JPH03289715A - Capacity change detector and touch panel using same - Google Patents

Capacity change detector and touch panel using same

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JPH03289715A
JPH03289715A JP2090160A JP9016090A JPH03289715A JP H03289715 A JPH03289715 A JP H03289715A JP 2090160 A JP2090160 A JP 2090160A JP 9016090 A JP9016090 A JP 9016090A JP H03289715 A JPH03289715 A JP H03289715A
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capacitance
switch
analog
operational amplifier
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JP2090160A
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Hideharu Maki
槇 秀晴
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Mochida Pharmaceutical Co Ltd
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Mochida Pharmaceutical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To stabilize operations and to improve noise resistivity by absorbing the charge of a first input terminal in an operational amplifier to the side of loaded capacity when loading the capacity to a detecting electrode, and detecting the logical level of an output from the operational amplifier is changed. CONSTITUTION:Since the charge charged to the capacity set by a reference capacity set circuit 4 is injected to the first input terminal of an operational amplifier 7a by the operation of a first analog IC switch 5 when the capacity provided for a detection object is not loaded to a detection electrode 1, the output of the operational amplifier 7a is maintained at the first logical level. when the capacity of the detection object is loaded to the detection electrode 1, the output of the operational amplifier 7a is maintained at the first logical level. On the other hand, since the charge of the first input terminal in the operational amplifier 7a is absorbed to the added capacity when the capacity of the detection object is added to the detection electrode 1, the output of the operational amplifier 7a is changed to the second logical level. Thus, control, stability and noise resistivity can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は検出対象物が検出用の電極に近接あるいは接触
したことを検出する検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a detection device that detects when a detection target comes close to or comes into contact with a detection electrode.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第8図、第9図、第1O図はそれぞれこの種の検出装置
の従来例である近接スイッチおよびタッチセンサを示す
ブロック図である。
FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 1O are block diagrams showing a proximity switch and a touch sensor, respectively, which are conventional examples of this type of detection device.

第8図で示される近接スイッチの電極41とアースとの
間の容量は、容器40に注入される液体の量により変化
する。発振器42は、例えばコルピッツ型であって、電
極41に負荷される容量が発振条件の中に組み込まれて
いる。したがって、容器40中の液面が所定レベル(例
えば電極41がある位置)に到達したとき、発振器42
が発振を起動または停止するように設定できる。検波器
43は発振器42の出力を検波し、直流に変換する。比
較器44は、基準電圧回路45からの基準電圧と検波器
43の出力電圧とを比較し、検波器43の出力電圧の方
が高いときにはハイレベル(以降、Hレベルと記す)の
出力を、低いときにはロウレベル(以降、Lレベルと記
す)の出力をそれぞれ出力して液面の到達を伝える。
The capacitance between the electrode 41 of the proximity switch shown in FIG. 8 and ground varies depending on the amount of liquid injected into the container 40. The oscillator 42 is, for example, a Colpitts type, and the capacitance loaded on the electrode 41 is incorporated into the oscillation conditions. Therefore, when the liquid level in the container 40 reaches a predetermined level (for example, the position where the electrode 41 is located), the oscillator 42
can be set to start or stop oscillation. The detector 43 detects the output of the oscillator 42 and converts it into direct current. The comparator 44 compares the reference voltage from the reference voltage circuit 45 and the output voltage of the detector 43, and when the output voltage of the detector 43 is higher, outputs a high level (hereinafter referred to as H level). When the level is low, a low level (hereinafter referred to as L level) is output to notify the arrival of the liquid level.

第9図に示されるタッチセンサは、第8図のものの電極
41と発振器42との間に保護回路46を付加したもの
であり、この保護回路46は人体などの検出対象に発生
する高圧静電気が後続の回路を破壊するのを防止するた
めのものである。
The touch sensor shown in FIG. 9 is the same as that shown in FIG. 8 with a protection circuit 46 added between the electrode 41 and the oscillator 42. This is to prevent damage to subsequent circuits.

第1O図に示されるタッチセンサは、商用交流電源(5
0Hzまたは60Hz)によって人体に誘導される交流
電圧を検出することによって、人体が電極に接触したこ
とを検出するものである。
The touch sensor shown in Figure 1O is powered by a commercial AC power source (5
Contact of the human body with the electrode is detected by detecting the alternating current voltage induced in the human body (0 Hz or 60 Hz).

電極51に人体が触れていないときは、バイアス回路5
3によってP型FET54は逆バイアス、N型FET5
5は順方向にバイアスされ、コンデンサ58に印加され
る電位はアース電位となる。このときシュミット回路6
0の出力はHレベルである。
When the human body is not touching the electrode 51, the bias circuit 5
3, P-type FET 54 is reverse biased and N-type FET 5 is reverse biased.
5 is biased in the forward direction, and the potential applied to the capacitor 58 is the ground potential. At this time, Schmitt circuit 6
The output of 0 is H level.

