(57)【要約】      （修正有）【課題】タッチパネルのスイッチ部に抵抗膜方式を使用すると、ＩＴＯ透明電極同士が直接接触し擦れることで接触抵抗が上がり入力不良が発生する。直接電極に触れない静電結合方式に変更し、入力不良を削減すること。【解決手段】静電結合式のパネルは、ＰＥＴフィルムにＩＴＯ透明電極でパターン電極を印刷した透明電極シートにガラス板に貼り付け、発振回路をカウンタの内蔵されたＣＰＵとでシステムを構成する。指でタッチした場所をの発振周波数が変化することを利用して場所を特定する仕組みである。【効果】直接スイッチ同士が接触しないためスイッチ部の劣化が少なく、表面がただのアクリル板やガラス板の為耐久性に富んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネル部と制御部から構成される静電容量型デジタル式タッチパネルであって、前記タッチパネル部はＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜により、信号パターンとＧＮＤパターンが印刷された複数の透明シート電極よりなり、前記制御部は周波数が可変可能な発振回路と、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が設けられ、前記複数の透明シート電極のいづれかに操作者が触れた時の静電容量の変化を前記制御部で判断し、スイッチ機能と前記複数設けられている透明シートのうちどの透明シートが押圧されたかを判断することを特徴とする静電容量型デジタル式タッチパネル。
【請求項２】
上記ＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜により、信号パターンとＧＮＤパターンが印刷された複数の透明シート電極は、ガラス又はアクリル板からなる誘電体に接着されタッチパネル部を構成している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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、デジタル式タッチパネルの入力方式において、静電容量結合方式を採用することにより、電極部に直接接触することなくデータ入力を可能にするシステムである。
【０００２】
【従来技術】
従来の抵抗膜型デジタル式タッチパネルでは、図１に示すようにガラス表面とＰＥＴフィルム表面にＩＴＯ透明電極を蒸着し、互いに向き合わせスペーサを間に挟んで間隔をもうけた構造になっている。図２に示すようにＰＥＴフィルムの表面を指で押すことにより、ＩＴＯ透明電極同士が接触しスイッチ機能として働く仕組みになっている方式が一般的である。
【特許文献】
特許登録出願平成１０年第１２１８３８号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って上記従来技術の方式では、ＩＴＯ透明電極同士が直接接触し擦れるため、経年変化で電極の接触抵抗が上がり入力不良が発生する。更に図２で示すように指でＰＥＴフィルムを押す為、局部的にＰＥＴフィルムが引っ張られ表面に凹凸が発生し、外観不良や入力不良が発生する。
そこで本発明の目的は、ＩＴＯ透明電極膜の劣化を削減し、経年変化の少ない信頼性の高いデジタル式タッチパネル装置を実現することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
タッチパネル部と制御部から構成される静電容量型デジタル式タッチパネルであって、前記タッチパネル部はＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜により、信号パターンとＧＮＤパターンが印刷された複数の透明シート電極よりなり、前記制御部は周波数が可変可能な発振回路と、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が設けられ、前記複数の透明シート電極のいづれかに操作者が触れた時の静電容量の変化を前記制御部で判断し、スイッチ機能と前記複数設けられている透明シートのうちどの透明シートが押圧されたかを判断する静電容量型デジタル式タッチパネル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、タッチパネル部と制御部から構成されている。
タッチパネル部は、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シートと、その透明電極シートを図３に示すように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】
透明電極シートの構成は、信号パターンとＧＮＤパターンから出来ている。
信号パターンは、図４に示すように人の指が隠れるくらいの円又は四角形でスイッチ電極を形成し、その信号を取り出すためのリードパターンと、制御基板と接続するための信号端子から構成される。またＧＮＤパターンも同様に、スイッチ電極以外の余白部分を均一なＧＮＤ電極とし、制御基板と接続するためのＧＮＤ端子を設ける。
【０００７】
制御部は、周波数が可変出来る発振回路と、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から構成する。
このデジタル型静電容量方式タッチパネルの動作原理を図５にそって説明する。
まず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。
【０００８】
次に発振部では、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発振回路で構成されている。発振周波数は、一般的なＣＰＵで測定可能な１００ｋＨｚ程度とする。
