KR20130044123A - 정전용량식 터치패널 - Google Patents

정전용량식 터치패널 Download PDF

Info

Publication number
KR20130044123A
KR20130044123A KR1020117016929A KR20117016929A KR20130044123A KR 20130044123 A KR20130044123 A KR 20130044123A KR 1020117016929 A KR1020117016929 A KR 1020117016929A KR 20117016929 A KR20117016929 A KR 20117016929A KR 20130044123 A KR20130044123 A KR 20130044123A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
potential
detection electrode
time
charge
detection
Prior art date
Application number
KR1020117016929A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101527440B1 (ko
Inventor
오사무 요시카와
Original Assignee
에스에무케이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스에무케이 가부시키가이샤 filed Critical 에스에무케이 가부시키가이샤
Publication of KR20130044123A publication Critical patent/KR20130044123A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101527440B1 publication Critical patent/KR101527440B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04166—Details of scanning methods, e.g. sampling time, grouping of sub areas or time sharing with display driving
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04182—Filtering of noise external to the device and not generated by digitiser components
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H03K17/9622—Capacitive touch switches using a plurality of detectors, e.g. keyboard

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

다수의 검출전극의 부유용량의 변화를 동시에 검출할 수 있고 또한 부유용량의 변화가 미소하더라도 검출전극의 전위가 임계전위에 도달할 때까지의 경과시간으로부터 검출전극으로의 입력조작을 검출할 수 있다.
검출전극의 부유용량과 검출전극의 저항에 의하여 CR 시정수 회로를 형성하여, 검출전극의 부유용량을, 일정한 시간비의 정지기간을 두고 충전 또는 방전제어한다. 검출전극에 접근하는 입력조작에 의하여 미소하게 증가되는 부유용량은, 검출전극의 전위가 임계전위에 도달할 때까지의 경과시간을 확대시켜서 검출함으로써 검출할 수 있다.

