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JP2000076014A - 静電容量式タッチパネル装置 - Google Patents

静電容量式タッチパネル装置

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Publication number
JP2000076014A
JP2000076014A JP25761098A JP25761098A JP2000076014A JP 2000076014 A JP2000076014 A JP 2000076014A JP 25761098 A JP25761098 A JP 25761098A JP 25761098 A JP25761098 A JP 25761098A JP 2000076014 A JP2000076014 A JP 2000076014A
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JP
Japan
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finger
human body
signal
touch panel
khz
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Pending
Application number
JP25761098A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichiro Katabami
波 見 康 一 郎 方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pentel Co Ltd
Original Assignee
Pentel Co Ltd
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Publication date
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Priority to US09/383,653 priority patent/US6400359B1/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0442—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using active external devices, e.g. active pens, for transmitting changes in electrical potential to be received by the digitiser

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人体の接地効果の要因が不確実（不明瞭）で
あった為に、検出が不確実となる条件が潜在していた。 【解決手段】 ＡＣ信号を指に吸収させる方式の静電容
量式タッチパネル装置における、ＡＣ信号の周波数を２
００ｋＨｚ以上とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は指との間の静電容量
を利用し、指のパネルへのタッチ状態を検出するタッチ
パネル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】指の近接を検出する静電容量式タッチパ
ネル装置でも、パネルの一区画を指で指定する静電容量
式タッチパネル装置でも、またはパネルの一点を指で指
示する座標入力用の静電容量式タッチパネル装置でも、
ＡＣ信号を指検出のために使用しているものは、装置の
製作が容易な２００ｋＨｚ以下の信号周波数を使用して
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】人体の接地の理由が不
確実（不明瞭）であった為に、検出が不確実となる条件
が潜在していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は如上の課題に鑑
みなされたもので、ＡＣ信号を指に吸収させる方式の静
電容量式タッチパネル装置における、ＡＣ信号の周波数
を２００ｋＨｚ以上とした。
【０００５】
【作用】人体は数ｋΩ〜１０ｋΩ程度の抵抗分のある導
電体であり、その人体が電圧振動した場合は、人体（導
電体）がアンテナとなり、電磁波を多少なりとも放射す
る。このアンテナとしての放射抵抗は振動周波数が高い
程、一般的には低下する。この放射抵抗が人体（導電
体）の電圧振動の負荷となるため、人体が絶縁性の椅子
または台上に居るときでも、振動周波数が２００ｋＨｚ
以上で、電圧振動抑制効果（接地効果）が有効になる。
【０００６】
【発明の実施の形態】人体の接地効果を、対地容量のみ
に頼らずにアンテナとしての放射抵抗の負荷による電圧
