(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記検出回路は、前記電気回路へ出力する電気信号の周波数を変えた場合の異なる周波数での複数の静電容量の変化、をさらに基礎として、電極と指との接触に関する検出を行う、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の入力装置。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態に係る入力装置について説明する。
【0013】
[入力装置の構成例]
図1には、複数の電極がコンデンサを介して直列に接続された入力装置の構成例を示しており、複数の電極は、後述する動作原理により複数のタッチセンサとして動作する。この
図1に示すように、入力装置1は、電気回路20と、電気回路20の両端部に接続された検出回路10とを備え、電気回路20は、単一の閉ループ23上に直列接続された、複数の電極21A〜21E(電極21と総称する)および複数のコンデンサ22A〜22D(コンデンサ22と総称する)を含み、直列接続において隣接した電極21間にそれぞれコンデンサ22が直列に接続されている。検出回路10は、電気回路20の両端部に接続されているため、各電極21と検出回路10とは単一の閉ループ23により接続され、結線の数は必要最小限に抑えられている。なお、ここでの電極21とは、
図1に四角形で示す電極本体と、同電極本体と閉ループ23とを結ぶ導線と、を一体的に含んだ構成を意味する。
【0014】
また、
図2には検出回路10の構成例を示す。この
図2に示すように、検出回路10は、パルス信号生成器11と、抵抗12と、検出判断部13と、コンデンサ14と、スイッチ15と、を備え、このうちパルス信号生成器11、抵抗12、コンデンサ14およびスイッチ15は直列に接続されている。スイッチ15は、電気回路20の両端部と検出回路10との接点を切り替える。検出判断部13は、抵抗12とコンデンサ14の接続点に接続され、同接続点における信号を観測し、後述の検出および判断を行い、その結果を外部の情報処理装置等へ出力する。このような検出判断部13は、ハードウェアとしては、電気回路素子により構成してもよいし、例えば
図7のようなプロセッサを含んだコンピュータにより構成してもよい。
図7の構成例は、後に説明する。
【0015】
ここで、
図2を用いて入力装置1の動作原理を説明する。
図2に示すパルス信号生成器11により生成されたパルス信号が、抵抗12、コンデンサ14およびスイッチ15を介して複数の電極21へ送られる。なお、説明の便宜上、複数の電極21は、計n個の電極1〜nと記載している。
【0016】
このとき抵抗12、コンデンサ14および電極21と、グランドとの間に生じる寄生容量は、ローパスフィルタを形成するため、抵抗12とコンデンサ14の接続点では、パルス信号生成器11から出力されたパルス信号から、高周波成分が取り除かれた信号が、検出判断部13により観測される。指30がいずれかの電極21(例えば
図2の電極3)に触れた場合、電極3とグランド間に大きな静電容量C2のコンデンサが接続された形となり、ローパスフィルタのカットオフ周波数が低くなる。その結果、抵抗12とコンデンサ14の接続点から観測される信号の立ち上がり/立ち下がりに、より多くの時間がかかるようになる。
【0017】
上記の現象を利用し、検出判断部13は、抵抗12とコンデンサ14の接続点から観測される信号が、ある一定のレベルに到達するまでの時間を計測し、計測された時間と、指30が何れの電極21にも触れていない場合に計測される時間とを比較することで、大きな静電容量C2のコンデンサが接続され静電容量に変化が生じたか否か、つまり、指30がいずれかの電極21に触れたか否かを検出する。このような方法は、一般的な静電容量方式のタッチセンサでも用いられている方法であり、これ以外に、静電容量の変化によって発振周波数が変化することを利用する方法もある。本実施形態では、静電容量の変化を検出できる方法であれば、いずれの方法を用いても良い。
【0018】
また、
図2の構成例では、スイッチ15によって、電気回路20の両端部と検出回路10との接点を切替え可能とされている。このような構成とすることで、指30がいずれかの電極21に触れた際、パルス信号が
図2の電極1(即ち、直列接続された電極のうち一の端子15Aに最も近い電極)側に入力された場合に計測される静電容量の変化と、パルス信号が
図2の電極n(即ち、直列接続された電極のうち他の端子15Bに最も近い電極)側に入力された場合に計測される静電容量の変化と、の計2つの変化を検出できるようになる。
【0019】
