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1. WO2020110455 - DISPOSITIF CAPTEUR

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明 細 書

発明の名称 センサ装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005   0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082  

符号の説明

0083  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20  

明 細 書

発明の名称 : センサ装置

技術分野

[0001]
 本発明の実施形態は、センサ装置に関する。

背景技術

[0002]
 近年、表示装置のインターフェイス等として、指などの物体の接触あるいは接近を検出するセンサが実用化されている。一例として、表示装置に対して着脱可能な入力装置が開示されている。この入力装置は、静止部に対して回転移動する操作入力部の回転操作を、機械的、光学的、あるいは、磁気的に検知するものである。検知信号は、無線通信により表示装置に送信される。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 国際公開第2017/094234号

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 本実施形態の目的は、高精度のセンシングが可能なセンサ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0005]
 一実施形態によれば、 
 静電容量型のタッチパネルと、回転軸を中心として回転自在に設けられたノブと、前記ノブに保持され、前記回転軸を中心とした円周上の一部で前記タッチパネルに対向している導体と、前記タッチパネルを制御するセンサコントローラと、を備え、前記センサコントローラは、前記導体が前記タッチパネルに対向していない状態での静電容量に対応した基準信号を保持し、第1センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第1位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第1センサ信号と、前記基準信号と、に基づいて前記導体の第1座標を検出する、センサ装置が提供される。
[0006]
 一実施形態によれば、 
 静電容量型のタッチパネルと、回転軸を中心として回転自在に設けられたノブと、前記ノブに保持され、前記回転軸を中心とした円周上の一部で前記タッチパネルに対向している導体と、前記タッチパネルを制御するセンサコントローラと、を備え、前記センサコントローラは、第1センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第1位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第1センサ信号に基づいてベースラインを生成し、第2センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第2位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第2センサ信号に基づいてローデータを生成し、前記ベースラインと前記ローデータとの差分値に相当するデルタを算出し、前記デルタにおける負のシグナルの第1積分値及び正のシグナルの第2積分値に基づいてシグナル比を算出し、前記シグナル比に基づいて前記導体の回転角を検出する、センサ装置が提供される。

