特許 6833981 タッチセンサ式電子デバイス、及びセンサ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6833981

(24)【登録日】2021年2月5日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】タッチセンサ式電子デバイス、及びセンサ制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20210215BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 580

   G06F3/041 570

   G06F3/044 120

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-513246(P2019-513246)

(86)(22)【出願日】2018年2月22日

(86)【国際出願番号】JP2018006475

(87)【国際公開番号】WO2018193711

(87)【国際公開日】20181025

【審査請求日】2019年10月17日

(31)【優先権主張番号】特願2017-83946(P2017-83946)

(32)【優先日】2017年4月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】田端 正史

【審査官】 ▲高▼瀬 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１１７３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０９０４０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０４７７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５７０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作体の操作面に対する接触または近接に応じて変動する静電容量を検出するセンサ部と、
前記静電容量の変化量の算出基準となる基準値と、接触及び近接の検出に用いられる閾値を記憶する記憶部と、
前記基準値に基づいて算出された静電容量の変化量と前記閾値を比較して、前記操作面に対する接触または近接の状態を判定する判定部と、
前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、前記センサ部の接触検出動作を停止し、前記操作体の前記操作面に対する接触が検出されている間は、前記センサ部の近接検出動作を停止する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、接触を検出するための第２の基準値の更新を停止し、前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されたときに、前記第２の基準値を更新する、
ことを特徴とするタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項2】

操作体の操作面に対する接触または近接に応じて変動する静電容量を検出するセンサ部と、
前記静電容量の変化量の算出基準となる基準値と、接触及び近接の検出に用いられる閾値を記憶する記憶部と、
前記基準値に基づいて算出された静電容量の変化量と前記閾値を比較して、前記操作面に対する接触または近接の状態を判定する判定部と、
前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されている間は、前記センサ部の接触検出動作と近接検出動作を行い、前記操作体の前記操作面に対する接触が検出されている間は、前記センサ部の近接検出動作を停止する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、接触を検出するための第２の基準値の更新を停止し、前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されたときに、前記第２の基準値を更新する、
ことを特徴とするタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項3】

前記センサ部は、複数の検出点を有し、
前記制御部は、前記センサ部の近接検出動作として、前記複数の検出点を複数のブロックに分けてブロックごとに静電容量の変化を検出する第１検出モードを有し、前記センサ部の接触検出動作として、前記複数の検出点の各々について静電容量の変化を検出する第２検出モードを有することを特徴とする請求項１または２に記載のタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項4】

前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されている間は、前記第１検出モードと前記第２検出モードを交互に動作させることを特徴とする請求項３に記載のタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項5】

前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、近接を検出するための第１の基準値を更新し、前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されたときに、前記第１の基準値の更新を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項6】

前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、近接を検出するための第１の基準値を更新し、前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されたときに、前記第１の基準値の更新を停止して、前記第２の基準値を更新することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項7】

前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する接触のリリースが検出されたときは、前記センサ部の近接検出動作を再開することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項8】

前記制御部は、前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接のリリースが検出されたときは、前記センサ部の接触検出動作を停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のタッチセンサ式電子デバイス。

【請求項9】

操作面を有するタッチセンサ式電子デバイスにおいて、
前記操作面に対する操作体の接触または近接に応じて変動する静電容量を検出し、
前記静電容量の変化量を所定の閾値と比較して前記操作面に対する接触または近接の状態を判定し、
前記判定により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、前記操作面に対する接触検出動作を停止し、前記操作体の前記操作面に対する接触が検出されている間は、前記操作面に対する近接検出動作を停止し、
前記判定により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、接触を検出するための第２の基準値の更新を停止し、前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されたときに、前記第２の基準値を更新する、
ことを特徴とするセンサ制御方法。

【請求項10】

操作面を有するタッチセンサ式電子デバイスにおいて、
前記操作面に対する操作体の接触または近接に応じて変動する静電容量を検出し、
前記静電容量の変化量を所定の閾値と比較して前記操作面に対する接触または近接の状態を判定し、
前記判定により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されている間は、前記操作面に対する接触検出動作と近接検出動作を行い、前記操作体の前記操作面に対する接触が検出されている間は、前記操作面に対する近接検出動作を停止し、
前記判定により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、接触を検出するための第２の基準値の更新を停止し、前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されたときに、前記第２の基準値を更新する、
ことを特徴とするセンサ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タッチセンサ式電子デバイスとその制御技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯端末、タブレット端末、ノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）など、タッチパネル式のユーザインターフェースが普及している。タッチセンサには種々の方式があるが、このうち静電容量方式は、操作面に接触または近接するユーザの指先等による静電容量の変化に基づいて、入力操作を検出する。タッチセンサ式表面の他に非接触検出手段を設けてタッチ位置と非接触位置を同時および／または交互に判定する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、タッチセンサ用の電極ペアに加えて近接センサ用の電極ペアを設けて、ユーザがディスプレイパネルに近接したことを検出する方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１５−５０５３９３号公報

