JP2005084982A - Electrostatic capacitance type touch panel device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力方式に静電容量結合方式を採用したタッチパネル装置に関するものである。 The present invention relates to a touch panel device that employs a capacitive coupling method as an input method.
従来タッチパネル付きモニタの入力部には、抵抗膜方式のタッチパネルが搭載されている場合が多い。一般的な抵抗膜方式のタッチパネルは、図1に示すようにガラス板とPETフィルム両方の表面にITO透明電極を蒸着し、互いに向き合わせスペーサを間に挟んで間隔を設け、指で押したことで入力出来る仕組みになっている。
しかし図2で示すようにタッチパネル付きモニタは、表示状態(輝度やコントラスト)を変更するために表示装置下部にファンクションキーが有り、タクトスイッチ等のメカニカルスイッチが使用されている。タッチパネルで輝度やコントラストを調整するには、表示状態により操作できない場合も発生し、タクトスイッチ等の別スイッチを設け変更出来る方式を採用している。そのためファンクションキー部は、タッチパネルとは別なスイッチ機構が必要とされる。
Conventionally, a resistive touch panel is often mounted on an input unit of a monitor with a touch panel. As shown in Fig. 1, a typical resistive film type touch panel was formed by depositing ITO transparent electrodes on the surface of both the glass plate and PET film, facing each other with a spacer in between, and pressing with a finger It is a mechanism that can be input with.
However, as shown in FIG. 2, the monitor with a touch panel has a function key at the bottom of the display device to change the display state (brightness and contrast), and a mechanical switch such as a tact switch is used. In order to adjust the brightness and contrast with the touch panel, there are cases where the operation cannot be performed depending on the display state, and a method in which another switch such as a tact switch can be provided and changed is adopted. Therefore, the function key section requires a switch mechanism different from the touch panel.
従って従来の方式では、スイッチ機構としてタッチパネルとメカニカルスイッチの2方式で構成され、それに伴い制御回路も2種類必要となっていた。更に、使用環境によっては、表示装置(液晶パネルやCRTディスプレ)の両サイドに予め登録された固定項目選択スイッチを搭載している装置もある。その場合メカニカルスイッチでは、スイッチの形状や高さ及び配置に制限が多く使いづらい。そこで本発明の目的は、入力方式に静電容量型タッチパネル装置を採用し、2方式のスイッチ機構を変え、部品点数を削減し、同時にスイッチの自由なレイアウトも可能にする事にある。 Therefore, in the conventional system, the switch mechanism is configured by two systems of a touch panel and a mechanical switch, and accordingly, two types of control circuits are required. Further, depending on the use environment, there is a device in which fixed item selection switches registered in advance on both sides of the display device (liquid crystal panel or CRT display) are mounted. In that case, the mechanical switch is difficult to use because there are many restrictions on the shape, height and arrangement of the switch. Accordingly, an object of the present invention is to adopt a capacitive touch panel device as an input method, change the two-type switch mechanism, reduce the number of parts, and at the same time, allow a free layout of switches.
静電容量型タッチパネルにおいて、パネル部のPETフィルムを拡張し、その部分に不透明スイッチ電極を印刷した電極シートを、アクリル板又はガラス板に貼り付けたタッチパネルであり、上記タッチパネルのスイッチに対し、静電容量結合する導通部材が、接触状態と非接触状態時にスイッチの静電容量変化量を計測する演算回路と、変化量を記憶する不揮発性メモリを搭載した制御基板からなる静電容量型タッチパネル装置である。
尚、本願明細書では導通部材として、人間の指を用いて説明することとする。
An electrostatic capacitance type touch panel is a touch panel in which a PET film of a panel portion is expanded and an electrode sheet on which an opaque switch electrode is printed is attached to an acrylic plate or a glass plate. Capacitance type touch panel device comprising a control circuit equipped with an arithmetic circuit for measuring the amount of change in capacitance of the switch in a contact state and a non-contact state, and a non-volatile memory for storing the amount of change when the conductive member to be capacitively coupled It is.
In the present specification, description will be made using a human finger as the conductive member.
本発明によればタッチパネル付きモニタのスイッチ構成に於いて、タッチパネルとタクトスイッチの2重構造を無くし、更に可動部のあるメカニカルスイッチが無いため、経年変化や接触不良による誤動作が無く信頼性の高いタッチパネルが実現できる。併せて、表面にスイッチの突起等が無く、シールでスイッチ形状を表現でき固定項目の変更も簡単に行え、低コストも実現できる。 According to the present invention, in the switch configuration of the monitor with a touch panel, the double structure of the touch panel and the tact switch is eliminated, and further, there is no mechanical switch with a movable part, so there is no malfunction due to secular change or poor contact and high reliability. A touch panel can be realized. In addition, there is no switch protrusion on the surface, the switch shape can be expressed with a sticker, the fixed items can be changed easily, and low cost can be realized.
