特開 2024-116908 電子機器、集積回路、及び入力システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024116908

(43)【公開日】2024-08-28

(54)【発明の名称】電子機器、集積回路、及び入力システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/03 20060101AFI20240821BHJP

   G06F 3/0354 20130101ALI20240821BHJP

【ＦＩ】

G06F3/03 400A

G06F3/0354 445

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023022776

(22)【出願日】2023-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】000139403

【氏名又は名称】株式会社ワコム

(74)【代理人】

【識別番号】100176072

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 功

(74)【代理人】

【識別番号】100169225

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 明

(72)【発明者】

【氏名】北原 徳之

(72)【発明者】

【氏名】畑野 雄飛

【テーマコード（参考）】

5B087

【Ｆターム（参考）】

5B087AA04

5B087AC05

5B087AC14

5B087BC03

5B087BC27

(57)【要約】

【課題】静電容量方式のタッチセンサと表示パネルとが隙間を設けるように離間配置される装置構成において、タッチセンサの変形に起因する指示体の検出精度の低下を抑制可能な電子機器、集積回路、及び入力システムを提供する。
【解決手段】電子機器（１２）が有する集積回路（２０）は、タッチセンサ（１８）に接近する指示体（１４，１６）とセンサ電極（１８ｘ，１８ｙ）との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、信号分布に信号処理を施して指示体（１４，１６）を検出し、タッチセンサ（１８）に対する過荷重の検出結果に応じて信号処理を異ならせる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像又は映像を表示する表示パネルと、
複数のセンサ電極を含んで構成され、かつ前記表示パネルの上方に隙間を設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサと、
前記タッチセンサに接近する指示体と前記センサ電極との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、前記信号分布に信号処理を施して前記指示体を検出する集積回路と、
を備え、
前記集積回路は、前記タッチセンサに対する過荷重の検出結果に応じて前記信号処理を異ならせる、電子機器。

【請求項2】

前記信号処理には、前記信号分布が示す位置毎の信号値と閾値の間の大小関係から、前記指示体の有無を検出する閾値判定処理が含まれ、
前記集積回路は、前記過荷重が検出された場合、前記過荷重が検出されていない場合と比べて前記閾値を小さくする、
請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記指示体は、ペン先に作用する筆圧に相関する筆圧値を出力する筆圧センサを有する電子ペンであり、
前記集積回路は、前記電子ペンから供給された前記筆圧値が飽和している場合、前記過荷重が発生していると判定する、
請求項１に記載の電子機器。

【請求項4】

前記集積回路は、前記電子ペンとの間の静電容量結合方式の通信により、前記電子ペンから前記筆圧値を取得する、
請求項３に記載の電子機器。

【請求項5】

前記静電容量結合方式の通信とは別の通信により前記電子ペンとの間でデータのやり取りを行う通信部をさらに備え、
前記集積回路は、前記通信部を介して前記電子ペンから前記筆圧値を取得する、
請求項４に記載の電子機器。

【請求項6】

前記表示パネル上に設けられる圧力センサをさらに備え、
前記集積回路は、前記圧力センサにより前記タッチセンサからの圧力を検出した場合、前記過荷重が発生していると判定する、
請求項１に記載の電子機器。

【請求項7】

前記集積回路は、前記過荷重が検出された後、前記過荷重の継続時間に応じて前記閾値を異ならせる、
請求項２に記載の電子機器。

【請求項8】

前記集積回路は、前記継続時間が長くなるにつれて、前記閾値を連続的又は段階的に小さくする、
請求項７に記載の電子機器。

【請求項9】

前記集積回路は、前記過荷重が検出された場合、前記指示体による指示位置に応じて前記閾値を異ならせる、
請求項２に記載の電子機器。

【請求項10】

前記集積回路は、前記タッチセンサがなす検出領域内の中央部にて前記指示位置が検出された場合、前記検出領域内の周縁部にて前記指示位置が検出された場合と比べて前記閾値を小さくする、
請求項９に記載の電子機器。

【請求項11】

前記集積回路は、前記過荷重が検出された場合、前記電子ペンの種別又は前記ペン先の種別に応じて前記閾値を異ならせる、
請求項３に記載の電子機器。

【請求項12】

前記集積回路は、前記過荷重が検出された場合、当該電子機器の種別に応じて前記閾値を異ならせる、
請求項２に記載の電子機器。

【請求項13】

電子機器に組み込まれる集積回路であって、
前記電子機器は、
画像又は映像を表示する表示パネルと、
複数のセンサ電極を含んで構成され、かつ前記表示パネルの上方に隙間を設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサと、
を備え、
前記タッチセンサに接近する指示体と前記センサ電極との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、前記信号分布に信号処理を施して前記指示体を検出する検出ステップと、
前記タッチセンサに対する過荷重の検出結果に応じて前記信号処理を異ならせる処理ステップと、
を実行する、集積回路。

