(57)【要約】【課題】消費電力を削減したタッチ検出回路を提供する。【解決手段】自己容量方式のタッチ検出回路２００は、使用において、並べて配置される複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎと接続される。容量検出回路２１０は、複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのひとつである検出電極Ｅｘの電圧Ｖｙを変化させ、検出電極Ｅｘに生ずる電荷の移動にもとづいて、検出電極Ｅｘの静電容量Ｃｓを示す検出信号Ｖｓを生成する。駆動回路２４０は、複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのうち検出電極Ｅｘと隣接する少なくともひとつである隣接電極Ｅｙに発生する電圧Ｖｙが、検出電極Ｅｘの電圧Ｖｘに追従するように隣接電極Ｅｙを駆動する。タッチ検出回路２００は、第１モードにおいて、検出信号Ｖｓにもとづいて、検出電極Ｅｘに対するタッチと隣接電極Ｅｙに対するタッチの両方を検出可能である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用において、並べて配置される複数の電極と接続される自己容量方式のタッチ検出回路であって、
前記複数の電極のひとつである検出電極の電圧を変化させ、前記検出電極に生ずる電荷の移動にもとづいて、前記検出電極の静電容量を示す検出信号を生成する容量検出回路と、
前記複数の電極のうち前記検出電極と隣接する少なくともひとつである隣接電極に発生する電圧が、前記検出電極の電圧に追従するように前記隣接電極を駆動する第１駆動回路と、
を備え、
第１モードにおいて、前記検出信号にもとづいて、前記検出電極に対するタッチと隣接電極に対するタッチの両方を検出可能であることを特徴とするタッチ検出回路。
【請求項２】
第２モードにおいて、前記検出信号にもとづいて、前記検出電極に対するタッチのみを検出可能であることを特徴とする請求項１に記載のタッチ検出回路。
【請求項３】
前記第１駆動回路の駆動能力が、前記第１モードと前記第２モードで切り替え可能であることを特徴とする請求項２に記載のタッチ検出回路。
【請求項４】
前記第１モードにおいて、前記複数の電極のうち前記隣接電極と隣接する少なくともひとつである周辺電極に発生する電圧が、前記隣接電極の電圧に追従するように前記周辺電極を駆動する第２駆動回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のタッチ検出回路。
【請求項５】
前記第２モードにおいて、前記検出電極と前記隣接電極を時分割で切り替えるためのセレクタをさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載のタッチ検出回路。
【請求項６】
前記第１駆動回路は、バッファを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタッチ検出回路。
【請求項７】
ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のタッチ検出回路。
【請求項８】
複数のセンサ電極を含み、ユーザの接触した座標近傍のセンサ電極の静電容量が変化するパネルと、
前記複数のセンサ電極と接続される請求項１から７のいずれかに記載のタッチ検出回路と、
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項９】
請求項８に記載の入力装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のコンピュータやスマートホン、タブレット端末、ポータブルオーディオ機器などの電子機器には、ユーザインタフェースとして、タッチ式の入力装置が搭載される。タッチ式の入力装置としては、タッチパッド、ポインティングデバイスなどが知られており、指やスタイラスを接触あるいは近接することにより様々な入力が可能となっている。
【０００３】
タッチ式入力装置は大きく、抵抗膜方式と静電容量方式に分類される。静電容量方式は、ユーザ入力に応じて、複数のセンサ電極が形成する静電容量（以下、単に容量ともいう）の変化を電気信号に変換することにより、ユーザ入力の有無、座標を検出する。
【０００４】
