特許 5796527 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5796527

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21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 3/044 20060101AFI20151001BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/044 Z

   G06F3/041 470

【請求項の数】11

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-76578(P2012-76578)

(22)【出願日】2012年3月29日

(65)【公開番号】特開2013-206296(P2013-206296A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2014年5月7日

(73)【特許権者】

【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

【審査官】 岩橋 龍太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１７１４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００３５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２０２２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０３

Ｇ０６Ｆ ３／０４１− ３／０４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに絶縁して複数の検出電極が配置され、各検出電極の配置位置と、各検出電極と入力操作体との静電容量とから、入力操作体の入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルであって、
開口部を有する絶縁支持体と、
前記開口部の開口を覆うように絶縁支持体に支持され、少なくとも前記開口部上の入力操作領域が透視可能な透明体で形成された透明入力操作板と、
前記透明入力操作板に接し、前記開口部の周囲で透明入力操作板若しくは絶縁支持体に互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、
入力操作体と複数の各検出電極間の相対電位が変動する交流検出信号を発信する発信手段と、
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交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段が前記各検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに入力操作体と前記各検出電極の配置位置との相対距離を比較し、入力操作体の入力操作領域上の入力操作位置を検出する入力位置検出手段とを備え、
前記検出電極の前記入力操作領域に直交する上方は、前記入力操作体の上方の部分と前記検出電極とが静電結合する影響を避けるためのシールド層で覆われることを特徴とする静電容量式タッチパネル。

【請求項2】

いずれかの検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルが、直前の受信レベルに比べて所定の閾値以上の比率で上昇した時に、入力操作体が透明入力操作板に触れるタッチ入力と判定するタッチ入力検出手段を備えた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。

【請求項3】

前記タッチ入力検出手段がタッチ入力と判定するまで、前記信号検出手段は、いずれか１又は２以上の特定検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルのみを検出し、
前記タッチ入力検出手段がタッチ入力と判定した後、前記信号検出手段は、全ての検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出し、入力位置検出手段は、前記各検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに入力操作体が透明入力操作板に触れる入力操作の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。

【請求項4】

直交するＸＹ方向のいずれかの方向で対向する前記開口部の両側に、それぞれ、対向方向と直交する方向に沿って一又は２以上の検出電極が配置され、
前記入力位置検出手段は、前記両側に配置される検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルをもとに、入力操作体と前記開口部の両側との相対距離を比較し、ＸＹ平面に沿った入力操作領域上の前記対向方向の入力操作位置を検出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】

前記検出電極は、Ｚ方向に起立し、前記対向方向に面する起立面を有することを特徴とする請求項４に記載の静電容量式タッチパネル。

【請求項6】

前記検出電極は、透明入力操作板の端面に蒸着して形成されることを特徴とする請求項５に記載の静電容量式タッチパネル。

【請求項7】

前記シールド層が、絶縁支持体に支持されたシールド板であ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8】

前記絶縁支持体に支持される前記透明入力操作板は、入力操作領域を窓孔から上方に臨ませる機器の筐体内に配置され、前記窓孔の周囲の前記筐体の表面若しくは裏面に、前記シールド層が形成されてい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9】

前記開口部の周囲のＸＹ方向のいずれかの方向に沿って配置される複数の各検出電極を配置方向検出電極とし、
前記入力位置検出手段は、各配置方向検出電極の受信レベルを比較して、ＸＹ平面に沿った入力操作領域上の配置方向の入力操作位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の静電容量式タッチパネル。

【請求項10】

前記入力位置検出手段は、前記各配置方向検出電極の受信レベルを比較し、最大の受信レベルが検出された前記配置方向検出電極の配置位置から、配置方向の入力操作位置を検出することを特徴とする請求項９に記載の静電容量式タッチパネル。

【請求項11】

前記開口部の輪郭は、ＸＹ方向に沿った矩形状であり、
ＸＹ方向のいずれかの方向で対向する前記開口部の両側にのみ、対向方向と直交する方向に沿って複数の検出電極が配置され、
前記開口部の少なくとも一側に対向方向と直交する方向に沿って配置された複数の検出電極を、配置方向検出電極とすることを特徴とする請求項９若しくは請求項１０のいずれか１項に記載の静電容量式タッチパネル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディスプレー上に配置され、ディスプレーに表示されるアイコンなどを指標に入力操作する入力操作体の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、入力操作体が接近して指との静電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する。

【背景技術】

【0002】

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用いられるタッチパネルには、入力操作位置の検出方法の相違から静電容量方式、抵抗膜方式、光学式など種々の検出方式のタッチパネルが知られている。このうち、抵抗方式タッチパネルは、単位長さあたりの抵抗値が均一となる抵抗皮膜を入力操作面に沿って配置し、検出電極と入力操作位置との抵抗値から両者の距離を特定し、入力操作位置を検出する。

【0003】

抵抗方式タッチパネルは、その背面側に設置されるディスプレーが目視できるように、入力操作面の表面若しくは背面に沿って配置される検出電極や抵抗膜を高価な透明材料で形成する必要があり、透明材料としてもその透過率には限界があるので、タッチパネルを通したディスプレーが見づらくなるという問題がある。

【0004】

また、静電容量式タッチパネルは、入力操作により入力操作体が接近する検出電極の浮遊容量（入力操作体と検出電極間の静電容量）が増大することに着目し、入力操作体と検出電極間の静電容量の変化から検出電極が配置された入力操作面への入力操作位置を検出するもので、例えば、多数のＸ側検出電極とＹ側検出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静電容量が増加するＸ側検出電極及びＹ側検出電極の配置位置から入力操作体による入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルが知られている（特許文献１）。

【0005】

入力操作体が特定の検出電極に接近することによる静電容量の変化は微小であり、しかも、入力操作体と検出電極間との距離に反比例するので、特許文献１に係る静電容量式タッチパネルでは、静電容量の変化を検出する多数のＸ側検出電極及びＹ側検出電極を、入力操作位置の近傍となる入力操作領域に接近して配置するものであり、背面側のディスプレーを目視できるように、これらの検出電極を透明材料で形成するので、抵抗方式タッチパネルと同様に、コスト高となり、しかも透過率が低下しディスプレーが見づらくなるという問題があった。

【0006】

一方、光学式タッチパネルは、入力操作面の周囲に複数対の発光素子と受光素子を配設して入力操作面に沿って格子状の光路を形成し、入力操作により光路が遮られた対となる発光素子と受光素子の配設位置から入力操作位置を検出している。この光学式タッチパネルでは、入力操作面の周囲に入力操作位置を検出する検出素子が配置されるので、ガラス基板等の透明板の表面を入力操作領域とすることができ、透明板を通してその背面側のディスプレーの表示を見ながら入力操作が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−３３７７７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述の通り、従来の抵抗方式タッチパネルや静電容量式タッチパネルでは、背面側に設置されるディスプレーを見ながら入力操作体を接近させる入力操作領域に、透明材料で形成する抵抗膜や検出電極を配置するので、製造コストが上昇するとともに、透明導電体としても完全な透明体ではないので、背面側のディスプレーの視認性が劣るという問題があった。

