JP2010282462A - Capacity type touch panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁パネルの入力操作面への入力操作位置を、入力操作位置における浮遊容量の変化から検出する静電容量方式タッチパネルに関する。 The present invention relates to a capacitive touch panel that detects an input operation position on an input operation surface of an insulating panel from a change in stray capacitance at the input operation position.
電子機器のディスプレーに表示されたアイコンなどを指示入力するポインティングデバイスとして、指などの入力操作体を入力操作面へ接近させた静電容量の変化を利用して、非接触で入力操作位置を検出することにより、ディスプレーの背面側に配置しても入力操作が可能な静電容量方式タッチパネルが用いられている。 As a pointing device for pointing and inputting icons displayed on the display of electronic devices, the input operation position is detected in a non-contact manner using the change in capacitance caused by bringing an input operation body such as a finger close to the input operation surface. Thus, a capacitive touch panel that allows input operation even when arranged on the back side of the display is used.
入力操作による静電容量の変化は、入力操作面に検出抵抗Rを直列に接続した検出電極パターンを配置し、検出電極パターンについての静電容量(浮遊容量)Cと検出抵抗Rの一側に所定の電圧Vccを加えて、時定数RCに依存する充電時間若しくは放電時間の変化から検出できる。 A change in capacitance due to an input operation is such that a detection electrode pattern in which a detection resistor R is connected in series is arranged on the input operation surface, and the capacitance (floating capacitance) C of the detection electrode pattern and the detection resistor R are on one side. By applying a predetermined voltage Vcc, it can be detected from a change in charge time or discharge time depending on the time constant RC.
しかしながら、入力操作面の大きさが例えば4インチ以上に拡大したタッチパネルでは、検出電極パターン自体やこれに接続される引き出し電極パターンの厚さや幅の製造誤差や温度変化に起因して個々の検出電極パターン毎の抵抗値が安定せず、時定数が設計値と異なることから入力操作を誤検出するという問題があった。そこで、従来、入力操作面が大型の静電容量式タッチパネルは、入力操作面の表面に均一抵抗層をむらなく形成し、入力操作位置の浮遊容量を介して操作者に流れる交流信号を入力操作面の四隅で検出し、四隅での信号レベルを比較して、入力操作位置を検出している(特許文献1)。 However, in a touch panel in which the size of the input operation surface is expanded to, for example, 4 inches or more, each detection electrode is caused by a manufacturing error or a temperature change of the thickness or width of the detection electrode pattern itself or the extraction electrode pattern connected thereto. There is a problem that an input operation is erroneously detected because the resistance value for each pattern is not stable and the time constant is different from the design value. Therefore, a capacitive touch panel with a large input operation surface has conventionally formed a uniform resistance layer on the surface of the input operation surface, so that an AC signal flowing to the operator can be input via the floating capacitance at the input operation position. The input operation position is detected by detecting at the four corners of the surface and comparing the signal levels at the four corners (Patent Document 1).
また、上述の時定数の変化を利用した検出方式では、指を検出電極パターンへ接近させた際の浮遊容量がわずかに10pF程度であるので、1MΩの検出抵抗を直列に接続したとしても、時定数は、約10−5秒変化するだけであり、充電時間や放電時間の比較から直接検出電極パターンへの入力操作を検出することは、極めて困難であった。この問題を解決するために、より大きな容量のコンデンサを用意しておき、浮遊容量の充電電荷を繰り返しこのコンデンサへ移し、コンデンサの充電時間を比較するチャージトランスファー方式の静電容量検出方法が提案されている(特許文献2)。 Further, in the detection method using the change in the time constant described above, the stray capacitance when the finger is brought close to the detection electrode pattern is only about 10 pF, so even if a 1 MΩ detection resistor is connected in series, The constant only changes about 10 −5 seconds, and it is extremely difficult to detect an input operation to the detection electrode pattern directly from the comparison of the charging time and the discharging time. In order to solve this problem, a charge transfer type capacitance detection method has been proposed in which a capacitor with a larger capacity is prepared, the charge of the stray capacitance is repeatedly transferred to this capacitor, and the capacitor charge times are compared. (Patent Document 2).
以下、チャージトランスファー方式の静電容量検出方法を、図6、図7を用いて説明する。図6に示すコンデンサC1は、容量の変化を検出しようとする小容量c1のコンデンサであり、例えば、操作者の指とパターンとの間に生じる微小浮遊容量のコンデンサである。コンデンサC1の一側は、操作者を介して接地され、他側のSW1がON動作している間、充電電圧Vccで充電される。また、コンデンサC1と並列に、SW2を介してコンデンサC1の静電容量に対して充分に大きい容量c2のコンデンサC2が接続されている。 Hereinafter, a charge transfer type capacitance detection method will be described with reference to FIGS. A capacitor C1 shown in FIG. 6 is a small-capacitance c1 capacitor that attempts to detect a change in capacitance. One side of the capacitor C1 is grounded via the operator, and is charged with the charging voltage Vcc while the other side SW1 is ON. In addition, a capacitor C2 having a capacity c2 that is sufficiently larger than the capacitance of the capacitor C1 is connected in parallel with the capacitor C1 through SW2.