発明の効果

[0007]
 本実施形態によれば、高精度のセンシングが可能なセンサ装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 図1は、本実施形態におけるセンサ装置1の一構成例を示す図である。
[図2] 図2は、図1に示したセンサ装置1の主要部を示す断面図である。
[図3] 図3は、入力装置200の第1構成例を示す図である。
[図4] 図4は、入力装置200の第2構成例を示す図である。
[図5] 図5は、ノブ210(または導体220)の回転情報を検出する一手法を説明するための図である。
[図6] 図6は、導体220の座標を検出する工程を説明するためのフローチャートである。
[図7] 図7は、図6に示した工程を説明するための図である。
[図8] 図8は、導体220の回転角を検出する工程を説明するためのフローチャートである。
[図9] 図9は、図8に示した工程を説明するための図である。
[図10] 図10は、導体220の座標を検出する他の工程を説明するためのフローチャートである。
[図11] 図11は、本実施形態のセンサ装置1が高温環境で使用される場合の補正方法を説明するための図である。
[図12] 図12は、本実施形態のセンサ装置1が低温環境で使用される場合の補正方法を説明するための図である。
[図13] 図13は、タッチパネル100及び入力装置200が重畳した状態の一例を示す図である。
[図14] 図14は、導体220の回転角を検出する他の工程を説明するためのフローチャートである。
[図15] 図15は、導体220の回転角(または移動距離)が小さい状態を説明するための図である。
[図16] 図16は、デルタの算出例を示す図である。
[図17] 図17は、シグナル比を説明するための図である。
[図18] 図18は、回転角とシグナル比との関係を説明するための図である。
[図19] 図19は、入力装置200の第3構成例を示す図である。
[図20] 図20は、センサ装置1を搭載した表示装置DSPの一構成例を示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、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、実際の態様に比べて、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一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
[0010]
 図1は、本実施形態におけるセンサ装置1の一構成例を示す図である。センサ装置1は、タッチパネル100と、入力装置200と、センサコントローラ300と、を備えている。タッチパネル100は、例えば、静電容量型のタッチパネルである。ここでは、相互容量方式のタッチパネル100について説明する。 
 タッチパネル100は、複数の駆動電極Tx及び複数の検出電極Rxを備えている。m個の駆動電極Tx1乃至Txmは、一方向に間隔をおいて並んでいる。n個の検出電極Rx1乃至Rxnは、間隔をおいて並び、駆動電極Tx1乃至Txmと交差するように配置されている。駆動電極Tx1乃至Txm及び検出電極Rx1乃至Rxnが互いに交差する領域SAは、物体のタッチパネル100への接触または接近を検出する検出領域に相当する。なお、m及びnは、2以上の整数である。 
 センサコントローラ300は、タッチパネル100を制御する。すなわち、センサコントローラ300は、駆動電極Txに対して駆動信号Stxを送信する。検出電極Rxは、駆動電極Txへの駆動信号Stxの供給に伴って、センシングに必要なセンサ信号Srxを出力する。センサ信号Srxは、駆動電極Tx及び検出電極Rxの静電容量(以下、単に容量と称する)に基づいた信号である。
[0011]
 本実施形態において、駆動電極Tx1乃至Txmの各々に駆動信号Stxを送信する期間を1センシング期間(あるいは1フレーム)と称する。センサコントローラ300は、1センシング期間において、検出電極Rx1乃至Rxnの各々から出力されるセンサ信号Srxを受信し、タッチパネル100に接触あるいは接近する物体の有無を検出し、また、物体の位置座標などを検出する。
[0012]
 入力装置200は、タッチパネル100の検出領域SAに装着されている。入力装置200の詳細については後述するが、入力装置200は、回転自在に設けられたノブ210と、ノブ210に保持された導体220と、を備えている。導体220は、タッチパネル100に対向し接触している。なお、導体220は、タッチパネル100に対向した状態でタッチパネル100に接触せず、タッチパネル100に近接して配置されていてもよい。
[0013]
 センサコントローラ300は、駆動電極Tx1乃至Txmの各々に駆動信号Stxを送信し、検出電極Rx1乃至Rxnの各々から出力されるセンサ信号Srxを受信し、ノブ210の回転情報及びノブ210の押圧情報を検出する。回転情報とは、ノブ210の回転角、導体220の位置座標などを含んでいる。押圧情報とは、ノブ210の押圧操作の有無、押圧された際の導体220の位置座標などを含んでいる。 
 このようなセンサコントローラ300は、メモリMを内蔵している。メモリMは、上記の回転情報及び押圧情報を検出するのに必要な各種プログラム、基準信号等に対応したデータを記憶している。基準信号とは、導体220がタッチパネル100に対向していない状態での静電容量に対応した信号であり、駆動電極Txに駆動信号Stxを送信したときに、検出電極Rxから出力されるセンサ信号Srxと同等の信号に相当する。つまり、基準信号とは、1個の駆動電極Tx及び1個の検出電極Rxの相互容量に対応した信号である。メモリMは、検出領域SAの全域にわたる基準信号、つまり、すべての駆動電極Tx1乃至Txmと、すべての検出電極Rx1乃至Rxnとの相互容量に対応した信号も記憶している。 
 センサコントローラ300は、検出した回転情報及び押圧情報をホスト側に送信する。
[0014]
 なお、上記したタッチパネル100は、相互容量方式に限らず、自己容量方式であってもよい。
[0015]
 図2は、図1に示したセンサ装置1の主要部を示す断面図である。タッチパネル100は、駆動電極Tx及び検出電極Rxに加えて、誘電体層Deと、カバー部材CVと、を備えている。誘電体層Deは、駆動電極Txと検出電極Rxとの間に位置している。カバー部材CVは、検出電極Rxをカバーしている。カバー部材CVの表面CVaは、ユーザと向かい合う面であり、ユーザまたは物体がタッチ可能な面である。入力装置200は、表面CVaに設けられている。検出電極Rxは、駆動電極Txと入力装置200との間に位置している。
[0016]
 入力装置200は、ノブ210及び導体220に加えて、固定体230を備えている。固定体230は、表面CVaに接着されるなどしてタッチパネル100に固定されている。ノブ210は、固定体230に対して回転自在に設けられている。ノブ210は、表面CVaから離間している。図示した例では、ノブ210及び固定体230は、回転軸Oに沿って延びた筒状に形成されている。なお、回転軸Oは、例えば表面CVaに直交している。ノブ210及び固定体230は、絶縁材料によって形成されている。導体220は、固定体230よりも外側に位置し、ノブ210に保持されている。導体220の先端は、表面CVaに接している。上記の導体220がタッチパネル100に接触した状態とは、ここでは、導体220がタッチパネル100のカバー部材CVに接触している状態に相当する。
