JP5734927B2

JP5734927B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP5734927B2
Application number: JP2012159411A
Authority: JP
Inventors: 智巨清水
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: EP2687961A3; JP2014021692A; CN103577011B; CN103577011A; US9235302B2; US20140022207A1; EP2687961B1; EP2687961A2

Description

本発明は、入力装置に関する。

従来の技術として、静電容量方式のタッチパネルに設けられた電極に電荷が充電される際の充電時間と放電される際の放電時間を計測して誤検知を防止する入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この入力装置は、接触検出領域に二次元的に配置された複数の電極の対と、複数の電極の対をそれぞれ順次選択する選択回路と、選択回路によって選択された電極の対を充電する充電回路と、充電回路が電極の対に充電を開始してから予め定めた上閾値になるまでの充電時間を計測する充電時間計測回路と、充電された電極の対を放電する放電回路と、放電回路が、予め定めた上閾値まで充電された電極の対の放電を開始してから予め定めた下閾値になるまでの放電時間を計測する放電時間計測回路とを有し、充電時間と放電時間の比に基づいてタッチ領域に対する接触体の接触を検知したのか誤検知であるのかを判別する。

特開２０１１−７６５１５号公報

しかし、特許文献１に示す入力装置は、誤検知であるか否かを判別できるが、誤検知の原因となるノイズの影響を抑制して接触を検知するものではでない。

従って、本発明の目的は、ノイズの影響を抑制して接触を検知することができる入力装置を提供することにある。

本発明の一態様は、静電容量方式のタッチパネルに設けられた複数の電極が接続され、当該複数の電極を選択的に接続する選択回路と、
前記選択回路に接続された補正用抵抗と、
前記複数の電極及び前記補正用抵抗に定電流の電源を供給する定電流源と、
前記選択回路と接続されて前記複数の電極の静電容量及び前記補正用抵抗が接続された場合の測定値を測定するＡ／Ｄ変換部と、
前記選択回路を制御して、前記複数の電極の一の静電容量及び前記補正用抵抗が接続された場合の測定値を前記Ａ／Ｄ変換部に測定させ、当該静電容量と当該測定値との比を計算して前記タッチパネルに対する接触体の接触座標を判定する制御部とを有することを特徴とする入力装置を提供する。

上記入力装置の前記制御部は、前記選択回路を制御して前記複数の電極の一以外を非接続にして、前記Ａ／Ｄ変換部に前記複数の電極の一の第１の静電容量を測定させ、又前記複数の電極の一以外を接地させて、前記Ａ／Ｄ変換部に前記複数の電極の一の第２の静電容量を測定させて、当該第１の静電容量と当該第２の静電容量とを比較することで、前記タッチパネルの検出面上に水滴があるか否かを判定してもよい。

本発明によれば、ノイズの影響を抑制して接触を検知することができる。

図１は、実施の形態に係る入力装置の構成の一例を示す概略図である。図２は、入力装置の動作の一例を示す概略グラフ図である。図３は、入力装置の動作の一例を示すフローチャートである。図４（ａ）〜（ｄ）は、タッチパネルの接触検出面上に水滴がある場合の回路構成例を示す概略図である。

（入力装置の構成）
図１は、実施の形態に係る入力装置の構成の一例を示す概略図である。

この入力装置１は、静電容量方式のタッチパネル３から操作者の入力操作に基づいた静電容量の変化を検出して接触座標を検出する信号処理部２と、接触検出領域の下にマトリクス状に設けられた電極３０_１〜３０_Ｎを有するタッチパネル３と、信号処理部２とタッチパネル３とを接続する電極コネクタ４とを有する。

また、入力装置１は、一例として、車両の空調やオーディオ等の操作部として、また、携帯型音楽プレイヤー、携帯電話等の電化製品の操作部として用いられる。

信号処理部２は、選択回路としてのマルチプレクサ（以下、「ＭＵＸ」という。）２０と、定電流を発生する定電流源２１と、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２２と、補正用抵抗のＲ_ＣＡＬと、電界効果トランジスタのＦＥＴ_１、ＦＥＴ_２と、制御部２３とを有する。