Description

정전용량식 터치패널{CAPACITIVE TOUCH PANEL}
본 발명은, 절연패널(絶緣 panel) 상에 배치되는 검출전극(檢出電極)으로의 입력조작을, 검출전극의 부유용량(浮遊容量)의 증가로부터 비접촉(非接觸)으로 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 입력조작체(入力操作體)가 입력조작면에 접근하면 그 부근에서의 정전용량이 변화되는 현상을 이용하여, 정전용량의 변화로부터 디스플레이의 배면측에 배치되더라도 비접촉으로 입력조작을 검출할 수 있는 정전용량식 터치패널이 알려져 있다.
종래의 정전용량식 터치패널은, 다수의 X전극과 Y전극을 입력조작면 상에 서로 절연시켜서 교차하도록 매트릭스(matrix) 모양으로 형성하고, 손가락 등의 입력조작체를 접근시킨 부근에서, 교차하는 각 X전극과 Y전극 사이의 정전용량이 변화되기 때문에, 정전용량이 변화된 X전극과 Y전극의 배치위치로의 입력조작을 검출하고 있다(특허문헌1).
이 특허문헌1에 기재된 정전용량식 터치패널에서는, 다수의 Y전극에 순차적으로 소정의 펄스전압을 인가하여 주사하고, 펄스전압이 인가된 Y전극과 교차하는 각 X전극의 전압을 검출한다. 손가락 등의 입력조작체를 절연패널에 접근시키면, 입력조작체가 접근하는 위치에서 교차하는 X전극과 Y전극 사이의 정전용량이 변화되고, 정전용량의 변화에 의하여 전압이 변화된 X전극과, 그 때에 펄스전압을 인가한 Y전극의 배치위치로부터 입력조작체의 절연패널로의 조작위치를 검출하고 있다.
그러나 절연패널의 입력조작면이 큰 면적이 되면, 그 입력면적의 증가에 따라 정전용량의 변화를 검출하는 X전극과 Y전극의 수가 증대되어, 각 전극의 교차위치에 대하여 주사하는 주사주기가 길어지게 됨으로써, 단시간에 입력조작위치를 검출할 수 없다는 문제가 있다. 또한 펄스전압을 인가하는 수단을 설치할 필요가 있는 것 이외에, 매트릭스 모양으로 배선되는 다수의 X전극과 Y전극을 주사하기 위하여, 상당하는 개수에 대응하는 멀티플렉서(multiplexer)를 사용하지 않으면 안 되어 회로구성이 복잡, 대형화 된다는 문제가 있다.
그래서 보다 간이한 회로구성으로 검출전극에 대한 정전용량(부유용량)의 변화를 검출하는 수단으로서, 입력조작위치에서의 미지(未知)의 정전용량을, 정전용량과 이미 알고 있는 저항값과의 시정수(時定數)로부터 검출하는 방법이 알려져 있다. 이 검출방법은, 미지의 용량인 정전용량의 콘덴서(C)에 대하여 직렬 또는 병렬로 검출저항(R)을 접속한 CR 시정수 회로를 형성하여, 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 임계전위와 비교하여, 임계전위에 도달할 때까지의 충전시간 또는 방전시간으로부터 정전용량의 크기를 판별하는 것이다. 이 검출방법을 이용하면, 절연패널 상에 배치된 검출전극의 부유용량(검출전극과 접지 사이의 정전용량)은, 손가락 등의 입력조작체가 접근하면 증대되어 충방전시간이 길어지기 때문에, 검출전극의 전위가 소정의 임계전위가 될 때까지의 충방전시간을 시간을 계측하여, 입력조작을 하지 않은 경우의 충방전시간과 비교하여 검출전극에 접근하는 입력조작의 유무를 검출할 수 있다.
그러나 손가락을 검출전극으로 접근시켰을 때의 부유용량(c)은 10pF 정도로부터 조금인 수 pF 만큼만 증가하기 때문에, CR 시정수 회로를 사용한 검출방법은 예를 들면 1pF 증가하는 정전용량을 검출하기 위하여 10MΩ의 검출저항을 직렬로 접속한다고 하더라도, 시정수는 10μsec 변화하는 것뿐이어서, 임계전위에 도달할 때까지의 충전시간이나 방전시간의 비교로부터 직접 검출전극으로의 입력조작을 검출하는 것이 매우 곤란하였다. 이 문제를 해결하기 위하여 검출저항의 저항값을 더 크게 하는 방법이 생각되지만, 절연상태에 가까운 높은 임피던스가 되어 검출전압을 인가하는 마이크로 컴퓨터 등에 검출전류가 흘러서 검출할 수 없었다. 여기에서 더 큰 용량의 콘덴서를 준비하여 두고, 부유용량의 충전전하를 반복하여 이 콘덴서로 이동시켜서, 콘덴서의 충전시간을 비교하는 충전 트랜스퍼 방식의 정전용량 검출방법이 제안되어 있다(특허문헌2).
이하, 충전 트랜스퍼 방식의 정전용량 검출방법을 도5, 도6을 사용하여 설명한다. 도5에 나타나 있는 콘덴서(C1)는 용량의 변화를 검출하려고 하는 소용량(c1)의 콘덴서로서, 예를 들면 조작자의 손가락과 패턴의 사이에 발생하는 미소부유용량의 콘덴서이다. 콘덴서(C1)의 일측(一側)은 조작자를 통하여 접지되고, 타측(他側)의 SW1이 ON 동작하고 있는 사이에 충전전압(Vdd)으로 충전된다. 또한 콘덴서(C1)와 병렬로, SW2를 통하여 콘덴서(C1)의 정전용량에 대하여 충분히 큰 용량(c2)의 콘덴서(C2)가 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 검출회로에 대하여, 제1스텝에서, SW1을 ON, SW2를 OFF로 하여 콘덴서(C1)를 충전전압(Vdd)으로 충전하고, 충전 후에 제2스텝에서 SW1과 SW2를 함께 OFF로 한다. 이 제2스텝에서는, 콘덴서(C1)의 전압(V1)은 Vdd이다. 계속하여 제3스텝에서, SW1을 OFF, SW2를 ON으로 하여, 콘덴서(C1)의 충전전하의 일부를 콘덴서(C2)로 이동시키고, 그 후에 제4스텝에서, SW1과 SW2를 다시 함께 OFF로 한다. 이 제4스텝에서는, 콘덴서(C1)의 전압(V1)과 콘덴서(C2)의 전압(V2)은 동일하게 된다.
제1스텝으로부터 제4스텝까지의 처리를 N회 반복하였을 때의 콘덴서(C2)의 전압(V2)은 V2 = Vdd × (1 - c2 / (c1 + c2)N)으로 표시되고, 충전전압(Vdd), 콘덴서(C2)의 용량(c2)은 이미 알고 있기 때문에, 도6에 나타나 있는 충전전압(Vdd)의 1/2로 설정된 임계전위(Vref)까지 콘덴서(C2)의 전압(V2)이 달성하는 회수(N)를 구하면, 검출하려고 하는 콘덴서(C1)의 정전용량(c1)이 얻어진다.
도6에 나타나 있는 바와 같이 정전용량(c1)이 증가하는 정도, Vref에 도달하는 반복회수(N)는 짧아지기 때문에, 검출전극으로의 입력조작체의 접근만을 검지할 수 있으면 충분한 정전용량방식 터치패널에서는, 반복회수의 임계값(Nref)을 예를 들면 도면 중의 1100으로 설정하고, 이 임계값(Nref)보다 짧은 반복회수에 의하여 Vref에 도달한 경우에 입력조작의 손가락이 접근하여 10pF 이상의 부유용량이 발생한 것으로 하여, 검출전극으로의 입력조작을 검출한다.
일본국 공개특허 특개2005-337773호 공보(명세서의 항목 0017 내지 항목 0031, 도1) 일본국 공개특허 특개2009-70004호 공보(명세서의 항목 0014 내지 항목 0020, 도2)
특허문헌1에 기재된 종래의 정전용량식 터치패널에서는, 모든 검출전극별로 펄스전압을 인가할 필요가 있기 때문에, 동시에 모든 검출전극의 부유용량을 충방전시켜서, 더 단시간에 정전용량의 변화를 검출할 수 있는 CR 시정수 회로를 사용한 검출방법이 원해지고 있지만, 입력조작에 의한 부유용량의 변화가 미소하기 때문에, 임계전위에 도달할 때까지의 충방전시간의 차이로부터 이것을 검출하는 것이 곤란하고, 특허문헌2에 기재된 충전 트랜스퍼 방식에 의하여 이것을 확대시켜서 검출하는 것밖에 없었다.
