JP6556421B2 - タッチパネル装置およびタッチ検出方法 - Google Patents

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Description

この発明は、静電容量方式のタッチパネル装置およびタッチパネルのタッチ検出方法に関する。
静電容量方式のタッチパネル装置は、指の接触等による静電容量の変化を測定することによってタッチポイントを検出するものであり、例えば携帯電話やタブレットPC等に適用されている(例えば、特許文献1参照)。
図4は、従来の静電容量方式のタッチパネル装置を備えた表示装置の駆動回路を示すブロック図である。図4において、この駆動回路は、タッチパネル10およびタッチパネル10に接続されたタッチパネルコントローラ20と、LCD(Liquid Crystal Display)30およびLCD30に接続されたタイミングコントローラ40と、タッチパネルコントローラ20およびタイミングコントローラ40に接続されたホストコントローラ50とを備えている。
タッチパネルコントローラ20は、タッチパネル10の駆動電極Txに駆動信号(センシング信号)を出力するとともに、タッチパネル10の読み出し電極Rxからスキャン信号が入力される。また、タッチパネルコントローラ20は、入力されたスキャン信号に基づいて、タッチの有無を含む座標データ信号をホストコントローラ50に出力する。
タイミングコントローラ40は、ホストコントローラ50から入力されるクロック信号、画像データ信号および水平同期信号に基づいて、LCD10にLCD制御信号を出力し、LCD30の液晶書き込みを実行する。なお、画像データ信号には、タッチパネルコントローラ20からの座標データに基づいて、ホストコントローラ50で内部処理された画像データが含まれる。
図5は、図4に示したタッチパネル10を構成する電極を示す説明図である。図5において、タッチパネル10は、複数本の駆動電極Tx(例えば、Tx1〜Tx6センサライン)と、駆動電極Txと絶縁された複数本の読み出し電極Rx(例えば、Rx1〜Rx6センサライン)とを有している。また、タッチパネル10は、LCD30の上部に取り付けられるので、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明かつ導電性がある材料が用いられる。
図6は、図4に示したタッチパネル10において、タッチの有無による駆動電極Txと読み出し電極Rxとの相互容量の変化を示す説明図である。図6において、(a)はタッチがない場合の相互容量を示し、(b)はタッチがある場合の相互容量を示し、図中の電極間の点線は、電気力線を示している。
また、図6(a)において、タッチがない場合の駆動電極Txと読み出し電極Rxとの間の相互容量をCm1+Cm2とする。図6(b)において、タッチがある場合には、指が導電性を有しているので、指が電極となってCm2がなくなり、代わりにCt−f(駆動電極Txと指との間の静電容量)およびCr−f(指と読み出し電極Rxとの間の静電容量)が発生する。
図7は、図6に示したタッチパネル10の静電容量の等価回路を示す回路図である。図7において、(a)はタッチがない場合の等価回路を示し、(b)はタッチがある場合の等価回路を示している。図7において、駆動電極Txのセンサラインに付く付加容量をCtxとし、読み出し電極Rxのセンサラインに付く付加容量をCrxとする。
また、図7(a)において、タッチがない場合の駆動電極Txと読み出し電極Rxとの間の相互容量は、図6(a)に示したように、Cm1+Cm2である。また、図7(b)において、タッチされることによって、図6(b)に示したように、Cm2がなくなり、指との間に発生するCt−fおよびCr−fが付加される。
図8は、図7に示した等価回路から、過渡応答を考慮しない電圧に関係する部分のみを抽出した等価回路を示す回路図である。図8において、(a)はタッチがない場合の等価回路を示し、(b)はタッチがある場合の等価回路を示している。
また、図8(a)において、タッチがない場合に、読み出し電極Rxに現れる電圧Vrxは、次式(1)で表される。
(Cm1+Cm2)×(Vtx−Vrx)=Crx×Vrx
Vrx=(Cm1+Cm2)/(Cm1+Cm2+Crx)×Vtx・・・(1)
続いて、図8(b)において、タッチがある場合に、読み出し電極Rxに現れる電圧Vrx’は、次式(2)で表される。
Cm1(Vtx−Vrx)=(Crx+Cr−f)×Vrx’
Vrx’=Cm1/(Cm1+Crx+Cr−f)×Vtx・・・(2)
また、読み出し電極Rxに現れる電圧Vrxと電圧Vrx’との関係は、次式(3)で表される。
Vrx:Vrx’
=(Cm1+Cm2)/(Cm1+Cm2+Crx):Cm1/(Cm1+Crx+Cr−f)
