JP2014132415A - タッチ式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度や応答性の低下を抑制しつつ、外部に与える放射ノイズの影響を低減できるタッチ式入力装置を提供する。
【解決手段】タッチ式入力装置５は、複数の第１電極１２と複数の第２電極１３とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターン１４を有するタッチパネル１１を備える。また、タッチ式入力装置５は、第１電極１２を１本ずつ選択して駆動パルス信号を印加するとともに、第２電極１３を１本ずつ選択して該選択した第２電極１３から出力される出力信号に基づいてタッチパネル１１の操作面１１ａにおけるタッチ位置を検出するコントローラ２１を備える。そして、コントローラ２１は、選択した第１電極１２への駆動パルス信号の印加時に、駆動パルス信号が印加されていない他の第１電極１２の１本に対して駆動パルス信号と逆位相のキャンセルパルス信号を印加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、タッチ式入力装置に関する。

従来、タッチパネルをタッチ操作することで、ディスプレイに表示されたマウスポインタ等の操作を行うタッチ式入力装置が知られている（例えば、特許文献１）。このタッチ式入力装置では、ユーザがタッチパネルの操作面に触れることで、例えばディスプレイに表示された複数の機能項目の中から一つを選択して、所望の画面を表示させたり付帯機器を作動させたりすることが可能になっている。

近年、こうしたタッチパネルとして、複数の第１電極と複数の第２電極とを格子状に配置してなるセンサパターンに形成されるコンデンサの静電容量に基づいてタッチ操作を検出する投影型静電容量方式のものが採用されるようになってきている（例えば、特許文献２）。詳しくは、この投影型静電容量方式のタッチパネルでは、コントローラから周期的な駆動パルス信号（電圧信号）がセンサパターンに印加される。そして、コントローラは、タッチパネルの操作面に対する導電体（例えば、人の指等）の接近又は接触によって生じる前記コンデンサの静電容量の変化に基づいて操作面上におけるタッチ位置を検出する構成となっている。

特開２０１０−９３２１号公報 特開２０１１−１７０７８４号公報

ところで、上記のようなタッチパネルでは、その作動時にセンサパターンに印加される駆動パルス信号に応じた電界がタッチパネル（タッチ式入力装置）の外部に形成される。そして、駆動パルス信号の大きさは、その周波数に応じて周期的に変化するため、タッチパネルの外部に形成される電界も周期的に変化することになる。その結果、この電界の変化が放射ノイズとなって外部に置かれた各種機器の作動に影響を与える虞がある。

そこで、例えばローパスフィルタを用いて駆動パルス信号から高周波成分を取り除くことで前記電界の変化を小さくすることが考えられる。しかし、この場合には、コンデンサの静電容量の変化も小さくなってしまい、タッチ操作の検出精度が低下するといった問題が生じる。また、例えば駆動パルス信号の周波数を外部に置かれた機器の周波数と干渉しないような値に設定することが考えられる。しかし、駆動パルス信号の周波数を低く設定した場合には、センサパターンに電圧を印加する間隔が長くなり過ぎることで応答性が低下する一方、周波数を高く設定した場合には、パルス幅が狭くなり過ぎることで検出精度が低下するといった問題が生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、検出精度や応答性の低下を抑制しつつ、外部に与える放射ノイズの影響を低減できるタッチ式入力装置を提供することにある。

上記課題を解決するタッチ式入力装置は、複数の第１電極と複数の第２電極とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターンを有するタッチパネルと、前記センサパターンに駆動パルス信号を印加するとともに、前記センサパターンに形成されるコンデンサの静電容量の変化に基づいて前記タッチパネルの操作面におけるタッチ位置を検出するコントローラと、を備えたものにおいて、前記駆動パルス信号の印加時に、該駆動パルス信号と逆位相のキャンセルパルス信号が印加されるキャンセル電極を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、駆動パルス信号の印加時に、キャンセル電極に対してキャンセルパルス信号が印加されるため、タッチパネルの外部には、駆動パルス信号に応じた電界に加えてキャンセルパルス信号に応じた電界が形成される。そして、キャンセルパルス信号は、駆動パルス信号の位相と逆位相であるため、駆動パルス信号に応じた電界とキャンセルパルス信号に応じた電界とは、互いに反転した態様で変化する。その結果、全体としてタッチパネルの外部に形成される電界の変化が小さくなり、放射ノイズが低減される。このように上記構成ではキャンセルパルス信号を別途印加することから、ローパスフィルタ等により駆動パルス信号の波形を変更する場合と異なり、検出精度や応答性の低下を抑制しつつ、放射ノイズを低減できる。

上記タッチ式入力装置において、前記コントローラは、前記駆動パルス信号が印加されていない前記第１及び第２電極のいずれかに前記キャンセルパルス信号を印加することが好ましい。