[0017]
 図3は、入力装置200の第1構成例を示す図である。ノブ210と重畳する位置において、回転軸Oを中心とした円周Cを一点鎖線で示している。 
 導体220は、円周C上の一部に位置している。本実施形態では、導体220は、非環状に形成されており、円周C上には導体が存在しない無効領域NAが形成されている。図示した例では、導体220は、円周C上において、点状に形成されている。導体220の円周Cに沿った長さは、無効領域NAの円周Cに沿った長さより短い。図2を参照して説明したように、導体220はタッチパネル100に対向し接触している一方で、無効領域NAはタッチパネル100から離間している。 
 ノブ210が回転軸Oを中心として図中の矢印Aに沿って回転された場合、導体220は、円周C上を移動する。導体220はノブ210に保持されているため、導体220の回転角はノブ210の回転角と等しい。
[0018]
 図4は、入力装置200の第2構成例を示す図である。図4に示した第2構成例は、図3に示した第1構成例と比較して、導体220がC字状に形成された点で相違している。すなわち、導体220は、円周Cに沿って延出し、円周C上の一部に切欠NTを有している。円周C上において切欠NTに重畳する領域は、無効領域NAに相当する。導体220の円周Cに沿った長さは、円周Cの1/2より長い。つまり、導体220の円周Cに沿った長さは、無効領域NAの円周Cに沿った長さより長い。あるいは、回転軸Oと導体220の一端とを結ぶ線L1と、回転軸Oと導体220の他端とを結ぶ線L2とを定義した場合に、導体220に沿った側の中心角θ1は、切欠NTに沿った側の中心角θ2よりも大きい。また、中心角θ1は、180°よりも大きい。このような第2構成例の導体220も、図2に示したように、タッチパネル100に対向し接触している一方で、切欠NTはタッチパネル100から離間している。
[0019]
 図5は、ノブ210(または導体220)の回転情報を検出する一手法を説明するための図である。図5の(A)は電源投入直後の初期状態を説明するための図であり、図5の(B)はノブ210を回転させた後の状態を説明するための図である。
[0020]
 ここで説明する手法において、ベースライン(Baseline)は、電源投入直後の第1センシング期間において、例えば、m個の駆動電極Txとn個の検出電極Rxとの相互容量に基づくm*n個の第1センサ信号をプロットすることによって得られたデータである。 
 ローデータ(RawData)は、第1センシング期間以降の第2センシング期間において、例えば、m個の駆動電極Txとn個の検出電極Rxとの相互容量に基づくm*n個の第2センサ信号をプロットすることによって得られたデータである。このローデータは、センシング期間毎に更新される。 
 デルタ(Delta)は、各センシング期間において、差分値〔(ベースライン)-(ローデータ)〕に相当するデータである。 
 なお、図中に点線で示すベースライン、及び、図中に実線で示すローデータは、1個の駆動電極Txを駆動した際に得られるデータである。
[0021]
 図5の(A)に示すように、初期状態では、導体220は、第1位置P1でタッチパネル100に接している。第1位置P1のローデータの値は、導体220が置かれていない他の位置P0のローデータの値より小さい。導体220が置かれていない他の位置のローデータの値は、すべて同レベルである。このような初期状態では、ローデータは、ベースラインと一致する。このため、デルタは、導体220の位置にかかわらず、全域においてゼロである。
[0022]
 図5の(B)に示すように、ノブ210を回転させた状態では、導体220は、第2位置P2でタッチパネル100に接し、第1位置P1から除去される。このような状態であっても、ベースラインは、初期状態と変わらない。第1位置P1のローデータの値は、導体220が除去されたのに伴って初期状態よりも増加し、導体220が置かれていない他の位置P0のローデータの値と同レベルとなる。このため、第1位置P1のデルタは、負のシグナルとなる。 
 第2位置P2のローデータの値は、導体220の接触により、初期状態よりも低下し、導体220が置かれていない他の位置P0のローデータの値より小さくなる。このため、第2位置P2のデルタは、正のシグナルとなる。 
 図1に示したセンサコントローラ300は、検出領域SA全域の位置にわたり、図5の(B)を参照して説明したデルタを解析することにより、ノブ210(または導体220)の回転情報を検出することができる。上記の手法の場合、センサコントローラ300は、図5の(B)に示した負のシグナルに基づいて第1位置P1の第1座標(x1,y1)を検出し、また、正のシグナルに基づいて第2位置P2の第2座標(x2,y2)を検出する。そして、センサコントローラ300は、これらの第1座標及び第2座標に基づいて導体220の移動距離を算出し、この移動距離に基づいて回転角を検出する。
[0023]
 このとき、第1位置P1及び第2位置P2が近接している場合(例えば、ノブ210の回転角が30度未満に相当する場合)には、負のシグナルと正のシグナルとが隣接する。このため、シグナルに基づいた座標の検出精度の低下、さらには、移動距離あるいは回転角の誤差の拡大を招くおそれがある。
[0024]
 以下に、本実施形態のノブ210(または導体220)の回転情報を検出する第1手法について説明する。
[0025]
 図6は、導体220の座標を検出する工程を説明するためのフローチャートである。なお、ここで説明する工程は、図1に示したセンサコントローラ300によって実行されるものである。また、センサコントローラ300は、図1を参照して説明したように、基準信号を保持している。
[0026]
 センサコントローラ300は、まず、図1に示したタッチパネル100の駆動電極Txに対して駆動信号Stxを送信し、n個の検出電極Rxの各々からセンサ信号Srxを受信する(ステップST1)。そして、センサコントローラ300は、受信したセンサ信号SrxとメモリMに記憶していた基準信号とに基づいて、両者の差分値に相当するデルタを算出する(ステップST2)。そして、センサコントローラ300は、算出したデルタに基づいて、導体220の座標を検出する(ステップST3)。 
 1センシング期間において、センサコントローラ300は、例えばm個の駆動電極Tx1乃至Txmを順次駆動し、n個の検出電極Rx1乃至Rxmからセンサ信号を受信し、算出したデルタを解析することで導体220の座標を検出する。第1センシング期間において、検出電極Rxから受信したセンサ信号は第1センサ信号に相当し、導体220の第1位置P1に対応した第1座標(x1,y1)が検出される。また、第1センシング期間とは異なる第2センシング期間において、検出電極Rxから受信したセンサ信号は第2センサ信号に相当し、導体220の第2位置P2に対応した第2座標(x2,y2)が検出される。
[0027]
 図7は、図6に示した工程を説明するための図である。図7の(A)は第1位置P1の第1座標(x1,y1)を検出する工程を説明するための図であり、図7の(B)は第2位置P2の第2座標(x2,y2)を検出する工程を説明するための図である。