このように構成された検出回路について、第1ステップで、SW1をON、SW2をOFFとして、コンデンサC1を充電電圧Vccで充電し、充電後、第2ステップで、SW1とSW2をともにOFFとする。この第2ステップでは、コンデンサC1の電圧V1は、Vccである。続いて、第3ステップで、SW1をOFF、SW2をONとし、コンデンサC1の充電電荷の一部をコンデンサC2へ移し、その後、第4ステップで、SW1とSW2を再びともにOFFとする。この第4ステップでは、コンデンサC1の電圧V1とコンデンサC2の電圧V2は等しくなる。 In the detection circuit configured as described above, SW1 is turned on and SW2 is turned off in the first step, the capacitor C1 is charged with the charging voltage Vcc, and after charging, both SW1 and SW2 are turned off in the second step. . In this second step, the voltage V1 of the capacitor C1 is Vcc. Subsequently, in the third step, SW1 is turned off and SW2 is turned on, and a part of the charge of the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2. Then, in the fourth step, both SW1 and SW2 are turned off again. In this fourth step, the voltage V1 of the capacitor C1 is equal to the voltage V2 of the capacitor C2.
第1ステップから第4ステップまでの処理をN回繰り返したときのコンデンサC2の電圧V2は、V2=Vcc×(1−c2/(c1+c2)N)で表され、充電電圧Vcc、コンデンサC2の容量c2が既知であるので、図7に示す充電電圧Vccの1/2に設定したVrefまでコンデンサC2の電圧V2が達成する回数Nを求めれば、検出しようとするコンデンサC1の静電容量c1が得られる。 The voltage V2 of the capacitor C2 when the processing from the first step to the fourth step is repeated N times is expressed as V2 = Vcc × (1−c2 / (c1 + c2) N ), and the charging voltage Vcc and the capacitance of the capacitor C2 Since c2 is known, if the number N of times that the voltage V2 of the capacitor C2 is achieved up to Vref set to ½ of the charging voltage Vcc shown in FIG. 7 is obtained, the capacitance c1 of the capacitor C1 to be detected is obtained. It is done.
図7に示すように、静電容量c1が増加する程、Vrefに達する繰り返し回数Nは短くなるので、検出電極パターンへの入力操作体の接近のみを検知できれば充分な静電容量方式タッチパネルでは、繰り返し回数のしきい値Nrefを例えば図中の1100に設定し、このしきい値Nrefより短い繰り返し回数でVrefに達した場合に、入力操作の指が接近し10pF以上の浮遊容量が生じたものとして、検出電極パターンへの入力操作を検出する。 As shown in FIG. 7, as the capacitance c1 increases, the number of repetitions N reaching Vref becomes shorter. Therefore, in a sufficient capacitance type touch panel that can detect only the approach of the input operation body to the detection electrode pattern, When the threshold Nref of the number of repetitions is set to 1100 in the figure, for example, when Vref is reached with the number of repetitions shorter than the threshold value Nref, the input operation finger approaches and stray capacitance of 10 pF or more is generated. As an input operation to the detection electrode pattern is detected.
特許文献1により開示されている静電容量方式タッチパネルは、入力操作面の異なる2カ所以上の位置に入力操作体を接近させるいわゆるマルチタッチの入力操作位置を検出することができず、また、入力操作面が拡大するほど、四隅の信号レベルを比較するだけでは検出誤差が大きく、正確な入力操作位置を検出できないものであった。
The capacitance-type touch panel disclosed in
また、特許文献2に記載のチャージトランスファー方式の静電容量検出方法を用いた静電容量方式タッチパネルでは、検出電極パターン毎に二種類のスイッチSW1、SW2と充電手段及びスイッチSW1、SW2の制御手段が必要になるとともに、特許文献2に記載の例では、ステップ1からステップ4までの処理を1000回ほど繰り返さないと、静電容量の変化を検出できず、入力操作を検出可能な時間内に検出しなければならないことから、各ステップでスイッチSW1、SW2を2μsecの周期で高速に切り替え制御している。また、タッチパネルの大型化に伴い、検出電極パターンも長くなるため、パターンの抵抗が大きくなり、図6のC1にて示される浮遊容量コンデンサとの時定数も大きくなり、その結果、ステップ1の間に浮遊容量コンデンサへの充電が不十分となり、入力操作を誤検出する場合もあった。
Further, in the capacitive touch panel using the charge transfer capacitive detection method described in
この方式のタッチパネルでは、入力操作位置を二次元平面座標で検出する場合には、格子状に配置する多数の行検出電極パターンと多数の列検出電極パターンについてそれぞれステップ1からステップ4までの処理を隔離返して各スイッチSW1、SW2を同時に高速制御する必要があり、全体の構造が複雑化すると共に、短時間の入力操作の検出は極めて困難なものであった。
In this type of touch panel, when the input operation position is detected by two-dimensional plane coordinates, the processing from
従って、大面積の入力操作面への入力操作を、誤検出することなく、また、その入力操作位置を精度良く迅速に検出可能な静電容量方式タッチパネルが望まれているが、従来のいずれの静電容量方式タッチパネルであっても、これを実現することができなかった。 Accordingly, there is a demand for a capacitive touch panel that can detect an input operation on a large-area input operation surface without misdetection, and can accurately detect the input operation position with high accuracy. Even a capacitive touch panel could not be realized.
