JPS59119630A

JPS59119630A - タツチスイツチ装置

Info

Publication number: JPS59119630A
Application number: JP23256082A
Authority: JP
Inventors: 弘之末高
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1982-12-27
Publication date: 1984-07-10
Also published as: JPH0459727B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、電子腕時計、小型電子式計算機などの外部
入力手段として用いられているタッチスイッチ装ｇｔに
関する。

〔従来技術〕

最近、電子腕時計、小型電子式計算機のデータ入力手段
としてタッチスイッチを用いることが考えられている。

すなわち、第１図は、５個のタッチスイッチを備えた電
子腕時計を示し、この種のものは、時計ガラスなどの絶
縁基板１の表面に複数個のタッチスイッチを構成するの
に必要な個数分のタッチ電極２〜６を配設し、これらの
タッチ電極２〜６のうち、何れかの１つのタッチ電極に
人体（指等）が触れたかによって当該タッチ電極に対応
するスイッチＴｈ０Ｎするようになっている。

この場合、タッチ電極へのタッチ有無の判定には、人体
がタッチ電極に触れることによって生ずる接触容量成分
全検出することによって行なっている。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、この種のものけ、複数個のタッチスイッ
チを構成するのに必要な個数分のタッチ電極を配設する
ものであるため、スイッチ数を多くするには、それだけ
タッチ電極数も増やさなければならない。従って、例え
ば、腕時計のように、時計ガラスの極〈限られたスペー
スに、多数のタッチ電極を配設するものとすると、タッ
チ電極を必然的に小さくしなければならない。この結果
、タッチ電極への配線が複雑となり、！た、タッチ時に
、所望するタッチ電極と共に、その他のタッチ電極にも
触れてしまう誤タッチを招くおそれが増大し、また、接
触容量成分ＣＹは、人体とタッチ電極との接触面積に略
比例するために、その値が小さくなってスイッチ入力の
誤動作を招き、更に、静電気対策用抵抗などのようにＬ
ＳＩ（大規模集積回路）に対する外付部品点数が増大す
る等の欠点があつ念。

〔発明の目的〕

この発明は、上述した事情を背景になされたもので、そ
の目的とするところは、単−或いは少数のタッチ電極で
あっても多数個のタッチスイッチを構成することができ
るようにしたタッチスイッチ装ｆＩｔを提供することに
ある。

〔発明の安息〕この発明は、人体とタッチ電極との接触面積をタッチ電
極の接触位置に応じて異ならしめることにより、タッチ
電極の各接触位置に対応する複数個のタッチスイッチを
設けることができるようにした点を要旨とするものであ
る。

〔第１実施例〕以下、この発明を第２図乃至第８図に示す一実施例に基
づいて具体的に説明する。なお、本実施例は、電子腕時
計に適用したものである。まず、・・第２図および第３
図を参照して本実施例の基本原理について説明する。第
２図は、接触容量検出型のタッチスイッチ装＃を示し、
図中、符号ｌｌは、裏蓋（図示せず）を介して、腕に装
着される腕時計ケースであり、その前面に形成された表
面ガラス１２の上面には、透明なタッチ電極Ｔｘが取り
付けられている。そして、時計ケース１ｌ−Ｉｔ、電源
電圧の高電位■ＤＤ（＠理値″″ｌ＃）側に接続され、
他方のタッチを極に併用されている。すなわち、腕時計
を腕に装着している状態において、タッチ電＆Ｔｘに人
体が触れることによってタッチスイッチ’）ｒＯＮ動作
させるようになっている。

また、符号Ｃｘは、浮遊容量成分であり、これはタッチ
電極Ｔｘの配線によって生ずる電極配線容量および本実
施例で使用されている０ＭＯ８ＩＣｆｆ−）の入力イン
ピーダンスが高いために生ずるダート容量等によるもの
である。また、符号ｃｙは、指がタッチ電極Ｔｘに触れ
たときに、時計ケース１１とタッチ電極Ｔｘとの間に生
ずる人体の接触容量成分である。従って、前記浮遊容量
成分Ｃｘは、常に存在しているものであるが、接触容量
成分ｃｙは、人為的に生ずるものである。

