JP2016540317A - 識別力のある静電容量方式のタッチパネル - Google Patents
識別力のある静電容量方式のタッチパネル Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、概してタッチパネル装置に関し、特には静電容量方式のタッチパネルに関する。このような静電容量方式のタッチパネル装置では、例えば、携帯電話・タブレットおよびデスクトップPC・電子書籍リーダ・ならびにデジタルサイネージ製品を含む、民生電気製品の分野における応用が見受けられる。
タッチパネルは、最近では、スマートフォンおよびタブレット装置といった高級な携帯型の電子製品のための入力装置として広く適用されるようになった。種々の技術をこれらのタッチパネルの実現に用いることができるが、静電容量方式のシステムは、その正確さ・耐久性・およびタッチ入力イベントを小さな起動力にてまたは起動力を必要とせずに検知することができる機能により、最も普及することが証明された。
〔特許文献〕
〔特許文献1〕US4293734(Pepper、1981年10月6日)
〔特許文献2〕US7663607(Hotelling、2010年2月6日)
〔特許文献3〕米国特許出願20040189617(Gerpheide、2004年9月30日)
〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
以上のとおり、静電容量方式のタッチパネルを用い、導電性および非導電性入力オブジェクトの両方を検知する手段を提供できることが望まれている。また、導電性入力オブジェクトと非導電性入力オブジェクトとを区別する手段を提供できることが望まれている。
本発明に係る静電容量方式のタッチパネルは、導電性入力オブジェクトだけではなく非導電性入力オブジェクトも確実に検知する手段、および導電性入力オブジェクトと非導電性入力オブジェクトとを区別する手段を提供できる。
[図1]表面型静電容量方式のタッチパネルの一般的な実施態様を示す図である。
[図2]投影型静電容量方式のタッチパネルの一般的な実施態様を示す図である。
[図3]本発明に係る電極配置の一例を示す平面図である。
[図4]本発明の第1実施形態に係るセンサの基板の断面図である。
[図5]センサの基板の平面図である。
[図6]電極アレイの電極に対応付けられた、相互容量をもつ回路要素である相互キャパシタを示す図である。
[図7]本発明のタッチパネルの近傍における、導電性および非導電性入力オブジェクトによる、相互キャパシタのキャパシタンスの変化を示す図である。
[図8]本発明のタッチパネルの相互キャパシタンスにおける、変化を測定できる回路を示す図である。
[図9]図6の回路を操作するために用いられ得るタイミング図である。
[図10]タッチセンサを用いるシステムを示す図である。
[図11]発明の第2実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
[図12]第2実施形態における利用に適したコントローラ回路の模式図である。
[図13]図14Aに示される回路を操作するために適したタイミング図である。
[図14]発明の第3実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
[図15]第3実施形態の電極アレイの、電極に対応付けられた相互キャパシタンスを示す図である。
[図16]発明の第4実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
[図17A]発明の第5実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
[図17B]発明の第5実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
[図18]発明の第6実施形態に係る電極配置を示す平面図である。
[図19]発明の第7実施形態に係る一連の処理工程を示す図である。
[図20]入力オブジェクトの検知アルゴリズムを実施する一方法をより詳しく示す図である。
[図21]入力オブジェクトの検知アルゴリズムを実施する他の方法をより詳しく示す図である。
[図22]入力オブジェクトの検知アルゴリズムを改善する方法をより詳しく示す図である。
[図23]発明の第10実施形態に係る本発明についてのタッチパネル装置のアプリケーションを示す図である。
[図24]発明の第11実施形態に係る本発明についてのタッチパネル装置の他のアプリケーションを示す図である。
本発明は、例えば、タッチパネルディスプレイシステムなどに利用できる静電容量方式のタッチセンサを提供する。タッチセンサは、センサの基板と、基板上に形成された電極素子のアレイとを備える。アレイの各電極素子は、少なくとも二つの駆動電極と、少なくとも一つの検知電極と、を含む第1電極グループ、または、少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極と、を含む第2電極グループ、を少なくとも一つを備える。第1または第2グループの各電極は、キャパシタンスを持つ回路要素であるキャパシタの一方と他方とを電気的に結ぶ距離である結合距離が異なる、複数のキャパシタを形成するように配置されている。この手法において、導電性入力オブジェクトだけではなく、非導電性入力オブジェクトを検知するように、複数の結合キャパシタを組合せて利用できる。例えば、コントローラは、電極素子のアレイに作用するように接続されてよく、ならびに入力オブジェクトがタッチセンサの表面に接触しているか否かを決定するように、および複数のキャパシタにおけるキャパシタンスの変化に基づき入力オブジェクトが導電性であるかまたは非導電性であるかを決定するように構成されていてよい。オブジェクトは、タッチパネルの動作周波数において、グランドに対し1GΩ以下のインピーダンスを示すなら、導電性であると扱ってよい。また、オブジェクトは、タッチパネルの動作周波数において、グランドに対し1GΩをこえるインピーダンスを示すなら、非導電性であると扱ってよい。より具体的には、コントローラは、入力オブジェクトがタッチセンサに近付くにつれ、複数のキャパシタにおけるキャパシタンスの測定値が第1の特有の態様にて変化するときに、入力オブジェクトを導電性オブジェクトとして特定するように構成されていてよいとともに、入力オブジェクトがタッチセンサに近付くにつれ、複数のキャパシタにおけるキャパシタンスの測定値が第1の特有の態様とは異なる第2の特有の態様にて変化するときに、入力オブジェクトを非導電性オブジェクトとして特定するように構成されていてよい。さらにより具体的には、第1の特有の変化は、複数のキャパシタのすべてにおける、キャパシタンスの減少として観測されてよいとともに、第2の特有の変化は、複数のキャパシタの少なくとも一つにおける、キャパシタンスの増加として観測されてよい。