本発明は、図7のシステム構成図で示す通りパネル部と制御部からなる。パネル部は、PETフィルムにITO透明電極と銀ペースト電極を印刷した拡張電極シート(図5)を作成し、その電極シートをガラス板又はアクリル板(誘電体)に、透明な接着剤を用いて張り付けた構造になっている。(図6)。
拡張電極シート構造は、スイッチ電極と不透明スイッチ電極から構成される。透明スイッチ電極及び不透明スイッチ電極は、人の指が隠れるくらいの円又は四角形で形成し、GNDパターンはパネル周辺に這わしノイズ低減と信号レベルの安定化をはかる事を目的とする。拡張電極シートの構造図を図8に示す。接続端子は、PETフィルム上の1層目に銀ペーストで印刷し、2層目に接続端子保護のためカーボンで印刷した2層構造で形成される。
リードパターン1と透明スイッチ電極は、表示エリア内で下からの表示が見えるようにITO透明電極で印刷する。リードパターン2と不透明スイッチ電極は、非表示エリアのため透明の必要が無く抵抗値の低い銀ペーストの印刷をする。
制御部は、スイッチ電極(以降透明スイッチ電極及び不透明スイッチ電極を併せてスイッチ電極を指す)を順番に切り替えて発振回路に接続するためのアナログスイッチタイプのマルチプレクサと、周波数が可変出来る発振回路、しきい値データを記憶するための不揮発性メモリ、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能が内蔵されたCPUで構成する。
この静電容量型タッチパネルの動作原理を図9に沿って説明する。まず図9のブロック図に於いてプログラムで指定したスイッチ電極と発振回路を接続させるために、CPUのI/O端子よりスイッチ電極切り替え回路に対し制御信号を出力する。このスイッチ電極切り替え回路は、CPUのI/O端子より制御信号に”1”(デジタル的にハイレベル)を出力すればスイッチ電極と発振回路を接続し、制御信号に”0”(デジタル的にローレベル)を出力すればスイッチ電極はGND信号に接続する機能を有している。
次に静電容量型タッチパネルを内蔵した実際のタッチパネルモニタを使い、スイッチが特定されるまでの手順を説明する。各スイッチのOn/Offレベルを規定するために次の2点を実施する。まず始めに、パネルに指が触れない非接触状態で、プログラムに従いCPUはI/O端子より制御信号を出力し、スイッチT1〜F3(T1〜T9、S1〜S6、F1〜F3の順番)まで発振周波数を測定し、各スイッチOff状態の発信周波数をCPUに接続された不揮発性メモリに記憶する。次にパネルに指1本を載せて同様にスイッチT1〜F3まで周波数を測定し、各スイッチOn状態の発信周波数を不揮発性メモリに記憶する。この測定により各々容量変化が違うスイッチでもOn/Offレベルが判断でき誤認識せずOn/Offの判定できる。
実際に人の指がスイッチ電極に近づくと、スイッチ電極の静電容量が増加する。人間は元々容量が100pF程度持った導体であり、スイッチ電極に導体である人の指が近づくと静電誘導現象が発生し静電容量が増加する。発振回路は、増加した静電容量の変化を検知し容量の増加に追従して発信周波数が変化する。
制御部では、CPUに内蔵されたインプットキャプチャ機能を利用して発振周波数を測定する。CPUは、I/O端子より切り替えスイッチ回路を制御しスイッチT1〜F3まで順番に発信周波数を測定する。今回測定した発信周波数と最初に不揮発性メモリに記憶しておいた各スイッチのOn/Off時の発信周波数を比較すると、指が近づいたスイッチだけが周波数が低下する。
この原理に基づき、人間の指がどのスイッチ電極の上を触ったかが判断出来、スイッチ機能と場所が確定できる為静電容量型タッチパネルが実現可能となる。
The present invention comprises a panel unit and a control unit as shown in the system configuration diagram of FIG. The panel part creates an extended electrode sheet (FIG. 5) in which an ITO transparent electrode and a silver paste electrode are printed on a PET film, and the electrode sheet is applied to a glass plate or an acrylic plate (dielectric) using a transparent adhesive. It has a pasted structure. (FIG. 6).
The extended electrode sheet structure is composed of a switch electrode and an opaque switch electrode. The transparent switch electrode and the opaque switch electrode are formed in a circle or quadrangle that can hide a human finger, and the GND pattern is applied to the periphery of the panel to reduce noise and stabilize the signal level. A structural diagram of the extended electrode sheet is shown in FIG. The connection terminals are formed in a two-layer structure in which the first layer on the PET film is printed with silver paste and the second layer is printed with carbon for protecting the connection terminals.
