JP5876304B2

JP5876304B2 - 静電容量式タッチ入力装置

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Publication number: JP5876304B2
Application number: JP2012013394A
Authority: JP
Inventors: 誠也村瀬; 吉川　治; 治吉川
Original assignee: SMK Corp; Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: SMK Corp; Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: JP2013152635A; TWI569189B; EP2808769A1; EP2808769A4; US9342201B2; EP2808769B1; US20140327652A1; WO2013111237A1; CN104040472B; CN104040472A; TW201346687A

Description

本発明は、入力操作体が接近することにより入力操作体との静電容量が増大する検出電極の絶縁パネル上の配置位置から、入力操作位置を検出する電容量式タッチパネル、あるいは、静電容量式タッチパッドなどのような静電容量式タッチ入力装置に関し、更に詳しくは、検出電圧を印加する駆動電極と駆動電極に直交する検出電極との交差位置毎に入力操作体が接近することによる静電容量の変化を検出するクロスポイント方式で入力操作位置を検出する静電容量式タッチ入力装置に関する。

指などの入力操作体による入力位置を検出する静電容量式タッチ入力装置の入力検出方式は、入力操作体が接近することにより浮遊容量が増大する検出電極を検出し、その検出電極の配置位置から入力操作位置を検出する自己容量方式（１線式）と、駆動電極へ所定電圧レベルの検出電圧を印加し、入力操作体が接近することにより検出電圧レベルが低下する検出電極を検出し、その検出電極の配置位置から入力操作位置を検出する相互容量方式（２線式）とに分けられる。前者の方式は、駆動電極を配線しないので、構造が簡略化されるが、検出する浮遊容量が１０乃至２０ｐＦと検出が困難な微小レベルであるので、一般には後者の相互容量方式が採用されている。

相互容量方式は、更に、複数のＸ方向電極と複数のＹ方向電極を互いに絶縁して絶縁パネル上に配置し、その一方を検出電圧を印加する駆動電極、他方を検出電圧レベルを検出する検出電極とする検出動作を交互に行い、検出電圧レベルが低下した検出電極の位置からＸＹ方向での入力位置を検出するプロジェクティブ方式と、検出電圧を印加する複数の駆動電極と検出電圧レベルを検出する複数の検出電極を互いに直交させて配線し、駆動電極と検出電圧が交差する交差位置毎に、検出電圧レベルが低下した検出電極の交差位置から入力位置を検出するクロスポイント方式に分けられる。プロジェクティブ方式は、Ｘ方向電極若しくはＹ方向電極の複数の駆動電極全体に同時に検出電圧を印加し、他側の全ての検出電極から、検出電圧レベルが低下した検出電極を検出することによって、短時間に入力位置を検出できるが、入力操作面の異なる２つの入力位置を同時に入力操作した場合には、２つの入力位置のＸＹ方向に更に二つの入力位置と判定される虚像が生じ、２点以上の同時入力操作では入力位置を検出できない。

逆に、クロスポイント方式によれば、全ての交差位置について入力操作体の接近による検出電圧レベルを検出するので、２点以上の異なる位置が同時に入力操作されても、各入力位置を検出できるが、複数の駆動電極毎に検出電圧を印加し、検出電圧を印加した駆動電極毎に直交する全ての検出電極の検出電圧レベルを検出するので、入力位置の検出が遅れる。特に、入力操作面を拡大させた静電容量式タッチパネルでは、検出する交差位置数も比例して増大するので、入力操作の応答速度が低下するという問題が顕在化する。

そこで、クロスポイント方式で入力位置を検出する従来の静電容量式タッチパネルでは、検出電圧を印加する駆動電極の一部を間引く飛び越し駆動走査を行い、入力操作を検出した場合に、入力操作位置近傍の全ての駆動電極を詳細に駆動走査する静電容量式タッチパネル（特許文献１）や、駆動走査方向で隣り合う複数本の駆動電極を束ねて、束ねた駆動電極群毎に検出電圧を印加する静電容量式タッチパネル（特許文献２）が提案されている。

図６は、特許文献２に開示された静電容量式タッチパネル１００により入力操作位置を検出する方法を示す説明図であり、この静電容量式タッチパネル１００では、同中の紙面に直交する方向に配線される複数の駆動電極Ｄｎ（ｎは１以上の自然数）のうち、駆動走査方向（図中左右方向）で隣り合う２本の駆動電極Ｄ２ｎ−１、Ｄ２ｎを駆動電極群として、駆動電極群ＤＶ（ｎ）毎に交流の駆動電圧を印加する。図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ各駆動電極群ＤＶ（ｎ）に駆動電圧を印加した際に、駆動走査方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、入力操作位置近傍で駆動走査方向に沿って配線される検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）との関係を、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の極性を反転させて示している。