그러나 이 충전 트랜스퍼 방식은, 일단 정전용량의 변화를 검출하기 위하여 SW1과 SW2를 1000회 이상 동작제어하지 않으면 안 되어, 결국 단시간에 부유용량의 변화로부터 검출전극에 접근하는 입력조작을 검출할 수는 없었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 다수의 검출전극의 부유용량의 변화를 동시에 검출할 수 있고 또한 부유용량의 변화가 미소하더라도 임계전위에 도달할 때까지의 충방전시간으로부터 검출전극으로의 입력조작을 검출할 수 있는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 충전전압(Vdd)이나 검출전극의 전위(Vc)와 비교하는 임계전위에 따라 검출정밀도가 더 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 배치되고, 입력조작체(入力操作體)의 접근에 따라 부유용량(浮遊容量)이 증가하는 검출전극(檢出電極)과, 검출전극의 부유용량의 값과의 사이에서 CR 시정수 회로를 형성하는 저항소자(抵抗素子)와, 저항소자의 일측(一側)의 코먼단자(common 端子)를, 기준시(基準時)로부터 소정의 충전전위(充電電位) 또는 접지전위(接地電位)에 있는 절환단자에 접속하여 상기 CR 시정수 회로의 시정수에 의하여 부유용량을 충전 또는 방전하여, 검출전극의 전위를 접지전위로부터 상기 충전전위까지 올리거나 또는 상기 충전전위로부터 접지전위까지 내리는 충방전 스위치(充放電 switch)와, 기준시로부터 부유용량을 충전 또는 방전하여, 상기 충전전위 또는 접지전위에 있는 검출전극의 전위가, 상기 충전전위와 접지전위의 사이에 설정되는 소정의 임계전위(臨界電位)에 도달할 때까지의 경과시간을 계측하는 시간측정수단(時間測定手段)을 구비하고, 부유용량의 증가에 따라 증가하는 경과시간으로부터 검출전극의 배치위치로의 입력조작을 검출하는 정전용량식 터치패널로서,
충방전 스위치는, 고정주파수의 사각형파 펄스신호를 소정의 변조값에 의하여 펄스폭 변조한 PWM 변조신호에 의하여 절환제어되어, PWM 변조신호의 2값 신호값에 따라 저항소자의 일측의 코먼단자가 상기 절환단자에 접리(接離)되는 것을 특징으로 한다.
PWM 변조신호는, 변조값에 따라 충방전 스위치를 절환제어하는 2값 신호값의 듀티비가 변화되어, 저항소자의 일측(一側)은, 충전전위 또는 접지전위와 개방전위의 사이에서 변조값에 의하여 정해지는 시간간격비로 교대로 절환된다. 저항소자의 일측은, 충전전위 또는 접지전위에 있는 사이에, 접지전위 또는 충전전위에 있는 검출전극의 전위는 저항의 저항값과 부유용량에 의하여 정해지는 시정수에 따라 상승 또는 하강하지만, 개방전위에 있는 사이에, 검출전극의 전위는 변화되지 않아 그 상승 또는 하강이 정지된다. 따라서 부유용량을 충방전할 때에 검출전극의 전위가 변화되는 경사를 내려가게 하여, 기준시로부터 검출전극의 전위가 임계전위에 도달할 때까지의 경과시간을 변조값에 따라 연장시킬 수 있기 때문에, 입력조작에 의한 부유용량이 미소한 증가이더라도 확대시킨 경과시간의 증가로부터 검출할 수 있다.
청구항2의 정전용량식 터치패널은, 충방전 스위치가, PWM 변조신호에 의하여 상기 충전전위에 있는 제1절환단자와, 접지전위에 있는 제2절환단자와, 개방된 제3절환단자 중 어느 하나에 상기 코먼단자의 접속이 절환제어되고, PWM 변조신호의 2값 신호값에 따라 상기 코먼단자의 접속을, 제1절환단자와 제3절환단자 사이에서 절환접속하여 검출전극의 부유용량을 충전 및/또는 제2절환단자와 제3절환단자 사이에서 절환접속하여 검출전극의 부유용량을 방전하는 것을 특징으로 한다.
부유용량의 충전제어를 할 때에는 코먼단자의 접속을 제1절환단자와 제3절환단자의 사이에서 절환접속하고, 방전제어를 할 때에는 코먼단자의 접속을 제2절환단자와 제3절환단자의 사이에서 절환접속하고, 공통되는 충방전 스위치에 의하여, 어느 경우에도 기준시로부터 검출전극의 전위가 임계전위에 도달할 때까지의 경과시간을 변조값에 따라 연장시킬 수 있다.
청구항3의 정전용량식 터치패널은, 저항소자와 충방전 스위치가, 절연패널 상에 서로 절연되어 배치되는 복수의 검출전극별로 구비되고, 각 검출전극에 대하여 시간측정수단이 계측한 경과시간을 비교하여, 경과시간이 증가된 검출전극의 배치위치로부터 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
다수의 검출전극에 대하여 CR 시정수 회로를 사용하여 각 검출전극의 부유용량의 변화를 검출하기 때문에, 다수의 검출전극의 부유용량을 동시에 충전 또는 방전하여, 단시간에 어느 하나의 검출전극으로의 입력조작을 검출할 수 있다.
청구항1의 발명에 의하면, CR 시정수 회로를 사용하여 입력조작에 의한 검출전극의 부유용량의 증가가 미소하더라도 검출전극으로의 입력조작을 검출할 수 있다.
청구항2의 발명에 의하면, 부유용량을 충전하여 그 변화를 검출하는 경우와, 방전하여 그 변화를 검출하는 어느 쪽의 경우이더라도 공통하는 충방전 스위치를 사용하여 기준시로부터 검출전극의 전위가 임계전위에 도달할 때까지의 경과시간을, 변조값에 따라 지연, 미소하게 변화되는 부유용량을 확실하게 검출할 수 있다.
또한 부유용량을 충전하는 사이와 방전하는 사이에서는, 기준시로부터의 경과시간에 의하여 검출전위가 변화되는 경사가 다르기 때문에, 임계전위에 따라 임계전위의 근방에서 검출전극의 전위의 경사가 작아지게 되어, 부유용량의 변화가 경과시간이 더 확대되어 나타나는 부유용량의 충전제어 또는 방전제어를 선택할 수 있다.
청구항3의 발명에 의하면, 부유용량을 충방전제어하는 1주기 내에, 절연패널 상에 배치된 다수의 검출전극의 각 부유용량의 변화를 검출하여, 단기간에 입력조작위치를 검출할 수 있다.
도1은, 본 발명의 한 실시형태에 대한 정전용량식 터치패널(1)에 있어서의 복수의 검출전극(3)과 용량-시간 변환회로(2)를 나타내는 회로도이다.
도2는, 정전용량식 터치패널(1)의 입력조작을 검출하는 입력위치 검출회로의 블럭도이다.
도3은, 입력조작체가 접근한 검출전극(3)을 검출하는 방법을 설명하는 파형도이다.
도4는, 도1의 ａ, b, c의 각 파형을 종래방법의 파형 a', b'와 비교하여 나타내는 파형도이다.
도5는, 종래의 충전 트랜스퍼 방식의 정전용량 검출방법을 나타내는 블럭도이다.
도6은, 도5에 나타나 있는 정전용량 검출방법에 의한 충전회수(N)와 콘덴서(C2)의 전압(V2)과의 관계를 나타내는 파형도이다.
이하, 본 발명의 한 실시형태에 관한 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)(이하, 터치패널이라고 한다)(1)을, 도1 내지 도4를 사용하여 설명한다. 이 터치패널(1)은, 도면에 나타나 있지 않은 절연패널(絶緣 panel) 상에 예를 들면 수 mm의 간격으로 서로 절연되어 복수의 검출전극(檢出電極)(31, 32, 33, 34)이 배치된다. 각 검출전극(3)의 부유용량(浮遊容量)(Cs)은, 그 주위의 도전패턴(導電 pattern), 기기를 차폐하는 실드 케이스(shield case), 대지(大地)와의 사이에 형성되는 용량의 총합계로 나타내지만, 다른 용량이 대략 일정한 것 대하여 조작자의 손가락 등의 입력조작체(入力操作體)가 접근하면 증대된다. 여기에서 각 검출전극(3)의 부유용량(Cs1, Cs2, Cs3, Cs4)을 비교하고, 다른 것과 비교하여 부유용량(Cs)이 최대가 되는 검출전극(3)에 대하여 입력조작의 입력조작체가 접근한 것으로 하여, 그 검출전극(3)의 배치위치에 접근하는 입력조작을 검출한다.
여기에서는, 설명의 편의상 터치패널(1)이 4개의 검출전극(31, 32, 33, 34)의 부유용량(Cs1, Cs2, Cs3, Cs4)을 비교하여 입력조작을 검출하는 것으로 하여 설명한다. 각 검출전극(3)의 부유용량(Cs1, Cs2, Cs3, Cs4)을 비교하기 위하여 도1에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(3)에는, 부유용량(Cs)을 2값 신호(c)의 시간폭으로 나타내어 출력하는 용량-시간 변환회로(容量-時間 變換回路)(2)가 각각 접속되어 있다.