=(Cm1+Cm2)×(Cm1+Crx+Cr−f):Cm1×(Cm1+Cm2+Crx)
=Cm1+Cm1×Cm2+Cm1×Crx+Cm1×Cr−f+Cm2×Crx+Cm2×Cr−f:Cm1+Cm1×Cm2+Cm1×Crx・・・(3)
ここで、Cm1+Cm1×Cm2+Cm1×Crx=Csumとすると、上記式(3)は、次式(4)で表される。
Vrx:Vrx’=Csum+Cm1×Cr−f+Cm2×Crx+Cm2×Cr−f:Csum・・・(4)
式(4)から、読み出し電極Rxに現れる電圧Vrxと電圧Vrx’とは、Vrx>Vrx’の関係にあることがわかる。
図9は、図7に示した等価回路の駆動電極Txに、パルス電圧Vtxの駆動信号を印加した場合の、読み出し電極Rxに現れる電圧を示す説明図である。図9において、(a)は駆動電極Txの電圧を示し、(b)はタッチがない場合の読み出し電極Rxの電圧を示し、(c)はタッチがある場合の読み出し電極Rxの電圧を示している。
図9より、図8で説明したように、タッチがある場合の電圧Vrx’は、タッチがない場合の電圧Vrxよりも小さくなることがわかる。また、図9において、電圧Vrxと電圧Vrx’との差ΔVrxは、実際には小さい値なので、1フレームで駆動電極Txに複数のパルス電圧Vtxを印加し、電圧差ΔVrxを複数回積分することで、タッチの有無を検出している。
図10は、図4に示したタッチパネルコントローラ20の構成を詳細に示すブロック図である。図10において、タッチパネルコントローラ20は、Txパルス発生部21、Rx検出部22、座標計算部23およびタッチなしメモリ24を有している。また、Rx検出部22は、積分回路22aおよびA/D変換部22bを含んでいる。
Txパルス発生部21は、複数のパルス電圧Vtxを、図5に示した駆動電極Txの各センサラインに印加する。Rx検出部22は、各Txセンサライン単位で印加された複数のパルス電圧Vtxを、図7に示した等価回路を通してスキャン信号として検出し、検出されたデータを積分回路22aで積分した後に、積分結果をA/D変換部22bでA/D変換して出力する。
図11は、図10に示した座標計算部23によるタッチポイントの検出を具体的に説明するための図である。図11を参照して、座標計算部23は、Rx検出部22で得られた検出データと、タッチなしメモリ24に記憶されたタッチなし記憶データ(所定のベースデータ)との差分をとって、差分データを生成する。
また、座標計算部23は、生成された差分データがあらかじめ定められた一定の閾値以上である場合には、タッチがあるものとみなしてタッチポイントの座標を計算し、座標データ信号を出力する。なお、タッチなし記憶データは、タッチがない状態のデータとして、あらかじめタッチなしメモリ24に記憶されたデータである。
以下、図12のフローチャートを参照しながら、図10に示したタッチパネルコントローラ20の処理について説明する。なお、図12のフローチャートは、1フレーム分の処理を示している。
まず、Txパルス発生部21およびRx検出部22は、駆動電極Txの各センサラインをスキャン(各センサラインにパルス電圧Vtxを印加)するとともに、読み出し電極Rxから検出データを取得する(ステップS1)。
続いて、座標計算部23は、Rx検出部22からの検出データとタッチなしメモリ24に記憶されたタッチなし記憶データとの差分をとって、差分データを生成する(ステップS2)。
次に、座標計算部23は、生成された差分データに基づいて、タッチの有無を判定する(ステップS3)。
ステップS3において、タッチがある(すなわち、Yes)と判定された場合には、座標計算部23は、タッチポイントの座標を計算し、座標データ信号を出力して(ステップS4)、ステップS1に移行する。
一方、ステップS3において、タッチがない(すなわち、No)と判定された場合には、座標計算部23は、タッチポイントの座標を計算することなく、ステップS1に移行する。
ここで、あるフレームで、ステップS1において駆動電極Txの各センサラインがスキャンされ、次のフレームで、再びステップS1において駆動電極Txの各センサラインがスキャンされるまでの間隔(周期)は、60〜120Hzであり、この間隔毎に、タッチの有無が検出され、タッチポイントの座標が計算される。
特開2010−232162号公報
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
静電容量方式のタッチパネル装置では、圧力による接触を感知する抵抗膜方式とは異なり、非導電性の手袋等(以下、単に「手袋」とも称する)を着用した状態で、タッチポイントを検出することが困難になる。
