TW201537424A - 靜電電容式觸控面板 - Google Patents

靜電電容式觸控面板 Download PDF

Info

Publication number
TW201537424A
TW201537424A TW103141789A TW103141789A TW201537424A TW 201537424 A TW201537424 A TW 201537424A TW 103141789 A TW103141789 A TW 103141789A TW 103141789 A TW103141789 A TW 103141789A TW 201537424 A TW201537424 A TW 201537424A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
input operation
signal
input
detecting
detecting electrode
Prior art date
Application number
TW103141789A
Other languages
English (en)
Inventor
Mototoshi Nambu
Original Assignee
Smk Kk
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 Smk Kk filed Critical Smk Kk
Publication of TW201537424A publication Critical patent/TW201537424A/zh

Links

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
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes
    • 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
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04101—2.5D-digitiser, i.e. digitiser detecting the X/Y position of the input means, finger or stylus, also when it does not touch, but is proximate to the digitiser's interaction surface and also measures the distance of the input means within a short range in the Z direction, possibly with a separate measurement setup

Abstract

提供一種：在靜電電容Cm之變化率會有大幅度之差異的從觸碰輸入操作起直到懸浮輸入操作為止的全部之區域中，以相等之檢測精確度來檢測出相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離之靜電電容式觸控面板。 檢測出代表檢測電極和輸入操作體間之靜電電容的訊號準位，並將在訊號準位之倒數上乘上了特定之常數後的演算值，作為相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離。演算值，由於係與檢測電極和輸入操作體之間之距離成正比，因此，就算是在檢測區域中之靜電電容之變化率有大幅度之差異，也能夠以均一之檢測精確度來檢測出輸入操作體之位置。