・電極素子の空間的配置の4分の1である空間的配置におけるxおよびy。この座標は、電極から始まるとともに、2軸のそれぞれにおける正方向に7段階まで変化する。電極素子が、xおよびy方向において対称であるため、負方向側の測定値は、正方向側の測定値と同一である(つまり、すべての有効なパラメータ値について、M(s;x,y,z,w,e)=M(s;−x,y,z,w,e)=M(s;x,−y,z,w,e)=M(s;−x,−y,z,w,e))。s・z・w・およびeの各設定についてxおよびyにおける49個の測定値。
・パネルの正面(上方)における、0(パネルに接触している)から24mmまでの26個の値であり、0近くでは、より密になっている、z。
・円筒形入力オブジェクトの、直径における3mm・5mm・および10mmの、3個の値であるw。円筒形入力オブジェクトは、金属・接地されたオブジェクト(導電性モデルについて)・または樹脂製オブジェクト(非導電性モデルについて)を用いる。
・eについて、各モデルがeとともに線形に拡大縮小することを仮定すれば、十分であると扱われる。
本発明は、工業用および民生電子機器のための、タッチパネルおよびタッチスクリーン装置に利用できる。特に、本発明は、携帯電話・タブレットコンピュータ・‘電子リーダ(e-readers)’・および対話型公共情報端末などの製品に好適である。
100 透明基板
110 検知電極
120 電圧源
130 入力オブジェクト
140 キャパシタ
150 電流センサ
200 駆動電極
210 検知電極
220 電圧源
230 相互結合キャパシタ
240 電流測定手段
270 駆動電極
280 検知電極
310 第1検知電極SA
320 第2検知電極SB
330 駆動電極
340 交差
400 電極アレイ
410 センサの基板
420 透明導電層
430 センサ電極
440 駆動電極
450 導電ブリッジ層
460 絶縁層
470 コンタクトホール
510 入力オブジェクト
520 電気力線
530 有効な駆動電極
540 無効な駆動電極
550 第2相互結合キャパシタCB
560 第1相互結合キャパシタCA
875 電圧パルス生成装置
880 電荷積分回路
881 演算増幅器
882 積分キャパシタ
883 リセットスイッチ
884 第1入力スイッチ
885 第2入力スイッチ
1000 タッチパネル
1010 LCD
1020 制御回路
1030 ホスト電子機器
1110 第1駆動電極
1120 第2駆動電極
1130 検知電極
1210 第1電圧源
1220 第2電圧源
1410 第1検知電極
1420 第2検知電極
1430 第1駆動電極
1440 第2駆動電極
1450 交差
1510 第1相互結合キャパシタCAA
1520 第2相互結合キャパシタCBB
1530 第3相互結合キャパシタCBA
1540 第4相互結合キャパシタCAB
1600 検知電極の対
1610 第1デュアルファンクション検知電極
1612 第1接続線
1620 第2デュアルファンクション検知電極
1622 第2接続線
1626 コンタクトホール
1630 駆動電極
1650 奇数番目の駆動電極
1660 偶数番目の駆動電極
1700 奇数番目の検知電極の対
1702 偶数番目の検知電極の対
1704 奇数番目の駆動電極の対
1706 偶数番目の駆動電極の対
1710 第1の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
1715 第1の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
1720 第2の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
1725 第2の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
1730 第1の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
1735 第1の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
1740 第2の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
1745 第2の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
1750 バイア
1760 接続線
1770 交差
1780 センサの基板
1782 透明導電層
1784 絶縁層
1786 導電ブリッジ層
1788 コンタクトホール
1800 奇数番目の検知電極の対
1802 偶数番目の検知電極の対
1804 奇数番目の駆動電極の対
1806 偶数番目の駆動電極の対
1810 第1の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
1815 第1の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
1820 第2の奇数番目のデュアルファンクション検知電極
1825 第2の偶数番目のデュアルファンクション検知電極
1830 第1の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
1835 第1の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
1840 第2の奇数番目のデュアルファンクション駆動電極
1845 第2の偶数番目のデュアルファンクション駆動電極
1900 コントローラからの入力データ
1910 調整する
1920 入力オブジェクトを検知する
1925 オブジェクトの位置を抽出する
1930 オブジェクトの種類および位置を出力する
2000 CおよびNを計算する
2010 CまたはNにおける有意なピーク位置Pを探索する
2020 Pにおける入力オブジェクトの種類を決定する
2030 おおよその入力オブジェクトの位置を推定する
2040 すべてのピークについて処理されたか
2140 推定を改善する
2210 モデル
2220 モデルを選択する
2230 初期の推測を取得する
2240 誤差を評価する
2250 十分に適切か?
