JP4825272B2 - コンデンサ式タッチパッドの制御回路、方法及びその応用 - Google Patents

Description

本発明はコンデンサ式タッチパッドに係り、特にコンデンサ式タッチパッドの制御回路、方法及びその応用に関するものである。

コンデンサ式タッチパッドはコンパクト、節電や耐用性等の特性を持ち、現在多くがノートブックパソコン、携帯電話、携帯情報端末（PDA）、及びマルチメディア再生パネル上に応用されている。コンデンサ式タッチパッドは、一般には、印刷回路板、ガラスまたはプラスチック薄膜をベースとしその上の印刷金属、酸化インジウムスズ導電薄膜もしくはその他材質の図案をセンサとして実現するものであり、異なる応用に基づきセンサの形状や大きさもまた異なる。鉄製ペンや指などの導体がタッチパッドに接触すると、センサ上でキャパシタンス変化を起こし、その変化量を制御回路が感知することにより使用者の入力情報を獲得し、これに基づいてタッチ制御を行う。よって、公知技術は導体接触により発生するキャパシタンス変化量（ΔＣ）の増加によってタッチパッド機能を向上させている。特許文献１のコンデンサ式タッチパッドの制御方法は、相互の逆方向電流信号によって近接するセンサに対して充放電を行い、差動方式がキャパシタンス変化量を増加してタッチパッドの機能を向上させた。

米国特許第５９２０３０９号明細書

しかし、キャパシタンス変化量の他、コンデンサ式タッチパッドの効果は基本キャパシタンス（Ｃ_BASE）との相関を示し、基本キャパシタンスが高く、キャパシタンス変化量が明らかでない時、感知し難い故、効果が低下する。言い換えれば、コンデンサ式タッチパッドの効果はΔＣ/Ｃ_BASEに正比例しており、公知の差動探知方式はキャパシタンス変化量を高めるが同時に近接するセンサ間の寄生キャパシタンスもまた増加する為、コンデンサ式タッチパッドの基本キャパシタンスが上がり効果改善には程度上の限界がある。

本発明の目的の一つはコンデンサ式タッチパッドの制御回路の提供にある。
本発明の目的の一つはコンデンサ式タッチパッドの制御方法の提供にある。
本発明の目的の一つはコンデンサ式タッチパッドモジュールの提供にある。

本発明において、コンデンサ式タッチパッドの制御回路は変調器を備え第一信号及び第一信号と同位相の第二信号を供給する。マルチプレクサーはコンデンサ式タッチパッド及び変調器を接続し、第一信号をコンデンサ式タッチパッド上の第一トレースに供給し、並びに第二信号をコンデンサ式タッチパッド上の第二トレースに供給する。並びに復調器をマルチプレクサーに接続して参考信号で第一トレース上の信号を復調する。

本発明においてコンデンサ式タッチパッドの制御回路は変調器を備え、第一信号及び第一信号と同様の位相を備える第二信号を供給する。マルチプレクサーはコンデンサ式タッチパッド及び変調器を接続し、第一信号をコンデンサ式タッチパッド上のセンサ層に供給し、並びに第二信号をコンデンサ式タッチパッド上のアース層に供給する。

本発明の提供するコンデンサ式タッチパッドの制御方法において、コンデンサ式タッチパッドは第一トレース及び第二トレースを備え、前記制御方法は、第一信号が第一トレースに対して充放電を行い、第一信号と同様の位相を備える第二信号が第二トレースに対して充放電を行い、並びに参考信号で第一トレース上の信号を復調する方法である。

本発明の提供するコンデンサ式タッチパッドの制御方法において、コンデンサ式タッチパッドは一つのセンサ層及び一つのアース層を備え、前記制御方法は、第一信号がセンサ層に対して充放電を行い、並びに第一信号と同様の位相を備える第二信号をアース層に提供する方法である。

本発明の提供するコンデンサ式タッチパッドの制御回路、方法及びその応用は、同相信号を供給して近接する導体間の寄生キャパシタンスを低下し、タッチパッドの基本キャパシタンスを減少させて感知量を向上させることにより、探知範囲を更に広くし、コンデンサの媒質を更に厚くし、コンデンサ式タッチパッドの効果を更に向上させる。

