特開 2024-124815 検出装置

(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】P2024124815

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20240906BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20240906BHJP

   G09G 5/00 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 490

G06F3/041 580

G06F3/044 124

G06F3/041 422

G09G5/00 550C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032744

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西本 拓也

(72)【発明者】

【氏名】吉田 公二

【テーマコード（参考）】

5C182

【Ｆターム（参考）】

5C182AA02

5C182AA03

5C182AA11

5C182AA21

5C182AC03

5C182BA06

5C182BA29

(57)【要約】

【課題】検出領域上の被検出体を検出可能としながら、検出領域がハーフミラーの鏡領域にもなり得る、検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置は、検出領域が設けられたセンサ領域と、電極線検出領域に設けられた複数の電極と、電極線複数の電極ごとの検出値に基づき、電極線検出領域上の被検出体を検出する検出回路と、を備える。外部からセンサ領域への入射光に対する電極の反射率が２０％以上８０％以下を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向の入射光に対して一部の入射光を反射可能である、検出領域と、
前記検出領域に設けられた複数の電極と、
前記複数の電極ごとの静電容量に基づき、前記検出領域の前記第１方向の被検出体に応じた検出値を検出する検出回路と、
を備え、
外部から前記検出領域への入射光に対する前記電極の反射率が２０％以上８０％以下を有している、
検出装置。

【請求項2】

前面板をさらに備え、
前記第１方向にみて、前記検出領域と重なる領域であって、前記前面板の表面上の空間における前記被検出体の位置が検出可能である、
請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記検出領域に設けられた複数の電極は、線状の導体層である電極線を含み、隣り合う電極線の間には、隙間がある、請求項１又は２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記第１方向において、前記電極の前記空間側とは反対側に、発光体をさらに備え、
前記検出領域に重なる前記前面板のうち、前記発光体の発光光が入射していない領域が鏡面となる請求項２に記載の検出装置。

【請求項5】

前記検出領域に重なる前記前面板のうち、前記発光体の発光光が入射している領域で前記発光光が視認される、請求項４に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ガラス材にアルミニウムなどの金属光沢のある金属で、被膜を形成し、形成された金属膜が入射光の一部を反射光として反射させる、いわゆるハーフミラーが記載されている。特許文献１に記載されているハーフミラーでは、人間がセンサから一定距離離れている場合には、光源を消灯させて表示面を通常のミラーとして機能させ、人間がセンサに一定距離内に近づいた場合には、光源を点灯させて画像を表示面に透過表示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－０６５４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、観察者からみて、金属膜とセンサとが重なり合わない。このような構造とする理由としては、センサが被検出対象との静電容量を検出する場合、金属膜とセンサとが重なり合うと、センサは、金属膜よりも観察者側の静電容量を十分に検出できない可能性があるからである。そこで、センサの検出領域と、ハーフミラーの鏡領域とを重ねあわせても、被検出体が検出可能な検出装置が望まれている。

【0005】

本発明は、検出領域上の被検出体を検出可能としながら、検出領域がハーフミラーの鏡領域にもなり得る、検出装置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】

本発明の一態様に係る検出装置は、第１方向の入射光に対して一部の入射光を反射可能である、検出領域と、前記検出領域に設けられた複数の電極と、前記複数の電極ごとの静電容量に基づき、前記検出領域の前記第１方向の被検出体に応じた検出値を検出する検出回路と、を備え、外部から前記検出領域への入射光に対する前記電極の反射率が２０％以上８０％以下を有している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態１に係る検出システムの概略構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る検出装置の検出領域を説明するための平面図である。

【図3】図３は、実施形態１に係る検出装置の概略構成を示す平面図である。

【図4】図４は、実施形態１に係る金属膜で構成される電極の膜厚と検出領域の反射率の関係を説明する説明図である。

【図5】図５は、実施形態１に係る検出装置が適用される検出システムの概略断面構成を示す模式図であり、図３のＶＩ－ＶＩ’断面を示している。

【図6A】図６Ａは、表示パネルの発光光が検出装置に入射されていない状態を説明するための説明図である。

【図6B】図６Ｂは、表示パネルの発光光が検出装置に入射している状態を説明するための説明図である。

【図7】図７は、実施形態１に係る検出装置の検出回路の構成例を示すブロック図である。

【図8A】図８Ａは、検出領域上の空間における被検出体の位置と各電極との位置関係を示す模式図である。

【図8B】図８Ｂは、検出領域上の空間における被検出体の空間座標を示す模式図である。

【図9】図９は、実施形態１に係る検出装置における処理の一例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、実施形態１に係る検出装置の断面図である。