【請求項14】

電子ペンと、前記電子ペンとともに用いられる電子機器と、を備える入力システムであって、
前記電子機器は、
画像又は映像を表示する表示パネルと、
複数のセンサ電極を含んで構成され、かつ前記表示パネルの上方に隙間を設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサと、
前記タッチセンサに接近する前記電子ペンと前記センサ電極との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、前記信号分布に信号処理を施して前記電子ペンを検出する集積回路と、
を備え、
前記集積回路は、前記タッチセンサに対する過荷重の検出結果に応じて前記信号処理を異ならせる、入力システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器、集積回路、及び入力システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、電子ペンや指などの指示体による指示位置を検出するための位置センサ（以下、「タッチセンサ」ともいう）を、画像表示機能を有する表示装置に組み込んだ電子機器が知られている。タッチセンサの検出方式の一例として、指示体とセンサ電極の間に発生する静電容量の変化を示す信号分布から、当該指示体による指示位置を検出する「静電容量方式」が挙げられる。

【0003】

特許文献１には、ガラスなどのカバーの裏面にタッチセンサが接着されたタッチパネルと、表示パネルとの間に隙間（あるいは、エアギャップ）を設けて配置する構成が開示されている。このように、タッチパネルと表示パネルとを別々のモジュールとして構成することで、例えば、カバーの破損時にタッチパネルの交換によって電子機器の修理が済み、その分だけ修理コストを下げられるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１７／０４６８６５号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、特許文献１に開示される装置構成では、タッチパネルの外側から大きな荷重が作用することにより、タッチセンサの変形が起こり、タッチセンサの裏面が表示パネルの表面に接近又は接触する場合がある。その結果、タッチセンサの変形前後にわたってタッチセンサから出力される信号分布の形状が変化し、指示体の検出結果が異なってしまうことがあり得る。

【0006】

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、静電容量方式のタッチセンサと表示パネルとが隙間を設けるように離間配置される装置構成において、タッチセンサの変形に起因する指示体の検出精度の低下を抑制可能な電子機器、集積回路、及び入力システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１態様における電子機器は、画像又は映像を表示する表示パネルと、複数のセンサ電極を含んで構成され、かつ前記表示パネルの上方に隙間を設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサと、前記タッチセンサに接近する指示体と前記センサ電極との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、前記信号分布に信号処理を施して前記指示体を検出する集積回路と、を備え、前記集積回路は、前記タッチセンサに対する過荷重の検出結果に応じて前記信号処理を異ならせる。

【0008】

本発明の第２態様における集積回路は、電子機器に組み込まれる回路であって、前記電子機器は、画像又は映像を表示する表示パネルと、複数のセンサ電極を含んで構成され、かつ前記表示パネルの上方に隙間を設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサと、を備え、前記タッチセンサに接近する指示体と前記センサ電極との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、前記信号分布に信号処理を施して前記指示体を検出する検出ステップと、前記タッチセンサに対する過荷重の検出結果に応じて前記信号処理を異ならせる処理ステップと、を実行する。

【0009】

本発明の第３態様における入力システムは、電子ペンと、前記電子ペンとともに用いられる電子機器と、を備えるシステムであって、前記電子機器は、画像又は映像を表示する表示パネルと、複数のセンサ電極を含んで構成され、かつ前記表示パネルの上方に隙間を設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサと、前記タッチセンサに接近する前記電子ペンと前記センサ電極との間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、前記信号分布に信号処理を施して前記電子ペンを検出する集積回路と、を備え、前記集積回路は、前記タッチセンサに対する過荷重の検出結果に応じて前記信号処理を異ならせる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、静電容量方式のタッチセンサと表示パネルとが隙間を設けるように離間配置される装置構成において、タッチセンサの変形に起因する指示体の検出精度の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態における入力システムの全体構成図である。

【図2】図１のタブレット端末の概略構成を示す図である。

【図3】図１及び図２に示すタブレット端末の模式的な断面図である。

【図4】図１のペン検出部に関する機能ブロック図である。

【図5】図１に示すペン検出部の動作に関するフローチャートである。

【図6】筆圧値の取得方法を模式的に示す図である。

【図7】タッチセンサから出力される信号分布の一例を示す図である。

【図8】タッチセンサの通常荷重時における閾値判定処理の結果を示す図である。

【図9】タッチセンサの過荷重時におけるタブレット端末の断面形状を示す図である。

【図10】過荷重の発生前後にわたる信号分布の形状変化の一例を示す図である。

【図11】タッチセンサの過荷重時における筆圧値の時間変化の一例を示す図である。

【図12】タッチセンサの過荷重時における閾値判定処理の結果を示す図である。

【図13】別の構成例におけるタブレット端末の模式的な断面図である。

【図14】閾値を設定するための第１規則を示す図である。

【図15】閾値を設定するための第２規則を示す図である。

【図16】閾値を設定するための第３規則を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0013】

［入力システム１０の構成］
＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態における入力システム１０の全体構成図である。この入力システム１０は、タブレット端末１２（「電子機器」に相当）と、電子ペン１４（「指示体」に相当）と、から基本的に構成される。

【0014】

タブレット端末１２は、タッチパネルディスプレイを有する電子機器である。この電子機器は、タブレット端末の他に、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、又はウェアラブル端末であってもよい。ユーザは、電子ペン１４を片手で把持し、タブレット端末１２のタッチ面１２ｓにペン先１４ｔを押し当てながら移動させることで、タブレット端末１２に絵や文字を書き込むことができる。また、ユーザは、自身の指１６（「指示体」に相当）でタッチ面１２ｓに接触することで、表示中のユーザコントロールを介して所望の操作を行うことができる。

