JP2015076037A - 操作位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量方式のタッチパネルを操作する操作体の操作位置を検出するスキャン信号の周波数を高くすることができる操作位置検出装置を提供する。【解決手段】タッチパネル１０に配置された容量センサ１２にスキャン信号が印加されると、容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭはスキャン信号のレベルに応じて一旦上昇または低下してから基準電圧Ｖｒｅｆに収束する。センサ電圧ＶＭによりコンデンサ４８への充電が開始されると、スイッチ６０の切り替えによりコンデンサ４８が定電流源５０、５２のいずれかと接続し、コンデンサ４８が放電する。スキャン信号生成部３２は、Ｈレベルの信号幅が１周期の１／２よりも長く、Ｌレベルの信号幅が１周期の１／２よりも短いスキャン信号を生成する。計測部３６は、スキャン信号がＨレベルのときに、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量方式のタッチパネルを操作する操作体の操作位置を検出する操作位置検出装置に関する。

指等の操作体がタッチパネルを操作するときの操作位置を検出することにより、タッチパネルに対する操作に応じた処理を実行する技術が公知である。例えば、操作体がタッチパネルを操作する操作位置にボタンが表示されている場合には、選択されたボタンに対応する処理が実行される。静電容量方式のタッチパネルを用いる場合、操作体がタッチパネルを操作することによる静電容量の変化に基づいて操作位置が検出される（例えば、特許文献１参照）。

静電容量方式のタッチパネルにおいては、操作体がタッチパネルを操作する操作領域に、例えばＸ方向に複数の第１の電極と、Ｙ方向に複数の第２の電極とが格子状に配置され、第１の電極と第２の電極との交差箇所に静電容量を有する容量センサが形成される。

操作体がタッチパネルを操作すると、操作位置に対応する容量センサの静電容量が変化するので、容量センサの静電容量を検出することにより操作体の操作位置を検出できる。

特開２０１１−２５８１４３号公報

タッチパネルが大きくなると、操作位置の検出精度を維持するために電極数を増やして容量センサの個数を増加する必要がある。タッチパネルが大型化し容量センサの個数が増加すると、配線抵抗および浮遊容量が増加する。容量センサの静電容量を検出するために要する時間は、容量センサの静電容量と配線等の抵抗と浮遊容量とにより規定される時定数により決定される。配線抵抗および浮遊容量が増加すると時定数は増加する。

通常、時定数が増加すると容量センサの静電容量を検出するために要する検出時間が長くなるので、容量センサの静電容量を検出するスキャン信号の周波数を時定数に基づいて設定すると周波数が低下する。

スキャン信号の周波数が低下すると、タッチパネルの操作領域全体をスキャンするスキャン時間が長くなるので、操作位置を検出する応答性が低下する。また、スキャン信号の周波数が低下すると、例えば車載のタッチパネルの場合、他の車載機器や車内で使用する電子機器の使用周波数と干渉するおそれがある。

そこで、タッチパネルが大型化するとスキャン信号の周波数を高くすることにより、操作位置を検出する応答性の低下を抑制するとともに、他の電子機器への干渉を防止することが望まれる。また、タッチパネルの大きさに関わらず、スキャン信号の周波数を高くして操作位置を検出する応答性を向上させることが望ましい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、静電容量方式のタッチパネルを操作する操作体の操作位置を検出するスキャン信号の周波数を高くすることができる操作位置検出装置を提供することを目的とする。

本願発明者は、容量センサの静電容量の変化に基づいて静電容量方式のタッチパネルに対する操作体の操作位置を検出する場合、容量センサをスキャン信号によりスキャンし、そのときの容量センサのセンサ電圧により電荷蓄積用のコンデンサを充電するとともにコンデンサから放電させる構成を採用した。そして、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの時間を計測して容量センサの静電容量を検出しようとした。

