JP2011070340A - タッチパネル装置、タッチパネル装置の制御方法 - Google Patents

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有弘 岡崎
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義治 原
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Abstract

【課題】ローパスフィルターを用いたタッチパネル装置における座標読み取り精度を向上させる。
【解決手段】タッチパネル装置は、導電膜34を介して接続された第1電極30及び第2電極32と、導電膜40を介して接続された第3電極36及び第4電極38と、第2電極と接地端子との間に接続された第1容量素子を有する第1フィルター回路部22aと、第4電極と接地端子との間に接続された第2容量素子を有する第2フィルター回路部22bと、第1スイッチング素子16と、第2スイッチング素子20と、制御部12とを備える。制御部は、第2電極の電圧検出に先だって第1スイッチング素子を開状態に制御し、次いで第1スイッチング素子を閉状態に制御し、第2電極の電圧を検出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、抵抗膜方式のタッチパネル装置とその動作制御に関する。
種々の電子機器における操作入力手段の1つとして、抵抗膜方式のタッチパネル装置が知られている(例えば、特許文献1)。このようなタッチパネル装置は、ほぼ透明に形成されるパネル部を備えており、このパネル部に対して利用者が指で触れる等の操作を行うことにより、パネル部の表面上の位置が検出される。パネル部は、多くの場合、電子機器の表示部に重ねて配置される。利用者は、パネル部を通して電子機器の表示部による画像表示を視認しながら、パネル部を操作することにより、電子機器に対して所望の指示を入力することができる。
タッチパネル装置におけるパネル部は、例えば4線式抵抗膜方式の場合には、X方向の両端にそれぞれ電極が設けられた抵抗膜と、Y方向の両端にそれぞれ電極が設けられた抵抗膜とを備えている。2つの抵抗膜の間には隙間が設けられており、通常状態では両者が接触しないようになっている。そして、利用者の指等によってパネル部が押下されるとその位置で2つの抵抗膜が接触する。このとき、一方の抵抗膜の電極間に電位差を与えていれば、押下された位置に応じた電圧が他方の抵抗膜を通じて検出される。この電圧の大きさに基づいてX座標を確定することができる。同様にして、Y座標についても確定することができる。このような従来のタッチパネル装置では、座標読み取りの精度向上やノイズ除去のために、各抵抗膜からの電圧をセンスアンプによって増幅して読み取ることが一般的であった。
ところで、上記のようなタッチパネル装置において、座標読み取りの精度やノイズ除去性能の向上を図るとともに構成の簡素化を実現するには、センスアンプに代えて、廉価な容量素子や抵抗素子からなるローパスフィルターを用いることが考えられる。しかしながら、以下の理由から、センスアンプに代えてローパスフィルターを用いて座標読み取りの精度が高いタッチパネル装置を実現することは困難であると考えられていた。
詳細には、上記した座標読み取りのシーケンスは、タッチパネル装置の動作が一旦始まると基本的には無限ループで繰り返されるものである。このとき、ローパスフィルターを介して抵抗膜からの電圧を読み取る構成とすると、ローパスフィルターに含まれる容量素子に電荷が残留してしまう。このため、二度目以降の電圧の読み取り時においては、容量素子に残留した電荷の影響により電圧が変動してしまい、この電圧に基づいて得られる座標に誤差を生じるという不都合が生じる。かかる不都合はローパスフィルターの容量素子の静電容量が大きくなるほど顕著になる。
一方で、抵抗膜から読み取られる電圧への輻射ノイズの影響を緩和するという観点から見ると、容量素子の静電容量はより大きいことが望まれる。具体的には、座標読み取りのシーケンスが実行されている間には、各抵抗膜に設けられた電極の電位は常に変化するため、当該電極からは連続的に輻射ノイズが発生する。また、タッチパネル装置に近接して配置される液晶表示装置等の表示デバイスからも輻射ノイズが発生し得る。これらの輻射ノイズの影響を緩和するためには、容量素子の静電容量をより大きくしておくことが望まれる。
