JPS6184726A - タツチ式入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はタッチ式入力装置、すなわち使用者が表示スク
リーン上に埋設された多数の電極のなかから、その電極
位置に表示される各種選択情報を指でタッチして指定す
ることによる当該型ｇｇ上の静電容量の変化によりタッ
チ位置を検出し、位置情報を外部装置へ送出する入力装
置に関する。

（従来の技術） 情報処理装置の入力装置としては、従来から有′接点も
しくは無接点方式のキースイッチを多数使用したキーボ
ード入力装置が多用されているが、゛近年、少数のキー
スイッチでより多くの項目を入力する必要や、入力方法
の簡単化を求める方向から各種の入力装置が提案されて
いる。その−例として、Ｖ［ｌＴ　、（ビジュアルディ
スプレイターミナル）の前面に透明スクリーンを設置し
、この表面上に透明な導電体薄膜を被塗して検出電極と
し、これに操作者が指でタッチすることにより電極の電
気的状態が変化することを検知して、入力装置を構成す
る方法がある。この方法によれば、ＶＤＴの入力指示内
容を変更することにより、入力可能件数は検出電極数に
限定されることなく自由に設定できる。　検出の原理は
人体等が有する静電容量を利用し、検出電極に人体がタ
ッチした場合とタッチしない場合では静電容量が変化す
ることを利用する。その回路例を第４図に示す。検出電
極ｌに操作者の指がタッチされると、人体の抵抗Ｒｓお
よび人体の静電容量Ｃ８が検出電極１に接続される。検
出電極ｌは発振回路２に接続されており、発振回路２は
、回路内部の静電容量及び検出電極１に接続された人体
の静電容量Ｃｓに対応したある発振周波数ｆｓで発振す
る。次に検出電極ｌから指を離すと検出電極に加わる静
電容量が変化し、発振回路２は発振周波数ｆｏで発振す
る。この発振周波数ｆｓとｆＯの差を周波数検出回路３
で検出し、操作者の指がタッチされている場合は出力電
圧Ｖｏｕｔを出力する。

このような回路構成により、ＶＤＴ前面に透明スクリー
ンを設置し、この表面上に透明な導電体薄膜を被塗した
検出電極を所望の数だけ配置すれば操作者の操作部は検
出電極のみであり、前述の如き要求を満たす入力装置を
構成することができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した構成のタッチ式入力装置では、
操作者が検出電極１にタッチした場合、検出電極ｌを保
護する保護膜等の有する静電容量が人体の静電容量Ｃｓ
に直列に接続されるので、発振回路２と大地間との静電
容量は実質上人体の静電容量Ｃｓより小さなものとなる
。従って、指が検出電極にタッチされた場合とタッチさ
れない場合との静電容量の差が小さい。この結果、発振
回路２の発振周波数の差が小さくなり、この差を検出す
るためには複雑な回路構成の周波数検出回路３を用いな
ければならず、装置全体としてコスト高になってしまう
という問題点を有する。更に従来の装置では、発振周波
数は検出電極ｌに対するタッチ状態や、装置が設置され
ている環境等により変化するので検出の信頼度が低く、
これらの影響を補償するためには周波数検出回路３が一
層複雑なものになってしまうという問題点を有する。

従って本発明は、以上述べた指のタッチ状態ならびに装
置の設置環境等の変化による影響を軽減するとともに検
出回路の構成を筒易化して低価格化を図り、もって信頼
度の高いタッチ式入力装置を提供することを目的とする
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、検出電極、検出回路、電源回路及び。

発振回路から構成される。具体的には、次のとおりであ
る。

操作者が指でタッチすることにより操作される検出電極
は、検出回路の入力にｖｃ続されている。

この検出回路は、大地電位から遊離した基準電位に対す
る前記検出回路の入力における入力電位の変化を検出す
る。検出回路の動作電源として、前記基準電位に対する
直流電源電圧を供給する電源回路が設けられている。こ
の直流電源電圧は、更に抵抗を介して前記検出電極に供
給される。

更に、前記検出電極に対する操作者のタッチの有無に起
因する静電容量の変化を前記検出回路の基準電位に対す
る入力電位の変化とするために、前記電源回路と大地間
には発振回路が設けられ、前記基準電位に発振回路から
の交番電圧が重畳される。

（作用） 検出回路の基準電位は発振回路からの交番電圧が重畳さ
れているので交流的に変化する。この変化は、・検出電
極に操作者が指でタッチした場合とタッチしない場合と
にかかわらず常に一定である。ここで、操作者が検出電
極にタッチしていない場合は、大地と検出電極との間は
交流的に開放されているので、検出回路の入力電位は基
準電位に電源回路から抵抗を介して供給される直流電源
電圧が重畳され、交流的に変化する。この場合、基準電
位と入力電位との電位差は常に一定であり、検出回路は
入力電位の変化を検出しない。一方、操作者が検出電極
にタッチした場合は、大地と検出電極との間は交流的に
短絡される。従って、抵抗には電流が流れ、基準電位に
対し検出回路の入力電位は変化する。検出回路はこの変
化を検出し出力する。従って、操作者が検出電極にタッ
チしたことが検出される。この結果、例えば本発明が設
けられるパーソナルコンピュータ内部で、検出された検
出電極に対応した制御が実行される。

