タッチ判別装置及び入力装置
【課題】ノイズに影響されること無くタッチ判別を行うことができるタッチ判別装置を提供する。
【解決手段】夫々容量電極を持つ複数の電極線（１６）の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量（１０５）に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出し、順次検出した多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求める。２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからその途中でノイズが発生しても同相ノイズとして除去することができる。２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しない。
【解決手段】夫々容量電極を持つ複数の電極線（１６）の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量（１０５）に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出し、順次検出した多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求める。２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからその途中でノイズが発生しても同相ノイズとして除去することができる。２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量形式のタッチ判別装置及びそれを用いた入力装置に関し、例えば液晶ディスプレイに重ねて配置されるタッチパネル装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年バッテリ動作の情報機器、携帯電話などに液晶ディスプレイが搭載されている。これらのディスプレイにはタッチパネル機能が装備される傾向にあり、年々増加している。タッチパネルの方式はいくつか存在し、大きくは抵抗型、静電容量型、インセル型（ＭＯＳセンサ方式）などが代表的となっている。タッチパネルはディスプレイ上、またはディスプレイの表示ピクセル横などに接触を検知する仕掛けを持つ。この仕掛けのほとんどは電気信号としてタッチパネルコントローラに状態を通知することとなり、同じく電気信号で駆動されている液晶ディスプレイ部の信号変化に大きく影響を受ける。影響の１つは液晶ディスプレイの放出する放射ノイズで、ディスプレイ内のコモン電極、ドレイン線の動作がタッチパネルの検知信号にクロスカップリングノイズを引き起こす。これらのノイズに対して以下の特許文献に挙げるような対策が採られてきた。
【０００３】
特許文献１においては、液晶ディスプレイ駆動信号の変化タイミングを外してタッチパネル出力信号のサンプリングを行い、液晶ディスプレイ起因のノイズを回避させることで、サンプリング精度を向上する技術が述べられている。
【０００４】
特許文献２においては、ノイズを含んだタッチパネル出力アナログ信号からフィルタによりノイズ成分を抽出し、もとのアナログ信号から減算することでノイズ成分のキャンセルを行う技術が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６６８８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１２５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方式では、要求されるＡ／Ｄ変換のサンプリング周期がノイズ発生源の周期と同等の場合に、サンプリングタイミングの変更やサンプリング周期の調整が破綻する可能性がある。特に液晶パネルのノイズ源はコモン電極以外にも考えられ、複数のノイズ発生周期が生じる可能性が高く、十分なノイズ回避ができるように調整することが難しいと考えられる。
【０００７】
また、特許文献２では、キャンセルするためのノイズ成分を取り出すフィルタの設計がノイズの周波数特性に依存する。フィルタでノイズのみを分離可能であれば効果が期待できるが、ノイズ分離がうまくいかない場合は、原信号も弱める副作用が発生すると考えられる。また、フィルタは対象となる液晶パネルの構造に大きく依存し、パネル毎にフィルタの最適化、または再設計が必要となると考えられる。さらに、ノイズ強度の製品個体差が大きい場合もフィルタ設計を困難にする可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、ノイズに影響されること無くタッチ判別を行うことができるタッチ判別装置、更にはそれを用いた入力装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１１】
すなわち、夫々容量電極を持つ複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出し、順次検出した多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求める。
【００１２】
２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからその途中でノイズが発生しても同相ノイズとして除去することができる。更に、２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しないから回路規模の縮小に寄与する。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１４】
すなわち、液晶ディスプレイ上に搭載された場合等にも、ノイズに影響されること無くタッチ判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に係るタッチセンサ装置を適用したＬＣＤ表示装置のブロック図である。
【図２】図２は図１記載の静電容量型タッチパネルの内部構成を例示するブロック図である。
【図３】図３は図１記載のタッチパネル駆動ユニット内蔵のデータ線駆動ユニットの内部構成を例示するブロック図である。
【図４】図４は図３のタッチパネル駆動ユニットを構成する容量検出部等の構成を例示するブロック図である。
【図５】図５は図４の構成を用いる検出動作の原理説明のためのチャージ動作の説明図である。
【図６】図６は同じく原理説明のためのシェア動作の説明図である。
【図７】図７はチャージ動作とシェア動作を行ったときの電圧関係を示す説明図である。
【図８】図８はチャージ動作及びシェア動作とこれに続くリセット動作及びシェア動作を積み上げた時の電圧波形を例示するタイミングチャートである。
【図９】図９は検出動作のタイミングを例示するタイミングチャートである。
【図１０】図１０は容量変換回路による電極線毎の電極容量の値計算方法を例示する説明図である。
【図１１】図１１は接触検出回路の構成を例示するブロック図である。
【図１２】図１２は座標計算回路の構成を例示するブロック図である。
【図１３】図１３は図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの構成を例示するブロック図である。
【図１４】図１４は接続スイッチの構成を例示する回路図である。
【図１５】図１５は図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの別の構成を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【００１７】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るタッチ判別装置（１０，１５）は、夫々容量電極を持つ複数の電極線（１６、２０〜３５）と、前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部（４８）と、前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部（５０）と、を有する。前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量（１０５，９０１）に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する。
【００１８】
２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからその途中でノイズが発生しても同相ノイズとして除去することができる。更に、２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しないから回路規模の縮小に寄与する。
【００１９】
〔２〕項１のタッチ判別装置において、前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する。
【００２０】
電極線毎に電圧値を用いて複数の電極線における電極容量の分布を得ることができ、これによって接触座標の判別が可能になる。
【００２１】
〔３〕項１又は２のタッチ判別装置において、前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う（図１０）。
【００２２】
これにより、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて得られる電圧値を用いた連立一次方程式を解くことによって前記３本の電極線に関する電圧値を求めることができ、それ以降の電極線ペアの電圧値に対しては、先に求められた電極線の電圧値を用いることによって、容易に各電極線に関する電圧値を順次に求めることが可能になる。
【００２３】
〔４〕項１乃至３の何れかのタッチ判別装置において、前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧（ＧＮＤ）とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする。
【００２４】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００２５】
〔５〕項４のタッチ判別装置において、前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧（ＧＮＤ）として行われ、前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である。
【００２６】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００２７】
〔６〕項５のタッチ判別装置において、前記基準電圧はグランド電圧（ＧＮＤ）である。
【００２８】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００２９】
〔７〕項６のタッチ判別装置において、前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる。
【００３０】
負線圧の信号に対して確実なスイッチング機能を保証することができる。
【００３１】
〔８〕項７のタッチ判別装置において、前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である。
【００３２】
〔９〕項１乃至８の何れかのタッチ判別装置において、前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量（１０５，９０１）から成り、前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する。
【００３３】
タッチパネルのように縦方向と横方向で電極線の電極容量にもともと比較的大きな容量差があるような場合に検出対象の電極線の電極容量の大きさに応じて参照容量の大きさを最適化することが容易である。
【００３４】
〔１０〕項１乃至９の何れかのタッチ判別装置において、前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路（１０３，１０４）と、選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチ（１０８，１０９）と、検出動作に用いられる参照容量（１０５，９０１）と、前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチ（１０６，１０７）と、選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチ（１１０，１１１）と、前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部（４５）とを有する。
【００３５】
〔１１〕項１０のタッチ判別装置において、前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する。
【００３６】
積み上げ動作によって検出精度を上げることができる。
【００３７】
〔１２〕本発明の別の実施の形態に係る入力装置は、表示制御ユニット（６）と、前記表示制御ユニットによって表示制御されるディスプレイパネル（９）と、前記ディスプレイパネルに重ねられたタッチパネル（１５）と、前記タッチパネルの駆動ユニット（１０）とを有する。前記タッチパネルは夫々容量電極を持つ複数の透明な電極線（１６、２０〜３５）を備えると共に、前記駆動ユニットが搭載される。前記駆動ユニットは、前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部（４８）と、前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部（５０）と、を有する。前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量（１０５，９０１）に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する。
【００３８】
２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからディスプレイパネルの表示動作に同期してノイズが逐次発生する環境下においてもそれを同相ノイズとして除去することができる。更に、２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しないから回路規模の縮小に寄与する。
【００３９】