同図から明らかなように、駆動電圧を印加した駆動電極群ＤＶ（ｎ）の近傍に入力操作体が接近すると、駆動電圧が印加された駆動電極と入力操作体間の静電容量が増加し、駆動電圧信号の一部が入力操作体へ流れ、駆動電極と一定の静電容量で容量結合する検出電極において駆動電圧を検出する検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）が低下する（図示では極性を逆転させているので、上昇する）。一方、駆動電圧を印加した駆動電極群ＤＶ（ｎ）から離れた位置に入力操作体があると、駆動電圧が印加された駆動電極と検出電極間の静電容量に対して、駆動電極と入力操作体間の静電容量は無視できるほど低下するので、検出電極において検出される検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）が変化しない。

従って、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）に駆動電圧を印加した際に、検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から、入力操作体の入力操作位置を検出できる。例えば、駆動走査方向に沿った図中ｙ_０の位置が入力操作位置であるとすると、駆動電極群ＤＶ（ｎ）（ｎは１から３）に駆動電圧を印加した際に、入力操作位置近傍に配線される検出電極Ｓ（ｍ）から検出される検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は、それぞれその変化量に応じて、ａ_０、ｂ_０、ｃ_０となる。検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は、駆動電圧を印加した駆動電極群ＤＶ（ｎ）の配線位置から離れるほど小さくなるので、ａ_０とｂ_０との比から駆動電極群ＤＶ（１）と駆動電極群ＤＶ（２）の配線位置間の入力操作位置ｙ_０が得られる。

このように、特許文献１や特許文献２に示される従来の静電容量式タッチ入力装置によれば、実際に配線される検出電極数に比べて少ない回数で駆動電圧を印加するので、入力操作位置の検出時間が短縮される。

特開平７−１２９３０８号公報特開２００９−２５８９０３号公報

上述の特許文献１に開示された静電容量式タッチ入力装置では、特定の入力位置について詳細に駆動走査を行っている間に、他の位置へ入力操作があった場合には、その入力位置を検出できず、２点以上の入力位置が同時に入力操作された場合には、飛び越し走査の後に、その入力位置毎に重ねて詳細な駆動走査を行う必要があり、充分に入力位置の検出時間を短縮させることができない。

また、特許文献２に示される静電容量式タッチ入力装置では、駆動電極群ＤＶ（ｎ）を構成する複数の駆動電極に同時に検出電圧を印加するので、駆動電圧を印加した駆動電極間では、図６に示すように、いずれの位置が入力操作位置であっても、検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の変化量はほぼ一定値となり、駆動電極間の入力操作位置を正確に検出できない。特に検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は、駆動電極群ＤＶ（ｎ）の中央位置をピークとして中央位置に対称に表れるので、入力操作位置が駆動電極群ＤＶ（ｎ）の中央位置から等距離離れたｙ_１、ｙ_２である場合には、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の変化量を表す（ａ_１、ｂ_１、ｃ_１）と（ａ_２、ｂ_２、ｃ_２）とがそれぞれ等しく、入力操作位置がｙ_１とｙ_２のいずれであるのかを判別できない。

従って、入力操作位置が駆動電圧を印加する駆動電極間にある場合には、再びその駆動電極群ＤＶ（ｎ）を構成する各駆動電極毎に駆動電圧を印加して、入力操作位置を検出する必要があり、特許文献１に記載の発明と同様に、充分に入力位置の検出時間を短縮させることができない。

