(57)【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、ガラス板やアクリル板等の誘電体の裏面に、絶縁フィルムの表面と裏面の対向する位置にＩＴＯ膜や銀ペースト印刷によるスイッチ電極が配置された電極シートを設けた構造を成しており、前記制御部は、前記スイッチ電極のＯＮとＯＦＦの判定をする閾値を記憶するＲＯＭと、前記スイッチ電極を順番に接続できるスイッチ電極切り替え回路と、前記スイッチ電極切り替え回路で選択されたスイッチ電極の静電容量変化による周波数変化を出力可能な発振回路と、前記発振回路からの1周期の周波数の出力波形の幅をクロックでカウントするインプットキャプチャ機能を内蔵するマイクロコントローラとからなり、前記タッチパネル部の複数のスイッチ電極の静電容量変化の信号を検出する際に、検出するスイッチ電極を前記スイッチ電極切り替え回路によって、一つずつ順次選択し、選択されたスイッチ電極以外をＧＮＤとした上で、前記発振回路からの周波数を前記マイクロコントローラのインプットキャプチャ機能にて計測して数値化する処理を行い、データとして取り込み、操作者がスイッチ電極に触れた時の静電容量の変化で、スイッチ機能として押圧されたか判断し、前記表裏対向する位置に設けられたスイッチ電極のそれぞれの静電容量の差を、差分データとし、前記閾値とを比較してスイッチ電極のＯＮとＯＦＦとの判定を行うことを特徴とする静電容量型デジタル式タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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したタッチパネルのスイッチ動作に関して、安定した情報の入力を可能にするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電容量型デジタル式タッチパネルでは、図１に示すようにＰＥＴフィルム１の上にＩＴＯ膜や銀ペースト印刷によりスイッチ電極２を形成したシートを、図２に示すようにガラスやアクリル板等の誘電体３の裏に貼り付けたものを、図３に示すパネル部４とし、複数のスイッチ電極が接続されたスイッチ電極切り替え回路にて、各スイッチ電極と発振回路を１対１で接続し、スイッチ電極の静電容量の変化を、発振回路を介して、周期の時間をカウンタで取り込むインプットキャプチャ機能で計測することで周波数の変化を判断する制御部５があり、スイッチ電極２に操作者の指が接触していない時の周波数から、スイッチ電極２に触った時の周波数の変化でＯＮ／ＯＦＦ判断を行うが、制御部５にて検出する静電容量の値は安定的なものではなく、パネル部４や制御部５の温度や設置場所の環境変化によって大きく変動するので、その変動を吸収するための補正処理が制御部内で絶えず必要となり、補正処理を超えた変化が発生した場合には誤動作の原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って上記従来技術の方式では、タッチパネルに操作者の指が接触した場合に変化する静電容量変化を検出してスイッチとしてのＯＮ／ＯＦＦ動作を行うが、初期段階で操作者の指が接触していない時の静電容量を取得していなければ、静電容量変化が把握出来ない事になる。従って例えば、電源投入時に操作者の指がタッチパネルに接触していた場合には、その後の検出で静電容量変化は発生しないので操作者の指が接触していることが判別出来ずＯＮとならない。またタッチパネルの静電容量検出時に急激な温度変化等が発生すれば静電容量変化が発生し、操作者の指がタッチパネルに接触していないのにあたかも接触したかのように誤った判別を行いスイッチがＯＮとなる。また緩やかな温度変化でも時間経過でかなりの静電容量変化となるので、通常は補正処理で温度の変化量を差し引く処理を行うが、ゆっくり操作者の指をタッチパネルに接触させた場合も緩やかな静電容量変化となり補正処理により、静電容量変化が無視される事で操作者の指がタッチパネルに接触したにもかかわらずスイッチがＯＮとならない等の問題があった。