静電容量検出方法は大きく、自己容量（Self Capacitance）方式と、相互容量(Mutual Capacitance)方式に分けられる。自己容量方式は非常に高感度であり、タッチのみでなく指の近接を検出可能であるが、水滴の付着をタッチと区別できず、また２点タッチを検出できないという問題がある。一方、相互容量方式は、２点タッチ（あるいはそれ以上のマルチタッチ）を検出可能であり、水滴の影響を受けにくいという利点がある。したがって、用途によって、自己容量方式と相互容量方式が選択され、あるいは両方式が併用される。
【０００５】
図１は、自己容量方式のタッチ式入力装置１００Ｒのブロック図である。タッチ式入力装置１００Ｒは、タッチパネル（またはタッチスイッチ）１１０とタッチ検出回路２００Ｒを備える。タッチパネル１１０は、電極１１２およびシールド１１４を備える。シールド１１４は接地され、電極１１２はタッチ検出回路２００Ｒのセンス（ＳＮＳ）端子と接続される。ユーザの指あるいはスタイラスが電極１１２に近接あるいは接触すると、電極１１２が形成する静電容量Ｃｓが増加する。タッチ検出回路２００Ｒは、静電容量Ｃｓの変化にもとづいて、タッチの有無や座標を検出する。
【０００６】
タッチ検出回路２００Ｒは、容量検出回路２１０およびＡ／Ｄコンバータ２３０を備える。容量検出回路２１０は、ＳＮＳ端子の電圧を変化させ、静電容量Ｃｓを充電あるいは放電する。このときＳＮＳ端子の電圧変化に応じて、電荷の移動が発生する。容量検出回路２１０は、移動した電荷量に応じた検出信号ＶＳを生成する。Ａ／Ｄコンバータ２３０は、検出信号ＶＳをデジタル値に変換する。デジタル値は図示しないマイコンなどのプロセッサに入力され、タッチの有無や座標の判定に利用される。
【０００７】
電極１１２とシールド１１４の間には、寄生容量Ｃｐが存在する。タッチ検出回路２００Ｒが測定する静電容量は、静電容量Ｃｓと寄生容量Ｃｐの合成容量である。寄生容量Ｃｐは、タッチ検出回路２００Ｒにおいて測定可能な静電容量Ｃｓのダイナミックレンジを狭めるため、寄生容量Ｃｐの影響を低減することが要求される。シールド１１４との間の寄生容量Ｃｐの影響を低減するための技術も提案されている。
【０００８】
図２は、自己容量方式のタッチ式入力装置１００Ｓのブロック図である。タッチ検出回路２００Ｓは、シールド１１４と接続される端子ＳＬＤをさらに備え、ＳＬＤ端子の電位を、ＳＮＳ端子の電位と連動させる。具体的にはバッファ２０２は、その入力にＳＮＳ端子の電位を受け、その出力に、ＳＮＳ端子の電位を発生させる。これにより、電極１１２とシールド１１４の間の電位差が一定に保たれるため、寄生容量Ｃｐからの電荷の移動は発生しない。したがって寄生容量Ｃｐの影響をキャンセルすることができ、タッチに起因する静電容量Ｃｓのみを検出することが可能となる。
【０００９】
操作の有無にかかわらず、タッチ式入力装置を常に動作させておくと、消費電力が大きくなる。消費電力の削減のために、間欠駆動（プリセンシング）が導入される。図３は、５チャンネルの電極を備えるタッチ式入力装置１００Ｔのブロック図である。パネル１１０は十字に配置された５個の電極１１２＿１〜１１２＿５を備える。タッチ式入力装置１００Ｔは、容量検出回路２１０、セレクタ２２０、Ａ／Ｄコンバータ２３０を備える。
【００１０】
セレクタ２２０は、容量検出回路２１０を、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５のひとつに接続する。容量検出回路２１０は、選択された電極１１２＿＃（＃＝１〜５）の容量を検出する。
【００１１】
図４は、図３のタッチ式入力装置１００Ｔの動作を説明するタイムチャートである。タッチ式入力装置１００Ｔは、無入力状態Ｔ１において間欠モードに設定され、ユーザの操作の有無を間欠的に監視する。具体的には、検出期間Ｔａと停止期間Ｔｂが交互に発生し、検出期間Ｔａの間、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５が時分割で選択され、タッチ（近接を含む）の有無が判定される。図４の例では、３番目の検出期間Ｔａにおいてタッチが発生しているとする。複数の電極１１２＿１〜１１２＿５のいずれかに対するタッチが検出されると、操作開始と判定して、それ以降の期間Ｔ２、タッチ式入力装置１００Ｔは連続モードに設定される。連続モードでは、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５のタッチの有無が時分割で連続的に検出され、どの電極がタッチされているのか（すなわちタッチ座標）が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−３２５８５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８２７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図４に示すように、従来では検出期間Ｔａにおいて、操作の有無を判定するために、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５を時分割で切り替えて駆動する必要があった。もし