振動抑制効果をも有効利用し、空中に電気的に浮いた人
体の指でさえも安定確実に検出する静電容量式タッチパ
ネル装置としたものである。
【０００７】
【実施例】以下本発明の詳細を添付図を参照して説明す
る。図１は、指の位置（パネルの座標）を検出する、均
一な抵抗膜によるパネルを使用した、静電容量式タッチ
パネル装置の一例を示す概要図である。抵抗膜３は、透
明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基板の片面に塗
布、蒸着等により均一に形成した面抵抗である。指１は
通常、絶縁基板面にタッチし、抵抗膜３には直接触れな
い様にしてある。
【０００８】抵抗膜３の４隅は、接続電線４，・・・
・，４により信号処理部５の４つのパネル端子に接続さ
れている。信号発生器８は、本装置が指１の位置を検出
するために使用する電気信号（ＡＣ信号）を発生し、動
的基準電位７を電圧駆動する。信号処理部５の４つのパ
ネル端子は、動的基準電位７に対して動的に電位追従す
ると同時に、各接続電線４，・・・・，４を駆動する各
ＡＣ電流を計測できる機能を持っているが、詳細説明は
省略する。従って抵抗膜３の全面は、信号発生器８の出
力に対して、ＡＣ成分で電位追従する。
【０００９】指１はその人体の等価抵抗１２及び接地容
量その他による人体の接地インピーダンス１１（Ｚ１）
を介して接地されている。指１が、抵抗膜３に近接して
いる時、両者間に図１に示すように静電容量（容量結
合）２が、小容量ではあるが存在する。従って指１と抵
抗膜３間に、信号発生器８に起因するＡＣ電流が、少量
ではあるが流れる。抵抗膜３は上述のように均一な抵抗
値の分布をしており、本装置から見て指１に吸収される
電流が、指１の先端により近い接続電線４に、より多く
流れる。従って、信号処理部５の４つのパネル端子の各
駆動ＡＣ電流計測値から、抵抗膜（パネル）３上の指１
の位置（座標）を検出する。
【００１０】抵抗膜３の周囲を低抵抗の電極としたり、
抵抗膜３の４隅だけでなく、もっと多くの周辺点へ接続
電線を付ける等により、検出座標の算出精度を向上させ
ることもできる。また、抵抗膜３の裏面にシールド板、
シールド膜を抵抗膜３と平行に布設し、検出信号のＳ／
Ｎ比を向上させることもできるが、これらの諸効果は本
出願の主旨とかけ離れるのでその説明は省略する。
【００１１】回路の接地インピーダンス１０（Ｚ２）
は、容量を介しまたは商用電源供給ライン（ＡＣ１００
Ｖ、ＡＣ２００Ｖライン）を介して接地するインピーダ
ンスであり、通常、人体の接地インピーダンス１１（Ｚ
１）よりも低インピーダンスである。
【００１２】ＡＣ信号電流のループは、回路グランド
６，信号処理部５、接続電線４，・・・・・，４、抵抗
膜３、静電容量２、指１、人体の等価抵抗１２，人体の
接地インピーダンス１１（Ｚ１）、接地９、回路の接地
インピーダンス１０（Ｚ２）である。このうち、従来は
人体の接地インピーダンス１１（Ｚ１）の要因につい
て、不明確な点があった。その説明の為に、実際の数値
を示す。
【００１３】上記信号ループの内でインピーダンスの比
較的大きい部分は、抵抗膜３［１ｋΩ／□程度］、静電
容量２（容量結合）［１０ｐＦ程度］、人体の等価抵抗
１２［数ｋΩ〜１０ｋΩ程度］、人体の接地インピーダ
ンス１１（Ｚ１）［条件により大幅に変わる］である。
抵抗膜３は面抵抗であり、指１の近接点から見ると、多
くても４００Ω程度であり、人体の等価抵抗１２に比較
すれば低抵抗値である。また、静電容量２のインピーダ
ンスはＡＣ信号の周波数により変わり、例えば４６０ｋ
Ｈｚの時でも３５ｋΩ程度であり、人体の等価抵抗１２
に比較して、かなりの高インピーダンスである。従っ
て、静電容量２のインピーダンスと人体の接地インピー
ダンス１１（Ｚ１）が、主にＡＣ信号のループ電流を制
限する。
【００１４】人体が、普通に地上に靴を履き立っている
時、または容量接地された導電性の机の直前に居る時、
接地容量は実測（１０ｋＨｚを使用）で１０ｐＦ以上あ
り、この場合、略、静電容量２（容量結合）のみがＡＣ
信号のループ電流を制限するので、人体の指１と抵抗膜
３（パネル）との距離に応じたＡＣ信号のループ電流が
流れる。
【００１５】ここで、人体が絶縁性の机の近くで且つ絶
縁性の椅子または台上に居る場合について述べる。当
然、人体の接地インピーダンス１１（Ｚ１）は増大し、
人体の接地効果が小さくなり、ＡＣ信号のループ電流が
減少し、信号発生器８の周波数が１０ｋＨｚの時、指１
の抵抗膜３（パネル）へのタッチ位置を安定に検出する
ことは非常に困難であった。人体が地上２０ｃｍの絶縁
台上に立っている時の接地容量を実測してみたが（１０
ｋＨｚを使用）、１ｐＦにも満たなかった。しかし接地
インピーダンス１１（Ｚ１）を４６０ｋＨｚで実測して
みると７ｋΩ前後であった。１ｐＦの４６０ｋＨｚにお
けるインピーダンスは３５０ｋΩであり、従って接地容
量以外の接地効果要因がある。この要因は、人体がアン
テナとなる時の、電磁波の放射抵抗が負荷となることに
よる電圧振動抑制効果（接地効果）であることが、各実
