JP2012128618A

JP2012128618A - 静電容量式タッチパネル

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Publication number: JP2012128618A
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Inventors: Mototoshi Nanbu; 元俊南部
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-05
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Abstract

【課題】限られた検出電極数で精度良く入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルを提供する。
【解決手段】検出方向で隣り合う第１検出電極と第２検出電極は、第１検出電極の複数の分岐パターンの第２検出電極側の分岐パターンと、第２検出電極の複数の分岐パターンの第１検出電極側の分岐パターンとが検出方向に沿って交互に配線され、各検出電極の複数の分岐パターンの検出方向幅が、検出方向に沿った両側の分岐パターンが細幅で中央の分岐パターンに向かって漸次太幅に形成される。入力操作体が接近する検出電極の浮遊容量は、入力操作体に対向する対向面積に比例して増加するので、検出電極の中央を入力操作位置としたときにその検出電極の浮遊容量が最大となり、第１検出電極と第２検出電極の浮遊容量を比較することにより、第１検出電極と第２検出電極間の入力操作位置を補完して検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力操作の入力操作体が接近して浮遊容量が増大する検出電極を検出し、その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。

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、指などの入力操作体が入力操作面の検出電極に接近することによる静電容量の変化から、入力操作面への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。

従来の静電容量式タッチパネルは、多数の電極を絶縁基板上に互いに絶縁して配置し、指などの入力操作体が接近して浮遊容量が増加する電極を検出し、その電極の配置位置に入力操作が行われたものとして、絶縁基板上の入力操作面への入力操作位置を検出している（特許文献１）。

以下、この検出原理を用いて、直交するＸＹ方向で浮遊容量が増加する電極から、二次元の入力操作位置を検出する特許文献１に記載の静電容量式タッチパネル１００を図６と図７で説明する。この静電容量式タッチパネル１００では、図６に示すように、切り換え制御回路１０７によって、多数のＸ側電極に接続するＸ軸入力スイッチ１０１と、多数のＹ側電極に接続するＹ軸入力スイッチ１０２を順次切り換え制御し、発振回路１０３から所定のパルス電圧を多数のＸ側電極及びＹ側電極へ印加して走査すると同時に、印加した電極の他側をスイッチ１０４、１０５を切り換えて演算回路１０６に接続し、他側の電位を読み取る。

指などの入力操作体が接近する電極では、入力操作体との浮遊容量が増大するので、パルス電圧を印加して電極に流れる電流の一部は、浮遊容量を通して流れ、演算回路１０６で検出する他側の電位は、入力操作体を接近させる前の電位より低下する。絶縁基板上には、多数のＸ側電極とＹ側電極が交差してマトリックス状に配置されているので、絶縁基板へ入力操作体を接近させると、少なくともＹ方向に沿って配線されるＸ側電極とＸ方向に沿って配線されるＹ側電極のそれぞれいずれかの電極の他側電位が低下し、演算回路１０６は、電位が低下したＸ側電極とＹ側電極の配置位置から、ＸＹ座標で表す入力操作位置を検出して、入力操作位置を処理する制御回路１０８へ出力する。

ここで、入力操作体１０が接近することにより増加する検出電極Ｅｘ０の浮遊容量Ｃｘは、隣接する検出電極Ｅｘ１との静電容量Ｃ１や、絶縁基板などの周囲の誘電体との静電容量Ｃ２に比べて１０ｐＦ以下と微小であるのに加え、入力操作体１０と検出電極Ｅｘの対向面積ｄＳに比例するので、入力操作体１０が検出電極Ｅｘの鉛直方向から外れると著しくその増加量が減少し、入力操作位置を検出することが困難なものとなっていた。

一方、入力操作位置の検出精度を上げるためには、検出電極Ｅｘ間のピッチを狭ピッチとして多数の検出電極Ｅｘを検出方向に沿って配列することとなるが、絶縁基板上に配設する検出電極Ｅｘの数を増加させると、各スイッチ１０１、１０２、１０４、１０５の切り換え数が増大し、検出期間が長くなると共に回路部品が大型化するものとなった。

そこで、図８に示すように、各検出電極Ｘｎを複数の枝電極ｅｎ’に分岐し、隣り合う検出電極Ｘｎ＋１の枝電極ｅｎ＋１’と検出方向（図中左右）に沿って交互に配置した静電容量式タッチパネル２００が提案されている（特許文献２）。

説明を容易にするために、図中の円で示す入力操作体の検出電極に対する対向面積の１／２が特定の検出電極Ｘｎに対向するときに、その検出電極Ｘｎの静電容量の増加単位を１とすると、Ａ乃至Ｅの入力操作位置での操作方向に配置された検出電極Ｘｎ、検出電極Ｘｎ＋１、検出電極Ｘｎ＋２の増加単位は、表１に示す通りとなる。

