WO2011043093A1

WO2011043093A1 - タッチパネル

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Publication number: WO2011043093A1
Application number: PCT/JP2010/057858
Authority: WO
Inventors: 昌史真弓; 岡田　厚志
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US8698783B2; JP5265778B2; EP2487565A1; EP2487565A4; JPWO2011043093A1; US20120182267A1

Abstract

　表示パネル(例えば液晶パネル)１と、表示パネル１の表示面側の縁に設けられる複数のミラー２と、光源３と、表示パネル１に埋め込まれ、ミラー２の直下に位置し、光源３から出射した光がミラー２により導かれる複数の光センサ４と、複数の光センサ４に含まれる或る光センサからの出力信号が閾値以下であれば、その或る光センサの周辺の光センサからの前記閾値より大きい出力信号から補間データを算出するデータ補間処理部とを備えるタッチパネル。

Description

タッチパネル

　本発明は、タッチパネルに関し、特にペン先や指先等による入力位置を光センサで検出する光センサタッチパネルに関する。

　ＬＭ（Light　Matorix）方式光センサタッチパネルの概略構成例を図１及び図２に示す。図１は正面図であり、図２は、図１に示すＬＭ方式光センサタッチパネルをＡ－Ａ線で切断した際の断面図である。

　図１に示すように、液晶パネル１の表示面側の上辺縁、左辺縁、右辺縁にミラー２が設けられている。ミラー２は実装コストを下げるために１辺に対して複数配置する必要がある。また、図１に示すように、液晶パネル１の表示面側の下辺縁にＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）３が設けられている。

　液晶パネル１にはミラー２の直下の位置に光センサ４が埋め込まれており（図２参照）、上辺、左辺、右辺の各辺それぞれに複数の光センサ４が配置されている。

　ＬＥＤ３から出射した光は液晶パネル１の表面を覆うように広がる（図１参照）。液晶パネル１の表面に広がった光が、ミラー２により光センサ４に導かれる（図２参照）。図１及び図２に示すＬＭ方式光センサタッチパネルはデータ処理部（不図示）を備えており、光センサ４の出力が当該データ処理部によって処理されることによってペン先や指先等による入力位置が認識される。

特開２００５－２３６７７０号公報

　しかし、ミラー２の重なり位置では光反射がうまくできないため、ミラーの重なり位置の直下またはその近傍に位置する光センサでは、周辺の光センサに比べて出力値が著しく落ちる現象が起きてしまう（以下、かかる現象が起こる光センサを欠落センサと呼ぶ）。その結果、データ処理部がキャリブレーションデータを処理する場合もセンサ読み出しデータを処理する場合も、光センサ４の出力から得られる画像（センサ画像）の欠落センサの出力に対応する部分に異常が生じることになる（図３参照）。

　なお、特許文献１には、周期性の高い画像に含まれる欠落画素（密着イメージセンサーの撮像素子の間隔が不均等になる部分）を適切に補間することができ、しかも密着イメージセンサーを構成する個々の撮像素子の感度特性などにばらつきがあっても、高精度に補間を行うことができる画像読取装置、および信号処理方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されている画像読取装置は、欠落画素に対して線形補間や高次の関数を用いて補間を行うので、密着イメージセンサーを構成する個々の撮像素子の感度特性などのばらつきにより正しく補間できないことがあり、読取り画像の品質が低くなるという問題を有している。特に周期性の高い画像を読取った場合の補間結果では、大きな誤差が発生するので、読取り画像の画質が著しく劣化する。また、特許文献１に開示されている画像読取装置は、ＬＭ方式光センサタッチパネルでのミラーの複数配置によって光センサの著しい出力低下が周期的に生じる問題を改善するものではない。

