TW201301107A - 靜電電容式觸控面板 - Google Patents

Abstract

【課題】提供一種可按照動作環境來選擇檢測精度優異的電壓控制方法的靜電電容式觸控面板。【解決手段】本發明係一種靜電電容式觸控面板，係將複數檢測電極的漂浮電容進行充放電控制，由檢測電極的電位的變化來檢測輸入操作體接近而漂浮電容增加的檢測電極的靜電電容式觸控面板，可將漂浮電容即使進行充電控制或放電控制的任一者均可進行選擇控制，而按照動作環境來選擇最適合的其中一方的控制方法。

Description

靜電電容式觸控面板

本發明係關於將被配置在絕緣面板上的複數檢測電極的漂浮電容作比較，由輸入操作體接近而漂浮電容會增大的檢測電極，來檢測接近該檢測電極的輸入操作的靜電電容式觸控面板。

以將電子機器的顯示器所顯示的圖標(icon)等進行指示輸入的指向裝置而言，利用因手指等輸入操作體接近輸入操作面而造成的靜電電容的變化，以非接觸來檢測輸入操作位置，即使配置在顯示器的背面側，亦可檢測輸入操作的靜電電容式觸控面板已為人所知。

習知的靜電電容式觸控面板係將多數的X電極與Y電極以在絕緣基板的表背面呈交叉的方式形成為矩陣狀，在使手指等輸入操作體接近的附近，相交叉的各X電極與Y電極間的靜電電容會發生變化，因此檢測出由輸入操作體所為之對絕緣基板的操作位置(專利文獻1)。

在該靜電電容式觸控面板100中，如第4圖所示，對多數的Y電極101依序施加預定的脈衝電壓且進行掃描，在對各Y電極101施加脈衝電壓的期間，檢測與被施加脈衝電壓的Y電極101呈交叉的各X電極102的電壓。若使手指等輸入操作體接近絕緣面板時，在輸入操作體所接近的位置呈交叉的X電極102與Y電極101間的靜電電容會發生變化，因此控制手段103係藉由因靜電電容的變化而使電壓發生變化的X電極102、及在此時施加脈衝電壓的Y電極101的配置位置，來檢測輸入操作體對絕緣面板的操作位置。

藉由專利文獻1所揭示之靜電電容式觸控面板100由於根據靜電電容的變化來檢測手指等輸入操作體，因此必須在絕緣基板上配置多數的X電極102與Y電極101，若輸入操作面為大面積時，隨著其輸入面積的增加，檢測靜電電容的變化的X電極與Y電極的數量會增大，針對各電極的交叉位置進行掃描的掃描周期會變長，而會有無法在短時間內檢測輸入操作位置的問題。

此外，除了必須設置施加脈衝電壓的手段以外，隨著輸入操作面的擴大，為了掃描以矩陣狀佈線的多數X電極102與Y電極101，必須使用與適當的個數相對應的多工器，而會有電路構成複雜、大型化的問題。

因此，以更為簡易的電路構成，來檢測關於檢測電極的漂浮電容的變化的手段而言，根據靜電電容與已知的電阻值的時間常數來檢測在輸入操作位置的未知的靜電電容的電容判別裝置已被提出(專利文獻2)。該電容判別裝置係對屬於未知電容的靜電電容(漂浮電容)的電容器C串聯或並聯連接檢測電阻R而形成RC時間常數電路，對檢測電阻R的一側施加預定的電壓Vdd或將一側接地，將取決於由電容器C的靜電電容c與檢測電阻R的電阻值r所決定的時間常數rc而上升或下降的電容器C的電位與預定的基準電位作比較，將到達基準電位為止的充電時間或放電時間作比較，來判別靜電電容的大小。

若利用該檢測原理，配置在絕緣面板上的檢測電極的漂浮電容(檢測電極與接地間的靜電電容)係若手指等輸入操作體接近時即會增大，充放電時間會變長，因此將檢測電極的電位成為預定的基準電位為止的充放電時間計時，藉此與未進行輸入操作時的充放電時間作比較，可檢測接近檢測電極的輸入操作。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-337773號公報(說明書項目0017至項目0031、第1圖)

[專利文獻2]日本特開2009-70004號公報(說明書項目0014至項目0020、第2圖)

在上述專利文獻2所示之根據漂浮電容與已知的電阻值的時間常數來檢測未知的漂浮電容的電容判別裝置中，由於按各檢測電極到達至基準電位為止的充放電時間為不同，因此無法利用由將充放電時間計時的計數器、計數器記憶體等所構成的共通時間計測電路來同時比較關於所有檢測電極的漂浮電容，若按各檢測電極連接時間計測電路，或使用共通的時間計測電路時，係必須按每個檢測電極使充放電時間為不同，此情形會造成障礙，利用與漂浮電容的時間常數的靜電電容式觸控面板並未普及。

因此，本案申請人發明一種靜電電容式觸控面板，且以日本特願2009-191948號申請專利，該靜電電容式觸控面板係關於複數檢測電極，將在由共通的基準時到達基準電位時二值資料進行反轉的二值訊號，由複數檢測電極同時作為平行資料，輸入至相當於複數檢測電極數的位元數的平行輸入暫存器，由至平行資料的各位元資料進行反轉為止的時間，同時比較複數檢測電極的漂浮電容。

