WO2013128981A1 - タッチセンサ付携帯型装置及び表示装置 - Google Patents

タッチセンサ付携帯型装置及び表示装置 Download PDF

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服部　励治
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国立大学法人九州大学
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Definitions

  • the present invention relates to a touch sensor device and a display device, and more particularly, to a portable device with a touch sensor including a housing and a sensor electrode that forms a capacitance between adjacent conductors.
  • the touch sensor device detects approach or contact with a touch panel or the like.
  • a touch sensor method a self-capacitance method and a mutual capacitance method are known.
  • the self-capacitance method is a method in which a detection unit such as an ammeter directly detects a change in stray capacitance formed by a conductor to be detected such as a human body and a sensor electrode.
  • a detection unit such as an ammeter directly detects a change in stray capacitance formed by a conductor to be detected such as a human body and a sensor electrode.
  • Patent Document 1 as an example of the touch sensor device using a self capacitance method, an AC power source 111 and the current detecting circuit 13 1 and 13 2 are connected to different ground 9 1, 9 2 and 9 3, respectively, AC display device 101 by the power supply unit pen 149 is connected to 111 and the conductive film 103 and the current detecting circuit 13 1 and 13 2 the current flowing through the capacitor 107 to be formed is detected is described (see FIG. 6).
  • the mutual capacitance method is a method in which a part of the mutual capacitance formed by the sensor electrode and the drive electrode changes to a stray capacitance by the approach of a conductor such as a human body, and the approach of the conductor is detected by the decrease.
  • the inventors use a single layer of sensor electrodes 203 1 , 203 2 , 203 3 ... Having both ends connected to the AC power supply units 211 1 and 211 2 , and contact positions of a plurality of fingers with a single layer of electrodes.
  • a multi-touch sensor device 201 see FIG. 7 and Non-Patent Document 1).
  • the self-capacitance method needs to detect a change in stray capacitance that is formed only when the conductor approaches. In order to detect this stray capacitance, it is necessary to change the voltage of the sensor electrode and detect the current flowing therethrough. That is, high side current detection is required. Generally, a high-side current detection circuit requires a complicated and expensive amplifier as compared with a low-side current detection circuit.
  • Patent Document 1 neither describes nor suggests application to a portable device that floats from the ground.
  • the drive electrodes and the sensing electrodes must be arranged in a two-dimensional grid, and it is necessary to form two layers of electrodes. That is, a method known by the surface capacitance method that can be detected with one electrode cannot be used. In addition, it does not detect stray capacitance directly, but rather observes changes in mutual capacitance due to changes in the electric field (fringe electric field) that spreads laterally from the sensing electrode end. have. Realization of high sensitivity contributes to noise reduction, and also contributes to the creation of new functions such as touch detection with a gloved hand and input only by approaching without touching the glass surface. Is important to.
  • Non-Patent Document 1 developed by the inventors and the like will be made more sensitive.
  • an object of the present invention is to provide a portable device with a touch sensor and the like that can detect the approach or contact of a conductor with high accuracy without using an expensive amplifier while adopting a self-capacitance method.
  • a first aspect of the present invention is a portable device with a touch sensor that includes a housing and a sensor electrode that forms a capacitance between adjacent conductors, and is inside the housing, or A reference potential portion serving as a reference potential, which is a part or all of the housing, is connected to the reference potential portion, and a voltage that varies with time is applied to the conductor using the reference potential portion as a reference potential.
  • the current flowing through the sensor electrode that forms a capacitance between the power supply unit and the sensor electrode and the reference potential unit and forms the capacitance between the conductor to which the voltage is applied is referred to the reference potential unit.
  • a portable device with a touch sensor is referred to the reference potential unit.
  • a second aspect of the present invention is the portable device with a touch sensor according to the first aspect, wherein the conductor is a human body, and further includes a contact portion that is a part or all of the casing,
  • the power supply unit is electrically connected to the contact unit and applies the voltage to the human body via the contact unit, and the detection unit is electrically connected to the contact unit.
  • the electric current which flows into the said sensor electrode which formed the electrostatic capacitance between is detected.
  • a third aspect of the present invention is the portable device with a touch sensor according to the second aspect, wherein the contact portion is partly or entirely an insulator, and the power supply portion includes the contact portion. The voltage is applied to the human body via a capacitance formed with the human body.
  • a fourth aspect of the present invention is the portable device with a touch sensor according to the second or third aspect, wherein the detection unit is connected to the reference potential unit to perform low-side detection, Alternatively, it further includes switching means for switching whether to perform high-side detection by applying a voltage of the power supply unit.
  • a fifth aspect of the present invention is the portable device with a touch sensor according to the first aspect, wherein the conductor has flexibility and is electrically connected to the power supply unit. Further, a flexible insulator is provided between the conductor and the sensor electrode, and the detection unit detects a change in the distance between the conductor and the sensor electrode as a change in current.
  • a sixth aspect of the present invention is the portable device with a touch sensor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the sensor electrode includes a first sensor electrode and a second sensor electrode having a substantially strip shape. On the substantially same plane, the first sensor electrode and the second sensor electrode are arranged so that the long sides are close to each other, and each of the first sensor electrode and the second sensor electrode is in the long side direction. Are connected to the detector at two points apart from each other.
  • the portable device with a touch sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the portable device is equipotential with the sensor electrode by being connected to the reference potential portion.
  • the display electrode further energizes the part.
  • the “time-varying voltage” applied by the power supply unit may be an AC voltage or a pulse voltage.
  • the power supply unit may be electrically connected directly to the conductor or may be connected via a capacitance. Even if connected via an electrostatic capacity, it is possible to apply a temporally varying voltage such as an alternating voltage or a pulse voltage to the conductor.
  • the detection unit detects a low-side current by being connected to a reference potential unit that is inside the housing or integrated with the housing. Therefore, noise can be reduced, and it is possible to provide a self-capacitance type portable device with a touch sensor that detects the current flowing through the sensor electrode with high accuracy.