このように操作方向に沿って枝電極ｅｎ’と枝電極ｅｎ＋１’を交互に配置することにより、表１に示すように、隣り合う検出電極Ｘｎ、Ｘｎ＋１の静電容量増加分からその中間の入力操作位置も検出することができ、単に検出電極Ｘｎを操作方向に配列した場合に比べて２倍の検出精度が得られ、同じ検出精度であれば、検出電極Ｘｎの数を１／２として走査期間を短縮させ、全体の回路部品も小型化できる。

特開２００９−１７５７８４号公報

特開２０１０−３９５１５号公報

従来の静電容量式タッチパネル１００では、入力操作位置の検出精度を上げたり、入力操作面を拡大させると、検出電極数を増加させることになるので、回路部品が大型化すると共に検出期間が長くなり、検出精度の向上やタッチパネルの大型化に限界があった。

また、この問題を解決するために、検出電極Ｘｎを複数の枝電極ｅｎ’に分岐させた従来の静電容量式タッチパネル２００では、例えば入力操作体が、図８のＢ１、Ｂ２に対向した場合にもＢに対向した場合と同じ静電容量の増加が検出され、検出電極Ｘｎから分岐される枝電極ｅｎ’の数を増加させても、検出精度の改善に限界があった。

更に、入力操作体で、図８のＣ’とＡ’を入力操作した場合を比較すると、検出方向に沿ってＡ’より左側のＣ’を入力操作した場合に、検出電極Ｘｎの右側に配置される検出電極Ｘｎ＋１の静電容量が増加し、入力操作体の大きさや入力操作位置によっては、入力操作位置を誤検出する問題があった。

更に、隣り合う検出電極Ｘｎの枝電極ｅｎ’と検出電極Ｘｎ＋１の枝電極ｅｎ＋１’を検出方向に沿って交互に配置するので、それぞれから引き出される引き出し線を互いに絶縁しながら交差させる必要があり、交差部分に新たな容量成分が発生するので検出誤差の原因となると共に、配線が複雑になるという問題があった。

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、限られた検出電極数で精度良く入力操作位置を検出す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。

また、隣り合う検出電極の分岐パターンを交互に配置しても、引き出し線を交差させることによる容量成分が生じず、検出誤差の少ない静電容量式タッチパネルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の静電容量式タッチパネルは、絶縁基板上に、入力操作位置の検出方向に沿って所定間隔を隔てて配線される複数の検出電極の各検出電極の浮遊容量の変化を検出し、入力操作体が接近して浮遊容量が変化する検出電極の絶縁基板上の配設位置から、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、各検出電極は、櫛歯状に分岐して検出方向と直交する方向に配線される複数の分岐パターンを有し、検出方向に沿って隣り合う第１検出電極と第２検出電極は、第１検出電極の複数の分岐パターンの第２検出電極側の分岐パターンと、第２検出電極の複数の分岐パターンの第１検出電極側の分岐パターンとが検出方向に沿って交互に配線され、各検出電極の複数の分岐パターンの検出方向幅は、検出方向に沿った両側の分岐パターンが細幅で中央の分岐パターンに向かって漸次太幅に形成されることを特徴とする。

各検出電極の複数の分岐パターンの検出方向幅は、検出方向に沿った両側の分岐パターンが細幅で中央の分岐パターンに向かって漸次太幅に形成されるので、入力操作体が対向することにより増加する検出電極の浮遊容量は、入力操作位置がその中央の分岐パターンの配線位置である場合に最大で、検出方向に沿って両側に離れるほど分岐パターンとの対向面積が減少して低下する。

第１検出電極と第２検出電極の分岐パターンは、検出方向に沿って交互に配線されるので、交互に配線される分岐パターンのいずれにも入力操作体が対向する場合には、それぞれの検出電極の中央の分岐パターンから検出方向に沿った入力操作位置までの距離に応じて、第１検出電極と第２検出電極の検出電極の浮遊容量が減少する。従って、隣り合う第１検出電極と第２検出電極の浮遊容量の増加分を比較することにより、検出電極間の入力操作位置を精度良く検出できる。

請求項２に記載の静電容量式タッチパネルは、第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンが、互いに咬合するように、検出方向に直交する方向の一側と他側から分岐して配線され、第２検出電極は、第２検出電極の中央の分岐パターンを介して、第１検出電極と同方向に引き出されることを特徴とする。

隣り合う第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンは、検出方向と直交する一側と他側で分岐されることにより検出方向に交互に配線することができ、交互に配線しても、第２検出電極は、中央の分岐パターンを介して第１検出電極と同方向に引き出されるので、第１電極の分岐パターンと交差することなく第１電極と同一方向に引き出すことができる。

請求項３に記載の静電容量式タッチパネルは、絶縁基板の表面側にＸ方向を検出方向とする複数のＸ検出電極が配線され、裏面側にＸ方向と直交するＹ方向を検出方向とする複数のＹ検出電極が配線されることを特徴とする。