但是，即使為該靜電電容式觸控面板，亦可同時檢測漂浮電容之大小的檢測電極數係受限於平行輸入暫存器的輸入位元數，在配置有超越該輸入位元數的多數檢測電極的靜電電容式觸控面板中，係必須以充電時間或放電時間不會重疊的方式分為特定的檢測電極群來檢測其漂浮電容。

在利用與漂浮電容的時間常數的靜電電容式觸控面板中，透過電阻而對位於接地電位的檢測電極施加預定的充電電壓Vdd的充電控制下的檢測電極的電位Vc，若將與檢測電極相連接的電阻的電阻值設為r，將檢測電極與接地間的漂浮電容設為c，將由施加充電電壓Vdd的基準時的經過時間設為t，將自然對數設為ε，則以

Vc=Vdd(1-ε^-t/cr)...　(1)式

表示，在經過t=5cr的過渡期間時，檢測電極的電位Vc係大致到達充電電壓Vdd(以下，在本說明書中，為方便說明，將其稱為已到達充電電壓Vdd)。

此外，相反地，將位於充電電壓Vdd的檢測電極透過電阻而作接地電位的放電控制下的檢測電極的電位Vc，若將由形成為充電電壓Vdd的基準時的經過時間設為t’，則以

Vc=Vddxε^-t’/cr...　(2)式

表示，在經過t’=5cr的過渡期間時，檢測電極的電位Vc係大致到達接地電位(以下，在本說明書中，為方便說明，將其稱為已到達接地電位)。

在此，與檢測電極的電位Vc相比較的基準電位係在充電電壓Vdd附近，將基準電位與檢測電極的電位Vc相比較的比較電路的解析力較低時，若藉由前者的充電控制，會接近過渡期間，相對經過時間t，檢測電極的電位Vc的上升為些許，因此不易判別與基準電位的比較，而相對經過時間t，檢測電極的電位Vc的下降較大的後者的放電控制可精度更佳地與基準電位作比較。相反地，基準電位為接地電位附近，將基準電位與檢測電極的電位Vc作比較的比較電路的解析力較低時，若為後者的放電控制，由於接近過渡期間，相對經過時間t，檢測電極的電位Vc的下降為些許，因此不易判別與基準電位的比較，相對充電控制瞬後的經過時間t，檢測電極的電位Vc的上升較大的前者的充電控制可精度更佳地與基準電位相比較。

但是，在習知的專利文獻2所示的電容判別裝置中，由於僅以任一者的控制來進行檢測，因此必須將充電電壓Vdd或基準電位按照其控制方法來作最適調整，此外，若為無法調整的固定電位，會有漂浮電容的檢測精度降低的問題。

此外，檢測電極的漂浮電容係受到液晶顯示元件等周圍電路元件或機器的影響而發生變動，因此在組裝後的製品評估階段，期望將充電控制與放電控制的控制作比較而形成為檢測精度優異的一方的控制，但是無法變更控制方法。

本發明係考慮到如上所示之習知的問題點而研創者，目的在提供一種靜電電容式觸控面板係在將同時計測取決於漂浮電容之大小的充放電時間的時間計測電路分為2種的檢測電極群中共用，在短時間內比較對更多的檢測電極的輸入操作。

此外，目的在提供一種可按照與充電電壓Vdd或檢測電極的電位Vc作比較的基準電位，來選擇檢測精度更高的電壓控制方法的靜電電容式觸控面板。

此外，目的在提供一種可按照動作環境，來選擇檢測精度優異的電壓控制方法的靜電電容式觸控面板。

為了達成上述目的，請求項1之靜電電容式觸控面板係具備有：複數檢測電極，係彼此絕緣配置在絕緣面板上；複數電容-時間轉換手段，係以相同的電路構成與各檢測電極相連接，按照各檢測電極的漂浮電容的大小，輸出由預定的基準時至二值資料進行反轉為止的時間發生變化的二值訊號；及輸入操作檢測手段，係根據由二值訊號的基準時至二值資料進行反轉為止的時間來比較各檢測電極的漂浮電容的大小，以檢測輸入操作體所接近的檢測電極，該靜電電容式觸控面板之特徵為：各電容-時間轉換手段係具有：電阻，係與檢測電極的漂浮電容串聯或並聯連接；充放電電路，係可以由前述電阻的電阻值與檢測電極的漂浮電容所決定的時間常數，由基準時將漂浮電容進行充放電，選擇將檢測電極的電位由接地電位提高至預定的充電電位的充電控制、及將檢測電極的電位由前述充電電位降低至接地電位的放電控制的任一者來進行控制；及比較電路，係由基準時將檢測電極的電位與設定在前述充電電位與接地電位之間的基準電位作比較，輸出在檢測電極的電位與基準電位的差反轉時，二值資料即反轉的二值訊號，分別與至少二個以上的特定檢測電極相連接的特定電容-時間轉換手段的各充放電電路係利用相同的充電控制或放電控制由基準時將特定檢測電極的電位提高或減低，輸入操作檢測手段係根據由從前述特定電容-時間轉換的比較電路所被輸出的二值訊號的基準時至二值資料進行反轉為止的時間，來檢測輸入操作體所接近的任何特定檢測電極。

