KR20130044121A - 정전용량식 터치패널 - Google Patents

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KR20130044121A
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오사무 요시카와
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에스에무케이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 동작환경에 따라 검출정밀도가 높은 전압제어방법을 선택할 수 있는 정전용량식 터치패널을 제공한다.
입력조작체가 접근하면 접근한 검출전극의 부유용량은 증가하기 때문에, 복수의 검출전극의 부유용량을 충방전제어하여, 부유용량의 증가에 따라 시정수가 증가되어 전위변화가 완만하게 된 검출전극을 입력조작체가 접근한 검출전극으로서 검출한다. 검출전극의 부유용량을 충전제어 또는 방전제어의 어느 것으로도 선택제어 가능한 것으로 하여 동작환경에 따라 알맞은 일방의 제어방법을 선택한다.

Description

정전용량식 터치패널{CAPACITIVE TOUCH PANEL}
본 발명은, 절연패널(絶緣 panel) 상에 배치되는 복수의 검출전극(檢出電極)의 부유용량(浮遊容量)을 비교하여, 입력조작체(入力操作體)가 접근하여 부유용량이 증대되는 검출전극으로부터 그 검출전극에 접근하는 입력조작을 검출하는 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)에 관한 것이다.
전자기기의 디스플레이(display)에 표시된 아이콘(icon) 등을 지시입력하는 포인팅 디바이스(pointing device)로서, 손가락 등의 입력조작체가 입력조작면에 접근하는 것에 의한 정전용량의 변화를 이용하여 비접촉으로 입력조작위치를 검출하여, 디스플레이의 배면측에 배치하더라도 입력조작을 검출할 수 있는 정전용량식 터치패널이 알려져 있다.
종래의 정전용량식 터치패널은, 다수의 X전극과 Y전극을 절연기판의 표리(表裏)에서 교차하도록 매트릭스(matrix) 모양으로 형성하여, 손가락 등의 입력조작체를 접근시킨 부근에서 교차하는 각 X전극과 Y전극 사이의 정전용량이 변화되기 때문에, 입력조작체에 의한 절연기판으로의 조작위치를 검출하고 있었다(특허문헌1).
이 정전용량식 터치패널(100)에서는, 도4에 나타나 있는 바와 같이 다수의 Y전극(101)에 순차적으로 소정의 펄스전압(pulse 電壓)을 인가하여 주사(走査)하고, 각 Y전극(101)에 펄스전압을 인가하고 있는 사이에 펄스전압이 인가된 Y전극(101)과 교차하는 각 X전극(102)의 전압을 검출한다. 손가락 등의 입력조작체를 절연기판에 접근시키면, 입력조작체가 접근하는 위치에서 교차하는 X전극(102)과 Y전극(101) 사이의 정전용량이 변화되기 때문에, 제어수단(制御手段)(103)은 정전용량의 변화에 의하여 전압이 변화된 X전극(102)과, 그 때에 펄스전압을 인가한 Y전극(101)의 배치위치에 의하여 입력조작체의 절연기판으로의 조작위치를 검출한다.
특허문헌1에 개시되어 있는 정전용량식 터치패널(100)은, 손가락 등의 입력조작체를 정전용량의 변화로부터 검출하기 위하여 다수의 X전극(102)과 Y전극(101)을 절연기판 상에 배치할 필요가 있어, 입력조작면이 큰 면적이 되면, 그 입력면적의 증가에 따라 정전용량의 변화를 검출하는 X전극과 Y전극의 수가 증대되어, 각 전극의 교차위치에 주사하는 주사주기가 길어지게 됨으로써, 단시간에 입력조작위치를 검출할 수 없다는 문제가 있다.
또한 펄스전압을 인가하는 수단을 설치할 필요가 있는 것 이외에, 입력조작면이 확대됨에 따라 매트릭스 모양으로 배선하는 다수의 X전극(102)과 Y전극(101)을 주사하기 위하여, 상당하는 개수에 대응하는 멀티플렉서(multiplexer)를 사용하지 않으면 안 되어, 회로구성이 복잡, 대형화 된다는 문제가 있다.
그래서 더 간이한 회로구성으로 검출전극에 대한 부유용량의 변화를 검출하는 수단으로서, 입력조작위치에서의 미지(未知)의 정전용량을, 정전용량과 이미 알고 있는 저항값과의 시정수로부터 검출하는 용량판별장치가 제안되어 있다(특허문헌2). 이 용량판별장치는, 미지의 용량인 정전용량(부유용량)의 콘덴서(C)에 직렬 또는 병렬로 검출저항(R)을 접속하여 RC 시정수 회로를 형성하고, 검출저항(R)의 일측(一側)에 소정의 전압(Vdd)을 가하거나 또는 일측을 접지하고, 콘덴서(C)의 정전용량(c)과 검출저항(R)의 저항값(r)에 의하여 정해지는 시정수(rc)에 따라 상승 또는 하강하는 콘덴서(C)의 전위를 소정의 기준전위와 비교하여, 기준전위에 도달할 때까지의 충전시간 또는 방전시간을 비교함으로써 정전용량의 크기를 판별한다.
이 검출원리를 이용하면, 절연패널 상에 배치된 검출전극의 부유용량(검출전극과 접지 사이의 정전용량)은, 손가락 등의 입력조작체가 접근하면 증대되어 충방전시간이 길어지기 때문에, 검출전극의 전위가 소정의 기준전위가 될 때까지의 충방전시간을 측정함으로써, 입력조작을 하지 않는 경우의 충방전시간과 비교하여 검출전극에 접근하는 입력조작을 검출할 수 있다.
일본국 공개특허 특개2005-337773호 공보(명세서의 항목 0017 내지 항목 0031, 도1) 일본국 공개특허 특개2009-70004호 공보(명세서의 항목 0014 내지 항목 0020, 도2)
상기의 특허문헌2에 나타나 있는 부유용량과 이미 알고 있는 저항값과의 시정수로부터 미지의 부유용량을 검출하는 용량판별장치에서는, 각 검출전극별로 기준전위에 도달할 때까지의 충방전시간이 다르기 때문에, 충방전시간을 시간을 측정하는 카운터(counter), 카운터 메모리 등으로 이루어지는 공통의 시간계측회로에 의하여 동시에 모든 검출전극에 대한 부유용량을 비교할 수 없어, 각 검출전극별로 시간계측회로를 접속하거나 또는 공통의 시간계측회로를 사용하는 경우에는 검출전극별로 충방전시간을 다르게 할 필요가 있어, 이것이 장해가 되어 부유용량과의 시정수를 이용한 정전용량식 터치패널은 보급되지 않고 있었다.
그래서 본원 출원인은, 복수의 검출전극에 대하여 공통의 기준시(基準時)로부터 기준전위에 도달하였을 때에 2값 데이터가 반전되는 2값 신호를, 복수의 검출전극으로부터 동시에 패러렐 데이터(parallel data)로서, 복수의 검출전극수에 상당하는 비트수의 패러렐 입력 레지스터에 입력하고, 패러렐 데이터의 각 비트 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 동시에 복수의 검출전극의 부유용량을 비교하는 정전용량식 터치패널을 발명하여, 일본국 특허출원 2009-191948호로서 일본에 특허출원하였다.
