JP2005018669A

JP2005018669A - 静電容量型デジタル式タッチパネル

Info

Publication number: JP2005018669A
Application number: JP2003186088A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kozasa; 裕司小篠
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【目的】静電結合式タッチパネルのスイッチ動作において、既存のマイクロコントローラを使用して、安価に精度を確保し安定したＯＮ／ＯＦＦ動作を実現し、さらには擬似的に押圧に対応した入力を可能とする。
【構成】静電結合式のタッチパネルより発信回路を通して出力される信号をインプットキャプチャに入れ、ここで必要な回数繰り返しキャプチャする事で加算された値となり精度の高い値を得られる。さらにＯＮ／ＯＦＦのしきい値を別々に用意することで安定したＯＮ／ＯＦＦの判断が可能となり、さらにはＯＮのしきい値を変動させることで擬似的に押圧に対する入力制限が可能となる。
【効果】安価に安定した動作と機能追加が可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、デジタル式タッチパネルの入力方式において、静電容量結合方式を採用したタッチパネルにおいて安価に安定したデータ入力を可能にするシステムである。
【０００２】
【従来技術】
従来の抵抗膜型デジタル式タッチパネルでは、ガラス表面とＰＥＴフィルム表面にＩＴＯ透明電極を蒸着し、互いに向き合わせスペーサを間に挟んで間隔をもうけた構造になっている。そしてＰＥＴフィルムの表面を指で押すことにより、ＩＴＯ透明電極同士が接触しスイッチ機能として働く仕組みになっている方式が一般的である。この時、例えば電極の片方をグランド、もう一方の電極を電極同士が接触していないときにＨｉｇｈとなるようにし、マイクロコントローラのＩ／Ｏに接続するとＣＰＵでは電極同士が接触した場合にＩ／ＯポートがＨｉｇｈからＬｏｗに変化する事でタッチパネルを押した事を判断していた。
【特許文献】
特開平１１−３０４９４２号。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って上記従来技術の方式では、タッチパネルを押した場合に電極同士が接触するかしないかで、単にＩ／Ｏポートの変化を見ていれば良かったが、本発明ではスイッチ１つに対して電極が１つであり、そこで発生する静電容量の変化を検出する為に発信回路にて周波数の変化を見なければならず、また押し方により容量が微妙に変化する中で単純にＯＮ／ＯＦＦを判断することが困難であった。また押圧に対しては判断する信号が無いため識別出来なかった。
そこで本発明は、タッチパネルを押した場合に変化する微少な静電容量変化を安価に検出して、安定したＯＮ／ＯＦＦ、さらには押圧も擬似的に判断する信頼性の高いデジタル式タッチパネル装置を実現することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
タッチパネル部と制御部から構成される静電容量型デジタル式タッチパネルであって、前記タッチパネル部は誘電体絶縁パネルの下にＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜により、透明電極が印刷された透明シート電極を張り合わせたものと、前記制御部は周波数が可変可能な発振回路と、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能が内蔵されたマイクロコントローラが設けられ、前記透明シート電極に操作者が触れた時の静電容量の変化を前記制御部のインプットキャプチャにて常に複数回サンプリングして数値化した差分から、スイッチ機能として押圧されたかを判断し、更に接触した面積に比例して静電容量が変化する事を擬似的に押圧とする静電容量型デジタル式タッチパネルを提案するものである。
【０００５】
【発明の実施と形態】
本発明の構成は、図１に示すタッチパネル部と図２に示す制御部から構成されている。
タッチパネル部は、ＰＥＴフィルム３にＩＴＯ膜で電極１を印刷した透明電極シートと、その透明電極シートを図１に示すように誘電体絶縁パネル２の下に、接着剤を用いて張り付けた構造になっている。
透明電極シートの電極１は、人の指が隠れるくらいの円又は四角形でスイッチ電極を形成し、その信号を取り出すための信号端子が制御部４に接続されている。
【０００６】
制御部４は、周波数が可変出来る発信回路６、発信回路６からの波形の幅を計測するインプットキャプチャ８が内蔵されたマイクロコントローラ７があり、マイクロコントローラ７にはＣＰＵ１３と、個別に接続される前記インプットキャプチャ８、ＲＯＭ９、ＲＡＭ１０、ＵＡＲＴ１１がバスにより接続されており、さらに動作させるための外部クロック１４がある。
ＣＰＵ１３はＲＯＭ９に格納された制御プログラムを読み出して実行し、マイクロコントローラ７の動作を管理する。ＣＰＵ１３がインプットキャプチャ８から得られた数値や、判断した結果のデータをＲＡＭ１０に記憶するとともに、ＵＡＲＴ１１を通して外部へ送出するＲＳ２３２Ｃドライバ１２が接続された構成となっている。