【特許文献2】特許第５６３２８５４号（国際公開第２０１１／０５５５３４号）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した公知の構成では、タッチ検出用のセンサとは別に、近接状態または非接触位置を検出するための手段が設けられており、構成が複雑かつコストが高くなる。一般に、同一のセンサで近接状態とタッチ状態を検出する場合、１回のセンス時間を時分割して、近接センスとタッチセンスを交互に行うことが考えられる。この場合、駆動及びセンシングのサイクルごとに近接状態の検出動作とタッチ状態の検出動作が交互に行われる。このような時分割方式では、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪化しやすい近接センスの回数が限られ、検出精度を高く維持することが難しい。

【0005】

本発明は、同一のセンサ手段で近接状態とタッチ状態を検出し、近接状態とタッチ状態の双方を精度良く検出することのできるタッチセンサ式電子デバイスとその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、操作区間の遷移に従って近接センスとタッチセンスの各々の動作状態を切り替え、単位時間あたりの近接センスの回数とタッチセンスの回数を増加させる。

【0007】

本発明の第１の態様では、タッチセンサ式電子デバイスは、
操作体の操作面に対する接触または近接に応じて変動する静電容量を検出するセンサ部と、
前記静電容量の変化量の算出基準となる基準値と、接触及び近接の検出に用いられる閾値を記憶する記憶部と、
前記基準値に基づいて算出された静電容量の変化量と前記閾値を比較して、前記操作面に対する接触または近接の状態を判定する判定部と、
前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されていない間は、前記センサ部の接触検出動作を停止し、前記操作体の前記操作面に対する接触が検出されている間は、前記センサ部の近接検出動作を停止する制御部と、
を備える。

【0008】

本発明の第２の態様では、タッチセンサ式電子デバイスは、
操作体の操作面に対する接触または近接に応じて変動する静電容量を検出するセンサ部と、
前記静電容量の変化量の算出基準となる基準値と、接触及び近接の検出に用いられる閾値を記憶する記憶部と、
前記基準値に基づいて算出された静電容量の変化量と前記閾値を比較して、前記操作面に対する接触または近接の状態を判定する判定部と、
前記判定部により前記操作体の前記操作面に対する近接が検出されている間は、前記センサ部の接触検出動作と近接検出動作を行い、前記操作体の前記操作面に対する接触が検出されている間は、前記センサ部の近接検出動作を停止する制御部と、
を備える。

【発明の効果】

【0009】

上記の構成により、同一のセンサ手段で近接状態とタッチ状態を検出するときに、近接状態とタッチ状態の双方を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態で用いる静電タッチセンサの基本的な動作を説明する図である。

【図2】静電容量方式のセンサにおける静電容量の変化を説明する図である。

【図3】タッチとホバーの検出方式を説明する図である。

【図4】実施形態のセンサの動作を一般的に考えられる時分割方式の動作と比較して示す図である。

【図5】一般的な時分割動作における出力状態を示す図である。

【図6】実施形態のタッチセンサ式電子デバイスの構成例を示す図である。

【図7】実施形態のセンサ制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、実施形態のタッチセンサ式電子デバイスの基本的な動作を説明する図である。ユーザは指９０などの操作体を用いて、操作面１１１から入力動作を行う。操作面１１１は、スマートフォンやタブレット等の携帯端末、車載ナビゲーション装置、ＡＴＭ、家電などに用いられるタッチパネルの表面である。タッチパネルはタッチセンサ方式のユーザインターフェースであり、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式など種々の方式があるが、実施形態では静電容量方式のタッチセンサを用いる。静電容量方式のセンサは、操作体の接触または近接による静電容量の変化に基づいて接触位置または近接位置を検出するものである。