그러나 이 정전용량식 터치패널이더라도 동시에 부유용량의 크기를 검출할 수 있는 검출전극수는 패러렐 입력 레지스터의 입력비트수에 한정되어, 이것을 넘는 다수의 검출전극이 배치된 정전용량식 터치패널에서는 충전시간 또는 방전시간이 겹치지 않도록 특정한 검출전극군(檢出電極群)으로 나누어서 그 부유용량을 검출할 필요가 있었다.
부유용량과의 시정수를 이용한 정전용량식 터치패널에서는, 접지전위에 있는 검출전극에 저항을 통하여 소정의 충전전압(Vdd)을 인가하는 충전제어(充電制御)에서의 검출전극의 전위(Vc)는, 검출전극에 접속되는 저항의 저항값을 r, 검출전극과 접지 사이의 부유용량을 c, 충전전압(Vdd)을 인가한 기준시로부터의 경과시간을 t, 자연대수를 ε이라고 하면,
Vc = Vdd(1 - ε-t/ cr) …… (1)식
으로 표시되고, t = 5cr의 과도기간이 경과하였을 때에 검출전극의 전위(Vc)는 대략 충전전압(Vdd)에 도달한다(이하, 본 명세서에서는 설명의 편의상 이것을 충전전압(Vdd)에 도달한다고 한다).
또한 반대로 충전전압(Vdd)에 있는 검출전극을 저항을 통하여 접지전위로 하는 방전제어(放電制御)에서의 검출전극의 전위(Vc)는, 충전전압(Vdd)으로 한 기준시로부터의 경과시간을 t'라고 하면,
Vc = Vdd x ε- t' / cr …… (2)식
으로 표시되고, t' = 5cr의 과도기간이 경과하였을 때에 검출전극의 전위(Vc)는 대략 접지전위에 도달한다(이하, 본 명세서에서는 설명의 편의상 이것을 접지전위에 도달한다고 한다).
여기에서 검출전극의 전위(Vc)와 비교하는 기준전위가 충전전압(Vdd)에 근접하게 있고, 기준전위와 검출전극의 전위(Vc)를 비교하는 비교회로의 분해능(分解能)이 낮은 경우에는, 전자(前者)의 충전제어에 의하면, 과도기간에 근접하여, 경과시간(t)에 대하여 검출전극의 전위(Vc)의 상승이 얼마 안 되기 때문에 기준전위와의 비교가 판별하기 어렵게 되어, 경과시간(t)에 대하여 검출전극의 전위(Vc)의 하강이 큰 후자(後者)의 방전제어가 더 정밀도가 좋아 기준전위와 비교할 수 있다. 반대로 기준전위가 접지전위에 근접하게 있고, 기준전위와 검출전극의 전위(Vc)를 비교하는 비교회로의 분해능이 낮은 경우에는, 후자의 방전제어에서는, 과도기간에 근접하여, 경과시간(t)에 대하여 검출전극의 전위(Vc)의 하강이 얼마 안 되기 때문에 기준전위와의 비교가 판별하기 어렵게 되어, 충전제어 직후의 경과시간(t)에 대하여 검출전극의 전위(Vc)의 상승이 큰 전자의 충전제어가 더 정밀도가 좋아 기준전위와 비교할 수 있다.
그러나 종래의 특허문헌2에 나타나 있는 용량판별장치에서는, 어느 일방(一方)의 제어만으로 검출하기 때문에, 충전전압(Vdd)이나 기준전위를 그 제어방법에 따라 최적으로 조정하지 않으면 안 되고 또한 조정할 수 없는 고정전위인 경우에는 부유용량의 검출정밀도가 저하되는 문제가 있었다.
또한 검출전극의 부유용량은 액정표시소자 등 주위의 회로소자 또는 기기의 영향을 받아서 변동되기 때문에, 조립 후의 제품평가의 단계에서 충전제어와 방전제어의 제어를 비교하여 검출정밀도가 높은 일방의 제어로 하는 것이 원해지고 있었지만, 제어방법을 변경할 수 없었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 부유용량의 크기에 의존하는 충방전시간을 동시에 계측하는 시간계측회로를 2종류로 나눈 검출전극군에서 공용(共用)하여, 더 많은 검출전극으로의 입력조작을 단시간에 비교하는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 충전전압(Vdd)이나 검출전극의 전위(Vc)와 비교하는 기준전위에 따라 검출정밀도가 더 높은 전압제어방법을 선택할 수 있는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 동작환경에 따라 검출정밀도가 높은 전압제어방법을 선택할 수 있는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 청구항1의 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)은, 절연패널(絶緣 panel) 상에 서로 절연되어 배치되는 복수의 검출전극(檢出電極)과, 각 검출전극에 동일한 회로구성으로 접속되고, 각 검출전극의 부유용량(浮遊容量)의 크기에 따라, 소정의 기준시(基準時)로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간이 변화되는 2값 신호를 출력하는 복수의 용량-시간 변환수단(容量-時間 變換手段)과, 2값 신호의 기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터 각 검출전극의 부유용량의 크기를 비교하여, 입력조작체(入力操作體)가 접근하는 검출전극을 검출하는 입력조작 검출수단(入力操作 檢出手段)을 구비한 정전용량식 터치패널로서, 각 용량-시간 변환수단은, 검출전극의 부유용량에 직렬 또는 병렬로 접속되는 저항과, 상기 저항의 저항값과 검출전극의 부유용량에 의하여 정해지는 시정수(時定數)에 의하여 기준시로부터 부유용량을 충방전(充放電)하여, 검출전극의 전위를 접지전위(接地電位)로부터 소정의 충전전위(充電電位)까지 올리는 충전제어(充電制御)와, 검출전극의 전위를 상기 충전전위로부터 접지전위까지 내리는 방전제어(放電制御) 중 어느 하나를 선택하여 제어할 수 있는 충방전회로(充放電回路)와, 기준시로부터 검출전극의 전위를 상기 충전전위와 접지전위의 사이에 설정된 기준전위(基準電位)와 비교하여, 검출전극의 전위와 기준전위의 차이가 반전되었을 때에 2값 데이터가 반전되는 2값 신호를 출력하는 비교회로(比較回路)를 구비하고, 적어도 2 이상의 특정검출전극(特定檢出電極)에 각각 접속되는 특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로는, 동일한 충전제어 또는 방전제어에 의하여 기준시로부터 특정검출전극의 전위를 올리거나 또는 내리고, 입력조작 검출수단은, 상기 특정용량-시간변환의 비교회로로부터 출력되는 2값 신호의 기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 입력조작체가 접근하는 어느 하나의 특정검출전극을 검출하는 것을 특징으로 한다.
입력조작에 의하여 입력조작체를 접근시킨 검출전극의 부유용량은 증가되어, 검출전극에 접속되는 저항의 저항값에 의하여 정해지는 시정수가 상승되기 때문에, 검출전극의 충전제어와 방전제어 중 어느 것이더라도 검출전극의 전위가 기준전위에 도달하여, 2값 신호의 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간은 다른 검출전극의 용량-시간 변환수단으로부터 출력되는 2값 신호와 비교하여 길어지게 되어, 입력조작 검출수단은 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간을 비교하여, 동일한 충전제어 또는 방전제어를 한 특정검출전극으로부터 입력조작체가 접근한 특정검출전극을 검출한다.
임의의 수의 특정검출전극에 대하여, 검출전극의 충전제어와 방전제어가 모두 선택제어 가능하여, 그 특정검출전극으로부터 입력조작체가 접근하는 특정검출전극을 검출할 수 있다.
