TWI507951B - 靜電電容式觸控面板 - Google Patents

Description

靜電電容式觸控面板

本發明係關於根據檢測電極的漂浮電容的增加，以非接觸來檢測對被配置在絕緣面板上的檢測電極的輸入操作的靜電電容式觸控面板。

以將電子機器的顯示器所顯示的圖標(icon)等進行指示輸入的指向裝置而言，利用若手指等輸入操作體接近輸入操作面時，在其附近的靜電電容會發生變化的現象，根據靜電電容的變化，即使配置在顯示器的背面側，亦可以非接觸來檢測輸入操作的靜電電容式觸控面板已為人所知。

習知的靜電電容式觸控面板係使多數的X電極與Y電極在輸入操作面上彼此絕緣而以交叉的方式形成為矩陣狀，在使手指等輸入操作體接近的附近，相交叉的各X電極與Y電極間的靜電電容會發生變化，因此檢測出對靜電電容發生變化後的X電極與Y電極的配置位置的輸入操作(專利文獻1)。

在該專利文獻1所記載之靜電電容式觸控面板中，對多數的Y電極依序施加預定的脈衝電壓且進行掃描，來檢測與被施加脈衝電壓的Y電極呈交叉的各X電極的電壓。若使手指等輸入操作體接近絕緣面板時，在輸入操作體所接近的位置相交叉的X電極與Y電極間的靜電電容會發生變化，根據因靜電電容的變化而使電壓發生變化的X電極、及在此時施加脈衝電壓的Y電極的配置位置，來檢測輸入操作體對絕緣面板的操作位置。

但是，若絕緣面板的輸入操作面為大面積時，隨著其輸入面積的增加，檢測靜電電容的變化的X電極與Y電極的數量會增大，針對各電極的交叉位置進行掃描的掃描周期會變長，而會有無法在短時間內檢測輸入操作位置的問題。此外，除了必須設置施加脈衝電壓的手段以外，為了掃描以矩陣狀佈線的多數X電極與Y電極，必須使用與適當的個數相對應的多工器，而會有電路構成複雜、大型化的問題。

因此，以更為簡易的電路構成，來檢測關於檢測電極的靜電電容(漂浮電容)的變化的手段而言，根據靜電電容與已知的電阻值的時間常數來檢測在輸入操作位置的未知的靜電電容的方法已為人所知。該檢測方法係形成對屬於未知電容的靜電電容的電容器C串聯或並聯連接檢測電阻R的CR時間常數電路，對檢測電阻R的一側施加預定的電壓Vdd或將一側接地，將取決於由電容器C的靜電電容c與檢測電阻R的電阻值r所決定的時間常數rc而上升或下降的電容器C的電位與預定的臨界電位作比較，由到達臨界電位的充電時間或放電時間來判別靜電電容的大小。若利用該檢測方法，配置在絕緣面板上的檢測電極的漂浮電容(檢測電極與接地間的靜電電容)係若手指等輸入操作體接近時即會增大而使充放電時間變長，因此將檢測電極的電位成為預定的臨界電位為止的充放電時間計時，與未進行輸入操作時的充放電時間作比較，可檢測有無接近檢測電極的輸入操作。

但是，使手指接近檢測電極時的漂浮電容c係僅由10pF左右稍微增加數pF，因此使用CR時間常數電路的檢測方法係即使為了檢測例如增加1pF的靜電電容而將10MΩ的檢測電阻作串聯連接，時間常數亦僅變化10μsec，要根據到達至臨界電位為止的充電時間或放電時間的比較來直接檢測對檢測電極的輸入操作乃極為困難。為了解決該問題，考慮一種更加加大檢測電阻的電阻值的方法，但是會形成為接近絕緣狀態的高阻抗而對施加檢測電壓的微電腦等流通檢測電流，而無法進行檢測。因此，先備妥更大電容的電容器，將漂浮電容的充電電荷反覆移至該電容器，將電容器的充電時間進行比較的電荷轉換方式靜電電容檢測方法已被提出(專利文獻2)。

以下使用第5圖、第6圖，說明電荷轉換方式的靜電電容檢測方法。第5圖所示之電容器C1係欲檢測出電容變化的小電容c1的電容器，例如在操作者的手指與圖案之間所產生的微小漂浮電容的電容器。電容器C1的一側係透過操作者而接地，另一側的SW1正在進行ON動作的期間，則以充電電壓Vdd予以充電。此外，與電容器C1並聯而透過SW2連接有相對電容器C1的靜電電容為充分大的電容c2的電容器C2。

關於如上所示所構成的檢測電路，在第1步驟中，將SW1形成為ON，將SW2形成為OFF，以充電電壓Vdd將電容器C1充電，充電後，在第2步驟中，將SW1與SW2均形成為OFF。在該第2步驟中，電容器C1的電壓V1為Vdd。接著，在第3步驟中，將SW1形成為OFF，將SW2形成為ON，將電容器C1的充電電荷的一部分轉移至電容器C2，之後，在第4步驟中，將SW1與SW2再次均形成為OFF。在該第4步驟中，電容器C1的電壓V1與電容器C2的電壓V2為相等。