〔１３〕項１２の入力装置において、前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する。
【００４０】
電極線毎に電圧値を用いて複数の電極線における電極容量の分布を得ることができ、これによって接触座標の判別が可能になる。
【００４１】
〔１４〕項１２又は１３の入力装置において、前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う。
【００４２】
これにより、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて得られる電圧値を用いた連立一次方程式を解くことによって前記３本の電極線に関する電圧値を求めることができ、それ以降の電極線ペアの電圧値に対しては、先に求められた電極線の電圧値を用いることによって、容易に各電極線に関する電圧値を順次に求めることが可能になる。
【００４３】
〔１５〕項１２乃至１４の何れかの入力装置において、前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする。
【００４４】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００４５】
〔１６〕項１５の入力装置において、前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧として行われ、前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である。
【００４６】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００４７】
〔１７〕項１６の入力装置において、前記基準電圧はグランド電圧である。
【００４８】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００４９】
〔１８〕項１７の入力装置において、前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる。
【００５０】
負線圧の信号に対して確実なスイッチング機能を保証することができる。
【００５１】
〔１９〕項１８の入力装置において、前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である。
【００５２】
〔２０〕項１２乃至１９の何れかの入力装置において、前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量から成り、前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する。
【００５３】
タッチパネルのように縦方向と横方向で電極線の電極容量にもともと比較的大きな容量差があるような場合に検出対象の電極線の電極容量の大きさに応じて参照容量の大きさを最適化することが容易である。
【００５４】
〔２１〕項１２乃至２０の何れかの入力装置において、前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路と、選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチと、検出動作に用いられる参照容量と、前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチと、選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチと、前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部とを有する。
【００５５】
〔２２〕項２１の入力装置において、前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する。
【００５６】
積み上げ動作によって検出精度を上げることができる。
【００５７】
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
【００５８】
〔実施の形態１〕
図１は本発明の一実施の形態に係るタッチセンサ装置を適用したＬＣＤ表示装置の例である。図１において、１は水平同期信号、２は垂直同期信号、３はデータイネーブル、４は表示データ、５は同期クロックである。垂直同期信号１は表示一画面周期（１フレーム周期）の信号、水平同期信号２は一水平周期の信号、データイネーブル信号３は表示データ４が有効である期間（表示有効期間）を示す信号で、全ての信号が同期クロック５に同期して入力される。本実施形態では、これら表示データが、一画面分が左上端の画素から順次ラスタスキャン形式で転送され、１画素分の情報は例えば６ビットのディジタルデータからなる。６は表示制御ユニット、７はデータ線およびタッチパネル制御信号、８は走査線制御信号であり、表示制御ユニット６は、垂直同期信号１、水平同期信号２、データイネーブル信号３、表示データ４、同期クロック５から、表示制御とタッチパネル制御のためのデータ線およびタッチパネル制御信号７と、表示の走査制御のための走査線制御信号８を生成する。
【００５９】
９はＬＣＤパネル、１０はタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット、１１はデータ線駆動信号、１２は走査線駆動ユニット、１３は走査線選択信号、１４は表示画素アレイであり、ＬＣＤパネル９は、１枚のガラス基板上にタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０、走査線駆動ユニット１２、表示画素アレイ１４を設けたものである。特に制限されないが、タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０はＬＳＩ（半導体集積回路）で、走査線駆動ユニット１２と表示画素アレイ１４はガラス基板上に低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）で構成される。タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０は、データ線およびタッチパネル制御信号７のうちの表示制御に関する信号から、表示画素アレイ１４に書き込む信号電圧を生成するとともに、タッチパネルの操作によって得られる信号からタッチパネル上で操作された位置の座標を示す座標信号１７を生成する。走査線駆動ユニット１２は、データ線駆動信号１１として出力される書込み信号電圧を書き込む走査線を選択するための走査線選択信号１３を出力する。表示画素アレイ１４は、走査線選択信号１３によって選択したライン上の画素にデータ線駆動信号１１として出力される書込み信号電圧を書込み、書込み電圧に応じた階調制御を行う。１５は静電容量型タッチパネル、１６は検出電極線であり、静電容量型タッチパネル１５は、直交する複数の透明導電膜（ＩＴＯ）による電極線を備える基板である。各々の電極線は検出電極線１６としてタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０に入力される。
【００６０】
図２は図１記載の静電容量型タッチパネル１５の内部構成の一実施形態である。１８はＸ電極線２０に形成されたＸ電極、１９はＹ電極線に形成されたＹ電極であり、各々水平方向に配置されるＸ電極線と垂直方向に配置されるＹ電極線の交点以外の領域に多数設けられている。本実施形態は、交点以外の領域を同じ形、面積の菱形で埋める構成とする。２０乃至２５はＸ電極線、２６乃至３５はＹ電極線であり、ＸとＹが非接触で直交する形で配置され、すべての電極線が検出電極線１６として出力される。特に制限されないが、本実施形態では、Ｘ電極線が６本、Ｙ電極線が１０本で構成される。したがって、Ｘ電極１８、Ｙ電極１９と同一の電極が、夫々のＸ電極線上に１０個、夫々のＹ電極線上に６個、設けられることとなる。
【００６１】
更に詳しくは、タッチパネル１５の電極は相互に絶縁された２層の電極構造を有し、ひし形の単位電極が１層目では横方向に、２層目は縦方向に接続された構造となっている。このひし形の上部に指などを接近させることで容量が変化し、この変化を測定することで、パネルへの指などの接近、接触を検知可能となっている。１層目は横方向に接続されることで、この横方向に伸びた帯の付近への接触を検知することが可能となっている。つまり、前記横方向帯の容量を全電極について測定することで、縦方向のどこに接触したかを検知可能となっている。一方、横方向については、どの位置に接触してもほぼ同一の容量変化となるために、１層目だけで横方向についての検知はできない。一方２層目は縦方向にひし形電極が接続されているため、縦方向に伸びた帯の近辺への接触を検知することが可能となっており、横方向のどこに接触したかを検知可能となっている。つまり１層目は縦方向、２層目は横方向の位置検出が可能となるため、双方合わせることで２次元座標の測定が可能となる。
【００６２】
図３は図１記載のタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０の内部構成を例示する。３６はデータシフト部、３７はデータ開始信号、３８はデータシフトクロック、３９はシリアル表示データ、４０はパラレル表示データである。データシフト部３６は、データ開始信号３７を基準に、データシフトクロック３８に従ってシリアル表示データ３９を取り込み、パラレル表示データ４０として順次出力する。４１は１ラインラッチ部、４２は水平ラッチクロック、４３は１ラインデータである。１ラインラッチ部４１は、順次出力されるパラレル表示データ４０を、１ライン分の出力が終了するタイミングを示す水平ラッチクロック４２に従って、１ラインデータ４３として出力する。４４はＤ／Ａ変換部であり、ディジタル値である１ラインデータ４３をアナログ値に変換し、画素への書込み信号となるデータ線駆動信号１１として出力する。
【００６３】
４５は検出制御部、４６は検出スイッチ駆動信号、４７は座標変換タイミング信号、４８は容量検出部、４９は容量差分値、５０は座標変換部である。検出制御部４５は、容量検出部４８における検出動作を制御するための検出スイッチ駆動信号４６と、座標変換部５０における動作を制御するための座標変換制御信号４７を生成する。本実施形態では、検出動作、座標変換動作が水平ラッチクロック４２に同期して一水平期間を基準として行うものとする。容量検出部４８は、検出電極線１６のなかの２本の電極線の電極容量を用いた電荷再配分による検出動作を行って容量検出信号４９を出力する。座標変換部５０は、容量検出信号４９を用いて各々の電極線の容量を計算し、その容量の分布状態からタッチされた位置の座標を算出し、算出した座標を示す座標信号１７を出力する。
【００６４】
図４には図３のタッチパネル駆動ユニットを構成する容量検出部４８等の構成が例示される。図中１０１はタッチパネル電極、１０２はタッチパネル電極信号線、１０３は正極セレクタ、１０４は負極セレクタ、１０５は参照容量、１０６は参照容量電圧正極セットスイッチ、１０７は参照容量電圧負極セットスイッチ、１０８は正極電極リセットスイッチ、１０９は負極電極リセットスイッチ、１１０は正極シェアスイッチ、１１１は負極シェアスイッチ、１１２はA/D変換回路、１１３は容量変換回路、１１４は接触検出回路、１１５は座標検出回路、１１６はタッチパネルタイミング制御部、１１７は座標情報、１１８は接触情報、１１９は正極セレクト信号、１２０は負極セレクト信号、１２１は正極電極リセット信号、１２２は負極電極リセット信号、１２３は正極シェア信号、１２４は負極シェア信号、１２５は参照容量初期電圧セット信号、１２６は参照容量接地信号、１２７はＡＤ変換スタート信号である。
【００６５】
タッチパネルの電極線１６は正極セレクタ１０３と負極セレクタ１０４の入力に接続される。正極セレクタ１０３は複数の電極線１６のうち任意の１本を選択して出力に接続する。この正極セレクタ１０３はアナログスイッチで構成され、これによって選択された１本の電極線１６と正極シェアスイッチ１１０とを接続し、選択時には、スイッチ１１０両端の電位は双方向に伝播するよう動作する。負極セレクタ１０４はその出力の接続先が負極シェアスイッチ１１１となる点が正極シェアスイッチ１０３と相違される。１０５は参照容量（検出容量）で、タッチパネルの電極線の容量検出結果が本容量に電圧として残り、この電圧をＡＤ変換回路１１２へ与えて、測定結果のディジタル値とする。
【００６６】
参照容量電圧正極セットスイッチ１０６と参照容量電圧負極セットスイッチ１０７は、参照容量１０５に一定電圧を印加するためのスイッチで、参照容量初期電圧セット信号１２５と参照容量接地信号１２６でそれぞれ定電圧源１２８とグランド電圧ＧＮＤに接続される。接触検出開始時の参照容量１０５へ初期電圧を設定するときに信号１２５、１２６によって双方のスイッチ１０６、１０７がオン状態にされ、これによって参照容量１０５が定電圧源１２８の電圧によって充電される。
【００６７】
正極電極リセットスイッチ１０８と負極電極リセットスイッチ１０９は、セレクタ１０３、１０４で選択されている電極の電圧をグランド電圧ＧＮＤにリセットするためのスイッチである。セレクタ１０３、１０４によってタッチパネル１５の電極線１６の内の２本が選択されているとき、スイッチ１１０、１１１がオン状態にされることにより、当該２本の選択されている電極線がグランド電圧ＧＮＤにリセットされる。リセット後、これらのスイッチ１０８，１０９はオフ状態にされる。スイッチ１０８は正極電極リセット信号１２１によってスイッチ制御され、スイッチ１０９は負極電極リセット信号１２２によってスイッチ制御される。正極シェアスイッチ１１０と負極シェアスイッチ１１１は、セレクタ１０３、１０４で選択されている電極線を参照容量１０５の両端に接続するスイッチであり、前記スイッチ１０８、１０９によって当該電極線がグランド電圧ＧＮＤに初期化された後にオン状態にされ、これにより、参照容量１０５とタッチパネル１５の電極容量との間で電荷のシェアが起こり、正極側のセレクタ１０３と負極側のセレクタ１０４の双方で選択されている電極線の電極容量に比例した量だけ参照容量１０５の電荷が減少する。Ａ／Ｄ変換回路１１２は、参照容量１０５に生じる電圧をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値が容量変換回路１１３へ供給される。
【００６８】
容量変換回路１１３は入力されたディジタル値に基づいてタッチパネル１５の各々の電極線の電極容量に比例した数値を容量値として算出して接触検出回路１１４に与える。接触検出回路１１４は、容量変換回路１１３で算出した容量値をもとに接触の有無の判定を行い、判定結果を接触情報１１８として出力すると共に、同時に各電極線の容量変化強度を算出し、その容量変化強度を座標検出回路１１５に与える。座標検出回路１１５は各電極線の容量変化強度を使用して重心計算により、タッチパネルの接触座標を算出し、これを座標情報１１７として出力する。