각 용량-시간 변환회로(2)는, 코먼단자(common 端子)(4c)를, 기준충전전압(基準充電電壓)(Vdd)의 전위로 한 제1절환단자(第一切換端子)(41)와, 접지전위(接地電位)(GND)로 한 제2절환단자(42)와, 개방시킨 제3절환단자(43)의 사이에서 절환하는 충방전 스위치(充放電 switch)(4)와, 충방전 스위치(4)의 코먼단자(4c)와 검출전극(3) 사이의 검출저항(R1, R2)과, 비반전입력을 검출저항(R1, R2)의 접속점에 접속하고 반전입력을 임계전위(臨界電位)(VSH)로 한 비교기(5)를 구비하고 있다. 검출저항(R2)은 검출전극(3)의 저항이고, 검출전극(3)의 부유용량(Cs)의 콘덴서와 직렬로 접속된 검출저항(R1, R2)에 의하여 CR 시정수 회로가 형성된다.
임계전위(VSH)는 기준충전전압(Vdd)과 접지전위(GND)의 사이에서 임의로 설정되는 전위이고, 여기에서는 Vdd의 70%의 전위로 하고, 이에 따라 충방전 스위치(4)의 코먼단자(4c)가 접지전위(GND)의 제2절환단자(42)로부터 기준충전전압(Vdd)의 제1절환단자(41)측으로 절환되면, 검출저항(R1, R2)의 저항값(r)과 부유용량(Cs)의 부유용량(cs)(설명상 부유용량(Cs)의 콘덴서의 용량을 부유용량(cs)이라고 한다)에 의하여 정해지는 시정수(csr)에 의하여 부유용량(Cs)이 충전되어, 접지전위(GND)로부터 상승하는 검출전극(3)의 전위가 임계전위(VSH)를 넘으면, 비교기(5)의 출력(c)이 반전된다.
도4에 나타나 있는 바와 같이 마이크로 컴퓨터(5)로부터 충전제어기간(充電制御期間)(Tc) 중에, 충방전 스위치(4)가 항상 「H」레벨의 절환제어신호(a')에 의하여 절환제어되는 것이라고 하면, 기준시(基準時)(t0)에 접지전위(GND)에 있는 검출전극의 전위(Vc)는, 충전전압(Vdd)을 인가하는 기준시(t0)로부터의 경과시간을 t, 자연대수를 ε이라고 하면,
Vc = Vdd(1 - ε-t/ csr) …… (1)식
으로 표시되고, 도면 중 b'로 나타나 있는 바와 같이 상승하여, t = 5csr의 과도기간이 경과되었을 때에 대략 충전전압(Vdd)에 도달한다(이하, 본 명세서에서는 설명의 편의상 이것을 충전전압(Vdd)에 도달한 것이라고 한다).
여기에서 충전제어기간(Tc) 중에 부유용량(Cs)이 기준충전전압(Vdd)으로 충전될 때에 있어서의 검출전극(3)의 전위(Vc)의 상승속도는, 검출저항(R1, R2)의 저항값(r)에 부유용량(Cs)을 곱한 시정수에 의하여 결정되지만, 전적으로 부유용량(cs)에 의존하여 부유용량(Cs)이 커질수록 전압의 상승이 완만하게 되어, 기준시(t0)로부터 비교기(5)의 출력(c)이 반전될 때까지의 경과시간도 길어지게 된다. 그러나 일반적으로 검출전극(3)에 대한 부유용량(cs)은 약 10pF이며, 손가락 등의 입력조작체의 접근에 의하여 변화되는 부유용량(cs)의 변화량은 1 내지 3pF 정도이기 때문에, 그 변화를 출력(c)이 반전될 때까지의 경과시간의 차이는, 검출저항(R1, R2)의 저항값(r)을 10MΩ으로 크게 하더라도 10 내지 30μsec로 미소한 시간이어서 판별하기 어렵다.
그래서 본 실시형태에서는, 충전제어기간(Tc) 중에, 마이크로 컴퓨터(5)로부터 출력되는 절환제어신호(a)에 의하여 충방전 스위치(4)의 코먼단자(4c)를 제1절환단자(41)와 제3절환단자(43)의 사이에서 절환하여 접속한다. 절환제어신호(a)는, 마이크로 컴퓨터(5)의 후술하는 PWM 변조회로(20)에 있어서 고정주파수의 사각형파 펄스신호를 소정의 변조값으로 PWM 변조한 것으로서, 변조값에 따른 듀티비(duty比)(D)로 이루어지는 PWM 변조신호로 되어 있다. 여기에서는, 2.5MHz의 사각형파 펄스신호를 PWM 변조하고, 0.4μsec의 1주기에 대하여 「H」레벨의 펄스폭이 0.16μsec의 듀티비 0.4의 PWM 변조신호(a)가 마이크로 컴퓨터(5)로부터 출력된다.
충방전 스위치(4)는, 절환제어신호(PWM 변조신호)(a)가 「H」레벨의 사이에, 코먼단자(4c)를 기준충전전압(Vdd)에 있는 제1절환단자(41)에 접속하고, 「L」레벨의 사이에, 개방된 제3절환단자(43)에 접속한다. 그 결과 충전제어기간(Tc) 중의 검출전극의 전위(Vc)는, 도4의 파형(b)를 확대하여 나타나 있는 바와 같이 절환제어신호(a)가 「H」레벨의 사이에 상기 (1)식을 따라 상승하고, 「L」레벨의 사이에 그 전위를 유지하고, 이것을 반복한다. 즉 절환제어신호(a)가 「L」레벨의 사이에 검출전극의 전위(Vc)가 상승하지 않기 때문에, 상승하는 경사는 듀티비(D)에 상당하는 비로 저하되어, 도면에 있어서 파형(b)로 나타나 있는 바와 같이 완만하게 상승한다.
파형(b')과 비교하여 완만한 경사의 검출전극(3)의 전위(Vc)의 파형(b)에 의하면, 입력조작에 의한 1 내지 3pF 정도의 부유용량(cs)의 변화는, 기준시(t0)로부터 임계전위(VSH)에 도달할 때까지의 경과시간의 차이가 2.5배인 25 내지 75μsec로 확대되어, 후술하는 경과시간을 계측하는 수단의 분해능(分解能)이 낮더라도 충분히 그 차이로부터 입력조작을 검출할 수 있다.
본 실시형태에서는, 용량-시간 변환회로(2)의 검출저항(R1, R2)의 저항값(r), 비교기(5) 등의 회로정수, 임계전위(VSH)의 전위는 각 검출전극(31, 32, 33, 34)에 대하여 동일하고 또 각 충방전 스위치(4)는, 도2에 나타나 있는 마이크로 컴퓨터(5)로부터 동일한 절환제어신호(a)에 의하여 동시에 절환제어되기 때문에, 기준시(t0)로부터 동기(同期)되어 제1절환단자(41)와 제3절환단자(43)의 사이에서 절환접속된다.
입력조작에 의한 검출전극(3)의 부유용량(cs)의 변화는, 절환시(切換時)(tg) 후의 방전제어기간(放電制御期間)(Td) 중에도 같은 방법으로 검출할 수 있다. 충방전 스위치(4)를 절환제어신호(a 또는 a')에 의하여 절환제어하고, 절환시(tg)에 충전전압(Vdd)에 있는 검출전극의 전위(Vc)는, 충방전 스위치(4)의 코먼단자(4c)를 접지전위(GND)로 한 제2절환단자(42)에 접속함으로써 시정수(csr)에 의하여 부유용량(Cs)이 방전된다. 검출전극의 전위(Vc)는, 충전전압(Vdd)으로 한 절환시(tg)로부터의 경과시간을 t'라고 하면,
Vc = Vdd x ε- t' / csr …… (2)식
으로 표시되고, t' = 5csr의 과도기간이 경과하였을 때에 검출전극의 전위(Vc)는 대략 접지전위에 도달한다(이하, 본 명세서에서는 설명의 편의상 이것을 접지전위에 도달한다고 한다).
이 방전제어기간(Td) 중에 미소하게 변화되는 부유용량(Cs)을 검출하기 위해서는, 마이크로 컴퓨터(5)로부터 출력되는 절환제어신호(a)에 의하여 충방전 스위치(4)의 코먼단자(4c)를 제2절환단자(42)와 제3절환단자(43)의 사이에서 절환접속한다. 여기에서 절환제어신호(a)는, 충전제어기간(Tc)에 있어서 설명한 절환제어신호(a)와 동일한 것으로서, 절환제어신호(a)가 「H」레벨의 사이에, 코먼단자(4c)를 접지전위(GND)에 있는 제2절환단자(42)에 접속하고, 「L」레벨의 사이에, 개방된 제3절환단자(43)에 접속한다. 그 결과 방전제어기간(Td)의 검출전극의 전위(Vc)는, 절환제어신호(a)가 「H」레벨의 사이에 상기 (2)식을 따라 하강하고, 「L」레벨의 사이에 그 전위를 유지하고, 이것을 반복한다. 따라서 검출전극의 전위(Vc)가 하강하는 경사도, 듀티비(D)에 상당하는 비에 의하여 완만하게 되어, 입력조작에 의한 부유용량(cs)의 미소변화에 의하여 발생하는 절환시(tg)로부터 임계전위(VSH)에 도달할 때까지의 경과시간의 차이는, 듀티비(D)의 역수의 2.5배로 확대되어, 방전제어기간(Td) 중이더라도 충분히 그 차이로부터 입력조작을 검출할 수 있다.