【0012】

図２は、静電容量方式のセンサにおける静電容量の変化を説明する図である。Ｘ方向に延びる電極Ｌｘと、Ｙ方向に延びる電極Ｌｙの交差点において、電極Ｌｘと電極Ｌｙの間に静電容量Ｃｓが生成され、容量性のセンサ素子１２が形成される。互いに直交する複数の電極Ｌｘと複数の電極Ｌｙを用いる場合、複数のセンサ素子がマトリクス状に形成される。一方の電極、たとえば電極Ｌｘを駆動電極として用い、他方の電極、たとえば電極Ｌｙを検出電極として用いることができる。電極Ｌｘに周期的に変化する電圧を印加することでセンサ素子１２の電位が変化し、充放電が起きる。電極Ｌｙで電荷量を検出することでセンサ素子１２における静電容量が検出される。

【0013】

図２（ａ）は、操作パネル１１の近傍に操作体が存在せず、タッチも近接状態も検出されていない状態を示す。操作体が近接しておらずタッチも近接も検出されない区間を、実施例では「非検出区間」と呼ぶ。非検出区間での静電容量Ｃｓは容量変化を算出するための基準となるが、環境の変化に応じて静電容量Ｃｓ自体が変動する。そのため、静電容量様式のセンサの駆動及びセンシングのサイクルで各センサ素子１２の静電容量Ｃｓが検出され、検出値に基づいて基準値が更新される。この基準値は「ベースライン」とも呼ばれる。

【0014】

図２（ｂ）のように、指９０が操作パネル１１の操作面１１１に接触している状態を「タッチ」と呼ぶ。指９０と電極Ｌｙとの間の容量結合により、センサ素子１２の静電容量Ｃｓが大きく変化（増大）する。これに対し、図２（ｃ）では指９０は操作パネル１１の操作面１１１に近接しているが接触していない。以下の実施形態では、指９０などの操作体が操作パネル１１に近接して浮遊している状態を「ホバー（hover）」と呼ぶ。本明細書及び特許請求の範囲で「近接」というときは、「ホバー」状態を指すものとする。ホバーのときも、指９０と電極Ｌｙの間の容量結合によりセンサ素子１２の静電容量Ｃｓが変化する。ホバー時には空気層が介在するので、その静電容量の変化量はタッチの静電容量の変化量と比較して小さい。したがって、異なるレベルの閾値を設定することで、同じセンサマトリクスを用いてホバーとタッチを検出することができる。

【0015】

図１に戻って、タッチセンサ式電子デバイスの立ち上げ時、あるいは電源投入時に静電容量方式のセンサを駆動して、ホバーの検出とタッチの検出を交互に行い、各センサ素子で基準値（ベースライン）の更新を行っておく。ホバーとタッチの各々について駆動及びセンシングのサイクルを所定回数繰り返して静電容量の基準値を現在の値に設定した後、タッチ検出動作をオフにする。

【0016】

＜区間Ａ＞
区間Ａは、ホバーもタッチも検出されない「非検出区間」である。実施形態の特徴として、区間Ａで静電容量の変化量がホバー検出の閾値Ｔｈ１に達するまでは、もっぱらホバーの検出動作が行われ、タッチ検出の動作は停止されている。区間Ａで、ホバーの駆動／センス動作のたびにホバー用の基準値は更新され、更新後の基準値を用いて各センサ素子の静電容量の変化量が計算される。ホバー用の基準値は、「特許請求の範囲」に記載される「第１の基準値」に対応し、操作体がタッチ検出区間にもホバー検出区間にもないときの静電容量を指す。この間、タッチ検出の動作は停止されており、タッチ用の基準値はセンサの立ち上げ時に設定された値に固定されている。１つのサイクル内でホバー検出だけが行われているので、単位時間当たりのホバー検出の回数を増やすことができ、ホバーの検出精度を上げることができる。特に、１サイクル内でホバーの検出データを平均化することができるので、ホバー検出のＳ／Ｎ比を上げて検出距離を伸ばすことができる。１つのサイクルをホバー検出だけに使用できるので、ホバーの検出タイミングを早めることができる。

【0017】

＜区間Ｂ＞
静電容量の変化量が閾値Ｔｈ１に達したら、「ホバー」の検出が出力されるとともに、タッチ検出の動作がオンになる。ホバー検出後、タッチが検出されるまでの区間Ｂを「ホバー検出区間」とする。タッチ検出の動作がオンにされたことで、タッチ用の基準値の更新が開始される。タッチ用の基準値は、「特許請求の範囲」に記載される「第２の基準値」に対応し、操作体が操作面１１１に触れていないがホバー検出領域にあるときの静電容量を指す。タッチ用の基準値がタッチ検出の閾値Ｔｈ２に達したら、「タッチ」の検出が出力される。ホバーの検出により、ホバー用の基準値の更新は停止されるが、ホバー検出の動作は継続される。基準値の更新を停止することで、指９０などの操作体が同じ位置にあるにもかかわらず基準値が変わって別の検出結果が出力されることを防止できる。