【００６９】
検出制御部４５は上記検出動作のための全体的なタイミング制御を行い、セレクタ１０３，１０４の選択信号１１９，１２０、スイッチ１０６〜１１１のスイッチ制御信号１２１〜１２６、及びＡ／Ｄ変換回路１１２の変換スタート信号１２７を生成する。検出制御部４５等の一部の回路はＣＰＵとその動作プログラムによって実現してもよい。
【００７０】
ここで、図４の構成を用いる検出動作の原理を説明する。以下の説明においてＣａは正極セレクタ１０３で選択された電極線の合成電極容量（タッチの場合は人の指容量も含む）、Ｃｂは負極セレクタ１０４で選択された電極線の合成電極容量（タッチの場合は人の指容量も含む）、Ｃｃは参照容量１０５を意味する。一対の電極線に対する１回の検出動作サイクルでは、最初にチャージ動作とシェア動作が行われ、これに続けてリセット動作とシェア動作が所要回数繰り返される。
【００７１】
チャージ動作は図５に例示されるように、Ｃａ，Ｃｂをリセットスイッチ１０８，１９でグランドレベルにリセットし、Ｃｃにチャージスイッチ１０６，１０７で電圧Ｖｃをセットする動作である。シェア動作は図６に例示されるようにシェアスイッチ１１０，１１１でＣａ，Ｃｂ，Ｃｃを直列に接続して電荷再配分を行う動作であり、これにより、Ｃａ，Ｃｂの容量値に応じてＣｃの蓄積電荷（Ｃｃの端子間電圧）が減少する。リセット動作は、図示を省略するが、Ｃｃをそのまま維持してリセットスイッチ１０８，１０９でＣａ，Ｃｂをグランドレベルにリセットする動作である。
【００７２】
図７には前記チャージ動作とシェア動作を行ったときの電圧関係が示される。Ｃａの端子間電圧をＶａ、Ｃｂの端子間電圧をＶｂ、Ｃｃの端子間電圧をＶｃとすれば、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃの直列接続関係より、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂとなる。これに続けてリセット動作とシェア動作を行うと、その都度、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂの関係を維持しながら、Ｃｃの蓄積電荷（Ｃｃの端子間電圧）が更に減少していく。
【００７３】
図８には上記チャージ動作及びシェア動作とこれに続くリセット動作及びシェア動作を積み上げた時の電圧波形が例示される。最初のシェア動作によってＣｃの正側電極はレベル低下し、これに応じてＣｃの負側電極はグランドレベルＧＮＤよりも低くなる。Ｃａ，Ｃｂは、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂの関係を満足する電圧Ｖａ，Ｖｂにされ、当然、ＶｂはグランドレベルＧＮＤに対して負電圧、ＶａはグランドレベルＧＮＤに対して生電圧になる。それ以降のシェア動作では、Ｃｃの正側電極レベルは更に低下し、これに応じてＣｃの負側電極はグランドレベルＧＮＤに近づく。Ｃａ，Ｃｂは、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂの関係を満足する電圧Ｖａ，Ｖｂにされ、リセット動作とシェア動作が繰り返される度にＣｃの端子間電圧が小さくなっていく。シェア動作の期間中に外部からノイズを受けても同相ノイズとしてキャンセルされ動作結果に影響を与えない。積み上げ動作の最後でＣｃの負極側をグランドレベルＧＮＤに接続することによって、測定対象の２本の電極線の電極容量の和に対応する電圧信号Ｖｃを得ることができる。最初のチャージ動作とシェア動作に続けてリセット動作とシェア動作を行って電圧の積み上げを行うのは測定精度を増すためであり、必ずしも積み上げを必要とするわけではない。
【００７４】
上述の原理に従って異なる２本の電極線の電極容量の保持電圧の和に相当する検出信号に基づいて夫々の電極線（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，…）の電極容量を求めるには、最初に電極線Ｌ１，Ｌ３の電極容量に関する検出電圧Ｖ１＋Ｖ３を求め、第２回目に電極線Ｌ１，Ｌ２の電極容量に関する検出電圧Ｖ１＋Ｖ２を求め、第３回目に電極線Ｌ２，Ｌ３の電極容量に関する検出電圧Ｖ２＋Ｖ３を求め、それ以降はＬ３とＬ４、Ｌ４とＬ５というように隣接する電極線に関する検出電圧Ｖ３＋Ｖ４、Ｖ４＋Ｖ５を求めていく。第１回目倍し第３回目の検出結果に対して連立方程式を解くことによってＶ１，Ｖ２，Ｖ３を求めることができ、第４回目の結果にＶ３を代入してＶ４、第５回目の結果にＶ４を代入してＶ５、というようにそれ以降の電極線の電極容量に関する電圧を求めることができ、これによって、タッチセンサのＸ，Ｙ方向の容量分布得ることができ、その容量分布からタッチされた位置の座標を演算することが可能になる。
【００７５】
図４の構成において上記原理に従った検出動作は以下のように行われる。先ず、検出制御部４５は正極セレクタ１０３と負極セレクタ１０４で夫々タッチパネル１５の電極線の内から１本づつ選択するよう正極セレクト信号１１９と負極セレクト信号１２０を出力する。このとき双方の選択電極が同一にならないように制御される。次に、参照容量初期電圧セット信号１２５と参照容量接地信号１２６によって参照容量電圧正極セットスイッチ１０６と参照容量電圧負極セットスイッチ１０７をオンし、参照容量１０５に一定電圧をセットし、セット完了後スイッチ１０６、１０７をオフすることで、参照容量１０５の電圧を保持する。
【００７６】
次に、正極電極リセット信号１２１と負極電極リセット信号１２２を操作することで、正極電極リセットスイッチ１０８と負極電極リセットスイッチ１０９をオンし、前記セレクタ１０３、１０４で正極、負極に選択されている電極線の電圧をグランドレベルＧＮＤにリセットする。リセット後、スイッチ１０８と１０９をオフすることで、選択されている一対の電極線には接地レベルが保持される。
【００７７】
次に、正極シェア信号１２３と負極シェア信号１２４を使用して、正極シェアスイッチ１１０と負極シェアスイッチ１１１をオンすることで、参照容量１０５と夫々のセレクタ１０３、１０４で選択されている電極線を接続し、参照容量１０５から前記電極線へ当該電極線の電極容量に比例した量の電荷が移動する。電荷移動が収束する一定時間後に前記スイッチ１１０と１１１をオフすることで電荷移動が完了し、参照容量１０５からは前記正極と負極に接続された電極線の合計容量に比例した電荷が減少し、これにより、参照容量１０５の保持電圧も減少する。前記電極リセット動作と参照容量シェア接続動作を複数回繰り返すことで生じる参照容量１０５の保持電圧減少分を測定することで、タッチパネル１５の接触状態の有無に応ずる電極容量値を測定する。参照容量１０５の保持電圧測定時には、スイッチ１０７をオンして負極側をグランドレベルＧＮＤにすることで、参照容量１０５の正極の電位が保持電圧となる。この保持電圧がＡ／Ｄ変換回路１１２に与えられてディジタル値に変換される。
【００７８】
図９には上記検出動作の動作タイミングが例示される。ここでは正極セレクト信号１１９がタッチパネル１５の電極線の内、Ｎ番目を選択し、負極セレクト信号１２０がＮ＋１番目の電極線を選択したときの一つの計測サイクルを示す。電極線の選択態様は後述するが少なくとも同一に成らないように制御される
計測サイクルの最初のタイミング０で参照容量初期電圧セット信号１２５と参照容量接地信号１２６がハイレベルとされ、参照容量１０５に一定電圧がセットされる。タイミング１では信号１２５，１２６は共にローレベルにされて参照容量１０５は電源１２８とグランド電位ＧＮＤから切り離され、セットされた電圧を保持する。タイミング１では正極電極リセット信号１２１と負極電極リセット信号１２２がハイレベルにされ、前記セレクタ１０３、１０４で正極、負極に選択されている電極線の電圧をグランドレベルＧＮＤにリセットする。これらの信号１２１、１２２はタイミング２でローレベルにされ、前記正極、負極に選択されている電極線はグランドレベルＧＮＤから切り離される。
【００７９】
タイミング２では、正極シェア信号１２３と負極シェア信号１２４がハイレベルにされ、参照容量１０５とセレクタ１０３、１０４で正極、負極に選択されている電極線が接続され、当該一対の電極線に参照容量１０５から電荷移動が起こる。
【００８０】
タイミング３では正極シェア信号１２３と負極シェア信号１２４がローレベルとされ、参照容量１０５と電極線が切り離され、次の電極リセットの影響が参照１０５に与えられないようにする。
【００８１】
タイミング３から１２はタイミング１と２を複数回繰り返す。この例では、タイミング１、２を含んで６回繰り返しているが、調整によって回数は増減可能である。
【００８２】
最後にタイミング１３で参照容量接地信号１２６のみがハイレベルにされ、同時にＡＤ変換スタート信号１２７もハイレベルとなり、参照容量１０５の保持電圧の測定が行われる。
【００８３】
図中の３０１と３０２は容量測定結果となる電圧を保持する参照容量１０５の両極電極の電圧波形を表す。タイミング０では正極は定電圧、負極はグランドレベルＧＮＤになっており、タイミング１では外部から電圧を与えられない、ハイインピーダンス状態となっており、タイミング０での電圧を保持している。タイミング２において、電極線への電荷転送が起こると同時に、負極側は接地レベルより低いレベルにまで変化する。これはタッチパネル１５の電極線の容量が対グランド容量（対接地容量）であること、そして、参照容量１０５の両極にタッチパネル１５電極が接続されることによる電圧変化であることによる。負極電圧がグランドレベルＧＮＤより低くなることによって、１個の参照容量１０５によって一度に２個の電極線の電極容量を測定可能とし、かつ２個の電極線の電極容量を同一極ではなく正極、負極それぞれに接続することによって、２電極に重畳する同相ノイズを参照容量１０５の上でキャンセルすることが可能になっている。３０３と３０４は参照容量１０５の正極端子と負極端子に同相の正方向パルスノイズが重畳した状態を例示する。正極端子と負極端子で同一方向に同一量だけパルスノイズが重畳しているため、参照容量１０５の両極に同一方向に電位が動きノイズがキャンセルされる。
【００８４】
図１０は容量変換回路１１３による電極線毎の電極容量の値計算方法が例示される。図中４０１の欄は検出動作で選択される電極線の電極容量のペアを示し、４０２の欄は選択電極容量のペアに対する検出動作で得られる容量値の計算式を示し、４０３の欄はＡ／Ｄ変換回路１１２から出力される検出値４９を意味する。
【００８５】
本例では、最初の１組だけＣ１，Ｃ３のように離れた電極線の電極容量を検出対象としているが、それ以外の検出は、隣接する電極線の電極容量を検出対象とし、１電極ずつずらして全ての電極を選択するように検出している。これによって、全体としては電極数と同一回数の検出動作が行われ、４０３の出力値も電極数と同一数だけ得られる。これらの値は４０３の欄に示す容量計算式の値となっており、電極数がＮ本の場合はＮ元の１次方程式を構成している。つまりこのＮ元１次方程式を解くことで、４０３出力値から各電極線の電極容量の値（相関値）を算出することができる。この例では電極線が７本の場合を想定しており、７つの出力値Ｖｘ１〜Ｖｘ７をもとに、容量値Ｖ１〜Ｖ７を求めている。最初の３回の測定は、それぞれ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の３電極から２電極を選択する全組み合わせであり、この３値から４０４、４０５、４０６で示す式により、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を算出する。この３値が確定することで、以降、Ｖ４〜Ｖ７までが順次確定していく。このように算出した容量値が後段の接触検出回路１１４に供給される。
【００８６】
図１１には接触検出回路１１４の構成が例示される。図中５０１は現在容量値、即ち、容量変換回路１１３から出力される電極線毎の容量値である。５０２は接触前容量値、例えば、非タッチの場合における電極線毎の課個の容量値の移動平均値（ベースライン値）である。５０３は減算器、５０４はタッチ／非タッチを識別するための接触検出閾値、５０５は比較器、５０６は接触容量値、５０７は接触情報である。
【００８７】
この構成では過去のそれぞれの電極線の容量値を接触前容量値５０２として保持している。この値の生成方法の一例としては、過去の容量値の移動平均値などがある。現在容量値５０１とこれに対応する電極線の接触前容量値５０２との差分が減算器５０３で計算され、その結果が接触容量値５０６として出力される。また、接触容量値５０６は比較器５０５で接触検出閾値５０４と比較され、接触容量値５０６が接触検出閾値５０４以上の値であった場合にタッチパネル１５の容量電極への接触があったと判定し、接触の有無に応ずる論理値の接触情報５０７が比較器５０５から出力される。
【００８８】
図１２には座標計算回路１１５の構成が示される。６０２は接触容量値５０６を入力する累積加算器、６０３は重み付けカウンタ、６０４は乗算器、６０５は乗算器６０４の出力を入力する累積加算器、６０６は割算器、６０７は接触座標値１１７を出力する解像度変換器である。６０８は水平解像度、６０９は垂直解像度である。
【００８９】
まず外部からの入力である接触容量値５０６は電極線の数と同数だけ逐次入力され、まず累積加算器６０２で累積加算される。また同時に接触容量値５０６は乗算器６０４に入力され、重み付けカウンタ６０３から発生される重み付け値が乗算される。重み付けカウンタ６０３は座標計算回路１１５への接触容量値５０６の入力に同期して更新される。乗算器６０４の出力は累積加算器６０５に入力されて累積加算され、重み付けされた累積値とされる。接触容量値５０６が電極線の数だけ入力されたのち、累積加算器６０２と累積加算器６０５の出力が割算器６０６に入力され、累積加算器６０５の累積加算結果に対する累積加算器６０１の累積加算結果による商を求める。この値が全電極の容量値の重心、つまり接触重心値となる。この後、前記接触重心値は解像度変換器６０７に入力され、水平解像度６０８、垂直解像度６０９のうち一方を使用して、解像度に見合った接触座標値６１０が算出される。
【００９０】
以上により、実施形態１においてタッチ線差装置は液晶パネルからの放射ノイズをキャンセルして、液晶パネルの表示動作状態にかかわらず高精度の接触検出が可能となる。
【００９１】
〔実施の形態２〕
図１３には図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの構成が例示される。実施の形態１と同様にタッチパネル駆動ユニットをＬＣＤドライバなどのＬＳＩ（半導体集積回路）に実装した例を示す。図４で説明した構成要素と同一機能を有するものには同じ参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９２】