（実施例） 以下１本発明を実施例に基づき図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明によりタッチ式入力装置の第１実施例を
示す回路図である。検出電極ｌには人体の静電容量Ｃｓ
及び人体抵抗Ｒｓをもった操作者の指がタッチされる。

検出電極ｌは、前述したように、パーソナルコンピュー
タ等におけるＶＤＴの前面に透明スクリーンを設置し、
この表面上に透明な導電体薄膜を被塗して形成されたも
のである。この検出電極は必要に応じて複数個設けられ
るが、第１図はそのうちの１つを示したものである。検
出電極１はＣＭＯＳインバータで構成されるＣＭＯＳロ
ジック５の入力軸及び抵抗４の一端に接続されている。

　ＣＭＯＳロジック５には大地電位Ｖ６から遊離した直
流電源６（電源電圧をｖＦとする）が印加されている。

直流電源６のプラス側電極は、更に抵抗４の他端に接続
されている。ここで、直流電源６のマイナス側の大地電
位■１に対する電位Ｖａ（すなわち大地電位から遊離し
ている）は、ＣＭＯＳロッジク５０入力電圧Ｖｉｎに対
する基準電位となっている。すなわち、ＣＭＯＳロジッ
ク５において、基準電位Ｖ、よりも入力電位Ｖｉｎが高
いときは、その出力電位Ｖｏｕｔ（ただし、Ｖｏｕｔは
基準電位ｖ８に対する電位とする）は低電位となり、逆
に小さいときは出力電位Ｖ　ｏｕｔは高電位となる。直
流電源６のマイナス側電極は、後述する第２制御回路１
５の回路の回路アースに接続されるとともに、内部抵抗
７を持った発振器８の一端に接続されている。一方、発
振器８の他端は後述する第１制御回路１４の回路アース
（この部分の大地電位に対する電位をＶｓ＠とする）に
接続されている０回路アースは、更に接地インピーダン
ス１３を介して大地に接続されている。この発振器８は
、操作者が検出電極１にタッチしたか否かを（１：ＭＯ
ｓロジック５の基準電位■８に対する入力電位の変化と
するために、電源電圧ｖＦを正弦波状に変動させる。発
振器８の発振周波数は数キロヘルツであることが好まし
い。

尚、ＣＭＯＳロッジク５の入力と直流電源６のプラス側
電極及びマイナス側電極との間には、それぞれ入力過電
圧保護用のダイオードｌＯ及び１１が図示の如く接続さ
れている。またコンデサ１２は検出電極１．（：ＭＯＳ
ロジック５の入力、抵抗４及びこれらを接続する配線の
浮遊容量である。

ここで、第１制御回路１４及び第２制御回路１５につい
て説明する。第２制御回路は００ＭＳロジック５の出力
電位Ｖｏｕｔを第１制御回路１４に適した信号に処理す
る外、複数の検出電極を操作してタッチされた検出電極
の位置情報を得る等の機能を有する。第１制御回路は例
えばパーソナルコンピュータ内部に設けられ、図示しな
いフォトカプラ等を介して第２制御回路１５から供給さ
れた信号等に基づき、検出された検出電極に対応した制
御を行なう等の機能を有する。尚、第２制御回路１５の
Ｉａ艶は：ｐＪｌ制御回路１４が兼ね備えたものとして
も良い。

次に、第１図に示す回路の動作を第３図を参照して説明
する。第３図（ａ）は基準電位Ｖ、及び入力電位Ｖｉｎ
を示す動作タイムチャート、第３図（ｂ）はＣＭＯＳロ
ッジク５の出力電位Ｖｏｕｔを示す動作タイムチャート
である。また、図中時刻１゜からｔ２の間が操作者が検
出電極１にタッチしている時間とし、それ以外の時間は
タッチしていない時間とする。

操作者の指が検出電極ｌにタッチされていない場合は、
検出電極１に接続されたＣＭＯＳロッジク５の入力電位
Ｖｉｎは電源電圧Ｖ２のプラス側電位ＶＣに等しい。こ
れは、ＣＭＯＳロジック５の入力インピーダンスが高い
ことと、検出電極ｌと大地間とは開放状態にあるので抵
抗４及び浮遊容量１２には電流が流れないためである。

従って、入力電位Ｖｉｎと電源電圧ｖＰのマイナス側電
位である基準電位■８とはいずれも第３図（ａ）に示す
ように発振器８により正弦波状に変動するが、入力電位
Ｖｉｎは基準電位Ｖ、に対し常に、電源電圧７１分だけ
電位が高い。このため、′第３図（ｂ）に示すようにＣ
ＭＯＳロジック５の出力電位Ｖｏｕｔは低電位（図中、
Ｌで示す）である。