【0015】

電子ペン１４は、アクティブ静電結合方式（ＡＥＳ）によって動作するペン型のポインティングデバイスであり、スタイラスともいう。電子ペン１４は、少なくとも静電容量結合方式の通信により、タブレット端末１２との間で通信可能に構成される。以下、タブレット端末１２から電子ペン１４に向けて送信される信号を「アップリンク信号」と称し、電子ペン１４からタブレット端末１２に向けて送信される信号を「ダウンリンク信号」と称する。

【0016】

＜タブレット端末１２の構成＞
図２は、図１のタブレット端末１２の概略構成を示す図である。タブレット端末１２は、タッチセンサ１８と、タッチ集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）（以下、「タッチＩＣ２０」という）と、ホストプロセッサ２２と、を含んで構成される。

【0017】

タッチセンサ１８は、複数のセンサ電極１８ｘ，１８ｙを面状に組み合わせてなる、静電容量方式の位置センサである。具体的には、タッチセンサ１８は、Ｘ軸上の位置を検出するための複数のセンサ電極１８ｘと、Ｙ軸上の位置を検出するための複数のセンサ電極１８ｙと、を含む。本図に示すＸ方向，Ｙ方向は、タッチセンサ１８がなす検出領域内において定義される直交座標系のＸ軸，Ｙ軸に相当する。センサ電極１８ｘ，１８ｙは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を含む透明導電性材料から構成されてもよいし、ワイヤメッシュから構成されてもよい。

【0018】

センサ電極１８ｘは、Ｙ方向に延びて設けられるとともに、Ｘ方向に沿って等間隔に配置されている。センサ電極１８ｙは、Ｘ方向に延びて設けられるとともに、Ｙ方向に沿って等間隔に配置されている。なお、タッチセンサ１８は、上記した相互容量方式のセンサに代えて、ブロック状の電極を二次元格子状に配置した自己容量方式のセンサであってもよい。

【0019】

タッチＩＣ２０は、ファームウェア２４を実行可能に構成された集積回路であり、タッチセンサ１８を構成する複数のセンサ電極１８ｘ，１８ｙにそれぞれ接続されている。このファームウェア２４は、ユーザの指１６などによるタッチを検出するタッチ検出部２６と、電子ペン１４の状態を検出するペン検出部２８と、を実現可能に構成される。

【0020】

タッチ検出部２６は、例えば、タッチセンサ１８のスキャン機能、タッチセンサ１８上の信号分布（あるいは、ヒートマップ）の作成機能、信号分布上の領域分類機能（例えば、指１６、手の平の分類）を含む。ペン検出部２８は、例えば、タッチセンサ１８のスキャン機能（グローバルスキャン又はセクタスキャン）、ダウンリンク信号の受信・解析機能、電子ペン１４の状態（例えば、位置、傾き、筆圧など）の推定機能、電子ペン１４に対する指令を含むアップリンク信号の生成・送信機能を含む。

【0021】

ホストプロセッサ２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）からなる演算処理装置である。ホストプロセッサ２２は、図示しないメモリからプログラムを読み出し実行することで、例えば、タッチＩＣ２０からのデータを用いてデジタルインクを生成する処理、当該デジタルインクが示す描画内容を表示させるためのレンダリング処理などを行う。

【0022】

図３は、図１及び図２に示すタブレット端末１２の模式的な断面図である。このタブレット端末１２は、上記したタッチセンサ１８（図２）の他に、筐体４０、制御基板４２、表示パネル４４、及び保護板４６を含んで構成される。

【0023】

筐体４０は、タブレット端末１２内の電子部品を収容する部材である。図３の例では、筐体４０には、底側から上側（Ｚ方向）にわたって順番に、制御基板４２、表示パネル４４、及びタッチセンサ１８が重ねて配置されている。

【0024】

制御基板４２は、タブレット端末１２を作動するための電気回路を構成する単体の基板又は基板の集合体である。図３に示すように、制御基板４２上には、タッチＩＣ２０及びホストプロセッサ２２の他に、図示しない様々な電子部品が実装されている。

【0025】

表示パネル４４は、例えば、液晶パネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル、電子ペーパーなどによって構成される。表示パネル４４は、行方向及び列方向に配列されたマトリクス状の信号線に駆動電圧を印加して複数の画素を駆動することで、表示領域内に画像又は映像を表示する。

【0026】

保護板４６は、ガラスなどの透光性材料からなる板材であり、筐体４０が有する開口の全面を覆うように設けられている。タッチセンサ１８は、図示しない接着層を介して、保護板４６の裏面に接着されている。図３から理解されるように、タッチセンサ１８は、表示パネル４４の上方に隙間Ｇを設けるように離間配置されている。

【0027】

＜機能ブロック＞
図４は、図１のペン検出部２８に関する機能ブロック図である。ペン検出部２８は、取得部５０と、判定部５２と、検出部５４と、を備える。

【0028】

取得部５０は、タッチセンサ１８への荷重状態を判定するための情報（以下、「判定情報」ともいう）を取得する。この判定情報には、例えば、［１］ペン先１４ｔに作用する筆圧、［２］表示パネル４４の表面上に作用する圧力、又は［３］タッチセンサ１８又は保護板４６の変形量などが含まれる。