以輸入操作而使輸入操作體接近的檢測電極的漂浮電容會增加，由與檢測電極相連接的電阻的電阻值所決定的時間常數會上升，因此即使為檢測電極的充電控制與放電控制的任一者，均為檢測電極的電位到達基準電位，與由其他檢測電極的電容-時間轉換手段所被輸出的二值訊號相比較，至二值訊號的二值資料進行反轉為止的時間變得較長，輸入操作檢測手段係將至二值資料進行反轉為止的時間進行比較，由進行相同的充電控制或放電控制的特定檢測電極來檢測輸入操作體所接近的特定檢測電極。

關於任意數的特定檢測電極，可選擇控制檢測電極的充電控制與放電控制的任一者，可由該特定檢測電極來檢測輸入操作體所接近的特定檢測電極。

請求項2之靜電電容式觸控面板係將被配線在絕緣面板的複數檢測電極分為第1特定檢測電極與第2特定檢測電極，分別與第1特定檢測電極相連接的第1特定電容-時間轉換手段的各充放電電路係利用充電控制在第1基準時將屬於接地電位的第1特定檢測電極的電位提高，並且分別與第2特定檢測電極相連接的第2特定電容-時間轉換手段的各充放電電路係利用放電控制在第2基準時將屬於充電電位的第2特定檢測電極的電位降低，輸入操作檢測手段係根據由二值訊號的第1基準時至二值資料進行反轉為止的時間，來檢測輸入操作體所接近的任何第1特定檢測電極，根據由二值訊號的第2基準時至二值資料進行反轉為止的時間，來檢測輸入操作體所接近的任何第2特定檢測電極。

第1特定檢測電極係利用充電控制，第2特定檢測電極係利用放電控制，由各自的特定檢測電極來檢測輸入操作體所接近的特定檢測電極，因此在將所有複數檢測電極進行充放電控制的1周期內，關於二種特定檢測電極，可檢測輸入操作體所接近的特定檢測電極。

請求項3之靜電電容式觸控面板中，第1特定檢測電極係沿著絕緣面板的單一方向所配線的複數檢測電極，第2特定檢測電極係沿著與絕緣面板的前述單一方向呈正交的方向所配線的複數檢測電極。

關於絕緣面板呈正交的2方向，可在分別將輸入操作體所接近的檢測電極進行充放電控制的1周期內進行檢測。

請求項4之靜電電容式觸控面板中，具備有切換開關，其係將輸入操作檢測手段的共用輸入，選擇性連接於第1特定電容-時間轉換手段的各輸出、及第2特定電容-時間轉換手段的各輸出的任一者，切換開關係分別將輸入操作檢測手段的共用輸入，在第1特定電容-時間轉換手段的各充放電電路進行充電控制的期間，係切換連接於第1特定電容-時間轉換手段的各輸出，在第2特定電容-時間轉換手段的各充放電電路進行放電控制的期間，則係切換連接於第2特定電容-時間轉換手段的各輸出。

用以檢測輸入操作體所接近的第1特定檢測電極與第2特定檢測電極的二值訊號係在充放電控制彼此不同的期間中，由特定電容-時間轉換手段被輸出，因此以切換開關，將輸入操作手段的共用輸入，在供輸出用以檢測特定檢測電極的二值訊號的特定電容-時間轉換手段側作切換連接，藉此可在二種類的第1特定檢測電極與第2特定檢測電極的檢測共用輸入操作手段的共用輸入。

請求項5之靜電電容式觸控面板中，輸入操作檢測手段係將特定檢測電極之中漂浮電容為最大的特定檢測電極的配置位置，設為進行輸入操作的輸入操作位置。

進行輸入操作的輸入操作體為最為接近的檢測電極的漂浮電容由於與其他檢測電極的漂浮電容相比為增大，因此可將漂浮電容成為最大的檢測電極的配置位置設為輸入操作位置。

藉由請求項1之發明，可按照與充電電壓Vdd或檢測電極的電位Vc相比較的基準電位、或動作環境，來選擇檢測精度更高的電壓控制方法。

藉由請求項2之發明，在將檢測電極的電位進行充放電控制的1周期內，關於二種特定檢測電極，可檢測輸入操作體所接近的特定檢測電極。

藉由請求項3之發明，在進行充放電控制的一周期內，以絕緣面板上呈正交的2方向，可檢測輸入操作體所接近的特定檢測電極，可在短期間內檢測二次元的輸入操作位置。

藉由請求項4之發明，可利用有限的輸入位元數的輸入操作檢測手段，在短時間內由多數檢測電極來檢測輸入操作體所接近的檢測電極。

藉由請求項5之發明，即使手指等輸入操作體末接觸檢測電極，亦僅使其接近絕緣面板，輸入操作最為接近的檢測電極的漂浮電容與其他相比為最大，因此可在絕緣面板上層積顯示元件而一面觀看顯示元件的顯示，一面以非接觸來輸入輸入操作位置。

以下使用第1圖至第3圖，說明本發明之一實施形態之靜電電容式觸控面板(以下稱為觸控面板)1。該觸控面板1係在未圖示的絕緣面板上，分別例如在X方向以數mm的間隔彼此絕緣配置有複數X檢測電極3x₁、3x₂、3x₃、3x₄，且在與X方向呈正交的Y方向以相同的數mm的間隔彼此絕緣配置有複數Y檢測電極3y₁、3y₂、3y₃、3y₄。在絕緣面板所佈線的X檢測電極3x與Y檢測電極3y的數量係以利用後述相同的充放電控制可檢測輸入操作體所接近的檢測電極的數量，亦即後述的第1暫存器6的輸入位元數為上限，但是以不同的充放電周期分配其輸出時，係可將前述輸入位元數的整數倍設為上限。在此，為方便說明，將第1暫存器6的輸入位元數設為4，將X檢測電極3x與Y檢測電極3y的數量分別設為4個。

