JP5104099B2 - 静電容量型タッチスイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力方式に静電容量方式を採用した静電容量型タッチスイッチに関するものである。

一般に、静電容量型タッチスイッチは、携帯する音楽再生装置や液晶パネルと一体化した入力装置などに採用されている。この入力装置は例えば、筐体の入力操作部とする所定位置の内側に電極を設け、電極と対面する筐体の外面を人体が接触した時に、電極と人体との間の筐体を介して静電容量の変化が発生し、この変化を検出し、スイッチ入力として出力している。
図１に示した従来型の静電容量型タッチスイッチは、複数のスイッチ電極を配設した入力操作部とするパネルスイッチと、制御基板から構成する。パネルスイッチは、図２−１で示すＰＥＴフィルムにスイッチ電極とＧＮＤ電極を銀ペーストで印刷した電極シートを、図２−２で示すアクリルやガラス等からなる誘電体に接着剤や両面テープ等の接着手段を用いて貼り付けて構成する。
パネルスイッチの各スイッチ電極に指（導通部材）が近づくと、アクリルやガラス等の誘電体を、スイッチ電極と指（導通部材）で挟んだ平行板コンデンサを形成し、静電容量が増加する。また、逆にパネルスイッチから指（導通部材）が離れると、誘電体をスイッチ電極と指（導通部材）で挟んだ平行板コンデンサを形成した静電容量が減少する。図１に示す制御基板は、各スイッチ電極を切り換え回路で選択しながら、スイッチ電極毎に静電容量の変化をＣ／Ｖ（容量を電圧）変換回路で電圧に変換し、演算処理装置（ＣＰＵ）に設けているアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）で、デジタルデータに置き換え、演算処理装置の動作を決める制御プログラムよりスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を判断しているのが、静電容量型タッチスイッチの一般的な動作原理である。

特許登録第２８８７３３６号

入力操作部としてフィルムに複数のスイッチ電極を配設したパネルスイッチと、前記スイッチ電極を順番に接続するためのスイッチ電極切り換え回路と、前記スイッチ電極の静電容量変化を電圧に変換するＣ／Ｖ変換回路と、前記スイッチ電極から前記スイッチ切替回路への信号入力に使用する検出信号ラインと、前記Ｃ／Ｖ変換回路によって変換した電圧をデジタルデータに置き換える演算処理装置と、該演算処理装置を動作させるために必要な制御プログラムを内蔵し、スイッチ電極毎の静電容量変化でスイッチの入力を判断する静電容量型タッチスイッチにおいて、分割したスイッチ電極毎に複数のグループに分けた検出信号ラインを重複させて、スイッチ電極とグループ分けした検出信号ラインとを接続し、前記分割したスイッチ電極全てが静電容量変化をした場合を単一のスイッチと判断することを特徴とする静電容量型タッチスイッチ装置を提案するものである。

上記目的を達成するために本発明では、入力操作部としてフィルムに複数のスイッチ電極を配設したパネルスイッチと、前記スイッチ電極を順番に接続するためのスイッチ電極切り換え回路と、前記スイッチ電極の静電容量変化を電圧に変換するＣ／Ｖ変換回路と、前記スイッチ電極から前記スイッチ切替回路への信号入力に使用する検出信号ラインと、前記Ｃ／Ｖ変換回路によって変換した電圧をデジタルデータに置き換える演算処理装置と、該演算処理装置を動作させるために必要な制御プログラムを内蔵し、スイッチ電極毎の静電容量変化でスイッチの入力を判断する静電容量型タッチスイッチにおいて、
スイッチ電極毎に複数のグループに分けた検出信号ラインを重複させて、スイッチ電極とグループ分けした検出信号ラインとを接続し、前記接続の組み合わせを単一のスイッチとする静電容量型タッチスイッチ装置を提案するものである。

本発明によれば、静電容量型タッチスイッチの静電容量変化を検出する為に、分割したスイッチ電極毎に複数のグループに分けた検出信号ラインを重複させて、スイッチ電極とグループ分けした検出信号ラインとを接続した上で、分割したスイッチ電極全てが静電容量変化を発生した場合を単一のスイッチとして判断する。グループ分けした検出信号ラインと分割したスイッチ電極の組み合わせで、検出信号ラインの本数以上の静電容量型スイッチを配設することができるので、回路コストを上げることなくスイッチ数の増加が可能となる。またスイッチ電極の分割形状を円状やらせん状とすることで部分接触での入力を可能とし、さらにらせん状では、らせん形状を寸断することなくスイッチ電極への同一面での配線が可能となる。