７０１はタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化した検出回路ＬＳＩ、７０２はタッチパネル電極信号ピン、７０３は外付け参照容量正極ピン、７０４は外付け参照容量負極ピン、７０５は接触情報出力ピン、７０６は座標情報出力ピンである。
【００９３】
参照容量１０５が検出回路ＬＳＩ７０１の外付け周辺部品となるから、取り付けるタッチパネル１５の特性に応じて外付け参照容量１０５の大きさを選択することがきる、これによって検出感度の調整が容易になり、同一の検出用ＬＳＩ７０１で多様なタッチパネルに対応可能となる。また、半導体集積回路化することで、接続スイッチ１０６〜１１１をオンチップのＭＯＳトランジスタで構成することができる。
【００９４】
図１４には接続スイッチの構成が例示される。図中、８０１はＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）、８０２はＰチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタ）、８０３及び８０４はスイッチ端子、８０５は制御端子、８０６及び８０７はインバータ、８０８はＮＭＯＳ基板電位、８０９は負電源である。
【００９５】
ＮＭＯＳトランジスタ８０１は正極性のスイッチとして動作し、インバータ８０７の出力がハイレベル時にスイッチ端子８０３とスイッチ端子８０４を接続し、相互に信号の入出力を可能とする。ローレベル時にはスイッチ端子８０３と８０４の間の接続を切断し、高インピーダンス状態とする。
【００９６】
８０２のＰＭＯＳトランジスタは負極性のスイッチとして動作し、インバータ８０６の出力がローレベル時にスイッチ８０３と８０４を接続し、相互に信号の入出力を可能とする。ハイレベル時にはスイッチ８０３と８０４の間の接続を切断し、高インピーダンス状態とする。また、インバータ８０６の出力がインバータ８０７の入力となるため、インバータ８０６の出力とインバータ８０７の出力の関係は常に反転となり、結果としてＮＭＯＳトランジスタ８０１とＰＭＯＳトランジスタ８０２は同相でスイッチ制御される。よって、ＮＭＯＳトランジスタ８０１とＰＭＯＳトランジスタ８０２を組み合わせたスイッチは、制御端子８０５がハイレベルのときに接続となり、制御端子８０５がローレベルのときにハイインピーダンスとなる。また、ＮＭＯＳトランジスタの基板電位８０８を負電源とすることで、スイッチ端子８０３，８０４がグランドレベル以下になる場合でも正しく電圧を伝達することができる。図では、便宜上スイッチ１個につき８１０の負電源が１個接続されているが、全てのスイッチの負電源は共通化可能であることはいうまでもない。また、LCDノイズは、高い方向に出るノイズと低い方向に出るノイズが対称となり、大きさがほぼ同一という性質があり、電源電圧を超えるノイズ発生による電荷のリークが起こる確率が正電圧、負電圧ともに等しくなるという理由から、８１０の負電源電圧は、電源電圧１２８とは絶対値的に等しい電圧であることが望ましい。
【００９７】
〔実施の形態３〕
図１５には図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの別の構成が例示される。実施の形態２との相違点は参照容量１０５と共に選択的に参照変動容量９０１を使用可能にした点であり、図４および図１３で説明した構成要素と同一機能を有するものには同じ参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９８】
９０１は参照変動容量、９０２は参照変動容量正極接続スイッチ、９０３は参照変動容量負極接続スイッチ、９０４は参照変動容量接続信号である。図１３との違いは、参照容量１０５の外付をオンチップに変え、さらにもう１個の参照変動容量９０１を参照１０５と並列に配置し、スイッチ９０１，０３で選択的に並列接続可能に構成した点である。
【００９９】
タッチパネル１５電極線はLCDパネル上に搭載されるため、LCDパネルの形状によっては、横方向電極線と縦方向電極線の電極容量が２倍程度の開きがある場合もあり、横方向と縦方向の調整最適値が合わない可能性がある。本実施の形態で示すように、内部に２個の参照用容量１０５，９０１を設け、例えば図2の縦方向の電極線の容量電極（縦に伸びているため容量が大）の検出中には信号９０４をハイレベルとして、スイッチ９０２、９０３をオンとすることによって、参照容量を１０５と９０１の和として動作させ、また、２０２の横方向電極の検出中には、信号９０４をローレベルとして、スイッチ９０２、９０３をオフとし、参照容量を１０５のみとして動作させる。これによって、縦方向と横方向で容量差が大きくなる細長いタッチパネルに対しても性能が劣化しない検出回路を構成可能である。
【０１００】
以上説明した実施の形態によれば、電極線を２本づつ選択し、選択した電極線を参照容量の正極、負極に接続することで、液晶パネルからの放射ノイズが参照容量の両極に同相で印加されることなり、最終的に測定する参照容量の電圧値からノイズの影響を排除することができる。
【０１０１】
半導体集積回路にタッチパネル駆動ユニットをオンチップする場合に参照容量を外付で構成することにより、取り付けるタッチパネルの特性に応じて外付け参照容量を選択することで検出感度の調整が可能となり、タッチパネル駆動ユニットをオンチップする同一の半導体集積回路で多様なタッチパネルに対応可能となる。
【０１０２】
タッチパネル駆動ユニットをオンチップして半導体集積回路化する際に参照容量及び電極線との間で電荷を転送するために用いるＭＯＳスイッチの基板電位を負電源とすることで、参照容量の負極電位がグランドレベルよりも低くなる場合でも誤り無く容量検出を行うことが可能となる。
【０１０３】
タッチパネル駆動ユニットをオンチップして半導体集積回路に設ける参照容量を分離可能に並列に２個の容量素子で構成することにより、接触がない状態での容量値が大きい電極の場合には２個の容量素子を用い、小さい場合に１個の容量素子を用いて検出することで、縦方向と横方向で容量差が大きくなる細長いタッチパネルに対しても性能が劣化しない検出回路を容易に実現可能である。
【０１０４】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１０５】
例えば、参照容量に対するプリチャージ電圧の極性、電極線の電極容量に対するリセットの電荷状態、参照容量の一方の容量電極から信号電圧を取り出すときに他方の容量電極に与える電圧等は上記の電圧関係に限定されず、その極性を反転させ、或いは更に別の電圧関係を採用することも可能である。
【０１０６】
本発明は携帯電話器等の携帯端末装置はもとより、ディスプレイと一体のタッチ入力機構を備えたＰＣや電子機器の操作パネル等に広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０１ タッチパネル電極
１０２ タッチパネル電極信号線
１０３ 正極セレクタ
１０４ 負極セレクタ
１０５ 参照容量
１０６ 参照容量電圧正極セットスイッチ
１０７ 参照容量電圧負極セットスイッチ
１０８ 正極電極リセットスイッチ
１０９ 負極電極リセットスイッチ
１１０ 正極シェアスイッチ
１１１ 負極シェアスイッチ
１１２ A/D変換回路
１１３ 容量変換回路
１１４ 接触検出回路
１１５ 座標検出回路
１１６ タッチパネルタイミング制御部
１１７ 座標情報
１１８ 接触情報
１１９ 正極セレクト信号
１２０ 負極セレクト信号
１２１ 正極電極リセット信号
１２２ 負極電極リセット信号
１２３ 正極シェア信号
１２４ 負極シェア信号
１２５ 参照容量初期電圧セット信号
１２６ 参照容量接地信号
１２７ AD変換スタート信号
２０１ ひし形単位電極
１９ １層目電極（横方向）
１８ ２層目電極（縦方向）
３０１ 参照容量正極電圧波形
３０２ 参照容量負極電圧波形
３０３ 参照容量正極ノイズ波形
３０４ 参照容量負極ノイズ波形
４０１ 選択電極の組
４０２ 選択電極の組が示す容量計算式
４０３ A/D変換回路の出力値
５０１ 現在容量値
５０２ 接触前容量値
５０３ 減算器
５０４ 接触検出閾値
５０５ 比較器
５０６ 接触容量値
５０７ 接触情報
６０１ 接触容量値
６０２、６０５ 累積加算器
６０３ 重み付けカウンタ
６０４ 乗算器
６０６ 割算器
６０７ 解像度変換器
６０８ 水平解像度
６０９ 垂直解像度
６１０ 接触座標値
７０１ 検出回路ＬＳＩ
９０１ 参照変動容量
９０２ 参照変動容量正極接続スイッチ
９０３ 参照変動容量負極接続スイッチ
９０４ 参照変動容量接続信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量形式のタッチ判別装置及びそれを用いた入力装置に関し、例えば液晶ディスプレイに重ねて配置されるタッチパネル装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年バッテリ動作の情報機器、携帯電話などに液晶ディスプレイが搭載されている。これらのディスプレイにはタッチパネル機能が装備される傾向にあり、年々増加している。タッチパネルの方式はいくつか存在し、大きくは抵抗型、静電容量型、インセル型（ＭＯＳセンサ方式）などが代表的となっている。タッチパネルはディスプレイ上、またはディスプレイの表示ピクセル横などに接触を検知する仕掛けを持つ。この仕掛けのほとんどは電気信号としてタッチパネルコントローラに状態を通知することとなり、同じく電気信号で駆動されている液晶ディスプレイ部の信号変化に大きく影響を受ける。影響の１つは液晶ディスプレイの放出する放射ノイズで、ディスプレイ内のコモン電極、ドレイン線の動作がタッチパネルの検知信号にクロスカップリングノイズを引き起こす。これらのノイズに対して以下の特許文献に挙げるような対策が採られてきた。
【０００３】
特許文献１においては、液晶ディスプレイ駆動信号の変化タイミングを外してタッチパネル出力信号のサンプリングを行い、液晶ディスプレイ起因のノイズを回避させることで、サンプリング精度を向上する技術が述べられている。
【０００４】
特許文献２においては、ノイズを含んだタッチパネル出力アナログ信号からフィルタによりノイズ成分を抽出し、もとのアナログ信号から減算することでノイズ成分のキャンセルを行う技術が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６６８８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１２５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方式では、要求されるＡ／Ｄ変換のサンプリング周期がノイズ発生源の周期と同等の場合に、サンプリングタイミングの変更やサンプリング周期の調整が破綻する可能性がある。特に液晶パネルのノイズ源はコモン電極以外にも考えられ、複数のノイズ発生周期が生じる可能性が高く、十分なノイズ回避ができるように調整することが難しいと考えられる。
【０００７】
また、特許文献２では、キャンセルするためのノイズ成分を取り出すフィルタの設計がノイズの周波数特性に依存する。フィルタでノイズのみを分離可能であれば効果が期待できるが、ノイズ分離がうまくいかない場合は、原信号も弱める副作用が発生すると考えられる。また、フィルタは対象となる液晶パネルの構造に大きく依存し、パネル毎にフィルタの最適化、または再設計が必要となると考えられる。さらに、ノイズ強度の製品個体差が大きい場合もフィルタ設計を困難にする可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、ノイズに影響されること無くタッチ判別を行うことができるタッチ判別装置、更にはそれを用いた入力装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１１】
すなわち、夫々容量電極を持つ複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出し、順次検出した多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求める。
【００１２】
２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからその途中でノイズが発生しても同相ノイズとして除去することができる。更に、２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しないから回路規模の縮小に寄与する。
【発明の効果】
【００１３】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１４】
すなわち、液晶ディスプレイ上に搭載された場合等にも、ノイズに影響されること無くタッチ判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に係るタッチセンサ装置を適用したＬＣＤ表示装置のブロック図である。
【図２】図２は図１記載の静電容量型タッチパネルの内部構成を例示するブロック図である。
【図３】図３は図１記載のタッチパネル駆動ユニット内蔵のデータ線駆動ユニットの内部構成を例示するブロック図である。
【図４】図４は図３のタッチパネル駆動ユニットを構成する容量検出部等の構成を例示するブロック図である。
【図５】図５は図４の構成を用いる検出動作の原理説明のためのチャージ動作の説明図である。
【図６】図６は同じく原理説明のためのシェア動作の説明図である。
【図７】図７はチャージ動作とシェア動作を行ったときの電圧関係を示す説明図である。
【図８】図８はチャージ動作及びシェア動作とこれに続くリセット動作及びシェア動作を積み上げた時の電圧波形を例示するタイミングチャートである。
【図９】図９は検出動作のタイミングを例示するタイミングチャートである。
【図１０】図１０は容量変換回路による電極線毎の電極容量の値計算方法を例示する説明図である。
【図１１】図１１は接触検出回路の構成を例示するブロック図である。
【図１２】図１２は座標計算回路の構成を例示するブロック図である。
【図１３】図１３は図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの構成を例示するブロック図である。
【図１４】図１４は接続スイッチの構成を例示する回路図である。