關於各檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy係以形成在與其周圍的導電圖案、遮蔽機器的屏蔽外殼、大地之間的電容總和來表示，但是其他電容為大致一定，相對於此，若以藉由操作者所為之輸入操作，手指等輸入操作體接近時即會增大。因此，將各檢測電極3的漂浮電容Csx、Csy作比較，推定出與其他檢測電極3x、3y作比較，輸入操作的輸入操作體對漂浮電容Csx、Csy為最大的檢測電極3x、3y接近者，而檢測輸入操作體所接近的檢測電極3x、3y。

由於將各檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy作比較，因此如第1圖所示，在各檢測電極3x、3y係分別連接有將漂浮電容Csx、Csy以二值訊號的時間寬度表示而進行輸出的電容-時間轉換電路2。

各電容-時間轉換電路2係具備有：將共用端子在基準充電電壓Vdd與接地電位GND之間作切換的充放電開關4；串聯連接於充放電開關4的共用端子與檢測電極3間，形成關於檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy的電容器(在說明上，將漂浮電容Csx、Csy的電容器稱為漂浮電容Csx、Csy)與時間常數電路的檢測電阻R1及檢測電極3x、3y的電阻R2；及將非反轉輸入連接於檢測電極3x、3y，將反轉輸入設為基準電位V_SH的比較器5。基準電位V_SH係被設定為基準充電電壓Vdd與接地電位GND之間的預定電位，在此為Vdd的50%的電位，藉此，若充放電開關4由接地電位GND被切換成基準充電電壓Vdd側時，以由檢測電阻R1、R2的電阻值與漂浮電容Csx、Csy所決定的時間常數來使漂浮電容Csx、Csy充電，若由接地電位GND上升的檢測電極3x、3y的電位超過基準電位V_SH時，比較器5的輸出Cx、Cy即進行反轉。

電容-時間轉換電路2的檢測電阻R1、R2的電阻值、比較器5等的電路常數、基準電位V_SH的電位係關於各電容-時間轉換電路2為相同，而且各充放電開關4係對共用端子在相同的第1基準時t0施加基準充電電壓Vdd，以在相同的第2基準時tg成為接地電位GND的方式，藉由來自第2圖所示之微電腦20的切換控制訊號a來同時作切換控制。因此，上述漂浮電容Csx、Csy由接地電位GND以基準充電電壓Vdd被充電的充電控制中的檢測電極3的電位的上升速度係由對檢測電阻R1、R2的電阻值乘以漂浮電容Csx、Csy的時間常數來決定，但是主要取決於漂浮電容Csx、Csy，漂浮電容Csx、Csy愈大，電壓的上升愈為平緩，由第1基準時t0至比較器5的輸出c進行反轉為止的時間亦愈長。同樣地，漂浮電容Csx、Csy由基準充電電壓Vdd被放電至接地電位GND為止的放電控制中的檢測電極3的電位的下降速度亦取決於檢測電阻R1、主要取決於漂浮電容Csx、Csy，漂浮電容Csx、Csy愈大，電壓的下降愈為平緩，由第2基準時tg至比較器5的輸出c進行反轉為止的時間亦愈長。一般而言，關於檢測電極3的漂浮電容Csx、Csy為約10pF，因手指等輸入操作體的接近而發生變化的漂浮電容Csx、Csy的變化量為1至3pF左右，因此由輸出c進行反轉為止的時間來判別該變化，因此將各檢測電阻R1、R2的電阻值設為10MΩ。

如第2圖所示，各電容-時間轉換電路2的比較器5的輸出Cx1、Cx2、...、Cy1、Cy2...係按照每個一對相對應的檢測電極3x、3y的輸出Cx1與Cy1、Cx2與Cy2而與切換開關12的切換端子相連接。各切換開關12亦藉由來自微電腦20的切換控制訊號a而同時予以切換控制，充電控制中係檢測電極3x側的輸出Cx與共用端子12c相連接，放電控制中係檢測電極3y側的輸出Cy與共用端子12c相連接。

各切換開關12的共用端子12c係與屬於4位元的PIPO(並聯輸入並聯輸出形)暫存器的第1暫存器(T)6的各輸入相連接，以各切換開關12予以選擇連接的一方輸出為c1、c2...，作為4位元的平行資料而被並聯輸入至第1暫存器(T)6。