【0029】

筆圧は、例えば、電子ペン１４が有する筆圧センサ６０（図６）を用いて測定される。測定された筆圧は、当該筆圧に相関する信号値（つまり、筆圧値）に変換されてタブレット端末１２に出力される。この場合、取得部５０は、［１］電子ペン１４との間の静電容量結合方式の通信、又は［２］静電容量結合方式の通信とは別の通信（有線通信又は無線通信）により、電子ペン１４から筆圧値を取得する。

【0030】

圧力は、例えば、表示パネル４４の表面上に配置される圧力センサ７２（図１３）を用いて測定される。このセンサ方式の一例として、圧力の変化に応じて変形するダイアフラムの変位量を静電容量の変化として計測し、この変化量を圧力に換算して出力する「静電容量方式」が挙げられる。変形量は、例えば、歪みセンサ又は光学式変位センサを用いて測定される。

【0031】

判定部５２は、取得部５０により取得された判定情報を用いてタッチセンサ１８に対する荷重状態を判定し、荷重状態を示す判定結果を出力する。この荷重状態は、［１］無荷重・通常荷重・過荷重・非過荷重などの定性値、又は［２］変位量・変形量・たわみ量（単位：ｍｍ）などの定量値により表現される。判定部５２は、例えば、［１］電子ペン１４から供給された筆圧値が飽和している場合、［２］圧力センサ７２によりタッチセンサ１８からの圧力を検出した場合、又は［３］タッチセンサ１８の変位量が閾値を上回った場合、過荷重（つまり、筆圧値の許容範囲の上限を超えた荷重）が発生していると判定してもよい。

【0032】

検出部５４は、タッチセンサ１８に接近する指示体（ここでは、電子ペン１４）とセンサ電極１８ｘ，１８ｙの間に形成される静電容量（ここでは、静電容量又は該静電容量の変化）に相関する信号分布を取得し、得られた信号分布に様々な信号処理を施して電子ペン１４を検出する。この信号処理には、［１］信号分布が示す位置毎の信号値と閾値の間の大小関係から、電子ペン１４の有無を検出する「閾値判定処理」、又は［２］信号分布に対して補間演算又は近似演算を施して電子ペン１４の指示位置を算出する「位置算出処理」が含まれる。

【0033】

検出部５４は、判定部５２による判定結果に応じて、閾値判定処理に用いられる閾値を異ならせてもよい。具体的には、検出部５４は、タッチセンサ１８に対する過荷重が検出された場合、過荷重が検出されていない場合と比べて閾値を小さくする。また、閾値判定処理に用いられる信号値は、タッチセンサ１８のスキャン毎に得られる信号値（つまり、瞬間値）であってもよいし、予め定められた時間内に逐次的に取得される瞬間値を積算した値（つまり、積算値）であってもよい。特に、瞬間値に代えて積算値を用いることで、検出信号に含まれるノイズの影響がより小さくなり、その分だけ電子ペン１４の検出精度が向上する。

【0034】

また、検出部５４は、判定部５２による判定結果の他に、追加情報をさらに用いて、閾値判定処理に用いられる閾値を設定してもよい。ここで、「追加情報」とは、タッチセンサ１８から出力される信号分布の全体形状又は局所形状に影響を与え得る様々な情報に相当する。追加情報の一例として、［１］過荷重状態の継続時間、［２］電子ペン１４の指示位置、［３］電子ペン１４の種別、［４］ペン先１４ｔの種別、又は［５］タブレット端末１２の種別が挙げられる。上記した継続時間は、判定部５２による判定結果の解析を通じて求められる。上記した指示位置は、検出部５４により直近に検出された電子ペン１４の指示位置に相当する。上記した電子ペン１４又はペン先１４ｔの種別は、電子ペン１４からのダウンリンク信号を通じて取得される。上記したタブレット端末１２の種別は、ホストプロセッサ２２から提供される。

【0035】

［入力システム１０の動作］
この実施形態における入力システム１０は、以上のように構成される。続いて、タブレット端末１２による電子ペン１４の検出動作について、図５のフローチャート及び図６～図１２を参照しながら説明する。

【0036】

＜通常荷重時＞
図５のステップＳＰ１０において、タッチＩＣ２０のペン検出部２８は、電子ペン１４の検出タイミングが到来したか否かを確認する。まだ検出タイミングに達していない場合（ステップＳＰ１０：ＮＯ）、ペン検出部２８は、検出タイミングが到来するまでの間、ステップＳＰ１０に留まる。一方、電子ペン１４の検出タイミングが到来した場合（ステップＳＰ１０：ＹＥＳ）、ペン検出部２８は、次のステップＳＰ１２に進む。

【0037】

ステップＳＰ１２において、ペン検出部２８（より詳しくは、取得部５０）は、タッチセンサ１８の荷重状態を判定するための情報（つまり、判定情報）を取得する。ここでは、判定情報が「筆圧値」である場合を例に挙げて説明する。

【0038】

図６は、筆圧値の取得方法を模式的に示す図である。ここでは、タブレット端末１２の構成として、タッチセンサ１８、タッチＩＣ２０、ホストプロセッサ２２、及び無線モジュール３０が図示されている。また、電子ペン１４の構成として、筆圧センサ６０、第１通信部６２、及び第２通信部６４が図示されている。

