 13b는 검출 신호와 공간 주파수로의 변환 결과를 설명하는 도면.
도 14a 및 도 14b는 제2 실시예에 의한 처리 결과를 설명하는 도면.

처음에, 도 1 내지 도 5를 이용하여 종래 기술에서의 검출 방식의 구성의 예, 및 처리 수순의 예를 설명한다.

도 1은, 멀티 터치 센서를 구비하는 표시 장치의 구성을 설명하는 도면이다.

도 1에서, 참조 부호 101은 멀티 터치 센서이다. 멀티 터치 센서(101)는, 용량 검출용의 X 전극 XP와 Y 전극 YP를 갖는다. 도 1에서는, X 전극을 4개(XP1∼XP4), Y 전극을 4개(YP1∼YP4)로 하고 있지만, 전극수는 이에 한정되는 것은 아니다. 멀티 터치 센서(101)는 표시 장치(106)의 상면에 설치되어 있다. 멀티 터치 센서(101)의 X 전극 XP와 Y 전극 YP는, 검출용 배선(107)에 의해 용량 검출부(102)에 접속되어 있다. 용량 검출부(102)는, 제어 연산부(103)에 포함되는 제어부(113)로부터 출력되는 검출 제어 신호(109)에 의해 제어된다. 용량 검출부(102)는 그 제어에 의해, 멀티 터치 센서(101) 내에 형성되어 있는 각 전극간의 용량을 검출하고, 각 전극간의 용량값에 따라서 변화하는 용량 검출 신호(108)를 제어 연산부(103)에 출력한다. 제어 연산부(103)에 포함되는 연산부(114)는, 각 전극간의 용량 검출 신호(108)로부터 각 전극간의 신호 성분을 계산함과 함께, 각 전극간의 신호 성분으로부터 검출 좌표를 연산하여 구한다. 제어 연산부(103)는 I/F 신호(110)를 이용하여 검출 좌표를 시스템(104)에 전송한다. 시스템(104)은, 접촉 등의 입력의 멀티 터치 센서(101)에 의한 검출 좌표(110)를 수신하면, 그 입력 조작에 따른 표시 화상을 생성하고, 표시 제어 신호(112)로서 표시 제어 회로(105)에 전송한다. 표시 제어 회로(105)는, 표시 제어 신호(112)에 의해 전송되는 표시 화상에 따라서 표시 신호(111)를 생성하고, 표시 장치(106)에 화상을 표시한다.

도 2는, 상기 용량 검출부(102)의 상세한 구성의 예를 도시하는 도면이다. 용량을 검출하는 구성은, 도 2의 구성으로 한정되지 않는다. 본 예에서는, 용량 검출부(102)는, Y 전극에 신호를 입력하는 신호 입력부(211)와 X 전극으로부터 신호를 판독하는 신호 판독부(210), 및 메모리부(212)로 구성된다.

도 2에서는, 한 쌍의 X 전극 XP1에 대응하는 신호 판독부(210)와 Y 전극 YP1에 대응하는 신호 입력부(211)에 대해서 회로 구성을 도시하고 있지만, 멀티 터치 센서(101) 상에 형성되는 각 X 전극 XPn 및 각 Y 전극 YPn에 대해 마찬가지의 구성의 신호 판독부(210-n), 신호 입력부(211-n)가 접속되어 있다.

신호 입력부(211)는, 스위치(207, 208)의 절환에 의해 기준 전위 VaP와 Vref 중 어느 한쪽의 전압을 선택적으로 Y 전극 YP에 공급한다. 파형(209)은 Y 전극 YP에 인가되는 전압을 나타낸다.

신호 판독부(210)는, 연산 증폭기(200), 적분 용량(Cr)(201), 및 리셋 스위치(205)로 이루어지는 적분 회로와, 샘플 스위치(203) 및 홀드 용량(202)으로 이루어지는 샘플 홀드 회로와, 전압 버퍼(204)와, 아날로그 디지털 변환기(206)로 구성된다.

이하, 용량 검출부(102)의 동작의 개략을 설명한다. 이하에서는, 용량 검출부의 초기 상태에서는 적분 용량(201)은 충전되어 있지 않는 것으로서 설명한다.