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、２点以上の異なる入力操作位置が検出可能で、各入力操作位置を短時間に検出する静電容量式タッチ入力装置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の静電容量式タッチ入力装置は、絶縁パネルに等間隔で第１方向に沿って配線される複数の駆動電極と、絶縁パネルに第１方向と直交する第２方向に沿って配線され、それぞれ前記複数の全ての駆動電極と絶縁間隔を隔てて交差する複数の検出電極Ｓ（ｍ）と、交流の検出電圧を発生する検出電圧発生回路と、第２方向で隣り合う２以上の駆動電極からなる駆動電極群ＤＶ（ｎ）を、全ての駆動電極が少なくともいずれかの駆動電極群ＤＶ（ｎ）に属するように、第２方向に沿って複数設定し、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）毎に駆動電極群ＤＶ（ｎ）に属する各駆動電極へ検出電圧を同期させて印加する駆動制御を、全ての駆動電極群ＤＶ（ｎ）について実行する駆動制御部と、駆動制御部が駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御した際に、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と入力操作体との静電容量の変化に応じて、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と交差する検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）を検出する静電容量検出手段とを備え、全ての駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御する毎に、全ての検出電極Ｓ（ｍ）について、それぞれ静電容量検出手段が検出した検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から、絶縁パネル上の第１方向と第２方向の入力操作体の入力操作位置を検出する静電容量式タッチ入力装置であって、
第２方向で隣り合う駆動電極群ＤＶ（ｎ）と駆動電極群ＤＶ（ｎ’）にそれぞれ属する２以上の駆動電極の一つが、その間に配線される駆動電極で共通し、駆動電極群ＤＶ（ｎ）に第２方向で隣り合う駆動電極群ＤＶ（ｎ’）の中間位置に入力操作体の入力操作位置がある場合に、第１方向でその入力操作位置の近傍に配線される検出電極Ｓ（ｍ）に、駆動制御部が駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御することによる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の変化が表れるように、第２方向に等間隔で配線される駆動電極間のピッチを設定することを特徴とする。

第２方向に沿った全ての入力操作位置で、第２方向で隣り合う駆動電極群ＤＶ（ｎ）と駆動電極群ＤＶ（ｎ’）を駆動制御した際に、それぞれ検出電極Ｓ（ｍ）に検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）と検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ’）の変化が表れるので、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）と検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ’）の変化量と、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と駆動電極群ＤＶ（ｎ’）の第２方向に沿った配線位置とから、第２方向に沿った全ての入力操作位置を検出できる。

駆動電圧を印加して駆動制御する駆動電極群ＤＶ（ｎ）の数ｎは、絶縁パネルに配線される駆動電極の数以下であるので、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）を検出する検出電極Ｓ（ｍ）との交差位置数を減少させることができ、入力操作位置の検出時間が短縮される。

請求項２の静電容量式タッチ入力装置は、第２方向に沿って複数設定される各駆動電極群ＤＶ（ｎ）を、第２方向と異なる順に駆動制御することを特徴とする。

各駆動電極群ＤＶ（ｎ）の駆動制御順にかかわらず、全ての駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御する一走査周期内で、各検出電極Ｓ（ｍ）との交差位置毎に検出する検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から入力操作位置が検出される。

請求項３の静電容量式タッチ入力装置は、駆動制御部は、複数の各駆動電極にそれぞれ対応する複数の入出力ポートを有するマイコンで形成され、検出電圧発生回路と各駆動電極間を接続する電圧出力線毎に、その駆動電極に対応するマイコンの入出力ポートを接続し、マイコンは、入出力ポートを出力ポートとするＯＦＦモードと、入出力ポートを入力ポートもしくはハイインピーダンスとするＯＮモードとの間で切り換え、その入出力ポートが接続する駆動電極への検出電圧の印加と印加停止を切り換え制御することを特徴とする。

入出力ポートが出力ポートの状態では、その入出力ポートが接続する駆動電極の電位が出力ポートの電位で安定し、交流の検出電圧が印加されない。入出力ポートが入力ポートもしくはハイインピーダンスの状態では、検出電圧発生回路から入出力ポートに電流が流れず、駆動電極に交流の検出電圧が印加される。

請求項１の発明によれば、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と検出電極Ｓ（ｍ）との交差位置毎の静電容量の変化から入力操作位置を検出するので、絶縁パネル上の２点以上の異なる位置を同時に入力操作しても、各入力操作位置を検出でき、また、絶縁パネルに配線される駆動電極の数より少ない数の駆動電極群ＤＶ（ｎ）毎に駆動制御して、入力操作位置を検出するので、短時間に全ての入力操作位置を検出できる。

請求項２の発明によれば、第２方向に沿って複数設定される各駆動電極群ＤＶ（ｎ）を、任意の順に駆動制御することができるので、周囲の商用交流電源から周期的に発生するコモンモードノイズの影響を受けないように駆動制御順を調整したり、入力操作速度に応じて駆動電極群ＤＶ（ｎ）を飛び越し駆動制御することができる。

請求項３の発明よれば、マイコンの入出力ポートの状態を切り換える簡単な構成で、入力操作位置や入力操作速度に応じて、絶縁パネル上の駆動電極群を構成する駆動電極数を変更したり、駆動電極群の駆動順序を変更でき、より正確に迅速に入力操作位置を検出できる。