【0039】

第１に、タブレット端末１２は、静電容量結合方式による通信を介して、電子ペン１４から筆圧値を取得する。電子ペン１４の第１通信部６２は、筆圧センサ６０から出力された筆圧値を取得し、当該筆圧値を含むデータにより変調されたダウンリンク信号を生成し、当該ダウンリンク信号をペン先１４ｔの電極から送信する。その後、タブレット端末１２のタッチＩＣ２０は、タッチセンサ１８を介してダウンリンク信号を受信し、当該ダウンリンク信号の復調を通じて筆圧値を含むデータを取得する。このようにして、筆圧値が取得される。

【0040】

第２に、タブレット端末１２は、静電容量結合方式による通信とは別の通信を介して、電子ペン１４から筆圧値を取得する。電子ペン１４の第２通信部６４は、筆圧センサ６０から出力された筆圧値を取得し、当該筆圧値を含むデータにより変調された無線信号を生成し、当該無線信号を図示しない電極から送信する。その後、タブレット端末１２のタッチＩＣ２０は、無線モジュール３０を介して無線信号を受信し、当該無線信号の復調を通じて筆圧値を含むデータを取得する。このようにして、筆圧値が取得される。

【0041】

図５のステップＳＰ１４において、ペン検出部２８（より詳しくは、判定部５２）は、ステップＳＰ１２で取得された判定情報（ここでは、筆圧値）を用いて、タッチセンサ１８の荷重状態を判定する。その判定結果として、タッチセンサ１８の荷重状態を示すフラグ（以下、状態フラグ）が出力される。この状態フラグは、例えば、「通常荷重」である場合に「０」の値をとり、「過荷重」である場合に「１」の値をとる。

【0042】

ステップＳＰ１６において、ペン検出部２８（より詳しくは、検出部５４）は、ステップＳＰ１４での判定結果を参照し、タッチセンサ１８の荷重状態を確認する。例えば、状態フラグの値が「０」、つまり「通常荷重」状態である場合（ステップＳＰ１６：通常荷重）、検出部５４は、ステップＳＰ１８に進む。

【0043】

ステップＳＰ１８において、検出部５４は、閾値判定処理に用いられる閾値を「ＴＨｎ」に設定した後、ステップＳＰ２２に進む。

【0044】

ステップＳＰ２２において、検出部５４は、タッチセンサ１８から出力された信号分布を取得する。

【0045】

図７は、タッチセンサ１８から出力された信号分布の一例を示す図である。グラフの横軸はＸ軸上の位置（単位：ｍｍ）を示すとともに、グラフの縦軸は信号値（単位：無次元）を示している。本図の例では、信号分布は、略同じ高さの２つのピークを有する。そして、電子ペン１４の指示位置は、２つのピークに挟まれた谷の位置（Ｘｐ）に対応する。なお、信号分布の形状は、図７の例に限られず、装置構成によって信号分布のピーク数が１つになる場合もあり得る。

【0046】

図５のステップＳＰ２４において、検出部５４は、ステップＳＰ２２により取得された信号分布に対して、閾値判定処理及び位置算出処理を含む信号処理を施すことにより、電子ペン１４の有無又は指示位置を検出する。

【0047】

図８は、タッチセンサ１８の通常荷重時における閾値判定処理の結果を示す図である。この閾値判定処理を通じて、信号値（具体的には、瞬間値又は積算値）が閾値ＴＨｎよりも大きい領域、具体的には、２つのピーク頂部を示す領域Ａ１，Ａ２が抽出される。その後、位置算出処理を通じて、領域Ａ１，Ａ２及び周辺位置における信号値同士の関係から、電子ペン１４の指示位置Ｘｐが算出される。

【0048】

図５のステップＳＰ２６において、検出部５４は、ステップＳＰ２４にて得られた検出結果を外部（ここでは、ホストプロセッサ２２）に出力する。

【0049】

以下、ペン検出部２８は、定期的又は不定期に、図５のフローチャートを繰り返して実行する。タッチセンサ１８の「通常荷重」状態が続いている間、ステップＳＰ１６→ＳＰ１８→ＳＰ２２の分岐が選択される。

【0050】

＜過荷重時＞
続いて、ユーザが電子ペン１４を必要以上の力で押し込むことにより、タッチセンサ１８に対する過荷重が発生した場合を想定する。

【0051】

図９は、タッチセンサ１８の過荷重時におけるタブレット端末１２の断面形状を示す図である。より詳しくは、図９は、過荷重が発生する部位の周辺におけるタブレット端末１２の部分拡大断面図に相当する。タッチセンサ１８は、ポリエチレンテレフタレートを含む樹脂からなる基台１８ｂと、基台１８ｂの下面に設けられる複数のセンサ電極１８ｘと、を含む。ペン先１４ｔに設けられるペン電極と、ペン先１４ｔの近傍に位置するセンサ電極１８ｘとの間には、静電容量が形成されている。

