WO2015182036A1 - タッチセンサシステム用識別体およびタッチセンサシステム - Google Patents

タッチセンサシステム用識別体およびタッチセンサシステム Download PDF

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WO2015182036A1
WO2015182036A1 PCT/JP2015/002207 JP2015002207W WO2015182036A1 WO 2015182036 A1 WO2015182036 A1 WO 2015182036A1 JP 2015002207 W JP2015002207 W JP 2015002207W WO 2015182036 A1 WO2015182036 A1 WO 2015182036A1
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WO
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sensor system
touch
touch sensor
conductive pattern
touch panel
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PCT/JP2015/002207
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English (en)
French (fr)
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秀秋 新屋
雅美 石川
大西　隆之
Original Assignee
シャープ株式会社
株式会社セガゲームス
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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Definitions

  • the present invention relates to a touch sensor system identifier for performing user authentication, and a touch sensor system in which identification is performed and a touch or multi-touch input operation is performed.
  • Patent Document 1 discloses that user authentication of an electronic device is performed using identification information when print data is output from the printing apparatus by making a print request to the print data temporarily stored on the server. It is carried out.
  • touch sensor technology has been developed rapidly as smartphones and tablet PCs are used as input devices for computing systems.
  • the initial touch panel technology identifies an input position by one touch
  • the current mainstream is a touch panel capable of detecting a plurality of simultaneous touch inputs (multi-touch input).
  • a method for detecting a plurality of simultaneous touch inputs there is an electrostatic capacitance method that reads a change in charge of sensors arranged in a matrix.
  • a signal may be detected in addition to the position where the user intentionally touches the screen. This is known as a ghost touch or ghost point (herein simply referred to as ghost).
  • ghost A ghost that occurs in a touch sensor system that detects multi-touch is caused by the interference of the sensor through the indicator when the indicator, such as a human finger, is insufficiently grounded.
  • Patent Document 2 A technique for correcting this ghost on the controller side of the touch sensor system is disclosed in Patent Document 2.
  • Patent Document 3 A technique for discriminating between a ghost and a true touch at the sensor unit of the touch sensor system is disclosed in Patent Document 3.
  • Patent Documents 2 and 3 assume touch of a human finger on the touch panel surface, and assume a case where interference such as a floating conductive material is strong or reading of a conductor pattern having a complicated shape. If the disclosed technique is used, the amount of correction calculation is very large, the touch sensor system is complicated and complicated, and the number of position detectable points is limited. .
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problem, and does not correct the ghost on the controller side of the touch sensor system or discriminate the ghost from the true touch at the sensor unit, but improves the ghost on the discriminator side. Then, it aims at providing the identification body for touch sensors which can detect the shape of the identification body seen from the touchscreen surface more correctly, and a touch sensor system using the same.
  • the identification body for a touch sensor system makes a virtual ground and touches an ungrounded indicator by touching or approaching the touch panel surface of the touch sensor system that enables position input operation of the indicator.
  • the sensor system is made readable, whereby the above object is achieved.
  • the virtual grounded indicator in the touch sensor system identifier of the present invention is a conductive pattern in which a conductive pattern having a predetermined shape is arranged as the shape of the indicator facing the touch panel surface. And a virtual grounding circuit portion connected to the conductive pattern and having a function equivalent to a ground circuit for the conductive pattern.
  • the virtual grounding circuit unit in the identification object for the touch sensor system of the present invention has a function equivalent to that of the grounding circuit so as to prevent ghosting due to the conductive pattern.
  • the touch sensor system of the present invention includes the above-described touch sensor system identifier of the present invention mounted on the touch panel surface that enables a position input operation, thereby forming the shape of the conductive pattern of the touch sensor system identifier. Can be identified by reading the above, thereby achieving the above object.
  • the operation of the present invention will be described below with the above configuration.
  • the touch sensor system can read the virtual grounded indicator by touching or approaching the touch panel surface of the touch sensor system that enables position input operation of the indicator.
  • the indicator is virtually grounded and has the same function as the ground circuit. Instead of discriminating between a ghost and a true touch at the part, it is possible to improve the ghost on the discriminator side and more accurately detect the shape of the discriminator viewed from the touch panel surface.
  • the indicator is virtually grounded and has a function equivalent to that of the ground circuit.
  • the ghost is improved on the discriminator side, and the shape of the discriminator viewed from the touch panel surface can be detected more accurately, instead of correcting on the side or discriminating between the ghost and the true touch at the sensor unit. . Furthermore, the detected signal can be increased.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structural example of the identification body for touch sensor systems in Embodiment 1 of this invention. It is a top view which shows the example of the electroconductive pattern in the electroconductive pattern part of FIG. It is a schematic diagram which shows the example of security authentication which has placed the identification body for touch sensor systems which mounted the virtual grounding circuit on the touch panel of the touch sensor system of FIG.
  • A is a schematic diagram which shows typically the example of a partial plane structure of the touch panel of the touch sensor system of FIG. 1, and (b) is a signal waveform diagram obtained from the touch panel.
  • A) is an equivalent circuit diagram of a capacitive touch sensor system of a self-capacitance type, and (b) is an equivalent circuit diagram for explaining the capacitance detection mechanism thereof.
  • A is an equivalent circuit diagram of the capacitive touch sensor system of a mutual capacitance system
  • (b) is an equivalent circuit diagram for demonstrating the capacity
  • (a) is a case where the drive signal applied to the drive line is a low voltage
  • (B) is an equivalent circuit diagram showing a case where the drive signal applied to the drive line is a high voltage.
  • (A) is a schematic diagram which shows the planar state which put the predetermined
  • (b) is a capacitive touch sensor system of a mutual capacitance system It is an equivalent circuit diagram when a predetermined floating conductor is placed on the top. It is a top view which shows the example of a detection of the conductive pattern at the time of mounting the 20-mm diameter circular conductive pattern single-piece
  • FIG. 6 is a capacitance signal distribution diagram of a circular conductor pattern, where (a) is a capacitance signal distribution diagram in a floating state, (b) is a capacitance signal distribution diagram in a ground state, and (c) is a capacitance signal in virtual ground by a virtual grounding circuit. It is a distribution map. It is a block diagram which shows the structural example of the identification body for touch sensor systems in Embodiment 2 of this invention. It is a perspective view which shows typically the specific example of the identification body for touch sensor systems in Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the example of whole structure of the touch sensor system in Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example in a controller of the touch sensor system of FIG. 15.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an identification body for a touch sensor system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a touch sensor system identifier 1 includes a conductive pattern portion 2 in which a conductive pattern having a predetermined shape is disposed facing a touch panel screen of the touch sensor system 4, and a conductive pattern. And a virtual grounding circuit unit 3 having a function equivalent to that of a grounding circuit mounted on a touch panel surface of a touch sensor system 4 that enables a position input operation of an indicator, and is used for user authentication or the like.
  • the touch sensor system discriminator 1 is in contact with or close to the touch panel surface of the touch sensor system 4 that enables the position input operation of an indicator such as a finger, and is described below in a predetermined shape that is not grounded.
  • the touch sensor system 4 can be read by setting the sex pattern 21 in the virtual ground state.
  • the conductive pattern portion 2 is made of a conductive material to react (shape detection) with the touch sensor system 4 and has a cross shape (FIG. 2 (a)) as a planar view shape as viewed from the touch panel surface as the conductive pattern. It is formed in various shapes such as a circle (FIG. 2 (b)), a triangle (FIG. 2 (c)) and a quadrangle (square, rectangle, rhombus, trapezoid) although not shown.
  • the shape of the conductive pattern 21 indicates code information such as ID information for user authentication.
  • these various shapes include a combination of a plurality of figures (for example, a combination of a circle and a triangle corresponds to a predetermined character, a combination of a circle and a square corresponds to another character), and a number string Or a character string including a symbol string. Of course, it may be a character string that does not include a numeric string or symbol string.
