JP2011128754A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者がＰｒｅｓｓｅｄ−Ｃａｐ式のタッチパネルを使用した際のタッチ感度の違和感をなくし、ストレスフリーの使用感を提供することのできるタッチパネルのタッチ検出方法を得る。
【解決手段】ガラス面に加えられる押圧力により変化する静電容量の値が所定閾値以下となることで、タッチ位置の検出を行うタッチ判別処理部（１０）を備えたタッチパネル装置であって、静電容量の値のピーク値を算出するピーク判断部（１０）と、ピーク判断部で算出されたピーク値に基づいて、ヒステリシスを持たせた閾値を最新の閾値として算出する閾値コントロール部（２０）とをさらに備え、タッチ判別処理部（１０）は、閾値コントロール部で算出された最新の閾値を所定閾値として閾値処理を実行することで、タッチ位置の検出を行う
【選択図】図３

Description

本発明は、タッチ感度の改善を実現する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。

まず始めに、タッチパネルにおけるＰｒｅｓｓｅｄ ｃａｐ方式による従来のタッチパネル装置について、図面を用いて説明する。図５は、従来のタッチパネル装置におけるＰｒｅｓｓｅｄ ｃａｐ方式によるタッチ検出方法の説明図である。図５に示すように、Ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｐ方式によるタッチ検出方法においては、液晶パネル内に容量成分が設けられている。そして、この容量は、指またはペンなどによる圧力（押圧力）によって変異したパネル間距離によって変化し、その変化量を検出することにより、画面へのタッチ入力を判定している。

具体的には、指やペンでガラス面（図５における面付きＧｌａｓｓに相当）を押すことによってガラスがたわむ。これにより、ＣＬＣ２を形成するＧａｐが変移することとなる。ここで、誘電率をε、電極の面積をＳ、ＣＬＣ２を形成するＧａｐをｄ、ＣＬＣ２の電荷（静電容量）をＣとすると、Ｃとｄの関係は、下式（１）として表すことができる。
Ｃ＝ε＊Ｓ／ｄ （１）

すなわち、上式（１）に示されるように、ガラスを押したことによるたわみでｄが変化することによって、ＣＬＣ２の電荷が変化する。従って、ＣＬＣ２の電荷変化を検出することにより、タッチの有無を検出することが可能となる。

このような原理でタッチの有無を検出するために、図５に示したようなＣＬＣ２は、パネル内にマトリクス上に多数配置されている。例えば、１２８０×８００の解像度の液晶パネル内の４×４ドットに対して１つの割合でセンサを配置した場合には、１パネル当たり３２０×２００のセンサが必要となる。従って、各センサによるタッチの有無を検出することで、センサ位置に応じたタッチ位置の特定を行うことができる。

次に、指でガラスを押したことによるセンサ信号の変化について、図面を用いて説明する。図６は、従来のタッチ検出方法におけるセンサ信号の変化を示した説明図である。この図６の上段は、指でタッチした場合のセンサデータのイメージ図を示している。視覚的にわかりやすいように、何も触れていない状態のデータにオフセットを設定し、触れたときのデータを暗くなるようにして、例示している。すなわち、図６における黒い円で示された暗部は、タッチによるデータ変移があったことを示している。

一方、図６の下段は、タッチ部分のカットラインにおけるセンサ信号のデータレベルを表している。そして、従来のタッチ検出方法では、データレベルが所定の閾値を超えた場合に、タッチと判定していた。

また、別の従来技術として、一定レベル以上の操作圧力がセンサにより検知された場合にパネル押下操作と判断し、光学的に検知したパネル押下位置情報を入力情報と判断する感圧式タッチパネルがある。そして、このようなタッチパネルにおいて、操作圧力を検出するセンサの取り付け位置と、操作者のパネル押圧位置との関係で、検出感度が異なることを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

より具体的には、この特許文献１のタッチパネル装置は、パネル操作による押圧力に起因する圧電素子の出力を判別するコンパレータと、操作位置検知装置によりパネル体の操作位置を検知して所定の処理を行う処理装置と、コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部とを備えている。そして、この処理装置は、コンパレータに設定する閾値を、圧電素子からパネル体の操作位置までの距離に反比例するように設定する機能を有している。この結果、パネル体の操作位置による圧電素子の出力変動を打ち消すことを可能にしている。

特開２００８−２８７５７５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。
Ｐｒｅｓｓｅｄ−ｃａｐによるタッチ検出方法では、上述したように、押したことによるパネル間距離の変化を容量の変化に変え、その容量値を読み取っている。しかしながら、パネルの弾力などの影響により、同じ圧力を加えた場合であっても、同じ場所に力を加え続ける時間によって、パネル間距離が変化してしまう特性がある。つまり、指を動かすなどの動作をさせると、指を動かさない時（静止時）と同じ圧力を加えていても、パネル間距離の変化が少ないという特性がある。

このため、一定の閾値処理によりタッチ検出を行っている従来方法において、操作者は、単純に押す動作と、指を動かす動作とで、検出感度が異なるため、ストレスを感じることとなる。換言すると、同じ圧力で押しているにもかかわらず、ボタンを押すような動作と、字を書くような動作では、タッチ検出率（検出感度）が異なる。この結果、操作者は、力の加減について困惑し、スムーズな使用感を得ることができないこととなる。

また、上述した特許文献１では、パネル体の操作位置による検出感度の補正は行っているものの、同じ圧力を加えた場合であっても、同じ場所に力を加え続ける時間によって、パネル間距離が変化してしまうという特性については、何ら考慮していない。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、操作者がＰｒｅｓｓｅｄ−Ｃａｐ式のタッチパネルを使用した際のタッチ感度の違和感をなくし、ストレスフリーの使用感を提供することのできる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を得ることを目的とする。

本発明に係るタッチパネル装置は、ガラス面に加えられる押圧力により変化する静電容量の値が所定閾値以下となることで、タッチ位置の検出を行うタッチ判別処理部を備えたタッチパネル装置であって、静電容量の値のピーク値を算出するピーク判断部と、ピーク判断部で算出されたピーク値に基づいて、ヒステリシスを持たせた閾値を最新の閾値として算出する閾値コントロール部とをさらに備え、タッチ判別処理部は、閾値コントロール部で算出された最新の閾値を所定閾値として閾値処理を実行することで、タッチ位置の検出を行うものである。

また、本発明に係るタッチパネルのタッチ検出方法は、ガラス面に加えられる押圧力により変化する静電容量の値が所定閾値以下となることで、タッチ位置の検出を行うタッチ判別処理ステップを備えたタッチパネルのタッチ検出方法であって、静電容量の値のピーク値を算出するピーク判断ステップと、ピーク判断ステップで算出されたピーク値に基づいて、ヒステリシスを持たせた閾値を最新の閾値として算出する閾値コントロールステップとをさらに備え、タッチ判別処理ステップは、閾値コントロールステップで算出された最新の閾値を所定閾値として閾値処理を実行することで、タッチ位置の検出を行うものである。

本発明に係るタッチパネルのタッチ検出方法によれば、タッチパネルのタッチ位置検出に用いられる閾値を、押圧力のピーク値の変化に基づく条件でヒステリシス特性を有するように変化させる構成を備えることにより、操作者がＰｒｅｓｓｅｄ−Ｃａｐ式のタッチパネルを使用した際のタッチ感度の違和感をなくし、ストレスフリーの使用感を提供することのできる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を得ることができる。

パネルに重りを置いた際のセンサ信号のデータレベルの時間変化を、３つの経過時間に対して示したイメージ図である。 本発明の実施の形態１におけるタッチ検出方法を説明するためのイメージ図である。 本発明の実施の形態１におけるタッチ検出方法を実現するためのタッチパネル装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における閾値コントロール部の内部構成図である。 従来のタッチパネル装置におけるＰｒｅｓｓｅｄ ｃａｐ方式によるタッチ検出方法の説明図である。 従来のタッチ検出方法におけるセンサ信号の変化を示した説明図である。

以下、本発明のタッチパネルの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。

実施の形態１．
まず始めに、本発明の説明をする前に、上述した従来技術の課題に関連して、タッチパネルの有する特性について、図面を用いて説明する。

ガラスの変移量は、パネルの弾性力等の影響により、ガラスに加えられる圧力だけではなく、その場所に圧力が加えられている時間にも相関する。すなわち、ある力を加えたときに、ガラス変移量の均衡状態となるまでには、ある程度の時間がかかるということである。

図１は、パネルに重りを置いた際のセンサ信号のデータレベルの時間変化を、３つの経過時間に対して示したイメージ図である。具体的には、重りを乗せた初期状態をｔ１とし、ガラス変移量が均衡状態となったときをｔ３とし、ｔ１とｔ３の間の均衡状態に至るまでの過渡状態の時間をｔ２として、それら３つの時間におけるセンサ信号のデータレベルを示している。

また、図１（ａ）と図１（ｂ）では、パネルに置かれた重りの重さが異なっており、図１（ａ）の方がより重い重りが置かれている。そして、図１（ａ）における過渡状態である時刻ｔ２でのセンサ信号のデータレベルと、図１（ｂ）における均衡状態である時刻ｔ３でのセンサ信号のデータレベルとが、同等である場合を例示している。

図１（ａ）（ｂ）に示したように、圧力が加わる面積、およびセンサ信号のデータレベルのピーク値は、時間経過とともに変化する。さらに、パネルに加えられる圧力の違いによって、それぞれ異なった値を示すことがわかる。従って、図１（ａ）と図１（ｂ）で同じ値の閾値を用いた場合には、図１（ａ）では、ｔ２の過渡状態でタッチ位置の検出が行われ、図１（ｂ）では、ｔ２の過渡状態ではタッチ位置の検出ができず、ｔ３の均衡状態でタッチ位置の検出が行われることとなる。

このように、押圧力に応じて検出にかかる時間が異なることを踏まえて、閾値を適切に設定することで、操作者が所定の押圧力に満たない力をかけた場合には、タッチ位置を検出しないようにすることができる。

これに対して、字を書く動作のように、タッチ位置が移動していく場合を考える。この場合には、移動した際に通過するそれぞれの位置では、十分な時間、押圧される状態が生じないこととなる。この結果、通過位置におけるセンサ信号は、均衡状態にまで達しない時刻ｔ２のような過渡状態となる。従って、タッチ位置の移動に伴ってそれぞれの位置で検出されるセンサ信号のデータレベルは、図１（ａ）あるいは図１（ｂ）のｔ２におけるデータレベル程度の状態のピーク値までしか到達しないこととなる。

この結果、操作者は、同じ力をかけているにもかかわらず、動作によって（すなわち、一定の位置で押圧されることでセンサ信号が均衡状態にまで達する場合と、タッチ位置が移動することに伴ってセンサ信号が過渡状態までしか達しない場合とによって）、異なるタッチ感度を感じてしまうこととなる。

例えば、図１（ｂ）に示す例において、移動開始の初期位置では均衡状態に達していたために、タッチ位置が検出できていた場合を考える。この場合に、同じ押圧力でタッチ位置を移動させると、通過位置におけるセンサ信号は、押圧時間が十分でないために、ｔ２の過渡状態で得られるピーク値までしか達しないため、タッチ位置が検出できない結果となる。

そこで、本発明では、同じ押圧力でタッチ位置を移動させた場合に、初期位置での検出結果を維持し、通過位置においてもタッチ位置を継続して検出できるタッチ検出方法を実現している。そこで、この本発明によるタッチ検出方法について、図２を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態１におけるタッチ検出方法を説明するためのイメージ図である。具体的には、先の図１と同様に、重りを乗せた初期状態をｔ１とし、ガラス変移量が均衡状態となったときをｔ３とし、ｔ１とｔ３の間の均衡状態に至るまでの過渡状態の時間をｔ２として、それら３つの時間におけるセンサ信号のデータレベルを示している。さらに、図２（ａ）においては、タッチ位置を移動させた際の通過位置におけるイメージ図をｔ４として示している。

まず、この図２においては、図２（ａ）に示すような所定値以上の押圧力が与えられた場合には、均衡状態であるｔ３に達したときにタッチ位置を検出し、図２（ｂ）に示すような所定値未満の押圧力が与えられた場合には、均衡状態であるｔ３に達してもタッチ位置を検出しないように、適切な閾値が初期値として設定されている。このような初期閾値を用いることで、操作者が所定の押圧力に満たない力をかけた場合（図２（ｂ）の状態に相当する場合）には、タッチ位置を検出しないようにすることができる。

しかしながら、図２（ａ）のｔ３において、一度タッチ位置が検出された後に、タッチ位置を移動させる場合を考える。通過位置の状態を示した図２（ａ）におけるｔ４のイメージ図は、図１を用いて説明したように、図２（ａ）における過渡状態を示すｔ２のイメージ図と等価と考えることができる。

このような移動中に、初期閾値をそのまま用いて位置検出を行った場合には、図２（ａ）のｔ２で示すように、センサ信号のデータレベルのピーク値が過渡状態と同等のレベルとなってしまうため、タッチ位置を検出できないこととなる。そこで、本発明では、図２（ａ）のｔ４で示すように、移動中のタッチ位置を検出できるように、閾値を初期閾値よりも大きな値に変更している。

この結果、一度タッチ位置が検出された後に、同等の押圧力でタッチ位置を移動させた際に、通過位置におけるピーク値が変化した場合にも、タッチ位置の検出を確実に維持することが可能となる。

次に、このような閾値の変更処理を実現するための具体的な構成について、構成図を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態１におけるタッチ検出方法を実現するためのタッチパネル装置の構成図である。具体的には、タッチパネル装置は、タッチ判別処理部１０および閾値コントロール部２０を備えている。そして、これらタッチ判別処理部１０および閾値コントロール部２０は、タッチパネル装置に搭載されるＩＣ内部の処理で実現可能である。

タッチ判別処理部１０は、各位置のセンサからの静電容量をセンサ信号として入力し、入力信号を閾値と比較処理し、閾値以下となる入力信号が検出された場合には、その入力信号に対応するセンサ位置をタッチ位置として検出し、座標データを出力する。

さらに、本実施の形態１におけるタッチ判別処理部１０は、閾値コントロール部２０に対して、各センサのセンサ信号のピーク値を出力するとともに、閾値コントロール部２０から与えられる最新の閾値を用いて、比較処理を行う。なお、各センサのセンサ信号のピーク値を出力する機能は、必ずしもタッチ判別処理部１０が有する必要はなく、別途、ピーク判断部として構成することも可能である。

一方、閾値コントロール部２０は、タッチ判別処理部１０から取り込んだ各センサのセンサ信号のピーク値に基づいて、最新の閾値を算出して、算出した最新の閾値をタッチ判別処理部１０に対して出力する。閾値コントロール部２０は、タッチ位置が未検出の状態においては、最新の閾値として初期閾値を出力し、一度タッチ位置が検出された後は、初期閾値よりも高い値である更新閾値（図２（ａ）のｔ４における閾値Ｂ参照）を最新の閾値として出力する。

図４は、本発明の実施の形態１における閾値コントロール部２０の内部構成図である。本実施の形態１における閾値コントロール部２０は、比較器２１、切替信号制御部２２、および閾値設定部２３を備えている。

比較器２１は、タッチ判別処理部１０から取り込んだ各センサのセンサ信号のピーク値に対して、初期閾値（以下、閾値Ａとする）および更新閾値（以下、閾値Ｂとする）のそれぞれと比較し、その比較結果を出力する。ここで、初期閾値である閾値Ａと、更新閾値である閾値Ｂに関しては、図２中に示されており、Ａ＜Ｂの関係を有している。そして、比較器２１は、一例として、図４に示すように、ピーク値が閾値Ａより大きい場合を示す第１信号（Ｐｅａｋ＞Ａ）と、ピーク値が閾値Ｂより小さい場合を示す第２信号（Ｐｅａｋ＜Ｂ）の２つの信号を出力することができる。

切替信号制御部２２は、第１信号（Ｐｅａｋ＞Ａ）がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わり、かつ、第２信号（Ｐｅａｋ＜Ｂ）がＯＮ状態である間は、最新の閾値として、更新閾値である閾値Ｂを選択するための切替信号を出力する。一方、切替信号制御部２２は、上記条件が成立していない場合には、初期閾値である閾値Ａを選択するための切替信号を出力する。

換言すると、切替信号制御部２２は、以下の出力を行う。
（１）タッチ位置を検出するまでは、初期閾値である閾値Ａを選択するための切替信号を出力する。
（２）一度タッチ位置を検出した後は、更新閾値である閾値Ｂを選択するための切替信号を出力し、第２信号がＯＮ状態の間は、閾値Ｂを選択するための切替信号を維持する。
（３）第２信号がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わることで、再び、閾値Ａを選択するための切替信号を出力する。
この結果、閾値Ａを初期閾値とし、閾値Ｂを更新閾値とするヒステリシスを持たせた閾値処理が実現できる。

次に、閾値設定部２３は、切替信号制御部２２からの切替信号に応じて、閾値Ａあるいは閾値Ｂのいずれかを選択し、最新の閾値としてタッチ判別処理部１０に対して出力する。このような切替処理を行うことで、まず初めは、初期閾値（閾値Ａ）によるタッチ位置検出を行う。そして、一度タッチ位置が検出された後には、更新閾値（閾値Ｂ）に切り替え、その後、更新閾値（閾値Ｂ）によってもタッチ位置が検出できない状態になった場合には、再び閾値を初期閾値（閾値Ａ）に戻す、いわゆるヒステリシス特性を有する閾値処理を行うことができる。

この結果、所定の押圧力以上（初期閾値以上）で押されない限りタッチ位置を検出しないとともに、一度タッチ位置が検出された後は、同じ押圧力でタッチ位置を移動させた場合に、初期位置での検出結果を維持し、通過位置においてもタッチ位置を継続して検出できるタッチ検出方法を実現できる。

なお、いきなりラインを書き始めた場合の感度は、初期閾値で判定されるため、鈍くなるように感じることが考えられる。しかしながら、実動作において、ラインを書くときなどは、必ず短時間動きが止まる状態が発生している。従って、この時間が、図２（ａ）のｔ３で示すような均衡状態を得るための時間として確保できれば、タッチ感度の違和感をなくし、ストレスフリーの使用感を提供することが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、タッチパネルのタッチ位置検出に用いられる閾値を、押圧力のピーク値の変化に基づく条件で変化させる構成を備えている。これにより、操作者がＰｒｅｓｓｅｄ−Ｃａｐ式のタッチパネルを使用した際に、タッチ位置を移動させた場合にも、タッチ感度の違和感をなくし、ストレスフリーの使用感を提供することのできるタッチパネルのタッチ検出方法を得ることができる。

１０ タッチ判別処理部、２０ 閾値コントロール部、２１ 比較器、２２ 切替信号制御部、２３ 閾値設定部。

Claims (2)

1. ガラス面に加えられる押圧力により変化する静電容量の値が所定閾値以下となることで、タッチ位置の検出を行うタッチ判別処理部を備えたタッチパネル装置であって、
   前記静電容量の値のピーク値を算出するピーク判断部と、
   前記ピーク判断部で算出された前記ピーク値に基づいて、ヒステリシスを持たせた閾値を最新の閾値として算出する閾値コントロール部と
   をさらに備え、
   前記タッチ判別処理部は、前記閾値コントロール部で算出された前記最新の閾値を前記所定閾値として閾値処理を実行することで、前記タッチ位置の検出を行う
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
2. ガラス面に加えられる押圧力により変化する静電容量の値が所定閾値以下となることで、タッチ位置の検出を行うタッチ判別処理ステップを備えたタッチパネルのタッチ検出方法であって、
   前記静電容量の値のピーク値を算出するピーク判断ステップと、
   前記ピーク判断ステップで算出された前記ピーク値に基づいて、ヒステリシスを持たせた閾値を最新の閾値として算出する閾値コントロールステップと
   をさらに備え、
   前記タッチ判別処理ステップは、前記閾値コントロールステップで算出された前記最新の閾値を前記所定閾値として閾値処理を実行することで、前記タッチ位置の検出を行う
   ことを特徴とするタッチパネルのタッチ検出方法。

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