  • Patent Document 1 also describes a circuit in which a detection circuit is connected to ground, but does not describe or suggest a problem that a low-side current should be detected. Furthermore, there is no description or suggestion of a specific configuration of the portable device that includes a reference potential portion inside the housing as a means for solving a problem specific to the portable device in which noise is significant.
  • the contact of a human body to a contact part is also implement
  • a self-capacitance type high-accuracy portable device with a touch sensor in a state where the contact portion is contacted with a gloved hand or the contact portion is covered with a glass surface or the like. Furthermore, as long as the contact portion is electrically connected to the human body via the outside (including connection via the capacitance), for example, when it is placed on a desk without having a housing, It is possible to provide a touch panel function when electrostatic capacity is formed between the human body and the human body through the floor, or when electrostatic capacity is formed between the human body and the space.
  • the second or third aspect is expanded, and the switching unit causes the detection unit to detect the low-side current with the human body as part of the circuit, or It is possible to switch whether the high side current is detected inside the housing. Therefore, by providing a switching unit, for example, it is possible to provide a portable device with a touch panel that can switch between a finger operation mode for simple input / output and a pen operation mode that enables fine operations. Become.
  • the touch panel function can be exhibited even by an insulator such as a pen-type operating instrument or a gloved finger that is not connected to a power source. For this reason, even if it is a portable apparatus with a touch panel which employ
  • Patent Document 1 describes a device using a pen directly connected to an AC power source connected to a ground as a device using a circuit for detecting a low-side current. For this reason, the user is bound to the position of the AC power supply connected to the ground.
  • the portable device with a touch sensor for detecting multi-touch is made more accurate even though the sensor electrode is a single layer. It becomes possible.
  • the seventh aspect of the present invention it is possible to reduce noise due to parasitic capacitance formed between the sensor electrode and the display electrode even when the display unit is provided with a display electrode for energizing the display unit. It becomes. For this reason, it becomes possible to provide the display apparatus provided with the highly accurate touch sensor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overview of a portable device with a touch sensor according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an outline of a portable device with a touch sensor according to a second embodiment. It is a figure which shows the circuit at the time of (a) finger operation mode and (b) pen operation mode of the portable apparatus with a touch sensor which concerns on Example 3.
  • FIG. (A) The schematic diagram of a touch panel of the portable apparatus with a touch sensor which concerns on Example 4, (b) It is a figure which shows the equivalent circuit at the time of touching. It is a figure which shows the conventional display apparatus.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the multi touch sensor apparatus which the inventors developed so far. It is a figure shown about a surface type
  • FIG. 1 shows the multi touch sensor apparatus which the inventors developed so far. It is a figure shown about a surface type
  • FIG. 1 shows the multi touch sensor apparatus which the inventors developed so far. It is a figure shown about a surface type
  • Capacitive touch panels are classified into two types called a surface type and a projection type.
  • FIG. 8 shows the principle diagram of the surface-type capacitance method.
  • the surface-type touch panel 301 includes a transparent conductive film 303 and a cover layer 325.
  • the power supply units 311 1 to 311 4 apply voltages from the four corners of the conductive film 303.
  • a capacitive coupling 307 occurs between the conductive film 303 and the finger 306.
  • the human body can be regarded as ground, a current flows.
  • the ratio of the resistance from the four corners of the conductive film 303 to the contact point with the finger 306 can be known, and the contact position of the finger 306 can be detected.
  • FIG. 9 shows a principle diagram of the projection type electrostatic capacity method.
  • the projection touch panel 401 has a structure in which an insulating film 445 is sandwiched between patterned transparent conductive films 403 and 443 and a cover layer 491 is placed on the top.
  • a pulse voltage is first applied to the sensor electrodes 404 1 to 404 6 to measure a change in current flowing therethrough.
  • the capacitance increases due to the stray capacitance with the electrode, so that the current value changes.
  • Contact / non-contact is determined by detecting the presence or absence of this capacitance change.
  • FIG. 1 is a diagram showing an equivalent circuit 1 of a portable device with a touch sensor according to the present invention.
  • the equivalent circuit 1 includes a stray capacitance 7 (an “electrostatic capacity” in the claims) formed by a sensor electrode 3 (an example of a “sensor electrode” in the claims) and a conductor 5 (an example of a “conductor” in the claims). ),
  • a reference potential section 9 an example of a “reference potential section” in the claims of the present application
  • a power supply section 11 an example of a “power supply section” in the claims of the present application
  • a detection section 13 An example of “detector” in the claims of the present application.
  • the reference potential section 9 is in the housing 15 (an example of “housing” in the claims).
  • the power supply unit 11 is connected to the reference potential unit 9 and applies a time-varying voltage to the conductor 5 using the reference potential unit 9 as a reference potential.
  • the voltage applied by the power supply unit 11 may be an AC voltage or a pulse voltage.
  • the detection unit 13 is connected to the sensor electrode 3 and the reference potential unit 9, and detects the current flowing through the sensor electrode 3 as a low-side current with reference to the reference potential unit.
  • the reference potential unit 9 is inside the casing 15 of the portable device. Therefore, in general, the reference potential unit 9 floats from the ground.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an overview of the portable device 21 with a touch sensor according to the first embodiment (an example of “a portable device with a touch sensor” in the claims of the present application).
  • the portable device 21 with a touch sensor includes a sensor electrode 3, a reference potential unit 9, a power supply unit 11, a detection unit 13, a housing 15, and a contact unit 23 (an example of “contact unit” in the claims). , Insulator 25, insulator 27, common / ESD electrode 29 (an example of “display electrode” in the claims of the present application), LCD drive electrode 31, glass substrate 33, circuit substrate 35, and drive signal generation Part 37.
  • the contact portion 23 is a part of the housing 15 and is exposed to the outside of the housing 15. Further, the contact part 23 is electrically connected to the power supply part 11.