上記構成によれば、第１及び第２電極のいずれかがキャンセル電極としても機能するようになるため、キャンセル電極を別途設けずともよくなる。これにより、タッチパネルが大型化することを抑制できる。

上記タッチ式入力装置において、前記キャンセル電極は、前記第１及び第２電極とは別部材により構成されることが好ましい。
上記構成によれば、キャンセル電極が別途設けられるため、第１及び第２電極のいずれかにキャンセルパルス信号を印加しなくてもよくなる。したがって、コントローラを駆動パルス信号とキャンセルパルス信号とを切り換えて印加可能な構成としなくてもよくなり、コントローラの内部構成を簡素化できる。

上記タッチ式入力装置において、前記コントローラは、前記第１電極に前記駆動パルス信号を印加するとともに、該駆動パルス信号に応じて前記第２電極から出力される静電容量の変化を示す出力信号に基づいてタッチ位置を検出するものであって、前記キャンセル電極は、前記第１電極と平行に設けられることが好ましい。

ここで、例えばキャンセル電極が第１電極と直交して設けられた場合等、複数の第１電極とキャンセル電極との間のそれぞれの距離の差が小さい場合には、タッチ操作の有無にかかわらず、それぞれの第２電極から出力される出力信号が、導電体が近接したときのように若干変化する虞がある。したがって、上記構成のようにキャンセル電極を第１電極と平行に設けることで、キャンセル電極を設けたことによる出力信号への影響を低減でき、検出精度の低下を抑制できる。

本発明によれば、検出精度や応答性の低下を抑制しつつ、外部に与える放射ノイズの影響を低減できる。

車両に搭載した状態のタッチ式入力装置を示す斜視図。 第１実施形態のセンターコンソールにおけるタッチパネルの操作面近傍を示す平面図。 タッチパネルの部分断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。 第１実施形態のタッチ式入力装置のブロック図。 （ａ）は駆動パルス信号の波形図、（ｂ）はキャンセルパルス信号の波形図、（ｃ）はタッチパネル（タッチ式入力装置）の外部に形成される電界の波形図。 第２実施形態のセンターコンソールにおけるタッチパネルの操作面近傍を示す平面図。 第２実施形態のタッチ式入力装置のブロック図。

（第１実施形態）
以下、タッチ式入力装置の第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ダッシュボード１の中央部（センタークラスタ）にはディスプレイ２が設けられている。センターコンソール３には、シフトレバー４が設けられており、その手前側には、タッチ式入力装置５のタッチパネル１１がその操作面１１ａを露出させる態様で埋設されている。なお、操作面１１ａは、ディスプレイ２と略相似形をなす長方形状とされている。そして、ユーザは、指やスタイラス等の導電体を用いてタッチパネル１１をタッチ操作することにより、ディスプレイ２に表示された所望の機能項目の選択及び決定を行い、エアコンディショナやカーナビゲーション等の車載機器に所望の動作を実行させることが可能となっている。

図２及び図３に示すように、タッチパネル１１には、複数の第１電極１２と複数の第２電極１３とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターン１４が設けられている。なお、図面では、説明の便宜上、第１電極１２を７本、第２電極１３を５本だけ示している。

具体的には、タッチパネル１１は、第１電極１２が配置される第１基板１５と、第１基板１５上に設けられるとともに第２電極１３が配置される第２基板１６と、第２基板１６上に設けられるカバー１７とを備えている。第１基板１５、第２基板１６及びカバー１７は、それぞれ絶縁性材料からなり、操作面１１ａよりも大きな長方形板状に形成されている。そして、カバー１７の上面の一部がタッチパネル１１の操作面１１ａを構成している。

第１及び第２電極１２，１３は、それぞれ導電性材料からなり、帯状に形成されている。そして、第１電極１２は、第１基板１５における操作面１１ａと対向する範囲内で互いに平行になるように一方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。一方、第２電極１３は、第２基板１６における操作面１１ａと対向する範囲内で互いに平行になるように上記一方向と直交する方向（Ｙ方向）に沿って配置されている。これにより、第１及び第２電極１２，１３によって格子状のセンサパターン１４が操作面１１ａ内に形成されるとともに、第１電極１２と第２電極１３との交点部分にはコンデンサが形成されている。なお、本実施形態では、第１及び第２電極１２，１３は、それぞれ接着剤１８により第１及び第２基板１５，１６に固定されている。

図４に示すように、タッチ式入力装置５は、上記タッチパネル１１と、そのセンサパターン１４に駆動パルス信号を印可して操作面１１ａにおける導電体のタッチ位置を検出するコントローラ２１とを備えている。なお、本実施形態のコントローラ２１は、上記交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量が変化することにより生じる充放電電流に基づいてタッチ位置を検出する相互容量方式を採用している。