【0018】

区間Ｂでは、タッチ動作とホバー動作の両方が行われている。区間Ｂでは、操作体が速やかに操作面１１１まで移動する場合と、操作体がタッチに至らない状態で操作面１１１の近傍をさまよう場合があり得る。後者は、ユーザがアイコン等の所望の入力項目を探している、あるいはどの入力項目を選択するか迷っている等の場合である。このため、ホバー検出動作とタッチ検出動作の両方をオンにし、正確なタッチ検出のためにタッチ用の基準値を更新する。タッチ検出が必要になった時点で、初期設定で固定されていた基準値から今回の駆動／センスサイクルのための基準値に更新され、動作切り替えのための特別な処理は不要である。

【0019】

＜区間Ｃ＞
静電容量の変化量が、閾値Ｔｈ１よりも大きい閾値Ｔｈ２に達したら、「タッチ」の検出が出力されるとともに、ホバー動作が停止される。タッチの検出からタッチリリースの検出までの区間Ｃは、もっぱらタッチが検出される「タッチ検出区間」である。タッチが検出されたことにより、タッチ用の基準値の更新が停止される。ホバー用の基準値はホバー検出直後の値に固定されたままである。これにより、タッチ中に基準値が変動することによる誤検出を防止する。区間Ｃでは、ホバー検出が実施されず１サイクルをタッチの検出だけに用いることができるので、細かいタイミングでタッチ検出を行うことができる。

【0020】

＜区間Ｄ＞
タッチ検出後、静電容量の変化量がタッチリリース検出用の閾値Ｔｈ３よりも小さくなったら、「タッチリリース」が出力される。これと同時に、ホバー検出動作がオンになり、かつタッチ用の基準値の更新が再開される。ここで、「タッチリリース」とは、指等の操作体がいったん操作面１１１に接触したあとに、接触面から離れることを意味し、「特許請求の範囲」に記載される「接触のリリース」と同義である。タッチリリースの検出からホバーリリースの検出までの区間Ｄは、ホバー状態が検出されている「ホバー検出区間」である。ホバー動作に関して基準値の変動による誤検出がなされることを防止するため、ホバー用の基準値は固定されている。

【0021】

タッチリリース検出用の閾値Ｔｈ３は、タッチ検出の閾値Ｔｈ２よりも小さく、ホバー検出の閾値Ｔｈ１よりも大きい。区間Ｄでは指９０などの操作体がそのまま操作面１１１から離れていく場合と、操作面１１１に戻る場合があり得えるので、１つの駆動／センスサイクル内でタッチ検出動作とホバー検出動作が行われる。今回のサイクルでのタッチ検出のためにタッチ用の基準値は更新され、動作切り替えのための特別な処理は不要である。

【0022】

＜区間Ｅ＞
静電容量の変化量が、ホバーリリース検出のための閾値Ｔｈ４よりも小さくなったら、「ホバーリリース」を出力するとともに、タッチ検出動作をオフにして、ホバー用の基準値の更新を再開する。タッチ検出動作のオフにともなって、タッチ用の基準時の更新も停止される。「ホバーリリース」とは、ホバー検出領域内に存在していた操作体が、ホバー検出領域の外部に離れることを意味し、「特許請求の範囲」に記載される「近接のリリース」と同義である。ホバーリリースの検出後は、指９０などの操作体は操作面１１１に近接しておらず、区間Ｅは「非検出区間」となる。

【0023】

ホバーリリース検出用の閾値Ｔｈ４は、タッチリリース検出量の閾値Ｔｈ３よりも小さく、かつ、ホバー検出用の閾値Ｔｈ１よりも小さい。静電容量の変化量が次に閾値Ｔｈ１よりも大きくなるまでは「非検出区間」が続き、区間Ｅでは、もっぱらホバー検出が行われる。１つのサイクル内でホバー検出だけが行われているので、単位時間当たりのホバー検出動作の回数が増え、ホバーの検出精度を上げることができる。特に、検出データを平均化することで、ホバー検出のＳ／Ｎ比を上げて検出距離を伸ばすことができる。また、１つのサイクルをホバー検出だけに使用できるので、ホバーの検出タイミングを早めることができる。