【図１５】図１５は図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの別の構成を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【００１７】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るタッチ判別装置（１０，１５）は、夫々容量電極を持つ複数の電極線（１６、２０〜３５）と、前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部（４８）と、前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部（５０）と、を有する。前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量（１０５，９０１）に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する。
【００１８】
２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからその途中でノイズが発生しても同相ノイズとして除去することができる。更に、２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しないから回路規模の縮小に寄与する。
【００１９】
〔２〕項１のタッチ判別装置において、前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する。
【００２０】
電極線毎に電圧値を用いて複数の電極線における電極容量の分布を得ることができ、これによって接触座標の判別が可能になる。
【００２１】
〔３〕項１又は２のタッチ判別装置において、前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う（図１０）。
【００２２】
これにより、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて得られる電圧値を用いた連立一次方程式を解くことによって前記３本の電極線に関する電圧値を求めることができ、それ以降の電極線ペアの電圧値に対しては、先に求められた電極線の電圧値を用いることによって、容易に各電極線に関する電圧値を順次に求めることが可能になる。
【００２３】
〔４〕項１乃至３の何れかのタッチ判別装置において、前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧（ＧＮＤ）とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする。
【００２４】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００２５】
〔５〕項４のタッチ判別装置において、前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧（ＧＮＤ）として行われ、前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である。
【００２６】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００２７】
〔６〕項５のタッチ判別装置において、前記基準電圧はグランド電圧（ＧＮＤ）である。
【００２８】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００２９】
〔７〕項６のタッチ判別装置において、前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる。
【００３０】
負線圧の信号に対して確実なスイッチング機能を保証することができる。
【００３１】
〔８〕項７のタッチ判別装置において、前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である。
【００３２】
〔９〕項１乃至８の何れかのタッチ判別装置において、前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量（１０５，９０１）から成り、前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する。
【００３３】
タッチパネルのように縦方向と横方向で電極線の電極容量にもともと比較的大きな容量差があるような場合に検出対象の電極線の電極容量の大きさに応じて参照容量の大きさを最適化することが容易である。
【００３４】
〔１０〕項１乃至９の何れかのタッチ判別装置において、前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路（１０３，１０４）と、選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチ（１０８，１０９）と、検出動作に用いられる参照容量（１０５，９０１）と、前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチ（１０６，１０７）と、選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチ（１１０，１１１）と、前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部（４５）とを有する。
【００３５】
〔１１〕項１０のタッチ判別装置において、前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する。
【００３６】
積み上げ動作によって検出精度を上げることができる。
【００３７】
〔１２〕本発明の別の実施の形態に係る入力装置は、表示制御ユニット（６）と、前記表示制御ユニットによって表示制御されるディスプレイパネル（９）と、前記ディスプレイパネルに重ねられたタッチパネル（１５）と、前記タッチパネルの駆動ユニット（１０）とを有する。前記タッチパネルは夫々容量電極を持つ複数の透明な電極線（１６、２０〜３５）を備えると共に、前記駆動ユニットが搭載される。前記駆動ユニットは、前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部（４８）と、前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部（５０）と、を有する。前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量（１０５，９０１）に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する。
【００３８】
２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うからディスプレイパネルの表示動作に同期してノイズが逐次発生する環境下においてもそれを同相ノイズとして除去することができる。更に、２本の電極線をペアとして電極容量の検出動作を行うとき電極線毎に参照容量を配置することを要しないから回路規模の縮小に寄与する。
【００３９】
〔１３〕項１２の入力装置において、前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する。
【００４０】
電極線毎に電圧値を用いて複数の電極線における電極容量の分布を得ることができ、これによって接触座標の判別が可能になる。
【００４１】
〔１４〕項１２又は１３の入力装置において、前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う。
【００４２】
これにより、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて得られる電圧値を用いた連立一次方程式を解くことによって前記３本の電極線に関する電圧値を求めることができ、それ以降の電極線ペアの電圧値に対しては、先に求められた電極線の電圧値を用いることによって、容易に各電極線に関する電圧値を順次に求めることが可能になる。
【００４３】
〔１５〕項１２乃至１４の何れかの入力装置において、前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする。
【００４４】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００４５】
〔１６〕項１５の入力装置において、前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧として行われ、前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である。
【００４６】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００４７】
〔１７〕項１６の入力装置において、前記基準電圧はグランド電圧である。
【００４８】
これにより、電圧値の検出が容易になる。
【００４９】
〔１８〕項１７の入力装置において、前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる。
【００５０】
負線圧の信号に対して確実なスイッチング機能を保証することができる。
【００５１】
〔１９〕項１８の入力装置において、前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である。
【００５２】
〔２０〕項１２乃至１９の何れかの入力装置において、前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量から成り、前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する。
【００５３】
タッチパネルのように縦方向と横方向で電極線の電極容量にもともと比較的大きな容量差があるような場合に検出対象の電極線の電極容量の大きさに応じて参照容量の大きさを最適化することが容易である。
【００５４】
〔２１〕項１２乃至２０の何れかの入力装置において、前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路と、選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチと、検出動作に用いられる参照容量と、前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチと、選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチと、前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部とを有する。
【００５５】
〔２２〕項２１の入力装置において、前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する。
【００５６】
積み上げ動作によって検出精度を上げることができる。
【００５７】
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
【００５８】
〔実施の形態１〕
図１は本発明の一実施の形態に係るタッチセンサ装置を適用したＬＣＤ表示装置の例である。図１において、１は水平同期信号、２は垂直同期信号、３はデータイネーブル、４は表示データ、５は同期クロックである。垂直同期信号１は表示一画面周期（１フレーム周期）の信号、水平同期信号２は一水平周期の信号、データイネーブル信号３は表示データ４が有効である期間（表示有効期間）を示す信号で、全ての信号が同期クロック５に同期して入力される。本実施形態では、これら表示データが、一画面分が左上端の画素から順次ラスタスキャン形式で転送され、１画素分の情報は例えば６ビットのディジタルデータからなる。６は表示制御ユニット、７はデータ線およびタッチパネル制御信号、８は走査線制御信号であり、表示制御ユニット６は、垂直同期信号１、水平同期信号２、データイネーブル信号３、表示データ４、同期クロック５から、表示制御とタッチパネル制御のためのデータ線およびタッチパネル制御信号７と、表示の走査制御のための走査線制御信号８を生成する。
【００５９】
９はＬＣＤパネル、１０はタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット、１１はデータ線駆動信号、１２は走査線駆動ユニット、１３は走査線選択信号、１４は表示画素アレイであり、ＬＣＤパネル９は、１枚のガラス基板上にタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０、走査線駆動ユニット１２、表示画素アレイ１４を設けたものである。特に制限されないが、タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０はＬＳＩ（半導体集積回路）で、走査線駆動ユニット１２と表示画素アレイ１４はガラス基板上に低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）で構成される。タッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０は、データ線およびタッチパネル制御信号７のうちの表示制御に関する信号から、表示画素アレイ１４に書き込む信号電圧を生成するとともに、タッチパネルの操作によって得られる信号からタッチパネル上で操作された位置の座標を示す座標信号１７を生成する。走査線駆動ユニット１２は、データ線駆動信号１１として出力される書込み信号電圧を書き込む走査線を選択するための走査線選択信号１３を出力する。表示画素アレイ１４は、走査線選択信号１３によって選択したライン上の画素にデータ線駆動信号１１として出力される書込み信号電圧を書込み、書込み電圧に応じた階調制御を行う。１５は静電容量型タッチパネル、１６は検出電極線であり、静電容量型タッチパネル１５は、直交する複数の透明導電膜（ＩＴＯ）による電極線を備える基板である。各々の電極線は検出電極線１６としてタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０に入力される。
【００６０】
図２は図１記載の静電容量型タッチパネル１５の内部構成の一実施形態である。１８はＸ電極線２０に形成されたＸ電極、１９はＹ電極線に形成されたＹ電極であり、各々水平方向に配置されるＸ電極線と垂直方向に配置されるＹ電極線の交点以外の領域に多数設けられている。本実施形態は、交点以外の領域を同じ形、面積の菱形で埋める構成とする。２０乃至２５はＸ電極線、２６乃至３５はＹ電極線であり、ＸとＹが非接触で直交する形で配置され、すべての電極線が検出電極線１６として出力される。特に制限されないが、本実施形態では、Ｘ電極線が６本、Ｙ電極線が１０本で構成される。したがって、Ｘ電極１８、Ｙ電極１９と同一の電極が、夫々のＸ電極線上に１０個、夫々のＹ電極線上に６個、設けられることとなる。
