JPH05335925A - タッチパネル入力装置 - Google Patents

タッチパネル入力装置

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JPH05335925A
JPH05335925A JP13915492A JP13915492A JPH05335925A JP H05335925 A JPH05335925 A JP H05335925A JP 13915492 A JP13915492 A JP 13915492A JP 13915492 A JP13915492 A JP 13915492A JP H05335925 A JPH05335925 A JP H05335925A
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JP
Japan
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electrode
touch panel
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panel
fingertip
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Withdrawn
Application number
JP13915492A
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English (en)
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Yoji Morimoto
洋示 森本
Noriji Kariya
教治 苅谷
Takashi Kasuya
喬史 糟谷
Masaya Tajima
正也 田島
Masatsugu Kimura
賢嗣 木村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】非スキャン電極上の指先と隣接電極(スキャン
電極)との間に生じる寄生容量の影響を排除し、指先タ
ッチ位置の識別性能を向上して、例えばガラス基板の裏
側に電極を取り付けて保護強度を改善したタッチパネル
入力装置の実現に寄与する技術の提供を目的とする。 【構成】パネル内部に複数個の固定容量(または寄生容
量)を形成するとともに、各固定容量の一方の電極とパ
ネル表面の間を絶縁し、且つ、他方の電極と接地電位と
の間を低インピーダンスで接続するタッチパネル部と、
各々の固定容量の一方の電極を順次に選択し、該選択さ
れた電極に対しては高インピーダンスを有する第1の経
路を介して所定の高周波電圧を与えるとともに、非選択
電極に対しては低インピーダンスを有する第2の経路を
通して前記高周波電圧を与える電圧付与手段と、を備え
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、金融機関のC
D端末やATM端末に使用される入力装置、特に、指先
を軽く触れるだけで入力操作のできる静電容量方式タッ
チパネル入力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図10は、従来のタッチパネル入力装置
の構造図である。ガラス基板1の表面に取り付けた複数
の電極2a、2b、2c、……を、保護膜3を介して指
先4で触れると、選択電極(例えば図では2b)の固定
容量(または寄生容量)Cbに、人体の寄生容量Cm
(正確にはCm+Ch;Chは選択電極2bと指先4と
の間の寄生容量)が並列接続されるため、その合成容量
値が増大する。従って、固定容量Cbの両端電圧Vout
が減少側に変化するから、その変化具合を測定すること
により、どの電極にタッチしたかを検出することができ
る。
【0003】ここで、5は所定周波数の高周波電圧Vin
を発生する高周波電圧発生源、6はインピーダンス素子
(図では抵抗であるが容量でもよい)であり、固定容量
Cbの両端電圧、すなわちVout は、次式で与えられ
る。
【0004】
【数1】
【0005】但し、1/Xcは1/ωcである。上式
から、Cが大きくなるとVout が減少側に変化すること
が理解される。ところで、タッチパネルの表面を覆う保
護膜3には、透明な材料(例えば水ガラス)が用いられ
るが、膜厚が薄いために保護性能が完全とは言い難く、
例えばカッターナイフのように硬くて先端の鋭く尖った
もので突かれると、保護膜3に損傷を負うことがあり、
最悪の場合、電極の一部が切断される恐れがあった。
【0006】そこで、保護膜の代わりにガラス基板のよ
うな硬くて厚い材料を用いて保護性能の向上を図ること