浮遊容量が増加するＸ検出電極とＹ検出電極を検出することにより、二次元の入力操作位置を検出できる。

請求項４に記載の静電容量式タッチパネルは、交互に配線される第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンとの間隔Ｄ１が、隣り合う第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンの検出方向幅が細い側の検出方向幅をｗｂ、入力操作体の検出方向幅をｄとして、（ｄ＋ｗｂ）／２以下であることを特徴とする。

分岐パターン間の間隔Ｄ１が（ｄ＋ｗｂ）／２以下である場合には、検出方向幅ｄの入力操作体の入力操作位置がいずれであっても、交互に配線される第１検出電極と第２検出電極の分岐パターンに対向し、いずれも増加する第１検出電極と第２検出電極の浮遊容量を比較して第１検出電極と第２検出電極間の入力操作位置を補完して検出できる。

請求項５に記載の静電容量式タッチパネルは、交互に配線される第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンとの間隔Ｄ２が、隣り合う第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンの検出方向幅が太い側の検出方向幅をｗａ、入力操作体の検出方向幅をｄとして、（ｄ−ｗａ）／２以下であることを特徴とする。

分岐パターン間の間隔Ｄ２が（ｄ−ｗａ）／２以下である場合には、検出方向幅ｄの入力操作体の入力操作位置がいずれであっても、交互に配線される第１検出電極と第２検出電極の分岐パターンの検出方向幅の全体に対向し、いずれも増加する第１検出電極と第２検出電極の浮遊容量を比較して第１検出電極と第２検出電極間の入力操作位置を補完して検出できる。

請求項１の発明によれば、検出電極間の浮遊容量の変化を補間して求めるので、限られた検出電極数で、精度良く入力操作位置を検出でき、短時間に入力操作位置を検出できる。また、入力操作面の単位面積あたりの回路が大型化しないので、同じ検出分解能でタッチパネルの入力操作面を拡大させることができる。

請求項２の発明によれば、分岐パターンが交互に配線される隣り合う検出電極を同一方向に引き出しても、引き出し線を交差させることによる容量成分が生じず、入力操作位置の検出誤差を減少させることができる。

また、分岐パターンからの引き出し線を互いに絶縁させて交差させる工程が不要で、検出方向と直交する一側に全ての検出電極を引き出すことができるので、配線が容易になる。

請求項３の発明によれば、平面上の入力操作位置を限られた検出電極数で精度良く検出できる。

請求項４の発明によれば、入力操作位置に関わらず、隣り合う検出電極のそれぞれの分岐パターンに入力操作体が対向するので、隣り合う検出電極のいずれの浮遊容量も増加し、その間の入力操作位置を検出できる。

請求項５の発明によれば、入力操作位置に関わらず、隣り合う検出電極のそれぞれの分岐パターンの検出方向幅全体に入力操作体が対向するので、確実に隣り合う検出電極のいずれの浮遊容量も増加し、その間の入力操作位置を精度よく検出できる。

本発明の一実施の形態に係る静電容量式タッチパネル１の分解斜視図である。入力操作体１０のＸ方向の入力操作位置Ｐｘと、Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’の浮遊容量の変化の関係を表す模式図である。Ｘ検出電極Ｅｘの隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）と分岐パターンｅｘ’（ｎ）間の間隔Ｄ１の上限を、入力操作体１０のＸ方向幅ｄとの関係で示す説明図である。Ｘ検出電極Ｅｘの分岐パターンｅｘ（ｎ）と隣り合うＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ’（ｎ）への入力操作位置Ｐｘと、Ｘ検出電極Ｅｘ及びＸ検出電極Ｅｘ’の浮遊容量の変化の関係を示す説明図である。隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）と分岐パターンｅｘ’（ｎ）間の間隔Ｄ２の上限を、入力操作体１０のＸ方向幅ｄとの関係で示す説明図である。従来の静電容量式タッチパネル１００を示すブロック図である。静電容量式タッチパネル１００の電極に発生する静電容量を示す説明図である。静電容量式タッチパネル２００の要部平面図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る静電容量式タッチパネル１を、図１乃至図５を用いて説明する。図１に示すように、静電容量式タッチパネル１は、互いに直交するＸＹ方向で入力操作体である指１０を接近させた入力操作位置（Ｐｘ、Ｐｙ）を検出するもので、２９本のＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’を表面のＸ方向に沿って所定のピッチで配線した絶縁基板２Ａと、１６本のＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’を表面のＹ方向に沿って所定のピッチで配線した絶縁基板２Ｂとを積層して構成している。

２枚の絶縁基板２Ａ、２Ｂは、その表面に導電性の検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｘ’を形成可能な材質であれば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドの可撓性のプラスチックシート等の種々の材料で構成することができるが、ここでは、入力操作面から背面側に配置される表示装置を目視可能なように透明な強化ガラス基板を用いている。