청구항2의 정전용량식 터치패널은, 절연패널에 배선되는 복수의 검출전극을 제1특정검출전극과 제2특정검출전극으로 나누고, 제1특정검출전극에 각각 접속되는 제1특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로는, 충전제어에 의하여 제1기준시에 접지전위인 제1특정검출전극의 전위를 올림과 아울러, 제2특정검출전극에 각각 접속되는 제2특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로는, 방전제어에 의하여 제2기준시에 충전전위인 제2특정검출전극의 전위를 내리고, 입력조작 검출수단은, 2값 신호의 제1기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 입력조작체가 접근하는 어느 하나의 제1특정검출전극을 검출하고, 2값 신호의 제2기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 입력조작체가 접근하는 어느 하나의 제2특정검출전극을 검출하는 것을 특징으로 한다.
제1특정검출전극은 충전제어에 의하여, 제2특정검출전극은 방전제어에 의하여 각각의 특정검출전극으로부터 입력조작체가 접근한 특정검출전극을 검출하기 때문에, 모든 복수의 검출전극을 충방전제어하는 1주기 내에, 2가지의 특정검출전극에 대하여 입력조작체가 접근하는 특정검출전극을 검출할 수 있다.
청구항3 및 청구항5의 정전용량식 터치패널은, 입력조작 검출수단의 코먼입력(common 入力)을, 제1특정용량-시간 변환수단의 각 출력과, 제2특정용량-시간 변환수단의 각 출력 중 어느 하나에 선택적으로 접속시키는 절환스위치(切換 switch)를 구비하고, 절환스위치는, 입력조작 검출수단의 코먼입력을, 제1특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로가 충전제어를 하고 있는 사이에는 제1특정용량-시간 변환수단의 각 출력에, 제2특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로가 방전제어를 하고 있는 사이에는 제2특정용량-시간 변환수단의 각 출력에 각각 절환하여 접속시키는 것을 특징으로 한다.
입력조작체가 접근하는 제1특정검출전극과 제2특정검출전극을 검출하기 위한 2값 신호는, 서로 충방전제어가 다른 기간 중에 특정용량-시간 변환수단으로부터 출력되기 때문에, 절환스위치에 의하여 입력조작수단의 코먼입력을, 특정검출전극을 검출하기 위한 2값 신호가 출력되는 특정용량-시간 변환수단측에 절환하여 접속시킴으로써, 2종류의 제1특정검출전극과 제2특정검출전극의 검출에 입력조작수단의 코먼입력을 공용할 수 있다.
청구항4의 정전용량식 터치패널은, 제1특정검출전극이 절연패널의 일방향(一方向)을 따라 배선되는 복수의 검출전극이고, 제2특정검출전극이 절연패널의 상기 일방향과 직교하는 방향을 따라 배선되는 복수의 검출전극인 것을 특징으로 한다.
절연패널에 있어서의 직교하는 2방향에 대하여 각각 입력조작체가 접근하는 검출전극을 충방전제어하는 1주기 내에 검출할 수 있다.
청구항6의 정전용량식 터치패널은, 입력조작 검출수단이, 특정검출전극 중 부유용량이 최대인 특정검출전극의 배치위치를, 입력조작을 한 입력조작위치로 한다.
입력조작을 하는 입력조작체가 가장 접근하는 검출전극의 부유용량이 다른 검출전극의 부유용량에 비하여 증대되기 때문에, 부유용량이 최대가 되는 검출전극의 배치위치를 입력조작위치로 할 수 있다.
청구항1의 발명에 의하면, 충전전압(Vdd) 또는 검출전극의 전위(Vc)와 비교하는 기준전위나, 동작환경에 따라 보다 검출정밀도가 높은 전압제어방법을 선택할 수 있다.
청구항2의 발명에 의하면, 검출전극의 전위를 충방전제어하는 1주기 내에, 2가지의 특정검출전극에 대하여 입력조작체가 접근하는 특정검출전극을 검출할 수 있다.
청구항3과 청구항5의 발명에 의하면, 한정된 입력비트수의 입력조작 검출수단에 의하여 단시간에 다수의 검출전극으로부터 입력조작체가 접근하는 검출전극을 검출할 수 있다.
청구항4의 발명에 의하면, 충방전제어하는 1주기 내에, 절연패널 상의 직교하는 2방향에서 입력조작체가 접근하는 특정검출전극을 검출할 수 있어, 단기간에 2차원의 입력조작위치를 검출할 수 있다.
청구항6의 발명에 의하면, 검출전극에 손가락 등의 입력조작체를 접촉시키지 않더라도 절연패널에 접근시키는 것만으로 입력조작체가 가장 접근하는 검출전극의 부유용량이 다른 것에 비하여 최대가 되기 때문에, 절연패널 상에 표시소자를 적층시켜서 표시소자의 표시를 보면서, 비접촉으로 입력조작위치를 입력할 수 있다.
도1은 본 발명의 한 실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(1)의 복수의 검출전극(3)과 용량-시간 변환회로(2)를 나타내는 회로도이다.
도2는 정전용량식 터치패널(1)의 입력조작위치 검출회로(입력조작 검출수단)의 블럭도이다.
도3은, 도1의 ａ, b, c의 각 파형을 나타내는 파형도이다.
도4는 종래의 정전용량식 터치패널(100)을 나타내는 블럭도이다.
이하, 본 발명의 하나의 실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)(이하, 터치패널이라고 한다)(1)을 도1 내지 도3을 사용하여 설명한다. 이 터치패널(1)은, 도면에 나타나 있지 않은 절연패널(絶緣 panel) 상에 예를 들면 X방향으로 수 mm의 간격으로 서로 절연되어 복수의 X검출전극(X檢出電極)(3x1, 3x2, 3x3, 3x4)이, X방향과 직교하는 Y방향으로 동일한 수 mm의 간격으로 서로 절연되어 복수의 Y검출전극(3y1, 3y2, 3y3, 3y4)이 각각 배치되어 있다. 절연패널에 배선되는 X검출전극(3x)과 Y검출전극(3y)의 수는, 후술하는 동일한 충방전제어(充放電制御)에 의하여 입력조작체(入力操作體)가 접근하는 검출전극을 검출할 수 있는 수 즉 후술하는 제1레지스터(6)의 입력비트수를 상한으로 하지만, 다른 충방전주기에 의하여 그 출력을 나누는 경우에는 상기 입력비트수의 정수 배를 상한으로 할 수 있다. 여기에서는, 설명의 편의상 제1레지스터(6)의 입력비트수를 4로 하여, X검출전극(3x)과 Y검출전극(3y)의 수를 각각 4개로 한다.
각 검출전극(3x, 3y)에 관한 부유용량(浮遊容量)(Csx, Csy)은, 그 주위의 도전패턴(導電 pattern), 기기를 차폐하는 실드 케이스(shield case), 대지(大地)의 사이에 형성되는 용량의 총합계로 나타내지만, 다른 용량이 대략 일정한 것 대하여, 조작자에 의한 입력조작에 의하여 손가락 등의 입력조작체가 접근하면 증대된다. 여기에서 각 검출전극(3)의 부유용량(Csx, Csy)을 비교하고, 다른 검출전극(3x, 3y)과 비교하여, 부유용량(Csx, Csy)이 최대가 되는 검출전극(3x, 3y)에 대하여 입력조작의 입력조작체가 접근한 것으로 추정하여, 입력조작체가 접근한 검출전극(3x, 3y)을 검출한다.
