JP4920728B2 - 容量判別装置及び静電容量式タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、複数のコンデンサの容量を比較する容量判別装置と、複数の検出電極の浮遊容量を比較し、入力操作体が接近して浮遊容量が増大する検出電極の配置位置から入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルに関する。

電子機器のディスプレーに表示されたアイコンなどを指示入力するポインティングデバイスとして、指などの入力操作体が入力操作面に接近することによる静電容量の変化を利用し、非接触で入力操作位置を検出し、ディスプレーの背面側に配置しても入力操作を検出可能な静電容量式タッチパネルが知られている。

従来の静電容量式タッチパネルは、多数のＸ側電極とＹ側電極を絶縁基板の表裏で交差するようにマトリックス状に形成し、指などの入力操作体を接近させた付近で、交差する各Ｘ側電極とＹ側電極間の静電容量が変化することから、入力操作体による絶縁基板への操作位置を検出していた（特許文献１）。

この静電容量式タッチパネル１００では、図５に示すように、多数のＹ側電極１０１に順次、所定のパルス電圧を印加して走査し、各Ｙ側電極１０１にパルス電圧を印加している間に、パルス電圧が印加されたＹ側電極１０１と交差する各Ｘ側電極１０２の電圧を検出する。指などの入力操作体を絶縁基板へ接近させると、入力操作体が接近する位置で交差するＸ側電極１０２とＹ側電極１０１間の静電容量が変化することから、制御手段１０３は、静電容量の変化で電圧が変化したＸ側電極１０２と、その時にパルス電圧を印加したＹ側電極１０１の配置位置によって、入力操作体の絶縁基板への操作位置を検出する。

また、入力操作位置での未知の静電容量を、静電容量と既知の抵抗値との時定数から検出する容量判別装置も知られている（特許文献２）。この容量判別装置は、未知の容量である静電容量（浮遊容量）のコンデンサＣに対し直列若しくは並列に検出抵抗Ｒを接続してＲＣ時定数回路を形成し、検出抵抗Ｒの一側に所定の電圧Ｖｄｄを加え若しくは一側を接地し、コンデンサＣの静電容量ｃと検出抵抗Ｒの抵抗値ｒとで定まる時定数ｒｃに依存して上昇若しくは下降するコンデンサＣの電位を、所定の基準電位と比較し、基準電位に達するまでの充電時間若しくは放電時間を比較して静電容量の大きさを判別する。

この検出原理を利用すれば、絶縁パネル上に配置した検出電極の浮遊容量（検出電極と接地間の静電容量）は、指などの入力操作体が接近すると増大して充放電時間が長くなるので、検出電極の電位が所定の基準電位となるまでの充放電時間を計時することにより、入力操作を行わない場合の充放電時間と比較して、検出電極に接近する入力操作を検出することができる。

特開２００５−３３７７７３号公報（明細書の項目００１７乃至項目００３１、図１） 特開２００９−７０００４号公報（明細書の項目００１４乃至項目００２０、図２）

特許文献１により開示されている静電容量式タッチパネル１００は、指などの入力操作体を静電容量の変化から検出する為に、多数のＸ側電極１０２とＹ側電極１０１を絶縁基板上に配置する必要があり、入力操作面が大面積となると、その入力面積の増加に応じて静電容量の変化を検出するＸ側電極とＹ側電極の数が増大し、各電極の交差位置について走査する走査周期が長くなり、短時間で入力操作位置を検出できないという問題がある。

更に、パルス電圧を印加する手段を設ける必要があるほか、入力操作面が拡大するにつれて、マトリックス状に配線する多数のＸ側電極１０２とＹ側電極１０１を走査する為に、相当する本数に対応するマルチプレクサを用いなければならず、回路構成が複雑、大型化するという問題があった

また、特許文献２に示される浮遊容量と既知の抵抗値との時定数から未知の浮遊容量を検出する容量判別装置では、各コンデンサ毎に未知の容量を検出する為に、充放電時間を計時するカウンター、カウンターメモリ等からなる時間計測回路を設ける必要があった。一方、共通の時間計測回路で複数のコンデンサの容量を検出するとすれば、各コンデンサ毎に基準電位に達する充放電時間を要するので、全てのコンデンサの容量を短時間に検出できなかった。

従って、複数の検出電極から浮遊容量が増大する検出電極を検出する静電容量式タッチパネルに上述の時定数を利用した検出方式を用いても、複数の検出電極の全てに時間計測回路を設けないかぎり、短時間に入力操作を検出できず、実用化の障害となっていた。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、複数のコンデンサの容量を、共通する時間計測回路を用いて短時間に比較できる容量判別装置を提供することを目的とする。