  • the touch sensor system identifier 1 used here is placed on the touch panel surface, the substrate of the touch sensor system identifier 1 is made transparent and conductive in order to improve the visibility of the display screen below it. It is preferable to use a transparent electrode such as a mesh pattern of material or ITO, but a solid electrode such as aluminum may be used for the conductive pattern.
  • the shape of the conductive pattern of the conductive material may be processed so that the shape cannot be seen from the outside, such as by coating the surface of the conductive pattern with an opaque resin film. desirable.
  • the virtual grounding circuit unit 3 if the drive signal applied to the plurality of drive lines of the touch sensor system 4 is an alternating current signal and energy is consumed at the frequency of the alternating current signal, the current flows and the electric charge flows. In order to perform the same function as consumed, it is configured to have a function equivalent to a ground circuit for the conductive pattern.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a security authentication example in which the touch sensor system identification body 1 in which the virtual grounding circuit 3 is mounted on the touch panel 41 of the touch sensor system 4 of FIG. 1 is placed.
  • the touch sensor system identifier 1 is mounted on the touch panel 41 of the touch sensor system 4 having the authentication system, and a predetermined area on the sensor screen of the touch panel 41 is touched with an indicator such as a finger. A state in which the information device is operated by operating a function corresponding to the touch area is shown.
  • the information device reads the conductive pattern 21 of the touch sensor system identifier 1 on the touch panel 41, determines the user of the information device, and displays an appropriate operation screen on the screen of the touch panel 41. The user can use the information device by operating the operation screen with the touch panel 41.
  • the conductive pattern 21 of the touch sensor system identifier 1 is preferably placed on the sensor screen of the touch panel 41 so that the shape seen from the sensor screen of the touch panel 41 can be read.
  • the conductive pattern 21 may be disposed on a flat or three-dimensional bottom surface, may be disposed on the bottom surface of a cylinder (or prism) such as a seal, or may be disposed on a key-like member. However, it may be arranged on the bottom of a stuffed animal or doll. Moreover, a cylinder or a doll itself may be a conductor and its bottom shape may be read. ID information can be expressed using the difference in shape of the conductive pattern 21, and identification can be performed by a change in a signal read from a sensor on the touch panel surface.
  • the virtual grounding circuit unit 3 is a circuit intended to compensate for a change in charge with respect to the frequency of the drive signal used in the touch sensor system 4, and has a structure having energy loss with respect to the frequency of the drive signal. is there.
  • FIG. 4A is a schematic diagram schematically showing an example of a partial planar configuration of the touch panel 41 of the touch sensor system 4 in FIG. 1, and FIG. 4B is a signal waveform diagram obtained from the touch panel 41. is there.
  • the capacitive touch sensor system 4 is called a drive signal on the drive lines 101, 102, 103, 104 arranged in parallel in the vertical direction on the touch panel 41.
  • An AC signal is applied to detect a change in the current signal waveform of a plurality of parallel sense lines 111, 112, 113, 114 that intersects the drive lines 101, 102, 103, 104 at right angles, respectively.
  • a change in the capacitance C at the place is detected.
  • reference numeral 42 denotes a reference current signal waveform in a state where no pointing object is placed on the sensor surface of the touch panel 41, and the pointing object is placed on the sensor surface of the touch panel 41.
  • the current signal waveform increases or decreases as the current signal waveform 43 increases with respect to the current signal waveform 42.
  • the touch sensor system 4 reads that the current signal waveform increases or decreases. This amount of change is defined as a change in the capacitance C.
  • the capacitance C at the intersection of the placed drive line and sense line increases or decreases.
  • the drive lines 101, 102, 103, and 104 and the sense lines 111, 112, 113, and 114 may be inverted, and the line for applying the drive signal and the line for sensing may be alternately switched.
  • Capacity detection mechanism by finger touch 5A is an equivalent circuit diagram of the self-capacitance type capacitive touch sensor system 4A, and FIG. 5B is an equivalent circuit diagram for explaining the capacitance detection mechanism.
  • a drive voltage is applied to detect a current in the same line as that, and the detected current changes (change in capacitance C). I am reading the touch position.
  • the capacitor C is grounded via the capacitors C1 and C2 in parallel at both ends.
  • the pointing object 5 such as a finger is on the sensor surface as shown in FIG.
  • the impedance viewed from the ammeter A is reduced compared to the state where no pointing object 5 is placed, so that the current increases compared to the state where no pointing object 5 is placed.
  • the capacitance also increases.
  • the direct current resistance and the inductance component are omitted.
  • FIG. 6A is an equivalent circuit diagram of the mutual capacitance type capacitive touch sensor system 4B
  • FIG. 6B is an equivalent circuit diagram for explaining the capacitance detection mechanism.
  • a drive voltage is applied to the lower drive line, the current I is detected by the upper sense line, and the detected current I is The touch position is read based on whether or not there is a change (change in the capacitance C).
  • change in the capacitance C when a human finger touches the sensor surface of the touch panel, it can be considered that the capacitor C is grounded via the capacitors C1 and C2 in parallel at both ends.
  • the pointing object 5 such as a finger is placed on the sensor surface as shown in FIG. 6B.
  • the capacitive touch sensor system 4B is grounded via the capacitors C1 and C2 in parallel at both ends of the capacitor C, the current I2 flowing through the ammeter A is larger than the state where the pointing object 5 is not placed.
  • the current I1 decreases.
  • the capacitance C also decreases. Thus, it is determined that the finger touch is made at the position where the capacitance C has decreased.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram in a state where a floating conductor is placed at one intersection on the touch panel of the capacitive touch sensor system 4B of the mutual capacitance type, and FIG. 7A is applied to the drive line.
  • FIG. 7B is an equivalent circuit diagram showing a case where the drive signal applied to the drive line is a high voltage.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a planar state in which a predetermined floating conductor 61 is placed on a partial area of the touch panel of the touch sensor system 4 of FIG.
  • FIG. 8 the rectangular shape in plan view over the intersection of the drive line 101 and the sense line 111, the intersection of the drive line 102 and the sense line 112, and the plurality of intersections on the intersection of the drive line 102 and the sense line 113.
  • the floating conductor 61 is disposed on the touch panel 41. In this case, a current path is generated with low impedance at the intersection of the drive line 101 and the sense line 111, the intersection of the drive line 102 and the sense line 112, and the intersection of the drive line 102 and the sense line 113.
  • the signal affects not only the intersection (sensor) of the sense line 111 but also the intersection (sensor) of the sense lines 112 and 113, and an intersection area other than the area where the rectangular conductor floating conductor 61 is placed, for example, a drive line
  • a current signal is sensed at each intersection (sensor) between 101 and the sense lines 112 and 113 as if the capacitance has changed. This generates a ghost.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing a planar state in which a predetermined floating conductor 62 is placed on a partial area of the touch panel of the touch sensor system 4 of FIG. 1, and FIG. It is an equivalent circuit diagram when a predetermined floating conductor 62 is placed on the capacitive touch sensor system.
  • two intersections P1 and P4 are targeted, on the intersection P1 between the drive line 101 and the sense line 111, and on the drive line 102 and the sense line.
  • a floating conductor 62 having a rectangular shape in plan view is mounted on the touch panel 41 so as to overlap the two intersections P1 and P4 on the intersection P4 with the 113.
  • the ghost generation principle in this case will be described.
  • the voltage value V101 of the drive line 101 is the voltage value of the drive line 102.
  • V102 is greater than V102 (V101 ⁇ V102> 0)
  • the current value A111 of the sense line 111 decreases and the current value A113 of the sense line 113 increases.
  • the capacitance C at the intersection P1 of the drive line 101 decreases and the capacitance C at the intersection P2 increases.