験の結果判明した。
【００１６】因みに、人体が１ｍの高さの絶縁台上に居
る場合でも、４６０ｋＨｚにおいて接地効果は上記と大
差ない。また大人が台上でしゃがむ時、または小学校低
学年の子供が台上に立った時は、実測で１５ｋΩ前後で
あった。また、周波数が２００ｋＨｚの時は、上記のい
ずれの場合も、接地効果が１／２〜１／２．５に低下し
た。（人体の接地インピーダンス１１（Ｚ１）が増大し
た。）
【００１７】以上をまとめると、電磁波の放射抵抗は、
波長に比しサイズがはるかに小さな人体（導電体）の場
合、電気振動周波数と導電体（人体）のサイズ（主に長
さ）との積に略反比例する。２００ｋＨｚ〜５００ｋＨ
ｚの電磁波の波長は１．５ｋｍ〜６００ｍなので、人体
のサイズの場合、その放射抵抗は上記程度となることは
理解されるであろう。この放射抵抗による人体の接地効
果をも有効利用し、子供の場合でもその指１を無条件に
確実に検出するため（ＡＣ信号のループ電流を確保する
ため）、ＡＣ信号の周波数（信号発生器８の周波数）
は、上記の例から２００ｋＨｚ以上が望ましい。
【００１８】以上の説明の通り、装置から見て人体の指
にＡＣ信号を吸収させる方式の静電容量式タッチパネル
装置は、人体の接地効果が有効である事に依存している
ので、パネル上の一点を指で指示する座標入力用の装置
に限らず、タッチキーボードのようなパネル上の一区画
を指で指定する装置にも、または指の近接のみを検出す
るスイッチ機能のタッチパネル装置にも上記効果は同様
に作用する。また、パルス信号を使用する静電容量式タ
ッチパネル装置でも、その信号の中に２００ｋＨｚ以上
の周波数成分を計測可能に含むものは、上記のメリット
を持つ。更に、電池を電源とする携帯用の機器に使用さ
れる静電容量式タッチパネル装置でも、その回路グラン
ドの接地効果が、２００ｋＨｚ以上の信号周波数で向上
することも確認している。
【００１９】
【発明の効果】接地効果の要因を明確にしたことによ
り、空中に浮いた人体でさえも、無条件安定にその指の
パネルへのタッチ状態を検出するので、装置の信頼性が
向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 指の位置（パネル上の座標）を検出する、均
一な抵抗膜によるパネルを使用した、静電容量式タッチ
パネル装置の一例を示す概要図。
【符号の説明】
１ 指 ２ 静電容量結合 ３ 抵抗膜 ４ 接続電線 ５ 信号処理部 ６ 回路グランド ７ 動的基準電位 ８ 信号発生器 ９ 接地 １０ 回路の接地インピーダンス １１ 人体の接地インピーダンス １２ 人体の等価抵抗
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１１月２５日（１９９９．１１．
２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】指の近接を検出する静電容量式タッチパ
ネル装置でも、パネルの一区画を指で指定する静電容量
式タッチパネル装置でも、またはパネルの一点を指で指
示する座標入力用の静電容量式タッチパネル装置でも、
ＡＣ信号を指検出のために使用しているものは、装置の
製作が容易な２５０ｋＨｚまでの低い信号周波数を使用
していた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は如上の課題に鑑
みなされたもので、ＡＣ信号を指に吸収させる方式の静
電容量式タッチパネル装置におけるＡＣ信号の周波数
を、２５０ｋＨｚよりも高くした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】以上の説明の通り、装置から見て人体の指
にＡＣ信号を吸収させる方式の静電容量式タッチパネル
装置は、人体の接地効果が有効である事に依存している
ので、パネル上の一点を指で指示する座標入力用の装置
に限らず、タッチキーボードのようなパネル上の一区画
を指で指定する装置にも、または指の近接のみを検出す
るスイッチ機能のタッチパネル装置にも上記効果は同様
に作用する。また、パルス信号を使用する静電容量式タ
ッチパネル装置でも、その信号の中に２００ｋＨｚ以上
の周波数成分を計測可能に含むものは、上記のメリット
を持つ。更に、電池を電源とする携帯用の機器に使用さ
れる静電容量式タッチパネル装置でも、その回路グラン
ドの接地効果が、２００ｋＨｚ以上の信号周波数で向上
することも確認している。但し、本発明の基となる理由
とは異なる理由で２５０ｋＨｚまでの信号周波数の使用
例があり、本発明の範囲は２５０ｋＨｚよりも高い信号
周波数に限定する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＡＣ信号を指に吸収させる方式の静電容
    量式タッチパネル装置であって、前記ＡＣ信号の周波数
    が２００ｋＨｚ以上であることを特徴とする静電容量式
    タッチパネル装置。
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