以上のように、タッチパネル装置にローパスフィルターを組み合わせようとした場合に、電圧の読み取り精度の観点からは容量素子の静電容量を小さくすることが望まれ、その一方、輻射ノイズの緩和という観点からは容量素子の静電容量を大きくすることが望まれることから、静電容量の大きさを最適化することが難しい。このため、センスアンプに代えてローパスフィルターを用いて電圧検出を行うタッチパネル装置を実用化することは困難であると考えられていた。
特開2002−169647号公報
本発明に係る具体的態様は、ローパスフィルターを用いたタッチパネル装置における座標読み取り精度を向上させることが可能な技術を提供することを目的の1つとする。
本発明に係る一態様のタッチパネル装置は、(1)第1方向に離間しており、導電膜を介して接続された第1電極及び第2電極と、(2)上記第1方向と略直交する第2方向に離間しており、導電膜を介して接続された第3電極及び第4電極と、(3)上記第1電極及び上記第3電極のそれぞれに選択的に電圧を印加する電圧印加手段と、(4)上記第2電極と接地端子との間に接続された第1容量素子を有する第1フィルター回路部と、(5)上記第2電極と上記接地端子との間に接続された第1スイッチング素子と、(6)上記第4電極と上記接地端子との間に接続された第2容量素子を有する第2フィルター回路部と、(7)上記第4電極と上記接地端子との間に接続された第2スイッチング素子と、(8)上記第1スイッチング素子及び上記第2スイッチング素子の開閉動作を制御するとともに、上記第2電極及び上記第4電極のそれぞれの電圧を検出する制御部と、を備える。上記制御部は、(a)上記第2電極の電圧検出に先だって上記第1スイッチング素子を開状態に制御し、(b)次いで上記第1スイッチング素子を閉状態に制御して上記第2電極の電圧を検出する。
かかる構成によれば、第2電極の電圧検出に先だって第1スイッチング素子を開状態とすることにより、第1容量素子の両端が接地され、蓄積電荷が放出される。そして、第1容量素子の蓄積電荷が放出された後に第2電極の電圧が検出されるので、蓄積電荷による影響を受けることがなく、電圧の読み取り精度が向上する。また、このように電圧検出に先だって蓄積容量を放出できることから、第1容量素子の静電容量をより大きくすることが可能となり、輻射ノイズの影響を緩和することが可能となる。したがって、ローパスフィルターを用いたタッチパネル装置における従来の不都合が解消され、座標読み取り精度が向上する。
上記(a)において、上記制御部は、上記第2スイッチング素子を開状態に制御してもよい。
これにより、第2電極の電圧検出に先だって第2容量素子の両端も接地され、蓄積電荷が放出されるので、座標読み取り精度を更に向上させることが可能となる。
さらに好ましくは、上記制御部は、(c)上記第4電極の電圧検出に先だって上記第2スイッチング素子を開状態に制御し、(d)次いで上記第2スイッチング素子を閉状態に制御して上記第4電極の電圧を検出する。
かかる構成によれば、第4電極の電圧検出に先だって第2スイッチング素子を開状態とすることにより、第2容量素子の両端が接地され、蓄積電荷が放出される。そして、第2容量素子の蓄積電荷が放出された後に第4電極の電圧が検出されるので、蓄積電荷による影響を受けることがなく、電圧の読み取り精度が向上する。また、このように電圧検出に先だって蓄積容量を放出できることから、第2容量素子の静電容量をより大きくすることが可能となり、輻射ノイズの影響を緩和することが可能となる。したがって、ローパスフィルターを用いたタッチパネル装置における座標読み取り精度を向上させることが可能となる。
上記(c)において、上記制御部は、上記第1スイッチング素子を開状態に制御してもよい。
これにより、第4電極の電圧検出に先だって第1容量素子の両端も接地され、蓄積電荷が放出されるので、座標読み取り精度を更に向上させることが可能となる。