更に、いずれの静電容量方式タッチパネルも、入力操作面に交流信号を印加したり、充放電工程が必要となるので、入力操作を待機する待機時間中にも電力を消費し、バッテリーの消耗が激しいことから携帯機器への搭載には不適であった。 In addition, since any capacitive touch panel requires an AC signal to be applied to the input operation surface or a charge / discharge process, power is consumed even during a standby time for waiting for an input operation, and the battery is consumed. Due to the intense nature, it was unsuitable for mounting on mobile devices.
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、入力操作面が大型化し、検出電極パターンやその配線パターンの抵抗値が変動しても、精度良く、入力操作位置を検出可能な静電容量方式タッチパネルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and even when the input operation surface is enlarged and the resistance value of the detection electrode pattern and its wiring pattern fluctuates, the input operation position is accurate. It is an object of the present invention to provide a capacitive touch panel capable of detecting the above.
また、検出電極パターン毎に高速で回路の開閉制御を行うことなく、多数の検出電極パターンについての入力操作を迅速に検出できる静電容量方式タッチパネルを提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a capacitive touch panel that can quickly detect an input operation for a large number of detection electrode patterns without performing high-speed circuit opening / closing control for each detection electrode pattern.
また、浮遊容量の変化を検出するための検出信号を生成したり、検出電極パターンと入力操作体の間に発生するコンデンサを充電する工程を要しないので、低消費電力で入力操作を待機することができる静電容量方式タッチパネルを提供することを目的とする。 In addition, there is no need to generate a detection signal for detecting a change in stray capacitance or to charge a capacitor generated between the detection electrode pattern and the input operation body. It is an object of the present invention to provide a capacitive touch panel that can be used.
上述の目的を達成するため、請求項1の静電容量方式タッチパネルは、絶縁パネルの一面に互いに絶縁して配設される複数の検出電極パターンと、複数の検出電極パターンにそれぞれ接続し、接続する検出電極パターンの浮遊容量に応じて変化する容量変化信号を出力する複数の容量検出手段とを備え、1又は2以上の容量検出手段から出力される容量変化信号が変化した際に、その容量変化信号を出力した容量検出手段が接続する検出電極パターンに入力操作体が接近して浮遊容量が上昇したものとし、該検出電極パターンの配設位置から入力操作位置を検出する静電容量方式タッチパネルであって、
各容量検出手段は、接地電位若しくは安定電位に保たれた接続部と、前記検出電極パターンとの間に接続され、前記検出電極パターンの浮遊容量とでコモンモードノイズが通過するハイパスフィルターを構成する検出抵抗と、入力インピーダンスが高い入力に前記検出電極パターンを接続させたインピーダンス変換手段とを有し、容量検出手段のインピーダンス変換手段から出力されるコモンモードノイズを容量変化信号とし、いずれか1又は2以上の容量検出手段から出力されるコモンモードノイズのレベルが所定のしきい値を越えた際に、その容量検出手段が接続する検出電極パターンの配設位置から入力操作位置を検出することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the capacitive touch panel according to
Each capacitance detection unit is connected between a connection portion maintained at a ground potential or a stable potential and the detection electrode pattern, and constitutes a high-pass filter through which common mode noise passes with the stray capacitance of the detection electrode pattern. A detection resistor and an impedance conversion unit in which the detection electrode pattern is connected to an input having a high input impedance, and the common mode noise output from the impedance conversion unit of the capacitance detection unit is a capacitance change signal, When the level of common mode noise output from two or more capacitance detection means exceeds a predetermined threshold value, the input operation position is detected from the arrangement position of the detection electrode pattern to which the capacitance detection means is connected. Features.
商用交流電力線が配線されている近傍で、検出電極パターンを基準として、操作者の一部とみなされる入力操作体には、商用交流電源周波数で電位が変動するコモンモードノイズが発生する。入力操作体に発生するコモンモードノイズは、ハイパスフィルターを通過し、入力インピーダンスの高いインピーダンス変換手段から容量変化信号として出力される。容量変化信号は、入力操作体が検出電極パターンに接近し、検出電極パターンの浮遊容量が増加するほど、そのレベルが大きくなるので、所定のしきい値と比較し、しきい値を越えたときにその検出電極パターンへの入力操作体が接近したと判別でき、その検出電極パターンの絶縁パネルの一面の配設位置から入力操作位置を検出する。 In the vicinity where the commercial AC power line is wired, common mode noise in which the potential fluctuates at the commercial AC power supply frequency is generated in the input operation body regarded as a part of the operator with reference to the detection electrode pattern. The common mode noise generated in the input operation body passes through the high-pass filter and is output as a capacitance change signal from the impedance conversion means having a high input impedance. Since the level of the capacitance change signal increases as the input operating body approaches the detection electrode pattern and the stray capacitance of the detection electrode pattern increases, the capacitance change signal is compared with a predetermined threshold value. Then, it can be determined that the input operation body has approached the detection electrode pattern, and the input operation position is detected from the arrangement position of one surface of the insulating panel of the detection electrode pattern.