本発明の第一実施例図である。 図１の実施例に関する回路図である。 本発明の第一実施例に関する各信号の波形図である。 本発明の制御方法において各トレースに対して行う充放電スキャン図である。 図４のトレース間の寄生キャパシタンスである。 本発明の制御方法に関する一変化例図である。 本発明の制御方法に関するもう一つの変化例図である。 図７の実施例に関するＹ方向トレースへの応用図である。 一般のキャパシタンスセンサの平面図である。 もう一つの公知キャパシタンスセンサの平面図である。 本発明の一次元センサへの応用図である。 二層構造式センサの断面図である。 三層構造式センサの断面図である。 四層構造式センサの断面図である。 本発明に関するコンデンサ式タッチパッドモジュールの一実施例図である。 プッシュボタン式センサの平面図である。 本発明に関するコンデンサ式タッチパッドモジュールの別の実施例図である。 本発明の制御回路が提供可能な各種波形図である。

図１には本発明の一実施例図を示す。コンデンサ式タッチパッド１０上には複数のセンサ１２を備える。縦方向のセンサ１２間は導線で連結してトレース（trace）Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｍを形成し、横方向のセンサ１２にも同様にそれぞれトレースＹ１、Ｙ２・・・Ｙｍを形成する。変調器１６の生成する電流信号はアナログマルチプレクサー１４が繋ぐトレースを選択することにより、信号ｍｕｘ１及びｍｕｘ２に変調され、復調器１８は参考信号Ｍｕｘ＿Ｖｒｅｆで信号ｍｕｘ１を復調して信号ｐｐｅａｋとｎｐｅａｋを生じさせて電圧処理回路２０に供給する。電圧処理回路２０は更に信号ｐｐｅａｋとｎｐｅａｋ間の電圧差を変換してコンデンサ式タッチパッド１０上のキャパシタンス変化情報を獲得する。

図２は図１の実施例の回路図であり、図３は変調器及び復調器中のシグナルエンドの各信号波形図である。コンデンサ式タッチパッド１０が作動する場合、電流源１６１〜１６４は変調電流を供給し、Ｍ１〜Ｍ４は変調切り替スイッチとなり、周波数発生器（未図示）の供給する変調クロック制御を受けて同位相の電流信号Ｉｍｏｄ１とＩｍｏｄ２が生成される。図２においてスイッチＳ１、スイッチＳ２により図１を示したアナログマルチプレクサー１４は電流信号Ｉｍｏｄ１がスイッチＳ１を経由してコンデンサ式タッチパッド１０上の第一トレースに対して充放電を行う。コンデンサＣ１は第一トレースの等価キャパシタンスを示し、電圧信号ｍｕｘ１を生成する。電流信号Ｉｍｏｄ２がスイッチＳ２を経由して第二トレースに対して充放電を行う。コンデンサＣ２は第二トレースの等価キャパシタンスを示し、電圧信号ｍｕｘ２を生成する。復調クロックＡとＢは復調切替スイッチＡ１、Ｂ１、Ａ２、及びＢ２を制御し、直流の参考電圧信号Ｍｕｘ＿Ｖｒｅｆによって電圧信号ｍｕｘ１を復調し、半波整流信号ｐｐ及びｎｐを生成し、信号ｐｐ及びｎｐは更にＲＣフィルタ回路を経て濾過されて直流信号ｐｐｅａｋ及びｎｐｅａｋとなる。信号ｐｐｅａｋ及びｎｐｅａｋ間の電圧差ΔＶは、第一トレース上のキャパシタンス変化量との相関を示す。本実施例において信号ｍｕｘ１のピーク値は2.5Ｖで最低値は0.5Ｖである。言い換えれば第一トレース上の基本電圧差ΔＶは１Ｖであり導体が第一トレースに対してキャパシタンス効果の誘導が引き起こされた時、ΔＶは低下する。図１に示す通り、アナログマルチプレクサー１４は変調器１６の供給する電流信号を逐一コンデンサ式タッチパッド１０上の各トレースに対し前記の充放電スキャンを行い、電圧処理回路２０は更に各トレース上の電圧差ΔＶの変化に変換を加えると、コンデンサ式タッチパッド１０のキャパシタンス変化波形が生じる。