　本発明は、上記の状況に鑑み、ミラーの複数配置によって光センサの著しい出力低下が周期的に生じる問題を改善することができるタッチパネル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に係るタッチパネルは、表示パネルと、前記表示パネルの表示面側の縁に設けられる複数のミラーと、光源と、前記表示パネルに埋め込まれ、前記ミラーの直下に位置し、前記光源から出射した光が前記ミラーにより導かれる複数の光センサと、前記複数の光センサに含まれる或る光センサからの出力信号が閾値以下であれば、その或る光センサの周辺の光センサからの前記閾値より大きい出力信号から補間データを算出するデータ補間処理部とを備える構成としている。

　また、前記データ補間処理部が、保持部と、比較部と、演算部と、補間部とを備え、前記保持部が、前記複数の光センサからの出力信号に含まれる所定数の光センサからの出力信号を保持し、前記比較部が、前記複数の光センサからの出力信号に含まれる所定数の光センサからの出力信号それぞれと前記閾値とを比較し、光センサからの出力信号が前記閾値以下であればその光センサからの出力信号が異常である旨を前記演算部に知らせ、光センサからの出力信号が前記閾値以下でなければその光センサからの出力信号が正常である旨を前記補間部に知らせ、前記演算部が、前記比較部から異常である旨を知らされた光センサからの出力信号の補間データを演算し、前記補間部が、前記比較部から正常である旨を知らされた光センサからの出力信号については、前記保持部からの出力を出力データとして出力し、前記比較部から正常である旨を知らされていない光センサからの出力信号については、前記演算部からの出力を出力データとして出力するようにしてもよい。

　また、前記演算部が、線形最小二乗法を用いて前記補間データを演算するようにしてもよい。

　本発明に係るタッチパネルによると、欠落センサの出力信号を自動的に検出して、欠落センサ周辺の光センサの出力信号を用いて欠落センサの出力信号を補間するので、ミラーの複数配置によって光センサの著しい出力低下が周期的に生じる問題を改善することができる。

　また、本発明に係るタッチパネルによると、欠落センサの出力信号を自動的に検出するので、データ補間処理部がミラーの重なり位置情報を取得しておく必要がない。このため、ミラー配置が異なっている場合でも共通のデータ補間処理部を用いることができるので、データ補間処理部の汎用性が高い。

ＬＭ方式光センサタッチパネルの概略構成例を示す正面図である。ＬＭ方式光センサタッチパネルの概略構成例を示す断面図である。ミラーとセンサ画像との関係を示す図である。本発明の一実施形態に係るタッチパネルの特徴部分であるデータ補間処理部の概略構成例を示すブロック図である。図４に示すデータ補間処理部の入力データの一部の一例を示す図である。図５Ａに示す入力データの一部の一例に対応する出力データの一部の一例に示す図である。図４に示すデータ補間処理部の一構成例を示す図である。図４に示すデータ補間処理部に設けられているパラメータ生成部が生成するパラメータを示す図である。図４に示すデータ補間処理部に設けられている補間器の一構成例を示す図である。

　本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明の一実施形態に係るタッチパネルは、一般的な構成のＬＭ方式光センサタッチパネルの光センサとデータ処理部との間に、データ補間処理部を新たに設けた構成である。

　本発明の一実施形態に係るタッチパネルの特徴部分であるデータ補間処理部の概略構成例を図４に示す。図４に示すデータ補間処理部は、保持部５と、比較部６と、演算部７と、補間部８とを備えている。

　入力データは光センサ４からの出力信号群であって、例えば、液晶パネル１の表示面側から見て左辺縁の下端から上端に向かい、その後上辺縁の左端から右端に向かい、その後右辺縁の上端から下端に向かう順で光センサ４からの各出力信号が並ぶようにするとよい。

　保持部５は、入力データに含まれる所定数の光センサ４からの出力信号を保持する。比較部６は、入力データに含まれる所定数の光センサ４からの出力信号それぞれと予め設定している閾値とを比較し、光センサ４からの出力信号が閾値以下であればその光センサ４からの出力信号が異常である旨を演算部７に知らせ、光センサ４からの出力信号が閾値以下でなければその光センサ４からの出力信号が正常である旨を補間部８に知らせる。演算部７は、比較部６から異常である旨を知らされた光センサ４からの出力信号の補間データを演算する。補間部８は、比較部６から正常である旨を知らされた光センサ４からの出力信号については、保持部５からの出力を出力データとして出力し、比較部６から正常である旨を知らされていない光センサ４からの出力信号については、演算部７からの出力を出力データとして出力する。