【図11】図１１は、比較例に係る検出装置の概略構成を示す斜視図である。

【図12】図１２は、比較例に係る検出装置の断面図である。

【図13】図１３は、実施形態２に係る検出装置の電極とその配線を示す平面図である。

【図14】図１４は、実施形態２に係る検出装置の隣り合う電極とその配線を示す拡大図である。

【図15】図１５は、実施形態２に係る電極の拡大図である。

【図16】図１６は、図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩ′の断面図である。

【図17】図１７は、実施形態２に係る電極線の線幅と検出領域の反射率との関係を説明する説明図である。

【図18】図１８は、電極線の線幅と検出領域の反射率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態１に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る検出システムの概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態１に係る検出システム１００は、発光体として表示装置２００と、検出装置１とを備え、表示装置２００に検出装置１が重ね合わされている。実施形態１に係る検出装置１は、被検出体１７を検出するセンサである。検出装置１は、被検出体１７と検出装置１との間に生じる距離Ｄ（ｎ）や空間座標に応じた静電容量を検出することができる。

【0010】

実施形態１に係る検出システム１００では、表示装置２００が画像を表示し、発光光ＩＭが検出装置１を透過すると、表示画像の発光光ＩＭが、観測者ＯＢに到達可能である。表示装置２００の発光光ＩＭが検出装置１へ外側から入射する入射光ＩＬよりも弱いか、表示装置２００の発光光ＩＭがない場合、入射光ＩＬは、検出装置１により反射され、反射光ＲＬとして、観測者ＯＢに視認される。このように、検出装置１は、ハーフミラーとしても機能する。

【0011】

図２は、実施形態１に係る検出装置１の検出領域を説明するための平面図である。図２に示すように、検出装置１は、Ｄｚ方向にみて、被検出体１７を検出可能な検出領域ＡＡと、検出領域の周囲にある額縁領域１０Ｆとがある。

【0012】

検出領域ＡＡは、表示装置２００からの光を透過させ、画像などの発光光ＩＭを表示することができる。例えば、図２では、表示装置２００からの画像の発光光ＩＭがボタンのオブジェクトとして観測者ＯＢに視認できる。また、表示装置２００から発光光ＩＭが入射しない領域は、入射光ＩＬを反射させてミラー状態とするミラー領域ＲＦ２となる。例えば、ミラー領域ＲＦ２は、表示装置２００からの画像の発光光ＩＭがボタンのオブジェクトがある領域を除く領域である。

【0013】

表示装置２００からの画像の発光光ＩＭが検出装置１の背面から入射しないと、図２に示すボタンのオブジェクトが消失し、検出領域ＡＡの全体が入射光ＩＬを反射させてミラー状態とするミラー領域ＲＦ１となる。逆に、ミラー領域ＲＦ１がある状態で、表示装置２００からの画像の発光光ＩＭが検出装置１の背面から入射すると、入射光ＩＬを反射させてミラー状態とする領域がミラー領域ＲＦ２まで縮小し、表示装置２００からの画像の発光光ＩＭがボタンのオブジェクトとして観測者ＯＢに視認できるようになる。

【0014】

観測者ＯＢがボタンのオブジェクトを視認し、被検出体１７である指でオブジェクトを入力操作する場合、検出装置１は、被検出体１７の空間座標を検出することができる。検出装置１は、被検出体１７が検出装置１の検出面に接触するタッチ位置を検出してもよく、被検出体１７が検出装置１の検出面に非接触の状態での座標位置を検出してもよい。なお、非接触状態において、被検出体の位置を検出することは、ホバー検出と呼ぶことがある。

【0015】

図３は、実施形態１に係る検出装置の概略構成を示す平面図である。図３に示すように、検出装置１は、センサ領域１０と、制御回路２０と、を備える。

【0016】

センサ領域１０は、センサ基板１１と、センサ基板１１の検出領域ＡＡに設けられる複数の電極１２と、複数の各電極１２から延びる配線３７と、を有する。制御回路２０は、制御基板２１と、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）回路２２と、処理回路２３と、電源回路２４と、インターフェース回路２５と、を有する。

【0017】

センサ基板１１の検出領域ＡＡは、Ｄｘ方向及びＤｙ方向にマトリクス状に並ぶ複数の電極１２が設けられた領域である。センサ基板１１は、例えば、ガラス基板又は透光性を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）である。

【0018】

本開示において、Ｄｘ方向及びＤｙ方向は、センサ基板１１の検出領域ＡＡにおいて直交する。また、本開示では、Ｄｘ方向及びＤｙ方向に直交する方向をＤｚ方向としている。

【0019】

図３に示す例では、Ｄｘ方向に４個の電極１２が並び、Ｄｙ方向に４個の電極１２が並ぶ４×４（＝１６）個の電極１２が設けられた例を示したが、センサ基板１１の検出領域ＡＡに設けられる電極１２の数はこれに限定されない。

【0020】

電極１２は、導電性を持ち金属光沢のある金属膜である。電極１２は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏなどの金属膜で形成されている。電極１２の金属膜の材料及び膜厚に応じて、検出領域ＡＡの反射率が２０％以上８０％以下になっている。