Description

靜電電容式觸控面板
本發明，係有關於根據手指等之輸入操作體和檢測電極間之靜電電容的改變來檢測出輸入操作體和檢測電極間的相對距離之靜電電容式觸控面板。
作為對於被顯示在電子機器之顯示器上的圖符等進行指示輸入之指標裝置，在觸控面板中，係根據輸入操作位置之檢測方法的差異，而使用有例如靜電電容方式、電阻膜方式等之各種檢測方式的觸控面板。不論是何者方式，均係藉由使輸入操作體對於觸控面板之輸入操作面作接觸，來檢測出輸入操作面上之2維之輸入位置者，本案申請人，係開發有一種就算是身為在手指等之輸入操作體從輸入操作面而離開了數10mm的狀態下來使輸入操作體移動的懸浮輸入操作，也能夠將該輸入位置檢測出來之靜電電容式觸控面板(專利文獻1)。
此先前技術之靜電電容式觸控面板100，若是將檢測電極和輸入操作體之間的距離設為d，將真空之介電率設為ε0，將空氣之比介電率設為約1，並將輸入操作 體和檢測電極之對向面積設為s，則檢測電極和輸入操作體間之靜電電容Cm，係可藉由Cm=ε 0‧1‧S/d‧‧‧(1)
來表現，因此，係根據(1)式而求取出靜電電容Cm並檢測出檢測電極和輸入操作體間之距離d。由於係難以將檢測電極和輸入操作體間之靜電電容Cm直接檢測出來，因此，在靜電電容式觸控面板100中，係對於檢測電極和輸入操作體之間施加特定之電壓Vo的交流檢測訊號，並在檢測電極處，檢測出與靜電電容Cm成略正比地而表現之交流檢測訊號的受訊準位Vi，再求取出與受訊準位Vi成反比之檢測電極和輸入操作體間之距離d。
若是沿著檢測出輸入操作位置之檢測方向而配置一對之檢測電極，並同樣的檢測出在一對之各檢測電極處所表現的交流檢測訊號之受訊準位V0、V1，則根據一對之檢測電極間的檢測方向之距離L、和依據受訊準位V0、V1所算出的輸入操作體和一對之檢測電極間之距離d，此兩者間的比，係能夠得到沿著檢測方向的輸入操作體之輸入操作位置。
然而，例如若是將輸入操作體設為操作者之手指，則當在從檢測電極離開了10cm的位置處而藉由手指來進行了輸入操作時，手指與檢測電極間之靜電電容Cm，在(1)式中，若是將手指與檢測電極間之對向面積 S設為5‧10-4(m2)，並將真空之介電率ε0設為8.854‧10-12(F/m)，並將空氣之比介電率ε設為約1、則係成為約44.27‧10-15F，亦即是成為44.27fF，而為極為微小之值。又，此時之在檢測電極處所展現的交流檢測訊號SG之受訊準位Vi，亦同樣的，若是將交流檢測訊號SG之輸出準位Vs設為5V，則係成為4.4mV程度之微小的值，因此，係在放大電路中將此值作放大，並根據放大後之值來求取出距離d。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]國際公開WO2013-018120號公報
若依據先前技術之靜電電容式觸控面板100，則藉由檢測出在檢測電極處所展現之交流檢測訊號的受訊準位Vi，係能夠從對於沿著檢測電極之輸入操作面而使手指等之輸入操作體作接觸的觸碰輸入操作起直到從沿著檢測電極之輸入操作面而離開了5cm~10cm左右之空間上來使輸入操作體進行移動操作的懸浮輸入操作為止，均將相對於檢測電極之輸入操作體的距離d檢測出來。
於此，若依據(1)式，則檢測電極和輸入操作體間之靜電電容Cm，由於係與檢測電極和輸入操作體 間之距離d成反比，因此，如圖7中所示一般，在相較於懸浮輸入操作的情況而輸入操作體為更加接近檢測電極之觸碰輸入操作中，相對於檢測電極和輸入操作體間之距離d的變化，靜電電容Cm係會作大幅度的改變。圖7，係為針對使粗細為 10mm之手指與檢測電極相對向，而將(1)式中之對向面積S設為π‧(5‧10-3)2時之根據Cm=0.695‧10-15/d‧‧‧(2)
而改變的距離d和靜電電容C之間的關係作展示之圖表。
根據(2)式，在手指從檢測電極而離開了50mm之懸浮輸入操作時的靜電電容C，係為13.9fF而為微小，若是手指一直接近至距離檢測電極1mm處，則靜電電容Cm係會一直增大至695fF。實際上，由於檢測電極係被厚度為數mm之保護蓋所覆蓋，因此，觸碰輸入操作係為以手指來對於保護蓋之表面的輸入操作面作接觸之操作，此時之檢測電極和手指間的靜電電容Cm，若是將保護蓋之厚度設為2mm，並將比介電率εr設為3.2，則會更進而增大至1.11pF。故而，從觸碰輸入操作起直到手指與檢測電極分離50mm之懸浮輸入操作為止，靜電電容C會從最小之13.9fF起一直改變至最大之1.11pF，最大值和最小值間之資料寬幅係為大。
另一方面，根據將(2)式以距離d來作了微分的 C’m=-0.695‧10-15/d2‧‧‧(3)式， 在距離d為1mm之觸碰輸入操作的近旁處，靜電電容Cm之變化率係為695pF/mm，相對於此，在距離d為50mm之懸浮輸入操作時，靜電電容Cm之變化率係急遽減少為0.278pF/mm。
其結果，根據所檢測出之靜電電容Cm或者是代表靜電電容Cm之檢測值來使用(1)式所算出的距離d，相較於使輸入操作體接觸檢測電極所進行的觸碰輸入操作，在懸浮輸入操作之區域中該距離d的精確度係會變差，而有著無法在懸浮輸入操作中正確地檢測出輸入操作體之輸入操作位置的問題。
又，當根據將靜電電容Cm之檢測值作了A/D轉換後的數位資料來算出距離d的情況時，由於靜電電容Cm之動態範圍(dynamic range)係為大，因此，係有必要以位元數為大之數位資料來表現靜電電容Cm之檢測值，其結果，在距離d之計算中係會耗費時間，並且，當將代表距離d之靜電電容Cm之檢測值作輸出並使外部之處理裝置依據(1)式來檢測出輸入操作位置的情況時，係有著在該輸出中也會耗費時間的問題。
上述之問題，由於靜電電容Cm和在檢測電極處所展現之受訊準位Vi係成略正比，因此，關於根據所檢測出的受訊準位Vi來算出距離d的靜電電容式觸控面板100，也會產生相同的問題。
又，靜電電容Cm或代表靜電電容Cm之值的 受訊準位Vi等之檢測值，由於係並非直接為代表檢測電極和輸入操作體間之距離d者，因此，係無法將此些之資料直接作為代表檢測電極和輸入操作體間之相對距離的資料來處理。
本發明，係為對於此種先前技術之問題點作考慮而進行者，其目的，係在於提供一種：在靜電電容Cm之變化率會有大幅度之差異的從觸碰輸入操作起直到懸浮輸入操作為止的全部之區域中，以相等之檢測精確度來檢測出相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離之靜電電容式觸控面板。
