特開 2016-173685 静電容量式タッチパネル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-173685(P2016-173685A)

(43)【公開日】2016年9月29日

(54)【発明の名称】静電容量式タッチパネル

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20160902BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20160902BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 590

   G06F3/041 512

   G06F3/044 126

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-52689(P2015-52689)

(22)【出願日】2015年3月16日

(71)【出願人】

【識別番号】000102500

【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095636

【弁理士】

【氏名又は名称】早崎 修

(72)【発明者】

【氏名】南部 元俊

(57)【要約】

【課題】通常の入力操作の入力操作位置を高速に高精度に検出し、マルチタッチ操作を検出した場合には、入力操作体が入力操作面に触れる前に、ゴースト発生の問題がない相互容量方式の入力操作に切り替える静電容量式タッチパネルを提供する。
【解決手段】通常の入力操作は、第１検出回路を動作させて検出電極に表れる第１交流検出信号の受信レベルＶｉから直接検出電極と入力操作体間の距離ｄを求めて入力操作位置を検出し、第１検出回路でマルチタッチ操作を検出した場合には、相互容量方式の第２検出回路を動作させて入力操作位置を検出するので、ゴースト発生の問題がなく、マルチタッチ操作の各入力操作位置を検出できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板の入力操作面に沿って第１方向に配線される複数の第１検出電極と、
前記入力操作面に沿って第１方向と交差する第２方向に配線される複数の第２検出電極と、
第１検出電極と第２検出電極の各検出電極と入力操作体との相対電位が変動する第１交流検出信号を発信する第１発信手段と、前記各検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、前記各検出電極に表れる第１交流検出信号の受信レベルを検出する第１信号検出手段とを有し、前記各検出電極毎に検出した第１交流検出信号の受信レベルをもとにその検出電極と入力操作体間の距離を求め、各検出電極の入力操作体との距離を比較して入力操作体の入力操作位置を検出する第１検出回路と、
複数の第１検出電極へ順に第２交流検出信号を発信する第２発信手段と、第１検出電極と第２検出電極間の静電容量を介して、第２交流検出信号を発信した第１検出電極に交差する複数の各第２検出電極に表れる第２交流検出信号の受信レベルを検出する第２信号検出手段とを有し、入力操作体が接近し受信レベルが変化する第１検出電極と第２検出電極の絶縁基板上の交差位置から、入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出する第２検出回路と、
第１検出回路が２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合にマルチタッチ操作と判定する判定手段と、
判定手段の判定結果によって第１検出回路と第２検出回路のいずれかの動作に切り替える切替制御回路とを備え、
判定手段がマルチタッチ操作と判定しない場合には、第１検出回路を動作させて入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出し、
判定手段がマルチタッチ操作と判定した場合には、第２検出回路を動作させて入力操作面上の２以上の入力操作体の入力操作位置をそれぞれ検出することを特徴とする静電容量式タッチパネル。

【請求項2】

判定手段は、第１検出回路が入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出する前に、２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合に、マルチタッチ操作と判定することを特徴とする請求項１記載の静電容量式タッチパネル装置。

【請求項3】

切替制御回路は、判定手段がマルチタッチ操作と判定した場合には、第１検出回路から第２検出回路へ動作を切り替え、第２検出回路が入力操作面上のいずれの入力操作体の入力操作位置も検出しない場合に、第２検出回路から第１検出回路へ動作を切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の静電容量式タッチパネル装置。

【請求項4】

第１検出回路は、更に、一方を接地若しくは定電位とした低圧基準電源線と高圧基準電源線との間に直流電圧を出力する一次直流電源回路と、
低圧振動電源線と高圧振動電源線との間から直流電圧を出力する二次直流電源回路と、
低圧基準電源線と低圧振動電源線間に接続され、第１交流検出信号に対してハイインピーダンスとなる第１インダクタと、
高圧基準電源線と高圧振動電源線間に接続され、第１交流検出信号に対してハイインピーダンスとなる第２インダクタと、
二次直流電源回路で動作する第１発信手段と高圧基準電源線及び低圧基準電源線間にそれぞれ接続される第１キャパシタ及び第２キャパシタとを備え、
第１検出回路を動作させる間は、
第２発信手段の動作を停止し、第１発信手段から、第１キャパシタと第２キャパシタを介して、一次直流電源回路へ第１交流検出信号を出力するとともに、
前記各検出電極を、二次直流電源回路の低圧振動電源線と高圧振動電源線のいずれかに接続して第１交流検出信号の周波数で振動させ、
第２検出回路を動作させる間は、
第２発信手段から複数の第１検出電極へ順に第２交流検出信号を出力するとともに、
第１発信手段の第１キャパシタと第２キャパシタからみた出力インピーダンスを低インピーダンスとして第１発信手段の第１交流検出信号の出力を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の静電容量式タッチパネル。

【請求項5】

絶縁基板の入力操作面に沿って第１方向に配線される複数の第１検出電極と第１方向と交差する第２方向に配線される複数の第２検出電極の各検出電極に、入力操作体との相対電位が変動する第１交流検出信号を発信し、
前記各検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、前記各検出電極に表れる第１交流検出信号の受信レベルを検出し、
前記各検出電極毎に検出した第１交流検出信号の受信レベルをもとにその検出電極と入力操作体間の距離を求め、各検出電極の入力操作体との距離を比較して入力操作体の入力操作位置を検出し、
検出した入力操作位置が入力操作面に達するまで、単一の入力操作体による入力操作位置を検出した場合には、その入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出し、
検出した入力操作位置が入力操作面に達する前に、２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合に、第１交流検出信号の発信を停止するとともに、複数の第１検出電極へ順に第２交流検出信号を発信し、
第１検出電極と第２検出電極間の静電容量を介して、第２交流検出信号を発信した第１検出電極に交差する複数の各第２検出電極に表れる第２交流検出信号の受信レベルを検出し、
入力操作体が接近し受信レベルが変化する第１検出電極と第２検出電極の絶縁基板上の交差位置から、入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出することを特徴とする静電容量式タッチパネルの入力操作位置検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入力操作体が接近することにより入力操作体との静電容量が変化する検出電極の入力操作面上の配置位置から、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面上の複数の位置を同時に入力操作するいわゆるマルチタッチ操作があっても、各入力操作位置を正確に検出する静電容量式タッチパネルに関する。

【背景技術】

【0002】

静電容量式タッチパネルの入力操作位置の検出方式には、例えば、特表２０１３−５３４３４３号公報（特許文献１）にみられるように、入力操作体が接近することにより浮遊容量が増大する検出電極を検出し、複数の検出電極についての浮遊容量の変化量を比較する重心から入力操作位置を検出する自己容量方式（１線式）と、特表２０１２−５０２３９７号公報（特許文献２）にみられるように、駆動電極へ所定電圧レベルの交流検出信号を加え、駆動電極と入力操作体が接近することにより交流検出信号の受信レベルが低下する検出電極との交差位置から入力操作位置を検出する相互容量方式（２線式）とに分けられる。

