(57)【要約】【課題】２本指が同時に動作するタッチ操作を検知する機能を低コストで提供する。【解決手段】透明導電層のインピーダンス面とインピーダンス面上の複数の検出電極と検出電極の電流を検出する検出回路とを備え、インピーダンス面上のアクティブ領域内に設けた各基準座標を１つの指示体で指示した時の電流を規格化した基準規格値と電流の総和が一定値になるように正規化した基準正規値とを記憶する記憶部と、検出期間毎に取得した電流を規格化した規格値を取得し、基準規格値と基準座標に基づき検出期間毎の規格値を位置座標に写像する位置座標の算出部と、基準座標と基準正規値に基づき位置座標を第１の正規値に写像する第１の正規値の算出部と、検出期間毎の電流を正規化して第２の正規値を算出する第２の正規値の算出部と、第１、２の正規値に基づき複数の指示体の動きを検知するタッチジェスチャー検知部とを備える。【選択図】図１
2015143967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体が接触又は近接する透明導電層から成るインピーダンス面と、前記インピーダンス面に設けられる複数の検出電極と、前記検出電極に流れる電流を検出する検出回路と、を備えるタッチセンサ装置において、
前記インピーダンス面上の人体が接触又は近接するアクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、１つの指示体で各々の前記基準座標を指示したときに検出される電流を測定した時の、前記検出される電流に基づき演算する規格化により算出される推定座標である、基準規格値と、前記インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値になるように、前記検出される電流を正規化した基準正規値と、を記憶する記憶部と、
検出期間毎に取得した電流を規格化した規格値を取得し、予め記憶した前記基準規格値と前記基準座標との関係に基づき、前記検出期間毎に取得した規格値を位置座標に写像する位置座標の算出部と、
前記基準座標と前記基準正規値との関係に基づき、前記位置座標を第１の正規値に写像する第１の正規値の算出部と、
前記検出期間毎に取得した電流を正規化して第２の正規値を算出する第２の正規値の算出部と、
前記第１の正規値と前記第２の正規値の時間変化を基にして、複数の指示体の動きを検知するタッチジェスチャーの検知部と、を備えることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項２】
請求項１記載のタッチセンサ装置において、
前記基準規格値、及び前記規格値の要素の数よりも、前記基準正規値、前記第１の正規値、及び第２の正規値の要素の数が多いことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項３】
請求項２記載のタッチセンサ装置において、
前記基準正規値、前記第１の正規値、及び第２の正規値の要素の数がそれぞれ４つであること特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項４】
請求項２記載のタッチセンサ装置において、
前記基準規格値、及び前記規格値の要素の数がそれぞれ２つであることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項５】
請求項１記載のタッチセンサ装置において、
前記インピーダンス面は矩形であり、矩形の四隅及び／又は各辺の中央に、前記検出電極がそれぞれ形成されることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項６】
請求項１記載のタッチセンサ装置において、
前記位置座標の算出部は、
１つの指示体が前記インピーダンス面に接触又は近接した場合に、前記１つの指示体の指示位置を前記位置座標として算出し、
２つの指示体が前記インピーダンス面に接触又は近接した場合に、前記２つの指示体間の中央付近を前記位置座標として算出することを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項７】
請求項１記載のタッチセンサ装置において、
前記第１の正規値、又は前記位置座標を算出する際に、前記基準正規値で囲まれる多角形を用いて内挿する内挿関数が使用されることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項８】
請求項１記載のタッチセンサ装置において、
前記タッチジェスチャーの検知部は、
ｓｉを前記第１の正規値、ｄｉを前記第２の正規値、ＥＴを検出電極の数とした場合、
2015143967.tif 000020
で求められる指標値ｌに基づき、複数の指示体の動きを検知することを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項９】
請求項１記載のタッチセンサ装置において、
前記タッチジェスチャーの検知部は、前記第１の正規値と前記第２の正規値に基づき、前記インピーダンス面に接触又は近接する、２つの指示体間の距離を算出し、前記距離の変化に基づき、前記２つの指示体が開閉する動きをする、ピンチジェスチャー操作を検知することを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１０】
請求項９記載のタッチセンサ装置において、
前記２つの指示体間の距離は、前記第１の正規値と前記第２の正規値の差の絶対値に基づき、計算されることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１１】
請求項９記載のタッチセンサ装置において、
前記タッチジェスチャーの検知部は、前記インピーダンス面に指示体が接触又は近接し、タッチ状態をタッチオンと判定した直後に算出した前記２つの指示体間の距離を、距離の比較値とすることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のタッチセンサ装置において、
前記タッチジェスチャーの検知部は、前記２つの指示体間の距離を狭くするピンチイン、又は前記２つの指示体間の距離を押し広げるピンチアウトを検知した場合に、前記２つの指示体間の距離を前記距離の比較値に代入して、前記距離の比較値を更新することを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１３】
請求項９記載のタッチセンサ装置において、
前記タッチジェスチャーの検知部は、前記２つの指示体間の距離の変化に対して、前記位置座標の変化が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記２つの指示体間の距離を狭くするピンチイン、又は前記２つの指示体間の距離を押し広げるピンチアウトの検知を無効とすることを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１４】
人体が接触又は近接する透明導電層から成るインピーダンス面と、前記インピーダンス面に設けられる複数の検出電極と、前記検出電極に流れる電流を検出する検出回路と、を備えるタッチセンサ装置において、
２つの指示体を前記インピーダンス面に接触し、前記２つの指示体の中間点を前記インピーダンス面の中央とし、前記２つの指示体間の距離を変更するピンチジェスチャー操作における、前記２つの指示体間を結ぶ線と、向かい合う検出電極を結ぶ線とのなす角度に関して、
ＥＴを前記検出電極の数、ｍを１〜ＥＴの整数とし、
第１の角度＝（２×ｍ−１）×１８０／ＥＴ、
第２の角度＝３６０／ＥＴ×（ｍ−１）、
とした場合に、
前記第１の角度に比べて、前記第２の角度は、前記２つの指示体間の距離の変化に対する、ピンチイン、又はピンチアウトの感度が高いことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか一つに記載のタッチセンサ装置を備えた電子機器。
【請求項１６】
人体が接触又は近接する透明導電層から成るインピーダンス面と、前記インピーダンス面に設けられる複数の検出電極と、前記検出電極に流れる電流を検出する検出回路と、を備えるタッチセンサ装置で動作するタッチジェスチャー検知プログラムであって、
前記タッチセンサ装置に、
人体が接触又は近接するインピーダンス面上の人体が接触又は近接するアクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、１つの指示体で各々の前記基準座標を指示したときに検出される電流を測定し、前記検出される電流に基づき演算する規格化により算出される推定座標である基準規格値と、前記インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値になるように、前記検出される電流を正規化した基準正規値と、を算出して記憶部に予め記憶する第１ステップ、
検出期間毎に取得した電流を規格化して規格値を取得する第２ステップ、
予め記憶した前記基準規格値と前記基準座標との関係に基づき、前記検出期間毎に取得した前記規格値を位置座標に写像する第３ステップ、
前記基準座標と前記基準正規値の関係に基づき、前記位置座標を第１の正規値に写像する第４ステップ、
前記検出期間毎に取得した電流を正規化して第２の正規値を取得する第５ステップ、
前記第１の正規値と前記第２の正規値の変化を基にして、複数の指示体の動きを検知する第６ステップ、を実行させることを特徴とするタッチジェスチャー検知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量方式のタッチセンサ装置、及びそのタッチセンサ装置を備えた電子機器、並びにその電子機器で動作するタッチジェスチャー検知プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチセンサ装置は、指先やペンなどの指示体を用いて指し示された位置座標、又は指し示す動作の有無を検出する装置であり、通常、液晶ディスプレイ（以下「ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）」という。）や有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下「有機ＥＬディスプレイ」という。）等の面表示装置と組み合わせて用いられる。
【０００３】
タッチセンサ装置の出力をコンピュータに入力し、コンピュータによって表示装置の表示内容を制御したり機器を制御したりすることにより、使い勝手の良いマンマシン・インターフェイスが実現される。現在はゲーム機、携帯情報端末、券売機、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）、カーナビゲーションなど、日常生活において広く利用されている。また、コンピュータの高性能化やネットワーク接続環境の普及とともに、電子機器で供給されるサービスが多様化し、これに伴いタッチセンサ装置を備えた表示装置のニーズが拡大している。
【０００４】
タッチセンサ装置の方式として、静電容量方式、抵抗膜方式、光学方式、超音波方式、電磁誘導方式などが知られている。タッチセンサ装置の中でも、静電容量方式のタッチセンサ装置は、薄いガラスやプラスチックなどを通して指示体の接触を感知するので、接触の際に強く押す必要がなく、繰り返し入力に対する耐久性に優れている。このような特徴から、静電容量方式のタッチセンサ装置は、耐久性が必要とされる工業用製品や白物家電などの多くのアプリケーション領域において広く使用されている。
【０００５】
上記静電容量方式のタッチセンサ装置は、投影容量方式（Projected capacitive type）と表面容量方式（Surface capacitive type）とに分類される。
【０００６】