また、パルス電圧などの検出信号を発生する発生手段やマルチプレクサを用いずに、簡単な構成で入力操作位置を検出できる静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。

また、入力操作面が大型化し、絶縁パネル上に配置する検出電極の数が増加しても、共通する時間計測回路を用いて、短時間に各検出電極の浮遊容量を比較し、入力操作位置を検出できる静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の容量判別装置は、各コンデンサの未知の容量の大きさに応じて、基準時ｔ０から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力する複数の容量−時間変換手段と、複数の容量−時間変換手段の各出力に複数のビットからなる各並列入力が対応して接続され、複数の容量−時間変換手段の基準時ｔ０を同期させ、基準時ｔ０から二値データの反転時までの時間より充分に短い周期で、各容量−時間変換手段からそれぞれ出力される二値データを、新たな二値データが入力されるまで複数ビットのパラレルデータとして一時記憶するパラレル入力レジスタと、パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータを監視し、新たに入力される二値データによる前記パラレルデータの少なくともいずれかのビットデータの変化を検知するレジスタ値監視手段と、少なくとも基準時ｔ０からの経過時間を計数するカウンターと、レジスタ値監視手段がパラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの変化を検知する毎に、検知時のカウント値と、検知時にパラレル入力レジスタに記憶されたパラレルデータとを関連づけて記憶する記憶手段とを備え、全ての容量−時間変換手段から出力される二値信号の二値データが反転した後、記憶手段に記憶されたカウント値とパラレルデータとから、各コンデンサの容量を比較することを特徴とする。

複数の容量−時間変換手段は、基準時ｔ０を同期させるので、各コンデンサの容量の大きさに応じて順に二値データが反転した二値信号を出力し、パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの各容量−時間変換手段に対応するビットデータを変化させる。記憶手段に記憶されたパラレルデータは、基準時ｔ０からの経過時間を示すカウント値と関連づけて記憶されるので、パラレルデータのいずれかのビットデータが変化する変化履歴を表し、カウント値から得るその直前のパラレルデータと比較することにより、変化したビットデータと、基準時ｔ０からのそのビットデータが変化するまでの経過時間が得られる。従って、変化したビットデータとその時の基準時ｔ０からの経過時間とから、そのビットデータに対応する容量−時間変換手段のコンデンサの容量の大きさが判別される。

請求項２の静電容量式タッチパネルは、絶縁パネル上に互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、各検出電極に接続し、各検出電極の浮遊容量の大きさに応じて、基準時ｔ０から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力する複数の容量−時間変換手段と、複数の容量−時間変換手段の各出力に複数のビットからなる各並列入力が対応して接続され、複数の容量−時間変換手段の基準時ｔ０を同期させ、基準時ｔ０から二値データが反転するまでの時間より充分に短い周期で、各容量−時間変換手段からそれぞれ出力される二値データを、新たな二値データが入力されるまで複数ビットのパラレルデータとして一時記憶するパラレル入力レジスタと、パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータを監視し、新たに入力される二値データによる前記パラレルデータの少なくともいずれかのビットデータの変化を検知するレジスタ値監視手段と、少なくとも基準時ｔ０からの経過時間を計数するカウンターと、レジスタ値監視手段がパラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの変化を検知する毎に、検知時のカウント値と、検知時にパラレル入力レジスタに記憶されたパラレルデータとを関連づけて記憶する記憶手段とを備え、全ての容量−時間変換手段から出力される二値信号の二値データが反転した後、記憶手段に記憶されたカウント値とパラレルデータとから、各検出電極の浮遊容量の大きさを比較し、検出電極に接近する入力操作を検出することを特徴とする静電容量式タッチパネル。

複数の容量−時間変換手段は、基準時ｔ０を同期させるので、各検出電極の浮遊容量の大きさに応じて順に二値データが反転した二値信号を出力し、パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの各容量−時間変換手段に対応するビットデータを変化させる。記憶手段に記憶されたパラレルデータは、基準時ｔ０からの経過時間を示すカウント値と関連づけて記憶されるので、パラレルデータのいずれかのビットデータが変化する変化履歴を表し、カウント値から得るその直前のパラレルデータとを比較することにより、変化したビットデータと、基準時ｔ０からのそのビットデータが変化するまでの経過時間が得られる。従って、変化したビットデータとその時の基準時ｔ０からの経過時間とから、そのビットデータに対応する容量−時間変換手段が接続する検出電極の浮遊容量の大きさを比較でき、比較して浮遊容量が大きい検出電極の配置位置から、その検出電極に接近する入力操作が検出される。