초기 상태에서는, 우선 상기 신호 입력부(211)에 의해 Y 전극 YP1에 전압 Vap가 인가된다. 이에 의해 X 전극과 Y 전극과의 사이의 결합 용량 Cdv는, Y 전극 YP1이 인가 전압 Vap에 도달할 때까지 충전된다. 이 때, X 전극 XP1의 전위는, 연산 증폭기(200)의 부귀환 작용에 의해 항상 기준 전위(이 예의 경우에는 그라운드 전위)로 고정되어 있다. 따라서, 충전에 의해 생기는 전류는, 적분 용량(201)을 경유하여 연산 증폭기(200)의 출력 단자로 흐른다. 이 동작에 의한 적분 회로의 출력 전압 Vo는, X 전극 Y 전극간의 결합 용량의 크기 Cdv에 의존한다. 여기서 Vo는 -Vap(Cdv/Cr)이다. 다음에 샘플 홀드 회로의 샘플 스위치(203)는 ON으로 되고, 소정 시간 경과 후에 OFF로 되도록 제어된다. 이에 의해 홀드 용량(202)은 앞의 동작에서 결정된 적분 회로의 출력 전위 Vo를 유지한다. 그 유지된 전위는, 전압 버퍼(204)를 경유하여 아날로그 디지털 변환기(206)에 입력되고, 그 유지된 전위는 디지털 데이터로 변환된다.

상기 X 전극 XP1 이외의 X 전극 XP의 각각에 접속된 신호 판독부(210)도, XP1 전극에 접속된 신호 판독부(210)와 마찬가지의 동작을 행한다. Y 전극 YP1로부터의 입력 신호에 의한 적분 회로의 출력 전위가 X 전극 XP1의 출력 전위와 동시에 판독된다.

상기, 각 X 전극 XP에 접속되어 있는 신호 판독부(210)의 출력은, 메모리부(212)에 입력된다. 신호 판독부(210)의 출력 데이터가 메모리부(212)에 유지된다. 그 메모리부(212)는, 도 1에 도시한 연산 제어부(103)와의 사이에서 유지하는 데이터의 수수를 행한다.

상기 YP1을 입력으로 하는 검출에 이어서, 상기 Y 전극 YP1과는 다른 Y 전극 YP에 전압을 인가하여, 용량 검출을 행한다. 그 용량 검출 전에 리셋 스위치(205)를 ON, OFF 제어하여 각 적분 회로의 적분 용량(201)을 리셋한다. 이후, 마찬가지의 검출 동작을 반복한다.

도 3a 및 도 3b는, 상기 검출 수순에 의해 멀티 터치 센서(101)의 전면에 이르는 검출이 완료된 상태에서의 상기 메모리부(212)에 유지되어 있는 검출 데이터의 예를, 멀티 터치 센서(101)의 좌표마다 도시한 도면이다. 각 블럭(300)은, 멀티 터치 센서(101) 상의 검출점이며, 블럭 내의 수치(301)는, 검출 데이터를 나타낸다. 이하에서는 멀티 터치 센서(101)에 대한 입력이 있는 경우, 그 입력점에서 수치가 커지는 것으로서 설명한다. 도 3a는, 멀티 터치 센서(101)에 입력이 없는 경우의 검출 데이터의 예이다. 각 블럭 내의 수치는 거의 똑같다. 이에 대해, 도 3b는, 멀티 터치 센서(101)에 입력이 있었던 경우의 예이다. XP2 및 XP3과 YP2 및 YP3과의 교점에 대응하는 검출 데이터가, 입력이 없는 경우보다 커지고 있다. 이와 같이, 입력이 없는 상태를 기준으로서, 그것보다도 큰 검출 데이터가 존재하는 경우에, 입력이 있다고 판단하여, 입력점의 좌표 산출을 행한다.

도 4a 및 도 4b는, 상기 멀티 터치 센서(101)에 의해, 동시에 입력된 복수의 입력점을 검출하는 경우의 예를 도시한다. 본 예에서는, X, Y 좌표는 각각 15개의 전극으로 구성되어 있는 것으로 한다. 또한, 블럭(400)은, 상기와 마찬가지로, 멀티 터치 센서(101) 상의 검출점이며, 입력에 의해 검출 데이터가 입력이 없는 경우보다 증가한 점을 사선으로 채워진 블럭으로 나타내고, 입력이 없는 점은 사선이 없는 블럭으로 나타내고 있다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 동그라미로 나타내는 좌표, (X, Y)=(5, 5)와 (X, Y)=(11, 12)의 2점에 입력이 있는 경우, 그들의 입력점을 포함하는 복수의 좌표에 큰 검출 신호가 발생한다. 이와 같이 얻어진 검출 데이터는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 그룹화가 이루어져, 그룹마다 좌표(402, 403)가 산출된다.