また、符号Ａは、所定周期（例えば、６４＆）の矩形波
信号で、この矩形波信号Ａは、抵抗１３およびＮチャン
ネルモストランジスタ１４、Ｐチャンネルモストランジ
スタ１５からなるＣＭＯＳインバータ１６の各ｆ−）に
入力され、これら各トランジスタ１４，１５のスイッチ
ング動作を制御する。なお、Ｎチャンネルモストランジ
スタは、以降、単にＮトランジスタ、Ｐチャンネルモス
トランジスタは、４Ｐトランジスタと略称する。Ｎトラ
ンジスタ１４のソース側には、電源電圧の低電位ｖｓｓ
（論理値″０＃）が供給され、また、Ｐトランジスタ１
５のソース側には、時計ケース１６− １を介して高電位ＶＤＤが供給されている。そして、Ｃ
ＭＯＳインバータ１６の出力側は、タッチ電ｉＴＸに接
続されていると共に、ＣＭＯＳインバータ１７の入力側
に接続されている。

前記ＣＭＯＳインバータ１７の出力信号は、タッチ電ｉ
ＴＸに人体が接触しているか否か、っまシ、タッチ有無
の判定に供せられる核判定信号Ｂとして取シ出される。

而して、タッチ電極Ｔｘに人体が触れていない状態にお
いて、第３図（１）に示す矩形波信−ＭＡが高電位レベ
ルとなってＣＭＯＳインノ々−夕１６に入力されると、
ＣＭＯＳインバータ１６の出力信号は低電位レベルとな
シ、インバータ１７の出力信号は高電位レベルとなる。

このとき、ＣＭＯＳインバータ１６の出力信号は浮遊容
量成分ＣＸの影響を受けるので、インバータ１７の出力
信号は第３図（２）に示すように、その立ち上がりが矩
形波信号Ａに対して時間（Ｔｏ）だけ遅れる。

次に、タッチ電極’ｆｘに人体が触れた場合には、タッ
チ電極ＴＸと時計ケース１１との間に接触容６一量成分ＣＹが形成され、そして、この接触容量成分ＣＹ
は浮遊容量成分ＣＸに対して部列接続された状態となる
ので、インノぐ一メ１７の出力信号Ｂは、矩形波信号Ａ
に対して接触容量成分ＣＹと浮遊容量成分ＣＸとの合成
容量に対応する時間だけ遅れて出力される。ところで、
接触容量成分ＣＹの大きさは、人体とタッチ電極ＴＸと
の接触面積あるいは押圧力等の接触状態等によっても異
なるが、略前記接触面積に比例している。而して、接触
容量成分ＣＹが小さいときのインバータ１７の出力信号
Ｂは、タッチ電極ＴＸを触れていないときの出力信号（
第３図（２）参照）と比例して、第３図（３）に示すよ
うに、その立ち上がりが時間（Ｔ、）だけさらに遅れて
出力される。まだ、接触容量成分ＣＹが大きいときのイ
ンバータ１７の出力信号Ｂは、第３図（４）に示すよう
に、その立ち上がシが時間（Ｔｔ　＋　Ｔｔ　）だけさ
らに遅れて出力される。

このように、インバータ１７の出力信号Ｂの遅れ時間は
、タッチ電ｉＴＸに人体が触れることによシ大きくな、
５ので、これによってタッチ有シと判定し、描該タッチ
電極のスイッチをＯＮさせることができる。この場合、
信号Ｂの遅れ時間、すなわち、袢触容景成分ＣＹの大き
さは、人体とタッチ電極との接触面積に略比例するとい
う理由から、前置ｅ接触面積をタッチ電極の接触位置に
応じて異にらしめるととにより、それに応じた接触容量
成分を夫々検出し１、各接触容量成分に応じたスイッチ
ング信号を夫々出力するようにすれば、タッチ電極の各
接触位置に対応する複数個のタッチスイッチを設けるこ
とができる。