여기에서 검출전극의 전위(Vc)와 비교하는 임계전위(VSH)가 충전전압(Vdd)에 근접하고 있는 경우에는, 전자(前者)의 충전제어에 의하면, 임계전위(VSH)의 근방에서 과도기간에 근접하기 때문에 경과시간에 대하여 검출전극의 전위(Vc)의 상승이 적고, 후자(後者)의 방전제어에 의하면, 임계전위(VSH)의 근방에서 검출전극의 전위(Vc)의 하강이 크다. 따라서 임계전위(VSH)와 검출전극의 전위(Vc)를 비교하는 비교회로의 분해능이 낮은 경우에는 후자의 방전제어가 바람직하고, 경과시간(t)을 계측하는 계측회로의 분해능이 낮은 경우에는 전자의 충전제어가 바람직하다.
반대로 검출전극의 전위(Vc)와 비교하는 임계전위(VSH)가 접지전위(GND)에 근접하고 있는 경우에는, 전자의 충전제어에 의하면, 임계전위(VSH)의 근방에서 검출전극의 전위(Vc)의 상승이 크고, 후자의 방전제어에 의하면, 임계전위(VSH)의 근방에서 과도기간에 근접하기 때문에 검출전극의 전위(Vc)의 하강이 작다. 따라서 임계전위(VSH)와 검출전극의 전위(Vc)를 비교하는 비교회로의 분해능이 낮은 경우에는 전자의 충전제어가 바람직하고, 경과시간(t)을 계측하는 계측회로의 분해능이 낮은 경우에는 후자의 방전제어가 바람직하며, 임계전위(VSH)의 레벨이나 검출회로의 분해능에 의하여 어느 하나의 적합한 제어를 회로구성을 변경하지 않고 선택할 수 있다.
도2에 나타나 있는 바와 같이 각 용량-시간 변환회로(2)의 비교기(5)의 출력(c1, c2, c3, c4)은, 4비트의 PIPO(병렬입력 병렬출력형) 레지스터인 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(5)의 공통되는 시프트클록단자(SFT)와 리셋출력단자(RESET)에 접속되어, 클록 단자(SFT)로부터 시프트 클록이 입력될 때마다 기억하고 있는 4비트의 레지스터값을 입출력함과 아울러, 리셋출력단자(RESET)로부터 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 기억한다.
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. 또한 본 실시형태에서는, 입력조작을 검출하는 기준시(t0)에도 후술하는 카운트값과 레지스터값을 RAM(10)에 관련시켜서 기억시키기 위하여 레지스터값 비교회로(8)로부터 트리거 신호가 출력된다. 제2레지스터(T-1)(7)에 기억되는 레지스터값은, 최신의 시프트 클록이 입력되기 직전에 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값이기 때문에, 트리거 신호는, 기준시(t0)의 것 이외에 출력(c1, c2, c3, c4)의 적어도 어느 하나의 2값 데이터가 변화된 경우에 출력된다.
마이크로 컴퓨터(5)는, 클록발신회로(9)로부터 클록신호를 입력하고, 여기에서는 20MHz의 클록신호의 주파수를 8분주(分周)하여 2.5MHz의 주파수로 하는 분주회로(分周回路)(21)와, 분주회로(21)로부터 출력되는 2.5MHz의 사각형파 펄스신호를 소정의 변조값으로 펄스폭 변조하는 PWM 변조회로(20)를 내장하고, 분주회로(21)로부터 출력되는 2.5MHz의 클록신호를 상기 시프트 클록으로서 레지스터(6, 7)의 동작을 제어함과 아울러, PWM 변조회로(20)로부터 출력되는 PWM 변조신호를 절환제어신호(a)로 하여 각 용량-시간 변환회로(2)의 충방전 스위치(4)를 절환제어한다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 PWM 변조신호가 듀티비가 0.4의 펄스신호로 변조되어, 각 충방전 스위치(4)를 동시에 절환제어한다. 또한 시프트 클록의 주파수는, 상기한 바와 같이 입력조작에 의하여 출력(c)의 2값 데이터가 반전될 때까지의 시간차이가 25 내지 75μsec 정도이기 때문에, 그 시간차이를 확실하게 검출하기 위하여 적어도 1MHz 이상의 주파수(주기 1μsec 이하)로 하고, 여기에서는 1주기가 0.4μsec가 되는 2.5MHz의 주파수로 되어 있다.
또한 마이크로 컴퓨터(5)는, 도4의 검출주기(Tp)별로 RAM(10)에 관련되어 기억된 카운트값과 레지스터값의 조합으로부터, 입력조작체가 접근하는 검출전극(3)을 특정하고, 그 검출전극(3)의 배치위치로의 입력조작을 검출하는 검출처리를 실행한다.
카운터(11)는, 적어도 시프트 클록의 주파수 이상의 주파수에서, 클록발진회로(9)로부터 출력되는 클록신호로부터 얻은 주파수에 의하여 카운트값을 카운트 업(count up)한다. 카운터(11)의 카운트값은, 마이크로 컴퓨터(5)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 「1」이 되는 레지스터값이 입력될 때까지 카운트값과 관련되는 각 조합을 기억한다. RAM(10)에 기억된 이들 각 조합의 데이터는, 검출주기(Tp)별로 기준시(t0) 전에 마이크로 컴퓨터(5)로부터의 제어에 의하여 클리어(clear)된다.
이하, 이와 같이 구성된 터치패널(1)의 입력조작을 검출하는 동작을 설명한다. 마이크로 컴퓨터(5)는, 입력조작을 검출하는 동작모드(動作 mode)에서, 도4에 나타나 있는 바와 같이 각 검출전극(3)의 부유용량(Cs)을 충방전하는 충전시간(Tc)과 방전시간(Td)에 정지시간(Tr)을 더한 검출주기(Tp)에 의하여 입력조작의 검출을 반복한다. 여기에서는, 부유용량(Cs)을 충전제어하는 충전시간(Tc)에 검출전극(3)으로의 입력조작을 검출하는 것으로 하여 설명한다. 충전시간(Tc)은, 충방전 스위치(4)를 기준충전전압(Vdd)에 있는 제1절환단자(41)와, 개방된 제3절환단자(43)의 사이에서 절환하는 기준시(t0)로부터 절환시(tg)까지의 시간이고, 절환시(tg)는 입력조작의 유무에 관계없이 모든 검출전극(3)의 전위가 임계전위(VSH)를 넘어서 기준충전전압(Vdd)에 도달하는 이후의 시간으로 설정된다. 부유용량(Cs)의 최대값은 10pF 정도이고, 10MΩ의 직렬로 접속된 검출저항(R1, R2)으로 이루어지는 시정수는 100μsec이고, 듀티비가 0.4의 절환제어신호(a)에 의하여 부유용량(Cs)이 충전되는 검출전극(3)의 전위가 대략 기준충전전압(Vdd)에 도달할 때까지의 경과시간은 2.5ｍsec이고, 절환시(tg)까지의 충전시간(Tc)을 3ｍsec로 하고 있다.
또한 방전시간(Td) 중에 입력조작은 검출하지 않기 때문에, 도4에 나타나 있는 바와 같이 절환시(tg) 후의 절환제어신호(a)는 「L」레벨이고, 충방전 스위치(4)의 코먼단자(4c)는 접지전위(GND)에 있는 제2절환단자(42)에 접속되어, 절환시(tg)로부터 방전시간(Td)이 경과한 모든 검출전극(3)의 전위가 접지전위(GND)가 된다. 방전시간(Td) 중에는 부유용량(Cs)이 항상 방전되기 때문에, 절환시(tg)로부터 접지전위(GND)에 도달할 때까지의 경과시간은 0.5ｍsec이며, 방전시간(Td)을 충전시간(Tc)보다 짧은 1ｍsec로 설정하고 있다. 입력조작의 검출빈도를 더 올리기 위해서는, 방전시간(Td)이 경과되었을 때를 기준시(t0)로 하여 반드시 검출주기(Tp)에 정지시간(Tr)을 설정하지 않아도 좋지만, 본 실시형태에서는 0.5ｍsec의 정지시간(Tr)을 설정하여 검출주기(Tp)를 4ｍsec로 하고 있다. 마이크로 컴퓨터(5)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)의 수에 의하여 충전시간(Tc)과 방전시간(Td)이 증가되지 않아, 정지시간(Tr)을 설정하더라도 짧은 검출주기(Tp)에 의하여 입력조작을 검출할 수 있다. 따라서 마이크로 컴퓨터(5)가 입력조작을 검출하는 동작모드이더라도 전력소비량이 적어, 리모트 컨트롤 송신기(remote control 送信機)나 휴대전화기 등 외부로부터 전원이 얻어지지 않는 휴대기기의 입력장치에 사용한 경우에, 장시간 배터리를 교환하지 않고 사용할 수 있다.