電極1に人体が触れると、人体からの静電気放電は、保
護回路52により電源またはアースにバイパスされる一
方、人体の誘導電圧は、P型FET54およびN型FE
T55のゲートを電源電圧範囲内でドライブする。抵抗
56の値を抵抗55の値より2桁はど小さく選んでおく
と、コンデンサ58は、充電の方が優勢となるので、電
源電圧に近い電位に落ちつく。しかし、このままでは、
若干の電源周波による脈流があるので、ローパスフィル
タ59によりこの影響を低減せしめてしへる。このとき
、最終段のシュミット回路60はLレベルを出力する。
When a human body touches the electrode 1, the electrostatic discharge from the human body is bypassed to the power supply or ground by the protection circuit 52, while the induced voltage of the human body is transferred to the P-type FET 54 and the N-type FE.
Drive the gate of T55 within the power supply voltage range. If the value of the resistor 56 is selected to be two orders of magnitude smaller than the value of the resistor 55, charging of the capacitor 58 will be more dominant, and the potential will settle to a potential close to the power supply voltage. However, as it is,
Since there is some pulsating current due to the power supply frequency, the low-pass filter 59 reduces this influence. At this time, the final stage Schmitt circuit 60 outputs the L level.

その他の従来例としては、液晶表示器上で人体の指先の
抵抗値を検出するタイプのものや赤外線を表示面に近い
所で縦横に走らせ、指先の遮光によって指で指示された
位置を検出するタイプのものがある。
Other conventional examples include a type that detects the resistance value of a human fingertip on a liquid crystal display, and a type that runs infrared rays horizontally and vertically close to the display surface to detect the position indicated by the finger by blocking light from the fingertip. There is a type.

[発明が解決しようとする課題] 上述した従来の検出装置は、それぞれ下記のような欠点
がある。
[Problems to be Solved by the Invention] The conventional detection devices described above each have the following drawbacks.

1)第8図、第9図の近接スイッチおよびタッチセンサ
の場合、対地容量が発振回路の発振条件の中に組み込ま
れているため、対地容量の変化を精度よく検出するため
には ○電源電圧の安定化 O構成部品の素子感度 ○調整とその安定性 ○耐ノイズ性 などについて十分考慮しなければならず、中でも調整と
その安定性、および耐ノイズ性については実機に組み込
まれた後でもトラブルの主流をしめている。また、近接
スイッチを製造ラインに排泄した場合には、検出対象が
変る度に、調整の再設定が必要である。
1) In the case of the proximity switches and touch sensors shown in Figures 8 and 9, ground capacitance is incorporated into the oscillation conditions of the oscillation circuit, so in order to accurately detect changes in ground capacitance, the power supply voltage must be Stabilization of components O Element sensitivity of components O Adjustment and its stability O Noise resistance, etc. must be fully considered, and in particular, adjustments and stability, and noise resistance can cause problems even after being incorporated into an actual device. is the mainstream. Further, if the proximity switch is disposed of on a manufacturing line, it is necessary to reset the adjustment every time the detection target changes.

2)第6図のタッチセンサの場合、商用交流電源から人
体に誘導される電圧を用いるため、a)誘導電圧の少な
い所(屋外での電池動作)では動作不能。
2) In the case of the touch sensor shown in FIG. 6, since the voltage induced in the human body from a commercial AC power source is used, a) it cannot operate in a place where the induced voltage is low (battery operation outdoors).

b)AC電源動作でも極性によっては動作不能となる。b) Even with AC power supply operation, operation becomes impossible depending on the polarity.

c)AC電源は、50 / 60 Hzのため応答速度
が遅い。
c) AC power has a slow response speed because it is 50/60 Hz.

などのことが発生する。Things like this occur.

3)液晶表示器における場合、表示面上の指の接触また
は指の遮光を検出しなければならないため、 a)表示面に垂直に加えられる指の荷重により、その寿
命が劣化する。
3) In the case of a liquid crystal display, since it is necessary to detect the touch of a finger on the display surface or the shading of the finger, a) the life of the display is deteriorated due to the load of the finger applied perpendicularly to the display surface.

b)赤外線の発光・受光のための空間として液晶表示器
面上に最低5mmのスペースを確保しなければならない
ので小型化に不利であり、また電池動作させるものにお
いては、赤外光の発光の電力消費が無視できなくなる。
b) A space of at least 5 mm must be secured on the liquid crystal display surface for emitting and receiving infrared light, which is disadvantageous for miniaturization. Power consumption can no longer be ignored.