ＭＵＸ２０は、スイッチ２０_１−２０_Ｎと、スイッチ２０_ＣＡＬとを有し、スイッチ２０_１−２０_Ｎ及びスイッチ２０_ＣＡＬのオン／オフ状態を切り替えることで、タッチパネル３の電極３０_１〜３０_Ｎと、補正用抵抗Ｒ_ＣＡＬとを順次切り替えて接続する。

定電流源２１は、定電流を発生する電源２１ａと、電源２１ａから出力される定電流の電源の外部に対する出力を制御するＦＥＴ２１ｂと、定電流源２１と外部との接続を切り替えるスイッチ２１ｃとを有する。

Ａ／Ｄ変換部２２は、Ａ／Ｄ変換部２２と外部との接続を切り替えるスイッチ２２ａと、ホールド用コンデンサのＣ_ＨＯＬＤとを有する。なお、Ｖ_ＳＳは、グランド電圧を指す。

制御部２３は、ＭＵＸ２０のスイッチ２０_１−２０_Ｎ及びスイッチ２０_ＣＡＬの切り替え制御と、定電流源２１のＦＥＴ２１ｂの制御及びスイッチ２１ｃの切り替え制御と、Ａ／Ｄ変換部２２の制御及びＡ／Ｄ変換部２２のスイッチ２２ａの切り替え制御と、ＦＥＴ_１及びＦＥＴ_２の切り替え制御とを行う。なお、ＦＥＴ_１及びＦＥＴ_２は、サージ電流対策のために設けられる。

タッチパネル３は、接触検出領域がＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムやガラス等のカバーで覆われ、カバーの裏面に印刷やスパッタ等により導電ポリマーやＩＴＯ等の導電膜を被着して形成されてマトリクス状に配置された電極３０_１−３０_Ｎとを有する。電極３０_１−３０_Ｎは、それぞれ２枚の電極の対で構成されるものである。なお、タッチパネル３は、表示部に重ねて設けられるものであってもよい。

（動作）
以下に、入力装置１の動作を図１〜３を参照しつつ、説明する。また、図３は、入力装置１の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、制御部２３はＭＵＸ２０を制御して、電極３０_１より順に（Ｓ１）、他の電極３０_２〜３０_Ｎ及び３０_ＣＡＬのスイッチ２０_２〜２０_Ｎ及び２０_ＣＡＬをオフにした状態、すなわち「ＯＰＥＮ」状態とし、電極３０_１のスイッチ２０_１をオンにした状態で、Ａ／Ｄ変換部２２を制御して電極３０_１の静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）を測定する（Ｓ２）。

なお、静電容量の測定は、以下に説明するように行う。

まず、制御部２３は、定電流源２１を制御して一定時間、電極３０_１及びホールドコンデンサＣ_ＨＯＬＤを充電する。

次に、制御部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２を制御して電圧Ｖを測定する。測定される電圧Ｖは、以下に示す式（１）で表される。

ここで、ｉは定電流源２１の電流、ｔ_{ｃｈａｒｇｅ}は充電時間、Ｃ_ｐは電極３０_１の寄生容量である。

なお、利用者がタッチパネル３に触れることで接触体の一例としての指と電極３０_１〜３０_Ｎとの間に生じる静電容量をＣ_ｆとすると、Ａ／Ｄ変換部２２で測定される電圧Ｖは、以下に示す式（２）で表される。

上記した式（１）又は（２）から、Ａ／Ｄ変換部２２は、静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）を測定する。

次に、制御部２３はＭＵＸ２０を制御して、他の電極３０_２〜３０_Ｎ及び３０_ＣＡＬのスイッチ２０_２〜２０_Ｎ及び２０_ＣＡＬを接地させた状態、すなわち「Ｌｏｗ」状態とし、電極３０_１のスイッチ２０_１をオンにした状態で、Ａ／Ｄ変換部２２を制御して電極３０_１の静電容量ＡＤ_ＬＯＷ（Ｃ_Ｓ）を測定する（Ｓ３）。

