JP4846834B2 - Capacitive touch panel - Google Patents
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Description
本発明は、指などの入力操作体が接近して浮遊容量が増大する検出電極の配置位置から入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルに関し、更に詳しくは、入力操作を待機している間に電力消費量の少ないスリープモードで動作する静電容量式タッチパネルに関する。 The present invention relates to a capacitive touch panel that detects an input operation position from an arrangement position of a detection electrode in which stray capacitance increases when an input operation body such as a finger approaches, and more specifically, while waiting for an input operation. The present invention also relates to a capacitive touch panel that operates in a sleep mode with low power consumption.
電子機器のディスプレーに表示されたアイコンなどを指示入力するポインティングデバイスとして、指などの入力操作体が入力操作面に接近することによる静電容量の変化を利用し、非接触で入力操作位置を検出し、ディスプレーの背面側に配置しても入力操作を検出可能な静電容量式タッチパネルが使用されている。 As a pointing device for pointing and inputting icons, etc. displayed on the display of electronic devices, the input operation position is detected in a non-contact manner using the change in capacitance caused by the input operation body such as a finger approaching the input operation surface. However, a capacitive touch panel that can detect an input operation even if it is arranged on the back side of the display is used.
従来の静電容量式タッチパネルは、多数のX側電極とY側電極を絶縁基板の表裏で交差するようにマトリックス状に形成し、指などの入力操作体を接近させた付近で、交差する各X側電極とY側電極間の静電容量が変化することから、入力操作体による絶縁基板への操作位置を検出していた(特許文献1)。 In the conventional capacitive touch panel, a large number of X-side electrodes and Y-side electrodes are formed in a matrix shape so as to intersect each other on the front and back of the insulating substrate, and each of the intersections in the vicinity where an input operation body such as a finger is brought close Since the capacitance between the X-side electrode and the Y-side electrode changes, the operation position on the insulating substrate by the input operation body has been detected (Patent Document 1).
この静電容量式タッチパネル100では、図7に示すように、多数のY側電極101に順次、所定のパルス電圧を印加して走査し、各Y側電極101にパルス電圧を印加している間に、パルス電圧が印加されたY側電極101と交差する各X側電極102の電圧を検出する。指などの入力操作体を絶縁基板へ接近させると、入力操作体が接近する位置で交差するX側電極102とY側電極101間の静電容量が変化することから、制御手段103は、静電容量の変化で電圧が変化したX側電極102と、その時にパルス電圧を印加したY側電極101の配置位置によって、入力操作体の絶縁基板への入力操作位置を検出する。
In this
しかしながら、静電容量の変化から入力操作を検出するためには、多数のY側電極101に順次、所定のパルス電圧を印加する必要があり、入力操作が行われていない待機中にも、所定のパルス電圧を継続して発生させることから電力消費量が大きく、バッテリーがすぐに消耗してしまうので、携帯電話機などのポータブル機器のポインティングデバイスとして用いることはできなかった。
However, in order to detect an input operation from a change in capacitance, it is necessary to sequentially apply a predetermined pulse voltage to a large number of Y-
そこで、一定期間入力操作がなかった場合に、入力操作位置を検出する入力操作位置検出手段の動作を停止させるスリープモードに移行し、スリープモードでは入力操作を検出する入力判定手段のみ動作させ、入力操作を検出した場合に入力操作位置検出手段を再び動作させるノーマルモードに復帰する静電容量式センサが提供されている(特許文献2)。 Therefore, when there is no input operation for a certain period, the operation shifts to the sleep mode in which the operation of the input operation position detection means for detecting the input operation position is stopped, and in the sleep mode, only the input determination means for detecting the input operation is operated and input There is provided a capacitance type sensor that returns to a normal mode in which an input operation position detecting means is operated again when an operation is detected (Patent Document 2).
この静電容量式センサ200を、図8を用いて説明すると、入力操作を行う操作ボタン201の底面側に変位電極202が固着され、変位電極202と対向する絶縁基板203上に、扇状の容量素子用電極E1〜E4(E1、E2のみ図示)が90度間隔に、その周囲にリング状に復帰スイッチ用電極E11、E12が互いに絶縁して配設されている。
The
入力操作位置を検出するノーマルモードでは、容量素子用電極E1〜E4に周期信号が入力され、操作ボタン201が入力操作位置の方向に傾斜して押し下げられることから、変位電極202と容量素子用電極E1〜E4との間で構成される容量素子C1〜C4の静電容量値の変化を検出し、操作ボタン31に対して加えられた力の方向を示す入力操作位置が検出される。
In the normal mode in which the input operation position is detected, a periodic signal is input to the capacitive element electrodes E1 to E4, and the
また、一定期間、容量素子C1〜C4の静電容量値が変化しない場合には、操作ボタン201への入力操作が行われていないものとして、容量素子用電極E1〜E4への周期信号の入力が停止し、復帰スイッチ用電極E11、E12間の接触のみを検出するスリープモードに移行する。従って、このスリープモードでの電力消費量は低減される。入力操作を待機しているスリープモードで、操作ボタン201を押し下げる入力操作があると、どの方向に操作ボタン201が傾斜して押し下げられても、周囲にリング状に復帰スイッチ用電極E11、E12間が変位電極202を介して接続し、入力操作が検出されノーマルモードに復帰する。
In addition, when the capacitance values of the capacitive elements C1 to C4 do not change for a certain period, it is assumed that the input operation to the
特許文献1により開示されている静電容量式タッチパネル100は、指などの入力操作体を静電容量の変化から検出する為に、多数の電極へ順次所定のパルス電圧を印加する走査が必要であり、電力消費量が大きく、限られた電池容量で動作する携帯機器に備えることができない。
The
入力操作を待機しているスリープモードで、多数の電極へパルス電圧を印加する走査を間欠動作で実行し、電力消耗を図ることも考えられるが、多数の電極に順にパルス電圧を印加し、更に、個々のパルス電圧を印可した電極毎に、その電極に交差する電極との静電容量の変化を検出しなければならないために入力操作の検出を短時間で行うことができず、入力操作を確実に検出する例えば100msecの周期内で、充分な休止時間をとることができず、電力消費をおさえることができなかった。 In sleep mode waiting for input operation, it is conceivable to perform a scan to apply a pulse voltage to a large number of electrodes in an intermittent operation to reduce power consumption, but apply a pulse voltage to a large number of electrodes in order, For each electrode to which an individual pulse voltage is applied, it is necessary to detect a change in electrostatic capacitance with the electrode intersecting with the electrode, so the input operation cannot be detected in a short time. For example, a sufficient pause time could not be taken within a period of 100 msec for reliable detection, and power consumption could not be reduced.
特許文献2に開示されている静電容量式センサ200は、スリープモードでの入力操作の検出をするために、操作ボタン201を押し下げて復帰スイッチ用電極E11、E12間を接続するメカニカルスイッチを設けているものであり、非接触での入力操作を検知できないので、表示素子などの下方に配置することができない。
In order to detect an input operation in the sleep mode, the
また、入力操作位置を検出する容量素子用電極E1〜E4の他に、入力操作を検知するための復帰スイッチ用電極E11、E12を別に配置する必要があり、更に、操作ボタン201のいずれの入力操作位置が入力操作であっても検知しなければならないてので、容量素子用電極E1〜E4の周囲をリング状に囲って復帰スイッチ用電極E11、E12を配置するので、全体が大型化するという問題があった。
In addition to the capacitive element electrodes E1 to E4 for detecting the input operation position, return switch electrodes E11 and E12 for detecting the input operation need to be separately arranged, and any input of the
従って、非接触で入力操作を検出する静電容量式タッチパネルには、入力操作を行わない待機中にスリープモードとしてバッテリーの消耗を防ぐことが望まれているにも関わらず、短時間に非接触の入力操作を検知する手段がないので、低消費電力のスリープモードで入力操作を待機する静電容量式タッチパネルは実現できなかった。 Therefore, a capacitive touch panel that detects an input operation in a non-contact manner is in a non-contact state in a short time even though it is desired to use a sleep mode during standby when no input operation is performed to prevent battery consumption. Since there is no means for detecting the input operation, a capacitive touch panel that waits for the input operation in the low power consumption sleep mode cannot be realized.