反覆N次第1步驟至第4步驟的處理時的電容器C2的電壓V2係以V2=Vdd×(1-c2/(c1+c2)^N )表示，由於充電電壓Vdd、電容器C2的電容c2為已知，因此若求出電容器C2的電壓V2達成至設定為第6圖所示之充電電壓Vdd的1/2的臨界電位Vref為止的次數N，可得所欲檢測出的電容器C1的靜電電容c1。

如第6圖所示，在靜電電容c1愈為增加，到達至Vref的反覆次數N愈短，因此若可僅檢測輸入操作體接近檢測電極即足夠的靜電電容方式觸控面板中，將反覆次數的臨界值Nref設定例如圖中的1100，若以比該臨界值Nref為短的反覆次數到達至Vref時，形成為輸入操作的手指接近而產生10pF以上的漂浮電容者，以檢測對檢測電極的輸入操作。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-337773號公報(說明書項目0017至項目0031、第1圖)

[專利文獻2]日本特開2009-70004號公報(說明書項目0014至項目0020、第2圖)

在專利文獻1所記載之習知的靜電電容式觸控面板中，由於必須按所有檢測電極施加脈衝電壓，因此以使用同時將所有檢測電極的漂浮電容進行充放電，可在更短時間內檢測靜電電容的變化的CR時間常數電路的檢測方法為宜，但是由於藉由輸入操作所致之漂浮電容的變化微小，因此不易由到達臨界電位為止的充放電時間的差來檢測該情形，只能利用專利文獻2所記載之電荷轉換方式使其擴大來進行檢測。

但是，該電荷轉換方式係為了檢測一度的靜電電容的變化，必須將SW1與SW2進行動作控制1000次以上，結果並無法在短時間內由漂浮電容的變化來檢測接近檢測電極的輸入操作。

本發明係考慮到如上所示之習知的問題點所研創者，目的在提供一種可同時檢測多數的檢測電極的漂浮電容的變化，此外，即使漂浮電容的變化微小，亦可由到達臨界電位為止的充放電時間來檢測對檢測電極的輸入操作的靜電電容式觸控面板。

此外，目的在提供一種可按照與充電電壓Vdd或檢測電極的電位Vc作比較的臨界電位，來選擇檢測精度更高的電壓控制方法的靜電電容式觸控面板。

為了達成上述目的，請求項1的靜電電容式觸控面板係具備有：檢測電極，係配置在絕緣面板上，隨著接近輸入操作體，漂浮電容會增加；電阻元件，係在與檢測電極的漂浮電容的值之間形成CR時間常數電路；充放電開關，係將電阻元件的一側的共用端子，與由基準時位於預定的充電電位或接地電位的切換端子相連接而以前述CR時間常數電路的時間常數將漂浮電容進行充電或放電，將檢測電極的電位由接地電位提高至前述充電電位，或由前述充電電位降低至接地電位；及計時手段，係計測由基準時將漂浮電容進行充電或放電，而位於前述充電電位或接地電位的檢測電極的電位，到達設定於前述充電電位與接地電位之間的預定的臨界電位為止的經過時間，由隨著漂浮電容的增加而增加之經過時間來檢測對檢測電極的配置位置的輸入操作，該靜電電容方式觸控面板之特徵為：充放電開關係藉由將固定頻率的矩形波脈衝訊號以預定的調變值進行脈衝寬度調變後的PWM調變訊號予以切換控制，按照PWM調變訊號的二值訊號值，電阻元件的一側的共用端子與前述切換端子作接近分離。

PWM調變訊號係按照調變值將充放電開關作切換控制的二值訊號值的工作比(duty ratio)會改變，電阻元件的一側係在充電電位或接地電位與開放電位之間以由調變值所決定的時間間隔比作交替切換。電阻元件的一側係在位於充電電位或接地電位的期間，位於接地電位或充電電位的檢測電極的電位係按照由電阻的電阻值與漂浮電容所決定的時間常數而上升或下降，但是在位於開放電位的期間，檢測電極的電位並不會改變，其上升或下降會停止。因此，降低在將漂浮電容進行充放電時檢測電極的電位會改變的斜率，可將由基準時至檢測電極的電位到達臨界電位為止的經過時間按照調變值延長，因此即使因輸入操作所造成的漂浮電容為微小的增加，亦可根據經擴大的經過時間的增加來進行檢測。

請求項2的靜電電容式觸控面板中，充放電開關係藉由PWM調變訊號，對位於前述充電電位的第1切換端子、位於接地電位的第2切換端子、及呈開放的第3切換端子的任一者，將前述共用端子的連接進行切換控制，按照PWM調變訊號的二值訊號值，將前述共用端子的連接，在第1切換端子與第3切換端子間進行切換連接而將檢測電極的漂浮電容充電，及/或在第2切換端子與第3切換端子間進行切換連接而將檢測電極的漂浮電容放電。