【０００７】
このデジタル型静電容量方式タッチパネルの動作原理を簡単に説明する。
まず人の指がスイッチ電極１の上に近づくと、スイッチ電極１の静電容量が増加する。それは、人間は元々容量が１００ｐＦ程度持った導体であり、スイッチ電極１に導体である人の指が近づくと静電誘導現象が発生し静電容量が増加する。
次に発振回路６では、増加した静電容量の変化を検知し容量の増加に追従して発信周波数が変化する発振回路で構成されている。発振周波数は、一般的なＣＰＵで測定可能な１００ｋＨｚ程度とする。
次に制御基板４では、マイクロコントローラ７に内蔵されたインプットキャプチャ８の機能、すなわち入力の１周期の間に何クロック経過したかを計測する機能を利用して指が触っていないときの発振周波数を測定して数値化し、ＲＡＭ１０に記憶する。次に電極１に指が近づいた時には静電容量が増加し周波数が低下して、インプットキャプチャ８で数値化される値は、ＲＡＭ１０に記憶した値より増加する。
【０００８】
ここで電極１に対して誘電体絶縁パネル２に指が接触した時に変化する静電容量は接触面積に比例して変化し、指の接触面積は軽く触れてから強く触れるまでに、例えば周波数変化は１００Ｈｚから５ｋＨｚぐらいとなる。通常クロック１４は４ＭＨｚから２０ＭＨｚであり、例えばクロックを１０ＭＨｚとした場合に１００ｋＨｚをインプットキャプチャでカウントすると１００カウントとなり、１ｋＨｚ以下の変化を計測出来ず、また精度的にも問題があることからインプットキャプチャを複数回繰り返した値を採用する。例えば１００回加算すれば１００００カウントになり１００Ｈｚの変化も１０カウントの変化として計測可能となり、１００Ｈｚから５ｋＨｚの変化が１０カウントから５００カウントの数値として判断可能となる。
【０００９】
また電極１に対して誘電体絶縁パネル２に指が接触した時の接触面積は指の動きにより変化し、さらにはノイズ等でも変動する事になり、カウント数に対して、あるしきい値でＯＮ／ＯＦＦを決定すると、接触していてＯＮ／ＯＦＦを繰り返してしまう事態が発生するので、カウント数に対してＯＮを判断するしきい値とは別に、ＯＦＦとするしきい値を設けてＯＮと判断した以降はＯＦＦのしきい値以下にならないとＯＦＦとしないようにする。またＯＮのしきい値を調整することで擬似的に指の押圧調整が可能となる。すなわち、しきい値を高めに設定すれば、指を強く押しつけて接触面積を多くしないとＯＮとならないような動作が可能となる。
以上により指が、スイッチ電極１上に設けられた誘電体絶縁パネル２を触ったかが判断出来、安定したスイッチ機能として動作可能となる。
【００１０】
【作用】
即ち本発明では、スイッチ電極に直接触ることがなくスイッチとして働き、摩耗による接触不良を起こさない。
静電容量型デジタル式タッチパネルにおいて、安価に安定した動作をさせ擬似的な押圧設定が可能となる。
【００１１】
【実施例】
まず周波数を精度良く計測する方法を説明する。タッチパネル５が接続された発信回路６からは指が接触する、しないに関わらず周波数が出力され続けている。ここで前記周波数をインプットキャプチャ８にて数値化するが、通常インプットキャプチャ８は入力周波数の１周期のタイミングでクロック１４のカウント数を読み出して保持する。この時、図３に示す例では８カウントを保持することになるが、実際に計測したい周波数変化は微小であり８〜９カウントの間での変化も数値化しなければならない。そのため例えばクロック１４を速くすればカウント数を多くできるが、そうなるとＣＰＵ１３も高クロックに対応した物が必要となり高価な物となってしまう。そこで図４で示すように周期の複数回目で保持されたカウント数を記憶するようにする。
【００１２】
例えば図７のフローチャートで示すようにまずステップＳ１でクロック１４をカウントするカウンターをクリアし、事前に決定した必要な精度を得るためのキャプチャ数をＲＡＭ１０に記録する。次にステップＳ２でインプットキャプチャを開始し、ステップＳ３で１周期のインプットキャプチャ終了を待ち終了確認後、ステップＳ４のＲＡＭ１０に記録した数を減算して０にならない場合はステップＳ２へ、０ならばステップＳ５へ移り、この時までのカウンター数を読み出してＲＡＭ１０へ記録する事で、当初図３の様に８カウントしか出来なかった物が８４カウントとして記録出来る。例では１０回としたが実際の動作環境にクロック１４と入力周波数と必要な精度によって５０回や１００回のように回数を決定する事になる。
さらにステップＳ５でＲＡＭ１０に記録後ステップＳ１へ戻り常に周波数をカウントし続ける。
【００１３】