Ｘ方向の一側から奇数番目のＸ検出電極Ｅｘと偶数番目のＸ検出電極Ｅｘ’は、図２に拡大して示すように、それぞれＸ方向に等間隔でＹ方向に沿って配線される５本（ｎが−２、−１、０、＋１、＋２）の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）を有し、このうち、奇数番目のＸ検出電極Ｅｘは、Ｙ方向の一側（図２の上方側）で、分岐パターンｅｘ（０）を中心として５本の分岐パターンｅｘ（ｎ）が分岐して形成され、また、偶数番目のＸ検出電極Ｅｘ’は、Ｙ方向の他側で、分岐パターンｅｘ’（０）を中心として５本の分岐パターンｅｘ’（ｎ）が分岐して形成されている。

５本の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）は、中央の分岐パターンｅｘ（０）、ｅｘ’（０）について線対称の櫛形に形成され、各分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）の検出方向であるＸ方向の幅は、中央の分岐パターンｅｘ（０）、ｅｘ’（０）から離れるほど漸次細幅となるように形成されている。すなわち、分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）のＸ方向で横切る幅をそれぞれｗ（ｎ）、ｗ’（ｎ）として、ｗ（−２）＝ｗ（＋２）＜ｗ（−１）＝ｗ（＋１）＜ｗ（０）と、ｗ’（−２）＝ｗ’（＋２）＜ｗ’（−１）＝ｗ’（＋１）＜ｗ’（０）の関係で表される。

更に、図１、図２に示すように、Ｘ方向で隣り合うＸ検出電極ＥｘとＸ検出電極Ｅｘ’は、それぞれの分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）が互いに絶縁間隔を隔てて咬合するように配線されている。つまり、Ｘ検出電極Ｅｘの分岐パターンｅｘ（−２）と分岐パターンｅｘ（−１）は、それぞれ、図２において左側のＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ’（０）、ｅｘ’（＋１）間及び分岐パターンｅｘ’（＋１）、ｅｘ’（＋２）間に、分岐パターンｅｘ（０）は、同左側のＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ（＋２）と同右側のＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ（−２）間に、Ｘ検出電極Ｅｘの分岐パターンｅｘ（＋１）と分岐パターンｅｘ（＋２）は、それぞれ、同右側のＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ’（−２）、ｅｘ’（−１）間及び分岐パターンｅｘ’（−１）、ｅｘ’（０）間の隙間に配線される。従って、偶数番目のＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ’（ｎ）も、そのＸ方向両側に配線される奇数番目のＸ検出電極Ｅｘの分岐パターンｅｘ（ｎ）間に配線される。隣接する分岐パターンｅｘ（ｎ）と分岐パターンｅｘ’（ｎ）間の間隔Ｄ１若しくは間隔Ｄ２については、後述する。

奇数番目のＸ検出電極Ｅｘは、中央の分岐パターンｅｘ（０）の分岐側であるＹ方向の一側（図２の上方側）に引き出し線３が接続し、絶縁基板２Ａの表面に印刷形成された引き出し線３によってＸ側マルチプレクサ１１へ引き出される。また、偶数番目のＸ検出電極Ｅｘ’も、中央の分岐パターンｅｘ（０）のＹ方向の一側に引き出し線３が接続し、同様に、絶縁基板２Ａの表面に印刷形成された引き出し線３によってＸ側マルチプレクサ１１へ引き出される。

絶縁基板２Ｂの表面に配線される１６本のＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’は、配線方向がＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’と直交して異なる他は、ほぼ同様に形成される。すなわち、Ｙ方向に奇数番目のＹ検出電極Ｅｙと偶数番目のＹ検出電極Ｅｙ’もＸ方向の一側と他側で分岐する５本の分岐パターンｅｙ（ｎ）、ｅｙ’（ｎ）を有し、中央の分岐パターンｅｙ（０）、ｅｙ’（０）について線対称の櫛形に形成される５本の分岐パターンｅｙ（ｎ）、ｅｙ’（ｎ）のＹ方向の幅は、中央の分岐パターンｅｙ（０）、ｅｙ’（０）から離れるほど漸次細幅となるように形成されている。

また、Ｙ方向で隣り合うＹ検出電極ＥｙとＹ検出電極Ｅｙ’は、それぞれの分岐パターンｅｙ（ｎ）、ｅｙ’（ｎ）が互いに絶縁間隔を隔てて咬合するように配線され、いずれのＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’もＸ方向の一側（図１において右上方側）で接続される引き出し線４によってＹ側マルチプレクサ１２へ引き出される。

このように、絶縁基板２Ａ、２Ｂ上に配線されたＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’とＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’とは、絶縁基板２Ａ、２Ｂを積層することにより、絶縁基板２Ａで絶縁されると共に鉛直方向上方からみて格子状に配線される。Ｙ検出電極Ｅｙ、Ｅｙには、上方から入力操作を行う入力操作体１０との間に絶縁基板２Ａが介在するので、入力操作体１０が接近することによるＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’の浮遊容量の変化量は、Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’と同じ幅であれば小さい。従って、Ｙ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’の隣接する分岐パターンｅｙ（ｎ）と分岐パターンｅｙ’（ｎ）間の間隔Ｄ１、Ｄ２は、Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’側と同一としているが、５本の分岐パターンｅｙ（ｎ）、ｅｙ’（ｎ）のＹ方向幅は、分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）に比べて太幅としている。