도 5a 및 도 5b는, 도 4를 이용하여 설명한, 멀티 터치 센서(101)에 의해, 동시에 입력된 복수의 입력점을 검출할 때의 데이터 처리 수순의 예를 도시하는 도면이다. 우선, 멀티 터치 센서(101)의 전면에 이르는 용량 검출(511)이 완료되면, 도 5b의 (a)부에 도시한 바와 같이, 검출 신호 강도(501)의 XY 2차원 좌표(500)에 대한 분포가 얻어진다. 도 5b의 (a)부에 따르면, XY 2차원 좌표(500)의 각 점에 입력 상태에 따른 신호 강도(501)가 발생하고 있다. 이 2차원 데이터에 대해, 임계값 처리(노이즈 처리)(512)가 실시된다. 이것은, 데이터의 유효성을 결정하는 임계값을 설정하고, 그 이상의 데이터만을 남기는 것에 의해, 노이즈나 오프셋값을 제거하는 공정이다. 그 결과, 검출 신호 강도(501)의 분포는, 도 5b의 (a)부에 도시한 것으로부터, 도 5b의 (b)부에 도시한 것으로 된다. 다음으로, 상기 공정에서 얻어진 검출 신호 분포에 대해 검출 신호의 영역 분할 및 그룹화가 행해진다(스텝 513). 이 공정에서는, 이 시점의 검출 신호 강도 분포를 구성하는 각 데이터의 관련성을 분석함으로써, 공통의 입력점에 기인하는 신호인지의 여부를 판별한다. 이 공정에서는 또한 데이터의 존재 영역을 분할하고, 공통의 입력점에 귀속하는 데이터마다 그룹화한다. 구체적인 방법으로서는, 신호 강도의 경사를 분석하는 분수계법(watershed법)이나, 데이터의 존재점의 연속성에 주목하는 라벨링 처리 등을 들 수 있지만, 이들의 방법으로는 한정되지 않는다. 본 공정에 의해, 검출 신호 강도 분포는, 도 5b의 (c)부와 같이, 별도의 입력점에 귀속하는 2개의 그룹(그룹 1과 2)으로 나뉘어진다. 다음으로, 각 그룹에 대해서 좌표가 연산된다(스텝 514). 여기서, 좌표의 정의의 방법(계산 방법)은, 분포의 중앙, 무게 중심 등, 여러 종류가 있지만, 임의의 정의이어도 된다. 어느 것인가의 정의에 기초하여 계산을 행하면, 도 5b의 (d)부의 예로서는 좌표(502, 503)가 얻어진다.

이상에 설명한 구성 및 처리 수순에 의해, 멀티 터치 센서로부터의 검출 신호로부터 복수의 입력점의 각각의 입력 좌표가 얻어진다.

그러나, 도 6a나 도 6b에 도시한 바와 같이, 입력점이 근접하는 바와 같은 경우, 그들이 독립점으로서 분리할 수 없다고 하는 과제가 생긴다. 도 6a는, 멀티 터치 센서(101)에 대해 근접한 2점에 입력이 이루어진 예이다. 도 6a 중의 동그라미가 입력점이며, 그들을 포함하는 복수의 영역에 신호가 발생하고 있다(사선 있는 블럭). 또한, 도 6a 및 도 6b에 도시한 검출 신호 분포는 상기 임계값 처리(노이즈 처리)(512)를 행한 후의 검출 신호 분포이다. 임계값 이하의 검출 신호 강도였던 블럭은 신호 강도가 제거되어 0으로 되어 있다(사선 없는 블럭). 이 검출 신호 분포에 대해, 상기 처리 수순의 검출 신호 영역 분할 및 그룹화(513)를 실시하면, 도 6b와 같이, 신호가 겹쳐 있기 때문에 하나의 그룹으로서 인식되게 되어, 1개의 좌표(601)만이 산출된다.