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の駆動電極群ＤＶ（ｎ）と検出電極Ｓｍに表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）との関係を示す説明図である。駆動制御部５の回路図である。駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御するマイコン４の入出力ポートｐのモード状態を示す状態図である。駆動電極群ＤＶ（ｎ）に駆動電圧を印加した際に、Ｙ方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、入力操作位置でＹ方向に沿って配線される検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）との関係を、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の極性を反転させて示し、（ａ）は、駆動電極群ＤＶ（１）を駆動制御した際のＹ方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、検出電圧レベルＲ（ｍ、１）との関係を、（ｂ）は、駆動電極群ＤＶ（２）を駆動制御した際のＹ方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、検出電圧レベルＲ（ｍ、２）との関係を、（ｃ）は、駆動電極群ＤＶ（３）を駆動制御した際のＹ方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、検出電圧レベルＲ（ｍ、３）との関係を、それぞれを示す説明図である。検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から入力操作位置を検出する方法を示す説明図である。従来の静電容量式タッチパネル１００の駆動電極群ＤＶ（ｎ）に駆動電圧を印加した際に、駆動走査方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、入力操作位置近傍で駆動走査方向に沿って配線される検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）との関係を、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の極性を反転させて示し、（ａ）は、駆動電極群ＤＶ（１）を駆動制御した際の駆動走査方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、検出電圧レベルＲ（ｍ、１）との関係を、（ｂ）は、駆動電極群ＤＶ（２）を駆動制御した際の駆動走査方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、検出電圧レベルＲ（ｍ、２）との関係を、（ｃ）は、駆動電極群ＤＶ（３）を駆動制御した際の駆動走査方向に沿った入力操作体の入力操作位置と、検出電圧レベルＲ（ｍ、３）との関係を、それぞれを示す説明図である。

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５を用いて説明する。図１に示すように、このタッチパネル１は、絶縁パネル２上に、Ｘ方向に沿って菱形のパターンを連続させた１３本の駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３と、Ｙ方向に沿って菱形のパターンを連続させた１２本の検出電極Ｓ１〜Ｓ１２がそれぞれ互いに絶縁して配線されている。１３本の駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３は、Ｙ方向に等ピッチで、１２本の検出電極Ｓ１〜Ｓ１２は、Ｘ方向に等ピッチで配線され、一方の電極の菱形のパターンが他方の電極の菱形のパターンの隙間を相補し、全体で千鳥状のパターンとなって表れている。

絶縁パネル２上に格子状に配線された駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３及び検出電極Ｓ１〜Ｓ１２の表面側は、これらの電極を保護するとともに、指等の入力操作体が直接これらの電極に触れて誤作動しないように、図示しない透明絶縁シートで覆われている。すなわち、本実施の形態に係るタッチパネル１は、入力操作体を透明絶縁シートに触れ、若しくは近接させて入力操作を行い、透明絶縁シートを介して入力操作体が接近することによる駆動電極Ｄと入力操作体間の静電容量の増大を、入力操作体近傍の検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から読みとり、入力操作位置を検出するものである。この検出原理のもとに、駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３間のピッチは、絶縁パネル２上のいずれに入力操作があっても、その入力操作位置が検出できるピッチとするが、その詳細は、後述する。

図２に示すように、各駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３は、それぞれノイズを除去するダンピング抵抗６を介して、パルス高さがＶｏの検出電圧を矩形波交流信号にして出力する検出電圧発生回路３に接続している。また、各駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３とダンピング抵抗６の接続点には、マイコン４の入出力ポートＰ１〜Ｐ１３が各駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３に対応して接続している。

入出力ポートＰが、その入出力ポートＰを出力ポートの状態とするＯＦＦモードである場合には、その入出力ポートが接続する駆動電極（図中のＤ１、Ｄ５、Ｄ１３）の電位が出力ポートの電位（例えば「Ｌ」）レベルであれば０Ｖ、「Ｈ」レベルであればＶＣＣ）で安定し、検出電圧発生回路３から出力される矩形波交流信号の検出電圧は、その入出力ポートＰに接続する駆動電極Ｄ（図中のＤ１、Ｄ５、Ｄ１３）に印加されない。また、入出力ポートＰが、その入出力ポートＰを入力ポートの状態とするＯＮモードである場合には、その入力ポートＰがハイインピーダンス状態であるので、検出電圧発生回路３から出力される矩形波交流信号は、入出力ポートＰ（図中のＰ２〜Ｐ４）へ流れ込まず、その入出力ポートＰに接続する駆動電極Ｄ（図中のＤ２〜Ｄ４）に、矩形波交流信号による検出電圧が印加される。つまり、マイコン４は、任意の順に任意の１又は２以上の入出力ポートＰを出力ポートか入力ポートの状態とするだけで、その入出力ポートＰが接続する駆動電極Ｄへの検出電圧を印加を制御することができる。