在進行漂浮電容的充電控制時，將共用端子的連接在第1切換端子與第3切換端子間作切換連接，在放電控制時，將共用端子的連接在第2切換端子與第3切換端子間作切換連接，以共通的充放電開關，在任何情形下，均可將由基準時至檢測電極的電位到達臨界電位為止的經過時間按照調變值延長。

請求項3的靜電電容式觸控面板中，電阻元件與充放電開關係按每個在絕緣面板上彼此絕緣所配置的複數檢測電極予以配備，針對各檢測電極，比較計時手段所計測到的經過時間，由經過時間增加的檢測電極的配置位置來檢測輸入操作位置。

針對多數的檢測電極，使用CR時間常數電路來檢測各檢測電極的漂浮電容的變化，因此將多數的檢測電極的漂浮電容同時進行充電或放電，可在短時間內檢測對任何檢測電極的輸入操作。

藉由請求項1之發明，使用CR時間常數電路，即使因輸入操作所造成的檢測電極的漂浮電容的增加微小，亦可檢測對檢測電極的輸入操作。

藉由請求項2之發明，即使在將漂浮電容進行充電來檢測其變化的情形、及進行放電來檢測其變化的任何情形下，均可使用共通的充放電開關，將由基準時至檢測電極的電位到達臨界電位為止的經過時間按照調變值延長，而可確實檢測微小變化的漂浮電容。

此外，在將漂浮電容進行充電的期間與進行放電的期間，因由基準時的經過時間，檢測電位發生變化的斜率會不同，因此配合臨界電位，在臨界電位的近旁，檢測電極的電位的斜率會變小，可選擇經過時間更加擴大而呈現漂浮電容的變化的漂浮電容的充電控制或放電控制。

藉由請求項3之發明，在將漂浮電容進行充放電控制的一周期內，檢測被配置在絕緣面板上的多數的檢測電極的各漂浮電容的變化，可在短期間內檢測輸入操作位置。

以下使用第1圖至第4圖，說明本發明之一實施形態之靜電電容式觸控面板(以下稱為觸控面板)1。該觸控面板1係在未圖示的絕緣面板上以例如數mm的間隔彼此絕緣配置有複數檢測電極3₁ 、3₂ 、3₃ 、3₄ 。各檢測電極3的漂浮電容Cs係以形成在與其周圍的導電圖案、遮蔽機器的屏蔽外殼、大地之間的電容總和來表示，但是其他電容為大致一定，相對於此，若操作者的手指等輸入操作體接近時即會增大。因此，將各檢測電極3的漂浮電容Cs₁ 、Cs₂ 、Cs₃ 、Cs₄ 作比較，以輸入操作的輸入操作體對與其他作比較而漂浮電容Cs為最大的檢測電極3接近者而言，檢測接近該檢測電極3的配置位置的輸入操作。

在此，為方便說明，以觸控面板1將4個檢測電極3₁ 、3₂ 、3₃ 、3₄ 的漂浮電容Cs₁ 、Cs₂ 、Cs₃ 、Cs₄ 作比較來檢測輸入操作者加以說明。為了比較各檢測電極3的漂浮電容Cs₁ 、Cs₂ 、Cs₃ 、Cs₄ ，如第1圖所示，在各檢測電極3係分別連接有將漂浮電容Cs以二值訊號c的時間寬度表示而進行輸出的電容-時間轉換電路2。

各電容-時間轉換電路2係具備有：在將共用端子4c形成為基準充電電壓Vdd的電位的第1切換端子4₁ 、形成為接地電位GND的第2切換端子4₂ 、及呈開放的第3切換端子4₃ 之間作切換的充放電開關4；充放電開關4的共用端子4c與檢測電極3間的檢測電阻R1、R2；及將非反轉輸入連接於檢測電阻R1、R2的連接點，將反轉輸入形成為臨界電位V_SH 的比較器5。檢測電阻R2係檢測電極3的電阻，由檢測電極3的漂浮電容Cs的電容器與串聯連接的檢測電阻R1、R2來形成CR時間常數電路。

臨界電位V_SH 係在基準充電電壓Vdd與接地電位GND之間任意設定的電位，在此設為Vdd的70%的電位，藉此，若充放電開關4的共用端子4c由接地電位GND的第2切換端子4₂ 切換至基準充電電壓Vdd的第1切換端子4₁ 側時，以由檢測電阻R1、R2的電阻值r與漂浮電容Cs的漂浮電容cs(在說明上，將漂浮電容Cs的電容器的電容稱為漂浮電容cs)所決定的時間常數csr來將漂浮電容Cs充電，若由接地電位GND上升的檢測電極3的電位超過臨界電位V_SH 時，比較器5的輸出c即反轉。