도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 실시 형태에 따른 처리 수순을 설명하는 도면이다. 도 7a에서, 스텝 711∼714의 공정은 각각 도 5a의 스텝 511∼514로 나타내어지는 공정과 동일하다. 본 발명의 실시 형태에 따른 처리 수순은, 도 5a에 도시한 처리 수순에 대해 피크 분석 처리(705)를 더 포함하고 있다. 여기서, 용량 검출(711)은 도 1의 제어 연산부(103)에 포함되는 제어부(113)의 제어에 의해 용량 검출부(102)가 행한다. 임계값 판정 처리(노이즈 제거)(712), 피크 분석 처리(705), 검출 신호 영역 분할 및 그룹화(713), 및 그룹마다의 좌표 산출(714)의 각 처리는, 도 1의 제어 연산부(103)에 포함되는 연산부(114)가 행한다.

도 6a에 도시한 바와 같은 근접한 2점의 입력이 이루어진 경우, 그 검출 신호 강도 분포는 도 7b의 (a)부와 같은 식으로 된다. 이에 대해, 상기 종래의 처리 방법(스텝 512)과 마찬가지로 임계값 판정 처리 및 노이즈 제거 처리(712)를 행한다. 이에 의해, 임계값 이하의 신호는 제거되고, 도 7b의 (b)부에 도시한 바와 같은 검출 신호 강도 분포가 얻어진다. 종래의 처리 방법에서는, 이 검출 신호 강도 분포에 대해 영역 분할, 그룹화를 행한다. 이 경우는 도 7b의 (f)부에 도시한 바와 같이, 입력점이 2점임에도 불구하고, 1개의 그룹으로 판별되게 된다. 결과, 도 7b의 (g)부에 도시한 바와 같이, 1개의 좌표(704)만이 산출된다.

이에 대해, 본 발명의 실시 형태에 따른 처리 방법에서는, 스텝 712에서 얻어진 검출 신호 강도 분포에 대해, 피크 분석 처리(705)를 행한다. 이 피크 분석 처리(705)에서는, 상기 임계값 판정 처리(노이즈 제거)(712)의 결과를 받아, 그 신호 분포 구조를 분석하고, 분할 가능한 피크가 존재하는지의 여부를 확인한다.

도 7b의 (b)부에 도시한 분포는, 상기 임계값 판정 처리와 마찬가지의 처리에서, 임계값을 약간 높게 설정함으로써, 분포를 분할하는 것이 가능하다. 이 피크 분석 처리(705)에 의해 얻어진, 도 7b의 (c)부에 도시한 신호 분포에 대해, 검출 신호 영역 분할, 그룹화(713)를 행한다. 그러면, 분포를 2개로 그룹화가 가능하다. 그 결과, 2개의 좌표(702, 703)가 얻어진다.

본 발명의 실시 형태에 따른 터치 센서의 연산부(114)는, 종래의 터치 센서의 연산부에 피크 분석 처리(705)를 행하는 분석부를 부가한 것이다. 이 분석부는, 용량 검출(711)에 의해 얻어진 신호 강도의 공간 분포에 기초하여, 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정한다.

또한, 도 7a에서는, 용량 검출(711)을 행한 후, 임계값 판정 처리(노이즈 제거)(712)를 행하고, 그 후, 피크 분석 처리(705)를 행하고 있지만, 임계값 판정 처리(노이즈 제거)(712)를 생략하고, 용량 검출(711)을 행한 후, 피크 분석 처리(705)를 행하도록 하여도 된다. 또한, 이상 설명한 본 발명의 실시 형태에서는 용량 검출형의 터치 센서를 예로 들어 설명하고 있지만, 일반적으로는, 물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치로서, 동시에 발생하는 복수의 접촉 또는 근접 개소를 분리하고, 개개의 위치 좌표를 산출하는 연산부에, 피크 분석 처리(705)를 행하는 분석부를 부가한 것이면 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태의 피크 분석 처리(705)에 대해서, 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다.

<실시예 1>

이하, 본 발명의 제1 실시예에 대해서 도 8, 도 9, 및 도 10을 이용하여 설명한다.