平行資料的各位元資料係與各輸出c1、c2、c3、c4的2值訊號的值相對應，當輸出為「H」時被記憶為「1」，為「L」時被記憶為「0」。此外，第1暫存器(T)6的並聯輸出係同樣地與屬於4位元的PIPO暫存器的第2暫存器(T-1)7的並聯輸入相連接。第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7係與微電腦20共通的移位時脈端子(SFT)與重置輸出端子(RESET)相連接，在每次由時脈端子(SFT)被輸入移位時脈時即進行所記憶的4位元的暫存器值的輸入輸出，並且若由重置輸出端子(RESET)被輸入重置訊號時，即重置所記憶的4位元的暫存器值。亦即，第1暫存器(T)6係將在被輸入移位時脈時，將作為4位元的暫存器值所記憶的各輸出c1、c2、c3、c4的二值資料加以記憶至接下來被輸入移位時脈為止，同樣地，第2暫存器(T-1)7係將由第1暫存器(T)6所被輸出的4位元的暫存器值加以記憶至接下來被輸入移位時脈為止。此外，第1暫存器(T)6若由後述的暫存器值比較電路8被輸入觸發訊號時，即將此時所記憶的暫存器值記憶在RAM10。

在每次在第1暫存器(T)6記憶輸出c1、c2、c3、c4的新的4位元的暫存器值時，在暫存器值比較電路8中，將該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值相比較，當至少4位元的任一位元資料不同時，則由暫存器值比較電路8被輸出觸發訊號至第1暫存器(T)6與後述的計數器11。被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值係在被輸入最新的移位時脈的瞬前被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值，因此觸發訊號係在輸出c1、c2、c3、c4的至少任一者的二值資料改變時即被輸出。

微電腦20係由時脈發訊電路9輸入時脈訊號，在此藉由將50MHz的時脈訊號的頻率分頻後的頻率的上述移位時脈來控制暫存器6、7的動作，並且在後述時序將切換控制訊號a輸入至各充放電開關4與各切換開關12，分別作切換控制。在此，藉由輸入操作至輸出c的二值資料進行反轉為止的時間差為10至30μsec左右，因此移位時脈的頻率係為了確實檢測該時間差，而形成為至少1MHz以上的頻率。

此外，微電腦20係根據按每個第3圖的檢測周期Tp產生關連地被記憶在RAM10的計數值與暫存器值的組合，關於相正交的XY方向的檢測電極3x、3y分別檢測輸入操作體所接近的檢測電極3，由該檢測電極3x、3y的XY方向的配置位置來執行輸出以2次元表示的輸入操作位置的檢測處理。

計數器11係以將由時脈振盪電路9所被輸出的時脈訊號的頻率進行分頻所得的頻率，將計數值上數(count up)。計數器11的計數值係在第1基準時t0的時序以由微電腦20所被輸出的重置訊號予以重置，若由暫存器值比較電路8被輸入觸發訊號時，如第2圖所示，此時的計數值被輸出至RAM10。

如第2圖所示，作為暫時記憶裝置的RAM10係在每當由暫存器值比較電路8被輸出觸發訊號時，使此時的計數器11的計數值與被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值產生關連地加以記憶，至被輸入所有位元資料成為「0」的暫存器值為止，將與計數值產生關連的各組合加以記憶。被記憶在RAM10的該等各組合的資料係每隔檢測周期Tp在下一個周期的基準時t0到來前藉由來自微電腦20的控制予以清除(clear)。

以下說明藉由如上所示所構成的觸控面板1來檢測輸入操作的動作。微電腦20係以檢測輸入操作的動作模式，如第3圖所示，以在將各檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy進行充放電的充電時間Tc與進行放電的放電時間Td加上休止時間Tr的檢測周期Tp，來反覆輸入操作的檢測。充電時間Tc係從將充放電開關4切換成充電電壓Vdd側的第1基準時t0至切換成接地電位GND的第2基準時tg為止的時間，無關於有無輸入操作，被設定為屬於所有檢測電極3的接地電位GND的電位到達充電電壓Vdd充分的經過時間。漂浮電容Cs的最大值為10pF左右，在本實施形態中，透過10MΩ之串聯連接的檢測電阻R1、R2而使漂浮電容Csx、Csy被充電，因此檢測電極3的電位大致到達充電電壓Vdd為止的過渡期間為500μsec，將至第2基準時tg為止的充電時間Tc設為500μsec。

此外，關於放電時間Td，亦無關於輸入操作的有無，成為充電電壓Vdd的所有檢測電極3的電位被設定為降低至接地電位GND為止充分的經過時間，被設定為與充電時間Tc為相同的500μsec。為了更加縮短輸入操作的檢測時間，亦可將已經過放電時間Td的時點設為接下來的周期的第1基準時t0，而不一定在檢測周期Tp設置休止時間Tr，在本實施形態中，係設置1msec的休止時間Tr，將檢測周期Tp設為2msec。微電腦20係由該放電時間Td至休止時間Tr，進行由被記憶在RAM10的資料計算出輸入操作位置的檢測處理。

如上所示，藉由本實施形態，由於對多數的電容-時間轉換電路2的漂浮電容Cs同時進行充放電，因此不需要按每個電容-時間轉換電路2在不同的期間進行充放電控制，即使設置充分長的休止時間Tr，亦可以較短的檢測周期Tp來檢測輸入操作。因此，即使為微電腦20檢測輸入操作的動作模式，亦可在使用於電力消耗量少、遙控送訊機或行動電話機等無法由外部獲得電源的攜帶式機器的輸入裝置時，無須替換電池即可長時間使用。

微電腦20係在第1基準時t0由重置輸出端子(RESET)輸出重置訊號，將第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7的暫存器值與計數器11的計數值重置，並且清除被記憶在RAM10的資料。在此，由於使在第1基準時t0的第1暫存器(T)6的暫存器值記憶在RAM10，因此將第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7所重置的暫存器值全部設為「0」，但是在經過檢測周期Tp的時點，第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7的各暫存器值係成為「0」，因此並不一定需要進行重置。

