(57)【要約】【目的】静電容量型デジタル式タッチパネルは、静電容量変化を周波数変換で捉えるときスイッチ間を離すことで、発振信号の相互干渉を防止していた。そこでスイッチ間の距離を近づけても不具合を発生することがなく、スイッチ数を増やすこと。【構成】静電容量変化を周波数に変換する回路において、電極と発振回路の間に切り替えスイッチを設け、１つの電極しか発振させない構成にすれば発振回路からの相互干渉を削減できる。しかも接続されていない端子はＧＮＤ端子に接続すれば、ＧＮＤパターンの代わりにスイッチ電極をＧＮＤとして利用できるため、空いたスペースにスイッチ電極を割り当てることができる。【効果】静電容量型デジタル式タッチパネルでも、スイッチ電極間を近づけた場合でもスイッチ電極間の相互干渉が削減でき、スイッチの数を増やすことができた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の静電容量変化を捉えてタッチ機能と座標データを確立する静電容量型デジタル式タッチパネル装置において、切り替えスイッチ回路を搭載し、一つの発振回路に対し順番に電極を接続させ同時に発信回路が動作を防ぎ、電極間の不要な相互干渉を削減し、前記発振回路と未接続の電極は、ＧＮＤに接続する機能を設け、前記電極をＧＮＤとして利用し、前記ＧＮＤの面積を削減し、電極を設けるエリアのスイッチ数を増やすことを特徴とする静電容量型デジタル式タッチパネル装置。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、スイッチ電極と発振回路をアナログスイッチを介して接続したことを特徴とする請求項１記載の静電容量型デジタル式タッチパネル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、入力方式に静電容量結合方式を採用したデジタル式タッチパネル装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の静電容量型デジタル式タッチパネルでは、パネル部と制御部から構成され、図１に示すようにスイッチ電極と発信器が１対１で接続されいる。その為常に発振回路が発振状態となり、スイッチ電極間を近づけすぎると発振信号同士が相互干渉を引き起こし誤動作の原因となった。
【特許文献】
特願２００２−３７８７７９。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来技術の方式では、スイッチ電極間の相互干渉を押さえるために、スイッチ電極間にＧＮＤパターンを設け電極間の距離を十分離す必要がある。
そこで本発明では、スイッチ電極間の相互干渉を削減しスイッチ電極間の距離を近づけ、タッチパネルのエリアを有効活用し、スイッチの数を増やすことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
静電容量型デジタル式タッチパネルは、静電容量変化を測定するために常に発振回路が動作している。その為にスイッチ電極間で発振信号の相互干渉が発生する。そこでスイッチ電極と発振回路の間に切り替えスイッチを設け、ＣＰＵが静電容量変化を測定する時間だけスイッチ電極と発振回路を接続する、間欠発振方式を採用することで発振信号の相互干渉を削減することを提案するものである。
【０００５】
【発明の実施と形態】
本発明の構成は、パネル部と制御部から構成されている。
図２のパネル部は、ＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜で信号パターンとＧＮＤパターンを印刷した透明電極フィルムで、その透明電極フィルムをガラス板又はアクリル板（誘電体）に、透明な接着剤を用いて張り付けた構造になっている。
【０００６】
ＩＴＯ膜である透明電極フィルムは、スイッチ電極とＧＮＤパターンから構成される。構造は、図３に示すようにスイッチ電極を人の指が隠れるくらいの円又は四角形で形成し、その信号を取り出すためのリードパターンも同じくＩＴＯ膜である透明電極フィルムで印刷されている。制御基板と接続するための信号端子は、１層目にはＩＴＯ膜である透明電極フィルムで印刷し、２層目は抵抗値を下げるために銀ペーストを印刷し、３層目に接続端子保護のためカーボンを印刷した３層構造で形成している。
【０００７】
またタッチパネルの周囲に設けたＧＮＤパターンは、１層目にＩＴＯ透明電極を印刷し、２層目には抵抗を下げるために銀ペーストを印刷した２重構造で、制御基板と接続するＧＮＤ端子は、更に接続端子保護としてカーボンを印刷した３層構造で形成している。
【０００８】
制御部はスイッチ電極を切り替えて、発振回路に接続するためのアナログスイッチタイプのマルチプレクサと、周波数が可変出来る発振回路、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能が内蔵されたＣＰＵで構成する。
この静電容量型デジタル式タッチパネルの動作原理を図４及び図５に沿って説明する。
【０００９】