投影容量方式は、Ｘ−Ｙ透明電極をマトリクス形状で形成した方式である。Ｘ透明電極とＹ透明電極とはガラスや絶縁層を介して形成されており、Ｘ−Ｙ透明電極に指示体が近づくと、電極間の静電容量が増加する。Ｘ−Ｙのラインの静電容量の変化をコントローラが検知し、接触している指示体の位置を検出する。互いに平行に並ぶ透明電極群の間は電気的に絶縁されているため、複数の入力点を同時に検知する、マルチタッチ操作が可能である。画面に複数の指を同時に触れることにより、対象の回転、表示する画像の解像度の調整などが可能である。このような投影容量方式に関する技術については、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００７】
一方、表面容量方式は、絶縁性透明基板と、その表面に形成された均一な透明導電層と、その上面に形成された薄い絶縁層とで構成される。表面容量方式のタッチセンサ装置を駆動する際は、その透明導電層の四隅に形成した検出電極から交流電圧を印加する。指示体でタッチセンサ装置の表面を触れると、透明導電層と指示体とによって形成される静電容量を介して、指示体に微小電流が流れる。この微小電流は、四隅の検出電極のそれぞれから指示体が接触した点へ流れるが、それぞれの電流値をコントローラで検出する。指示体が検出電極に近づくにつれて、対応する電流が増加する特徴があるので、４つの電流の偏りに基づいて、タッチ位置の座標を計算する。このような表面容量方式に関する技術については、例えば、特許文献２に開示されている。
【０００８】
特許文献２に代表される表面容量方式では、タッチセンサ部分が均一な透明導電膜とその四隅に形成した検出電極のみといった簡便な構成である。また、異なる画面のサイズ間においても、検出電極の数が４つと固定であるため、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit））及びコントローラをユニバーサル（共通）に使用できる利点がある。それゆえ、表面容量式は経済的な構成であるといえる。
【０００９】
特許文献３には、シングルタッチにしか対応していないタッチセンサ装置においても、マルチタッチに対応させる試みが開示されている。特許文献３では、信号の時間変化の特徴に基づいて、個々のタッチが接触もしくは離れたかを判断する。２つのタッチが時間的に重複する二重タッチにおける信号データから、第２のタッチがされる前の単一タッチ（第１のタッチ）の信号データを差し引くことにより、第２のタッチ位置座標を算出し報告する。また、逆に第２のタッチが単一タッチであった場合、その前の二重タッチにおける信号データから第２のタッチの単一タッチの信号を差し引くことにより、未報告単一タッチすなわち第１のタッチ位置座標を算出および報告する。この特許文献３は、第１のタッチが検出された時刻と第２のタッチが検出された時刻に時間差があることを利用している。
【００１０】
特許文献４には、掌と面抵抗体の静電容量結合の影響を受けて、指の指示した位置から座標がずれて入力される課題が記載されている。特許文献４では、座標入力領域を指などの導体で接触又は近接した箇所が１箇所か２箇所かを識別する。面抵抗の周囲に抵抗性周囲電極を形成し、検出した電流値を基に算出した数値が所定より小さい場合に、接触又は近接した箇所が１箇所、所定より大きい場合に２箇所と識別する。２箇所、すなわちタッチパネルに掌が所定以上に近接した場合に、指の接触を無効にしたうえ、ユーザーにタッチし直すよう通知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表平９―５１１０８６号公報
【特許文献２】特公平０１−０１９１７６号公報
【特許文献３】特表２００５−５０５０６５号公報
【特許文献４】特開２０１０−１５７０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【００１３】
特許文献１に代表される投影容量方式では、マルチタッチ機能を備えるものの、指示体の位置座標を正確に検出するために、平行に並ぶ透明電極のピッチを一定以上細かくする必要がある。それゆえ、大画面化するにつれて、透明電極の本数が増加し、透明電極とコントローラの間のタッチパネルの周辺を引き回す配線、及びＦＰＣ等の端子数が増え、製造費が増加する。また、周辺配線の数が増加するとタッチパネルの額縁が広くなるという課題も生じる。
【００１４】
特許文献２に代表される表面容量方式では、複数の指示体のタッチに対して、個々のタッチ座標を正確に検出することが困難である。この理由は、個々のタッチに伴う電流が、均一な透明導電膜内で合流するため、コントローラで検出される電流は、複数のタッチに伴う電流の合計値となり、座標検出のための個々のタッチに伴う電流の内訳が明確にならないからである。それゆえ、特許文献２に代表される表面容量方式は、シングルタッチにしか対応していないタッチパネルといえる。
【００１５】
特許文献３の表面容量方式では、時間差を利用して２点のタッチを逐次認識するとの記載があるものの、同時タッチは認識できない。この理由を、２本の指でタッチしてから、つまむ・押し広げる動作である、ピンチイン・ピンチアウトと呼ばれるピンチジェスチャー操作を例にとって説明する。ピンチジェスチャー中は、２本の指が同時に移動し、すなわち、個々の指のタッチに伴う信号が変化する時間帯が重複するために、時間差を利用して信号を差し引いても、個々のタッチに伴う信号を分離できず、その信号の内訳は不明である。つまり、２本の指のうち一方の指が完全に停止していること、もしくは、どちらか一方のタッチが時間的に前に発生しその後重複するか、重複後に一方のタッチが離れ他方のみが残留するかという時間差の動作であることがこの技術の前提となるので、ユーザーの操作に制限を与え、ぎこちなく、緩慢な操作となるという課題が生じる。
【００１６】
特許文献４に記載の技術は、面抵抗との静電容量の結合数を検出して、掌の近接を検知し、１箇所のタッチと２箇所のタッチを識別する効果が記載されている。しかしながら、２箇所のタッチを識別できるが、２箇所のタッチの個々の座標位置を判断することはできず、座標は１点としか判断されない。また、２箇所のタッチの場合は、無効とするかダブルクリックの機能に割り当てるかの機能しか記述されていない。更に、特許文献４に記載の数式２によって算出される値の単位が電流であるため、タッチに伴うインピーダンスの個人差、又は接触面積のばらつきの影響を受け、２本の指の動きを検出することが困難である。また、面抵抗の周囲に抵抗性周囲電極を形成する必要があるため、抵抗性周囲電極を形成するための製造費が発生する。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２本の指が同時に動作するタッチ操作を検知する機能を低コストで提供することにある。また、シングルタッチにしか対応していないタッチパネル装置を既に導入している場合でも、後からマルチタッチ機能を追加し、経済的な負担を最小限に抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るタッチセンサ装置は、人体が接触又は近接する透明導電層から成るインピーダンス面と、前記インピーダンス面に設けられる複数の検出電極と、前記検出電極に流れる電流を検出する検出回路と、を備え、前記インピーダンス面上の人体が接触又は近接するアクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、１つの指示体で各々の前記基準座標を指示したときに検出される電流を測定した時の、前記検出される電流に基づき演算する規格化により算出される推定座標である基準規格値と、前記インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値になるように、前記検出される電流を正規化した基準正規値と、を記憶する記憶部と、検出期間毎に取得した電流を規格化した規格値を取得し、予め記憶した前記基準規格値と前記基準座標との関係に基づき、前記検出期間毎に取得した規格値を位置座標に写像する位置座標の算出部と、前記基準座標と前記基準正規値との関係に基づき、前記位置座標を第１の正規値に写像する第１の正規値の算出部と、前記検出期間毎に取得した電流を正規化して第２の正規値を算出する第２の正規値の算出部と、前記第１の正規値と前記第２の正規値の変化を基にして、複数の指示体の動きを検知するタッチジェスチャーの検知部と、を備えるものである。
【００１９】
本発明に係る電子機器は、本発明に係るタッチセンサ装置を備えたものである。
【００２０】
本発明に係るタッチジェスチャー検知プログラムは、人体が接触又は近接するインピーダンス面上のアクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、１つの指示体で各々の前記基準座標を指示したときに検出される電流を測定し、前記検出される電流に基づき演算する規格化により算出される推定座標である基準規格値と、前記インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値になるように、前記検出される電流を正規化した基準正規値と、を記憶部に予め記憶するステップと、検出期間毎に取得した電流を規格化して規格値を取得するステップと、予め記憶した前記基準規格値と前記基準座標との関係に基づき、前記検出期間毎に取得した前記規格値を位置座標に写像するステップと、前記基準座標と前記基準正規値の関係に基づき、前記位置座標を第１の正規値に写像する、ステップと、前記検出期間毎に取得した電流を正規化して第２の正規値を取得するステップと、前記第１の正規値と前記第２の正規値の変化を基にして、複数の指示体の動きを検知するステップと、を有するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のタッチセンサ装置によれば、シングルタッチにしか対応していない特許文献２のようなタッチセンサ装置の構成でも、低コストでマルチタッチに対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係わるタッチセンサ装置を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係わる電子機器を示す概略斜視図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ’線における概略断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係わる電子機器におけるタッチセンサ機能の等価回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係わる電流検出回路及びその周辺機能の概略ブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係わるタッチセンサ装置における電圧波形の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係わる静電容量Ｃと検出信号の関係を求める測定回路図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係わる静電容量Ｃと検出信号Ｖの関係を示す図である。
【図９】基準規格値と基準正規値を求める処理を示すフローチャート図である。
【図１０】１つの指示体で基準座標を指示して数値を記憶する模式図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係わるプログラムを示す機能ブロック図である。
【図１２】図１１の機能ブロック図を説明する模式図である。