【0009】

光学式タッチパネルによれば、このような問題は生じないが、入力操作領域の周囲に多数の発光素子と受光素子を設けるので、単に抵抗膜や検出電極を形成する構造に比べてはるかに高額であり、また、構造も複雑で大型化するので、携帯端末等の指示入力装置として用いることはできなかった。

【0010】

更に、光学式タッチパネルでは、発光素子と受光素子の配置ピッチにより、入力操作位置を検出する検出精度が定まるので、高精度に入力操作位置を検出するためには、多数の発光素子と受光素子をより挟ピッチで配置する必要があり、製造コストが上昇するとともに、検出精度を上げることに限界があった。

【0011】

また、ポインティングデバイスとして用いられるタッチパネルでは、ディスプレーに表示されたカーソル等を移動制御するための入力操作位置を検出して出力するが、いずれの検出方法のタッチパネルであっても、この入力操作位置の出力と併せて、マウスのスイッチ入力に相当する決定入力を出力することが望まれている。

【0012】

そこで、従来のタッチパネルでは、入力操作面への押し下げで応動するスイッチを別に設けて、スイッチへの押し下げ操作で決定入力を出力したり、入力操作面を入力操作体で軽く叩くタッピング操作を決定入力の入力操作と取り決め、決定入力を出力している。しかしながら、前者の方法は、スイッチを入力操作領域の周囲に別に設ける必要があり、また、後者の方法は、操作者がタッチパネル毎に取り決められた操作方法で入力操作を行わなければならず、決定入力を出力しながら入力操作位置を出力するようなドラッグ操作を行うためには、更に複雑な操作手順で入力操作を行う必要があった。

【0013】

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、入力操作領域に透明材料で形成する抵抗体や検出電極を配置することなく、安価で視認性に優れた静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。

【0014】

また、全体を薄型化が可能な簡単な構成で、入力操作領域を透明入力操作板の一部に形成でき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。

【0015】

また、抵抗体や検出電極が形成されていない透明入力操作板の入力操作領域に触れるだけのタッチ操作で決定入力を出力でき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】

【0016】

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、互いに絶縁して複数の検出電極が配置され、各検出電極の配置位置と、各検出電極と入力操作体との静電容量とから、入力操作体の入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルであって、
開口部を有する絶縁支持体と、前記開口部の開口を覆うように絶縁支持体に支持され、少なくとも前記開口部上の入力操作領域が透視可能な透明体で形成された透明入力操作板と、前記透明入力操作板に接し、前記開口部の周囲で透明入力操作板若しくは絶縁支持体に互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、入力操作体と複数の各検出電極間の相対電位が変動する交流検出信号を発信する発信手段と、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交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段と、前記信号検出手段が前記各検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに入力操作体と前記各検出電極の配置位置との相対距離を比較し、入力操作体の入力操作領域上の入力操作位置を検出する入力位置検出手段とを備え、前記検出電極の前記入力操作領域に直交する上方は、前記入力操作体の上方の部分と前記検出電極とが静電結合する影響を避けるためのシールド層で覆われることを特徴とする。

【0017】

開口部の周囲で透明入力操作板に接する検出電極と入力操作体間の静電容量Ｃｍは、検出電極と入力操作体間の距離をｄ、その間の透明入力操作板若しくは透明入力操作板と空気の誘電率をε、検出電極と入力操作体との対向面積をｓとして、Ｃｍ＝ε・ｓ／ｄで表され、交流検出信号の受信レベルは、検出電極と入力操作体間の距離ｄに反比例する。

【0018】

検出電極と入力操作体間の誘電率εや検出電極と入力操作体との対向面積ｓは、既知であり、信号検出手段が各検出電極毎に検出する交流検出信号の受信レベルＶｉは、各検出電極と入力操作体間の距離ｄに反比例するので、入力位置検出手段は、各検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルＶｉから各検出電極と入力操作体間の相対距離を比較し、入力操作体の入力操作領域上の入力操作位置を検出できる。

【0019】

複数の検出電極は、絶縁支持体の開口部の周囲に配置されるので、入力操作領域を遮らず、不透明の導電材料で形成しても、入力操作領域を通して背面のディスプレーを視認できる。また、入力操作位置を入力する入力操作体の上方の部分と検出電極との間にシールド層が介在するので、入力操作位置にある入力操作体と検出電極間の静電容量に、入力操作体の上方の部分と検出電極とが静電結合する影響がなく、入力操作体の上方の部分を入力操作位置と誤検出しない。

【0020】

請求項２の静電容量式タッチパネルは、いずれかの検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルが、直前の受信レベルに比べて所定の閾値以上の比率で上昇した時に、入力操作体が透明入力操作板に触れるタッチ入力と判定するタッチ入力検出手段を備えたことを特徴とする。

【0021】

検出電極と入力操作体間には、入力操作体が透明入力操作板に触れる前の状態で、透明入力操作板と空気が介在し、入力操作体が透明入力操作板に触れると、透明入力操作板のみが介在する。透明入力操作板の比誘電率は、ほぼ１である空気の比誘電率に比べて、少なくとも数倍以上高いので、入力操作体が透明入力操作板に触れるタッチ入力があると、検出電極と入力操作体間の静電容量Ｃｍは急激に上昇し、各検出電極に表れる受信レベルは、その直前に信号検出手段で検出される受信レベルに比べて数倍上昇する。従って、その倍率以下の所定の倍率を閾値とし、タッチ入力検出手段は、いずれかの検出電極に表れる受信レベルが閾値を越える倍率で上昇した時に、タッチ入力と判定できる。

【0022】

請求項３の静電容量式タッチパネルは、前記タッチ入力検出手段がタッチ入力と判定するまで、前記信号検出手段は、いずれか１又は２以上の特定検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルのみを検出し、前記タッチ入力検出手段がタッチ入力と判定した後、前記信号検出手段は、全ての検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出し、入力位置検出手段は、前記各検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに入力操作体が透明入力操作板に触れる入力操作の入力操作位置を検出することを特徴とする。

【0023】

タッチ入力検出手段がタッチ入力と判定するまでの入力操作を待機する待機中は、信号検出手段が、限られた数の特定検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルのみを検出する。操作者が入力操作体を入力操作領域に触れて入力操作を行うと、タッチ入力検出手段がタッチ入力と判定し、信号検出手段は、全ての検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出し、入力位置検出手段は、全ての検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに入力操作位置を検出する。

【0024】

請求項４に記載の静電容量式タッチパネルは、直交するＸＹ方向のいずれかの方向で対向する前記開口部の両側に、それぞれ、対向方向と直交する方向に沿って一又は２以上の検出電極が配置され、前記入力位置検出手段は、前記両側に配置される検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルをもとに、入力操作体と前記開口部の両側との相対距離を比較し、ＸＹ平面に沿った入力操作領域上の前記対向方向の入力操作位置を検出することを特徴とする。