ここで、指30が電極1に触れている場合を考える。直列接続において隣接した電極間にあるコンデンサの静電容量Cは、指30の接触により生じる静電容量C2よりも十分に小さい値に設定されており、そのため、パルス信号が電極1側に入力された場合に計測される静電容量の変化は大きくなるが、パルス信号が電極n側に入力された場合に計測される静電容量の変化は、上記パルス信号が電極1側に入力された場合の静電容量の変化よりも相対的に小さくなる。なぜなら、パルス信号が電極1側に入力された場合、隣接した電極間にあるコンデンサを経由することなく、指30の接触により生じる大きな静電容量C2が追加されるため、検出回路10から見ると、静電容量が大きく変化したと把握され、一方で、指30が電極1に触れている状態でパルス信号が電極n側に入力された場合、隣接した電極間に直列に接続された複数のコンデンサを経由した上で、指30の接触により生じる大きな静電容量C2が追加されるため、合成された静電容量の変化は、前述したパルス信号が電極1側に入力された場合の静電容量の変化よりも相対的に小さくなるためである。
【0020】
次に、指30が電極nに触れている場合を考えると、上記2つのケースにおける静電容量の変化(即ち、パルス信号が電極1側に入力された場合の静電容量の変化と、パルス信号が電極n側に入力された場合の静電容量の変化)は、指30が電極1に触れている場合とは、反対の状態となる。
【0021】
さらに、指30が、電極1と電極nの中間の電極(例えば、n=9の場合には電極5)に触れている場合を考えると、上記2つのケースにおける静電容量の変化はほぼ等しくなる。
【0022】
上記の現象を踏まえ、検出判断部13は、指30が電極1〜nのそれぞれに触れていた場合における上記2つのケースにおける「静電容量の変化」を表す具体的な数値として、例えば、上記2つのケースそれぞれにおける「静電容量の変化の比率」を事前に計測しておき、当該事前に計測された比率と実際に計測された比率とを比較することで、電極1〜nのうちどの電極に指30が触れたのかを簡単に検出することができる。
【0023】
このとき、静電容量の変化の比率を複数回計測することで、検出精度を高めることができる。例えば、パルス信号が電極1側に入力された場合に計測された静電容量の変化をx1、x2、x3とし、パルス信号が電極n側に入力された場合に計測された静電容量の変化をy1、y2、y3とすると、検出回路10が計測する静電容量の変化は、時系列順に、x1、y1、x2、y2、x3、y3となる。このうちx1とy1との比率だけを求め、その比率だけから、指30がどの電極に触れているのかを検出することもできる。しかし、時系列順で隣接するもの同士の比率(即ち、x1とy1との比率、y1とx2との比率、x2とy2との比率、y2とx3との比率、および、x3とy3との比率)を求め、得られた複数の比率に基づいて(例えば、当該複数の比率から得られる平均値、中央値等を用いて)、指30がどの電極に触れているのかを検出してもよい。また、上記以外にも、複数の比率(例えば、x1とy1との比率、x2とy2との比率、x3とy3との比率)のそれぞれから、指30がどの電極に触れているのかを検出し、これら複数回の検出結果(特定された電極)が全て一致した場合に、当該検出結果を確定するようにしてもよい。このように、複数回の検出結果に基づいて、指30が触れている電極を検出することで、検出精度を飛躍的に向上させることができる。
【0024】
以上説明した
図1、
図2の構成により、指が電極に接触したか否か、および、接触した場合はどの電極に接触したかを、簡便に且つより精度良く(エラー耐性をより高めて)検出することができる。また、静電容量の変化の「比率」に基づいて、指がどの電極に接触したかを検出することで、具体的な数値を用いたより精度の良い検出を行うことができる。
【0025】
なお、
図2には、スイッチ15が検出回路10に設けられた例を示したが、スイッチ15を設けることは必須ではない。ここで、スイッチ15が設けられておらず、パルス信号が
図2の電極1(即ち、直列接続された電極のうち、一の端子15Aに最も近い電極)側に入力される構成を想定する。この構成で、指30が電極1に触れた場合、隣接した電極間にあるコンデンサを経由することなく、指30の接触により生じる大きな静電容量C2が追加されるため、検出回路10から見ると、静電容量が大きく変化したと把握される。一方、指30が電極nに触れた場合、隣接した電極間に直列に接続された複数のコンデンサを経由した上で、指30の接触により生じる大きな静電容量C2が追加されるため、合成された静電容量の変化は、前述した指30が電極1に触れた場合の静電容量の変化よりも相対的に小さくなる。このような現象を踏まえ、検出判断部13は、静電容量の変化の程度に応じて、指30が電極1〜nのうちどの電極に触れたかを検出することができる。具体的には、検出判断部13は、指30が電極1〜nのそれぞれに触れた場合の静電容量の変化を事前に計測しておき、事前に計測された「静電容量の変化」と実際に計測された「静電容量の変化」とを照合することで、指30が電極1〜nのうちどの電極に触れたかを検出することができる。
【0026】
また、
図2では2つのケースにおける静電容量の変化を計測する例を示したが、3つ以上のケースにおける静電容量の変化を計測してもよく、この場合、検出精度をより高めることができる。例えば、
図2でn=20の場合(電極が20個設けられた場合)、電極1と電極20だけではなく、電極1と電極20のほぼ中間の電極10にもパルス信号が入力されるように3回路の切り替えスイッチを設置する。この場合、3つのケースにおける静電容量の変化を計測できるようになり、それら3つのケースにおける静電容量の変化を用いることで、どの電極に指が触れたのかをさらに精度良く検出できる。
【0027】