【0003】

自己容量方式では、入力操作面に沿った第１方向と第２方向に、それぞれ互いに絶縁された複数の検出電極を配線するだけで、駆動電極を配線しないので構造が簡略化され、また、各検出電極の配線数だけ走査すれば第１方向と第２方向の入力操作位置を検出できるのでスキャン時間が短く、消費電力が小さいというメリットがあるが、検出した自己容量から入力操作体の入力操作位置を一カ所に絞ることが困難で、入力操作面の二カ所以上の位置を同時に入力操作するマルチタッチ操作では、実際の入力操作位置の他に、第１方向と第２方向の異なる位置を入力操作位置と誤検出する「ゴースト発生」の問題が生じる。

【0004】

一方、相互容量方式は、第１方向に配線される複数の第１検出電極と第２方向に配線される第２検出電極を互いに絶縁して絶縁パネルの入力操作面に沿って配線し、その一方を交流検出信号を加える駆動電極、他方を交流検出信号の受信レベルを検出する検出電極とする走査を、駆動電極と検出電極の交差位置の全てについて行い、受信レベルが低下した検出電極と駆動電極の交差位置から第１方向と第２方向での入力操作位置を検出する。従って、マルチタッチ操作があっても、それぞれの入力操作位置を正確に検出し、ゴースト発生の問題はないが、第１検出電極と第２検出電極の交差位置の全てについて走査するので、スキャン時間が長くなり入力操作の応答速度が低下するとともに消費電力も増大する。

【0005】

そこで、自己容量方式と相互容量方式を検出の目的によって切り替え可能とした静電容量センサも知られている（特開２０１５−３１５５２号公報（特許文献３））。以下、この従来の静電容量センサ１００の動作を図６と図７を用いて説明する。図６と図７において、１０１は、交流検出信号を発信する送信回路、１０２は、電圧計からなり、交流検出信号の受信レベルを検出する受信回路、１０３は、入力操作面に配置された駆動電極と検出電極を兼ねた送信電極、１０４は、入力操作面の送信電極１０３の近傍に配置された検出電極となる受信電極、１０７は、送信回路１０１から送信電極１０３の方向を順方向としてその間に接続されたダイオード、１０８は、相互容量方式で受信電極１０４の電位を検出するための接地容量である。

【0006】

静電容量センサ１００を自己容量方式で動作させて、被検知物（入力操作体）１１０を検出する場合には、図６に示すように、送信電極１０３と受信回路１０２間の開閉器１０５をＯＮ、受信電極１０４と受信回路１０２間の開閉器１０６をＯＦＦとする。送信回路１０１から送信電極１０３へ交流検出信号を発信し、送信電極１０３に被検知物１１０が接近していると、その間の自己容量（静電容量）１２０が交流検出信号によって充電される。送信電極１０３の電位は、この静電容量が充電されることにより徐々に上昇し、開閉器１０５がＯＮとなり送信電極１０３に接続する受信回路１０２は、上昇する送信電極１０３の電位が一定電位に達するまでの経過時間を検出する。

【0007】

送信電極１０３と被検知物１１０間の静電容量１２０は、その間の距離に反比例するので、被検知物１１０が送信電極１０３に接近するほど大きくなり、交流検出信号により静電容量１２０を充電して上昇する送信電極１０３の電位の上昇速度も遅くなり、受信回路１０２が検出する経過時間が長くなる。従って、静電容量センサ１００は、受信回路１０２が検出する経過時間が長くなることから送信電極１０３へ被検知物１１０が接近したことを検知する。

【0008】

また、静電容量センサ１００を相互容量方式で動作させて、被検知物（入力操作体）１１０を検出する場合には、図７に示すように、送信電極１０３と受信回路１０２間の開閉器１０５をＯＦＦ、受信電極１０４と受信回路１０２間の開閉器１０６をＯＮとする。送信回路１０１から送信電極１０３へ交流検出信号を発信すると、直列に接続された送信電極１０３と受信電極１０４の間の相互容量（静電容量）１３０と接地容量１０８からなる合成容量を充電し、受信電極１０４若しくは接地容量１０８の高圧側の電位は充電により徐々に上昇し、接地容量１０８の高圧側に接続する受信回路１０２は、この上昇する電位が一定電位に達するまでの経過時間を検出する。

【0009】

送信電極１０３と受信電極１０４の間に被検知物１１０が存在していない場合には、交流検出信号による電流が直列に接続する相互容量（静電容量）１３０と接地容量１０８との合成容量を充電するが、被検知物１１０が電極１０３、１０４間に接近すると、その一部が送信電極１０３から被検知物１１０に流れ、相互容量（静電容量）１３０が減少するので、接地容量１０８との合成容量も減少し、充電速度が増して、受信回路１０２で検出する経過時間が短くなる。従って、静電容量センサ１００は、受信回路１０２が検出する経過時間が短縮することから、送信電極１０３と受信電極１０４に被検知物１１０が接近したことを検出し、その送信電極１０３と受信電極１０４の配置位置から被検知物１１０の位置を検出する。

【0010】

この静電容量センサ１００の自己容量方式は、入力操作面の送信電極１０３に被検知物１１０が達する前の接近した状態を検出できるが、受信回路１０２が検出する経過時間が長くなることから被検知物１１０の接近を検出するので、検出時間が長い。一方、相互容量方式は、送信電極１０３と受信電極１０４の間に被検知物１１０が接近するまで被検知物１１０を検出できないが、受信回路１０２が検出する経過時間が短くなることから被検知物１１０の接近を検出するので、検出時間が短く、高速に移動する被検知物１１０を検知できる。そこで、静電容量センサ１００は、自己容量方式と相互容量方式の動作を切り替えて、通常は自己容量方式で被検知物１１０の接近を検出し、被検知物１１０の接近が検出された後は、相互容量方式の動作に切り替えて高速に移動する被検知物の移動を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特表２０１３−５３４３４３号公報

【特許文献2】特表２０１２−５０２３９７号公報

【特許文献3】特開２０１５−３１５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

自己容量方式で二次元の２方向の入力操作位置を検出する場合には、上述した「ゴースト発生」の問題が生じるので、特許文献１の静電容量式タッチパネルでは、前記２方向の他に更に異なる方向に多数の補助検出電極を配線し、２以上の入力操作位置を検出した場合には、各補助検出電極についての静電容量の変化から、実際にマルチタッチした入力操作位置を判別している。しかしながら、この方法は、２方向の検出電極の他に更に異なる方向の複数の補助検出電極を全ての検出電極が互いに絶縁するように配線しなければならず、静電容量式タッチパネルの構造が極めて複雑化するので実用的ではない。

【0013】

相互容量方式で入力操作位置を検出すれば、ゴースト発生の問題がなく、マルチタッチ操作による各入力操作位置を検出できるので、自己容量方式と相互容量方式を検出用途に応じて切り替える特許文献３に記載の発明と組み合わせて、マルチタッチ操作を検出した場合にのみ自己容量方式から相互容量方式へ切り替える静電容量式タッチパネルが検討された。

【0014】

しかしながら、特許文献１と特許文献３に開示されているように、従来の自己容量方式で入力操作体の入力操作位置を検出する場合には、入力操作体と交流検出信号を印加する検出電極間の静電容量の変化量に応じて変化する所定の充電電位に達するまでの経過時間から、検出電極と入力操作体間の距離を求めるので、入力操作体と検出電極間の距離は、入力操作体と検出電極間の静電容量に反比例するものの、実際に検出する経過時間との線形性がなく、経過時間から高精度に検出電極と入力操作体間の距離を検出することができない。