そこで本発明の目的は、タッチパネルを押した場合に変化する静電容量変化を安定したスイッチ動作としてＯＮ／ＯＦＦを検出し、さらには消費電力の低減やスイッチ動作の機能拡大を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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、ガラス板やアクリル板等の誘電体の裏面に、絶縁フィルムの表面と裏面の対向する位置にＩＴＯ膜や銀ペースト印刷によるスイッチ電極が配置された電極シートを設けた構造を成しており、前記制御部は、前記スイッチ電極のＯＮとＯＦＦの判定をする閾値を記憶するＲＯＭと、前記スイッチ電極を順番に接続できるスイッチ電極切り替え回路と、前記スイッチ電極切り替え回路で選択されたスイッチ電極の静電容量変化による周波数変化を出力可能な発振回路と、前記発振回路からの1周期の周波数の出力波形の幅をクロックでカウントするインプットキャプチャ機能を内蔵するマイクロコントローラとからなり、前記タッチパネル部の複数のスイッチ電極の静電容量変化の信号を検出する際に、検出するスイッチ電極を前記スイッチ電極切り替え回路によって、一つずつ順次選択し、選択されたスイッチ電極以外をＧＮＤとした上で、前記発振回路からの周波数を前記マイクロコントローラのインプットキャプチャ機能にて計測して数値化する処理を行い、データとして取り込み、操作者がスイッチ電極に触れた時の静電容量の変化で、スイッチ機能として押圧されたか判断し、前記表裏対向する位置に設けられたスイッチ電極のそれぞれの静電容量の差を、差分データとし、前記閾値とを比較してスイッチ電極のＯＮとＯＦＦとの判定を行うことを特徴とする静電容量型デジタル式タッチパネル。
【発明の効果】
【０００５】
以上説明したように、本発明によれば静電容量結合のタッチパネルにおいて、スイッチ電極を二重構造にして順番に静電容量変化を検出する事により差分をとることで、装置に加わる温度変化等の環境変化に対する変動を吸収する。また、面倒な信号補正を必要とせずに簡単にＯＮ／ＯＦＦ判断が出来るようになり、かつ電源投入時より操作者の指が接触している事が判別可能となることで必要な時にのみ動作し、それ以外は停止出来るので消費電流の低減も可能な信頼性の高い入力装置が実現できる。また裏側にさらに誘電体を貼り合わせて電極シートをサンドイッチの構成にすると表裏どちらから接触したかの判定も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の構成は、図１０に示すタッチパネル部４と制御部５から構成されている。
タッチパネル部４は、図５、６、８、９で示すように、絶縁性フィルム１の表と裏の対向する位置に、ＩＴＯ膜や銀ペースト印刷で形成された電極６、７、８、９及び電極１６から電極２１を設けた電極シートをガラス板やアクリル板等の誘電体に接着剤等で貼り付けた構造となっている。
電極シートの電極６、８、１０は、操作者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信号端子１２が、制御部５に設けられているスイッチ電極切り替え回路１３に接続されている。
【０００７】
制御部５は、スイッチ電極１６からスイッチ電極２１が順番に接続できるスイッチ電極切り替え回路１３、スイッチ電極切り替え回路１３で選択されたスイッチ電極の静電容量変化を、周波数が可変出来る発振回路１４、発振回路１４からの周波数の波形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マイクロコントローラ１５がある。マイクロコントローラ１５内にはＣＰＵが設けられており、図示しないメモリに格納された制御プログラムを実行して、Ｉ／Ｏを介してスイッチ電極切り替え回路１３を制御し、発振回路１４からの周波数の波形幅を、図示しないインプットキャプチャ機能のカウンタから得られたカウントの数値を判断し、結果をスイッチのＯＮ／ＯＦＦデータとして、例えばシリアル通信を介してデータを外部機器（図示せず）へ送出する構成となっている。
通常インプットキャプチャ機能は発振周波数の波形幅を入力の周波数の１周期のタイミングでＣＰＵの動作速度を決定する図示しないＣＰＵクロックのクロック数をカウンタにてカウントして保持する。
【０００８】