【図１３】２点タッチ間の距離Ｌと指標ｌの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２実施形態に係わるプログラムのメインルーチンを示すフローチャート図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係わる２点タッチの距離Ｌ［ｉＴ］を算出するサブルーチンのフローチャート図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係わるピンチジェスチャー操作を検出するサブルーチンのフローチャート図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係わる格子領域を検索する模式図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係わる規格値を写像する模式図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係わる位置座標を基に正規値を算出する模式図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係わるタッチジェスチャーの誤検知を説明する図である。
【図２１】本発明の第５実施形態に係わる検出電極の配置図である。
【図２２】本発明の第５実施形態に係わる検出電極と外周の配線の関係図である。
【図２３】本発明の第６実施形態に係わる検出電極の数を示す図である。
【図２４】本発明の第１実施例に係わる電流の合計値Ｊを示す図である。
【図２５】本発明の第１実施例に係わる各電流値を示す図である。
【図２６】本発明の第１実施例に係わる位置座標を示す図である。
【図２７】本発明の第１実施例に係わる第２の正規値を示す図である。
【図２８】本発明の第１実施例に係わる第１の正規値を示す図である。
【図２９】本発明の第１実施例に係わる、（第２の正規値）−（第１の正規値）を示す図である。
【図３０】本発明の第１実施例に係わる、タッチジェスチャーの指標ｌを示す図である。
【図３１】本発明の第１実施例に係わる、検出した２点タッチ間距離Ｌ［ｉＴ］を示す図である。
【図３２】本発明の第２実施例に係わるタッチジェスチャー機能を検査する模式図である。
【図３３】本発明の第２実施例に係わる、２点タッチの開閉方向による特性の違いを示す図である。
【図３４】本発明の第３実施例に係わる、表示部面内での評価位置と距離変化方向と範囲（／方向）を示す図である。
【図３５】本発明の第３実施例に係わる、指標値ｌｄｓと２点タッチ間距離Ｌの関係（／方向）を示す図である。
【図３６】本発明の第３実施例に係わる、指標値ｌｄと２点タッチ間距離Ｌの関係（／方向）を示す図である。
【図３７】本発明の第３実施例に係わる、表示部面内での評価位置と距離変化方向と範囲（＼方向）を示す図である。
【図３８】本発明の第３実施例に係わる、指標値ｌｄｓと２点タッチ間距離Ｌの関係（＼方向）を示す図である。
【図３９】本発明の第３実施例に係わる、指標値ｌｄと２点タッチ間距離Ｌの関係（＼方向）を示す図である。
【図４０】本発明の第３実施例に係わる、指標値と２点タッチ間距離の関係の一覧を示す図である。
【図４１】本発明の第３実施例に係わる、表示部中央における指標値ｌｄｓと２点タッチ間距離Ｌの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、記述の都合上、位置座標ｐ、基準規格値Ｕ［ｎ］、基準正規値Ｓ［ｎ］、規格値ｕ、第１の正規値ｄ、第２の正規値ｓ、第１の正規値ｄと第２の正規値ｓの差分ｄ−ｓはベクトルを表すものとする。
【００２４】
［実施形態１］
図１は、第１実施形態のタッチセンサ装置を示す機能ブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。本第１実施形態のタッチセンサ装置１００は、タッチパネル１０１と、検出回路１０２と、記憶部１０３と、位置座標の算出部１０５と、第２の正規値の算出部１０６と、第１の正規値の算出部１０７と、タッチジェスチャーの検知部１０８と、を備える。
【００２５】
タッチパネル１０１は、指示体１０ａ、１０ｂ（複数の指示体の全てを指し示す場合は、指示体１０とする。）のタッチの有無及び指示体１０の位置座標に応じて、複数の電流１１を変化させて出力する。検出回路１０２は、タッチパネル１０１から出力される電流１１に基づく検出信号１２を一定時間ごとに出力する。記憶部１０３は、予め１つの指示体を使用して基準座標を順次指示し、取得した検出信号に基づき演算する規格化により算出された推定座標である基準規格値１３と、タッチパネル１０１に流れる電流の総和を一定値として正規化した基準正規値１４と、を記憶する。位置座標の算出部１０５は、検出信号１２と記憶部１０３で記憶した基準規格値１３とに基づき、位置座標１５を算出する。第２の正規値の算出部１０６は、検出回路１０２から出力された検出信号１２に基づき、第２の正規値１６を算出する。第１の正規値の算出部１０７は、検出回路１０２から出力された検出信号１２、記憶部１０３で記憶した基準正規値１４、及び位置座標の算出部１０５で算出した位置座標１５に基づき、第１の正規値１７を算出する。タッチジェスチャーの検知部１０８は、第１の正規値１７、及び第２の正規値１６に基づき、タッチジェスチャー１８を検知する。
【００２６】
本第１実施形態のタッチセンサ装置１００で用いられるタッチジェスチャー検知プログラムは、タッチジェスチャー検知の各ステップをコンピュータ１１０に実行させるためのものである。本プログラムは通常、記憶部１０３に記憶される。本プログラムは、非一時的な記録媒体（non-transitory storage medium）、例えば半導体メモリなどに記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータ１１０によって読み出され、実行される。
【００２７】
本第１実施形態のタッチジェスチャー検知方法及びタッチジェスチャー検知プログラムは、前述したタッチセンサ装置１００の多様な形態と実質的に同じ形態を採ることができる。また、後述する他の実施形態及び実施例におけるタッチジェスチャー検知方法及びタッチジェスチャー検知プログラムも、タッチセンサ装置の形態と実質的に同じ形態を採ることができる。
【００２８】
以下、本第１実施形態について詳細かつ具体的に説明する。
【００２９】
第１実施形態のタッチセンサ装置及び電子機器について説明する。以下においては、第１実施形態の電子機器についてモニタを例にして説明する。図２に、第１実施形態の電子機器の概略斜視図を示す。図３に、図２のＩ−Ｉ’線に沿った第１実施形態の電子機器の概略断面図を示す。図４に、第１実施形態の電子機器におけるタッチセンサ機能の等価回路図を示す。図５に、電流検出回路及びその周辺機能の概略ブロック図を示す。
【００３０】
図３に示す概略断面図においては、本第１実施形態の電子機器１は、本第１実施形態のタッチセンサ装置１００を備える。タッチセンサ装置１００は、タッチパネル１０１とＦＰＣ７と電源装置１８とメイン基板１９とコントローラ２１と、からなる。
【００３１】
図４のタッチセンサ機能の等価回路図においては、タッチパネル１０１は、絶縁性透明基板４１上に、透明導電層などのインピーダンス面３９と、インピーダンス面３９の四隅に設けられる複数の検出電極３８ａ〜３８ｄ（複数の検出電極の全てを指し示す場合は、検出電極３８とする。）と、インピーダンス面３９の表面を覆う保護層３７と、を有する。交流電圧源である発振器２７が出力する交流電圧は、複数の検出電極３８ａ〜３８ｄを介してインピーダンス面３９に印加される。指示体１０がタッチパネル１０１の表面に接触又は近接すると、指示体１０とインピーダンス面３９との間に静電容量２５が形成される。タッチパネル１０１の電流検出部は、複数の検出電極３８に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路２９ａ〜２９ｄを有する。複数の検出電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流の総和は、指示体１０とインピーダンス面３９との間に形成される静電容量２５に比例する。複数の電流検出回路２９ａ〜２９ｄの各出力は、標本化（サンプリング）と量子化によって、非連続な数値（デジタル信号）に変換される。これらの数値を基に静電容量２５に比例する信号（検出信号とする。）が計算される。この検出信号は一定の周波数３０〜１２０Ｈｚで出力される。なお、本第１実施形態にいうインピーダンス面３９とは、三次元的構造をも含み、例えば、表示部に対応する領域においてパターニングしていない透明導電層のことをいう。以下、インピーダンス面３９を透明導電層３９と言い換える。また、複数の電流検出回路２９ａ〜２９ｄをまとめて電流検出回路２９という。
【００３２】
図３に示す電子機器１の概略断面図においては、タッチパネル１０１の外周の上面と、電子機器１の筐体３の内部とが接着されることで、タッチパネル１０１が支持されている。ここで、筐体３の材質は例えばプラスチックとすることができる。また、タッチパネル１０１の下側に、表示装置としてＬＣＤ５が設けられている。図３においては、タッチパネル１０１とＬＣＤ５との間を離しているが、タッチパネル１０１とＬＣＤ５との間に接着フィルムを使って、これらをラミネート加工などで貼り合わせてもよい。その場合は、タッチパネル１０１とＬＣＤ５との間に空気層が入らないので、ＬＣＤ５からタッチパネル１０１への光の透過率を高められるという利点がある。ＬＣＤ５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）など他の表示装置に比べて薄くて軽いので、電子機器１に搭載するのに適している。本実施形態では、透過型のＬＣＤを例にとって説明したが、周囲光を表示に利用する反射型ＬＣＤとしてもよい。また、透過・反射兼用とした半透過型ＬＣＤとしてもよい。
【００３３】
タッチパネル１０１としては、絶縁性透明基板４１（図４）上にスパッタ法などにより透明導電層３９が形成されたものを用いることができる。ここで、透明導電層３９の材料は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）とすることができる。透明導電層３９の厚みは１０ｎｍ〜３００ｎｍとすることができ、そのシート抵抗は１００Ω〜１０００Ω／□とすることができる。透明導電層３９の四隅には、それぞれ異方性導電性フィルム（ＡＣＦ；Anisotropic Conductive Film）などの導電性の接着材料を介して、ＦＰＣ７（図３）の端子部（検出電極３８）が接続されている。あるいは、透明導電層３９の四隅に、金属から成る電極を形成してもよい。この場合の金属は、銀やチタンなどの、ＩＴＯに対して接触抵抗が低い材料が好ましい。また、金属から成る配線を形成し、透明導電層３９の外周を引き廻してもよい。その場合、配線とＩＴＯとを絶縁するために、配線下のＩＴＯがパターニングされるか、配線とＩＴＯの間に絶縁層が設けられる。
【００３４】
さらに、透明導電層３９を被覆する保護層３７（図４）を形成する。保護層３７にはガラス、プラスチック、樹脂などを用いることができる。ここで、保護層３７の厚さは２．０ｍｍ以下が好ましい。また、保護層３７を省き、透明導電層３９を表面に露出させてもよい。更に、保護層３７の厚さを薄くするほど、接触した指示体１０と透明導電層３９との間に形成される静電容量２５が増加するので、タッチセンサ機能の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を高めることができる。一方、保護層３７の厚さを厚くするほど、指示体１０による繰り返し入力に対する耐久性を高めることができる。
【００３５】
図３に示す形態においては、ＦＰＣ７は、タッチパネル１０１とメイン基板１９とが離れているために、電気信号を伝達する配線として形成されている。ここでは、空間的制約のために配線や基板を曲げる箇所があるために、ＦＰＣ７を用いると好ましい。ＦＰＣ７は、一般的には、柔軟性があり大きく変形させることが可能なプリント基板であり、厚みが１２μｍ〜５０μｍのフィルム状の絶縁性透明基板の上に接着層を形成し、更にその上に導体箔を形成した構造である。ＦＰＣ７の端子部やハンダ部以外の部分は、絶縁体を被せて保護されている。