  • the current decreases at the intersection P1 where the floating conductor 62 is placed, and the current increases at the other intersection P2 to generate a ghost.
  • the first embodiment proposes a method for suppressing the interference itself called ghost and increasing the detected capacitance signal.
  • the effect will be described.
  • FIG. 10 is a plan view showing a detection example of the conductive pattern 21 when a circular conductive pattern 21 having a diameter of 20 mm is placed on the touch panel 41 of the touch sensor system 4 of FIG.
  • FIG. 10 shows a capacitance signal map obtained from the sensor in a state in which a circular conductive pattern 21 having a diameter of 20 mm is in contact with the touch panel 41 of the touch sensor system 4 without mounting the virtual grounding circuit unit 3. ing.
  • a single circular conductive pattern 21 having a diameter of 20 mm is used for the conductive pattern portion 2.
  • the grid spacing is 5 mm.
  • a capacitive signal region 45 formed by a ghost pattern is detected in the vicinity thereof.
  • FIG. 11 shows a detection example when the virtual grounding circuit unit 3 is connected to a single circular conductive pattern 21 having a diameter of 20 mm as an effect of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view showing a detection example of the conductive pattern 21 when the circular conductive pattern 21 having a diameter of 20 mm and the virtual grounding circuit 3 are placed on the touch panel 41 of the touch sensor system 4 of FIG.
  • the virtual grounding circuit unit 3 is mounted by connecting to the conductive pattern 21, and the sensor is obtained by contacting the circular conductive pattern 21 having a diameter of 20 mm on the touch panel 41 of the touch sensor system 4.
  • the capacity signal map to be displayed is shown.
  • the virtual grounding circuit portion 3 By connecting the virtual grounding circuit portion 3 to the conductive pattern 21 of the conductive pattern portion 2, the signal for detecting the conductive pattern 21 of the conductive pattern portion 2 is stabilized, and the occurrence of ghost is suppressed and the conductivity is reduced. It becomes possible to accurately read the circular capacitive signal region 46 having a size and shape equal to the size of the pattern portion 2.
  • the ghost can be improved on the identification body 1 side, and the shape of the identification body 1 viewed from the touch panel surface can be detected more accurately.
  • FIG. 12A and 12B are capacitance signal distribution diagrams of the circular conductor pattern 21.
  • FIG. 12A is a capacitance signal distribution diagram in a floating state
  • FIG. 12B is a capacitance signal distribution diagram in a ground state
  • FIG. ) Is a capacitance signal distribution diagram of virtual grounding by the virtual grounding circuit.
  • the touch sensor system 4 can be applied as an identification tool such as user authentication, whereby it can be used for a security authentication system such as that shown in FIG. 3 or used for amusement.
  • the touch performance of the existing touch sensor system 4 is not affected. For this reason, it is useful that the finger shape or the touch pen and the identification body 1 can be used together to identify the region shape as well as the touch position.
  • the touch sensor system identification body 1 that detects the shape by using the capacitance type touch sensor system 4 has been described.
  • the shape detection method of the touch sensor system 4 that generates a ghost may be used.
  • the first embodiment can be applied so as to prevent a ghost.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the touch sensor system identifier 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the touch sensor system identification body 1 ⁇ / b> A includes a conductive pattern portion 2 in which a conductive pattern 21 having a predetermined shape is arranged facing the screen of the touch panel, and a ground circuit for the conductive pattern 21.
  • a conductive pattern portion 2 in which a conductive pattern 21 having a predetermined shape is arranged facing the screen of the touch panel, and a ground circuit for the conductive pattern 21.
  • the touch sensor system identification body 1A is brought into contact with or brought close to the touch panel surface of the touch sensor system 4 that enables the position input operation of an indicator such as a finger, so that a conductive pattern of a predetermined shape that is not grounded.
  • the touch sensor system 4 can be read by setting 21 to a virtual ground state.
  • a conductor 311 having a thickness is used so as to be connected to the conductive pattern 21 of the conductive pattern portion 2 and to function in the same manner as when the conductive pattern 21 is grounded.
  • the thick conductor 311 is connected to the conductive pattern 21 in order to positively utilize the skin effect in which the resistance increases when a high frequency is applied although the resistance is small for a low frequency.
  • the conductor 311 having a thickness designed to increase energy loss at the drive signal frequency of the touch sensor system 4 is mounted.
  • a virtual grounding circuit as an energy loss circuit (grounding circuit) with respect to the frequency of the drive signal (AC signal for driving the drive line) of the touch sensor system 4
  • a thick conductor 311 is mounted on the part 3A.
  • the thick conductor 311 has a high permeability material such as iron or ferrite, in order to increase the skin effect and promote energy loss. Use elevated permalloy.
  • the virtual grounding circuit unit 3 since the virtual grounding circuit unit 3 is connected in parallel to the drive line (drive line) and the sense line, in order to cause energy loss, the impedance is small in order to flow a larger current.
  • a material (high conductivity) is desirable.
  • the conductor 311 When a material with high magnetic permeability such as iron or ferrite is used for the conductor 311, the thickness can be reduced (1 mm or less), and the identification body can be realized thinly, which is preferable.
  • the thick conductor 311 promotes the skin effect, generates energy loss due to heat generation, and more strongly grounds.
  • FIG. 14 is a perspective view schematically showing a specific example of the touch sensor system identifier 1A according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a conductive pattern 21 is provided by printing or vapor deposition on the bottom surface 22 of a thick rectangular plate-like body in plan view, and is connected to the conductive pattern 21 and directly above it by a predetermined distance.
  • An object 321 having a high magnetic permeability, such as iron, is disposed as the thick conductor 311 of the virtual grounding circuit unit 3A in a state of being separated from each other.
  • the bottom surface 22 of the plate-like body on which the conductive pattern 21 is formed is placed on the touch panel surface of the touch sensor system 4.
  • the virtual grounding circuit unit 3A having the object 321 having a high magnetic permeability such as iron is a conductor, the distance between the ground compensation circuit unit 32A and the sensor surface (so as not to react to the touch sensor system 4) ( For example, it is desirable to sufficiently take 10 mm).
  • FIG. 15 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the touch sensor system 4 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the touch sensor system 4 of Embodiment 4 includes a display device 7 having a display screen for image display, a position detection touch panel 41 provided on the display screen, and a flexible device connected to the touch panel 41.
  • a connection part 81 such as a printed circuit board (FPC), a control board 82 connected to the connection part 81, a controller part 83 mounted on the control board 82 and performing position detection control processing, and a control board on the controller part 83
  • a host terminal 9 connected to the controller unit 83 via the connection cable 84 and connected to the display device 7 to control the display of the display device 7.
  • FPC printed circuit board
  • the touch panel 41 is provided in parallel with each other along the touch panel surface, and has a plurality of drive lines to which drive signals are respectively applied, and further intersects with the plurality of drive lines (stereoscopic intersection; vertical intersection and other angles). And a plurality of sense lines provided in parallel to each other along the touch panel surface.
  • the touch panel 41 outputs an output in accordance with a change in capacitance caused by a contact or a nearby indicator (in addition to a finger or a touch pen, or at least one of the touch sensor system identifiers 1 and 1A of the first to third embodiments).
  • a signal can be output.
  • the plurality of output signals from the plurality of sense lines are signals that are output via the intersection P of the drive line and the sense line (both dotted lines) in the touch panel surface and the vicinity thereof when the drive line is driven. .
  • the signal from the sense line SL changes. That is, the signal obtained from this sense line is the positional information (x, y) of the two-dimensional detection area E indicating the presence or absence of contact or proximity to the instruction detection area, and the information on the capacitance (z) by the indicator. Is a signal indicating three-dimensional coordinate information. As the Z value of the capacitance information (z) decreases, the signal level indicating the capacitance value decreases.