【0052】

タッチセンサ１８と表示パネル４４との間に隙間Ｇが設けられているので、タッチセンサ１８の過荷重時に、タッチセンサ１８と基台１８ｂとが一体となって下凸に変形する。センサ電極１８ｘの接近に伴い、表示パネル４４から発生する電気ノイズが静電容量に取り込まれることで、信号にノイズが混入しやすくなる。また、センサ電極１８ｘの接触に伴い、静電容量をなす電荷が表示パネル４４側に流出することで、信号レベルが低下しやすくなる。

【0053】

図１０は、過荷重の発生前後にわたる信号分布の形状変化の一例を示す図である。このグラフの定義は、図７の場合と同様である。図１０から理解されるように、過荷重時の信号分布（実線で図示）は、通常荷重時の信号分布（破線で図示）との間の相似関係を保ちながら、全体にわたって信号値が減少する傾向を有する。そこで、ペン検出部２８は、信号分布の形状が変化するという傾向を考慮しつつ、電子ペン１４の検出処理を行う。

【0054】

図５のステップＳＰ１０において、ペン検出部２８は、電子ペン１４の検出タイミングが到来したか否かを確認する。ステップＳＰ１２において、取得部５０は、タッチセンサ１８の荷重状態を判定するための筆圧値を取得する。

【0055】

図１１は、タッチセンサ１８の過荷重時における筆圧値の時間変化の一例を示す図である。グラフの横軸は時間（単位：ｓ）を示すとともに、グラフの縦軸は筆圧値（単位：無次元）を示している。ここで、１０ビットの筆圧値は、ペン先１４ｔに作用する筆圧の有効範囲において、筆圧に比例するように定義されている。

【0056】

例えば、ユーザは、時点ｔ＝Ｔ１にてペンダウン操作を行った後、ペン先１４ｔを押し込む操作を継続する場合を想定する。そうすると、時間が経過するにつれて筆圧値が線形的に増加し、時点ｔ＝Ｔ２にて筆圧値が最大（＝１０２３）になる。その後、筆圧値は、最大値又はその近傍値を維持する。例えば、ｔ＝Ｔ２からの経過時間が時間閾値Ｂを上回った場合に、判定部５２は、ペン先１４ｔに作用する筆圧が飽和しているとみなし、タッチセンサ１８の「過荷重」を検出する。

【0057】

図５のステップＳＰ１６において、検出部５４は、ステップＳＰ１４での判定結果を参照し、タッチセンサ１８の荷重状態を確認する。例えば、状態フラグの値が「１」、つまり「過荷重」状態である場合（ステップＳＰ１６：過荷重）、検出部５４は、ステップＳＰ１８に代わってステップＳＰ２０に進む。

【0058】

ステップＳＰ２０において、検出部５４は、閾値判定処理に用いられる閾値を「ＴＨｗ」に設定した後、ステップＳＰ２２に進む。ここで、ＴＨｎ＞ＴＨｗの大小関係が成り立っている点に留意する。

【0059】

ステップＳＰ２２において、検出部５４は、タッチセンサ１８から出力された信号分布を取得する。タッチセンサ１８の過荷重時には、図１０の実線で示すような信号分布が得られる。

【0060】

ステップＳＰ２４において、検出部５４は、ステップＳＰ２２により取得された信号分布に対して、閾値判定処理及び位置算出処理を含む信号処理を施すことにより、電子ペン１４の有無又は指示位置を検出する。

【0061】

図１２は、タッチセンサ１８の過荷重時における閾値判定処理の結果を示す図である。この閾値判定処理を通じて、信号値が閾値ＴＨｗよりも大きい領域、具体的には、２つのピーク頂部を示す領域Ａ３，Ａ４が抽出される。その後、位置算出処理を通じて、領域Ａ３，Ａ４及び周辺位置における信号値同士の関係から、電子ペン１４の指示位置Ｘｐが算出される。

【0062】

図５のステップＳＰ２６において、検出部５４は、ステップＳＰ２４にて得られた検出結果を外部（ここでは、ホストプロセッサ２２）に出力する。

【0063】

以下、ペン検出部２８は、定期的又は不定期に、図５のフローチャートを繰り返して実行する。タッチセンサ１８の「過荷重」状態が続いている間、ステップＳＰ１６→ＳＰ２０→ＳＰ２２の分岐が選択される。このように、過荷重時の場合、通常荷重時の場合と比べて閾値を下げることにより、電子ペン１４の有無又は指示位置を検出しやすくなる。

【0064】

［閾値判定処理の別の例］
続いて、閾値判定処理の別の例について、図１３～図１６を参照しながら説明する。

【0065】

＜第１例＞
タッチＩＣ２０のペン検出部２８は、電子ペン１４のペン先１４ｔに作用する筆圧とは別の物理量を用いて、タッチセンサ１８に対する荷重状態を判定してもよい。

【0066】

図１３は、別の構成例におけるタブレット端末７０の断面図である。タブレット端末７０は、図３に示すタブレット端末１２の各構成の他に、圧力センサ７２をさらに含んで構成される。圧力センサ７２は、表示パネル４４の表面上に設けられ、制御基板４２に接続されている。このセンサ方式の一例として、ダイアフラムの変位を静電容量の変化量として求め、当該変化量を変換して圧力を測定する「静電容量方式」が挙げられる。