각 검출전극(3x, 3y)의 부유용량(Csx, Csy)을 비교하기 위하여 도1에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(3x, 3y)에는, 각각 부유용량(Csx, Csy)을 2값 신호의 시간폭으로 나타내어 출력하는 용량-시간 변환회로(容量-時間 變換回路)(2)가 접속되어 있다.
각 용량-시간 변환회로(2)는, 코먼단자(common 端子)를 기준충전전압(Vdd)과 접지전위(GND)의 사이에서 절환하는 충방전 스위치(充放電 switch)(4)와, 충방전 스위치(4)의 코먼단자와 검출전극(3)의 사이에 직렬로 접속되고, 검출전극(3x, 3y)에 대한 부유용량(Csx, Csy)의 콘덴서(설명상 부유용량(Csx, Csy)의 콘덴서를 부유용량(Csx, Csy)이라고 한다)와 시정수 회로를 형성하는 검출저항(R1) 및 검출전극(3x, 3y)의 저항(R2)과, 비반전입력을 검출전극(3x, 3y)에 접속하고 반전입력을 기준전위(VSH)로 한 비교기(5)를 구비하고 있다. 기준전위(VSH)는 기준충전전압(Vdd)과 접지전위(GND) 사이의 소정의 전위이고, 여기에서는 Vdd의 50%의 전위로 설정되고, 이에 따라 충방전 스위치(4)가 접지전위(GND)로부터 기준충전전압(Vdd)측으로 절환되면, 검출저항(R1, R2)의 저항값과 부유용량(Csx, Csy)으로부터 정해지는 시정수에 의하여 부유용량(Csx, Csy)이 충전되어, 접지전위(GND)로부터 상승하는 검출전극(3x, 3y)의 전위가 기준전위(VSH)를 넘으면, 비교기(5)의 출력(Cx, Cy)이 반전된다.
용량-시간 변환회로(2)의 검출저항(R1, R2)의 저항값, 비교기(5) 등의 회로정수(回路定數), 기준전위(VSH)의 전위는 각 용량-시간 변환회로(2)에 대하여 동일하고 또 각 충방전 스위치(4)는 코먼단자에 동일한 제1기준시(t0)에 기준충전전압(Vdd)이 인가되어, 동일한 제2기준시(tg)에 접지전위(GND)가 되도록 도2에 나타나 있는 마이크로 컴퓨터(20)로부터의 절환제어신호(切換制御信號)(a)에 의하여 동시에 절환제어된다. 따라서 상기의 부유용량(Csx, Csy)이 접지전위(GND)로부터 기준충전전압(Vdd)으로 충전되는 충전제어(充電制御) 중의 검출전극(3)의 전위의 상승속도는 검출저항(R1, R2)의 저항값에 부유용량(Csx, Csy)을 곱한 시정수에 의하여 결정되지만, 전적으로 부유용량(Csx, Csy)에 의존하여 부유용량(Csx, Csy)이 커질수록 전압의 상승이 완만하게 되어, 제1기준시(t0)로부터 비교기(5)의 출력(c)이 반전될 때까지의 시간도 길어지게 된다. 마찬가지로 부유용량(Csx, Csy)이 기준충전전압(Vdd)으로부터 접지전위(GND)까지 방전되는 방전제어(放電制御) 중의 검출전극(3)의 전위의 하강속도도, 검출저항(R1), 전적으로 부유용량(Csx, Csy)에 의존하여 부유용량(Csx, Csy)이 커질수록 전압의 하강이 완만하게 되어, 제2기준시(tg)로부터 비교기(5)의 출력(c)이 반전될 때까지의 시간도 길어지게 된다. 일반적으로 검출전극(3)에 대한 부유용량(Csx, Csy)은 약 10pF이며, 손가락 등의 입력조작체의 접근에 의하여 변화되는 부유용량(Csx, Csy)의 변화량은 1 내지 3pF 정도이기 때문에, 그 변화를 출력(c)이 반전될 때까지의 시간으로부터 판별하기 위하여 각 검출저항(R1, R2)의 저항값을 10MΩ으로 하고 있다.
도1에 나타나 있는 바와 같이 각 용량-시간 변환회로(2)의 비교기(5)의 출력(Cx1, Cx2, …… , Cy1, Cy2 …… )은, 한 쌍의 대응하는 검출전극(3x, 3y)의 출력(Cx1과 Cy1, Cx2와 Cy2)별로 절환되어 절환스위치(12)의 절환단자에 접속되어 있다. 각 절환스위치(12)도 마이크로 컴퓨터(20)로부터의 절환제어신호(a)에 의하여 동시에 절환제어되어, 충전제어 중에는 검출전극(3x)측의 출력(Cx)에, 방전제어 중에는 검출전극(3y)측의 출력(Cy)가 코먼단자(12c)에 접속된다.
각 절환스위치(12)의 코먼단자(12c)는 4비트의 PIPO(병렬입력 병렬출력형) 레지스터인 제1레지스터(T)(6)의 각 입력에 접속되어, 각 절환스위치(12)에 의하여 선택접속되는 일방(一方)의 출력이 c1, c2 …… 로서, 제1레지스터(T)(6)에 4비트의 패러렐 데이터(parallel data)로서 병렬입력된다.
패러렐 데이터의 각 비트 데이터(bit data)는 각 출력(c1, c2, c3, c4)의 2값 신호의 값에 대응하여, 출력이 「H」일 때에 「1」, 「L」일 때에 「0」으로 기억된다. 또한 제1레지스터(T)(6)의 병렬출력은, 마찬가지로 4비트의 PIPO 레지스터인 제2레지스터(T-1)(7)의 병렬입력에 접속되어 있다. 제1레지스터(T)(6)와 제2레지스터(T-1)(7)는 마이크로 컴퓨터(20)의 공통되는 시프트클록단자(SFT)와 리셋출력단자(RESET)에 접속되어, 클록 단자(SFT)부터 시프트 클록이 입력될 때마다 기억하고 있는 4비트의 레지스터값을 입출력함과 아울러, 리셋출력단자(RESET)부터 리셋신호가 입력되면, 기억하고 있는 4비트의 레지스터값을 리셋한다. 즉 제1레지스터(T)(6)는, 시프트 클록이 입력되었을 때에 4비트의 레지스터값으로서 기억한 각 출력(c1, c2, c3, c4)의 2값 데이터를 다음에 시프트 클록이 입력될 때까지 기억하고, 마찬가지로 제2레지스터(T-1)(7)는 제1레지스터(T)(6)로부터 출력되는 4비트의 레지스터값을 다음에 시프트 클록이 입력될 때까지 기억한다. 또한 제1레지스터(T)(6)는 후술하는 레지스터값 비교회로(8)로부터 트리거 신호가 입력되면, 그 때에 기억하고 있는 레지스터값을 RAM(10)에 기억시킨다.
제1레지스터(T)(6)에 출력(c1, c2, c3, c4)의 새로운 4비트의 레지스터값이 기억될 때마다, 레지스터값 비교회로(8)에 있어서, 그 레지스터값과 제2레지스터(T-1)(7)에 기억되는 레지스터값이 비교되어, 적어도 4비트 중 어느 하나의 비트 데이터가 다른 경우에 레지스터값 비교회로(8)로부터 제1레지스터(T)(6)와 후술하는 카운터(counter)(11)에 트리거 신호가 출력된다. 제2레지스터(T-1)(7)에 기억되는 레지스터값은, 최신의 시프트 클록이 입력되기 직전에 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값이기 때문에, 트리거 신호는 출력(c1, c2, c3, c4) 중 적어도 어느 하나의 2값 데이터가 변화된 경우에 출력된다.