公知の差動タッチパッド技術は、相互逆相となる電流信号を近接トレースに対して充放電し第一トレースと第二トレース上の電圧信号を相互逆相として、近接するトレース間のキャパシタンス変化量を拡大し、また、第二トレース上の逆相電圧信号もまた復調器に供給されて第一トレース上の信号を復調するものである。本発明は信号ｍｕｘ２を使用せずにｍｕｘ１を復調し、別に参考信号を復調器１８に供給する故、信号ｍｕｘ２の位相は逆相の制限を受けないものとなる。図４には、本発明の充放電スキャン図を示す。スキャンしたい第一トレースがＸｎである時、マルチプレクサーは電流信号Ｉｍｏｄ１をトレースＸｎに連結し、電圧信号ｍｕｘ１を生じさせる。並びに電流信号Ｉｍｏｄ２をトレースＸｎに近接する両側のトレースＸｎ＋１とＸｎ−１に供給して電圧信号ｍｕｘ２を生じさせる。図５に示す通り、信号ｍｕｘ２と信号ｍｕｘ１の位相は同様である故、トレースＸｎとトレースＸｎ＋１及びＸｎ−１間の寄生キャパシタンスＣｐ１とＣｐ２は小さく、よって電圧差ΔＶの変化が顕著になる。また、信号ｍｕｘ２がトレースＸｎ上の信号ｍｕｘ１に対し遮蔽（シールド）効果を提供する為、信号ｍｕｘ１が受ける障害を減少させ、更にタッチ制御効果を改善する。

図６は本発明の制御方法に関する一変化例図である。スキャンしようとする第一トレースがＸｎである時、マルチプレクサーはトレースＸｎに対して充放電し信号ｍｕｘ１を生じさせる。同時にトレースＸｎの両側の複数のトレースＸｎ-ｊ〜Ｘｎ−1及びＸｎ＋１〜Ｘｎ＋ｉに対して充放電を行い信号ｍｕｘ２を生じさせると、同様に近接トレース間の寄生キャパシタンスを改善し、更に効果的なシールド効果を提供する。

図７は本発明の制御方法に関するもう一つの変化例図である。一回で複数のトレースＸｎ〜Ｘｎ＋ｂに対してスキャンを行い、トレースＸｎ〜Ｘｎ＋ｂに対して充放電を行うのと同時に、電流信号と同相の信号をトレースＸｎ-ｊ〜Ｘｎ−1及びトレースＸｎ＋ｂ＋１〜Ｘｎ＋ｂ＋ｉに供給して同相の電圧信号ｍｕｘ１とｍｕｘ２を生じさせることにより、トレースＸｎ〜Ｘｎ＋ｂ上のキャパシタンス変化の探知が便利になる。

図８は図７の実施例に関するＹ方向トレースへの応用図である。信号ｍｕｘ１がＹｎ〜Ｙｎ＋ｂに供給されるのと同時に、信号ｍｕｘ２はトレースＹｎ〜Ｙｎ＋ｂ両側に位置するＹｎ-ｊ〜Ｙｎ−１及びトレースＹｎ＋ｂ＋１〜Ｙｎ＋ｂ＋ｉに供給される。

本発明の提供する制御回路及び方法はセンサの形状及びサイズの制限を受けることがない。図９及び図１０は一般によく見られるキャパシタンスセンサの平面図である。図９のＸ方向センサ１２０は多角形でＹ方向センサ１２２は菱形であるが、図１０のＸ方向センサ１２４及びＹ方向センサ１２６はどちらも菱形である。各Ｘ方向センサ１２４間は導線（未図示）で相互接続しており、Ｙ方向センサ１２６は直接連結している。その他の実施例において単独のキャパシタンスセンサは円形もしくはその他形状としてもよく、面に穴を開けて調節することも可能である。

図１１に本発明の一次元センサへの応用図を示す。センサ３２に対して充放電を行うのと同時に、同相信号を供給しセンサ３２の両側のセンサ３０及びセンサ３４に対し充放電を行う。同相信号ｍｕｘ１とｍｕｘ２を発生しセンサ３２とセンサ３０、センサ３４間の寄生キャパシタンスを減少させ、並びにノイズを低減する。