【0067】

上記した装置構成の場合、タッチＩＣ２０のペン検出部２８は、ペン先１４ｔに作用する筆圧に代えて、圧力センサ７２に作用する圧力を用いて、タッチセンサ１８に対する荷重状態を検出することができる。具体的には、ペン検出部２８（より詳しくは、判定部５２）は、圧力センサ７２によりタッチセンサ１８からの圧力が検出されていない場合には「通常荷重」であると判定する一方、圧力センサ７２によりタッチセンサ１８からの圧力が検出されている場合には「過荷重」状態であると判定する。

【0068】

第１例によれば、タッチセンサ１８の接触に伴い表示パネル４４の表面に圧力が作用することを利用することで、タッチセンサ１８の荷重を実際に測定することなく過荷重を検出することができる。

【0069】

＜第２例＞
タッチＩＣ２０のペン検出部２８は、タッチセンサ１８が「過荷重」状態であると判定した場合、過荷重の継続時間に応じて、閾値処理に用いられる閾値を動的に設定してもよい。例えば、ペン検出部２８は、継続時間が長くなるにつれて、閾値を連続的又は段階的に小さくしてもよい。

【0070】

図１４は、閾値を設定するための第１規則を示す図である。グラフの横軸は過荷重の継続時間ΔＴｄ（単位：ｓ）を示すとともに、グラフの縦軸は閾値ＴＨｗを示している。過荷重の開始時点（ΔＴｄ＝０）では、閾値はＴＨｗ＝Ｄ１に設定される。そして、継続時間ΔＴｄが増加するにつれて、閾値ＴＨｗは線形的に減少するように設定される。そして、継続時間がΔＴｄ≧Ｃの範囲では、閾値は一定値（ＴＨｗ＝Ｄ２；ただし、０＜Ｄ２＜Ｄ１）に設定される。

【0071】

第２例によれば、過荷重の継続時間が長くなるにつれて、信号値の低下が起こりやすくなるという傾向を考慮した検出を行うことができる。

【0072】

＜第３例＞
タッチＩＣ２０のペン検出部２８は、タッチセンサ１８が「過荷重」状態であると判定した場合、電子ペン１４の指示位置に応じて、閾値処理に用いられる閾値を動的に設定してもよい。例えば、ペン検出部２８は、タッチセンサ１８がなす検出領域内の中央部にて指示位置が検出された場合、検出領域内の周縁部にて指示位置が検出された場合と比べて閾値を小さくしてもよい。

【0073】

図１５は、閾値を設定するための第２規則を示す図である。グラフの横軸は電子ペン１４の指示位置（単位：ｍｍ）を示すとともに、グラフの縦軸は閾値ＴＨｗを示している。位置Ｘ＝０は検出領域の中央に相当するとともに、位置Ｘ＝Ｅは検出領域の周縁に相当する。検出領域の中央位置（Ｘ＝０）では、閾値はＴＨｗ＝Ｆ１に設定される。そして、中央部から辺縁部に向かうにつれて、閾値ＴＨｗは線形的に増加するように設定される。そして、検出領域の辺縁位置（Ｘ＝Ｅ）では、閾値はＴＨｗ＝Ｆ２（Ｆ１＜Ｆ２）に設定される。

【0074】

第３例によれば、検出領域内の中央部に近づくにつれてタッチセンサ１８の変形量が多くなり、その分だけ信号値の低下が起こりやすくなるという傾向を考慮した検出を行うことができる。

【0075】

＜第４例＞
タッチＩＣ２０のペン検出部２８は、タッチセンサ１８が「過荷重」状態であると判定した場合、電子ペン１４、ペン先１４ｔ及びタブレット端末１２の種別又はこれらの種別の組み合わせに応じて、閾値処理に用いられる閾値を設定してもよい。

【0076】

図１６は、閾値を設定するための第３規則を示す図である。より詳しくは、本図は、物品区分、種別、及び閾値の間の対応関係を示すテーブルを示している。「物品区分」には、装置名（例えば、電子ペン・タブレットなど）又は部品名（例えば、ペン先など）が含まれる。「種別」には、メーカ名、製品名、型名、規格名、仕様などが含まれる。例えば、「種別Ｘ１である電子ペン」に適した閾値は、ＴＨｗ＝Ｔｈ１１に設定される。

【0077】

第４例によれば、電子ペン１４の種別又はペン先１４ｔの種別に応じて、タッチセンサ１８の変形の度合い又は信号分布の形状が異なる点を考慮した検出を行うことができる。また、第４例によれば、タブレット端末１２の種別に応じて、タッチセンサ１８の変形の度合い又は隙間Ｇの大きさが異なる点を考慮した検出を行うことができる。

【0078】

［実施形態による効果］
以上のように、入力システム１０は、電子ペン１４と、電子ペン１４とともに用いられる電子機器（ここでは、タブレット端末１２）と、を備える。タブレット端末１２は、画像又は映像を表示する表示パネル４４と、複数のセンサ電極１８ｘ，１８ｙを含んで構成され、かつ表示パネル４４の上方に隙間Ｇを設けるように離間配置される静電容量方式のタッチセンサ１８と、タッチセンサ１８に接近する指示体（ここでは、電子ペン１４又は指１６）とセンサ電極１８ｘ，１８ｙとの間に形成される静電容量に相関する信号分布を取得し、信号分布に信号処理を施して指示体を検出する集積回路（ここでは、タッチＩＣ２０）と、を備える。タッチＩＣ２０は、信号分布に信号処理を施して指示体を検出する検出ステップ（ＳＰ２４）と、タッチセンサ１８に対する過荷重の検出結果に応じて信号処理を異ならせる処理ステップ（ＳＰ１８，ＳＰ２０）と、を実行する。