が考えられる。例えば、図10の例では、ガラス基板1
の裏側(図面の下側)に電極2a、2b、2c、……を
取り付けるようにすればよい。保護膜3よりもガラス基
板1の方がはるかに厚いから、電極に対する保護性能を
高めることができ、例えばCD端末やATM端末入力装
置のトラブルを未然に防止できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
基板の厚さは、保護膜の厚さよりも相当に大きいため、
指先から電極までの間隔が相当に離れてしまい、どの電
極にタッチしたかを識別する性能(以下、単に識別性能
と言う)が低下するといった問題点があった。一般に、
平行電極間の静電容量は電極間の距離に反比例し、距離
が離れるほどその値が減少する。例えば、図11(a)
の容量Cha、Chb、Chcよりも、図11(b)の
容量Cha’、Chb’、Chc’の方が小さくなる。
さらに、Cha、Chb、Chcの間の容量差ΔCh
abc と、Cha’、Chb’、Chc’の間の容量差Δ
Chabc ’の関係が、ΔChabc >ΔChabc ’とな
る。
【0008】従って、ガラス基板の裏側に電極を取り付
けた場合には、各電極と指先間の寄生容量が小さくな
り、また、各電極と指先間の容量差も小さくなる結果、
outの減少具合がはっきりしなくなって、識別性能が
低下するのである。かかる問題点に鑑み、本願発明者
は、図12に示すような工夫を試みた。これによれば、
複数の電極2a、2b、2c、2d、2eのそれぞれ
に、スイッチ7a、7b、7c、7d、7eおよびイン
ピーダンス素子6を介して高周波電圧V inを与えるとと
もに、上記スイッチ7a、7b、7c、7d、7eを順
次にオン(1個だけがオン、残りは全てオフ)させるよ
うに制御している。
【0009】複数個のスイッチをスキャンすることによ
り、常に1個のスイッチだけを検出対象として識別性能
の向上を意図したが、十分な性能向上を実現できなかっ
た。原因は、オフ状態のスイッチにつながる電極(非ス
キャン電極)がフローティング状態となるため、例え
ば、非スキャン電極上に指先が位置している場合には、
その指先と隣接電極(検査対象のスキャン電極)との間
に生じる寄生容量の影響で、あたかもスキャン電極上に
指先が位置しているように誤認するからである。 [目的]そこで、本発明は、非スキャン電極上の指先と
隣接電極(スキャン電極)との間に生じる寄生容量の影
響を排除し、指先タッチ位置の識別性能を向上して、例
えばガラス基板の裏側に電極を取り付けて保護強度を改
善したタッチパネル入力装置の実現に寄与する技術の提
供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、パネル内部に複数個の固定容量(または
寄生容量)を形成するとともに、各固定容量の一方の電
極とパネル表面の間を絶縁し、且つ、他方の電極と接地
電位との間を低インピーダンスで接続するタッチパネル
部と、各々の固定容量の一方の電極を順次に選択し、該
選択された電極に対しては高インピーダンスを有する第
1の経路を介して所定の高周波電圧を与えるとともに、
非選択電極に対しては低インピーダンスを有する第2の
経路を通して前記高周波電圧を与える電圧付与手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明では、非選択電極(非スキャン電極に相
当)と高周波電圧発生源との間が、低インピーダンスを
有する第2の経路を通して接続され、非選択電極のフロ
ーティング状態が回避される。従って、非選択電極上の
指先と隣接電極(スキャン電極に相当する選択電極)と
の間に生じる寄生容量の影響を、当該非選択電極の固定
容量によってキャンセルでき、指先タッチ位置の誤検出
を回避して識別性能を向上できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1〜図9は本発明に係るタッチパネル入力装置
の一実施例を示す図である。まず、構成を説明する。図
1において、10はタッチパネル部であり、パネル内部
に複数個(図では一例として5個)の電極11a、11
b、11c、11d、11eを配列し、各電極とパネル
表面間に保護膜またはガラス基板等の絶縁材料を介在さ
せている。
【0013】各電極は、接地電位のグランドプレーン1
2と所定間隔で対向し、グランドプレーン12との間に
容量Ca、Cb、Cc、Cd、Ceを形成する。これら
の容量Ca、Cb、Cc、Cd、Ceは、電極の面積や
グランドプレーンとの間隔、および、グランドプレーン
との間に介在する材料の誘電率から定まる固定の値を有
し、発明の要旨に記載の固定容量または寄生容量に相当
するものである。従って、各電極11a、11b、11
c、11d、11eは、各固定容量の一方の電極に相当