마이크로 컴퓨터(5)는, 기준시(t0)에 리셋출력단자(RESET)로부터 리셋신호를 출력하여, 제1레지스터(T)(6)와 제2레지스터(T-1)(7)의 레지스터값과 카운터(11)의 카운트값을 리셋함과 아울러, RAM(10)에 기억되어 있는 데이터를 클리어 한다. 그러나 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(5)는, 동일한 기준시(t0)에 각 용량-시간 변환회로(2)의 충방전 스위치(4)를 기준충전전압(Vdd)과 개방전위의 사이에서 절환하는 절환제어신호(a)를 출력하여, 검출전극(3)의 부유용량(Cs)을 듀티비 0.4의 시간비로 충전한다. 기준시(t0)까지 충방전 스위치(4)가 접지전위(GND)로 절환되어 있던 검출전극(3)의 전위는, 임계전위(VSH) 이하의 접지전위(GND)이기 때문에 기준시(t0)의 각 비교기(5)의 출력(c1, c2, c3, c4)은 모두 「L」이며, 제1레지스터(T)(6)의 4비트의 「0000」의 패러렐 데이터가 기억된다.
레지스터값 비교회로(8)는, 기준시(t0)에 카운터(11)와 제1레지스터(T)(6)에 트리거 신호를 출력하여, 도2에 나타나 있는 바와 같이 RAM(10)은, 기준시(t0)를 나타내는 카운트값(C(t0))과, 기준시(t0)에 제1레지스터(T)(6)에 기억되는 레지스터값 「0000」을 관련시켜서 기억한다.
입력조작에 의한 손가락 등의 입력조작체가 검출전극(32)의 배치위치에 접근한 것이라고 하면, 입력조작체로부터 떨어져서 입력조작체에 의한 영향을 받지 않는 검출전극(34)의 부유용량(Cs4)이 최소이기 때문에, 도3에 나타나 있는 바와 같이 검출저항(R1, R2)의 저항값과의 시정수에 의하여 계단 모양으로 상승하는 검출전극(34)의 전위가 가장 빠른 시간(t1)에서 임계전위(VSH)를 넘는다. 그 결과 비교기(5)의 출력(c4)이 「L」로부터 「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(32)의 양측에 배치되고, 검출전극(32)에 접근하는 입력조작체에 대하여 대략 등거리(等距離)에 배치된 검출전극(31)과 검출전극(33)의 부유용량(Cs1, Cs3)이 부유용량(Cs4)보다 커서, 검출전극(31, 33)의 전위가 시간(t2)에서 임계전위(VSH)를 넘어, 비교기(5)의 출력(c1, c3)이 「L」로부터 「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 관련시켜서 새롭게 제1레지스터(T)(6)에 기억된 레지스터값 「1011」이 기억된다.
입력조작위치에 가장 가까운 검출전극(32)의 부유용량(Cs2)은 다른 것과 비교하여 최대가 되기 때문에, 도3에 나타나 있는 바와 같이 그 검출전극(32)의 전위는 시간(t3)의 최후에 임계전위(VSH)를 넘어, 비교기(5)의 출력(c3)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(5)는, 기준시(t0)로부터 충전시간(Tc)이 경과된 절환시(tg)에 각 충방전 스위치(4)를 접지전위(GND)로 절환하여, 방전시간(Td) 중에 각 부유용량(Cs)에 축적된 전하를 방전함으로써 모든 검출전극(3)의 전위를 접지전위(GND)로 한다.
절환시(tg)에는 모든 검출전극(3)의 전위가 임계전위(VSH)를 넘고 있기 때문에, 제1레지스터(T)(6)에 기억되는 레지스터값 「1111」은 절환시(tg)까지 변화되지 않아, 마이크로 컴퓨터(5)는 절환시(tg)에 RAM(10)에 기억되어 있는 각 카운트값(C(t))과 레지스터값의 조합을 읽어낸다. 카운트값(C(t))은 충전을 시작한 기준시(t0)로부터의 경과시간을 나타내고 있고, 레지스터값은 그 직전의 조합의 레지스터값과 비교하여 비트 데이터가 변화된 비트를 나타내고 있다. 또한 각 레지스터값의 비트는, 각 검출전극(3)의 부유용량(Cs)에 대응하여 부유용량(Cs)의 크기에 따라 기준시(t0)로부터의 경과시간이 길어지기 때문에, 마이크로 컴퓨터(5)는 RAM(10)에 기억된 각 조합의 데이터로부터 검출전극(3)의 부유용량(Cs)의 크기를 비교할 수 있다. 여기에서는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 제4비트(LSB), 제1비트(MSB)와 제3비트, 제2비트의 순서로 4비트의 비트 데이터가 변화하기 때문에, 부유용량(cs)은 Cs4, Cs1과 Cs3, Cs2의 순서로 커지는 것이 검출된다. 이에 따라 마이크로 컴퓨터(5)는, 부유용량(Cs2)이 최대인 검출전극(32)의 배치위치에 입력조작체가 접근한 것이라고 판정할 수 있어, 그 검출전극(32)의 배치위치를 입력조작위치로 하는 입력조작을 검출한다.
마이크로 컴퓨터(5)는, 이렇게 하여 검출한 입력조작위치를, 표시화면 상의 커서이동제어(cursor 移動制御) 또는 전자기기의 동작을 제어하는 외부제어회로로 출력하여, 입력조작위치에 따른 소정의 처리를 실행시킨다.
마이크로 컴퓨터(5)는, 방전시간(Td)과 그 후의 정지시간(Tr)의 사이에 상기 입력조작위치와 입력조작의 검출처리를 실행하여, 입력조작을 검출한 후에, 다음의 기준시(t0) 전에 RAM(10)에 기억되어 있는 데이터를 클리어 한다.
한편 입력조작위치의 검출은 복수의 검출전극(3)의 부유용량(Cs)의 크기를 비교하여, 복수의 부유용량(Cs)을 안분한 비로부터 얻은 복수의 검출전극(3)의 배치위치 사이의 위치를 입력조작위치로 하여도 좋다.
상기 실시형태에서는, 복수의 콘덴서의 각 용량을 복수의 검출전극의 각 부유용량으로서 비교하여, 부유용량이 가장 큰 검출전극으로의 입력조작을 검출하는 정전용량식 터치패널에 의하여 설명하였지만, 콘덴서의 용량이 카운터의 카운트값에 의하여 계측 가능한 시간으로 변환할 수 있으면, 부유용량에 한정되지 않아 다른 종류의 콘덴서의 용량을 비교하는 용량판별장치에도 적용할 수 있다.
또한 레지스터값 비교회로(8), 제1레지스터(T)(6), 제2레지스터(T－1)(7) 등의 회로소자는 마이크로 컴퓨터(5)에 내장되는 것이더라도 좋다.
또한 충방전 스위치(4)는, 기준충전전압(Vdd)의 전위로 한 제1절환단자(41)와, 접지전위(GND)로 한 제2절환단자(42)와, 개방시킨 제3절환단자(43)의 3종류의 절환단자 사이를 절환하는 스위치에 의하여 설명하였지만, 충방전제어의 일방에서만 입력조작을 검출하는 경우에는 제1절환단자(41)와 제2절환단자(42)의 일방을 생략할 수 있다. 또한 충전제어 중에 코먼단자가 제1절환단자(41)와 접리(接離)되거나 또는 방전제어급(放電制御級)에 코먼단자가 제2절환단자(42)와 접리하도록 소정의 듀티비로 제어할 수 있으면, 개방시킨 제3절환단자(43)를 반드시 설치할 필요는 없다.
본 발명은, 입력조작에 의하여 미소하게 변화되는 정전용량으로부터 비접촉으로 입력조작을 검출하는 정전용량식 터치패널에 적합하다.
1 : 정전용량식 터치패널
2 : 용량-시간 변환회로
3 : 검출전극
4 : 충방전 스위치
5 : 마이크로 컴퓨터
8 : 레지스터값 비교회로
10 : RAM
11 : 카운터
20 : PWM 변조회로
21 : 분주회로