又，其目的，係在於提供一種：能夠縮短將輸入操作體之輸入操作位置檢測出來的演算時間，並能夠將代表與輸入操作體間之相對距離的資料以更少之資料量來高速地輸出之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，係在絕緣面板上配置有檢測電極，並根據檢測電極和輸入操作體之間的靜電電容，來檢測出從使輸入操作體對於沿著檢測電極之輸入操作面作接觸之觸碰輸入操作起直到從輸入操作面而分離了的懸浮輸入操作為止之相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離，該靜電電容式觸控面板，其特徵為，係具備有：發訊手段，係發訊輸入操作體和檢測電極間之相對電位會有所變動的交流檢測訊 號，並在檢測電極處使代表檢測電極和輸入操作體間之靜電電容的訊號準位之電容訊號產生；和訊號檢測手段，係檢測出電容訊號之訊號準位；和輸入位置檢測手段，係將在訊號檢測手段所檢測出的訊號準位之倒數上乘上了特定之常數後的演算值，作為相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離。
若是將檢測電極和輸入操作體之間的距離設為d，將真空之介電率設為ε0，將空氣之比介電率ε設為約1，並將輸入操作體和檢測電極之對向面積設為S，則檢測電極和輸入操作體間之靜電電容Cm，係可藉由Cm=ε 0‧1‧S/d‧‧‧(1)
來表現，因此，代表靜電電容Cm之電容訊號的訊號準位之倒數，係與檢測電極和輸入操作體間之距離d成正比，在該倒數上乘上了特定之常數後的演算值，亦係與距離d成正比。
故而，演算值，由於係在從觸碰輸入操作起直到懸浮輸入操作為止之廣範圍的距離d會有所不同之全部的區域中而均與距離d成正比，因此，無關於輸入操作體和檢測電極間之距離d，均能夠根據演算值而以相同之檢測精確度來檢測出相對於檢測電極之輸入操作體之相對距離rd。
請求項2之靜電電容式觸控面板，其特徵在於，係在絕緣面板上相互絕緣地而配置有複數之檢測電 極，輸入位置檢測手段，係根據針對各檢測電極之每一者而對於訊號準位作了演算的演算值，來對於輸入操作體和前述各檢測電極之配置位置間的相對距離作比較，並檢測出輸入操作體之輸入操作位置。
根據針對複數之各檢測電極所檢測出的電容訊號之訊號準位而演算出來之演算值，由於係代表各檢測電極之配置位置和輸入操作體間之相對距離rd，因此，藉由實際測定出沿著檢測方向之各檢測電極間的距離，來對於與各檢測電極間之相對距離rd作比較，而檢測出沿著檢測方向之輸入操作體之位置。
請求項3之靜電電容式觸控面板，其特徵在於，電容訊號之訊號準位，係身為藉由使發訊手段發訊交流檢測訊號一事而在檢測電極處所展現之交流檢測訊號的電壓Vi。
藉由發訊交流檢測訊號一事而在檢測電極處所展現之交流檢測訊號的電壓Vi，若是將交流檢測訊號之電壓設為Vs，並將檢測電極和輸入操作體間之靜電電容設為Cm，且將檢測電極和絕緣面板之接地電位間的浮游電容設為Cp，則係以Vi=(Cm/Cp)‧Vs‧‧‧(13)式
來作表現，檢測電極之內部浮游電容Cp、交流檢測訊號之電壓Vs，由於係為常數，因此，Vi係與靜電電容Cm成正比，而代表靜電電容Cm。
請求項4之靜電電容式觸控面板，其特徵在於，係將訊號檢測手段所檢測出的電容訊號輸入至A/D轉換器並將訊號準位以第1數位資料來表示，且將在第1數位資料之倒數上乘上了特定之常數後的演算值，以位元數為較第1數位資料之位元數而更少的第2數位資料來表示。
相較於代表檢測電極和輸入操作體間之距離d的第1數位資料，位元數為較少之第2數位資料，係代表檢測電極和輸入操作體間之相對距離rd。
第2數位資料，係與從觸碰輸入操作起直到懸浮輸入操作為止的輸入操作體之距離d成正比。
若依據請求項1之發明，則從使手指等之輸入操作體對於輸入操作面作接觸的觸碰輸入操作起直到在從輸入操作面而離開了的空間上之位置而移動之懸浮輸入操作的區域為止，無關於輸入操作體之位置，均能夠以同等的精確度來檢測出其與檢測電極間之相對距離rd。
又，係能夠藉由簡易的演算，來輸出代表相對於檢測電極之與輸入操作體間的相對距離rd之資料。
若依據請求項2之發明，則不需要求取出各檢測電極和輸入操作體間之實際的距離d，便能夠根據代表各檢測電極和輸入操作體間之相對距離rd的演算值，來求取出沿著特定方向之輸入操作體的輸入操作位置。
若依據請求項3之發明，則由於係藉由在檢測電極處所展現之電壓Vi之數值來表現檢測電極和輸入操作體間之靜電電容Cm，因此，將該值作放大而使其擴大或者是對該值乘上特定之常數而作為演算值之演算處理係變得容易。
若依據請求項4之發明，則由於係以位元數為較少之第2數位資料，來表現檢測電極和輸入操作體間之相對距離rd，因此，相對距離rd和依據相對距離rd所算出之輸入操作位置的演算處理時間係縮短。
係能夠將代表檢測電極和輸入操作體間的相對距離rd之第2數位資料高速地輸出至外部。
1‧‧‧靜電電容式觸控面板
10‧‧‧MPU(輸入位置檢測手段)
11‧‧‧檢測電極
13‧‧‧訊號處理電路(訊號檢測手段)
14‧‧‧演算處理電路(輸入位置檢測手段)
15‧‧‧震盪電路(發訊手段)
19‧‧‧A/D轉換器
20‧‧‧玻璃基板(絕緣面板)
21‧‧‧覆蓋層
30‧‧‧手指(輸入操作體)
ES‧‧‧輸入操作面
SG‧‧‧交流檢測訊號
Cm‧‧‧靜電電容
Vi‧‧‧受訊準位(訊號準位)
d‧‧‧距離
rd‧‧‧相對距離
[圖1]係為本發明之第1實施形態的靜電電容式觸控面板1之立體圖。
[圖2]係為靜電電容式觸控面板1之區塊圖。
[圖3]係為靜電電容式觸控面板1之電源電路的等價電路圖。
[圖4]係為靜電電容式觸控面板1之檢測電極11周圍的等價電路圖。
[圖5](a)係為對於使手指30對輸入操作面ES作接觸的觸碰輸入操作之狀態作展示的靜電電容式觸控面板1之縱剖面圖，(b)係為對於使手指30從輸入操作面ES 而離開了的懸浮輸入操作之狀態作展示的靜電電容式觸控面板1之縱剖面圖。
[圖6]係為對於檢測電極11和輸入操作體30間的靜電電容Cm之倒數與距離d之間的關係作展示之圖表。
[圖7]係為對於檢測電極11和輸入操作體30間的靜電電容Cm與距離d之間的關係作展示之圖表。
以下，使用圖1~圖6，對本發明之第1實施形態的靜電電容式觸控面板(以下，稱作觸控面板)1作說明。在觸控面板1處，係如圖1中所示一般，在橫長長方形之身為絕緣基板的玻璃基板20之表面上，分別以相等之節距，而配線有沿著Y方向所形成的多數之X檢測電極11X(X0、X1、…、Xn)、和沿著與X檢測電極11x相正交之X方向所形成的多數之Y檢測電極11Y(Y0、Y1、…、Yn)。X檢測電極Xn和Y檢測電極Yn，係分別藉由寬幅2.5mm之由ITO而成之帶狀片所形成，X檢測電極11X和Y檢測電極11Y之間的交叉部分，係被配設有未圖示之透明絕緣片，並相互被絕緣。
又，被配線有X檢測電極11X和Y檢測電極11Y之玻璃基板20的表面之全面，係被厚度2mm之透明的絕緣性之覆蓋層21(參考圖5)所覆蓋，該覆蓋層21，係成為用以防止檢測電極11之氧化並且防止起因於手指等之輸入操作體30等之接觸所導致的磨耗之保護 層。
