JP3199506U - 能動静電容量式タッチデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】使用時の利便性及び静電容量式タッチパネルの感知する感度を高めることができる能動静電容量式タッチデバイスを提供する。【解決手段】ユーザが静電容量式タッチパネルを使用して且つ該静電容量式タッチパネルと接触点を形成することを提供し，そのうち，該静電容量式タッチパネルは駆動回路を有し，且つ該駆動回路は周波数を含む信号を生成し，該能動静電容量式タッチデバイスは接触部品２０及び模擬誘導性回路３０を含み，接触部品２０は該静電容量式タッチパネルに接触するために使用し，模擬誘導性回路３０は接触部品２０と結合し，且つ模擬誘導性回路３０は該能動静電容量式タッチデバイスが該周波数を含む信号を受信する能力を増強し，該静電容量式タッチパネルが該接触点の位置を検出できるようにする。【選択図】図７

Description

本考案は静電容量式タッチデバイスに関し，特に能動静電容量式タッチデバイスに関する。

タッチセンサ技術の発展，及びスマートフォンとタブレットコンピュータの普及に伴い，ユーザが直感的に指でタッチ操作をすることができ，静電容量式タッチセンサを一般的なタッチセンサの原理とし，静電容量式タッチパネルは駆動回路を有し，駆動回路は周波数を含む信号を送信することができ，タッチするもの（例えば指）は静電容量式タッチパネルの接触面積と生成された静電容量値を介し，周波数を含む信号を吸収し，静電容量式タッチパネルの接触点の位置を検出できるようにし，マンマシンインターフェースの相互作用を達成するが，静電容量式タッチパネルには，少なからず問題が存在する：

第一に、静電容量式タッチパネルは必ず表示モジュールの前方に設置しなければならず，直接的に画面の表示効果に影響を与え，特に反射型の画面への影響はより深刻であり，例えば電子インクの画面などのペーパータイプの表示画面は，このタッチセンサ技術を採用しにくい。

第二に、タッチするもの，例えば指は，比較的大きな接触面積を有し且つ導電性を有さなければ，静電容量式タッチパネルに有効的に接触点の位置を検知させることができず，以下は原因を証明する。

静電容量の定義は下記であり図１に示す：

Ｃ：静電容量
Ａ：二つの導電板の重畳している面積


ｄ：二つの導電板の間の距離

以上から，二つの導電板の接触面積がより大きければ静電容量もより大きくなり，すなわち，もし接触面積が小さすぎると，接触する静電容量も低すぎる結果となり，タッチセンサの感度が悪くなる。

第三に、タッチセンサの精度と感度は容易にタッチするものの表面についた異物に影響され，例えば指が汗で濡れていると反応の感度が下がる。

したがって誰かが受動的なタッチペンを使用して静電容量式タッチパネルのタッチするものとして提案する場合，受動的なタッチペンは導電性で，指のような性質を有しており，既知の受動的なタッチペンは一般的に円形の接触面を有する導電性スティックであり，該円形の接触面の面積は十分な大きさがあれば，静電容量式タッチパネルの駆動回路が発信する信号を吸収でき，図２を参照すると，その既知の受動的なタッチペンの概略図であり，ユーザが受動的なタッチペンの円型の接触面２を使用して静電容量式タッチパネル５０に接触する時に，ユーザの体を静電容量６０と見なすことができ，ユーザの体の静電気は地面に排出され且つ微弱電流を生成し受動的なタッチペンの円形の接触面２及び静電容量式タッチパネル５０の表面に静電容量効果１０を生成して，周波数がより高い電流の場合，静電容量は低インピーダンスの良質な導体であり，このように受動的なタッチペンの円形の接触面２は静電容量式タッチパネル５０の接触点からとても小さな電流を吸収し，したがって静電容量式タッチパネル５０に信号を生成し，前記のように，受動的なタッチペンの円形の接触面２と静電容量式タッチパネル５０の間の接触面積に十分な大きさがあれば，有効的な接触を得ることができ，静電容量式タッチパネルに接触点を感知させることができる。