The
The control unit includes an analog switch type multiplexer for switching switch electrodes (hereinafter referred to as a switch electrode together with a transparent switch electrode and an opaque switch electrode) in order, and an oscillation circuit capable of changing the frequency. A non-volatile memory for storing threshold data and a CPU with an input capture function capable of measuring the width of the waveform are included.
The operation principle of this capacitive touch panel will be described with reference to FIG. First, in order to connect the switch electrode designated by the program and the oscillation circuit in the block diagram of FIG. 9, a control signal is output from the I / O terminal of the CPU to the switch electrode switching circuit. This switch electrode switching circuit connects the switch electrode and the oscillation circuit when the control signal “1” (digitally high level) is output from the I / O terminal of the CPU, and the control signal “0” (digitally). If a low level is output, the switch electrode has a function of connecting to the GND signal.
Next, a procedure until a switch is specified will be described using an actual touch panel monitor incorporating a capacitive touch panel. The following two points are implemented to define the On / Off level of each switch. First, in a non-contact state where the finger does not touch the panel, the CPU outputs a control signal from the I / O terminal according to the program, up to switches T1 to F3 (T1 to T9, S1 to S6, F1 to F3 in this order). The oscillation frequency is measured, and the transmission frequency in each switch-off state is stored in a nonvolatile memory connected to the CPU. Next, one finger is placed on the panel, and the frequency is similarly measured from the switches T1 to F3, and the transmission frequency of each switch On state is stored in the nonvolatile memory. With this measurement, the On / Off level can be determined even with switches having different capacitance changes, and On / Off can be determined without erroneous recognition.
When a human finger actually approaches the switch electrode, the capacitance of the switch electrode increases. Humans are originally conductors having a capacitance of about 100 pF, and when a human finger as a conductor approaches the switch electrode, an electrostatic induction phenomenon occurs and the capacitance increases. The oscillation circuit detects a change in the increased capacitance, and the transmission frequency changes following the increase in the capacitance.
The control unit measures the oscillation frequency using an input capture function built in the CPU. The CPU controls the changeover switch circuit from the I / O terminal and measures the transmission frequency in order from the switches T1 to F3. When the transmission frequency measured this time is compared with the transmission frequency at the time of On / Off of each switch stored in the non-volatile memory first, only the switch approaching the finger decreases the frequency.
Based on this principle, it is possible to determine which switch electrode a human finger touches, and since the switch function and location can be determined, a capacitive touch panel can be realized.
以下本発明を具体化した一実施例について図面を参照して説明する。スイッチ切り替え回路について、図9に沿って説明する。スイッチ電極T1と発振回路1を接続する時は、CPU2のI/O端子3から制御信号に”1”を出力しその他のスイッチ電極T2〜F3までは制御信号に”0”を出力する。この状態の時は、スイッチ電極切り替え回路4によりスイッチ電極T1と発振回路を接続しスイッチ電極T2〜F3はGNDに接続される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The switch switching circuit will be described with reference to FIG. When the switch electrode T1 and the
次に図10の発振回路は、TLC555で非常に一般的なC−MOSタイプのタイマーICである。発振周波数の計算式はメーカのデータシートより提示されており、f=1.44/(R1+2×R2)×C1で定数を代入すると求めることが出来る。今回は、一般的なCPUで測定可能な100kHz程度の発振周波数が好都合のため抵抗R1=1kΩ、R2=68kΩ、C1=100pFでマルチバイブレーターモードで発振する回路を構成した。次に点線で接続されているC2のコンデンサは、スイッチ電極に指がタッチした時の容量変化分に相当する等価容量用のコンデンサを表している。通常指1本でタッチすると0.1pF程度静電容量が増加し指2本では0.2pF程度増加する。C3のコンデンサは、発信を安定化させるためコンデンサである。 Next, the oscillation circuit of FIG. 10 is a C-MOS type timer IC that is very common in TLC555. The calculation formula of the oscillation frequency is presented from the manufacturer's data sheet, and can be obtained by substituting a constant at f = 1.44 / (R1 + 2 × R2) × C1. In this case, since an oscillation frequency of about 100 kHz that can be measured by a general CPU is convenient, a circuit that oscillates in a multivibrator mode with resistors R1 = 1 kΩ, R2 = 68 kΩ, and C1 = 100 pF is configured. Next, a capacitor C2 connected by a dotted line represents an equivalent capacitance capacitor corresponding to a change in capacitance when a finger touches the switch electrode. When touching with one finger, the capacitance increases by about 0.1 pF and with two fingers, the capacitance increases by about 0.2 pF. The capacitor C3 is a capacitor for stabilizing the transmission.