　図４に示すデータ補間処理部では、例えば、図５Ａに示す入力データの一部に対応する出力データの一部が図５Ｂに示すようになる。この例では、光センサ４からの出力信号Ｄ４は比較部６によって異常と判断され、それ以外の光センサ４からの出力信号Ｄ１～Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６は比較部６によって正常と判断されている。

　次に、図４に示すデータ補間処理部の一構成例を図６に示す。フリップフロップＦＦ１～ＦＦ５は保持部５に該当し、比較器ＣＯＭ１～ＣＯＭ５及びフリップフロップＦＦ１’～ＦＦ５’は比較部６に該当し、パラメータ生成部９、第１セレクタ１０、及び補間器１１は演算部７に該当し、第２セレクタ１２及びフリップフロップＦＦ６は補間部８に該当する。このような構成では、最大、連続３個の光センサまで欠落センサと判定することが可能である。

　システムクロック信号ＳＣＬＫ、リセット信号ＦＩＮＩＴ、及び閾値ＴＨは本発明の一実施形態に係るタッチパネル全体を制御する制御部から供給される。閾値ＴＨは当該制御部が内蔵している不揮発性メモリに格納されている。

　フリップフロップＦＦ１～ＦＦ５は、順次入力された入力データＤＡＴＡ＿ＩＮの５つのデータ要素を保持している。また、フリップフロップＦＦ１’～ＦＦ５’も同様に、順次入力された入力データＤＡＴＡ＿ＩＮの５つのデータ要素を保持している。比較器ＣＯＭｋは、フリップフロップＦＦｋ’が保持している光センサ４からの出力信号と予め設定している閾値ＴＨとを比較し、フリップフロップＦＦｋ’が保持している光センサ４からの出力信号が閾値ＴＨ以下であればその光センサ４からの出力信号が異常である旨の比較結果信号すなわちその光センサ４が欠落センサである旨の比較結果信号（ハイレベルの信号）をパラメータ生成部９に出力し、フリップフロップＦＦｋ’が保持している光センサ４からの出力信号が閾値ＴＨ以下でなければその光センサ４からの出力信号が正常である旨の比較結果信号すなわちその光センサ４が欠落センサでない旨の比較結果信号（ローレベルの信号）をパラメータ生成部９に出力する（ただし、ｋは１以上５以下の自然数）。

　パラメータ生成部９は、比較器ＣＯＭ１～ＣＯＭ５の出力信号に基づいて、補間データ算出に必要なパラメータを生成する。比較器ＣＯＭ１～ＣＯＭ５の出力信号の組み合わせは全部で３２（＝２⁵）通りである。また、上述した通り、図６に示す構成では、最大、連続３個の光センサまで欠落センサと判定することができる仕様にしている。ここで、３２通り全ての比較結果に対して補間処理を働かすと演算部７の回路規模が大きくなってしまうので、図６に示す構成では、フリップフロップＦＦ５が保持している光センサの出力信号を基準として、それに続いて何個の光センサの出力信号が異常であるのかという判断を演算部７が行うようにし、図７に示す７通りの比較結果で補間を行う場合の全パターンを網羅している。図７に示す比較結果は、左から順に比較器ＣＯＭ５の出力信号、比較器ＣＯＭ４の出力信号、比較器ＣＯＭ３の出力信号、比較器ＣＯＭ２の出力信号、比較器ＣＯＭ１の出力信号となっている。