[課題を解決するための手段] 本発明の容量変化検出装置は、 一端が導電性の検出電極に接続された結合コンデンサと
、 a接点、b接点および共通接点を有し、b接点には電源
が接続された第1のアナログICスイッチと、 a接点、b接点および共通接点を有し、b接点にはアー
スが、共通接点には結合コンデンサの他端がそれぞれ接
続された第2のアナログICスイッチと、 第1.第2のアナログICスイッチの共通接点との接続
をa接点側またはb接点側に同期して切換え、切換途中
では共通接点をともに一旦フローティング状態とするス
イッチ駆動回路と、第1の入力端が第1.第2のアナロ
グICスイッチのa接点に接続され、第2の入力端が電
源の二重圧を供給され、出力端が第1の入力端と積分用
コンデンサで接続され検出出力を出力するオペアンプと
、 検出電極に検出対象が実質的接触をした時および実質的
接触をしていない時にそれぞれ第2のアナログICスイ
ッチの共通接点よりみた容量である接触容量および浮遊
容量と比較し、接触容量より小さく、浮遊容量より大き
い基準容量を第1のアナログICスイッチの共通接点に
負荷している基準容量設定回路とを有し、 好ましくは実質的接触が検出対象の検出電極の接近であ
り、 さらに好ましくは、検出電極と結合コンデンサの一端と
の間に高圧静電気を電源またはアース側にバイパスする
静電保護回路を設け、 あるいは、一端がオペアンプの出力端に、他端が第1の
アナログICスイッチのa接点、第2のアナログICス
イッチの共通接点にそれぞれ接続された第1.第2の抵
抗を有する。
[Means for Solving the Problems] The capacitance change detection device of the present invention has a coupling capacitor whose one end is connected to a conductive detection electrode, an a contact, a b contact, and a common contact, and the b contact is connected to a power source. a first analog IC switch to which is connected, a second analog IC having an a contact, a b contact, and a common contact, the b contact is connected to ground, and the common contact is connected to the other end of the coupling capacitor. A switch; 1. A switch drive circuit that switches the connection to the common contact of the second analog IC switch in synchronization with the A contact side or the B contact side, and temporarily puts both the common contacts in a floating state during switching; 1. an operational amplifier connected to the a contact of the second analog IC switch, whose second input terminal is supplied with double voltage of the power supply, whose output terminal is connected to the first input terminal through an integrating capacitor, and which outputs a detection output; When compared with the contact capacitance and the stray capacitance, which are the capacitances seen from the common contact of the second analog IC switch when the detection target is in substantial contact with the detection electrode and when the detection target is not in substantial contact with the detection electrode, the contact capacitance is smaller than the contact capacitance; a reference capacitance setting circuit that loads a reference capacitance larger than the stray capacitance to the common contact of the first analog IC switch, preferably the substantial contact is proximity of a detection electrode to be detected, and more preferably, Provide an electrostatic protection circuit between the detection electrode and one end of the coupling capacitor to bypass high-voltage static electricity to the power supply or ground side, or connect one end to the output end of the operational amplifier and the other end to the a contact of the first analog IC switch. , the first . . . connected to the common contact of the second analog IC switch, respectively. It has a second resistance.

また、本発明のタッチパネルは、前記容量変化検出装置
を複数個具備し、検出電極2個を対電極とし、複数の対
電極をマトリックス状に表示パネル上に配設し、マトリ
ックス状に配設した各検出電極を時分割的に駆動し、い
ずれかの対電極に容量増加があったことを検出したとき
、前記対電極がタッチされたことを検出する。
Further, the touch panel of the present invention includes a plurality of the capacitance change detection devices, two detection electrodes are used as counter electrodes, and the plurality of counter electrodes are arranged in a matrix on the display panel. Each detection electrode is driven in a time-divisional manner, and when it is detected that there is an increase in the capacitance of any of the counter electrodes, it is detected that the counter electrode has been touched.

〔作   用〕[For production]

検出電極に検出対象の有する容量が負荷されないときは
、第1のアナログICスイッチの動作により、基準容量
設定回路によって設定された容量にチャージされた電荷
がオペアンプの第1の入力端に注入されるためオペアン
プの出力は第1の論理レベルに維持され、検出電極に検
出対象の容量が負荷されると、オペアンプの第1の入力
端の電荷は負荷された容量に吸収されるためオペアンプ
の出力は第2の論理レベルに変化する。
When the detection electrode is not loaded with the capacitance of the object to be detected, the charge charged to the capacitance set by the reference capacitance setting circuit is injected into the first input terminal of the operational amplifier by the operation of the first analog IC switch. Therefore, the output of the operational amplifier is maintained at the first logic level, and when the detection electrode is loaded with the capacitance to be detected, the charge at the first input terminal of the operational amplifier is absorbed by the loaded capacitor, so the output of the operational amplifier is Change to a second logic level.

[実 施 例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
[Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の容量変化検出装置の一実施例を示すブ
ロック図、第2図は第1図の出力状態を示す波形図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the capacitance change detection device of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram showing the output state of FIG. 1.

検出電極1は導電性であり、検出対象例えば人体が接触
すると人体の有する容量C(l (最小約20pF)が
負荷される。静電保護回路2は、検出電極1に検出対象
等に帯電した高圧静電気が印加された場合、抵抗2aを
介してこの高圧静電気を入力し、ダイオード2bまたは
ダイオード2Cを介して電源側またはアース側にバイパ
スするものである。
The detection electrode 1 is conductive, and when a detection object, for example a human body, comes into contact with it, the human body's capacitance C(l (minimum about 20 pF) is loaded. When high voltage static electricity is applied, this high voltage static electricity is input through the resistor 2a and bypassed to the power supply side or the ground side through the diode 2b or diode 2C.