本実施の形態では、図１に示すように、Ｙ方向で隣り合う３本の駆動電極Ｄ毎に駆動電極群ＤＶ（ｎ）にまとめられ、Ｙ方向で隣り合う駆動電極群ＤＶ（ｎ）と駆動電極群ＤＶ（ｎ’）は、その間に配線される駆動電極Ｄにおいて重複し、重複する駆動電極Ｄがいずれの駆動電極群ＤＶ（ｎ）、ＤＶ（ｎ’）をも構成している。このようにして、絶縁パネル２に配線される１３本の駆動電極Ｄから、６種類の駆動電極群ＤＶ（ｎ）（ｎは１から６までの整数）が設定される。

マイコン４は、図３に示すように、Ｙ方向に沿った駆動電極群ＤＶ（ｎ）の順に、駆動電極群ＤＶ（ｎ）に対応する入出力ポートＰを０Ｎモードとして、その駆動電極群ＤＶ（ｎ）を構成する３本の駆動電極Ｄに同期する矩形波交流信号を出力し、パルス高さがＶｏの駆動電圧を印加する。これにより、駆動電極群ＤＶ（ｎ）毎に駆動電圧を印加する６回の駆動制御で、絶縁パネル２上に配線された全ての駆動電極Ｄへ駆動電圧を印加することができる。

１２本の検出電極Ｓ（ｍ）（ｍは１から１２までの整数）は、マイコン４からの制御によりマイコン４の電圧検出回路４ａとの接続が切り換えられるマルチプレクサ７に接続している。マイコン４は、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）の駆動制御期間毎に、１２本の検出電極Ｓ（ｍ）との接続を順に切り換え、切り替え接続した検出電極Ｓ（ｍ）をマイコン４の電圧検出回路４ａへ接続する。

電圧検出回路４ａは、駆動電極群ＤＶ（ｎ）の３本の駆動電極Ｄに駆動電圧を印加することにより、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と交差する検出電極Ｓ（ｍ）間の静電容量Ｃ_０を介して検出電極Ｓ（ｍ）に表れる矩形波交流信号のパルス高さ（入力電圧Ｖｉ）を読みとる。この静電容量Ｃ_０はほぼ一定値であるので、入力操作体が接近せずに駆動電極群ＤＶ（ｎ）の浮遊容量に変動がなければ、入力電圧Ｖｉは、駆動電圧Ｖｏに比例する一定電圧Ｖｃで変化しない。一方、入力操作体が駆動制御された駆動電極群ＤＶ（ｎ）若しくは検出電極Ｓ（ｍ）に接近すると、駆動電極群ＤＶ（ｎ）若しくは検出電極Ｓ（ｍ）と入力操作体間の静電容量が増大し、矩形波交流信号の一部が入力操作体へ流れ、検出電極Ｓ（ｍ）に表れる入力電圧Ｖｉは低下する。入力操作体とこれらの駆動電極群ＤＶ（ｎ）若しくは検出電極Ｓ（ｍ）との距離が接近するほど、入力電圧Ｖｉは、一定電圧Ｖｃから低下するので、マイコン４がこの電位差から入力操作位置を算出するように、電圧検出回路４ａは、読みとった入力電圧Ｖｉを、一定電圧Ｖｃとの電位差を反転させて二値化した検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）で表す。

マイコン４は、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御し、駆動制御した駆動電極群ＤＶ（ｎ）毎に交差する検出電極Ｓ（ｍ）の接続を切り替え制御するので、これらの一走査周期で電圧検出回路４ａから、図１に示すように、ｎ行ｍ列の検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）が得られる。ここで、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は、駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御している間に駆動電極群ＤＶ（ｎ）に交差する検出電極Ｓ（ｍ）に表れる電位の変化量を表すので、入力操作体が駆動電極群ＤＶ（ｎ）と検出電極Ｓ（ｍ）の交差位置に接近すると、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）が増大する。従って、マイコン４は、ｎ行ｍ列の検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）を比較し、極大値が検出された交差位置の近傍を入力操作位置として検出する。