【００３６】
透明導電層３９から検出電極３８を介して引き出されたＦＰＣ７のもう一方の端子部は、メイン基板１９上のコネクタを介して、タッチパネル１０１用のコントローラ２１の入力側に接続されている。メイン基板１９は、液晶パネル、バックライトなどから成るＬＣＤモジュールと、コネクタを介して接続されている（不図示）。電源装置１８は、コネクタを使わずにメイン基板１９と接続されている。電源装置１８とメイン基板１９との間には、例えば、正電源電圧＋３Ｖ〜＋１５Ｖ、負電源電圧−１５Ｖ〜−３Ｖ及び、基準電圧０Ｖの配線を接続することができる。
【００３７】
また、メイン基板１９は、表面実装基板から成り、図５に示す形態のマイクロコントローラ５８やフラッシュメモリを内蔵したＩＣチップ、ディスプレイのインターフェース用ＩＣ、電源制御ＩＣ、タッチパネル１０１用のコントローラ２１、発振回路ＩＣの主要な機能を持つチップなどを実装している。あるいは、コントローラ２１をＦＰＣ７上などに設けた薄型プリント配線基板上に、メイン基板１９を実装してもよい。
【００３８】
図４に示す形態においては、４つの電流検出回路２９ａ〜２９ｄが透明導電層３９の四隅の夫々に検出電極３８ａ〜３８ｄを介して電気的に接続されている。また、発振回路ＩＣの出力端子（発振器２７）が電流検出回路２９を介して透明導電層３９の四隅に電気的に接続されている。ここで、交流電圧は、正弦波電圧とし、例えば、その振幅を０．５Ｖ〜２Ｖ、その周波数を２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの間で設定することができる。
【００３９】
図５に示す概略ブロック図においては、電流検出回路２９ｃは、前段である電流−電圧変換回路２８ｃと、後段であるＡＣ−ＤＣ変換回路５４ｃとを有する。また、ＡＣ−ＤＣ変換回路５４ｃの出力端子は、マイクロコントローラ５８に内蔵されたアナログ−デジタル変換回路５６に入力されている。ここで、アナログ−デジタル変換回路５６はマルチチャンネル入力可能であり、ＡＣ−ＤＣ変換回路５４ａ〜５４ｄの４つの出力が入力されている。
【００４０】
また、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）６０は、マイクロコントローラ５８の中心的な処理装置であり、アナログ−デジタル変換回路５６及びフラッシュメモリ６２などと接続されている。フラッシュメモリ６２には、タッチパネル１０１の本第１実施形態のタッチジェスチャー検知プログラムや測定プログラムを含むプログラムが保存されている。そのプログラムの保存にはフラッシュメモリ６２のように、電源をオフしても、データを保持できる不揮発性のメモリが使用される。
【００４１】
なお、発振器２７及び電流検出回路２９（２９ａ〜２９ｄ）は図１における検出回路１０２の一例であり、マイクロコントローラ５８は図１におけるコンピュータ１１０の一例であり、指示体（指）１０は図１における指示体１０の一例である。
【００４２】
次に、タッチパネル１０１を含む電子機器１の動作について、主に図４に示す形態を参照して詳細に説明する。
【００４３】
発振器２７から透明導電層３９に正弦波電圧が印加され、透明導電層３９が均一な電圧に保たれる。指示体１０が保護層３７の表面に接触すると、保護層３７を介して、指示体１０と透明導電層３９との間に例えば５ｐＦ〜５０ｐＦの静電容量２５が形成される。指示体１０が指先である場合、人体は水分を多く含み、導電性を有するため、指示体１０の接触により形成された静電容量２５が人体の電位に接続される。また、人体は接地効果があるので静電容量２５の一端が接地される。ここで、発振器２７から出力される正弦波電圧の周波数が１００ｋＨｚの場合、人体のインピーダンスは数ｋΩである。一方、静電容量２５が５ｐＦ〜５０ｐＦの場合、静電容量２５のインピーダンスは３０ｋ〜３００ｋΩとなる。したがって、静電容量２５のインピーダンスは人体のインピーダンスよりも１桁から２桁程度高いので、人体のインピーダンスの影響は無視される。
【００４４】
タッチに伴う電流は、透明導電層３９を介して電流検出回路２９ａ〜２９ｄに夫々電流ｉａ〜ｉｄとして分流する。電流ｉａ〜ｉｄは、図４に示す形態の電流検出回路２９ａ〜２９ｄで検出される電流である。すなわち、電流ｉａは電流検出回路２９ａ、電流ｉｂは電流検出回路２９ｂ、電流ｉｃは電流検出回路２９ｃ、電流ｉｄは電流検出回路２９ｄで、それぞれ検出された電流である。電流ｉａ〜ｉｄの比率は透明導電層３９の抵抗Ｒａ〜Ｒｄに応じて変化し、抵抗Ｒａ〜Ｒｄはタッチパネル１０１上に接触した指示体１０の位置に応じて変化する。タッチ位置に関する演算の一例は次の式１、式２となる。
ｘ＝ｋ１＋ｋ２×（ｉｂ＋ｉｃ）／（ｉａ＋ｉｂ＋ｉｃ＋ｉｄ）  …（式１）
ｙ＝ｋ３＋ｋ４×（ｉａ＋ｉｂ）／（ｉａ＋ｉｂ＋ｉｃ＋ｉｄ）  …（式２）
【００４５】
ここで、ｘ、ｙはタッチ位置のｘ座標、ｙは座標であり、ｋ１〜ｋ４は定数である。定数ｋ１〜ｋ４は次に示すキャリブレーションによって求められる。タッチパネル１０１上の基準座標をタッチし、その時の電流ｉａ〜ｉｄを測定する。ｘ、ｙ、ｉａ〜ｉｄを式１、式２に代入すると、定数ｋ１〜ｋ４の関係式が求められる。具体的には、測定点数を２点とすれば、定数ｋ１〜ｋ４が求められる。また、測定点数が２点より多い場合は、最小二乗法を使用して定数ｋ１〜ｋ４が求められ、測定点数が多くなるにつれて、測定誤差の影響が低減されて、定数ｋ１〜ｋ４を算出する精度を高めることができる。ここで、電流ｉａ〜ｉｄは、後述する、マイクロコントローラ５８で取得される４つの検出信号に比例する。
【００４６】
タッチセンサ装置１００における電圧波形の一例を図６に示す。図６に示す例においては、タッチの検出期間を３ミリ秒とし、タッチの検出期間の周期を１６ミリ秒とした。すなわち、タッチの検出期間は３ミリ秒であるので、タッチの検出を行わない休止期間は残りの１３ミリ秒となる。
【００４７】
図６に示す例のｖｉｎは発振器２７の出力波形であり、ｖｏｕｔは、電流検出回路２９に含まれる電流−電圧変換回路２８の出力波形である。ここでは、ｖｉｎの周波数を１００ｋＨｚとし、振幅を１Ｖとした。このとき、タッチの存在無しの場合は、例えば、ｖｏｕｔの振幅は３Ｖであり、タッチの存在有りの場合は、ｖｏｕｔの振幅は６Ｖとなる。すなわち、タッチに伴って振幅が３Ｖ増加する。ここで、タッチの存在無しの場合に生じるｖｏｕｔの振幅３Ｖは、透明導電層３９から見た人体以外の容量、すなわち浮遊容量が存在するためと、電流−電圧変換回路２８のｖｏｕｔにｖｉｎが出力されるためである。このように実際は、指示体１０、及び掌などの人体の接近が無くても、アナログ−デジタル変換回路５６の出力にある程度の電圧が生じる。
【００４８】
図５に示す形態においては、電流−電圧変換回路２８ｃの出力は交流電圧であるので、その後段のＡＣ−ＤＣ変換回路５４ｃによって交流電圧を直流電圧に変換する。さらに、ＡＣ−ＤＣ変換回路５４ｃならびに他のＡＣ−ＤＣ変換回路５４ａ、５４ｂ、５４ｄの直流電圧出力はアナログ信号であるので、その後段のアナログ−デジタル変換回路５６によってアナログ信号をデジタル信号に変換する。つぎに、変換されたデジタル信号を基にしてＣＰＵ６０で演算処理する。これらの電流検出回路２９からＣＰＵ６０までの信号処理によって、タッチを判定する１周期において、電流検出回路２９に流れる電流ｉａ〜ｉｄの各々が、その電流の大きさに比例する数値（検出信号）に変換される。
【００４９】
ＣＰＵ６０は、各々の検出信号を基に、タッチの存在の感知、タッチ位置に関する演算を実行し、位置座標の算出部１０５、第２の正規値の算出部１０６、第１の正規値の算出部１０７、タッチジェスチャーの検知部１０８として機能する。電子機器１の電源が投入された後、ＣＰＵ６０によってフラッシュメモリ６２からプログラム（本第１実施形態のタッチジェスチャー検知プログラム及び測定プログラムを含む。）が読み出され、これらのマイクロコントローラ５８による動作が繰り返し実行される。フラッシュメモリ６２内にＯＳ（Operating System）が保存されており、これが読み出される場合は、ＣＰＵ６０がＯＳを介してマウスイベント等の指示を出す。マウスイベントとは、タッチして算出した検出位置を基にマウス（マウスカーソル）の移動、タップ操作によるマウスクリックダウン、マウスクリックアップ等である。このようにして、マイクロコントローラ５８によって、アナログ−デジタル変換からマウスイベントまでの処理が、所定の周波数６０Ｈｚで自動運転される。
【００５０】
つぎに、図５に示す形態を参照して、透明導電層３９から見た浮遊容量（もしくは、寄生容量という。）の存在について説明する。電流−電圧変換回路２８ｃは、オペアンプ５０と抵抗素子５２で構成されており、オペアンプ５０の反転入力端子と透明導電層３９とが電気的に接続されている。オペアンプ５０の反転入力端子と透明導電層３９とは、ＦＰＣ７などの配線を介して接続されているが、配線間やグランド３５との間で寄生容量２６を形成する。ＦＰＣ７から寄生容量２６を介してグランド３５に電流が流れるので、電流−電圧変換回路２８ｃに流れる電流に、寄生容量２６に伴う電流が含まれる。
【００５１】
電流−電圧変換回路２８ｃに流れる電流は、ＣＰＵ６０で扱う検出信号に比例するので、検出信号は寄生容量２６に伴う信号を含む。寄生容量２６に伴う信号はタッチされた位置座標に無関係であるので、各検出信号を使用して、そのまま検出位置を求めると、位置がずれるという問題がある。この対策として寄生容量２６に伴う信号をベースラインとして保持して、新たに取得した検出信号から差し引く、ベースライン補正を実行する。
【００５２】
［検出信号と電流の関係］
つぎに、第１実施形態に係わる検出信号と電流の関係を説明する。具体的には、ＣＰＵ６０で扱う検出信号を透明導電膜３９に流れる電流に換算する。この換算の測定回路を図７に示し、その測定結果を図８に示す。
【００５３】
まず、図４に示す形態に対して、図７の測定回路においては、透明導電膜３９と指示体１０間に形成される静電容量２５を接地された容量Ｃのコンデンサに置き換えた。つぎに、透明導電膜３９が検出電極３８を介して電流検出回路２９と接続されているが、電流検出回路２９ａはそのまま接続を維持し、その他の電流検出回路２９ｂ〜２９ｄを非接続とする。電流検出回路２９ａの出力である検出信号を検出信号Ｖとし、検出電極３８ａに流れる電流をｉと表記する。コンデンサの容量Ｃを変えながら、検出信号Ｖを測定する。図８の測定結果を参照すると、容量Ｃと検出信号Ｖは比例関係にあり、次の式３で示される。
Ｖ＝Ｋ５×Ｃ＋Ｋ６  …（式３）
【００５４】
ここで、Ｋ５、Ｋ６は、例えば、複数の測定データに基づき最小二乗法によって算出される。なお、図８に示す測定結果によれば、Ｋ５＝５３．４、Ｋ６＝６１６．４であった。ここで、Ｋ５は、電流検出回路２９ａの回路定数等によって変化する値である。なお、式３のＣをＣ＝０とすると、Ｖ＝Ｋ６となるので、Ｋ６は寄生（浮遊）容量の影響を示すことがわかる。
【００５５】
容量Ｃに交流電圧ｖｉｎを印加する場合、容量Ｃに流れる交流電流ｉの関係は式４で示される。
ｉ＝ｊ×ω×Ｃ×ｖｉｎ  …（式４）
【００５６】
ここで、ｊは虚数、ωは角周波数（ω＝２π×ｆ）、ｖｉｎは図７の測定回路においては、交流電圧源の出力に相当する。ｆは交流電圧源の出力波形の周波数を示す。電流ｉの振幅をＩ、交流電圧源の出力ｖｉｎの振幅をＶｉｎとすると、Ｉは式５で示される。
Ｉ＝ω×Ｃ×Ｖｉｎ  …（式５）
【００５７】
式４、式５のＣを消去すると、次の式６となる。
Ｖ＝Ｋ５／ω／Ｖｉｎ×Ｉ＋Ｋ６  …（式６）
【００５８】
ここで、タッチパネルの表面に指示体が接触している時の検出信号ＶをＶｏｎ、ＩをＩｏｎとして式６に代入する（式７）。
Ｖｏｎ＝Ｋ５／ω／Ｖｉｎ×Ｉｏｎ＋Ｋ６  …（式７）
【００５９】
同様に、タッチパネルの表面から指示体が充分離れている時の検出信号ＶをＶｏｆｆ、ＩをＩｏｆｆとして式６に代入する（式８）。