請求項３の静電容量式タッチパネルは、複数の各容量−時間変換手段が、検出電極の浮遊容量に直列若しくは並列に接続し、各容量−時間変換手段で共通する抵抗値の抵抗と、前記抵抗の抵抗値と検出電極の浮遊容量とで定まる時定数で、基準時ｔ０から浮遊容量を充電若しくは放電し、検出電極の電位を接地電位から所定の充電電位まで引き上げ若しくは前記充電電位から接地電位まで引き下げる充放電回路と、検出電極の電位を、前記充電電位と接地電位の間に設定した基準電位と比較する比較回路とを備え、比較回路から、検出電極の浮遊容量の大きさに応じて、基準時ｔ０から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力することを特徴とする。

抵抗の抵抗値と検出電極の浮遊容量とで定まる時定数で浮遊容量が充放電されるので、検出電極の電位は、浮遊容量が大きいほど緩やかに上昇若しくは下降し、基準時ｔ０から基準電位を越えるまでの時間が長くなり、比較回路は、検出電極の浮遊容量の大きさに応じて、基準時ｔ０から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力する。

請求項４の静電容量式タッチパネルは、浮遊容量が最大の検出電極に入力操作体が接近したものとして、該検出電極の配置位置を入力操作位置とすることを特徴とする。

入力操作を行う入力操作体が最も接近する検出電極の浮遊容量が、他の検出電極の浮遊容量に比べて増大するので、浮遊容量が最大となる検出電極の配置位置を入力操作位置とすることができる。

請求項１の発明によれば、複数の容量−時間変換手段の基準時ｔ０を同期させて同時に動作させても、共通のカウンターで各コンデンサの容量の大きさを比較できる。

複数の容量−時間変換手段を同時に動作させるので、その制御が容易であり、短時間に検出できる。また、各コンデンサの容量を同時に比較するので、計測時間が異なることによる誤差がなく、正確に各容量の大きさを比較できる。

請求項２の発明によれば、パルス電圧などの検出信号を発生する発生手段やマルチプレクサ等を用いずに、共通するカウンターを用いた簡単な構成で、複数の検出電極の浮遊容量を比較できる。

また、共通のカウンターで、複数の検出電極の浮遊容量を同時に比較できるので、短時間に、検出電極に接近する入力操作を検出できる。

また、複数の容量−時間変換手段を同時に動作させるので、その制御が容易であり、各検出電極の浮遊容量を同時に同一環境で比較するので、計測時間が異なることによる浮遊容量の変化の影響を受けずに、正確に各検出電極の浮遊容量を比較し、入力操作を検出できる。

請求項３の発明によれば、複数の検出電極を走査し、浮遊容量の変化を検出するための交流信号を順に発信する必要がなく、複数の検出電極の浮遊容量を同時に充電若しくは放電して、各検出電極の浮遊容量の大きさを比較できるので、入力操作面が拡大して検出電極数が増加しても、短時間に特定の検出電極に接近する入力操作を検出できる。

請求項４の発明によれば、検出電極に指などの入力操作体を接触させなくても、接近させるだけで、その検出電極の浮遊容量は、他の検出電極より大きくなるので、絶縁パネル上に表示素子を積層させても、表示素子の表示を見ながら、非接触で入力操作位置を入力できる。

本発明の一実施の形態に係る静電容量式タッチパネル１の複数の容量−時間変換回路２を示す回路図である。 静電容量式タッチパネル１の要部ブロック図である。 各容量−時間変換回路２のａ、ｂ、ｃの波形を示す波形図である。 マイコン２０の動作を示す波形図である。 従来の静電容量式タッチパネル１００を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る静電容量式タッチパネル（以下、タッチパネルという）１を、図１乃至図４を用いて説明する。このタッチパネル１は、図示しない絶縁パネル上に例えば数ｍｍの間隔で互いに絶縁して複数の検出電極３_１、３_２、３_３、３_４が配置される。各検出電極３の浮遊容量Ｃｓは、その周囲の導電パターン、機器を遮蔽するシールドケース、大地との間に形成される容量の総和で表されるが、他の容量が略一定であるの対して、操作者の指等の入力操作体が接近すると増大する。そこで、各検出電極３の浮遊容量Ｃｓ_１、Ｃｓ_２、Ｃｓ_３、Ｃｓ_４を比較し、他と比較して浮遊容量Ｃｓが最大となる検出電極３に対して入力操作の入力操作体が接近したものとして、その検出電極３の配置位置に接近する入力操作を検出する。