上述のＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｙ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’及び引き出し線３、４は、絶縁基板２Ａ、２Ｂ上に配線可能な任意の導電材料で形成できるが、ここでは、ガラス基板である絶縁基板２上に印刷配線が可能である透明導電材料としてＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を用いて形成している。

Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’に接続するＸ側マルチプレクサ１１とＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’に接続するＹ側マルチプレクサ１２は、制御回路１４からの制御によって、所定の走査周期で全ての検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｙ’との接続を切り換えて、浮遊容量検出回路１５へ接続する。各検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｙ’についての静電容量（浮遊容量）を相対値として検出する手段は、専用ペンなどの入力操作体１０から信号パルスを出力し検出電極側から出力されるその信号パルスの変化から検出する等種々の検出手段が知られているが、本実施の形態に係る浮遊容量検出回路１５では、所定の電圧を接続された検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｙ’に印加し、その検出電極の電位が基準電圧に達するまでの経過時間を計測して検出する。検出電極の電位は、その検出電極Ｅについての浮遊容量Ｃ（Ｅ）に比例する時定数で上昇し、計測した経過時間は、浮遊容量Ｃ（Ｅ）を表すので、浮遊容量検出回路１５は、経過時間を二値化した二値信号を、接続した検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｙ’の静電容量Ｃ（Ｅ）を表す容量信号として制御回路１４へ出力する。

Ｘ側マルチプレクサ１１とＹ側マルチプレクサ１２により、全ての検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｙ’を順次浮遊容量検出回路１５へ接続して同様の計測処理を繰り返すことにより、全ての検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’、Ｅｙ、Ｅｙ’についての静電容量Ｃ（Ｅ）を制御回路１４へ出力する。静電容量式タッチパネル１の入力操作面（絶縁基板２Ａの表面）に一部が接地された操作者の指（入力操作体）１０を接近させると、入力操作体１０に接近するＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’及びＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’の浮遊容量Ｃ（Ｅ）が増加する。
従って、制御回路１４は、一走査周期内に浮遊容量Ｃ（Ｅ）が増加したＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’とＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’のそれぞれ絶縁基板２Ａ、２Ｂ上の配線位置からＸＹ方向の入力操作位置（Ｐｘ、Ｐｙ）を検出し、表示画面上のカーソル移動制御や電子機器の動作を制御する上位のマイコンへ出力し、これにより入力操作位置に応じた所定の処理が実行される。

本発明では、単にＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’及びＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’の配線位置への入力操作に限らず、その検出電極間の入力操作位置（Ｐｘ、Ｐｙ）についても、両側の検出電極についての浮遊容量Ｃ（Ｅ）から補完して検出可能としている。以下、その補完検出方法を、各Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）をＸ方向の入力操作位置（Ｐｘ）との関係で示した図２を用いて説明する。

上述の通り、Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’は、検出方向であるＸ方向に沿って等間隔に配線される５本の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）を有し、複数の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）を跨る大きさの入力操作体１０が接近する各Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）は、そのＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’毎に入力操作体１０と対向する分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）の対向面積の総和に比例して増加する。一方、各Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）のＸ方向の幅は、中央の分岐パターンｅｘ（０）、ｅｘ’（０）が最も太く、両側の分岐パターンｅｘ（−２）、ｅｘ’（＋２）が最も細幅に形成されているので、図２に示すように、各Ｘ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）は、中央の分岐パターンｅｘ（０）、ｅｘ’（０）の配線位置に入力操作体１０の中心（入力操作位置Ｐｘ）があるときに、最大で、中央から外れるほど減少し、入力操作体１０がそのＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’のいずれの分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）とも対向しない入力操作位置Ｐｘとなったときに入力操作が行われていない値とほぼ同一の最小値となる。

同一のＸ検出電極Ｅｘについて複数の分岐パターンｅｘ（ｎ）に対向する大きさの入力操作体１０であれば、Ｘ方向のその間には、隣り合うＸ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ’（ｎ）が配線され、その分岐パターンｅｘ’（ｎ）へも対向するので、隣り合うＸ検出電極Ｅｘ’の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’）も増加する。例えば、図２の入力操作位置Ｐｘ１で示すように、Ｘ検出電極Ｅｘ３とＸ検出電極Ｅｘ’４の間に入力操作体１０の中心があるときには、そのＸ検出電極Ｅｘ３の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ３）がＣ２に、Ｘ検出電極Ｅｘ’４の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’４）がＣ１に上昇する。浮遊容量Ｃ（Ｅｘ３）は、入力操作位置ＰｘがＸ検出電極Ｅｘ３の中央の分岐パターンｅｘ（０）から離れるほど減少し、また、浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’４）は、入力操作位置ＰｘがＸ検出電極Ｅｘ’４の中央の分岐パターンｅｘ（０）から離れるほど減少するので、制御回路１４では、検出したＣ１、Ｃ２からＸ検出電極Ｅｘ３とＸ検出電極Ｅｘ’４の間の入力操作位置Ｐｘ１を補完して検出する。