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、短時間に非接触の入力操作を検出でき、従って、入力操作の待機中に低消費電力のスリープモードで動作可能な静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and can detect a non-contact input operation in a short time, and therefore can operate in a low power consumption sleep mode while waiting for the input operation. An object is to provide a capacitive touch panel.
また、ノーマルモードで入力操作位置を検出する為の検出電極を用いて、スリープモードで入力操作を検出する静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a capacitive touch panel that detects an input operation in a sleep mode using detection electrodes for detecting an input operation position in a normal mode.
上述の目的を達成するため、請求項1の静電容量式タッチパネルは、絶縁パネル上に互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、前記複数の検出電極の少なくとも一つの検出電極の浮遊容量の増加から、入力操作体が接近した入力操作が行われたと判定する入力判定手段と、前記複数の検出電極の各検出電極毎の浮遊容量の変化を比較し、特定の検出電極に入力操作体が接近した入力操作位置を検出する入力操作位置検出手段とを備え、前記入力操作位置検出手段が連続動作するノーマルモードと、前記入力操作位置検出手段が休止し、かつ前記入力判定手段が間欠動作するスリープモードとの間を遷移する静電容量式タッチパネルであって、
前記各検出電極毎に、更に、前記各検出電極の浮遊容量と直列若しくは並列に接続する抵抗と、前記抵抗の抵抗値と前記各検出電極の浮遊容量とで定まる定数で、所定の基準時(t0)から浮遊容量を充電若しくは放電し、前記各検出電極の電位を第1電位と第1電位より高い第2電位との間で引き上げ若しくは引き下げる充放電回路と、前記各検出電極の電位と、第1電位と第2電位との間に設定した基準電位とを比較し、基準時(t0)での前記各検出電極の電位が前記充放電回路による引き上げ若しくは引き下げに伴って基準電位を越えた際に反転する二値信号を出力する比較回路とを備え、前記各検出電極毎の比較回路から出力される前記二値信号について、それぞれ、前記各検出電極への入力操作を行わない場合の基準時(t0)から前記二値信号が反転するまでの各第1経過時間と、前記各検出電極への入力操作により入力操作体が接近した場合の基準時(t0)から前記二値信号が反転するまでの各第2経過時間とを検出しておき、前記入力判定手段は、前記各検出電極毎に、基準時(t0)から前記各第1経過時間の経過後で前記各第2経過時間の経過前の所定時を前記二値信号の反転状態を判定する判定時として定め、いずれかの前記比較回路から出力される前記二値信号が判定時に反転していない場合に、入力操作が行われたと判定し、前記入力操作位置検出手段は、前記各検出電極毎の比較回路から出力される前記二値信号に基づいて、基準時(t0)から前記二値信号が反転するまでの各経過時間を比較し、特定の検出電極に入力操作体が接近した入力操作位置を検出し、ノーマルモード中に、前記入力操作位置検出手段が入力操作位置を検出する検出周期より充分に長い所定期間に、入力操作が行われたことを検出しない場合に、全ての前記充放電回路及び前記比較回路と前記入力判定手段が間欠動作するスリープモードに移行し、スリープモード中に、前記入力判定手段が入力操作が行われたと判定した場合に、全ての前記充放電回路及び前記比較回路と前記入力操作位置検出手段が連続動作するノーマルモードに移行することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, a capacitive touch panel according to
Further, for each detection electrode, a constant determined by a resistance connected in series or in parallel with the stray capacitance of each detection electrode, a resistance value of the resistance, and a stray capacitance of each detection electrode, and a predetermined reference time ( a charge / discharge circuit that charges or discharges the stray capacitance from t0) and raises or lowers the potential of each detection electrode between a first potential and a second potential higher than the first potential; and the potential of each detection electrode; The reference potential set between the first potential and the second potential is compared, and the potential of each detection electrode at the reference time (t0) exceeds the reference potential as it is pulled up or pulled down by the charge / discharge circuit. A comparison circuit that outputs a binary signal that is inverted at the time, and for each of the binary signals output from the comparison circuit for each detection electrode, a reference for not performing an input operation to each detection electrode, respectively Time (t0) The first elapsed time until the binary signal is inverted, and the time from the reference time (t0) when the input operation body approaches by the input operation to each detection electrode until the binary signal is inverted. A second elapsed time is detected in advance, and the input determining means detects, for each of the detection electrodes, after the passage of the first elapsed time from the reference time (t0) and before the passage of the second elapsed time. A predetermined time is defined as a determination time for determining the inversion state of the binary signal, and it is determined that an input operation has been performed when the binary signal output from any of the comparison circuits is not inverted at the time of determination. The input operation position detecting means compares each elapsed time from the reference time (t0) until the binary signal is inverted based on the binary signal output from the comparison circuit for each detection electrode. An input operation in which the input operating body is close to a specific detection electrode When the position is detected and the input operation position detection means does not detect that the input operation has been performed for a predetermined period sufficiently longer than the detection cycle in which the input operation position is detected. When the discharge circuit and the comparison circuit and the input determination unit shift to a sleep mode where the input determination unit operates intermittently and the input determination unit determines that an input operation has been performed during the sleep mode, all the charge / discharge circuits and the The comparison circuit and the input operation position detecting means shift to a normal mode in which the operation is continuous .
検出電極の電位は、基準時t0から検出電極の浮遊容量を充電若しくは放電した後、抵抗の抵抗値と検出電極の浮遊容量とで定まる定数が大きいほど緩やかに上昇若しくは下降するので、基準時t0から基準電位を越えるまでの時間が長くなり、各検出電極毎の比較回路は、検出電極の浮遊容量の大きさに応じて、基準時t0から反転するまでの経過時間が変化する二値信号を出力する。 The potential of the detection electrode gradually increases or decreases as the constant determined by the resistance value of the resistance and the floating capacitance of the detection electrode increases after charging or discharging the floating capacitance of the detection electrode from the reference time t0. The time until the reference potential is exceeded becomes longer, and the comparison circuit for each detection electrode generates a binary signal whose elapsed time from the reference time t0 to the inversion changes according to the size of the stray capacitance of the detection electrode. Output.
検出電極へ入力操作が行われない間は、基準時(t0)から各第1経過時間に二値信号が反転するので、全ての比較回路から出力される二値信号は、各検出電極毎に定められる判定時に反転している。一方、入力操作によって入力操作体がいずれかの検出電極に接近すると、その検出電極の浮遊容量が増大し、その検出電極についての比較回路から出力される二値信号は、判定時後の各第2経過時間に反転するので、いずれかの比較回路から出力される二値信号が判定時に反転しない場合に、入力判定手段で入力操作が行われたと判定し、ノーマルモードに移行する。 Since the binary signal is inverted from the reference time (t0) to each first elapsed time while the input operation is not performed on the detection electrodes , the binary signals output from all the comparison circuits are Inverted when determined . On the other hand, when the input operation body by an input operation approaches the one of the detection electrodes, increasing the stray capacitance of the detection electrode, the binary signal output from the comparison circuit for the detection electrodes, each of the post when determining the 2 is inverted at the elapsed time, and when the binary signal output from any of the comparison circuits is not inverted at the time of determination, it is determined that the input operation has been performed by the input determination means, and the normal mode is entered.
各検出電極の浮遊容量について、その検出電極毎に備えられる充放電回路と比較回路を用いて、それぞれ独立して浮遊容量の変化を検出できるので、検出時間を重複させて、全ての検出電極への入力操作を短時間に検出できる。 The stray capacitance of the respective detection electrodes, using a comparison circuit and the charge-discharge circuit provided for each of the detection electrodes can detect the variation in the stray capacitance independently, with overlapping detection time, to all the detection electrodes Can be detected in a short time.