このような理由から本実施例に係るタッチスイッチ装置
の具体的構成は、第４図乃至第６図に示すように構成さ
れている。なお、第４図および第５１において、第２図
に示した構成と同一の構成部については、同一符号を付
して示し、その説明を省略する。時計ガラス１２の上面
下端部には、透明な一対のタッチ電極Ａ、Ｂが夫々配設
されている。タッチ電極Ａ、Ｂは、長方形の透明電極を
その一対角紳で切断して２分割したような形状を成すも
ので、夫々横長の直角三角形を成している。

そして、これら各タッチ電極Ａ％Ｂは、その余１面部を
対向させ、その上部にタッチ電’Ｗｔｈが、またその下
部にタッチ電極Ｂが夫々配設されている。

なお、タッチ電極Ａ、Ｈの斜面部間を僅かに離間せしめ
て各タッチ電極Ａ、Ｂ間の電気的絶縁を図っている。而
して、タッチ電ｉＡ、Ｈのタッチ位置は、印刷等の手段
で固定表示されている（１）〜（５）の数字表示倖（第
５図（Ａ）参照）によって指示されるようになっている
。この場合、第５図（Ｂ）Ｋ示すように、タッチ位置に
指を接触させた場合には、指に対するタッチ電１？Ａ％
Ｂの接触面積は夫々異なシ、例えば、第５図（Ｃ）に示
す如くとなる。ところで、各タッチ位置に応じてタッチ
電極Ａの接触面積ＤＡとタッチＭ＊Ｂの接触面＠ＤＢと
の比率は、次の如くとなっている。

タッチ位置（１）　　　Ｄ　Ａ　／Ｄ　Ｂ≧４／１タッ
チ位置（２）　　　４　／　１　＞　Ｄ　Ａ　／　Ｄ　
ｎ≧３／２タッチ位置（３１３／　２　）　Ｄ　Ａ　／
　Ｄ　Ｂ≧２／３メツチ位Ｍ（４１２／　３　＞　Ｄ　
Ａ　／　Ｄ　Ｂ≧１／４９− 次に、タッチスイッチ装置の回路構成を第６図を参照し
て説明する。図中１８はパルス発生器で、所定周波数の
各種クロック信号ψ１〜ψ４を出力する。このクロック
信号ψ、はタッチ電ｗＩＡ％Ｂを時分割に順次指示する
ために、タッチ電ｍＡにｇＭされているトランスミッシ
ョングー）ＧＡに対してはインバータ１９を介して、ま
た、タッチ電＊Ｂに接続されているトランスミッション
グー）ＱＢには直接、ダート制御信号として夫々久方さ
れる信号である。この場合、各トランスミッショングー
）ＧＡ％ＧＢは、接合されたＰ、Ｎ）ランジスメと、イ
ンバータとを組み合わせたもので、上記ダート制御信号
が高電位レベルのときにはＯＮ、また、低電位レベルの
ときにはＯＦＦされる。

而して、タッチ電極Ａ％Ｂは、対応するトランスミッシ
ョンゲートＧＡ％Ｑｎを介してＣＭＯＳインバータ１６
の出力側に一括接続されている。したがって、トランス
ミッショングー）ＧＡ％ＱＢＯＯＮ、ＯＦＦ動作によｐ
ｌ’）ｆ電極Ａ％Ｂ１１１．ＣＭＯＳインバータ１６の
出力側に順次接続される。

１０− また、本実施例ではＣＭＯＳインバータ１６は信号ψ１
の１／２同期のクロック信号ψ３が入力されることによ
多動作し、また、インバータ１７の出力はインバータ２
０によって反転され、このインバータ２０からタッチ有
無の判定に供せられる被判定信号Ｘとして出力される。