具体的には、コントローラ２１は、各第１電極（駆動電極）１２に接続される駆動部２２、各第２電極（センサ電極）１３に接続される検出部２３、及び駆動部２２と検出部２３の作動を制御する制御部２４を有している。駆動部２２には、駆動パルス信号を生成する駆動パルス生成部２５が設けられている。駆動部２２は、制御部２４からの制御信号に基づいて、所定周波数の駆動パルス信号（図５（ａ）参照）を生成するとともに、第１電極１２を１本ずつ選択して生成した駆動パルス信号を印加する。検出部２３は、制御部２４からの制御信号に基づいて、第２電極１３を１本ずつ選択し、第１電極１２に印加された駆動パルス信号に応じて該第２電極１３に流れる充放電電流を出力信号として受信する。また、検出部２３は、出力信号に基づいてコンデンサ毎の静電容量の変化を検出し、その変化量を示す検出信号を制御部２４に出力する。そして、制御部２４は、検出信号に基づいてタッチ位置を検出し、その検出結果をディスプレイ２に出力する。

ここで、第１電極１２に駆動パルス信号が印可されることで、該駆動パルス信号の周波数に応じて周期的に変化する電界がタッチパネル１１（タッチ式入力装置５）の外部に形成される。そして、この電界の変化が放射ノイズとなって外部に置かれた各種機器（例えば、携帯電話等）の作動に影響を与える虞がある。

この点を踏まえ、コントローラ２１は、上記のように選択した第１電極１２への駆動パルス信号の印加時において、該駆動パルス信号が印加されていない他の第１電極１２のいずれか１本に、駆動パルス信号と逆位相のキャンセルパルス信号を印加する。つまり、本実施形態では、第１電極１２がキャンセル電極としても機能しており、キャンセル電極が第１電極１２と平行に配置されていることになる。

具体的には、図４に示すように、駆動部２２には、上記駆動パルス生成部２５に加え、キャンセルパルス信号を生成するキャンセルパルス生成部２６と、駆動パルス生成部２５及びキャンセルパルス生成部２６と各第１電極１２との接続を切り換える切換部２７が設けられている。これにより、駆動部２２は、各第１電極１２に対して駆動パルス信号又はキャンセルパルス信号を切り換えて印加することが可能となっている。そして、駆動部２２は、上記のように制御部２４の制御信号に基づいて選択した第１電極１２に駆動パルス信号を印加する際に、駆動パルス信号の印加されていない任意の第１電極１２にキャンセルパルス信号を印加する。

また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、キャンセルパルス信号は、駆動パルス信号と同一の周波数、パルス幅及び振幅を有し、該駆動パルス信号と逆位相の信号とされている。すなわち、キャンセルパルス信号は、駆動パルス信号がＨレベルとなるタイミングでＬレベルとなるとともに、駆動パルス信号がＬレベルとなるタイミングでＨレベルとなる。

次に、本実施形態のタッチ式入力装置の作用について説明する。
選択された第１電極１２への駆動パルス信号の印加時に、駆動パルス信号の印可されない第１電極１２に対してキャンセルパルス信号が印加されるため、タッチパネル１１の外部には、駆動パルス信号に応じた電界に加えて、キャンセルパルス信号に応じた電界が形成される。そして、図５（ａ），（ｂ）に示すように、キャンセルパルス信号は、駆動パルス信号の位相と逆位相であるため、駆動パルス信号に応じた電界とキャンセルパルス信号に応じた電界とは、互いに反転した態様で変化する。その結果、図５（ｃ）に模式的に示すように、全体としてタッチパネル１１の外部に形成される電界の変化が小さくなり、放射ノイズが低減される。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）駆動パルス信号の印加時に、該駆動パルス信号と逆位相のキャンセルパルス信号を印加することで放射ノイズを低減するため、例えばローパスフィルタ等により駆動パルス信号の波形を変更する場合と異なり、検出精度や応答性の低下を抑制しつつ、放射ノイズを低減できる。

（２）コントローラ２１は、駆動パルス信号が印加されていない第１電極１２のいずれか一本にキャンセルパルス信号を印加するため、キャンセル電極を別途設けずともよくなる。これにより、タッチパネル１１が大型化することを抑制できる。

（３）第１電極１２をキャンセル電極として機能させたため、該キャンセル電極が第１電極１２と平行に設けられることになる。ここで、例えばキャンセル電極が第１電極１２と直交して設けられた場合等、複数の第１電極１２とキャンセル電極との間のそれぞれの距離の差が小さい場合には、タッチ操作の有無にかかわらず、それぞれの第２電極１３から出力される出力信号が、導電体が近接したときのように若干変化する虞がある。したがって、本実施形態のようにキャンセル電極を第１電極１２と平行にすることで、キャンセル電極を設けたことによる出力信号への影響を低減でき、検出精度の低下を抑制できる。