結合コンデンサ3は容量C6を有し、検出電極から見た
対地容量を容量C6とすれば、節点Nから見た合成容量
C0はCc)Coと選ばれているので、式(1)で示さ
れる。
The coupling capacitor 3 has a capacitance C6, and if the ground capacitance seen from the detection electrode is the capacitance C6, the combined capacitance C0 seen from the node N is selected as Cc)Co, so it is expressed by equation (1). .

の浮遊容量Cs (〜数pF)となる。The stray capacitance Cs (~several pF) is obtained.

アナログICスイッチ5a、5bは、それぞれ接点a、
bおよび共通接点Cを有し、接点aはともにオペアンプ
7aの反転入力端に接続され、接点すはそれぞれ電源V
DDおよびアースに接続され、共通端子Cはそれぞれ基
準容量設定回路4、節点Nに接続されている。さらに、
基準容量設定回路4は、予め検出電極で検出すべき検出
対象の容量に対応してアナログICスイッチ5aの共通
端子に所定の基準容量CREFを負荷するように調整さ
れている(C3<CREF <C6)。積分回路7は、
オペアンプ7aとオペアンプ7aの出力端と反転入力端
との間に接続されたコンデンサ7bおよび抵抗7dとか
らなる。抵抗7Cは安定動作のためにオペアンプ7aの
出力端と節点Nとを接続する。バイアス回路8は電源V
DDの半分の電圧検出電極1が検出対象と静電的に結合
してI/)なし)ときは、上記C0は、節点Nから検出
電極1まで印加している。出力回路9は、抵抗9aおよ
びトランジスタ9bからなり、オペアンプ7aの出力を
増幅して出力する。
Analog IC switches 5a and 5b have contacts a and 5b, respectively.
b and a common contact C, both contacts a are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 7a, and the contacts are connected to the power supply V.
It is connected to DD and ground, and the common terminal C is connected to the reference capacitance setting circuit 4 and node N, respectively. moreover,
The reference capacitance setting circuit 4 is adjusted in advance to load a predetermined reference capacitance CREF to the common terminal of the analog IC switch 5a in accordance with the capacitance of the detection target to be detected by the detection electrode (C3<CREF<C6 ). The integrating circuit 7 is
It consists of an operational amplifier 7a, a capacitor 7b and a resistor 7d connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 7a. A resistor 7C connects the output end of the operational amplifier 7a and the node N for stable operation. The bias circuit 8 is connected to the power supply V
When half of the voltage detection electrodes 1 of DD are electrostatically coupled to the detection target (without I/), the above C0 is applied from the node N to the detection electrode 1. The output circuit 9 includes a resistor 9a and a transistor 9b, and amplifies and outputs the output of the operational amplifier 7a.

次に第1図の実施例の動作について第2図を参照して説
明する。
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIG. 2.

オペアンプ7aの非反転入力端は、バイアス回されてお
り、オペアンプ7aは両入力端に仮想接地条件が成立す
るように動作するため、反転入力端も−VDDとなる。
The non-inverting input terminal of the operational amplifier 7a is biased, and since the operational amplifier 7a operates so that a virtual grounding condition is established at both input terminals, the inverting input terminal also becomes -VDD.

検出電極1が検出対象に対して開放のときは、基準容量
CREFに充電された電荷と、アナログスイッチ5bの
共通端子Cすななわち節点Nからみた浮遊容量C8に充
電される電荷の差分Qdは式%式% 基準容量CREFは浮遊容量C8より十分大きく設定さ
れているので、差分Q6は正となり、この差分Qdに基
づく電荷は、反転入力端の電位な上昇させようと作用し
、オペアンプ7aの出力はアースレベルとなり、コンデ
ンサ7bを経由してアースに電荷の差分Qdを引き込む
(逆積分区間■および負側飽和区間■)、逆に、導電性
検出電極1が被検出対象に対して静電的に対地容量C6
で結合しているときは(検出対象に導電性の検出電極1
が物理的に接触している必要性は必ずしもない)差分Q
、は式(3)で表わされる。
When the detection electrode 1 is open to the detection target, the difference Qd between the charge charged in the reference capacitor CREF and the charge charged in the stray capacitance C8 seen from the common terminal C of the analog switch 5b, that is, the node N. Since the reference capacitance CREF is set sufficiently larger than the stray capacitance C8, the difference Q6 is positive, and the charge based on this difference Qd acts to raise the potential at the inverting input terminal, and the operational amplifier 7a The output becomes the ground level, and the charge difference Qd is drawn to the ground via the capacitor 7b (inverse integration interval ■ and negative saturation interval ■).Conversely, the conductive detection electrode 1 Electrical ground capacity C6
(conductive detection electrode 1 is connected to the detection target)
There is no need for the two to be in physical contact) Difference Q
, is expressed by equation (3).