  • the insulator 25 is the touch panel surface of the portable device 21 with a touch sensor and covers the sensor electrode 3.
  • the sensor electrode 3 faces the common / ESD electrode 29 with the insulator 27 interposed therebetween. Therefore, a parasitic capacitance C p 39 is generated between the common / ESD electrode 29.
  • the ESD electrode 29 is connected to the reference potential unit 9. Therefore, the sensor electrode is equipotential, and the influence of the parasitic capacitance C p 39 is reduced as much as possible.
  • the common / ESD electrode and the circuit board 35 are connected via a drive signal generation unit 37.
  • the operation of the portable device 21 with a touch sensor will be described.
  • the human body 6 an example of the “conductor” in the claims
  • the power supply unit 11 applies a voltage to the human body 6 via the contact part 23.
  • the current flowing through the sensor electrode 3 changes, and the detection unit 13 detects this change in current.
  • the reference potential unit 9 is provided inside the housing 15, and the detection unit 13 is connected to the reference potential unit 9. Therefore, the approach or contact of the human body 6 can be detected as a change in the low-side current. Thereby, highly accurate detection becomes possible.
  • the contact portion 23 is a part or all of the housing 15. Therefore, according to the present embodiment, as in the second aspect of the present invention, an operation other than the natural operation of picking up the casing 15 of the portable device 1 with a touch sensor is not imposed on the user.
  • the touch panel function can be exhibited.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an outline of the portable device 41 with a touch sensor according to the second embodiment.
  • the difference between the portable device 41 with a touch sensor and the portable device 1 with a touch sensor will be mainly described.
  • the portable device 41 with a touch sensor includes, as the conductor 5, a flexible conductive film 43 (an example of “conductor” in the claims) as the conductor 5 on the surface of the touch panel. Further, instead of the insulator 25, a flexible insulator 45 (an example of “insulator” in the claims of the present application) is provided.
  • the conductive film 43 is electrically connected to the power supply unit 11 by a conducting wire 47.
  • Capacitance 7 (an example of “capacitance” in the claims of the present application) is formed by allowing the conductive film 43 and the sensor electrode 3 to face each other via the insulator 45.
  • the capacitance 7 is changed by pressing the conductive film 43 with the pen 49. Since a voltage is applied to the conductive film 43 from the power supply unit 11, the current flowing through the sensor electrode 3 changes as the capacitance 7 changes.
  • the detection unit 13 connected to the reference potential unit 9 detects this change as a change in the low-side current.
  • the touch-sensitive portable device 41 allows the touch panel function to be exhibited even by a pen-type operation instrument that is not connected to a power source or an insulator such as a finger while wearing a glove. For this reason, as in the fourth aspect of the present invention, even a portable device with a touch panel that employs a self-capacitance method can be used without being constrained by the power supply position.
  • FIG. 4 a portable device with a touch sensor capable of switching between a mode operated with a finger as a conductor and a mode operated with an insulating operating device such as a pen will be described.
  • 4A and 4B are diagrams showing a circuit in the finger operation mode and a circuit in the pen operation mode of the portable device 61 with a touch sensor according to the third embodiment.
  • the portable device 61 with a touch sensor includes a flexible insulator 63 instead of the insulator 25. Further, a flexible insulator 65 is provided instead of the insulator 27. Furthermore, a switch 67 (an example of “switching means” in the claims of the present application) is provided for switching between the connection between the detection unit 13 and the reference potential unit 9 and the connection between the detection unit 13 and the power supply unit 11. In the finger operation mode of FIG. 4A, the detection unit 13 is connected to the reference potential unit 9. Therefore, the detection unit 13 detects a low side current.
  • a stray capacitance (an example of “capacitance” in the claims of the present application) is formed between the human body 6 and the sensor electrode 3.
  • the power supply unit 11 applies a voltage to the human body 6 via the contact unit 23. Then, the current flowing through the sensor electrode 3 changes, and the detection unit 13 detects this change in current.
  • the operation in the pen operation mode that is operated with an insulating operation device will be described.
  • the power supply unit 11 is not connected to the sensor electrode 3 serving as the conductor 5. Therefore, the connection of the switching means 67 is switched to connect the power supply unit 11 to the detection unit 13. Therefore, the detection unit 13 is connected to the reference potential unit 9 via the power supply unit 11 and detects the high side current.
  • the sensor electrode 3 and the common / ESD electrode 29 face each other with an insulator 65 interposed therebetween, whereby a capacitance 39 (an example of “capacitance” in the claims of the present application) is formed.
  • a capacitance 39 an example of “capacitance” in the claims of the present application.
  • the finger operation mode and the pen operation mode can be switched by switching the switch 67. Therefore, for example, it is possible to provide a portable device 61 with a touch panel that can be switched to a finger operation mode to prevent malfunction and a pen operation mode to perform fine operations.
  • the surface type touch panel has a simple structure, so the cost can be reduced.
  • multipoint detection cannot be performed.
  • the projection-type touch panel as shown in FIG. 9, a plurality of electrodes are arranged two-dimensionally. Therefore, multipoint detection of the finger contact position is possible.
  • electrode patterning is required, and the electrode layer and the insulation layer increase by one layer each. Therefore, the cost increases.
  • FIG. 5A is a schematic diagram of a touch panel of the portable device 81 with a touch sensor according to the fourth embodiment
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an equivalent circuit when touched.
  • the portable device 81 with a touch sensor includes strip-shaped sensor electrodes 3 1 (an example of “first sensor electrode” in claims of this application), 3 2 (an example of “second sensor electrode” in claims of this application), 3 3 ,... (Hereinafter collectively referred to as “sensor electrode 3 n ”) are provided on substantially the same plane.
  • the plurality of sensor electrodes 3 n are arranged so that the long sides are close to each other.
  • the sensor electrode 3 n in two points spaced from each other in the longitudinal direction, and is connected to the detector 13 1 and 13 2.