上述した検出方法は、入力操作体１０が同一のＸ検出電極Ｅｘについて複数の分岐パターンｅｘ（ｎ）に対向する大きさである場合について説明したが、入力操作体１０にＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’の隣り合う各１本の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）に対抗する検出方向幅ｄがあれば、入力操作位置Ｐｘを検出できる。以下、その為のＸ方向で隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）間の間隔Ｄ１の条件について、図３で説明する。図３では、検出方向をＸ方向として、図中右方向を＋Ｘ方向、左方向を−Ｘ方向、入力操作体１０のＸ方向幅（検出方向幅）をｄ、Ｘ検出電極Ｅｘの分岐パターンｅｘ（ｎ）のＸ向幅をｗａ、Ｘ検出電極Ｅｘ’の分岐パターンｅｘ’（ｎ）のＸ方向幅をｗｂとして、一方の分岐パターンｅｘ（ｎ）のＸ向幅ｗａが、分岐パターンｅｘ’（ｎ）のＸ方向幅ｗｂよりも太いものとする。

図３において、入力操作体１０と左側の分岐パターンｅｘ（ｎ）の相対位置について着目すると、分岐パターンｅｘ（ｎ）に対向する入力操作体１０は、その中心が＋Ｘ方向に移動し、分岐パターンｅｘ’（ｎ）の中心Ｃ’ｎで分岐パターンｅｘ（ｎ）の右辺が接するように、隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）の間隔Ｄ１（ｅｘ（ｎ）の中心Ｃｎとｅｘ’（ｎ）の中心Ｃ’ｎの間隔）の上限を設定すれば、少なくとも中心Ｃｎと中心Ｃ’ｎ間のいずれの位置でも入力操作体１０は分岐パターンｅｘ（ｎ）に対向し、中心Ｃ’ｎより＋Ｘ方向の位置で、分岐パターンｅｘ（ｎ）と対向しなくなるので浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）の増加を検出しなくなる。

分岐パターンｅｘ（ｎ）の右辺とｅｘ’（ｎ）の左辺との間隔ｘ１を間隔Ｄ１を用いて表すと、ｘ１＝Ｄ１−ｗａ／２−ｗｂ／２となり、入力操作体１０の中心が中心Ｃ’ｎにあるときに分岐パターンｅｘ（ｎ）の右辺へ接することから、間隔ｘ１は、ｄ／２−ｗｂ／２であるので、ｘ１＝Ｄ１−ｗａ／２−ｗｂ／２≦ｄ／２−ｗｂ／２となり、このことから、
Ｄ１≦ｄ／２＋ｗａ／２・・・（１）
が中心Ｃｎと中心Ｃ’ｎ間で分岐パターンｅｘ（ｎ）に対向する条件となる。

一方、図３において、入力操作体１０と右側の分岐パターンｅｘ’（ｎ）の相対位置について着目すると、分岐パターンｅｘ’（ｎ）に対向する入力操作体１０は、その中心が−Ｘ方向に移動し、分岐パターンｅｘ（ｎ）の中心Ｃｎで分岐パターンｅｘ’（ｎ）の左辺が接するように間隔Ｄ１の上限を設定すれば、少なくとも中心Ｃｎと中心Ｃ’ｎ間のいずれの位置でも入力操作体１０は分岐パターンｅｘ’（ｎ）に対向し、また、中心Ｃｎより−Ｘ方向の位置で、分岐パターンｅｘ’（ｎ）と対向しなくなるので浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’）の増加を検出しなくなる。

この状態での分岐パターンｅｘ（ｎ）の右辺とｅｘ’（ｎ）の左辺との間隔ｘ２を間隔Ｄ１を用いて表すと、ｘ２＝Ｄ１−ｗａ／２−ｗｂ／２となり、入力操作体１０の中心が中心Ｃｎにあるときに分岐パターンｅｘ’（ｎ）の左辺に接するので、間隔ｘ２は、ｄ／２−ｗａ／２であるので、ｘ２＝Ｄ１−ｗａ／２−ｗｂ／２≦ｄ／２−ｗａ／２となり、このことから、
Ｄ１≦ｄ／２＋ｗｂ／２・・・（２）
が中心Ｃｎと中心Ｃ’ｎ間で分岐パターンｅｘ’（ｎ）に対向する条件となる。

分岐パターンｅｘ（ｎ）のＸ向幅ｗａが、分岐パターンｅｘ’（ｎ）のＸ方向幅ｗｂより太幅であることから、間隔Ｄ１は、（２）式の条件を満たせば（１）式の条件を満たすこととなり、（２）式から、図３に示すように、間隔Ｄ１を少なくとも（ｄ＋ｗｂ）／２以下とした場合に、中心Ｃｎ、Ｃ’ｎ間で入力操作位置がいずれであっても、浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）の双方が増加し、入力操作位置Ｐｘを検出できる。