도 8은, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하는 도면이다. 본 실시예에서는, 상기 피크 분석 처리(705)는, 1차원 데이터 생성 처리(800), X 데이터 처리(804), Y 데이터 처리(801), 임계값 설정(807), 임계값 처리(808)를 포함하고 있다. 또한, X 데이터 처리(804)는, 피크 검출(805)과 X 임계값 산출(806)을 포함하고 있다. 또한, Y 데이터 처리(801)는, 피크 검출(802)과 Y 임계값 산출(803)을 포함하고 있다.

우선, 1차원 데이터 생성 처리(800)는, 도 7b의 (b)부에 도시한 신호 강도의 분포를 X축, Y축의 각각에 대해 정사영을 취하는 처리이다. 이에 의해, 도 7b의 (b)부에 도시된 2차원 분포는, X축상과 Y축상의 2개의 1차원 분포로 변환된다. 이 때, 2차원 분포가 갖는 피크의 정보는 잃어버리지 않는다.

다음으로, 상기 1차원 데이터 생성 처리(800)에 의해 생성된 X축상과 Y축상의 1차원 분포 데이터는, 각각 X 데이터 처리(804)와 Y 데이터 처리(801)에 의해 처리된다. 여기서는 처음에, 1차원 데이터의 분포를 분석하는 피크 검출(805, 802)이 행해진다. 피크 검출의 방법은 여러 종류가 있지만, 어떤 방법을 취하여도 된다. 피크 검출(805, 802)의 결과로부터, X축상과 Y축상의 1차원 분포 데이터에 각각 몇 개의 피크가 존재하는지, 또한, 각 피크간의 최소값, 등의 피크에 관한 정보가 산출된다. 이에 이어서, X 임계값 산출(806)과 Y 임계값 산출(803)이 각각 실행된다. 이것은, 상기 피크 검출에 의해 얻어진 X축상과 Y축상의 1차원 분포 데이터에 관한 피크 정보에 기초하여, X축 데이터와 Y축 데이터의 각각에 대해서 최적의 임계값을 산출하는 공정이다. 여기서, 최적의 임계값이란, X축 데이터, Y축 데이터의 각각에 대해서, 분리 가능한 피크수가 최대로 되는 것으로 정의한다. 그 최적 조건을 얻는 방식으로서는, 상기 각 피크간의 최소값으로부터 최대값의 사이의 값을 임계값으로서 선택하는 방식 등을 일례로서 들 수 있다. 여기까지의 공정에서, X축 데이터, Y축 데이터 각각에 대해서, 최적의 임계값이 선정된다. 다음으로 임계값 설정(807)에서, 상기 X축 데이터용 임계값과 Y축 데이터용 임계값을, 상기 피크 정보를 아울러 비교 등으로 하고, 최종적인 임계값 설정을 행한다. 구체적으로는, 분리 가능한 피크수가 많은 쪽의 축 데이터에 관한 임계값을 우선하거나, 혹은 값이 작은 쪽의 축 데이터에 관한 임계값을 우선하는, 등이다. 마지막으로, 임계값 설정(807)에서 결정된 최종 임계값을, 원래의 2차원 분포에 대해 적용한다.

도 8의 (a)부, (b)부, (c)부에 나타낸 파형은, 각 처리 단계에서의 분포 데이터(설명의 간편화를 위해, 1차원 분포의 이미지로 하고 있음)의 변화를 도시하고 있다. 피크 분석 처리(705)에의 입력 단계에서는, 분포 데이터는, (a)부에 나타낸 파형과 같이, 근소한 분리를 도시한 바와 같은 분포로 되어 있다. 피크 분석 처리(705)에서 지금까지 설명한 각 처리가 행해지면, 임계값 설정(807)의 단계까지는, (b)부에 나타낸 파형과 같이, 근소한 분리를 추출하기 위한 임계값이 설정된다. 이 임계값에 의해 임계값 처리(808)에서 (a)부에 나타낸 입력 분포를 다시 처리하는 것에 의해 (c)부에 나타낸 분포 파형이 얻어진다.

도 9a 내지 도 9c는, 상기 피크 분석 처리에 대해서 데이터의 관점에서 설명하는 도면이다.