１回の駆動で、全電極１１２＿１〜１１２＿５へのタッチの有無を検出できれば、消費電力をさらに低減することができる。
【００１４】
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、消費電力を削減したタッチ検出回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のある態様は、使用において、並べて配置される複数の電極と接続される自己容量方式のタッチ検出回路に関する。タッチ検出回路は、複数の電極のひとつである検出電極の電圧を変化させ、検出電極に生ずる電荷の移動にもとづいて、検出電極の静電容量を示す検出信号を生成する容量検出回路と、複数の電極のうち検出電極と隣接する少なくともひとつである隣接電極に発生する電圧が、検出電極の電圧に追従するように隣接電極を駆動する第１駆動回路と、を備える。タッチ検出回路は、第１モードにおいて、検出信号にもとづいて、検出電極に対するタッチと隣接電極に対するタッチの両方を検出可能である。
【００１６】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タッチ検出回路の消費電力を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】自己容量方式のタッチ式入力装置のブロック図である。
【図２】自己容量方式のタッチ式入力装置のブロック図である。
【図３】５チャンネルの電極を備えるタッチ式入力装置のブロック図である。
【図４】図３のタッチ式入力装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】実施の形態に係るタッチ検出回路を備えるタッチ式入力装置のブロック図である。
【図６】第１モードにおけるタッチ式入力装置の等価回路図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、無入力状態および入力状態において形成される容量を説明する図である。
【図８】図５のタッチ式入力装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図９】実施例１に係るタッチ検出回路の回路図である。
【図１０】図９の容量検出回路の動作波形図である。
【図１１】図９のタッチ検出回路の動作波形図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、図９のタッチ検出回路の第１モードの動作を説明する波形図である。
【図１３】実施例２に係るタッチ検出回路の回路図である。
【図１４】図１３の容量検出回路の動作波形図である。
【図１５】図１３のタッチ式入力装置の動作波形図である。
【図１６】変形例１に係るタッチ式入力装置のブロック図である。
【図１７】変形例２に係るタッチ式入力装置のブロック図である。
【図１８】図１８（ａ）、（ｂ）は、変形例３に係るパネルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、使用において、並べて配置される複数の電極と接続される自己容量方式のタッチ検出回路に関する。タッチ検出回路は、複数の電極のひとつである検出電極の電圧を変化させ、検出電極に生ずる電荷の移動にもとづいて、検出電極の静電容量を示す検出信号を生成する容量検出回路と、複数の電極のうち検出電極と隣接する少なくともひとつである隣接電極に発生する電圧が、検出電極の電圧に追従するように隣接電極を駆動する第１駆動回路と、を備える。タッチ検出回路は、第１モードにおいて、検出信号にもとづいて、検出電極に対するタッチと隣接電極に対するタッチの両方を検出可能である。
【００２０】