図13は、従来の静電容量方式のタッチパネル装置におけるタッチ信号を、素手の状態と手袋を着用した状態とで比較して示す説明図である。なお、タッチ信号は、座標計算部23によって生成された差分データである。図13において、手袋着用時のタッチ信号は、信号レベルが低く、ノイズ等の影響を考慮して設定された閾値に達しないので、タッチポイントを検出することができない。
ここで、手袋着用時にタッチ信号の信号レベルが低くなるのは、手袋を着用することによって、タッチがない場合に読み出し電極Rxに現れる電圧Vrxと、タッチがある場合に読み出し電極Rxに現れる電圧Vrx’との差が小さくなることによる(上述した図8参照)。
図14は、従来の静電容量方式のタッチパネル装置において、手袋を着用した状態でタッチした場合の駆動電極Txと読み出し電極Rxとの相互容量の変化を示す説明図である。図14において、非導電性の手袋を介することにより、指と読み出し電極Rxとの間の距離が広がるので、静電容量Cr−fが小さくなる(Cr−f_g)。
すなわち、上記式(4)(Vrx:Vrx’=Csum+Cm1×Cr−f+Cm2×Crx+Cm2×Cr−f:Csum)において、電圧Vrxと電圧Vrx’との差異の要因である静電容量Cr−fが小さくなるので、タッチ信号が小さくなる。
なお、タッチ信号の信号レベルを高くする方法として、電圧Vrx’の絶対値を大きくするために、パルス電圧Vtxを高くすることが考えられる。しかしながら、これは、消費電力が大きくなることから、実現困難である。
また、別の方法として、駆動電極Txの各センサラインに印加する1フレーム中のパルス数を増やして、積分数を多くすることが考えられる。しかしながら、この場合には、図12に示したフローチャートの周期60〜120Hzを達成することが困難である。
そのため、冬場等気温が低い季節では、手袋を外してから操作を行う必要があったり、導電性の繊維を織り込んだ特別な手袋を購入する必要があったりして、利用者の利便性が低いという問題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、非導電性の手袋を着用した状態であっても、タッチポイントを検出することができ、利用者の利便性を向上させることができるタッチパネル装置およびタッチ検出方法を得ることを目的とする。
この発明に係るタッチパネル装置は、静電容量方式のタッチパネルを備えたタッチパネル装置であって、タッチパネルの各センサで検出されたデータと、所定のベースデータとの差分をとって、1フレーム分の差分データを生成するとともに、差分データに基づいて、タッチの有無を検出する座標計算部と、差分データが記憶される積算メモリと、を備え、座標計算部は、1フレーム分の差分データを閾値と比較して、1フレーム分の差分データが閾値以上の場合には、利用者の素手によるタッチが検出された場合であって、タッチポイントの座標を計算し、1フレーム分の差分データを閾値と比較して、1フレーム分の差分データが閾値よりも小さい場合には、非導電性物体によるタッチが検出された場合であって、積算メモリにこの差分データを記憶するとともに、積算メモリに所定回数積算した差分データに基づいて、積算された差分データを閾値と比較してタッチの有無を検出するものである。
この発明に係るタッチ検出方法は、静電容量方式のタッチパネルを備えたタッチパネル装置で実行されるタッチ検出方法であって、タッチパネルの各センサで検出されたデータと、所定のベースデータとの差分をとって、1フレーム分の差分データを生成する差分データ生成ステップと、1フレーム分の差分データを閾値と比較して、1フレーム分の差分データが閾値以上の場合には、利用者の素手によるタッチが検出された場合であって、1フレーム分の差分データに基づいてタッチポイントの座標を計算する座標計算ステップと、1フレーム分の差分データを閾値と比較して、1フレーム分の差分データが閾値よりも小さい場合には、非導電性物体によるタッチが検出された場合であって、この差分データをメモリに記憶させる記憶ステップと、メモリに所定回数積算した差分データに基づいて、積算された差分データを閾値と比較してタッチの有無を検出する検出ステップと、を有するものである。
この発明に係るタッチパネル装置およびタッチ検出方法によれば、1フレーム分の差分データに基づいてタッチが検出された場合に、タッチポイントの座標を計算し、1フレーム分の差分データに基づいてタッチが検出されない場合に、この差分データを記憶するとともに、少なくとも2回以上積算した差分データに基づいて、タッチの有無を検出する。
そのため、非導電性の手袋を着用した状態であっても、タッチポイントを検出することができ、利用者の利便性を向上させることができる。