インピーダンス変換手段の入力インピーダンスは、出力インピーダンスに比べて極めて高く、ハイパスフィルターから出力される微弱なコモンモードノイズを、他のノイズの影響を受けずに容量変化信号として出力できる。 The input impedance of the impedance converting means is extremely higher than the output impedance, and the weak common mode noise output from the high-pass filter can be output as a capacitance change signal without being affected by other noise.
請求項2の静電容量方式タッチパネルは、絶縁パネルの一面の隣り合う検出電極パターンの間に、接地電位若しくは安定電位のシールド電極パターンが検出電極パターンと平行に配設されていることを特徴とする。
The capacitive touch panel according to
絶縁パネルの一面で、検出電極パターンは、接地電位若しくは安定電位のシールド電極パターン間に挟まれて遮蔽され、入力操作体から入力されるコモンモードノイズ以外のノイズは検出電極パターンへ侵入しにくい。 On one surface of the insulating panel, the detection electrode pattern is sandwiched and shielded between shield electrode patterns having a ground potential or a stable potential, and noise other than the common mode noise input from the input operation body does not easily enter the detection electrode pattern.
請求項3の静電容量方式タッチパネルは、絶縁パネルの他面に、絶縁パネルの他面全体を覆い、接地電位若しくは安定電位のシールド板が積層されていることを特徴とする。
The capacitive touch panel according to
絶縁パネルの他面の全体が接地電位若しくは安定電位のシールド板で覆われるので、各検出電極パターンは、他面側がシールド板で遮蔽され、一面側の入力操作体から入力されるコモンモードノイズ以外のノイズは検出電極パターンへ侵入しにくい。 Since the entire other surface of the insulation panel is covered with a shield plate having a ground potential or a stable potential, each detection electrode pattern is shielded on the other surface side by a shield plate, and other than the common mode noise input from the input operation body on the one surface side. Noise hardly penetrates into the detection electrode pattern.
請求項4の静電容量方式タッチパネルは、X方向に沿って複数の行検出電極パターンが、一面に配設された第1絶縁パネルと、前記行検出電極パターンと格子状に交差するY方向に沿って複数の列検出電極パターンが、前記第1絶縁パネルの一面と絶縁する一面に配設された第2絶縁パネルとが積層され、XY平面上の入力操作位置を検出することを特徴とする。
The capacitive touch panel according to
入力操作体による入力操作位置の近傍で交差する行検出電極パターンと列検出電極パターンの浮遊容量が増加し、容量変化信号のレベルが大きくなるので、しきい値を越える容量変化信号を出力した容量検出手段の行検出電極パターンと列検出電極パターンの各配設位置から、XY平面上の入力操作位置が検出される。 The stray capacitance of the row detection electrode pattern and the column detection electrode pattern intersecting in the vicinity of the input operation position by the input operation body increases, and the level of the capacitance change signal increases, so that the capacitance that has output a capacitance change signal exceeding the threshold value An input operation position on the XY plane is detected from each arrangement position of the row detection electrode pattern and the column detection electrode pattern of the detection means.
請求項5の静電容量方式タッチパネルは、検出抵抗の抵抗値は、直列に接続される検出電極パターンの抵抗値を加えて、1MΩ以上であることを特徴とする。
The capacitive touch panel according to
コモンモードノイズのレベルは約30Vであり、入力操作によって約10pF程度変化する浮遊容量とハイパスフィルターを構成する検出抵抗の抵抗値が1MΩ以上である場合に、容量変化信号のレベル変化は、回路上検出可能な100mV以上となる。 The level of the common mode noise is about 30 V. When the stray capacitance that changes by about 10 pF by the input operation and the resistance value of the detection resistor constituting the high pass filter is 1 MΩ or more, the level change of the capacitance change signal is It becomes 100 mV or more that can be detected.
請求項1の発明によれば、入力操作体と検出電極パターンとの間の浮遊容量の変化を検出するために、浮遊容量を充電したり、別に生成する検出信号を浮遊容量へ流すことなく、自然発生するコモンモードノイズを検出信号として利用するので、簡単な回路で高速に浮遊容量の変化から入力操作位置を検出できる。 According to the first aspect of the present invention, in order to detect a change in the stray capacitance between the input operation body and the detection electrode pattern, the stray capacitance is not charged, or a separately generated detection signal is not sent to the stray capacitance. Since the naturally occurring common mode noise is used as the detection signal, the input operation position can be detected from the change in the stray capacitance at high speed with a simple circuit.
絶縁パネルの一面に配設された複数の検出電極パターンの各浮遊容量の変化を同時に検出できるので、入力操作位置が複数箇所であってもそれぞれ検出できる。 Since changes in the stray capacitances of a plurality of detection electrode patterns arranged on one surface of the insulating panel can be detected simultaneously, it can be detected even when there are a plurality of input operation positions.
入力操作面が大型化し、検出電極パターンやその配線パターンの抵抗値が変動しても、その抵抗値の変動量を無視できる程度の大きさに検出抵抗の抵抗値を調整することができ、容量変化信号のレベルにほぼ影響せず、入力操作を誤検出することがない。 Even if the input operation surface becomes larger and the resistance value of the detection electrode pattern or its wiring pattern fluctuates, the resistance value of the detection resistor can be adjusted to such a level that the fluctuation amount of the resistance value can be ignored. It hardly affects the level of the change signal and does not erroneously detect an input operation.