操作体がタッチパネルを操作し、操作位置に対応する容量センサの静電容量が変化すると容量センサのセンサ電圧が変化するので、電荷蓄積用のコンデンサを充電する電圧が変化する。すると、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの時間が変化するので、この時間を計測することにより容量センサの静電容量の変化を検出できる。

この構成では、コンデンサの電圧が基準電圧に一致するとコンデンサからの放電を停止して終了させるとともに、コンデンサからの放電の終了タイミングと容量センサのセンサ電圧によるコンデンサへの充電の終了タイミングとが一致するように、計測を開始する前にコンデンサが放電する電流値を予め調整することが望ましい。

これにより、スキャン信号による１回の計測時間内において、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するとコンデンサへの充電とコンデンサからの放電とが終了するので、コンデンサの電圧が変動することを抑制できる。

ここで、スキャン信号の周波数が高くなりスキャン信号の周期が短くなると、容量センサの静電容量を検出するために許容される計測時間が短くなる。短くなった計測時間内で計測するために、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの時間を、コンデンサから放電する電流値を増加することにより短縮する必要が生じることがある。

しかしながら、コンデンサから放電する電流値を増加してコンデンサの電圧が基準電圧に一致する時間を短縮すると、コンデンサの電圧が基準電圧に一致してコンデンサからの放電が停止されるにも関わらず、容量センサのセンサ電圧によるコンデンサに対する充電が終了していないためにコンデンサへの充電が継続するおそれがある。

この場合、コンデンサが充放電を再び開始し、１回の計測時間内においてコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの時間が再び計測されるので、１回の計測時間内において、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの時間を正確に計測できない。その結果、容量センサの静電容量を誤検出するおそれがあることに、本願発明者は思い至った。

そこで、本願の操作位置検出装置は、静電容量方式のタッチパネルを操作する操作体の操作位置を検出する操作位置検出装置として、スキャン信号生成部と、コンデンサと、比較部と、放電制御部と、計測部と、を備える。

スキャン信号生成部はタッチパネルに配置された複数の容量センサの静電容量を検出するスキャン信号を生成し、コンデンサはスキャン信号が印加される容量センサのセンサ電圧により充電され、比較部はコンデンサの電圧と基準電圧との大きさを比較する。

放電制御部は、スキャン信号が立ち上がりまたは立ち下がりの一方を開始してから立ち上がりまたは立ち下がりの他方を終了するまでの信号幅において、コンデンサがセンサ電圧により充電されるときにコンデンサから放電させ、充放電によりコンデンサの電圧が変化してから基準電圧に一致したことを比較部による比較結果が示すとコンデンサからの放電を停止する。

さらに、スキャン信号生成部は、スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅を有するスキャン信号を生成する。計測部は、スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅において、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの所要時間を計測する。

この構成によれば、スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅において、コンデンサが充放電を開始してからコンデンサの電圧が基準電圧に一致するまでの所要時間を計測するので、スキャン信号の周波数が高くなり１周期の時間が短くなっても、コンデンサから放電する時間を極力長くすることができる。

これにより、スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅において、コンデンサからの放電が終了しても容量センサのセンサ電圧によるコンデンサへの充電が継続し、計測部が再度計測することを防止できる。その結果、スキャン信号の周波数を高くしても、スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅において容量センサの静電容量を正確に検出できる。

第１実施形態による操作位置検出装置を示すブロック図。 第１実施形態による操作位置検出装置の作動を示すタイムチャート。 第２実施形態による操作位置検出装置を示すブロック図。 第３実施形態による操作位置検出装置を示すブロック図。 第３実施形態による操作位置検出装置の作動を示すタイムチャート。 比較例の操作位置検出装置を示すブロック図。 比較例の操作位置検出装置の作動を示すタイムチャート。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１に示す操作位置検出装置２０は、指等の操作体がタッチパネル１０を操作する操作位置を検出するものである。操作体は導電体であればよく、指に限るものではない。操作位置検出装置２０は、制御部３０と検出部４０と定電流源５０、５２とスイッチ６０とを備えている。