この発明に係るタッチパネル装置およびタッチ検出方法の要旨を説明するための図である。 この発明の実施の形態1に係るタッチパネル装置のタッチパネルコントローラの構成を詳細に示すブロック図である。 図2に示したタッチパネルコントローラの処理を示すフローチャートである。 従来の静電容量方式のタッチパネル装置を備えた表示装置の駆動回路を示すブロック図である。 図4に示したタッチパネルを構成する電極を示す説明図である。 図4に示したタッチパネルにおいて、タッチの有無による駆動電極と読み出し電極との相互容量の変化を示す説明図である。 図6に示したタッチパネルの静電容量の等価回路を示す回路図である。 図7に示した等価回路から、過渡応答を考慮しない電圧に関係する部分のみを抽出した等価回路を示す回路図である。 図7に示した等価回路の駆動電極に、パルス電圧Vtxの駆動信号を印加した場合の、読み出し電極に現れる電圧を示す説明図である。 図4に示したタッチパネルコントローラの構成を詳細に示すブロック図である。 図10に示した座標計算部によるタッチポイントの検出を具体的に説明するための図である。 図10に示したタッチパネルコントローラの処理を示すフローチャートである。 従来の静電容量方式のタッチパネル装置におけるタッチ信号を、素手の状態と手袋を着用した状態とで比較して示す説明図である。 従来の静電容量方式のタッチパネル装置において、手袋を着用した状態でタッチした場合の駆動電極と読み出し電極との相互容量の変化を示す説明図である。
以下、この発明に係るタッチパネル装置およびタッチ検出方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
まず、図1を参照しながら、この発明の要旨について説明する。図1は、この発明に係るタッチパネル装置およびタッチ検出方法の要旨を説明するための図である。図1において、上述したように、非導電性の手袋を着用した状態では、1フレームあたりのタッチ信号の信号レベルが低くなる。
しかしながら、図1に示したように、手袋を着用した状態であっても、複数フレーム分のタッチ信号を積算することにより、タッチ信号の合計値が閾値を超えることができる。したがって、非導電性の手袋を着用した状態であっても、タッチポイントを検出することができる。
図2は、この発明の実施の形態1に係るタッチパネル装置のタッチパネルコントローラ20Aの構成を詳細に示すブロック図である。図2において、このタッチパネルコントローラ20Aは、図10に示した座標計算部23に代えて、座標計算部23Aを有し、積算メモリ25をさらに有している。タッチパネルコントローラ20Aのその他の構成は、図10に示したものと同様なので、説明を省略する。
座標計算部23Aは、Rx検出部22で得られた検出データと、タッチなしメモリ24に記憶されたタッチなし記憶データとの差分をとって、1フレーム分の差分データ(1フレーム分のタッチ信号)を生成する。また、座標計算部23Aは、1フレーム分のタッチ信号が閾値以上である場合には、タッチポイントの座標を計算し、座標データ信号を出力する。
一方、座標計算部23Aは、1フレーム分のタッチ信号でタッチポイントを検出できなかった場合には、タッチ信号を積算メモリ25に記憶するとともに、積算メモリ25にn(nは、任意に設定される2以上の整数)回積算したタッチ信号に基づいて、タッチの有無を検出する。なお、座標計算部23Aは、n回積算したタッチ信号によってもタッチポイントを検出できない場合には、積算メモリ25をリセットする。
以下、図3のフローチャートを参照しながら、図2に示したタッチパネルコントローラ20Aの処理について説明する。なお、図3のフローチャートは、1フレーム分の処理を示している。
まず、Txパルス発生部21およびRx検出部22は、駆動電極Txの各センサラインをスキャン(各センサラインにパルス電圧Vtxを印加)するとともに、読み出し電極Rxから検出データを取得する(ステップS1)。
続いて、座標計算部23は、Rx検出部22からの検出データとタッチなしメモリ24に記憶されたタッチなし記憶データとの差分をとって、差分データを生成する(ステップS2)。
次に、座標計算部23Aは、生成された差分データに基づいて、タッチの有無を判定する(ステップS3)。
ステップS3において、タッチがある(すなわち、Yes)と判定された場合には、座標計算部23Aは、タッチポイントの座標を計算し、座標データ信号を出力する(ステップS4)。
続いて、座標計算部23Aは、積算メモリ25をリセットして(ステップS5)、ステップS1に移行する。
一方、ステップS3において、タッチがない(すなわち、No)と判定された場合には、座標計算部23Aは、タッチ信号(差分データ)を積算メモリ25に記憶する(ステップS6)。
次に、座標計算部23Aは、タッチ信号をn回積算したか否かを判定する(ステップS7)。