【0021】

図４は、実施形態１に係る金属膜で構成される電極の膜厚と検出領域の反射率の関係を説明する説明図である。ここで、検出領域の反射率とは、入射する入射光ＩＬが電極１２で反射して反射光ＲＬとなる割合である。図４に示すように、金属膜である電極１２の膜厚が厚くなると、検出領域ＡＡの反射率が高くなり、電極１２の膜厚が薄くなると、検出領域ＡＡの反射率が低くなる。電極１２は、金属光沢を有し、前面板１５から入射した入射光ＩＬの２０％から８０％以下の反射率になる膜厚を有している。

【0022】

図３において、センサ基板１１には、配線基板３１を介して制御基板２１が電気的に接続される。配線基板３１は、例えばフレキシブルプリント基板である。センサ領域１０の各電極１２は、配線３７とつながり、配線基板３１を介して、制御回路２０のＡＦＥ回路２２と接続される。

【0023】

制御基板２１には、ＡＦＥ回路２２、処理回路２３、電源回路２４、及びインターフェース回路２５が設けられている。制御基板２１は、例えばリジット基板である。

【0024】

ＡＦＥ回路２２は、センサ基板１１から出力される各電極１２の検出信号に基づき、各電極１２の検出値を生成する。ＡＦＥ回路２２は、例えばアナログフロントエンドＩＣである。

【0025】

処理回路２３は、ＡＦＥ回路２２から出力される各電極１２の検出値に基づき、検出領域ＡＡ上において被検出体（例えば、操作者の手指等）が存在する位置を示す空間座標を生成する。処理回路２３は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）であっても良いし、例えばＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であっても良い。処理回路２３はメモリ２３Ｍを有する。

【0026】

メモリ２３Ｍは、処理回路２３における被検出体１７が検出領域に存在するか否かの判断基準や、操作者による入力操作の検出判断をする基準となる閾値が保存されている。予めメモリ２３Ｍに記憶された閾値に基づいて、具体的な処理回路２３が実行する処理については後述する。

【0027】

電源回路２４は、ＡＦＥ回路２２及び処理回路２３に電源を供給する回路である。

【0028】

インターフェース回路２５は、例えばＵＳＢコントローラＩＣであり、処理回路２３と検出システムが搭載されるホストデバイスのホストコントローラ（不図示）との間の通信制御を行う回路である。

【0029】

図５は、実施形態１に係る検出装置が適用される検出システムの概略断面構成を示す模式図であり、図３のＶ－Ｖ’断面を示している。検出システム１００は、検出装置１と、表示装置２００と、を含む。表示装置２００は、エアギャップＡＧを介して検出装置１のセンサ領域１０に対向配置される。検出装置１のセンサ領域１０は、平面視においてセンサ領域１０の検出領域ＡＡと表示装置２００の表示領域ＤＡとがＤｚ方向に重なるように配置される。

【0030】

検出装置１は、センサ基板１１と、電極１２と、シールド１４と、前面板１５と、を備える。センサ基板１１は、ガラスや樹脂などの透光性基板である。センサ基板１１には、複数の電極１２が形成され、電極１２が保護層ＯＣで覆われることで、表面を平坦化するとともに電極１２が保護される。保護層ＯＣは、透光性の樹脂であり、例えば、アクリル樹脂である。保護層ＯＣは、有機樹脂だけでなく、無機樹脂であってもよく、有機樹脂と、無機樹脂の積層体であってもよい。

【0031】

前面板１５は、検出装置の前面を保護する保護パネルである。前面板１５は、ガラス基板であれば、カバーガラスとも呼ばれる。前面板１５の表面と直交するＤｚ方向において、前面板１５は、センサ基板１１と積層されている。センサ基板１１は、前面板１５に接着層ＡＴを介して固定されている。接着層ＡＴは、透光性を有する接着剤であり、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）と呼ばれる。接着層ＡＴは、両面粘着性を有する透光性フィルムであってもよい。

【0032】

検出装置１は、表示装置２００側から、シールド１４、センサ基板１１、前面板１５の順に積層される。

【0033】

シールド１４は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などの透光性を有する導電材料等の透光性を有する導電材料である。シールド１４は、センサ基板１１の表示装置２００側の第２面に設けられている。

【0034】

電極１２は、センサ基板１１の第２面の反対側の第１面に設けられている。電極１２は、前面板１５から入射した入射光の２０％から８０％以下の反射率であるので、表示装置２００からの発光光ＩＭを透過可能である。さらに、シールド１４、センサ基板１１、保護層ＯＣ、接着層ＡＴ、前面板１５がいずれも透光性を有しているので、表示装置２００からの発光光ＩＭは、を観測者ＯＢへ到達可能である。なお、最上層に設けられる前面板１５の表面を、「検出面」とも称する。