在觸控面板1之下方，係被配置有顯示特定之游標、圖符等的未圖示之液晶顯示元件，操作者，係透過透明之覆蓋層21、檢測電極11、玻璃基板20，而一面觀察在該些之下方所顯示的液晶顯示元件之顯示內容，一面以手指30進行移動操作，而進行輸入操作，本發明之觸控面板1，係從使輸入操作體30一面直接觸碰覆蓋層21之表面的輸入操作面ES一面進行操作之觸碰輸入操作起、直到使輸入操作體30在從輸入操作面ES而離開了約10cm左右的上方處而進行操作之懸浮輸入操作為止，並不對於檢測模式進行變更地，而均檢測出檢測電極11和輸入操作體30間之相對距離rd。
檢測電極11和輸入操作體30間之相對距離rd，由於如同後述一般，係與使以該些之間之覆蓋層21作為介電質之靜電電容Cma和以空氣作為介電質之靜電電容Cmb作了串聯連接後之靜電電容Cm成反比，因此，在本實施形態中，係將關於各檢測電極11之靜電電容Cm之值，根據在該檢測電極11處所展現之交流檢測訊號的受訊準位Vi而檢測出來。因此，係將所有的X檢測電極11X和Y檢測電極11Y，經由玻璃基板20上之未圖示的引繞配線圖案來與後述之多工器12的各輸入端子作連接，並檢測出當輸入操作體30作了接近時之在各檢測電極11處所展現的受訊準位Vi。
以下，使用圖2，針對用以檢測出檢測電極 11和輸入操作體30間之相對距離rd的檢測電路之構成作說明。如圖2中所示一般，構成包含有各檢測電極11之檢測電路的主要電路零件，係分成2種類的非震動側電路基板2和震動側電路基板3來作搭載。在非震動側電路基板2處，係配線有由被設為接地電位之低壓基準電源線GND和高壓基準電源線VCC所成的基準電源電路4，並被連接有對於低壓基準電源線GND和高壓基準電源線VCC之間施加直流電壓Vcc之DC電源5。藉由此，而將被搭載於非震動側電路基板2處之介面電路6等的各電路零件與基準電源電路4作連接，並藉由DC電源5之輸出電壓Vcc來作驅動。
又，在震動側電路基板3處，係配線有由低壓震動電源線SGND和高壓震動電源線SVCC所成的震動電源電路7。低壓震動電源線SGND和低壓基準電源線GND，係經由線圈8而作連接，高壓震動電源線SVCC和高壓基準電源線VCC，係經由線圈9而作連接。線圈8和線圈9之電感，係均被設定為會相對於後述之固有頻率f之交流檢測訊號SG而成為高阻抗之值，於此，係使用相同之電感L的線圈8、9。
成為發訊交流檢測訊號SG之固有頻率f的發訊手段之震盪電路15，係被搭載於震動側電路基板3處，並被分歧為2股，而分別經由將直流電壓作遮斷的電容量C’之電容器17、18來將交流檢測訊號SG與基準電源電路4之低壓基準電源線GND和高壓基準電源線VCC 作連接。藉由此，若是對於基準電源電路4之低壓基準電源線GND和高壓基準電源線VCC而將固有頻率f之交流檢測訊號SG同步地輸出，則由於基準電源電路4之低壓基準電源線GND係被作接地並身為安定之電位，因此，震動電源電路7之低壓震動電源線SGND和高壓震動電源線SVCC之電位係相互同步並以固有頻率f而變動，兩者間之電壓，係成為與基準電源電路4相同之直流輸出電壓Vcc。交流檢測訊號SG之固有頻率f，係可任意作調整，但是，於此，係輸出18kHz之固有震盪頻率的交流檢測訊號SG。
當在基準電源電路4和震動電源電路7處流動固有頻率f之交流檢測訊號SG的情況時，若是低壓基準電源線GND和高壓基準電源線VCC間以及低壓震動電源線SGND和高壓震動電源線SVCC間係被作近接配線，在固有頻率f之帶域中此些之電源線間係相互短路，則基準電源電路4和震動電源電路7，係以圖3之等價電路圖來展示。
如圖3中所示一般，在震動電源電路7側之震盪電路15的輸出和基準電源電路4之間，由於係並聯地被連接有電容容量C’之電容器17、18，因此，其之合成電容容量，係為2C’，又，在基準電源電路4和震動電源電路7之間而被作並聯連接之線圈8、9的合成電感，係成為L/2。此些之電容和電感，在固有頻率f之交流檢測訊號SG所流動的閉電路中，係被作串聯連接，若是將 交流檢測訊號SG之振幅(準位)設為Vsg，將線圈8、9兩端之基準電源電路4和震動電源電路7間之電壓設為Vs，並將以2 π f來表現的角速度設為ω(rad/sec)，則係以Vs=[ω 2LC’/(ω 2LC’-1)]Vsg‧‧‧(5)式
來作表現。
於此，圖3中所示之電路，係以ω2LC’=1來進行串聯共振，此時之頻率f0，係成為f0=1/[2π(LC’)1/2]‧‧‧(6)式。
亦即是，若是將根據(6)式之關係所得到的共振頻率f0設為交流檢測訊號SG之固有頻率f，則相對於交流檢測訊號SG之準位，根據(5)式，理論上，震動電源電路7之電位會以無限大而震動，連接於震動電源電路7之各檢測電極11的電位也能夠以無限大而使其震動。在實際之觸控面板1中，起因於基準電源電路4和震動電源電路7之電感、浮游電容等的影響，係不會以根據(6)式所得到的頻率f0而共振，又，起因於當交流檢測訊號SG在基準電源電路4和震動電源電路7處流動時的能量損失、特別是起因於由線圈8、9之內部阻抗所導致的電力消耗，震動電源電路7係會以相對於交流檢測訊號SG之準位Vsg而作了有限倍率之擴大的振幅Vs來震動。
另一方面，由於係並無法對於身為輸入操作體之操作者之手指30隔著覆蓋層21所接觸的各檢測電極11施加大電壓，因此，係在震盪電路15之輸出和電容器 17、18之間連接未圖示之電阻，並將各檢測電極11所相對性震動之交流檢測訊號SG的輸出準位Vs，於此係將輸出準位Vs設為5V。此交流檢測訊號SG之輸出準位Vs，係亦可將交流檢測訊號SG之固有頻率f調整於共振頻率f0之近旁。
又，針對交流檢測訊號SG之固有頻率f，係亦可設為任意之頻率，但是，在商用交流電源線之周圍，由於也會有輸入操作體30並非為定電位而是重疊有商用交流電源之頻率的共模雜訊之情形，因此，係有必要從各檢測電極11而與商用交流電源之頻率相互區分地來檢測出固有頻率f之交流檢測訊號SG，因此，係將該固有頻率f設為將商用交流電源之頻率及其之高次諧波作了除外的頻率。
上述之各檢測電極11，係與震動電源電路7之低壓震動電源線SGND和高壓震動電源線SVCC中之其中一者作連接，於此係與高壓震動電源線SVCC作連接。藉由使所有的各檢測電極11與高壓震動電源線SVCC作連接，交流檢測訊號SG之輸出準位Vs係以固有頻率f而震動，另一方面，使腳底等之一部分作了接地的操作者之手指30之電位，由於係身為定電位，因此，在兩者之間，係產生有交流檢測訊號SG之輸出準位Vs的電壓，若是對於以固有頻率f來震動之震動電源電路7而言，則相對於定電位之檢測電極11，身為輸入操作體之手指30，係成為以交流檢測訊號SG之固有頻率f而震動的訊 號產生源。故而，在手指30作接近而導致與手指30間之靜電電容Cm增大的檢測電極11處，係從檢測電極11朝向手指30而經由靜電電容Cm來展現有固有頻率f之交流檢測訊號SG。