【0025】

対向方向と直交する方向に沿って配置される各検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルの総和は、概ね、各検出電極と入力操作体間の誘電率と、入力操作体に向かう各検出電極の面積の総和に比例し、各検出電極と入力操作体間の距離に反比例する。開口部の一側の各検出電極と他側の各検出電極の入力操作体との誘電率はほぼ等しく、一側の各検出電極と他側の各検出電極の対向面積比は既知であるので、一側の各検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルの総和と他側の各検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルの総和の比から、一側と他側の各検出電極が配置された開口部の対向する両側から入力操作体までの距離の比が得られる。入力操作体が入力操作領域から著しく上方に離間していなければ、入力操作体をＸＹ平面に沿った入力操作領域へ投影させたの入力操作位置までの開口部の両側からの距離の比は、開口部の対向する両側から入力操作体までの距離の比にほぼ等しく、両側に配置される各検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルの総和の比と、既知の開口部の対向方向の距離から、入力操作領域上の対向方向の入力操作位置を検出できる。

【0026】

請求項５に記載の静電容量式タッチパネルは、前記検出電極は、Ｚ方向に起立し、前記対向方向に面する起立面を有することを特徴とする。

【0027】

検出電極の入力操作体との対向面積が大きくなり、入力操作体との静電容量が増大するので、各検出電極に表れる受信レベルが上昇し、より精度良く対向方向の入力操作位置を検出できる。

【0028】

請求項６に記載の静電容量式タッチパネルは、前記検出電極が、透明入力操作板の端面に蒸着して形成されることを特徴とする。

【0029】

透明入力操作板の製造工程中に起立面を有する検出電極を形成できる。

【0030】

請求項７に記載の静電容量式タッチパネルは、前記シールド層が、絶縁支持体に支持されたシールド板であることを特徴とする。

【0031】

入力操作位置を入力する入力操作体の上方の部分と検出電極との間にシールド板が介在するので、入力操作位置にある入力操作体と検出電極間の静電容量に、入力操作体の上方の部分と検出電極とが静電結合する影響がなく、入力操作体の上方の部分を入力操作位置と誤検出しない。

【0032】

請求項８に記載の静電容量式タッチパネルは、前記絶縁支持体に支持される前記透明入力操作板が、入力操作領域を窓孔から上方に臨ませる機器の筐体内に配置され、前記窓孔の周囲の前記筐体の表面若しくは裏面に、前記シールド層が形成されていることを特徴とする。

【0033】

入力操作位置を入力する入力操作体の上方の部分と検出電極との間にシールド層が介在するので、入力操作位置にある入力操作体と検出電極間の静電容量に、入力操作体の上方の部分と検出電極とが静電結合する影響がなく、入力操作体の上方の部分を入力操作位置と誤検出しない。

【0034】

請求項９に記載の静電容量式タッチパネルは、前記開口部の周囲のＸＹ方向のいずれかの方向に沿って配置される複数の各検出電極を配置方向検出電極とし、前記入力位置検出手段は、各配置方向検出電極の受信レベルを比較して、ＸＹ平面に沿った入力操作領域上の配置方向の入力操作位置を検出することを特徴とする。

【0035】

各配置方向検出電極が同一形状で同一の向きに配置されているとすれば、入力操作体から配置方向と直交方向に配置される配置方向検出電極が、他の配置方向検出電極と比較して入力操作体との距離が最も短く、また、入力操作体との対向面積を大きくなるので、その配置方向検出電極に表れる受信レベルが最大となり、入力操作体から配置方向に離れて配置される配置方向検出電極ほど、その配置方向検出電極に表れる受信レベルは低下する。従って、各配置方向検出電極の受信レベルを比較し、最大の受信レベルが表れる配置方向の位置を入力操作領域上の入力操作位置として検出する。

【0036】

開口部の一側の配置方向に沿って配置される各検出電極を配置方向検出電極とすることにより、入力操作領域上の配置方向の入力操作位置を検出できる。

【0037】

請求項１０に記載の静電容量式タッチパネルは、前記入力位置検出手段が、前記各配置方向検出電極の受信レベルを比較し、最大の受信レベルが検出された前記配置方向検出電極の配置位置から、配置方向の入力操作位置を検出することを特徴とする。

【0038】

最大の受信レベルが表れる配置方向検出電極の配置位置は、入力操作領域上の配置方向の入力操作位置と同一若しくは近接した位置であるので、各配置方向検出電極の受信レベルを比較し、最大の受信レベルが表れる配置方向検出電極の配置位置から入力操作領域上の配置方向の入力操作位置を検出する。

【0039】

請求項１１に記載の静電容量式タッチパネルは、前記開口部の輪郭は、ＸＹ方向に沿った矩形状であり、ＸＹ方向のいずれかの方向で対向する前記開口部の両側にのみ、対向方向と直交する方向に沿って複数の検出電極が配置され、前記開口部の少なくとも一側に対向方向と直交する方向に沿って配置された複数の検出電極を、配置方向検出電極とすることを特徴とする。

【0040】

開口部の両側に配置する検出電極の少なくともその一側に配置される各検出電極を配置方向検出電極とするだけで、入力操作領域上のＸＹ方向の入力操作位置を検出できる。

【発明の効果】

【0041】

請求項１の発明によれば、透明入力操作板に形成する入力操作領域に入力操作位置を検出するための透明電極や透明抵抗体を配置しないので、入力操作領域の透過率が下がらず、背面側に配置されるディスプレーが見やすい。

【0042】

複数の検出電極や検出電極を信号検出手段へ接続する引き出し線は、絶縁支持体の開口部の周囲に形成するので、汎用の不透明な導電材料を用いて安価に形成することができる。

【0043】

各検出電極と入力操作体との相対距離から入力操作位置を検出するので、指などの入力操作体を入力操作板へ接触させる入力操作に限らず、入力操作領域の上方へ入力操作体を接近させるだけの非接触の入力操作の入力操作位置も検出できる。

【0044】

請求項２の発明によれば、タッチ入力を検出するために、入力操作領域へ検出電極や検出抵抗を形成しないので、入力操作領域を通して背面側に配置されるディスプレーの視認性に優れる。

【0045】

また、入力操作領域が設定された透明入力操作板に触れるだけの操作で、タッチ入力が検出される。

【0046】

また、入力操作位置の検出に用いる信号検出手段を用いて、信号検出手段で検出する受信レベルからタッチ入力を検出できるので、検出スイッチ等のタッチ入力を検出する為の別の検出手段を設ける必要がない。

【0047】

請求項３の発明によれば、入力操作が行われていない待機中は、信号検出手段が、限られた数の特定検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルのみを検出するので、待機中の消費電力を省くことができる。

【0048】

操作者が、指などの入力操作体を透明入力操作板に触れて入力操作位置を入力する一連の入力操作の過程で、自然にその入力操作が検出されるので、待機中の動作を脱する為の別の操作を行う必要がない。

【0049】

請求項４の発明によれば、ＸＹ方向で対向する開口部の両側に検出電極を配置することにより、透明入力操作板に入力操作体を接触させる入力操作であるか、非接触の入力操作であるかにかかわらず、入力操作領域上の対向方向の入力操作位置を検出できる。