図４は、検出電極Ｓ（ｍ）の配線位置をＸ方向の入力操作位置とし、駆動電極群ＤＶ（１）、ＤＶ（２）、ＤＶ（３）を駆動制御した場合に、検出電極Ｓ（ｍ）から検出される検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）とＹ方向の入力操作位置（検出電極Ｓ（ｍ）上のＹ方向の位置）との関係を示す波形図であり、同図（ｂ）に示すように、駆動電極群ＤＶ（２）を駆動制御した場合の検出電圧レベルＲ（ｍ、２）は、入力操作位置が駆動電極群ＤＶ（２）の中央（駆動電極Ｄ４の配線位置）である場合に最も高く、入力操作位置が駆動電極群ＤＶ（２）を構成する駆動電極Ｄ１とＤ３間で高い値で推移する。上述の通り、入力操作位置が駆動制御される駆動電極群ＤＶ（２）からはずれるほど検出電圧レベルＲ（ｍ、２）は減少するが、少なくとも入力操作位置が駆動電極群ＤＶ（２）に隣り合う駆動電極群ＤＶ（１）、ＤＶ（３）の中間位置（Ｙ_１）（Ｙ_４）まで離れている場合にも、検出電圧レベルＲ（ｍ、２）が一定値（ｂ１）（ｂ４）として検出されるように、駆動電極群ＤＶ（２）から中間位置（Ｙ_１）（Ｙ_４）までの距離、すなわち、駆動電極Ｄ間のＹ方向のピッチを設定する。ここでの入力操作位置とは、入力操作体を透明絶縁シートに触れ、若しくは近接させる入力操作での入力操作体のＹ方向の位置であり、従って、入力操作体を中間位置（Ｙ_１）（Ｙ_４）の上方に近接させた状態で、少なくとも検出電圧レベルＲ（ｍ、２）が一定値（ｂ１）（ｂ４）として検出される。

各駆動電極Ｄ１〜Ｄ１３は、同一形状で互いが等ピッチで配線されているので、駆動電極群ＤＶ（１）を駆動制御し、その駆動電極群ＤＶ（１）に隣り合う駆動電極群ＤＶ（２）の中間位置（駆動電極Ｄ４の配線位置）が入力操作位置である場合であっても、検出電圧レベルＲ（ｍ、１）が一定値で検出され、また、同様に、駆動電極群ＤＶ（３）を駆動制御し、その駆動電極群ＤＶ（３）に隣り合う駆動電極群ＤＶ（２）の中間位置（駆動電極Ｄ４の配線位置）が入力操作位置である場合であっても、検出電圧レベルＲ（ｍ、３）が一定値で検出される。その結果、入力操作位置（検出電極Ｓ（ｍ）上のＹ方向の位置）がＹ方向のいずれにあっても、その周囲で隣り合う少なくとも２種類の駆動電極群ＤＶ（ｎ）ＤＶ（ｎ’）を駆動制御した際に検出される各検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）、Ｒ（ｍ、ｎ’）が０とならない一定値で検出され、この値からＹ方向のいずれの入力操作位置であっても検出できる。

例えば、図４において、入力操作位置がＹ_１である場合に、検出電圧レベルＲ（ｍ、１）が駆動電極群ＤＶ（１）内の入力操作位置を示すａ１、検出電圧レベルＲ（ｍ、２）が駆動電極群ＤＶ（２）から入力操作位置が離れるほど減少するｂ１であることから、駆動電極群ＤＶ（１）内の入力操作位置Ｙ_１が検出される。

また、同様に駆動電極群ＤＶ（２）内の入力操作位置Ｙ_２、Ｙ_３であっても、入力操作位置がＹ_２である場合の検出電圧レベルＲ（ｍ、１）が駆動電極群ＤＶ（１）から入力操作位置が離れるほど減少するａ２であること、及び入力操作位置がＹ_３である場合の検出電圧レベルＲ（ｍ、３）が駆動電極群ＤＶ（３）から入力操作位置が離れるほど減少するｃ３であることから、駆動電極群ＤＶ（２）内の入力操作位置Ｙ_２とＹ_３が正確に検出される。

以下、上述のタッチパネル１により入力操作体の入力操作位置を検出する一例を説明する。６種類の各駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御している間に、１２本の各検出電極Ｓ（ｍ）から読みとった入力電圧Ｖｉをもとに、図５に示すように、６行１２列の検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）が検出されたものとする。ここで、説明を容易にするため、電圧検出回路４ａにより二値化された検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は、１０進値で示している。