この被判定信号Ｘは、クロック信号ψ、およびψ４が入
力されているアンドゲート２１に与えられる。この信号
ψ４は、例えば２０４８　Ｉ（ｚの信号で、アンドダー
ト２１から信号Ｙとして出力され、アップカウンタ２２
のクロック端子ｃｋに入力される。アップカウンタ２２
は信号Ｙを計数し、その計数値データをタッチ入力回路
２３の入力ポート２４に供給する。なお、アップカウン
タ２３は、信号ψ２に同期してリセットされるようにな
っている。

タッチ入力回路２３は、入力ポート２４のほか、パルス
発生回路１８から出力されるタイミング信号にしたがっ
て各種の動作を制御するＣＰＵ（中央処理装置）２５、
各種のマイクロ命令等を記憶するＲＯＭ（リードφオン
リ・メモリ）２６、入力ポート２４からのデータ等を記
憶するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２７、出
力ポート２８を有し、アップカウンタ２２からの計数値
データに応じてタッチ有無を判別すると共に、タッチ有
シと判断した場合には、第５図（Ａ）で示したタッチ位
置（１）〜（５）のうち何処の位置に接触したかを検出
し、尚該タッチ位置に対応するスイッチング信号を出力
ポート２８から夫々出力し、図示しないスイッチ動作回
路に送るようになっている。なお、上記スイッチ動作回
路には、上田ピタッチ位置（１）〜（５）に対応する５
つのスイッチが設けられておシ、以降、スイッチ（１）
〜（５）と称呼するものとする。

次に、上記実施例の動作について説明する。まず、第７
図のタイミングチャートを参押して説明する。クロック
イ渉号ψ、が高電位レベルとなると、トランスミッショ
ンゲートＧＢが開成されるので、タッチ電極ＢがＣＭＯ
Ｓインバータ１６の出力側に接続され、また、低電位レ
ベルとなると、トランスミッションダートＧＡが開成さ
れるので、タッチ電極ＡがＣＭＯＳインパーク１６の出
力側に接続される。すなわち、信号ψ１が高電位レベル
の間はタッチ電極Ｂが指定され、また、低電位レベルの
間はタッチ電極Ａが指定されるようになる。

また、タッチ電極Ａ、Ｂが指定されると同時に、信号ψ
、が立ち上がり、高電位レベルとなるので、ＣＭＯＳイ
ンバータ１６の出力は低電位レベル、したがって、イン
バー７２０の出力Ｘは、低電位レベルとなる。この場合
、信号Ｘはタッチを極Ａ１Ｂに人体が触れたかどうかに
よシその立ち下がシが、第７図に示すように、時間ＴＢ
ｏ　、ＴＡｏ、ＴＢｌ、ＴＡ、　だけ遅れるようになる
。この場合、ＴＢｅ　、ＴＡｏはタッチ電ｅｉＡ％Ｂに
人体が触れなかった場合の遅れ時間、ＴＢ、、ＴＡ、は
人体が触れた場合の遅れ時間である。この結果、アンド
ｆ−）２０は、上記各遅れ時間だけ開成され、その間、
クロック信号ψ４を出力する。これによシ、アップカウ
ンタ２２に入力される信号Ｙは、各遅れ時間ＴＢｏ　、
ＴＡｏ　、ＴＢｔ　、ＴＡｓ　に対応して、第７図に示
す如くとなる。この場合、ア　１３− ッゾカウンタ２２は信号ψ、に同期してクリアされるの
で、その計数値データは、各遅れ時間ＴＢｏ、Ｔ　Ａｏ
−Ｔ　Ｂ　１、Ｔ　Ａｔに相当するものとなり、タッチ
入力回路２３に送られる。