また，各社メーカーが生産した静電容量式タッチパネルの駆動回路が発信する信号の周波数が全く違い，もしユーザが使用しているタッチペンが各社メーカーの推し進める静電容量式タッチパネルをサポートできることを希望するのなら，受動的なタッチペンを使用しなければならないが，受動的なタッチペンは前記のように比較的大きな接触面積を必要とする問題を有しており，その後誰かが自社製品（パネルの信号周波数に対応した）に対して開発した能動的なタッチペンを提案した場合，該能動的なタッチペンは駆動回路及び電極を設けており，出力電界は自社製品のタッチパネルの感知ラインに対応し，タッチパネルの感知精度を高め，且つその能動的なタッチペンは全て感知回路及び電極を設けており，タッチパネルのフィードバックされた信号を感知し，接触を識別することに使用するが，このような能動的なタッチペンの構造は非常に複雑であり，製造コストがかかりすぎるだけでなく，他のメーカーの静電容量式タッチパネルに使用できない。

さらに，誰かが共振原理をタッチパネルに応用することを提案した場合，タッチパネルの感知能力を高めることができるが，共振原理を応用したタッチパネルのみ比較的高い感知能力を有しており，すなわち，全てのタッチパネルが高い感知能力を有する訳ではない。

したがってユーザにとって，上記二種類の解決策はユーザが思い通りに同じタッチペンを使用して任意の静電容量式タッチパネルを操作し，且つ同時に高感度の効果に配慮できる商品を提供できない。

本考案は能動静電容量式タッチデバイスを提供し，この能動静電容量式タッチデバイスを通して使用時の利便性及び静電容量式タッチパネルの感知する感度を高めることができる。

本考案は直列共振の原理を能動静電容量式タッチデバイスに応用し，特定の周波数の範囲下で信号を完全に通過させて吸収させる。本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスはユーザが静電容量式タッチパネルを使用してまた該静電容量式タッチパネルと接触点を形成することを提供し，該接触点は静電容量効果を生成し，そのうち，該静電容量式タッチパネルは駆動回路を有し，且つ該駆動回路は周波数を含む信号を生成し，本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは接触部品及び模擬誘導性回路を含む。

本考案の接触部品はユーザに該静電容量式タッチパネルに接触するために提供される。本考案の模擬誘導性回路は該接触部品と結合し，且つ模擬誘導性回路は該能動静電容量式タッチデバイスが該周波数を含む信号を受信する能力を増強し，該静電容量式タッチパネルが該接触点の位置を検出できるようにする。

一つの実施形態において，模擬誘導性回路を誘導性素子とすることができ，本考案の能動静電容量式タッチデバイスは接触部品と静電容量式タッチデバイスを介して，該接触点を通して生成される静電容量効果は静電容量式タッチパネルの駆動回路が送信する周波数を含む信号を吸収し，誘導性素子を利用して特定周波数の応答を増加するが，本案はこれらに限定されない。

一つの実施形態において，模擬誘導性回路を演算増幅器とし，且つ該演算増幅器は帰還コンデンサを有し，且つ該演算増幅器は抵抗器と並列できる。本考案の能動静電容量式タッチデバイスは接触部品と静電容量式タッチパネルを介して接触し，該接触点を通して生成される静電容量効果は静電容量式タッチパネルの駆動回路が送信する周波数を含む信号を吸収し，演算増幅器を利用し帰還コンデンサに加えて特定周波数の応答能力を高めるが，本案はこれらに限定されない。

一つの実施形態において，模擬誘導性回路はインピーダンス変換回路と結合し，該インピーダンス変換回路は演算増幅器及び抵抗器を含み，抵抗器は演算増幅器と並列される。本考案の静電容量式タッチデバイスは接触部品と静電容量式タッチパネルを介して接触し，該接触点を通して生成される静電容量効果は静電容量式タッチパネルの駆動回路が送信する周波数を含む信号を吸収し，模擬誘導性回路の演算増幅器を利用して帰還コンデンサに加え，及びインピーダンス変換回路の演算増幅器は帰還コンデンサを加えて且つ抵抗器と並列し，特定周波数の応答能力とその帯域幅を高めるが，本案はこれらに限定されない。