入力操作体との静電容量が無視できるほど入力操作位置から離れた交差位置（ｍ、ｎ）では、検出電極Ｓ（ｍ）から読みとった入力電圧Ｖｉは、一定電圧Ｖｃであるので、その交差位置（ｍ、ｎ）での検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は「０」となる。一方、入力操作位置近傍の交差位置（ｍ、ｎ）での検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）は、その周囲に比べて最大となるので、図中Ｘ方向とＹ方向で極大値が検出された交差位置（ｍ、ｎ）の近傍が入力操作位置であると推定し、その交差位置（ｍ、ｎ）に隣接する周囲の交差位置での検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）を入力操作位置の検出に利用する有効データとする。

しかしながら、入力操作体と無関係に、コモンモードノイズや検出誤差などにより、検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）が一定値となる場合があるので、入力操作による入力電圧Ｖｉの変化と識別するため、極大値が一定の閾値未満（図５では「２０」未満）の検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）である場合には無視し、以下の入力操作位置の検出を行わない。また、閾値以上の極大値が複数検出された場合には、それぞれの交差位置の近傍に同時に入力操作があったものと推定し、各交差位置について入力操作位置の検出を繰り返して行う。

図５では、極大値のうち、所定の閾値を越えた極大値は、検出電極Ｓ（７）と駆動電極群ＤＶ（４）の交差位置（７，４）での「９０」のみであるので、交差位置（７，４）近傍の一箇所への入力操作と推定し、その交差位置（７，４）周囲の検出電圧レベルＲ（６−８、３−５）を有効データ（図中斜線で表示）とする。

Ｘ方向の入力操作位置ｘの検出は、有効データのＸ方向の加重平均値から求める。すなわち、１２本の検出電極Ｓ（ｍ）の絶縁パネル２上の配線位置毎に、初期値に「１６」、Ｘ方向のピッチに「３２」を割り当てて重み付けする。検出電極Ｓ（１）の重み付けを「１６」とするのは、入力操作体の影響をＸ方向の片側からのみ受けるからである。続いて、有効データを検出電極Ｓ（６−８）毎にＹ方向に合計し、Ｓｕｍ（６）「１１０」、Ｓｕｍ（７）「１７７」、Ｓｕｍ（８）「８８」を算出し、その総和「３７５」を算定すると共に、検出電極Ｓ（６−８）毎の合計値Ｓｕｍ（６−８）に、その検出電極Ｓ（６−８）の配線位置に付与された重み付けを乗じて、その総和「７７２９６」を算出する。加重平均から求めるＸ方向の入力操作位置は、「７７２９６」／「３７５」の２０６．１であり、Ｘ方向について重み付けした２０６．１の位置（検出電極Ｓ（６）と検出電極Ｓ（７）の間）が入力操作位置として検出される。

同様に、Ｙ方向の入力操作位置ｙの検出は、有効データのＹ方向の加重平均値から求める。Ｙ方向の位置の重み付けは、６種類の各駆動電極群ＤＶ（ｎ）間の間隔に「１６」を割り当て、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）の中間位置毎に「１６」づつ繰り上げる。続いて、有効データを駆動電極群ＤＶ（３−５）毎にＸ方向に合計し、Ｓｕｍ（３）「８０」、Ｓｕｍ（４）「１９４」、Ｓｕｍ（５）「１０１」を算出し、その総和「３７５」を算定すると共に、駆動電極群ＤＶ（３−５）毎の合計値Ｓｕｍ（３−５）に、その駆動電極群ＤＶ（３−５）のＹ方向中間位置に付与された重み付けを乗じて、その総和「２４３３６」を算出する。加重平均から求めるＹ方向の入力操作位置は、「２２４３６」／「３７５」の６４．９であり、Ｙ方向について重み付けした６４．９の位置（駆動電極群ＤＶ（４）と駆動電極群ＤＶ（５）の間）が入力操作位置として検出される。

本実施の形態によれば、６種類の駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御するだけで、絶縁パネル２に配線した１３本の駆動電極Ｄの全体に駆動電圧を印加することができ、少なくとも２本毎に駆動電極Ｄを束ねて駆動電圧を印加する制御回数以下で、駆動電極Ｄ間の入力操作位置を検出できる。

上記実施の形態では、Ｙ方向に沿った駆動電極群ＤＶ（ｎ）の順に駆動制御したが、駆動制御する駆動電極群ＤＶ（ｎ）と、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御している間の各検出電極Ｓ（ｍ）の接続は、マイコン４による制御で任意の順とすることができる。