請求項2の静電容量式タッチパネルは、前記各第1経過時間が、前記各検出電極でほぼ同一となるように、前記各検出電極毎の回路定数を調整するとともに、全ての前記充放電回路の基準時(t0)を同期させ、前記入力判定手段は、全ての前記比較回路から出力される前記二値信号について、同一時刻に定めた判定時に、前記二値信号の反転状態を判定することを特徴とする。
The capacitive touch panel according to
各検出電極へ入力操作を行わない間は、全ての比較回路から出力される二値信号は、同一時刻の各第1経過時間の経過時に反転する。一方、入力操作によって入力操作体がいずれかの検出電極に接近すると、その検出電極の浮遊容量が増大し、各検出電極で共通の判定時までに二値信号が反転しないことから、入力判定手段で入力操作が検出され、ノーマルモードに移行する。 While no input operation is performed on each detection electrode, the binary signals output from all the comparison circuits are inverted when each first elapsed time at the same time elapses. On the other hand, when the input operation body approaches any one of the detection electrodes by the input operation, the stray capacitance of the detection electrode increases, and the binary signal is not inverted by the time of determination common to each detection electrode. The input operation is detected with and shifts to the normal mode.
請求項3の静電容量式タッチパネルは、前記入力操作位置検出手段が、前記各第2経過時間より充分に短い周期で、複数の前記比較回路からそれぞれ出力される前記二値信号の論理値を、いずれかの前記二値信号が反転するまで複数ビットのパラレルデータとして一時記憶するパラレル入力レジスタと、前記パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータを監視し、いずれかの前記二値信号が反転することによるパラレルデータの少なくともいずれかのビットデータの変化を検知するレジスタ値監視手段と、同期させた基準時(t0)からの経過時間を計数するカウンタと、前記レジスタ値監視手段が前記パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの変化を検知する毎に、検知時のカウンタ値と、検知時に前記パラレル入力レジスタに記憶されたパラレルデータとを関連づけて記憶する記憶手段を更に備え、全ての前記比較回路から出力される前記二値信号が反転した後、前記記憶手段に記憶されたカウンタ値とパラレルデータとから、特定の検出電極に入力操作体が接近した入力操作位置を検出することを特徴とする。
Capacitive touch panel of
複数の比較回路は、基準時t0が同期し、各第1経過時間がほぼ同一であるので、各検出電極の浮遊容量が小さい順に反転する二値信号を出力し、いずれかの比較回路から出力される二値信号が反転する毎に、その反転した二値信号を出力した比較回路に対応するビットのビットデータを変化させたパラレルデータがパラレル入力レジスタに記憶される。記憶手段に記憶されたパラレルデータは、基準時t0からの経過時間を示すカウンタ値と関連づけて記憶されるので、パラレルデータのいずれかのビットデータが変化する変化履歴を表し、カウンタ値から得るその直前のパラレルデータとを比較することにより、変化したビットデータと、そのビットに対応する比較回路から出力される二値信号の反転までの経過時間が得られる。 Since the reference times t0 are synchronized and the first elapsed times are substantially the same, the plurality of comparison circuits output binary signals that are inverted in ascending order of the stray capacitance of each detection electrode, and output from any of the comparison circuits Each time the binary signal is inverted , parallel data obtained by changing the bit data of the bit corresponding to the comparison circuit that has output the inverted binary signal is stored in the parallel input register. Since the parallel data stored in the storage means is stored in association with the counter value indicating the elapsed time from the reference time t0, it represents a change history in which any bit data of the parallel data changes, and is obtained from the counter value. By comparing with the immediately preceding parallel data, the changed bit data and the elapsed time until the inversion of the binary signal output from the comparison circuit corresponding to the bit can be obtained.
ビットデータが変化した基準時t0からの経過時間は、そのビットに対応する比較回路の二値信号が反転するまでの経過時間であり、その比較回路が備えられた検出電極の浮遊容量の大きさを表すので、ビットデータ毎に基準時t0からの経過時間を比較し、浮遊容量が大きい検出電極を入力操作体が接近する特定の検出電極として、その配置位置から入力操作の入力操作位置が検出される。 The elapsed time from the reference time t0 when the bit data changes is the elapsed time until the binary signal of the comparison circuit corresponding to the bit is inverted , and the size of the stray capacitance of the detection electrode provided with the comparison circuit Therefore, the elapsed time from the reference time t0 is compared for each bit data, and the input operation position of the input operation is detected from the arrangement position of the detection electrode having a large stray capacitance as the specific detection electrode that the input operation body approaches. Is done.
請求項1の発明によれば、スリープモードでの入力操作の検出に専用の検出スイッチを別に備えることなく、ノーマルモードで入力操作位置を検出する為の充放電回路及び比較回路と検出電極を利用するので、構成を複雑、大型化することなく、スリープモードで非接触の入力操作を検出できる。 According to the first aspect of the present invention, the charge / discharge circuit, the comparison circuit, and the detection electrode for detecting the input operation position in the normal mode are used without separately providing a detection switch dedicated for detecting the input operation in the sleep mode. Therefore, a non-contact input operation can be detected in the sleep mode without making the configuration complicated and large.
また、スリープモードでは、入力操作位置を検出しないので電力消費量が少なく、携帯機器へ搭載する指示入力装置として利用することができる。 In the sleep mode, since the input operation position is not detected, the power consumption is small, and it can be used as an instruction input device mounted on a portable device.
また、スリープモードで、非接触の入力操作を検出することができるので、表示素子の背面側に配置し、表示素子に接近させるだけの入力操作であっても入力操作位置を検出するノーマルモードへ移行できる。 In addition, non-contact input operation can be detected in sleep mode, so it is placed on the back side of the display element, and the normal operation mode is detected to detect the input operation position even if the input operation is just to approach the display element. Can be migrated.
また、パルス電圧などの検出信号を発生する発生手段を用いずに、時定数回路の簡単な構成で検出電極の浮遊容量の変化を検出できる。 Further, a change in the stray capacitance of the detection electrode can be detected with a simple configuration of the time constant circuit without using a generating means for generating a detection signal such as a pulse voltage.
各検出電極の浮遊容量の変化を、検出時間を重複させて短時間に検出できるので、スリープモード中に間欠動作させる休止期間Trsを長くとることができ、電力消費を低減できる。 Since the change in the stray capacitance of each detection electrode can be detected in a short time by overlapping the detection time, the pause period Trs during which the intermittent operation is performed during the sleep mode can be increased, and the power consumption can be reduced.
請求項2の発明によれば、全ての検出電極について入力操作の検出を同時に行うことができ、スリープモード中に充放電時間を短時間として、入力操作を検出できる。
According to the invention of
また、同時刻である判定時に、全ての比較回路から出力される二値信号の反転有無を判定するだけで、非接触の入力操作の有無を判定できる。 Further, at the time of determination at the same time, it is possible to determine the presence or absence of a non-contact input operation only by determining whether or not the binary signals output from all the comparison circuits are inverted .
請求項3の発明によれば、複数の検出電極について共通する1つのカウンタとパラレル入力レジスタを用いて、複数の検出電極のいずれかの浮遊容量の変化を検出でき、これにより、浮遊容量が最大の検出電極の配置位置から入力操作位置を検出できる。 According to the third aspect of the invention, using a single counter and parallel input register that are common for a plurality of detection electrodes, it can detect changes in any of the stray capacitance of the plurality of detection electrodes, thereby the stray capacitance up The input operation position can be detected from the arrangement position of the detection electrodes.