此外，微電腦20係在相同的第1基準時t0將切換控制訊號a輸出至各切換開關12與各電容-時間轉換電路2的充放電開關4而作切換控制。藉由輸出在第1基準時t0由「L」成為「H」的切換控制訊號a，各電容-時間轉換電路2係成為充電控制模式，各切換開關12係將檢測電極3x側的輸出Cx作為輸出c1、c2...而平行輸出至第1暫存器6。此外，各檢測電極3x、3y係由接地電位GND被切換成充電電壓Vdd側，將檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy以充電電壓Vdd進行充電。至第1基準時t0為止，充放電開關4被切換成接地電位GND的各檢測電極3x、3y的電位為基準電位V_SH以下的接地電位GND，因此基準時t0的各比較器5的輸出cx1、cx2、cx3、cx4均為「L」，記憶4位元的「0000」的平行資料至第1暫存器(T)6。

暫存器值比較電路8係設為在重置時亦即第1基準時t0將觸發訊號輸出至計數器11與第1暫存器(T)6者，如第2圖所示，RAM10係將表示第1基準時t0的計數值C(t0)、與在第1基準時t0被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0000」產生關連地加以記憶。

若將作串聯連接的電阻R1與檢測電極3x、3y的電阻R2的電阻值的和設為r、將檢測電極與接地間的漂浮電容設為c、將由施加充電電壓Vdd的基準時的經過時間設為t、將自然對數設為ε，藉由該充電控制，位於接地電位GND的各檢測電極3x、3y的電位Vc係以

Vc=Vdd(1-ε^-t/cr)...　(1)式

上升，漂浮電容c愈小，愈急速上升。

在此，假設進行輸入操作之手指等輸入操作體以X方向接近檢測電極3x2的配置位置時，由於遠離輸入操作體，不會受到因輸入操作體所造成的影響的檢測電極3x4的漂浮電容Csx4為最小，因此如第3圖所示，關於各檢測電極3x以與相同電阻值的時間常數上升的檢測電極3x4的電位bx4會在最早的時刻t1超越基準電位V_SH。結果，比較器5的輸出c4由「L」反轉成「H」，在第1暫存器(T)6記憶有最下位位元成為「1」的平行資料「0001」。暫存器值比較電路8由於該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「0000」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，將表示時刻t1的計數值C(t1)、與重新記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0001」產生關連地記憶在RAM10。

接著，被配置在檢測電極3x2的兩側且相對接近檢測電極3x2的輸入操作體，以大致等距離所配置的檢測電極3x1與檢測電極3x3的漂浮電容Csx1、Csx3係大於漂浮電容Csx4，檢測電極3x1、3x3的電位bx1、bx3在時刻t2超過基準電位V_SH，比較器5的輸出c1、c3由「L」反轉成「H」，在第1暫存器(T)6記憶有平行資料「1011」。暫存器值比較電路8係由於該暫存器值的第1位元與第3位元與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「0001」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，在RAM10與表示時刻t2的計數值C(t2)產生關連記憶有重新被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1011」。

最為接近輸入操作位置的檢測電極3x2的漂浮電容Csx2與其他相比較成為最大，因此如第3圖所示，該檢測電極3x2的電位bx2係在時刻t₃的最後超過基準電位V_SH，比較器5的輸出c2由「L」反轉成「H」。結果，在第1暫存器(T)6係在時刻t₃記憶平行資料「1111」，暫存器值比較電路8係由於該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「1011」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，如第2圖所示，將表示時刻t3的計數值C(t3)、及被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1111」產生關連地記憶在RAM10。

微電腦20係在由該第1基準時t0經過充電時間Tc後的第2基準時tg，將切換控制訊號a的輸出由「H」形成為「L」，將各充放電開關4由充電電壓Vdd側切換成接地電位GND，在放電時間Td中將被蓄積在各漂浮電容Cs的電荷進行放電，使各電容-時間轉換電路2移至將所有檢測電極3的電位設為接地電位GND的放電控制模式。此外，各切換開關12係接受「H」至「L」的切換控制訊號a，將檢測電極3y側的輸出Cy作為輸出c1、c2...而平行輸出至第1暫存器6。

在由第1基準時t0經過過渡期間以上的500μsec的第2基準時tg，所有檢測電極3x、3y的電位超過基準電位V_SH，因此即使檢測電極3y側的輸出Cy被輸出至第1暫存器(T)6，被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1111」並不會改變，但是暫存器值比較電路8在第2基準時tg中亦將觸發訊號輸出至計數器11與第1暫存器(T)6，如第2圖所示，RAM10係將表示第2基準時tg的計數值C(tg)、及在第2基準時tg被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1111」產生關連地加以記憶。

將位於充電電壓Vdd的檢測電極3x、3y透過電阻R1、R2而作接地電位的放電控制下的檢測電極的電位Vc，若將由形成為充電電壓Vdd之第2基準時tg的經過時間設為t’，則以