Ca > CREFであるから差分はQ、は負となり、
反転入力波の電位を下降させようと作用するので、オペ
アンプ7aの出力は電源電圧側へ上昇し、コンデンサ7
bを経由してオペアンプ7aの反転入力端に電荷を注入
し、差分Qdを中和するように作動する(積分区間■お
よび正側飽和区間■)。なお、抵抗7c、7dは、積分
回路において直流帰還抵抗として働き、スイッチとして
のオン、オフを安定ならしめるものである。
Since Ca > CREF, the difference Q is negative,
Since it acts to lower the potential of the inverted input wave, the output of the operational amplifier 7a rises to the power supply voltage side, and the capacitor 7
A charge is injected into the inverting input terminal of the operational amplifier 7a via the input terminal b, and the operation is performed to neutralize the difference Qd (integration interval (2) and positive saturation interval (2)). Note that the resistors 7c and 7d function as DC feedback resistors in the integrating circuit, and stabilize the on/off state of the switch.

次に本実施例をレーザ発生装置を具備する医療装置に用
いた場合について、より具体的に説明する。
Next, a case in which this embodiment is applied to a medical device equipped with a laser generator will be described in more detail.

レーザ光を人体に局部に集中的に照射して医療に用いる
装置があるが、レーザ光を人体の重要な個所に誤って照
射すると、照射した個所を破壊するので非常に危険であ
る。そこでレーザ発生装置のレーザ照射口が人体に接触
したときのみ、レーザ光を照射可能にさせるため、本実
施例のものを装着し、その検知電極をレーザ発生装置の
先端に配設し、人体に接触した時にのみ照射可能となる
ように動作させれば、その目的が有効に成し遂げられる
。実際の定数として下記のもので行ったところ非常に良
好な結果を得た。
There are devices used for medical treatment that irradiate the human body with laser light in a concentrated manner, but if the laser light is accidentally irradiated on important parts of the human body, it is extremely dangerous because the irradiated area will be destroyed. Therefore, in order to make it possible to irradiate laser light only when the laser irradiation port of the laser generator comes into contact with the human body, the device of this embodiment is attached, and its detection electrode is placed at the tip of the laser generator, and the laser beam is attached to the human body. If the device is operated so that it can irradiate only when there is contact, the purpose can be effectively achieved. When we used the following constants as actual constants, we obtained very good results.

抵抗2a・・・・・・100にΩ 結合コンデンサ3・・1μF 基準容量CREF ・・・22pF (無調整化)コン
デンサ7b・・・4700pF 抵抗7C・・・・・・3.3MΩ 抵抗7d・・・・・・00(開放) ノン・オーバーラップニ相発振器の 発振周波数・・・60KHz 抵抗9a・・・・・・2.2にΩ 次に、本実施例を近接スイッチに応用した場合は、下記
の定数で行った。基準容量設定回路4の基準容量CRE
Fは、第3図のような回路を用いて調整可能とした。
Resistor 2a...100Ω Coupling capacitor 3...1μF Reference capacitance CREF...22pF (non-adjustable) Capacitor 7b...4700pF Resistor 7C...3.3MΩ Resistor 7d... ...00 (open) Oscillation frequency of non-overlapping two-phase oscillator...60KHz Resistor 9a...2.2Ω Next, when this example is applied to a proximity switch, This was done using the following constants. Reference capacitance CRE of reference capacitance setting circuit 4
F can be adjusted using a circuit as shown in FIG.

抵抗2a・・・・・・IKΩ 結合コンデンサ3・・1μF 基準容量設定回路4は第3図に示したものによる。Resistance 2a...IKΩ Coupling capacitor 3...1μF The reference capacitance setting circuit 4 is as shown in FIG.

コンデンサ7b・・・O,0ILLF 抵抗7c・・・・・・3.3MΩ 抵抗7d・・・・・・510にΩ ノン・オーバラップニ相発振器6の 発振周波数・・・・3.3MHz 抵抗9a・・・・・・2,2にΩ 以上、2つの応用例を示したがこれらの定数は上記のも
のに限定されるものではないことは明らかである。例え
ば上記発振周波数60KHzなどは大きな範囲で変化可
能である。
Capacitor 7b...O,0ILLF Resistor 7c...3.3MΩ Resistor 7d...510Ω Oscillation frequency of non-overlapping two-phase oscillator 6...3.3MHz Resistor 9a... ....2, 2.Ω Although two application examples have been shown above, it is clear that these constants are not limited to the above ones. For example, the oscillation frequency of 60 KHz can be varied within a wide range.

第4図は本発明のタッチパネルの一実施例を示すブロッ
ク図、第5図、第6図はそれぞれ第4図の実施例の動作
を示すタイムチャートおよびフローチャートである。
FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the touch panel of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are a time chart and a flow chart showing the operation of the embodiment of FIG. 4, respectively.

本実施例は第1図で示されたものの主要部を2組用いて
タッチパネル(タッチスクリーンとも言う)に応用した
ものである。
In this embodiment, two sets of the main parts shown in FIG. 1 are applied to a touch panel (also referred to as a touch screen).