2260 推測を改善する
2270 結果を準備する
2300 入力オブジェクトの種類および形状を検知する
2310 アクションを選択する
2320 アクションA
2330 アクションB
2400 アクションA
Claims (23)
- 相互容量方式のタッチセンサであって、
基板と、
上記基板に形成された電極素子のアレイと、
上記電極素子のアレイに作用するように接続されたコントローラと、
を備え、
各電極素子は、
少なくとも二つの駆動電極と、少なくとも一つの検知電極と、を含む第1電極グループ、または、
少なくとも二つの検知電極と、少なくとも一つの駆動電極と、を含む第2電極グループ、
を少なくとも一つを備え、
上記第1または第2グループの各電極は、キャパシタンスを持つ回路要素であるキャパシタの一方と他方とを電気的に結ぶ距離である結合距離が異なる、複数のキャパシタを形成するように配置されており、
上記コントローラは、
入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、第1の特有の変化に応じ、上記入力オブジェクトを導電性オブジェクトとして特定する、とともに、
上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、上記第1の特有の変化とは異なる第2の特有の変化に応じ、上記入力オブジェクトを非導電性オブジェクトとして特定する、
ように構成されていることを特徴とするタッチセンサ。 - 上記第1の特有の変化は、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの、キャパシタンスの減少である、とともに、
上記第2の特有の変化は、上記入力オブジェクトが上記タッチセンサに近づくときの、上記複数のキャパシタの少なくとも一つの、キャパシタンスの増加である、
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンサ。 - 上記コントローラは、上記複数のキャパシタについての、測定値に基づき、上記タッチセンサの表面に対する、上記オブジェクトの位置および高さを決定するように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のタッチセンサ。
- 上記第2電極グループの上記少なくとも二つの検知電極は、二つの検知電極が、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、対として配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のタッチセンサ。
- 検知電極の対の第1検知電極は、上記検知電極の対の第2検知電極よりも、センサの基板の平面において、短い距離にて上記駆動電極から離れていることを特徴とする請求項4に記載のタッチセンサ。
- 上記第1電極グループの上記少なくとも二つの駆動電極は、二つの駆動電極が、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、対として配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
- 上記駆動電極の対の第2駆動電極は、上記駆動電極の対の第1駆動電極よりも、センサの基板の平面において、長い距離にて上記検知電極から離れていることを特徴とする請求項6に記載のタッチセンサ。
- 二つの駆動電極と、二つの検知電極とが、上記アレイにおける行列の交差ごとに置かれるように、
上記第1電極グループの上記少なくとも二つの駆動電極は、駆動電極の対として配置されている、とともに、
上記第1電極グループの上記少なくとも一つの検知電極は、検知電極の対として配置されている、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のタッチセンサ。 - 上記検知電極の対の第1検知電極は、上記検知電極の対の第2検知電極の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれていることを特徴とする請求項4または8に記載のタッチセンサ。
- 上記駆動電極の対の第1駆動電極は、上記駆動電極の対の第2駆動電極の辺に沿ってのびる、二つの部分に分かれていることを特徴とする請求項6または8に記載のタッチセンサ。
- 上記第2電極グループの上記検知電極は、複数の、検知電極の対として配置されており、
各対は、
第1のデュアルファンクション検知電極と、
第2のデュアルファンクション検知電極と、
を含み、
上記少なくとも一つの駆動電極は、駆動電極の対を備える;または、
上記第1電極グループの上記駆動電極は、複数の、駆動電極の対として配置されており、
上記少なくとも一つの検知電極は、検知電極の対を備え、
各対は、
第1のデュアルファンクション検知電極と、
第2のデュアルファンクション検知電極と、
を含む、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のタッチセンサ。 - 上記検知電極の対は、
奇数番目の、検知電極の対と、
偶数番目の、検知電極の対と、
に分けられる、とともに、
上記駆動電極の対は、
奇数番目の、駆動電極の対と、
偶数番目の、駆動電極の対と、
に分けられる;
上記第1の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第1の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第2の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の、過半数は、上記第1の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある;とともに、
上記第2の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第2の、偶数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第2の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第1の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、
ことを特徴とする請求項11に記載のタッチセンサ。 - 上記検知電極の対は、
奇数番目の、検知電極の対と、
偶数番目の、検知電極の対と、
に分けられる、とともに、
上記駆動電極の対は、
奇数番目の、駆動電極の対と、
偶数番目の、駆動電極の対と、
に分けられる;