第１モードにおいて、隣接電極へのタッチが生ずると、隣接電極の容量が増加するため、隣接電極の電圧の変化が、検出電極の電圧の変化に対して遅れる。この影響によって、検出電極と隣接電極との間の寄生容量が容量検出回路から見えるようになり、検出電極の容量がわずかに大きくなったように見え、このわずかな容量変化が検出信号に現れる。したがって検出信号にもとづいて、隣接電極に対するタッチを検出することができる。つまり１回のセンシングによって、複数の電極に対するタッチを同時に検出できるため、消費電力を低減できる。
【００２１】
第２モードにおいて、検出信号にもとづいて、検出電極に対するタッチのみを検出可能であってもよい。隣接電極に対するタッチに起因するわずかな容量変化、すなわち検出信号の変化を無視することにすれば、検出電極へのタッチのみを検出できる。
【００２２】
第１駆動回路の駆動能力が、第１モードと第２モードで切り替え可能であってもよい。第１モードにおいて第１駆動回路の駆動能力を下げることにより、隣接電極に対するタッチの影響を大きく見せることができる。第２モードでは、第１駆動回路の駆動能力を高めることにより、隣接電極に対するタッチの影響を小さくすることができる。
【００２３】
タッチ検出回路は、第１モードにおいて、複数の電極のうち隣接電極と隣接する少なくともひとつである周辺電極に発生する電圧が、隣接電極の電圧に追従するように周辺電極を駆動する第２駆動回路をさらに備えてもよい。これにより隣接電極と周辺電極との間の寄生容量の影響を低減でき、隣接電極に対するタッチの感度を高めることができる。
【００２４】
第２モードにおいて、検出電極と隣接電極を時分割で切り替えるためのセレクタをさらに備えてもよい。これにより、複数の電極に対して１個の容量検出回路を共有することで、回路面積を削減できる。
【００２５】
第１駆動回路は、バッファを含んでもよい。
【００２６】
タッチ検出回路は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
【００２７】
（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２８】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２９】
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００３０】
図５は、実施の形態に係るタッチ検出回路２００を備えるタッチ式入力装置１００のブロック図である。タッチ式入力装置１００は、ユーザの指２（あるいはスタイラス）によるタッチ操作を検出するユーザインタフェースである。
【００３１】
タッチ式入力装置１００は、パネル１１０、ホストプロセッサ１２０およびタッチ検出回路２００を備える。パネル１１０は、タッチパネルあるいはスイッチパネルであり、複数Ｎ個（Ｎ≧２）の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎを含む。本実施の形態においてＮ＝５であり、電極１１２＿１〜１１２＿５は十字に配置されるものとする。タッチ式入力装置１００は、５チャンネルの静電スイッチである。
【００３２】
ホストプロセッサ１２０は、タッチ式入力装置１００が搭載される機器、装置、システムを統合的に制御する。タッチ検出回路２００は、パネル１１０の状態、より詳しくはパネル１１０に対する入力（近接）の有無や、タッチの位置（あるいはタッチされたボタンのＩＤ）をホストプロセッサ１２０に伝送可能に構成される。
【００３３】
タッチ検出回路２００は、２つのモードが切り替え可能である。第１モードは、プリセンシングモードとも称される。第１モードにおいてタッチ検出回路２００は間欠的に動作し、パネル１１０に対する操作の有無を検出する。タッチ検出回路２００は、第１モードにおいてパネル１１０に対する操作開始が検出されると第２モードに遷移する。
【００３４】
第２モードにおいてタッチ検出回路２００は、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５それぞれが形成する静電容量Ｃｓ１〜Ｃｓ５を検出する。各静電容量Ｃｓには、指２との間の静電容量Ｃｆに加えて、指２以外（たとえば隣接する電極など）との間に形成される寄生容量Ｃｐが含まれる。
【００３５】
指２がｉ番目のチャンネルの電極１１２＿ｉに接触（近接を含む）すると、静電容量Ｃｆｉが増加し、静電容量Ｃｓｉが他のチャンネルの静電容量Ｃｓｊ（ｊ≠ｉ）に比べて相対的に大きくなる。タッチ検出回路２００は、各チャンネルの静電容量Ｃｓを監視し、ｉ番目のチャンネルの静電容量Ｃｓｉの絶対値が所定のしきい値を超えると（あるいは他のチャンネルに対する相対的な変化量がしきい値を超えると）、ｉ番目のチャンネルにタッチ入力があったものと判定する。