[0028]
 図中のベースラインは、1個の駆動電極Txとn個の検出電極Rx1乃至Rxnとのそれぞれの相互容量に対応した基準信号をプロットすることによって得られるものである。図中のローデータは、ステップST1において、n個の検出電極Rxの各々から受信したセンサ信号をプロットすることによって得られるものである。図中のデルタは、ステップST2において、センサ信号の各々と基準信号の各々との差分値〔(基準信号)-(センサ信号)〕をプロットすることによって得られるものである。換言すると、デルタは、差分値〔(ベースライン)-(ローデータ)〕に相当するデータである。
[0029]
 図7の(A)に示した例では、第1センシング期間において、基準信号と第1センサ信号との差分値として算出されたデルタのうち、第1位置P1のデルタは、正のシグナルとなる。他の位置のデルタは、ほぼゼロとなる。センサコントローラ300は、第1センシング期間で算出したデルタを解析することにより、導体220の位置が第1位置P1であると判断し、第1位置P1に対応した第1座標(x1,y1)を検出する。
[0030]
 図7の(B)に示した例では、第2センシング期間において、基準信号と第2センサ信号との差分値として算出されたデルタのうち、第2位置P2のデルタは、正のシグナルとなる。第1位置P1を含む他の位置のデルタは、ほぼゼロとなる。センサコントローラ300は、第2センシング期間で算出したデルタを解析することにより、導体220の位置が第2位置P2であると判断し、第2位置P2に対応した第2座標(x2,y2)を検出する。
[0031]
 なお、第1座標(x1,y1)、及び、第2座標(x2,y2)は、検出領域SAの全域にわたるデルタを解析し、デルタの重心を計算することで検出される。第1座標及び第2座標のうちのx座標値は、例えば、図中の横軸の値に相当し、検出電極Rx1乃至Rxnによって規定される値である。また、y座標値は、例えば、駆動電極Tx1乃至Txmによって規定される値である。
[0032]
 図8は、導体220の回転角を検出する工程を説明するためのフローチャートである。まず、センサコントローラ300は、第1センシング期間において、図6及び図7の(A)に示した工程を実行し、第1位置P1の第1座標(x1,y1)を検出する(ステップST11)。続いて、センサコントローラ300は、第2センシング期間において、図6及び図7に示した工程を実行し、第2位置P2の第2座標(x2,y2)を検出する(ステップST12)。 
 そして、センサコントローラ300は、第1座標及び第2座標に基づいて導体220の移動距離を算出する(ステップST13)。そして、センサコントローラ300は、算出した移動距離に基づいて導体220の回転角(すなわちノブ210の回転角)を検出する(ステップST14)。なお、ステップST12において検出した座標(x2,y2)がステップST11において検出した座標(x1,y1)に一致する場合、あるいは、ステップST13において算出した移動距離がゼロの場合には、センサコントローラ300は、回転角が0°であるものと判断する。
[0033]
 図9は、図8に示した工程を説明するための図である。ここでは、ノブ210が導体220とともに矢印A1で示す方向(反時計回りの方向)に回転するものとし、回転角が10°単位で検出される場合を想定する。例えば、図中の0°の位置が第1位置P1に対応し、図中の10°、20°、または、30°の位置が第2位置P2に対応する。図8に示したステップST13の移動距離Lは、ステップST11で検出された第1位置P1の座標(x1,y1)と、ステップST12で検出された第2位置P2の座標(x2,y2)との間の直線距離として算出される。
[0034]
 検出すべき最小の回転角θminは、本実施形態のセンサ装置1における解像度に相当する。回転角θminで導体220が回転した場合に、導体220が移動した2点間の基準直線距離をLaとしたとき、センサコントローラ300は、ステップST13で算出した移動距離Lが(La/2)以上、(3*La/2)未満の場合に、回転角がθminであることを検出する。一例では、回転角θminが10°の場合、2点間の基準直線距離Laが4mmであるとき、センサコントローラ300は、算出した移動距離Lが2mm以上、6mm未満の場合に、回転角が10°であることを検出する。
[0035]
 このような本実施形態によれば、センサコントローラ300は、予め、導体220がタッチパネル100に対向していない状態での駆動電極Tx及び検出電極Rxの相互容量に対応した基準信号を保持している。第1位置P1の第1座標及び第2位置P2の第2座標を検出するに際して、基準信号とセンサ信号との差分値を算出する過程で極性の異なるシグナルは出現しない。上記の例では、第1位置P1及び第2位置P2のそれぞれに対応した差分値は正のシグナルとなり、負のシグナルは出現しない。このため、たとえ、第1位置P1及び第2位置P2が近接している場合であっても、隣接するシグナルが互いに打ち消しあうことがない。これにより、第1座標及び第2座標を高精度に検出することができる。また、第1座標及び第2座標に基づいた導体220の移動距離と、ノブ210または導体220の回転角とを高精度に検出することができる。したがって、ノブ210の回転情報を検出する上で、高精度のセンシングが可能となる。
[0036]
 次に、温度などの使用環境によってセンサ信号のレベルがシフトした場合の補正方法について説明する。
[0037]
 図10は、導体220の座標を検出する他の工程を説明するためのフローチャートである。センサコントローラ300は、まず、図1に示したタッチパネル100の駆動電極Txに対して駆動信号を送信し、n個の検出電極Rx1乃至Rxnの各々からセンサ信号を受信する(ステップST21)。そして、センサコントローラ300は、受信した複数のセンサ信号の平均値を算出する(ステップST22)。複数のセンサ信号の平均値は、以下、センサ平均値と称する。ここでのセンサ平均値は、例えば、図1に示したタッチパネル100の検出領域SAの全域におけるm*n個のセンサ信号の平均値である。換言すると、センサコントローラ300は、m個の駆動電極Tx1乃至Txmを順次駆動したときに、n個の検出電極Rx1乃至Rxmからそれぞれ受信したセンサ信号の平均値を算出している。なお、センサコントローラ300は、センサ平均値として、タッチパネル100の検出領域SAのうち、入力装置200が設けられる領域でのセンサ信号の平均値を算出してもよい。
[0038]
 続いて、センサコントローラ300は、算出したセンサ平均値と、複数の基準信号の平均値との差分値に基づいてオフセット量を算出する(ステップST23)。複数の基準信号の平均値は、以下、基準平均値と称する。ここでの基準平均値は、例えば、検出領域SAの全域におけるm*n個の基準信号の平均値である。これらのすべての基準信号は、上記の通り、予めメモリMに記憶されている。また、基準平均値も、予めメモリMに記憶されていてもよい。なお、基準平均値として、入力装置200が設けられる領域での基準信号の平均値が適用されてもよい。基準平均値が算出される領域は、センサ平均値が算出する領域と一致していることが望ましい。オフセット量は、センサ平均値が基準平均値より大きい場合に負の値となり、センサ平均値が基準平均値より小さい場合に正の値となる。