以下、本発明の第1実施の形態に係る静電容量式タッチパネル(以下、タッチパネルという)1を、図1乃至図5を用いて説明する。このタッチパネル1は、図示しない絶縁パネル上に例えば数mmの間隔で互いに絶縁して複数の検出電極31、32、33、34が配置される。各検出電極3の浮遊容量Csは、その周囲の導電パターン、機器を遮蔽するシールドケース、大地との間に形成される容量の総和で表されるが、他の容量が略一定であるの対して、操作者の指等の入力操作体が接近すると増大する。そこで、各検出電極3の浮遊容量Cs1、Cs2、Cs3、Cs4を比較し、いずれかの検出電極3の浮遊容量Csが増大したときに、その検出電極3に対して入力操作の入力操作体が接近したものとして、入力操作と判定し、低消費電力で入力操作のみを検出するスリープモードから入力操作位置を検出するノーマルモードへ移行する。
Hereinafter, a capacitive touch panel (hereinafter referred to as a touch panel) 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In the
ここでは、説明の都合上、タッチパネル1が4つの検出電極31、32、33、34の浮遊容量Cs1、Cs2、Cs3、Cs4のいずれかが増大することから入力操作を検出するものとして説明する。各検出電極3の浮遊容量Cs1、Cs2、Cs3、Cs4の大きさを監視するため、図1に示すように、各検出電極3には、それぞれの浮遊容量Csを二値信号の時間幅で表して出力する容量−時間変換回路2が接続されている。
Here, an input operation from the convenience of description, either the
各容量−時間変換回路2は、コモン端子を基準充電電圧Vddと接地電位GNDとの間で切り換える充放電スイッチ4と、充放電スイッチ4のコモン端子と検出電極3間に直列に接続され、検出電極3の浮遊容量Csのコンデンサと時定数回路を形成する検出抵抗R1、R2と、非反転入力を検出抵抗R1、R2の接続点に接続し、反転入力を基準電位VSHの電位としたコンパレータ5とを備えている。基準電位VSHは、基準充電電圧Vddと接地電位GNDの間の所定の電位で、ここではVddの70%の電位に設定され、これにより、充放電スイッチ4が接地電位GNDから基準充電電圧Vdd側に切り換えられると、検出抵抗R1、R2の抵抗値と浮遊容量Csから定まる時定数で浮遊容量Csが充電され、接地電位GNDから上昇する検出電極3の電位が基準電位VSHを越えると、コンパレータ5の出力cが反転する。また、充放電スイッチ4が基準充電電圧Vddから接地電位GND側へ切り換えられると、浮遊容量Csに蓄積されていた電荷が放電され、下降する検出電極3の電位が基準電位VSH未満となると、コンパレータ5の出力cが再び反転し、充放電スイッチ4が切り換えられない限り、検出電極3の電位は、接地電位GNDまで下降する。
Each capacitance-
本実施の形態では、容量−時間変換回路2の検出抵抗R1、R2の抵抗値、コンパレータ5等の回路定数、基準電位VSHの電位は、各容量−時間変換回路2について同一であり、又、各充放電スイッチ4は、同一の基準時t0に基準充電電圧Vddが印加されるように、図2に示すマイコン20からの切り換え制御信号aによって同時に切り換え制御される。従って、上述の浮遊容量Cs(説明上、浮遊容量Csのコンデンサを浮遊容量Csという)が基準充電電圧Vddで充電される際の検出電極3の電位の上昇速度は、検出抵抗R1、R2の抵抗値に浮遊容量Csを乗じた時定数で決定されるが、専ら浮遊容量Csに依存し、浮遊容量Csが大きくなるほど、電圧の上昇が緩やかになり、基準時t0からコンパレータ5の出力cが反転するまでの時間も長くなる。一般に、検出電極3についての浮遊容量Csは、約10pFであり、指などの入力操作体の接近により変化する浮遊容量Csの変化量は、1乃至3pF程度であるので、その変化を出力cが反転するまでの時間から判別するために、各検出抵抗R1、R2の抵抗値を、ここでは10MΩとしている。
In the present embodiment, the resistance values of the detection resistors R1 and R2 of the capacitance-
各容量−時間変換回路2の充放電スイッチ4へ切り換え制御するマイコン20は、クロック発信回路9からここでは50MHzのクロック信号が入力され、図5に示すスリープモードとノーマルモードで動作し、各モードでクロック信号から生成した切り換え制御信号aを充放電スイッチ4へ出力する。スリープモードでは、入力操作の検出に必要な容量−時間変換回路2、マイコン20、クロック発振回路9等を残して、入力操作位置を検出するための図2に示す第1レジスタ(T)6、第2レジスタ(T−1)7、レジスタ値比較回路8、カウンタ11、RAM10の動作が停止し、これらの回路素子への電源供給が停止されることにより電力消費量が低減される。
The
図2に示すように、上記各容量−時間変換回路2のコンパレータ5の出力c1、c2、c3、c4は、それぞれマイコン20と4ビットのPIPO(並列入力並列出力形)レジスタである第1レジスタ(T)6に接続し、スリープモードで、マイコン20の入力ポートに入力されるとともに、ノーマルモードで、第1レジスタ(T)6に4ビットのパラレルデータとして並列入力される。
As shown in FIG. 2, the outputs c1, c2, c3, and c4 of the
本実施の形態では、各容量−時間変換回路2を構成する回路素子の回路定数とし、検出電極3の浮遊容量Csへ同一の基準時t0に同一電位の基準充電電圧Vddで充電するので、入力操作が行われていない状態で、基準時t0からコンパレータ5の出力c1、c2、c3、c4が反転するまでの第1経過時間は、各出力c1、c2、c3、c4で同一となっている。一方、いずれかの検出電極3に指などの入力操作体が接近すると、その検出電極3の浮遊容量Csが増加し、コンパレータ5の出力cは、第1経過時間より長い第2経過時間が経過した後に反転するので、基準時t0から第1経過時間の経過後で第2経過時間が経過する前の判定時tjにコンパレータ5の出力cが反転しているか否かで、入力操作を判定できる。
In the present embodiment, the circuit constants of the circuit elements constituting each capacitance-
そこで、スリープモードで動作するマイコン20は、各コンパレータ5の出力c1、c2、c3、c4の二値データを、それぞれ各充放電スイッチ4が基準充電電圧Vdd側に切り換えられる基準時t0と上記判定時tjとで比較し、いずれかの基準時t0の二値データが判定時tjであっても反転していない場合に入力操作があったものとしてノーマルモードへ移行する。
Therefore, the
ノーマルモードで、第1レジスタ(T)6に入力されるパラレルデータの各ビットは、各出力c1、c2、c3、c4に対応し、二値信号の出力cが「H」であるときに「1」、「L」であるときに「0」のビットデータが記憶される。また、第1レジスタ(T)6の並列出力は、同様に構成された4ビットのPIPOレジスタである第2レジスタ(T−1)7の並列入力に接続している。第1レジスタ(T)6と第2レジスタ(T−1)7は、マイコン20の共通するシフトクロック端子(SFT)とリセット出力端子(RESET)に接続し、クロック端子(SFT)からシフトクロックが入力される毎に記憶する4ビットのレジスタ値の入出力を行うとともに、リセット出力端子(RESET)からリセット信号が入力されると、記憶している4ビットのレジスタ値をリセットする。つまり、第1レジスタ(T)6は、シフトクロックが入力された際に4ビットのレジスタ値として記憶した各出力c1、c2、c3、c4の二値データを次にシフトクロックが入力されるまで記憶し、同様に第2レジスタ(T−1)7は、第1レジスタ(T)6から出力される4ビットのレジスタ値を次にシフトクロックが入力されるまで記憶する。また、第1レジスタ(T)6は、後述するレジスタ値比較回路8からトリガー信号が入力されると、そのときに記憶しているレジスタ値をRAM10へ記憶する。
In the normal mode, each bit of the parallel data input to the first register (T) 6 corresponds to each output c1, c2, c3, c4, and when the output c of the binary signal is “H”, Bit data of “0” is stored when “1” and “L”. The parallel output of the first register (T) 6 is connected to the parallel input of the second register (T-1) 7 which is a 4-bit PIPO register similarly configured. The first register (T) 6 and the second register (T-1) 7 are connected to a common shift clock terminal (SFT) and reset output terminal (RESET) of the
第1レジスタ(T)6に出力c1、c2、c3、c4の新たな4ビットのレジスタ値が記憶される毎に、レジスタ値比較回路8において、そのレジスタ値と第2レジスタ(T−1)7に記憶されるレジスタ値とが比較され、少なくとも4ビットのいずれかのビットデータが異なる場合にレジスタ値比較回路8から第1レジスタ(T)6とカウンタ11にトリガー信号が出力される。第2レジスタ(T−1)7に記憶されるレジスタ値は、最新のシフトクロックが入力される直前に第1レジスタ(T)6に記憶されたレジスタ値であるので、トリガー信号は、出力c1、c2、c3、c4の少なくともいずれかの二値データが変化した場合に出力される。