為了從在各檢測電極11處所展現的交流檢測訊號SG之受訊準位Vi來檢測出與輸入操作體30間之相對距離rd，在震動側電路基板3處，係被搭載有類比多工器12、訊號處理電路13、A/D轉換器19、演算處理電路14、MPU(微處理器單元)10以及震盪電路15之各電路元件，並均被與震動電源電路7之低壓震動電源線SGND和高壓震動電源線SVCC作連接，而從DC電源5接收輸出電壓Vcc並動作。
類比多工器12，係藉由從MPU10而來之切換控制，而以一定之週期、於此係為每200msec，而將各檢測電極11X、11Y對於訊號處理電路13作切換連接，並將在各檢測電極11處所展現之交流檢測訊號SG依序對於訊號處理電路13作輸出。亦即是，係以沿著X方向而被作配線之檢測電極X01、X02、…、Xn；沿著Y方向而被作配線之檢測電極Y01、Y02、…、Yn的順序，來在1個掃描的週期內而將所有的檢測電極11與訊號處理電路13作連接。
訊號處理電路13，係由並聯共振電路和放大電路以及峰值保持電路所構成，並聯共振電路，係從輸入訊號而使以交流檢測訊號SG之固有頻率f為中心的頻率 帶域之訊號通過，而作成將直流訊號等之低頻成分和共模雜訊等之高頻雜訊作了截除的交流檢測訊號SG。又，放大電路，係將通過了並聯共振電路之交流檢測訊號SG放大，峰值保持電路，係將作了放大的交流檢測訊號SG之極大值和極小值分別作峰值保持，並將該些之差分、亦即是將在檢測電極11處所展現的交流檢測訊號SG之受訊準位Vi，對於後段之A/D轉換器19作輸出。
A/D轉換器19，係將從訊號處理電路13所輸入的受訊準位Vi量化為12位元資料，並對於後段之演算處理電路14作輸出。
演算處理電路14，係將代表以頻率f而從A/D轉換器19所反覆輸入之交流檢測訊號SG的受訊準位Vi之12位元資料，作一定次數之積算，並以16位元之數位資料來作表現，而使微小的受訊準位Vi被作擴大展示。之後，進行在代表積算後的受訊準位Vi之16位元資料的倒數上乘上特定之常數之演算處理，並將該演算值，作為代表在藉由多工器12所選擇了的檢測電極11和手指30間之相對距離rd之8位元的數位資料，而對於後段之MPU10作輸出。
以下，針對在此演算處理電路14中之演算處理作說明。若是將檢測電極11和手指30之間的距離設為d，將真空之介電率設為ε0，將該些之間之介電質的比介電率設為ε1，並將手指30和檢測電極11之對向面積設為S，則各檢測電極11和手指30間之靜電電容Cm，係可藉 由Cm=ε 0‧ε r‧S/d‧‧‧(7)
來作表現。
如圖5(a)中所示一般，在手指30為與覆蓋層21相接觸之觸碰輸入操作中，(7)式之比介電率εr係成為覆蓋層21之比介電率。又，如圖5(b)中所示一般，在手指30為從輸入操作面ES而分離了的懸浮輸入操作中，檢測電極11和手指30間之靜電電容Cm，係由以覆蓋層21作為介電質之靜電電容Cma和以空氣作為介電質之靜電電容Cmb的串聯連接所成，並表現為Cma‧Cmb/(Cma+Cmb)，但是，由於相對於檢測電極11和手指30間之距離d，覆蓋層21之厚度係小至可忽略的程度，因此，係可將(7)式之比介電率εr視為空氣之比介電率1，來求取出靜電電容Cm。如此這般，(7)式之比介電率εr，在觸碰輸入操作的情況和懸浮輸入操作的情況中係為相異，但是，在後述之根據相對距離rd來進行輸入操作之檢測或者是檢測出輸入操作體30之輸入操作位置時，由於就算是將比介電率εr視為一定值也無妨，因此，在以下之對於相對距離rd作演算的演算處理中，係視為常數來處理。
圖4，係為將在檢測電極11中所展現的交流檢測訊號SG之受訊準位Vi檢測出來的檢測電路全體之等價電路圖，圖中，Cp係為檢測電極11和低壓震動電源線SGND間之浮游電容，rp係為檢測電極11之內部電阻 值，R4係為輸出電阻之電阻值。在圖4之等價電路圖中，i1=i2+i3‧‧‧(8)式
Vs=i1/(jω‧Cm)+i2/(jω‧Cp)‧‧‧(9)式
-i2/(jω‧Cp)+i3‧rp+i3‧R4=0‧‧‧(10)式
i3‧R4=Vi‧‧‧(11)式
之關係係成立，根據(8)式~(11)式，係可得到Vi=[jω‧Cm/{1/R4+jω(Cm+Cp)(rp/R4+1)}]‧Vs‧‧‧(12)式
之關係。
若是將內部電阻rp設為0，並使R4藉由與經由多工器12來進行阻抗轉換之訊號處理電路13作連接一事而設成無限大，則(12)式，係被置換為Vi=Cm/(Cp+Cm)‧Vs，進而，由於相較於浮游電容Cp，靜電電容Cm係為極小，因此，(12)式係更進而以Vi=(Cm/Cp)‧Vs‧‧‧(13)式
來作表現。
輸入操作體30和檢測電極11之靜電電容Cm，根據(7)式，由於係表現為Cm=ε0‧εr‧S/d，因此，若是將此帶入至(13)式中並變形，則係成為Vi={ε0‧εr‧S/(d‧Cp)}Vs‧‧‧(14)，(14)式中之(ε0‧εr‧S/Cp)，由於係為常數，因此，若是將此設為1/k，則在檢測電極11處所展現之交流 檢測訊號SG之受訊準位Vi，係以Vi=Vs/(d‧k)‧‧‧(15)式
來作表現。亦即是，受訊準位Vi，係與輸入操作體30和檢測電極11間之距離d成反比，在與輸入操作體間之距離d為越近的檢測電極11處，其受訊準位Vi係成為越接近交流檢測訊號SG之輸出準位Vs的更大之值。
故而，若是檢測出在檢測電極11處所展現之受訊準位Vi，則係可根據(15)式而求取出該些之間的距離d，但是，如同圖7中所示一般，從觸碰輸入操作起直到懸浮輸入操作為止的手指30和檢測電極11間之靜電電容C，由於係與距離d成反比地大幅度改變，因此，代表靜電電容C之值的受訊準位Vi之最大值和最小值之間的差亦係變大。進而，由於在會檢測出受訊準位Vi之最大值的觸碰輸入操作中，相對於距離d之受訊準位Vi的變化率係為大，在會檢測出最小值的懸浮輸入操作中，受訊準位Vi之變化率則為極小，因此，在使用(15)式來根據受訊準位Vi而直接檢測出距離d的情況時，相對於觸碰輸入操作之區域，在懸浮輸入操作之區域中的距離d之檢測精確度係會成為極為粗糙者。
另一方面，在如同後述一般之意圖進行輸入操作而使手指30作接近的輸入操作之檢測和由輸入操作體30所致之輸入操作位置之檢測中，係並非絕對需要連身為絕對值之距離d均檢測出來，根據相對距離rd即可充分地進行檢測。關於此相對距離rd，如同圖6中所示一 般，在手指30和檢測電極11間之靜電電容Cm之倒數上乘上特定之常數(4‧10-12)後之值，係代表與距離d成正比之相對距離rd。故而，在靜電電容Cm或者是與靜電電容Cm成正比之值的倒數上乘上了特定常數後之演算值，亦係代表與手指30和檢測電極11間之距離d成正比之相對距離rd，在本實施形態中，係將在基於(13)式而得到的與靜電電容C成正比之受訊準位Vi之倒數上乘上了特定之常數後的演算值，作為與距離d成正比之相對距離rd。此演算值，由於係與手指30和檢測電極11間之距離d成正比地而增減，因此，係能夠依據演算值而在從觸碰輸入操作起直到懸浮輸入操作的區域中均以均一之檢測精確度來檢測出相對距離rd。