[0039]
 続いて、センサコントローラ300は、ステップST21で受信したセンサ信号、及び、ステップST23で算出したオフセット量に基づいて、補正センサ信号を算出する(ステップST24)。例えば、センサ平均値が基準平均値より大きい場合には、受信したセンサ信号と負のオフセット量との和が補正センサ信号となる。また、センサ平均値が基準平均値より小さい場合には、受信したセンサ信号と正のオフセット量との和が補正センサ信号となる。m*n個のセンサ信号を受信した場合、m*n個の補正センサ信号が算出される。
[0040]
 続いて、センサコントローラ300は、算出した補正センサ信号とメモリMに記憶していた基準信号とに基づいて、両者の差分値に相当するデルタを算出する(ステップST25)。そして、センサコントローラ300は、算出したデルタに基づいて、導体220の座標を検出する(ステップST26)。
[0041]
 上記の補正方法は、各センシング期間において毎回適用してもよいし、所定の間隔を置いて定期的に適用してもよい。
[0042]
 本実施形態において、メモリMに記憶されている基準信号は、例えば、センサ装置1が室温環境(例えば25℃)で使用される状況を想定して予め設定されるものである。一方、本実施形態のセンサ装置1が室温環境とは異なる環境で使用された場合、センサ信号は必ずしも室温環境の場合と一致しない。例えば、センサ装置1が室温環境で使用される状況と、高温環境(例えば50℃)で使用される状況とを比較した場合、高温環境で使用される場合のセンサ信号は、室温環境で使用される場合のセンサ信号よりも高くなる傾向にある。また、センサ装置1が室温環境で使用される状況と、低温環境(例えば0℃)で使用される状況とを比較した場合、低温環境で使用される場合のセンサ信号は、室温環境で使用される場合のセンサ信号よりも低くなる傾向にある。
[0043]
 本実施形態によれば、図10に示した補正方法を適宜適用することにより、センサ装置1の使用環境(温度、湿度、気圧など)が変化した場合であっても、高精度のセンシングが可能となる。
[0044]
 図11は、本実施形態のセンサ装置1が高温環境で使用される場合の補正方法を説明するための図である。図11の(A)は補正前のセンサ信号を説明するための図であり、図11の(B)は補正センサ信号を説明するための図である。
[0045]
 図11の(A)において、ベースラインは、室温環境での基準信号をプロットすることによって得られるものである。参考までに図示するローデータ0は、室温環境のステップST21において、n個の検出電極Rxの各々から受信したセンサ信号をプロットすることによって得られるものである。センサ装置1が高温環境で使用された場合には、ローデータ0の各センサ信号よりも高いセンサ信号が得られる。ローデータ1は、高温環境のステップST21において、n個の検出電極Rxの各々から受信したセンサ信号をプロットすることによって得られるものである。図示したように、ローデータ1は、ローデータ0よりも高くなるようにシフトしていることがわかる。
[0046]
 ステップST22において算出されるセンサ平均値AV1は、ローデータ1を構成する複数のセンサ信号の平均値に相当する。基準平均値AV0は、ベースラインを構成する複数の基準信号の平均値に相当する。センサ平均値AV1は、基準平均値AV0よりも高い。ステップST23において算出されるオフセット量は、差分値(基準平均値AV0-センサ平均値AV1)に相当し、負の値となる。
[0047]
 図11の(B)において、実線で示す補正ローデータは、点線で示すローデータ1と負のオフセット量との和に相当する。すなわち、ステップST24では、ステップST21で受信したセンサ信号、及び、ステップST23で算出した負のオフセット量との和に相当する補正センサ信号を算出する。図示した補正ローデータは、算出した補正センサ信号をプロットしたものに相当する。
[0048]
 図12は、本実施形態のセンサ装置1が低温環境で使用される場合の補正方法を説明するための図である。図12の(A)は補正前のセンサ信号を説明するための図であり、図12の(B)は補正センサ信号を説明するための図である。
[0049]
 図12の(A)に示すように、センサ装置1が低温環境で使用された場合には、ローデータ0の各センサ信号よりも低いセンサ信号が得られる。ローデータ2は、低温環境のステップST21において、n個の検出電極Rxの各々から受信したセンサ信号をプロットすることによって得られるものである。図示したように、ローデータ2は、ローデータ0よりも低くなるようにシフトしていることがわかる。
[0050]
 ステップST22において算出されるセンサ平均値AV2は、ローデータ2を構成する複数のセンサ信号の平均値に相当する。センサ平均値AV2は、基準平均値AV0よりも低い。ステップST23において算出されるオフセット量は、差分値(基準平均値AV0-センサ平均値AV2)に相当し、正の値となる。
[0051]
 図12の(B)において、実線で示す補正ローデータは、点線で示すローデータ2と正のオフセット量との和に相当する。すなわち、ステップST24では、ステップST21で受信したセンサ信号、及び、ステップST23で算出した正のオフセット量との和に相当する補正センサ信号を算出する。図示した補正ローデータは、算出した補正センサ信号をプロットしたものに相当する。
[0052]
 ステップST25では、図11及び図12に示した補正ローデータとベースラインとの差分値に相当するデルタが算出される。ステップST26では、算出したデルタに基づいて導体220の第1座標が検出される。 
 第1センシング期間では、第1位置P1に位置する導体220の第1座標が検出される。第2センシング期間でも同様にして、第2位置P2に位置する導体220の第2座標が検出される。そして、図8に示したステップST13において、導体220の移動距離が算出され、ステップST14において、導体220の回転角(すなわちノブ210の回転角)が検出される。 
 したがって、センサ装置1の使用環境によらず、第1座標、第2座標、移動距離、及び、回転角を高精度に検出することができる。
[0053]
 次に、本実施形態のノブ210(または導体220)の回転角を検出する第2手法を説明する。
[0054]
 図13は、タッチパネル100及び入力装置200が重畳した状態の一例を示す図である。図示した例では、タッチパネル100について、駆動電極Txと、検出電極Rx16乃至Rx29とが示されている。また、入力装置200について、導体220が初期状態に配置される位置P10は、回転角が0°の位置に相当する。位置P10に対して回転角が10°の位置P11、位置P10に対して回転角が20°の位置P12、及び、位置P10に対して回転角が30°の位置P13は、いずれも導体220が移動可能な位置である。位置P10乃至P13は、1個の駆動電極Txと、複数の検出電極Rx16乃至Rx29とが交差する領域に重畳している。
[0055]