タッチパネル１０には、Ｘ方向に複数の第１の電極と、Ｙ方向に複数の第２の電極とが格子状に配置され、第１の電極と第２の電極との複数の交差箇所に静電容量を有する容量センサ１２が形成される。タッチパネル１０は、静電容量方式のうち相互容量式のタッチパネルである。

図１のタッチパネル１０には、一つの容量センサ１２の回路構成が示されている。容量センサ１２は、第１の電極と第２の電極とにより生成される相互容量ＣＸに加えて、浮遊容量Ｃｐおよび配線抵抗Ｒを備えている。容量センサ１２は、制御部３０からタッチパネル１０に印加されるスキャン信号に対して微分回路として作動する。

操作位置検出装置２０の制御部３０は、スキャン信号生成部３２と定電流制御部３４と計測部３６とＡＮＤ回路３８とを備えている。制御部３０による処理は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等を備えるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」とも言う。）が制御プログラムを実行することによるソフトウェア処理、ならびに回路ロジックによるハードウェア処理により実行される。

スキャン信号生成部３２は、タッチパネル１０の容量センサ１２の静電容量を検出するために、第１電極または第２電極のうち例えば第１電極を駆動電極としてスキャン信号を順次印加する。スキャン信号は、矩形状のパルス信号である。

定電流制御部３４は、容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭにより電荷蓄積用のコンデンサ（Ｃｉ）４８が充電されるときに、一定の電流値でコンデンサ４８から放電させるために制御信号によりスイッチ６０を切替制御する。

計測部３６は、コンデンサ４８がセンサ電圧ＶＭにより充電されるとともに定電流制御部３４の制御により放電することにより、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが基準電源４６の基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を、容量センサ１２の静電容量に関連する物理量として計測する。

ＡＮＤ回路３８は、コンパレータ４４の出力電圧Ｖｃｏｍとスキャン信号との論理積を出力し、計測部３６による計測の許可または禁止を決定する計測信号の元信号を生成する。

検出部４０は、コンパレータ４２、４４と基準電源４６と電荷蓄積用のコンデンサ４８とを備えている。コンパレータ４２、４４の入力端子（＋）には基準電源４６から基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。コンパレータ４２は、基準電圧Ｖｒｅｆとコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎとを比較する。コンパレータ４４は、基準電圧Ｖｒｅｆとコンパレータ４２の出力電圧とを比較する。

定電流源５０、５２は、コンデンサ４８が容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭにより充電されるときに、コンデンサ４８から放電される電流値を一定にする。
スイッチ６０は、定電流制御部３４が出力する制御信号のレベルに応じて３種類の異なる切替状態になる。スイッチ６０は、制御信号がＬレベルのときにコンデンサ４８と接地側の定電流源５０とを接続し、制御信号がＨレベルのときにコンデンサ４８と電源Ｖｄｄ側の定電流源５２とを接続し、制御信号がＭレベルのときにコンデンサ４８と定電流源５０、５２との接続を遮断する。制御信号がＭレベルのときは、スイッチ６０に駆動電流が加わらない状態である。

（操作位置検出処理）
操作位置検出装置２０への通電がオンになると、制御部３０は、タッチパネル１０に対する操作位置を検出する操作位置検出処理の初期処理として、メモリ、カウンタ等を初期値に設定しマイコンの初期化を行う。

さらに、操作位置検出処理の初期処理として、制御部３０は、スキャン信号を印加されることにより容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭが変化してから基準電圧Ｖｒｅｆに収束するまでの時間、つまり、センサ電圧ＶＭによりコンデンサ４８への充電が開始されてから充電が終了するまでの充電時間を、図１には図示していない回路で計測する。