如第4圖所示，假設由微電腦5在充電控制期間Tc中，充放電開關4常時藉由「H」位準的切換控制訊號a’予以切換控制時，在基準時t0位於接地電位GND的檢測電極的電位Vc若將由施加充電電壓Vdd的基準時t0的經過時間設為t、將自然對數設為ε，則以

Vc=Vdd(1-ε^-t/csr )...(1)式

表示，如圖中b’所示呈上升，經過t=5csr的過渡期間時，大致到達充電電壓Vdd(以下，在本說明書中，為方便說明，將其稱為已到達充電電壓Vdd)。

在此，在充電控制期間Tc中，漂浮電容Cs以基準充電電壓Vdd被充電時的檢測電極3的電位Vc的上升速度係以對檢測電阻R1、R2的電阻值r乘以漂浮電容cs所得的時間常數來決定，但是主要取決於漂浮電容cs，漂浮電容cs愈大，電壓的上升愈為平緩，由基準時t0至比較器5的輸出c進行反轉為止的經過時間亦愈長。但是，一般而言，關於檢測電極3的漂浮電容cs為約10pF，因手指等輸入操作體接近而發生變化的漂浮電容cs的變化量為1至3pF左右，因此將該變化至輸出c進行反轉為止的經過時間的差係即使將檢測電阻R1、R2的電阻值r加大為10MΩ，亦為10至30μsec之微小的時間，而不易判別。

因此，在本實施形態中，在充電控制期間Tc中，藉由由微電腦5所被輸出的切換控制訊號a，將充放電開關4的共用端子4c在第1切換端子4₁ 與第3切換端子4₃ 之間作切換連接。切換控制訊號a係在微電腦5之後述PWM調變電路20中，將固定頻率的方形波脈衝訊號以預定的調變值進行PWM調變者，形成為由對應調變值的工作比D所構成的PWM調變訊號。在此，將2.5MHz的矩形波脈衝訊號進行PWM調變，對0.4μsec的一周期，由微電腦5輸出「H」位準的脈衝寬度為0.16μsec的工作比0.4的PWM調變訊號a。

充放電開關4係在切換控制訊號(PWM調變訊號)a為「H」位準的期間，將共用端子4c連接於位於基準充電電壓Vdd的第1切換端子4₁ ，為「L」位準的期間，則連接於呈開放的第3切換端子4₃ 。結果，充電控制期間Tc中的檢測電極的電位Vc係以放大第4圖的波形b的方式，在切換控制訊號a為「H」位準的期間，按照上述(1)式而上升，為「L」位準的期間，則維持該電位，且反覆該情形。亦即，在切換控制訊號a為「L」位準的期間，由於檢測電極的電位Vc不會上升，因此上升的斜率係以相當於工作比D的比降低，如圖中波形b所示呈平緩上升。

藉由與b’相比為較為平緩的傾斜的檢測電極3的電位Vc的波形b，藉由輸入操作所致之1至3pF左右的漂浮電容cs的變化係由基準時t0至到達臨界電位V_SH 為止的經過時間的差擴大為2.5倍的25至75μsec，即使後述計測經過時間的手段的解析力低，亦可充分地由該差分來檢測輸入操作。

在本實施形態中，電容-時間轉換電路2的檢測電阻R1、R2的電阻值r、比較器5等的電路常數、臨界電位V_SH 的電位係針對各檢測電極3₁ 、3₂ 、3₃ 、3₄ 為相同，此外，各充放電開關4係由第2圖所示之微電腦5藉由相同的切換控制訊號a同時作切換控制，因此由基準時t0同步在第1切換端子4₁ 與第3切換端子4₃ 之間作切換連接。

藉由輸入操作所致之檢測電極3的漂浮電容cs的變化係可在切換時tg後的放電控制期間Td中亦以相同的方法進行檢測。將充放電開關4以切換控制訊號a或a’進行切換控制，在切換時tg位於充電電壓Vdd的檢測電極的電位Vc係藉由將充放電開關4的共用端子4c與形成為接地電位GND的第2切換端子4₂ 相連接，而以時間常數csr使漂浮電容Cs放電。檢測電極的電位Vc，若將由形成為充電電壓Vdd之切換時tg的經過時間設為t’，則以

Vc=Vddxε^-t’/csr ...(2)式

表示，在經過t’=5csr的過渡期間時，檢測電極的電位Vc係大致到達接地電位(以下，在本說明書中，為方便說明，將其稱為已到達接地電位)。

為了檢測在該放電控制期間Td中發生微小變化的漂浮電容cs，藉由由微電腦5所被輸出的切換控制訊號a，將充放電開關4的共用端子4c在第2切換端子4₂ 與第3切換端子4₃ 之間進行切換連接。在此，切換控制訊號a係與在充電控制期間Tc中所說明的切換控制訊號a為相同，切換控制訊號a為「H」位準的期間，將共用端子4c與位於接地電位GND的第2切換端子4₂ 相連接，為「L」位準的期間，則連接於呈開放的第3切換端子4₃ 。結果，放電控制期間Td的檢測電極的電位Vc係切換控制訊號a為「H」位準的期間，按照上述(2)式而下降，為「L」位準的期間，則維持電位，而反覆該情形。因此，檢測電極的電位Vc下降的斜率亦以相當於工作比D的比而變得平緩，因藉由輸入操作所致之漂浮電容cs的微小變化所產生之由切換時tg至到達臨界電位V_SH 為止的經過時間的差係擴大為工作比D的倒數的2.5倍，即使在放電控制期間Td中，亦可充分地由該差分來檢測輸入操作。