Ｖｏｆｆ＝Ｋ５／ω／Ｖｉｎ×Ｉｏｆｆ＋Ｋ６  …（式８）
【００６０】
つづいて、（式７―式８）を計算すると、次の式９となる。
Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ＝Ｋ５／ω／Ｖｉｎ×（Ｉｏｎ−Ｉｏｆｆ）  …（式９）
【００６１】
式９では寄生容量の影響を示すＫ６が消去される。ここで、式９の左辺の（Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）はタッチに伴う検出信号Ｖの変化を示し、右辺にある（Ｉｏｎ−Ｉｏｆｆ）はタッチに伴う検出電流Ｉの変化を示すので、式９を使用して、検出信号の変化を検出電流の変化に換算できる。ここで、電流検出回路２９ａを例にとって式９を導出したが、電流検出回路２９ｂ〜２９ｄにおいても同様に、式９と同じ数式が導出される。
【００６２】
以上で、検出信号の変化を電流の変化に変換できることがわかったので、以降に示すアルゴリズムの説明においては便宜上、４つの検出信号の変化を電流Ｊ１〜Ｊ４と表記する。したがって、電流Ｊ１〜Ｊ４は、寄生容量の影響を除去した後の値を示す。
【００６３】
［予め１つの指示体で基準座標をタッチした時の電流測定］
つぎに、本第１実施形態に係わるタッチジェスチャー検知の一例としてタッチセンサ装置１００の動作及び制御方法、並びに、タッチセンサ装置１００を動作させるためのプログラムについて説明する。本第１実施形態のタッチセンサ装置の動作及び制御方法並びにタッチセンサ装置を動作させるためのプログラムを説明するためのフローチャートと機能ブロック図を図９及び図１１に示す。
【００６４】
図９は、予め１つの検査用指示体２３で測定し、基準規格値Ｕ［ｎ］と基準正規値Ｓ［ｎ］を求めるフローチャートである。検査用指示体２３は金属で出来ており、具体的には、基準電位（ＧＮＤ）と電気的に接続された真鍮四角棒を使用する。図９のフローチャートを説明するための模式図を図１０に示す。図１０の模式図において、複数の検出電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流をＩ１〜Ｉ４とする。図９乃至図１０に示す形態を参照して、プログラムの各ステップを説明する。
【００６５】
（Ｓ１０１）測定プログラムを開始する。
【００６６】
（Ｓ１０２）表示部内に等間隔に並べた４８箇所の基準座標を２元ベクトルＰ［ｎ］＝（Ｘ［ｎ］，Ｙ［ｎ］）とし、ｎの初期値を１とする。
【００６７】
（Ｓ１０３）１つの検査用指示体２３で基準座標Ｐ［ｎ］を指示する。
【００６８】
（Ｓ１０４）タッチパネル１０１を構成する透明導電膜３９の４隅に流れる電流Ｉ１〜Ｉ４を測定する。ここで、Ｉ１〜Ｉ４は浮遊容量に伴う電流を除去したベースライン補正後の値とする。
【００６９】
（Ｓ１０５）電流Ｉ１〜Ｉ４を規格化して、以下の規格値を算出する。
2015143967.tif 000003
【００７０】
規格値を２元ベクトルＵ［ｎ］＝（Ｕ１［ｎ］，Ｕ２［ｎ］）に代入して、記憶部１０３に記憶する。ここで、基準座標Ｐ［ｎ］で測定した規格値を基準規格値Ｕ［ｎ］とする。
【００７１】
（Ｓ１０６）電流Ｉ１〜Ｉ４を、インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値（ここでは総和が１）になるように正規化して、以下の正規値を算出する。
2015143967.tif 000004
正規値を４元ベクトルＳ［ｎ］＝（Ｓ１［ｎ］，Ｓ２［ｎ］，Ｓ３［ｎ］，Ｓ４［ｎ］）に代入して、記憶部１０３に記憶する。ここで、基準座標Ｐ［ｎ］で測定した正規値を基準正規値Ｓ［ｎ］とする。
【００７２】
（Ｓ１０７）ｎをカウントアップする。Ｓ１０３〜Ｓ１０６を基準座標Ｐ［ｎ］の数（４８）だけ繰り返す。
【００７３】
（Ｓ１０８）測定プログラムを終了する。
【００７４】
以上より、タッチ入力する可能エリアである、アクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、基準座標毎に、１つの検査用指示体２３とタッチパネル１０１の表面が接触又は近接した状態で電流を測定し、検出した電流に基づき演算し、推定座標を算出する。ここで、推定座標を規格値とし、規格値を算出する演算を規格化とする。また、透明導電層（インピーダンス面）に流れる電流の総和を一定値として、電流を正規化して正規化値を算出する。そして、基準座標に対応する規格化値を基準規格値として記憶するとともに、基準座標に対応する正規値を基準正規値として記憶する。なお、ステップＳ１０５において、電流Ｉ１〜Ｉ４を規格化して、規格値を
2015143967.tif 000005
としたが、
2015143967.tif 000006
としてもよい。
【００７５】
［プログラム及び方法の機能ブロック］
図１１は第１実施形態に係わるプログラム全体を説明するための機能ブロック図である。図１１の機能ブロック図を説明する模式図を図１２に示す。図１１を参照して、各ステップを説明する。なお、図１１のＳ２０１〜Ｓ２０３において、予め１つの指示体で測定し、基準規格値Ｕ［ｎ］と基準正規値Ｓ［ｎ］を求める方法を示す。図１１のＳ２０４〜Ｓ２１０において、検出期間毎に位置座標ｐと２点タッチ間の距離に相当するｌの算出方法を示す。この機能ブロック図に出てくる二つの正規値ｓ、ｄを区別するために、ｓを第１の正規値、ｄを第２の正規値と表記する。
【００７６】
あらかじめ、基準座標Ｐ［ｎ］毎に１つの検査用指示体２３で指示したときに検出される電流を測定し、基準規格値Ｕ［ｎ］と基準正規値Ｓ［ｎ］を求める。
【００７７】
（Ｓ２０１）基準座標Ｐ［ｎ］毎に電流Ｉ１〜Ｉ４を取得する。ここで、Ｉ１〜Ｉ４は浮遊容量に伴う電流を除去した、ベースライン補正後の値とする。
【００７８】
（Ｓ２０２）電流Ｉ１〜Ｉ４を基に基準規格値Ｕ［ｎ］を算出して、記憶部１０３に記憶する。
【００７９】
（Ｓ２０３）電流Ｉ１〜Ｉ４を基に基準正規値Ｓ［ｎ］を算出して、記憶部１０３に記憶する。
【００８０】
以下の（Ｓ２０４）から（Ｓ２１０）は検出期間毎に実施する。その目的は、検出期間毎に、後述の位置座標ｐと２点タッチ間の距離Ｌに相当する指標値ｌを算出し、ピンチジェスチャーを検知することである。
【００８１】
（Ｓ２０４）検出期間毎に電流Ｊ１〜Ｊ４を取得する。ここで、Ｊ１〜Ｊ４は浮遊容量に伴う電流を除去した、ベースライン補正後の値とする。
【００８２】
（Ｓ２０５）電流Ｊ１〜Ｊ４を基に規格値ｕを算出する。
2015143967.tif 000007
【００８３】
（Ｓ２０６）電流Ｊ１〜Ｊ４を基に第２の正規値ｄを算出する。
2015143967.tif 000008
また、電流Ｊ１〜Ｊ４を規格化して、
2015143967.tif 000009
としてもよい。
【００８４】
（Ｓ２０７）Ｓ２０２で記憶した基準規格値Ｕ［ｎ］と基準座標Ｐ［ｎ］の対応関係に基づき、Ｓ２０５で検出期間毎に取得した規格値ｕを位置座標ｐに写像する。
【００８５】
（Ｓ２０８）Ｓ２０３で記憶した基準座標Ｐ［ｎ］と基準正規値Ｓ［ｎ］の対応関係に基づき、Ｓ２０７で算出した位置座標ｐを第１の正規値ｓに写像する。
【００８６】
（Ｓ２０９）Ｓ２０６で算出した第２の正規値ｄとＳ２０８で算出した第１の正規値ｓを使用して、｜ｄ−ｓ｜を算出して、指標値ｌに代入する。
【００８７】
（Ｓ２１０）指標値ｌの時間変化を基にピンチジェスチャーを検知する。
【００８８】
［ピンチジェスチャー検知］
本第１実施形態に係わるタッチセンサ装置１００において、２点タッチ間の距離Ｌを変えながら、指標値ｌを測定した。測定結果のグラフを図１３に示す。図１３の横軸は２点タッチ間の距離Ｌを示し、縦軸はｌを示す。２点タッチ間の距離Ｌに対して｜ｄ−ｓ｜は単調に変化した。すなわち、｜ｄ−ｓ｜を算出すれば、２点タッチ間の距離Ｌの変化を求めることができる。
【００８９】
タッチに伴うインピーダンスの個人差又は接触面積のばらつきがあっても、図１３に示す２点タッチ間の距離Ｌと｜ｄ−ｓ｜の関係は変わらない。この理由は以下のとおりである。タッチに伴うインピーダンスの個人差又は接触面積と透明導電膜３９に流れる電流の総和Ｊは比例関係にある。それゆえ、検出電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流Ｊｍ（ｍは整数。ｍ＝１〜４）を、電流の総和Ｊによって正規化することにより、個人差又は接触面積のばらつきを相殺することができる。ここで、ｌ＝｜ｄ−ｓ｜を算出したが、以下の式１０で計算してもよい。
2015143967.tif 000010
【００９０】
ＥＴは検出電極３８の数を示す。ＥＴ＝４とすると、式１０は
ｌ＝（ｄ２−ｓ２）＋（ｄ４−ｓ４）−（ｄ１−ｓ１）−（ｄ３−ｓ３）
となる。また、以下の式１１で計算してもよい。ここで、式１１のｌと式１０のｌの関係は正負が逆転しているだけで、実質同じである。
【００９１】
2015143967.tif 000011
【００９２】
以上より、第１実施形態に係わるプログラムを実装すれば、表面型容量方式タッチパネルのように基本的にシングルタッチにしか対応していないタッチセンサ装置に、ピンチジェスチャー操作する機能を付加することが可能である。
【００９３】
なお、本実施形態において、基準正規値、第１の正規値、及び第２の正規値の要素の数はそれぞれ４つであり、基準規格値、及び規格値の要素の数はそれぞれ２つであり、基準規格値、及び規格値の要素の数よりも、基準正規値、第１の正規値、及び第２の正規値の要素の数が多い。
【００９４】
［実施形態２］
本第２実施形態のタッチジェスチャー検知の一例としてタッチセンサ装置１００の動作及び制御方法、並びに、タッチセンサ装置１００を動作させるためのプログラムについて説明する。本第２実施形態においては、特に、検出期間毎に検出した２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］の変化に基づき、ピンチジェスチャー操作を検知する方法について詳細に述べる。なお、記号の添え字［ｉＴ］において、Ｔは検出周期を示し、ｉは検出期間毎に０、１、２…と１つカウントアップする。
【００９５】
本第２実施形態のタッチセンサ装置の動作及び制御方法並びにタッチセンサ装置を動作させるためのプログラムを説明するためのフローチャートを図１４乃至図１６に示す。
【００９６】
図１４は、第２実施形態に係わるプログラムのメインルーチンの処理を示すフローチャートである。図１４に示す形態を参照して、プログラムの各ステップを説明する。
【００９７】
［メインルーチンの処理］
【００９８】
（Ｓ３０１）プログラムを開始する。
【００９９】
（Ｓ３０２）タッチ状態をタッチオフと判定する。
【０１００】
（Ｓ３０３）電流Ｊｍ［ｉＴ］を取得する。ここで、ｍは整数でｍ＝１〜４であり、電流Ｊ１［ｉＴ］〜Ｊ４［ｉＴ］は、検出電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流である。
【０１０１】
（Ｓ３０４）電流Ｊｍ［ｉＴ］の合計値
2015143967.tif 000012
が、タッチ判定のしきい値Ｊｔｈより大きいかを判定する。電流Ｊｍ［ｉＴ］の合計値がしきい値Ｊｔｈより大きい場合に、Ｓ３０５に進み、タッチ状態をタッチオンと判定する。さもなければ、タッチオフ状態を保持してＳ３０６に進み、ｉを１つカウントアップし、Ｓ３０３に戻る。ここで、タッチ判定のしきい値Ｊｔｈは、予め定数が設定されるが、想定される電流の合計値の１／２以下が好ましい。
【０１０２】
（Ｓ３０５）タッチ状態をタッチオンと判定する。
【０１０３】
（Ｓ３０６）ｉを１つカウントアップする。
【０１０４】
（Ｓ３０７）ｉを１つカウントアップする。
【０１０５】
（Ｓ３０８）電流Ｊｍ［ｉＴ］を取得する。
【０１０６】
（Ｓ３０９）電流Ｊｍ［ｉＴ］の合計値が、タッチ判定のしきい値Ｊｔｈより小さいかを判定する。電流Ｊｍ［ｉＴ］の合計値がしきい値Ｊｔｈより小さい場合に、Ｓ３１４に進み、ｉを１つカウントアップしてから、Ｓ３０２においてタッチ状態をタッチオフと判定する。さもなければ、タッチオン状態を維持してＳ３１０に進み、位置座標ｐを算出する。