  • the display device 7 may be anything that can display an image on a display screen in addition to a liquid crystal display (liquid crystal display device), a plasma display, an organic EL display, an electrolytic emission display, and the like.
  • liquid crystal display liquid crystal display device
  • plasma display plasma display
  • organic EL display organic EL display
  • electrolytic emission display and the like.
  • the controller unit 83 drives each drive line and processes a signal from each sense line to detect a touch position and a touch shape (conductive pattern detection region) of the indicator on the touch panel surface.
  • the host terminal 9 is configured by a personal computer or the like, and controls the controller unit 83 via the connection cable 84 and also detects the position of the indicator detected by the controller unit 83 (position information (x, y of touch instruction detection area)). )) And the electrostatic capacity information (z), the display of the image displayed on the display screen of the display device 7 is made controllable.
  • the host terminal 9 connected to the touch sensor system 4 may be on the server side like a cloud service, and the display can be controlled by providing the function of the host terminal 9 to the touch sensor system 4 itself. is there.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of the controller 83 of the touch sensor system 4 of FIG.
  • the controller unit 83 processes a plurality of signals from a plurality of sense lines to perform the position of the indicator (position information (x, y) of the instruction detection region) and static on the touch panel surface. It has an indicator position detection unit 830 that detects information (z) of electric capacity, and a drive line drive unit 837 that sequentially drives the drive.
  • the indicator position detection unit 830 amplifies a plurality of output signals output from the plurality of sense lines SL, and a signal obtained by acquiring each output signal amplified by the amplification unit 831 and outputting in time division An acquisition unit 832, an A / D conversion unit 833 that converts an analog signal output from the signal acquisition unit 832 into a digital signal, and a digital signal that is A / D converted by the A / D conversion unit 833 in the detection plane P
  • the decoding processing unit 834 for obtaining the distribution of the change amount of the capacitance and the position information generation unit 836 described later detect the position of the indicator (position information (x, y) of the instruction detection area) in the touch panel surface.
  • a detection reference setting unit 835 that sets a detection reference value (threshold value) to be used, and a touch panel surface based on the detection reference value with respect to the distribution of the amount of change in capacitance obtained by the decoding processing unit 834 The position where the touch position (position information (x, y)) and the touch shape (position information (x, y) of the detection area of the conductive pattern) of the indicator are detected to generate position information indicating the position of the indicator And an information generation unit 836.
  • the position information generation unit 836 obtains the touch position (including the area) of the indicator on the touch panel surface using the distribution of the amount of change in capacitance within the touch panel surface and the detection reference obtained by the decoding processing unit 834. To generate position information.
  • the position information generation unit 836 obtains the touch position or touch area (conducting pattern shape) in the distribution of the change amount of the electrostatic capacitance in the touch panel surface, and the change amount of the electrostatic capacitance at the touch position or the touch area is obtained. If it is larger than the detection reference value, the touch position or the touch position area can be the touch position or touch area (the shape of the conductive pattern) of the indicator that is in contact with or close to the touch panel surface. If the instruction detection area on the touch panel surface is larger than the predetermined area or different from the predetermined shape, if it is recognized as at least one of the touch sensor system identifiers 1 and 1A instead of the finger or the touch pen, the conductive pattern Can be used for code verification. As described above, the finger or the touch pen can be distinguished from at least one of the identifiers 1 and 1A not only by the size of the detection area but also by a predetermined shape (difference in shape).
  • the upper electrode in FIG. 21 may be a drive line
  • the lower electrode may be a sense line
  • the upper electrode may be a sense line
  • the lower electrode may be a drive line.