在此，若與檢測電極的電位Vc相比較的臨界電位V_SH 為接近充電電壓Vdd時，若藉由前者的充電控制，由於在臨界電位V_SH 的近旁接近於過渡期間，因此相對經過時間，檢測電極的電位Vc的上升較少，若藉由後者的放電控制，在臨界電位V_SH 的近旁，檢測電極的電位Vc的下降較大。因此，若將臨界電位V_SH 與檢測電極的電位Vc作比較的比較電路的解析力較低時，係以後者的放電控制為宜，若計測經過時間t的計測電路的解析力較低時，則以前者的充電控制為宜。

相反地，若與檢測電極的電位Vc相比較的臨界電位V_SH 為接近接地電位GND時，若藉由前者的充電控制，在臨界電位V_SH 的近旁，檢測電極的電位Vc的上升較大，若藉由後者的放電控制，由於在臨界電位V_SH 的近旁接近於過渡期間，因此檢測電極的電位Vc的下降較小。因此，若將臨界電位V_SH 與檢測電極的電位Vc作比較的比較電路的解析力較低時，係以前者的充電控制為宜，若計測經過時間t的計測電路的解析力較低時，則以後者的放電控制為宜，依臨界電位V_SH 的位準或檢測電路的解析力，均無須變更電路構成而可選擇適當的控制。

如第2圖所示，各電容-時間轉換電路2的比較器5的輸出c1、c2、c3、c4係作為4位元的平行資料而並聯輸入至屬於4位元的PIPO(並聯輸入並聯輸出形)暫存器的第1暫存器(T)6。平行資料的各位元資料係與各輸出c1、c2、c3、c4的2值訊號的值相對應，當輸出為「H」時被記憶為「1」，為「L」時被記憶為「0」。此外，第1暫存器(T)6的並聯輸出係同樣地被連接在屬於4位元之PIPO暫存器的第2暫存器(T-1)7的並聯輸入。第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7係與微電腦5共通的移位時脈端子(SFT)與重置輸出端子(RESET)相連接，在每次由時脈端子(SFT)被輸入移位時脈時即進行所記憶的4位元的暫存器值的輸入輸出，並且若由重置輸出端子(RESET)被輸入重置訊號時，即重置所記憶的4位元的暫存器值。亦即，第1暫存器(T)6係將在被輸入移位時脈時作為4位元的暫存器值所記憶的各輸出c1、c2、c3、c4的二值資料加以記憶至接下來被輸入移位時脈為止，同樣地，第2暫存器(T-1)7係將由第1暫存器(T)6所被輸出的4位元的暫存器值加以記憶至接下來被輸入移位時脈為止。此外，第1暫存器(T)6若由後述的暫存器值比較電路8被輸入觸發訊號時，即將此時所記憶的暫存器值記憶在RAM10。

在每次在第1暫存器(T)6記憶輸出c1、c2、c3、c4的新的4位元的暫存器值時，在暫存器值比較電路8中，將該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值相比較，當至少4位元的任一位元資料不同時，則由暫存器值比較電路8輸出觸發訊號至第1暫存器(T)6與後述的計數器11。此外，在本實施形態中，為了在檢測輸入操作的基準時t0，亦使後述的計數值與暫存器值產生關連地記憶在RAM10，而由暫存器值比較電路8被輸出觸發訊號。被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值係在被輸入最新的移位時脈的瞬前被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值，因此觸發訊號係除了基準時t0以外，在輸出c1、c2、c3、c4的至少任一者二值資料改變時即被輸出。

微電腦5係內置：由時脈振盪電路9輸入時脈訊號，在此將20MHz的時脈訊號的頻率作8分頻而形成為2.5MHz的頻率的分頻電路21、及將由分頻電路21所被輸出的2.5MHz的方形波脈衝訊號以預定的調變值進行脈衝寬度調變的PWM調變電路20，將由分頻電路21所被輸出的2.5MHz的時脈訊號作為上述移位時脈來對暫存器6、7的動作進行控制，並且將由PWM調變電路20所被輸出的PWM調變訊號作為切換控制訊號a而將各電容-時間轉換電路2的充放電開關4進行切換控制。

在本實施形態中，如上所述，PWM調變訊號被調變成工作比為0.4的脈衝訊號，而將各充放電開關4同時進行切換控制。此外，移位時脈的頻率係如上所述藉由輸入操作，至輸出c的二值資料進行反轉為止的時間差為25至75μsec左右，因此為了確實檢測該時間差，至少形成為1MHz以上的頻率(周期1μsec以下)，在此形成為1周期為0.4μsec的2.5MHz的頻率。