【0035】

表示装置２００は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。表示装置２００は、例えば、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や無機ＥＬディスプレイ（マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ）であっても良い。実施形態１において、表示装置２００は、画像を表示させると、表示面から画像の光を照射する発光体である。

【0036】

図６Ａは、表示パネルの発光光が検出装置に入射されていない状態を説明するための説明図である。図６Ｂは、表示パネルの発光光が検出装置に入射している状態を説明するための説明図である。図６Ａに示す表示パネルの発光光が検出装置に入射されていない状態と、図６Ｂに示す表示パネルの発光光が検出装置に入射している状態とでは、観測者ＯＢが視認する検出領域ＡＡの状態が異なる。

【0037】

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、前面板１５から入射した入射光ＩＬは、電極１２で、一部が透過光ＴＬとなり、残りが反射光ＲＬとなる。

【0038】

図６Ａに示すように、表示装置２００の発光光ＩＭが検出装置１に入射されていない状態では、観測者ＯＢが反射光ＲＬを認識することになる。ＬＣＤである表示装置２００の発光光ＩＭが検出装置１に入射されていない状態とは、バックライトが点灯していない状態、または液晶の駆動状態によりバックライトの発光光ＩＭを遮断し、黒色を表示している状態である。有機ＥＬディスプレイ又は無機ＥＬディスプレイである表示装置２００の発光光が検出装置１に入射されていない状態とは、有機ＥＬディスプレイ又は無機ＥＬディスプレイの発光体（発光素子）が光を発していない状態である。図６Ａに示すように、センサ領域１０に発光体からの発光光ＩＭの入射がないため、反射光ＲＬのみが観測者ＯＢに届き、検出領域ＡＡはミラーとして機能する。

【0039】

図６Ｂは、表示パネルの発光光が検出装置に入射している状態を説明するための説明図である。ＬＣＤである表示装置２００の発光光ＩＭが検出装置１に入射している状態とは、ＬＣＤのバックライトが点灯しており、液晶の駆動により黒色以外が表示されている状態である。有機ＥＬディスプレイ又は無機ＥＬディスプレイである表示装置２００の発光光が検出装置１に入射されている状態とは、有機ＥＬディスプレイ又は無機ＥＬディスプレイの発光体（発光素子）が光を発している状態である。図６Ｂに示すように、表示パネルが発光光ＩＭを発している状態の時には、反射光ＲＬに加えて、表示パネルからの表示画像の発光光ＩＭも観測者ＯＢに届ことになる。表示画像の発光光ＩＭの輝度は反射光ＲＬ比で大きいため、観測者ＯＢは検出領域ＡＡには表示画像が表示されているように見える。

【0040】

表示装置２００は、検出領域ＡＡの全領域に発光光ＩＭを入射させないことができる。その結果、図２に示すように、検出領域ＡＡの全域は、ミラー領域ＲＦ１として機能することができる。また、表示装置２００は、検出領域ＡＡの一部の領域に発光光ＩＭを入射させ、検出領域ＡＡの残部の領域に発光光ＩＭを入射させないこともできる。その結果、図２に示すように、検出領域ＡＡの一部の領域は、ミラー領域ＲＦ２として機能することができる。表示装置２００は、検出領域ＡＡの全領域に発光光ＩＭを入射させると、図２に示す検出領域ＡＡは、ミラーとしての機能を発揮しなくなる。

【0041】

図７は、実施形態１に係る検出装置１の検出回路の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、検出回路４０は、検出タイミング制御回路４１と、信号検出回路４２と、Ａ／Ｄ変換回路４３と、信号処理回路４４と、座標抽出回路４５と、を備える。本開示において、検出タイミング制御回路４１、信号検出回路４２、及びＡ／Ｄ変換回路４３は、ＡＦＥ回路２２に含まれる。信号処理回路４４、及び座標抽出回路４５は、処理回路２３に含まれる。

【0042】

検出タイミング制御回路４１は、信号検出回路４２及びＡ／Ｄ変換回路４３における検出動作タイミングを制御する構成部である。

【0043】

信号検出回路４２は、センサ基板１１から出力される各電極１２の検出信号Ｄｅｔ（ｎ）（ｎは、１からＮまでの自然数、Ｎは、検出領域ＡＡ内の電極数）に基づき、電極１２ごとの出力値ＧＶ（ｎ）を生成する。Ａ／Ｄ変換回路４３は、信号検出回路４２の出力値ＧＶ（ｎ）をサンプリングして離散値の検出値Ｒａｗ（ｎ）に変換する。

【0044】

信号処理回路４４は、電極１２ごとの検出値Ｒａｗ（ｎ）に対し、所定の信号処理を実行し、電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）を算出する。信号処理回路４４における具体的な処理の具体例については後述する。

【0045】

座標抽出回路４５は、信号処理回路４４から出力される電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）に基づき、被検出体が存在する位置の空間座標を抽出する。