定電流制御部３４は、センサ電圧ＶＭによるコンデンサ４８への充電と定電流源５０、５２によるコンデンサ４８からの放電とによりコンデンサ４８の充放電が開始されてからコンデンサ４８の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間と、計測されたセンサ電圧ＶＭによるコンデンサ４８への充電時間とが一致するように、定電流源５０、５２の電流値を調整する。

前述したように、容量センサ１２はスキャン信号に対して微分回路として作動するので、スキャン信号が立ち上がるとセンサ電圧ＶＭは立ち上がり、スキャン信号が立ち下がるとセンサ電圧ＶＭは立ち下がる。センサ電圧ＶＭが立ち上がってから、または立ち下がってから減衰して基準電圧Ｖｒｅｆに収束するまでの時間、つまり前述した充電時間は容量センサ１２の時定数にしたがって決定される。

容量センサ１２の時定数は容量センサ１２の静電容量が変化しなければ一定であるから、スキャン信号のＨレベルおよびＬレベルの信号幅の長さに関わらず、充電時間は一定である。

第１実施形態では、図２に示すように、スキャン信号の周波数をＦｓｃａｎとすると、Ｈレベルの信号幅を１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも長くし、Ｌレベルの信号幅を１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも短く設定している。

ここで、計測部３６による計測は、コンデンサ４８の充放電が開始してからスキャン信号のレベルが切り替わるよりも少なくとも所定時間前に終了し、スキャン信号のレベルが切り替わるまでに余裕時間を確保する必要がある。

Ｈレベルの信号幅は１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも長く設定されているので、スキャン信号の周波数が高くなり１周期が短くなることによってＨレベルの信号幅が短くなっても、Ｌレベルに切り替わるよりも少なくとも所定時間前にセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電は終了する。

したがって、スキャン信号がＨレベルの場合、定電流制御部３４は、コンデンサ４８の充放電が開始されてからコンデンサ４８の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間が容量センサ１２による充電時間と一致するように、接地側の定電流源５０の電流値を調整する。

一方、Ｌベルの信号幅は１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも短く設定されているので、スキャン信号の周波数が高くなり１周期が短くなることによってＬレベルの信号幅が短くなると、スキャン信号のレベルがＨレベルに切り替わるよりも所定時間前にセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電が終了しないことがある。

この場合にも、定電流制御部３４は、操作位置検出処理の初期処理において、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間が、スキャン信号のレベルがＬレベルからＨレベルに切り替わるよりも少なくとも所定時間前になるように、電源側の定電流源５２の電流値を調整する。

以上の初期処理を実行してから、操作位置検出装置２０は容量センサ１２の容量検出処理を実行する。
図２に示すように、スキャン信号生成部３２は、制御部３０の内部で発生する同期信号ＳＹＮＣの立ち上がりタイミングにおいてコンパレータ４４の出力電圧ＶｃｏｍがＨレベルのときにスキャン信号が立ち上がり、同期信号ＳＹＮＣの立ち上がりタイミングにおいて出力電圧ＶｃｏｍがＬレベルのときにスキャン信号が立ち下がるようにスキャン信号を生成する。

同期信号ＳＹＮＣは、発生間隔の長いときと短いときとが交互になるように制御部３０の内部で発生されている。これにより、前述したように、スキャン信号の１周期（１／Ｆｓｃａｎ）において、Ｈレベルの信号幅は１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも長く、Ｌレベルの信号幅は１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも短くなっている。

コンデンサ４８は、センサ電圧ＶＭにより充電を開始されると、制御信号により接地側の定電流源５０または電源側の定電流源５２に接続される。つまり、コンデンサ４８は、センサ電圧ＶＭにより充電されるとともに一定の電流値で放電する。

スキャン信号が立ち上がってコンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが上昇してから低下して基準電圧Ｖｒｅｆに一致すると、コンパレータ４２の出力電圧はＬレベルからＨレベルになり、コンパレータ４４の出力電圧ＶｃｏｍはＨレベルからＬレベルになる。