【0050】

また、各検出電極に表れる受信レベルの絶対値を比較することにより、接触入力操作と非接触入力操作を識別できるので、異なる２種類の入力操作による入力操作位置を出力できる。

【0051】

請求項５の発明によれば、検出電極に起立面を形成する簡単な加工で、入力操作位置の検出精度を上げることができる。

【0052】

請求項６の発明によれば、検出電極の折り曲げ加工や透明入力操作板への取り付け工程を設けずに、ガラス基板などの透明入力操作板の製造工程中に、起立面を有する検出電極を形成できる。

【0053】

請求項７の発明によれば、入力操作体の入力操作位置を正確に検出できる。

【0054】

請求項８の発明によれば、窓孔の周囲の筐体の表面若しくは裏面にシールド層を形成する簡単な構成で、入力操作体の入力操作位置の検出精度を上げることができる。

【0055】

請求項９の発明によれば、開口部の一方向で対向する両側に検出電極を配置するだけで、入力操作領域上のＸＹ方向の入力操作位置を検出できる。

【0056】

請求項１０の発明によれば、最大の受信レベルが表れる配置方向検出電極の配置位置から、容易に入力操作領域上の配置方向の入力操作位置を検出できる。

【0057】

請求項１１の発明によれば、開口部で対向する両側に検出電極を配置するだけで、入力操作領域のＸＹ方向の入力操作位置を検出できるので、対向方向と直交する方向の開口部の両側に検出電極を配置せず、筐体を細幅として、携帯電話機など縦長のケースに大型の入力操作領域や表示領域を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】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１の一部破断平面図である。

【図2】静電容量式タッチパネル１と表示装置４０の側面図である。

【図3】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図4】検出電極１１の配置状態を示す部分拡大斜視図である。

【図5】静電容量式タッチパネル１の縦断面図である。

【図6】シールド板３２を除いたタッチパネル１の平面図である。

【図7】静電容量式タッチパネル１のブロック図である。

【図8】静電容量式タッチパネル１の電源回路の等価回路図である。

【図9】図７の信号処理回路１３と積分処理回路１４の詳細を示す回路図である。

【図10】静電容量式タッチパネル１の検出電極１１周囲の等価回路図である。

【図11】本発明の第２実施の形態に係る静電容量式タッチパネル５０の平面図である。

【図12】本発明の第３実施の形態に係る静電容量式タッチパネル５１の平面図である。

【図13】本発明の他の実施の形態に係る静電容量式タッチパネル５２の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0059】

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１０を用いて説明する。タッチパネル１は、図１、図５に示すように、横長長方形の開口部２１が中央に形成された長方形枠状の絶縁基板２０と、開口部２１の周辺に沿って絶縁基板２０上に形成される多数の検出電極１１、１１・・と、開口部２１の開口を覆うように、検出電極１１を挟んで絶縁基板２０上に載置される透明なガラス基板３１と、検出電極１１の上方を覆い、絶縁基板２０に固定されるシールド板３２を備えている。

【0060】

タッチパネル１の下方には、図２に示すように、所定のカーソル、アイコンなどを表示する液晶表示素子４０が積層して配置され、開口部２１内の透明なガラス基板３１を通して、液晶表示素子４０を目視できるようになっている。本実施の形態では、開口部２１で囲まれるガラス基板３１の表面を、操作者が液晶表示素子４０の表示を見ながら、指３０を接近若しくは接触させて入力操作を行う入力操作領域Ｅとしている。図６に示すように、長方形の輪郭に沿った方向を互いに直交するＸ方向及びＹ方向とし、ＸＹ平面に沿った入力操作領域Ｅ上の入力操作位置をｘｙ位置座標で検出するため、Ｘ方向で対向する開口部２１の一側の周辺に沿って多数の検出電極Ｘ０１、Ｘ０２・・Ｘ０ｎが、他側の周辺に沿って多数の検出電極Ｘ１１、Ｘ１２・・Ｘ１ｎが、Ｙ方向で対向する開口部２１の一側の周辺に沿って多数の検出電極Ｙ０１、Ｙ０２・・Ｙ０ｎが、他側の周辺に沿って多数の検出電極Ｙ１１、Ｙ１２・・Ｙ１ｎがそれぞれ配置されている。各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）は、開口部２１の各周辺に沿ったＸ、Ｙ方向（以下、配置方向という）に所定ピッチでむらなく配置され、これにより、入力操作領域Ｅのいずれの位置にをおいても、入力操作する指３０が、Ｘ方向とＹ方向の各方向で少なくとも一組の検出電極（Ｘ０ｎとＸ１ｎ又はＹ０ｎとＹ１ｎ）に対向するようになっている。

【0061】

絶縁基板２０は、プリント配線基板であり、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）の平面電極１１ａは、それぞれプリント配線基板上の細長帯状の導電パターンで形成され、図６に示すように、引き出し配線パターン３５により、後述するマルチプレクサ１２の各入力端子に接続している。

【0062】

本実施の形態では、入力操作領域Ｅに接近させる指３０との対向面積を拡大し、指３０との静電容量Ｃｍを増大させるために、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）は、図３に示すように、絶縁基板２０のスルーホール２０ａに挿通し、配置方向に沿って起立支持される起立電極１１ｂを有している。起立電極１１ｂは、その脚部がスルーホール２０ａ内で平面電極１１ａから引き出される引き出し配線パターン３５に半田接続されることにより、検出電極１１に起立面が形成されるものであり、起立電極１１ｂの内側の起立面が開口部２１に面することにより、入力操作領域Ｅに接近する指３０との対向面積が拡大する。

【0063】

図１、図３に示すように、シールド板３２は、起立電極１１ｂの外側で起立するように絶縁基板２０に固定され、開口部２１の上方に向かって絶縁基板２０と平行に折り曲げられている。折り曲げられた内端は、鉛直方向で平面電極１１ａより開口部２１側にわずかに突出し、これにより平面電極１１ａと起立電極１１ｂからなる検出電極１１の鉛直方向の全体が覆われている。シールド板３２は、絶縁基板２０上の配線パターンを介して、後述する低圧振動電源線ＳＧＮＤに接続し、振動側回路基板３上で接地されている。従って、入力操作体３０が操作者の指である場合に、指から上方の操作者の一部と各検出電極１１との間にシールド板３２が介在し、入力操作位置を指示入力する指の部分と、各検出電極１１との間の後述する静電容量Ｃｍに指以外の部分が影響せず、静電容量Ｃｍから指の入力操作位置を正確に検出できる。

【0064】

絶縁基板２０上に載置されるガラス基板３１は、図５に示すように、絶縁基板の表面に沿って形成される平面電極１１ａ上に配置され、その端面が、各起立電極１１ｂの起立面に当接して、多数の起立電極１１ｂの内側に位置決め支持される。従って、各検出電極１１毎に平面検出電極１１ａと起立電極１１ｂがガラス基板３１の底面と端面に接し、図示するように、入力操作領域Ｅに指３０が接近すると、指３０との間に、ガラス基板３１を誘電体とする静電容量Ｃｍａと空気を誘電体とする静電容量Ｃｍｂが直列に接続された静電容量Ｃｍが形成される。