在上述之演算出，於受訊準位Vi之倒數上所乘上的常數，係可設為任意之值，但是，於此，係設為會成為能夠將演算值之從最小值起直到最大值為止均以1位元組之8位元資料來作表現一般之值。於此，係設為對於在將受訊準位Vi之倒數的最小值(亦即是在觸碰輸入操作中所檢測出的受訊準位Vi之最大值的倒數)藉由以10作為基數之浮動小數點數來作了表現時的指數部之倒數而以4作了除算後之值。藉由此，係能夠將代表從最小值之1/10起直到100倍為止的相對距離rd之演算值，以1位元組之數位資料來作表現。
例如，若是假設輸出準位Vs為5V之交流檢測訊號SG，其在檢測電極11處展現之受訊準位Vi之最 大值，於觸碰輸入操作中，係為手指30和檢測電極11間之靜電電容C為1.11pF時的14.9‧10-3V，則受訊準位Vi之倒數的最小值，係為67.1，若是對於此而藉由以10作為基數之3位數的有效數字之浮動小數點數來作表現，則由於係成為6.71‧10，因此，在上述之受訊準位Vi之倒數上所乘算的常數，係設為身為將指數部10之倒數以4來作了除算的值之0.25‧10-1。藉由如此這般地來制定常數，從在觸碰輸入操作中而檢測出最大值之10倍的受訊準位Vi之情況起直到在懸浮輸入操作中而檢測出最大值之1/100之受訊準位Vi為止的範圍中，均能夠將演算值以8位元資料來作表現並輸出。
藉由演算處理電路14所演算出之以8位元資料來表現的演算值，係被輸出至後段之MPU10處。MPU10，係根據從演算處理電路14所輸入之此演算值，來檢測出使手指30接近輸入操作面ES之輸入操作、和將手指30投影在身為XY平面之輸入操作面ES處的輸入操作面ES上之輸入操作位置(x，y)。
輸入操作之檢測，係預先針對特定之檢測電極11，而檢測出例如當使手指30一直接近至了與該檢測電極11間距離50mm處時之在檢測電極11處所展現的受訊準位Vi，並將根據該受訊準位Vi所演算出的演算值作為輸入操作臨限值，而預先記憶在MPU10之記憶部中。以一定之週期，來將根據針對上述特定之檢測電極11所檢測出的受訊準位Vi而演算出之演算值與輸入操作臨限 值作比較，當從演算處理電路14所輸入的演算值乃成為輸入操作臨限值以上的情況時，係判定檢測電極11與手指30間之距離為分開50mm以上而並未進行輸入操作，並維持於使其他之所有的電路作休止之休眠模式。
另一方面，當以一定之週期而從演算處理電路14所輸入的演算值成為了未滿輸入操作臨限值的情況時，特定之檢測電極11與手指30間之距離係成為未滿50mm，而判定為係存在有使手指30接近輸入操作面ES之輸入操作，並使用以檢測出輸入操作位置(x，y)之所有的電路啟動。如此這般，於輸入操作之檢測中，係並不需要求取出特定之檢測電極11和手指30間的距離d，而可對於以演算值所代表的相對距離rd作比較並檢測出來。
手指30之輸入操作面ES上的輸入操作位置(x，y)，係對於根據針對沿著檢測方向而被以等間隔來作了配置的複數之檢測電極11、11所檢測出的受訊準位Vi而演算出的演算值進行比較，而檢測出來。手指30之輸入操作位置，係如同圖5(a)、(b)中所示一般，無論是身為使手指30接近輸入操作面ES之觸碰輸入操作或者是身為使手指30接近輸入操作面ES之上方的空間之懸浮輸入操作，均可藉由針對在檢測方向(於圖5中，係為X方向)上而分開有已知之距離Lx的一組之檢測電極Xn、Xn’，來對於分別從演算處理電路14所輸入的演算值Dn、Dn’進行比較，而檢測出來。
亦即是，由於根據在檢測電極Xn處所展現的受訊準位Vi所演算出之演算值Dn，係代表檢測電極Xn和手指30間之相對距離rd，根據在檢測電極Xn’處所展現的受訊準位Vi’所演算出之演算值Dn’，係代表檢測電極Xn’和手指30間之相對距離rd’，因此，演算值Dn和演算值Dn’之比，係與被投影在輸入操作面ES上的輸入操作位置(x)之與檢測電極Xn間的距離和與檢測電極Xn’間的距離之比相等。故而，從檢測電極Xn起直到沿著檢測方向之輸入操作位置(x)為止的距離dx，係可根據dx=Lx‧Dn/(Dn+Dn’)而得到，檢測電極Xn、Xn’之沿著檢測方向的在輸入操作面ES上之配線位置，由於係為已知，因此，係能夠檢測出輸入操作位置(x)。
在此觸控面板1處，由於係在與輸入操作面ES相正交之XY方向上，分別將多數之X檢測電極11X和Y檢測電極11Y各別相互絕緣地作配線，因此，藉由上述之方法，係能夠檢測出在輸入操作面ES上之二維的輸入操作位置(x，y)。
包含有藉由MPU10所檢測出之輸入操作位置(x，y)的輸入操作資料，係經由與直流作了絕緣的訊號線16，而被輸出至搭載於非震動電路基板2上之介面電路6處，並從介面電路6來藉由USB通訊、I2C通訊等而輸出至對於輸入操作資料作利用的上位機器處。
在上述之實施形態中，雖係藉由MPU10，來根據關於複數之檢測電極11的演算值而檢測出輸入操作 位置(x，y)，但是，係亦可構成為將演算處理電路14針對各檢測電極11而演算了的演算值直接經由訊號線16來對於上位機器作輸出，並藉由上位機器來進行輸入操作之檢測和輸入操作位置(x，y)之檢測。於此情況，由於對上位機器所輸出之演算值係為1位元組之數位資料，因此係能夠高速地輸出。進而，由於被輸出的演算值係直接代表檢測電極11和輸入操作體30之間的相對距離rd，因此，係能夠藉由簡單的演算處理來檢測出輸入操作位置(x，y)。
又，在上述之實施形態中，雖係將代表靜電電容Cm之電容訊號的訊號準位設為在檢測電極11處所展現之交流檢測訊號SG之受訊準位Vi，但是，只要是能夠檢測出與靜電電容Cm成正比之值，則亦可採用像是在已知之電容的電容器中，積蓄與靜電電容Cm成正比之電荷，並將該電容器之充電電壓作為電容訊號之訊號準位等的構成，而亦可身為其他的檢測值。
又，在上述之實施形態中，雖係在將所檢測出的受訊準位Vi作了A/D轉換之後，再進行演算處理而算出演算值，但是，係亦可將在受訊準位Vi之倒數上乘上特定之常數的演算處理中之任一者的演算，藉由類比電路來進行。
〔產業上之利用可能性〕
本發明，對於從使輸入操作體對於輸入操作 面作接觸的觸碰輸入操作起直到使輸入操作體從輸入操作面而離開並在空間上使輸入操作體移動之懸浮輸入操作為止之所有的輸入操作區域中而檢測出輸入操作位置的靜電電容式觸控面板而言，係為合適。
11、Xn、Xn’‧‧‧檢測電極
20‧‧‧玻璃基板(絕緣面板)
21‧‧‧覆蓋層
30‧‧‧手指(輸入操作體)
ES‧‧‧輸入操作面
Cma、Cmb、Cmn、Cmn’‧‧‧靜電電容
dx、Lx‧‧‧距離