また、スキャン信号が立ち下がってコンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが低下してから上昇して基準電圧Ｖｒｅｆに一致すると、コンパレータ４２の出力電圧はＨレベルからＬレベルになり、コンパレータ４４の出力電圧ＶｃｏｍはＬレベルからＨレベルになる。

尚、コンパレータ４２、４４の出力電圧は、入力端子（−）の電圧が入力端子（＋）の電圧よりも低くなるとＬレベルからＨレベルに変化し、高くなるとＨレベルからＬレベルに変化するのであるが、第１実施形態では説明を簡単にするために、入力端子（−）の電圧が変化して入力端子（＋）の電圧に一致するとコンパレータ４２、４４の出力電圧が変化すると記載している。

定電流制御部３４は、スキャン信号と出力電圧Ｖｃｏｍとが同じＨレベルであれば制御信号をＬレベルに設定し、同じＬレベルであれば制御信号をＨレベルに設定し、異なるレベルであれば制御信号をＭレベルに設定する。この制御信号により、スイッチ６０が切り替えられる。

つまり、スキャン信号がＬレベルからＨレベルに立ち上がってコンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが上昇してから低下して基準電圧Ｖｒｅｆに一致すると、出力電圧ＶｃｏｍがＨレベルからＬレベルに変化するので、制御信号がＬレベルからＭレベルになる。すると、スイッチ６０の切替状態が変化し、コンデンサ４８と定電流源５０との接続が遮断されるので、コンデンサ４８からの放電が停止する。

また、スキャン信号がＨレベルからＬレベルに立ち下がってコンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが低下してから上昇して基準電圧Ｖｒｅｆに一致すると、出力電圧ＶｃｏｍがＬレベルからＨレベルに変化するので、制御信号がＨレベルからＭレベルになる。すると、スイッチ６０の切替状態が変化し、コンデンサ４８と定電流源５２との接続が遮断されるので、コンデンサ４８からの放電が停止する。

ＡＮＤ回路３８はスキャン信号と出力電圧Ｖｃｏｍとの論理積（スキャン信号＆Ｖｃｏｍ）を出力する。計測部３６は、ＡＮＤ回路３８の出力信号（スキャン信号＆Ｖｃｏｍ）の反転信号を計測信号とする。計測部３６は、計測信号がＬレベルのときに、コンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが変化してから基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの所要時間を計測し、計測信号がＨレベルのときには計測しない。

計測部３６は、コンデンサ４８が充放電を開始して電圧Ｖｉｎが変化してから基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの所要時間を所定回数計測し、その平均を算出する。
センサ電圧ＶＭが立ち上がって、または立ち下がってから収束するまでの時間は容量センサ１２の時定数によって決定されるので、容量センサ１２の静電容量が変化しなければ、センサ電圧ＶＭが立ち上がって、または立ち下がってから収束するまでの時間はスキャン信号の周波数Ｆｓｃａｎに関係なく一定である。

これに対し、容量センサ１２の静電容量が低下し時定数が小さくなると、センサ電圧ＶＭが立ち上がって、または立ち下がってから収束するまでの時間は短くなる。
したがって、容量センサ１２の静電容量が低下することにより、センサ電圧ＶＭが立ち上がって、または立ち下がってから収束するまでの時間が短くなれば、コンデンサ４８が充放電を開始し、コンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが一旦上昇または低下してから基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間は短くなる。

指等の操作体がタッチパネル１０を操作すると、操作位置に対応する容量センサ１２の静電容量が低下する。したがって、計測部３６が今回計測した平均の所要時間とタッチパネル１０が操作されていないときに計測した所要時間との差が所定値以上であれば、該当する容量センサ１２の位置を指等の操作体がタッチパネル１０を操作する操作位置として検出できる。