【0065】

本実施の形態では、各検出電極１１に表れる交流検出信号の受信レベルＶｉから対向配置される各検出電極１１と指３０との静電容量Ｃｍの相対比を求め、対向方向の入力操作位置を検出するものであり、以下、入力操作位置を検出する為の回路の構成を説明する。

【0066】

図７に示すように、各検出電極１１を含むタッチパネル１を構成する主要回路部品は、２種類の非振動側回路基板２と振動側回路基板３に分けて搭載されている。非振動回路基板２には、接地電位とした低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣとからなる基準電源回路４が配線され、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間に直流電圧Ｖｃｃを印加するＤＣ電源５が接続されている。これにより、非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６等の各回路部品を基準電源回路４に接続し、ＤＣ電源５の出力電圧Ｖｃｃにより駆動させている。

【0067】

また、振動側回路基板３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７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８、９を介して接続している。コイル８とコイル９のインダクタンスは、いずれも後述する固有周波数ｆの交流検出信号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８、９を用いている。

【0068】

交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを発信する発信手段となる発振回路１５は、振動側回路基板３に搭載され、二股に分岐してそれぞれ直流電圧を遮断するキャパシタンスＣ’のコンデンサ１７、１８を介して交流検出信号ＳＧを基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに接続している。これにより、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７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となる。交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆは、任意に調整することができるが、ここでは、１８７ｋＨｚの固有発振周波数の交流検出信号ＳＧを出力する。

【0069】

固有周波数ｆの交流検出信号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、基準電源回路４と振動電源回路７は、図８の等価回路図で示される。

【0070】

図８に示すように、振動電源回路７側の発振回路１５の出力と基準電源回路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７間に並列に接続されるコイル８、９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、交流検出信号ＳＧの振幅（レベル）をＶｓｇ、コイル８、９両端の基準電源回路４と振動電源回路７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）］Ｖｓｇ・・・（１）式
で表される。
ここで、図８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。

【0071】

つまり、（２）式関係から得られる共振周波数ｆ_０を、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆとすれば、交流検出信号ＳＧのレベルに対して、（１）式から理論上振動電源回路７の電位が無限大で振動し、振動電源回路７に接続する各検出電極１１の電位も無限大に振動させることができる。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７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７に交流検出信号ＳＧが流れる際のエネルギーロス、特にコイル８、９の内部抵抗による電力消費により、振動電源回路７は、交流検出信号ＳＧのレベルＶｓｇに対して有限倍率に拡大された振幅Ｖｓで振動する。

【0072】

一方、操作者の指３０がガラス基板３１を介して接触する各検出電極１１に大電圧を加えることはできないので、発振回路１５の出力とコンデンサ１７、１８との間に図示しない抵抗を接続して、各検出電極１１が相対的に振動する交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓをここでは、出力レベルＶｓを５Ｖとしている。この交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓは、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを共振周波数ｆ０の近傍で調整して、低下させてもよい。

【0073】

また、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆについても、任意の周波数とすることができるが、商用交流電源線の周囲では、入力操作体３０が定電位ではなく商用交流電源の周波数のコモンモードノイズが重畳することがあるので、各検出電極１１から商用交流電源の周波数と識別して固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧを検出する必要があり、商用交流電源の周波数とその高調波を除く周波数としている。

【0074】

上述の各検出電極１１は、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣのいずれかの、ここでは高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続している。全ての各検出電極１１が高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続することによって、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで固有周波数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３０の電位は定電位であるので、両者の間には、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓの電圧が発生し、これを、固有周波数ｆで振動する振動電源回路７からみれば、定電位の検出電極１１に対して、入力操作体である指３０が交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆで振動する信号発生源となる。従って、指３０が接近して指３０との静電容量Ｃｍが増大する検出電極１１では、検出電極１１から指３０へ静電容量Ｃｍを介して固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧがあらわれる。

【0075】

各検出電極１１と指３０間の静電容量Ｃｍは、検出電極１１と指３０間の距離をｄ、真空の誘電率をε０、その間の誘電体の比誘電率をε１、指３０と検出電極１１の対向面積をｓとすると、Ｃｍ＝ε０・ε１・ｓ／ｄで表される。図５に示すように、指３０がガラス基板３１に触れていない状態では、指３０と検出電極１１の間の静電容量Ｃｍは、上述のように、直列に接続されるガラス基板３１を誘電体とする静電容量Ｃｍａと空気を誘電体とする静電容量Ｃｍｂとからなるので、静電容量Ｃｍは、Ｃｍａ・Ｃｍｂ／（Ｃｍａ＋Ｃｍｂ）で表される。

【0076】

本実施の形態では、指３０にＸ、Ｙいずれかの方向（図５ではＸ方向）で対向する検出電極１１_０、１１_１の指３０との間の静電容量Ｃｍ_０、Ｃｍ_１の相対比から対向方向の指３０の入力操作位置を検出するものであるが、入力操作位置の算定を容易にするために、起立電極１１ｂを含む全ての検出電極１１を同形状としているので、対向方向の一組の検出電極１１_０、１１_１の指３０との対向面積ｓは同一となっている。また、ガラス基板３１の比誘電率εｒは、約１の空気の比誘電率に比べて充分に高いので、指３０とガラス基板３１との距離が離れていなければ、検出電極１１_０、１１_１と指３０の入力操作位置にかかわらず、静電容量Ｃｍ_０、Ｃｍ_１の相対比の算定において、両者の空気を誘電体とする静電容量Ｃｍｂは、ほぼ等しいとみなすことができる。従って、指３０がガラス基板３１に触れているかどうかにかかわらず、入力操作位置は、ガラス基板３１を誘電体とする静電容量Ｃｍａの比、つまり、Ｃｍ＝ε０・εｒ・ｓ／ｄから算定する静電容量Ｃｍ_０、Ｃｍ_１の相対比から検出できる。交流検出信号ＳＧの固有周波数がｆであるので、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、Ｘｃ＝１／（２π・ｆ・Ｃｍ）から、Ｘｃ＝ｄ／（ω・ε０・εｒ・ｓ）で表される。

【0077】

図１０は、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを検出する信号検出回路部全体の等価回路図であり、図中、Ｃｐは、検出電極１１と低圧振動電源線ＳＧＮＤ間の浮遊容量、ｒｐは、検出電極１１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。

【0078】

内部抵抗ｒｐを０とし、Ｒ４がマルチプレクサ１２を介して後述する積分用オペアンプＡ／Ｄ２５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
浮遊容量Ｃｐに比べて静電容量Ｃｍは極めて小さいので、（７）式は、更に
Ｖｉ＝（Ｃｍ／Ｃｐ）・Ｖｓ ・・・（８）式
で表される。

【0079】

上述の通り、入力操作体３０と検出電極１１の静電容量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、（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１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、
Ｖｉ＝Ｖｓ／（ｄ・ｋ） ・・・（１０）式
で表され、指３０との距離ｄが近い検出電極１１ほど、受信レベルＶｉが交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓに近づく大きな値となる。ただし、指３０が検出電極１１に近接し、その間の静電容量Ｃｍが浮遊容量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。