  • the detection unit 13 1 and the detector 13 2 is different from the display device 101, not via the power supply unit 11, the reference in the housing 15 (not shown) Directly connected to the potential unit 9. Therefore, the low-side current is detected, and high-precision detection is possible.
  • the power supply unit 11 applies a voltage to the capacitance (an example of “capacitance” in the claims of the present application) formed between the sensor electrode 3 n and the conductor by the method of the first embodiment or the second embodiment. Apply.
  • the capacitance an example of “capacitance” in the claims of the present application
  • the position of the sensor electrode in the long side direction is detected with high accuracy by a low-side current by a surface type detection method.
  • the short side direction is detected by a projection type.
  • the pen 49 may be used instead of a finger with an insulating glove. Further, instead of the pen 49, the pen 49 made of a conductive material may be used.
  • the detection unit 13 1 and 13 2 may be implemented by a single detector.
  • Example 1 and Example 3 it is preferable from the point of sensitivity that the contact portion 23 is exposed to the outside of the housing 15.
  • the contact portion 23 may be covered with an insulator such as glass so that part or all of the contact portion 23 may be an insulator, or the casing shown in the first and third embodiments is opened on the touch surface side with a finger. It may be operated in a protective insulating case (for example, a plastic case). In these cases, a capacitance 24 is also formed between the human body 6 and the contact portion 23.
  • the power supply unit 11 applies an AC voltage or the like to the human body 6 via the capacitance 24. Therefore, it is possible to provide a portable device with a touch sensor and the like that can detect the approach or contact of a conductor with high accuracy without requiring an expensive amplifier without changing the detection unit 13 to detect a low-side current with high accuracy. Is possible.
  • the contact portion may be electrically connected to the human body via an external object.
  • the contact part may be electrically connected to a part of the human body other than the finger.

Abstract

　自己容量方式を採用しつつ、高価なアンプを要せずに導体の接近又は接触を高精度に検出可能なタッチセンサ付携帯型装置等を提供することを目的とする。筐体と、近接する導体との間で静電容量を形成するセンサ電極とを備えるタッチセンサ付携帯型装置であって、筐体の内部にあり、又は、筐体の一部若しくは全部であって、基準電位となる基準電位部と、基準電位部に接続し、基準電位部を基準電位として導体に電圧を印加する電源部と、センサ電極及び基準電位部に接続して、電圧が印加された導体との間で静電容量を形成するセンサ電極に流れる電流を、基準電位部を基準にして検出する検出部とを備えることを特徴とするタッチセンサ付携帯型装置である。

Description

タッチセンサ付携帯型装置及び表示装置
　本発明は、タッチセンサ装置及び表示装置に関し、特に、筐体と、近接する導体との間で静電容量を形成するセンサ電極とを備えるタッチセンサ付携帯型装置等に関する。
　タッチセンサ装置は、タッチパネル等への接近又は接触を検出するものである。タッチセンサの方式には、自己容量方式と相互容量方式が知られている。