【0046】

図８Ａは、検出領域上の空間における被検出体の位置と各電極との位置関係を示す模式図である。図８Ａに示すように、検出領域ＡＡの各電極１２には、検出領域ＡＡ上の空間に存在する被検出体１７と各電極１２との距離Ｄ（ｎ）に応じた静電容量が生じ、当該静電容量に応じた信号値Ｓ（ｎ）が取得される。

【0047】

図８Ｂは、検出領域上の空間における被検出体の空間座標を示す模式図である。処理回路２３は、生成された各電極１２の信号値Ｓ（ｎ）を用いて、図８Ｂに示す検出領域ＡＡ上の空間における被検出体１７の位置を示す空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）を抽出する。

【0048】

処理回路２３は、生成された各電極１２の信号値Ｓ（ｎ）を用いて、図８Ｂに示す検出領域ＡＡ上の空間における被検出体１７の位置を示す空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）を抽出する。

【0049】

図８Ａ及び図８Ｂでは、検出領域ＡＡ上の空間に被検出体１７が存在する例を示している。

【0050】

本開示において、空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）は、検出領域ＡＡ上におけるＤｘ方向（第１方向）の位置を示す第１データＲｘ、検出領域ＡＡ上におけるＤｙ方向（第２方向）の位置を示す第２データＲｙ、Ｄｘ方向（第１方向）及びＤｙ方向（第２方向）に直交すえるＤｚ方向（第３方向）の位置を示す第３データＲｚを含む。

【0051】

また、本開示において、空間座標Ｒ（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）は、前面板１５の表面を検出面として、検出面上の空間に存在する被検出体１７の位置を示している。

【0052】

本開示に係る検出装置１は、上述したように、各電極１２に生じた静電容量を検出して検出領域ＡＡ上の被検出体１７が存在する位置の空間座標を検出する構成である。

【0053】

本開示に係る検出装置１は、検出領域の空間に被検出体１７の存在有無を検出する第１期間と、検出領域上の空間における被検出体１７の位置を検出する第２期間と、を有する。

【0054】

本実施形態１に係る検出装置１は、第１期間において検出面上の空間に存在する被検出体１７を検出して第２期間に移行する。また、検出装置１は、第２期間において検出面上の空間における被検出体１７の位置を検出できない場合に第１期間に移行する。

【0055】

この検出装置における処理について、図９を参照して説明する。図９は、実施形態１に係る検出装置における処理の一例を示すフローチャートである。

【0056】

検出装置１は、第１期間における検出動作を開始すると（ステップＳ１０１）、信号処理回路４４は、電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）を取得し（ステップＳ１０２）、電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）の合計値Ｓｓｕｍを算出する（ステップＳ１０３）。

【0057】

そして、信号処理回路４４は、ステップＳ１０３において算出した合計値Ｓｓｕｍと合計閾値Ｓｓｕｍｔｈとの比較演算処理を行う（ステップＳ１０４）。

【0058】

電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）の合計値Ｓｓｕｍが合計閾値Ｓｓｕｍｔｈ未満である場合（Ｓｓｕｍ＜Ｓｓｕｍｔｈ、ステップＳ１０４；Ｎｏ）、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理を繰り返し実行する。

【0059】

電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）が合計閾値Ｓｓｕｍｔｈ以上となると（Ｓｓｕｍ≧Ｓｓｕｍｔｈ、ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、検出装置１は、第１期間ＰＷから第２期間ＰＤに移行する（ステップＳ１０５）。

【0060】

第２期間ＰＤに移行すると（ステップＳ１０５）、検出タイミング制御回路４１は、電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖをリセット（Ｃｖ＝０）する（ステップＳ１０６）。

【0061】

検出タイミング制御回路４１は、信号検出回路４２の出力値ＧＶ（ｎ）を取得し（ステップＳ１０８）、電極１２ごとの積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）を算出する（ステップＳ１０９）。

【0062】

そして、検出タイミング制御回路４１は、ステップＳ１０９において算出した電極１２ごとの積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）と積算閾値Ｖｉｎｔｔｈとの比較演算処理を行う（ステップＳ１１０）。

【0063】

全ての電極１２の積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）が積算閾値Ｖｉｎｔｔｈ未満であれば（Ｖｉｎｔ（ｎ）＜Ｖｉｎｔｔｈ）（ステップＳ１１０；Ｎｏ）、検出タイミング制御回路４１は、電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖとカウント閾値Ｃｖｔｈとの比較演算処理を行う（ステップＳ１１１）。

【0064】

電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖがカウント閾値Ｃｖｔｈ未満である場合（Ｃｖ＜Ｃｖｔｈ、ステップＳ１１１；Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理に戻り、電極１２ごとの積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）のうちの１つが積算閾値Ｖｉｎｔｔｈ以上となるか（Ｖｉｎｔ（ｎ）≧Ｖｉｎｔｔｈ）（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、あるいは、電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖがカウント閾値Ｃｖｔｈ以上となるまで（Ｃｖ≧Ｃｖｔｈ、ステップＳ１１１；Ｙｅｓ）、上述した処理を繰り返し実行する。