【００６１】
更に詳しくは、タッチパネル１５の電極は相互に絶縁された２層の電極構造を有し、ひし形の単位電極が１層目では横方向に、２層目は縦方向に接続された構造となっている。このひし形の上部に指などを接近させることで容量が変化し、この変化を測定することで、パネルへの指などの接近、接触を検知可能となっている。１層目は横方向に接続されることで、この横方向に伸びた帯の付近への接触を検知することが可能となっている。つまり、前記横方向帯の容量を全電極について測定することで、縦方向のどこに接触したかを検知可能となっている。一方、横方向については、どの位置に接触してもほぼ同一の容量変化となるために、１層目だけで横方向についての検知はできない。一方２層目は縦方向にひし形電極が接続されているため、縦方向に伸びた帯の近辺への接触を検知することが可能となっており、横方向のどこに接触したかを検知可能となっている。つまり１層目は縦方向、２層目は横方向の位置検出が可能となるため、双方合わせることで２次元座標の測定が可能となる。
【００６２】
図３は図１記載のタッチパネル駆動ユニット内蔵データ線駆動ユニット１０の内部構成を例示する。３６はデータシフト部、３７はデータ開始信号、３８はデータシフトクロック、３９はシリアル表示データ、４０はパラレル表示データである。データシフト部３６は、データ開始信号３７を基準に、データシフトクロック３８に従ってシリアル表示データ３９を取り込み、パラレル表示データ４０として順次出力する。４１は１ラインラッチ部、４２は水平ラッチクロック、４３は１ラインデータである。１ラインラッチ部４１は、順次出力されるパラレル表示データ４０を、１ライン分の出力が終了するタイミングを示す水平ラッチクロック４２に従って、１ラインデータ４３として出力する。４４はＤ／Ａ変換部であり、ディジタル値である１ラインデータ４３をアナログ値に変換し、画素への書込み信号となるデータ線駆動信号１１として出力する。
【００６３】
４５は検出制御部、４６は検出スイッチ駆動信号、４７は座標変換タイミング信号、４８は容量検出部、４９は容量差分値、５０は座標変換部である。検出制御部４５は、容量検出部４８における検出動作を制御するための検出スイッチ駆動信号４６と、座標変換部５０における動作を制御するための座標変換制御信号４７を生成する。本実施形態では、検出動作、座標変換動作が水平ラッチクロック４２に同期して一水平期間を基準として行うものとする。容量検出部４８は、検出電極線１６のなかの２本の電極線の電極容量を用いた電荷再配分による検出動作を行って容量検出信号４９を出力する。座標変換部５０は、容量検出信号４９を用いて各々の電極線の容量を計算し、その容量の分布状態からタッチされた位置の座標を算出し、算出した座標を示す座標信号１７を出力する。
【００６４】
図４には図３のタッチパネル駆動ユニットを構成する容量検出部４８等の構成が例示される。図中１０１はタッチパネル電極、１０２はタッチパネル電極信号線、１０３は正極セレクタ、１０４は負極セレクタ、１０５は参照容量、１０６は参照容量電圧正極セットスイッチ、１０７は参照容量電圧負極セットスイッチ、１０８は正極電極リセットスイッチ、１０９は負極電極リセットスイッチ、１１０は正極シェアスイッチ、１１１は負極シェアスイッチ、１１２はA/D変換回路、１１３は容量変換回路、１１４は接触検出回路、１１５は座標検出回路、１１６はタッチパネルタイミング制御部、１１７は座標情報、１１８は接触情報、１１９は正極セレクト信号、１２０は負極セレクト信号、１２１は正極電極リセット信号、１２２は負極電極リセット信号、１２３は正極シェア信号、１２４は負極シェア信号、１２５は参照容量初期電圧セット信号、１２６は参照容量接地信号、１２７はＡＤ変換スタート信号である。
【００６５】
タッチパネルの電極線１６は正極セレクタ１０３と負極セレクタ１０４の入力に接続される。正極セレクタ１０３は複数の電極線１６のうち任意の１本を選択して出力に接続する。この正極セレクタ１０３はアナログスイッチで構成され、これによって選択された１本の電極線１６と正極シェアスイッチ１１０とを接続し、選択時には、スイッチ１１０両端の電位は双方向に伝播するよう動作する。負極セレクタ１０４はその出力の接続先が負極シェアスイッチ１１１となる点が正極シェアスイッチ１０３と相違される。１０５は参照容量（検出容量）で、タッチパネルの電極線の容量検出結果が本容量に電圧として残り、この電圧をＡＤ変換回路１１２へ与えて、測定結果のディジタル値とする。
【００６６】
参照容量電圧正極セットスイッチ１０６と参照容量電圧負極セットスイッチ１０７は、参照容量１０５に一定電圧を印加するためのスイッチで、参照容量初期電圧セット信号１２５と参照容量接地信号１２６でそれぞれ定電圧源１２８とグランド電圧ＧＮＤに接続される。接触検出開始時の参照容量１０５へ初期電圧を設定するときに信号１２５、１２６によって双方のスイッチ１０６、１０７がオン状態にされ、これによって参照容量１０５が定電圧源１２８の電圧によって充電される。
【００６７】
正極電極リセットスイッチ１０８と負極電極リセットスイッチ１０９は、セレクタ１０３、１０４で選択されている電極の電圧をグランド電圧ＧＮＤにリセットするためのスイッチである。セレクタ１０３、１０４によってタッチパネル１５の電極線１６の内の２本が選択されているとき、スイッチ１１０、１１１がオン状態にされることにより、当該２本の選択されている電極線がグランド電圧ＧＮＤにリセットされる。リセット後、これらのスイッチ１０８，１０９はオフ状態にされる。スイッチ１０８は正極電極リセット信号１２１によってスイッチ制御され、スイッチ１０９は負極電極リセット信号１２２によってスイッチ制御される。正極シェアスイッチ１１０と負極シェアスイッチ１１１は、セレクタ１０３、１０４で選択されている電極線を参照容量１０５の両端に接続するスイッチであり、前記スイッチ１０８、１０９によって当該電極線がグランド電圧ＧＮＤに初期化された後にオン状態にされ、これにより、参照容量１０５とタッチパネル１５の電極容量との間で電荷のシェアが起こり、正極側のセレクタ１０３と負極側のセレクタ１０４の双方で選択されている電極線の電極容量に比例した量だけ参照容量１０５の電荷が減少する。Ａ／Ｄ変換回路１１２は、参照容量１０５に生じる電圧をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値が容量変換回路１１３へ供給される。
【００６８】
容量変換回路１１３は入力されたディジタル値に基づいてタッチパネル１５の各々の電極線の電極容量に比例した数値を容量値として算出して接触検出回路１１４に与える。接触検出回路１１４は、容量変換回路１１３で算出した容量値をもとに接触の有無の判定を行い、判定結果を接触情報１１８として出力すると共に、同時に各電極線の容量変化強度を算出し、その容量変化強度を座標検出回路１１５に与える。座標検出回路１１５は各電極線の容量変化強度を使用して重心計算により、タッチパネルの接触座標を算出し、これを座標情報１１７として出力する。
【００６９】
検出制御部４５は上記検出動作のための全体的なタイミング制御を行い、セレクタ１０３，１０４の選択信号１１９，１２０、スイッチ１０６〜１１１のスイッチ制御信号１２１〜１２６、及びＡ／Ｄ変換回路１１２の変換スタート信号１２７を生成する。検出制御部４５等の一部の回路はＣＰＵとその動作プログラムによって実現してもよい。
【００７０】
ここで、図４の構成を用いる検出動作の原理を説明する。以下の説明においてＣａは正極セレクタ１０３で選択された電極線の合成電極容量（タッチの場合は人の指容量も含む）、Ｃｂは負極セレクタ１０４で選択された電極線の合成電極容量（タッチの場合は人の指容量も含む）、Ｃｃは参照容量１０５を意味する。一対の電極線に対する１回の検出動作サイクルでは、最初にチャージ動作とシェア動作が行われ、これに続けてリセット動作とシェア動作が所要回数繰り返される。
【００７１】
チャージ動作は図５に例示されるように、Ｃａ，Ｃｂをリセットスイッチ１０８，１９でグランドレベルにリセットし、Ｃｃにチャージスイッチ１０６，１０７で電圧Ｖｃをセットする動作である。シェア動作は図６に例示されるようにシェアスイッチ１１０，１１１でＣａ，Ｃｂ，Ｃｃを直列に接続して電荷再配分を行う動作であり、これにより、Ｃａ，Ｃｂの容量値に応じてＣｃの蓄積電荷（Ｃｃの端子間電圧）が減少する。リセット動作は、図示を省略するが、Ｃｃをそのまま維持してリセットスイッチ１０８，１０９でＣａ，Ｃｂをグランドレベルにリセットする動作である。
【００７２】
図７には前記チャージ動作とシェア動作を行ったときの電圧関係が示される。Ｃａの端子間電圧をＶａ、Ｃｂの端子間電圧をＶｂ、Ｃｃの端子間電圧をＶｃとすれば、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃの直列接続関係より、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂとなる。これに続けてリセット動作とシェア動作を行うと、その都度、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂの関係を維持しながら、Ｃｃの蓄積電荷（Ｃｃの端子間電圧）が更に減少していく。
【００７３】
図８には上記チャージ動作及びシェア動作とこれに続くリセット動作及びシェア動作を積み上げた時の電圧波形が例示される。最初のシェア動作によってＣｃの正側電極はレベル低下し、これに応じてＣｃの負側電極はグランドレベルＧＮＤよりも低くなる。Ｃａ，Ｃｂは、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂの関係を満足する電圧Ｖａ，Ｖｂにされ、当然、ＶｂはグランドレベルＧＮＤに対して負電圧、ＶａはグランドレベルＧＮＤに対して生電圧になる。それ以降のシェア動作では、Ｃｃの正側電極レベルは更に低下し、これに応じてＣｃの負側電極はグランドレベルＧＮＤに近づく。Ｃａ，Ｃｂは、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂの関係を満足する電圧Ｖａ，Ｖｂにされ、リセット動作とシェア動作が繰り返される度にＣｃの端子間電圧が小さくなっていく。シェア動作の期間中に外部からノイズを受けても同相ノイズとしてキャンセルされ動作結果に影響を与えない。積み上げ動作の最後でＣｃの負極側をグランドレベルＧＮＤに接続することによって、測定対象の２本の電極線の電極容量の和に対応する電圧信号Ｖｃを得ることができる。最初のチャージ動作とシェア動作に続けてリセット動作とシェア動作を行って電圧の積み上げを行うのは測定精度を増すためであり、必ずしも積み上げを必要とするわけではない。
【００７４】
上述の原理に従って異なる２本の電極線の電極容量の保持電圧の和に相当する検出信号に基づいて夫々の電極線（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，…）の電極容量を求めるには、最初に電極線Ｌ１，Ｌ３の電極容量に関する検出電圧Ｖ１＋Ｖ３を求め、第２回目に電極線Ｌ１，Ｌ２の電極容量に関する検出電圧Ｖ１＋Ｖ２を求め、第３回目に電極線Ｌ２，Ｌ３の電極容量に関する検出電圧Ｖ２＋Ｖ３を求め、それ以降はＬ３とＬ４、Ｌ４とＬ５というように隣接する電極線に関する検出電圧Ｖ３＋Ｖ４、Ｖ４＋Ｖ５を求めていく。第１回目倍し第３回目の検出結果に対して連立方程式を解くことによってＶ１，Ｖ２，Ｖ３を求めることができ、第４回目の結果にＶ３を代入してＶ４、第５回目の結果にＶ４を代入してＶ５、というようにそれ以降の電極線の電極容量に関する電圧を求めることができ、これによって、タッチセンサのＸ，Ｙ方向の容量分布得ることができ、その容量分布からタッチされた位置の座標を演算することが可能になる。
【００７５】
図４の構成において上記原理に従った検出動作は以下のように行われる。先ず、検出制御部４５は正極セレクタ１０３と負極セレクタ１０４で夫々タッチパネル１５の電極線の内から１本づつ選択するよう正極セレクト信号１１９と負極セレクト信号１２０を出力する。このとき双方の選択電極が同一にならないように制御される。次に、参照容量初期電圧セット信号１２５と参照容量接地信号１２６によって参照容量電圧正極セットスイッチ１０６と参照容量電圧負極セットスイッチ１０７をオンし、参照容量１０５に一定電圧をセットし、セット完了後スイッチ１０６、１０７をオフすることで、参照容量１０５の電圧を保持する。
【００７６】
次に、正極電極リセット信号１２１と負極電極リセット信号１２２を操作することで、正極電極リセットスイッチ１０８と負極電極リセットスイッチ１０９をオンし、前記セレクタ１０３、１０４で正極、負極に選択されている電極線の電圧をグランドレベルＧＮＤにリセットする。リセット後、スイッチ１０８と１０９をオフすることで、選択されている一対の電極線には接地レベルが保持される。
【００７７】
次に、正極シェア信号１２３と負極シェア信号１２４を使用して、正極シェアスイッチ１１０と負極シェアスイッチ１１１をオンすることで、参照容量１０５と夫々のセレクタ１０３、１０４で選択されている電極線を接続し、参照容量１０５から前記電極線へ当該電極線の電極容量に比例した量の電荷が移動する。電荷移動が収束する一定時間後に前記スイッチ１１０と１１１をオフすることで電荷移動が完了し、参照容量１０５からは前記正極と負極に接続された電極線の合計容量に比例した電荷が減少し、これにより、参照容量１０５の保持電圧も減少する。前記電極リセット動作と参照容量シェア接続動作を複数回繰り返すことで生じる参照容量１０５の保持電圧減少分を測定することで、タッチパネル１５の接触状態の有無に応ずる電極容量値を測定する。参照容量１０５の保持電圧測定時には、スイッチ１０７をオンして負極側をグランドレベルＧＮＤにすることで、参照容量１０５の正極の電位が保持電圧となる。この保持電圧がＡ／Ｄ変換回路１１２に与えられてディジタル値に変換される。
【００７８】
図９には上記検出動作の動作タイミングが例示される。ここでは正極セレクト信号１１９がタッチパネル１５の電極線の内、Ｎ番目を選択し、負極セレクト信号１２０がＮ＋１番目の電極線を選択したときの一つの計測サイクルを示す。電極線の選択態様は後述するが少なくとも同一に成らないように制御される
計測サイクルの最初のタイミング０で参照容量初期電圧セット信号１２５と参照容量接地信号１２６がハイレベルとされ、参照容量１０５に一定電圧がセットされる。タイミング１では信号１２５，１２６は共にローレベルにされて参照容量１０５は電源１２８とグランド電位ＧＮＤから切り離され、セットされた電圧を保持する。タイミング１では正極電極リセット信号１２１と負極電極リセット信号１２２がハイレベルにされ、前記セレクタ１０３、１０４で正極、負極に選択されている電極線の電圧をグランドレベルＧＮＤにリセットする。これらの信号１２１、１２２はタイミング２でローレベルにされ、前記正極、負極に選択されている電極線はグランドレベルＧＮＤから切り離される。