Claims (4)

  1. 一種靜電電容式觸控面板，係在絕緣面板上配置有檢測電極，並根據檢測電極和輸入操作體之間的靜電電容，來檢測出從使輸入操作體對於沿著檢測電極之輸入操作面作接觸之觸碰輸入操作起直到從輸入操作面而分離了的懸浮輸入操作為止之相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離，該靜電電容式觸控面板，其特徵為，係具備有：發訊手段，係發訊輸入操作體和檢測電極間之相對電位會有所變動的交流檢測訊號，並在檢測電極處使代表檢測電極和輸入操作體間之靜電電容的訊號準位之電容訊號產生；和訊號檢測手段，係檢測出電容訊號之訊號準位；和輸入位置檢測手段，係將在訊號檢測手段所檢測出的訊號準位之倒數上乘上了特定之常數後的演算值，作為相對於檢測電極之輸入操作體的相對距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之靜電電容式觸控面板，其中，係在絕緣面板上相互絕緣地而配置有複數之檢測電極，輸入位置檢測手段，係根據針對各檢測電極之每一者而對於訊號準位作了演算的演算值，來對於輸入操作體和前述各檢測電極之配置位置間的相對距離作比較，並檢測出輸入操作體之輸入操作位置。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之靜電電容式觸控面板，其中，電容訊號之訊號準位，係身為藉由使發訊手段發訊交流檢測訊號一事而在檢測電極處所展現之交流檢測訊號的電壓Vi。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中之任一項所記載之靜電電容式觸控面板，其中，係將訊號檢測手段所檢測出的電容訊號輸入至A/D轉換器並將訊號準位以第1數位資料來表示，且將在第1數位資料之倒數上乘上了特定之常數後的演算值，以位元數為較第1數位資料之位元數而更少的第2數位資料來表示。
TW103141789A 2014-03-31 2014-12-02 靜電電容式觸控面板 TW201537424A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014071338A JP2015194813A (ja) 2014-03-31 2014-03-31 静電容量式タッチパネル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201537424A true TW201537424A (zh) 2015-10-01