Each time a new 4-bit register value of outputs c1, c2, c3, and c4 is stored in the first register (T) 6, the register
ノーマルモードで動作するマイコン20は、切り換え制御信号aを出力して充放電スイッチ4を切り換え制御するとともに、50MHzのクロック周波数を分周した周波数の上記シフトクロックによりレジスタ6、7の動作を制御する。ここで、入力操作によって出力cの二値データが反転するまでの時間差は、10乃至30μsec程度であるので、その時間差を確実に検出するために、シフトクロックの周波数は少なくとも1MHz以上の周波数としている。ノーマルモードで、マイコン20は、図5の検出周期Tpn毎にRAM10に関連づけて記憶されたカウンタ値とレジスタ値との組合せから、入力操作体が接近する検出電極3を特定し、その検出電極3の配置位置への入力操作を検出する検出処理を実行する。
The
カウンタ11は、クロック発振回路9から出力されるクロック信号の周波数を分周した周波数でカウンタ値をカウントアップする。カウンタ11のカウンタ値は、マイコン20から出力されるリセット信号でリセットされ、レジスタ値比較回路8からトリガー信号が入力されると、図2に示すように、その時のカウンタ値がRAM10に出力される。
The counter 11 counts up the counter value at a frequency obtained by dividing the frequency of the clock signal output from the
一時記憶装置であるRAM10は、図2に示すように、レジスタ値比較回路8からトリガー信号が出力される毎に、その時のカウンタ11のカウンタ値と第1レジスタ(T)6に記憶されているレジスタ値とを関連付けて記憶し、全てのビットデータが「1」となるレジスタ値が入力されるまで、カウンタ値と関連づけた各組合せを記憶する。RAM10に記憶されたこれらの各組合せのデータは、ノーマルモードでの検出周期Tpn毎に基準時t0前にマイコン20からの制御によりクリアされる。
The
このように構成されたタッチパネル1は、マイコン20のスリープモードとノーマルモードの2種類の動作モードに従って動作し、以下、図5に示すスリープモードとノーマルモードの順にその動作を説明する。
The
タッチパネル1を起動した直後は、マイコン20は入力操作を検出するスリープモードで動作し、図3、図5に示すように、各検出電極3の浮遊容量Csを充放電する充電時間Tcと放電時間Tdに休止時間Trsを加えたスリープモード検出周期Tpsで、入力操作の検出を繰り返す。
Immediately after the
充電時間Tcは、充放電スイッチ4を基準充電電圧Vdd側へ切り換える基準時t0から接地電位GNDへ切り換える切り換え時tgまでの時間であり、切り換え時tgは、入力操作の有無に関わらず、基準時t0から全ての検出電極3の電位が基準電位VSHを越える第2経過時間が経過した以降の時に設定される。浮遊容量Csの最大値は、10pF程度であり、本実施の形態では、10MΩの直列に接続した検出抵抗R1、R2を介して浮遊容量Csが充電されるので、検出電極3の電位がほぼ基準充電電圧Vddに達するまでの時間は約100μsecであり、切り換え時tgまでの充電時間Tcを、100μsecとしている。
The charging time Tc is the time from the reference time t0 when the charge /
また、放電時間Tdは、充電時間Tcと同一の100μsecに設定され、切り換え時tgから放電時間Tdが経過した後は、全ての検出電極3の電位が基準時t0の電位である接地電位GNDとなる。
The discharge time Td is set to 100 μsec, which is the same as the charge time Tc. After the discharge time Td has elapsed from the switching time tg, the potentials of all the
休止時間Trsは、非接触の入力操作を確実に検出可能なスリープモード検出周期Tpsから充電時間Tcと放電時間Tdを除いた時間であり、ここでは、スリープモード検出周期Tpsを100msecとして、休止時間Trsを99msec以上としている。これにより、スリープモードでは、入力操作の検出に必要な容量−時間変換回路2、マイコン20、クロック発振回路9等のみが動作するが、その動作期間も入力操作を待機している期間中の1%以下であり、極めて低消費電力で入力操作を検出できる。
The pause time Trs is a time obtained by excluding the charge time Tc and the discharge time Td from the sleep mode detection cycle Tps that can reliably detect a non-contact input operation. Here, the sleep mode detection cycle Tps is set to 100 msec. Trs is set to 99 msec or more. As a result, in the sleep mode, only the capacity-
全ての充放電スイッチ4を基準充電電圧Vdd側へ切り換えた基準時t0に、各検出電極3の電位は、基準電位VSH未満の接地電位GNDであるので、マイコン20へ入力されるコンパレータ5の出力c1、c2、c3、c4は、図3に示すように「L」となっている。入力操作が行われていないものとすると、各検出電極3の浮遊容量Csは増加せず、基準時t0から第1経過時間Tfが経過した時点で各検出電極3の電位が基準電位VSHを越えて、各出力c1、c2、c3、c4は「H」に反転する。従って、マイコン20は、基準時t0から第1経過時間より更に経過した判定時tjに入力される全ての出力c1、c2、c3、c4の二値データが、基準時t0の「L」から「H」に反転していることから、入力操作が行われていないと判定し、スリープモードを継続させる。マイコン20の上記判定に前後して、マイコン20は、充放電スイッチ4を接地電位GND側へ切り換える切り換え制御信号aを出力し、放電時間Td中に検出電極3の電位を接地電位GNDとした後、動作を停止する休止時間Trs後に、次のスリープモード検出周期Tpsの動作を開始する。
At the reference time t0 when all the charge /
スリープモード中に、例えば検出電極32へ入力操作体を接近させる入力操作があったものとすると、図3に示すように、充電時間Tc中にコンパレータ5の出力c2が基準時t0から第2経過時間Tsが経過した後に反転する。つまり、基準時t0から第1経過時間の経過後で第2経過時間が経過する前の判定時tjに、マイコン20に入力されるコンパレータ5の出力c2は、基準時t0と同じ二値データの「L」であり、マイコン20は判定時tjであっても基準時t0から二値データが反転しない出力c2があることから、入力操作と判定し、放電時間Tdと休止時間Trsが経過した後、入力操作位置を検出するノーマルモードへ移行する。
During sleep mode, for example, detecting the
ノーマルモードに移行すると、スリープモードで動作していた各回路素子に加えて、第1レジスタ(T)6、第2レジスタ(T−1)7、レジスタ値比較回路8、カウンタ11及びRAM10にも電源が供給され、これらの回路素子が起動する。ノーマルモードでは、図5に示すように、各検出電極3の浮遊容量Csを充放電する充電時間Tcと放電時間Tdに休止時間Trnを加えたノーマルモード検出周期Tpnで、入力操作位置の検出を繰り返す。ノーマルモードにおいても、マイコン20は、スリープモードと同じタイミングで、基準時t0から切り換え制御信号aを出力し、従って、各検出電極3の浮遊容量Csは、スリープモードと同じ充電時間Tcと放電時間Tdで充放電される。
When shifting to the normal mode, in addition to the circuit elements operating in the sleep mode, the first register (T) 6, the second register (T-1) 7, the register
入力操作位置の検出頻度を上げるためには、放電時間Tdが経過した時を基準時t0として、必ずしもノーマルモード検出周期Tpnに休止時間Trnを設けなくてもよいが、本実施の形態では、1.8msecの休止時間Trnを設けて、ノーマルモード検出周期Tpnを2msecとしている。マイコン20は、この放電時間Tdから休止時間Trにかけて、RAM10に記憶されたデータから入力操作位置を算出する検出処理を行う。
In order to increase the detection frequency of the input operation position, it is not always necessary to provide the rest time Trn in the normal mode detection cycle Tpn with the time when the discharge time Td has passed as the reference time t0. A pause time Trn of .8 msec is provided, and the normal mode detection period Tpn is set to 2 msec. The
このように、本実施の形態によれば、多数の容量−時間変換回路2の浮遊容量Csに対して同時に充放電を行うので、容量−時間変換回路2の数によって充電時間Tcと放電時間Tdが増加せず、充分に長い休止時間Trnを設けても、短い検出周期Tpで入力操作を検出できる。従って、マイコン20が入力操作位置を検出するノーマルモードであっても、低電力消費量で非接触の入力操作位置を検出できる。