また、コンデンサの充電工程や検出信号の発生回路がないので、低消費電力で入力操作を待機できる。 In addition, since there is no capacitor charging process or detection signal generation circuit, it is possible to wait for an input operation with low power consumption.
請求項2と請求項3の発明によれば、コモンモードノイズ以外のノイズが容量変化信号に重畳しにくく、入力操作位置の検出精度が向上する。 According to the second and third aspects of the invention, noise other than the common mode noise is difficult to be superimposed on the capacitance change signal, and the detection accuracy of the input operation position is improved.
請求項4の発明によれば、XY平面上の入力操作位置を精度よく検出できる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、検出抵抗の抵抗値が検出電極パターンの抵抗値を加えて、1MΩ以上であるので、浮遊容量が入力操作により約10pF程度の微小変化であっても、検出回路でその変化を検出できる。
According to the invention of
また、検出電極パターンの抵抗値は、入力操作面が5インチ以上に拡大しても数10kΩ以下であり、検出電極パターンの抵抗値を加えた検出抵抗の抵抗値は1MΩ以上であるので、検出電極パターンの抵抗値に変動があっても無視できる大きさであり、容量変化信号のレベルに影響せず、入力操作面が拡大しても入力操作を誤検出しない。 The resistance value of the detection electrode pattern is several tens of kΩ or less even when the input operation surface is expanded to 5 inches or more, and the resistance value of the detection resistor including the resistance value of the detection electrode pattern is 1 MΩ or more. Even if the resistance value of the electrode pattern fluctuates, it has a negligible size, does not affect the level of the capacitance change signal, and does not erroneously detect an input operation even if the input operation surface is enlarged.
以下、本発明の一実施の形態に係る静電容量方式タッチパネル(以下、タッチパネルという)1を、図1乃至図4を用いて説明する。タッチパネル1は、絶縁パネル2の表面が入力操作面2aとなっているもので、図2(a)に示すように、入力操作面2a上の一方向に沿ったx1、x2、x3、x4、・・xnの等間隔の位置に、ITOなどの導電材料からなる複数の検出電極パターン5が互いに平行な線状に形成されている。
Hereinafter, a capacitive touch panel (hereinafter referred to as a touch panel) 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
また、各検出電極パターン5の間には、接地接続された線状のシールド電極パターン12が検出電極パターン5と平行に形成され、絶縁パネル2の表面に沿って検出電極パターン5に入力されるノイズを遮断している。本実施の形態では、シールド電極パターン12を接地しているが、安定した電位に保たれれば、必ずしも接地電位としなくてもよい。
Between each
各検出電極パターン5の一側には、検出抵抗3が直列に接続され、検出抵抗3の他側は接地接続されている。図1に示すように、各検出電極パターン5には、入力操作体6である操作者の指が接近すると増大する浮遊容量Cfが生じ、検出抵抗3がこの浮遊容量Cfの一側である検出電極パターン5と接地間に接続されることにより、指6からの入力に対するハイパスフィルター4が構成される。
The
タッチパネル1が商用交流電源で動作する電子機器に搭載されていたり、タッチパネル1を使用する空間の周囲に商用交流電力線が配線されていると、図1に示すように、接地面に接触している操作者の指6は、検出電極パターン5を基準として、商用交流電源周波数で電位が変動し、指6に例えば50Hzの商用交流電源周波数fのコモンモードノイズAが発生する。
When the
ハイパスフィルター4を通過する出力レベルを|Vo|は、コモンモードノイズAのレベルを|Vi|、コモンモードノイズAの周波数(商用交流電源周波数f*2π)をω、浮遊容量をCf、検出抵抗3の抵抗値をRiとすると、
で表される。
The output level passing through the high-
It is represented by
すなわち、操作者の指6が特定の検出電極パターン5へ接近するほど、その検出電極パターン5に生じる浮遊容量Cfも増加し、ハイパスフィルター4を通過するコモンモードノイズの出力レベル|Vo|も増加する。
That is, as the operator's
ここで、指6を検出電極パターン5へ接近させた際の浮遊容量は、10pF程度であるので、(1)式において、浮遊容量Cfを10pFとし、検出抵抗3の抵抗値Riを1GΩ、100MΩ、10MΩ、1MΩとした場合の|Vo|/|Vi|の周波数特性を図3に示すと、周波数ωが高くなるほど|Vo|/|Vi|が上昇する。操作者に生じるコモンモードノイズAのレベルは約30Vであり、後段の回路で出力レベル|Vo|を検出可能なレベルを100mV以上とすると、少なくともハイパスフィルター4のGain(|Vo|/|Vi|)は3×10−3以上が必要となり、コモンモードノイズAの周波数(商用交流電源周波数f)が50Hzであるとすると、検出抵抗3の抵抗値Riは、検出電極パターン5の抵抗値を加えて少なくとも1MΩ以上とする必要がある。
Here, since the stray capacitance when the
また、(1)式において、浮遊容量Cfを100pF、10pF、1pFとした場合の検出抵抗3の抵抗値Riに対する|Vo|/|Vi|は、図4に示すように、抵抗値Riを上昇させるほど大きくなり、1pF程度の浮遊容量Cfの変化を100mV以上の出力レベル|Vo|が検出できる回路で検出する場合には、3×10−3以上のGain(|Vo|/|Vi|)を得るため、10MΩ以上の抵抗値Riの検出抵抗3を接続する必要があり、ここでは、図1に示す検出抵抗3の抵抗値Riを、10MΩとしている。