　自己容量方式は、電流計等の検出部が、人体などの検出対象である導体とセンサ電極とが形成する浮遊容量の変化を直接的に検出する方式である。特許文献１には、自己容量方式を用いたタッチセンサ装置の例として、交流電源部１１１と電流検出回路１３１及び１３２は、それぞれ異なるアース９１、９２及び９３に接続され、交流電源部１１１に接続されたペン１４９と導電膜１０３とが形成するコンデンサ１０７に流れる電流を電流検出回路１３１及び１３２が検出する表示装置１０１が記載されている（図６参照）。
　相互容量方式は、センサ電極と駆動電極が形成する相互容量の一部が人体などの導体の接近によって浮遊容量に変化し、その減少によって、その導体の接近を検出する方式である。
　また、発明者等は、両端が交流電源部２１１１及び２１１２に接続された一層のセンサ電極２０３１、２０３２、２０３３・・・を用いて、一層の電極で複数の指の接触位置を測定する、マルチタッチセンサ装置２０１等を開発してきた（図７及び非特許文献１参照）。
特開２０１１－０１４１０９号公報
田中ら著，「ハイブリッド静電容量方式タッチセンサ用アナログＬＳＩの検討」，信学技報，社団法人電子情報通信学会，２００９．
　しかしながら、自己容量方式は、導体が接近して初めて形成される浮遊容量の変化を検出する必要がある。この浮遊容量を検出するためには、センサ電極の電圧を変化させ、かつ、そこに流れる電流を検出しなければならない。つまり、ハイサイド電流検出が必要となる。一般的に、ハイサイド電流検出回路は、ローサイド電流検出回路と比較して、複雑で高価なアンプが必要となる。
　さらに、特許文献１記載の技術では、交流電源部と電流検出回路は、それぞれ異なるアースに接続されるものとなっている。特許文献１には、アースから浮いてしまう携帯型装置への応用については、記載も示唆もされていない。
　一方、相互容量方式を用いた場合、駆動用電極の電圧変化による相互容量を介して流れる電流を検出する。そのため、センシング電極の電圧は変化させる必要はなく、ローサイド検出回路で行われる。この方式を用いて２次元上のタッチ位置を知るためには、駆動電極とセンシング電極を２次元格子状に配置しなければならず、どうしても２層の電極形成が必要となる。すなわち、表面容量法で知られる一層の電極で検出できる方法は、用いることができない。また、浮遊容量を直接検出するのではなく、センシング電極端から横方向に広がる電界（フリンジ電界）の変化による相互容量の変化を観測するため、感度の点で自己容量法に対して不利な面を持つ。高感度の実現は、ノイズの低減に寄与する他、手袋をした手によるタッチ検出や、ガラス面への接触せず接近だけでの入力が可能となるなど新機能の創出にも寄与し、非常に重要である。
　また、発明者等が開発した非特許文献１に記載のマルチタッチセンサ装置を、さらに高感度とすることも期待されている。
　ゆえに、本発明は、自己容量方式を採用しつつ、高価なアンプを要せずに導体の接近又は接触を高精度に検出可能なタッチセンサ付携帯型装置等を提供することを目的とする。
　本発明の第１の観点は、筐体と、近接する導体との間で静電容量を形成するセンサ電極とを備えるタッチセンサ付携帯型装置であって、前記筐体の内部にあり、又は、前記筐体の一部若しくは全部であって、基準電位となる基準電位部と、前記基準電位部に接続し、前記基準電位部を基準電位として前記導体に時間的に変動する電圧を印加する電源部と、前記センサ電極及び前記基準電位部に接続して、前記電圧が印加された前記導体との間で静電容量を形成する前記センサ電極に流れる電流を、前記基準電位部を基準にして検出する検出部とを備えることを特徴とするタッチセンサ付携帯型装置である。
　本発明の第２の観点は、第１の観点に記載のタッチセンサ付携帯型装置であって、前記導体は、人体であり、前記筺体の一部又は全部である接触部をさらに備え、前記電源部は、前記接触部に電気的に接続して、前記接触部を経由して前記電圧を前記人体に印加するものであり、前記検出部は、前記接触部に電気的に接続した前記人体との間で静電容量を形成した前記センサ電極に流れる電流を検出するものである。
　本発明の第３の観点は、第２の観点に記載のタッチセンサ付携帯型装置であって、前記接触部は、一部又は全部が絶縁体であり、前記電源部は、前記接触部が前記人体との間で形成した静電容量を経由して前記人体に前記電圧を印加するものである。
　本発明の第４の観点は、第２又は第３の観点に記載のタッチセンサ付携帯型装置であって、前記検出部に対して、前記基準電位部に接続させてローサイド検出をさせるか、又は、前記電源部の電圧を印加させてハイサイド検出をさせるかを切り替える切替手段をさらに備える。
　本発明の第５の観点は、第１の観点に記載のタッチセンサ付携帯型装置であって、前記導体は、可撓性を有し、かつ、前記電源部に電気的に接続されており、前記導体と前記センサ電極との間に可撓性を有する絶縁体をさらに備え、前記検出部は、前記導体と前記センサ電極との距離の変化を電流の変化として検出する。
　本発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点に記載のタッチセンサ付携帯型装置であって、前記センサ電極として、略短冊形状の第１センサ電極及び第２センサ電極を略同一平面上に備え、前記第１センサ電極及び前記第２センサ電極は、長辺側が近接するように配列され、前記第１センサ電極及び前記第２センサ電極のそれぞれは、前記長辺方向に互いに離れた２点において前記検出部と接続されている。
　本発明の第７の観点は、第１から第６のいずれかの観点に記載のタッチセンサ付携帯型装置であって、前記基準電位部に接続することにより前記センサ電極と等電位となり、表示部に通電する表示電極をさらに備える。
　なお、電源部が印加する「時間的に変動する電圧」は、交流電圧でもよいし、パルス電圧でもよい。また、電源部は、導体に対して電気的に直接接続されてもよいし、静電容量を経由して接続されてもよい。静電容量を経由して接続されるとしても、交流電圧やパルス電圧のような時間的に変動する電圧を導体に印加することが可能である。
　本発明の各観点によれば、検出部は、筐体内部にあるか又は筐体と一体化した基準電位部に接続することにより、ローサイド電流を検出することとなる。そのため、ノイズを低減することができ、センサ電極に流れる電流を高精度に検出する自己容量方式のタッチセンサ付携帯型装置等を提供することが可能となる。
