JP4850946B2

JP4850946B2 - タッチパネル装置

Info

Publication number: JP4850946B2
Application number: JP2009286380A
Authority: JP
Inventors: 貴司北田; 祐士豊村; 治彦河野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JP2011128857A

Description

本発明は、第１電極に印加された駆動信号に応答した第２電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部に、第２電極の充放電電流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換部を備えたタッチパネル装置に関するものである。

タッチパネル装置には、静電容量方式や、抵抗膜方式、電磁誘導方式などの種々の方式があるが、特に静電容量方式では、抵抗膜方式に比較してタッチ面の強度を高めることができる利点があり、また電磁誘導方式のように発振器などを内蔵した電子ペンが不要であり、ユーザの指先で直接、あるいは単なる導電性材料からなるスタイラスでタッチ操作を行うことができることから、高い利便性を有している。

この静電容量方式では、格子状に配置された第１電極と第２電極との交点（以下、電極交点と呼称する）に形成されるコンデンサの静電容量が、導電性物体（例えば人体）が接近あるいは接触することで変化する原理を利用した、いわゆる投影型静電容量方式が、タッチ位置を高精度に検出することができる点で優れている。

この投影型静電容量方式には、電極交点ごとの静電容量の変化に伴う充放電電流の変化量に基づいてタッチの有無を検出する、いわゆる相互容量方式と、電極ごとの静電容量の変化量に基づいてタッチの有無を検出する、いわゆる自己容量方式とがあり、特に相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である（特許文献１参照）。

また、タッチパネル装置は、パソコンや携帯情報端末の分野で広く普及しているが、このタッチパネル装置を、大画面の表示装置と組み合わせることで、多人数を対象にしたプレゼンテーションや講義で使用することができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いる技術が知られている（特許文献２参照）。

特開２００２−３４２０３３号公報特開２００９−８６８５５号公報

しかるに、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、投影型静電容量方式、特にマルチタッチが可能な相互容量方式を採用すると、利便性を高めることができるが、タッチパネル装置の大型化に伴って第１電極と第２電極との間の全体的な静電容量が大きくなる。例えば７７インチクラスでは静電容量が１００ｐＦを超える。一方、ユーザの指先やスタイラスによるタッチ操作に応じた静電容量の変化は、高々数百ｆＦにすぎず、微々たるものである。このため、タッチパネル装置の大型化に伴って十分な検出精度を確保することができなくなるという課題があった。

また、タッチパネル装置には、通常、第１電極に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去するバンドパスフィルタが設けられているが、第１電極の駆動信号と一致あるいはごく近接した周波数の外来ノイズが混入した場合、バンドパスフィルタで除去することができないため、タッチ位置の誤検出が発生する。特に、タッチパネル装置をインタラクティブホワイトボードとして用いる場合、タッチパネル装置の大型化に伴って電極が長くなることから、外来ノイズの影響を受け易くなるため、有効な外来ノイズ対策が望まれる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、大型化した場合でもタッチ位置の検出を高精度に行うことができるように構成されたタッチパネル装置を提供することにある。さらに本発明は、外来ノイズによる影響でタッチ位置の検出精度が低下することを避けることができるように構成することも目的とする。

本発明のタッチパネル装置は、互いに並走する複数の第１電極及び互いに並走する複数の第２電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記第１電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記第１電極に印加された駆動信号に応答した第２電極の充放電電流信号を受信して、電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、前記受信部から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に前記送信部及び前記受信部の動作を制御する制御部とを備え、前記受信部は、前記充放電電流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換部を備え、前記ＩＶ変換部は、前記駆動信号おける１つの波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させると共に、１つの波の立下がりと次の波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させるように、変換特性が設定された構成とする。

本発明によれば、１つの波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応する電圧信号の波形が重畳されると共に、１つの波の立下がりと次の波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の波形が重畳されることで、実質的に増幅された波形を得ることができる。このため、タッチパネル装置の大型化に伴って第１電極及び第２電極間の全体的な静電容量が増大しても、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図図１に示した受信電極及び受信部の概略構成図図２に示した受信信号処理部の概略構成図図１に示した送信電極に印加される駆動信号及び図３に示したＩＶ変換部から出力される電圧信号を示す波形図図３に示したＩＶ変換部の構成を詳細に示す回路図