ここで、例えばタッチパネル１０が大型化しても、操作体がタッチパネル１０を操作する操作位置を検出する応答性を低下させないためにスキャン信号の周波数を上昇させて周期が短くなると、前述したように、定電流制御部３４は、初期処理においてスキャン信号のＨレベルおよびＬレベルの信号幅に基づいて予め定電流源５０、５２を調整し、コンデンサ４８から放電させる電流値を増加させる。

コンデンサ４８から放電する電流値が増加すると、コンデンサ４８が充放電を開始してから電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間が短縮される。すると、容量センサ１２のセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電が終了するよりもコンデンサ４８からの放電が先に終了することがある。その結果、コンデンサ４８からの放電が終了しているにも関わらず、容量センサ１２のセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電が継続し、コンデンサ４８が再充電される。

そこで、第１実施形態では、前述したように、スキャン信号のＨレベルの信号幅を１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも長くしている。これにより、スキャン信号の周波数が高くなり１周期の長さが短くなることによってＨレベルの信号幅が短くなっても、スキャン信号がＨレベルの間に、容量センサ１２のセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電が終了するタイミングに合わせてコンデンサ４８からの放電量を調整し、容量センサ１２のセンサ電圧によるコンデンサ４８の充電が終了するタイミングと、コンデンサ４８からの放電が終了するタイミングとを一致させることができる。

したがって、スキャン信号がＨレベルの場合、コンデンサ４８からの放電が終了しているにも関わらず、容量センサ１２のセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電が継続し、コンデンサ４８が再充電されることを防止できる。これにより、スキャン信号がＨレベルの場合、計測部３６は計測を１回だけ実行する。

一方、スキャン信号がＬレベルの場合、信号幅が１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも短いので、スキャン信号の周波数が高くなり１周期の長さが短くなることによってＬレベルの信号幅が短くなると、コンデンサ４８からの放電が終了しているにも関わらず、容量センサ１２のセンサ電圧によるコンデンサ４８への充電が継続し、コンデンサ４８が再充電される。

しかし、スキャン信号がＬレベルの場合、ＡＮＤ回路３８の出力信号（スキャン信号＆Ｖｃｏｍ）がＬレベルになり、計測信号がＨレベルになるので、計測部３６は計測しない。

第１実施形態に対し図６に示す比較例による操作位置検出装置１００では、スキャン信号のＨレベルとＬレベルの信号幅を１周期の１／２とし、同じ信号幅にしている。
図７に示すように、比較例の操作位置検出装置１００では、第１実施形態と同様に、スキャン信号がＨレベルである信号幅において、検出部１０２のコンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが上昇してから低下して基準電圧Ｖｒｅｆに一致すると、制御信号がＬレベルからＭレベルになる。すると、スイッチ６０の切替状態が変化しコンデンサ４８と定電流源５０との接続が遮断されるので、コンデンサ４８からの放電は停止する。

しかし、スキャン信号の周波数が高くなり周期が短くなることに応じて、コンデンサ４８が充放電を開始してから基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を短くすると、容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭによるコンデンサ４８に対する充電が継続される。

これにより、コンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが上昇してから低下して基準電圧Ｖｒｅｆに一致すると出力電圧ＶｃｏｍはＨレベルからＬレベルに変化するものの、センサ電圧ＶＭによるコンデンサ４８に対する充電が継続されることにより、出力電圧ＶｃｏｍはＨレベルからＬレベルに変化してから再びＨレベルに変化する。その結果、計測信号は、ＬレベルからＨレベルに変化してから再びＬレベルに変化するので、計測部３６は、スキャン信号がＨレベルである信号幅において２回計測することになる。

スキャン信号がＬレベルである信号幅において、コンデンサ４８が充放電を開始し、電圧Ｖｉｎが低下してから上昇して基準電圧Ｖｒｅｆに一致するときも同様に、計測部３６は２回計測することになる。

このように、スキャン信号のレベルに関わらず信号幅において２回計測すると、容量センサ１２の静電容量を誤検出し、操作体がタッチパネル１０を操作する操作位置を誤検出するおそれがある。