  • the present invention relates to a touch sensor system identifier for performing user authentication using identification, and touching a ghost in the field of touch sensor systems in which identification is performed and touch or multi-touch input operation is performed.
  • the identification body viewed from the touch panel surface by improving the ghost on the identification body side and increasing the detection signal instead of correcting it on the controller side of the sensor system or discriminating the ghost and true touch at the sensor unit Can be detected more accurately.

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Abstract

ゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストをコード識別体側で改善して、タッチパネル面から見たコード識別体の形状をより正確に検出する。 タッチセンサシステム用識別体１は、タッチセンサシステム４のタッチパネルの画面に対向して所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部２と、導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３とを備え、指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に搭載されてユーザ認証などに用いられる。

Description

タッチセンサシステム用識別体およびタッチセンサシステム
　本発明は、ユーザ認証を行うためのタッチセンサシステム用識別体および、これが用いられて識別が行われ、タッチまたはマルチタッチの入力操作を行うタッチセンサシステムに関する。
　近年、ネットワークを使用して色々な場所でデータベースに蓄積された情報を取り出すシステムが構築されている。例えば、特許文献１にはサーバ上に一時蓄積された印刷データに対して、印刷装置から印刷要求を行うことにより当該印刷装置から印刷データを出力する際に識別情報を用いて電子機器のユーザ認証を行っている。
　一方、タッチセンサ技術はコンピューティングシステムの入力装置として、スマートフォンやタブレットＰＣの普及に伴って急速に発達してきている。初期のタッチパネル技術は一つのタッチによる入力位置を識別するものであったが、現在の主流は複数の同時タッチ入力（マルチタッチ入力）を検出可能なタッチパネルである。複数の同時タッチ入力を検出する方法に、マトリクス状に配置されたセンサの電荷の変化を読み取る静電容量方式がある。
　この静電容量方式で起こり得る問題として、ユーザが意図して画面上でタッチした位置以外に信号が検出されることがある。これはゴーストタッチまたはゴーストポイント（ここでは単にゴーストという）として知られている。マルチタッチを検出するタッチセンサシステムに生じるゴーストは、人の指など指示体の接地状態が不十分な場合に指示体を介してセンサが干渉することが原因で起きている。このゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側にて補正する技術は特許文献２に開示されている。また、タッチセンサシステムのセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別する技術は特許文献３に開示されている。
特開２００６－９９７１４号公報 特表２０１２－５０２３９７号公報 特開２０１１－１３８４６９号公報
　特許文献１における電子機器のユーザ認証には、ＩＣカードリーダなどの特別の入力デバイスを備える必要があるが、多数の電子機器の操作パネルに使用されるタッチパネルをセンサとして使用してユーザ認証の読み取りを直に行うことができれば、別に入力デバイスを備える必要も無くなり、構成が簡単で大幅なコストダウンを図ることができる。
　ところが、タッチパネル上に導体を乗せた場合には、タッチパネルのドライブラインとセンスラインとの干渉によりゴースト信号が発生し、検知された容量信号が不安定となって位置検出が不安定になる。このタッチパネルをセンサとして使用し、ユーザ認証の読み取りを行うためには、複雑な形状の導体パターンを認識する必要があるため、上記干渉を引き起こすポイントが人の指先による限られた小面積のタッチ領域に比べてその導電性パターンの方が広い領域になるために更に複雑なゴースト信号が発生してしまい、位置検出がさらに困難になってしまうという問題があった。
　特許文献２、３に記載のこれらの技術は人の指のタッチパネル面へのタッチを想定しており、フローティング導電性材料のような干渉が強い場合や、複雑な形状の導体パターンの読み取りを想定しておらず、開示されている技術を用いた場合、補正計算量が非常に膨大であって、タッチセンサシステムが複雑かつ煩雑で、位置検出可能点数が限られてしまうなどの問題が発生する。
　本発明は、上記従来の問題を解決するもので、ゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、タッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することができるタッチセンサシステム用識別体およびこれを用いたタッチセンサシステムを提供することを目的とする。
　本発明のタッチセンサシステム用識別体は、指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステムのタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、仮想接地化され、接地されていない指示体を該タッチセンサシステムが読み取り可能とされるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
　また、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体における仮想接地化された指示体は、前記タッチパネル面に対向して前記指示体の形状として所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部と、該導電性パターンに接続され、該導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部とを有する。
　さらに、好ましくは、本発明のタッチセンサシステム用識別体における仮想接地化回路部は、前記導電性パターンによるゴースト発生を防止するように、前記接地回路と同等の機能を持つ。
　本発明のタッチセンサシステムは、本発明の上記タッチセンサシステム用識別体を、位置入力操作を可能とする前記タッチパネル面上に搭載することにより、該タッチセンサシステム用識別体の導電性パターンの形状を読み取って識別可能とするものであり、そのことにより上記目的が達成される。　上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
　本発明においては、指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステムのタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、仮想接地化された指示体を該タッチセンサシステムが読み取り可能とされている。
　これによって、接地されていない指示体であっても指示体が仮想接地化されて接地回路と同等の機能を持っているので、従来のようにゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、タッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することが可能となる。
　以上により、本発明によれば、接地されていない指示体であっても指示体が仮想接地化されて接地回路と同等の機能を持っているため、従来のようにゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、タッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することができる。さらには検出される信号を増大させることが出来る。
本発明の実施形態１におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。 図１の導電性パターン部における導電性パターン例を示す平面図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネル上に仮想接地化回路を実装したタッチセンサシステム用識別体を置いたセキュリティ認証例を示す模式図である。 （ａ）は、図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部平面構成例を模式的に示す模式図であり、（ｂ）は、そのタッチパネルから得られる信号波形図である。 （ａ）は、自己容量方式の静電容量タッチセンサシステムの等価回路図であり、（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。 （ａ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステムの等価回路図であり、（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。 相互容量方式の静電容量タッチセンサシステムのタッチパネル上の１か所の交差点にフローティング導体を置いた状態の等価回路図であって、（ａ）はドライブラインに印加する駆動信号がロー電圧の場合を示す等価回路図であり、（ｂ）はドライブラインに印加する駆動信号がハイ電圧の場合を示す等価回路図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体を置いた平面状態を示す模式図である。 （ａ）は、図１のタッチセンサシステムのタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体を置いた平面状態を示す模式図であり、（ｂ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム上に所定のフローティング導体を置いたときの等価回路図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネル上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターン単体を載せた場合の導電性パターンの検出例を示す平面図である。 図１のタッチセンサシステムのタッチパネル上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターンと仮想接地化回路を載せた場合の導電性パターンの検出例を示す平面図である。 円形導体パターンの容量信号分布図であって、（ａ）はフローティング状態の容量信号分布図、（ｂ）は接地状態の容量信号分布図、（ｃ）は仮想接地化回路による仮想接地の容量信号分布図である。 本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体の具体例を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態４におけるタッチセンサシステムの全体構成例を示すブロック図である。 図１５のタッチセンサシステムのコントローラにおける構成例を示すブロック図である。