Claims (3)

  1. 절연패널(絶緣 panel) 상에 배치되고, 입력조작체(入力操作體)의 접근에 따라 부유용량(浮遊容量)이 증가하는 검출전극(檢出電極)과,
    검출전극의 부유용량의 값과의 사이에서 CR 시정수 회로를 형성하는 저항소자(抵抗素子)와,
    저항소자의 일측(一側)의 코먼단자(common 端子)를, 기준시(基準時)로부터 소정의 충전전위(充電電位) 또는 접지전위(接地電位)에 있는 절환단자에 접속하여 상기 CR 시정수 회로의 시정수에 의하여 부유용량을 충전 또는 방전하여, 검출전극의 전위를 접지전위로부터 상기 충전전위까지 올리거나 또는 상기 충전전위로부터 접지전위까지 내리는 충방전 스위치(充放電 switch)와,
    기준시로부터 부유용량을 충전 또는 방전하여, 상기 충전전위 또는 접지전위에 있는 검출전극의 전위가, 상기 충전전위와 접지전위의 사이에 설정되는 소정의 임계전위(臨界電位)에 도달할 때까지의 경과시간을 계측하는 시간측정수단(時間測定手段)을 구비하고,
    부유용량의 증가에 따라 증가하는 경과시간으로부터 검출전극의 배치위치로의 입력조작을 검출하는 정전용량식 터치패널(靜電容量式 touch panel)로서,
    충방전 스위치는, 고정주파수의 사각형파 펄스신호를 소정의 변조값에 의하여 펄스폭 변조한 PWM 변조신호에 의하여 절환제어되어, PWM 변조신호의 2값 신호값에 따라 저항소자의 일측의 코먼단자가 상기 절환단자에 접리(接離)되는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  2. 제1항에 있어서,
    충방전 스위치는, PWM 변조신호에 의하여 상기 충전전위에 있는 제1절환단자와, 접지전위에 있는 제2절환단자와, 개방된 제3절환단자 중 어느 하나에 상기 코먼단자의 접속이 절환제어되고,
    PWM 변조신호의 2값 신호값에 따라 상기 코먼단자의 접속을, 제1절환단자와 제3절환단자 사이에서 절환접속하여 검출전극의 부유용량을 충전 및/또는 제2절환단자와 제3절환단자 사이에서 절환접속하여 검출전극의 부유용량을 방전하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    저항소자와 충방전 스위치는, 절연패널 상에 서로 절연되어 배치되는 복수의 검출전극별로 구비되고,
    각 검출전극에 대하여 시간측정수단이 계측한 경과시간을 비교하여, 경과시간이 증가된 검출전극의 배치위치로부터 입력조작위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
KR1020117016929A 2010-03-04 2010-07-23 정전용량식 터치패널 KR101527440B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010047642A JP4727754B1 (ja) 2010-03-04 2010-03-04 静電容量式タッチパネル
JPJP-P-2010-047642 2010-03-04
PCT/JP2010/004707 WO2011108037A1 (ja) 2010-03-04 2010-07-23 静電容量式タッチパネル