【０１０７】
（Ｓ３１０）位置座標ｐ［ｉＴ］を算出する。
【０１０８】
（Ｓ３１１）２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］を算出する。
【０１０９】
（Ｓ３１２）ピンチジェスチャー操作を判定する。
【０１１０】
（Ｓ３１３）ｉを１つカウントアップする。タッチオン状態を保持して、Ｓ３０８に戻る。
【０１１１】
（Ｓ３１４）ｉを１つカウントアップする。
【０１１２】
つぎに、図１４に示すメインルーチンのステップ（Ｓ３１１）であり、２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］を算出するサブルーチンについて説明する。本サブルーチンのフローチャートを図１５に示す。図１５に示す形態を参照して、プログラムの各ステップを説明する。
【０１１３】
［２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］の算出］
【０１１４】
（Ｓ４０１）サブルーチンを開始する。
【０１１５】
（Ｓ４０２）同一検出期間内に取得した電流Ｊｍ［ｉＴ］を正規化し、第２の正規値ｄを算出する。
2015143967.tif 000013
【０１１６】
（Ｓ４０３）第１の正規値ｓを算出する。
【０１１７】
（Ｓ４０４）｜ｄ−ｓ｜を算出して、指標値ｌに代入する。
【０１１８】
（Ｓ４０５）指標値ｌをＬ［ｉＴ］に変換する。ここで、図１３に示す２点タッチ間の距離Ｌと指標値ｌの関係を予め測定しておいて、その関係式によって変換する。例えば、あらかじめ、２点タッチ間の距離Ｌと指標値ｌの多項式近似式をもとめる、もしくは、２点タッチ間の距離Ｌと指標値ｌのＴａｂｌｅを作成して、ＬＵＴ（look Up table）によって、２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］を出力する。
【０１１９】
（Ｓ４０６）サブルーチンを終え、Ｌ［ｉＴ］の値を返す。
【０１２０】
つぎに、図１４に示すメインルーチンのステップ（Ｓ３１２）であり、ピンチジェスチャー操作を判定するサブルーチンについて説明する。本サブルーチンのフローチャートを図１６に示す。図１６に示す形態を参照して、プログラムの各ステップを説明する。
【０１２１】
［ピンチジェスチャー操作の判定］
【０１２２】
（Ｓ５０１）サブルーチンを開始する。
【０１２３】
（Ｓ５０２）現在の検出期間ｉがタッチ判定直後、すなわちタッチ判定後の１回目の検出期間である場合は、Ｓ５０６に進む。さもなければ、Ｓ５０３に進む。
【０１２４】
（Ｓ５０３）２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］から距離の比較値Ｌｒｅｆを差し引いてから、距離のしきい値Ｌｔｈと比べる。具体的には、次の（１）〜（３）の場合分けを行う。
（１）（Ｌ［ｉＴ］−Ｌｒｅｆ）が＋Ｌｔｈより大きい場合は、Ｓ５０４に進む。
（２）（Ｌ［ｉＴ］−Ｌｒｅｆ）が−Ｌｔｈより小さい場合は、Ｓ５０５に進む。
（３）これら以外の場合（−Ｌｔｈ≦Ｌ［ｉＴ］−Ｌｒｅｆ≦＋Ｌｔｈ）は、場合分けにおけるｄｅｆａｕｌｔとして、ここではピンチイン又はピンチアウトを検知せずに直接、Ｓ５０７に進む。
【０１２５】
（Ｓ５０４）ピンチアウトを検知する。ピンチアウトを検知すると、ピンチアウトとしてのフラグを立てる。このフラグがある場合、選択中の画像の解像度の表示を高くする。
【０１２６】
（Ｓ５０５）ピンチインを検知する。ピンチインを検知すると、ピンチインとしてのフラグを立てる。このフラグがある場合、選択中の画像の解像度を低くする。
【０１２７】
（Ｓ５０６）現在の検出期間ｉがタッチ判定直後、又はピンチイン、又はピンチアウトを検知した場合は、Ｌ［ｉＴ］を距離の比較値であるＬｒｅｆに代入する（すなわち、Ｌｒｅｆを更新する）。そうすると、（Ｌ［ｉＴ］−Ｌｒｅｆ）がゼロとなり、リセットされる。
【０１２８】
（Ｓ５０７）本サブルーチンを終了する。
【０１２９】
本第２実施形態によれば、２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］の変化に基づき、ピンチジェスチャー操作が可能となる。
【０１３０】
［実施形態３］
本第３実施形態のタッチジェスチャー検知の一例としてタッチセンサ装置１００の動作及び制御方法、並びに、タッチセンサ装置１００を動作させるためのプログラムについて説明する。本第３実施形態においては、特に、複数点タッチ間の距離がゼロと仮定したタッチ点に対応する、第１の正規値ｓの算出方法について詳細に述べる。なお、第１の正規値ｓを算出するステップは、図１５のフローチャートのステップ（Ｓ４０３）である。
【０１３１】
本第３実施形態に係わる、第１の正規値ｓの算出方法の模式図を図１７乃至図１９に示す。図１７、図１８は位置座標ｐの算出に関する模式図である。図１９において、位置座標ｐを基に第１の正規値ｓを算出する。
【０１３２】
図１７に示す、格子領域を検索する模式図を参照して説明する。図１７（ａ）のグラフの横軸は、基準規格値Ｕ［ｎ］＝（Ｕ１，Ｕ２）のＵ１、縦軸はＵ２である。図１７（ａ）のグラフに、あらかじめ１つの検査用指示体２３を４８箇所の基準座標Ｐ［ｎ］に順次指示して取得した基準規格値Ｕ［ｎ］と検出期間毎に取得した規格値ｕをプロットした。ここで、基準座標Ｐ［ｎ］の縦横の並びの順序と同様に、基準規格値Ｕ［ｎ］は配列するので、基準規格値Ｕ［ｎ］は推定座標に相当する。４つの基準規格値で囲まれる格子領域（多角形）のいずれかに、検出期間毎に取得した規格値ｕが含まれる。
【０１３３】
図１７（ｂ）の横軸はｘ座標、縦軸はｙ座標である。四点の基準座標Ｐ［ｎ］で囲まれる単位座標系は矩形であり、最も左上にある単位座標系（ｃｏｌ，ｒｏｗ）をｃｏｌ＝０，ｒｏｗ＝０とし、左から右へｃｏｌ＝０〜８、上から下へｒｏｗ＝０〜６とする。なお、図１７（ａ）のグラフにおいて、検出期間毎に取得した規格値ｕを含む格子領域に対応するのは、図１７（ｂ）のグラフにおける、単位座標系（ｃｏｌ＝３，ｒｏｗ＝３）である。
【０１３４】
図１８は、検出期間毎に取得した規格値ｕを含む格子領域と単位座標系の写像関係を示す。予め記憶した基準規格値Ｕ［ｎ］と基準座標Ｐ［ｎ］の対応関係に基づき、検出期間毎に取得した規格値ｕを位置座標ｐに写像する。図１８の左図において、ｕを含む格子領域を格子領域（ｃｏｌ，ｒｏｗ）とする。格子領域（ｃｏｌ，ｒｏｗ）の左端の２つの頂点をＵ［ｎ］＝（Ｕ１［ｎ］，Ｕ２［ｎ］）〜Ｕ［ｎ＋ｃ］＝（Ｕ１［ｎ＋ｃ］，Ｕ２［ｎ＋ｃ］）とする。ここで、添え字のｃは横方向の基準座標の数（ｃ＝８）である。
【０１３５】
また、対応する基準座標Ｐ［ｎ］の頂点を単位座標系上の（−１，＋１）〜（−１，−１）とする（図１８の右図）。検出期間毎に取得した規格値ｕ＝（ｕ１，ｕ２）を単位座標系上の（ＸＡＩ，ＥＴＡ）に写像すると、ｕは内挿関数式（１２）で示される。図１７、図１８で求めた４つの数値（ｃｏｌ、ｒｏｗ）、（ＸＡＩ、ＥＴＡ）を基に、位置座標ｐを算出する。
2015143967.tif 000014
【０１３６】
図１９に等高線グラフを４つ示す。ｘ軸、ｙ軸はそれぞれ、基準座標Ｐ［ｎ］＝（Ｘ［ｎ］，Ｙ［ｎ］）のＸ［ｎ］、Ｙ［ｎ］であり、ｚ軸はそれぞれ、図９のステップ（Ｓ１０６）の基準正規値Ｓ［ｎ］の要素を示す。
2015143967.tif 000015
【０１３７】
Ｓ１〜Ｓ４の値は、対応する検出電極に近づくにつれて１に漸近し、検出電極から遠ざかるにつれて０に漸近している。検出期間毎に算出した位置座標ｐ＝（ｘ，ｙ）を等高線グラフ内にプロットすると、位置座標ｐを通る等高線が第１の正規値ｓに相当する。
【０１３８】
Ｓ［ｎ］〜Ｓ［ｎ＋ｃ］で囲まれる格子領域のいずれかに、位置座標ｐが含まれる。位置座標ｐを含む格子領域の各格子点に対応する基準正規値Ｓ［ｎ］と、式１２で求めた（ＸＡＩ、ＥＴＡ）を基に、式１３に示す内挿関数を使用して第１の正規値ｓを算出する。
2015143967.tif 000016
【０１３９】
本第３実施形態によれば、２点タッチ間の距離がゼロの場合のタッチ点の座標を位置座標ｐと仮定し、位置座標ｐを写像して第１の正規値ｓを求めることができる。位置座標ｐの変化に対して、第１の正規値ｓは連続的に変化するので、この分解能は無制限という利点がある。また、式１２で求めた（ＸＡＩ、ＥＴＡ）を式１３に代入して計算するだけであり計算量が少ない。本第３実施形態に係わる、第１の正規値ｓを計算する時間は、例えば０．１ミリ秒とタッチ検出期間（３ミリ秒）に対して十分短く、本処理は実用的であるといえる。
【０１４０】
［実施形態４］
本第４実施形態では、本発明のアルゴリズムを搭載したタッチセンサ装置１００において、タッチジェスチャーを誤検知した場合の対策について記載する。本対策の模式図を図２０に示す。
【０１４１】
指先をタッチパネル１０１の表面に接触させてなぞる事でマウスのドラッグ操作に当たる操作をして、例えば表示している画面をスクロールする場合に、例えばピンチイン又はピンチアウトが誤検知されて、タッチセンサ装置を操作するユーザーの意図に反して、選択している画像の解像度の変更があり得る。
【０１４２】
この課題に対して、以下のとおり分析した。ドラッグ操作については、接触した指先と位置座標ｐがほぼ同じ位置となるので、指先がタッチパネル１０１の表面上で大きく移動すると、算出された位置座標ｐも大きく変化する。
【０１４３】
一方、例えば親指と人差し指を使用してピンチジェスチャー操作する場合、個々の指先の座標は変化するものの、親指と人差し指の中間点の位置はほぼ固定される。そして、２点タッチの中央付近に位置座標ｐが検出されるので、指先の座標の変化と比べると位置座標ｐの変化が小さくなる。そこで、タッチジェスチャーの検知部１０８は、位置座標ｐが一定（２点間距離のしきい値Ｌｔｈ）以上移動した場合にピンチジェスチャー（ピンチイン、ピンチアウト）の検知を無効とする。この無効とする条件を式１４に示す。もしくは、式１４の条件を、ピンチジェスチャーを最終的に検知する条件に加えてもよい。
（位置座標ｐの変化）＞（２点間距離のしきい値Ｌｔｈ）  …（式１４）
【０１４４】
ここで、無効とするステップは、図１６に示した、第２実施形態に係わるピンチジェスチャー操作を判定するサブルーチンのフローチャートのステップ（Ｓ５０３）である。本第４実施形態においては、ピンチジェスチャーを誤検知した場合に、意図しないイベントの発生を防止することが可能である。
【０１４５】
［実施形態５］
第５実施形態に係わるタッチセンサ装置においては、検出電極３８ａ〜３８ｄの配置に関して他の実施形態を示す。図４等において、検出電極３８ａ〜３８ｄがタッチパネル１０１の四隅（角）にある例を示したが、検出電極３８ａ〜３８ｄをタッチパネル１０１の四辺（外周）の任意の位置に配置してもよい。検出電極３８ａ〜３８ｄの配置に関する平面模式図を図２１に示す。検出電極３８ａ〜３８ｄをタッチパネル１０１の四隅に配置した形態を図２１の左側に、検出電極３８ａ〜３８ｄをタッチパネル１０１の各辺の中央に配置した形態を図２１の右側に示す。検出電極３８ａ〜３８ｄを各辺の中央に配置する場合の規格値（推定座標）は、
2015143967.tif 000017
となる。ここで、規格値の要素ｕ１はタッチパネル１０１の左右の電極（３８ｄ、３８ｂ）に流れる電流の比率を示し、規格値の要素ｕ２はタッチパネル１０１の上下の電極（３８ａ、３８ｃ）に流れる電流の比率を示している。タッチジェスチャーを検知するための指標値ｌは、図２１に示す２つの平面模式図の例において、いずれもｌ＝｜ｄ−ｓ｜を使用することができる。
【０１４６】
