JP2015001788A

JP2015001788A - 検出装置及び検出方法

Info

Publication number: JP2015001788A
Application number: JP2013125084A
Authority: JP
Inventors: 信道高場; Nobumichi Takaba; 隆幸田尻; Takayuki Tajiri; 山方　崇嗣; Takatsugu Yamagata; 崇嗣山方; 夏樹小松; Natsuki Komatsu; 辰吾有川; Shingo Arikawa
Original assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Current assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2015-01-05

Abstract

【課題】より簡易な構成で、検出対象のより高精度な位置検出を行うことのできる、検出装置及び検出方法を提供する。
【解決手段】検出装置であって、第１の方向に延伸して配置された第１の電極部と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配置された第２の電極部と、を含むタッチパネルと、前記第１の電極部にパルス信号を出力するパルス生成手段と、前記第１の電極部と第２の電極部との間の容量変化及び前記パルス信号に応じて前記第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記タッチパネルへのタッチ位置を検出する第１の検出と、所定の周波数の駆動信号を発生するペンと前記タッチパネルとの距離に応じて前記第１及び第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記ペンの位置を検出する第２の検出と、を時分割で行う検出手段と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、検出装置及び検出方法に関する。

例えば、指によりタッチされた座標を検出する指検出部と、ペンによって指示された座標位置を検出するペン検出部とを有し、指入力とペン入力とを同時に行うことが可能な座標入力装置が知られている。具体的には、当該座標入力装置においては、指検出部は、静電容量方式のデバイスで形成され、主にＸＹ方向に配列された導電体を含む。また、ペン検出部は、電磁誘導方式の検出デバイスであって、主にＸＹ方向に交差して配置したループコイルを含む（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−１８６５５０号公報

しかしながら、上記のような座標入力装置においては、検出方式に応じ、静電センサ及び電磁誘導コイルセンサを要する。具体的には、例えば、上記従来技術においては、Ｘ方向及びＹ方向に配列された導電体、及び、Ｘ方向及びＹ方向に交差して配置したループコイルを要する。したがって、装置の構造が複雑となる。また、異なる層に異なる種類のセンサが配置されることから、検出面からより深い層に配置されたセンサによる高精度な検出が困難になる場合がある。更に、例えば、表示装置に当該座標入力装置を用いる場合には、表示装置の表示領域の透過率が低下する場合がある

本発明は、上記課題に鑑みて、より簡易な構成で、検出対象のより高精度な位置検出を行うことのできる、検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の検出装置は、第１の方向に延伸して配置された第１の電極部と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配置された第２の電極部と、を含むタッチパネルと、前記第１の電極部にパルス信号を出力するパルス生成手段と、前記第１の電極部と第２の電極部との間の容量変化及び前記パルス信号に応じて前記第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記タッチパネルへのタッチ位置を検出する第１の検出と、所定の周波数の駆動信号を発生するペンと前記タッチパネルとの距離に応じて前記第１及び第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記ペンの位置を検出する第２の検出と、を時分割で行う検出手段と、を含むことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の検出装置において、前記検出手段は、前記第１及び第２の電極部から出力される電圧信号を所定の基準値に基づいて１ビットサンプリングする１ビットサンプリング手段と、前記１ビットサンプリング結果に基づいて、各電圧信号が所定の基準値を超えた時間をカウントするカウント手段と、前記検出手段は、前記カウント時間に基づいて、前記ペンの位置を検出する位置検出部と、を含むことを特徴とする。

（３）上記（２）に記載の検出装置は、更に、前記カウント時間に基づいて、前記ペンと前記タッチパネルとの距離を算出する距離算出手段を含む、ことを特徴とする。

（４）上記（３）に記載の検出装置は、更に、前記算出された距離が所定の距離以下か否かを判定する判定手段を含み、前記判定手段が前記所定の距離以下と判定している間は、前記検出手段は、前記第１の検出を停止し、前記第２の検出を行うことを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の検出装置において、前記第１の電極部と前記第２の電極部は、絶縁層を介して離間して配置されることを特徴とする。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の検出装置において、前記第１の電極部は、前記第１の方向に並べて配置された複数の第１の電極を含み、前記第２の電極部は、前記第２の方向に並べて配置された複数の第２の電極を含み、前記パルス生成手段は、順に前記複数の第１の電極に前記パルス信号を出力することを特徴とする。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の検出装置を含む表示装置であることを特徴とする。