タッチ入力回路２３は、第８図のフローにしたがった動
作を実行する。まず、ステラｆＳ、において、出力ポー
ト２８から出力されるスイッチング信号が論理値″′１
″のときにはスイッチＯＮ、０２のときにはスイッチＯ
ＦＦと決めておけば、各スイッチング信号をオールＩＯ
”、すなわち、全てのスイッチ（１）〜（５）をＯＦＦ
する処理が実行される。続いて、ステップＳ、ではタッ
チ電極Ａをセンスし、更に次のステラｆＳ３ではタッチ
電１ｉＢをセンスする。すなわち、タッチ電極Ａ％Ｂが
クロック信号ψ３に同期して指定されるタイミングで、
タッチ電極Ａ％Ｂに対応するＲＡＭ２７の記憶エリアを
アドレス指定し、当該アドレス領域にアップカウンタ２
２からの計数値データを書き込み可能な状態とする。そ
して、次のステップＳ４では、ＲＡＭ２７に書き込まれ
たデー１ａ− タにしたがってタッチ有無の判断が実行される。

この場合、アップカウンタ２２の計数値データけ、タッ
チ電極Ａ、Ｂを人体で触れた場合には、その浮遊容量成
分に相当し、また、人体で触れなかった場合には浮遊容
量成分と接触容量成分との合成容量成分に相当するもの
であるため、その計数値データが浮遊容量成分を越えた
値であるか否かに応じてタッチ有無の判断が実行可能と
なる。而して、タッチ無しと判断された場合には、ステ
ップＳｆに戻シ、タッチ有シが検出されるまでステップ
Ｓ、〜Ｓ４が繰シ返し実行される。

而して、タッチ電極Ａ、Ｂの倒れかに人体が触れた場合
には、ステップＳ、に進む。このステラ７’Ｓｍからス
テップＳ、までは、アップカウンタ２２からＲＡＭ２７
にタッチ電極Ａ、Ｂに対応して書き込まれた計数値デー
タ（換言すれば、第５図（Ｃ）で示したタッチ電極Ａの
接触面積ＤＡとメッチ電徽Ｂの接触面積１）ｎ）の比率
Ｄ（ＤＡ／ＤＢ）Ｋ応じて、第５図（Ａ）で示したタッ
チ位置（１）〜（５）のうち何処の位置に触れたかを検
出する処理である。す表ゎち、ステップＳ、ではＤ≧ａ
（ＤＡ／ＤＢ≧４／１）であるかどうかを調べ、Ｄが８
以上である場合には、ステラ７°ｓ９に進み、スイッチ
（１）をＯＮさせる。また、Ｄが８未満である場合には
、次のステップＳ、に進み、ａ）Ｄ≧３／２　（４／１
＞Ｄ≧３７２）の範囲内にあるかどうかを調べ、その範
囲内であれば、ステップＳ１゜に進み、スイッチ（２）
をＯＮさせる。また、その範囲外であれば、次のステッ
プＳ、に進み、ｌｂ＞Ｄ≧Ｃ（３／２＞ＤＡ／ＤＢ≧２
／３）の範囲内にあるかどうかを調べ、その範囲内にあ
れば、次のステップｓ３．に進み、スイッチ（３）をＯ
Ｎさせる。また、その範囲外であれば、次のステラｆＳ
、に進み、Ｃ＞Ｄ≧ｄ（２／　３　＞　Ｄ　Ａ　／　Ｄ
　ｎ≧１７４）の範囲内にあるかどうかを調べ、その範
囲内にあれば、次のステップＳｌｌに進み、スイッチ（
４）をＯＮさせる。更に、その範囲外であれば、ステッ
プＳｔＳに進み。

スイッチ（５）をＯＮさせる。このようにタッチ位置（
１）〜（５）に応じて対応するスイッチ（１）〜（５）
を択一的にＯＮさせると、ステップＳＩ４％Ｓ１５％Ｓ
Ｉ６が順次実行される。このステラ７’Ｓ、　４〜Ｓ１
６は上１ステップＳ、〜ｓ４と同様の処理を実行するも
のであるが、この場合には、ステップＳｔＳでタッチ有
シと判断された場合には、ステップ８１４　に戻り、タ
ッチ無しと判断された場合にはステラｆＳ、に復帰する
。すカわち、ステップ８１４〜ＳＩ６はタッチ電＆Ａ。