【0080】

（１０）式を用いれば、複数の各検出電極１１に表れる交流検出信号の受信レベルＶｉを比較して、指３０と各検出電極１１間の距離を比較することができ、本実施の形態では、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）の配置位置と、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）の受信レベルＶｉとから、入力操作領域Ｅに平行なＸＹ方向の入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出する。

【0081】

この入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出するために、振動側回路基板３には、アナログマルチプレクサ１２、信号処理回路１３、積分処理回路１４、Ａ／Ｄコンバータ１９、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１０及び発振回路１５の各回路素子が搭載され、いずれも振動電源回路７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５から出力電圧Ｖｃｃを受けて動作している。

【0082】

アナログマルチプレクサ１２は、ＭＰＵ１０からの切り替え制御により、一定の周期、ここでは２００ｍｓｅｃ毎に、各検出電極１１を信号処理回路１３へ切り換え接続し、各検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧを順に信号処理回路１３へ出力している。すなわち、Ｘ方向で対向する検出電極Ｘ０１、Ｘ０２・・、Ｘ１１、Ｘ１２・・、Ｙ方向で対向する検出電極Ｙ０１、Ｙ０２・・、Ｙ１１、Ｙ１２・・の順で、一走査周期内に全ての検出電極１１が信号処理回路１３に接続される。

【0083】

図９に示すように、信号処理回路１３は、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを中心とする周波数帯域の信号を通過させる共振回路２３と、インピーダンス変換用の増幅回路２４と、これらの間に直列に接続される第１アナログスイッチＡＳＷ１とからなっている。共振回路２３は、アナログマルチプレクサ１２を介して接続する検出電極１１に表れる信号から、直流信号等の低周波成分とコモンモードノイズ等の高周波ノイズをカットし、交流検出信号ＳＧのみを後段の増幅回路２４へ出力する。増幅回路２４は、入力インピーダンスが無限大に近く、出力インピーダンスが微小値であるインピーダンス変換素子で、検出電極１１に表れる微弱な交流検出信号ＳＧであっても、その出力側に接続される積分処理回路１４が動作するようにしている。

【0084】

第１アナログスイッチＡＳＷ１は、ＭＰＵ１０により開閉制御され、積分処理回路１４が後述する積分動作を行っている積分動作期間（Ｔｉｎｔ）中に共振回路２３と増幅回路２４間を接続し、後述するオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に遮断する。これにより、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に、交流検出信号ＳＧが積分処理回路１４に出力されないようにしている。

【0085】

積分処理回路１４は、互いのアノードとカソードを接続させたクランプダイオード回路２８と、信号処理回路１３の出力の電位を所定の電位に引き上げるプルアップ抵抗２９と、積分用オペアンプ２５と、信号処理回路１３の出力と積分用オペアンプ２５の反転入力端子間に接続された積分用抵抗Ｒ１と、積分用オペアンプ２５の反転入力端子と出力端子間に接続された積分用コンデンサＣ１と、積分用コンデンサＣ１に並列に接続され、ＭＰＵ１０により開閉制御される第２アナログスイッチＡＳＷ２を備えている。

【0086】

クランプダイオード回路２８は、信号処理回路１３の出力、すなわち交流検出信号ＳＧの電圧が、プルアップ抵抗２９で引き上げられる電位を中心に、一対のダイオードの順電圧の範囲内で振動するようにクランプし、積分用抵抗Ｒ１へ出力する。

【0087】

積分用抵抗Ｒを介して積分用オペアンプ２５の反転入力端子に入力される交流検出信号の電圧をＶｉｎ、積分用オペアンプ２５の出力端子から出力される電圧をＶｏｕｔ、積分用抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ、積分用コンデンサＣ１の容量をＣとすれば、
Ｖｏｕｔ＝−１／ＣＲ・∫Ｖｉｎｄｔ ・・・（１１）式
で表され、積分用オペアンプ２５の出力端子から入力電圧Ｖｉｎを積分した電圧Ｖｏｕｔが出力される。

【0088】

第２アナログスイッチＡＳＷ２は、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）開始後のわずかな時間、ＭＰＵ１０により閉じ制御され、積分処理回路１４の積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に積分用コンデンサＣ１に蓄積された電荷を速やかに放電し、その直前の積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に積分用コンデンサＣに充電された充電電圧が、後述する積分処理回路１４のオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）のオフセット動作に影響しないようにしている。

【0089】

この積分用オペアンプ２５の反転入力端子と非反転入力端子間には、積分用オペアンプ２５のオフセット電圧やその他の要因による直流成分の誤差があり、これらを合わせた誤差電圧をオフセット電圧Δｖで表すと、（１１）式は、
Ｖｏｕｔ＝−１／ＣＲ・∫（Ｖｉｎ＋Δｖ）ｄｔ ・・・（１２）式
で表され、オフセット電圧Δｖは直流成分であるので、（１２）式は、
Ｖｏｕｔ＝−１／ＣＲ・∫Ｖｉｎｄｔ−Δｖ・ｔ／ＣＲ ・・・（１３）式
で表され、時間ｔの経過と共に、出力電圧Ｖｏｕｔ中のオフセット電圧Δｖによる誤差が拡大する。

【0090】

そこで、上記オフセット電圧Δｖによる影響を実質的に解消させる目的で積分処理回路１４に更にフィードバック回路部を設けている。このフィードバック回路部は、図９に示すように、帰還用オペアンプ２６と、帰還用オペアンプ２６の出力と積分用オペアンプ２５の非反転入力端子間に接続された第３アナログスイッチＡＳＷ３と、第３アナログスイッチＡＳＷ３と積分用オペアンプ２５の非反転入力端子間に接続され、帰還用オペアンプ２６の出力電圧で充電されるホールド用コンデンサ２７とから構成される。

【0091】

帰還用オペアンプ２６の反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して積分用オペアンプ２５の出力に接続され、非反転入力端子は、積分用抵抗Ｒ１の入力側に接続している。帰還用オペアンプ２６の反転入力端子と出力端子間に接続された抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２の抵抗値は等しく、従って、帰還用オペアンプ２６は、第３アナログスイッチＡＳＷ３が閉じ制御されている間、積分用オペアンプ２５の反転入力端子に入力される入力電圧Ｖｉｎを基準電位とし、入力電圧Ｖｉｎに対する積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔの差分をゲイン−１で増幅し積分用オペアンプ２５の非反転入力端子へ帰還するように作用する

【0092】

ＭＰＵ１０により制御されるオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に、第３アナログスイッチＡＳＷ３が閉じ制御されるとともに、積分用抵抗Ｒ１の入力と各検出電極１１とは開制御される第１アナログスイッチＡＳＷ１により遮断されるので、積分用抵抗Ｒ１の入力側には、交流検出信号ＳＧが入力されることなく、積分用オペアンプ２５の反転入力端子の電位は、一定の入力電圧Ｖｉｎに保たれる。