次に制御部では、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常時スイッチ▲１▼から順番にスイッチ▲２▼、スイッチ▲３▼と測定する。スイッチ▲２▼とスイッチ▲３▼には周波数に変化がなく、指が近づいたスイッチ▲１▼だけの静電容量が増加し周波数が低下する。
【０００９】
この原理により指が、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立できタッチパネルとして動作可能となる。
即ち、抵抗膜型デジタル式タッチパネルは、表面のＰＥＴフィルムが押されＩＴＯ透明電極同士が直接接触して、初めてスイッチとして動作する。
そこで直接電極同士が接触しなくともスイッチとして動作出来る、静電容量結合方式を提案するものである。
【００１０】
【作用】
即ち本発明のように構成すれば、スイッチ電極に直接触ることがないため、ＩＴＯ透明電極同士を接触させることなくスイッチとして働き、ＩＴＯ透明電極同士の摩耗による接触不良をなくすことが出来る。更に指でＰＥＴフィルムを押して伸縮させないため、ＩＴＯ透明電極膜の劣化を削減し信頼性の高い静電容量型デジタル式タッチパネルが動作可能となる。
【００１１】
【実施例】
まず透明電極シートの構造は、図６に示した通りスイッチ電極の直径を２ｍｍとし、リードパターンの幅を２ｍｍとし信号端子に接続する。その他余白の部分は、全てＧＮＤする。ＧＮＤパターンは、この方式を実現する上で非常に重要な３つの役割を果たす。
【００１２】
まず第１の役割は、スイッチ電極のエリアを特定する。ＧＮＤパターンがなくスイッチ電極だけでこのシステムを動作させると、ガラス板やアクリル板が誘電体のため、スイッチ電極以外の余白部分を指でタッチしても、全部のスイッチ電極に静電容量の変化が発生し、何処のスイッチをタッチしたか判別が付かなくなる。
【００１３】
第２の役割は、手のひら効果を削減し誤入力をなくす。静電結合方式には指先でスイッチ▲２▼を触っても手のひらが隣のスイッチ電極▲３▼に近づいてしまうと謝って▲２▼▲３▼両方とも入力してしまう欠点がある。これは指先よりも手のひらの方が面積が大きいため、静電容量変化も大きくなり、電極にタッチしたと勘違いする手のひら効果現象である。この手のひら効果をなくすためには、スイッチの入力可能範囲を決めることで対処する。スイッチ電極の直径を２０ｍｍとし余白を５ｍｍ設け直径３０ｍｍの均一なＧＮＤパターンとする。スイッチ電極の直径を２ｍｍにすれば結合面積が指先と手のひらが同等になり、手のひらの方が電極との距離が離れているため容量変化が非常に少ない。これにより手のひら効果をキャンセルすることが出来る。
【００１４】
第３の役割は、リードパターンに指が触れても信号として認識しないためのキャンセルパターンである。リードパターン幅を２ｍｍとし不感体を両方に１ｍｍずつその他の部分をＧＮＤパターンとする。この間隔にすると、指がリードパターンとＧＮＤパターン両方をまたぐため、静電容量変化がほんの僅かで、スイッチ電極をタッチしたときと比べると無視できる値となり、静電容量変化をキャンセルすることが可能となる。
【００１５】
次に図７の回路図にそってスイッチの特定方法について説明する。図７は図５の等価回路を表している。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ー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１００ｋＨｚ程度の発振周波数が必要なため、抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、Ｒ２＝６８ｋΩ、Ｃ１＝１００ｐＦでマルチバイブレーターで発振する回路を構成した。
Ｃ２のコンデンサは、直径２０ｍｍ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。
【００１６】
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。
【００１７】
この原理を応用し、図８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。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＩＴＯ透明電極同士を接触させないため、経年変化や接触抵抗の変化による入力不良が無くなり信頼性の高いタッチパネルが実現できる。
併せて、表面がアクリル板やガラス板のため、割れてケガをする場合には、アクリル板を搭載することで今まで使えなかった場所でも使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】抵抗膜型デジタル式タッチパネルの構造図
【図２】抵抗膜型デジタル式タッチパネルのスイッチ機構
【図３】静電容量型タッチパネルの構造図
【図４】透明電極シートの構成図
【図５】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６】透明電極シートのパターン図
【図７】静電容量型デジタル式タッチパネルの等価回路
【図８】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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【図８】
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