（８）本発明の検出方法は、第１の方向に延伸して配置された第１の電極部と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配置された第２の電極部と、を含むタッチパネルと、前記第１の電極部にパルス信号を出力するパルス生成手段と、を含む検出装置において、前記第１の電極部と第２の電極部との間の容量変化及び前記パルス信号に応じて第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記タッチパネルへのタッチの有無を検出する第１の検出ステップと、所定の周波数の駆動信号を発生するペンと前記タッチパネルとの距離に応じて前記第１及び第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記ペンの位置を検出する第２の検出ステップと、を含み、前記第１の検出ステップと前記第２の検出ステップは時分割で交互に行われる、ことを特徴とする。

本実施の形態における検出装置の構成の概要について説明するための図である。図１に示したＸ電極、Ｙ電極の形状の一例について示す図である。図２の点線で囲んだ部分の一部を拡大した概略図である。図２のＩＶ−ＩＶ断面の概略の一例を示す図である。専用ペンの駆動信号について説明するための図である。専用ペンからの駆動信号に基づく検出信号について説明するための図である。パルス生成部から出力されるパルス信号について説明するための図である。パルス信号に基づく検出信号について説明するための図である。検出装置の検出信号について説明するための図である。図９に対応するパルス信号を表す図である。図９に対応する駆動信号を表す図である。図９の一部を拡大した検出信号を表す図である。検出装置の回路構成の一部の具体的構成の一例を表す図である。検出部１０４の機能的構成の一例を表す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施の形態における検出装置の構成の概要について説明するための図である。図１に示すように、検出装置１００は、例えば、タッチパネル１０１、制御部１０２、パルス生成部１０３、検出部１０４を含む。なお、タッチパネル１０１を除く各部１０２乃至１０４は、例えば、ＬＳＩ(Large Stage Integration)やＦＰＧＡ（Field programmable gate array）を用いて形成してもよい。

タッチパネル１０１は、例えば、いわゆる静電容量方式のタッチパネルであって、Ｘ方向（行方向）に延伸して配置された複数のＸ電極１０６と、Ｙ方向に延伸して配置された複数のＹ電極１０７を含む。具体的には、例えば、図１の上方から見て、Ｘ電極１０６及びＹ電極１０７は、互いに略直交するように略等間隔で配置される。

Ｘ電極１０６、Ｙ電極１０７は、例えば、図１に示すような棒状の他、例えば、図２に示すように、矩形形状の電極がその２の頂点付近で連続して形成される、いわゆるダイヤモンド構造で構成されてもよいし、その他の形状であってもよい。

図３は、図２の点線で囲んだ部分の一部を拡大した概略図である。図３に示すように、Ｘ電極１０６は、矩形形状のＸ電極部３０１がＸ配線部３０２で順次接続された形状を有する。同様に、Ｙ電極１０７は、矩形形状のＹ電極部３０３がＹ配線部３０４で順次接続された形状を有する。また、Ｘ電極１０６及びＹ電極１０７は層間絶縁層４０３を介して、離間して配置される。

具体的には、図４に示すように、例えば、Ｘ電極１０６は図４の下側絶縁層４０１に配置され、Ｙ電極１０７は、上側絶縁層４０２に配置される。また、Ｘ電極１０６とＹ電極１０７は、例えば、上側絶縁層４０２と下側絶縁層４０１の間に配置された層間絶縁層４０３を介して離間して配置される。なお、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面の概略の一例を示す図である。