【0093】

積分用オペアンプ２５の非反転入力端子に対して反転入力端子に上記オフセット電圧Δｖが生じているものとすると、Δｔ後にその積分値−（Ｖｉｎ＋Δｖ）・Δｔ／ＣＲが出力されるが、帰還用オペアンプ２６により、積分用オペアンプ２５の非反転入力端子にＶｉｎ＋（Ｖｉｎ＋Δｖ）・Δｔ／ＣＲが入力され、Δｔ／ＣＲが１より充分に小さいので、これを繰り返すことにより、積分用オペアンプ２５の出力はオフセット電圧Δｖに収束して安定する。この状態で、積分用オペアンプ２５の反転入力端子にオフセット電圧Δｖを加えた電位は、非反転入力端子の電位に等しくなり、ホールド用コンデンサ２７には、オフセット電圧Δｖの影響を含めて非反転入力端子と反転入力端子間の差電圧を０とする補正電圧が充電されている。従って、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）は、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔがオフセット電圧Δｖに達して安定する充分な時間に設定し、ホールド用コンデンサ２７は、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔが安定した際には飽和するキャパシタのコンデンサを用いる。

【0094】

オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）の経過後、ＭＰＵ１０は、第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御すると共に、第３アナログスイッチＡＳＷ３を開制御して、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に移行する。積分動作期間（Ｔｉｎｔ）では、第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御されることにより、アナログマルチプレクサ１２で選択接続した検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧが積分用オペアンプ２５の反転入力端子に入力される。また、第３アナログスイッチＡＳＷ３が開制御されるので、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に、ホールド用コンデンサ２７に充電された上記補正電圧が積分用オペアンプ２５の非反転入力端子に入力され、オフセット電圧Δｖを含めた積分用オペアンプ２５の非反転入力端子と反転入力端子間の差電圧が０となり、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔに（１３）式に示すオフセット電圧Δｖを積分した誤差−Δｖ・ｔ／ＣＲが含まれない。

【0095】

その結果、微小な交流検出信号ＳＧの電圧Ｖｉｎのみが積分して拡大され、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔとして表れる。ＭＰＵ１０は、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）の開始時から各積分動作期間（Ｔｉｎｔ）で同一の時間経過後であって、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）が終了する直前の判定時ｔ１に、判定時ｔ１の出力Ｖｏｕｔを後段に接続されたＡ／Ｄコンバータ１９へ出力する。積分動作期間（Ｔｉｎｔ）は、ＣＲで定まる積分用コンデンサＣ１の飽和時間より充分に短く、かつ交流検出信号ＳＧの電圧Ｖｉｎを、判定時ｔ１にその積分値である積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔから判別可能な期間に設定する。

【0096】

Ａ／Ｄコンバータ１９は、判定時ｔ１の積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔを量子化してＭＰＵ１０へ出力する。

【0097】

Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される量子化データは、その積分動作期間（Ｔｉｎｔ）中にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した各検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを表し、入力位置検出手段として作用するＭＰＵ１０は、配置方向毎に検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）に表れる受信レベルＶｉの総和を算定し、配置方向毎の受信レベルＶｉの総和から、指３０のＸＹ方向の入力操作位置を検出する。

【0098】

Ｘ方向で対向する一組の検出電極Ｘ０、Ｘ１間の距離をＬｘとし、指３０が図５に示す入力操作位置Ｐ（ｘ）にあったとして、任意の検出電極Ｘ０ｎに表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉ０と、検出電極Ｘ０ｎにＸ方向で対向する位置に配置された検出電極Ｘ１ｎに表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉ１とは、（１０）式からそれぞれ、
Ｖｉ０＝Ｖｓ／（ｘ・ｋ） ・・・（１４）式
Ｖｉ１＝Ｖｓ／（（Ｌｘ−ｘ）・ｋ） ・・・（１５）式
で表され、両者の比Ｖｉ０／Ｖｉ１は、
Ｖｉ０／Ｖｉ１＝（Ｌｘ−ｘ）／ｘ ・・・（１６）式
で表される。

【0099】

この関係は、Ｘ方向で対向する全ての各組の検出電極Ｘ０、Ｘ１について成り立つので、一走査周期内に各検出電極Ｘ０に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの総和をＶｘ０、各検出電極Ｘ１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの総和をＶｘ１とすれば、
Ｖｘ０／Ｖｘ１＝（Ｌｘ−ｘ）／ｘ ・・・（１７）式
であり、ｘについて解けば、
ｘ＝Ｌｘ・Ｖｘ１／（Ｖｘ０＋Ｖｘ１） ・・・（１８）式
となる。

【0100】

同様に、Ｙ方向についても、Ｙ方向で対向する一組の検出電極Ｙ０、Ｙ１間の距離をＬｙとすれば、任意の検出電極Ｙ０ｎに表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉ０と、検出電極Ｙ０ｎにＹ方向で対向する位置に配置された検出電極Ｙ１ｎに表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉ１との関係は、
Ｖｉ０／Ｖｉ１＝（Ｌｙ−ｙ）／ｙ ・・・（１９）式
で表され、一走査周期内に各検出電極Ｙ０に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの総和をＶｙ０、各検出電極Ｙ１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの総和をＶｙ１として、
ｙ＝Ｌｙ・Ｖｙ１／（Ｖｙ０＋Ｖｙ１） ・・・（２０）式
の関係が得られるので、Ｖｘ０、Ｖｘ１、Ｖｙ０、Ｖｙ１から入力操作領域Ｅ上のＸＹ方向の入力位置（ｘ、ｙ）が容易に得られる。

【0101】

ＭＰＵ１０で検出した入力操作位置（ｘ、ｙ）を含む入力操作データは、直流が絶縁された信号線１６を介して、非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６に出力され、インターフェース回路６からＵＳＢ通信、Ｉ^２Ｃ通信等で入力操作データを利用する上位機器に出力される。

【0102】

上述の実施の形態では、各配置方向の検出電極１１毎に各検出電極（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの総和（Ｖｘ０、Ｖｘ１、Ｖｙ０、Ｖｙ１）を求めて、（１８）式と（２０）式から入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出したが、各配置方向の検出電極１１のうち最大の受信レベルＶｉが表れた検出電極１１について、その受信レベルＶｉ０と、対向して配置された検出電極１１に表れる受信レベルＶｉ１を比較し、（１６）式若しくは（１９）式から入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出してもよい。

【0103】

また、配置方向に沿った複数の検出電極から構成される上述の４種類の検出電極（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）は、いずれか１又は２以上の検出電極１１を、配置方向を長手方向とする一枚の検出電極１１で構成することもでき、このように一枚の検出電極１１で構成した場合には、その検出電極１１の受信レベルＶｉを、配置方向に沿った各検出電極１１の受信レベルＶｉの総和とみなし、（１８）式と（２０）式から入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出できる。

【0104】

更に、上述のＸＹ方向に沿って配置される４種類の検出電極Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１のうち、いずれか２種類の検出電極１１を省略しても、入力操作領域Ｅへの入力操作位置（ｘ、ｙ）ことができる。図１１は、Ｘ方向で対向する検出電極Ｘ０、Ｘ１を省略した第２の実施の形態にかかる静電容量式タッチパネル５０の平面図である。