【0065】

電極１２ごとの積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）の１つが積算閾値Ｖｉｎｔｔｈ以上となると（Ｖｉｎｔ（ｎ）≧Ｖｉｎｔｔｈ）（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、ＡＦＥ回路２２の検出タイミング制御回路４１は、Ａ／Ｄ変換回路４３のサンプリングタイミングを制御し、Ａ／Ｄ変換回路４３は、信号検出回路４２の出力値ＧＶ（ｎ）のサンプリング処理を実行して、検出値Ｒａｗ（ｎ）を取得する。ＡＦＥ回路２２は、そのときの電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖ及びＡ／Ｄ変換回路４３によって取得された検出値Ｒａｗ（ｎ）を後段の処理回路２３に出力する（ステップＳ１１２）。そして、ステップＳ１０６の処理に戻り、電極１２ごとの積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）の１つが積算閾値Ｖｉｎｔｔｈ以上となるか（Ｖｉｎｔ（ｎ）≧Ｖｉｎｔｔｈ）（ステップＳ１１０；Ｙｅｓ）、あるいは、電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖがカウント閾値Ｃｖｔｈ以上となるまで（Ｃｖ≧Ｃｖｔｈ、ステップＳ１１１；Ｙｅｓ）、上述した処理を繰り返し実行する。

【0066】

電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖがカウント閾値Ｃｖｔｈ以上となると（Ｃｖ≧Ｃｖｔｈ、ステップＳ１１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。これにより、検出装置１は、第２期間から第１期間に移行する（ステップＳ１０１）。

【0067】

以上より本実施形態１に係る検出装置１は、第２期間において、電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）に対し、電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖに応じた重み付けを実行し、被検出体１７が存在する位置の空間座標抽出処理を行う。これにより、被検出体１７の検出面上のＤｚ方向の位置情報が補完される。

【0068】

第２期間において、検出領域ＡＡ内の何れの電極１２の積算値Ｖｉｎｔ（ｎ）も積算閾値Ｖｉｎｔｔｈ以上となることなく、電極１２の充放電回数（カウント値）Ｃｖがカウント閾値Ｃｖｔｈ以上となった場合には、第２期間から第１期間に移行する。これにより、検出領域ＡＡ上の空間に被検出体１７が存在しない場合において、被検出体１７を誤検出することを防ぐことができる。

【0069】

図１０は実施形態１に係る検出装置１の断面図である。図１０において、被検出体１７のＤｚ方向の座標がＺ２（検出面１５ＵＦよりｈ１＋ｈ２上方の位置）より上方の場合は検出領域上に被検出体１７が存在しないと処理回路２３において判断される。具体的には、Ｄｚ方向の座標がＺ２における電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）の合計値Ｓｓｕｍｔｈが閾値としてメモリ２３Ｍに保存されている。図９におけるフローチャートのステップＳ１０４において、被検出体１７の空間位置における電極１２ごとの信号値Ｓ（ｎ）の合計値Ｓｓｕｍと閾値Ｓｓｕｍｔｈを処理回路２３が比較する。閾値以上の場合は、検出領域上に被検出体１７が存在していると判断し、フローチャートの第２期間に移行する。

【0070】

第２期間においては、Ｚ１（検出面１５ＵＦよりｈ１上方の位置）におけるＲｚ座標がインプット操作座標閾値としてメモリ２３Ｍに保存されている。取得された被検出体１７の第３データＲｚの値とインプット操作座標閾値が処理回路２３により比較され、閾値以下の場合は操作者によるインプット操作と判断する。

【0071】

検出装置１は、ｈ１の値を０に設定すれば被検出体１７が検出面１５ＵＦに接触することでインプット操作を認識するタッチセンサーとして機能し、ｈ１を０より大きい値に設定すれば、非接触での入力操作のジェスチャを認識できるホバーセンサーとして機能する。

【0072】

図１１は、比較例に係る検出装置の概略構成を示す斜視図である。図１２は、比較例に係る検出装置の断面図である。図１１及び図１２に示すように、比較例に係る検出装置は、表示装置２００と、検出装置１と、ハーフミラー３０とを備える検出システムである。検出装置１は、表示装置２００の前面に配置され、ハーフミラー３０は、検出装置１の前面に配置される。

【0073】

図１２に示すように、ハーフミラー３０は、基板であるガラス層１５Ｍと、金属膜（ミラー層）１６とを備える。金属膜（ミラー層）の材質は、ＡＬ、Ａｇ等の金属光沢を有する導電性の金属材料である。