【0015】

特に、特許文献１に記載のように二次元の２方向の入力操作位置を検出する場合には、２方向にそれぞれ配線される各検出電極についての静電容量の変化量の重心から入力操作体の２方向の入力操作位置を検出することとなり、各検出電極についての静電容量の変化量を表す経過時間には入力操作体との距離と線形性がないので、その重心から求める入力操作位置の精度は悪化する。従って、マルチタッチ操作を検出した場合にのみ自己容量方式から相互容量方式へ切り替えるとしても、マルチタッチ操作を検出しない通常の入力操作位置の検出に、自己容量方式を採用することはできない。

【0016】

更に、自己容量方式の静電容量式タッチパネルでは、上述のように入力操作位置の検出精度が悪いので、マルチタッチ操作自体を検出することが困難で、少なくとも２以上の入力操作体が入力操作面に接触する程度まで接近しなければ、２以上の独立した入力操作位置を検出することができず、マルチタッチ操作を検出した場合にのみ自己容量方式から相互容量方式へ切り替えるとしても、ゴースト発生の問題が生じない相互容量方式への切り替えが遅れるものとなる。

【0017】

一方、特許文献２に示される相互容量方式によれば、ゴースト発生の問題がなく、高い精度で入力操作位置を検出することができるが、二次元の２方向の入力操作位置を検出する場合には、第１方向に配線される複数の駆動電極と第２方向に配線される複数の検出電極の全ての交差位置について、静電容量の変化を検出する走査を行う必要があり、二次元の入力操作位置を高速に検出することができない。この問題は、タッチパネルの入力操作面が拡大し、多数の駆動電極と検出電極を配線する必要がある場合により顕著となるので、マルチタッチ操作の検出有無にかかわらず、常に相互容量方式を採用することにも問題がある。

【0018】

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、マルチタッチ操作ではない通常の入力操作の入力操作位置を高速に高精度に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。

【0019】

また、マルチタッチ操作を検出した場合には、入力操作体が入力操作面に触れる前に、ゴースト発生の問題がない相互容量方式に切り替え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。

【課題を解決するための手段】

【0020】

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、絶縁基板の入力操作面に沿って第１方向に配線される複数の第１検出電極と、入力操作面に沿って第１方向と交差する第２方向に配線される複数の第２検出電極と、第１検出電極と第２検出電極の各検出電極と入力操作体との相対電位が変動する第１交流検出信号を発信する第１発信手段と、各検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、各検出電極に表れる第１交流検出信号の受信レベルを検出する第１信号検出手段とを有し、各検出電極毎に検出した第１交流検出信号の受信レベルをもとにその検出電極と入力操作体間の距離を求め、各検出電極の入力操作体との距離を比較して入力操作体の入力操作位置を検出する第１検出回路と、複数の第１検出電極へ順に第２交流検出信号を発信する第２発信手段と、第１検出電極と第２検出電極間の静電容量を介して、第２交流検出信号を発信した第１検出電極に交差する複数の各第２検出電極に表れる第２交流検出信号の受信レベルを検出する第２信号検出手段とを有し、入力操作体が接近し受信レベルが変化する第１検出電極と第２検出電極の絶縁基板上の交差位置から、入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出する第２検出回路と、第１検出回路が２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合にマルチタッチ操作と判定する判定手段と、判定手段の判定結果によって第１検出回路と第２検出回路のいずれかの動作に切り替える切替制御回路とを備え、
判定手段がマルチタッチ操作と判定しない場合には、第１検出回路を動作させて入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出し、判定手段がマルチタッチ操作と判定した場合には、第２検出回路を動作させて入力操作面上の２以上の入力操作体の入力操作位置をそれぞれ検出することを特徴とする。

【0021】

検出電極と入力操作体間の静電容量をＣｍ、検出電極と入力操作体間の距離をｄ、第１交流検出信号の出力レベルをＶｓ、ｋを定数として、第１検出回路の検出電極に表れる受信レベルＶｉは、Ｖｉ＝Ｖｓ／（ｄ・ｋ）で表され、検出電極と入力操作体間の距離ｄに反比例する。従って、第１検出回路は、第１方向に沿って配線される第１検出電極が検出した第１交流検出信号の受信レベルＶｉから、第１方向に直交する方向の第１検出電極と入力操作体間の距離が、第２方向に沿って配線される第２検出電極が検出した第１交流検出信号の受信レベルＶｉから、第２方向に直交する方向の第２検出電極と入力操作体間の距離がそれぞれ得られ、入力操作面に沿った二次元の入力操作位置を検出できる。

【0022】

判定手段でマルチタッチ操作と判定されない通常の入力操作は、第１検出回路が動作してその入力操作位置を検出する。第１検出回路が各検出電極について検出する受信レベルＶｉの逆数は、検出電極と入力操作体間の距離ｄと線形性があるので、受信レベルＶｉから入力操作体の入力操作位置を精度良く検出でき、第１検出電極と第２検出電極の総電極数について受信レベルＶｉを検出するだけで入力操作面上の二次元の入力操作位置を検出できる。

【0023】

第２検出回路は、第２交流検出信号を印加する複数の第１検出電極と第２交流検出信号の受信レベルを検出する複数の第２検出電極の全ての交差位置について、交差位置毎に第２交流検出信号の受信レベルが低下した交差位置で交差する第１検出電極と第２検出電極の配線位置から入力操作面の二次元の入力操作位置を入力操作位置を検出する。第２検出回路によれば、全ての交差位置について入力操作体の接近による第２交流検出信号の受信レベルを検出するので、マルチタッチ操作があってもゴースト発生の問題なく、各入力操作位置を正確に検出できる。

【0024】

第１検出回路と第２検出回路は、複数の第１検出電極と複数の第２検出電極を兼用するので，構造を大幅に変更することなく、異なる検出方式で入力操作位置を検出できる。

【0025】

請求項２の静電容量式タッチパネルは、判定手段が、第１検出回路が入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出する前に、２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合に、マルチタッチ操作と判定することを特徴とする。

【0026】

第１検出回路によれば、高精度に入力操作位置を検出できるので、判定手段は、複数の入力操作体が入力操作面から離れていてもマルチタッチ操作と判定することができ、入力操作面をタッチ操作する前に、第２検出回路を起動させて高速にマルチタッチ操作の各入力操作位置を検出できる。

【0027】

請求項３の静電容量式タッチパネルは、切替制御回路が、判定手段がマルチタッチ操作と判定した場合には、第１検出回路から第２検出回路へ動作を切り替え、第２検出回路が入力操作面上のいずれの入力操作体の入力操作位置も検出しない場合に、第２検出回路から第１検出回路へ動作を切り替えることを特徴とする。

【0028】

マルチタッチ操作は、第２検出回路が動作して入力操作位置を検出し、マルチタッチ操作の入力操作が終わると第１検出回路が動作するので、入力操作の待機状態では第１検出回路が動作する。