此外，微電腦5係根據按每個第4圖的檢測周期Tp產生關連地被記憶在RAM10的計數值與暫存器值的組合，來特定輸入操作體所接近的檢測電極3，執行檢測對該檢測電極3的配置位置的輸入操作的檢測處理。

計數器11係以至少移位時脈的頻率以上的頻率，且以由從時脈振盪電路9所被輸出的時脈訊號所得的頻率將計數值上數(count up)。計數器11的計數值係以由微電腦5所被輸出的重置訊號予以重置，若由暫存器值比較電路8被輸入觸發訊號時，如第2圖所示，此時的計數值被輸出至RAM10。

如第2圖所示，作為暫時記憶裝置的RAM10係在每當由暫存器值比較電路8被輸出觸發訊號時，使此時的計數器11的計數值與被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值產生關連加以記憶，至被輸入所有位元資料成為「1」的暫存器值為止，將與計數值產生關連的各組合加以記憶。被記憶在RAM10的該等各組合的資料係每隔檢測周期Tp在基準時t0前藉由來自微電腦5的控制予以清除(clear)。

以下說明檢測如上所示所構成的觸控面板1的輸入操作的動作。微電腦5係以檢測輸入操作的動作模式，如第4圖所示，以在將各檢測電極3的漂浮電容Cs進行充放電的充電時間Tc與放電時間Td加上休止時間Tr所得的檢測周期Tp，來反覆輸入操作的檢測。在此，說明在將漂浮電容Cs進行充電控制的充電時間Tc檢測對檢測電極3的輸入操作者。充電時間Tc係將充放電開關4在位於基準充電電壓Vdd的第1切換端子4₁ 、與呈開放的第3切換端子4₃ 之間進行切換之基準時t0至切換時tg為止的時間，切換時tg係無關於有無輸入操作，被設定在所有檢測電極3的電位超過臨界電位V_SH 而到達至基準充電電壓Vdd之後的時期。漂浮電容Cs的最大值為10pF左右，由10MΩ之串聯連接的檢測電阻R1、R2所構成的時間常數為100μsec，以工作比為0.4的切換控制訊號a，漂浮電容Cs被充電的檢測電極3的電位大致到達基準充電電壓Vdd為止的經過時間為2.5msec，將至切換時tg為止的充電時間Tc設為3msec。

此外，在放電時間Td中，由於並未檢測輸入操作，因此如第4圖所示，切換時tg後的切換控制訊號a為「L」位準，充放電開關4的共用端子4c係與位於接地電位GND的第2切換端子4₂ 相連接，由切換時tg經過放電時間Td後的所有檢測電極3的電位成為接地電位GND。放電時間Td中，由於漂浮電容Cs經常被放電，因此由切換時tg至到達接地電位GND為止的經過時間為0.5msec，將放電時間Td設定為比充電時間Tc為短的1msec。為了更加提高輸入操作的檢測頻度，將經過放電時間Td的時點設為基準時t0，雖然並不一定在檢測周期Tp設置休止時間Tr，但是在本實施形態中，設置0.5msec的休止時間Tr，將檢測周期Tp設為4msec。微電腦5係由該放電時間Td至休止時間Tr，進行由被記憶在RAM10的資料來計算出輸入操作位置的檢測處理。

如上所示，藉由本實施形態，由於對多數的電容-時間轉換電路2的漂浮電容Cs同時進行充放電，因此未依電容-時間轉換電路2的數量來增加充電時間Tc與放電時間Td，即使設置休止時間Tr，亦可以較短的檢測周期Tp來檢測輸入操作。因此，即使為微電腦5檢測輸入操作的動作模式，亦可在使用於電力消耗量少、遙控送訊機或行動電話機等無法由外部獲得電源的攜帶式機器的輸入裝置時，無須替換電池即可長時間使用。

微電腦5係在基準時t0由重置輸出端子(RESET)輸出重置訊號，將第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7的暫存器值與計數器11的計數值重置，並且清除被記憶在RAM10的資料。但是在經過檢測周期Tp的時點，第1暫存器(T)6與第2暫存器(T-1)7的各暫存器值係成為「0」，因此並不一定需要進行重置。

此外，微電腦5係輸出在相同的基準時t0將各電容-時間轉換電路2的充放電開關4在基準充電電壓Vdd與開放電位間作切換的切換控制訊號a，將檢測電極3的漂浮電容Cs以工作比0.4的時間比進行充電。至基準時t0為止，充放電開關4被切換成接地電位GND的檢測電極3的電位為臨界電位V_SH 以下的接地電位GND，因此基準時t0的各比較器5的輸出c1、c2、c3、c4均為「L」，記憶第1暫存器(T)6的4位元的「0000」的平行資料。