では、実際に図11で示すタッチパネルモニタで指がファンクションキースイッチF1をタッチしたときの周波数の変化を説明する。
・ 指がF1スイッチにタッチしていない状態での発振周波数
・ C=100pF(C1)
・ 周波数 100.1kHz程度
・ 指でF1スイッチにタッチした状態での発振周波数
・ C=100.1pF(並列接続C1+C2)
・ 周波数 100kHz程度
指でスイッチF1にタッチした時、発振周波数が減少したのは、スイッチ電極と指の間で静電誘導が起こり、静電容量が増加した。
それによりTLC555のタイマーICの周波数を決定するコンデンサの容量が増加したことにより、図12で示すように発振周波数が100Hz減少した。
この原理を応用し、図9で示した発振周波数の変位をCPUの内蔵されたインプットキャプチャ機能のカウンタで各スイッチ毎に周波数を常時モニタし、70Hz以上減少した時がタッチした場合と規定すれば、ファンクションキーF1が特定可能になる。
Now, the frequency change when the finger touches the function key switch F1 on the touch panel monitor shown in FIG. 11 will be described.
・ Oscillation frequency when finger is not touching F1 switch ・ C = 100pF (C1)
・ Frequency about 100.1 kHz ・ Oscillation frequency when F1 switch is touched with a finger ・ C = 100.1 pF (parallel connection C1 + C2)
-Frequency about 100 kHz When the switch F1 was touched with a finger, the oscillation frequency decreased because electrostatic induction occurred between the switch electrode and the finger and the capacitance increased.
As a result, the capacitance of the capacitor that determines the frequency of the timer IC of the TLC 555 is increased, so that the oscillation frequency is reduced by 100 Hz as shown in FIG.
Applying this principle, the oscillation frequency displacement shown in FIG. 9 is constantly monitored for each switch by the input capture function counter built in the CPU, and it is defined that the touch is when the frequency is reduced by 70 Hz or more. The function key F1 can be specified.
ファンクションキーF1が特定できたことで、図10の下図のように拡張電極シートを筐体に貼り付けて、筐体表面にスイッチ場所を特定のための表示シールを貼り付ければ、ファンクションキーにタクトスイッチが無い静電結合型タッチパネルモニタが実現できる。 Since the function key F1 can be specified, if the extension electrode sheet is attached to the casing as shown in the lower diagram of FIG. 10 and the display sticker for specifying the switch location is attached to the casing surface, An electrostatic coupling type touch panel monitor without a switch can be realized.
上記原理を応用して、ファンクションキーや固定キー部に、メンブレンスイッチに点字を付加した、視覚障害者にも広くタッチパネルを利用できるシステムに応用する。具体的な方式として図13に示す構造で、スイッチに非接触状態での発信周波数、点字の上に指を置き、左右に滑らした状態の発信周波数、図13下図の状態でメンブレンスイッチを押し込んだ発信周波数3段階の状態を不揮発性のメモリ記憶し、変化量を比較すればメンブレンスイッチの押され方により発振周波数が変化するので、On/Offの判断が可能である。視覚障害者の方のメンブレンスイッチを、押したクリック感と周波数が変化した量により、点字入力機能が搭載された静電容量型タッチパネルが実現できる。 Applying the above principle, we will apply it to a system that can use the touch panel widely for visually handicapped persons by adding braille to the membrane switch to the function key and fixed key part. As a specific method, in the structure shown in FIG. 13, the transmission frequency in a non-contact state on the switch, the transmission frequency in a state where a finger is placed on the braille and slid left and right, and the membrane switch is pushed in the state shown in the lower diagram of FIG. If the state of the three transmission frequencies is stored in a non-volatile memory and the amount of change is compared, the oscillation frequency changes depending on how the membrane switch is pressed, so it is possible to determine On / Off. A capacitive touch panel equipped with a Braille input function can be realized by clicking the membrane switch of the visually impaired and the amount of change in frequency.
メンブレンスイッチに更に強いクリック感を出すためにクリックドーム(金属製)を内蔵したり、筐体に窪みを付けて深い押し圧感を出すことも発信周波数を不揮発性メモリに記憶させ変化量を比較すれば可能となる。 A built-in click dome (made of metal) to give a stronger click feeling to the membrane switch, or a deep depression feeling by adding a dent to the housing can be stored in the non-volatile memory and the amount of change compared. This is possible.
次に平面パネルに限らず、図14に示したITO透明電極をPETフィルムで挟み込み筐体に貼り付けるために両面テープを付ける。フィルム状で構成されているため、曲面にも貼り付けることが可能であり、静電容量式の曲面スイッチが可能となる。 Next, not only the flat panel but also the ITO transparent electrode shown in FIG. Since it is formed in a film shape, it can be attached to a curved surface, and a capacitive curved surface switch can be realized.
1 発信回路
2 CPU
3 I/O端子
4 スイッチ電極切り換え回路
1 Transmission circuit
2 CPU
3 I / O terminal 4 Switch electrode switching circuit
Claims (4)
The capacitive touch panel device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode sheet is made of a film and can be arranged on a curved surface.
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