마이크로 컴퓨터(20)는 클록발신회로(clock 發信回路)(9)로부터 클록신호를 입력받고, 여기에서는 50MHz의 클록신호의 주파수를 분주(分周)한 주파수의 상기 시프트 클록에 의하여 레지스터(6, 7)의 동작을 제어함과 아울러, 후술하는 타이밍에 의하여 절환제어신호(a)를 각 충방전 스위치(4)와 각 절환스위치(12)에 출력하여 각각 절환제어한다. 여기에서 입력조작에 의하여 출력(c)의 2값 데이터가 반전할 때까지의 시간차이는 10 내지 30μsec 정도이기 때문에, 시프트 클록의 주파수는 그 시간차이를 확실히 검출하기 위하여 적어도 1MHz 이상의 주파수로 되어 있다.
또한 마이크로 컴퓨터(20)는, 도3의 검출주기(檢出周期)(Tp)별로 RAM(10)에 관련되어 기억된 카운트값과 레지스터값의 조합으로부터, 입력조작체가 접근하는 검출전극(3)을 직교하는 XY방향의 검출전극(3x, 3y)에 대하여 각각 검출하고, 그 검출전극(3x, 3y)의 XY방향의 배치위치로부터 2차원으로 나타내는 입력조작위치를 출력하는 검출처리를 실행한다.
카운터(11)는, 클록발진회로(9)로부터 출력되는 클록신호의 주파수를 분주한 주파수에 의하여 카운트값을 카운트 업(count up)한다. 카운터(11)의 카운트값은, 제1기준시(第一基準時)(t0)의 타이밍에서 마이크로 컴퓨터(20)로부터 출력되는 리셋신호에 의하여 리셋되고, 레지스터값 비교회로(8)로부터 트리거 신호가 입력되면, 도2에 나타나 있는 바와 같이 그 때의 카운트값이 RAM(10)에 출력된다.
임시기억장치인 RAM(10)은, 도2에 나타나 있는 바와 같이 레지스터값 비교회로(8)로부터 트리거 신호가 출력될 때마다 그 때의 카운터(11)의 카운트값과 제1레지스터(T)(6)에 기억되어 있는 레지스터값을 관련시켜서 기억하고, 모든 비트 데이터가 「0」이 되는 레지스터값이 입력될 때까지 카운트값과 관련된 각 조합을 기억한다. RAM(10)에 기억된 이들 각 조합의 데이터는, 검출주기(Tp)별로 다음 주기의 기준시(t0)가 도래하기 전에 마이크로 컴퓨터(20)로부터의 제어에 의하여 클리어(clear) 된다.
이하, 이와 같이 구성된 터치패널(1)에 의하여 입력조작을 검출하는 동작을 설명한다. 마이크로 컴퓨터(20)는, 입력조작을 검출하는 동작모드(動作 mode)에서, 도3에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(3x, 3y)의 부유용량(Csx, Csy)을 충전하는 충전시간(Tc)과 방전하는 방전시간(Td)에 정지시간(Tr)을 더한 검출주기(Tp)에 의하여 입력조작의 검출을 반복한다. 충전시간(Tc)은, 충방전 스위치(4)를 충전전압(Vdd)측으로 절환하는 제1기준시(t0)로부터 접지전위(GND)로 절환하는 제2기준시(tg)까지의 시간이며, 입력조작의 유무에 관계없이 모든 검출전극(3)의 접지전위(GND)인 전위가 충전전압(Vdd)에 도달하는 것에 충분한 경과시간으로 설정된다. 부유용량(Cs)의 최대값은 10pF 정도이며, 본 실시형태에서는 10MΩ의 직렬로 접속된 검출저항(R1, R2)을 통하여 부유용량(Csx, Csy)이 충전되기 때문에, 검출전극(3)의 전위가 대략 충전전압(Vdd)에 도달할 때까지의 과도기간은 500μsec이고, 제2기준시(tg)까지의 충전시간(Tc)을 500μsec로 하고 있다.
또한 방전시간(Td)에 대해서도, 입력조작의 유무에 관계없이 충전전압(Vdd)으로 되어 있는 모든 검출전극(3)의 전위가 접지전위(GND)까지 저하되는 것에 충분한 경과시간으로 설정되어, 충전시간(Tc)과 동일한 500μsec로 설정된다. 입력조작의 검출시간을 더 단축하기 위해서는, 방전시간(Td)이 경과되었을 때를 다음 주기의 제1기준시(t0)로 하여 반드시 검출주기(Tp)에 정지시간(Tr)을 설정하지 않아도 좋지만, 본 실시형태에서는 1ｍsec의 정지시간(Tr)을 설정하여 검출주기(Tp)를 2ｍsec로 하고 있다. 마이크로 컴퓨터(20)는, 이 방전시간(Td)으로부터 정지시간(Tr)에 걸쳐서 RAM(10)에 기억된 데이터로부터 입력조작위치를 산출하는 검출처리를 한다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 다수의 용량-시간 변환회로(2)의 부유용량(Cs)에 대하여 동시에 충방전을 하기 때문에, 용량-시간 변환회로(2)별로 다른 기간에 충방전제어를 할 필요가 없어, 충분히 긴 정지시간(Tr)을 설정하더라도 짧은 검출주기(Tp)로 입력조작을 검출할 수 있다. 따라서 마이크로 컴퓨터(20)가 입력조작을 검출하는 동작모드이더라도 전력소비량이 적어, 리모트 컨트롤 송신기(remote control 送信機) 또는 휴대전화기 등 외부로부터 전원이 얻어지지 않는 휴대기기의 입력장치에 사용한 경우에 장시간 배터리를 교환하지 않고 사용할 수 있다.
마이크로 컴퓨터(20)는, 제1기준시(t0)에 리셋출력단자(RESET)로부터 리셋신호를 출력하고, 제1레지스터(T)(6)와 제2레지스터(T-1)(7)의 레지스터값과 카운터(11)의 카운트값을 리셋함과 아울러, RAM(10)에 기억되어 있는 데이터를 클리어 한다. 여기에서는, 제1기준시(t0)에서의 제1레지스터(T)(6)의 레지스터값을 RAM(10)에 기억시키기 위하여 제1레지스터(T)(6)와 제2레지스터(T-1)(7)의 리셋된 레지스터값을 모두 「0」으로 하지만, 검출주기(Tp)가 경과한 시점에서 제1레지스터(T)(6)와 제2레지스터(T-1)(7)의 각 레지스터값은 「0」으로 되어 있기 때문에 반드시 리셋할 필요는 없다.
또한 마이크로 컴퓨터(20)는, 동일한 제1기준시(t0)에 각 절환스위치(12)와 각 용량-시간 변환회로(2)의 충방전 스위치(4)로 절환제어신호(a)를 출력하여 절환제어한다. 제1기준시(t0)에 「L」부터 「H」가 되는 절환제어신호(a)를 출력함으로써 각 용량-시간 변환회로(2)는 충전제어모드(充電制御 mode)가 되어, 각 절환스위치(12)는 검출전극(3x)측의 출력(Cx)을 출력(c1, c2 … )으로 하여, 제1레지스터(6)에 패러렐 출력한다. 또한 각 검출전극(3x, 3y)은 접지전위(GND)로부터 충전전압(Vdd)측으로 절환되어, 검출전극(3x, 3y)의 부유용량(Csx, Csy)을 충전전압(Vdd)으로 충전한다. 제1기준시(t0)까지 충방전 스위치(4)가 접지전위(GND)로 절환되어 있던 각 검출전극(3x, 3y)의 전위는 기준전위(VSH) 이하의 접지전위(GND)이기 때문에, 기준시(t0)의 각 비교기(5)의 출력(cx1, cx2, cx3, cx4)은 모두 「L」이며, 제1레지스터(T)(6)에 4비트의 「0000」의 패러렐 데이터가 기억된다.