ここでは、説明の都合上、タッチパネル１が４つの検出電極３_１、３_２、３_３、３_４の浮遊容量Ｃｓ_１、Ｃｓ_２、Ｃｓ_３、Ｃｓ_４を比較して入力操作を検出するものとして説明する。各検出電極３の浮遊容量Ｃｓ_１、Ｃｓ_２、Ｃｓ_３、Ｃｓ_４を比較するため、図１に示すように、各検出電極３には、それぞれ浮遊容量Ｃｓを二値信号の時間幅で表して出力する容量−時間変換回路２が接続されている。

各容量−時間変換回路２は、コモン端子を基準充電電圧Ｖｄｄと接地電位ＧＮＤとの間で切り換える充放電スイッチ４と、充放電スイッチ４のコモン端子と検出電極３間に直列に接続され、検出電極３の浮遊容量Ｃｓのコンデンサと時定数回路を形成する検出抵抗Ｒ１、Ｒ２と、非反転入力を検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点に接続し、反転入力を基準電位Ｖ_ＳＨとしたコンパレータ５とを備えている。基準電位Ｖ_ＳＨは、基準充電電圧Ｖｄｄと接地電位ＧＮＤの間の所定の電位で、ここではＶｄｄの７０％の電位に設定され、これにより、充放電スイッチ４が接地電位ＧＮＤから基準充電電圧Ｖｄｄ側に切り換えられると、検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値と浮遊容量Ｃｓから定まる時定数で浮遊容量Ｃｓが充電され、接地電位ＧＮＤから上昇する検出電極３の電位が基準電位Ｖ_ＳＨを越えると、コンパレータ５の出力ｃが反転する。

容量−時間変換回路２の検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値、コンパレータ５等の回路定数、基準電位Ｖ_ＳＨの電位は、各容量−時間変換回路２について同一であり、又、各充放電スイッチ４は、同一の基準時ｔ０に基準充電電圧Ｖｄｄが印加されるように、図２に示すマイコン２０からの切り換え制御信号ａによって同時に切り換え制御される。従って、上述の浮遊容量Ｃｓ（説明上、浮遊容量Ｃｓのコンデンサを浮遊容量Ｃｓという）が基準充電電圧Ｖｄｄで充電される際の検出電極３の電位の上昇速度は、検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に浮遊容量Ｃｓを乗じた時定数で決定されるが、専ら浮遊容量Ｃｓに依存し、浮遊容量Ｃｓが大きくなるほど、電圧の上昇が緩やかになり、基準時ｔ０からコンパレータ５の出力ｃが反転するまでの時間も長くなる。一般に、検出電極３についての浮遊容量Ｃｓは、約１０ｐＦであり、指などの入力操作体の接近により変化する浮遊容量Ｃｓの変化量は、１乃至３ｐＦ程度であるので、その変化を出力ｃが反転するまでの時間から判別するために、各検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を、ここでは１０ＭΩとしている。

図２に示すように、各容量−時間変換回路２のコンパレータ５の出力ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、４ビットのＰＩＰＯ（並列入力並列出力形）レジスタである第１レジスタ（Ｔ）６に４ビットのパラレルデータとして並列入力される。パラレルデータの各ビットデータは、各出力ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の２値信号の値に対応し、出力が「Ｈ」であるときに「１」、「Ｌ」であるときに「０」として記憶される。また、第１レジスタ（Ｔ）６の並列出力は、同様に、４ビットのＰＩＰＯレジスタである第２レジスタ（Ｔ−１）７の並列入力に接続している。第１レジスタ（Ｔ）６と第２レジスタ（Ｔ−１）７は、マイコン２０の共通するシフトクロック端子（ＳＦＴ）とリセット出力端子（ＲＥＳＥＴ）に接続し、クロック端子（ＳＦＴ）からシフトクロックが入力される毎に記憶する４ビットのレジスタ値の入出力を行うとともに、リセット出力端子（ＲＥＳＥＴ）からリセット信号が入力されると、記憶している４ビットのレジスタ値をリセットする。すなわち、第１レジスタ（Ｔ）６は、シフトクロックが入力された際に４ビットのレジスタ値として記憶した各出力ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の二値データを次にシフトクロックが入力されるまで記憶し、同様に第２レジスタ（Ｔ−１）７は、第１レジスタ（Ｔ）６から出力される４ビットのレジスタ値を次にシフトクロックが入力されるまで記憶する。また、第１レジスタ（Ｔ）６は、後述するレジスタ値比較回路８からトリガー信号が入力されると、そのときに記憶しているレジスタ値をＲＡＭ１０へ記憶する。