【0029】

請求項４の静電容量式タッチパネルは、第１検出回路が、更に、一方を接地若しくは定電位とした低圧基準電源線と高圧基準電源線との間に直流電圧を出力する一次直流電源回路と、低圧振動電源線と高圧振動電源線との間から直流電圧を出力する二次直流電源回路と、低圧基準電源線と低圧振動電源線間に接続され、第１交流検出信号に対してハイインピーダンスとなる第１インダクタと、高圧基準電源線と高圧振動電源線間に接続され、第１交流検出信号に対してハイインピーダンスとなる第２インダクタと、二次直流電源回路で動作する第１発信手段と高圧基準電源線及び低圧基準電源線間にそれぞれ接続される第１キャパシタ及び第２キャパシタとを備え、
第１検出回路を動作させる間は、第２発信手段の動作を停止し、第１発信手段から、第１キャパシタと第２キャパシタを介して、一次直流電源回路へ第１交流検出信号を出力するとともに、各検出電極を、二次直流電源回路の低圧振動電源線と高圧振動電源線のいずれかに接続して第１交流検出信号の周波数で振動させ、
第２検出回路を動作させる間は、第２発信手段から複数の第１検出電極へ順に第２交流検出信号を出力するとともに、第１発信手段の第１キャパシタと第２キャパシタからみた出力インピーダンスを低インピーダンスとして第１発信手段の第１交流検出信号の出力を停止することを特徴とする。

【0030】

第１検出回路を動作させる間は、一次直流電源回路が、低圧基準電源線と高圧基準電源線の一方は接地若しくは定電位に接続して定電位であるので、二次直流電源回路で動作する第１発信手段から第１キャパシタと第２キャパシタを介して一次直流電源回路に第１交流検出信号が出力すると、二次直流電源回路は、第１交流検出信号の周波数ｆで相対的に変動する。各検出電極は、二次直流電源回路の低圧振動電源線と高圧振動電源線のいずれかに接続するので、定電位の入力操作体に対して第１交流検出信号の周波数ｆで相対的に電位を変動する。

【0031】

第２検出回路を動作させる間は、一次直流電源回路と二次直流電源回路間に、第１インダクタと第１キャパシタ若しくは第２インダクタと第２キャパシタとからローパスフィルタが形成されるので、一次直流電源回路の高周波ノイズが二次直流電源回路に接続する各回路に流れることがなく、また、二次直流電源回路に接続する各回路で発生する高周波ノイズが一次直流電源回路側に流れない。

【0032】

請求項５の静電容量式タッチパネルの入力操作位置検出方法は、絶縁基板の入力操作面に沿って第１方向に配線される複数の第１検出電極と第１方向と交差する第２方向に配線される複数の第２検出電極の各検出電極に、入力操作体との相対電位が変動する第１交流検出信号を発信し、各検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、前記各検出電極に表れる第１交流検出信号の受信レベルを検出し、各検出電極毎に検出した第１交流検出信号の受信レベルをもとにその検出電極と入力操作体間の距離を求め、各検出電極の入力操作体との距離を比較して入力操作体の入力操作位置を検出し、検出した入力操作位置が入力操作面に達するまで、単一の入力操作体による入力操作位置を検出した場合には、その入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出し、検出した入力操作位置が入力操作面に達する前に、２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合に、第１交流検出信号の発信を停止するとともに、複数の第１検出電極へ順に第２交流検出信号を発信し、第１検出電極と第２検出電極間の静電容量を介して、第２交流検出信号を発信した第１検出電極に交差する複数の各第２検出電極に表れる第２交流検出信号の受信レベルを検出し、入力操作体が接近し受信レベルが変化する第１検出電極と第２検出電極の絶縁基板上の交差位置から、入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出することを特徴とする。

【0033】

検出電極と入力操作体間の静電容量をＣｍ、検出電極と入力操作体間の距離をｄ、第１交流検出信号の出力レベルをＶｓ、ｋを定数として、第１検出回路の検出電極に表れる受信レベルＶｉは、Ｖｉ＝Ｖｓ／（ｄ・ｋ）で表され、検出電極と入力操作体間の距離ｄに反比例する。従って、第１方向に沿って配線される第１検出電極が検出した第１交流検出信号の受信レベルＶｉから、第１方向に直交する方向の第１検出電極と入力操作体間の距離が、第２方向に沿って配線される第２検出電極が検出した第１交流検出信号の受信レベルＶｉから、第２方向に直交する方向の第２検出電極と入力操作体間の距離がそれぞれ得られ、入力操作面に沿った二次元の入力操作位置を検出できる。

【0034】

検出した入力操作位置が入力操作面に達するまで、単一の入力操作体による入力操作位置である場合には、同じ方法で第１交流検出信号の受信レベルＶｉから入力操作位置を検出する。各検出電極について検出する受信レベルＶｉの逆数は、検出電極と入力操作体間の距離ｄと線形性があるので、受信レベルＶｉから入力操作体の入力操作位置を精度良く検出でき、第１検出電極と第２検出電極の総電極数について受信レベルＶｉを検出するだけで入力操作面上の二次元の入力操作位置を検出できる。

【0035】

検出した入力操作位置が入力操作面に達する前に、２以上の入力操作体による入力操作位置を検出した場合には、第１検出電極と第２検出電極の絶縁基板上の交差位置毎に第２交流検出信号の受信レベルを検出し、その受信レベルが変化する交差位置から、入力操作面上の入力操作体の入力操作位置を検出するので、マルチタッチ操作があってもゴースト発生の問題なく、各入力操作位置を正確に検出できる。複数の入力操作体が入力操作面から離れていてもマルチタッチ操作と判定することができ、入力操作面をタッチ操作する前に、異なる入力操作位置の検出方法に切り替えて高速にマルチタッチ操作の各入力操作位置を検出できる。

【発明の効果】

【0036】

請求項１の発明によれば、マルチタッチ操作ではない通常の入力操作の入力操作位置を高速に、かつ高精度に検出することができる。

【0037】

マルチタッチ操作を検出した場合には、第２検出回路を動作させて、ゴースト発生の問題がない相互容量方式で入力操作位置を検出するので、マルチタッチ操作であっても各入力操作位置を正確に検出できる。

【0038】

また、第１検出回路と第２検出回路による異なる入力操作位置の検出方式に、共通の第１検出電極と第２検出電極を用いるので、大幅に構造を変更することなく、第１検出回路と第２検出回路の動作を切り替える静電容量式タッチパネルとすることができる。

【0039】

請求項２の発明によれば、入力操作体が入力操作面に触れる前にマルチタッチ操作を検出し、ゴースト発生の問題がない相互容量方式に切り替えることができる。

【0040】

請求項３の発明よれば、マルチタッチ操作は、第２検出回路が動作して入力操作位置を検出するので、ゴースト発生の問題がなく、各入力操作位置が検出される。入力操作を待機している状態では、第１検出回路が動作するので、入力操作体が入力操作面から離れたホバー操作の入力操作位置を検出できる。

【0041】

請求項４の発明によれば、第１検出回路を動作させて入力操作位置を検出する際に、入力操作体側に第１発信手段を設けることなく、受信レベルを検出する検出電極毎に第１交流検出信号を出力させる必要もない。従って、各検出電極の受信レベルを検出する走査のみで二次元の入力操作位置を検出できるので、検出周期を更に短縮させることができる。