制御部１０２は、パルス生成部１０３及び検出部１０４を制御する。具体的には、制御部１０２は、主に、検出部１０４がタッチパネル１０１へのタッチの有無を検出する第１の検出、及び、所定の駆動周波数を発生する専用ペンのタッチパネル１０１に対する位置を検出する第２の検出を時分割で行うよう、パルス生成部１０３及び検出部１０４を制御する。また、後述するように、第１の検出を行わない期間には、パルス生成部１０３にパルス信号の出力の停止する制御信号を出力する。

パルス生成部１０３は、制御部１０２からの制御信号に基づいて、複数のＸ電極１０６へ、パルス信号を順に出力する。具体的には、例えば、図１に示すＸ_１電極１０６乃至Ｘ_ｎ電極１０６に順にパルス信号を出力する。ここで、ｎは１以上の整数である。

検出部１０４は、時分割で第１の検出及び第２の検出を行う。ここで、上記のように、指等の対象物のタッチパネル１０１の検出面へのタッチによるＸ電極１０６とＹ電極１０７との静電容量の変化に基づくタッチ位置の検出を第１の検出といい、専用ペンとタッチパネル１０１との距離に応じた専用ペンの位置の検出を第２の検出という。つまり、第１の検出は、いわゆる静電容量方式の検出であり、第２の検出はいわゆる電磁誘導方式の検出に相当する。なお、下記においては、理解の容易化のため、図５乃至図８を用いて説明する。また、説明の簡略化のため、主に、１のＸ電極１０６及び１のＹ電極１０７でタッチパネル１０１が形成されている場合を例として説明する。しかしながら、本実施の形態は下記に限られるものではないことはいうまでもない。

まず、電磁誘導方式の第２の検出の概要について説明する。専用ペンは、例えば、電磁誘導方式の専用ペンであって、図５に示すような所定の周波数の駆動信号を出力する。これにより、Ｘ電極１０６及びＹ電極１０７には、電圧信号が生じ、例えば、図６に示すよう検出信号が検出される。ここで、タッチパネル１０１と専用ペンとの距離に応じて、Ｘ電極１０６及びＹ電極１０７に生じる検出信号の振幅が異なる。これにより、検出部１０４は、専用ペンの位置を検出するとともに、タッチパネル１０１と専用ペンの間の距離を算出する。なお、専用ペンの構成の詳細については、周知であることから説明を省略する。

次に、静電容量方式の第１の検出の概要について説明する。上記のように、パルス生成部１０３は、例えば、図７に示すように、Ｘ電極１０６にパルス信号（駆動信号）を供給する。当該パルス信号により、Ｘ電極１０６とＹ電極１０７との間に生じる静電容量に電荷がチャージされ電圧値が増加する。この際、例えば、所定の基準電圧に達するまでの時間を計測することにより、タッチの有無を検出する。

具体的には、例えば、タッチパネル１０１がタッチされると、タッチされた指に電荷が流れ込むため、基準電圧に達するまでの時間が長くなる。このときの様子を一例として図８に示す。なお、図８においては、実線が、タッチがされていない場合にＸ電極１０６またはＹ電極１０７に生じた電圧波形として検出された検出信号を示し、破線がタッチされている場合におけるＸ電極またはＹ電極１０７に生じる電圧波形として検出された検出信号を示す。そして、図８に示すように、タッチの有無により基準電圧に達するまでの時間が異なることから、検出部１０４は、当該時間の相違に基づいて、タッチされた位置を検出する。

ここで、本実施の形態においては、例えば、図９に示すように、検出部１０４は、上記の第１及び第２の検出を時分割で交互に行う。よって、図９に示すように、第１の検出の際にも、専用ペンからの駆動信号に応じて、図８に示した電圧波形に専用ペンからの駆動信号に応じて生じる信号（ノイズ成分）が重畳される。なお、図９においては、第１の検出が行われる期間を「静電」として示し、第２の検出が行われる期間を「ＥＭ」として示す。