[発明の実施形態に係る応用例]
以下、発明の実施形態に係る応用例を順に説明する。
【0028】
(応用例1)
検出回路10は、電気回路20へ出力する電気信号の周波数を変えた場合の異なる周波数での複数の静電容量の変化、をさらに基礎として、電極と指との接触に関する検出を行ってもよい。例えば、2種類の発振周波数f1とf2を用いた場合、それぞれの場合の2つの静電容量の変化の比率r1、r2を得ることができ、異なる周波数での複数の静電容量の変化の比率から、どの電極に指が触れたのかをさらに精度良く検出できる。
【0029】
(応用例2)
図2では、自己容量の変化に基づいて、電極へのタッチ、および、触れている電極の特定を行う例を示したが、本発明は、自己容量の変化だけでなく、相互容量の変化に基づいて、電極へのタッチ、および、触れている電極の特定を行うこともできる。そのための構成図を
図3に示す。
【0030】
図3に示すように、入力装置1には、グランド電極24が複数の電極21の近傍に配置されており、グランド電極24は、検出回路10のグランドに接続されている。また、グランド電極24および複数の電極21は、絶縁物により覆われており、指が直接触れないように構成されている。このような構成において、各電極21はグランド電極24との間に寄生容量を持つ。表面を覆う絶縁物を介して、指が電極21に触れると、電極21とグランド電極24との間に大きな静電容量が追加されることになり、検出回路10から見た場合の静電容量が大きく変化する。そこで、この現象を利用し、検出回路10により検出される静電容量の変化に基づいて、前述した
図1および
図2の例と同様に、指が電極に触れているか否か、および、触れている場合にどの電極に触れているのか、を検出することができる。この方式は、周囲の環境に依存せず、より精度良く(エラー耐性をより高めて)検出することができる、という利点を有する。
【0031】
(応用例3)
複数の電極を誘電体(紙、プラスチックシート(フィルム等)等)の一方の面に実装する場合には、電極間に配置するコンデンサを、以下のように容易に実装することができる。即ち、直列接続において隣接した電極の位置に対応する誘電体の他方の面側の位置を他方の面側で連結するように、導体を配置し、隣接した電極のうち一方の電極と、誘電体を挟んで配置された導体との間で、一のコンデンサを形成し、隣接した電極のうち他方の電極と、誘電体を挟んで配置された導体との間で、別のコンデンサを形成する構成を採用してもよい。
【0032】
例えば
図4(A)に示すように、誘電体25の表面上に、導体でできた複数の電極21A〜21Eが配置され、誘電体25の裏面上に、
図4(A)に点線で示した導体26A〜26D(導体26と総称する)が配置される。
図4(B)は
図4(A)のA−A線に沿った断面図であり、これら
図4(A)、(B)より明らかなように、導体26Aは、直列接続において隣接した電極21A、21Bの位置に対応する裏面側の位置を裏面側で連結するように配置されている。このとき、電極21Aは誘電体25を挟んで配置された導体26Aとの間で、一のコンデンサを形成し、電極21Bは誘電体25を挟んで配置された導体26Aとの間で、別のコンデンサを形成する。このような構成は、導体26B〜26Dについても同様である。電極21Aは接点27Aにおいて
図1の単一の閉ループ23に接続され、電極21Eは接点27Bにおいて単一の閉ループ23に接続されている。
【0033】
このような
図4(A)、(B)の構成とすることで、別の電子部品としてのコンデンサを新たに用意する必要がなくなり、入力装置の製作の容易性をより高めることができる。また、隣接した電極間の配線に相当する導体26を誘電体25の裏面に配置することで、電極間の配線(導体26)を裏面に隠すことができるので、デザインの自由度が向上するという利点もある。ただし、誘電体25の表面側と裏面側とで配置する構成要素を逆にして、誘電体25の表面側に導体26を配置し、裏面側に電極21を配置しても構わない。
【0034】
前述した
図1〜
図3では、直列接続において隣接した電極間に単一のコンデンサを挿入する例を示したが、
図4(A)、(B)の例では、隣接した電極間に2つのコンデンサが挿入される構成となり、この場合のコンデンサの静電容量としては当該2つのコンデンサの合成容量を考えればよい。
【0035】
また、形成されるコンデンサの静電容量は、導体26と電極21とが重なっている面積が広いほど大きくなり、また、同静電容量は、誘電体25の誘電率が高く、誘電体25の厚さが薄いほど大きくなる。これにより、導体26と電極21とが重なっている面積、誘電体25の誘電率、および、誘電体25の厚さ、のうち1つ以上を適宜調整することによって、適切な静電容量のコンデンサを形成することができる。
【0036】
(応用例4)
また、
図5に示すように、直列接続において隣接した電極間に配置するコンデンサを、多芯ケーブル28A〜28D(多芯ケーブル28と総称する)それぞれにおける一のケーブルと別のケーブル間の線間静電容量により代用することができる。
図5には、多芯ケーブル28として2芯ケーブルを用いた例を示すが、3芯以上のケーブルを用いてもよく、3芯以上のケーブルから、用いられる2つのケーブルを選択すればよい。