【0042】

また、第１検出回路を動作して各検出電極と入力操作体との電位を変動させる第１インダクタと第１キャパシタ若しくは第２インダクタと第２キャパシタとを利用して、一次直流電源回路と二次直流電源回路間の高周波ノイズを遮断するローパスフィルタを形成できる。

【0043】

請求項５の発明よれば、マルチタッチ操作ではない単一の入力操作体による入力操作の入力操作位置を高速に、かつ高精度に検出することができる。

【0044】

マルチタッチ操作を検出した場合には、検出電極の交差位置毎に受信レベルを検出するので、ゴースト発生の問題がなくマルチタッチ操作の各入力操作位置を正確に検出できる。

【0045】

また、入力操作体が入力操作面に触れる前にマルチタッチ操作を検出し、ゴースト発生の問題がない入力操作位置の検出方法に速やかに切り替えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】本発明の一実施の形態に係る静電容量式タッチパネル１を示すブロック図である。

【図2】静電容量式タッチパネル１の要部の構成を示すブロック図である。

【図3】第１交流検出信号ＳＧを出力した際の基準電源回路４と振動電源回路３の等価回路図である。

【図4】第１交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓと検出電極１０に表れる受信レベルＶｉの関係を示す等価回路図である。

【図5】静電容量式タッチパネル１の入力操作位置を検出する工程を示すフローチャートである。

【図6】従来の静電容量式タッチパネル１００の自己容量方式での動作を説明するブロック図である。

【図7】従来の静電容量式タッチパネル１００の相互容量方式での動作を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

本発明の一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の構成を、図１乃至図４を用いて説明する。図１に示すように、タッチパネル１を構成する主要回路部品は、接地電位とした低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣからなる基準電源回路４に直流電圧Ｖｃｃを印加するＤＣ電源１６と、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに接続するコンデンサ１７、１８等のその他の回路部品からなる非振動回路部品と、接地電位に対して電位が変動する図１で破線で示す振動側回路基板２に搭載される振動回路部品に分けられる。

【0048】

また、振動側回路基板２には、低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣとからなる振動電源回路３が配線されている。低圧振動電源線ＳＧＮＤは低圧基準電源線ＧＮＤと、高圧振動電源線ＳＶＣＣは高圧基準電源線ＶＣＣと、それぞれコイル５、６を介して接続している。コイル５とコイル６のインダクタンスは、いずれも後述する固有周波数ｆの第１交流検出信号ＳＧに対してハイインピーダンスとなる値に設定され、ここでは、同一のインダクタンスＬのコイル５、６を用いている。これにより、図１に示すように、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣへ、固有周波数ｆの第１交流検出信号ＳＧを同期させて出力すると、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤが接地されて安定した電位にあるので、振動電源回路３の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣの電位が、同期して固有周波数ｆで変動し、両者間の電圧は基準電源回路４と同じ直流出力電圧Ｖｃｃを維持しながら振動する。

【0049】

振動電源回路３が配線された振動側回路基板２には、図２に示すように、Ｙ方向に配線された多数のＸ検出電極１０Ｘ（１０）とＸ方向に配線された多数のＹ検出電極１０Ｙ（１０）とが、ダイオード７を介して振動電源回路３の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣのいずれかの、ここでは低圧振動電源線ＳＧＮＤに接続している。多数のＸ検出電極１０ＸとＹ検出電極１０Ｙは、振動側回路基板２若しくは別に設ける絶縁パネルの入力操作面となる表面に沿って互いに絶縁して配置され、操作者が入力操作体である指２０を入力操作面に向けて入力操作を行うと、１又は２以上の検出電極１０ＸとＹ検出電極１０Ｙが指２０に対向若しくは接近するように入力操作面の全面に配置されている。

【0050】

振動側回路基板２には、更に、Ｘ検出電極１０Ｘの接続を切り替えるＸ側アナログマルチプレクサＸＭＵＸ、Ｙ検出電極１０Ｙの接続を切り替えるＹ側アナログマルチプレクサＹＭＵＸ、マルチプレクサＭＵＸの出力側に増幅回路８を介して接続するＡ／ＤコンバータＡＤＣ、図１に示すように第１交流検出信号ＳＧを発信する発信回路１１、アナログマルチプレクサの接続を切り替え制御する切り替え制御回路１２、Ｘ検出電極１０Ｘへ第２交流検出信号ＳＧ’を発信する電極駆動回路１３、座標演算回路１４、インタフェース回路１５等を内蔵するＣＰＵ９が実装され、いずれも振動電源回路３の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続し、ＤＣ電源１６から出力電圧Ｖｃｃを受けて動作している。

【0051】

発信回路１１の出力側は、二股に分岐してそれぞれコンデンサ１７、１８を介して低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに接続している。コンデンサ１７とコンデンサ１８は、接続する電源線ＧＮＤ、ＶＣＣとの直流電圧を遮断する目的で介在させるので、それぞれのキャパシタンスは任意であるが、ここでは、同一のキャパシタンスＣのコンデンサ１７、１８を用いている。

【0052】

本実施の形態に係るタッチパネル１は、発信回路１１から第１交流検出信号ＳＧを発信する第１検出回路と、電極駆動回路１３から第２交流検出信号ＳＧ’を発信する第２検出回路のいずれかを選択的に動作させ、入力操作体２０の入力操作位置を検出する。

【0053】

（第１検出回路の動作）
第１検出回路を動作させる場合には、振動電源回路３側の発信回路１１から第１交流検出信号ＳＧを二股に分岐するコンデンサ１７、１８を介して基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに出力する。固有周波数ｆの固有発振信号ＳＧが基準電源回路４と振動電源回路７に流れる場合に、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間及び低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣ間が近接して配線され、固有周波数ｆの帯域でこれらの電源線間は短絡しているとすれば、図１の基準電源回路４と振動電源回路３は、図３の等価回路図で示される。

【0054】

図３に示すように、振動電源回路３側の発信回路１１の出力ＳＧと基準電源回路４間には、並列にキャパシタンスＣのコンデンサ１７、１８が接続されているので、その合成キャパシタンスは、２Ｃであり、また、基準電源回路４と振動電源回路３間に並列に接続されるコイル５、６の合成インダクタンスは、Ｌ／２となる。これらのキャパシタとインダクタは、固有周波数ｆの第１交流検出信号ＳＧが流れる閉回路において直列に接続され、第１交流検出信号ＳＧの振幅（レベル）をＶｉ、コイル５、６両端の基準電源回路４と振動電源回路３間の電圧をＶｓ、２πｆで表される角速度をω（ｒａｄ／ｓｅｃ）とすれば、
Ｖｓ＝［ω^２ＬＣ／（ω^２ＬＣ−１）］Ｖｉ・・・（１）式
で表される。
ここで、図３に示す回路は、ω^２ＬＣ＝１で直列共振し、そのときの周波数ｆ_０は、
ｆ_０＝１／［２π（ＬＣ）^１／２］・・・（２）式
となる。