また、検出電極と外周の配線に関する平面模式図を図２２に示す。図２２では、簡潔に示すために保護層３７（図４）の図示を省略した。図２２の左側に、検出電極３８ａ〜３８ｄをタッチパネル１０１の四隅に配置した場合を示し、図２２の右側に、検出電極３８ａ〜３８ｄをタッチパネル１０１の各辺の中央に配置した場合を示す。透明導電層３９の上に検出電極３８ａ〜３８ｄが形成され、検出電極３８ａ〜３８ｄと外周の配線８（図２２においては配線が４本）が接続している。検出電極３８ａ〜３８ｄ、及び外周の配線８は、例えば銀などの、透明導電層３９と比べて十分に抵抗が低い材料が使用される。外周の配線８の下側の透明導電層３９は除去されており、外周の配線８と透明導電層３９は直接接続されず、検出電極３８を介して接続される。
【０１４７】
ここで、透明導電層３９の外周に検出電極３８ａ〜３８ｄ以外の低抵抗パターンがあってもよい。検出電極３８ａ〜３８ｄ以外の低抵抗パターンは外周の配線８と直接は接続されず、すなわちパターンが孤立している（不図示）。このような孤立パターンは、例えば、透明導電層３９にかかる電界をタッチパネル１０１のｘ座標（横）方向、及びｙ方向に線形化する、リニアライゼイションパターンがある。
【０１４８】
図２２において、検出電極３８ａ〜３８ｄから外周の配線８をタッチパネル１０１の周辺において引き回して一箇所に集めてからＦＰＣ７と接続している。ＦＰＣ７はコントローラ２１と接続される。
【０１４９】
以上に示すように、検出電極３８ａ〜３８ｄの配置位置を変えても、位置座標の検出、及びタッチジェスチャーの検知が可能であり、検出電極の配置の自由度を高めることができる。また電極位置を隅、中央以外に使用形態に応じて、自由に変更しても本発明を適用できる。
【０１５０】
［実施形態６］
第６実施形態に係わるタッチセンサ装置においては、検出電極３８の数に関して他の実施形態を示す。検出電極３８の数ＥＴに関する平面模式図を図２３に示す。図２３において、左から右へ検出電極数ＥＴ＝３、４、８の例を示す。ＥＴ＝４の例に対して、ＥＴ＝３の例においては、タッチパネル１０１の左下に位置する検出電極３８ｄが省かれるが、位置座標の検出、及びタッチジェスチャーの検知は可能である。一方、検出電極数ＥＴ＝８の例においては、タッチパネル１０１の四隅にある検出電極３８ａ〜３８ｄに加えて、タッチパネル１０１の各辺の中央にそれぞれ検出電極３８ｅ〜３８ｈを形成した。検出電極数が増えるにつれて、位置座標の検出精度、及びタッチジェスチャーの検知の精度を高めることが可能である。電極数を使用形態に応じて変更しても本発明は適用できる。
【実施例】
【０１５１】
［実施例１］
本第１実施例では、本発明のアルゴリズムを搭載したタッチセンサ装置１００の動作について、説明する。タッチセンサ装置１００が動作中に、図４のタッチパネル１０１の表面上で、ピンチジェスチャー操作を行い、各検出電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流Ｊｍ等を測定した。本第１実施例の動作に関わるグラフを図２４乃至図３１に示す。ここで、図２４乃至図３１の横軸は時間経過ｔを示し、縦軸の数値は、タッチセンサ装置１００の動作において、それぞれ同時に測定した値である。ここで、タッチパネル１０１のサイズを１５型とし、保護層３７には二酸化珪素ＳｉＯ２を使用し、その膜厚を３μｍとした。
【０１５２】
図２４は、第１実施例に係る、透明導電層３９に流れる電流の合計値Ｊの時間経過を示す。経過時間が０秒〜１．１秒までは電流の合計値Ｊが数μＡと小さい。タッチパネル１０１の表面と指を含めた人体が十分に離れており、それ以外の浮遊容量に伴う電流はベースライン補正されてキャンセルされている。
【０１５３】
つぎに、経過時間が１．１〜１．２秒で、電流の合計値Ｊが急上昇し、〜５０μＡとなった。タッチ判定のしきい値ＪｔｈをＪｔｈ＝２５μＡに設定していたので、Ｊ＞Ｊｔｈの条件を満たし、タッチ状態がオンとなった。この電流の合計値Ｊの急上昇と、２本の指とタッチパネル１０１の表面の接触とが同期している。
【０１５４】
つぎに、４．２秒以降で、電流の合計値Ｊが急降下して、ほぼゼロとなった。Ｊ＜Ｊｔｈの条件を満たし、タッチ状態はオフとなった。この電流Ｊの合計値の急降下と、タッチパネル１０１の表面と２本の指が離れたこととが同期している。
【０１５５】
図２５は、第１実施例に係る、検出電極３８ａ〜３８ｄに流れる各電流Ｊｍの時間経過を示す。経過時間が１．２秒で検出電極３８ａ、検出電極３８ｃを結ぶ対角線上に沿って、２点タッチ間の距離ＬをＬ＝１２０ｍｍと２つの指を広げた状態でタッチパネルの表面に接触した。
【０１５６】
ピンチジェスチャー操作中の経過時間が１．２秒〜４．１秒の間で、各電流Ｊｍに変化が見られる。本第１実施例において、２点タッチ間の距離Ｌを変えても、２点タッチ間の中央は、表示部の中央に固定とした。
【０１５７】
経過時間が１．８秒付近で２本の指をつまみはじめ２．６秒付近でＬ＝１０ｍｍとした。さらに、経過時間が３．４秒付近でふたたび２本の指を広げ始め、３．９秒付近で２点タッチ間の距離ＬをＬ＝１２０ｍｍまで広げた。
【０１５８】
図２６は、第１実施例に係わる、検出した位置座標ｐの時間経過を示す。タッチ状態がオフの場合は、位置座標ｐの値を算出せず、タッチ状態がオンの場合のみ位置座標ｐを算出するので、タッチ状態がオン時の位置座標ｐのみがグラフに図示される。なお、これ以降に示す図２７乃至図３１においても、グラフにタッチオン状態で出力した値のみが図示される。
【０１５９】
２点タッチ間の距離がＬ＝１０ｍｍ〜１２０ｍｍと変化する際に、接触している個々の指がタッチパネル上で、ｘ座標方向（横方向）、又はｙ座標方向（縦方向）に〜４０ｍｍ（＝（１２０−１０）／２１／２／２）移動しているものの、検出した位置座標ｐの変化は１０ｍｍ程度と、実際の指の動きの１／４と小さかった。この位置座標ｐの変化の小ささが、位置座標ｐを２点タッチ間の距離Ｌ＝０となるタッチ点と仮定した根拠である。
【０１６０】
図２７は、第１実施例に係わる、第２の正規値ｄの時間経過を示す。２本の指を摘んだときは、ｄ１〜ｄ４間の値が比較的揃っているが（ｔ＝２．８秒、Ｌ＝１０ｍｍ）、２本の指を押し広げたときに、ｄ１〜ｄ４間の値が偏った（ｔ＝１．２秒又は３．９秒、Ｌ＝１２０ｍｍ)。
【０１６１】
図２８は、第１実施例に係わる、第１の正規値ｓの時間経過を示す。２点タッチ間の距離Ｌによらず、ｄ１〜ｄ４と比べるとｓ１〜ｓ４間で値の差異が小さい。
【０１６２】
図２９は、第１実施例に係わる、第２の正規値ｄから第１の正規値ｓを減算した（ｄｍ−ｓｍ）である。２点タッチ間の距離Ｌによって、（ｄｍ−ｓｍ）に顕著な変化が見られる。
【０１６３】
図３０は、第１実施例に係わる、｜ｄ−ｓ｜の時間経過である。図２９と同様に、２点タッチ間の距離Ｌによって、｜ｄ−ｓ｜に顕著な変化が見られる。
【０１６４】
図３１は、第１実施例に係わる、検出した２点タッチ間の距離Ｌ［ｉＴ］の時間経過である。２点タッチ間の距離Ｌ＝１０ｍｍ〜１２０ｍｍに対して、検出したＬ［ｉＴ］も概ね近い値が得られた。ここで、検出したＬ［ｉＴ］は、１０区間で算出したＬ［ｉＴ］の平均値である。すなわち、移動区間を１０とする移動平均値を代入した。
【０１６５】
本第１実施例においては、タッチの数を２点とした例を説明したが、３点以上でもよい。タッチの数が３点の場合、例えば親指、人差し指、中指を使用する。３つのタッチ点の重心位置に対して、それぞれのタッチ点が近づく又は遠ざかることによって、ジェスチャーの指標値が変化する。
【０１６６】
以上、本第１実施例において、本発明のアルゴリズムを搭載したタッチセンサ装置１００の動作について、ピンチジェスチャー操作した時の各測定値を参照して、説明した。
【０１６７】
［実施例２］
本第２実施例においては、タッチセンサ装置１００のピンチジェスチャー操作の機能を検査した。このときの平面模式図を図３２に示す。ここで、タッチパネル１０１のサイズを１５型とし、画面アスペクト比（横縦比）を４：３とした。
【０１６８】
図３２を参照すると、検出電極３８ａ〜３８ｄがタッチパネル１０１の四隅に形成されており、２つの検査用指示体２３がタッチパネル１０１と接触している。検出電極３８ｂ、３８ｄを結ぶ線と２つの検査用指示体２３を結ぶ線の角度を角度θeと定義し、角度θe＝−３７〜１４３度までの１８０度の間、角度θｅを変えながら指標値ｌを算出した。ここで、２つの検査用指示体２３の中点を表示部の中央とし、２つの検査用指示体２３間の距離ＬをＬ＝５７ｍｍ、又は１１４ｍｍの場合にそれぞれ指標値ｌを算出した。また、第１実施形態の式１０より、指標値ｌをｌ＝（ｄ２−ｓ２）＋（ｄ４−ｓ４）−（ｄ１−ｓ１）−（ｄ３−ｓ３）で算出した。ここで、ｄ１〜ｄ４は検出期間毎に取得する第２の正規値ｄ＝（ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）の要素を示し、ｓ１〜ｓ４は予め測定し記憶した第１の正規値ｓ＝（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）の要素を示す。
【０１６９】
図３２に係わる指標値ｌと角度θｅの関係を図３３に示す。図３３のグラフの横軸を角度θｅとし、縦軸を指標値ｌ＝（ｄ２−ｓ２）＋（ｄ４−ｓ４）−（ｄ１−ｓ１）−（ｄ３−ｓ３）とした。
【０１７０】
２点タッチ間の距離Ｌ＝５７ｍｍ、及び１１４ｍｍのいずれの曲線も、１８０度を１周期とする正弦波状であった。これらの曲線を正弦波と見なした時の振幅は、２点タッチ間の距離Ｌ＝５７ｍｍの場合より、Ｌ＝１１４ｍｍの時の方が大きい。２点タッチ間の距離Ｌ＝５７ｍｍから１１４ｍｍの変化に対して、角度θｅ＝０度付近、及び９０度付近において指標値ｌの変化が大きく、角度θｅ＝４５度付近、１３５度付近で指標値ｌの変化が遥かに小さい。
【０１７１】
図３３において、指標値ｌを算出してグラフ図示したが、選択した画像の表示解像を変更するなどのイベントの回数をカウントしてもよい。具体的には、距離のしきい値Ｌｔｈ＝５０ｍｍとし、２点タッチ間の距離Ｌを１０ｍｍから１２０ｍｍまで変化させて、ピンチアウトを検知した回数を目視で数えた。このときに表示倍率が１００％，１２５％，１５０％，…，２００％のようにステップして変化するアプリケーションを表示した。
【０１７２】
角度θｅ＝０度及び９０度の場合は、ピンチアウトのカウント回数は２回であった。一方、角度θｅ＝４５度及び１３５度においては、ピンチアウトのカウント回数はゼロであったが、距離のしきい値Ｌｔｈを小さくすると、角度θｅ＝４５度及び１３５度でもピンチアウトを検出できた。
【０１７３】
なお、角度θｅ＝４５度及び１３５度は、第１の角度θｅ＝（２×ｍ−１）×１８０／ＥＴと示すことができる。ここで、ＥＴは前記検出電極の数とし、ｍはｍ＝１、２、…、ＥＴの整数とする。また、角度θｅ＝０度及び９０度は、第２の角度θｅ＝３６０／ＥＴ×（ｍ−１）と示すことができる。
【０１７４】
このように、本発明において、角度θｅの違いによって検出の感度に違いがある。また、図２１の右に示した検出電極３８ａ〜３８ｄをタッチパネル１０１の各辺の中央に形成した例においても、図３３に示した指標値ｌの角度θｅ依存性と同様な結果となった。以上より、本第２実施例において、本発明のアルゴリズムを搭載したタッチセンサ装置１００のピンチジェスチャーの機能を確認した。
【０１７５】
［実施例３］
第３実施例においては、第１乃至第３実施形態に記載したタッチセンサ装置を使用し、ピンチジェスチャーを行い、表示部の中央から離れた領域においても正しく検知できるか否かを検証した。
【０１７６】
表示部面内での評価位置と距離変化の方向とその範囲の例を図３４に示す。ここで、図３４のグラフの原点（０ｍｍ、０ｍｍ）を表示部の中央とし、横軸（Ｘ軸）の範囲を−１５２〜＋１５２ｍｍとし、縦軸（Ｙ軸）の範囲を−１１４〜＋１１４ｍｍとし、グラフ全体を１５型の表示部に対応させた。図３４の９か所のドット（図の黒四角）を中心として図の方向に２点間の距離Ｌを変化させた（変化させた軌跡が９本の斜め線で示されている）。評価時の中心点の座標は図に示したＡ（−１０５ｍｍ、−６５ｍｍ）〜Ｉ（＋１０５ｍｍ、＋６５ｍｍ）であり、２点タッチ間距離Ｌを８ｍｍ〜１２０ｍｍと変えながら測定した。
【０１７７】