　従来、自己容量方式について、検出部が電源部を介して基準電位部に接続されているためにハイサイド電流を検出することとなり、高コストとなっていた。このような課題は、これまで、認識されていなかった。これまで相互容量方式が用いられることが多く、自己容量方式についての課題が十分に認識されなかったためである。特許文献１にも、検出回路がアースに接続された回路は記載されているものの、ローサイド電流を検出すべきとの課題について記載も示唆もない。まして、ノイズが顕著となる携帯型装置に特有の課題解決手段として、筐体内部に基準電位部を備えるという携帯型装置の具体的な構成については、記載も示唆もない。
　また、本発明の第２の観点によれば、人体の接触を高精度に検出することが可能となる。そのため、例えば、手袋をした手での操作や、手がガラス面に非接触な状態での操作が可能な、自己容量方式の高精度なタッチセンサ付携帯型装置を提供することが可能となる。しかも、接触部が筐体の一部又は全部であるため、携帯型装置の筐体を手にとるという自然な動作以外の操作を使用者に課すことなくタッチパネル機能を発揮させることが可能となる。
　また、本発明の第３の観点によれば、接触部への人体の接触も絶縁体を介して実現される。そのため、接触部にも手袋をした手での接触や、接触部がガラス面等で覆われた状態で自己容量方式の高精度なタッチセンサ付携帯型装置を提供することが可能となる。
　さらに、接触部が外部を経由して人体と電気的に接続（静電容量を経由しての接続を含む。）されている限り、例えば、筐体を持たずに机に置いている場合、床を通じて人体との間で静電容量が形成される場合、空間を介して人体との間で静電容量が形成される場合などにもタッチパネル機能を提供することが可能となる。
　さらに、本発明の第４の観点によれば、第２又は第３の観点を拡張して、切替手段が、検出部に対して、人体を回路の一部としてローサイド電流を検出させるか、又は、筐体内部でハイサイド電流を検出させるかを切り替えることが可能となる。そのため、切替手段を設けることにより、例えば、簡易に入出力を行う指操作モードと、細かい操作をも可能とするペン操作モードとを切り替えることのできるタッチパネル付携帯型装置を提供することが可能となる。
　さらに、本発明の第５の観点によれば、電源に接続されていないペン型の操作器具や手袋をしたままの指等の絶縁体によってもタッチパネル機能を発揮させることが可能となる。このため、自己容量方式を採用するタッチパネル付携帯型装置であっても、電源位置に束縛されずに使用することが可能となる。
　なお、特許文献１には、ローサイド電流を検出する回路を用いた装置として、アースに接続された交流電源に直接接続されたペンを用いる装置が記載されている。このため、使用者は、アースに接続された交流電源の位置に束縛されることとなる。
　さらに、本発明の第６の観点によれば、自己容量方式を用いるためセンサ電極が単層であるにも関わらず、マルチタッチを検出するタッチセンサ付携帯型装置をさらに高精度なものとすることが可能となる。
　さらに、本発明の第７の観点によれば、表示部に通電する表示電極を備える場合であっても、センサ電極と表示電極との間で形成される寄生容量によるノイズを低減することが可能となる。このため、高精度なタッチセンサを備えた表示装置を提供することが可能となる。
本発明に係るタッチセンサ付携帯型装置の等価回路１を示した図である。 実施例１に係るタッチセンサ付携帯型装置の概要を示した模式図である。 実施例２に係るタッチセンサ付携帯型装置の概要を示した模式図である。 実施例３に係るタッチセンサ付携帯型装置の（ａ）指操作モード時の回路、（ｂ）ペン操作モード時の回路を示す図である。 実施例４に係るタッチセンサ付携帯型装置の（ａ）タッチパネルの模式図、（ｂ）タッチした際の等価回路を示す図である。 従来の表示装置を示す図である。 発明者らがこれまでに開発したマルチタッチセンサ装置を示す図である。 表面型検出方式について示す図である。 投影型検出方式について示す図である。 実施例１又は実施例３に係るタッチセンサ付携帯型装置の指操作モード時の回路の他の例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。
　まず、一般的な静電容量型タッチパネルについて説明する。静電容量方式は、透明電極層と指の間にできる浮遊容量を利用して指の位置検出を行う。静電容量方式のタッチパネルは、表面型と投影型と呼ばれる２つの方式に分類されている。
　表面型の静電容量方式の原理図を図８に示す。表面型タッチパネル３０１は、透明導電膜３０３とカバー層３２５を備える。ここで、電源部３１１１～３１１４が、導電膜３０３の四隅から電圧を加える。ここで、指３０６が接触すると、導電膜３０３と指３０６の間で容量結合３０７が生じる。また、人体はグランドとみなせるため、電流が流れる。このときの電流の比率を計算することで、導電膜３０３の四隅から指３０６との接触地点までの抵抗の比がわかり、指３０６の接触位置の検出を行うことができる。
　一方、投影型の静電容量方式の原理図を図９に示す。投影型タッチパネル４０１は、パターン付けした透明導電膜４０３及び４４３の間に絶縁膜４４５を挟み，最上部にカバー層４９１をのせた構造になっている。位置検出においては、まずセンサー電極４０４１～４０４６にパルス電圧を加え、そこに流れる電流変化を測定する。指がカバー層４９１に触れると電極との浮遊容量により容量が増えるので、電流値が変化する。この静電容量変化の有無を検出することで接触／非接触を判断する。
　図１は、本発明に係るタッチセンサ付携帯型装置の等価回路１を示した図である。等価回路１は、センサ電極３（本願請求項の「センサ電極」の一例）と導体５（本願請求項の「導体」の一例）とが形成する浮遊容量７（本願請求項の「静電容量」の一例）と、基準電位となる基準電位部９（本願請求項の「基準電位部」の一例）と、電源部１１（本願請求項の「電源部」の一例）と、検出部１３（本願請求項の「検出部」の一例）とを備える。また、基準電位部９は、筐体１５（本願請求項の「筐体」の一例）内にある。
　電源部１１は、基準電位部９に接続し、基準電位部９を基準電位として導体５に時間的に変動する電圧を印加する。ここで、電源部１１が印加する電圧は、交流電圧でもパルス電圧でもよい。検出部１３は、センサ電極３及び基準電位部９に接続し、センサ電極３に流れる電流を、基準電位部を基準にしてローサイド電流として検出する。
　ここで、基準電位部９は、携帯型装置の筐体１５の内部にある。そのため、一般に、基準電位部９は、アースから浮くこととなる。
　そこで、図２を参照して、図１の等価回路の実際の携帯型装置への応用について述べる。図２は、実施例１に係るタッチセンサ付携帯型装置２１（本願請求項の「タッチセンサ付携帯型装置」の一例）の概要を示した模式図である。