【0037】
この場合、別の電子部品としてのコンデンサを新たに用意する必要がなくなり、入力装置の製作の容易性をより高めることができる。なお、隣接した電極間の静電容量は、用いられるケーブルの特性および長さによって変わるため、用いられるケーブルの種類、長さ等を適宜選択することにより、隣接した電極間の静電容量を適切な静電容量に調整することができる。
【0038】
(応用例5)
前述した
図1〜
図5の例では、直列接続において隣接した電極間にコンデンサを挿入した例を示したが、コンデンサに代わり、抵抗を用いることもできる。抵抗を用いる場合、隣接した電極を、導電率が所定値より低くて抵抗の役割を果たす結線によって接続する構成を採用してもよい。この場合、電極間に配置される抵抗を、導電率の低い(導電率が所定値より低い)結線により代用することができるため、別の電子部品としての抵抗を新たに用意する必要がなくなり、入力装置の製作の容易性をより高めることができる。一例として、
図6に示すように、電極21間をそれぞれ、電気的抵抗値が比較的高い(即ち導電率が所定値より低い)導電性インク29A〜29D(導電性インク29と総称する)によって結線することで、抵抗を電極間に挿入した場合と同等な効果が得られる。電気的抵抗値は結線の太さおよび長さによって変わるので、これらを適宜選択することによって、隣接した電極間に適切な電気的抵抗値の抵抗を挿入することができる。
【0039】
最後に、
図2の検出判断部13を、プロセッサを含むコンピュータにより構成した場合の構成例について説明する。
図7に示すように、検出判断部13は、物理的には、プロセッサ13A、メモリ13B、ストレージ13C、入力部13D、出力部13E、バス13Fなどを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。
【0040】
なお、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。検出判断部13のハードウェア構成は、
図7に示した各構成部を1つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の構成部を含まずに構成されてもよい。
【0041】
検出判断部13における各機能は、プロセッサ13A、メモリ13Bなどのハードウェア上に所定のソフトウェア(プログラム)を読み込ませることで、プロセッサ13Aが演算を行い、メモリ13B及びストレージ13Cにおけるデータの読み出し及び/又は書き込みを制御することで実現される。
【0042】
プロセッサ13Aは、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ13Aは、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)で構成されてもよい。プロセッサ13Aは、1以上のチップで実装されてもよい。
【0043】
メモリ13Bは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、RAM(Random Access Memory)などの少なくとも1つで構成されてもよい。メモリ13Bは、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ(主記憶装置)などと呼ばれてもよい。メモリ13Bは、発明の実施形態に係る処理を実行可能なプログラム(プログラムコード)、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。
【0044】
ストレージ13Cは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、CD−ROM(Compact Disc ROM)などの光ディスク、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Blu−ray(登録商標)ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー(登録商標)ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも1つで構成されてもよい。ストレージ13Cは、補助記憶装置と呼ばれてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ13B及び/又はストレージ13Cを含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。
【0045】
入力部13Dは、外部からの信号、情報等を受け付ける入力デバイスであり、出力部13Eは、外部へ信号、情報等を出力する出力デバイスである。また、プロセッサ13A、メモリ13Bなどの各装置は、情報を通信するためのバス13Fにより接続される。バス13Fは、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。
【0046】
また、検出判断部13は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、PLD(Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ13Aは、これらのハードウェアの少なくとも1つで実装されてもよい。