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに並走する複数の第１電極及び互いに並走する複数の第２電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記第１電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記第１電極に印加された駆動信号に応答した第２電極の充放電電流信号を受信して、電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、前記受信部から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に前記送信部及び前記受信部の動作を制御する制御部とを備え、前記受信部は、前記充放電電流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換部を備え、前記ＩＶ変換部は、前記駆動信号おける１つの波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させると共に、１つの波の立下がりと次の波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させるように、変換特性が設定された構成とする。

これによると、駆動信号おける１つの波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応する電圧信号の波形が重畳されると共に、１つの波の立下がりと次の波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の波形が重畳されることで、実質的に増幅された波形を得ることができる。このため、タッチパネル装置の大型化に伴って第１電極及び第２電極間の全体的な静電容量が増大しても、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記送信部は、前記駆動信号の周波数を複数の周波数の間で切り替え可能に構成され、前記ＩＶ変換部は、変換特性を、前記駆動信号の複数の周波数にそれぞれ対応した複数の変換特性の間で切り替え可能に構成され、前記制御部は、前記駆動信号の周波数の切り替えに応じて、前記ＩＶ変換部の変換特性を切り替えるように制御する構成とする。

これによると、外来ノイズの周波数が、駆動信号のいずれか１つの周波数と略一致する場合、別の周波数に切り替えることで、第１電極の駆動信号の周波数と同一となる電圧信号の周波数を、外来ノイズの周波数と異なるようにすることができる。このため、第１電極の駆動信号の周波数と異なる周波数成分をカットするバンドパスフィルタで外来ノイズを確実に除去することが可能になり、外来ノイズによる影響でタッチ位置の検出精度が低下することを避けることができる。

前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第２の発明において、前記制御部は、全ての電極交点について充放電電流の受信が終了する１フレーム周期毎に、前記駆動信号の周波数及び前記ＩＶ変換部の変換特性を切り替えるように制御すると共に、フレーム単位で外来ノイズの影響の有無を判定して、外来ノイズの影響がある場合にはそのフレームのタッチ位置情報を破棄する構成とする。

これによると、第１電極に印加する駆動信号の周波数を定期的に切り替えるため、種々の周波数の外来ノイズが混入する場合でも、外来ノイズの影響を排除することができる。なお、切り替え可能な周波数が２つのみである場合、１フレーム周期毎に第１の周波数と第２の周波数とで交互に切り替えることになる。

この場合、外来ノイズの影響の有無は、フレーム単位で取得したタッチ位置のばらつき度合いで判定することができ、そのばらつき度合いが大である場合にそのフレームのタッチ位置情報を破棄すればよい。

また、切り替え可能な周波数を３つ以上用意することも可能であるが、切り替え可能な周波数が２つの場合でも、２つとも外来ノイズの周波数と一致する可能性は極めて低く、また、タッチ位置情報の破棄はフレーム単位で行われるため、サンプリングレートが結果的に１／２と低下するものの、フレーム周期を十分に小さく設定すれば、タッチパネル装置としての信頼性を十分に確保することが可能となる。

なお、送信部では第１電極を１本ずつを選択して駆動信号を印加し、この１本の第１電極に駆動信号を印加する間に、受信部で第２電極を１本ずつを選択して第２電極の充放電電流を受信することで、全ての電極交点の充放電電流が受信され、この全ての電極交点について充放電電流の受信が終了する期間が、１フレーム周期となる。

前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１〜第３の発明において、前記第２電極の充放電電流信号の前記受信部への入力を個別に断続するスイッチング手段を備え、前記第２電極及び前記スイッチング手段は、所定数ごとにグループ化され、各グループに属する前記スイッチング手段の互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される構成とする。

これによると、スイッチング手段の動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての第２電極の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウエア構成の大型化を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図である。このタッチパネル装置１は、互いに並走する複数の送信電極（第１電極）２と互いに並走する複数の受信電極（第２電極）３とが格子状に配置されたパネル本体４と、送信電極２に対して駆動信号（パルス信号）を印加する送信部５と、送信電極２に印加された駆動信号に応答した受信電極３の充放電電流信号を受信して、送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部６と、この受信部６から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部５及び受信部６の動作を制御する制御部７とを備えている。

このタッチパネル装置１は、大画面の表示装置と組み合わせることで、プレゼンテーションや講義に用いることができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いられ、特にここでは、プロジェクタ装置と組み合わせて用いられ、タッチパネル装置１のタッチ面がプロジェクタ用のスクリーンとなる。

タッチパネル装置１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器８に入力され、外部機器８から出力される表示画面データに基づいてプロジェクタ装置９によりタッチパネル装置１のタッチ面上に投影表示される表示画面上に、タッチパネル装置１のタッチ面上でユーザが指先で直接、あるいはスタイラスを用いて行ったタッチ操作に対応した画像が表示され、タッチパネル装置のタッチ面にマーカーで直接描画をするのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、また表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。

パネル本体４では、複数（例えば１２０本）の送信電極２がシート材１１の表面に配置されると共に、複数（例えば１８６本）の受信電極３がシート材１１の裏面に配置されている。送信電極２及び受信電極３は同一の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）で配置されている。

なお、パネル本体４では、送信電極２及び受信電極３とシート材１１とで構成される電極シートの背面側に電極シートを支持する背面ボードが設けられ、また電極シートの表面側に電極シートを保護する表面ボードが設けられる。また、送信電極２と受信電極３は互いに絶縁されていればよく、例えば両方ともシート材１１の表面側に絶縁層を介して配置された構成してもよい。

パネル本体４において送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指先で直接、あるいはスタイラスを用いてタッチ操作を行うと、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。

特にここでは、相互容量方式が採用され、送信電極２に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極３に充放電電流が流れ、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極３の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信部６で電極交点ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部７に出力し、制御部７では、電極交点ごとのレベル信号に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。

送信部５は、制御部７から出力されるタイミング信号に同期して、送信電極２を１本ずつを選択して駆動信号を印加する。受信部６は、１本の送信電極２に駆動信号を印加する間に、受信電極３を１本ずつを選択して受信電極３の充放電電流を受信する。これにより、全ての電極交点ごとの充放電電流を取り出すことができる。なお、例えば全ての電極交点（１８６×１２０（＝２２３２０））について充放電電流の受信が終了するフレーム周期が１０ｍｓとすると、１２０本の送信電極２の１本あたりの駆動信号出力期間は約８３μｓとなる。

制御部７は、受信部６から出力される電極交点ごとのレベル信号から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ軸方向（送信電極２の延在方向）とＹ軸方向（受信電極３の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとのレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチ（１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。

図２は、図１に示した受信電極３及び受信部６の概略構成図である。各受信電極３には、受信電極３の充放電電流信号の受信部６への入力を断続するスイッチング素子（スイッチング手段）ＳＷが接続されている。受信部６は、スイッチング素子ＳＷを介して受信電極３から入力される充放電電流信号に対して所要の信号処理を行う受信信号処理部２１とを備えている。各スイッチング素子ＳＷは制御部７からの駆動信号に応じて個別にオン／オフ制御される。

受信電極３及びスイッチング素子ＳＷは、所定数（例えば２４本）ごとにグループ化され、各グループに属するスイッチング素子ＳＷの互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。また、各グループごとに受信信号処理部２１が設けられている。各グループではスイッチング素子ＳＷが１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子ＳＷはオフに制御されており、スイッチング素子ＳＷをオンとすることで選択された１本の受信電極３の充放電電流信号が受信信号処理部２１に入力される。

このように、スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての受信電極３の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部６での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウエア構成の大型化を抑えることができる。

なお、受信電極３のグループ化では、各グループに属する受信電極３の本数を同一とする必要はなく、例えば受信電極３が１８６本の場合、７つのグループＡ〜Ｇを２４本とし、最後のグループＨを１８本とすればよい。

図３は、図２に示した受信信号処理部２１の概略構成図である。この受信信号処理部２１は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、絶対値検出部３３と、積分部３４と、サンプルホールド部３５と、ＡＤ変換部３６とを備えている。

ＩＶ変換部３１では、スイッチング素子ＳＷを介して入力される受信電極３の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極２に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部３４では、絶対値検出部３３の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３５では、積分部３４の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３６では、サンプルホールド部３５の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。

図４は、図１に示した送信電極２に印加される駆動信号及び図３に示したＩＶ変換部３１から出力される電圧信号を示す波形図である。図４（Ａ）は、従来技術による場合を、図４（Ｂ）は、本発明による場合をそれぞれ示す。なお、図示する電圧信号は、バンドパスフィルタ３２にて、送信電極２に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号をカットした後の波形である。