次に、操作者の指が検出電極ｌにタッチされると、第１
図に示す人体の静電容量Ｃｓ及び人体抵抗Ｒｓが検出電
極ｌと大地間に接続された形となる。このとき、ＣＭＯ
Ｓロジック５の発振器８によって電源電圧ｖＦのマイナ
ス側電位に重畳された基準電位■８が抵抗４ならびに浮
遊容量１２と人体の抵抗Ｒｓ及び人体の静電容量Ｃｓで
分割されて印加される。従って、抵抗４を人体の抵抗Ｒ
ｓ及び人体の静電容量Ｃｓに比較して大きく設定すれば
、第３図（ａ）に示すように、時刻上１からｔ２の間は
、ＣＭＯＳロジック５の入力電位Ｖｉｎは基準電位■８
のプラス側半サイクルの間は基準電位■８に対して高電
位となり、マイナス側半サイクルの間は低電位となる。

この結果、この間のＣＭＯＳロジック５の出力電位Ｖｏ
ｕｔは第３図（ｂ）に示すように、高電位（Ｈ）と低電
位（Ｌ）の状態が繰り変えされたものとなり、操作者の
指が検出電極にタッチされたことが検出される。この出
力電位Ｖ　ｏｕｔは第２制御回路１５で信号処理され、
フォトカプラ等を介して第１制御回路１４に伝送され、
パーソナルコンピュータ等内で検出電極１に対応した処
理が実行される。

以上のように、第１実施例においては、検出電極ｌに操
作者の指がタッチされていない場合は、ＣＭＯＳロジッ
ク５の入力電位Ｖｉｎは基準電位Ｖ８に対して常に電源
ＶＦだけ高い。換言すれば、基準電位ｖ１１に対してＣ
ＭＯＳロジック５の入力には交流電圧成分は現われない
。この状態は、浮遊容量１２のバラツキ等の回路条件の
変化、または温度変動等による回路条件の変化によって
も変らないことは明らかである。一方、検出電極ｌに操
作者の指がタッチされると、入力電位Ｖｉｎと基準電位
■８との高低関係は交互に変化する。換言すれば、ＣＭ
ＯＳロジック５の入力には交流電圧成分が現われる。従
って、検出電極１と大地間との静電容量の変化を電圧の
変化に置換しているので、前述した検出電極１の保護膜
の静電容量の影響や、指のタッチ状態等による影響を軽
減することができる。更に、個々に検出電極ごとに設け
られるＣＭＯＳロジック５はＣＭＯＳマルチプレクサと
して１つのＩＣ化とすることができ、回路構成が簡単と
なり、経済的である。

次に、本発明の第２実施例を第２図を用いて説明する。

尚、図中第１図と同一の構成要素については同一の参照
番号を付しである。本実施例の特徴は、発振器８の出力
を変成器９を介して直流電源６のマイナス側電極に供給
したことと、ＣＭＯＳロジック５の替わりに比較器１Ｂ
を設けたことにある。尚、その他の回路構成は第１実施
例と同様である。また、動作についても第１実施例と同
様であるので、ここでの説明は省略する。第２実施例に
よれば、変成器９を設けたので、発振器８を小型にする
こができる。尚、その他の効果として第１実施例におけ
る効果を具備することは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、操作者が検出電
極にタッチしたことによる静電容量の変化を電圧の変化
として検出しているので、環境等の変化による影響を軽
減することができるとともに簡単な回路構成で信頼度の
高いタッチ式入力装置を提供することができる。本発明
は各種の情報処理装置の入力装置に適用して好適である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す回路図、第２図は本
発明の第２実施例を示す回路図、第３図は第１実施例及
び第２実施例の動作を示す動作タイミング図、及び第４
図は従来のタッチ式入力装置のブロック図である。 １−′・・検出電極、　　　　４，７・・・抵抗、５・
・・ＣＭＯＳロジック、　　６・・・直流電源、８・・
・発振器、　　　　　９・・・変成器、１０、１１・・
・ダイオード、　　１２・・・コンデンサ１３・・・接
地インピーダンス、 １４・・・第１制御回路、 １５・・・第２制御回路、 Ｒｓ・・・人体の抵抗、 Ｃｓ・・・人体の静電容量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 大地電位から遊離した基準電位に対する入力における入
   力電位の変化を検出する検出回路と、前記基電位を基準
   とする直流電源電圧を前記検出回路の動作電源として供
   給するとともに、抵抗を介して前記検出回路の入力に供
   給する電源回路と、前記基準電位を交流的に変動させる
   発振回路と、前記検出回路の入力に接続された検出電極
   とを備えたことを特徴とするタッチ式入力装置。