本発明に係る一態様のタッチパネル装置の制御方法は、(1)第1方向に離間しており、導電膜を介して接続された第1電極及び第2電極と、(2)上記第1方向と略直交する第2方向に離間しており、導電膜を介して接続された第3電極及び第4電極と、(3)上記第2電極と接地端子との間に接続された第1容量素子を有する第1フィルター回路部と、(4)上記第4電極と接地端子との間に接続された第2容量素子を有する第2フィルター回路部と、(5)上記第1電極及び上記第3電極のそれぞれに選択的に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるタッチパネル装置の制御方法であって、(a)上記第2電極の電圧検出に先だって、上記第1容量素子の一端を上記接地端子と接続された状態とする第1ステップと、(b)上記第1容量素子の一端を上記接地端子と接続されていない状態とし、上記第2電極の電圧を検出する第2ステップと、を含む。
また、上記第1ステップにおいては更に、上記第2容量素子の一端を上記接地端子と接続された状態としてもよい。
また、上記の制御方法は、(c)上記第4電極の電圧検出に先だって、上記第2容量素子の一端を上記接地端子と接続された状態とする第3ステップと、(d)上記第2容量素子の一端を上記接地端子と接続されていない状態とし、上記第4電極の電圧を検出する第4ステップと、を更に含むことも好ましい。
また、上記第3ステップにおいては更に、上記第1容量素子の一端を上記接地端子と接続された状態としてもよい。
上記の各方法によれば、上記と同様の理由から、ローパスフィルターを用いたタッチパネル装置における座標読み取り精度を向上させることが可能となる。
一実施形態のタッチパネル装置の構成を示す回路図である。 タッチパネル装置1の動作手順を示すフローチャートである。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明を適用した一実施形態のタッチパネル装置の構成を示す回路図である。図1に示す本実施形態のタッチパネル装置1は、パネル部10、制御部12、トランジスタ14、16、18、20、フィルター回路部22、を含んで構成されている。本実施形態のタッチパネル装置1は、いわゆる4線式抵抗膜方式のタッチパネル装置である。
パネル部10は、図示のZ方向に所定間隔(例えば数百μm)を設けて対向配置された抵抗膜基板11aおよび抵抗膜基板11bを備える。これらの抵抗膜基板11aおよび抵抗膜基板11bは、絶縁性の透明基板(例えば、ガラス基板、フィルム基板等)を用いて構成される。
抵抗膜基板11aは、Y方向(第1方向)に沿って互いに離間して配置された電極30(第1電極)、電極(第2電極)32と、これらの電極30、32の間に設けられて両者間を電気的に接続する抵抗膜34とを有する。各電極30、32および抵抗膜34は、上記した絶縁性の透明基板の一面上に設けられている。同様に、抵抗膜基板11bは、上記のY方向と直交するX方向(第2方向)に沿って互いに離間して配置された電極36(第3電極)、電極(第4電極)38と、これらの電極36、38の間に設けられて両者間を電気的に接続する抵抗膜40とを有する。各電極36、38および抵抗膜40は、上記した絶縁性の透明基板の一面上に設けられている。
制御部12は、CPU、メモリ等を有し、タッチパネル装置1の全体動作を制御する。制御部12による制御シーケンスの詳細については後述する。図示のように、制御部12は、各トランジスタ14、16、18、20のベース端子と接続されており、これらのトランジスタ14等に制御信号を供給することにより、各トランジスタをオン状態またはオフ状態に制御する。
また、制御部12は、フィルター回路部22を介してパネル部10の各電極32、38と接続されている。制御部12は、このフィルター回路部22を通して検出される各電極32、38の電圧に基づいて、パネル部10におけるタッチ位置(座標)を求める。
トランジスタ14は、制御部12から抵抗素子を介してベース端子に入力される制御信号に応じてオン状態とオフ状態が制御される。図示のようにトランジスタ14は、そのエミッタ端子が電源と接続されており、コレクタ端子がパネル部10の電極30と接続されている。このトランジスタ14がオン状態となることによりエミッタ−コレクタ間が導通し、エミッタ端子に接続された電源から所定の電圧(Vcc)がパネル部10の電極30に印加される。