しかしながら、専用ペンがタッチパネル１０１から所定の距離以上離れている場合には、図９に示すように、ノイズ成分は図８に示した波形と比べて小さいことから、第１の検出によるタッチの有無の検出が可能となる。なお、図９は、一例として、図１０に示したパルス信号（静電（Ｔｘ））及び図１１に示した専用ペンの駆動信号（ＥＭ（Ｔｘ））で駆動された場合における検出信号（Ｒｘ）を示す。

また、第２の検出期間（ＥＭ）においては、図９に示すように、パルス信号は出力されないため、専用ペンからの駆動信号に基づく信号のみが検出される。よって、上記のように、タッチパネル１０１と専用ペンとの距離に応じて、Ｘ電極１０６及びＹ電極１０７に生じる検出信号の振幅が異なる点に基づいて、専用ペンの位置等を検出する。この点については、図１２を用いてより具体的に説明する。

図１２は、図９の一部９０１を拡大した検出信号を表す図である。なお、図９においては、説明の便宜のため、例えば、点線で、専用ペンとタッチパネル１０１との距離がより近い場合における検出信号を破線で示す。図９に示すように、専用ペンとタッチパネル１０１が所定の距離にある場合、閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きい電圧値を有する時間１２１は、上記点線で示した場合における閾値より大きい電圧値を有する時間１２２よりも、小さい。よって、当該時間差に基づいて、専用ペンとタッチパネル１０１との距離や位置を検出することができる。

次に、検出装置１００の回路構成の一部の具体的構成の一例について説明する。図１３に示すように、制御部１０２、パルス生成部１０３、検出部１０４は、１のＦＰＧＡまたはＬＳＩ等の信号処理部で形成される。図１３に示すように、信号処理部１２０は、トランジスタや抵抗等を含んで形成される。なお、図１２においては、タッチパネル１０１については、可変コンデンサとして示す。また、図１２においては、模式的に、専用ペンからの駆動信号、タッチパネルに出力されるパルス信号、静電容量方式の第１の検出による検出信号、及び電磁誘導方式の第２の検出による検出信号を示す。

図１３に示すように、タッチパネル１０１にパルス信号が出力されるとともに、電磁誘導方式の専用ペンからは所定の周波数の駆動信号が出力される。これにより、専用ペンに基づいて生じる信号（図１２においては「ＥＭ（Ｒｘ）」）、及び、パルス信号に基づいて生じる信号（図１２においては「静電（Ｒｘ）」）が検出される。

そして、図１２に示すようにＥＭ（Ｒｘ）と、ＥＭ（Ｒｘ）及び静電（Ｒｘ）とを、それぞれ別のトランジスタを用いて増幅し、検出方式毎に位置検出を行う。ここで、例えば、それぞれバンドバスフィルタを用いて、各検出における検出周波数以外の信号成分を除去する。これにより、互いに干渉せず、より高精度な位置検出を行うことができる。また、上記回路構成は一例であって、本実施の形態はこれに限定されるものではない。

次に、図１４を用いて、検出部１０４の機能的構成の一例について説明する。具体的には、検出部１０４は、例えば、図１３に示すように、機能的に、レベル調整部１０８、１ビットサンプリング部１０９、カウント部１１０、距離算出部１１１、判定部１１２、位置検出部１１３、検出タイミング設定部１１４を含む。なお、図１４に示した構成は一例であって、本実施の形態はこれに限られるものではない。

レベル調整部１０８は、複数のＸ電極１０６及び複数のＹ電極１０７に出力される各電圧信号の電圧レベルを調整する。具体的には、レベル調整部１０８は、例えば、後述する１ビットサンプリング部１０９の基準電圧に応じて、Ｘ電極１０６及びＹ電極１０７の電圧レベルを調整する。なお、レベル調整部１０８は、例えば、アンプを用いて増幅することにより電圧レベルをオフセットすることにより調整してもよいし、または、抵抗を用いて電圧レベルをオフセットすることにより調整してもよい。