레지스터값 비교회로(8)는, 리셋 시인 제1기준시(t0)에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)로 트리거 신호를 출력하는 것으로 하여, 도2에 나타나 있는 바와 같이 RAM(10)은, 제1기준시(t0)를 나타내는 카운트값(C(t0))과, 제1기준시(t0)에 제1레지스터(T)(6)에 기억되는 레지스터값 「0000」을 관련시켜서 기억한다.
직렬로 접속된 저항(R1)과 검출전극(3x, 3y)의 저항(R2)의 저항값의 합을 r, 검출전극과 접지 사이의 부유용량을 c, 충전전압(Vdd)을 인가한 기준시로부터의 경과시간을 t, 자연대수를 ε이라고 하면, 이 충전제어에 의하여 접지전위(GND)에 있는 각 검출전극(3x, 3y)의 전위(Vc)는,
Vc = Vdd(1 - ε-t/ cr) …… (1)식
에 의하여 상승하고, 부유용량(c)이 작을수록 급속하게 상승한다.
여기에서 입력조작에 의한 손가락 등의 입력조작체가 X방향에서 검출전극(3x2)의 배치위치에 접근한 것이라고 하면, 입력조작체로부터 떨어져서 입력조작체에 의한 영향을 받지 않는 검출전극(3x4)의 부유용량(Csx4)이 최소이기 때문에, 도3에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(3x)에 대하여 동일한 저항값과의 시정수에 의하여 상승하는 검출전극(3x4)의 전위(bx4)가 가장 빠른 시간(t1)에서 기준전위(VSH)를 넘는다. 그 결과 비교기(5)의 출력(c4)이 「L」부터 「H」로 반전되어, 제1레지스터(T)(6)에 최하위 비트가 「1」이 된 패러렐 데이터 「0001」이 기억된다. 레지스터값 비교회로(8)는, 이 레지스터값이 제2레지스터(T-1)(7)에 기억된 레지스터값 「0000」과 다른 것이기 때문에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, RAM(10)에, 시간(t1)을 나타내는 카운트값(C(t1))과, 새롭게 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「0001」을 관련시켜서 기억한다.
계속하여 검출전극(3x2)의 양측에 배치되고, 검출전극(3x2)에 접근하는 입력조작체에 대하여 대략 등거리(等距離)에 배치된 검출전극(3x1)과 검출전극(3x3)의 부유용량(Csx1, Csx3)이 부유용량(Csx4)보다 커서, 검출전극(3x1, 3x3)의 전위(bx1, bx3)가 시간(t2)에서 기준전위(VSH)를 넘어, 비교기(5)의 출력(c1, c3)이 「L」부터 「H」로 반전되어 제1레지스터(T)(6)에 패러렐 데이터 「1011」이 기억된다. 레지스터값 비교회로(8)는, 이 레지스터값의 1번째 비트와 3번째 비트가 제2레지스터(T-1)(7)에 기억된 레지스터값 「0001」과 다른 것이기 때문에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, RAM(10)에, 시간(t2)을 나타내는 카운트값(C(t2))과 관련되어 새롭게 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「1011」이 기억된다.
입력조작위치에 가장 가까운 검출전극(3x2)의 부유용량(Csx2)은 다른 것과 비교하여 최대가 되기 때문에, 도3에 나타나 있는 바와 같이 그 검출전극(3x2)의 전위(bx2)는 시간(t3)의 최후에 기준전위(VSH)를 넘어, 비교기(5)의 출력(c2)이 「L」로부터 「H」로 반전된다. 그 결과 제1레지스터(T)(6)에는 시간(t3)에 패러렐 데이터 「1111」이 기억되고, 레지스터값 비교회로(8)는, 이 레지스터값이 제2레지스터(T-1)(7)에 기억된 레지스터값 「1011」과 다른 것이기 때문에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, 도2에 나타나 있는 바와 같이 RAM(10)에, 시간(t3)을 나타내는 카운트값(C(t3))과, 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「1111」이 관련되어 기억된다.
마이크로 컴퓨터(20)는, 이 제1기준시(t0)로부터 충전시간(Tc)이 경과한 제2기준시(tg)에 절환제어신호(a)의 출력을 「H」부터 「L」로 하여, 각 충방전 스위치(4)를 충전전압(Vdd)측으로부터 접지전위(GND)로 절환하여, 방전시간(Td) 중에 각 부유용량(Cs)에 축적된 전하를 방전함으로써, 각 용량-시간 변환회로(2)를 모든 검출전극(3)의 전위를 접지전위(GND)로 하는 방전제어모드(放電制御 mode)로 이행시킨다. 또한 각 절환스위치(12)는, 「H」부터 「L」의 절환제어신호(a)를 받아 검출전극(3y)측의 출력(Cy)을 출력(c1, c2 … )으로 하여, 제1레지스터(6)로 패러렐 출력한다.
제1기준시(t0)로부터 과도기간 이상의 500μsec가 경과한 제2기준시(tg)에는, 모든 검출전극(3x, 3y)의 전위가 기준전위(VSH)를 넘고 있기 때문에, 검출전극(3y)측의 출력(Cy)이 제1레지스터(T)(6)로 출력되더라도 제1레지스터(T)(6)에 기억되는 레지스터값 「1111」은 변화되지 않지만, 레지스터값 비교회로(8)는 제2기준시(tg)에 있어서도 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)로 트리거 신호를 출력하는 것으로 하여, 도2에 나타나 있는 바와 같이 RAM(10)은, 제2기준시(tg)를 나타내는 카운트값C(tg)과, 제2기준시(tg)에 제1레지스터(T)(6)에 기억되는 레지스터값 「1111」을 관련시켜서 기억한다.
충전전압(Vdd)에 있는 검출전극(3x, 3y)을 저항(R1, R2)을 통하여 접지전위로 하는 방전제어에서의 검출전극의 전위(Vc)는, 충전전압(Vdd)으로 한 제2기준시(tg)로부터의 경과시간을 t'라고 하면,
Vc = Vdd x ε- t' / cr ……(2)식
에 의하여 하강하고, 부유용량(c)이 작을수록 급속하게 하강한다.
입력조작에 의한 손가락 등의 입력조작체가 Y방향에서 검출전극(3y3)의 배치위치에 접근하는 것이라고 하면, 입력조작체로부터 떨어져서 입력조작체에 의한 영향을 받지 않는 검출전극(3y1)의 부유용량(Csy1)이 최소이기 때문에, 도3에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(3y)에 대하여 동일한 저항값과의 시정수에 의하여 하강하는 검출전극(3y1)의 전위(by1)가 가장 빠른 시간(t4)에서 기준전위(VSH)를 넘어서 하회한다. 그 결과 비교기(5)의 출력(c1)이 「H」부터 「L」로 반전되어, 제1레지스터(T)(6)에 최상위 비트가 「0」이 된 패러렐 데이터 「0111」이 기억된다. 레지스터값 비교회로(8)는, 이 레지스터값이 제2레지스터(T-1)(7)에 기억된 레지스터값 「1111」과 다른 것이기 때문에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, RAM(10)에, 시간(t4)을 나타내는 카운트값(C(t4))과, 새롭게 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「0111」을 관련시켜서 기억된다.