 図14は、導体220の回転角を検出する他の工程を説明するためのフローチャートである。センサコントローラ300は、電源投入直後(初期状態)の第1センシング期間において、駆動電極Txに駆動信号を送信し、検出電極Rx16乃至Rx29を含む複数の検出電極Rxからそれぞれ第1センサ信号を受信する(ステップST31)。そして、センサコントローラ300は、受信した第1センサ信号に基づいてベースラインを生成する(ステップST32)。
[0056]
 続いて、センサコントローラ300は、第1センシング期間の後の第2センシング期間において、駆動電極Txに駆動信号を送信し、検出電極Rx16乃至Rx29を含む複数の検出電極Rxからそれぞれ第2センサ信号を受信する(ステップST33)。そして、センサコントローラ300は、受信した第2センサ信号に基づいてローデータを生成する(ステップST34)。
[0057]
 続いて、センサコントローラ300は、生成したベースライン及びローデータの差分値に相当するデルタを算出する(ステップST35)。そして、センサコントローラ300は、算出したデルタにおける負のシグナルの第1積分値と正のシグナルの第2積分値との和を算出する(ステップST36)。第1積分値と第2積分値との和は、以下、シグナル和Sと称する。そして、センサコントローラ300は、算出したシグナル和Sに基づいて、後述するシグナル比S/Smaxを算出する(ステップST37)。
[0058]
 続いて、センサコントローラ300は、算出したシグナル比が90%未満であるか否かを判断する(ステップST38)。センサコントローラ300は、シグナル比が90%未満であると判断した場合には(ステップST38、YES)、算出したシグナル比に基づいて導体220の回転角を検出する(ステップST39)。
[0059]
 一方、センサコントローラ300は、シグナル比が90%以上であると判断した場合には(ステップST38、NO)、負のシグナルに基づいて第1位置P1の第1座標(x1,y1)を検出する(ステップST40)。そして、センサコントローラ300は、正のシグナルに基づいて第2位置P2の第2座標(x2,y2)を検出する(ステップST41)。そして、センサコントローラ300は、第1座標及び第2座標に基づいて導体220の移動距離を算出する(ステップST42)。そして、センサコントローラ300は、算出した移動距離に基づいて導体220の回転角を検出する(ステップST43)。
[0060]
 図15は、導体220の回転角(または移動距離)が小さい状態を説明するための図である。図中のベースラインは、ステップST32において生成されるものである。ベースラインを生成するときの導体220の第1位置P1は、図13の0°の位置P10に相当する。つまり、ベースラインを生成するのに必要な第1センサ信号は、導体220がタッチパネル100の第1位置P1(図13の0°の位置)に対向した状態でタッチパネル100から受信したものである。図示したベースラインは、検出電極Rx16乃至Rx29を含む複数の検出電極Rxからの第1センサ信号をプロットすることによって得られたものである。
[0061]
 図中のローデータは、ステップST34において生成されるものである。ローデータを生成するときの導体220の第2位置P2は、図13の10°の位置P11、または、20°の位置P12、または、30°の位置P13に相当する。つまり、ローデータを生成するのに必要な第2センサ信号は、導体220がタッチパネル100の第2位置P2(図13の位置P11または位置P12または位置P13)に対向した状態でタッチパネル100から受信したものである。図示したローデータは、検出電極Rx16乃至Rx29を含む複数の検出電極Rxからの第2センサ信号をプロットすることによって得られたものである。
[0062]
 図中のデルタは、ステップST35において差分値〔(ベースライン)-(ローデータ)〕として算出されるものである。第1位置P1のデルタは負のシグナルとなり、第2位置P2のデルタは正のシグナルとなる。導体220の回転角(または移動距離)が小さい場合、第1位置P1の負のシグナルと、第2位置P2の正のシグナルとが近接する。このため、負のシグナルと正のシグナルとが一部で互いに打ち消しあい、デルタのシグナルレベル(容量の大きさ)が低下する傾向にある。
[0063]
 ステップST36において算出されるシグナル和Sは、負のシグナルの第1積分値Sn1と正のシグナルの第2積分値Sp1との和に相当する。なお、第1積分値Sn1及び第2積分値Sp1は、厳密には、図中の面積に相当するものではない。すなわち、図示した例では、1個の駆動電極Txを駆動した際のデルタが示されているが、この駆動電極Txに近接する他の駆動電極を駆動した際のデルタも別途算出される。そして、これらすべてのデルタにおける負のシグナルを積分した値が第1積分値Sn1に相当し、またすべてのデルタにおける正のシグナルを積分した値が第2積分値Sp1に相当する。つまり、第1積分値Sn1は3次元的に分布する負のシグナルの体積に相当し、第2積分値Sp1は三次元的に分布する正のシグナルの体積に相当する。
[0064]
 図16は、デルタの算出例を示す図である。回転角が0°の場合とは、第2位置P2が図13の0°の位置P10である場合に相当する。回転角が10°の場合とは、第2位置P2が図13の10°の位置P11である場合に相当する。回転角が20°の場合とは、第2位置P2が図13の20°の位置P12である場合に相当する。回転角が30°の場合とは、第2位置P2が図13の30°の位置P13である場合に相当する。なお、いずれの場合についても、第1位置P1は、図13の0°の位置であるものとする。 
 負のシグナルとは、デルタのシグナルレベル(容量の大きさ)がマイナスである場合に相当する。正のシグナルとは、デルタのシグナルレベル(容量の大きさ)がプラスである場合に相当する。図示したように、回転角が30°以下の場合、回転角が小さい場合ほど、負のシグナルレベル及び正のシグナルレベルがともに小さいことがわかる。
[0065]
 図17は、シグナル比を説明するための図である。図示した例は、第1位置P1及び第2位置P2が十分に離れた状態を示し、導体220の回転角としては例えば40°以上である場合に相当する。このときのデルタについては、第1位置P1に対応して得られる負のシグナルと、第2位置P2に対応して得られる正のシグナルとが十分に離れ、互いに打ち消しあうことがない。このため、負のシグナル及び正のシグナルは、いずれも最大となる。シグナル和の最大値Smaxは、負のシグナルの第3積分値Sn0と正のシグナルの第4積分値Sp0との和に相当する。このような最大値Smaxは、固定値である。センサコントローラ300は、予め最大値Smaxを保持している。つまり、図1に示したメモリMは、最大値Smaxを記憶している。 
 なお、第3積分値Sn0及び第4積分値Sp0は、厳密には、図中の面積に相当するものではない。図15のシグナル和Sについて説明したのと同様に、第3積分値Sn0は3次元的に分布する負のシグナルの体積に相当し、第4積分値Sp0は三次元的に分布する正のシグナルの体積に相当する。
[0066]
 ステップST37において算出されるシグナル比(SignalRatio)は、算出したシグナル和Sと、固定値であるシグナル和の最大値Smaxとの比(=S/Smax)として定義されるものである。
[0067]