操作部IAは、CRTあるいは液晶表示器の画面上に透
明配線材により縦横4×4の格子状の配線網を構成する
。全16ケの各交差点において指先での接触が容易な面
積範囲内で、縦横それぞれの透明配線材がパネル表面上
で互いに電気的に独立に導電部分を露出させ、操作部1
上の、任意の1交差点を人間の指先がタッチしたときの
動作を考察する。
The operation unit IA forms a 4×4 grid-like wiring network using transparent wiring materials on the screen of a CRT or liquid crystal display. At each of the 16 intersections, the vertical and horizontal transparent wiring materials expose conductive parts electrically independently from each other on the panel surface within an area that can be easily touched with a fingertip.
Consider the behavior when a human fingertip touches any one intersection above.

まず、人間の指先より静電気放電があった場合は、選択
された縦、および横方向につながる入力保護回路2A、
2B、〜、2Hのいずれかが、静電気放電の極性に応じ
て電源または、回路GNDにバイパスして以降の回路を
保護する。
First, if there is an electrostatic discharge from a human fingertip, the input protection circuit 2A connected to the selected vertical and horizontal directions,
Depending on the polarity of electrostatic discharge, either of 2B, 2H, and 2B is bypassed to the power supply or circuit GND to protect the subsequent circuit.

マイクロコンピュータ10よりのCPUクロックは通常
数MHzであるが、分周器11によりノン・オーバラッ
プニ相発振器6の原発振として数10KHzに分周され
、さらに入力部のスキャン信号(T1〜T9)を発生さ
せるタイミング発生器12の駆動クロックとして、数K
Hzに分周される。
The CPU clock from the microcomputer 10 is normally several MHz, but it is divided by the frequency divider 11 into several tens of kHz as the source oscillation of the non-overlapping two-phase oscillator 6, and further generates the scan signal (T1 to T9) for the input section. As a driving clock for the timing generator 12, several K
The frequency is divided into Hz.

ノン・オーバラップニ相発振器6は、基準容量回路4を
駆動するアナログスイッチ5a、5cおよび対地容量(
人間の指先)を駆動するアナログスイッチ5b、5dを
、φ+=Hのとき第4図に示す方向で導通させ、φi=
Hのときは、第4図に示す方向とは反対側に導通させる
。φ1またはφ2いずれかがLのときは、アナログスイ
ッチ5a〜5dは中間状態となる。
The non-overlapping two-phase oscillator 6 includes analog switches 5a and 5c that drive the reference capacitance circuit 4 and ground capacitance (
The analog switches 5b and 5d that drive the human fingertips are made conductive in the direction shown in FIG. 4 when φ+=H, and φi=
When H, conduction is made in the opposite direction to the direction shown in FIG. When either φ1 or φ2 is L, the analog switches 5a to 5d are in an intermediate state.

一方、タイミング発生器12は、第2図で示すタイミン
グで動作しているので、アナログスイッチ13a〜13
jはタイミングT1〜T9で駆動されており、それぞれ
は、信号がHのときに導通するとして、20m5で、操
作部1上の16ケの交差点は走査されることになる。例
えば、入力保護回路2Cにつながるラインと、入力保護
回路2Fでつながるラインの交点上(図−1中で*マー
クで示す)を、人間の指先がタッチしているとすると、
タイミングチャート上の*で示す区間で、オペアンプ7
aと7dは同時に積分をスタートし、積分コンデンサ7
bおよび7eを数百マイクロ秒で積分が終了するような
定数、例えば100pFに選んでおくと、NANDゲー
ト9の出力Eは、T9の立下りから1mS後にはLレベ
ルとなっている。アナログスイッチ13iおよび13j
は、タイミングT9がHレベルのときに導通し、1.2
5m5毎に、積分回路をリセットする。したがってNA
NDゲート9の出力Eは、1.25m5以上はLレベル
が連続しない。
On the other hand, since the timing generator 12 operates at the timing shown in FIG. 2, the analog switches 13a to 13
j are driven at timings T1 to T9, and assuming that each is conductive when the signal is H, 16 intersections on the operation unit 1 will be scanned in 20 m5. For example, if a human fingertip touches the intersection of the line connected to the input protection circuit 2C and the line connected to the input protection circuit 2F (indicated by an asterisk in Figure 1),
In the interval indicated by * on the timing chart, operational amplifier 7
a and 7d start integration at the same time, and the integration capacitor 7
If b and 7e are selected to be constants such that the integration is completed in several hundred microseconds, for example, 100 pF, the output E of the NAND gate 9 becomes the L level 1 mS after the fall of T9. Analog switches 13i and 13j
is conductive when timing T9 is at H level, and 1.2
The integration circuit is reset every 5m5. Therefore NA
The output E of the ND gate 9 does not remain at L level continuously for more than 1.25 m5.

タイミングT、の立下がりは、マイクロコンピュータ1
0の割り込み端子を駆動し、1mSタイマーをスタート
させる。1mSタイマーがカウントアツプすると、マイ
クロコンピュータ10は、4bitの二値データA、B
、C,およびDをタイミング発生器12より読み込む。
The falling edge of timing T is the microcomputer 1
Drives the 0 interrupt pin and starts the 1mS timer. When the 1mS timer counts up, the microcomputer 10 outputs 4-bit binary data A and B.
, C, and D are read from the timing generator 12.