トランジスタ16は、制御部12から抵抗素子を介してベース端子に入力される制御信号に応じてオン状態とオフ状態が制御される。図示のようにトランジスタ16は、そのエミッタ端子が接地端子(GND)と接続されており、コレクタ端子がパネル部10の電極32と接続されている。このトランジスタ16がオン状態となることによりエミッタ−コレクタ間が導通し、電極32が接地される。なお、このトランジスタ16が「第1スイッチング素子」に相当する。
トランジスタ18は、制御部12から抵抗素子を介してベース端子に入力される制御信号に応じてオン状態とオフ状態が制御される。図示のようにトランジスタ18は、そのエミッタ端子が電源と接続されており、コレクタ端子がパネル部10の電極36と接続されている。このトランジスタ18がオン状態となることによりエミッタ−コレクタ間が導通し、エミッタ側に接続された電源から所定の電圧がパネル部10の電極36に印加される。なお、電源と、上記の制御部12とトランジスタ14、およびこのトランジスタ18が「電圧印加手段」に相当する。
トランジスタ20は、制御部12から抵抗素子を介してベース端子に入力される制御信号に応じてオン状態とオフ状態が制御される。図示のようにトランジスタ20は、そのエミッタ端子が接地端子(GND)と接続されており、コレクタ端子がパネル部10の電極38と接続されている。このトランジスタ20がオン状態となることによりエミッタ−コレクタ間が導通し、電極38が接地される。なお、このトランジスタ20が「第2スイッチング素子」に相当する。
フィルター回路部22は、パネル部10の各電極32、38と接続されている。詳細には、フィルター回路部22は、電極32に接続されたRC回路部22aと、電極38に接続されたRC回路部22bとを有する。RC回路部22aは、電極32と制御部12の間に直列接続された抵抗素子と、この抵抗素子の一端と接地端子との間に並列に接続された容量素子および抵抗素子を含んで構成されたローパスフィルターである。同様に、RC回路部22bは、電極38と制御部12の間に直列接続された抵抗素子と、この抵抗素子の一端と接地端子との間に並列に接続された容量素子および抵抗素子を含んで構成されたローパスフィルターである。これらのローパスフィルターを用いることにより、各電極32、38の電圧の直流成分のみを取り出して制御部12へ入力することができる。
本実施形態のタッチパネル装置1は上記のように構成されており、次にその動作について図2に沿って詳細に説明する。図2は、タッチパネル装置1の動作手順を示すフローチャートである。図2に示す動作は、タッチパネル装置1の電源投入後の所定の初期化動作後のタイミングなどから開始される。
制御部12は、各トランジスタ14等に所定の制御信号を供給することにより、トランジスタ18をオン状態、それ以外のトランジスタ14、16、20をオフ状態に制御する。これにより、パネル部10の電極(XV)34は電源に接続され、かつ、電極(XG)38、電極(YV)30および電極(YG)32はすべて開放状態となる(ステップS10)。
このとき、図示のように上側の抵抗膜基板11bに対して利用者による指押し(又はこれに類する操作、例えば専用タッチペンによる押下等)が行われると、抵抗膜基板11bの抵抗膜40と下側の抵抗膜基板11aの抵抗膜34とが物理的に接触し、両者間が電気的に導通する。それにより、抵抗膜基板11aの電極32の電位がフィルター回路部22のRC回路部22aを通じてXin端子に表れる。また、指押しがされていない場合には、抵抗膜34と抵抗膜40とは接触せず、Xin端子はフィルター回路部22のRC回路部22aを介して接地されるため、Xin端子には電位が表れない(換言すると、接地電位となる)。制御部12は、このXin端子の電位を読み取る(ステップS11)。
制御部12は、ステップS11にて読み取ったXin端子の電位が所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS12)。Xin端子の電位が閾値以上である場合には利用者による指押しが行われたと判断できるので(ステップS12;Yes)、制御部12は、ステップS13以降に示した座標確定動作を開始する。一方、Xin端子の電位が閾値以上ではない場合には利用者による指押しが行われていないと判断できるので(ステップS12;No)、制御部12は、ステップS11に戻り、以降の処理を繰り返す。