本考案は共振原理を利用して静電容式タッチデバイスの接触する静電容量と外部インダクタンスによって特定周波数の吸収能力が増加し，静電容量式タッチパネルの感度を高めることによって，同時に演算増幅器を利用してインピーダンス変換を実現し，及び静電容量と抵抗器を利用して誘導機に移行し，さらに特定周波数の応答能力の効果を大幅に高めることを実現し，本考案は調節可能な静電容量または抵抗器を利用して自動または手動で特定周波数を調節して受信し，したがって本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは各種の静電容量式タッチパネルに適用し，構造も比較的簡単で，生産コストを大幅に下げ，本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは特定周波数の吸収能力を増加することができるため，静電容量式タッチパネルの必要とする接触面積を小さくすることができ，より精密に該パネルの細かい所に接触しやすい。

本考案は以上の問題に対処してさらに研究し，長時間の設計と開発を経て，さらに本案「能動静電容量式タッチデバイス」を完成し，既知の技術がまだ達成できていない目標の解決に用いる。

図１は静電容量の定義の概略図である。 図２は既知の静電容量式タッチペンの概略図である。 図３は直列共振回路の概略図である。 図４Ａは単一容量素子の概略図である。 図４Ｂは単一容量素子また直列する誘導性素子の概略図である。 図４Ｃは単一容量素子及び容量素子また直列する誘導性素子の生成するリードデータの曲線図である。 図５は本考案の能動静電容量式タッチデバイスの実施例１の概略図である。 図６は本考案の能動静電容量式タッチデバイスの実施例２の概略図である。 図７は本考案の実施例２の演算増幅器の概略図である。 図８は本考案の能動静電容量式タッチデバイスの実施例３の概略図である。 図９は既知の能動静電容量式タッチデバイスと本考案の能動静電容量式タッチデバイスの生成する周波数応答能力の比較図である。

審査委員及びこの技術から学ぶ人々に，本考案の効果を完全に理解してもらうため，この図示及び図面番号を組み合わせて，本考案のより優れた実施例を下記に説明する：

もしタッチパネルと操作子の接触面積を小さくすることができるなら，該タッチパネルの細かい所を精密に操作しやすいが，接触面積を小さくするなら静電容量を下げてしまい，タッチパネルの周波数を含む信号を吸収する能力もそれに伴い下げてしまう，この点を踏まえて，本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは直列共振原理を利用し，そのうち静電容量のインピーダンスの定義は下記の公式であり，この公式から分かるとおり静電容量がより高くなると，その両端のインピーダンスはより低くなり，それ故信号はより簡単に吸収され，本考案は直列共振原理を使用して，能動静電容量式タッチデバイスを特定周波数の範囲において信号を完全に通過させ吸収させることができる。

その主要な原因は，直列する一つの誘導性素子が信号を吸収する経路において，直列共振点を生成し，該周波数が共振する時において，信号は破損せずに通過して吸収される。

図３を参照すると，その直列共振回路の概略図であって，下記のΧ_Ｌとω_Ｌの公式により導きだすことができたω＝ω０，ωの定義を回路の共振角周波数とし，また該共振角周波数によりパネルの駆動回路の送信する周波数ｆ_０を導きだすことができる。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照すると，図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ単一の容量素子及び容量素子また直列する誘導性素子の概略図であって，図４Ｃは単一の容量素子及び容量素子また直列する誘導性素子の生成するリードデータの曲線図であって，図４Ｃから分かるとおり，同様の２７３ｋＨｚの状況下で，容量素子また直列する誘導性素子（図中の正方形の標記）は特定周波数において直列共振の導通する能力が単一の静電容量の導通する能力（図中の三角形の標記）より確かにはるかに大きい。

本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスはユーザが静電容量式タッチパネルを使用して該静電容量式タッチパネルと接触点を形成することを提供し，該能動静電容量式タッチデバイスと該静電容量式タッチパネルの間の該接触点に静電容量効果を生成し，そのうち，該静電容量式タッチパネルは駆動回路を有し，且つ駆動回路は周波数を含む信号を生成し，本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは接触部品及び模擬誘導性回路を含む。

本考案の接触部品はユーザに該静電容量式タッチパネルに接触するために提供され，該接触部品の材料は導電材料または高誘電体材料とし，且つ静電容量効果に影響されない状況下で，該接触部品の外装は非導電材料に被覆されるが，本案はこれらに限定されない。

本考案の模擬誘導性回路は該接触部品と結合し，且つ該模擬誘導性回路は該能動静電容量式タッチデバイスの該周波数を含む信号を受信する能力を増強し，該静電容量式タッチパネルが該接触点の位置を検出できるようにする。