【0024】

図３は、図１の動作の前提となるタッチとホバーの検出方式を説明する図である。図３（Ａ）はタッチ検出動作時のデータ収集方式、図３（Ｂ）はホバー検出動作時のデータ収集方式である。静電容量方式のセンサを用いた操作パネル１１で、検出点１５はマトリクス状に配置されている。マトリクス状の検出点１５は、図２のＸ方向に延びる複数の電極Ｌｘと、Ｙ方向に延びる複数の電極Ｌｙの交点に対応し、各検出点１５に容量性のセンサ素子１２が形成される。図３（Ａ）のタッチ検出モードでは、各検出点１５で独立してデータが採取される。この例では１２×１６点でデータ、すなわち静電容量が採取される。各検出点での静電容量の変化量を求めるための基準値は、非検出の状態で各検出点に設定された基準値である。

【0025】

図３（Ｂ）のホバー検出モードでは、複数の検出点１５をまとめて所定の面積の領域１７を形成し、領域１７ごとに駆動及びセンシングを行う。この構成例によると、４×３点のデータを採取するだけでよく、ホバー検出モードでの駆動／センス回数は、タッチ検出モードでの駆動／センス回数の１／１６になる。ホバー状態では、ユーザの指先または操作体は操作パネルの表面から一定の範囲内で離隔しているため、指先でカバーされる領域が広くなり、図３（Ｂ）のような一括検出が有効である。

【0026】

ホバー検出での静電容量の変化量の算出の基準となる基準値は、領域１７ごとに設定される。領域１７の数は、検出点１５の数と比較して格段に少なくなり、操作面の全面を駆動／センスする速度、換言すると単位時間あたりの検出レートが大幅に向上する。各領域１７の検出値としては、領域１７に含まれる検出点（センサ素子）の検出値の平均値を用いてもよい。ホバーの検出レートが上がることで平滑化処理が可能になり、Ｓ／Ｎ比を改善して検出距離を伸ばすことができる。また、領域１７ごとにホバー状態を検出することで、操作パネル上でユーザが狙いとするポイントを絞り込むことができる。

【0027】

図１でホバー検出動作が行われるときは図３（Ｂ）の方式で駆動と検出が行われ、タッチ検出動作が行われるときは図３（Ａ）の方式で駆動と検出が行われる。特に、区間Ａと区間Ｅでは、もっぱらホバー検出動作が行われ、１サイクルの時間全体をホバー検出で占有して検出レートを上げることができる。区間Ｃは、もっぱらタッチ検出動作が行われ、１サイクルの時間全体をタッチ検出で占有することができる。操作画面全体のタッチ検出にかかる時間が短縮され、細かいタイミングでタッチ位置を検出することができる。区間Ｂと区間Ｄでは、ホバー検出動作とタッチ検出動作が交互に（たとえば時分割で）行われるが、ホバー検出のサイクルがタッチ検出のサイクルと比較して格段に短く、ホバー検出の回数を増やすことができる。

【0028】

図４は、実施形態の静電センサの動作を、一般的な時分割方式の切り替えと比較して示す図である。ユーザの操作に基づくセンシングの区分けは、図１と同じく「非検出区間」、「ホバー検出区間」、及び「タッチ検出区間」のいずれかで規定される区間Ａ〜区間Ｅである。一般的な時分割方式では、センサの動作中、駆動／センスサイクルごとにホバー検出動作とタッチ検出動作が交互に行われる。そのため、区間Ａ〜区間Ｅにわたって、ホバー検出動作とタッチ検出動作の双方がオンになっている。非検出区間Ａ及びＥでは、ホバー用の基準値が更新され、それ以外の区間Ｂ〜Ｄでは、ホバー用の基準値は固定される。タッチ用の基準値は、非検出区間とホバー検出区間（区間Ａ〜Ｂ、及び区間Ｄ〜Ｅ）で更新され、タッチ検出区間（区間Ｃ）においてだけ固定される。

【0029】

これに対し、本発明の動作では、非検出区間である区間Ａと区間Ｅは、もっぱらホバー検出の動作が行われ、タッチ検出動作は停止されている。一方、タッチ検出区間Ｃでは、もっぱらタッチ検出の動作が行われ、ホバー検出動作は停止されている。１サイクル内でホバー検出とタッチ検出の両方が行われるのは、ホバー検出区間（区間ＢとＤ）だけである。１サイクルの中でタッチ検出に使用する時間とホバー検出に使用する時間の分割比は適宜設計することができる。分割比を１：１とする場合は、図３のように操作面全体をカバーするホバーの検出点数が少ないため、ホバー検出の回数を増やして細かいタイミングで検出することができる。検出データを平滑化することでＳ／Ｎ比を向上し、タッチと比較して静電容量の変化が少ないホバー状態をより正確に検出することができる。