Also, in equation (1), when the stray capacitance Cf is 100 pF, 10 pF, and 1 pF, | Vo | / | Vi | with respect to the resistance value Ri of the
入力操作面2aが大型化し、検出電極パターン5やその配線パターンの抵抗値が変動しても、その抵抗値の変化量は40KΩ程度であり、少なくとも1MΩ以上である検出抵抗3の抵抗値Riに比べて無視できる程度の変化量であるので、ハイパスフィルター4を通過する後述する容量変化信号のレベルの判定には影響せず、入力操作を誤検出することがない。
Even if the input operation surface 2a is enlarged and the resistance value of the
尚、検出抵抗3の抵抗値Riが1GΩ以上となると、浮遊容量Cfが微小であっても外部ノイズがハイパスフィルター4を通過し、外部ノイズやコモンモードノイズのレベル変動が誤動作の原因となるので、抵抗値Riは1GΩ未満であることが望ましい。
When the resistance value Ri of the
ハイパスフィルター4の出力側は、アノードを接地させたダイオード7のカソードに接続することにより、ハイパスフィルター4から出力されるコモンモードノイズを、図1のBで示す波形のように、グランドレベルにクランプする。これは、交流信号であるコモンモードノイズの極性を一致させ、後述する電圧しきい値VTHと電圧レベルの比較を容易にするためである。
The output side of the
ハイパスフィルター4の出力側は、更にインピーダンス変換手段である電圧フォロアとして作用するユニティゲインアンプ8の入力に接続されている。ユニティゲインアンプ8の入力インピーダンスは、ハイパスフィルター4からの出力インピーダンスより十分に高く、数100Ωの出力インピーダンスに変換して出力するので、微弱信号であるコモンモードノイズを安定した電圧レベルの容量変化信号として出力できる。また、ユニティゲインアンプ8により、ハイパスフィルター4からユニティゲインアンプ8までの容量検出回路9には、ユニティゲインアンプ8の出力側回路からノイズ、クロックなどの交流信号が通過せず、出力側から分離されるので、タッチパネル1の内部回路からの影響を受けずにコモンモードノイズを検出できる。
The output side of the high-
ユニティゲインアンプ8の出力は、直列に接続する抵抗Rlと、抵抗Rlの出力と接地端子間に接続するコンデンサClとからなるローパスフィルター10が接続されている。ローパスフィルター10は、ユニティゲインアンプ8から出力される図1のBの波形で示される容量変化信号の高周波成分をカットし、後段に接続するコンパレータ11がレベルを比較容易にするために、その包絡線に近似するCの波形に波形成形する。
The output of the
コンパレータ11は、ローパスフィルター10から非反転入力に入力されるCの波形の容量変化信号のレベルを、所定電圧に設定する電圧しきい値VTHと比較し、その比較結果を二値出力する。前述したように、容量変化信号のレベルは、検出電極パターン5へ接近するほど大きくなるので、電圧しきい値VTHは、例えば指6が検出電極パターン5に接近し、その浮遊容量Cfが10pF以上となったときに非反転入力に入力される容量変化信号のレベルに設定する。これにより、コンパレータ11は、図1のDの波形で示すように、検出電極パターン5に対して入力操作を行わない間に、非反転入力の入力レベルは、電圧しきい値VTHであるので、「L」を、入力操作を行う指6が検出電極パターン5に接近したときに、非反転入力の入力レベルが電圧しきい値VTHを越えるので、「H」の二値出力CMPoを出力する。
The
以上の入力操作の判定回路15は、各検出電極パターン5毎に備えられ、各コンパレータ11から出力される二値出力CMPoは、入力操作位置を検出する図示しないマイコンの各入力ポートへ出力される。マイコンでは、いずれか1又は2以上の入力ポートに「H」の入力判定信号が入力されると、その「H」を出力した判定回路の検出電極パターン5の絶縁パネル2上の配設位置に入力操作の指6が接近したものとして、入力操作位置を検出する。
The input
このように構成されたタッチパネル1の入力操作面2aに沿って、図2(a)に示すように、x1からxnの方向へ入力操作する指6が移動し、x1にある検出電極パターン5上を指6が通過すると、x1の検出電極パターン5が構成するハイパスフィルター4から、B1の波形で示すコモンモードノイズが出力され、その判定回路15のコンパレータ11には、C1に示す電圧しきい値VTHを越えるレベルの波形が入力される。その結果、コンパレータ11から「H」の二値出力CMPoが出力され、「H」を出力した判定回路15の検出電極パターン5の配設位置からx1の入力操作位置が検出される。
As shown in FIG. 2A, the
同様に、指6が通過した位置の検出電極パターン5が構成するハイパスフィルター4から、それぞれB2、B3、B4の波形のコモンモードノイズが出力され、コンパレータ11に、C2、C3、C4に示す電圧しきい値VTHを越えるレベルの波形が入力される。これにより、コンパレータ11から「H」の二値出力CMPoが出力され、「H」を出力した判定回路15の検出電極パターン5の配設位置から、x2、x3、x4、・・xnの入力操作位置が順に検出される。
Similarly, from the high-
次に、本発明の第2実施の形態に係る静電容量方式タッチパネル20を図5を用いて説明する。図5において、上述第1実施の形態と同一若しくは同一に作用する構成については、同一番号を付してその詳細な説明を省略する。
Next, the
このタッチパネル20は、入力操作面2aの二次元平面上の入力操作位置を検出するものであり、シールド板21上にX側絶縁パネル22とY側絶縁パネル23を積層させた3層構造となっている。本実施の形態のタッチパネル20は、電子機器の液晶ディスプレーなどの表示素子の表面側に搭載されるものであり、従って、操作者が表示素子の表示を確認しながら、入力操作が可能なように、シールド板21とX側絶縁パネル22とY側絶縁パネル23は、それぞれ透明な絶縁フィルムで形成されている。
The
X側絶縁パネル22の表面には、図に示すX方向の等間隔の位置に、Y方向に沿ってITOなどの透明導電材料からなる複数の検出電極パターン24Xが互いに平行な線状に形成され、各検出電極パターン24Xの一側に、他側を接地させた検出抵抗3が直列に接続されている。
On the surface of the