　１、１Ａ　タッチセンサシステム用識別体
　２　導電性パターン部
　２１　導電性パターン
　２２　底面
　３、３Ａ　仮想接地化回路部
　３１１　厚みのある導体
　３２１　透磁率の高い物体
　４、４Ａ、４Ｂ、４Ｄ　タッチセンサシステム
　４１　タッチパネル
　４２　指示物体が置かれていない場合の基準の電流信号波形
　４３　指示物体が置かれた場合の電流信号波形
　４４～４６　容量信号領域（検出領域）
　１０１、１０２、１０３、１０４　ドライブライン
　１１１、１１２、１１３、１１４　センスライン
　Ｃ，Ｃ１～Ｃ３　容量
　Ｉ，Ｉ１，Ｉ２　電流
　Ｐ１～Ｐ４　交差点
　５　指示物体（指などの接地された指示物体）
　６，６１，６２　フローティング導体
　７　表示装置
　８１　接続部
　８２　制御基板
　８３　コントローラ部
　８３０　指示体位置検出部
　８３１　増幅部
　８３２　信号取得部
　８３３　Ａ／Ｄ変換部
　８３４　復号処理部
　８３５　検出基準設定部
　８３６　位置情報生成部
　８３７　ドライブライン駆動部
　８４　接続ケーブル
　９　ホスト端末
　以下に、本発明のタッチセンサシステム用識別体の実施形態１、２および、このタッチセンサシステム用識別体を用いたタッチセンサシステムの実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれのサイズなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
　（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１におけるタッチセンサシステム用識別体の構成例を示すブロック図である。
　図１において、本実施形態１のタッチセンサシステム用識別体１は、タッチセンサシステム４のタッチパネルの画面に対向して所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部２と、導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３とを備え、指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に搭載されてユーザ認証などに用いられる。要するに、タッチセンサシステム用識別体１は、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、接地されていない所定形状の後述の導電性パターン２１を仮想接地状態にしてタッチセンサシステム４が読み取り可能とされている。
　導電性パターン部２は、タッチセンサシステム４に反応（形状検知）させるために、導電性材料で、導電性パターンとしてのタッチパネル面から見た平面視形状として、十字（図２（ａ））、丸（図２（ｂ））、三角形（図２（ｃ））および図示しないが４角形（正方形、長方形、ひし形、台形）などの各種形状に形成される。この導電性パターン２１の形状はユーザ認証のＩＤ情報などのコード情報を示すものである。この各種形状は、上記図形の他に、複数の図形を組み合わせた形状（例えば丸と三角形の組み合わせで所定文字に対応し、丸と四角形の組み合わせで別の文字に対応するなど）や、数字列や記号列を含む文字列であってもよい。もちろん、数字列や記号列を含まない文字列であっても構わない。ここで用いられるタッチセンサシステム用識別体１は、タッチパネル面上に置かれるので、その下の表示画面の視認性向上のため、タッチセンサシステム用識別体１の基材の透明化および、導電性材料のメッシュパターンやＩＴＯなどの透明電極を用いるのが好ましいが、導電性パターンにアルミニュウムなどのベタ電極などを使用しても構わない。このように、導電性材料の導電性パターンの形状は、セキュリティの観点から、導電性パターンの表面を不透明樹脂膜にてコーティングするなどしてその形状が外部から視認できないように処理を施すことが望ましい。
　仮想接地化回路部３は、タッチセンサシステム４の複数のドライブラインに印加する駆動信号が交流信号であり、その交流信号の周波数にてエネルギーを消費するようにしてやれば、電流が流れて電荷が消費されたのと同じ働きをするため、導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つように構成する。
　（セキュリティ認証例）
　図３は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に仮想接地化回路３を実装したタッチセンサシステム用識別体１を置いたセキュリティ認証例を示す模式図である。
　図３では、タッチセンサシステム用識別体１を、認証システムを備えたタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に搭載して、タッチパネル４１のセンサ画面上の所定領域に指などの指示体によりタッチしてそのタッチ領域に応じた機能を操作して、情報機器を操作している状態を示している。
　この情報機器はタッチパネル４１上のタッチセンサシステム用識別体１の導電性パターン２１を読み込み、情報機器の使用者を判断して、適切な操作画面をタッチパネル４１の画面に表示する。ユーザは操作画面をタッチパネル４１で操作して情報機器を使用することができる。
　なお、タッチセンサシステム用識別体１の導電性パターン２１は、タッチパネル４１のセンサ画面から見た形状が読み取れるように、導電性パターン２１側をタッチパネル４１のセンサ画面上に置くことが望ましい。導電性パターン２１は、平面または、立体の底面に配置されていてもよいし、印鑑などの円柱（または角柱）の底面に配置されていてもよいし、鍵状部材に配置されていてもよいし、ぬいぐるみや人形などの底面に配置されていてもよい。また、円柱や人形そのものが導体で、その底面形状を読み取るものでもよい。この導電性パターン２１の形状の違いを用いてＩＤ情報を表し、タッチパネル面のセンサから読み取る信号の変化により識別を行うことができる。
　仮想接地化回路部３は、タッチセンサシステム４で用いる駆動信号の周波数に対して、電荷の変化を補うことを目的とした回路であり、その駆動信号の周波数に対してエネルギー損失を持つ構造である。
　図４（ａ）は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１の一部平面構成例を模式的に示す模式図であり、図４（ｂ）は、そのタッチパネル４１から得られる信号波形図である。
　図４（ａ）に示すように、静電容量式のタッチセンサシステム４は、そのタッチパネル４１において、縦方向に複数本平行に配置されたドライブライン１０１、１０２、１０３、１０４に駆動信号と呼ばれる交流信号が印加されて、ドライブライン１０１、１０２、１０３、１０４にそれぞれ直角に立体交差する複数本の平行なセンスライン１１１、１１２、１１３、１１４の電流信号波形の変化を検知して、それぞれの場所での静電容量Ｃの変化を検出している。
　図４（ｂ）に示すように、４２はタッチパネル４１のセンサ面上に指示物体が何も置かれていない状態の基準の電流信号波形であり、タッチパネル４１のセンサ面上に指示物体が置かれた場合には、電流信号波形４２に対して電流信号波形４３のように電流信号波形が増減する。タッチセンサシステム４は電流信号波形が増えたり減ったりすることを読み取っている。この変化量を静電容量Ｃの変化としている。タッチパネル４１のセンサ面上に指などの指示物体が置かれた際には、その置かれたドライブラインとセンスラインの交差点部分の静電容量Ｃが増加または減少する。なお、ドライブライン１０１、１０２、１０３、１０４とセンスライン１１１、１１２、１１３、１１４が反転されていてもよく、駆動信号を印加するラインとセンシングするラインを交互に入れ替えてもよい。
　（指タッチによる容量検知メカニズム）
　図５（ａ）は、自己容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ａの等価回路図であり、図５（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。
　図５（ａ）に示すように、自己容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ａでは駆動電圧を印加してそれと同じラインの電流を検知し、その検知電流が変化（容量Ｃの変化）したかどうかでタッチ位置を読み取っている。この場合、タッチパネルのセンサ面上に人の指が触れると、容量Ｃの両端に並列に容量Ｃ１，Ｃ２を介して接地されたものとみなすことができる。
　自己容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ａのタッチパネルのセンサ面上に指示物体５が何も置かれていない状態から、図５（ｂ）に示すように指などの指示物体５がセンサ面上に置かれた状態において、指示物体５が何も置かれていない状態に比べて電流計Ａから見たインピーダンスが減少するため、指示物体５が何も置かれていない状態に比べて電流が増加する。この電流の増加により静電容量も増加する。なお、ここでは、直流抵抗とインダクタンス成分は省略して示している。このように、電容量Ｃが増加した位置で指タッチが為されたものと判定している。
　図６（ａ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂの等価回路図であり、図６（ｂ）は、これの容量検知メカニズムを説明するための等価回路図である。
　図６（ａ）に示すように、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂでは駆動電圧を下側のドライブラインに印加しその上のセンスラインで電流Ｉを検知し、その検知電流Ｉが変化（容量Ｃの変化）したかどうかでタッチ位置を読み取っている。この場合、タッチパネルのセンサ面上に人の指が触れると、容量Ｃの両端に並列に容量Ｃ１，Ｃ２を介して接地されたものとみなすことができる。
　相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂのタッチパネルのセンサ面上に何も置かれていない状態から、図６（ｂ）に示すように指などの指示物体５がセンサ面上に置かれた状態では、静電容量タッチセンサシステム４Ｂは容量Ｃの両端に容量Ｃ１，Ｃ２を並列に介して接地されるため、指示物体５が置かれていない状態に比べ電流計Ａに流れる電流Ｉ２が電流Ｉから電流Ｉ１を差し引くことにより電流Ｉよりも減少する。この電流の減少により静電容量Ｃも減少する。このように、電容量Ｃが減少した位置で指タッチが為されたものと判定している。