暫存器值比較電路8係在基準時t0對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，如第2圖所示，RAM10係將表示基準時t0的計數值C(t0)、及在基準時t0被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0000」產生關連地加以記憶。

假設進行輸入操作之手指等輸入操作體接近檢測電極3₂ 的配置位置時，由於遠離輸入操作體，不會受到因輸入操作體所造成的影響的檢測電極3₄ 的漂浮電容Cs₄ 為最小，因此如第3圖所示，以與檢測電阻R1、R2的電阻值的時間常數呈階段狀上升的檢測電極3₄ 的電位在最早的時刻t1超越臨界電位V_SH 。結果，比較器5的輸出c4由「L」反轉成「H」，在第1暫存器(T)6記憶有最下位位元成為「1」的平行資料「0001」。暫存器值比較電路8由於該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「0000」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，將表示時刻t1的計數值C(t1)、與重新記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「0001」產生關連地記憶在RAM10。

接著，被配置在檢測電極3₂ 的兩側、且相對接近檢測電極3₂ 的輸入操作體，以大致等距離所配置的檢測電極3₁ 與檢測電極3₃ 的漂浮電容Cs₁ 、Cs₃ 係大於漂浮電容Cs₄ ，檢測電極3₁ 、3₃ 的電位在時刻t2超過臨界電位V_SH ，比較器5的輸出c1、c3由「L」反轉成「H」，在第1暫存器(T)6記憶有平行資料「1011」。暫存器值比較電路8係由於該暫存器值的第1位元與第3位元與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「0001」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，在RAM10與表示時刻t2的計數值C(t2)產生關連記憶有重新被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1011」。

最為接近輸入操作位置的檢測電極3₂ 的漂浮電容Cs₂ 與其他相比較係成為最大，因此如第3圖所示，該檢測電極3₂ 的電位係在時刻t₃ 的最後超過臨界電位V_SH ，比較器5的輸出c3由「L」反轉成「H」。結果，在第1暫存器(T)6係在時刻t₃ 記憶平行資料「1111」，暫存器值比較電路8係由於該暫存器值與被記憶在第2暫存器(T-1)7的暫存器值「1011」不同，因此對計數器11與第1暫存器(T)6輸出觸發訊號，如第2圖所示，將表示時刻t3的計數值C(t3)、及被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1111」產生關連地記憶在RAM10。

微電腦5係在由基準時t0經過充電時間Tc後的切換時tg，將各充放電開關4切換成接地電位GND，在放電時間Td中將被蓄積在各漂浮電容Cs的電荷進行放電，將所有檢測電極3的電位設為接地電位GND。

在切換時tg，由於所有檢測電極3的電位超過臨界電位V_SH ，因此被記憶在第1暫存器(T)6的暫存器值「1111」係至切換時tg為止並未改變，微電腦5係在切換時tg讀出被記憶在RAM10的各計數值C(t)與暫存器值的組合。計數值C(t)係表示開始充電後由基準時t0的經過時間，暫存器值係表示與其瞬前的組合的暫存器值相比較而位元資料發生變化的位元。此外，各暫存器值的位元係與各檢測電極3的漂浮電容Cs相對應而依漂浮電容Cs的大小，由基準時t0的經過時間會變長，因此微電腦5可根據被記憶在RAM10的各組合的資料，來比較檢測電極3的漂浮電容Cs的大小。在此，如第2圖所示，由於4位元的位元資料依第4位元(LSB)、第1位元(MSB)與第3位元、第2位元的順序改變，因此檢測出漂浮電容Cs係依Cs₄ 、Cs₁ 與Cs₃ 、Cs₂ 的順序變大。藉此，微電腦5係可判定出輸入操作體接近漂浮電容Cs₂ 為最大的檢測電極3₂ 的配置位置，以檢測將該檢測電極3₂ 的配置位置設為輸入操作位置的輸入操作。

微電腦5係將如上所示所檢測到的輸入操作位置，輸入至控制顯示畫面上的游標移動控制或電子機器的動作的外部控制電路，使其執行與輸入操作位置相對應的預定處理。

微電腦5係在放電時間Td及其之後的休止時間Tr的期間，執行上述輸入操作位置與輸入操作的檢測處理，在檢測輸入操作後，在下一個基準時t0前，將被記憶在RAM10的資料清除。

其中，輸入操作位置的檢測亦可比較複數檢測電極3的漂浮電容Cs的大小，而將由將複數漂浮電容Cs按比例分配所得的比所得的複數檢測電極3的配置位置間的位置作為輸入操作位置。

在上述實施形態中，係將複數電容器的各電容作為複數檢測電極的各漂浮電容來作比較，以檢測對於漂浮電容為最大的檢測電極的輸入操作的靜電電容式觸控面板來加以說明，但是電容器的電容若可轉換成可以計數器的計數值來計測的時間，則不限於漂浮電容，亦可適用於將其他種類的電容器的電容作比較的電容判別裝置。