【0055】

つまり、（２）式関係から得られる共振周波数ｆ_０を、第１交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆとすれば、第１交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓに対して、（１）式から理論上振動電源回路３の電位が無限大で振動し、振動電源回路３に接続する検出電極１０の電位も無限大に振動させることができる。その結果、検出電極１０と指２０との静電容量が１０ｐＦ程度と微小であっても、検出電極１０と指２０間に発生する電圧が無限大に拡大するので、後述するようにＣＰＵ９の座標演算回路１４に入力される第１交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは増大し、その検出が容易となる。

【0056】

実際のタッチパネル１では、基準電源回路４と振動電源回路３のインダクタンス、浮遊容量などの影響から、（２）式から得る周波数ｆ_０で共振せず、また、基準電源回路４と振動電源回路３に第１交流検出信号ＳＧが流れる際のエネルギーロス等により、振動電源回路３は、第１交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓに対して有限倍率に拡大された振幅で電位が振動する。一方、操作者の指２０が触れることのある検出電極１０に大電圧を加えることはできないので、第１交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを共振周波数ｆ_０を中心にずらしたり、第１交流検出信号ＳＧの振幅を調整して、ＣＰＵ９の座標演算回路１４で入力操作が確実に検出できる範囲で、検出電極１０の電圧振動の振幅を制限している。

【0057】

全ての検出電極１０が低圧振動電源線ＳＧＮＤに接続することによって、その電位は固有周波数ｆで振動する一方、足下などの一部が接地している操作者の指（入力操作体）２０の電位は定電位であるので、指２０が接近して指２０との静電容量Ｃｆが増大する検出電極１０では、検出電極１０から指２０へ静電容量Ｃｆを介して固有周波数ｆの電圧信号が出力される。これを、固有周波数ｆで振動する振動電源回路３からみれば、入力操作により、指２０が接近した検出電極１０の電位が相対的に固有周波数ｆで振動することとなり、振動電源回路３で駆動するＣＰＵ９において、固有周波数ｆの電位変動信号、すなわち第１交流検出信号を検出でき、指２０が接近する検出電極１０で検出する第１交流検出信号の受信レベルＶｉから入力操作を検出できる。

【0058】

各検出電極１０と入力操作体２０間の静電容量Ｃｍは、検出電極と入力操作体間の距離をｄ、真空の誘電率をε０、空気の比誘電率εを約１、入力操作体２０と検出電極１０の対向面積をｓとして、Ｃｍ＝ε０・εｒ・ｓ／ｄで表され、この静電容量Ｃｍの交流検出信号に対するリアクタンスＸｃは、交流検出信号の固有周波数がｆであるので、Ｘｃ＝１／（２π・ｆ・Ｃｍ）から、Ｘｃ＝ｄ／（ω・ε０・εｒ・ｓ）で表される。

【0059】

図４は、入力操作体２０と検出電極１０間の電位Ｖｓと検出電極１０に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの関係を表す第１検出回路の等価回路図であり、図中、Ｖｓは、交流検出信号ＳＧの出力レベル、すなわち検出電極１０と入力操作体２０間の電位、Ｃｐは、検出電極１０と低圧振動電源線ＳＧＮＤ間の浮遊容量、ｒｐは、検出電極１０の内部抵抗値、Ｒ４は、出力抵抗の抵抗値である。図中の等価回路図では、
ｉ１＝ｉ２＋ｉ３ ・・・（３）式
Ｖｓ＝ｉ１／（ｊω・Ｃｍ）＋ｉ２／（ｊω・Ｃｐ） ・・・（４）式
−ｉ２／（ｊω・Ｃｐ）＋ｉ３・ｒｐ＋ｉ３・Ｒ４＝０ ・・・（５）式
ｉ３・Ｒ４＝Ｖｉ ・・・（６）式
の関係が成り立ち、（３）式乃至（６）式から、
Ｖｉ＝［ｊω・Ｃｍ／｛１／Ｒ４＋ｊω（Ｃｍ＋Ｃｐ）（ｒｐ／Ｒ４＋１）｝］・Ｖｓ ・・・（７）式
の関係が得られる。

【0060】

内部抵抗ｒｐを０とし、Ｒ４がマルチプレクサＭＵＸを介して後段の積分用オペアンプ８に接続されるので無限大とすれば、（７）式は、
Ｖｉ＝Ｃｍ／（Ｃｐ＋Ｃｍ）・Ｖｓ
と置き換えられ、更に
数１０ｐＦの浮遊容量Ｃｐに比べて静電容量Ｃｍは数１０ｆＦと極めて小さいので、（７）式は、更に
Ｖｉ＝（Ｃｍ／Ｃｐ）・Ｖｓ ・・・（８）式
で表される。

【0061】

上述の通り、入力操作体２０と検出電極１０のＣｍは、Ｃｍ＝ε０・εｒ・ｓ／ｄで表されるので、これを（８）式に代入して変形すれば、
Ｖｉ＝｛ε０・εｒ・ｓ／（ｄ・Ｃｐ）｝Ｖｓ ・・・（９）式
となり、入力操作中に指２０と検出電極１０との対向面積ｓがほぼ変化しないものとして、（９）式中の（ε０・εｒ・ｓ／Ｃｐ）は、定数であるので、これを１／ｋとおけば、検出電極１０に表れる第１交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、
Ｖｉ＝Ｖｓ／（ｄ・ｋ） ・・・（１０）式
で表され、指２０との距離ｄが近い検出電極１０ほど、受信レベルＶｉが第１交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓに近づく大きな値となる。ただし、指２０が検出電極１０に近接し、その間の静電容量Ｃｍが数１０ｐＦの浮遊容量Ｃｐに比べて無視できない程度に大きくなった場合には（１０）式を適用できず、受信レベルＶｉは最大で出力レベルＶｓとなる。

【0062】

（１０）式を用いれば、複数の各検出電極１０に表れる第１交流検出信号の受信レベルＶｉから、各検出電極１０と指２０の間の距離ｄを直接求めることができ、本実施の形態では、マルチプレクサＭＵＸで切り替える全ての検出電極１０（Ｘ検出電極１０Ｘ、Ｙ検出電極１０Ｙ）の配置位置と、各検出電極１０から検出する受信レベルＶｉとから、入力操作面に平行なＸＹ方向の入力操作位置（ｘ、ｙ）と入力操作面に直交するＺ方向の入力操作位置ｚの３次元の入力操作位置を検出する。

【0063】

この入力操作位置（ｘ、ｙ、ｚ）を検出するために、ＣＰＵ９の切り替え制御回路１２は、Ｘ側アナログマルチプレクサＸＭＵＸとＹ側アナログマルチプレクサＹＭＵＸを切り替え制御し、一走査周期で全てのＸ検出電極１０ＸとＹ検出電極１０Ｙを各検出電極１０毎に順に積分用オペアンプからなる増幅回路８へ接続する。これにより、全ての検出電極１０に表れる第１交流検出信号の受信レベルＶｉは、増幅回路８で増幅された後、Ａ／ＤコンバータＡＤＣに入力される。

【0064】

Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、第１交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆの少なくとも２倍以上の周波数でサンプリングし、第１交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを量子化してＣＰＵ９の座標演算回路１４へ出力する。