図５に示されている，本考案の能動静電容量式タッチデバイスの実施例１の概略図を参照すると，この実施例において，模擬誘導性回路３０を誘電性素子３１とし，本考案の能動静電容量式タッチデバイスは接触部品２０と静電容量式タッチパネル５０を介して接触し，両者の間の接触点を通して生成される静電容量効果１０は該静電容量式タッチパネル５０の駆動回路（図に未表記）の発信する該周波数を含む信号を吸収し，また誘電性素子３１を利用して特定周波数の応答を増加し，該能動静電容量式タッチデバイスの該周波数を含む信号を受信する能力を増強するが，本案はこれらに限定されない。

上記の実施例１において，ただ直列する単一の誘導器を利用するだけで品質因子（Ｑ）をより高くすることができ，このように周波数の範囲はより低くすることができ，本考案は現用増幅器を利用してより優れた静電容量効果を実現でき，図６及び図７に示されている，それぞれの本考案の能動静電容量式タッチデバイスの実施例２の概略図及び演算増幅器の概略図を参照すると，この実施例において，模擬誘導性回路３０を演算増幅器ＯＰ１とし，且つ該演算増幅器ＯＰ１は帰還コンデンサＣ１を有し，且つ該演算増幅器ＯＰ１は抵抗器Ｒ１と並列でき，この時該接触部品２０は容量素子Ｃ２及び抵抗器Ｒ２を含む直列回路とみなすことができ，該直列回路は該模擬誘導性回路３０と直列する。本考案の能動静電容量式タッチデバイスは接触部品２０と該静電容量タッチパネルを介して接触し，両者の間の接触点を通して生成される静電容量効果１０は静電容量式タッチパネル５０の駆動回路（図に未表記）の発信する周波数を含む信号を吸収し，且つ演算増幅器ＯＰ１を利用して帰還コンデンサＣ１に加えて特定周波数の応答能力を高め，該能動静電容量式タッチデバイスの該周波数を含む信号を受信する能力を増強するが，本案はこれらに限定されない。

実施例２において，もし下記の公式を参照するなら，理論上，直列配置において，Ｘ_ＣとＸ_Ｌは相互に打ち消し合うが，事実上，理想化された素子の電流は相反しており，このような原因は主にコイルが生成する電気抵抗の影響により引き起こされる。したがって，該電流は直列共振回路に最大の共振を提供する。ｆがｆ_０に近づく状況において，電流は最も大きく，回路の電気抵抗は最も低くなる。このような状態において回路はアクセプター回路（ａｃｃｅｐｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ）と呼ばれる。ｆ＜ｆ_０且つＸ_Ｌ＜＜（−Ｘ_Ｃ）の状況において，この時の回路を静電容量回路とし，ｆ＞ｆ_０且つＸ_Ｌ＞＞（−Ｘ_Ｃ）の状況において，この時の回路を誘電性回路とする。

図８に示されている，本考案の能動静電容量式タッチデバイスの実施例３の概略図を参照すると，この実施例において，模擬誘導性回路３０はインピーダンス変換回路４０と結合し，且つ該インピーダンス変換回路４０は演算増幅器ＯＰ２、抵抗器Ｒ３及び抵抗器Ｒ４を含み，抵抗器Ｒ３は演算増幅器ＯＰ２と並列し，抵抗器Ｒ４は抵抗器Ｒ３と演算増幅器ＯＰ２の並列回路に直列する。本考案の能動静電容量式タッチデバイスは接触部品２０と静電容量式タッチパネル５０を介して接触し，両者の間の接触点を通して生成される静電容量効果１０は静電容量式タッチパネル５０の駆動回路（図に未表記）の発信する周波数を含む信号を吸収し，模擬誘導性回路３０の演算増幅器ＯＰ１を利用して帰還コンデンサＣ１に加え，及びインピーダンス変換回路４０の演算増幅器ＯＰ２に帰還コンデンサを加えて且つ抵抗器Ｒ３と並列し，特定周波数の応答能力とその帯域幅を高め，該能動静電容量式タッチデバイスの該周波数を含む信号を受信する能力を増強するが，本案はこれらに限定されない。