上記第1の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第1の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第2の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の、過半数は、上記第1の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある;とともに、
上記第1の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第2の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第2の、偶数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第1の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、
ことを特徴とする請求項11に記載のタッチセンサ。 - 検知電極の対は、第1透明導電層に形成され、
駆動電極の対は、第2透明導電層に形成され、
上記第1および第2透明導電層は、絶縁層により隔てられることを特徴とする請求項11から13のいずれか一項のタッチセンサ。 - 上記検知電極の対は、
奇数番目の、検知電極の対と、
偶数番目の、検知電極の対と、
に分けられる、とともに、
上記駆動電極の対は、
奇数番目の、駆動電極の対と、
偶数番目の、駆動電極の対と、
に分けられる;
上記第1の、奇数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第1の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第2の、奇数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第1の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある;とともに、
上記第1の、偶数番目の、検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第2の、奇数番目の、駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、とともに、
上記第2の、偶数番目の、上記検知電極の対の、デュアルファンクション検知電極の過半数は、上記第2の、偶数番目の、上記駆動電極の対の、デュアルファンクション駆動電極の側にある、
ことを特徴とする請求項14に記載のタッチセンサ。 - 上記コントローラは、上記入力オブジェクトの決定された種類に基づき、アクションを選択するように構成されていることを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
- タッチパネルに対する少なくとも一つの入力オブジェクトの存在・種類・または位置を決定する方法であって、
コントローラ回路は、上記タッチパネルにおけるキャパシタンスの測定値を生成し;
上記方法は、
上記コントローラ回路からのキャパシタンスの測定値のデータをデータフレームに入力する工程と、
上記データフレームにおいて表されるデータが、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが存在しないときの、状態に関係する、キャパシタンスの変化に対応するように、上記データフレームを調整する工程と、
上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記タッチパネルの検知範囲内にあるのかを決定するように、上記データフレームの上記データを解析する工程と、
上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記タッチパネルの上記検知範囲内にあるときに、上記データフレームの上記データに基づき、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの種類および位置を決定する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、種類および位置を決定する工程は、
調整されたサブフレームの組合せに基づき第1および第2の合成サブフレームを計算する工程と、
少なくとも一つの上記第1または第2の合成サブフレームにおける、有意なピーク位置を決定するように、上記第1および第2の合成サブフレームを解析する工程と、
少なくとも一つの上記第1または第2の合成サブフレームにおける、変化に基づき決定された上記有意なピーク位置において、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの上記種類を決定する工程と、
上記有意なピーク位置から、上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、上記位置を推定する工程と、
を含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 上記合成サブフレームは、調整されたサブフレームの、重み付けされた和を低域フィルタリングすることにより得られることを特徴とする請求項18に記載の方法。
- POS1(P)として上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、位置を推定する工程をさらに含み、
Pは、上記有意なピーク位置であり、
POS1は、上記第1または第2の合成サブフレームにおいて、
Pの近くの点位置の和として定義される、とともに、
測定されたキャパシタの電荷により重み付けられる、
ことを特徴とする請求項18または19に記載の方法。 - 推定する工程は、調整された上記データフレームの、モデルを定義する工程を含み、
上記モデルは、
入力オブジェクトと、電極素子に対する上記入力オブジェクトの対応する位置とを表す、とともに、
与えられたサブフレームにおいて、上記少なくとも一つの入力オブジェクトが、上記対応する位置にあることによる、上記サブフレームに対応する、上記電極素子において測定されるであろうキャパシタンスの変化を予測するように機能する、
ことを特徴とする請求項20に記載の方法。 - 上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、決定された種類に基づき、アクションを選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17から21のいずれか一項に記載の方法。
- 上記少なくとも一つの入力オブジェクトの、決定された上記種類とは独立している、アクションを選択する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17から21のいずれか一項に記載の方法。
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