し、また、グランドプレーン12は各固定容量に共通の
他方の電極に相当する。
【0014】13はスキャン回路である。スキャン回路
13は、複数個の電極を順次に選択し、その選択電極
(スキャン電極とも言う;常に1個)を、増幅回路14
およびインピーダンス素子(図では抵抗であるが容量で
もよい)15を通る第1の経路16を介して高周波電圧
発生源17に接続する一方、残りの非選択電極(非スキ
ャン電極とも言う)を、少なくともインピーダンス素子
15を通らない第2の経路18を介して同じく高周波電
圧発生源17に接続するものである。第1の経路16に
はインピーダンス素子15が含まれるが、第2の経路に
は含まれない。すなわち、第1の経路16は高いインピ
ーダンスを有する経路であり、第2の経路18は低いイ
ンピーダンスを有する経路である。
【0015】従って、これらのスキャン回路13、第1
の経路16、第2の経路18および高周波電圧発生源1
7は、一体として、各々の固定容量の一方の電極11a
〜11eを順次に選択し、該選択された(常に1個の)
電極に対しては高インピーダンスを有する第1の経路1
6を介して所定の高周波電圧Vinを与えるとともに、残
りの非選択電極に対しては低インピーダンスを有する第
2の経路18を通して同高周波電圧Vinを与える電圧付
与手段19を構成する。
【0016】なお、20は増幅回路14によって増幅さ
れた選択電極とグランドプレーンとの間の電圧、すなわ
ち選択固定容量の両端電圧Vout を測定するとともに、
その減少具合に基づいてどの電極が間接的に指先でタッ
チされたかを検出する検出部と、所定周期のスキャン信
号SSCANを発生して上記スキャン回路13の動作を制御
する制御部とを含む検出・制御部である。
【0017】図2は、ピークホールド回路20a、A/
D変換回路20b、制御・演算回路20cおよびデータ
出力回路20dを含む検出・制御部20とスキャン回路
13の詳細構成図である。なお、この図では増幅回路1
4を省略している。スキャン回路13は、電極と同じ個
数(ここでは5個)のスイッチ13a〜13eを有し、
各スイッチは、スキャン信号SSCANに同期して常に1個
が第1の経路16につながり、残りの4個が第2の経路
18につながるようになっている。図2の状態は、最下
段に位置する1個のスイッチ13eが第1の経路16に
つながっており、残り4個のスイッチ13a〜13dが
第2の経路18につながっている。
【0018】この状態では、高周波電圧発生源17から
の高周波電圧Vinが高インピーダンスの第1の経路16
を介して選択電極11eに与えられ(図3参照)、ま
た、同じく高周波電圧Vinが低インピーダンスの第2の
経路18を介して非選択電極11a〜11dに与えられ
る(図4参照)。今、同じ状態のままで、選択電極11
e直上のパネル表面に指先をタッチすると、選択電極1
1eの固定容量Ceが、指先と選択電極11e間の寄生
容量Che(正確にはChe+人体の寄生容量Cm)の
分だけ増大しVout が減少するため、当該選択電極11
eに対する入力操作(タッチ操作)が検出される。
【0019】一方、同じ状態のままで、選択電極11e
の隣に位置する非選択電極11d直上のパネル表面にタ
ッチした場合にも、指先と選択電極11eの間に寄生容
量Cheが生じるが、この寄生容量Cheは、非選択電
極11dの固定容量(寄生容量)Cdよりもはるかに小
さいため、同固定容量11dによってキャンセルでき、
選択電極11eの固定容量(寄生容量)Ceに対する影
響を回避できる。
【0020】従って、選択電極に隣接する非選択電極へ
のタッチ操作を、選択電極へのタッチ操作と誤認するこ
とがなくなり、識別性能を向上できる。このため、例え
ば、図5に示すように、ガラス基板30の裏側(背面)
に電極31a、31b、31cを取り付け、タッチ面3
2の保護強化を図ることが可能になった。
【0021】図6は、実用的なタッチパネル部の構造例
である。複数個の電極40を配列した検出用小パネル4
1を別体で製作し、この検出用小パネル41を、支持体
となるガラス基板42の裏側に接着して組み立てる。ガ
ラス基板42よりも小さなサイズのパネルに電極を形成
するため、製造コストの点で有利になる。図7は、上記
図6の改良例であり、ガラス基板42の背面にシート4
3を張り付け、その上に検出用小パネル41を接着した
ものである。シート43に任意の図形や文字等を印刷す
ることにより、多様化するデザイン要求に自在に応える
ことができる。
【0022】図8は、2枚のガラス基板50、51の間
に電極層52を挟み込むようにした例である。この例に
よれば、タッチ面とは反対側のガラス基板51によっ
て、パネル強度の大部分を負担させることができ、タッ
チ面側のガラス基板50を薄くすることができる。従っ