利用者による指押しが行われると、制御部12は、各トランジスタ14等に所定の制御信号を供給することにより、トランジスタ14および18をオフ状態、トランジスタ16および20をオン状態に制御する。これにより、パネル部10の電極(XV)36および電極(YV)30は開放状態(オープン)となり、電極(XG)38および電極(YG)32は接地された状態となる(ステップS13)。このとき、フィルター回路部22のRC回路部22aの容量素子は、その一端がトランジスタ16を介して接地され、他端も接地された状態となる。同様にフィルター回路部22のRC回路部22bの容量素子は、その一端がトランジスタ20を介して接地され、他端も接地された状態となる。このように、各容量端子の両端が接地端子へ接続されることで、これらの容量素子に蓄積されている電荷が除去される。
なお、ステップS13においては、トランジスタ14をオフ状態、トランジスタ16をオン状態にそれぞれ制御するのみで、トランジスタ18およびトランジスタ20についてはその状態を不問(例えば、直前の状態を維持)としても一定の効果が得られる。トランジスタ14をオフ状態、トランジスタ16をオン状態にそれぞれ制御することにより、電極32およびXin端子と接続されたRC回路部22aの容量素子の電荷が除去されるので、その後のステップS15におけるXin端子の電位の読み取り精度を向上できるからである。
次いで、制御部12は、各トランジスタ14等に所定の制御信号を供給することにより、トランジスタ18および20をオン状態、トランジスタ14および16をオフ状態に制御する。これにより、パネル部10の電極(XV)36は電源と接続され、電極(XG)16は接地され、電極(YV)30および電極(YG)32は開放状態(オープン)となる(ステップS14)。これにより、電極36と電極38の間に電位差が発生し、指押しが行われた位置(X方向の座標)に応じて分圧された電位が抵抗膜38、電極32およびRC回路部22aを介してXin端子に表れる。制御部12はこのXin端子に表れた電位を読み取る(ステップS15)。
次いで、制御部12は、上記したステップS13と同じ制御を実行する。これにより、パネル部10の電極(XV)36および電極(YV)30は開放状態となり、電極(XG)38および電極(YG)32は接地された状態となる(ステップS16)。これにより、RC回路部22aの容量素子およびRC回路部22bの容量素子の各々に蓄積されている電荷が除去される。
なお、ステップS16においては、トランジスタ18をオフ状態、トランジスタ20をオン状態にそれぞれ制御するのみで、トランジスタ14およびトランジスタ16についてはその状態を不問(例えば、直前の状態を維持)としても一定の効果が得られる。トランジスタ18をオフ状態、トランジスタ20をオン状態にそれぞれ制御することにより、電極38およびYin端子と接続されたRC回路部22bの容量素子の電荷が除去されるので、その後のステップS18におけるXin端子の電位の読み取り精度を向上できるからである。また、上記したステップ13においても同様の電荷除去処理を行っているため、本ステップS16の処理自体を省略することも可能である。
次いで、制御部12は、各トランジスタ14等に所定の制御信号を供給することにより、トランジスタ18および20をオフ状態、トランジスタ14および16をオン状態に制御する。これにより、パネル部10の電極(YV)30は電源と接続され、電極(YG)32は接地され、電極(XV)36および電極(XG)38は開放状態となる(ステップS17)。これにより、電極30と電極32の間に電位差が発生し、指押しが行われた位置(Y方向の座標)に応じて分圧された電位が抵抗膜40、電極38およびRC回路部22bを介してYin端子に表れる。制御部12はこのYin端子に表れた電位を読み取る(ステップS18)。
次いで、制御部12は、ステップS15において取得したXin端子の電位およびステップS18において取得したYin端子の電位に基づいて、X方向およびY方向の座標を確定する(ステップS19)。その後、制御部12は、上述したステップ11へ戻り、以降の処理を繰り返す。
以上のような本実施形態によれば、各電極の電圧検出に先だって当該各電極に接続された容量素子の両端が接地され、蓄積電荷が放出され、その後に電圧が検出されるので、蓄積電荷による影響を受けることがなく、電圧の読み取り精度が向上する。また、このように電圧検出に先だって蓄積容量を放出できることから、各容量素子の静電容量をより大きくすることが可能となり、輻射ノイズの影響を緩和することが可能となる。したがって、ローパスフィルターを用いたタッチパネル装置における座標読み取り精度を向上させることが可能となる。