【0074】

図１２に示すように、表示装置２００の発光光ＩＭが検出装置１へ外側から入射する入射光ＩＬよりも弱いか、表示装置２００の発光光ＩＭがない場合、入射光ＩＬは、金属膜（ミラー層）１６により反射され、反射光ＲＬとして、観測者ＯＢに視認される。

【0075】

ここで、金属膜１６が被検出体１７と電極１２の間にあるので、電極１２は、金属膜１６の表面における静電容量を測定してしまい、被検出体１７における静電容量十分に検出できない可能性がある。

【0076】

これに対して、実施形態１の検出装置１は、Ｄｚ方向の入射光ＩＬに対して一部の入射光を反射可能である、検出領域ＡＡと、検出領域ＡＡに設けられた複数の電極１２と、複数の電極１２ごとの静電容量に基づき、検出領域ＡＡのＤｚ方向の被検出体１７に応じた検出値を検出する検出回路と、を備える。そして、検出領域ＡＡが入射光ＩＬに対する反射光ＲＬの反射率が反射率２０％以上８０％以下である。この構造により、被検出体１７と電極１２の間に比較例のような金属膜（ミラー層）１６がなく、実施形態１の検出装置１は、センサ領域１０上の被検出体１７の静電容量の測定が可能である。

【0077】

実施形態１の検出装置１は、前面板１５を有している。実施形態１の検出装置１は、Ｄｚ方向にみて、検出領域ＡＡと重なる領域であって、前面板１５の表面上の空間における被検出体１７の位置が検出可能である。これにより、指で鏡面を直接触ることなく、入力操作ができる。その結果、指紋などで生じる前面板１５の表面の汚れが抑制される。

【0078】

実施形態１の検出装置１は、前面板１５の検出面上の空間における被検出体１７の位置が検出可能である。そして、Ｄｚ方向において、表示装置２００は、発光体として、電極１２の上述した被検出体１７を検出する空間側とは反対側に、配置される。検出領域ＡＡに重なる前面板１５のうち、表示装置２００の発光光ＩＭが入射していない領域が鏡面となる。そして、検出領域ＡＡに重なる前面板１５のうち、表示装置の発光光ＩＭが入射している領域で観測者ＯＢに発光光ＩＭが視認され、上述したオブジェクトが認識可能となる。このように、検出装置１は、検出領域ＡＡ上の被検出体１７を検出可能としながら、検出領域ＡＡがハーフミラーの鏡領域にもなり得る。

【0079】

（実施形態２）
図１３は、実施形態２に係る検出装置の電極とその配線を示す平面図である。以下の説明において、実施形態１と同様の構成要素について同一の符号を付して、重複する説明は省略する。図１３に示すように、電極１２はメッシュ状、ジグザク線状、または波線状に繋がった電極線である。電極線は、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉなどの金属膜で形成されている。このように、電極線は、導電性を持ち金属光沢のある金属膜である。このように、電極線は、線状の導体層である。

【0080】

電極１２は、Ｄｘ方向に隙間ＳＰｘ、Ｄｙ方向に隙間ＳＰｙの間隔をもって配置され、配線３７に接続し、配線基板３１を介してＡＦＥ回路２２に接続している。

【0081】

図１４は、実施形態２に係る検出装置の隣り合う電極とその配線を示す拡大図である。図１４に示すように、電極１２は、Ｄｕ方向に平行な電極線３３Ｕと、Ｄｕ方向とは異なるＤｖ方向に平行な電極線３３Ｖが交差し、メッシュ状となった電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの集合体である。電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖは、配線３７に電気的に接続している。

【0082】

図１４に示すように、電極１２間の隙間ＳＰｘを通る配線３７は、Ｄｕ方向とＤｖ方向に交互に延びるジグザグ形状になっている。配線３７は、Ｄｕ方向とＤｖ方向に交互に延びる波線形状であってもよい。隣り合う配線３７の間には、隙間ＧＰがあり、隣り合う配線３７は、短絡しない。なお、配線３７は、１つの配線としたが、電気抵抗を低減させるため、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖと同様のメッシュ状としてもよい。なお、配線３７は、図１４において破線で示しているが、配線３７は、電極線と同じ金属膜が連続した配線である。

【0083】

隙間ＳＰｘに配置された複数の配線３７は、電極線３３Ｕ又は電極線３３Ｖに平行であり、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖのメッシュ状の形状と似ている構造であるので、隙間ＳＰｘが目立たなくなり、不可視化される。

【0084】

Ｄｙ方向の電極１２の間の隙間ＳＰｘは、電極１２の不可視化のために、小さい方が望ましい。なお、隙間ＳＰｘだけではなく、隙間ＳＰｙにも、配線３７を配置するようにしてもよい。