　比較結果が図７に示す７通り以外の組み合わせである場合、補間が必要ないので、パラメータ生成部９は第１～第３パラメータを設定しない。

　比較結果がＬＨＬＬＬ、ＬＨＬＬＨ、ＬＨＬＨＬ、ＬＨＬＨＨのいずれかである場合、パラメータ生成部９は、第１パラメータをフリップフロップＦＦ５を示す値に設定し、第２パラメータをフリップフロップＦＦ３を示す値に設定し、第３パラメータを傾斜係数２に設定する（図７参照）。

　比較結果がＬＨＨＬＬ、ＬＨＨＬＨのいずれかである場合、パラメータ生成部９は、第１パラメータをフリップフロップＦＦ５を示す値に設定し、第２パラメータをフリップフロップＦＦ２を示す値に設定し、第３パラメータを傾斜係数３に設定する（図７参照）。

　比較結果がＬＨＨＨＬである場合、パラメータ生成部９は、第１パラメータをフリップフロップＦＦ５を示す値に設定し、第２パラメータをフリップフロップＦＦ１を示す値に設定し、第３パラメータを傾斜係数４に設定する（図７参照）。

　第１セレクタ１０は、第１パラメータに設定されているフリップフロップの出力値をＰＡＭ１として補間器１１に出力し、第２パラメータに設定されているフリップフロップの出力値をＰＡＭ２として補間器１１に出力し、第３パラメータに設定されている傾斜係数をＰＡＭ３として補間器１１に出力する。

　次に、補間器１１の一構成例を図８に示す。図８に示す構成では、補間器１１は、第１ラッチ１３と、第２ラッチ１４と、第３ラッチ１５と、処理カウンタ１６と、減算器１７と、演算器１８と、比較器１９と、選択指示信号生成部２０とを有している。

　補間すべきデータ数（比較結果がＬＨＬＬＬ、ＬＨＬＬＨ、ＬＨＬＨＬ、ＬＨＬＨＨのいずれかである場合は１個、比較結果がＬＨＨＬＬ、ＬＨＨＬＨのいずれかである場合は２個、比較結果がＬＨＨＨＬである場合は３個）を演算器１８で処理する間、第１ラッチ１３は第１パラメータに設定されているフリップフロップの出力値ＰＡＭ１を保持し、第２ラッチ１４は第２パラメータに設定されているフリップフロップの出力値ＰＡＭ２を保持し、第３ラッチ１５は、第３パラメータに設定されている傾斜係数ＰＡＭ３を保持する。

　処理カウンタ１６は、システムクロックＳＣＬＫのクロック数をカウントする。選択指示信号生成部２０からの選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥが「Ｌ」の間はカウント値「１」を保持し、選択指示信号生成部２０からの選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥが「Ｈ」に切り替わると同時に、処理カウンタ１６が「１」からカウントアップする。

　減算器１７は、第３ラッチ１５の出力Ｌ３から処理カウンタ１６のカウント数を引いた値Ｓ１を演算器１８及び比較器１９に出力する。

　演算器１８は、第１ラッチ１３の出力Ｌ１、第２ラッチ１４の出力Ｌ２、第３ラッチ１５の出力Ｌ３、及び減算器１７の出力Ｓ１を用いて、線形最小二乗法で補間数値ＩＰＤＡＴＡを算出する。そのときの算出式は以下のようになる。
　　ＩＰＤＡＴＡ＝Ｓ１×（Ｌ１－Ｌ２）／Ｌ３＋Ｌ２
　このように、演算器１８は、除算の演算を行っているため、演算処理に遅延が発生する。そのため、選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥを第１ラッチ１３、第２ラッチ１４、第３ラッチ、及び選択指示信号生成部２０に入力する構成とし、選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥをラッチさせて、補間処理で遅れたデータ数の間、選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥを保持するようにしている。

　比較器１９は、減算器１７の出力Ｓ１を比較設定値「１」と比較することにより、減算器１７の出力Ｓ１が「１」であるか否かを判定している。比較器１９の出力信号が減算器１７の出力Ｓ１が「１」の値を示す信号である場合、選択指示信号生成部２０は選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥを「Ｌ」にする。これに対して、比較器１９の出力信号が減算器１７の出力Ｓ１が「１」の値でない場合、選択指示信号生成部２０は選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥを「Ｈ」にする。