間隔Ｄ１外の領域、つまり、分岐パターンｅｘ（ｎ）の中心Ｃｎより左側と分岐パターンｅｘ’（ｎ）の中心Ｃ’ｎより右側への入力操作については、同方向で更に隣り合う分岐パターンｅｘ’（ｎ）、ｅｘ（ｎ）との間隔Ｄ１が同様の条件を満たすことにより、２種類の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）の増加を検出でき、入力操作位置Ｐｘを補完して検出できる。

上述の隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）間の間隔Ｄ１は、その中心Ｃｎ、Ｃ’ｎ間にある入力操作体１０が分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）のいずれにも少なくとも一部で対向するための上限値であるが、分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）の検出方向幅の全体で対向しない場合には、対向面積が減少し、正確な浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）の増加を検出できない。そこで、隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）のいずれの検出方向幅の全体にも、入力操作体１０が対向するための分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）間の間隔Ｄ２について、以下に説明する。

図４に示すように、入力操作体１０と左側の分岐パターンｅｘ（ｎ）の相対位置について着目すると、分岐パターンｅｘ（ｎ）に対向する入力操作体１０は、その中心が分岐パターンｅｘ（ｎ）の左端から＋Ｘ方向にｄ／２の入力操作位置Ｐｘ２となるまで、分岐パターンｅｘ（ｎ）のＸ方向幅全体に対向するので、浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）は検出可能な一定の大きさにあり、入力操作位置Ｐｘ２から＋Ｘ方向に移動するほど、分岐パターンｅｘ（ｎ）との対向幅が減少し、入力操作位置Ｐｘ２から＋Ｘ方向にｗａ移動する位置で浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）の増加を検出しなくなる。また、入力操作体１０と右側の分岐パターンｅｘ’（ｎ）の相対位置について着目すると、分岐パターンｅｘ’（ｎ）に対向する入力操作体１０は、その中心が分岐パターンｅｘ’（ｎ）の右端から−Ｘ方向にｄ／２の入力操作位置Ｐｘ３となるまで、分岐パターンｅｘ’（ｎ）のＸ方向幅全体に対向して浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’）は検出可能な一定の大きさにあり、入力操作位置Ｐｘ３から−Ｘ方向に移動するほど、分岐パターンｅｘ’（ｎ）との対向幅が減少し、入力操作位置Ｐｘ３から−Ｘ方向にｗｂ移動する位置で浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’）の増加を検出しなくなる。

従って、図４に示す例では、間隔Ｄ２である分岐パターンｅｘ（ｎ）の中心Ｃｎと分岐パターンｅｘ’（ｎ）の中心Ｃ’ｎ間に、いずれかの浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）若しくはＣ（Ｅｘ’）の増加量が減少する対向面減少領域ｎ１、ｎ２が存在することとなり、この対向面減少領域ｎ１、ｎ２では両者の相対増加量からＸ方向の入力操作位置Ｐｘは検出できない。

分岐パターンｅｘ（ｎ）と分岐パターンｅｘ’（ｎ）間に対向面減少領域ｎ１を発生させないためには、浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）を検出可能な境界位置Ｐｘ２が少なくとも分岐パターンｅｘ’（ｎ）の中心Ｃ’ｎより＋Ｘ方向（右方）とする必要があり、中心Ｃｎ、Ｃ’ｎ間の間隔Ｄ２が（ｄ−ｗａ）／２以下である場合に対向面減少領域ｎ１が発生しない。同様に、浮遊容量Ｃ（Ｅｘ’）を検出可能な境界位置Ｐｘ３が少なくとも分岐パターンｅｘ（ｎ）の中心Ｃｎより−Ｘ方向（左右方）となるように、間隔Ｄ２が（ｄ−ｗｂ）／２以下である場合に対向面減少領域ｎ２が発生しない。

分岐パターンｅｘ（ｎ）のＸ向幅ｗａが、分岐パターンｅｘ’（ｎ）のＸ方向幅ｗｂより太幅であることから、間隔Ｄ２は、前者の条件を満たせば後者の条件を満たすこととなり、前者の条件から、図５に示すように、間隔Ｄ２を少なくとも（ｄ−ｗａ）／２以下とした場合に、中心Ｃｎ、Ｃ’ｎ間で入力操作位置がいずれであっても、浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）の双方が検出可能な大きさで増加し、入力操作位置Ｐｘを検出できる。

間隔Ｄ２外の領域、つまり、分岐パターンｅｘ（ｎ）の中心Ｃｎより左側と分岐パターンｅｘ’（ｎ）の中心Ｃ’ｎより右側への入力操作については、同方向で更に隣り合う分岐パターンｅｘ’（ｎ）、ｅｘ（ｎ）との間隔Ｄ２が同様の条件を満たすことにより、２種類の浮遊容量Ｃ（Ｅｘ）、Ｃ（Ｅｘ’）の増加を検出でき、入力操作位置Ｐｘを補完して検出できる。