　タッチセンサ付携帯型装置２１は、センサ電極３と、基準電位部９と、電源部１１と、検出部１３と、筐体１５と、接触部２３（本願請求項の「接触部」の一例）と、絶縁体２５と、絶縁体２７と、共通／ＥＳＤ電極２９（本願請求項の「表示電極」の一例）と、ＬＣＤ駆動電極３１と、ガラス基板３３と、回路基板３５と、駆動信号生成部３７とを備える。
　接触部２３は、筐体１５の一部であって、筐体１５の外部に露出している。また、接触部２３は、電源部１１に電気的に接続されている。絶縁体２５は、タッチセンサ付携帯型装置２１のタッチパネル表面であり、センサ電極３を覆っている。センサ電極３は、絶縁体２７を挟んで共通／ＥＳＤ電極２９と対向している。そのため、共通／ＥＳＤ電極２９との間で寄生容量Ｃｐ３９を生じる。ただし、ＥＳＤ電極２９は、基準電位部９に接続されている。そのため、センサ電極と等電位とされ、寄生容量Ｃｐ３９の影響は、極力低減されている。また、共通／ＥＳＤ電極と回路基板３５とは、駆動信号生成部３７を介して接続されている。
　次に、タッチセンサ付携帯型装置２１の動作について述べる。導体５である人体６（本願請求項の「導体」の一例）（例えば、右手人差し指）が絶縁体２５に接近又は接触すると、人体６とセンサ電極３との間で浮遊容量７が生じる。このとき、人体６の別の部分（例えば、左手）が接触部２３に接触することにより、電源部１１は、接触部２３を経由して電圧を人体６に印加する。すると、センサ電極３に流れる電流が変化し、検出部１３は、この電流の変化を検出する。
　ここで、筐体１５の内部には、基準電位部９が設けられ、検出部１３は、基準電位部９に接続されている。そのため、人体６の接近又は接触をローサイド電流の変化として検出することが可能となる。これにより、高精度な検出が可能となる。
　さらに、接触部２３は、筐体１５の一部又は全部である。そのため、本実施例によれば、本発明の第２の観点にあるように、タッチセンサ付携帯型装置１の筐体１５を手にとるという自然な動作以外の操作を使用者に課すことなく、タッチパネル機能を発揮させることが可能となる。
　次に、図３を参照して、等価回路１の実際の携帯型装置への応用の他の例について述べる。図３は、実施例２に係るタッチセンサ付携帯型装置４１の概要を示した模式図である。以下、タッチセンサ付携帯型装置４１が、タッチセンサ付携帯型装置１と異なる点について中心に述べる。
　タッチセンサ付携帯型装置４１は、導体５として、タッチパネルの表面に可撓性のある導電膜４３（本願請求項の「導体」の一例）を導体５として備える。また、絶縁体２５の代わりに、可撓性のある絶縁体４５（本願請求項の「絶縁体」の一例）を備える。導電膜４３は、導線４７により電源部１１と電気的に接続されている。
　次に、タッチセンサ付携帯型装置４１の動作について述べる。導電膜４３とセンサ電極３とが絶縁体４５を介して対向することにより、静電容量７（本願請求項の「静電容量」の一例）が形成されている。ここで、ペン４９で導電膜４３を押すことにより、静電容量７が変化する。導電膜４３には、電源部１１から電圧が印加されているため、静電容量７の変化に伴い、センサ電極３に流れる電流が変化する。基準電位部９に接続された検出部１３は、この変化をローサイド電流の変化として検出する。
　タッチセンサ付携帯型装置４１により、電源に接続されていないペン型の操作器具や手袋をしたままの指等の絶縁体によってもタッチパネル機能を発揮させることが可能となる。このため、本発明の第４の観点にあるように、自己容量方式を採用するタッチパネル付携帯型装置であっても、電源位置に束縛されずに使用することが可能となる。
　さらに、図４を参照して、導体である指で操作するモードとペン等の絶縁性の操作機器で操作するモードとを切り替え可能なタッチセンサ付携帯型装置について説明する。図４は、実施例３に係るタッチセンサ付携帯型装置６１の（ａ）指操作モード時の回路、（ｂ）ペン操作モード時の回路を示す図である。
　図４（ａ）を参照して、タッチセンサ付携帯型装置６１がタッチセンサ付携帯型装置２１と異なる点を中心に説明する。タッチセンサ付携帯型装置６１は、絶縁体２５の代わりに、可撓性の絶縁体６３を備える。また、絶縁体２７の代わりに、可撓性の絶縁体６５を備える。さらに、検出部１３及び基準電位部９の間の接続と、検出部１３及び電源部１１との接続とを切り替えるスイッチ６７（本願請求項の「切替手段」の一例）を備える。図４（ａ）の指操作モードにおいては、検出部１３は、基準電位部９に接続されている。そのため、検出部１３は、ローサイド電流を検出する。
　人体６が、接触部２３に接触すると共に、絶縁体６３に接触又は接近すると、人体６とセンサ電極３の間に浮遊容量（本願請求項の「静電容量」の一例）が形成される。電源部１１は、接触部２３を経由して電圧を人体６に印加する。すると、センサ電極３に流れる電流が変化し、検出部１３は、この電流の変化を検出する。
　次に、図４（ｂ）を参照して、絶縁性の操作機器で操作するペン操作モード時の操作について説明する。このとき、人体６が回路の一部とならないため、電源部１１は、導体５となるセンサ電極３に接続されていない。そのため、切替手段６７の接続を切り替えて電源部１１を検出部１３に接続する。そのため、検出部１３は、電源部１１を介して基準電位部９に接続され、ハイサイド電流を検出することとなる。
　センサ電極３と共通／ＥＳＤ電極２９とが絶縁体６５を介して対向することにより、静電容量３９（本願請求項の「静電容量」の一例）が形成されている。ここで、ペン４９で絶縁体６３を押し下げることにより、連動してセンサ電極３が押し下げられ、静電容量３９が変化する。センサ電極３には、電源部１１から電圧が印加されているため、静電容量３９の変化に伴い、センサ電極３に流れる電流が変化する。検出部１３は、この変化をハイサイド電流の変化として検出する。
　上記の通り、本発明の第３の観点にあるように、スイッチ６７の切替により、指操作モードとペン操作モードとを切り替えることが可能となる。そのため、例えば、誤動作を防止するためには指操作モード、細かい操作をするためにはペン操作モードのように切り替えることのできるタッチパネル付携帯型装置６１を提供することが可能となる。
　続いて、図５を参照して、マルチタッチ対応のタッチセンサ付携帯型装置への本発明の応用について説明する。
　一般に、表面型のタッチパネルは、構造がシンプルなためコストを抑えられる。しかし、その原理ゆえに多点検知することができない。一方、投影型のタッチパネルでは、図９に示すように、電極が２次元状に複数並んでいる。そのため、指の接触位置の多点検知が可能となる。しかし，表面型に比べ，電極のパターン付けが必要になり、電極層と絶縁層が1 層ずつ増える。そのため、コストが増大する。