　（フローティング導体タッチによる容量検知メカニズム）
　図７は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂのタッチパネル上の１か所の交点にフローティング導体を置いた状態の等価回路図であって、図７（ａ）はドライブラインに印加する駆動信号がロー電圧の場合を示す等価回路図、図７（ｂ）はドライブラインに印加する駆動信号がハイ電圧の場合を示す等価回路図である。
　図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム４Ｂのタッチパネル上にフローティング導体６を置いた場合には、タッチセンサシステム４Ｂの駆動のドライブラインとセンスラインに並列に浮遊容量Ｃ３が挿入された状態と等価な回路になる。この状態で、ドライブラインへの交流の駆動信号がロー電圧からハイ電圧、ハイ電圧からロー電圧へと反転するときには、容量Ｃと浮遊容量Ｃ３の並列回路には電流が流れて、チャージされた浮遊容量Ｃ３の電荷がフローティング導体６側から静電容量タッチセンサシステム４Ｂ側に流れ、さらにセンスラインを介して電流計Ａに流れる電流が増加する。これにより静電容量が増加したと判断される。なお、自己容量方式の場合も同様に考えられる。
　要するに、タッチパネル上の１点領域を指でタッチする場合には、指側に電流が流れてセンシングされる電流Ｉは減少する。この電流の減少より静電容量Ｃも減少する。このようにして、電容量Ｃが減少した位置で指タッチが為されたものと判定している。これに対して、フローティング導体６の場合には、フローティング導体６側から電流が流れて、センシングされる電流Ｉが増加する。これにより静電容量が増加したと判断される。このように、指では静電容量Ｃが減少方向に変化し、フローティング導体６では静電容量Ｃが増加方向に変化する。
　（ゴーストの発生について）
　図８は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体６１を置いた平面状態を示す模式図である。
　図８において、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点上、ドライブライン１０２とセンスライン１１２との交差点上およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点上の複数の交差点上に跨って平面視長方形のフローティング導体６１がタッチパネル４１上に配置されている。この場合、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点、ドライブライン１０２とセンスライン１１２との交差点およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点に低インピーダンスで電流パスが生じるため、ドライブライン１０１の駆動信号がセンスライン１１１の交差点（センサ）だけではなく、センスライン１１２、１１３の交差点（センサ）にも影響し、長方形導体のフローティング導体６１が置かれている領域以外の交差点の領域、例えばドライブライン１０１とセンスライン１１２、１１３との各交差点（センサ）にも静電容量が変化したかのように電流信号がセンシングされてしまう。これによりゴーストが発生する。
　図９（ａ）は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネルの一部領域上に所定のフローティング導体６２を置いた平面状態を示す模式図であり、図９（ｂ）は、相互容量方式の静電容量タッチセンサシステム上に所定のフローティング導体６２を置いたときの等価回路図である。
　図９（ａ）に示すように、ゴースト発生原理の説明を簡略化するために２つの交差点Ｐ１，Ｐ４を対象とし、ドライブライン１０１とセンスライン１１１との交差点Ｐ１上およびドライブライン１０２とセンスライン１１３との交差点Ｐ４上の２つの交差点Ｐ１，Ｐ４上に重なって平面視長方形のフローティング導体６２がタッチパネル４１上に搭載されている。この場合のゴースト発生原理について説明する。
　図９（ｂ）に示すように、ドライブライン１０１の電圧値Ｖ１０１とドライブライン１０２の電圧値Ｖ１０２との間に差が生じた場合、例えばドライブライン１０１の電圧値Ｖ１０１がドライブライン１０２の電圧値Ｖ１０２よりも大きいとき（Ｖ１０１－Ｖ１０２＞０）、センスライン１１１の電流値Ａ１１１の電流が減少し、センスライン１１３の電流値Ａ１１３の電流が増加する。このため、ドライブライン１０１の交差点Ｐ１の容量Ｃが減少し交差点Ｐ２の容量Ｃが増加する。要するに、フローティング導体６２を置いたところの交差点Ｐ１で電流が減り、それ以外の交差点Ｐ２で電流が増えてゴーストが発生する。
　これと同様に、例えばドライブライン１０２の電圧値Ｖ１０２がドライブライン１０１の電圧値Ｖ１０１よりも大きいとき（Ｖ１０１－Ｖ１０２＜０）、センスライン１１１の電流値Ａ１１１の電流が増加し、センスライン１１３の電流値Ａ１１３の電流が減少する。このため、ドライブライン１０２の交差点Ｐ３の容量Ｃが増加し、交差点Ｐ４の容量Ｃが減少する。要するに、フローティング導体６２を置いたところの交差点Ｐ４で電流が減り、それ以外の交差点Ｐ３で電流が増えてゴーストが発生する。
　これがゴーストの発生原理である。２つの交差点Ｐ１，Ｐ４間の干渉によるゴーストの説明を行ったが、識別のために導電性パターン２１の所定形状を認識させる場合には、より多くの交差点による信号が必要となり、その分、干渉が起こる交差点が増えて、それぞれの干渉が複雑になってしまう。このため、従来技術に挙げられるようなコントローラ側での補正やタッチパネルなどのセンサ部による対策が困難になってしまう。
　本実施形態１ではゴーストと呼ばれる干渉自体を抑え検出される容量信号を増大させる方法を提案している。以下、その効果について説明する。
　（ゴーストと呼ばれる干渉自体を抑える効果）
　図１０は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体を載せた場合の導電性パターン２１の検出例を示す平面図である。
　図１０に、仮想接地化回路部３を実装せずにタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体を接触させた状態でセンサより得られる容量信号マップを示している。導電性パターン部２には、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体を用いている。格子の間隔は５ｍｍ間隔である。中央の円形の導電性パターン２１による容量信号領域４４以外に、その周辺に、ゴーストパターンによる容量信号領域４５が検出されてしまう。これに対して、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１単体に仮想接地化回路部３を接続した場合の検出例について本実施形態１の効果として図１１を用いて説明する。
　図１１は、図１のタッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１と仮想接地化回路３を載せた場合の導電性パターン２１の検出例を示す平面図である。
　図１１に、仮想接地化回路部３を導電性パターン２１に接続して実装し、タッチセンサシステム４のタッチパネル４１上に、直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１を接触させた状態でセンサにより得られる容量信号マップを示している。仮想接地化回路部３を導電性パターン部２の導電性パターン２１に接続させることにより、導電性パターン部２の導電性パターン２１を検知する信号が安定化して、ゴーストの発生を抑制し導電性パターン部２のサイズと等しいサイズと形で円形状の容量信号領域４６を正確に読み取ることが可能となる。このように、ゴーストを識別体１側で改善して、タッチパネル面から見た識別体１の形状をより正確に検出することができる。
　図１２は、円形の導体パターン２１の容量信号分布図であって、図１２（ａ）はフローティング状態の容量信号分布図、図１２（ｂ）は接地状態の容量信号分布図、図１２（ｃ）は仮想接地回路による仮想接地の容量信号分布図である。
　格子の間隔（センサピッチ）が５ｍｍのタッチパネル４１上に搭載された直径２０ｍｍの円形の導電性パターン２１に対する交差点数はここでは少なくとも１０点存在するので、従来技術のような補正計算は困難である。ここでは、ゴーストを識別体１側で仮想接地して改善し、タッチパネル４１の画面から見た識別体１の導電性パターン２１の形状をより正確に検出することができた。図１２（ａ）ではフローティング状態で円形の識別は困難である。図１２（ｂ）ではタッチセンサシステムのGNDに接地した接地状態で円形の識別は可能である。図１２（ｃ）では、仮想接地回路にて仮想接地したことにより円形の識別は可能である。
　以上により、本実施形態１によれば、接地されていない指示体であっても指示体が仮想接地化されて接地回路と同等の機能を持っているため、従来のようにゴーストをタッチセンサシステム４のコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体１側で改善して、タッチパネル４１面から見た識別体１の形状をより正確に検出することができる。このため、タッチセンサシステム４をユーザ認証などの識別ツールとして応用することが可能となり、それにより図３に示すうなセキュリティ認証システムに利用することや、アミューズメント用途に利用することなどが可能となる。
　本実施形態１ではタッチセンサシステム４の構造に変更を加えていないため、既存のタッチセンサシステム４のタッチ性能に影響を与えない。このため、指タッチやタッチペンと識別体１を併用してタッチ位置の識別と共に領域形状の識別を行うことができて有用である。
　なお、本実施形態１では、静電容量方式のタッチセンサシステム４に用いて形状を検知するタッチセンサシステム用識別体１について説明したが、ゴーストが発生するタッチセンサシステム４の形状検知方式であれば、ゴーストを防止するように本実施形態１を適用が可能である。
　（実施形態２）
　本実施形態２では、導電性パターン２１に対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３の具体例として、厚みのある導体３１１による表皮効果を利用した回路について説明する。
　図１３は、本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体１Ａの構成例を示すブロック図である。
　図１３において、本実施形態２のタッチセンサシステム用識別体１Ａは、タッチパネルの画面に対向して所定形状の導電性パターン２１が配置される導電性パターン部２と、導電性パターン２１に対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部３Ａとを備え、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に搭載されてユーザ認証などに用いられる。要するに、タッチセンサシステム用識別体１Ａを、指などの指示体の位置入力操作を可能とするタッチセンサシステム４のタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、接地されていない所定形状の導電性パターン２１を仮想接地状態にしてタッチセンサシステム４が読み取り可能とされている。