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130044123A true KR20130044123A (ko) 2013-05-02
KR101527440B1 KR101527440B1 (ko) 2015-06-09

Family

ID=44461670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117016929A KR101527440B1 (ko) 2010-03-04 2010-07-23 정전용량식 터치패널

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8547113B2 (ko)
EP (1) EP2434378A4 (ko)
JP (1) JP4727754B1 (ko)
KR (1) KR101527440B1 (ko)
CN (1) CN102576271B (ko)
WO (1) WO2011108037A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101500400B1 (ko) * 2013-12-10 2015-03-09 현대자동차 주식회사 정전 용량 검출 장치
KR101603698B1 (ko) * 2014-10-23 2016-03-15 현대모비스 주식회사 차량용 도어 핸들 모듈 및 이 모듈을 구비한 차량 도어 개폐 장치

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013242699A (ja) * 2012-05-21 2013-12-05 Renesas Electronics Corp 半導体装置
CN103440073B (zh) * 2013-07-08 2016-08-24 安沛科技股份有限公司 排除寄生电容影响的电容感测电路
EP3057235B1 (en) * 2015-02-10 2020-07-08 Nxp B.V. Touch sensor
CN104880609B (zh) * 2015-06-12 2018-04-27 上海华岭集成电路技术股份有限公司 利用ate测量线路上寄生电容的方法
JP2017078828A (ja) * 2015-10-22 2017-04-27 株式会社 オルタステクノロジー 液晶駆動装置及び液晶駆動方法
KR102656854B1 (ko) * 2016-04-15 2024-04-15 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 방법, 터치 센싱 회로 및 터치 표시 장치
SE1650548A1 (en) 2016-04-22 2017-10-23 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with sensing reference potential providing circuitry
KR102543477B1 (ko) * 2016-06-10 2023-06-16 삼성디스플레이 주식회사 센서 및 이를 포함하는 표시 장치
FR3077449B1 (fr) * 2018-01-29 2021-01-08 Continental Automotive France Procede et dispositif de detection de presence a multiples zones de detection pour vehicule automobile
JP7334606B2 (ja) * 2019-12-13 2023-08-29 Smk株式会社 浮遊容量の変化検出回路と浮遊容量の変化検出回路を用いた静電容量式タッチパネル
WO2024063329A1 (ko) * 2022-09-19 2024-03-28 삼성전자 주식회사 터치 입력 감도를 개선하는 전자 장치 및 그의 동작 방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5073757A (en) * 1988-09-23 1991-12-17 John Fluke Mfg. Co., Inc. Apparatus for and method of measuring capacitance of a capacitive element
JPH10124256A (ja) * 1996-10-23 1998-05-15 Sharp Corp 表示一体型タブレット装置
WO2004040538A1 (en) * 2002-10-28 2004-05-13 Semtech Corporation Data acquisition from capacitive touch pad
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
US8207944B2 (en) * 2006-12-19 2012-06-26 3M Innovative Properties Company Capacitance measuring circuit and method
US8058937B2 (en) * 2007-01-30 2011-11-15 Cypress Semiconductor Corporation Setting a discharge rate and a charge rate of a relaxation oscillator circuit
JP5011541B2 (ja) 2007-09-11 2012-08-29 株式会社ワコム 位置指示器
KR101427586B1 (ko) * 2007-12-26 2014-08-07 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 그 구동 방법
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
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
JP5445438B2 (ja) * 2010-12-15 2014-03-19 Ｓｍｋ株式会社 静電容量式タッチパネル

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101500400B1 (ko) * 2013-12-10 2015-03-09 현대자동차 주식회사 정전 용량 검출 장치
KR101603698B1 (ko) * 2014-10-23 2016-03-15 현대모비스 주식회사 차량용 도어 핸들 모듈 및 이 모듈을 구비한 차량 도어 개폐 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US8547113B2 (en) 2013-10-01
WO2011108037A1 (ja) 2011-09-09
CN102576271B (zh) 2015-07-15
JP2011186509A (ja) 2011-09-22
JP4727754B1 (ja) 2011-07-20
CN102576271A (zh) 2012-07-11
EP2434378A4 (en) 2012-10-17
US20120019265A1 (en) 2012-01-26
EP2434378A1 (en) 2012-03-28
KR101527440B1 (ko) 2015-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101527440B1 (ko) 정전용량식 터치패널
US8547117B2 (en) Capacitive touch panel
US8363031B2 (en) Mutual capacitance measuring circuits and methods
US7541816B1 (en) Capacitive sensor
JP5352905B2 (ja) 半導体装置およびそれを用いたタッチセンサ
US9702914B2 (en) Capacitance measurement device and electronic device thereof
JP5191769B2 (ja) 容量検出装置及び方法
JP4592755B2 (ja) 座標位置検出装置
US20090167325A1 (en) Pulsed capacitance measuring circuits and methods
JP2013242699A (ja) 半導体装置
US20180106844A1 (en) Capacitive sensing
JP2015219703A (ja) 静電検出装置
TWI507951B (zh) 靜電電容式觸控面板
JP4920728B2 (ja) 容量判別装置及び静電容量式タッチパネル
EP2722985B1 (en) Method of differential measurement of voltage levels of capacitive change.
JP7334606B2 (ja) 浮遊容量の変化検出回路と浮遊容量の変化検出回路を用いた静電容量式タッチパネル
CN113311965B (zh) 用于触摸感应的设备和方法
US20180046320A1 (en) Sampling frequency and accumulator sweeping in a touch screen controller
TWI505162B (zh) 靜電電容式觸控面板

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee