JP5219908B2 - タッチパネル装置 - Google Patents

Description

本発明はタッチパネル（タッチスクリーン）装置に関し、特に、投影型（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）の静電容量方式タッチパネルにおいてタッチ位置を検出する技術に関する。

タッチパネルは、入力装置（タッチパッド）と出力装置（フラットパネルディスプレイ）が一体化されたユーザインタフェース装置である。ディスプレイに表示された操作対象を指等で直接タッチする、という直感的な操作方法を特徴としており、情報端末等で広く利用されている。

タッチパネルには様々な実現方式があるが、その一方式として、投影型静電容量方式がある。本方式では、パネル上に複数の電極を配置しておき、指先がパネルに接近した際に発生する各電極の静電容量の変化に基づいて、タッチ位置を検出する。電極に透過率の高い素材を用い、これをディスプレイパネル上に配置することで、タッチパネルを構成できる。

入力装置としてのタッチパネルの性能指標に、タッチ位置の検出精度がある。パネル上においてユーザが実際にタッチした位置と、検出された位置の誤差が小さいほど、精度が高いとされる。

投影型静電容量方式のタッチパネルにおいてタッチ位置を高い精度で検出する技術の例として、特許文献１に記載された方法が挙げられる。このタッチ位置検出方法では、Ｘ、Ｙそれぞれ方向の位置を検出するための電極において、タッチ時に指先が同時に複数の電極に触れるような配置（電極パターン）とすることで、タッチ位置を高精度に求めることを可能としている。

特表２００３−５１１７９９号公報

しかしながら、従来のタッチ位置検出方法では、タッチ時に指先がパネルに触れる範囲（タッチ領域）が、電極の配置された領域（電極領域）からはみ出す場合、検出されるタッチ位置の精度が低下してしまうという問題がある。これを防止するためには、タッチ位置検出の有効範囲を、電極領域の内側における一定範囲内に限定する必要がある。このため、パネル全体に電極を配置したとしても、パネルの端にタッチ位置を検出できない領域ができてしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、その目的は、タッチ領域が電極領域からはみ出す場合においてもタッチ位置を高い精度で検出すること、またこれにより、電極領域の全体をタッチ位置検出の有効範囲とするタッチパネルを提供することである。

タッチ領域の形状を例えば円と仮定する。前記タッチ領域円と電極領域が重なる領域のＸ方向の幅およびＹ方向の幅を、センサ測定値から求める。前記Ｘ方向の幅とＹ方向の幅が異なる場合、タッチ領域が電極領域からはみ出しているものと判定し、前記タッチ領域円の中心の位置をタッチ位置とみなして算出する。

Ｘ方向またはＹ方向のどちらか一方向において、タッチ領域が電極領域からはみ出している場合においても、タッチ位置を高い精度で検出できる。

タッチパネル・モジュールの全体構成を示すブロック図である。 タッチパネル１の断面構造を示す断面図である。 タッチ位置検出処理の手順を示すフローチャートである。 タッチ領域が電極領域からはみ出している場合のセンサ測定値の例を示す図である。 タッチ領域が電極領域からはみ出している場合のタッチ位置の算出方法を示す図である。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、本実施例で用いるタッチパネル・モジュール（タッチパネル装置）の全体構成を示すブロック図である。前記タッチパネル・モジュールは、タッチパネル１、静電容量検出部２、制御部３、記憶部４、およびバス接続信号線５から構成される。タッチパネル１には、ユーザのタッチを検出するためのセンサ端子である電極パターン（電極Ｘ１〜５および電極Ｙ１〜５）が形成されている。静電容量検出部２は、電極Ｘ１〜５および電極Ｙ１〜５と接続しており、前記各電極の静電容量を測定する。制御部３は、前記静電容量の測定結果に基づいてタッチ位置の検出を行い、バス接続信号線５を介して前記検出結果をホストへ通知する。記憶部４は、制御部３がタッチ位置検出処理を行う上で必要となるパラメータおよび作業用データとして次のものを格納する。基準値４１、測定値４２、差分値４３は、電極の総数を要素数とする配列データである。本実施例においては、前記配列の要素数は１０である。タッチ閾値４４、変換比率４５、重なり幅Ｘ４６、重なり幅Ｙ４７は、単一の数値データである。

図２は、タッチパネル１の断面構造を示す断面図である。タッチパネル１は、基板層１３を底面とし、順に電極層Ｙ、絶縁層１２、電極層Ｘ、保護層１１を積層させた構造を持つ。

図３は、タッチ位置検出処理の手順を示すフローチャートである。

図４は、タッチ領域が電極領域からはみ出している場合のセンサ測定値の例を示す図である。

図５は、タッチ領域が電極領域からはみ出している場合のタッチ位置の算出方法を示す図である。

以下、図３のフローチャートに基づいて、タッチ位置を検出する処理の流れを説明する。

タッチパネル・モジュールの電源が入れられると以下の処理が開始される。

ステップＳ１において、制御部３は、基準値４１を初期化する。具体的には、全電極（電極Ｘ１〜５および電極Ｙ１〜５）のそれぞれについて静電容量を測定し、得られた値を各電極の基準値４１として格納する。基準値４１は、各電極の非タッチ時の静電容量である。ここでは、電源投入時においてはタッチパネル１がタッチされていない状態であることを仮定している。

ステップＳ２において、制御部３は、まず全電極のそれぞれについて静電容量を測定し、得られた値を各電極の測定値４２として格納する。また、次の式（１）によって求めた値を差分値４３として格納する。

差分値４３＝測定値４２−基準値４１ （１）
ただし、式（１）で求めた値が負の値となった場合は、かわりに０を差分値４３として格納する。差分値４３は、各電極においてタッチによって増加した静電容量である。

以下、求めた差分値４３が図４に示す状態であったことを仮定して説明を進める。図４において、タッチパネル１の上側の図は電極Ｘ１〜５の差分値４３とタッチ閾値４４の例を示すグラフである。横軸は電極Ｘ１〜５を表し、棒グラフの高さが差分値４３を表す。電極Ｘ１、Ｘ２の差分値４３はタッチ閾値４４以上であり、電極Ｘ３〜５の差分値４３はタッチ閾値４４未満である。図４において、タッチパネル１の右側の図は電極Ｙ１〜５の差分値４３とタッチ閾値４４の例を示すグラフである。横軸は電極Ｙ１〜５を表し、棒グラフの高さが差分値４３を表す。電極Ｙ２〜４の差分値４３はタッチ閾値４４以上であり、電極Ｙ１、Ｙ５の差分値４３はタッチ閾値４４未満である。

ステップＳ３において、制御部３は、タッチパネル１がタッチされているか否かを判定する。具体的には、全電極のそれぞれについて、その差分値４３と、予め設定されたタッチ閾値４４の値とを比較する。ここで、Ｘ軸およびＹ軸の両方において、少なくとも１つの電極の差分値４３がタッチ閾値４４以上の値であった場合、タッチ有りと判定して、ステップＳ４へ進む。前記条件を満たさない場合は、タッチ無しと判定して、ステップＳ２へ戻る。図４に示す状態においては、電極Ｘ１、Ｘ２および電極Ｙ２〜４の差分値４３がタッチ閾値４４以上の値であるため、タッチ有りと判定される。

ステップＳ４において、制御部３は、次の式（２）および（３）によって求めた値を、それぞれ重なり幅Ｘ４６および重なり幅Ｙ４７として格納する。

重なり幅Ｘ４６＝ＭＡＸ（Ｙ軸の差分値４３）＊変換比率４５ （２）
重なり幅Ｙ４７＝ＭＡＸ（Ｘ軸の差分値４３）＊変換比率４５ （３）
ここで関数ＭＡＸは、複数の値の中から最大のものを選択して返す関数である。図４においては、Ｘ軸では電極Ｘ１の差分値４３、Ｙ軸では電極Ｙ３の差分値４３がそれぞれ最大である。変換比率４５は予め設定された値であり、差分値４３の値をタッチパネル１上の長さに変換するための比率である。重なり幅Ｘ４６および重なり幅Ｙ４７は、図５に示すように、それぞれ、タッチパネル１上のタッチされた領域（タッチ領域）と、電極が配置された領域（電極領域６）とが重なる領域のＸ方向の幅およびＹ方向の幅である。

式（２）で重なり幅Ｘ４６が求められる理由は次のとおりである。図４からわかるように、電極Ｙ３はタッチ領域と重なるＸ方向の幅が最も長いため、静電容量の変化は最も大きく、右側の図に示すように差分値４３は最も大きい。電極Ｙ２、Ｙ４はタッチ領域と重なるＸ方向の幅が電極Ｙ３より短いため、静電容量の変化は電極Ｙ３より少なく、右側の図に示すように差分値４３は電極Ｙ３の差分値よりも小さい。電極Ｙ１、Ｙ５はタッチ領域と重なるＸ方向の幅がわずかであるため、静電容量の変化はわずかであり、右側の図に示すように差分値４３はわずかである。重なり幅Ｘ４６は、タッチ領域と電極領域６とが重なる領域のＸ方向の幅であるから、重なり幅Ｘ４６は、タッチ領域と重なるＸ方向の幅が最も長い電極である電極Ｙ３がタッチ領域と重なるＸ方向の幅に比例することになり、電極Ｙ３の差分値４３に比例することになる。したがって、重なり幅Ｘ４６は式（２）によって求められる。変換比率４５は実験等によって求めればよい。

式（３）で重なり幅Ｙ４７が求められる理由は次のとおりである。図４からわかるように、電極Ｘ１はタッチ領域と重なるＹ方向の幅が最も長いため、静電容量の変化は最も大きく、上側の図に示すように差分値４３は最も大きい。電極Ｘ２はタッチ領域と重なるＹ方向の幅が電極Ｘ１より短いため、静電容量の変化は電極Ｘ１より少なく、上側の図に示すように差分値４３は電極Ｘ１の差分値よりも小さい。電極Ｘ３はタッチ領域と重なるＹ方向の幅がわずかであるため、静電容量の変化はわずかであり、上側の図に示すように差分値４３はわずかである。電極Ｘ４、Ｘ５はタッチ領域と重なるＹ方向の幅がないため、静電容量の変化はなく、上側の図に示すように差分値４３はゼロである。重なり幅Ｙ４７は、タッチ領域と電極領域６とが重なる領域のＹ方向の幅であるから、重なり幅Ｙ４７は、タッチ領域と重なるＹ方向の幅が最も長い電極である電極Ｘ１がタッチ領域と重なるＹ方向の幅に比例することになり、電極Ｘ１の差分値４３に比例することになる。したがって、重なり幅Ｙ４７は式（３）によって求められる。変換比率４５は実験等によって求めればよい。

ステップＳ５において、制御部３は、重なり幅Ｘ４６と重なり幅Ｙ４７の値を比較する。両者の差が所定の閾値より小さい場合、タッチ領域全体が電極領域６の内側に収まっているものと判定し、ステップＳ６へ進む。そうでない場合はステップＳ７へ進む。

ステップＳ６では、差分値４３に基づいてタッチ位置を求める。具体的には、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれについて、差分値４３を重みｗｉとし、各電極の位置をｘｉ、ｙｉとした場合の加重平均を求める。すわなち、次の式（４）、式（５）の計算を行う。

タッチ位置（Ｘ座標）＝Σ（ｗｉ＊ｘｉ）／Σ（ｗｉ） （４）
タッチ位置（Ｙ座標）＝Σ（ｗｉ＊ｙｉ）／Σ（ｗｉ） （５）
以上により、タッチ領域が電極領域６からはみ出していない場合のタッチ位置検出の１サイクルが完了し、ステップＳ２へ戻る。

ステップＳ７では、タッチ領域の形状を円であると仮定し、前記円の中心位置をタッチ位置とみなして算出する。ここでは、図５に示すとおり、タッチ領域が電極領域６からＸ方向にはみ出しているものと仮定する。このとき、タッチ位置のＸ座標は次の式（６）により求められる。

タッチ位置（Ｘ座標）＝重なり幅Ｘ４６−重なり幅Ｙ４７／２ （６）
図５におけるＸがＸ座標、Ｒが重なり幅Ｙ４７／２にそれぞれ対応する。Ｙ座標は、タッチ領域が電極領域６からはみ出していない場合の計算式（５）により求める。また、タッチ領域が電極領域６からＹ方向にはみ出している場合については、前記の算出方法において、ＸとＹとを入れ替えることで同様にタッチ位置を求められる。

以上により、タッチ領域が電極領域６からはみ出している場合のタッチ位置検出の１サイクルが完了し、ステップＳ２へ戻る。

上記の説明においては、タッチ領域の形状は円であることを仮定したが、そうでない場合においても、重なり幅Ｘ４６および重なり幅Ｙ４７を基にタッチ位置を算出可能であれば、本実施例を適用できる。すなわち、タッチ領域と電極領域とが重なる領域のＸ方向の幅およびＹ方向の幅を求め、求めたＸ方向の幅およびＹ方向の幅からタッチ領域の中心の位置を求め、その中心の位置をタッチ位置として算出すればよい。タッチ領域の形状は、任意の図形であると仮定することができる。例えば、円または楕円であると仮定してもよいし、あるいはＸ方向の幅とＹ方向の幅の比率が一定である（例えば、正方形や長方形あるいは角が丸みを帯びた正方形や長方形）と仮定してもよい。また、実験等によってタッチ領域の形状を決めてもよい。

なお、本発明は、以上に述べた実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。

１ タッチパネル
１１ 保護層
１２ 絶縁層
１３ 基板層
Ｘ，Ｙ 電極層
Ｘ１〜５ 電極（Ｘ軸）
Ｙ１〜５ 電極（Ｙ軸）
２ 静電容量検出部
３ 制御部
４ 記憶部
５ バス接続信号線
６ 電極領域

Claims (4)

1. 複数のセンサにおける測定値に基づいてタッチ位置を検出するタッチパネル装置において、Ｘ方向のタッチ位置およびＹ方向のタッチ位置を検出するためのセンサ測定値に基づいて、タッチ領域と電極領域とが重なる領域のＸ方向の幅およびＹ方向の幅を求め、前記Ｘ方向の幅およびＹ方向の幅から前記タッチ領域の中心の位置を求め、前記中心の位置をタッチ位置として算出するタッチパネル装置であって、第１の方向のタッチ位置を、前記タッチ領域と電極領域とが重なる領域の第１の方向の幅から前記タッチ領域と電極領域とが重なる領域の第２の方向の幅の２分の１を減算した値として算出することを特徴とする、タッチパネル装置。
2. 前記タッチ領域の形状は、Ｘ方向の幅とＹ方向の幅の比率が一定であると仮定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。
3. 前記タッチ領域の形状は、円または楕円であると仮定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。
4. 前記タッチ領域と電極領域とが重なる領域のＸ方向の幅を、Ｙ軸のセンサ測定値の最大値に予め設定された値を乗算して求め、前記タッチ領域と電極領域とが重なる領域のＹ方向の幅を、Ｘ軸のセンサ測定値の最大値に予め設定された値を乗算して求め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。

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