【0030】

また、非検出区間では、ホバー用の基準値だけが更新され、タッチ用の基準値は固定にされているので、演算処理量を低減し、ホバー用の基準値更新の計算速度を上げることができる。区間全体を通して、必要な区間で必要な動作だけが行われるので、消費電力を低減することができる。また、ホバー検出のＳ／Ｎが十分高い場合、ホバー検出頻度を減らすことによっても消費電力の削減を行うことができる。

【0031】

図５は、図４の一般的な時分割方式における出力状態を示す図である。区間Ａと区間Ｅの非検出区間では、ホバーもタッチも検出されないので、検出結果の出力はない。区間Ｂ〜区間Ｄのホバー検出区間とタッチ検出区間を通して、ホバーの検出を示す情報が出力され続ける。タッチ検出区間ではホバー検出値は常に閾値Ｔｈ１を超えるからである。区間Ｃではタッチの検出が出力されるが、この区間で、タッチ検出の出力とホバー検出の出力が重複する。区間Ｃでの入力検知処理で必要なのはタッチの検出結果だけであり、ホバーの検出情報は無駄になる。

【0032】

これに対し、実施形態の方法では、タッチ検出区間（区間Ｃ）ではホバーの検出動作は停止されているので、不要なホバー検出情報は出力されない。これにより、処理負荷と消費電力を低減することができる。

【0033】

図６は、実施形態のタッチセンサ式電子デバイス１の構成例を示す。タッチセンサ式電子デバイス１は、センサ部１０、処理部２０、記憶部３０、及びインターフェース部４０を有する。タッチセンサ式電子デバイス１は、ユーザ入力インターフェースとしてタッチパネルを有する任意の機器に適用可能である。

【0034】

インターフェース部４０は、タッチセンサ式電子デバイス１と他の制御装置（たとえばタッチセンサ式電子デバイス１を組み込んだ機器の制御ＩＣなど）の間でデータの送受信を行う回路である。記憶部３０に記憶された情報の一部または全部が、処理部２０によりインターフェース部４０を介して他の制御装置へ出力されてもよい。

【0035】

センサ部１０は、操作パネル１１と、検出データ生成部１３と、駆動部１４を有する。操作パネル１１は、入力用のユーザインターフェースとして使用される。操作パネル１１は、第１方向（たとえばＸ方向）に延設置される複数の電極Ｌｘと、第１方向と直交する第２方向（たとえばＹ方向）に延設される複数の電極Ｌｙを有する。電極Ｌｘと電極Ｌｙは互いに絶縁された状態で交差し、交差点の近傍に容量性のセンサ素子１２が形成されている。電極ＬｘとＬｙはストライプ状の形状に限定されず、ダイヤモンドパターン（菱形パターン）など、交差点をとることのできる任意の形状を用いることができる。

【0036】

駆動部１４は、各センサ素子１２に駆動電圧を印加する。駆動部１４は、たとえば処理部２０の制御にしたがって、複数の電極Ｌｘを順次選択して、選択した電極Ｌｘに周期的に変化する電圧を印加する。電極Ｌｙは、対応する行の各交点での電荷を検出データ生成部１３に供給する。検出データ生成部１３は交点ごとに電荷量に応じた検出データを生成する。検出データは、たとえば各交点の静電容量に応じた電圧値をデジタルサンプリングしたデジタルデータである。検出データは、処理部２０へ供給される。

【0037】

処理部２０は、センサ制御部２１、２次元データ生成部２２、ホバー／タッチ検出動作制御部２３、基準値更新部２４、及び判定部２５を有する。

【0038】

センサ制御部２１は、操作パネル１１の各検出位置（容量性のセンサ素子が形成される交点）で、ホバー及びタッチの駆動と検出が周期的に行われるようにセンサ部１０を制御する。この制御には、駆動部１４による電極Ｌｘへの電圧印加のタイミングと電圧レベルの制御、及び検出データ生成部１３による電極Ｌｙからの検出データの読み取りタイミングの制御が含まれる。

【0039】

２次元データ生成部２２は、センサ部１０から出力される検出データに基づいて、操作パネル１１の各検出位置の静電容量変化量を含む行列形式の２次元データ３１を生成し、記憶部３０に保存する。静電容量の変化量は、記憶部３０に記憶された基準値に基づいて算出される。基準値は、タッチセンサ式電子デバイス１の立ち上げのたびに、センサ部１０の駆動及びセンシングにより前回値から更新され、座標・閾値・基準値データ３２の一部として記憶部３０に書き込まれる。座標・閾値・基準値データ３２に含まれる閾値として、ホバー検出用の閾値Ｔｈ１、タッチ検出用の閾値Ｔｈ２、タッチリリース検出用の閾値Ｔｈ３、ホバーリリース検出用の閾値Ｔｈ４などがある。