次に、制御部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２が測定した静電容量がノイズを含んだものであるか否かを判定するため（Ｓ４）、Ａ／Ｄ変換部２２がステップＳ２で測定した静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）と、ステップＳ３で測定した静電容量ＡＤ_ＬＯＷ（Ｃ_Ｓ）との差を算出する。

図２は、入力装置１の動作の一例を示す概略グラフ図である。

図２中では、Ａ／Ｄ変換部２２がステップＳ２で測定した静電容量が破線で示され、ステップＳ３で測定した静電容量が実線の細線で示され、また、算出されたこれらの差が実線の太線で示されている。

通常、タッチパネル３上に水滴がなく、水滴の影響がない状態（時刻０−ｔ_１）において、Ａ／Ｄ変換部２２がステップＳ２で測定した静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）と、ステップＳ３で測定した静電容量ＡＤ_ＬＯＷ（Ｃ_Ｓ）とは差がないが、タッチパネル３上に水滴があり、水滴の影響がある状態（ｔ_１以降）において、Ａ／Ｄ変換部２２がステップＳ２で測定した静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）と、ステップＳ３で測定した静電容量ＡＤ_ＬＯＷ（Ｃ_Ｓ）との間には差が生じる。これは、以下に示す図４のように、水滴による容量結合がＧＮＤにつながる場合と、そうでない場合との差である。

図４（ａ）〜（ｄ）は、タッチパネル３の接触検出面３１上に水滴がある場合の回路構成例を示す概略図である。

図４（ａ）に示すように、タッチパネル３の接触検出面３１上に水滴がある場合であって、電極３０ｊの静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）を測定するために他の電極を「ＯＰＥＮ」にしている場合、図４（ｂ）に示すように水滴Ｗの影響により接触検出面３１と電極３０ｊとで構成されるコンデンサ及び接触検出面３１と電極３０ｉとで構成されるコンデンサは、直列に接続された状態となり、かつ、電極３０ｉは「ＯＰＥＮ」であることにより接触検出面３１と電極３０ｉとで構成されるコンデンサは接地されない状態となる。

一方、図４（ｃ）に示すように、タッチパネル３の接触検出面３１上に水滴がある場合であって、電極３０ｊの静電容量ＡＤ_Ｌｏｗ（Ｃ_Ｓ）を測定するために他の電極を接地して「Ｌｏｗ」にしている場合、図４（ｄ）に示すように水滴Ｗの影響により接触検出面３１と電極３０ｊとで構成されるコンデンサ及び接触検出面３１と電極３０ｉとで構成されるコンデンサは、直列に接続された状態となり、かつ、電極３０ｉは「Ｌｏｗ」であることにより接触検出面３１と電極３０ｉとで構成されるコンデンサは接地された状態となる。

図２中において、時刻ｔ_１−ｔ_２の間の特性は、例えば、タッチパネル３上に水滴が付着して複数の電極がショートしている場合に見られるものである。また、時刻ｔ_２、ｔ_３及びｔ_４において水滴をふき取ったことで、時刻ｔ_２−ｔ_３の間、時刻ｔ_３−ｔ_４の間、そして、時刻ｔ_４以降と、段階的に水滴の影響が減少している。

制御部２３は、上記した特性に基づいてＡ／Ｄ変換部２２がステップＳ２で測定した静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）と、ステップＳ３で測定した静電容量ＡＤ_ＬＯＷ（Ｃ_Ｓ）との差を算出することで、測定した静電容量に水滴の影響があるか否かを判定する（Ｓ４）。

次に、Ａ／Ｄ変換部２２は、電極３０_１〜３０_Ｎのスイッチ２０_１〜２０_Ｎをオフにした状態で、抵抗Ｒ_ＣＡＬのスイッチ２０_ＣＡＬをオンにし、抵抗Ｒ_ＣＡＬに定電流ｉを流したときの測定値ＡＤ（Ｒ_ＣＡＬ）を検出する（Ｓ５）。