As described above, according to the present embodiment, charge and discharge are simultaneously performed on the stray capacitance Cs of a large number of capacitance-
ノーマルモードのマイコン20は、ノーマルモード検出周期Tpnが開始する基準時t0に、リセット出力端子(RESET)からリセット信号を出力し、第1レジスタ(T)6と第2レジスタ(T−1)7のレジスタ値とカウンタ11のカウンタ値をリセットするとともに、RAM10に記憶されているデータをクリアする。ここでは、後述するように、基準時t0での第1レジスタ(T)6のレジスタ値を、RAM10へ記憶させるため、第1レジスタ(T)6と第2レジスタ(T−1)7のリセットしたレジスタ値を全て「1」とするが、検出周期Tpnが経過した時点で第1レジスタ(T)6と第2レジスタ(T−1)7の各レジスタ値は、「1」となっているので、必ずしもリセットする必要はない。
The
また、マイコン20は、同一の基準時t0に各充放電スイッチ4を基準充電電圧Vdd側に切り換える切り換え制御信号aを出力し、検出電極3の浮遊容量Csを基準充電電圧Vddで充電する。基準時t0まで充放電スイッチ4が接地電位GNDに切り換えられていた検出電極3の電位は、基準電位VSH以下の接地電位GNDであるので、基準時t0の各コンパレータ5の出力c1、c2、c3、c4は、いずれも「L」であり、第1レジスタ(T)6の4ビットの「0000」のパラレルデータが記憶される。
Further, the
レジスタ値比較回路8は、このレジスタ値が、リセットにより第2レジスタ(T−1)7に記憶されたレジスタ値「1111」と異なることからカウンタ11と第1レジスタ(T)6へトリガー信号を出力し、図2に示すように、RAM10は、基準時t0を表すカウンタ値Ct0と、基準時t0に第1レジスタ(T)6に記憶されるレジスタ値「0000」を関連づけて記憶する。
Since the register value is different from the register value “1111” stored in the second register (T−1) 7 by the reset, the register
検出電極32の配置位置から離れ、入力操作の入力操作体による影響を受けない検出電極34の浮遊容量Cs4は最小であり、図4に示すように、検出抵抗R1、R2の抵抗値との時定数で上昇する検出電極34の電位が最も早く、基準時t0から第1経過時間Tfが経過した時刻t1で基準電位VSHを越える。その結果、コンパレータ5の出力c4が「L」から「H」に反転し、第1レジスタ(T)6に、最下位ビットが「1」となったパラレルデータ「0001」が記憶される。レジスタ値比較回路8は、このレジスタ値が、第2レジスタ(T−1)7に記憶されたレジスタ値「0000」と異なることからカウンタ11と第1レジスタ(T)6へトリガー信号を出力し、RAM10に、時刻t1を表すカウンタ値C(t1)と、新たに第1レジスタ(T)6に記憶されたレジスタ値「0001」を関連づけて記憶される。
Away from the position of the
続いて検出電極32の両側に配置され、検出電極32に接近する入力操作体に対してほぼ等距離に配置された検出電極31と検出電極33の浮遊容量Cs1、Cs3が浮遊容量Cs4より大きく、検出電極31、33の電位が時刻t2で基準電位VSHを越え、コンパレータ5の出力c1、c3が「L」から「H」に反転し、第1レジスタ(T)6にパラレルデータ「1011」が記憶される。レジスタ値比較回路8は、このレジスタ値の1ビット目と3ビット目が、第2レジスタ(T−1)7に記憶されたレジスタ値「0001」と異なることからカウンタ11と第1レジスタ(T)6へトリガー信号を出力し、RAM10に、時刻t2を表すカウンタ値C(t2)と関連づけて新たに第1レジスタ(T)6に記憶されたレジスタ値「1011」が記憶される。
Subsequently disposed on both sides of the
入力操作位置に最も近い検出電極32の浮遊容量Cs2は他と比較して最大となるので、図4に示すように、その検出電極32の電位は、基準時t0から第2経過時間Tsが経過した時刻t3の最後に基準電位VSHを越え、コンパレータ5の出力c3が「L」から「H」に反転する。その結果、第1レジスタ(T)6には、時刻t3にパラレルデータ「1111」が記憶され、レジスタ値比較回路8は、このレジスタ値が、第2レジスタ(T−1)7に記憶されたレジスタ値「1011」と異なることからカウンタ11と第1レジスタ(T)6へトリガー信号を出力し、図2に示すように、RAM10に、時刻t3を表すカウンタ値C(t3)と、第1レジスタ(T)6に記憶されたレジスタ値「1111」が関連づけて記憶される。
Since the stray capacitance Cs 2 of the input operation position to the
マイコン20は、基準時t0から充電時間Tcが経過した切り換え時tgに、各充放電スイッチ4を基準充電電圧Vdd側から接地電位GNDへ切り換え、放電時間Td中に各浮遊容量Csに蓄積された電荷を放電し、全ての検出電極3の電位を接地電位GNDとする。
The
切り換え時tgには、全ての検出電極3の電位が基準電位VSHを越えているので、第1レジスタ(T)6に記憶されるレジスタ値「1111」は、切り換え時tgまで変化せず、マイコン20は、切り換え時tgにRAM10に記憶されている各カウンタ値C(t)とレジスタ値との組合せを読み出す。カウンタ値C(t)は、充電を開始した基準時t0からの経過時間を表し、レジスタ値は、その直前の組合せのレジスタ値と比較してビットデータが変化したビットを示している。また、各レジスタ値のビットは、各検出電極3の浮遊容量Csに対応し、浮遊容量Csの大きさによって基準時t0からの経過時間が長くなるので、マイコン20は、RAM10に記憶された各組合せのデータから、検出電極3の浮遊容量Csの大きさを比較できる。
Since the potentials of all the
ここでは、図2に示すように、第4ビット(LSB)、第1ビット(MSB)と第3ビット、第2ビットの順に4ビットのビットデータが変化するので、浮遊容量Csは、Cs4、Cs1とCs3、Cs2の順に大きくなることが検出される。これにより、マイコン20は、浮遊容量Cs2が最大の検出電極32の配置位置に入力操作体が接近したものと判定でき、その検出電極32の配置位置を入力操作位置とする入力操作を検出する。
Here, as shown in FIG. 2, since the bit data of 4 bits changes in the order of the fourth bit (LSB), the first bit (MSB), the third bit, and the second bit, the stray capacitance Cs is Cs 4 , Cs 1 , Cs 3 , and Cs 2 are detected to increase in this order. Thus, the
尚、入力操作位置の検出は、複数の検出電極3の浮遊容量Csの大きさを比較し、複数の浮遊容量Csを按分した比から得る複数の検出電極3の配置位置間の位置を、入力操作位置としてもよい。
The input operation position is detected by comparing the stray capacitances Cs of the plurality of
また、マイコン20は、検出周期Tp毎に入力操作位置への入力操作を検出するが、RAM10に記憶される各組合せのデータを、複数の検出周期Tpnの間残し、各検出周期Tpnで検出した浮遊容量Csや入力操作位置の異常値を除いて、複数の入力操作位置の相関から入力操作位置を算出してもよい。
Further, the
また、ビットデータが変化したビットとカウンタ値C(t)との組合せから、そのビットに対応する容量−時間変換回路2の基準時t0から出力cが反転するまでの経過時間がわかるので、基準時t0からの経過時間が第2経過時間Ts以上である場合に、その容量−時間変換回路2の検出電極3が配置された位置から入力操作位置を検出できる。例えば、図4に示す基準時t0から時刻t3までの経過時間が第2経過時間Ts以上であることから、検出電極32の配置位置を入力操作位置として検出することもできる。
Further, since the elapsed time from the reference time t0 of the capacitance-
マイコン20は、このようにして検出した入力操作位置を、表示画面上のカーソル移動制御や電子機器の動作を制御する外部制御回路へ出力し、入力操作位置に応じた所定の処理を実行させる。
The
マイコン20は、放電時間Tdとその後の休止時間Trnの間に、上記入力操作位置と入力操作の検出処理を実行し、入力操作を検出した後、次の検出周期Tpnが開始される基準時t0前に、RAM10に記憶されているデータをクリアする。
The
マイコン20はノーマルモードで動作する間、ノーマルモード検出周期Tpnで入力操作位置の検出を繰り返す。ノーマルモードで入力操作があったことは、入力操作位置として検出した検出電極3と隣接する位置に配置された複数の検出電極3の浮遊容量Csが増大することや、基準時t0から第2経過時間Tsを経過した後に、全てのビットデータが変化することから検出でき、ノーマルモードで、例えば20秒間の一定期間、入力操作を検出しない場合には、スリープモードに移行し、上記スリープモードでの処理を繰り返す。
While operating in the normal mode, the
上記第1実施の形態では、各容量−時間変換回路2の検出抵抗R1、R2の抵抗値などの回路定数、コンパレータで比較する基準電位VSHの電位等を同一として、各容量−時間変換回路2について第1経過時間Tfがほぼ同一となるようにしたが、必ずしもこれらの回路定数、基準電位VSH等を同一としなくても、スリープモードで、一度の充電時間Tc若しくは放電時間Td内に入力操作を検出できる。