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簡単に説明する。
まず通常、スイッチ電極１６からスイッチ電極２１の各スイッチ電極と、スイッチ電極切り替え回路１３、発振回路１４の設計によって決まる一定の周波数が発生している。このときの発振回路１４の周波数は、一般的なインプットキャプチャ機能が内蔵されたマイクロコントローラ１５で周波数の波形幅が、測定可能な１００ｋＨｚ程度とする。この状態で操作者の指がスイッチ電極１６、１８、２０の上に近づくと、スイッチ電極１６、１８、２０の静電容量が増加する。それは、人間は元々静電容量が１００ｐＦ程度持った導体であり、スイッチ電極１６、１８、２０に導体である操作者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からである。
次に発振回路１４は、増加した静電容量の変化を検知し、静電容量の増加に追従して周波数が変化する発振回路で構成されている。
【０００９】
次に制御部５では、スイッチ電極１６から電極２１をスイッチ電極切り替え回路１３によって、一つずつ選択し、選択されたもの以外の電極をＧＮＤへ接続したうえで、スイッチ電極切り替え回路１３で選択されたスイッチ電極の静電容量変化による周波数の変化を出力可能な発振回路１４からの出力波形の幅を計測できるマイクロコントローラ１５に内蔵されたインプットキャプチャ機能、すなわち、発振回路１４からの出力波形を入力し、出力波形の１周期の間にＣＰＵクロックが何クロック経過したかをカウントして計測する機能を利用して、周波数を測定して数値化しマイクロコントローラ１５内の図示しない一時的な記憶領域としてのＲＡＭに記憶していく。次にスイッチ電極に操作者の指が近づいた時には、二重構造の操作者の指に近い方のスイッチ電極１６、１８、２０は静電容量が増加し、周波数が低下し、インプットキャプチャ機能で数値化される値は増加するが、スイッチ電極１７、１９、２１を選択した場合、操作者の指との間にスイッチ電極１６、１８、２０が存在し、かつＧＮＤへと接続されている事になるので操作者の指による静電容量の変化が発生しない。
【００１０】
ここで、タッチパネル部４に操作者の指が接触していない時には、スイッチ電極１６からスイッチ電極２１の周波数の変化は上下のペアでは等しく、例えばスイッチ電極１６、１７では、ＣＰＵクロックを１０ＭＨｚとした場合に、１００ＫＨｚの周波数をインプットキャプチャ機能でカウントすると１００カウントとなり、これを１００回加算すれば１００００カウントになる。この計測環境で、操作者の指がスイッチ電極に接触した時に変化する静電容量による周波数の変化が１ＫＨｚぐらいならば、１００ＫＨｚに対して１％の変化でインプットキャプチャ機能では１００カウントの変化として計測可能となる。このときスイッチ電極１６では１０１００カウントとなるが、スイッチ電極１６に遮蔽されたスイッチ電極１７は１００００カウントのままとなるので単純な差分で操作者の指の接触による静電容量の変化量が１００カウント発生したと判断出来る。
【００１１】
スイッチ電極１６と１７、スイッチ電極１８と１９、スイッチ電極２０と２１の数値化された値の差の差分データは、マイクロコントローラ１５内の図示しない一時的な記憶領域としてのＲＡＭに記録したうえで、スイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦ判定は、タッチパネル部４に操作者の指が接触した時の接触面積や操作者の指の動きやノイズ等でも差分データが変動する事になるので、差分データに対して、マイクロコントローラ１５内の図示しない記憶領域のＲＯＭ上に記録された一つの閾値でスイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦを決定すると、微少な変動での差分データの変化によってはスイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦを繰り返してしまう事態が発生するので、スイッチ電極のＯＮを判断する閾値とは別に、スイッチ電極のＯＦＦを判断する閾値を用意してＲＯＭ上に記録しておく。例えば、ＣＰＵはＲＯＭ上からスイッチ電極のＯＮと判断する閾値とスイッチ電極のＯＦＦと判断する閾値を読み出して差分データと比較し、スイッチ電極のＯＮと判断する閾値を７０、スイッチ電極のＯＦＦと判断する閾値を３０とするとＣＰＵは差分データが７０以上となった時にスイッチ電極のＯＮと判断し、それ以降は差分データが３０以下にならないとスイッチ電極がＯＦＦにならないようにする。以上により操作者の指が、パネル部４のスイッチ電極２の上を触ったかが判断出来、安定したスイッチ機能として動作可能となる。