第１レジスタ（Ｔ）６に出力ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の新たな４ビットのレジスタ値が記憶される毎に、レジスタ値比較回路８において、そのレジスタ値と第２レジスタ（Ｔ−１）７に記憶されるレジスタ値とが比較され、少なくとも４ビットのいずれかのビットデータが異なる場合にレジスタ値比較回路８から第１レジスタ（Ｔ）６と後述するカンウター１１にトリガー信号が出力される。第２レジスタ（Ｔ−１）７に記憶されるレジスタ値は、最新のシフトクロックが入力される直前に第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されたレジスタ値であるので、トリガー信号は、出力ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４の少なくともいずれかの二値データが変化した場合に出力される。

マイコン２０は、クロック発信回路９からクロック信号を入力し、ここでは５０ＭＨｚのクロック信号の周波数を分周した周波数の上記シフトクロックによりレジスタ６、７の動作を制御すると共に、後述するタイミングで切り換え制御信号ａを各容量−時間変換回路２へ出力し、各充放電スイッチ４を切り換え制御する。ここで、入力操作によって出力ｃの二値データが反転するまでの時間差は、１０乃至３０μｓｅｃ程度であるので、シフトクロックの周波数は、その時間差を確実に検出するために、少なくとも１ＭＨｚ以上の周波数としている。

また、マイコン２０は、図４の検出周期Ｔｐ毎にＲＡＭ１０に関連づけて記憶されたカウント値とレジスタ値との組合せから、入力操作体が接近する検出電極３を特定し、その検出電極３の配置位置への入力操作を検出する検出処理を実行する。

カウンタ１１は、クロック発振回路９から出力されるクロック信号の周波数を分周した周波数でカウント値をカウントアップする。カウンター１１のカウント値は、マイコン２０から出力されるリセット信号でリセットされ、レジスタ値比較回路８からトリガー信号が入力されると、図２に示すように、その時のカウント値がＲＡＭ１０に出力される。

一時記憶装置であるＲＡＭ１０は、図２に示すように、レジスタ値比較回路８からトリガー信号が出力される毎に、その時のカンウタ１１のカウント値と第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されているレジスタ値とを関連付けて記憶し、全てのビットデータが「１」となるレジスタ値が入力されるまで、カウント値と関連づけた各組合せを記憶する。ＲＡＭ１０に記憶されたこれらの各組合せのデータは、検出周期Ｔｐ毎に基準時ｔ０前にマイコン２０からの制御によりクリアされる。

以下、このように構成されたタッチパネル１により、入力操作を検出する動作を説明する。マイコン２０は、入力操作を検出する動作モードで、図４に示すように、各検出電極３の浮遊容量Ｃｓを充放電する充電時間Ｔｃと放電時間Ｔｄに休止時間Ｔｒを加えた検出周期Ｔｐで、入力操作の検出を繰り返す。充電時間Ｔｃは、充放電スイッチ４を基準充電電圧Ｖｄｄ側へ切り換える基準時ｔ０から接地電位ＧＮＤへ切り換える切り換え時ｔｇまでの時間であり、切り換え時ｔｇは、入力操作の有無に関わらず、全ての検出電極３の電位が基準電位Ｖ_ＳＨを越える以降の時に設定される。浮遊容量Ｃｓの最大値は、１０ｐＦ程度であり、本実施の形態では、１０ＭΩの直列に接続した検出抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して浮遊容量Ｃｓが充電されるので、検出電極３の電位がほぼ基準充電電圧Ｖｄｄに達するまでの時間は、１００μｓｅｃであり、切り換え時ｔｇまでの充電時間Ｔｃを、１００μｓｅｃとしている。

また、放電時間Ｔｄは、充電時間Ｔｃと同一の１００μｓｅｃに設定され、切り換え時ｔｇから放電時間Ｔｄが経過した後は、全ての検出電極３の電位が接地電位ＧＮＤとなる。
より入力操作の検出頻度を上げるためには、放電時間Ｔｄが経過した時を基準時ｔ０として、必ずしも検出周期Ｔｐに休止時間Ｔｒを設けなくてもよいが、本実施の形態では、１．８ｍｓｅｃの休止時間Ｔｒを設けて、検出周期Ｔｐを２ｍｓｅｃとしている。マイコン２０は、この放電時間Ｔｄから休止時間Ｔｒにかけて、ＲＡＭ１０に記憶されたデータから入力操作位置を算出する検出処理を行う。