　仮想接地化回路部３Ａとして、導電性パターン部２の導電性パターン２１に接続され、導電性パターン２１が接地された状態と同様の働きをするように厚みのある導体３１１が用いられる。この厚みのある導体３１１は、低周波に対しては抵抗が小さいが高周波を印加した際に抵抗が増加する表皮効果を積極的に利用するために導電性パターン２１に接続する。要するに、タッチセンサシステム４の駆動信号周波数においてエネルギー損失が大きくなるように設計した厚みのある導体３１１を実装する。
　ゴーストを抑制する仮想接地化回路部３の第１具体例として、タッチセンサシステム４の駆動信号（ドライブラインを駆動する交流信号）の周波数に対するエネルギー損失回路（接地化回路）としての仮想接地化回路部３Ａに厚みのある導体３１１を実装するが、この厚みのある導体３１１は、表皮効果をより大きくしてエネルギー損失を促進するために、透磁率の高い材料である鉄やフェライト、透磁率を高くしたパーマロイなどを使用する。さらには、タッチパネルシステム４ではドライブライン（駆動ライン）とセンスラインに並列に仮想接地化回路部３が接続されるため、エネルギー損失を生じさせるためには、より大きな電流を流すためにインピーダンスの小さな（導電率の高い）材料が望ましい。これにより、エネルギー損失を生じさせて接地回路と同等の働きをする。導体３１１に鉄やフェライトなどの透磁率の高い材料を用いた場合には厚みを小さく（１ｍｍ以下）することができ、識別体を薄く実現できるために好ましい。この厚みのある導体３１１により、表皮効果を促して発熱によるエネルギー損失を発生させ、より強く接地化させる。
　図１４は、本発明の実施形態２におけるタッチセンサシステム用識別体１Ａの具体例を模式的に示す斜視図である。
　図１４に示すように、厚さのある平面視４角形の板状体の底面２２に導電性パターン２１が印刷や蒸着などで設けられ、この導電性パターン２１に接続されてその直上に所定距離だけ離された状態で、仮想接地化回路部３Ａの厚みのある導体３１１として、鉄などの透磁率の高い物体３２１が配置されている。導電性パターン２１が形成された板状体の底面２２はタッチセンサシステム４のタッチパネル面上に乗せられる。
　このように、鉄などの透磁率の高い物体３２１を有する仮想接地化回路部３Ａが導体であるために、タッチセンサシステム４に反応しないように、接地補償回路部３２Ａとセンサ面との距離（例えば１０ｍｍ）を十分取ることが望ましい。
　（実施形態３）
　本実施形態３では、上記実施形態１～３のタッチセンサシステム用識別体１、１Ａの少なくともいずれかとこれらに対応したタッチセンサシステム４とを含めたタッチセンサシステム４Ｄとして構成する場合について説明する。
　図１５は、本発明の実施形態４におけるタッチセンサシステム４の全体構成例を示すブロック図である。
　図１５において、本実施形態４のタッチセンサシステム４は、画像表示用の表示画面を持つ表示装置７と、表示画面上に設けられた位置検出用のタッチパネル４１と、タッチパネル４１に接続されるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などの接続部８１と、接続部８１に接続される制御基板８２と、この制御基板８２上に搭載されて位置検出制御処理を行うコントローラ部８３と、コントローラ部８３に制御基板８２を介して接続された接続ケーブル８４と、コントローラ部８３に接続ケーブル８４を介して接続され、表示装置７に接続されて表示装置７の表示を制御するホスト端末９とを有している。
　タッチパネル４１は、タッチパネル面に沿って互いに平行に設けられると共に、それぞれにドライブ信号が与えられる複数のドライブラインを有し、さらに、複数のドライブラインと交差（立体交差；垂直交差およびそれ以外の角度による交差）するようにタッチパネル面に沿って互いに平行に設けられた複数のセンスラインとを有している。このタッチパネル４１は、接触または近接する指示体（指やタッチペンの他、上記実施形態１～３のタッチセンサシステム用識別体１、１Ａの少なくともいずれかなど）による静電容量の変化に応じた出力信号を出力することができる。複数のセンスラインからの複数の出力信号は、ドライブラインが駆動されることにより、タッチパネル面内のドライブラインとセンスライン（ともに点線）の交差点Ｐやその近傍部分を介して出力される信号である。
　タッチパネル面内に、指やペンなどの指示体が接触または近接していればセンスラインＳＬからの信号が変化する。即ち、このセンスラインで得られた信号が、指示検出領域に対する接触または近接の有無を示す２次元状の検出領域Ｅの位置情報（ｘ，ｙ）と指示体による静電容量の情報（ｚ）を示す３次元座標情報を示す信号となる。静電容量の情報（ｚ）のＺ値が小さくなるほど、静電容量値を示す信号レベルは小さくなる。
　表示装置７は、例えば液晶ディスプレイ（液晶表示装置）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイおよび電解放出ディスプレイなどの他に、表示画面上に画像表示されるものであればよい。
　コントローラ部８３は、各ドライブラインを駆動すると共に、各センスラインからの信号を処理してタッチパネル面内における指示体のタッチ位置やタッチ形状（導電性パターンの検出領域）を検出する。
　ホスト端末９は、パーソナルコンピュータなどで構成されており、接続ケーブル８４を介してコントローラ部８３を制御すると共に、コントローラ部８３で検出した指示体の位置（タッチ指示検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））および静電容量の情報（ｚ）に基づいて表示装置７の表示画面上に表示される画像を表示制御可能とする。
　また、タッチセンサシステム４に接続されたホスト端末９が、クラウドサービスのようにサーバ側にあってもよく、タッチセンサシステム４自体にホスト端末９の機能をもたせて表示を制御することも可能である。
　図１６は、図１５のタッチセンサシステム４のコントローラ８３における構成例を示すブロック図である。
　図１６において、本実施形態１のコントローラ部８３は、複数のセンスラインからの複数の信号を処理してタッチパネル面内における指示体の位置（指示検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））および静電容量の情報（ｚ）を検出する指示体位置検出部８３０と、ドライブを順次駆動するドライブライン駆動部８３７とを有している。
　指示体位置検出部８３０は、複数のセンスラインＳＬから出力される複数の出力信号をそれぞれ増幅する増幅部８３１と、増幅部８３１がそれぞれ増幅した各出力信号を取得して時分割で出力する信号取得部８３２と、信号取得部８３２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部８３３と、Ａ／Ｄ変換部８３３がＡ／Ｄ変換したデジタル信号に基づいて検出面Ｐ内における静電容量の変化量の分布を求める復号処理部８３４と、後述の位置情報生成部８３６がタッチパネル面内における指示体の位置（指示検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））を検出する際に用いる検出基準値（閾値）を設定する検出基準設定部８３５と、復号処理部８３４が求めた静電容量の変化量の分布に対して検出基準値に基づいてタッチパネル面内における指示体のタッチ位置（位置情報（ｘ，ｙ））やタッチ形状（導電性パターンの検出領域の位置情報（ｘ，ｙ））を検出して指示体の位置を示す位置情報を生成する位置情報生成部８３６とを有している。
　位置情報生成部８３６は、復号処理部８３４が求めたタッチパネル面内における静電容量の変化量の分布と検出基準とを用いて、タッチパネル面内における指示体のタッチ位置（領域を含む）を求めて位置情報を生成する。
　位置情報生成部８３６は、タッチパネル面内における静電容量の変化量の分布中のタッチ位置またはタッチ領域（導電性パターンの形状）を求め、当該タッチ位置またはタッチ領域における静電容量の変化量が検出基準値よりも大きければ、当該タッチ位置またはタッチ位置領域をタッチパネル面に接触または近接する指示体のタッチ位置またはタッチ領域（導電性パターンの形状）とすることができる。タッチパネル面の指示検出領域が所定領域よりも大きい場合や所定形状と異なる場合に、指やタッチペンではなくタッチセンサシステム用識別体１、１Ａの少なくともいずれかであると認識すれば、その導電性パターンの形状をコード照合に用いることができる。このように、指やタッチペンと識別体１、１Ａの少なくともいずれかとの区別は、検出領域の大きさだけではなく所定形状（形状の違い）によっても可能である。
　ここで、本願では、複数のドライブラインと複数のセンスラインを縦横で切り替えることも可能であり、図２１の上部電極をドライブライン、下部電極をセンスラインとしてもよいし、上部電極をセンスライン、下部電極をドライブラインとしてもよい。
　なお、以上のように、本発明の好ましい実施形態１～４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１～４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１～４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
　本発明は、識別を用いてユーザ認証を行うためのタッチセンサシステム用識別体および、これが用いられて識別が行われ、タッチまたはマルチタッチの入力操作を行うタッチセンサシステムの分野において、ゴーストをタッチセンサシステムのコントローラ側で補正したりセンサ部にてゴーストと真のタッチを判別したりするのではなく、ゴーストを識別体側で改善して、検出信号を増大させる事によりタッチパネル面から見た識別体の形状をより正確に検出することができる。

Claims (4)

  1. 　位置入力操作を可能とするタッチセンサシステムのタッチパネル面に対して接触または近づけることにより、仮想接地化された指示体を前記タッチセンサシステムが読み取り可能とされるタッチセンサシステム用識別体。
  2. 　前記仮想接地化された指示体は、
    　前記タッチパネル面に対向して前記指示体の形状として所定形状の導電性パターンが配置される導電性パターン部と、該導電性パターンに接続され、該導電性パターンに対する接地回路と同等の機能を持つ仮想接地化回路部とを有する請求項１に記載のタッチセンサシステム用識別体。
  3. 　前記仮想接地化回路部は、
    　前記導電性パターンによるゴースト発生を防止するように、前記接地回路と同等の機能を持つ請求項２に記載のタッチセンサシステム用識別体。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載のタッチセンサシステム用識別体を、位置入力操作を可能とする前記タッチパネル面上に搭載することにより、該タッチセンサシステム用識別体の導電性パターンの形状を読み取って識別可能とするタッチセンサシステム。
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