In the first embodiment, the capacity - circuit constants such as a resistance value of the detection resistor R1, R2 of the
第2実施の形態にかかる静電容量式タッチパネルは、図1に示す各容量−時間変換回路2の検出抵抗R1、R2の抵抗値が互いに異なっているもので、その他の構成は第1実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。図6は、この第2実施の形態にかかる各容量−時間変換回路2の充放電スイッチ4を第1実施の形態と同じタイミングでスリープモード中に切り換え制御した際の各コンパレータ5から出力される出力c1、c2、c3、c4の波形を示した波形図である。
The capacitance type touch panel according to the second embodiment is different from each other in the resistance values of the detection resistors R1 and R2 of each capacitance-
同図の左側に示す最初のスリープモード検出周期Tpsでは、入力操作が行われず、基準時t0を同期させ、同一の基準充電電圧Vddや基準電位VSHとしているにもかかわらず、検出抵抗R1、R2の抵抗値に応じて基準時t0からの第1経過時間Tfが異なるものとなっている。従って、この第2実施の形態では、第1実施の形態のように、共通する判定時tjでの各出力c1、c2、c3、c4の二値データから入力操作を判定することはできず、予め各容量−時間変換回路2毎に異なる判定時tjを定めておく。すなわち、各容量−時間変換回路2について、それぞれその検出電極3に入力操作が行われていない状態で、基準時t0からコンパレータ5の出力cが反転するまでの第1経過時間Tfと、検出電極3に接近する入力操作があった状態で、コンパレータ5の出力cが反転するまでの基準時t0からの第2経過時間Tsを予め検出しておき、各容量−時間変換回路2毎に第1経過時間Tfの経過後で第2経過時間Tsが経過するまでの判定時tjを設定しておく。
In the first sleep mode detection period Tps shown on the left side of the figure, the input operation is not performed, the reference time t0 is synchronized, despite the same reference charging voltage Vdd and the reference potential V SH, detection resistor R1, The first elapsed time Tf from the reference time t0 differs depending on the resistance value of R2. Therefore, in the second embodiment, as in the first embodiment, the input operation cannot be determined from the binary data of the outputs c1, c2, c3, and c4 at the common determination time tj. A different determination time tj is determined for each capacity-
スリープモードで動作するマイコン20は、各スリープモード検出周期Tps毎に基準時t0後に入力ポートに入力される出力c1、c2、c3、c4の二値データが反転する各反転時を検出し、その出力c1、c2、c3、c4、すなわち容量−時間変換回路2毎に設定した上記判定時tjと比較する。その結果、いずれかの出力cについて、検出した反転時が判定時tjの後であった場合には、判定時tjに基準時t0での二値データが反転していないことを表すので、入力操作と判定する。一方、全ての出力cについて、検出した反転時が判定時tj前であった場合には、判定時tjに基準時t0での二値データが反転していることを表すので、入力操作が行われていないと判定する。
The
図6の右側に示す2番目のスリープモード検出周期Tpsでは、検出電極32に入力操作体を接近させる入力操作があった場合であり、検出電極32に接続する容量−時間変換回路2の出力c2の反転時が、その容量−時間変換回路2について設定した判定時tjの後であり、マイコン20は、検出電極32への入力操作があったものとして入力操作を検出する。
In the second sleep mode detection period Tps shown on the right side of FIG. 6, the case where there input operation for approximating the input operation member to the
上記マイコン20での入力操作の検出は、スリープモードで休止させていた第1実施の形態に係る第1レジスタ(T)6、第2レジスタ(T−1)7、レジスタ値比較回路8、カウンタ11、RAM10を、少なくとも充電時間Tc中に動作させ、切り換え時tgにRAM10に記憶される各組合せのデータから検出してもよい。すなわち、ビットデータが変化したビットとそのビットデータが変化した時、すなわち二値データの反転時が、RAM10に記憶される各組合せのデータから得られるので、マイコン20は、いずれかのビットについて、ビットデータが変化した変化時が、そのビットに対応する容量−時間変換回路2について設定した判定時tjの後である場合に、入力操作があったものとして入力操作を検出できる。
The detection of the input operation in the
このように入力操作位置を検出する為の回路素子を用いて入力操作を検出する場合には、第1実施の形態に比べて数msecの処理時間を要し、スリープモード検出周期Tpsでの休止期間Tpnが短縮されるが、できる限り短い周期の例えば数msecの周期で入力操作位置を検出することが望まれるノーマルモードでの場合と異なり、スリープモードでは、少なくとも一度の入力操作を行う間にその入力操作を検出すればよいので、スリープモード検出周期Tpsを上記の通り100msec程度の長い周期とすることができ、充分に長い休止期間Tpnをとることができる。 Thus, when detecting an input operation using the circuit element for detecting the input operation position, a processing time of several milliseconds is required as compared with the first embodiment, and a pause at the sleep mode detection cycle Tps is required. Although the period Tpn is shortened, unlike in the normal mode in which it is desired to detect the input operation position with a cycle as short as possible, for example, several milliseconds, in the sleep mode, at least one input operation is performed. Since the input operation only needs to be detected, the sleep mode detection cycle Tps can be set to a long cycle of about 100 msec as described above, and a sufficiently long pause period Tpn can be taken.
上記第2実施の形態では、容量−時間変換回路2毎に基準時t0からの第1経過時間Tfと、第2経過時間Tsが得られれば、その間の判定時tjも容量−時間変換回路2毎に設定できるので、充放電スイッチ4を切り換える切換端子側の電位や基準電位VSH等も容量−時間変換回路2毎に異なるものであってもよい。
In the second embodiment, if the first elapsed time Tf from the reference time t0 and the second elapsed time Ts are obtained for each capacity-
上記各実施の形態では、レジスタ値比較回路8、第1レジスタ(T)6、第2レジスタ(T−1)7等の回路素子は、マイコン20に内蔵するものであってもよい。
In the above embodiments, circuit elements such as the register
また、上記各実施の形態で容量−時間変換回路2は、充電時間Tcに、検出電極3が基準電位VSHを越えるまでの経過時間で浮遊容量Csの変化を表したが、放電時間Tdに、各検出電極3について同一の電位としておいた検出電極3の電位が基準電位VSH未満となるまでの経過時間で浮遊容量Csの変化を表すこともできる。
The capacitance in each of the above embodiments -
本発明は、限られたバッテリーで動作する携帯機器に搭載され、非接触の入力操作を検出する静電容量式タッチパネルに適している。 The present invention is suitable for a capacitive touch panel that is mounted on a portable device that operates with a limited battery and detects a non-contact input operation.