【0040】

基準値更新部２４は、ホバーもタッチも検出されない非検出区間にホバー用の基準値を更新し、ホバー検出区間にタッチ用の基準値を更新する。ホバー検出区間とは、ホバーの検出からタッチの検出までの区間、及びタッチリリースの検出からホバーリリースの検出までの区間を指す。更新された基準値は、座標・閾値・基準値データ３２として記憶部３０に記憶される。

【0041】

判定部２５は、２次元データ生成部２２により生成された今回のサイクルの各点の静電容量の変化量を、記憶部３０に記憶されている閾値と比較して、ホバーの検出の有無、タッチの検出の有無、タッチリリースの検出の有無、及びホバーリリースの検出の有無を判定する。

【0042】

ホバー／タッチ検出動作制御部２３は、判定部２５の判定結果に基づき、非検出区間ではタッチ検出動作を停止してもっぱらホバー検出動作を行わせる。ホバー検出動作では、図３（Ｂ）に示すように、複数の検出点をまとめた領域１７ごとに静電容量の変化が検出され（第１検出モード）、検出サイクルを早めることができる。判定部２５の判定結果によりホバーが検出されたときは、ホバー／タッチ検出動作制御部２３はタッチ検出動作をオンにして、タッチ検出動作とホバー検出動作の両方を行わせる。さらに、判定部２５の判定結果によりタッチが検出されたときは、ホバー検出動作を停止して、もっぱらタッチ検出動作を行わせる。タッチ検出動作では、図３（Ａ）に示すように、操作パネル１１の検出点ごとに静電容量の変化が検出されるが(第２検出モード)、１サイクルをタッチ検出だけに使うことができるので、検出サイクルを早めることができる。

【0043】

判定部２５の判定結果によりタッチリリースが検出されたときは、ホバー／タッチ検出動作制御部２３は、ホバー検出動作をオンにして、タッチ検出動作とホバー検出動作の両方を行わせる。判定部２５の判定結果によりホバーリリースが検出されたときは、タッチ検出動作を停止して、もっぱらホバー検出動作を行わせる。
また、非検出区間でもっぱらホバー検出を行う中で、頻度を少なくしたタッチ検出を行い、タッチ検出基準値の更新を、温度変化等の環境変化に伴う基準値変化を補う程度に適宜行うことができる。

【0044】

記憶部３０は、２次元データ３１と座標・閾値・基準値データ３２の他に、処理部２０の処理に使用される定数データや変数データを記憶する。処理部２０の動作がコンピュータプログラムによって実現される場合は、センサ制御プログラムが記憶部３０に記憶されてもよい。記憶部３０は、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリななどの不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＤＤ）などの補助記憶装置を含んでもよい。

【0045】

図６の構成により、タッチセンサ式電子デバイス１の処理量と消費電力を抑制し、精度良くホバーとタッチを検出することができる。

【0046】

図７は、実施形態のセンサ制御方法のフローチャートである。この制御フローは、タッチセンサ式電子デバイス１の処理部２０で行われ、タッチセンサ式電子デバイス１の動作期間は繰り返し行われるので、ループになっている。まず、タッチセンサ式電子デバイス１の立ち上げ時（または電源投入時）、センサ部１０の駆動と検出を所定期間繰り返して、ホバー用とタッチ用の基準値を最後に保存された値から更新する（Ｓ１０）。

【0047】

基準値が現在の値に更新されたなら、タッチ検出動作を停止して、所定のサイクルでホバーの検出を行う（Ｓ１１）。ホバーが検出されるまでの間（非検出区間）、各センサ素子の静電容量の変化量が閾値Ｔｈ１を超えたか否かが判断される（Ｓ１２）。静電容量の変化量が閾値Ｔｈ１を超えない場合は（Ｓ１２でＮＯ）、各センサ素子での検出結果に基づいてホバー用の基準値を更新する（Ｓ１３）。その後ステップＳ１２に戻り、変化量が閾値Ｔｈ１を超えるまでＳ１２とＳ１３を繰り返す。