もしこのとき、NANDゲート9の出力EがLレベルで
あると、対応している交差点を人間の指先がタッチして
いると判断できる。
If the output E of the NAND gate 9 is at L level at this time, it can be determined that the corresponding intersection is touched by a human fingertip.

また、操作部1に人間がタッチしていない場合は、20
m5で16ケの交差点をスキャンする間中、積分は一回
も実行されず、タッチも検出されない。
In addition, if a human does not touch the operation unit 1, 20
While scanning 16 intersections with m5, no integration is performed and no touch is detected.

次に、本実施例において操作部1Aの複数の交差点がタ
ッチされる場合の対応について第6図、第7図を参照し
て説明する。
Next, the response when a plurality of intersections on the operating section 1A are touched in this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

タイミング信号T9が立下がると、1mSのタイマがス
タートする。タイマがカウントアツプすると、信号A、
B、C,Dの論理レベルを読み込み(ステップS1) 
、A+2B+4G+8Dをiとする(ステップS2)。
When the timing signal T9 falls, a 1 mS timer starts. When the timer counts up, the signal A,
Read the logic levels of B, C, and D (step S1)
, A+2B+4G+8D as i (step S2).

出力EがLレベルかどうか判断しくステップS3) 、
Lレベルであればフラグが1であるかどうか判断しくス
テップS4)、1でなければiをDATAとしくステッ
プS5)  フラグに1を立てる(ステップ56)0次
に、iが15か判断しくステップS7)、1=15であ
ればフラグが1であるか判断しくステップS8)、1で
あれば所定の処理を行い(ステップS8)、フラグに0
を入れ(ステップS9)、終了する。ステップS3で出
力EがLレベルでない場合およびステップS4でフラグ
が1の場合にはステップS7に移る。ステップS7で1
=15でない場合は終了する。ステップS8でフラグが
1でない場合ステップS9に移る。
Step S3) to determine whether the output E is at L level or not.
If it is L level, it is determined whether the flag is 1 or not (step S4); if it is not 1, i is set as DATA (step S5). The flag is set to 1 (step 56) 0. Next, it is determined whether i is 15 or not (step S5). S7), if 1=15, it is determined whether the flag is 1 or not (step S8); if 1, predetermined processing is performed (step S8), and the flag is set to 0.
(step S9), and the process ends. If the output E is not at the L level in step S3 and if the flag is 1 in step S4, the process moves to step S7. 1 in step S7
If not = 15, the process ends. If the flag is not 1 in step S8, the process moves to step S9.

本実施例において、基準容量回路は、直流逆バイアス電
圧によって、その接合容量を制御可能なバリキャップ(
バリアプル・キャパシタ・ダイオード)としたが、本実
施例のように、配線長などにより浮遊容量がどの程度か
確定しがたいときに、基準容量を簡単に設定できる利点
がある。
In this embodiment, the reference capacitance circuit is a varicap whose junction capacitance can be controlled by a DC reverse bias voltage.
However, as in this embodiment, when it is difficult to determine the amount of stray capacitance due to wiring length, etc., the reference capacitance can be easily set.

[発明の効果] 以上説明したように本発明は、検出電極に容量が負荷さ
れると、オペアンプの第1の入力端の電荷が負荷された
容量側に吸収され、オペアンプの出力の論理レベルか変
化1−ることを検出することにより、下記の効果がある
[Effects of the Invention] As explained above, in the present invention, when a capacitance is loaded on the detection electrode, the charge at the first input terminal of the operational amplifier is absorbed by the loaded capacitor, and the logic level of the output of the operational amplifier is changed. By detecting the change 1-, the following effects can be obtained.

1)装置を構成する要素が発振条件とは無関係となり、
動作が安定でノイズに強いものとなる。
1) The elements that make up the device become unrelated to the oscillation conditions,
The operation is stable and resistant to noise.

2)構成要素がいずれもIC化に適したものであるので
1チツプなどに小型化が可能である。
2) Since all the constituent elements are suitable for IC implementation, it is possible to downsize to a single chip.