さらに，本考案の使用する抵抗器または容量素子は調節可能な抵抗器または容量素子とするが，本案はこれらに限定されない。

一つの実施例において，信号吸収回路は集積回路（ＩＣ）に統合することができるが，本案はこれらに限定されない。

一つの実施例において，本考案の能動静電容量式タッチデバイスをタッチペンまたはタッチデバイス用手袋とするが，本案はこれらに限定されない。

図９を参照すると，既知の能動静電容量式タッチデバイスと本考案の能動静電容量式タッチデバイスの生成する周波数の応答能力の比較図であって，図中のＡ曲線は既知の一般的な人体の接触だけの静電容量を示し，図中のＢ曲線は本考案の実施例１の誘導器を利用して増加した特定周波数の応答を示し，図中のＣ曲線は本考案の実施例３の演算増幅器を利用して帰還コンデンサを加えて抵抗器と並列し，高めた特定周波数の応答能力とその帯域幅を示し，該資料により明らかに分かるように，本考案の能動静電容量式タッチデバイスは共振原理を応用して確実に周波数を含む信号を吸収する能力を増加することができる。

本考案は共振原理を利用して能動静電容量式タッチデバイスの周波数を含む信号を吸収する能力を増加し，静電容量式タッチパネルの感度を高め，同時に演算増幅器を利用してインピーダンス変換を実現し，及び静電容量と抵抗器を利用して誘導器に移行し，さらに特定周波数の応答能力の効果を大幅に高めることを実現し，本考案は調節可能な静電容量または抵抗器を利用して自動または手動で特定周波数を調節して受信し，したがって本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは各種の静電容量式タッチパネルに適用し，構造も比較的簡単で，生産コストを大幅に下げ，本考案の提供する能動静電容量式タッチデバイスは特定周波数の吸収能力を増加することができるため，静電容量式タッチパネルの必要とする接触面積を小さくすることができ，より精密に該パネルの細かい所に接触しやすい。

上記の実施例は本考案の原理及びその効果を説明しただけであり，本考案に限定されるものではない。したがってこの技術から学ぶ人々が上記の実施例に修正及び変更を行っても依然として本考案の精神から逸脱しない。本考案の権利範囲は下記の特許請求の範囲に列挙されているとおりである。

２ 受動的なタッチペンの円型の接触面
１０ 静電容量式タッチパネルの生成する静電容量効果
２０ 接触部品
３０ 模擬誘導性回路
３１ 誘導性素子
ＯＰ１ 演算増幅器
ＯＰ２ 演算増幅器
Ｃ１ 帰還コンデンサ
Ｃ２ 容量素子
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ２ 抵抗器
Ｒ３ 抵抗器
Ｒ４ 抵抗器
４０ インピーダンス変換回路
５０ タッチパネル
６０ ユーザの体の静電容量

Claims (11)

1. 静電容量式タッチパネルに使用し且つ接触点を形成する能動静電容量式タッチデバイスであり，そのうち，該静電容量式タッチパネルは駆動回路を有し，且つ該駆動回路は周波数を含む信号を生成し，該能動静電容量式タッチデバイスは以下を含む：
   該静電容量式タッチパネルと接触するために用いる接触部品；及び
   該接触部品と結合する模擬誘導性回路であり，且つ該模擬誘導性回路は該能動静電容量式タッチデバイスの該周波数を含む信号を受信する能力を増強し，該静電容量式タッチパネルが該接触点の位置を検出できるようにすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
2. 請求項１に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該模擬誘導性回路を誘導性素子とすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
3. 請求項１に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該模擬誘導性回路を演算増幅器とすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
4. 請求項３に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該演算増幅器を帰還コンデンサとすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
5. 請求項４に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該演算増幅器は抵抗器と並列することを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
6. 請求項１に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該接触部品の材料を導電材料または高誘電体材料とすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
7. 請求項１に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，さらにインピーダンス変換回路を含み，該インピーダンス変換回路は該模擬誘導性回路と結合することを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
8. 請求項７に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該インピーダンス変換回路は演算増幅器及び抵抗器を含むことを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
9. 請求項２に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該誘導性素子を調節可能な誘導性素子とすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
10. 請求項１に記載の能動静電容量式タッチデバイスをタッチペンまたはタッチデバイス用手袋とすることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。
11. 請求項１に記載の能動静電容量式タッチデバイスにおいて，そのうち該接触部品の外装は非導電材料に被覆されることを特徴とする能動静電容量式タッチデバイス。