【0105】

このタッチパネル５０では、Ｘ方向に沿って配置される多数の検出電極Ｙ０を、配置方向検出電極Ｙ０１、Ｙ０２・・Ｙ０ｎとし、第１実施の形態において、検出電極Ｙ０に対向させて配置した複数の検出電極Ｙ１１、Ｙ１２・・Ｙ１ｎを単一の検出電極Ｙ１で構成している。図１１に示すように、配置方向（Ｘ方向）に沿って配置された多数の配置方向検出電極Ｙ０ｎのうち、指３０から配置方向と直交する方向に配置された配置方向検出電極Ｙ０５が、指３０に最も接近し、また指３０との対向面積ｓも大きくなるので、その検出電極Ｙ０５に最大値となる受信レベルＶｉが表れる。従って、Ｘ方向で対向する検出電極Ｘ０、Ｘ１が配置されていないタッチパネル５０であっても、配置方向検出電極Ｙ０ｎのうち最大値の受信レベルＶｉが表れた配置方向検出電極Ｙ０５の配置位置からＸ方向の入力操作位置（ｘ）を検出できる。このＸ方向の入力操作位置（ｘ）は、最大値の受信レベルＶｉが表れた検出電極Ｙ０５と、その周囲の配置方向検出電極Ｙ０ｎに表れる受信レベルＶｉとを比較し、より正確に検出することもできる。

【0106】

Ｙ方向の入力操作位置（ｙ）は、一枚の検出電極Ｙ１の受信レベルＶｉを、受信レベルＶｉの総和Ｖｙ１とみなし、配置方向検出電極Ｙ０ｎの受信レベルＶｉの総和Ｖｙ０とから、（２０）式を用いて検出できる。

【0107】

この第２の実施の形態にかかる静電容量式タッチパネル５０によれば、Ｘ方向で対向する検出電極Ｘ０、Ｘ１を配置せずに、Ｘ方向の入力操作位置（ｘ）を検出できるので、Ｘ方向幅を縮小できる。例えば、縦長で横幅に充分な余裕のない携帯電話機などのケースであっても、横幅方向に検出電極１１を配置せずに横幅方向の入力操作位置を検出できるので、限られたケース内により大きい入力操作領域Ｅを有するタッチパネル５０を取り付けることができる。

【0108】

図１２は、２種類検出電極Ｘ０、Ｙ１を省略した第３の実施の形態にかかる静電容量式タッチパネル５１の平面図である。このタッチパネル５１では、検出電極Ｙ０をＸ方向を配置方向とする複数の配置方向検出電極Ｙ０１、Ｙ０２・・Ｙ０ｎで、検出電極Ｘ１を、Ｙ方向を配置方向とする複数の配置方向検出電極Ｘ１１、Ｘ１２・・Ｘ１ｎで構成している。

【0109】

図示する位置に入力操作する指３０があったとすると、Ｘ方向では、検出電極Ｙ０５に表れる受信レベルＶｉが最大となり、Ｙ方向では、検出電極Ｘ１４に表れる受信レベルＶｉが最大となるので、それぞれの配置位置から入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出できる。

【0110】

第３の実施の形態にかかる静電容量式タッチパネル５１によれば、機器の筐体の隅に隙間をあけずに入力操作領域Ｅを臨ませたタッチパネル５１を配置できる。

【0111】

上述の各実施の形態では、指３０にＸ、Ｙいずれかの方向で対向する検出電極１１_０、１１_１の指３０との間の静電容量Ｃｍ_０、Ｃｍ_１の相対比は、指３０をガラス基板３１上に投影させたＸＹ平面上の入力操作位置（ｘ、ｙ）と対向する検出電極１１_０、１１_１までの対向方向の距離に反比例する比にほぼ等しいので、指３０がガラス基板３１に触れているかどうかにかかわらず、入力操作領域Ｅ上の入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出できる。しかしながら、指３０がガラス基板３１に接触しない入力操作では、比誘電率が約１と低い空気を誘電体とする電容量Ｃｍｂが介在することになるので、同じ入力操作位置であっても各検出電圧１１に表れる受信レベルＶｉは、大きく低下する。従って、ＭＰＵ１０に入力される特定の検出電極１１に表れる受信レベルＶｉを一走査周期毎に比較し、受信レベルＶｉが所定の閾値を越える比率で上昇したときに、指３０がガラス基板３１に触れるタッチ入力と、所定の閾値を越える比率で下降した時に、指３０をガラス基板３１から離した操作と判別でき、２種類の入力操作による入力操作位置を出力できる。

【0112】

また、特定の検出電極１１に表れる受信レベルＶｉを監視するだけで、タッチ入力を判定できるので、入力操作を待機する待機時間中は、特定の検出電極１１の検出電極１１に表れる受信レベルＶｉのみを一定周期で検出する間欠検出モードとし、タッチ入力を検出した場合に、全ての回路を動作させ、入力操作位置を検出する検出モードとすることにより、待機時間中の電力消費を削減できる。

【0113】

上述の実施の形態では、各検出電極１１の上方を覆うシールド板３２を絶縁基板２０から起立支持しているが、図１３に示すように、タッチパネル５２の入力操作領域Ｅを窓孔４２を通して外方に臨ませる機器の筐体４３の内底面に接地されたシールド層４４を形成し、シールド層４４により検出電極１１の上方を覆うようにしてもよい。また、同様の目的で、シールド層４４は、筐体４３の表面側に形成してもよい。

【0114】

また、上述の実施の形態で検出電極１１は、絶縁基板２０の表面の導電パターンで形成したり、絶縁基板２０のスルーホール３４に起立支持される金属プレートで形成しているが、ガラス基板等の透明入力操作板３１の底面や端面に蒸着させた導電層で形成することもできる。

【0115】

更に、上述の実施の形態では、検出電極１１を入力操作体３０に対して交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで振動させ、両者の間に出力レベルＶｓの相対電位を発生させたが、検出電極１１側を定電位として、入力操作体３０の電位を交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで変動させてもよい。

【0116】

また、入力操作体３０は、操作者が入力操作を行う指３０で説明したが、操作者が握る専用入力ペンなど操作者と別の操作体であってもよい。

【0117】

また、矩形状の輪郭に形成された開口部２１は、長方形の輪郭に限らず、任意の形状とすることができる。

【0118】

また、２種類に分けた非振動側回路基板２と振動側回路基板３とは、基準電源回路４と振動電源回路７が分かれて配線されていれば、１枚の回路基板としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0119】

本発明は、入力操作領域を通した背面側に表示素子が配置され、入力操作領域への入力操作体の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】

【0120】

１ 静電容量式タッチパネル（第１実施の形態）
１０ ＭＰＵ（入力位置検出手段、タッチ入力検出手段）
１１ 検出電極
１４ 積分処理回路（信号検出手段）
１５ 発振回路（発信手段）
２０ 絶縁基板（絶縁支持体）
２１ 開口部
３０ 指（入力操作体）
３１ ガラス基板（透明入力操作板）
３２ シールド板
４１ 配置方向検出電極
４２ 窓孔
４３ 筐体
４４ シールド層
Ｅ 入力操作領域
ＳＧ 交流検出信号
Ｖｉ 交流検出信号の受信レベル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】