Vc=Vddxε^-t’/cr...　(2)式

下降，漂浮電容c愈小，愈急速下降。

假設進行輸入操作之手指等輸入操作體接近檢測電極3y3的配置位置時，由於遠離輸入操作體，不會受到因輸入操作體所造成的影響的檢測電極3y1的漂浮電容Csy1為最小，因此如第3圖所示，關於各檢測電極3y以與相同的電阻值的時間常數下降的檢測電極3y1的電位by1在最早的時刻t4超過基準電位V_SH而下降。結果，比較器5的輸出c1由「H」反轉成「L」，在第1暫存器(T)6記憶有最上位位元成為「0」的平行資料「0111」。暫存器值比較電路8由於該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「1111」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，將表示時刻t4的計數值C(t4)、與重新記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0111」產生關連地記憶在RAM10。

接著，被配置在檢測電極3y3的兩側且相對接近檢測電極3y3的輸入操作體，以大致等距離所配置的檢測電極3y2與檢測電極3y4的漂浮電容Csy2、Csy4係大於漂浮電容Csy1，檢測電極3y2、3y4的電位by2、by4在時刻t5成為未達基準電位V_SH，比較器5的輸出c2、c4由「H」反轉成「L」，在第1暫存器(T)6記憶有平行資料「0010」。暫存器值比較電路8係由於該暫存器值的第2位元與第4位元與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「0111」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，在RAM10與表示時刻t5的計數值C(t5)產生關連記憶有重新被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0010」。

最為接近輸入操作位置的檢測電極3y3的漂浮電容Csy3與其他相比較係成為最大，因此如第3圖所示，該檢測電極3y3的電位by3係在時刻t6的最後成為未達基準電位V_SH，比較器5的輸出c3由「L」反轉成「H」。結果，在第1暫存器(T)6係在時刻t6記憶平行資料「0000」，暫存器值比較電路8係由於該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「0010」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，如第2圖所示，將表示時刻t6的計數值C(t6)、及被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0000」產生關連地記憶在RAM10。

在由第2基準時tg更加經過過渡期間以上的500μsec的時點，所有檢測電極3x、3y的電位係成為未達基準電位V_SH，被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0000」係在接下來的周期Tp的第1基準時t0到來的休止時間Tr的期間不會改變。微電腦20係在該休止時間Tr中，讀出被記憶在RAM10的各計數值C(t)與暫存器值的組合。計數值C(t)係表示由開始充電的基準時t0的經過時間，暫存器值係表示與其瞬前的組合的暫存器值相比較而位元資料改變的位元。此外，各暫存器值的位元係與各檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy相對應而依漂浮電容Csx、Csy的大小，由第1基準時t0或第2基準時tg的經過時間會變長，因此微電腦20可由被記憶在RAM10的各組合的資料，將檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy的大小分為X側的檢測電極3x與Y側的檢測電極3y而分別作比較。

如第2圖所示，在X側的檢測電極3x，由於4位元的位元資料依第4位元(LSB)、第1位元(MSB)與第3位元、第2位元的順序改變，因此檢測出漂浮電容Csx係依Csx4、Csx1與Csx3、Csx2的順序變大。藉此，微電腦20係可判定出關於X方向，輸入操作體接近漂浮電容Csx為最大的檢測電極3x2，將該檢測電極3x2的配置位置在X方向設為輸入操作位置。

此外，在Y側的檢測電極3y，由於4位元的位元資料依第1位元(MSB)、第2位元與第4位元(LSB)、第3位元的順序改變，因此檢測出漂浮電容Csy係依Csy1、Csy2與Csy4、Csy3的順序變大。藉此，微電腦20係關於Y方向，可判定為輸入操作體接近漂浮電容Csy為最大的檢測電極3y3者，將該檢測電極3y3的配置位置設為在Y方向的輸入操作位置。藉此，微電腦20係將檢測電極3x2與檢測電極3y3的配置位置作為二次元的輸入操作位置而輸出至將未圖示的顯示畫面上的游標移動控制或電子機器的動作進行控制的外部控制電路，執行對應於輸入操作位置的預定處理。

微電腦20係在休止時間Tr的期間，檢測輸入操作位置之後，在下一個周期Tp的第1基準時t0前，將被記憶在RAM10的資料清除。

其中，輸入操作位置的檢測亦可比較複數檢測電極3x、3y的漂浮電容Csx、Csy的大小，關於XY的各方向，將由將複數漂浮電容Csx、Csy按比例分配所得的比所得的檢測電極3x、3y的配置位置間的位置作為輸入操作位置。

在上述實施形態中，將被配置在絕緣面板的複數檢測電極分為X側的檢測電極3x與Y側的檢測電極3y，將其中一方進行充電控制，將另一方進行放電控制，來檢測輸入操作體所接近的檢測電極，但是關於所有檢測電極，亦可以相同的充電控制或放電控制來進行控制，以動作環境或基準電壓Vdd、基準電位V_SH等的關係，來選擇最適於檢測的其中一方的控制。

[產業上可利用性]

本發明係適於在輸入操作面上配置顯示器，以檢測非接觸之輸入操作的靜電電容式觸控面板。

1．．．本實施形態之靜電電容式觸控面板

2．．．電容-時間轉換電路(電容-時間轉換手段)

3、3x₁、3x₂、3x₃、3x₄、3y、3y₁、3y₂、3y₃、3y₄．．．檢測電極

4．．．充放電開關

5．．．比較器

6．．．第1暫存器(T)

7．．．第2暫存器(T-1)