【0047】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、当業者にとっては、本実施形態が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本実施形態は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本実施形態に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【0048】
本明細書で説明した各態様/実施形態の処理手順、シーケンス、フローチャートなどは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。例えば、本明細書で説明した方法については、例示的な順序で様々なステップの要素を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。
【0049】
入出力された情報等は特定の場所(例えば、メモリ)に保存されてもよいし、管理テーブルで管理してもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、または追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置へ送信されてもよい。
【0050】
判定は、1ビットで表される値(0か1か)によって行われてもよいし、真偽値(Boolean:trueまたはfalse)によって行われてもよいし、数値の比較(例えば、所定の値との比較)によって行われてもよい。
【0051】
本明細書で説明した各態様/実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいし、実行に伴って切り替えて用いてもよい。また、所定の情報の通知(例えば、「Xであること」の通知)は、明示的に行うものに限られず、暗黙的(例えば、当該所定の情報の通知を行わない)ことによって行われてもよい。
【0052】
本明細書で説明した情報、信号などは、様々な異なる技術のいずれかを使用して表されてもよい。例えば、上記の説明全体に渡って言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップなどは、電圧、電流、電磁波、磁界若しくは磁性粒子、光場若しくは光子、又はこれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。
【0053】
なお、本明細書で説明した用語及び/又は本明細書の理解に必要な用語については、同一の又は類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。
【0054】
本明細書で使用する「判断(determining)」、「決定(determining)」という用語は、多種多様な動作を包含する場合がある。「判断」、「決定」は、例えば、計算(calculating)、算出(computing)、処理(processing)、導出(deriving)、調査(investigating)、探索(looking up)(例えば、テーブル、データベースまたは別のデータ構造での探索)、確認(ascertaining)した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、受信(receiving)(例えば、情報を受信すること)、送信(transmitting)(例えば、情報を送信すること)、入力(input)、出力(output)、アクセス(accessing)(例えば、メモリ中のデータにアクセスすること)した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、解決(resolving)、選択(selecting)、選定(choosing)、確立(establishing)、比較(comparing)などした事を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。つまり、「判断」「決定」は、何らかの動作を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。
【0055】
本明細書で使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。
【0056】
「含む(include)」、「含んでいる(including)」、およびそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える(comprising)」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「または(or)」は、排他的論理和ではないことが意図される。
【0057】
本明細書において、文脈または技術的に明らかに1つのみしか存在しない装置である場合以外は、複数の装置をも含むものとする。