此外，暫存器值比較電路8、第1暫存器(T)6、第2暫存器(T-1)7等電路元件亦可為內置於微電腦5者。

此外，充放電開關4係以將形成為基準充電電壓Vdd的電位的第1切換端子4₁ 、形成為接地電位GND的第2切換端子4₂ 、及呈開放的第3切換端子4₃ 等3種切換端子間作切換的開關來加以說明，但是在僅以充放電控制的其中一方來檢測輸入操作時，可省略第1切換端子4₁ 與第2切換端子4₂ 的其中一方。此外，若可以在充電控制中，共用端子與第1切換端子4₁ 接近分離，或在放電控制中，共用端子與第2切換端子4₂ 接近分離的方式，而以預定的工作比來進行控制，則並不一定需要設置呈開放的第3切換端子4₃ 。

〔產業上可利用性〕

本發明係適用於根據因輸入操作而發生微小變化的靜電電容而以非接觸來檢測輸入操作的靜電電容式觸控面板。

1‧‧‧靜電電容式觸控面板

2‧‧‧電容-時間轉換電路

3、3₁ 、3₂ 、3₃ 、3₄ ‧‧‧檢測電極

4‧‧‧充放電開關

4c‧‧‧共用端子

4₁ ‧‧‧第1切換端子

4₂ ‧‧‧第2切換端子

4₃ ‧‧‧第3切換端子

5‧‧‧微電腦

6‧‧‧第1暫存器(T)

7‧‧‧第2暫存器(T-1)

8‧‧‧暫存器值比較電路

9‧‧‧時脈振盪電路

10‧‧‧RAM

11‧‧‧計數器

20‧‧‧PWM調變電路

21‧‧‧分頻電路

Cs、Cs₁ 、Cs₂ 、Cs₃ 、Cs₄ ‧‧‧漂浮電容

R1、R2‧‧‧檢測電阻

Vc‧‧‧檢測電極的電位

Vdd‧‧‧基準充電電壓

V_SH ‧‧‧臨界電位

第1圖係顯示本發明之一實施形態之靜電電容式觸控面板1的複數檢測電極3與電容-時間轉換電路2的電路圖。

第2圖係檢測靜電電容式觸控面板1之輸入操作的輸入位置檢測電路的區塊圖。

第3圖係說明檢測輸入操作體所接近的檢測電極3的方法的波形圖。

第4圖係將第1圖的a、b、c的各波形與習知方法的波形a’、b’相比較所顯示的波形圖。

第5圖係顯示習知的電荷轉換方式的靜電電容檢測方法的區塊圖。

第6圖係顯示藉由第6圖所示之靜電電容檢測方法所致的充電次數N與電容器C2的電壓V2的關係的波形圖。

Tp．．．檢測周期

Tc．．．充電時間

Td．．．放電時間

Tr．．．休止時間

t0．．．基準時

tg．．．切換時

V_SH ．．．臨界電位

a、a’．．．控制訊號

b、b’．．．波形

c．．．輸出

Claims (3)

1. 一種靜電電容式觸控面板，係具備有：檢測電極，係配置在絕緣面板上，隨著接近輸入操作體，漂浮電容會增加；電阻元件，係在與檢測電極的漂浮電容的值之間形成CR時間常數電路；充放電開關，係將電阻元件的一側的共用端子，與由基準時位於預定的充電電位或接地電位的切換端子相連接而以前述CR時間常數電路的時間常數將漂浮電容進行充電或放電，將檢測電極的電位由接地電位提高至前述充電電位，或由前述充電電位降低至接地電位；及計時手段，係計測由基準時將漂浮電容進行充電或放電，而位於前述充電電位或接地電位的檢測電極的電位，到達設定於前述充電電位與接地電位之間的預定的臨界電位為止的經過時間，由隨著漂浮電容的增加而增加之經過時間來檢測對檢測電極的配置位置的輸入操作，該靜電電容方式觸控面板之特徵為：充放電開關係藉由將固定頻率的矩形波脈衝訊號以預定的調變值進行脈衝寬度調變後的PWM調變訊號予以切換控制，按照PWM調變訊號的二值訊號值，電阻元件的一側的共用端子與前述切換端子作接近分離。
2. 如申請專利範圍第1項之靜電電容式觸控面板，其中，充放電開關係藉由PWM調變訊號，對位於前述充電電位的第1切換端子、位於接地電位的第2切換端子、及呈開放的第3切換端子的任一者，將前述共用端子的連接進行切換控制，按照PWM調變訊號的二值訊號值，將前述共用端子的連接，在第1切換端子與第3切換端子間進行切換連接而將檢測電極的漂浮電容充電，及/或在第2切換端子與第3切換端子間進行切換連接而將檢測電極的漂浮電容放電。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電電容式觸控面板，其中，電阻元件與充放電開關係按每個在絕緣面板上彼此絕緣所配置的複數檢測電極予以配備，針對各檢測電極，比較計時手段所計測到的經過時間，由經過時間增加的檢測電極的配置位置來檢測輸入操作位置。