まずプログラムで指定したスイッチ電極と発振回路を接続させるために、ＣＰＵのＩ／Ｏ端子よりスイッチ電極切り替え回路に対し制御信号を出力する。このスイッチ電極切り替え回路は、ＣＰＵのＩ／Ｏ端子より制御信号に”１”（デジタル的にハイレベル）を出力すればスイッチ電極と発振回路を接続し、制御信号に”０”（デジタル的にローレベル）を出力すればスイッチ電極はＧＮＤ端子に接続する機能を有している。プログラムに従いＣＰＵはＩ／Ｏ端子より制御信号を出力し、スイッチ電極▲１▼からスイッチ▲９▼まで発振周波数を測定し、各スイッチ電極の定常発信周波数としてＣＰＵに内蔵されたメモリに記憶する。
【００１０】
実際に人の指がスイッチ電極▲１▼の上に近づくと、スイッチ電極▲１▼の静電容量が増加する。それは、人間は元々容量が１００ｐＦ程度持った導体であり、スイッチ電極▲１▼に導体である人の指が近づくと静電誘導現象が発生し静電容量が増加する。発振回路は、増加した静電容量の変化を検知し容量の増加に追従して発信周波数が変化する。
制御部では、ＣＰＵに内蔵されたインプットキャプチャの機能を利用して発振周波数を測定する。ＣＰＵは、Ｉ／Ｏ端子より切り替えスイッチ回路を制御しスイッチ▲１▼からスイッチ▲９▼まで順番に発信周波数を測定する。今回測定した発信周波数と最初にメモリに記憶しておいた個々のスイッチの定常発信周波数を比較する。スイッチ▲２▼〜スイッチ▲９▼には周波数に変化がなく、指が近づいたスイッチ▲１▼だけが周波数が低下している。
この原理に基づき、人間の指がどのスイッチ電極の上を触ったかが判断出来、スイッチ機能と場所が確定できる為静電容量型デジタル式タッチパネルが実現可能となる。
【００１１】
【作用】
即ち本発明のように構成すれば、スイッチ電極とスイッチ電極の間にＧＮＤパターンを設けることなく、発振信号の相互干渉も削減でき、スイッチ電極を近づけても誤動作の心配がなくなる。よってＧＮＤパターンがいらなくなったスペースにスイッチ電極を配置しスイッチ数を増やすことが可能となる。
【００１２】
【実施例】
スイッチ切り替え回路について、図５に沿って説明する。スイッチ電極▲１▼と発振回路を接続する時は、ＣＰＵのＩ／Ｏ端子から制御信号１に”１”を出力しその他のスイッチ電極▲２▼〜▲９▼までは制御信号に”０”を出力する。
そのとき７４ＨＥＣ０５３のアナログスイッチのより、スイッチ電極▲１▼と発振回路を接続しスイッチ電極▲２▼〜▲９▼ＧＮＤに接続する。
【００１３】
次に図６の発振回路は、ＴＬＣ５５５で非常に一般的なＣ−ＭＯＳタイプのタイマーＩＣである。発振周波数の計算式はメーカのデータシートより提示されており、ｆ＝１．４４／（Ｒ１＋２×Ｒ２）×Ｃ１で定数を代入すると求めることが出来る。今回は一般的なＣＰＵで測定可能な１００ｋＨｚ程度の発振周波数が好都合のため、抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、Ｒ２＝６８ｋΩ、Ｃ１＝１００ｐＦでマルチバイブレーターモードで発振する回路を構成した。
Ｃ２のコンデンサは、直径２ｃｍのスイッチ電極の等価容量で、上記で構成された発振回路に５ｐＦのコンデンサを並列に接続した負荷容量となる。
次に点線で接続されているＣ３のコンデンサは、スイッチ電極に指がタッチした時の容量変化分に相当する等価容量用のコンデンサを表している。通常指１本でタッチすると０．１ｐＦ程度静電容量が増加し指２本では０．２ｐＦ程度増加する。
【００１４】
では実際に指がスイッチ電極▲１▼をタッチしたときの周波数の変化を説明する。
１）指がスイッチ電極に触れていない状態発振周波数
・Ｃ＝１０５ｐＦ（並列接続Ｃ１＋Ｃ２）
・周波数  １００．１ｋＨｚ程度
２）指でスイッチ電極にタッチした状態の発振周波数
・Ｃ＝１０５．１ｐＦ（並列接続Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）
・周波数  １００ｋＨｚ程度
指でスイッチ電極にタッチした時発振周波数が減少したのは、スイッチ電極と指の間で静電誘導が起こり静電容量が増加した。それによりＴＬＣ５５５のタイマーＩＣの周波数を決定するコンデンサの容量が増加したことにより発振周波数が１００Ｈｚ減少した。
この原理を応用し、図７で示した発振周波数の変位をＣＰＵの内蔵されたインプットキャプチャ機能のカウンタでスイッチ毎に周波数を常時モニタし、７０Ｈｚ以上減少した時が盤面をタッチした場合と規定すれば、静電結合型デジタル式タッチパネルが実現できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば切り替えスイッチ回路の採用によりスイッチ電極と発振回路を１対１に接続することがなく、発信信号の相互干渉も削減でき信頼性の高いタッチパネルが実現できる。
併せて、発振回路より切り替えスイッチのほうが安いため、高価な発信回路を減らすことが出来コストダウンも可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電容量型デジタル式タッチパネルのシステム構成図
【図２】静電容量型デジタル式タッチパネルの構造図
【図３】透明電極シートの構成図
【図４】スイッチ切り替え回路を付加したシステム構成図
【図５】スイッチ切り替え回路構成図
【図６】発振回路の等価回路
【図７】発振周波数の変化量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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