【0048】

静電容量の変化量が閾値Ｔｈ１を超えたならば（Ｓ１２でＹＥＳ）、ホバーが検出されたことを示す情報を出力し、タッチ検出動作をオンにし、ホバー用の基準値を固定にする（Ｓ１４）。タッチ検出動作を開始し（Ｓ１５）、各センサ素子での静電容量の変化量が閾値Ｔｈ２を超えたか否かが判断される（Ｓ１６）。静電容量の変化量が閾値Ｔｈ２を超えない場合は（Ｓ１６でＮＯ）、ステップＳ２５に進んで、静電容量の変化量が閾値Ｔｈ４よりも小さくなったか否かが判断される。静電容量の変化量が閾値Ｔｈ４以上の場合は（Ｓ２５でＮＯ）、各センサ素子での検出結果に基づいてタッチ用の基準値を更新する（Ｓ１７）。その後ステップＳ１６に戻る。この場合は、ホバー検出区間になるので変化量が閾値Ｔｈ２を超えるまでＳ１６、Ｓ２５、及びＳ１７のループを繰り返す。

【0049】

ステップＳ２５で静電容量の変化量が閾値Ｔｈ４を超えた場合は（Ｓ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２３に飛んで、ホバーリリースの検出を出力する（矢印Ａ参照）。このホバー検出は、いったんホバーが検出された後に指が操作面１１１から遠ざかったことを示す。この場合は、ホバーリリースを出力して非検出区間での動作となる。すなわち、タッチ検出動作をオフにしてタッチ用の基準値を固定し、ホバー用の基準値を更新する（Ｓ２３）。

【0050】

ステップＳ１６で静電容量の変化量が閾値Ｔｈ２を超えたならば（Ｓ１６でＹＥＳ）、タッチが検出されたことを示す情報を出力し、ホバー検出動作を停止し、ホバー用の基準値と同じくタッチ用の基準値も固定にする（Ｓ１８）。その後、各センサ素子での静電容量の変化量が閾値Ｔｈ３よりも小さくなったか否かを判断する（Ｓ１９）。Ｓ１９の処理は、静電容量の変化量が閾値Ｔｈ３よりも小さくなるまで繰り返される。静電容量の変化量が閾値Ｔｈ３よりも小さくなったときは（Ｓ１９でＹＥＳ）、タッチリリースが検出されたことを示す情報を出力し、ホバー検出動作をオンにし、タッチ用の基準値の更新を再開する（Ｓ２０）。その後、静電容量の変化量が閾値Ｔｈ４よりも小さくなったか否かを判断する（Ｓ２１）。

【0051】

静電容量の変化量が閾値Ｔｈ４以上であれば（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ２６に進んで静電容量の変化量が閾値Ｔｈ２よりも大きくなったか否かを判断する。静電容量の変化量が閾値Ｔｈ２を超えた場合は（Ｓ２６でＹＥＳ）、ステップＳ１８に戻って、タッチの検出を出力する（矢印Ｂ参照）。このタッチの検出はタッチリリース後の再度のタッチ検出である。この場合は、指が再度操作面１１１に触れたことを示し、Ｓ１８以降の処理が行われる。静電容量の変化量がＴｈ２を超えない場合は、タッチ用の基準値を更新して（Ｓ２２）、変化量が閾値Ｔｈ４よりも小さくなるまで、ステップＳ２１、Ｓ２６、及びＳ２２のループを繰り返す。静電容量の変化量が閾値Ｔｈ４よりも小さくなったときは（Ｓ２１でＹＥＳ）、ホバーリリースが検出されたことを示す情報を出力して、タッチ検出動作を停止するとともに、ホバー用の基準値の更新を再開する（Ｓ２２）。その後、Ｓ１２へ戻って、非検出区間でのホバー検出動作を行う。

【0052】

図７のセンサ制御方法によると、ホバーの検出とタッチの検出にそれぞれ非動作期間を設け、一方が非動作のときに他方の単位時間あたりのセンス回数を増やすことができるので、ホバー、タッチともに検出精度が向上する。ホバー検出とタッチ検出の両方を行う区間では、ホバー検出の検出点数がタッチ検出の検出点数よりも少なくなる動作方法を採用することで、ホバー検出の回数を増やしてＳ／Ｎ比を向上することができる。

【0053】

この出願は、２０１７年４月２０日に日本国特許庁に出願された特許出願第２０１７−０８３９４６号に基づき、その全内容を含むものである。

【符号の説明】

【0054】

１ タッチセンサ式電子デバイス
１０ センサ部
１１ 操作パネル
１２ センサ素子
１３ 検出データ生成部
１４ 駆動部
２０ 処理部
２１ センサ制御部
２２ ２次元データ生成部
２３ ホバー／タッチ検出動作制御部
２４ 基準値更新部
２５ 判定部
３０ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】