Ｂから指が離れたかどうかを評べる処理を実行するもの
である。

実施例第９図および第１０図は、この発明の第２実施例を示す
ものである。本実施例が上記実施例と異ガると２３は、
上記史施例のように、上下に対向配置した一対のタッチ
電極のうちその上方のタッチ電極を除去したもの、すな
わち、下方のタッチ電ＷＩＢだけで構成した点である。

とのように、学−のタッチ電極Ｂで構成しても、そのタ
ッチ位置（１）′〜（５）′に応じて接触面積が異なる
ので、上記実施例と同様に、各タッチ電極（１）′〜（
５１７− ）′に応じて複数個のスイッチを設けることができる。

なお、！ｌＯ図は第８図のフローと同様の処理を実行す
るフローチャートを示したものであるが、本実施例では
、単一のタッチ電極で構成されているので、タッチ電極
をセンスする処理を少々くしただけで、他の処理は、第
８図のフローと全く同様であるので、その説明は省略す
る。

なお、この発明は、上記各実施例に限定されず、種々変
形応用可能であシ、例えば、単一のタッチ電極を縦長の
長方形で形成し、そしてこのタッチ電極のタッチ位置を
、複数本の平行なｍ紛で指定するようにしてもよく、タ
ッチ電極の形状は、特に限定されない。

また、上記各実施例は、時計ケースをタッチ電極の一方
としたが、この発明はこれに限らず、例えば、第４図で
示したように、一対のタッチ電極を形成し、これらのタ
ッチＩ！ｆｔを同時に触れるように構成してもよい。

更に、この発明は、電子腕時計に限らず、小型電子式計
算機等にも適用可能であることは勿論で−１？− ある。

〔発明の効果〕

この発明は、以上詳細に説明したように、人体とタッチ
％！椿との接触面積をタッチ電極の接触位置に応じて異
ならしめることによシ、タッチ電極の各接触位置に対応
する複数個のスイッチを設けることができる。このため
、複数個のスイッチに応じた個数分のタッチ電極を設け
る必要がないので、タッチ電極への配線が容易とガリ、
また、静電気対策用抵抗などが不用となって部品点数を
減少させることができるので、機器の小型薄形化が可能
となる。更に、少ないタッチ電極で多くのスイッチを構
成することができるので、タッチ電極を大きく形成する
ことができ、それだけ誤タッチの防止が図れると共に、
スイッチ入力の誤動作をも防止できるという優れた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図社、従来例を示し、電子腕時計に配設したタッチ
電極の構成図、第２図はこの発明の基本原理を説明する
回路構成図、第３図はそのタイミングチャート、第４図
乃至第８図はこの発明を電子腕時計に適用した一実施例
を示し、第４図はタッチ電極の構成図、第５［ｇ（Ａ）
はタッチ位置を示す図、第５図（Ｂ）はタッチ電極を指
でタッチした状態を示す図、第５図（Ｃ）はその場合に
、指がタッチ電極に接触する面積を示す図、第６図はタ
ッチスイッチ装置の具体的な回路構成図、第７図はタイ
ミングチャート、第８図はフローチャート、第９図、第
１０Ｍはこの発明の第２実施例を示し、第９図はタッチ
ｔ′＃１の構成図、第１０図はフローチャートである。Ａ％Ｂ・旧・・タッチ電極、１６・・・・・・ＣＭＯＳ
インバータ、１８・旧・すｆルス発生回路、２２・・・
・・・アッゾカウンメ、２５・・・・・・ＣＰＵ、２６
・・・・・・ＲＯＭ、２７・・・・・・ＲＡＭ０第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

タッチ電極と、このタッチ電極に人体が接触し食除の接
触容量成分を検出する第１の検出手段と、この第１の検
出手段で検出された接触容量成分の大小に応じて予め定
められているタッチ電極の接触位置のうち何処の位置に
接触したかを検出する第２の検出手段と、この第２の検
出手段で検出された接触位置に応じてタッチ電極の各位
置に対応するスイッチング信号全夫々出力する手段とを
具備したことを特徴とするタッチスイッチ装置。