ここで、ステップＳ２でＡ／Ｄ変換部２２が測定した静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）及びステップＳ５でＡ／Ｄ変換部２２が測定した測定値ＡＤ（Ｒ_ＣＡＬ）にノイズが含まれる場合、ノイズが含まれない場合の静電容量をそれぞれａｄ_ＯＰＥＮ（Ｃｓ）及びａｄ（Ｒ_ＣＡＬ）とすると、静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）及び測定値ＡＤ（Ｒ_ＣＡＬ）は、以下に示す式（３）、式（４）で示される。

従って、制御部２３は、これらの比を計算することでノイズの影響α_ＮＺを無視することができ、以下の数式（５）によってノイズを除去する（Ｓ６）。

なお、上記したステップＳ２〜Ｓ６の処理は、一例として、１つの電極あたり５０μｓｅｃ毎に行われ、すべての電極に対して行われる（Ｓ７、Ｓ８）。

次に、制御部２３は、式（５）において算出した値に基づいて、利用者の指等が接触したタッチパネル上の座標を判定する（Ｓ９）。

次に、制御部２３は、判定したタッチパネル上の座標を接触座標値として出力する（Ｓ１０）。

なお、出力された接触座標値は、外部又は制御部２３において、予め用意された座標値と制御信号とを対応付けた図示しないテーブル等を参照することにより、制御信号へと変換し、例えば、車両の空調やオーディオ等を制御したり、携帯型音楽プレイヤー、携帯電話等の動作を制御する。

（実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、ＭＵＸ２０に補正用抵抗Ｒ_ＣＡＬを接続し、補正用抵抗Ｒ_ＣＡＬが選択的に接続された場合に測定される測定値と、電極３０_１−３０_Ｎの一が選択的に接続された場合の静電容量との比を計算したため、ノイズの影響を抑制してタッチパネル３に対する接触体の接触を検知することができる。

また、Ａ／Ｄ変換部２２が図３のステップＳ２で測定した静電容量ＡＤ_ＯＰＥＮ（Ｃ_Ｓ）と、ステップＳ３で測定した静電容量ＡＤ_ＬＯＷ（Ｃ_Ｓ）との差を算出したため、当該差が０でない場合に測定した静電容量にノイズが含まれると判定することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。

１入力装置
２信号処理部
３タッチパネル
４電極コネクタ
２０ＭＵＸ
２０_１-２０_Ｎ、２０_ＣＡＬスイッチ
２１定電流源
２１ａ電源
２１ｂＦＥＴ
２１ｃスイッチ
２２Ａ／Ｄ変換部
２２ａスイッチ
２３制御部
３０_１-３０_Ｎ電極

Claims

静電容量方式のタッチパネルに設けられた複数の電極が接続され、当該複数の電極を選択的に接続する選択回路と、
前記選択回路に接続された補正用抵抗と、
前記複数の電極及び前記補正用抵抗に定電流の電源を供給する定電流源と、
前記選択回路と接続されて前記複数の電極の静電容量及び前記補正用抵抗が接続された場合の測定値を測定するＡ／Ｄ変換部と、
前記選択回路を制御して、前記複数の電極の一の静電容量及び前記補正用抵抗が接続された場合の測定値を前記Ａ／Ｄ変換部に測定させ、当該静電容量と当該測定値との比を計算して前記タッチパネルに対する接触体の接触座標を判定する制御部とを有することを特徴とする入力装置。
前記制御部は、前記選択回路を制御して前記複数の電極の一以外を非接続にして、前記Ａ／Ｄ変換部に前記複数の電極の一の第１の静電容量を測定させ、又前記複数の電極の一以外を接地させて、前記Ａ／Ｄ変換部に前記複数の電極の一の第２の静電容量を測定させて、当該第１の静電容量と当該第２の静電容量とを比較することで、前記タッチパネルの検出面上に水滴があるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。