このように、本実施の形態によれば、多数の容量−時間変換回路２の浮遊容量Ｃｓに対して同時に充放電を行うので、容量−時間変換回路２の数によって充電時間Ｔｃと放電時間Ｔｄが増加せず、充分に長い休止時間Ｔｒを設けても、短い検出周期Ｔｐで入力操作を検出できる。従って、マイコン２０が入力操作を検出する動作モードであっても、電力消費量が少なく、リモートコントロール送信機や携帯電話機などの外部から電源が得られない携帯機器の入力装置に用いた場合に、長時間バッテリーを交換するとなく使用できる。

マイコン２０は、基準時ｔ０に、リセット出力端子（ＲＥＳＥＴ）からリセット信号を出力し、第１レジスタ（Ｔ）６と第２レジスタ（Ｔ−１）７のレジスタ値とカウンター１１のカウント値をリセットするとともに、ＲＡＭ１０に記憶されているデータをクリアする。ここでは、後述するように、基準時ｔ０での第１レジスタ（Ｔ）６のレジスタ値を、ＲＡＭ１０へ記憶させるため、第１レジスタ（Ｔ）６と第２レジスタ（Ｔ−１）７のリセットしたレジスタ値を全て「１」とするが、検出周期Ｔｐが経過した時点で第１レジスタ（Ｔ）６と第２レジスタ（Ｔ−１）７の各レジスタ値は、「１」となっているので、必ずしもリセットする必要はない。

また、マイコン２０は、同一の基準時ｔ０に各容量−時間変換回路２の充放電スイッチ４を接地電位ＧＮＤから基準充電電圧Ｖｄｄ側に切り換える切り換え制御信号ａを出力し、検出電極３の浮遊容量Ｃｓを基準充電電圧Ｖｄｄで充電する。基準時ｔ０まで充放電スイッチ４が接地電位ＧＮＤに切り換えられていた検出電極３の電位は、基準電位Ｖ_ＳＨ以下の接地電位ＧＮＤであるので、基準時ｔ０の各コンパレータ５の出力ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は、いずれも「Ｌ」であり、第１レジスタ（Ｔ）６の４ビットの「００００」のパラレルデータが記憶される。

レジスタ値比較回路８は、このレジスタ値が、リセットにより第２レジスタ（Ｔ−１）７に記憶されたレジスタ値「１１１１」と異なることからカンウター１１と第１レジスタ（Ｔ）６へトリガー信号を出力し、図２に示すように、ＲＡＭ１０は、基準時ｔ０を表すカウント値Ｃ（ｔ０）と、基準時ｔ０に第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されるレジスタ値「００００」を関連づけて記憶する。

入力操作による指などの入力操作体が検出電極３_２の配置位置に接近したとすると、入力操作体から離れ、入力操作体による影響を受けない検出電極３_４の浮遊容量Ｃｓ_４が最小であるので、図３に示すように、検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値との時定数で上昇する検出電極３_４の電位が最も早い時刻ｔ１で基準電位Ｖ_ＳＨを越える。その結果、コンパレータ５の出力ｃ４が「Ｌ」から「Ｈ」に反転し、第１レジスタ（Ｔ）６に、最下位ビットが「１」となったパラレルデータ「０００１」が記憶される。レジスタ値比較回路８は、このレジスタ値が、第２レジスタ（Ｔ−１）７に記憶されたレジスタ値「００００」と異なることからカンウター１１と第１レジスタ（Ｔ）６へトリガー信号を出力し、ＲＡＭ１０に、時刻ｔ１を表すカウント値Ｃ（ｔ１）と、新たに第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されたレジスタ値「０００１」を関連づけて記憶される。

続いて検出電極３_２の両側に配置され、検出電極３_２に接近する入力操作体に対してほぼ等距離に配置された検出電極３_１と検出電極３_３の浮遊容量Ｃｓ_１、Ｃｓ_３が浮遊容量Ｃｓ_４より大きく、検出電極３_１、３_３の電位が時刻ｔ２で基準電位Ｖ_ＳＨを越え、コンパレータ５の出力ｃ１、ｃ３が「Ｌ」から「Ｈ」に反転し、第１レジスタ（Ｔ）６にパラレルデータ「１０１１」が記憶される。レジスタ値比較回路８は、このレジスタ値の１ビット目と３ビット目が、第２レジスタ（Ｔ−１）７に記憶されたレジスタ値「０００１」と異なることからカンウター１１と第１レジスタ（Ｔ）６へトリガー信号を出力し、ＲＡＭ１０に、時刻ｔ２を表すカウント値Ｃ（ｔ２）と関連づけて新たに第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されたレジスタ値「１０１１」が記憶される。