て、タッチ面から電極までの距離を短くすることがで
き、検出感度を損なうことなく、背面電極型のタッチパ
ネルを実現できる。
【0023】なお、図9は、装置の使用条件(電源電圧
変動)や環境条件(設置場所の移動によるパネル容量や
浮遊容量の変動など)が変わった場合の調整動作を不要
にした改善例である。図9において、タッチパネル部1
0の選択電極の両端電圧Vou t は、ピークホールド回路
20aやA/D変換回路20cからなる振幅変化検出手
段60aにより、そのVout の最小振幅値が所定の「し
きい値」と比較され、「しきい値」を下回ったときの選
択電極へのタッチが検出される。
【0024】検出率制御回路60bは、目標の検出率と
実際の検出率との差がなくなるように上記「しきい値」
をフィードバック・コントロールする。実際の検出率に
相当する状態量は、例えば一定のサンプリング期間内に
おけるタッチ検出の回数としてもよい。このようにする
と、使用条件や環境条件が変化した場合でも、常に目標
の検出率となるように自動的に「しきい値」が調節され
るので、面倒な調節作業を不要にすることができる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、非スキャン電極上の指
先と隣接電極(スキャン電極)との間に生じる寄生容量
の影響を排除でき、指先タッチ位置の識別性能を向上し
て、例えばガラス基板の裏側に電極を取り付けて保護強
度を改善したタッチパネル入力装置の実現に寄与する技
術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の全体構成図である。
【図2】一実施例の要部構成図である。
【図3】一実施例の第1の経路を含む高周波電圧供給概
念図である。
【図4】一実施例の第2の経路を含む高周波電圧供給概
念図である。
【図5】タッチ面の保護強化を図ったタッチパネルの構
造図である。
【図6】製造コストの点で好ましいタッチパネルの構造
図である。
【図7】デザインの自在性を高めたタッチパネルの構造
図である。
【図8】タッチ面のガラス基板を薄くできるタッチパネ
ルの構造図である。
【図9】好ましい他の実施例の要部構成図である。
【図10】従来例のタッチパネルの構造図である。
【図11】従来例の課題の説明図である。
【図12】本願発明者の試みた従来例の構成図である。
【符号の説明】
Ca〜Ce:固定容量 Vin:高周波電圧 10:タッチパネル部 11a〜11e:電極(一方の電極) 12:グランドプレーン(他方の電極) 16:第1の経路 18:第2の経路 19:電圧付与手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 正也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 木村 賢嗣 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パネル内部に複数個の固定容量(または寄
    生容量)を形成するとともに、各固定容量の一方の電極
    とパネル表面の間を絶縁し、且つ、他方の電極と接地電
    位との間を低インピーダンスで接続するタッチパネル部
    と、 各々の固定容量の一方の電極を順次に選択し、該選択さ
    れた電極に対しては高インピーダンスを有する第1の経
    路を介して所定の高周波電圧を与えるとともに、非選択
    電極に対しては低インピーダンスを有する第2の経路を
    通して前記高周波電圧を与える電圧付与手段と、を備え
    たことを特徴とするタッチパネル入力装置。
  2. 【請求項2】前記タッチパネル部は、少なくとも前記一
    方の電極とパネル表面の間にガラス基板を介在させるこ
    とを特徴とする請求項1記載のタッチパネル入力装置。
JP13915492A 1992-05-29 1992-05-29 タッチパネル入力装置 Withdrawn JPH05335925A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7291962B2 (en) 1998-12-08 2007-11-06 Canon Kabushiki Kaisha Electron-emitting device, electron source using the electron-emitting devices, and image-forming apparatus using the electron source
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Effective date: 19990803