【００１２】
即ち本発明のようにすれば、重なったスイッチ電極の周波数変化の差を算出するだけでスイッチとして働き、スイッチ電極の信号処理を行う共通回路や電極における温度変化における周波数変動も無視でき、静電容量型デジタル式タッチパネルにおいて、簡単な制御で安定した動作をさせる事が可能となる。
【実施例】
【００１３】
まずタッチパネル部４について説明する。通常、図１に示すようにスイッチとして必要な個数、必要なサイズのスイッチ電極２をＰＥＴフィルム１の上にＩＴＯ膜や銀ペーストにて印刷を行った電極シートを、図２に示す様にガラスやアクリル等の誘電体３の下へ貼り付ける。ここで貼り付ける電極シートのスイッチ電極を図４に示すように二重構造にする方法として、重ねるスイッチ電極同士の特性は同一である必要があるので、一つは図５に示すようにスイッチ電極６と同じスイッチ電極７を設けた電極シートを、ＰＥＴフィルム１の下から貼り付ける事で実現する。次に図６に示す様に、同一ＰＥＴフィルム１の裏表に同じ形状のスイッチ電極８、９をＩＴＯ膜や銀ペーストにて印刷する事で実現する。
図７に示す様に、ＰＥＴフィルム１の片面に線対称でスイッチ電極１０、１１をＩＴＯ膜や銀ペーストにて印刷し、図８に示すようにスイッチ電極が外側になるように線対称の部分で折り返して貼り合わせるか、図９に示す様にスイッチ電極が内側になるように線対称の部分で折り返し間に別途ＰＥＴフィルム１を挿入して貼り合わせる事で実現する。以上の方法で形成した二重構造の電極シートを誘電体３に貼り付ける事でパネル部４を構成する。
【００１４】
次に図１０、１１に従って制御部５の動作を説明する。タッチパネル部４には誘電体３の下には、スイッチ電極１６、１８、２０が設けられており、この電極にちょうど隠れる位置にスイッチ電極１７、１９、２１が配置されている。これに対してマイクロコントローラ１５内のＣＰＵは図示しない制御プログラムに従ってＩ／Ｏよりの出力でスイッチ切り替え回路１３に対して、まずスイッチ電極１６を発振回路１４へ接続し、さらに残りのスイッチ電極１７から電極２１までの全てをＧＮＤへと接続させる。接続後、発振回路１４より出力される周波数をマイクロコントローラ１５内の図示しないインプットキャプチャ機能にて数値化する。通常インプットキャプチャ機能は周波数の波形幅を入力の周波数の１周期のタイミングでＣＰＵの動作速度を決定する図示しないＣＰＵクロックのクロック数をカウンタにてカウントして保持する。
【００１５】
例えば、ＣＰＵクロックを１０ＭＨｚとした場合に１００ＫＨｚをインプットキャプチャ機能でカウントすると１００カウントとなり、これを１００回加算すれば１００００カウントになる。この計測環境で操作者の指が接触した時に変化する静電容量による周波数の変化が１ＫＨｚぐらいならば、１００ＫＨｚに対して１％の変化でインプットキャプチャ機能では１００カウントの変化として計測可能となる。従ってスイッチ電極１１では、操作者の指が接触していない時に１００００カウント、接触した時に１０１００カウントとなる。
【００１６】
次にマイクロコントローラ１５は、スイッチ電極１７を発振回路１４へ接続し、さらに残りのスイッチ電極全てをＧＮＤへと接続する。接続後、発振回路１４より出力される周波数をマイクロコントローラ１５内の図示しないインプットキャプチャ機能にて同様に数値化する。この時、図１１に示す様に操作者の指が接触する側は、スイッチ電極１６で遮蔽されておりＧＮＤとなっているので、操作者の指の接触による静電容量変化は遮断され、スイッチ電極１７へ伝わらないので、同一回路を使用している同じ特性のスイッチ電極１６の操作者の指が接触していないときの周波数と同じとなり数値化された値は１００００カウントとなる。以下同様に全てのスイッチ電極の周波数を数値化してマイクロコントローラ１５内に取り込む。