8．．．暫存器值比較電路

9．．．時脈發訊電路

12．．．切換開關

12c．．．共用端子

20．．．微電腦(輸入操作檢測手段)

100．．．靜電電容式觸控面板

101．．．Y電極

102．．．X電極

103．．．控制手段

a．．．切換控制訊號

bx1、bx2、bx4、by1、by2、by3、by4．．．電位

c1、c2、cx1、cx2、cx3、cx4、cy1、cy2．．．輸出

Csx、Csx1、Csx2、Csx3、Csx₄、Csy、Csy1、Csy2、

Csy3、Csy4．．．漂浮電容

GND．．．接地電位

R1、R2．．．檢測電阻

Vdd．．．基準充電電壓

V_SH．．．基準電位

第1圖係顯示本發明之一實施形態之靜電電容式觸控面板1之複數檢測電極3與電容-時間轉換電路2的電路圖。

第2圖係顯示靜電電容式觸控面板1之輸入操作位置檢測電路(輸入操作檢測手段)的區塊圖。

第3圖係顯示第1圖之a、b、c之各波形的波形圖。

第4圖係顯示習知的靜電電容式觸控面板100的區塊圖。

1．．．本實施形態之靜電電容式觸控面板

2．．．電容-時間轉換電路(電容-時間轉換手段)

3x₁、3x₂、3y₁、3y₂．．．檢測電極

4．．．充放電開關

5．．．比較器

12．．．切換開關

12c．．．共用端子

a．．．切換控制訊號

bx1、bx2、by1、by2．．．電位

c1、c2、cx1、cx2、cy1、cy2．．．輸出

Csx1、Csx2、Csy1、Csy2．．．漂浮電容

R1、R2．．．檢測電阻

Vdd．．．基準充電電壓

V_SH．．．基準電位

Claims (5)

1. 一種靜電電容式觸控面板，係具備有：複數檢測電極，係彼此絕緣配置在絕緣面板上；複數電容-時間轉換手段，係以相同的電路構成與各檢測電極相連接，按照各檢測電極的漂浮電容的大小，輸出由預定的基準時至二值資料進行反轉為止的時間發生變化的二值訊號；及輸入操作檢測手段，係根據由二值訊號的基準時至二值資料進行反轉為止的時間來比較各檢測電極的漂浮電容的大小，以檢測輸入操作體所接近的檢測電極，該靜電電容式觸控面板之特徵為：各電容-時間轉換手段係具有：電阻，係與檢測電極的漂浮電容串聯或並聯連接；充放電電路，係可以由前述電阻的電阻值與檢測電極的漂浮電容所決定的時間常數，由基準時將漂浮電容進行充放電，選擇將檢測電極的電位由接地電位提高至預定的充電電位的充電控制、及將檢測電極的電位由前述充電電位降低至接地電位的放電控制的任一者來進行控制；及比較電路，係由基準時將檢測電極的電位與設定在前述充電電位與接地電位之間的基準電位作比較，輸出在檢測電極的電位與基準電位的差反轉時，二值資料即反轉的二值訊號，分別與至少二個以上的特定檢測電極相連接的特定電容-時間轉換手段的各充放電電路係利用相同的充電控制或放電控制由基準時將特定檢測電極的電位提高或減低，輸入操作檢測手段係根據由從前述特定電容-時間轉換的比較電路所被輸出的二值訊號的基準時至二值資料進行反轉為止的時間，來檢測輸入操作體所接近的任何特定檢測電極。
2. 如申請專利範圍第1項之靜電電容式觸控面板，其中，將被配線在絕緣面板的複數檢測電極分為第1特定檢測電極與第2特定檢測電極，分別與第1特定檢測電極相連接的第1特定電容-時間轉換手段的各充放電電路係利用充電控制在第1基準時將屬於接地電位的第1特定檢測電極的電位提高，並且分別與第2特定檢測電極相連接的第2特定電容-時間轉換手段的各充放電電路係利用放電控制在第2基準時將屬於充電電位的第2特定檢測電極的電位降低，輸入操作檢測手段係根據由二值訊號的第1基準時至二值資料進行反轉為止的時間，來檢測輸入操作體所接近的任何第1特定檢測電極，根據由二值訊號的第2基準時至二值資料進行反轉為止的時間，來檢測輸入操作體所接近的任何第2特定檢測電極。
3. 如申請專利範圍第2項之靜電電容式觸控面板，其中，第1特定檢測電極係沿著絕緣面板的單一方向所配線的複數檢測電極，第2特定檢測電極係沿著與絕緣面板的前述單一方向呈正交的方向所配線的複數檢測電極。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項之靜電電容式觸控面板，其中，具備有切換開關，其係將輸入操作檢測手段的共用輸入，選擇性連接於第1特定電容-時間轉換手段的各輸出、及第2特定電容-時間轉換手段的各輸出的任一者，切換開關係分別將輸入操作檢測手段的共用輸入，在第1特定電容-時間轉換手段的各充放電電路進行充電控制的期間，係切換連接於第1特定電容-時間轉換手段的各輸出，在第2特定電容-時間轉換手段的各充放電電路進行放電控制的期間，則係切換連接於第2特定電容-時間轉換手段的各輸出。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之靜電電容式觸控面板，其中，輸入操作檢測手段係將特定檢測電極之中漂浮電容為最大的特定檢測電極的配置位置，設為進行輸入操作的輸入操作位置。