【0085】

図１５は、実施形態２に係る電極の拡大図である。図１５に示すように、メッシュ状の電極線はＤｕ方向に平行な電極線３３Ｕと、Ｄｖ方向に平行な電極線３３Ｖを有し、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの線幅ｔは、一定である。ここで、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの線幅ｔは、Ｄｕ方向又はＤｖ方向に直交する方向の金属膜の幅である。

【0086】

図１６は、図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩ´断面を示している。図１６に示すように、電極線３３Ｖが存在する部分において入射光ＩＬを反射光ＲＬとして反射し、電極線の存在しない領域ＣＬにおいて光は透過する。同様に、電極線３３Ｕが存在する部分において入射光ＩＬを反射光ＲＬとして反射する。つまり、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖが存在しない領域ＣＬを小さくすることで、電極１２の反射率が向上する。電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖが存在しない領域ＣＬとは、隣り合う電極線３３Ｕの隙間、隣り合う電極線３３Ｖの隙間、隣り合う電極線３３Ｕと電極線３３Ｖとの隙間のいずれかである。

【0087】

図１７は、実施形態２に係る電極線の線幅と検出領域の反射率との関係を説明する図である。図１８は、電極線の線幅と検出領域の反射率との関係を示すグラフである。図１８では、横軸に電極１２を構成する電極線の線幅ｔ、縦軸に検出領域ＡＡの反射率を示している。図１７及び図１８において、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの線幅ｔが変わっても電極線３３Ｕ及び電極線３３ＶのＤｚ方向の厚みｔｚは一定である。

【0088】

図１７及び図１８に示すように、実施形態２に係る検出領域ＡＡの反射率は、電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの線幅に応じて変化する。電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの線幅が太くなると、図１６に示す電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの存在しない領域ＣＬが小さくなるため、検出領域ＡＡの反射率が高くなる。電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの線幅が細くなると、図１６に示す電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの存在しない領域ＣＬが大きくなるため、検出領域ＡＡの反射率が低くなる。

【0089】

図１５において、Ｄｕ方向に平行な電極線と、Ｄｖ方向に平行な電極線により形成された菱形形状において、Ｄｘ方向の対角線距離（隙間）をＰｘ、Ｄｙ方向の対角線距離（隙間）をＰｙとしたときに、線幅ｔを太くすると、各対角線距離（隙間）に対するｔ（電極線）の割合（ｔ／Ｐｘ＆ｔ／Ｐｙ）が上がる。

【0090】

図１６で示したように電極１２の電極線部において光の反射が生じることから、各対角線距離（隙間）に対するｔ（電極線）の割合（ｔ／Ｐｘ＆ｔ／Ｐｙ）が上がることで電極１２における反射率も上がる。

【0091】

実施形態２に係る電極１２の電極線の線幅ｔは、検出領域ＡＡの反射率が２０％以上８０以下になるように設定されている。この構造により、被検出体１７と電極１２の間に比較例のような金属膜（ミラー層）１６がなく、実施形態２の検出装置１は、センサ領域１０上の被検出体１７の静電容量の測定が可能である。そして、Ｄｚ方向において、表示装置２００は、発光体として、電極１２の上述した被検出体１７を検出する空間側とは反対側に、配置される。検出領域ＡＡに重なる前面板１５のうち、表示装置２００の発光光ＩＭが入射していない領域が鏡面となる。

【0092】

電極線３３Ｕ及び電極線３３Ｖの存在しない領域ＣＬは、表示装置の発光光ＩＭを透過するので、検出領域ＡＡに重なる前面板１５のうち、表示装置の発光光ＩＭが入射している領域で観測者ＯＢに発光光ＩＭが視認され、図２に示すようなオブジェクトが認識可能となる。このように、検出装置１は、検出領域ＡＡ上の被検出体１７を検出可能としながら、検出領域ＡＡがハーフミラーの鏡領域にもなり得る。

【0093】

以上、本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。

【0094】

例えば、上述した表示装置２００は、発光体である。上述した実施形態の表示装置２００に代えて、光源と、図２に示したオブジェクトを投影するスクリーンとで発光体が構成されてもよい。

【符号の説明】

【0095】

１ 検出装置
１０ センサ領域
１０Ｆ 額縁領域
１１ センサ基板
１２ 電極
１４ シールド
１５ 前面板
１５М ハーフミラーのガラス層
１６ 金属膜（ミラー層）
１７ 被検出体
２０ 制御回路
２１ 制御基板
２２ ＡＦＥ回路
２３ 処理回路
２３М メモリ
２４ 電源回路
３０ ハーフミラー
３１ 配線基板
２００ 表示パネル
ＡＡ 検出領域
ＡＧ エアギャップ
ＡＴ 接着層
ＯＣ 保護層
ＩＬ 入射光
ＲＬ 反射光
ＯＢ 観測者
ＩＭ 表示画像
ＳＰｘ Ｄｘ方向間隔
ＳＰｙ Ｄｙ方向間隔
ＧＰ 配線隙間
ｔ 電極線幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】