次に計測されたカウント数を使用して、安定したＯＮ／ＯＦＦを判定する方法を説明する。図８に示すように、ステップＳ６でタッチパネル５において、スイッチとしての判断を開始する時にステップＳ５で常に更新されて記録されているカウント数をＲＡＭ１０より読み出し、ステップＳ７で非接触時のカウント値をオフセット値としてＲＡＭ１０に記録する。そしてステップＳ８、Ｓ９のループで常にステップＳ５で記録されるカウント数をＲＡＭ１０より読み出し前記オフセット値からの差分を算出する。ここで本タッチパネル５に指を接触させた場合は静電容量が増加し、発信回路６から出力される周波数は減少し、インプットキャプチャ８でのカウント数は増加するので、ステップＳ８にて算出された差分は接触により増加するので、この差分に対してステップＳ９で事前に設定したＯＮのしきい値１６と比較して大きくなった場合に初めてＯＮと判断する。図５（ａ）に示すようにＯＮのしきい値１６より大きくならない限りＯＦＦのままであり、図５（ｂ）に示すようにＯＮのしきい値１６より大きくなった時点でステップＳ１０に移りＯＮデータをＵＡＲＴ１１からＲＳ２３２Ｃドライバ１２を通して外部に通知する。
【００１４】
次にステップＳ１０、Ｓ１１のループで常にステップＳ５で記録されるカウント数をＲＡＭ１０より読み出し前記オフセット値からの差分を算出し、事前に設定したＯＮのしきい値１６より小さく設定されたＯＦＦのしきい値１７と比較して小さくなった時点でＯＦＦと判断する。図５（ｃ）に示すように一度ＯＮと判断した後はＯＮのしきい値１６より小さくなってもＯＮとしての判断を保持し、図５（ｂ）に示すようにＯＦＦのしきい値より小さくなった時点でステップＳ１３へ移りＯＦＦデータをＵＡＲＴ１１からＲＳ２３２Ｃドライバ１２を通して外部に通知する。以上によりタッチパネル５への指のぶれ等による接触状態の変化があっても安定したＯＮ／ＯＦＦを判断出来る。
【００１５】
次に図６に従って指の押圧に対して擬似的に制限する方法を説明する。タッチパネル５に対してまず接触した時点でタッチパネル５での静電容量は急激な上昇をする。その後軽く触れる程度の時に接触面積はφＡとなり、普通に押圧するとφＢ、強く押すとφＣの面積で接触する事になる。この接触してからの面積に対しては、ほぼ比例してタッチパネル５の静電容量増加する事になり結果インプットキャプチャ８で得られるカウント数も増加する。
【００１６】
ここで前記ＯＮのしきい値をφＡからφＣの間で変化するカウント数の範囲で増減させる事で擬似的に押圧の制限が可能となる。例えば図９に示す条件のタッチパネルの場合、
ＯＮのしきい値を８２、ＯＦＦのしきい値を半分の４１と設定する事で軽く触れてカウント数の差分が８２を超えればＯＮと判断出来る。反対にＯＮのしきい値を１８０に設定すれば指先で強く押さなければＯＮと判断されなくなる。
【００１７】
従ってＯＮのしきい値を動的に変更すれば、同一の入力場所におけるスイッチ動作が、通常は普通に入力出来、重要な場面では安易に入力出来ないようにする事が可能となる入力装置が提供できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば静電容量結合のタッチパネルにおいて安価に安定したＯＮ／ＯＦＦ判断が出来る信頼性の高い入力装置が実現できる。
併せて、擬似的な押圧判断が出来るので強く押さないと入力出来ないスイッチや軽く押しても入るスイッチが同じスイッチ上で実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電容量型タッチパネルの構造図
【図２】静電容量型タッチパネル入力装置概略ブロック図
【図３】インプットキャプチャ概念図
【図４】複数回インプットキャプチャ概念図
【図５】カウント数変動グラフ図
【図６】指の押圧に対する接触面積概念図
【図７】複数回キャプチャフローチャート
【図８】ＯＮ／ＯＦＦ判断フローチャート
【図９】タッチパネルの接触面積とカウント数対応表の例
【符号の説明】
１ＩＴＯ透明電極
２誘電体絶縁パネル
３ＰＥＴフィルム
４制御部
５タッチパネル
６発信回路
７マイクロコントローラ
８インプットキャプチャ
９ＲＯＭ
１０ＲＡＭ
１１ＵＡＲＴ
１２ＲＳ２３２Ｃドライバ
１３ＣＰＵ
１４クロック
１５周波数
１６ＯＮしきい値
１７ＯＦＦしきい値

Claims

タッチパネル部と制御部から構成される静電容量型デジタル式タッチパネルであって、前記タッチパネル部はＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜により、電極が印刷された複数の透明シート電極よりなり、前記制御部は静電容量による周波数が可変可能な発振回路と、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能が内蔵されたＣＰＵが設けられ、前記複数の透明シート電極のいずれかに操作者が触れた時の静電容量の変化でスイッチ機能として押圧されたか判断する場合に、前記発信回路を通して入力される周波数をインプットキャプチャにて複数回計測して数値化する処理を常に行い微少な周波数変化を差分値として計算して数値化し、判断する事を特徴とする静電容量型デジタル式タッチパネル。
前記周波数変化を数値化した変化量に対して、スイッチとしてＯＦＦからＯＮ、ＯＮからＯＦＦと判断するしきい値を別々に設定することで安定したスイッチ動作をさせる事を特徴とする請求項１記載の静電容量型デジタル式タッチパネル。
タッチパネル盤面を押圧することによる、指の変形を数値化した変化量に対するしきい値を必要に応じて変動させることで指の押圧力を制限することを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量型デジタル式タッチパネル。