　そこで、以下に述べるように、非特許文献１記載の技術に本発明を応用することにより、構造をシンプルに保ちつつ、高精度にマルチタッチを検出することが可能となる。
　図５は、実施例４に係るタッチセンサ付携帯型装置８１の（ａ）タッチパネルの模式図、（ｂ）タッチした際の等価回路を示す図である。まず、タッチセンサ付携帯型装置８１が、タッチセンサ付携帯型装置２１と異なる点について説明する。
　タッチセンサ付携帯型装置８１は、短冊形状のセンサ電極３１（本願請求項の「第１センサ電極」の一例），３２（本願請求項の「第２センサ電極」の一例），３３，・・・（以下、まとめて「センサ電極３ｎ」と表記）をほぼ同一平面上に備える。これらの複数のセンサ電極３ｎは、長辺側が近接するように配置されている。また、センサ電極３ｎは、長辺方向に互いに離れた２点において、検出部１３１及び１３２と接続されている。
　ここで、図５（ｂ）の回路図にも示すように、検出部１３１及び検出部１３２は、表示装置１０１と異なり、電源部１１を介さずに、図示しない筐体１５内の基準電位部９に直絶接続される。そのため、ローサイド電流を検出することとなり、高精度な検出が可能となる。
　また、電源部１１は、実施例１又は実施例２の方式により、センサ電極３ｎと導体との間に形成される静電容量（本願請求項の「静電容量」の一例）に電圧を印加する。以下、理解のために実施例１の方式で操作する場合について述べる。
　複数の指がセンサ電極３ｎとの間で静電容量を形成すると、センサ電極の長辺方向の位置は、表面型の検出方式により、ローサイド電流で高精度に検出する。また、短辺方向は、投影型で検出する。このような構成とすることにより、本発明の第５の観点にあるように、本発明者らが開発した非特許文献に記載の技術を改良した、高精度な多点検知が可能となる。
　なお、実施例２及び実施例３において、ペン４９の代わりに、絶縁性の手袋をした指で操作してもよい。また、ペン４９の代わりに、導電性の材質でできたペン等で操作してもよい。
　また、実施例４において、検出部１３１及び１３２は、１つの検出部で実現されてもよい。
　さらに、実施例１及び実施例３において、接触部２３は、筐体１５の外部に露出していることが感度の点からは好ましい。しかし、図１０に示すように、電源部１１が接触部２３を介して電圧を人体６に印加する限り、人体６は、間接的に接触部２３と接触して電気的に接続するものであってもよい。例えば、接触部２３をガラスなどの絶縁体で覆うなどして一部又は全部が絶縁体であってもよいし、実施例１及び実施例３に示した筺体を、指でのタッチ面側が開口された保護用の絶縁性ケース（例えばプラスチック製ケース）に入れて操作するものであってもよい。これらの場合、人体６と接触部２３との間にも静電容量２４が形成される。しかし、電源部１１は、静電容量２４を介して人体６に交流電圧などを印加する。そのため、検出部１３がローサイド電流を高精度に検出できる点に変わりなく、高価なアンプを要せずに導体の接近又は接触を高精度に検出可能なタッチセンサ付携帯型装置等を提供することが可能である。
　さらに、接触部は、外部の物を経由して人体と電気的に接続されてもよい。さらに、接触部が電気的に接続されるのは、指以外の人体の部分であってもよい。
　１；等価回路、３；センサ電極、５；導体、６；人体、７；静電容量、９；基準電位部、１１；電源部、１３；検出部、１５；筐体、２１・４１・６１・８１；タッチセンサ付携帯型装置、２３；接触部、４３；導電膜、４５；絶縁体、４９；ペン、６３；絶縁体、６５；絶縁体、６７；スイッチ

Claims (7)

  1. 　筐体と、近接する導体との間で静電容量を形成するセンサ電極とを備えるタッチセンサ付携帯型装置であって、
    　前記筐体の内部にあり、又は、前記筐体の一部若しくは全部であって、基準電位となる基準電位部と、
    　前記基準電位部に接続し、前記基準電位部を基準電位として前記導体に時間的に変動する電圧を印加する電源部と、
    　前記センサ電極及び前記基準電位部に接続して、前記電圧が印加された前記導体との間で静電容量を形成する前記センサ電極に流れる電流を、前記基準電位部を基準にして検出する検出部とを備えることを特徴とするタッチセンサ付携帯型装置。
  2. 　前記導体は、人体であり、
    　前記筺体の一部又は全部である接触部をさらに備え、
    　前記電源部は、前記接触部に電気的に接続して、前記接触部を経由して前記電圧を前記人体に印加するものであり、
    　前記検出部は、前記接触部に電気的に接続した前記人体との間で静電容量を形成した前記センサ電極に流れる電流を検出するものである、請求項１記載のタッチセンサ付携帯型装置。
  3. 　前記接触部は、一部又は全部が絶縁体であり、
    　前記電源部は、前記接触部が前記人体との間で形成した静電容量を経由して前記人体に前記電圧を印加する、請求項２記載のタッチセンサ付携帯型装置。
  4. 　前記検出部に対して、前記基準電位部に接続させてローサイド検出をさせるか、又は、前記電源部の電圧を印加させてハイサイド検出をさせるかを切り替える切替手段をさらに備える、請求項２又は３記載のタッチセンサ付携帯型装置。
  5. 　前記導体は、可撓性を有し、かつ、前記電源部に電気的に接続されており、
    　前記導体と前記センサ電極との間に可撓性を有する絶縁体をさらに備え、
    　前記検出部は、前記導体と前記センサ電極との距離の変化を電流の変化として検出する、請求項１記載のタッチセンサ付携帯型装置。
  6. 　前記センサ電極として、略短冊形状の第１センサ電極及び第２センサ電極を略同一平面上に備え、
    　前記第１センサ電極及び前記第２センサ電極は、長辺側が近接するように配列され、
    　前記第１センサ電極及び前記第２センサ電極のそれぞれは、前記長辺方向に互いに離れた２点において前記検出部と接続されている、請求項１から５のいずれかに記載のタッチセンサ付携帯型装置。
  7. 　前記基準電位部に接続することにより前記センサ電極と等電位となり、表示部に通電する表示電極をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載のタッチセンサ付携帯型装置。
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