これに対し第１実施形態の操作位置検出装置２０によると、スキャン信号のＨレベルの信号幅を１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも長くしているので、スキャン信号の周波数が高くなり１周期の長さが短くなっても、容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭによるコンデンサ４８の充電が終了するタイミングと、コンデンサ４８からの放電が終了するタイミングとを一致させることができる。

その結果、スキャン信号がＨレベルである信号幅において、計測部３６は１回だけ計測を実行する。これにより、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を正確に計測できる。

一方、信号幅が１周期（１／Ｆｓｃａｎ）の１／２よりも短いスキャン信号のＬレベルにおいては、ＡＮＤ回路３８の出力がＬレベルになるので、コンデンサ４８からの放電が終了した状態で容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭによるコンデンサ４８の充電が継続しても、計測部３６は計測を実行しない。

したがって、スキャン信号の周波数が上昇しても、容量センサ１２の静電容量を高精度に検出し、タッチパネル１０に対する操作体の操作位置を高精度に検出できる。
また、第１実施形態では、スキャン信号の周波数に基づいてコンデンサ４８が放電する電流を定電流源５０、５２により一定値にしているので、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を高精度に調整できる。

［第２実施形態］
図３に示す第２実施形態による操作位置検出装置７０では、第１実施形態のＡＮＤ回路３８に代えて制御用マイコン７４を用いている。操作位置検出装置７０のその他の構成は第１実施形態と実質的に同一である。

制御用マイコン７４は、コンパレータ４４の出力電圧Ｖｃｏｍとスキャン信号とに基づいて、第１実施形態のＡＮＤ回路３８と同じ信号を制御部７２の計測部３６に出力する。
これにより、計測部３６は、スキャン信号の周波数が高くなり１周期の長さが短くなっても、スキャン信号がＨレベルである信号幅において１回だけ計測する。したがって、スキャン信号の周波数が高くなっても、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を正確に計測できる。

［第３実施形態］
図４に、第３実施形態による操作位置検出装置８０を示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付している。

制御部９０のスキャン信号生成部９２は、図５に示すように、矩形波ではなく、スキャン信号の１周期の開始時において急激に立ち上がり、徐々に立ち下がる鋸波を生成する。鋸波の信号幅はスキャン信号の１周期に等しく、当然のことながら１周期の１／２よりも長い。その結果、スキャン信号に対して微分回路として作動する容量センサ１２のセンサ電圧ＶＭは、スキャン信号の１周期において１回だけ立ち上がり、基準電圧Ｖｒｅｆに収束する。

スキャン信号の１周期の開始時において急激に立ち上がり、徐々に立ち下がる鋸波の場合、コンデンサ４８から接地側への放電量を制御すればよいので、電源側の定電流源５２は使用せず、接地側の定電流源５０だけを使用する。

スイッチ８２は、コンデンサ４８と定電流源５０とを接続するか、コンデンサ４８と定電流源５０との接続を遮断するかの２状態を切り替える。スイッチ８２の切替状態を制御する制御信号は、コンデンサ４８と定電流源５０とを接続するＬレベルと、コンデンサ４８と定電流源５０との接続を遮断するＭレベルの２レベルでよい。定電流制御部３４は、制御信号としてコンパレータ４の出力電圧Ｖｃｏｍを使用してもよい。

第３実施形態では、鋸波をスキャン信号とすることにより、スキャン信号の周波数が高くなり１周期の長さが短くなっても、次の周期の鋸波が立ち上がり計測部３６による計測が開始されるよりも少なくとも所定時間前にコンデンサ４８からの放電を終了し、センサ電圧によるコンデンサ４８へ充電が終了するタイミングとコンデンサ４８からの放電の終了タイミングとを一致させることができる。

その結果、スキャン信号の１周期において、計測部３６は１回だけ計測を実行する。したがって、スキャン信号の周波数が高くなっても、コンデンサ４８が充放電を開始してからコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するまでの時間を正確に計測できる。