1 第1実施の形態に係る静電容量式タッチパネル
2 容量−時間変換回路(容量−時間変換手段)
3 検出電極
4 充放電スイッチ(充放電回路)
5 コンパレータ(比較回路)
6 第1レジスタ(T)(パラレル入力レジスタ)
8 レジスタ値比較回路(レジスタ値監視手段)
10 RAM(記憶手段)
11 カウンタ
20 マイコン
R1、R2 抵抗
1 Capacitive Touch Panel According to
3
5 Comparator (comparison circuit)
6 First register (T) (parallel input register)
8 Register value comparison circuit (register value monitoring means)
10 RAM (storage means)
11
Claims (3)
前記複数の検出電極の少なくとも一つの検出電極の浮遊容量の増加から、入力操作体が接近した入力操作が行われたと判定する入力判定手段と、
前記複数の検出電極の各検出電極毎の浮遊容量の変化を比較し、特定の検出電極に入力操作体が接近した入力操作位置を検出する入力操作位置検出手段とを備え、
前記入力操作位置検出手段が連続動作するノーマルモードと、前記入力操作位置検出手段が休止し、かつ前記入力判定手段が間欠動作するスリープモードとの間を遷移する静電容量式タッチパネルであって、
前記各検出電極毎に、更に、
前記各検出電極の浮遊容量と直列若しくは並列に接続する抵抗と、
前記抵抗の抵抗値と前記各検出電極の浮遊容量とで定まる定数で、所定の基準時(t0)から浮遊容量を充電若しくは放電し、前記各検出電極の電位を第1電位と第1電位より高い第2電位との間で引き上げ若しくは引き下げる充放電回路と、
前記各検出電極の電位と、第1電位と第2電位との間に設定した基準電位とを比較し、基準時(t0)での前記各検出電極の電位が前記充放電回路による引き上げ若しくは引き下げに伴って基準電位を越えた際に反転する二値信号を出力する比較回路とを備え、
前記各検出電極毎の比較回路から出力される前記二値信号について、それぞれ、前記各検出電極への入力操作を行わない場合の基準時(t0)から前記二値信号が反転するまでの各第1経過時間と、前記各検出電極への入力操作により入力操作体が接近した場合の基準時(t0)から前記二値信号が反転するまでの各第2経過時間とを検出しておき、
前記入力判定手段は、前記各検出電極毎に、基準時(t0)から前記各第1経過時間の経過後で前記各第2経過時間の経過前の所定時を前記二値信号の反転状態を判定する判定時として定め、いずれかの前記比較回路から出力される前記二値信号が判定時に反転していない場合に、入力操作が行われたと判定し、
前記入力操作位置検出手段は、前記各検出電極毎の比較回路から出力される前記二値信号に基づいて、基準時(t0)から前記二値信号が反転するまでの各経過時間を比較し、特定の検出電極に入力操作体が接近した入力操作位置を検出し、
ノーマルモード中に、前記入力操作位置検出手段が入力操作位置を検出する検出周期より充分に長い所定期間に、入力操作が行われたことを検出しない場合に、全ての前記充放電回路及び前記比較回路と前記入力判定手段が間欠動作するスリープモードに移行し、
スリープモード中に、前記入力判定手段が入力操作が行われたと判定した場合に、全ての前記充放電回路及び前記比較回路と前記入力操作位置検出手段が連続動作するノーマルモードに移行することを特徴とする静電容量式タッチパネル。 A plurality of detection electrodes disposed on the insulating panel so as to be insulated from each other;
Input determination means for determining that an input operation in which the input operation body approaches is performed from an increase in stray capacitance of at least one detection electrode of the plurality of detection electrodes ;
The variation in the stray capacitance of each sensing electrode of a plurality of detection electrodes are compared, and an input operation position detecting means for detecting the input operation position input operation member approaches the particular detection electrodes,
A capacitive touch panel that transitions between a normal mode in which the input operation position detection means continuously operates and a sleep mode in which the input operation position detection means is paused and the input determination means is intermittently operated,
For each of the detection electrodes,
A resistor connected in series or in parallel with the stray capacitance of each detection electrode;
A constant determined by the resistance value of the resistor and the stray capacitance of each detection electrode, and the stray capacitance is charged or discharged from a predetermined reference time (t0), and the potential of each detection electrode is determined by the first potential and the first potential. A charge / discharge circuit that raises or lowers it between a high second potential;
The potential of each detection electrode is compared with the reference potential set between the first potential and the second potential, and the potential of each detection electrode at the reference time (t0) is raised or lowered by the charge / discharge circuit. And a comparator circuit that outputs a binary signal that inverts when the reference potential is exceeded.
With respect to the binary signal output from the comparison circuit for each detection electrode, each of the binary signals from the reference time (t0) when the input operation to each detection electrode is not performed until the binary signal is inverted is performed. 1 elapsed time and each second elapsed time from the reference time (t0) when the input operating body approaches by the input operation to each detection electrode until the binary signal is inverted,
The input determination means sets the inversion state of the binary signal for each detection electrode for a predetermined time after the elapse of each first elapsed time from the reference time (t0) and before the elapse of each second elapsed time. It is determined as a determination time, and when the binary signal output from any of the comparison circuits is not inverted at the time of determination, it is determined that an input operation has been performed,
The input operation position detecting means compares each elapsed time from the reference time (t0) to the inversion of the binary signal based on the binary signal output from the comparison circuit for each detection electrode, Detects the input operation position where the input operation body approaches a specific detection electrode,
When the input operation position detection means does not detect that an input operation has been performed in a predetermined period sufficiently longer than the detection cycle in which the input operation position is detected during the normal mode, all the charge / discharge circuits and the comparison circuit The circuit and the input determination means shift to a sleep mode where the operation is intermittent,
When the input determining means determines that an input operation has been performed during the sleep mode, all of the charge / discharge circuit and the comparison circuit and the input operation position detecting means shift to a normal mode in which they continuously operate. Capacitive touch panel.
前記入力判定手段は、全ての前記比較回路から出力される前記二値信号について、同一時刻に定めた判定時に、前記二値信号の反転状態を判定することを特徴とする請求項1に記載の静電容量式タッチパネル。 Said first elapsed time each is, the to be substantially identical in each of the detection electrodes, thereby adjusting the circuit constants of the respective detection electrodes, to synchronize the reference time (t0) of all of the charging and discharging circuit,
2. The input determination unit according to claim 1, wherein the binary signal output from all the comparison circuits determines an inversion state of the binary signal at the time of determination determined at the same time. Capacitive touch panel.
前記各第2経過時間より充分に短い周期で、複数の前記比較回路からそれぞれ出力される前記二値信号の論理値を、いずれかの前記二値信号が反転するまで複数ビットのパラレルデータとして一時記憶するパラレル入力レジスタと、
前記パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータを監視し、いずれかの前記二値信号が反転することによるパラレルデータの少なくともいずれかのビットデータの変化を検知するレジスタ値監視手段と、
同期させた基準時(t0)からの経過時間を計数するカウンタと、
前記レジスタ値監視手段が前記パラレル入力レジスタに記憶されるパラレルデータの変化を検知する毎に、検知時のカウンタ値と、検知時に前記パラレル入力レジスタに記憶されたパラレルデータとを関連づけて記憶する記憶手段を更に備え、
全ての前記比較回路から出力される前記二値信号が反転した後、前記記憶手段に記憶されたカウンタ値とパラレルデータとから、特定の検出電極に入力操作体が接近した入力操作位置を検出することを特徴とする請求項2に記載の静電容量式タッチパネル。 The input operation position detecting means includes
Wherein in a sufficiently short cycle than the second elapsed time, temporary logical value of the binary signals output from a plurality of said comparator circuit, as parallel data of plural bits to one of said binary signal is inverted A parallel input register to store;
Said monitoring the parallel data stored in the parallel input register, either register value monitoring means for detecting a change in at least one of the bit data of the parallel data by said binary signal is inverted,
A counter that counts the elapsed time from the synchronized reference time (t0);
Each for detecting a change in the parallel data is the register value monitoring unit are stored in the parallel input register, and the counter value at the time of detection, the detection time of the parallel input register stored parallel data and storing that stores in association with Further comprising means,
After the binary signal output from all of the comparison circuit is inverted, from the stored counter value and the parallel data in the storage means, for detecting the input operation position input operation member approaches the particular detection electrodes The capacitive touch panel according to claim 2 .
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