本発明は、ＰＥＴフィルムにスイッチ電極とＧＮＤ電極を銀ペーストで印刷した電極シートを作成し、その電極シートを誘電体であるガラス板または、アクリル板に、接着剤で貼り付けて構成するパネルスイッチと制御基板から構成された静電容量型タッチスイッチである。制御基板内では、図３に示す演算処理装置１にバス６を介して、演算処理装置１の動作を行うために読み出される制御プログラム２、プログラム動作でデータ記録等に一時的に使われるワークメモリ４、スイッチ電極毎の静電容量変化を検出する容量変化検出部５、パネルスイッチのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ情報を必要とする外部機器へ出力する外部インターフェース３から構成されている。

スイッチ電極毎の静電容量の変化を検出する容量変化検出部５は、図１にも示すスイッチ電極を順番に接続するためのスイッチ電極切り換え回路と、スイッチ電極毎に静電容量変化を電圧に変換するＣ／Ｖ変換回路で構成されたもので、変換した電圧は、デジタルデータに置き換えるアナログデジタルコンバータを設けている演算処理装置に伝えるものである。

パネルスイッチに、今までの形態として例えば図４に示す９個のスイッチ電極が配設された場合は、９本の検出信号ラインが必要となるが、これを例えば９本の中から、１組を３本ずつの組として３組とし、１組から検出信号ラインを１本ずつ選ぶ組み合わせは２７通りあるので、２７個のスイッチを配設する場合に、２７個のスイッチ電極毎に図５に示すようにスイッチ電極を３分割（図示する様に、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部とする）した上で、それぞれをＡグループ、Ｂグループ、Ｃグループのスイッチ電極として検出信号ラインと接続する（図６参照）。検出信号ラインをＡグループには図４に示すＡ１からＡ３、ＢグループにはＢ１からＢ３、ＣグループにはＣ１からＣ３の３本ずつを割り当てることで検出信号ラインも３グループに分ける。そして図６に示す様に、スイッチ電極を３分割したスイッチ電極の組み合わせでスイッチＳＷ１からＳＷ２７を配設した場合に、分割した電極のＡグループを、検出信号ラインのＡ１からＡ３に順番に換えて接続することを繰り返す。

次に分割したスイッチ電極のＢグループは、Ａグループを順番に接続している間はＢグループとＣグループを接続する検出信号ラインを同じとし、Ａグループの繰り返し毎に、すなわちＡ３接続後の次にＡ１接続時に、検出信号ラインのＢグループのＢ１からＢ３に順番を換えて接続することを繰り返す。このときＣグループの接続する検出信号ラインは同じものに接続し続ける。さらに電極のＣグループをＢグループの繰り返し毎に、すなわちＢ３接続後の次にＢ１を接続時に検出信号ラインのＣグループのＣ１からＣ３に順番に接続する。以上の分割したスイッチ電極の組み合わせに対して、例えば図７の表に示す単一のスイッチＳＷ１からＳＷ２７の２７個が対応し、検出信号ラインＡ１からＣ３の９本に、表中でＯＮと書いたものが、分割されたスイッチ電極と検出信号ラインとを接続する組み合わせを示し、スイッチ電極に指が接触した場合に、容量変化が発生して演算処理装置１でＯＮと判断する事を示している。
ここで、単一のスイッチとしてのＳＷ１からＳＷ２７は必ず検出信号ラインのＡ１〜Ａ３の中の１本と接続し、同様にＢ１からＢ３、Ｃ１からＣ３の中の１本の合計３本と接続させる。例えば接続される検出信号ラインのＡ１はＳＷ１・ＳＷ４・ＳＷ７・ＳＷ１０・ＳＷ１３・ＳＷ１６・ＳＷ１９・ＳＷ２２・ＳＷ２５で共有することになる。