１ビットサンプリング部１０９は、例えば、所定の基準値に基づいて、上記レベル調整部１０８から出力される各電圧信号を１ビットサンプリングする。具体的には、例えば、電圧信号が、当該所定の基準値以上の場合にはハイ電圧を、所定の基準値以下の場合にはハイ電圧より低いロー電圧を出力する。なお、上記所定の基準値は、例えば、上記第１の検出及び第２の検出で異なり、以下第１の検出で用いられる基準値を第１の基準値といい、第２の検出で用いる基準値を第２の基準値という。

カウント部１１０は、１ビットサンプリングされた結果に基づいた時間を計測する。例えば、カウント部１１０は、第１の検出においては、電圧信号の立ち上がりから電圧信号が上記第１の基準値に達するまでの時間を計測する。

また、第２の検出においては、例えば、電圧信号が第２の基準値以上である時間を計測する。具体的には、例えば、上記のように、タッチパネル１０１と専用ペンとの間の距離に応じて、振幅が異なることから、閾値電圧Ｖ_ＴＨを超えている期間が上記距離に応じて異なる。よって、上記第２の基準値以上の時間が専用ペンとの距離に応じて異なり、異なる時間が計測される。なお、上記第２の基準値は、例えば、図１２における閾値電圧Ｖ_ＴＨに対応する。

距離算出部１１１は、第２の検出において計測された時間に基づいて、タッチパネル１０１と専用ペンとの距離を計測する。具体的には、例えば、第２の検出においては、複数のＸ電極１０６及び複数のＹ電極１０７についてカウント部１１０で複数の時間が計測されるが、そのうちＸ電極１０６及びＹ電極１０７それぞれの最大の時間に基づいて距離を計測するように構成する。

検出タイミング設定部１１４は、例えば、タイマーカウンタであって、制御部１０２から、制御信号を取得する。そして、検出タイミング設定部１１４は、当該制御信号に基づいて、第１の検出を行う際における各電圧信号の検出タイミングを位置検出部１１３に出力する。

判定部１１２は、上記距離が所定の距離以上か否かを判定する。制御部１０２は、前記判定結果に応じて、第１の検出を停止し、第２の検出を行うようパルス生成部１０３及び検出部１０４に指示する。これにより、ペンとタッチパネル１０１の距離が所定の距離以下である場合には、検出部１０４は、第２の検出のみを行い第１の検出は行わない。一方、ペンとタッチパネル１０１の距離が所定の距離より大きい場合に、検出部１０４は、時分割で第１の検出及び第２の検出を行う。

位置検出部１１３は、カウント部によりカウントされた計測時間に基づいて、対象物のタッチ位置またはペンの位置の検出を行う。なお、図９においては、上記レベル調整部１０８から出力される１の電圧信号を示しているが、各電圧信号について上記のようにタッチの有無が検出されることにより、タッチパネル１０１のタッチ位置が検出される。

具体的には、制御部１０２から第１の検出が指示されている期間においては、検出タイミング設定部１１４からの検出タイミングにおける電圧信号の立ち上がりから電圧信号が上記第１の基準値に達するまでの時間が所定の時間以上の場合にタッチされたと判断し、当該位置を検出する。

また、制御部１０２から第２の検出が指示されている期間においては、例えば、位置検出部１１３は、Ｘ方向及びＹ方向の各電極位置に対応する計測された時間の分布に応じて専用ペンの位置を検出する。より具体的には、例えば、ｋ番目のＸ電極１０６、ｌ番目のＹ電極１０７に対応する計測時間が最も大きい場合には、当該ｋ番目のＸ電極１０６及びｌ番目のＹ電極１０７に対応する位置を専用ペンの位置として検出する。なお、ｋ及びｌはそれぞれ自然数を表す。

本実施の形態によれば、より簡易な構成で、より高精度な検出対象の位置検出を行うことのできる、検出装置１００を提供することができる。具体的には、例えば、図１乃至図４に示したような静電容量方式のタッチパネル１０１において、専用ペンを用いた電磁誘導方式の専用ペンの検出を行うことができる。また、上記従来技術のように、異なる層に静電容量センサ及び電磁誘導コイルを配置する必要がないことから、タッチパネル１０１の検出面からより深い位置に配置されたセンサのセンシングレベルが低下することがなく、より高精度な位置検出や距離検出を行うことができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。