Family

ID=54239695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103141789A TW201537424A (zh) 2014-03-31 2014-12-02 靜電電容式觸控面板

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2015194813A (zh)
TW (1) TW201537424A (zh)
WO (1) WO2015151338A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7323886B2 (en) * 2004-08-16 2008-01-29 Ying Lau Lee Linear capacitance measurement and touchless switch
JP5132604B2 (ja) * 2009-02-19 2013-01-30 三菱電機株式会社 座標入力装置およびタッチパネル装置
FR2949007B1 (fr) * 2009-08-07 2012-06-08 Nanotec Solution Dispositif et procede d'interface de commande sensible a un mouvement d'un corps ou d'un objet et equipement de commande integrant ce dispositif.
JP2011100215A (ja) * 2009-11-04 2011-05-19 Seiko Instruments Inc 座標入力装置及び情報機器
JP5445438B2 (ja) * 2010-12-15 2014-03-19 Ｓｍｋ株式会社 静電容量式タッチパネル
US9141229B2 (en) * 2011-02-18 2015-09-22 Mitsubishi Electric Corporation Coordinate input device and touch panel device
WO2013018120A1 (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 Smk株式会社 静電容量式タッチパネル

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015194813A (ja) 2015-11-05
WO2015151338A1 (ja) 2015-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9851840B2 (en) Apparatus for driving of a touch panel having a dummy electrode and haptic mode
US9696845B2 (en) Apparatus for driving of touch panel
CN104142770A (zh) 检测触摸的方法和使用该方法检测触摸的设备
CN104238848A (zh) 用于驱动触控面板以便测量悬停的系统和方法
JP5796527B2 (ja) 静電容量式タッチパネル
CN106796475A (zh) 用于手势检测及跟踪的电极布置
CN104615315A (zh) 触摸感测系统及其驱动方法
US9182867B2 (en) Apparatus and method for detecting adjacent object and method of driving electronic device
JP2015049895A (ja) タッチパネルの入力信号識別方法
JP5257481B2 (ja) 静電容量式タッチパネル
JP4850946B2 (ja) タッチパネル装置
CN104020916A (zh) 电容触摸屏的驱动检测方法、装置及电子设备
WO2016147423A1 (ja) 静電容量式タッチパネル
WO2016194358A1 (ja) 皮膚抵抗測定装置
TWI543050B (zh) 觸控感測和回饋裝置與方法
JP2004021327A (ja) タッチセンサ付き表示装置および位置データ生成方法
TW201537424A (zh) 靜電電容式觸控面板
WO2013021414A1 (ja) 静電容量式入力検出方式
WO2013018120A1 (ja) 静電容量式タッチパネル
JP5870575B2 (ja) 静電容量式タッチパネル
JP6612983B2 (ja) 位置検出装置
JP2021086538A (ja) タッチパネル装置およびタッチパネル装置の制御方法
KR102402648B1 (ko) 터치 센서를 포함하는 표시 장치 및 그 구동 방법
JP2015156236A (ja) 静電容量式タッチパネル
KR101678060B1 (ko) 저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치