次に図７の様に分割したスイッチ電極を単一スイッチとしたＳＷ１からＳＷ２７に対して検出信号ラインを組み合わせて接続した時に、あるＳＷに人体が接触した場合の動作を説明する。図７に示す組み合わせデータを制御プログラム内に格納し、この制御プログラムに従って、演算処理装置１が検出信号ラインのＡ１からＣ３を、容量変化検出部５のスイッチ電極切り換え回路にて１本ずつ選択して、容量変化検出部５のＣ／Ｖ変換回路で容量変化を検出して電圧に変換し、デジタルデータに置き換えるアナログデジタルコンバータを設けている演算処理装置１にて、スイッチ動作のＯＮ、ＯＦＦを判断する。この時に、容量変化を検出した検出信号ラインが例えばＡ３・Ｂ１・Ｃ２であった場合は、図７の表中からＡ３・Ｂ１・Ｃ２が同時にＯＮとなるのはＳＷ１２だけとなり、ＳＷ１２に接触したと判断できる。

次にスイッチ電極の分割形状を図８に示す円状や、図９に示すらせん状にすることで、図５に示すように分割したスイッチ電極では、中心に指を接触させればスイッチ電極Ａ、Ｂ、Ｃの容量変化が同時に発生するが、図５に示す分割形状では左半分に指を接触した場合にスイッチ電極Ｃしか静電容量変化しないことになる。これに対して円状やらせん状では左半分に指を接触させた時でも、分割されたスイッチ電極Ａ、Ｂ、Ｃ全てに接触出来るので、確実にスイッチ電極Ａ、Ｂ、Ｃの容量変化が検出でき、前記同時にＯＮとなる組み合わせでの判別が可能となり、スイッチ情報を出力できる。ここで図８に示す単純な円状の場合では配線が同一面では、内側のスイッチ電極Ｂとの接続にはスイッチ電極ＡとＣを横切らなければならず、接続したくない接続線と他のスイッチ電極が短絡してしまうので、電極形成を複数の面で行い配線するか、同一面上で配線をする場合はスイッチ電極Ａ、Ｃの形成で配線が通る円状の一部をカットして配線を通すことで短絡を回避し接続が可能となる。図９に示すらせん状においては、螺旋の終端が必ず最外周に出てくるので同一面でＡ、Ｂ、Ｃの配線をしても、形状変更すること無く、短絡することも無く配線が可能となるので図８の円状より構成の設計が簡単となる。

以上により本実施例のスイッチとして入力する位置へ配設したスイッチ電極を３分割してスイッチ電極のＡ・Ｂ・Ｃとし、さらに３本ずつ３組の検出信号ラインの合計９本の検出信号ラインがある場合に検出信号ラインの３本が同時にＯＮとなる組み合わせは、３×３×３＝２７となり、最大２７個の配設したスイッチを判別可能となり、検出信号ラインより多くのスイッチ情報を出力できるとともにらせん状のスイッチ電極の分割で配線も容易となり半分の接触でも確実にスイッチ入力が可能となる。

なお、本発明は前述したスイッチ電極の３分割、３本ずつの検出信号ラインの数値に限定されるものではなく、状況に応じてスイッチ電極の分割数や検出信号ラインのグループ化する本数は変更可能である。

静電容量型タッチスイッチの構造図。 パネル構造図。 制御基板ブロック図 通常電極と検出信号ライン接続図 スイッチ電極分割図 分割電極と検出信号ライン接続回路図 分割電極と検出信号ライン接続組み合わせ表 スイッチ電極円状分割形態図 スイッチ電極らせん状分割形態図

１ 演算処理装置（ＣＰＵ）
２ 制御プログラム
３ 外部インターフェース
４ ワークメモリ
５ 容量変化検出部
６ バス

Claims (1)

1. 入力操作部としてフィルムに複数のスイッチ電極を配設したパネルスイッチと、前記スイッチ電極を順番に接続するためのスイッチ電極切り換え回路と、前記スイッチ電極の静電容量変化を電圧に変換するＣ／Ｖ変換回路と、前記スイッチ電極から前記スイッチ切替回路への信号入力に使用する検出信号ラインと、前記Ｃ／Ｖ変換回路によって変換した電圧をデジタルデータに置き換える演算処理装置と、該演算処理装置を動作させるために必要な制御プログラムを内蔵し、スイッチ電極毎の静電容量変化でスイッチの入力を判断する静電容量型タッチスイッチにおいて、分割したスイッチ電極毎に複数のグループに分けた検出信号ラインを重複させて、スイッチ電極とグループ分けした検出信号ラインとを接続し、前記分割したスイッチ電極全てが静電容量変化をした場合を単一のスイッチと判断することを特徴とする静電容量型タッチスイッチ装置。