例えば、上記においては、判定部１１２を設け、ペンとタッチパネル１０１の距離が所定の距離以下である場合には、検出部１０４は、第２の検出のみを行い第１の検出は行わない構成について説明したが、検出された距離にかかわらず、第１及び第２の検出を時分割で交互に行うように構成してもよい。更に、上記においては、距離を算出する構成について説明したが、距離算出部１１１を設けず、位置検出のみを行うように構成してもよい。また、当該検出装置は表示装置に含まれるように構成してもよい。なお、特許請求の範囲における第１の電極及び第２の電極は、それぞれ、例えば、上記複数のＸ電極１０６及び複数のＹ電極１０７のうち、１のＸ電極１０６及び１のＹ電極１０７に相当する。

１００検出装置、１０１タッチパネル、１０２制御部、１０３パルス生成部、１０４検出部、１０６Ｘ電極、１０７Ｙ電極、１０８レベル調整部、１０９１ビットサンプリング部、１１０カウント部、１１１距離算出部、１１２判定部、１１３位置検出部、１１４検出タイミング設定部。

Claims

第１の方向に延伸して配置された第１の電極部と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配置された第２の電極部と、を含むタッチパネルと、
前記第１の電極部にパルス信号を出力するパルス生成手段と、
前記第１の電極部と第２の電極部との間の容量変化及び前記パルス信号に応じて前記第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記タッチパネルへのタッチ位置を検出する第１の検出と、所定の周波数の駆動信号を発生するペンと前記タッチパネルとの距離に応じて前記第１及び第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記ペンの位置を検出する第２の検出と、を時分割で行う検出手段と、
を含むことを特徴とする検出装置。
前記検出手段は、
前記第１及び第２の電極部から出力される電圧信号を所定の基準値に基づいて１ビットサンプリングする１ビットサンプリング手段と、
前記１ビットサンプリング結果に基づいて、各電圧信号が所定の基準値を超えた時間をカウントするカウント手段と、
前記検出手段は、前記カウント時間に基づいて、前記ペンの位置を検出する位置検出部と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の検出装置。
前記検出装置は、更に、
前記カウント時間に基づいて、前記ペンと前記タッチパネルとの距離を算出する距離算出手段を含む、
ことを特徴とする請求項２記載の検出装置。
前記検出装置は、更に、
前記算出された距離が所定の距離以下か否かを判定する判定手段を含み、
前記判定手段が前記所定の距離以下と判定している間は、前記検出手段は、前記第１の検出を停止し、前記第２の検出を行うことを特徴とする請求項３記載の検出装置。
前記第１の電極部と前記第２の電極部は、絶縁層を介して離間して配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の検出装置。
前記第１の電極部は、前記第１の方向に並べて配置された複数の第１の電極を含み、
前記第２の電極部は、前記第２の方向に並べて配置された複数の第２の電極を含み、
前記パルス生成手段は、順に前記複数の第１の電極に前記パルス信号を出力する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの記載の検出装置。
前記１乃至６のいずれかに記載の検出装置を含むことを特徴とする表示装置。
第１の方向に延伸して配置された第１の電極部と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配置された第２の電極部と、を含むタッチパネルと、前記第１の電極部にパルス信号を出力するパルス生成手段と、を含む検出装置において、
前記第１の電極部と第２の電極部との間の容量変化及び前記パルス信号に応じて第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記タッチパネルへのタッチの有無を検出する第１の検出ステップと、
所定の周波数の駆動信号を発生するペンと前記タッチパネルとの距離に応じて前記第１及び第２の電極部に生じる電圧信号に基づいて前記ペンの位置を検出する第２の検出ステップと、を含み、
前記第１の検出ステップと前記第２の検出ステップは時分割で交互に行われる、
ことを特徴とする検出方法。