通常、送信電極２に駆動信号（パルス信号）を印加すると、図４（Ａ）に示すように、パルス波の立ち上がり時に、電極交点のコンデンサへの充電による波形Ａ１・Ａ３が観測され、ついでその過渡応答として、電極交点のコンデンサからの放電による波形Ａ２・Ａ４が観測され、その後も次第に減衰する小さな波形が観測される。また、パルス波の立ち下がり時には、電極交点のコンデンサからの放電による波形Ｂ１が観測され、ついでその過渡応答として、電極交点のコンデンサへの充電による波形Ｂ２が観測され、その後も次第に減衰する小さな波形が観測される。

ここで、タッチ操作があると、電極交点のコンデンサの静電容量が低減するため、ＩＶ変換部３１から出力される電圧信号の振幅が小さくなる。このため、波高値の変化でタッチ操作の有無を判定することができるが、ここでは、全波整流後に積分を行って得られる値、すなわち波形の面積の積算値で判定を行うようにしており、１つの電極交点ごとのパルス数を増やすことで、振幅の小さな変化でも高い精度で判定を行うことができる。

しかしながら、このタッチパネル装置１は、インタラクティブホワイトボードとして用いられるため、大型化に伴って、送信電極２及び受信電極３間の全体的な静電容量が大きくなり、全体的な静電容量に対するタッチ操作による静電容量変化が極端に小さくなるため、外来ノイズの影響を受け易くなり、タッチ位置の検出に高い精度を確保しようとすると、１つの電極交点あたりのパルス数を多くする必要がある。

そこでここでは、ＩＶ変換部３１が、送信部５から送信電極２に印加される駆動信号（パルス信号）おける１つのパルス波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応してＩＶ変換部３１から出力される電圧信号の振幅位相を略一致させると共に、１つのパルス波の立下がりと次のパルス波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させるように、変換特性が設定されている。

すなわち、１つのパルス波の立上がり時の放電（過渡応答）による波形Ａ２に、同じパルス波の立下がり時の放電による波形Ｂ１が重畳されると共に、１つのパルス波の立下がり時の充電（過渡応答）による波形Ｂ２に、次のパルス波の立上がり時の充電による波形Ａ３が重畳されるようにする。このような変換特性は、ＩＶ変換部３１の変換回路の時定数を調整することで得ることができる。

このようにすると、図４（Ｂ）に示すように、実質的に増幅された波形を得ることができる。これはインパルス応答における主パルス以降のパルスが累積加算されることによる。これにより、タッチパネル装置１の大型化に伴って送信電極２及び受信電極３間の全体的な静電容量が増大しても、１つの電極交点あたりのパルス数を多くすることなく、タッチ位置の検出を高精度に行うことができる。

ところで、受信信号処理部２１では、ＩＶ変換部３１の後段にバンドパスフィルタ３２が設けられており、外来ノイズが混入しても、その周波数が送信電極２に印加される駆動信号の周波数と大きく異なると、バンドパスフィルタ３２で除去することができる。ところが、前記のように振幅位相を略一致させると、ＩＶ変換部３１から出力される電圧信号が、送信電極２に印加される駆動信号と同一の周波数となり、このとき、駆動信号の周波数と略一致する周波数の外来ノイズが混入すると、バンドパスフィルタ３２で除去することができない。このため、正確なタッチ位置の検出が困難になり、具体的には、検出されるタッチ位置（座標値）に一貫性、連続性がなくなり、タッチ位置がランダムに変化するため、タッチ位置の誤検出が発生する。

そこでここでは、送信部５が、駆動信号の周波数を複数の周波数の間で切り替え可能に構成され、ＩＶ変換部３１は、変換特性を、駆動信号の複数の周波数にそれぞれ対応した複数の変換特性の間で切り替え可能に構成され、制御部７は、駆動信号の周波数の切り替えに応じて、ＩＶ変換部３１の変換特性を切り替えるように制御する。

これにより、外来ノイズの周波数が、駆動信号のいずれか１つの周波数と略一致する場合、別の周波数に切り替えることで、送信電極２の駆動信号の周波数と同一となる電圧信号の周波数を、外来ノイズの周波数と異なるようにすることができる。このため、送信電極２の駆動信号の周波数と異なる周波数成分をカットするバンドパスフィルタで外来ノイズを確実に除去することが可能になり、外来ノイズによる影響でタッチ位置の検出精度が低下することを避けることができる。

特にここでは、送信部５が、送信電極２に印加する駆動信号を、第１の周波数（例えば５ＭＨｚ）と第２の周波数（例えば３ＭＨｚ）とで切り替え可能に構成され、ＩＶ変換部３１は、以下に説明するように、変換特性を、駆動信号の第１の周波数に対応した第１の変換特性と第２の周波数に対応した第２の変換特性とで切り替え可能に構成されている。

図５は、図３に示したＩＶ変換部３１の構成を詳細に示す回路図である。ＩＶ変換部３１は、２つの異なる変換特性を有する第１の変換回路５１ａ及び第２の変換回路５１ｂと、この変換回路５１ａ・５１ｂのいずれか一方を選択する入力スイッチ５２及び出力スイッチ５３とで構成されている。

第１の変換回路５１ａは、オペアンプＯＰＡａと、抵抗成分Ｒａと、第１の容量成分Ｃａ１と、第２の容量成分Ｃａ２とを備えており、抵抗成分Ｒａ及び第１の容量成分Ｃａ１は、オペアンプＯＰＡａの一方の入力側と出力側との間に並列接続されている。第２の容量成分Ｃａ２は、オペアンプＯＰＡａの他方の入力側に設けられてＧＮＤ接続されている。第２の変換回路５１ｂは、オペアンプＯＰＡｂと、抵抗成分Ｒｂ１と、第１の容量成分Ｃｂ１と、第２の容量成分Ｃｂ２とを備えており、第１の変換回路５１ａと同一の回路構成を有している。

第１の変換回路５１ａと第２の変換回路５１ｂとでは、互いに対応する抵抗成分Ｒａ・Ｒｂが異なる抵抗値に設定され、また、第１の容量成分Ｃａ１・Ｃｂ１は異なる容量値に設定され、第２の容量成分Ｃａ２・Ｃｂ２が異なる容量値に設定されている。これにより第１の変換回路５１ａと第２の変換回路５１ｂとはそれぞれ異なる時定数を備えたものとなる。

なお、各変換回路５１ａ・５１ｂにおいて、各構成要素の抵抗値や容量値を互いに対応するもの同士で全て異なる値に設定する必要はなく、所要の時定数が得られるように各構成要素の抵抗値や容量値を適宜に設定すればよい。また、各構成要素の抵抗値や容量値を０とする、例えば、第１の変換回路５１ａで、第２の容量成分Ｃａ２の容量を０とする構成も可能である。

ここで、第１の変換回路５１ａは、駆動信号の第１の周波数（例えば５ＭＨｚ）に対応した第１の変換特性に設定される、すなわち第１の周波数で、図４（Ｂ）に示した振幅位相の一致による増幅が実現されるように時定数が調整されている。第２の変換回路５１ｂは、駆動信号の第２の周波数（例えば３ＭＨｚ）に対応した第２の変換特性に設定される、すなわち第２の周波数で、図４（Ｂ）に示した振幅位相の一致による増幅が実現されるように時定数が調整されている。

制御部７では、送信電極２に印加される駆動信号の周波数の切り替えに応じて、第１の変換回路５１ａと第２の変換回路５１ｂとを切り替える、すなわち駆動信号が第１の周波数であれば第１の変換回路５１ａが選択され、駆動信号が第２の周波数であれば第２の変換回路５１ｂが選択される。

特にここでは、制御部７が、全ての電極交点について充放電電流の受信が終了する１フレーム周期毎に、送信部５から送信電極２に印加される駆動信号の周波数及びＩＶ変換部３１の変換特性を切り替えるように制御する。この実施形態では、駆動信号の周波数が第１の周波数と第２の周波数との２つのみであるため、１フレーム周期毎に、駆動信号の周波数が第１の周波数と第２の周波数と間で交互に切り替えられると共に、ＩＶ変換部の第１の変換回路と第２の変換回路とが交互に切り替えられる。

このように、送信電極２に印加する駆動信号の周波数を定期的に切り替えるため、種々の周波数の外来ノイズが混入する場合でも、外来ノイズの影響を排除することができる。また、切り替え可能な周波数が２つの場合でも、２つとも外来ノイズの周波数と一致する可能性は極めて低く、信頼性を十分に確保することが可能となる。