3)また、タッチパネルとして低消′R電力の薄いもの
を可能とすることができる。
3) Furthermore, a thin touch panel with low R power consumption can be made possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の容量変化検出装置の第1の実施例を示
すブロック図、第2図は第1図の出力状態を示す波形図
、第3図は基準容量設定回路4の一例を示す回路図、第
4図は本発明のタッチパネルの実施例を示すブロック図
、第5図は第4図の実施例の動作を示すタイムチャート
、第6図、第7図は第4図の実施例の動作を示すフロー
チャート、第8図、第9vA、第10図は従来例を示す
ブロック図である。 1・−・検出電極、    2・−静電保護回路、3・
・・結合コンデンサ、4・・・基準容量設定回路、1 5・・・アナログrcスイッチ、 6・・・ノン・オーバラップニ相発振器、7・・・積分
回路、   8・・・バイアス回路、9.19−・・出
力回路、 0・・・マイクロコンピュータ、11−°°分周器、2
・・・タイミング発生器。
1 is a block diagram showing a first embodiment of the capacitance change detection device of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the output state of FIG. 1, and FIG. 3 is an example of the reference capacitance setting circuit 4. A circuit diagram, FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the touch panel of the present invention, FIG. 5 is a time chart showing the operation of the embodiment of FIG. 4, and FIGS. 6 and 7 are a block diagram showing the embodiment of the touch panel of the present invention. FIGS. 8, 9vA, and 10 are block diagrams showing conventional examples. 1.--Detection electrode, 2.--Electrostatic protection circuit, 3.
...Coupling capacitor, 4...Reference capacitance setting circuit, 1 5...Analog RC switch, 6...Non-overlapping two-phase oscillator, 7...Integrator circuit, 8...Bias circuit, 9.19 -...Output circuit, 0...Microcomputer, 11-°° frequency divider, 2
...timing generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一端が導電性の検出電極に接続された結合コンデン
サと、 a接点、b接点および共通接点を有し、b接点には電源
が接続された第1のアナログICスイッチと、 a接点、b接点および共通接点を有し、b接点にはアー
スが、共通接点には結合コンデンサの他端がそれぞれ接
続された第2のアナログICスイッチと、 第1、第2のアナログICスイッチの共通接点との接続
をa接点側またはb接点側に同期して切換え、切換途中
では共通接点をともに一旦フローティング状態とするス
イッチ駆動回路と、 第1の入力端が第1、第2のアナログICスイッチのa
接点に接続され、第2の入力端が電源の1/2電圧を供
給され、出力端が第1の入力端と積分用コンデンサで接
続され検出出力を出力するオペアンプと、 検出電極に検出対象が実質的接触をした時および実質的
接触をしていない時にそれぞれ第2のアナログICスイ
ッチの共通接点よりみた容量である接触容量および浮遊
容量と比較し、接触容量より小さく、浮遊容量より大き
い基準容量を第1のアナログICスイッチの共通接点に
負荷している基準容量設定回路とを有する容量変化検出
装置。 2、実質的接触が検出対象の検出電極への接近である請
求項1に記載の容量変化検出装置。 3、検出電極と結合コンデンサの一端との間に高圧静電
気を電源またはアース側にバイパスする静電保護回路を
設けた請求項1に記載の容量変化検出装置。 4、一端がオペアンプの出力端に、他端が第1のアナロ
グICスイッチのa接点、第2のアナログICスイッチ
の共通接点にそれぞれ接続された第1、第2の抵抗を有
する請求項1または請求項3に記載の容量変化検出装置
。 5、請求項1ないし請求項4のいずれか1項の容量変化
検出装置を複数個具備し、検出電極2個を対電極とし、
複数の対電極をマトリックス状に表示パネル上に配置し
、マトリックス状に配置した各検出電極を含む各容量変
化検出装置を時分割的に駆動し、いずれかの対電極に容
量増加があったことを検出したとき、前記対電極がタッ
チされたことを検出するタッチパネル。
[Claims] 1. A first analog IC switch having a coupling capacitor with one end connected to a conductive detection electrode, an a contact, a b contact, and a common contact, the b contact being connected to a power source. and a second analog IC switch having an a contact, a b contact, and a common contact, the b contact being connected to ground, and the common contact being connected to the other end of the coupling capacitor, and the first and second analog IC switches. A switch drive circuit that synchronizes the connection with the common contact of the IC switch to the a contact side or the b contact side and temporarily puts the common contact in a floating state during the switching, analog IC switch a
An operational amplifier is connected to the contact point, the second input terminal is supplied with 1/2 voltage of the power supply, and the output terminal is connected to the first input terminal through an integrating capacitor to output a detection output, and the detection target is connected to the detection electrode. Compared with the contact capacitance and stray capacitance, which are the capacitances seen from the common contact of the second analog IC switch when there is substantial contact and when there is no substantial contact, the reference capacitance is smaller than the contact capacitance and larger than the stray capacitance. and a reference capacitance setting circuit that loads the common contact of the first analog IC switch. 2. The capacitance change detection device according to claim 1, wherein the substantial contact is proximity to the detection electrode of the detection target. 3. The capacitance change detection device according to claim 1, further comprising an electrostatic protection circuit provided between the detection electrode and one end of the coupling capacitor to bypass high-voltage static electricity to a power supply or ground side. 4. First and second resistors having one end connected to the output end of the operational amplifier and the other end connected to the a contact of the first analog IC switch and the common contact of the second analog IC switch, respectively. The capacitance change detection device according to claim 3. 5. A plurality of capacitance change detection devices according to any one of claims 1 to 4 are provided, and two detection electrodes are used as counter electrodes,
A plurality of counter electrodes are arranged in a matrix on a display panel, and each capacitance change detection device including each detection electrode arranged in a matrix is driven in a time-sharing manner, and it is determined that there is an increase in the capacitance of one of the counter electrodes. A touch panel that detects that the counter electrode has been touched when detecting.
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