本発明の制御方法はＺ軸方向の寄生キャパシタンスを減少する方法であり、図１２に二層構造式センサの断面図を示す。図中のセンサ層４０は誘電層４２上に印刷した金属もしくは酸化インジウムスズ導電薄膜であり、アース層４４は誘電層４２の下方にある。本実施例において、センサ層４０上のスキャン信号と同位相のシールド信号をアース層４４に供給し、センサ層４０とアース層４４上に同相信号を生じさせてセンサ層４０とアース層４４間の寄生キャパシタンスを低下させ、並びにシールド効果を提供する。

図１３は三層構造式センサの断面図であり、センサ層４０とセンサ層４８は金属もしくは酸化インジウムスズ導電薄膜により構成され、誘電層４２と誘電層４６はそれぞれセンサ層４０、センサ層４８、及びアース層４４を仕切っている。本実施例においてセンサ層４０及びセンサ層４８上のスキャン信号は同じ位相を備えており、アース層４４に供給するシールド信号もまたスキャン信号と同位相である故、センサ層４０、センサ層４８とアース層４４間の寄生キャパシタンスを低下させシールド効果を提供する。

図１４は四層構造式センサの断面図である。図中のアース層４４下方には誘電層５０と素子層５２を設け、前記実施例と同様に、アース層４４とセンサ層４０、センサ層４８に同位相のシールド信号を供給する。

図１５は本発明に関するコンデンサ式タッチパッドモジュールの一実施例図である。制御回路５５は導線５５２によってセンサ層４０上の各センサに対し充放電を行うスキャン信号を供給し、導線５５４によってスキャン信号と同位相のシールド信号をアース層４４に供給する。その他の実施例においてセンサは三層もしくは四層構造式である。

公知のコンデンサ式タッチパッドをタッチパネルに応用する場合、センサ下方にアース層を増設してパネル端から放射されるノイズを低減しなければならないが、アース層は元来、回路のキャパシタンスセンサ量を低下させてしまう。そこで本発明は公知のセンサ層下方に増設せざるを得ないアース層またはその他導電層を使って、センサのスキャン信号と同位相のシールド信号を前記層に入力し、探知回路端に見られる基本キャパシタンスを大幅に低減する。即ち、コンデンサ式タッチパッドのセンサ量を増加することにより公知のコンデンサ式タッチパネルの欠点を改善する。

図１６はプッシュボタン式センサの平面図である。プッシュボタン６０と外周のアース層６４間には相互を隔てる隙間６２がある故、プッシュボタン６０とアース層６４間には寄生キャパシタンスが存在する。図１７を参照すると、制御回路５５は導線５５２を介してプッシュボタン６０に対し充放電を行い、並びに導線５５４を介して充放電信号と同相の信号をアース層６４に供給してアース層６４とプッシュボタン６０間の寄生キャパシタンスを低減し、並びにシールド効果を提供する。制御回路５５は図１及び図２のような構造にすることも可能である。即ち、変調器から発生する同位相のスキャン信号及びシールド信号はマルチプレクサーを経由してコンデンサ式タッチパッドに連結され、スキャン信号及びシールド信号はそれぞれセンサ層及びアース層に供給されることによりセンサ層とアース層上に同相の信号を生じさせる。

図１８は本発明の制御回路が提供可能な各種波形図であり、方形波、三角波、のこぎり波等を含む。

本発明の提供するコンデンサ式タッチパッドの制御回路及び方法は、同相信号を供給して近接する導体間の寄生キャパシタンスを低減し、タッチパッドの基本キャパシタンスを減少してセンサ量を向上させる。よって探知範囲を更に広くし、コンデンサの媒質を更に厚くし、コンデンサ式タッチパッドの効果を更に向上させる。

前述した通り、本発明の実施例において為された説明は内容を明らかにする目的に基づいており、本発明の綿密に開示した形式を制限するものではなく、前記説明もしくは本発明の実施例に倣い修正や変化を加えることは可能である。実施例とは本発明の原理を解説し当該技術の熟知者に各種実施例を使って本発明を実際に応用してもらう為の説明であり、本発明の技術思想精神は以下の特許登録請求の範囲及びそれに同等価値のものに依拠し決定するものとする。