계속하여 검출전극(3y3)의 양측에 배치되고, 검출전극(3y3)에 접근하는 입력조작체에 대하여 대략 등거리에 배치된 검출전극(3y2)과 검출전극(3y4)의 부유용량(Csy2, Csy4)이 부유용량(Csy1)보다 커서, 검출전극(3y2, 3y4)의 전위(by2, by4)가 시간(t5)에서 기준전위(VSH) 미만이 되어, 비교기(5)의 출력(c2, c4)이 「H」부터 「L」로 반전됨으로써 제1레지스터(T)(6)에 패러렐 데이터 「0010」이 기억된다. 레지스터값 비교회로(8)는, 이 레지스터값의 2번째 비트와 4번째 비트가 제2레지스터(T-1)(7)에 기억된 레지스터값 「0111」과 다른 것이기 때문에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, RAM(10)에, 시간(t5)을 나타내는 카운트값(C(t5))과 관련되어 새롭게 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「0010」이 기억된다.
입력조작위치에 가장 가까운 검출전극(3y3)의 부유용량(Csy3)은 다른 것과 비교하여 최대가 되기 때문에, 도3에 나타나 있는 바와 같이 그 검출전극(3y3)의 전위(by3), 시간(t6)의 최후에 기준전위(VSH) 미만이 되어, 비교기(5)의 출력(c3)이 「L」부터 「H」로 반전된다. 그 결과 제1레지스터(T)(6)에는 시간(t6)에 패러렐 데이터 「0000」이 기억되고, 레지스터값 비교회로(8)는, 이 레지스터값이 제2레지스터(T-1)(7)에 기억된 레지스터값 「0010」과 다른 것이기 때문에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, 도2에 나타나 있는 바와 같이 RAM(10)에, 시간(t6)을 나타내는 카운트값(C(t6))과, 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「0000」이 관련시켜서 기억된다.
제2기준시(tg)로부터 또 과도기간 이상의 500μsec가 경과한 시점에서 모든 검출전극(3x, 3y)의 전위는 기준전위(VSH) 미만이 되어, 제1레지스터(T)(6)에 기억되는 레지스터값 「0000」은, 다음 검출주기(Tp)의 제1기준시(t0)가 도래하는 정지시간(Tr)의 사이에 변화되지 않는다. 마이크로 컴퓨터(20)는 이 정지시간(Tr) 중에, RAM(10)에 기억되어 있는 각 카운트값(C(t))과 레지스터값의 조합을 읽어낸다. 카운트값(C(t))은 충전을 시작한 기준시(t0)로부터의 경과시간을 나타내고, 레지스터값은 그 직전의 조합의 레지스터값과 비교하여 비트 데이터가 변화된 비트를 나타내고 있다. 또한 각 레지스터값의 비트는, 각 검출전극(3x, 3y)의 부유용량(Csx, Csy)에 대응하여 부유용량(Csx, Csy)의 크기에 따라 제1기준시(t0) 또는 제2기준시(tg)로부터의 경과시간이 길어지기 때문에, 마이크로 컴퓨터(20)는 RAM(10)에 기억된 각 조합의 데이터로부터, 검출전극(3x, 3y)의 부유용량(Csx, Csy)의 크기를 X측의 검출전극(3x)과 Y측의 검출전극(3y)으로 나누어서 각각 비교할 수 있다.
도2에 나타나 있는 바와 같이 X측의 검출전극(3x)에서는, 제4비트(LSB), 제1비트(MSB)와 제3비트, 제2비트의 순서로 4비트의 비트 데이터가 변화하기 때문에, 부유용량(Csx)은 Csx4, Csx1과 Csx3, Csx2의 순서로 커지는 것이 검출된다. 이에 따라 마이크로 컴퓨터(20)는, X방향에 대하여, 부유용량(Csx)이 최대의 검출전극(3x2)에 입력조작체가 접근한 것으로 판정할 수 있어, 그 검출전극(3x2)의 배치위치를 X방향에서는 입력조작위치로 한다.
또한 Y측의 검출전극(3y)에서는 제1비트(MSB), 제2비트와 제4비트(LSB), 제3비트의 순서로 4비트의 비트 데이터가 변화하기 때문에, 부유용량(Csy)은 Csy1, Csy2와 Csy4, Csy3의 순서로 커지는 것이 검출된다. 이에 따라 마이크로 컴퓨터(20)는, Y방향에 대하여, 부유용량(Csy)이 최대의 검출전극(3y3)에 입력조작체가 접근한 것이라고 판정할 수 있어, 그 검출전극(3y3)의 배치위치를 Y방향에서의 입력조작위치로 한다. 이에 따라 마이크로 컴퓨터(20)는, 도면에 나타나 있지 않은 표시화면 상의 커서이동제어(cursor 移動制御) 또는 전자기기의 동작을 제어하는 외부제어회로에 의하여 검출전극(3x2)과 검출전극(3y3)의 배치위치를 2차원의 입력조작위치로서 출력하여, 입력조작위치에 따른 소정의 처리를 실행시킨다.
마이크로 컴퓨터(20)는, 정지시간(Tr)의 사이에 입력조작위치를 검출한 후, 다음 검출주기(Tp)의 제1기준시(t0) 전에 RAM(10)에 기억되어 있는 데이터를 클리어 한다.
한편 입력조작위치의 검출은, 복수의 검출전극(3x, 3y)의 부유용량(Csx, Csy)의 크기를 비교하여, XY의 각 방향에 대하여, 복수의 부유용량(Csx, Csy)을 안분한 비로부터 얻은 검출전극(3x, 3y)의 배치위치 사이의 위치를 입력조작위치로 하더라도 좋다.
상기 실시형태에서는, 절연패널에 배치되는 복수의 검출전극을 X측의 검출전극(3x)과 Y측의 검출전극(3y)으로 나누어서 일방을 충전제어, 타방을 방전제어하여, 입력조작체가 접근하는 검출전극을 검출하였지만, 모든 검출전극에 대하여 동일한 충전제어 또는 방전제어에 의하여 제어 가능한 것으로 하여, 동작환경이나 기준전압(Vdd), 기준전위(VSH) 등의 관계에 따라 검출에 알맞은 일방의 제어를 선택하더라도 좋다.
본 발명은, 입력조작면 상에 디스플레이가 배치되고, 비접촉의 입력조작을 검출하는 정전용량식 터치패널에 적합하다.