도 9a는, 1차원 데이터 생성 처리(800)의 과정을 도시한다. 본 처리에 의해, 2차원 분포는, X축상, Y축상, 각각에 정사영되고, 1차원 데이터(900, 901)로 변환된다. 도 9b 및 도 9c는, 상기 1차원 데이터 생성 처리(800)에 의해 얻어진 1차원 데이터(900, 901)에 대한 피크 검출 처리를 도시하고 있다. 도 9b는, X축상의 1차원 데이터이며 전체가 1개의 피크(902)를 구성하는 분포로 되어 있다. 이에 대해, 도 9c에 도시한 Y축상의 1차원 데이터는, 2개의 피크(903, 902)를 갖는 분포이다. 이 2개의 피크(902, 903)를 분할하는 최적의 임계값으로서, 양쪽 피크(902, 903)의 사이의 최소값을 임계값 Y904로 설정하고 있다. 마지막으로, 임계값 설정으로서 분리 가능한 피크수가 많은 Y축에 관한 임계값을 우선하고, 임계값(904)이 설정된다.

이상 설명한 피크 분석처를 적용하는 것에 의해, 도 10a에 도시한 바와 같은 근접한 입력점에 의한 2차원 신호 분포는, 도 10b에 도시한 바와 같이 2점을 나타내는 영역으로 분리된 신호 분포로 되고, 입력점에 대응하는 2개의 좌표(1000, 1001)를 산출 가능하게 된다.

이상, 제1 실시예에 따른 피크 분석 처리를 구체적으로 설명하였다. 일반적으로는 피크 분석 처리에서는, 검출에 의해 얻어진 신호 강도의 공간 분포의 구조를 분석하고, 신호 강도의 공간 분포의 구조에 따라서, 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건(상기 실시예의 「임계값」에 대응함)을 결정하고, 그 후, 2차원 분포의 검출 신호를 그 조건에 의해 가공(상기 실시예의 「임계값 처리」에 대응함)하는 처리를 행하면 된다.

<실시예 2>

도 11 내지 도 14에 의해 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

도 11은, 피크 분석 처리(705)의 처리 수순 구성을 설명하는 도면이다. 본 실시예에서는, 피크 분석 처리(705)는, 입력 신호를 공간 주파수 분포로 변환하는 처리(1100)와, 검출 신호계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포(1101) 및 상기 입력 신호를 공간 주파수 분포로 변환하는 처리(1100)의 처리 결과를 이용한 디콘볼루션 연산(1102)과, 그 연산 결과로부터 임계값을 설정하는 임계값 설정(1103)과, 설정된 임계값에 의해 원래의 데이터를 처리하는 임계값 처리(1104)를 포함하고 있다.

도 11의 (a)부, (b)부, (c)부에 나타내는 파형은, 각 처리 단계에서의 분포 데이터(단, 설명의 간편화를 위해, 1차원 분포의 이미지)의 변화를 나타내고 있다. 피크 분석 처리(705)에의 입력 단계에서는, 분포 데이터는, (a)부에 나타낸 바와 같이, 근소한 분리를 도시한 바와 같은 분포로 되어 있다. 피크 분석 처리(705) 중에 상기의 각 처리를 행함으로써, 임계값 설정(1103)의 단계까지는, (b)부에 나타낸 파형과 같이, 입력 분포로부터 장치 고유의 신호 확대 성분이 제거된 분포가 구해지고 있다. (b)부에 나타낸 파형에 대해 임계값을 설정한다(1103). 그리고, 이 임계값에 의해 임계값 처리(1104)에서 (b)부에 나타낸 분포를 다시 처리하는 것에 의해 (c)부에 나타낸 분포 파형이 얻어진다.

도 12a 및 도 12b는, 상기 검출 신호계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포(1101)를 설명하는 도면이다. 도 12a는, 멀티 터치 센서에 1점 입력하였을 때의 신호의 공간 분포를 나타내고 있다. 또한, 공간 좌표축은, 입력점(십자로 표시)을 좌표축 원점에 일치시켜 표시하고 있다. 이와 같이, 멀티 터치 센서에 대해 입력을 행하면, 검출되는 신호는 입력점이 피크로 되는 동심원상의 분포를 형성한다. 예를 들면, 입력점에서의 강도를 100으로 하면, 거리가 떨어짐에 따라서 신호 강도가 저하되는 분포이다. 이 신호 강도의 공간 분포를 공간 주파수 분포로 변환한 결과를, 도 12b에 도시한다. 횡축, 종축 모두 공간 주파수의 상대값을 나타내고 있다. 도면 중의 곡선은, 공간 주파수의 강도를 등고선으로서 나타낸 것이다. 예를 들면, 공간 주파수의 횡축 눈금 1, 종축 눈금 1의 부근에서는, 공간 주파수 강도가 100으로 되어 있고, 거기서부터 서서히 강도가 저하되는 식의 분포이다.