【００１７】
次に重なったスイッチ電極同士であるスイッチ電極１６と１７、スイッチ電極１８と１９、スイッチ電極２０と２１の数値化された値の差を計算し、それぞれのスイッチ電極の差分データとしてマイクロコントローラ１５内の図示しない一時的な記憶領域としてのＲＡＭに保持する。ここで仮に、スイッチ電極や回路に対して温度変化が起こる事で静電容量が変化し、例えばスイッチ電極１６が１０５００カウントになったとしても、当然条件が同じスイッチ電極１７も１０５００カウントとなるのでカウントの差分データは操作者の指が接触していないときは０であり、操作者の指が接触した場合にスイッチ電極１６側だけに静電容量変化が起こり１０６００カウントになるのでカウントの差分データは接触時に１００となる。
【００１８】
算出した差分データを使用して安定したスイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦを判定する為に、スイッチ電極毎に、事前にスイッチ電極のＯＮと判定する閾値と、スイッチ電極のＯＦＦと判定する閾値を、操作者の指が接触したときの差分データより決定し、マイクロコントローラ１５内の記憶領域としてＲＯＭ上に記録しておく。例えば重なったスイッチ電極１６、１７において、スイッチ電極がＯＮと判定する閾値を７０、スイッチ電極が、ＯＦＦと判定する閾値を３０とすると、操作者の指が接触する課程で差分データは０から１００へ増加することになるので、この差分データとスイッチ電極のＯＮとする閾値をＣＰＵが比較して差分データがスイッチ電極のＯＮとする閾値より大きくなった場合に、ＣＰＵがスイッチ電極のＯＮと判断する。次に事前に設定したスイッチ電極のＯＮとする閾値より小さく設定されたスイッチ電極のＯＦＦとする閾値をＣＰＵが差分データと比較して、差分データのほうが小さくなった時点で、スイッチ電極をＯＦＦと判断する。一度スイッチ電極をＯＮと判断した後は、スイッチ電極のＯＮとする閾値より小さくなってもスイッチ電極をＯＮとしての判断を保持し、スイッチ電極をＯＦＦとする閾値より小さくなった時点で初めてスイッチ電極のＯＦＦとＣＰＵが判断する事で、操作者の指のぶれ等による接触状態の変化があっても安定したスイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦを判断出来る。
【００１９】
ここで、スイッチ電極をＯＮとする閾値や、スイッチ電極をＯＦＦとする閾値は人間の入力操作感により決定される値であり、閾値の差を小さくすればスイッチ電極のＯＮ／ＯＦＦの反応が良くなり、スイッチ電極をＯＮとする閾値を小さくすると、軽い接触でスイッチ電極がＯＮする等の状況に応じた閾値を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来静電容量型タッチパネルの電極シート図
【図２】従来静電容量型タッチパネルのパネル部構成図
【図３】従来静電容量型タッチパネルのシステム構成図
【図４】二重スイッチ電極概念図
【図５】二重スイッチ電極パネル部構成図
【図６】二重スイッチ電極パネル部構成図
【図７】二重スイッチ電極概念図
【図８】二重スイッチ電極パネル部構成図
【図９】二重スイッチ電極パネル部構成図
【図１０】静電容量型タッチパネルのシステム構成図
【図１１】二重スイッチ電極検出時概念図
【符号の説明】
【００２１】
１  絶縁性フィルム
２  スイッチ電極
３  誘電体
４  パネル部
５  制御部
６  スイッチ電極
７  下側スイッチ電極
８  スイッチ電極
９  下側スイッチ電極
１０  スイッチ電極
１１  下側スイッチ電極
１２  パネル部接続端子
１３  スイッチ電極切り替え回路
１４  発振回路
１５  マイクロコントローラ
１６  指接触側スイッチ電極
１７  重なり下側スイッチ電極
１８  指接触側スイッチ電極
１９  重なり下側スイッチ電極
２０  指接触側スイッチ電極
２１  重なり下側スイッチ電極
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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