 図18は、回転角とシグナル比との関係を説明するための図である。図18の(A)に示す位置PAは0°の位置に相当し、位置PBは位置PAに対して反時計回りに45°の位置に相当し、位置PCは位置PAに対して反時計回りに90°の位置に相当する。位置PAの導体220A、位置PBの導体220B、及び、位置PCの導体220Cは、いずれも反時計回りに回転するものである。
[0068]
 図18の(B)は、回転角とシグナル比との関係を示す図である。横軸は、位置PAから回転する導体220A、位置PBから回転する導体220B、及び、位置PCから回転する導体220Cのそれぞれの回転角(°)を示している。縦軸は、シグナル比(%)を示している。図示した関係は、導体220A、220B、及び、220Cのそれぞれが5°単位で回転したときに、上記のステップST31乃至ステップST37によって算出されたシグナル比をプロットしたものである。図示したように、回転開始の位置にかかわらず、シグナル比は、回転角の増加に伴って増加している。 
 回転角が10°の場合、シグナル比は33%~47%となる。回転角が20°の場合、シグナル比は65%~85%となる。回転角が30°の場合、シグナル比は90%~110%となる。
[0069]
 換言すると、シグナル比を算出することによって30°未満の回転角を検出することができる。すなわち、上記のステップST38においてシグナル比が90%未満であると判断された場合には(ステップST38、YES)、算出したシグナル比が33%~47%の範囲内であれば、センサコントローラ300は、回転角が10°であることを検出する。また、算出したシグナル比が65%~85%の範囲内であれば、センサコントローラ300は、回転角が20°であることを検出する。
[0070]
 一方で、回転角が30度以上の場合には、シグナル比が90%以上となり、シグナル比から角度を検出することが困難となる。シグナル比が90%以上であることは、図17を参照して説明したように、第1位置P1及び第2位置P2が十分に離れた状態に相当する。このため、第1位置P1に対応して得られる負のシグナル、及び、第2位置P2に対応して得られる正のシグナルに基づいて、第1座標、第2座標、移動距離、及び、回転角が検出される。
[0071]
 このような第2手法においても、第1手法と同様に高精度のセンシングが可能となる。
[0072]
 図19は、入力装置200の第3構成例を示す図である。図19の(A)は、入力装置200の平面図である。図19の(B)は、図19の(A)に示す入力装置200をA-B線に沿って切断したセンサ装置1の断面図である。
[0073]
 図19の(A)に示すように、入力装置200は、円周C上に位置する第1導体221及び第2導体222を備えている。第1導体221及び第2導体222は、いずれもノブ210に保持されている。また、第1導体221及び第2導体222は、互いに離間している。第1導体221及び第2導体222は、互いに電気的に絶縁されている。第1導体221は、図3に示した第1構成例と同様に、円周C上において点状に形成されている。第2導体222は、図4に示した第2構成例と同様に、C字状に形成されている。第1導体221は、第2導体222の切欠NTに位置している。
[0074]
 図19の(B)に示すように、第1導体221はタッチパネル100に接触し、第2導体222はタッチパネル100から離間している。なお、第2導体222がタッチパネル100に接触し、第1導体221がタッチパネル100から離間していてもよい。ばね241は、ノブ210と第1導体221との間に配置されている。ばね242は、ノブ210と固定体230との間に配置されている。ばね242は、保持板251及び252の間に保持されている。 
 ばね241及び242は、ノブ210がタッチパネル100に向かって押圧されるのに伴って圧縮される。第2導体222は、ノブ210が押圧されるのに伴ってタッチパネル100に接触する。また、ばね241及び242はノブ210が解放されると伸長し、第2導体222はタッチパネル100から離間する。
[0075]
 第1導体221は、ノブ210の押圧の有無にかかわらず、タッチパネル100に接触しており、上記の導体220の如く、入力装置200の回転情報を検出するための物体に相当する。第2導体222は、ノブ210が押圧されたときにタッチパネル100に接触するものであり、入力装置200の押圧を検出するための物体に相当する。
[0076]
 このような第3構成例によれば、入力装置200の回転情報に加えて、入力装置200の押圧情報を検出することができる。
[0077]
 図20は、センサ装置1を搭載した表示装置DSPの一構成例を示す断面図である。 
 表示装置DSPは、表示パネルPNL及び照明装置ILを備えている。一例では、表示パネルPNLは、例えば、液晶表示パネルであり、第1基板SUB1と、第2基板SUB2と、液晶層LCと、を備えている。第1基板SUB1及び第2基板SUB2は、シールSEによって接着されている。液晶層LCは、第1基板SUB1と第2基板SUB2との間に保持されている。なお、表示パネルPNLは、表示素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子、電気泳動素子等を備えた表示パネルであってもよい。
[0078]
 表示パネルPNLは、センサ装置1のタッチパネル100を内蔵している。すなわち、第1基板SUB1は、タッチパネル100の駆動電極Txと、画素電極PEとを備えている。1つの駆動電極Txは、複数の画素電極PEと対向している。第2基板SUB2は、タッチパネル100の検出電極Rxを備えている。駆動電極Tx及び検出電極Rxは、第1方向X及び第2方向Yによって規定されるX-Y平面において互いに交差するように配置されている。一例では、複数の駆動電極Txは、第1方向Xに沿って間隔をおいて並び、各々の駆動電極Txは、第2方向Yに延出している。また、複数の検出電極Rxは、第2方向Yに沿って間隔をおいて並び、各々の検出電極Rxは、第1方向Xに延出している。詳述しないが、第2基板SUB2の絶縁基板や有機絶縁膜、及び、液晶層LCは、タッチパネル100の誘電体層Deに相当する。
[0079]
 偏光板PL1を含む光学素子OD1は、第1基板SUB1と照明装置ILとの間に位置し、第1基板SUB1に接着されている。偏光板PL2を含む光学素子OD2は、第2基板SUB2とカバー部材CVとの間に位置し、第2基板SUB2に接着されている。カバー部材CVは、透明な接着剤ADにより光学素子OD2に接着されている。
[0080]
 入力装置200は、カバー部材CVの表面CVaに設けられている。導体220は、表面CVaに接している。ノブ210は、回転軸Oに沿って延出した筒状に形成されている。このため、入力装置200の外側の領域のみならず、ノブ210によって囲まれた内側の領域において、表示パネルPNLに表示された画像を視認することができる。 
 なお、図20に示した構成例は、タッチパネル100が表示パネルPNLに内蔵されたいわゆるインセル型を示す構成例に相当するが、タッチパネル100は、表示パネルPNLと重畳するように設けられるアウトセル型あるいはオンセル型であってもよい。
[0081]
 以上説明したように、本実施形態によれば、高精度のセンシングが可能なセンサ装置を提供することができる。
[0082]
 なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