상기, 도 11에 도시한 검출 신호계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포(1101)는, 미리 측정된 도 12b에 도시한 분포가 기억된 분포이다.

여기서, 검출 신호계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포는, 기본적으로 1점, 예를 들면 검출 영역 중앙의 신호를 준비해 둠으로써, 대응 가능하다.

또한, 검출 영역 내의 특성 변동을 고려할 목적으로, 검출 영역 내의 상이한 복수의 점에서의 검출 신호계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포를 준비하고, 입력점의 위치에 따라서 적절하게 구분하여 사용한다고 하는 방식도 가능하다.

도 13a 및 도 13b는, 근접한 2점이 멀티 터치 센서에 입력되었을 때의 신호 강도 분포이다. 도 13a의 동그라미가 입력점이며, 그 입력에 관한 검출 신호를 임계값 처리하고, 남은 영역이 사선으로 채워진 블럭으로서 나타내어져 있다. 본 실시예에서는, 도 11에 도시한 입력 신호를 공간 주파수 분포로 변환하는 처리(1100)는이 임계값 처리 결과를 처리한다. 그 결과를, 도 13b에 도시한다. 도 13b는, 횡축, 종축 모두 공간 주파수의 상대값을 나타내고 있다. 도면 중의 곡선은, 공간 주파수의 강도를 등고선으로서 나타낸 것이다. 예를 들면, 공간 주파수의 횡축 눈금 1, 종축 눈금 1의 부근에서는, 공간 주파수 강도가 100으로 되어 있고, 거기서부터 서서히 강도가 저하되는 식의 분포이다. 이 분포는, 상기 멀티 터치 센서에의 입력 상태에 따라서 변화하는 것임과 함께, 도 12b에 도시한 성분을 포함하고 있다. 따라서, 도 13b에 도시한 분포로부터 도 12b에 도시한 성분을 제거함으로써, 멀티 터치 센서에의 입력 상태를 강하게 반영하는 분포가 얻어진다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 디콘볼루션 연산(1102)을 도 13b에 도시한 분포와 도 12b에 도시한 분포와의 사이에서 행한다. 그 결과, 도 14a의 분포가 얻어진다. 그 결과를, 신호 강도의 공간 분포로 변환함으로써, 도 14b와 같이, 검출 신호계 신호 전달 함수의 영향을 저감하고, 멀티 터치 센서에의 입력 상태를 강하게 반영하는 신호 강도의 공간 분포가 얻어진다. 이에 대해, 임계값 설정(1103), 임계값 처리(1104)를 행함으로써 2개의 입력점에 대응하는 좌표(1400, 1401)가 얻어진다.

이상, 제2 실시예의 피크 분석 처리를 구체적으로 설명하였다. 일반적으로는, 피크 분석 처리에서는 신호 검출 계통에 관계되는 입출력 전달 특성(상기 실시예의 「검출계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포」에 대응함)을 이용하여, 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건(상기 실시예의 「임계값」에 대응함)을 결정하면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스타일러스 펜 등과 같이, 접촉 면적이 작은 입력 수단에 의한 다점 입력에 대해서도, 입력점간의 거리에 의하지 않는 고정밀도의 좌표 산출이 가능한 멀티 터치 센서의 실현이 가능하게 된다. 물론, 복수의 손가락에 의한 다점 입력이나, 1 또는 복수의 스타일러스 펜 등과 1 또는 복수의 손가락에 의한 다점 입력에서도, 입력점간의 거리에 의하지 않는 고정밀도의 좌표 산출이 가능한 멀티 터치 센서의 실현이 가능하다. 예를 들면, 휴대형 소형 전자 기기의 표시 장치에 풀 키보드를 표시시키고, 그 풀 키보드의 Shift키나 Ctrl키나 Alt키를 왼손의 손가락으로 누르고, 오른손에 든 스타일러스 펜으로 문자키, 기호키, 숫자키, Delete키 등을 누르거나 하는 경우에도, 고정밀도의 다점 입력을 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 기재하였지만, 그 실시 형태에는 여러 가지의 변경이 이루어질 수 있는 것은 명백하다. 본 발명의 기술적 범위나 의도의 범위 내에 있는 그들의 변경된 실시 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