【００７９】
タイミング２では、正極シェア信号１２３と負極シェア信号１２４がハイレベルにされ、参照容量１０５とセレクタ１０３、１０４で正極、負極に選択されている電極線が接続され、当該一対の電極線に参照容量１０５から電荷移動が起こる。
【００８０】
タイミング３では正極シェア信号１２３と負極シェア信号１２４がローレベルとされ、参照容量１０５と電極線が切り離され、次の電極リセットの影響が参照１０５に与えられないようにする。
【００８１】
タイミング３から１２はタイミング１と２を複数回繰り返す。この例では、タイミング１、２を含んで６回繰り返しているが、調整によって回数は増減可能である。
【００８２】
最後にタイミング１３で参照容量接地信号１２６のみがハイレベルにされ、同時にＡＤ変換スタート信号１２７もハイレベルとなり、参照容量１０５の保持電圧の測定が行われる。
【００８３】
図中の３０１と３０２は容量測定結果となる電圧を保持する参照容量１０５の両極電極の電圧波形を表す。タイミング０では正極は定電圧、負極はグランドレベルＧＮＤになっており、タイミング１では外部から電圧を与えられない、ハイインピーダンス状態となっており、タイミング０での電圧を保持している。タイミング２において、電極線への電荷転送が起こると同時に、負極側は接地レベルより低いレベルにまで変化する。これはタッチパネル１５の電極線の容量が対グランド容量（対接地容量）であること、そして、参照容量１０５の両極にタッチパネル１５電極が接続されることによる電圧変化であることによる。負極電圧がグランドレベルＧＮＤより低くなることによって、１個の参照容量１０５によって一度に２個の電極線の電極容量を測定可能とし、かつ２個の電極線の電極容量を同一極ではなく正極、負極それぞれに接続することによって、２電極に重畳する同相ノイズを参照容量１０５の上でキャンセルすることが可能になっている。３０３と３０４は参照容量１０５の正極端子と負極端子に同相の正方向パルスノイズが重畳した状態を例示する。正極端子と負極端子で同一方向に同一量だけパルスノイズが重畳しているため、参照容量１０５の両極に同一方向に電位が動きノイズがキャンセルされる。
【００８４】
図１０は容量変換回路１１３による電極線毎の電極容量の値計算方法が例示される。図中４０１の欄は検出動作で選択される電極線の電極容量のペアを示し、４０２の欄は選択電極容量のペアに対する検出動作で得られる容量値の計算式を示し、４０３の欄はＡ／Ｄ変換回路１１２から出力される検出値４９を意味する。
【００８５】
本例では、最初の１組だけＣ１，Ｃ３のように離れた電極線の電極容量を検出対象としているが、それ以外の検出は、隣接する電極線の電極容量を検出対象とし、１電極ずつずらして全ての電極を選択するように検出している。これによって、全体としては電極数と同一回数の検出動作が行われ、４０３の出力値も電極数と同一数だけ得られる。これらの値は４０３の欄に示す容量計算式の値となっており、電極数がＮ本の場合はＮ元の１次方程式を構成している。つまりこのＮ元１次方程式を解くことで、４０３出力値から各電極線の電極容量の値（相関値）を算出することができる。この例では電極線が７本の場合を想定しており、７つの出力値Ｖｘ１〜Ｖｘ７をもとに、容量値Ｖ１〜Ｖ７を求めている。最初の３回の測定は、それぞれ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の３電極から２電極を選択する全組み合わせであり、この３値から４０４、４０５、４０６で示す式により、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を算出する。この３値が確定することで、以降、Ｖ４〜Ｖ７までが順次確定していく。このように算出した容量値が後段の接触検出回路１１４に供給される。
【００８６】
図１１には接触検出回路１１４の構成が例示される。図中５０１は現在容量値、即ち、容量変換回路１１３から出力される電極線毎の容量値である。５０２は接触前容量値、例えば、非タッチの場合における電極線毎の課個の容量値の移動平均値（ベースライン値）である。５０３は減算器、５０４はタッチ／非タッチを識別するための接触検出閾値、５０５は比較器、５０６は接触容量値、５０７は接触情報である。
【００８７】
この構成では過去のそれぞれの電極線の容量値を接触前容量値５０２として保持している。この値の生成方法の一例としては、過去の容量値の移動平均値などがある。現在容量値５０１とこれに対応する電極線の接触前容量値５０２との差分が減算器５０３で計算され、その結果が接触容量値５０６として出力される。また、接触容量値５０６は比較器５０５で接触検出閾値５０４と比較され、接触容量値５０６が接触検出閾値５０４以上の値であった場合にタッチパネル１５の容量電極への接触があったと判定し、接触の有無に応ずる論理値の接触情報５０７が比較器５０５から出力される。
【００８８】
図１２には座標計算回路１１５の構成が示される。６０２は接触容量値５０６を入力する累積加算器、６０３は重み付けカウンタ、６０４は乗算器、６０５は乗算器６０４の出力を入力する累積加算器、６０６は割算器、６０７は接触座標値１１７を出力する解像度変換器である。６０８は水平解像度、６０９は垂直解像度である。
【００８９】
まず外部からの入力である接触容量値５０６は電極線の数と同数だけ逐次入力され、まず累積加算器６０２で累積加算される。また同時に接触容量値５０６は乗算器６０４に入力され、重み付けカウンタ６０３から発生される重み付け値が乗算される。重み付けカウンタ６０３は座標計算回路１１５への接触容量値５０６の入力に同期して更新される。乗算器６０４の出力は累積加算器６０５に入力されて累積加算され、重み付けされた累積値とされる。接触容量値５０６が電極線の数だけ入力されたのち、累積加算器６０２と累積加算器６０５の出力が割算器６０６に入力され、累積加算器６０５の累積加算結果に対する累積加算器６０１の累積加算結果による商を求める。この値が全電極の容量値の重心、つまり接触重心値となる。この後、前記接触重心値は解像度変換器６０７に入力され、水平解像度６０８、垂直解像度６０９のうち一方を使用して、解像度に見合った接触座標値６１０が算出される。
【００９０】
以上により、実施形態１においてタッチ線差装置は液晶パネルからの放射ノイズをキャンセルして、液晶パネルの表示動作状態にかかわらず高精度の接触検出が可能となる。
【００９１】
〔実施の形態２〕
図１３には図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの構成が例示される。実施の形態１と同様にタッチパネル駆動ユニットをＬＣＤドライバなどのＬＳＩ（半導体集積回路）に実装した例を示す。図４で説明した構成要素と同一機能を有するものには同じ参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９２】
７０１はタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化した検出回路ＬＳＩ、７０２はタッチパネル電極信号ピン、７０３は外付け参照容量正極ピン、７０４は外付け参照容量負極ピン、７０５は接触情報出力ピン、７０６は座標情報出力ピンである。
【００９３】
参照容量１０５が検出回路ＬＳＩ７０１の外付け周辺部品となるから、取り付けるタッチパネル１５の特性に応じて外付け参照容量１０５の大きさを選択することがきる、これによって検出感度の調整が容易になり、同一の検出用ＬＳＩ７０１で多様なタッチパネルに対応可能となる。また、半導体集積回路化することで、接続スイッチ１０６〜１１１をオンチップのＭＯＳトランジスタで構成することができる。
【００９４】
図１４には接続スイッチの構成が例示される。図中、８０１はＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）、８０２はＰチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳトランジスタ）、８０３及び８０４はスイッチ端子、８０５は制御端子、８０６及び８０７はインバータ、８０８はＮＭＯＳ基板電位、８０９は負電源である。
【００９５】
ＮＭＯＳトランジスタ８０１は正極性のスイッチとして動作し、インバータ８０７の出力がハイレベル時にスイッチ端子８０３とスイッチ端子８０４を接続し、相互に信号の入出力を可能とする。ローレベル時にはスイッチ端子８０３と８０４の間の接続を切断し、高インピーダンス状態とする。
【００９６】
８０２のＰＭＯＳトランジスタは負極性のスイッチとして動作し、インバータ８０６の出力がローレベル時にスイッチ８０３と８０４を接続し、相互に信号の入出力を可能とする。ハイレベル時にはスイッチ８０３と８０４の間の接続を切断し、高インピーダンス状態とする。また、インバータ８０６の出力がインバータ８０７の入力となるため、インバータ８０６の出力とインバータ８０７の出力の関係は常に反転となり、結果としてＮＭＯＳトランジスタ８０１とＰＭＯＳトランジスタ８０２は同相でスイッチ制御される。よって、ＮＭＯＳトランジスタ８０１とＰＭＯＳトランジスタ８０２を組み合わせたスイッチは、制御端子８０５がハイレベルのときに接続となり、制御端子８０５がローレベルのときにハイインピーダンスとなる。また、ＮＭＯＳトランジスタの基板電位８０８を負電源とすることで、スイッチ端子８０３，８０４がグランドレベル以下になる場合でも正しく電圧を伝達することができる。図では、便宜上スイッチ１個につき８１０の負電源が１個接続されているが、全てのスイッチの負電源は共通化可能であることはいうまでもない。また、LCDノイズは、高い方向に出るノイズと低い方向に出るノイズが対称となり、大きさがほぼ同一という性質があり、電源電圧を超えるノイズ発生による電荷のリークが起こる確率が正電圧、負電圧ともに等しくなるという理由から、８１０の負電源電圧は、電源電圧１２８とは絶対値的に等しい電圧であることが望ましい。
【００９７】
〔実施の形態３〕
図１５には図３のタッチパネル駆動ユニットを半導体集積回路化したときの別の構成が例示される。実施の形態２との相違点は参照容量１０５と共に選択的に参照変動容量９０１を使用可能にした点であり、図４および図１３で説明した構成要素と同一機能を有するものには同じ参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９８】
９０１は参照変動容量、９０２は参照変動容量正極接続スイッチ、９０３は参照変動容量負極接続スイッチ、９０４は参照変動容量接続信号である。図１３との違いは、参照容量１０５の外付をオンチップに変え、さらにもう１個の参照変動容量９０１を参照１０５と並列に配置し、スイッチ９０１，０３で選択的に並列接続可能に構成した点である。
【００９９】
タッチパネル１５電極線はLCDパネル上に搭載されるため、LCDパネルの形状によっては、横方向電極線と縦方向電極線の電極容量が２倍程度の開きがある場合もあり、横方向と縦方向の調整最適値が合わない可能性がある。本実施の形態で示すように、内部に２個の参照用容量１０５，９０１を設け、例えば図2の縦方向の電極線の容量電極（縦に伸びているため容量が大）の検出中には信号９０４をハイレベルとして、スイッチ９０２、９０３をオンとすることによって、参照容量を１０５と９０１の和として動作させ、また、２０２の横方向電極の検出中には、信号９０４をローレベルとして、スイッチ９０２、９０３をオフとし、参照容量を１０５のみとして動作させる。これによって、縦方向と横方向で容量差が大きくなる細長いタッチパネルに対しても性能が劣化しない検出回路を構成可能である。
【０１００】
以上説明した実施の形態によれば、電極線を２本づつ選択し、選択した電極線を参照容量の正極、負極に接続することで、液晶パネルからの放射ノイズが参照容量の両極に同相で印加されることなり、最終的に測定する参照容量の電圧値からノイズの影響を排除することができる。
【０１０１】
半導体集積回路にタッチパネル駆動ユニットをオンチップする場合に参照容量を外付で構成することにより、取り付けるタッチパネルの特性に応じて外付け参照容量を選択することで検出感度の調整が可能となり、タッチパネル駆動ユニットをオンチップする同一の半導体集積回路で多様なタッチパネルに対応可能となる。
【０１０２】
タッチパネル駆動ユニットをオンチップして半導体集積回路化する際に参照容量及び電極線との間で電荷を転送するために用いるＭＯＳスイッチの基板電位を負電源とすることで、参照容量の負極電位がグランドレベルよりも低くなる場合でも誤り無く容量検出を行うことが可能となる。
【０１０３】
タッチパネル駆動ユニットをオンチップして半導体集積回路に設ける参照容量を分離可能に並列に２個の容量素子で構成することにより、接触がない状態での容量値が大きい電極の場合には２個の容量素子を用い、小さい場合に１個の容量素子を用いて検出することで、縦方向と横方向で容量差が大きくなる細長いタッチパネルに対しても性能が劣化しない検出回路を容易に実現可能である。
【０１０４】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１０５】
例えば、参照容量に対するプリチャージ電圧の極性、電極線の電極容量に対するリセットの電荷状態、参照容量の一方の容量電極から信号電圧を取り出すときに他方の容量電極に与える電圧等は上記の電圧関係に限定されず、その極性を反転させ、或いは更に別の電圧関係を採用することも可能である。
【０１０６】
本発明は携帯電話器等の携帯端末装置はもとより、ディスプレイと一体のタッチ入力機構を備えたＰＣや電子機器の操作パネル等に広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０１ タッチパネル電極
１０２ タッチパネル電極信号線
１０３ 正極セレクタ
１０４ 負極セレクタ
１０５ 参照容量
１０６ 参照容量電圧正極セットスイッチ
１０７ 参照容量電圧負極セットスイッチ
１０８ 正極電極リセットスイッチ
１０９ 負極電極リセットスイッチ
１１０ 正極シェアスイッチ
１１１ 負極シェアスイッチ
１１２ A/D変換回路
１１３ 容量変換回路
１１４ 接触検出回路
１１５ 座標検出回路
１１６ タッチパネルタイミング制御部
１１７ 座標情報
１１８ 接触情報
１１９ 正極セレクト信号
１２０ 負極セレクト信号
１２１ 正極電極リセット信号
１２２ 負極電極リセット信号
１２３ 正極シェア信号
１２４ 負極シェア信号
１２５ 参照容量初期電圧セット信号
１２６ 参照容量接地信号
１２７ AD変換スタート信号
２０１ ひし形単位電極
１９ １層目電極（横方向）