尚、Ｙ方向の入力操作位置（Ｐｙ）の検出は、Ｙ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’がＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’と直交して同様に絶縁基板２Ｂ上に形成されるので、上述したＸ方向の入力操作位置（Ｐｘ）の検出と同様にして検出される。従って、直交するＸＹ方向の入力操作位置（Ｐｘ、Ｐｙ）を限られた数のＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’とＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’で検出でき、大面積の入力操作面としても高速に入力操作位置（Ｐｘ、Ｐｙ）を検出できる。

上述の実施の形態では、１本の検出電極に分岐して形成される分岐パターンの数を５本とした例で説明しているが、上述の実施の形態にかかわらず、任意数とすることができる。また、複数の分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）は、必ずしも中央の分岐パターンｅｘ（０）を中心に線対称に形成する必要はない。

また、隣り合うＸ検出電極Ｅｘ、Ｅｘ’若しくはＹ検出電極Ｅｙ、Ｅｙ’の分岐パターンの数を必ずしも一致させる必要もない。従って、検出方向の全ての領域で、隣り合う第１検出電極と第２検出電極の分岐パターンを交互に配線しなくてもよい。例えば、特定の検出電極の中央の分岐パターンを最も太幅とすれば、その検出電極についての浮遊容量は、中央の分岐パターンを入力操作位置とした場合に最大となるので、隣り合う検出電極の浮遊容量と比較せずに、入力操作位置を検出できる。

また、隣り合う検出電極の分岐パターンは、咬合するように配線せず、検出方向に直交する同一側で分岐させてもよい。

尚、上述の実施の形態では、絶縁基板として透明強化ガラス基板を用い、かつ、検出電極として透明導電材料を用いることで透明なタッチパネルを構成する例を示したが、本発明の実施範囲は、必ずしも透明なタッチパネルに限定されるものではなく、例えば、両面銅貼りタイプのプリント配線基板を用いて、一面にＸ検出電極を、他面にＹ検出電極をそれぞれ設けることでも好適に実施することが可能である。

入力操作体を接近させることによる検出電極の浮遊容量の微小変化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適している。

１静電容量式タッチパネル
１０入力操作体
Ｅｘ奇数番目のＸ検出電極（第１検出電極）
Ｅｘ’ 偶数番目のＸ検出電極（第２検出電極）
Ｅｙ奇数番目のＹ検出電極
Ｅｙ’ 偶数番目のＹ検出電極
ｅｘ（ｎ）Ｘ検出電極Ｅｘの分岐パターン
ｅｘ’（ｎ）Ｘ検出電極Ｅｘ’の分岐パターン
Ｃ（Ｅｘ）検出電極Ｅｘの浮遊容量
Ｃ（Ｅｘ’）検出電極Ｅｘ’の浮遊容量
ｗａ分岐パターンｅｘ（ｎ）の検出方向幅（太い側の検出方向幅）
ｗｂ分岐パターンｅｘ’（ｎ）の検出方向幅
ｄ入力操作体１０の検出方向幅
Ｄ１、Ｄ２隣り合う分岐パターンｅｘ（ｎ）、ｅｘ’（ｎ）間の検出方向幅

Claims

絶縁基板上に、入力操作位置の検出方向に沿って所定間隔を隔てて配線される複数の検出電極の各検出電極の浮遊容量の変化を検出し、入力操作体が接近して浮遊容量が変化する検出電極の絶縁基板上の配設位置から、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、
各検出電極は、櫛歯状に分岐して検出方向と直交する方向に配線される複数の分岐パターンを有し、
検出方向に沿って隣り合う第１検出電極と第２検出電極は、第１検出電極の複数の分岐パターンの第２検出電極側の分岐パターンと、第２検出電極の複数の分岐パターンの第１検出電極側の分岐パターンとが検出方向に沿って交互に配線され、
各検出電極の複数の分岐パターンの検出方向幅は、検出方向に沿った両側の分岐パターンが細幅で中央の分岐パターンに向かって漸次太幅に形成されることを特徴とする静電容量式タッチパネル。
第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンは、互いに咬合するように、検出方向に直交する方向の一側と他側から分岐して配線され、第２検出電極は、第２検出電極の中央の分岐パターンを介して、第１検出電極と同方向に引き出される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。
絶縁基板の表面側にＸ方向を検出方向とする複数のＸ検出電極が配線され、裏面側にＸ方向と直交するＹ方向を検出方向とする複数のＹ検出電極が配線される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。
交互に配線される第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンとの間隔Ｄ１は、
隣り合う第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンの検出方向幅が細い側の検出方向幅をｗｂ、入力操作体の検出方向幅をｄとして、（ｄ＋ｗｂ）／２以下である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。
交互に配線される第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンとの間隔Ｄ２は、
隣り合う第１検出電極の分岐パターンと第２検出電極の分岐パターンの検出方向幅が太い側の検出方向幅をｗａ、入力操作体の検出方向幅をｄとして、（ｄ−ｗａ）／２以下である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。