101 : 멀티 터치 센서
102 : 용량 검출부
103 : 제어 연산부
104 : 시스템
105 : 표시 제어 회로
106 : 표시 장치
107 : 검출용 배선
108 : 용량 검출 신호
109 : 검출 제어 신호
110 : I/F 신호(검출 좌표)
111 : 표시 신호
112 : 표시 제어 신호
113 : 제어부
114 : 연산부
200 : 연산 증폭기
201 : 적분 용량
202 : 홀드 용량
203 : 스위치
204 : 전압 버퍼
205 : 스위치
206 : 아날로그 디지털 변환기
207, 208 : 스위치
209 : 파형
210 : 신호 판독부
211 : 신호 입력부
212 : 메모리부
705 : 피크 분석 처리
800 : 1차원 데이터 생성 처리
801 : Y 데이터 처리
802 : 피크 검출
803 : Y 임계값 산출
804 : X 데이터 처리
805 : 피크 검출
806 : X 임계값 산출
807 : 임계값 설정
808 : 임계값 처리
1100 : 입력 신호를 공간 주파수 분포로 변환
1101 : 검출 신호계 신호 전달 함수의 공간 주파수 분포
1102 : 디콘볼루션 연산
1103 : 임계값 설정
1104 : 임계값 처리

Claims

물체의 접촉 또는 근접을 검출하는 센서 장치로서,
동시에 발생하는 복수의 접촉 또는 근접 개소를 분리하고, 개개의 위치 좌표를 산출하는 연산부를 구비하고,
상기 연산부는, 검출에 의해 얻어진 신호 강도의 공간 분포에 기초하여, 상기 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정하는 분석부를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항에 있어서,
상기 분석부는, 검출에 의해 얻어진 신호 강도의 공간 분포의 구조를 분석하고, 상기 신호 강도의 공간 분포의 구조에 따라서, 상기 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제2항에 있어서,
상기 분석부는, 상기 신호 강도의 2차원 분포를, 복수의 1차원 분포로 변환하고, 그 변환 결과를 분석하는 것에 의해 상기 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 1차원 분포는, 상기 2차원 분포의 각 축에 상당하는 2개의 1차원 분포인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제3항에 있어서,
상기 분석부는, 1차원 분포로의 변환을, 원래의 2차원 분포를 변환해야 할 1차원의 축에 대해 정사영(正射影)을 취하는 것에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제3항에 있어서,
상기 분석부는, 2차원 분포로부터 변환된 복수의 1차원 분포의 각각에서 분포 내에 존재하는 피크를 최다수로 분리 가능한 조건을 구하는 것에 의해, 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제2항에 있어서,
상기 분석부는, 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건이 얻어진 후, 2차원 분포의 검출 신호를 상기 조건에 의해 가공하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항에 있어서,
상기 분석부는, 신호 검출 계통에 관계되는 입출력 전달 특성을 이용하여, 신호 강도의 공간 분포를 복수의 영역으로 분리하기 위한 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제8항에 있어서,
상기 분석부는, 상기 신호 검출 계통에 관계되는 입출력 전달 특성을 취득하기 위해, 센서 장치에의 기준 입력에 대해 검출부에 의해 얻어지는 2차원 분포를 미리 계측하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제9항에 있어서,
상기 분석부는, 센서 장치에의 기준 입력에 대해 검출부에 의해 얻어지는 2차원 분포를 공간 주파수 분포로 변환하는 것에 의해, 상기 신호 검출 계통에 관계되는 입출력 전달 특성을 취득하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제10항에 있어서,
상기 분석부는, 계측하는 신호 강도의 2차원 분포를 공간 주파수 분포로 변환하고, 그 공간 주파수 분포와 미리 기억되어 있는 상기 기준 입력에 대한 상기 공간 주파수 분포에 의해 디콘볼루션 연산하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항에 기재된 센서 장치를 탑재하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.