【0065】

Ａ／Ｄコンバータ１４から出力される量子化データは、その時にアナログマルチプレクサＭＵＸが選択接続した検出電極１０に表れる第１交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを表すので、入力操作位置を検出する座標演算回路１４では、その検出電極１０が増幅回路８に接続する接続期間中にＡ／ＤコンバータＡＤＣから入力された量子化データの総和を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上である場合に入力操作体２０が接近した検出電極１０と判定する。判定された検出電極１０から検出した第１交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを用いて、（１０）式からその検出電極１０の配置位置と入力操作体２０との距離ｄが得られるので、同様に判定された複数の各検出電極１０の入力操作面上のＸ方向若しくはＹ方向の配設位置と受信レベルＶｉとから入力操作面上の二次元の入力操作位置及び／又は入力操作面上のＺ方向の高さを含む三次元の入力操作位置を検出する。

【0066】

ＣＰＵ９は、座標演算回路１４が一走査周期中に、入力操作位置が入力操作面上にあるか否かにかかわらず、複数の入力操作位置を検出した場合には、発信回路１１からの第１交流検出信号ＳＧを発信を停止して、第１検出回路から相互容量方式で入力操作位置を検出する第２検出回路に動作を切り替える。一方、複数の入力操作位置を検出しない限り、単一の入力操作体２０による入力操作であるとして、座標演算回路１４が検出した二次元若しくは三次元の入力操作位置を、インターフェース回路１５から直流が絶縁された信号線１９を介して、ＵＳＢ通信、Ｉ^２Ｃ通信等で入力操作位置を利用する上位機器に出力される。

【0067】

この第１検出回路では、いずれかの検出電極１０と入力操作体２０との距離ｄが、その検出電極１０で検出した第１交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの逆数に比例する（（１０）式参照）ので、ＸＹ方向で交差配置されるＸ検出電極１０ＸとＹ検出電極１０Ｙで検出する受信レベルＶｉから、入力操作面上のＺ方向の高さを含む三次元の入力操作位置を精度良く検出できる。

【0068】

また、一走査周期に、検出電極１０（Ｘ検出電極１０ＸとＹ検出電極１０Ｙ）の配線数に相当する走査で各検出電極１０の受信レベルＶｉを検出するだけで、入力操作面上の二次元の入力操作位置を検出できるので、検出電極の全ての交点について走査する相互容量方式に比べて高速にかつ低消費電力で入力操作位置を検出できる。

【0069】

（第２検出回路の動作）
第２検出回路を動作させる場合には、発信回路１１からの第１交流検出信号ＳＧの発信を停止し、ＣＰＵ９に内蔵の第２発信手段となる電極駆動回路１３から第２交流検出信号ＳＧ’を発信し、相互容量方式で入力操作体２０の二次元の入力操作位置を検出する。

【0070】

第１交流検出信号ＳＧの発信が停止することにより、振動電源回路３の電位振動も停止するが、振動側回路基板２に搭載された各回路部品は、コイル５、６を介したＤＣ電源１６の電源で動作する。第２検出回路では、複数のＸ検出電極１０Ｘ若しくは複数のＹ検出電極１０Ｙの一方を第２交流検出信号ＳＧ’を印加する駆動電極Ｄ（ｎ）、他方を第２交流検出信号ＳＧ’の受信レベルＶｉを検出する検出電極Ｓ（ｍ）とし、入力操作面上の全ての駆動電極Ｄ（ｎ）と検出電極Ｓ（ｍ）の交点（ｎ、ｍ）について第２交流検出信号ＳＧ’の受信レベルＶｉを検出する。

【0071】

特定の交点（ｎ、ｍ）に入力操作体２０が接近すると、その交点（ｎ、ｍ）の駆動電極Ｄ（ｎ）に第２交流検出信号ＳＧ’を印加しているタイミングで、交点（ｎ、ｍ）の検出電極Ｓ（ｍ）に表れる受信レベルＶｉは、第２交流検出信号ＳＧ’の一部が入力操作体２０に流れて減少するので、受信レベルＶｉが所定の閾値未満となる全ての交点（ｎ、ｍ）で交差する駆動電極Ｄ（ｎ）と検出電極Ｓ（ｍ）のＸＹ方向の配線位置から入力操作体２０の二次元の入力操作位置を検出する。

【0072】

本実施の形態では、複数のＸ検出電極１０Ｘを駆動電極Ｄ（ｎ）として、切り替え制御回路１２は、Ｘ側アナログマルチプレクサＸＭＵＸを切り替え制御して、電極駆動回路１３を各Ｘ検出電極１０Ｘに切り替え接続し、各Ｘ検出電極１０Ｘへ順に第２交流検出信号ＳＧ’を印加する。第２交流検出信号ＳＧ’の出力レベルＶｓや交流周波数は任意であるが、ここでは受信レベルＶｉの検出に第１検出回路の検出回路を共用するので、第１交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓ及び周波数ｆと同一とする。しかしながら、第１交流検出信号ＳＧと第２交流検出信号ＳＧ’の出力レベルＶｓを必ずしも一致させる必要はないので、電極駆動回路１３を発信回路１１で代用し、第１交流検出信号ＳＧを第２交流検出信号ＳＧ’として各Ｘ検出電極１０Ｘへ印加させてもよい。

【0073】

いずれかのＸ検出電極１０Ｘ（駆動電極Ｄ（ｎ））に第２交流検出信号ＳＧ’を印加している間、切り替え制御回路１２はＹ側アナログマルチプレクサＹＭＵＸを切り替え制御して、その駆動電極Ｄ（ｎ）に絶縁して交差する全てのＹ検出電極１０Ｙを順に増幅回路８へ接続し、第２交流検出信号ＳＧ’の受信レベルＶｉを検出する検出電極Ｓ（ｍ）とする。これにより、全ての交点（ｎ、ｍ）について、検出電極Ｓ（ｍ）に表れる第２交流検出信号ＳＧ’受信レベルＶｉは、増幅回路８で増幅された後、Ａ／ＤコンバータＡＤＣに入力され、Ａ／ＤコンバータＡＤＣは、第２交流検出信号ＳＧ’の固有周波数ｆの少なくとも２倍以上の周波数でサンプリングし、第２交流検出信号ＳＧ’の受信レベルＶｉを量子化してＣＰＵ９の座標演算回路１４へ出力する。

【0074】

ＣＰＵ９の切り替え制御回路１２は、一走査期間中に同様の切り替え制御を繰り返し、全てのＸ検出電極１０ＸとＹ検出電極１０Ｙの交点（ｎ、ｍ）について検出された受信レベルＶｉを順に座標演算回路１４へ出力する。

【0075】

ここで、各交点（ｎ、ｍ）について検出された受信レベルＶｉは、交点（ｎ、ｍ）で交差する駆動電極Ｄ（ｎ）と検出電極Ｓ（ｍ）間の相互容量の変化量を表し、入力操作体２０と交点（ｎ、ｍ）との距離が接近するほど低下する。そこで、座標演算回路１４は、全ての交点（ｎ、ｍ）について検出された受信レベルＶｉを、Ｘ検出電極１０Ｘの配置順であるＸ方向と、Ｙ検出電極１０Ｙの配置順であるＹ方向に沿って比較し、極小値が検出された交点（ｎ、ｍ）の近傍に入力操作があったとものとし、その交点（ｎ、ｍ）を含む周囲の交点（ｎ、ｍ）について検出された受信レベルＶｉのＸＹ方向の重心からＸＹ方向の二次元の入力操作位置を検出する。