【0079】

上記した構成のように、タッチセンサ１８に対する過荷重の検出結果に応じて信号処理を異ならせることにより、タッチセンサ１８の変形前後にわたってタッチセンサ１８から出力される信号分布が変化する傾向が反映された検出を行うことができる。これにより、静電容量方式のタッチセンサ１８と表示パネル４４とが隙間Ｇを設けるように離間配置される装置構成において、タッチセンサ１８の変形に起因する指示体の検出精度の低下を抑制することができる。

【0080】

また、信号処理には、信号分布が示す位置毎の信号値と閾値の間の大小関係から、指示体の有無又は指示位置を検出する閾値判定処理が含まれる場合、タッチＩＣ２０は、過荷重が検出された場合、過荷重が検出されていない場合と比べて閾値を小さくしてもよい。過荷重が検出されている場合、タッチセンサ１８が表示パネル４４の表面に接近又は接触に伴う信号値の低下が起こりやすい。そこで、閾値を相対的に下げることにより、過荷重が発生した場合であっても指示体がより検出されやすくなる。

【0081】

また、指示体が、ペン先１４ｔに作用する筆圧に相関する筆圧値を出力する筆圧センサ６０を有する電子ペン１４である場合、タッチＩＣ２０は、電子ペン１４から供給された筆圧値が飽和している場合、過荷重が発生していると判定してもよい。ペン先１４ｔ及びタッチセンサ１８に同時に荷重が作用することを利用することで、タッチセンサ１８の荷重を実際に測定することなく過荷重を検出することができる。

【0082】

また、タッチＩＣ２０は、電子ペン１４との間の静電容量結合方式の通信により、電子ペン１４から筆圧値を取得してもよい。あるいは、タブレット端末１２が、静電容量結合方式の通信とは別の通信により電子ペン１４との間でデータのやり取りを行う通信部（ここでは、無線モジュール３０）をさらに備える場合、タッチＩＣ２０は、無線モジュール３０を介して電子ペン１４から筆圧値を取得してもよい。

【0083】

また、タブレット端末７０が、表示パネル４４上に設けられる圧力センサ７２をさらに備える場合、タッチＩＣ２０は、圧力センサ７２によりタッチセンサ１８からの圧力を検出した場合、過荷重が発生していると判定してもよい。タッチセンサ１８の接触に伴い表示パネル４４の表面に圧力が作用することを利用することで、タッチセンサ１８の荷重を実際に測定することなく過荷重を検出することができる。

【0084】

また、タッチＩＣ２０は、過荷重が検出された後、過荷重の継続時間に応じて閾値を異ならせてもよい。具体的には、タッチＩＣ２０は、継続時間が長くなるにつれて、閾値を連続的又は段階的に小さくしてもよい。これにより、過荷重の継続時間が長くなるにつれて、信号値の低下が起こりやすくなるという傾向を考慮した検出を行うことができる。

【0085】

また、タッチＩＣ２０は、過荷重が検出された場合、指示体による指示位置に応じて閾値を異ならせてもよい。具体的には、タッチＩＣ２０は、タッチセンサ１８がなす検出領域内の中央部にて指示位置が検出された場合、検出領域内の周縁部にて指示位置が検出された場合と比べて閾値を小さくしてもよい。これにより、検出領域内の中央部に近づくにつれてタッチセンサ１８の変形量が多くなり、その分だけ信号値の低下が起こりやすくなるという傾向を考慮した検出を行うことができる。

【0086】

また、タッチＩＣ２０は、過荷重が検出された場合、電子ペン１４の種別又はペン先１４ｔの種別に応じて閾値を異ならせてもよい。これにより、電子ペン１４の種別又はペン先１４ｔの種別に応じて、タッチセンサ１８の変形の度合い又は信号分布の形状が異なる点を考慮した検出を行うことができる。

【0087】

また、タッチＩＣ２０は、過荷重が検出された場合、タブレット端末１２の種別に応じて閾値を異ならせてもよい。これにより、タブレット端末１２の種別に応じて、タッチセンサ１８の変形の度合い又は隙間Ｇの大きさが異なる点を考慮した検出を行うことができる。

【0088】

［変形例］
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。あるいは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。

【0089】

上記した実施形態では、ペン検出部２８により電子ペン１４を検出する場合について例を挙げて説明したが、タッチ検出部２６による指１６を検出する場合にも上記した処理方法を適用し得る。指１６を検出する際、指１６による押圧を測定できない場合には、図１３に示す装置構成が採用される。

【符号の説明】

【0090】

１０…入力システム、１２，７０…タブレット端末（電子機器）、１４…電子ペン（指示体）、１６…指（指示体）、１８…タッチセンサ、２０…タッチＩＣ（集積回路）、２２…ホストプロセッサ、４４…表示パネル、４６…保護パネル、５０…取得部、５２…判定部、５４…検出部、７２…圧力センサ、Ｇ…隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】