１０ コンデンサ式タッチパッド
１２ センサ
１２０ Ｘ方向センサ
１２２ Ｙ方向センサ
１２４ Ｘ方向センサ
１２６ Ｙ方向センサ
１４ アナログマルチプレクサー
１６ 変調器
１６１ 電流源
１６２ 電流源
１６３ 電流源
１６４ 電流源
１８ 復調器
２０ 電圧処理回路
３０ センサ
３２ センサ
３４ センサ
４０ センサ層
４２ 誘電層
４４ アース層
４６ 誘電層
４８ センサ層
５０ 誘電層
５２ 素子層
５５ 制御回路
５５２ 導線
５５４ 導線
６０ プッシュボタン
６２ 隙間
６４ アース層

Claims (15)

1. コンデンサ式タッチパッドの制御回路において、
   該コンデンサ式タッチパッドは第一トレース及び第二トレースを備え、
   前記制御回路は、
   第一信号及び第一信号と同位相の第二信号を供給する変調器と、
   マルチプレクサーであって、その第１端がコンデンサ式タッチパッドに、その第２端が変調器に接続され、前記第一信号を前記第一トレースに、前記第二信号を前記第二トレースに供給する前記マルチプレクサーと、
   該マルチプレクサーの前記第２端に接続されて、参考信号で前記第一トレース上の信号を復調する復調器と、を備えることを特徴とするコンデンサ式タッチパッドの制御回路。
2. 前記参考信号は直流電圧であることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ式タッチパッドの制御回路。
3. 前記制御回路は復調器の復調結果をキャパシタンス変化量に変換する電圧処理回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ式タッチパッドの制御回路。
4. 前記第二トレースは前記第一トレースに近接することを特徴とする、請求項１記載のコンデンサ式タッチパッドの制御回路。
5. 前記第一トレースに前記第一信号が供給されるのと同時に、前記第二トレースに前記第二信号が供給されることを特徴とする、請求項１記載のコンデンサ式タッチパッドの制御回路。
6. コンデンサ式タッチパッドの制御方法において、
   該コンデンサ式タッチパッドは第一トレース及び第二トレースを備え、
   前記制御方法は、
   第一信号が前記第一トレースに対して充放電を行い、
   前記第一信号と同位相の第二信号が前記第二トレースに対して充放電を行い、
   参考信号で前記第一トレース上の信号を復調することを特徴とするコンデンサ式タッチパッドの制御方法。
7. 前記参考信号で前記第一トレース上の信号を復調するステップは、参考信号として直流電圧を供給することを含むことを特徴とする請求項６記載のコンデンサ式タッチパッドの制御方法。
8. 前記コンデンサ式タッチパッドの制御方法は、更に、前記参考信号で第一トレース上の信号を復調した結果をキャパシタンス変化量に変換するステップを含むことを特徴とする請求項６記載のコンデンサ式タッチパッドの制御方法。
9. コンデンサ式タッチパッドモジュールにおいて、
   第一トレース及び第二トレースを備えるコンデンサ式タッチパッドと、
   第一信号及び第一信号と同位相の第二信号を供給する変調器と、
   マルチプレクサーであって、その第１端がコンデンサ式タッチパッドに、その第２端が変調器に接続され、前記第一信号を前記第一トレースに、前記第二信号を前記第二トレースに供給する前記マルチプレクサーと、
   該マルチプレクサーの前記第２端に接続されて、参考信号で前記第一トレース上の信号を復調する復調器と、を備えることを特徴とするコンデンサ式タッチパッドモジュール。
10. 前記参考信号は直流電圧であることを特徴とする請求項９記載のコンデンサ式タッチパッドモジュール。
11. 前記第一トレースは複数の第一センサを備えることを特徴とする請求項９記載のコンデンサ式タッチパッドモジュール。
12. 前記第二トレースは複数の第二センサを備えることを特徴とする請求項９記載のコンデンサ式タッチパッドモジュール。
13. 前記第二トレースは第一トレースに近接することを特徴とする請求項９記載のコンデンサ式タッチパッドモジュール。
14. 前記コンデンサ式タッチパッドモジュールは更に電圧処理回路を備えて復調器の復調結果をキャパシタンス変化量に変換することを特徴とする請求項９記載のコンデンサ式タッチパッドモジュール。
15. 前記第一トレースに前記第一信号が供給されるのと同時に、前記第二トレースに前記第二信号が供給されることを特徴とする請求項９記載のコンデンサ式タッチパッドモジュール。

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