また、上述のタッチパネル１では、６種類の駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御する一駆動走査で検出される６行１２列の検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から入力操作位置を検出しているが、複数回の駆動走査を繰り返し、各交差位置（ｍ、ｎ）について得られる複数の検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）を用いて、入力操作位置を検出してもよい。

例えば、駆動電極群ＤＶ（ｎ）の順を、各駆動走査毎に変えて各駆動走査毎に検出される検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の平均値を、交差位置（ｍ、ｎ）についての検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）とし、入力操作位置を検出する検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から周期的に発生するコモンモードノイズの影響を除くようにしてもよい。

上記実施の形態では、マイコン４の入出力ポートＰについて、出力ポートと入力ポートとの間でモードを切り換えることができる入出力ポートＰとして説明したが、例えば、更に、入出力ポートＰを高インピーダンスモードとする、いわゆるトライステートポートであってもよく、この場合は、入力ポートとするモードに代えて、高インピーダンスモードとしても同様の機能を実現できる。

また、上記実施の形態では、検出電圧発生回路３が矩形波交流信号を出力するものとして説明したが、交流信号は矩形波に限定されず、例えば、正弦波など、他の態様の交流信号であってもよい。

本発明は、クロスポイント方式で入力操作位置を検出する静電容量式タッチ入力装置に適している。

１静電容量式タッチパネル
２絶縁パネル
３検出電圧発生回路
４マイコン
４ａ電圧検出回路（静電容量検出手段）
５駆動制御部
Ｄ駆動電極
ＤＶ（ｎ）駆動電極群
Ｓ（ｍ）検出電極
Ｐ入出力ポート

Claims

絶縁パネルに等間隔で第１方向に沿って配線される複数の駆動電極と、
絶縁パネルに第１方向と直交する第２方向に沿って配線され、それぞれ前記複数の全ての駆動電極と絶縁間隔を隔てて交差する複数の検出電極Ｓ（ｍ）と、
交流の検出電圧を発生する検出電圧発生回路と、
第２方向で隣り合う２以上の駆動電極からなる駆動電極群ＤＶ（ｎ）を、全ての駆動電極が少なくともいずれかの駆動電極群ＤＶ（ｎ）に属するように、第２方向に沿って複数設定し、各駆動電極群ＤＶ（ｎ）毎に駆動電極群ＤＶ（ｎ）に属する各駆動電極へ検出電圧を同期させて印加する駆動制御を、全ての駆動電極群ＤＶ（ｎ）について実行する駆動制御部と、
駆動制御部が駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御した際に、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と入力操作体との静電容量の変化に応じて、駆動電極群ＤＶ（ｎ）と交差する検出電極Ｓ（ｍ）に表れる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）を検出する静電容量検出手段とを備え、
全ての駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御する毎に、全ての検出電極Ｓ（ｍ）について、それぞれ静電容量検出手段が検出した検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）から、絶縁パネル上の第１方向と第２方向の入力操作体の入力操作位置を検出する静電容量式タッチ入力装置であって、
第２方向で隣り合う駆動電極群ＤＶ（ｎ）と駆動電極群ＤＶ（ｎ’）にそれぞれ属する２以上の駆動電極の一つが、その間に配線される駆動電極で共通し、
駆動電極群ＤＶ（ｎ）に第２方向で隣り合う駆動電極群ＤＶ（ｎ’）の中間位置に入力操作体の入力操作位置がある場合に、第１方向でその入力操作位置の近傍に配線される検出電極Ｓ（ｍ）に、駆動制御部が駆動電極群ＤＶ（ｎ）を駆動制御することによる検出電圧レベルＲ（ｍ、ｎ）の変化が表れるように、第２方向に等間隔で配線される駆動電極間のピッチを設定することを特徴とする静電容量式タッチ入力装置。
第２方向に沿って複数設定される各駆動電極群ＤＶ（ｎ）を、第２方向と異なる順に駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチ入力装置。
駆動制御部は、複数の各駆動電極にそれぞれ対応する複数の入出力ポートを有するマイコンで形成され、
検出電圧発生回路と各駆動電極間を接続する電圧出力線毎に、その駆動電極に対応するマイコンの入出力ポートを接続し、
マイコンは、入出力ポートを出力ポートとするＯＦＦモードと、入出力ポートを入力ポートもしくはハイインピーダンスとするＯＮモードとの間で切り換え、その入出力ポートが接続する駆動電極への検出電圧の印加と印加停止を切り換え制御することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の静電容量式タッチ入力装置。