入力操作位置に最も近い検出電極３_２の浮遊容量Ｃｓ_２は他と比較して最大となるので、図３に示すように、その検出電極３_２の電位は、時刻ｔ_３の最後に基準電位Ｖ_ＳＨを越え、コンパレータ５の出力ｃ３が「Ｌ」から「Ｈ」に反転する。その結果、第１レジスタ（Ｔ）６には、時刻ｔ_３にパラレルデータ「１１１１」が記憶され、レジスタ値比較回路８は、このレジスタ値が、第２レジスタ（Ｔ−１）７に記憶されたレジスタ値「１０１１」と異なることからカンウター１１と第１レジスタ（Ｔ）６へトリガー信号を出力し、図２に示すように、ＲＡＭ１０に、時刻ｔ３を表すカウント値Ｃ（ｔ３）と、第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されたレジスタ値「１１１１」が関連づけて記憶される。

マイコン２０は、基準時ｔ０から充電時間Ｔｃが経過した切り換え時ｔｇに、各充放電スイッチ４を基準充電電圧Ｖｄｄ側から接地電位ＧＮＤへ切り換え、放電時間Ｔｄ中に各浮遊容量Ｃｓに蓄積された電荷を放電し、全ての検出電極３の電位を接地電位ＧＮＤとする。

切り換え時ｔｇには、全ての検出電極３の電位が基準電位Ｖ_ＳＨを越えているので、第１レジスタ（Ｔ）６に記憶されるレジスタ値「１１１１」は、その後変化せず、マイコン２０は、切り換え時ｔｇにＲＡＭ１０に記憶されている各カウント値Ｃ（ｔ）とレジスタ値との組合せを読み出す。カウント値Ｃ（ｔ）は、充電を開始した基準時ｔ０からの経過時間を表し、レジスタ値は、その直前の組合せのレジスタ値と比較してビットデータが変化したビットを示している。また、各レジスタ値のビットは、各検出電極３の浮遊容量Ｃｓに対応し浮遊容量Ｃｓの大きさによって基準時ｔ０からの経過時間が長くなるので、マイコン２０は、ＲＡＭ１０に記憶された各組合せのデータから、検出電極３の浮遊容量Ｃｓの大きさを比較できる。ここでは、図２に示すように、第４ビット（ＬＳＢ）、第１ビット（ＭＳＢ）と第３ビット、第２ビットの順に４ビットのビットデータが変化するので、浮遊容量Ｃｓは、Ｃｓ_４、Ｃｓ_１とＣｓ_３、Ｃｓ_２の順に大きくなることが検出される。これにより、マイコン２０は、浮遊容量Ｃｓ_２が最大の検出電極３_２の配置位置に入力操作体が接近したものと判定でき、その検出電極３_２の配置位置を入力操作位置とする入力操作を検出する。

マイコン２０は、このようにして検出した入力操作位置を、表示画面上のカーソル移動制御や電子機器の動作を制御する外部制御回路へ出力し、入力操作位置に応じた所定の処理を実行させる。

マイコン２０は、放電時間Ｔｄとその後の長い休止時間Ｔｒの間に、上記入力操作位置と入力操作の検出処理を実行し、入力操作を検出した後、次の基準時ｔ０前に、ＲＡＭ１０に記憶されているデータをクリアする。

尚、入力操作位置の検出は、複数の検出電極３の浮遊容量Ｃｓの大きさを比較し、複数の浮遊容量Ｃｓを按分した比から得る複数の検出電極３の配置位置間の位置を、入力操作位置としてもよい。

また、マイコン２０は、検出周期Ｔｐ毎に入力操作位置への入力操作を検出するが、ＲＡＭ１０に記憶される各組合せのデータを、複数の検出周期Ｔｐの間残し、各検出周期Ｔｐで検出した浮遊容量Ｃｓや入力操作位置の異常値を除き、複数の入力操作位置の相関から入力操作位置を検出してもよい。

上記実施の形態では、複数のコンデンサの各容量を、複数の検出電極の各浮遊容量として比較し、浮遊容量が最も大きい検出電極への入力操作を検出する静電容量式タッチパネルで説明したが、コンデンサの容量が、カンウターのカウント値で計測可能な時間に変換できれば、浮遊容量に限らず、他の種類のコンデンサの容量を比較する容量判別装置にも適用できる。