さらに、制御部７では、フレーム単位で取得したタッチ位置のばらつき度合いでタッチ位置の有効性を判定し、タッチ位置のばらつき度合いが大である、具体的にはばらつき度合いが所定のしきい値を超える場合には、外来ノイズの影響があるものと判断して、そのタッチ位置情報を破棄する。ここで、タッチ位置情報の破棄はフレーム単位で行われるため、サンプリングレートが結果的に１／２と低下するものの、フレーム周期を十分に小さく設定すれば、信頼性を十分に確保することが可能となる。

ちなみに、外来ノイズが混入しない場合には、送信電極２に印加する駆動信号の周波数の違いに関係なく同一のタッチ位置が検出されることから、通常は周波数を定期的に切り替えてもなんら弊害はない。

なお、前記の例では、外来ノイズの影響の有無に関係なく、送信電極２に印加する駆動信号の周波数を定期的に切り替えるものとしたが、外来ノイズの影響があるものと判断されたところで、周波数の切り替え操作を行う構成も可能である。例えば初期動作は第１の周波数（例えば５ＭＨｚ）で行われるようにしておき、所定のしきい値との比較により、検出されたタッチ位置のばらつき度合いが大と判定されると、第２の周波数（例えば３ＭＨｚ）に切り替えるようにしてもよい。

また、外来ノイズによる影響はユーザのタッチ操作がない状況でも認められ、バンドパスフィルタ３２で除去不能な外来ノイズが混入すると、受信部６から出力されるレベル信号が不安定となる。そこで、レベル信号の安定性で外来ノイズの影響の有無を判定し、この判定結果に応じて駆動信号の周波数及びＩＶ変換部の変換特性の切り替え操作を行うようにしても良い。この場合、タッチ操作に関係ないため、装置の起動時に実施されるキャリブレーション時に実行するとよい。

本発明にかかるタッチパネル装置は、大型化した場合でもタッチ位置の検出を高精度に行うことができる効果を有し、第１電極に印加された駆動信号に応答した第２電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部に、第２電極の充放電電流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換部を備えたタッチパネル装置などとして有用である。

１タッチパネル装置
２送信電極（第１電極）
３受信電極（第２電極）
４パネル本体
５送信部
６受信部
７制御部
２１受信信号処理部
３１ＩＶ変換部
３２バンドパスフィルタ
５１ａ第１の変換回路
５１ｂ第２の変換回路
５２入力スイッチ
５３出力スイッチ
ＳＷスイッチング素子

Claims

互いに並走する複数の第１電極及び互いに並走する複数の第２電極が格子状に配置されたパネル本体と、
前記第１電極に対して駆動信号を印加する送信部と、
前記第１電極に印加された駆動信号に応答した第２電極の充放電電流信号を受信して、電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、
前記受信部から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に前記送信部及び前記受信部の動作を制御する制御部とを備え、
前記受信部は、前記充放電電流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換部を備え、
前記ＩＶ変換部は、前記駆動信号おける１つの波の立上がりと立下がりとにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させると共に、１つの波の立下がりと次の波の立上がりにそれぞれ対応する電圧信号の振幅位相を略一致させるように、変換特性が設定されたことを特徴とするタッチパネル装置。
前記送信部は、前記駆動信号の周波数を複数の周波数の間で切り替え可能に構成され、
前記ＩＶ変換部は、変換特性を、前記駆動信号の複数の周波数にそれぞれ対応した複数の変換特性の間で切り替え可能に構成され、
前記制御部は、前記駆動信号の周波数の切り替えに応じて、前記ＩＶ変換部の変換特性を切り替えるように制御することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、全ての電極交点について充放電電流の受信が終了する１フレーム周期毎に、前記駆動信号の周波数及び前記ＩＶ変換部の変換特性を切り替えるように制御すると共に、フレーム単位で外来ノイズの影響の有無を判定して、外来ノイズの影響がある場合にはそのフレームのタッチ位置情報を破棄することを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル装置。
前記第２電極の充放電電流信号の前記受信部への入力を個別に断続するスイッチング手段を備え、前記第２電極及び前記スイッチング手段は、所定数ごとにグループ化され、各グループに属する前記スイッチング手段の互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタッチパネル装置。