鋸波をスキャン信号とすることにより、スキャン信号の１周期の１／２よりも短い信号幅が存在せず、１周期の１／２よりも短い信号幅において計測部３６の計測を禁止する信号を生成する必要がないので、第３実施形態では第１実施形態のＡＮＤ回路３８を使用していない。

［他の実施形態］
操作体が操作したか否かによる容量センサ１２の静電容量の変化をコンデンサ４８の電圧Ｖｉｎの変化によって検出できるのであれば、定電流源５０、５２を設置せず、コンデンサ４８から放電する電流を一定値にしない構成を採用してもよい。

第１、第２実施形態において、Ｈレベルの信号幅が１周期の１／２よりも短く、Ｌレベルの信号幅が１周期の１／２よりも長い矩形波をスキャン信号生成部３２が生成してもよい。

また、第１、第２実施形態では、スキャン信号がＨレベルおよびＬレベルである信号幅に応じて定電流源５０、５２の電流値を設定した。これに対し、計測部３６が計測を実行しないＬレベルの信号幅を考慮せず、Ｈレベルの信号幅に応じて定電流源５０、５２の電流値を設定してもよい。

第３実施形態において、スキャン信号の１周期の開始時において急激に立ち下がり、徐々に立ち上がる鋸波をスキャン信号生成部９２が生成してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

１０：タッチパネル、１２：容量センサ、２０、７０、８０：操作位置検出装置、３０、７２、９０：制御部、３２、９２：スキャン信号生成部、３４：定電流制御部（放電制御部）、３６：計測部、４０：検出部、４２、４４：コンパレータ（比較部）、５０、５２：定電流源（定電流部）、６０、８２：スイッチ（放電制御部）

Claims (4)

1. 静電容量方式のタッチパネル（１０）を操作する操作体の操作位置を検出する操作位置検出装置（２０、７０、８０）であって、
   前記タッチパネルに配置された複数の容量センサ（１２）の静電容量を検出するスキャン信号を生成するスキャン信号生成部（３２、９２）と、
   前記スキャン信号が印加される前記容量センサのセンサ電圧により充電されるコンデンサ（４８）と、
   前記コンデンサの電圧と基準電圧との大きさを比較する比較部（４２、４４）と、
   前記スキャン信号が立ち上がりまたは立ち下がりの一方を開始してから立ち上がりまたは立ち下がりの他方を終了するまでの信号幅において、前記コンデンサが前記センサ電圧により充電されるときに前記コンデンサから放電させ、充放電により前記コンデンサの電圧が変化してから前記基準電圧に一致したことを前記比較部による比較結果が示すと前記コンデンサからの放電を停止する放電制御部（３４、６０、８２）と、
   前記コンデンサが充放電を開始してから前記コンデンサの電圧が前記基準電圧に一致するまでの所要時間を計測する計測部（３６）と、
   を備え、
   前記スキャン信号生成部は、前記スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅を有する前記スキャン信号を生成し、
   前記計測部は、前記スキャン信号の１周期の１／２よりも長い信号幅において前記所要時間を計測する、
   ことを特徴とする操作位置検出装置。
2. 前記スキャン信号生成部（３２）は、前記スキャン信号として、１周期の１／２よりも長い信号幅を有する矩形波を生成し、
   前記計測部は、前記スキャン信号の１周期において、前記矩形波のレベルに基づいて、１周期の１／２よりも長い信号幅で前記所要時間を計測し、１周期の１／２よりも短い信号幅では前記所要時間を計測しない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の操作位置検出装置。
3. 前記スキャン信号生成部（９２）は前記スキャン信号として鋸波を生成することを特徴とする請求項１に記載の操作位置検出装置。
4. 前記コンデンサが放電する電流値を一定にする定電流部（５０、５２）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の操作位置検出装置。

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