【0076】

この第２検出回路では、２本の指２０を同時に入力操作面に触れて入力操作を行ういわゆるマルチタッチ操作であっても、全ての交点（ｎ、ｍ）について受信レベルＶｉを検出するので、指２０の入力操作により受信レベルＶｉが極小値となる交点（ｎ、ｍ）のみを検出することができ、ゴースト発生の問題がなく、複数の二次元の各入力操作位置を正確に検出できる。

【0077】

ＣＰＵ９は、第２検出回路を動作させて検出した複数の入力操作位置についても、インターフェース回路１５から直流が絶縁された信号線１９を介して、ＵＳＢ通信、Ｉ^２Ｃ通信等で入力操作位置を利用する上位機器に出力する。

【0078】

第２検出回路が動作している間に、発信回路１１は第１交流検出信号ＳＧの発信を停止し、コンデンサ１７、１８側からみた発信回路１１の出力インピーダンスを低インピーダンスとしている。従って、振動電源回路３と基準電源回路４の間には、コイル５、６とコンデンサ１７、１８からなるローパスフィルタが形成され、ＤＣ電源１６側と振動側回路基板２に実装された各回路部品との間で互いに相手側に高周波ノイズが伝達されない。

【0079】

以下、このように構成された静電容量式タッチパネル１の動作を、図５のフローチャートで説明する。入力操作が行われていない待機状態では、第１検出回路が動作している（ステップＳ１）。第１検出回路の動作では、振動電源回路３の電位を振動させるだけで、高圧振動電源線ＳＶＣＣと低圧振動電源線ＳＧＮＤ間や高圧基準電源線ＶＣＣと低圧基準電源線ＧＮＤ間に電流が流れないので、極めて少ない消費電力で入力操作を検出できる。

【0080】

特定の検出電極１０について検出した受信レベルＶｉを表す量子化データの総和が所定の閾値以上となった場合には、入力操作面に接近する入力操作があったものと推測して、一走査期間中に量子化データの総和が所定の閾値を超えた複数の検出電極１０の受信レベルＶｉから二次元若しくは入力操作面から離れたＺ方向を含む三次元の入力操作位置を検出する（ステップＳ２）。

【0081】

ステップＳ２の一走査期間中に、量子化データの総和が所定の閾値を超える検出電極１０が１未満である場合には、入力操作の誤検出若しくは入力操作が終了したものとして、入力操作の待機状態（ステップＳ１）に戻る。

【0082】

続いて、ステップＳ２で検出した入力操作位置が１カ所であるか複数箇所であるかを判定し（ステップＳ３）、複数の入力操作位置が検出された場合には、複数の指（入力操作体）２０を入力操作面に接触させるマルチタップ操作が試みられていると推測して第２検出回路を起動し（ステップＳ４）、単一の入力操作位置である場合には、その検出した入力操作位置を上位装置へ出力した後（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻り、第１検出回路を動作させた入力操作位置の検出を繰り返す。

【0083】

つまり、第１検出回路を動作させて入力操作位置を検出するステップＳ２では、入力操作体２０を入力操作面から離れた状態のまま操作するいわゆるホバー操作であっても、入力操作位置を検出することができ、マルチタッチ操作をホバー操作の段階で検出し、入力操作体２０が入力操作面に接触する前に第２検出回路を起動させることができる。一方、マルチタッチ操作が検出されない限り、入力操作体２０が入力操作面に接触した後も第１検出回路が動作して入力操作位置を検出するので、高速にかつ高精度に２次元の入力操作位置を検出できる。

【0084】

ステップＳ４で第２検出回路を起動させた場合には、第２検出回路で所定時間内に１又は２以上の入力操作位置を検出したかどうかを判定し（ステップＳ６）、複数の走査周期を繰り返す所定時間内に入力操作位置が検出されなかった場合には、入力操作が終了したとして入力操作の待機状態（ステップＳ１）に戻る。ここで、所定時間は、第１検出回路でホバー操作が検出されてから入力操作面に触れるまでの操作時間よりわずかに長い時間に設定する。これにより、入力操作体２０が、第２検出回路で検出可能な入力操作面に達する前の入力操作位置にあっても、入力操作が終了したものと誤判定されることがない。

【0085】

第２検出回路で１又は２以上の入力操作位置を検出した場合には、その検出数にかかわらず、全ての検出した入力操作位置を上位装置へ出力した後（ステップＳ７）、ステップＳ６に戻り、第２検出回路を動作させた入力操作位置の検出を繰り返す。

【0086】

本実施の形態によれば、マルチタッチ操作を意図した複数の入力操作体２０が入力操作面に接触する前に、ゴースト問題が発生しない相互容量方式の第２検出回路を起動させるので、検出方式の切り替えによる時間の遅れがなく、すみやかに二次元の入力操作位置を検出できる。

【0087】

また、本実施の形態によれば、２種類の検出方式の第１検出回路と第２検出回路で入力操作面に沿って配線された同一の検出電極１０を兼用するとともに、各検出電極１０に表れる受信レベルＶｉの検出手段として、Ｙ側アナログマルチプレクサＹＭＵＸ、増幅回路８、Ａ／ＤコンバータＡＤＣ、切り替え制御回路１２等の回路を兼用するので、大幅な構造変更や回路部品を追加することなく、第１検出回路と第２検出回路を選択的に動作させることができる。

【0088】

更に、本実施の形態によれば、第１検出回路により入力操作位置を検出する際に、全ての検出電極１０を振動電源回路３に接続して、一括して入力操作体２０に対し第１交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで振動させるので、受信レベルＶｉを検出する検出電極１０毎に第１交流検出信号ＳＧを印加する駆動制御の必要がなく、一走査周期が短縮し、より高速に入力操作位置を検出できる。しかしながら、検出電極１０と入力操作体２０の間に相対電位が変動する第１交流検出信号ＳＧを発生させるものであれば、受信レベルＶｉを検出する検出電極１０毎に第１交流検出信号ＳＧを印加してもよく、又、入力操作体２０側を第１交流検出信号ＳＧで電位変動させてもよい。

【0089】

また、上述の実施の形態では、マルチタッチ操作ではない通常の入力操作の入力操作位置は、第１検出回路を動作させて検出しているが、入力操作体２０が入力操作面に接触する入力操作操作位置は、マルチタッチ操作であるかにかかわらず、第２検出回路を動作させて検出してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、マルチタッチ操作を認識して複数の各入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルに適している。

【符号の説明】

【0091】

１ 静電容量式タッチパネル
３ 振動電源回路
４ 基準電源回路
５ コイル（第２インダクタ）
６ コイル（第１インダクタ）
１０Ｘ Ｘ検出電極（第１電極）
１０Ｙ Ｙ検出電極（第２電極）
１１ 発信回路（第１発信手段）
１３ 電極駆動回路（第２発信手段）
１４ 座標演算回路（第１検出回路、第２検出回路）
１６ ＤＣ電源（直流電源）
１７ コンデンサ（第１キャパシタ）
１８ コンデンサ（第２キャパシタ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】