ステップS7において、n回積算した(すなわち、Yes)と判定された場合には、座標計算部23Aは、n回積算したタッチ信号に基づいて、タッチの有無を判定する(ステップS8)。
ステップS8において、タッチがある(すなわち、Yes)と判定された場合には、ステップS4に移行して、座標計算部23Aは、タッチポイントの座標を計算し、座標データ信号を出力する。
一方、ステップS8において、タッチがない(すなわち、No)と判定された場合には、座標計算部23Aは、積算メモリ25をリセットして(ステップS9)、ステップS1に移行する。
また、ステップS7において、n回積算していない(すなわち、No)と判定された場合には、座標計算部23Aは、タッチポイントの座標を計算することなく、ステップS1に移行する。
このように、複数フレーム分のタッチ信号を積算することにより、パルス電圧Vtxを高くすることなく、また、通常のタッチポイントの検出では、図3に示したフローチャートの周期60〜120Hzを維持したままで、現在は検出することができない非導電性の手袋を着用した状態のタッチポイントを検出することができる。
以上のように、実施の形態1によれば、1フレーム分の差分データに基づいてタッチが検出された場合に、タッチポイントの座標を計算し、1フレーム分の差分データに基づいてタッチが検出されない場合に、この差分データを記憶するとともに、少なくとも2回以上積算した差分データに基づいて、タッチの有無を検出する。
そのため、利用者がタッチパネルを操作するために、着用していた手袋を外すという煩雑な作業から解放されるとともに、導電性の手袋を購入しなければならないという選択の自由の制限から解放される。
したがって、非導電性の手袋を着用した状態であっても、タッチポイントを検出することができ、利用者の利便性を向上させることができる。
10 タッチパネル、20、20A タッチパネルコントローラ、21 Txパルス発生部、22 Rx検出部、22a 積分回路、22b 変換部、23 座標計算部、24 タッチなしメモリ、25 積算メモリ、40 タイミングコントローラ、50 ホストコントローラ。

Claims (4)

  1. 静電容量方式のタッチパネルを備えたタッチパネル装置であって、
    前記タッチパネルの各センサで検出されたデータと、所定のベースデータとの差分をとって、1フレーム分の差分データを生成するとともに、差分データに基づいて、タッチの有無を検出する座標計算部と、
    差分データが記憶される積算メモリと、を備え、
    前記座標計算部は、
    前記1フレーム分の差分データを閾値と比較して、前記1フレーム分の差分データが前記閾値以上の場合には、利用者の素手によるタッチが検出された場合であって、前記1フレーム分の差分データに基づいてタッチポイントの座標を計算し、
    前記1フレーム分の差分データを前記閾値と比較して、前記1フレーム分の差分データが前記閾値よりも小さい場合には、非導電性物体によるタッチが検出された場合であって、前記積算メモリにこの差分データを記憶するとともに、前記積算メモリに所定回数積算した差分データに基づいて、積算された前記差分データを前記閾値と比較してタッチの有無を検出する
    タッチパネル装置。
  2. 前記座標計算部は、前記1フレーム分の差分データに基づいてタッチが検出された場合に、前記積算メモリをリセットする
    請求項1に記載のタッチパネル装置。
  3. 前記座標計算部は、前記積算メモリに所定回数積算した差分データによっても、タッチが検出されない場合に、前記積算メモリをリセットする
    請求項1または請求項2に記載のタッチパネル装置。
  4. 静電容量方式のタッチパネルを備えたタッチパネル装置で実行されるタッチ検出方法であって、
    前記タッチパネルの各センサで検出されたデータと、所定のベースデータとの差分をとって、1フレーム分の差分データを生成する差分データ生成ステップと、
    前記1フレーム分の差分データを閾値と比較して、前記1フレーム分の差分データが前記閾値以上の場合には、利用者の素手によるタッチが検出された場合であって、前記1フレーム分の差分データに基づいてタッチポイントの座標を計算する座標計算ステップと、
    前記1フレーム分の差分データを前記閾値と比較して、前記1フレーム分の差分データが前記閾値よりも小さい場合には、非導電性物体によるタッチが検出された場合であって、この差分データをメモリに記憶させる記憶ステップと、前記メモリに所定回数積算した差分データに基づいて、積算された前記差分データを前記閾値と比較してタッチの有無を検出する検出ステップと、
    を有するタッチ検出方法。
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