（第２実施形態）
次に、タッチ式入力装置の第２実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、タッチパネル１１における操作面１１ａと対向する範囲の外側には、帯状の導電性材料からなるキャンセル電極３１が設けられている。すなわち、キャンセル電極３１は、第１及び第２電極１２，１３とは別部材により構成されている。そして、キャンセル電極３１は、第１電極１２と平行に配置されている。なお、本実施形態のキャンセル電極３１は、第１基板１５上に配置されている。

図７に示すように、コントローラ２１は、上記検出部２３及び制御部２４に加え、第１電極駆動部３２及びキャンセル電極駆動部３３を有している。第１電極駆動部３２は、制御部２４からの制御信号に基づいて、駆動パルス信号（図５（ａ）参照）を生成するとともに、第１電極１２を１本ずつ選択して生成した駆動パルス信号を印加する。キャンセル電極３１は、制御部２４からの制御信号に基づいて、キャンセルパルス信号（図５（ｂ）参照）を生成するとともに、第１電極１２に駆動パルス信号が印加される際に、キャンセル電極３１にキャンセルパルス信号を印加する。

このように構成されたタッチ式入力装置５では、駆動パルス信号の印加時に、キャンセル電極３１に対してキャンセルパルス信号が印加されるため、上記第１実施形態と同様の作用を奏する。

次に、本実施形態の効果について記載する。なお、本実施形態では、上記第１実施形態の（１），（３）の効果に加えて以下の効果を有する。
（４）キャンセル電極３１を別途設けたため、第１電極１２にキャンセルパルス信号を印加しなくてもよくなる。したがって、コントローラ２１を第１電極１２に対して駆動パルス信号とキャンセルパルス信号とを切り換えて印加可能な構成としなくてもよくなり、コントローラ２１の内部構成を簡素化できる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第１実施形態では、第１電極１２がキャンセル電極として機能させることで、キャンセル電極が第１電極１２と平行になるようにしたが、これに限らず、第２電極１３がキャンセル電極として機能するようにしてもよい。つまり、キャンセル電極が第１電極１２と平行にならなくてもよい。また、上記第２実施形態において、例えばキャンセル電極３１が第１電極１２に対して斜交、あるいは直交するように配置してもよい。

・上記第２実施形態では、キャンセル電極３１を第１基板１５上に配置したが、これに限らず、例えば第２基板１６上に配置したり、第１及び第２基板１５，１６とは別に設けられた基板上に配置したりしてもよい。

・上記各実施形態では、キャンセルパルス信号の振幅を駆動パルス信号の振幅と一致させたが、これに限らず、キャンセルパルス信号の振幅は、駆動パルス信号の振幅より大きくても小さくてもよい。

・上記各実施形態では、コントローラ２１は、相互容量方式を採用してタッチ位置を検出したが、これに限らず、例えば第１及び第２電極１２，１３を１本ずつ選択して駆動パルス信号を印可し、選択した電極毎の静電容量の変化に基づいてタッチ位置を検出する所謂自己容量方式を採用してもよい。

５…タッチ式入力装置、１１…タッチパネル、１１ａ…操作面、１２…第１電極、１３…第２電極、１４…センサパターン、２１…コントローラ、２２…駆動部、２３…検出部、２４…制御部、２５…駆動パルス生成部、２６…キャンセルパルス生成部、２７…切換部、３１…キャンセル電極、３２…第１電極駆動部、３３…キャンセル電極駆動部。

Claims (4)

1. 複数の第１電極と複数の第２電極とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターンを有するタッチパネルと、
   前記センサパターンに駆動パルス信号を印加するとともに、前記センサパターンに形成されるコンデンサの静電容量の変化に基づいて前記タッチパネルの操作面におけるタッチ位置を検出するコントローラと、を備えたタッチ式入力装置において、
   前記駆動パルス信号の印加時に、該駆動パルス信号と逆位相のキャンセルパルス信号が印加されるキャンセル電極を備えたことを特徴とするタッチ式入力装置。
2. 請求項１に記載のタッチ式入力装置において、
   前記コントローラは、前記駆動パルス信号が印加されていない前記第１及び第２電極のいずれかに前記キャンセルパルス信号を印加することを特徴とするタッチ式入力装置。
3. 請求項１に記載のタッチ式入力装置において、
   前記キャンセル電極は、前記第１及び第２電極とは別部材により構成されることを特徴とするタッチ式入力装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のタッチ式入力装置において、
   前記コントローラは、前記第１電極に前記駆動パルス信号を印加するとともに、該駆動パルス信号に応じて前記第２電極から出力される静電容量の変化を示す出力信号に基づいてタッチ位置を検出するものであって、
   前記キャンセル電極は、前記第１電極と平行に設けられたことを特徴とするタッチ式入力装置。