　ここで、図６に戻り、図４中の補間部８に該当する第２セレクタ１２及びフリップフロップＦＦ６について説明する。第２セレクタ１３は、補間器１１からの選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥが「Ｈ」であるときにのみ、補間器１１から出力される補間数値ＩＰＤＡＴＡを選択してフリップフロップＦＦ６に供給し、補間器１１からの選択指示信号ＩＰＥＮＡＢＬＥが「Ｌ」であるときにはフリップフロップＦＦ５の出力を選択してフリップフロップＦＦ６に供給する。フリップフロップＦＦ６の出力がデータ補間処理部の出力データＤＡＴＡ＿ＯＵＴとなる。

　上述した構成の本発明の一実施形態に係るタッチパネルは、欠落センサの出力信号を自動的に検出して、欠落センサ周辺の光センサの出力信号を用いて欠落センサの出力信号を補間するので、ミラーの複数配置によって光センサの著しい出力低下が周期的に生じる問題を改善することができる。

　また、上述した構成の本発明の一実施形態に係るタッチパネルは、欠落センサの出力信号を自動的に検出するので、データ補間処理部がミラーの重なり位置情報を取得しておく必要がない。このため、ミラー配置が異なっている場合でも共通のデータ補間処理部を用いることができるので、データ補間処理部の汎用性が高い。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。

　本発明は、ペン先や指先等による入力位置を光センサで検出する光センサタッチパネルについて有用である。

　　　１　液晶パネル
　　　２　ミラー
　　　３　ＬＥＤ
　　　４　光センサ
　　　５　保持部
　　　６　比較部
　　　７　演算部
　　　８　補間部
　　　９　パラメータ生成部
　　　１０　第１セレクタ
　　　１１　補間器
　　　１２　第２セレクタ
　　　１３　第１ラッチ
　　　１４　第２ラッチ
　　　１５　第３ラッチ
　　　１６　処理カウンタ
　　　１７　減算器
　　　１８　演算器
　　　１９　比較器
　　　２０　選択指示信号生成部
　　　ＦＦ１～ＦＦ６、ＦＦ１’～ＦＦ６’　フリップフロップ
　　　ＣＯＭ１～ＣＯＭ５　比較器

Claims

　表示パネルと、
　前記表示パネルの表示面側の縁に設けられる複数のミラーと、
　光源と、
　前記表示パネルに埋め込まれ、前記ミラーの直下に位置し、前記光源から出射した光が前記ミラーにより導かれる複数の光センサと、
　前記複数の光センサに含まれる或る光センサからの出力信号が閾値以下であれば、その或る光センサの周辺の光センサからの前記閾値より大きい出力信号から補間データを算出するデータ補間処理部とを備えることを特徴とするタッチパネル。
　前記データ補間処理部が、
　保持部と、比較部と、演算部と、補間部とを備え、
　前記保持部が、前記複数の光センサからの出力信号に含まれる所定数の光センサからの出力信号を保持し、
　前記比較部が、前記複数の光センサからの出力信号に含まれる所定数の光センサからの出力信号それぞれと前記閾値とを比較し、光センサからの出力信号が前記閾値以下であればその光センサからの出力信号が異常である旨を前記演算部に知らせ、光センサからの出力信号が前記閾値以下でなければその光センサからの出力信号が正常である旨を前記補間部に知らせ、
　前記演算部が、前記比較部から異常である旨を知らされた光センサからの出力信号の補間データを演算し、
　前記補間部が、前記比較部から正常である旨を知らされた光センサからの出力信号については、前記保持部からの出力を出力データとして出力し、前記比較部から正常である旨を知らされていない光センサからの出力信号については、前記演算部からの出力を出力データとして出力する請求項１に記載のタッチパネル。
　前記演算部が、線形最小二乗法を用いて前記補間データを演算する請求項２に記載のタッチパネル。