１８ ２層目電極（縦方向）
３０１ 参照容量正極電圧波形
３０２ 参照容量負極電圧波形
３０３ 参照容量正極ノイズ波形
３０４ 参照容量負極ノイズ波形
４０１ 選択電極の組
４０２ 選択電極の組が示す容量計算式
４０３ A/D変換回路の出力値
５０１ 現在容量値
５０２ 接触前容量値
５０３ 減算器
５０４ 接触検出閾値
５０５ 比較器
５０６ 接触容量値
５０７ 接触情報
６０１ 接触容量値
６０２、６０５ 累積加算器
６０３ 重み付けカウンタ
６０４ 乗算器
６０６ 割算器
６０７ 解像度変換器
６０８ 水平解像度
６０９ 垂直解像度
６１０ 接触座標値
７０１ 検出回路ＬＳＩ
９０１ 参照変動容量
９０２ 参照変動容量正極接続スイッチ
９０３ 参照変動容量負極接続スイッチ
９０４ 参照変動容量接続信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々容量電極を持つ複数の電極線と、
前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部と、を有し、
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する、タッチ判別装置。
【請求項２】
前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項３】
前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項５】
前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、
前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧として行われ、
前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である、請求項４記載のタッチ判別装置。
【請求項６】
前記基準電圧はグランド電圧である、請求項５記載のタッチ判別装置。
【請求項７】
前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる、請求項６記載のタッチ判別装置。
【請求項８】
前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である、請求項７記載のタッチ判別装置。
【請求項９】
前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量から成り、
前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項１０】
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路と、
選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチと、
検出動作に用いられる参照容量と、
前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチと、
選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチと、
前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部とを有する、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する、請求項１０記載のタッチ判別装置。
【請求項１２】
表示制御ユニットと、前記表示制御ユニットによって表示制御されるディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルに重ねられたタッチパネルと、前記タッチパネルの駆動ユニットとを有する入力装置であって、
前記タッチパネルは夫々容量電極を持つ複数の透明な電極線を備えると共に、前記駆動ユニットが搭載され、
前記駆動ユニットは、前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部と、を有し、
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する、入力装置。
【請求項１３】
前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する、請求項１２記載の入力装置。
【請求項１４】
前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う、請求項１２記載の入力装置。
【請求項１５】
前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする、請求項１２記載の入力装置。
【請求項１６】
前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、
前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧として行われ、
前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である、請求項１５記載の入力装置。
【請求項１７】
前記基準電圧はグランド電圧である、請求項１６記載の入力装置。
【請求項１８】
前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる、請求項１７記載の入力装置。
【請求項１９】
前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である、請求項１８記載の入力装置。
【請求項２０】
前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量から成り、
前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する、請求項１２記載の入力装置。
【請求項２１】
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路と、
選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチと、
検出動作に用いられる参照容量と、
前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチと、
選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチと、
前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部とを有する、請求項１２記載の入力装置。
【請求項２２】
前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する、請求項２１記載の入力装置。
【請求項１】
夫々容量電極を持つ複数の電極線と、
前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部と、を有し、
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する、タッチ判別装置。
【請求項２】
前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項３】
前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項５】
前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、
前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧として行われ、
前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である、請求項４記載のタッチ判別装置。
【請求項６】
前記基準電圧はグランド電圧である、請求項５記載のタッチ判別装置。
【請求項７】
前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる、請求項６記載のタッチ判別装置。
【請求項８】
前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である、請求項７記載のタッチ判別装置。
【請求項９】
前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量から成り、
前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項１０】
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路と、
選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチと、
検出動作に用いられる参照容量と、
前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチと、
選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチと、
前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部とを有する、請求項１記載のタッチ判別装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する、請求項１０記載のタッチ判別装置。
【請求項１２】
表示制御ユニットと、前記表示制御ユニットによって表示制御されるディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルに重ねられたタッチパネルと、前記タッチパネルの駆動ユニットとを有する入力装置であって、
前記タッチパネルは夫々容量電極を持つ複数の透明な電極線を備えると共に、前記駆動ユニットが搭載され、
前記駆動ユニットは、前記複数の電極線から選ばれた電極線との間の電荷移動に基づいて当該電極線の容量値に応ずる信号を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記電極線に対する接触の有無を判別する判別部と、を有し、
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択し、選択した２本の電極線の電荷をリセットすると共に検出動作に用いる参照容量に電圧をセットした後、選択した一方の電極線に前記参照容量の一方の容量端子を接続し且つ選択された他方の電極線に前記参照容量の他方の容量端子を接続することによって前記参照容量に得られる電圧信号を当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として検出する、入力装置。
【請求項１３】
前記判別部は、所定の順番に順次２本づつ選択された電極線に関する多数の電圧値から電極線毎の電圧値を求めての接触の有無を判別する、請求項１２記載の入力装置。
【請求項１４】
前記検出部は、最初の３回で３本の電極線に関する異なる２本づつの電極線を組み合わせて電圧値を検出した後、順に選択する電極線を１本づつ隣にずらしながら隣接する２本の電極線を選択して電圧値の検出を行う、請求項１２記載の入力装置。
【請求項１５】
前記検出部は、前記参照容量から電圧信号を得るとき参照容量の一方の容量端子を基準電圧とし、他方の容量端子の電圧を前記電圧信号とする、請求項１２記載の入力装置。
【請求項１６】
前記電極線の電極容量は対グランド容量であり、
前記参照容量に対する電圧のセットは一方の容量端子をグランド電圧として行われ、
前記電圧信号を得るとき基準電圧にされる参照容量の一方の容量端子は負電圧である、請求項１５記載の入力装置。
【請求項１７】
前記基準電圧はグランド電圧である、請求項１６記載の入力装置。
【請求項１８】
前記検出部は電荷移動のためにＭＯＳトランジスタから成るスイッチを有し、前記ＭＯＳトランジスタの内、負電圧が印加されるＭＯＳトランジスタの基板電位が負電圧とされる、請求項１７記載の入力装置。
【請求項１９】
前記負の基板電位は前記参照容量の一方の容量端子にセットされる電圧と同一電圧を持つ負電位である、請求項１８記載の入力装置。
【請求項２０】
前記参照容量は選択的に分離可能に並列された複数個の容量から成り、
前記制御部は電極線の電極容量が大きいとき前記複数個の容量を並列接続し、小さいとき前記複数個の容量の一部を分離する、請求項１２記載の入力装置。
【請求項２１】
前記検出部は、複数の電極線の中から２本の電極線を所定の順番に順次選択する選択回路と、
選択された２本の電極線の電荷をリセットするリセットスイッチと、
検出動作に用いられる参照容量と、
前記参照容量に電圧をセットするプリチャージスイッチと、
選択された一方の電極線に選択的に前記参照容量の一方の容量端子を接続すると共に選択された他方の電極線に選択的に前記参照容量の他方の容量端子を接続するシェアリングスイッチと、
前記選択回路による２本の電極線の選択毎に、前記参照容量のプリチャージ及び選択された電極線のリセット、前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、当該選択された２本の電極線の電極容量に対応する信号として前記参照容量から電圧信号を得る制御を行う制御部とを有する、請求項１２記載の入力装置。
【請求項２２】
前記制御部は、前記電極線のリセットと前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御した後に、前記参照容量の電荷を維持した状態での前記選択された電極線のリセット、及び前記シェアリングスイッチのオン動作を順次制御して、参照容量への電荷の積み上げ動作を制御する、請求項２１記載の入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２１００３９（Ｐ２０１１−２１００３９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７５４８（Ｐ２０１０−７７５４８）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３０８０１７５７１）株式会社ルネサスエスピードライバ (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３０８０１７５７１）株式会社ルネサスエスピードライバ (10)
【Ｆターム（参考）】
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