式１０により、下記の指標値ｌｄｓを計算し、この指標値ｌｄｓと２点タッチ間距離Ｌの関係を図３５に示した。
2015143967.tif 000018
ここで、ＥＴ＝４とし、第１の正規値ｓ＝（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）、第２の正規値ｄ＝（ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）とした。
【０１７８】
一方で、図３５と比較するために、第２の正規値ｄのみを使用する式１５により、下記の指標値ｌｄを計算した。
2015143967.tif 000019
ここで、式１０と式１５で計算した指標値を区別して表記するため、式１０、式１５による指標値をそれぞれｌｄｓ、ｌｄとした。
【０１７９】
指標値ｌｄと２点タッチ間距離Ｌの関係を図３６に示す。まず、図３６のパネルの四隅の測定箇所において、２点タッチ間距離Ｌが８ｍｍと短い場合でも、指標値ｌｄがゼロから大きく離れている条件が存在する。すなわち、指標値ｌｄのオフセットが非常に大きい条件が存在する。具体的には、パネルの左下：Ａ（―１０５ｍｍ、−６５ｍｍ）、パネルの右上：Ｉ（＋１０５ｍｍ、＋６５ｍｍ）において、指標値ｌｄが０．３程度であり、２点タッチ間距離Ｌを８ｍｍから１２０ｍｍまで変えた時の指標値ｌｄの変化（〜０．０７）より遥かに大きい。一方、パネルの右下：Ｃ（＋１０５ｍｍ、−６５ｍｍ）、パネルの左上：Ｇ（−１０５ｍｍ、＋６５ｍｍ）において、指標値ｌｄが−０．３程度と負の方向に大きい。
【０１８０】
一方、図３５に示すように、指標値ｌｄｓを使用した場合、２点タッチ間距離Ｌが８ｍｍと短い場合に、パネル面内の９箇所のいずれにおいても指標値ｌｄｓがほぼ０である。これは、２点タッチ間距離Ｌを８ｍｍから１２０ｍｍまで変えた時の指標値ｌｄｓの変化（〜０．０７）とくらべて遥かに小さい。また、図３５での指標値は、パネル面内の９か所でほぼ同様の値となっている。以上より、第１の正規値ｓを使用して指標値ｌｄｓを算出することによって、表示部の周辺を含む９か所で２点タッチ間距離Ｌを算出できるといえる。
【０１８１】
つぎに、２点タッチ間の距離を変化させる方向を図３７のように変えて、同様に評価した。図３７では距離変化の方向が異なる以外の条件は図３４と同様である。第１の正規値ｓと第２の正規値ｄを使用した指標値ｌｄｓと２点タッチ間距離Ｌの関係を図３８に示す。一方で、図３８と比較するために、第２の正規値ｄのみを使用した指標値ｌｄと２点タッチ間距離Ｌの関係を図３９に示す。図３７のように、図３４とは距離変化の方向が異なっていても、表示部の周辺においても、２点タッチ間距離Ｌを算出できることを確認した。
【０１８２】
図４０は本実施例３に係わる指標値と２点タッチ間距離の関係の一覧である。図４０の一覧表の上側に、指標値ｌｄにより計算した図３６、図３９を格納し、図４０の一覧表の下側に、指標値ｌｄｓにより計算した図３５、図３８を格納した。ここで、図４０における左右のグラフの違いは２本の指を開閉する方向（２点タッチ間の距離を変化させる方向）である。
【０１８３】
図４０の一覧表の上側においては、パネル面内における特性の違いが非常に大きいが、図４０の一覧表の下側においては、この違いが顕著に減少している。これは、本発明である指標値ｌｄｓを使用した効果を示している。ここで、指標値ｌｄｓを使用するには、第１の指標値ｓを算出する必要がある。
【０１８４】
つぎに、図３５、図３８の結果に基づき、表示部中央、すなわち、Ｅ（０，０）の位置での検出期間毎に求めた指標値ｌｄｓと２点タッチ間の距離Ｌの関係を用いて、２点タッチ間の距離を求めることとした。図４１に示すように、距離の変化方向によって正負の違いがあるが、測定で得られた指標値から距離を一義に決定することができる。例えば、ｌｄｓ＝−０．０４、ｌｄｓ＝＋０．０４の両方をＬ＝９０ｍｍとする。そして、図１３と同様に、２点タッチ間の距離Ｌと指標値ｌｄｓの関係を予め測定しておくことにより、その関係式によって指標値を２点タッチ間の距離Ｌに変換することができる。
【０１８５】
［総括］
本発明における課題を解決するための手段は、次のように表現することもできる。
【０１８６】
本発明に係るタッチセンサ装置は、人体が接触又は近接する透明導電層から成るインピーダンス面と、前記インピーダンス面に設けられる複数の検出電極と、前記検出電極に流れる電流を検出する検出回路と、を備え、前記インピーダンス面上の人体が接触又は近接するアクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、１つの指示体で各々の前記基準座標を指示したときに検出される電流を測定した時の、前記検出される電流に基づき演算する規格化により算出される推定座標である、基準規格値と、前記インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値になるように、前記検出される電流を正規化した基準正規値と、を記憶する記憶部と、検出期間毎に取得した電流を規格化した規格値を取得し、予め記憶した前記基準規格値と前記基準座標との関係に基づき、前記検出期間毎に取得した規格値を位置座標に写像する位置座標の算出部と、前記基準座標と前記基準正規値との関係に基づき、前記位置座標を第１の正規値に写像する第１の正規値の算出部と、前記検出期間毎に取得した電流を正規化して第２の正規値を算出する第２の正規値の算出部と、前記第１の正規値と前記第２の正規値の変化を基にして、複数の指示体の動きを検知するタッチジェスチャーの検知部と、を備えるものである。
【０１８７】
本発明に係る電子機器は、本発明に係るタッチセンサ装置を備えたものである。
【０１８８】
本発明に係るタッチジェスチャー検知プログラムは、人体が接触又は近接する透明導電層から成るインピーダンス面と、前記インピーダンス面に設けられる複数の検出電極と、前記検出電極に流れる電流を検出する検出回路と、を備えるタッチセンサ装置で動作するタッチジェスチャー検知プログラムであって、前記タッチセンサ装置に、人体が接触又は近接するインピーダンス面上の人体が接触又は近接するアクティブ領域内に複数の基準座標を設定し、１つの指示体で各々の前記基準座標を指示したときに検出される電流を測定し、前記検出される電流に基づき演算する規格化により算出される推定座標である基準規格値と、前記インピーダンス面に流れる電流の総和が一定値になるように、前記検出される電流を正規化した基準正規値と、を算出して記憶部に予め記憶する第１ステップ、検出期間毎に取得した電流を規格化して規格値を取得する第２ステップ、予め記憶した前記基準規格値と前記基準座標との関係に基づき、前記検出期間毎に取得した前記規格値を位置座標に写像する第３ステップ、前記基準座標と前記基準正規値の関係に基づき、前記位置座標を第１の正規値に写像する第４ステップ、前記検出期間毎に取得した電流を正規化して第２の正規値を取得する第５ステップ、前記第１の正規値と前記第２の正規値の変化を基にして、複数の指示体の動きを検知する第６ステップ、を実行させるものである。
【０１８９】
以上、上記各実施形態及び実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態及び実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態及び実施例の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明は、表示面上において指示体を用いて指し示された位置座標を検出する面表示装置、又は指し示す動作の有無を検出する面表示装置に利用可能である。また、本発明の活用例として、ゲーム機、携帯情報端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、カーナビゲーション、ノートパソコン、携帯ＤＶＤプレーヤ、飛行機やバスの客席に取り付けるテレビ・ゲーム機、ファクトリ・オートメーション（ＦＡ）機器に使用されるタッチセンサ機能が挙げられる。
【符号の説明】
【０１９１】
１  電子機器
３  筐体
５  ＬＣＤ
７  ＦＰＣ
８  外周の配線
１０  指示体（指先等）
１０ａ  第１の指示体
１０ｂ  第２の指示体
１１  電流
１２  検出信号
１３  基準規格値
１４  基準正規値
１５  位置座標
１６  第２の正規値
１７  第１の正規値
１８  電源装置
１９  メイン基板
２１  コントローラ
２３  検査用指示体（金属四角棒）
２５  静電容量
２６  寄生容量
２７  発振器（交流電圧源）
２８ｃ  電流−電圧変換回路
２９、２９ａ〜２９ｄ  電流検出回路（電流検出部）
３５  グランド電位（アース電位）
３７  保護層（カバーガラス）
３８，３８ａ〜３８ｄ  検出電極
３９  透明導電層（インピーダンス面）
４１  絶縁性透明基板
５０  オペアンプ
５２  抵抗素子
５４ａ〜５４ｄ  ＡＣ−ＤＣ変換回路
５６  アナログ−デジタル変換回路
５８  マイクロコントローラ
６０  ＣＰＵ
６２  フラッシュメモリ
１００  タッチセンサ装置
１０１  タッチパネル
１０２  検出回路
１０３  記憶部
１０５  位置座標の算出部
１０６  第２の正規値の算出部
１０７  第１の正規値の算出部
１０８  タッチジェスチャーの検知部
１１０  コンピュータ
ｘ、ｙ  タッチ位置座標
【図１】
2015143967.tif 000021
【図２】
2015143967.tif 000022
【図３】
2015143967.tif 000023
【図４】
2015143967.tif 000024
【図５】
2015143967.tif 000025
【図６】
2015143967.tif 000026
【図７】
2015143967.tif 000027
【図８】
2015143967.tif 000028
【図９】
2015143967.tif 000029
【図１０】
2015143967.tif 000030
【図１１】
2015143967.tif 000031
【図１２】
2015143967.tif 000032
【図１３】
2015143967.tif 000033
【図１４】
2015143967.tif 000034
【図１５】
2015143967.tif 000035
【図１６】
2015143967.tif 000036
【図１７】
2015143967.tif 000037
【図１８】
2015143967.tif 000038
【図１９】
2015143967.tif 000039
【図２０】
2015143967.tif 000040
【図２１】
2015143967.tif 000041
【図２２】
2015143967.tif 000042
【図２３】
2015143967.tif 000043
【図２４】
2015143967.tif 000044
【図２５】
2015143967.tif 000045
【図２６】
2015143967.tif 000046
【図２７】
2015143967.tif 000047
【図２８】
2015143967.tif 000048
【図２９】
2015143967.tif 000049
【図３０】
2015143967.tif 000050
【図３１】
2015143967.tif 000051
【図３２】
2015143967.tif 000052
【図３３】
2015143967.tif 000053
【図３４】
2015143967.tif 000054
【図３５】
2015143967.tif 000055
【図３６】
2015143967.tif 000056
【図３７】
2015143967.tif 000057
【図３８】
2015143967.tif 000058
【図３９】
2015143967.tif 000059
【図４０】
2015143967.tif 000060
【図４１】
2015143967.tif 000061