また、レジスタ値比較回路８、第１レジスタ（Ｔ）６、第２レジスタ（Ｔ−１）７等の回路素子は、マイコン２０に内蔵するものであってもよい。

また、上記実施の形態で容量−時間変換回路２は、充電時間Ｔｃに、検出電極３が基準電位Ｖ_ＳＨを越えるまでの経過時間で浮遊容量Ｃｓの大きさを表したが、放電時間Ｔｄに、各検出電極３について同一の電位としておいた検出電極３の電位が基準電位Ｖ_ＳＨ未満となるまでの経過時間で浮遊容量Ｃｓの大きさ表すこともできる。

本発明は、入力操作面上にディスプレーが配置され、非接触の入力操作を検出する静電容量式タッチパネルに適している。

１ 本実施の形態に係る静電容量式タッチパネル
２ 容量−時間変換回路（容量−時間変換手段）
３ 検出電極
４ 充放電スイッチ（充放電回路）
６ 第１レジスタ（Ｔ）（パラレル入力レジスタ）
８ レジスタ値比較回路（レジスタ値監視手段）
１０ ＲＡＭ（記憶手段）
１１ カウンター
２０ マイコン

Claims (4)

1. 各コンデンサの未知の容量の大きさに応じて、基準時（ｔ０）から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力する複数の容量−時間変換手段と、
   複数の容量−時間変換手段の各出力に複数のビットからなる各並列入力が対応して接続され、複数の容量−時間変換手段の基準時（ｔ０）を同期させ、基準時（ｔ０）から二値データの反転時までの時間より充分に短い周期で、各容量−時間変換手段からそれぞれ出力される二値データを、新たな二値データが入力されるまで複数ビットのパラレルデータとして一時記憶するパラレル入力レジスタと、
   パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータを監視し、新たに入力される二値データによる前記パラレルデータの少なくともいずれかのビットデータの変化を検知するレジスタ値監視手段と、
   少なくとも基準時（ｔ０）からの経過時間を計数するカウンターと、
   レジスタ値監視手段がパラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの変化を検知する毎に、検知時のカウント値と、検知時にパラレル入力レジスタに記憶されたパラレルデータとを関連づけて記憶する記憶手段とを備え、
   全ての容量−時間変換手段から出力される二値信号の二値データが反転した後、記憶手段に記憶されたカウント値とパラレルデータとから、各コンデンサの容量を比較することを特徴とする容量判別装置。
2. 絶縁パネル上に互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、
   各検出電極に接続し、各検出電極の浮遊容量の大きさに応じて、基準時（ｔ０）から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力する複数の容量−時間変換手段と、
   複数の容量−時間変換手段の各出力に複数のビットからなる各並列入力が対応して接続され、複数の容量−時間変換手段の基準時（ｔ０）を同期させ、基準時（ｔ０）から二値データが反転するまでの時間より充分に短い周期で、各容量−時間変換手段からそれぞれ出力される二値データを、新たな二値データが入力されるまで複数ビットのパラレルデータとして一時記憶するパラレル入力レジスタと、
   パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータを監視し、新たに入力される二値データによる前記パラレルデータの少なくともいずれかのビットデータの変化を検知するレジスタ値監視手段と、
   少なくとも基準時（ｔ０）からの経過時間を計数するカウンターと、
   レジスタ値監視手段がパラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの変化を検知する毎に、検知時のカウント値と、検知時にパラレル入力レジスタに記憶されたパラレルデータとを関連づけて記憶する記憶手段とを備え、
   全ての容量−時間変換手段から出力される二値信号の二値データが反転した後、記憶手段に記憶されたカウント値とパラレルデータとから、各検出電極の浮遊容量の大きさを比較し、検出電極に接近する入力操作を検出することを特徴とする静電容量式タッチパネル。
3. 複数の各容量−時間変換手段は、
   検出電極の浮遊容量に直列若しくは並列に接続し、各容量−時間変換手段で共通する抵抗値の抵抗と、
   前記抵抗の抵抗値と検出電極の浮遊容量とで定まる時定数で、基準時（ｔ０）から浮遊容量を充電若しくは放電し、検出電極の電位を接地電位から所定の充電電位まで引き上げ若しくは前記充電電位から接地電位まで引き下げる充放電回路と、
   検出電極の電位を、前記充電電位と接地電位の間に設定した基準電位と比較する比較回路とを備え、
   比較回路から、検出電極の浮遊容量の大きさに応じて、基準時（ｔ０）から二値データが反転するまでの時間が変化する二値信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の静電容量式タッチパネル。
4. 浮遊容量が最大の検出電極に入力操作体が接近したものとして、該検出電極の配置位置を入力操作位置とする請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の静電容量式タッチパネル。

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