符号の説明

[0083]
 1…センサ装置
 100…タッチパネル Tx…駆動電極 Rx…検出電極
 200…入力装置 210…ノブ 220…導体
 300…センサコントローラ

請求の範囲

[請求項1]
 静電容量型のタッチパネルと、
 回転軸を中心として回転自在に設けられたノブと、
 前記ノブに保持され、前記回転軸を中心とした円周上の一部で前記タッチパネルに対向している導体と、
 前記タッチパネルを制御するセンサコントローラと、を備え、
 前記センサコントローラは、前記導体が前記タッチパネルに対向していない状態での静電容量に対応した基準信号を保持し、
 第1センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第1位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第1センサ信号と、前記基準信号と、に基づいて前記導体の第1座標を検出する、センサ装置。
[請求項2]
 前記センサコントローラは、前記第1センサ信号と前記基準信号との差分値に基づいて前記第1座標を検出する、請求項1に記載のセンサ装置。
[請求項3]
 前記センサコントローラは、
 第2センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第2位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第2センサ信号と、前記基準信号と、に基づいて前記導体の第2座標を検出し、
 前記第1座標及び前記第2座標に基づいて前記導体の移動距離を算出し、
 前記移動距離に基づいて前記導体の回転角を検出する、請求項1に記載のセンサ装置。
[請求項4]
 前記センサコントローラは、
 検出すべき最小の回転角θminで前記導体が回転した場合に前記導体が移動した2点間の基準直線距離をLaとしたとき、算出した前記移動距離が(La/2)以上、(3*La/2)未満の場合に、前記回転角がθminであることを検出する、請求項3に記載のセンサ装置。
[請求項5]
 前記センサコントローラは、
 前記第1センシング期間において受信した複数の前記第1センサ信号の平均値を算出し、
 複数の前記第1センサ信号の平均値と、複数の前記基準信号の平均値との差分値に基づいてオフセット量を算出し、
 前記第1センサ信号と前記オフセット量とに基づいて補正センサ信号を算出し、
 前記補正センサ信号と前記基準信号との差分値に基づいて前記第1座標を検出する、請求項1に記載のセンサ装置。
[請求項6]
 静電容量型のタッチパネルと、
 回転軸を中心として回転自在に設けられたノブと、
 前記ノブに保持され、前記回転軸を中心とした円周上の一部で前記タッチパネルに対向している導体と、
 前記タッチパネルを制御するセンサコントローラと、を備え、
 前記センサコントローラは、
 第1センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第1位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第1センサ信号に基づいてベースラインを生成し、
 第2センシング期間において、前記導体が前記タッチパネルの第2位置に対向した状態で前記タッチパネルから受信した第2センサ信号に基づいてローデータを生成し、
 前記ベースラインと前記ローデータとの差分値に相当するデルタを算出し、
 前記デルタにおける負のシグナルの第1積分値及び正のシグナルの第2積分値に基づいてシグナル比を算出し、
 前記シグナル比に基づいて前記導体の回転角を検出する、センサ装置。
[請求項7]
 前記センサコントローラは、負のシグナルの第3積分値及び正のシグナルの第4積分値の和の最大値Smaxを保持し、
 前記デルタを算出した後に、算出した前記デルタにおける前記第1積分値及び前記第2積分値のシグナル和Sを算出し、
 (S/Smax)で定義される前記シグナル比を算出する、請求項6に記載のセンサ装置。
[請求項8]
 前記タッチパネルは、複数の駆動電極と、前記駆動電極と交差する複数の検出電極と、を備え、
 前記センサコントローラは、前記駆動電極に対して駆動信号を送信し、前記検出電極から前記第1センサ信号を受信する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のセンサ装置。
[請求項9]
 前記導体は、前記円周上において、点状に形成されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のセンサ装置。
[請求項10]
 前記導体は、前記円周に沿って延出し、前記円周の一部に切欠を有するC字状に形成されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のセンサ装置。
[請求項11]
 前記導体の前記円周に沿った長さは、前記導体が存在しない無効領域の前記円周に沿った長さより短い、請求項9に記載のセンサ装置。
[請求項12]
 前記導体の前記円周に沿った長さは、前記切欠の前記円周に沿った長さより長い、請求項10に記載のセンサ装置。
[請求項13]
 前記導体は、前記タッチパネルに接触している第1導体と、前記第1導体から離間した第2導体と、を備え、
 前記第2導体は、前記ノブが押圧されるのに伴って前記タッチパネルに接触する請求項1乃至8のいずれか1項に記載のセンサ装置。
[請求項14]
 前記第1導体及び前記第2導体のうちの一方の導体は、前記円周に沿って延出し、前記円周の一部に切欠を有するC字状に形成され、
 前記第1導体及び前記第2導体のうちの他方の導体は、前記切欠に位置している、請求項13に記載のセンサ装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

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[ 図 13]

[ 図 14]

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[ 図 20]