また、Y側絶縁パネル23の表面には、図に示すY方向の等間隔の位置に、X方向に沿ってITOなどの透明導電材料からなる複数の検出電極パターン24Yが互いに平行な線状に形成され、各検出電極パターン24Yの一側にも、他側を接地させた検出抵抗3が直列に接続されている。従って、XY平面を入力操作面2aとして、入力操作面2aの背面側で多数の検出電極パターン24Xと検出電極パターン24Yとが、格子状に交差している。
Further, on the surface of the Y-side
X側絶縁パネル22とY側絶縁パネル23の各検出電極パターン24X、24Yの間には、線状のシールド電極パターン12が検出電極パターン24X、24Yと平行に形成され、更に、X側絶縁パネル22の背面側に、表面の全体に接地接続した透明導電パターン層を形成したシールド板21が積層されるので、各検出電極パターン24X、24Yは、入力操作面2aの上方以外の方向がシールド電極パターン12とシールド板21によってシールドされ、指6のコモンモードノイズ以外のノイズが侵入しない。このシールド板21は、安定した電位に保たれれば、必ずしも接地しなくてもよい。
Between the
各検出電極パターン24Xの検出抵抗3が接続された他側は、ダイオード7によりグランドレベルにクランプされ、ユニティゲインアンプ8の入力に接続され、検出電極パターン24Xを有する入力側回路と、その出力側が分離される。各検出電極パターン24Xに接続するユニティゲインアンプ8の出力は、CPU25によって接続が切り換えられるX側マルチプレクサ26の入力にそれぞれ接続し、X側マルチプレクサ26により選択接続されたユニティゲインアンプ8から出力される容量変化信号がA/D変換器27へ入力される。
The other side of each
各検出電極パターン24Yの検出抵抗3が接続された他側も、検出電極パターン24Xと同様に、ダイオード7によりグランドレベルにクランプされ、ユニティゲインアンプ8を介してCPU25によって接続が切り換えられるY側マルチプレクサ28の入力にそれぞれ接続される。従って、Y側マルチプレクサ28により選択接続されたユニティゲインアンプ8から出力される容量変化信号がA/D変換器27へ入力される。
Similarly to the
第1実施の形態では、容量変化信号の包絡線のレベルを電圧しきい値VTHと比較し、特定の検出電極パターン5への入力操作を検出しているが、本実施の形態では、容量変化信号をA/D変換器27で二値化し、二値化した容量変化信号のレベルから、A/D変換器27の出力に接続するCPU25で、入力操作位置を検出している。
In the first embodiment, the level of the envelope of the capacitance change signal is compared with the voltage threshold V TH and the input operation to the specific
以下、このように構成されたタッチパネル20で入力操作位置を検出する方法を、入力操作面2a上のXY座標(Xn、Yn)の位置へ指6を接近させる入力操作があったものとして説明する。CPU25は、少なくとも指6を入力操作面2aへ接近させる入力操作時間より短い周期で、X側マルチプレクサ26とY側マルチプレクサ28の全ての入力を切り替え制御し、各検出電極パターン24X、24Yを走査する。
Hereinafter, a method of detecting the input operation position with the
すなわち、X側絶縁パネル22上の多数の検出電極パターン24Xと、Y側絶縁パネル23上の多数の検出電極パターン24Yの各浮遊容量Cfを表す容量変化信号が、A/D変換器27へ順に入力される。XY座標(Xn、Yn)に指6が接近すると、その近傍の検出電極パターン24X(Xn)と検出電極パターン24Y(Yn)に接続するユニティゲインアンプ8からA/D変換器27に入力される容量変化信号のレベルが上昇し、CPU25は、これらのユニティゲインアンプ8の出力に接続するタイミングで、二値化した容量変化信号のレベルが所定回数数繰り返してしきい値を越えることから、検出電極パターン24X(Xn)と検出電極パターン24Y(Yn)が交差する位置(Xn、Yn)’を、入力操作位置として検出する。
That is, capacitance change signals representing the floating capacitances Cf of the multiple
また、同一方向で隣り合う複数の検出電極パターン24X、24Yの容量変化信号のレベルが、同一走査周期内でしきい値を越える場合には、各容量変化信号のレベルを比較して、入力操作位置を求める。例えば、X方向のXn−1、Xn、Xn+1に配設された検出電極パターン24X(Xn−1)、24X(Xn)、24X(Xn+1)に接続するユニティゲインアンプ8から同一走査周期内に出力される容量変化信号のレベルが、所定回数数繰り返してしきい値を越える場合には、各配設位置にその容量変化信号のレベルを重み付けして算出する重心位置を、X方向の入力操作位置とする。これにより、複数の検出電極パターン24X、24Yの配線数以上の分解能で、XY方向の入力操作位置を検出できる。
In addition, when the level of the capacitance change signal of the plurality of
CPU25は、このようにして真検出した入力操作位置を、表示画面上のカーソル移動制御や電子機器の動作を制御するマイコンへ出力し、入力操作位置に応じた所定の処理を実行させる。
The
以上説明した第1、第2実施の形態では、検出抵抗3を、ユニティゲインアンプ8が接続する検出電極パターン5、24X、24Yの他側に接続しているが、ハイパスフィルター4が形成されれば、ユニティゲインアンプ8の接続側に接続するものであってもよい。
In the first and second embodiments described above, the
また、ユニティゲインアンプ8は、入力インピーダンスが出力インピーダンスに比べて極めて高いインピーダンス変換素子であれば、電圧増幅を兼ねたアンプであってもよい。
The
また、検出抵抗3の一側を接地させているが、安定した電位の端子に接続してもよく、また、コモンモードノイズを同一極性で変化させるために、ダイオード7によってクランプしているが、コモンモードノイズのレベルを測定できれば、必ずしもダイオード7は介在させなくてもよい。
Although one side of the
更に、入力操作体6を操作者の指で説明したが、操作者が握る専用入力ペンなど操作者と別の操作体であってもよい。
Furthermore, although the
本発明は、大型の入力操作面を有する静電容量方式タッチパネルに適している。 The present invention is suitable for a capacitive touch panel having a large input operation surface.
1 第1実施の形態に係る静電容量方式タッチパネル