また、本実施形態によれば、利用者による操作の有無を検出し、座標読み取り処理を開始するか否かを判定する処理を行っているので、利用者による操作がない状態において不必要な座標読み取り処理が継続されることがない。それにより、パネル部等からの輻射ノイズの発生を低減することが可能となる。また、タッチパネル装置の省電力化を図ることも可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実子形態においては4線式抵抗膜方式のタッチパネル装置に対して本発明を適用した一例を示していたが、他の抵抗膜方式、具体的には5線式抵抗膜方式または8線式抵抗膜方式のタッチパネル装置においても本発明を適用することが可能である。
1…タッチパネル装置、10…パネル部、11a、11b…抵抗膜基板、12…制御部、14、16、18、20…トランジスタ、22…フィルター回路部、22a、22b…RC回路部、30、32、36、38…電極、34、38…抵抗膜

Claims (5)

  1. 第1方向に離間しており、導電膜を介して接続された第1電極及び第2電極と、
    前記第1方向と略直交する第2方向に離間しており、導電膜を介して接続された第3電極及び第4電極と、
    前記第1電極及び前記第3電極のそれぞれに選択的に電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記第2電極と接地端子との間に接続された第1容量素子を有する第1フィルター回路部と、
    前記第2電極と前記接地端子との間に接続された第1スイッチング素子と、
    前記第4電極と前記接地端子との間に接続された第2容量素子を有する第2フィルター回路部と、
    前記第4電極と前記接地端子との間に接続された第2スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の開閉動作を制御するとともに、前記第2電極及び前記第4電極のそれぞれの電圧を検出する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    (a)前記第2電極の電圧検出に先だって前記第1スイッチング素子を開状態に制御し、
    (b)次いで前記第1スイッチング素子を閉状態に制御して前記第2電極の電圧を検出する、
    タッチパネル装置。
  2. 前記(a)において、前記制御部は、前記第2スイッチング素子を開状態に制御する、
    請求項1に記載のタッチパネル装置。
  3. 更に、前記制御部は、
    (c)前記第4電極の電圧検出に先だって前記第2スイッチング素子を開状態に制御し、
    (d)次いで前記第2スイッチング素子を閉状態に制御して前記第4電極の電圧を検出する、
    請求項1又は2に記載のタッチパネル装置。
  4. 前記(c)において、前記制御部は、前記第1スイッチング素子を開状態に制御する、
    請求項3に記載のタッチパネル装置。
  5. (1)第1方向に離間しており、導電膜を介して接続された第1電極及び第2電極と、(2)前記第1方向と略直交する第2方向に離間しており、導電膜を介して接続された第3電極及び第4電極と、(3)一端が前記第2電極と接続され、他端が接地端子と接続された第1容量素子を有する第1フィルター回路部と、(4)一端が前記第4電極と接続され、他端が前記接地端子と接続された第2容量素子を有する第2フィルター回路部と、(5)前記第1電極及び前記第3電極のそれぞれに選択的に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるタッチパネル装置の制御方法であって、
    前記第2電極の電圧検出に先だって、前記第1容量素子の一端を前記接地端子と接続された状態とする第1ステップと、
    前記第1容量素子の一端を前記接地端子と接続されていない状態とし、前記第2電極の電圧を検出する第2ステップと、
    を含む、タッチパネル装置の制御方法。
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