1 : 본 실시형태에 관한 정전용량식 터치패널
2 : 용량-시간 변환회로(용량-시간 변환수단)
3 : 검출전극
4 : 충방전 스위치
12 : 절환스위치
20 : 마이크로 컴퓨터(입력조작 검출수단)

Claims (6)

  1. 절연패널(絶緣 panel) 상에 서로 절연되어 배치되는 복수의 검출전극(檢出電極)과,
    각 검출전극에 동일한 회로구성으로 접속되고, 각 검출전극의 부유용량(浮遊容量)의 크기에 따라, 소정의 기준시(基準時)로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간이 변화되는 2값 신호를 출력하는 복수의 용량-시간 변환수단(容量-時間 變換手段)과,
    2값 신호의 기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터 각 검출전극의 부유용량의 크기를 비교하여, 입력조작체(入力操作體)가 접근하는 검출전극을 검출하는 입력조작 검출수단(入力操作 檢出手段)을 구비한 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)로서,
    각 용량-시간 변환수단은,
    검출전극의 부유용량에 직렬 또는 병렬로 접속되는 저항과,
    상기 저항의 저항값과 검출전극의 부유용량에 의하여 정해지는 시정수(時定數)에 의하여 기준시로부터 부유용량을 충방전(充放電)하여, 검출전극의 전위를 접지전위(接地電位)로부터 소정의 충전전위(充電電位)까지 올리는 충전제어(充電制御)와, 검출전극의 전위를 상기 충전전위로부터 접지전위까지 내리는 방전제어(放電制御) 중 어느 하나를 선택하여 제어할 수 있는 충방전회로(充放電回路)와,
    기준시로부터 검출전극의 전위를 상기 충전전위와 접지전위의 사이에 설정된 기준전위(基準電位)와 비교하여, 검출전극의 전위와 기준전위의 차이가 반전되었을 때에 2값 데이터가 반전되는 2값 신호를 출력하는 비교회로(比較回路)를 구비하고,
    적어도 2 이상의 특정검출전극(特定檢出電極)에 각각 접속되는 특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로는, 동일한 충전제어 또는 방전제어에 의하여 기준시로부터 특정검출전극의 전위를 올리거나 또는 내리고,
    입력조작 검출수단은, 상기 특정용량-시간변환의 비교회로로부터 출력되는 2값 신호의 기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 입력조작체가 접근하는 어느 하나의 특정검출전극을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  2. 제1항에 있어서,
    절연패널에 배선되는 복수의 검출전극을 제1특정검출전극과 제2특정검출전극으로 나누고,
    제1특정검출전극에 각각 접속되는 제1특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로는, 충전제어에 의하여 제1기준시에 접지전위인 제1특정검출전극의 전위를 올림과 아울러, 제2특정검출전극에 각각 접속되는 제2특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로는, 방전제어에 의하여 제2기준시에 충전전위인 제2특정검출전극의 전위를 내리고,
    입력조작 검출수단은, 2값 신호의 제1기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 입력조작체가 접근하는 어느 하나의 제1특정검출전극을 검출하고, 2값 신호의 제2기준시로부터 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간으로부터, 입력조작체가 접근하는 어느 하나의 제2특정검출전극을 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  3. 제2항에 있어서,
    입력조작 검출수단의 코먼입력(common 入力)을, 제1특정용량-시간 변환수단의 각 출력과, 제2특정용량-시간 변환수단의 각 출력 중 어느 하나에 선택적으로 접속시키는 절환스위치(切換 switch)를 구비하고,
    절환스위치는, 입력조작 검출수단의 코먼입력을, 제1특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로가 충전제어를 하고 있는 사이에는 제1특정용량-시간 변환수단의 각 출력에, 제2특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로가 방전제어를 하고 있는 사이에는 제2특정용량-시간 변환수단의 각 출력에 각각 절환하여 접속시키는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  4. 제2항에 있어서,
    제1특정검출전극이 절연패널의 일방향(一方向)을 따라 배선되는 복수의 검출전극이고, 제2특정검출전극이 절연패널의 상기 일방향과 직교하는 방향을 따라 배선되는 복수의 검출전극인 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  5. 제4항에 있어서,
    입력조작 검출수단의 코먼입력을, 제1특정용량-시간 변환수단의 각 출력과, 제2특정용량-시간 변환수단의 각 출력 중 어느 하나에 선택적으로 접속시키는 절환스위치를 구비하고,
    절환스위치는, 입력조작 검출수단의 코먼입력을, 제1특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로가 충전제어를 하고 있는 사이에는 제1특정용량-시간 변환수단의 각 출력에, 제2특정용량-시간 변환수단의 각 충방전회로가 방전제어를 하고 있는 사이에는 제2특정용량-시간 변환수단의 각 출력에 각각 절환하여 접속시키는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    입력조작 검출수단은, 특정검출전극 중 부유용량이 최대인 특정검출전극의 배치위치를, 입력조작을 한 입력조작위치로 하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130093719A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-18 Sony Mobile Communications Japan, Inc. Information processing apparatus
US8884635B2 (en) 2012-06-01 2014-11-11 Synaptics Incorporated Transcapacitive charge measurement
US8890544B2 (en) 2012-06-01 2014-11-18 Synaptics Incorporated Transcapacitive charge measurement
KR101380801B1 (ko) * 2012-08-01 2014-04-04 이미지랩(주) 자기정전용량 방식의 단일층 정전 터치 패널 장치의 터치 위치 인식 방법
FR2996673B1 (fr) * 2012-10-05 2016-02-05 Bostik Sa Capteur capacitif pour la detection de presence d'un objet et/ou d'un individu.
TWI472979B (zh) * 2012-10-22 2015-02-11 Superc Touch Coporation 可重組感測點之觸控面板裝置及感測方法
JP6189760B2 (ja) * 2014-01-30 2017-08-30 株式会社Ｎｔｔドコモ 入力装置
JP6420661B2 (ja) * 2014-12-26 2018-11-07 東プレ株式会社 静電容量式キーボード
WO2018090278A1 (zh) * 2016-11-17 2018-05-24 深圳市汇顶科技股份有限公司 确定电容屏触摸位置的方法及装置
KR102445033B1 (ko) * 2017-12-29 2022-09-19 엘지디스플레이 주식회사 터치표시장치, 터치구동회로 및 터치센싱방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10124256A (ja) * 1996-10-23 1998-05-15 Sharp Corp 表示一体型タブレット装置
TW408277B (en) * 1996-11-15 2000-10-11 Alps Electric Co Ltd Small current detector circuit and locator device using the same
JP4435622B2 (ja) 2004-05-25 2010-03-24 アルプス電気株式会社 静電容量式の検出装置
US7312616B2 (en) * 2006-01-20 2007-12-25 Cypress Semiconductor Corporation Successive approximate capacitance measurement circuit
US8058937B2 (en) * 2007-01-30 2011-11-15 Cypress Semiconductor Corporation Setting a discharge rate and a charge rate of a relaxation oscillator circuit
KR101383709B1 (ko) * 2007-03-07 2014-04-09 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그의 구동 방법
JP5011541B2 (ja) 2007-09-11 2012-08-29 株式会社ワコム 位置指示器
JP2009191948A (ja) 2008-02-14 2009-08-27 Ntn Corp 転がり軸受
JP5042316B2 (ja) * 2007-11-12 2012-10-03 三菱電機株式会社 タッチパネル及びそれを備えた表示装置
WO2009090534A2 (en) * 2008-01-15 2009-07-23 Lionel Portmann Device for quantifying an electric unbalance and touch detection system incorporating it
JP2010015262A (ja) * 2008-07-01 2010-01-21 Seiko Instruments Inc 静電検出装置及び静電検出方法
US20110169768A1 (en) * 2008-07-08 2011-07-14 Kenichi Matsushima Electrostatic detection device, information apparatus, and electrostatic detection method
JP5071735B2 (ja) * 2008-08-08 2012-11-14 ソニー株式会社 静電容量型センサーデバイスの容量変化測定回路、静電容量型センサーモジュール、静電容量型センサーデバイスの容量変化測定方法及び電子機器
US8502801B2 (en) * 2008-08-28 2013-08-06 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd. Capacitive touch sensor system

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