2 絶縁パネル
3 検出抵抗
4 ハイパスフィルター
5 検出電極パターン
6 入力操作体(指)
8 インピーダンス変換手段(ユニティゲインアンプ)
9 容量検出手段(容量検出回路)
12 シールド電極パターン
20 第2実施の形態に係る静電容量方式タッチパネル
21 シールド板
22 X側絶縁パネル
23 Y側絶縁パネル
24X 検出電極パターン
24Y 検出電極パターン
DESCRIPTION OF
8 Impedance conversion means (Unity gain amplifier)
9 Capacitance detection means (capacitance detection circuit)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
各容量検出手段は、
接地電位若しくは安定電位に保たれた接続部と、前記検出電極パターンとの間に接続され、前記検出電極パターンの浮遊容量とでコモンモードノイズが通過するハイパスフィルターを構成する検出抵抗と、
入力インピーダンスが高い入力に前記検出電極パターンを接続させたインピーダンス変換手段とを有し、
容量検出手段のインピーダンス変換手段から出力されるコモンモードノイズを容量変化信号とし、いずれか1又は2以上の容量検出手段から出力されるコモンモードノイズのレベルが所定のしきい値を越えた際に、その容量検出手段が接続する検出電極パターンの配設位置から入力操作位置を検出することを特徴とする静電容量方式タッチパネル。 A plurality of detection electrode patterns that are insulated from each other on one surface of the insulating panel, and a plurality of detection electrode patterns that are connected to the plurality of detection electrode patterns and that output capacitance change signals that change according to the stray capacitance of the connected detection electrode patterns When the capacitance change signal output from one or more capacitance detection means changes, the input operating body is connected to the detection electrode pattern connected to the capacitance detection means that outputs the capacitance change signal. It is a capacitive touch panel that detects the input operation position from the arrangement position of the detection electrode pattern, assuming that the stray capacitance has increased by approaching,
Each capacity detection means
A detection resistor that is connected between a connection portion that is maintained at a ground potential or a stable potential and the detection electrode pattern, and that constitutes a high-pass filter through which common mode noise passes with the stray capacitance of the detection electrode pattern;
Impedance conversion means having the detection electrode pattern connected to an input having a high input impedance;
When the common mode noise output from the impedance conversion means of the capacitance detection means is used as a capacitance change signal, and the level of the common mode noise output from any one or more of the capacitance detection means exceeds a predetermined threshold value An electrostatic capacity type touch panel, wherein an input operation position is detected from an arrangement position of a detection electrode pattern to which the capacitance detection means is connected.
XY平面上の入力操作位置を検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電容量方式タッチパネル。 A plurality of row detection electrode patterns along the X direction, the first insulating panel disposed on one surface, and a plurality of column detection electrode patterns along the Y direction intersecting the row detection electrode pattern in a lattice shape, A first insulating panel and a second insulating panel disposed on one surface for insulation are laminated;
The capacitive touch panel according to any one of claims 1 to 3, wherein an input operation position on an XY plane is detected.
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