【００３６】
以上がタッチ式入力装置１００全体の構成である。続いてタッチ検出回路２００の構成を説明する。
【００３７】
タッチ検出回路２００は、Ｎ個のセンスピンＰｓ１〜ＰｓＮ、容量検出回路２１０、セレクタ２２０、Ａ／Ｄコンバータ２３０、駆動回路２４０、信号処理部２５０、インタフェース回路２６０を備え、ひとつの半導体チップに集積化され、１つのパッケージに収容されている。
【００３８】
使用において、Ｎ個（Ｎ≧１）のセンスピンＰｓ＃（＃＝１〜Ｎ）には対応する電極１１２＿＃が接続される。
【００３９】
セレクタ２２０は、容量検出回路２１０および駆動回路２４０と、複数のセンスピンＰｓ１〜ＰｓＮとの間に挿入されるスイッチマトリクスであり、複数のセンスピンＰｓ１〜ＰｓＮのひとつを、容量検出回路２１０と接続し、複数のセンスピンＰｓ１〜ＰｓＮのうちそれ以外を駆動回路２４０と接続する。
【００４０】
たとえばセレクタ２２０は、第１モードにおいて、容量検出回路２１０とセンスピンＰｓ１を接続し、残りのピンＰｓ２〜Ｐｓ５を駆動回路２４０に接続する。したがって、電極１１２＿１が検出電極Ｅｘとなり、それと隣接する電極１１２＿２〜１１２＿５が隣接電極Ｅｙとなる。
【００４１】
なお、「検出電極Ｅｘと隣接する」とは、検出電極Ｅｘとの間に無視できない寄生容量Ｃｐが存在する程度に隣接していることをいう。一実施例において、検出電極Ｅｘに対して、縦または横方向に隣接する電極を隣接電極Ｅｙとしてもよい。別の実施例において、検出電極Ｅｘに対して、縦、横、斜め方向に隣接する電極を隣接電極Ｅｙとしてもよい。さらに別の実施例において、検出電極Ｅｘからの距離が所定値以下である電極を隣接電極Ｅｙとしてもよい。さらに別の実施例において、検出電極Ｅｘ以外のすべての電極を、隣接電極Ｅｙとしてもよい。
【００４２】
またセレクタ２２０は、第２モードにおいて、容量検出回路２１０を時分割でセンスピンＰｓ１〜Ｐｓ５のひとつに接続し、検出電極Ｅｘを時分割で切り替える。また検出電極Ｅｘと隣接する電極が隣接電極Ｅｙとなるように、隣接電極Ｅｙと接続されるピンを、駆動回路２４０と接続する。
【００４３】
容量検出回路２１０は、セレクタ２２０を介して接続される複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのひとつである検出電極Ｅｘの電圧を変化させ、検出電極Ｅｘに生ずる電荷の移動にもとづいて、検出電極Ｅｘの静電容量Ｃｓを示す検出信号Ｖｓを生成する。容量検出回路２１０はＣ／Ｖ変換器と把握できる。
【００４４】
駆動回路２４０は、容量検出回路２１０と同期して動作する。駆動回路２４０には、複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのうち、検出電極Ｅｘと隣接する少なくともひとつである隣接電極Ｅｙが接続される。駆動回路２４０は、隣接電極Ｅｙに発生する電圧Ｖｙが、検出電極Ｅｘの電圧Ｖｘに追従するように、隣接電極Ｅｙを駆動する。なお後述するように、駆動回路２４０の駆動能力は、第１モードにおいて隣接電極Ｅｙがタッチされた状況において、電圧ＶｙがＶｘに対して遅延するように設計される。また駆動回路２４０の駆動能力は、第２モードにおいて、電圧ＶｙがＶｘに対して遅延無く追従するように設計される。
【００４５】
Ａ／Ｄコンバータ２３０は、検出信号Ｖｓをデジタルの検出データＤｓに変換する。信号処理部２５０は、検出データＤｓを処理することにより、第１モードでは、電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのいずれかへのタッチの有無を判定する。また第２モードでは、信号処理部２５０は、電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのうちどれにタッチされたかを判定する。インタフェース回路２６０は、信号処理部２５０による判定結果をホストプロセッサ１２０に送信する。
【００４６】
以上がタッチ検出回路２００の構成である。続いてその動作を説明する。第１モードの動作を説明する。
【００４７】
図６は、第１モードにおけるタッチ式入力装置１００の等価回路図である。Ｖｘは検出電極Ｅｘの電圧を、Ｖｙは隣接電極Ｅｙの電圧を表す。図７（ａ）〜（ｃ）は、無入力状態および入力状態において形成される容量を説明する図である。中央の検出電極Ｅｘと周囲の隣接電極Ｅｙとの間には、寄生容量Ｃｐが形成される。また隣接電極Ｅｙの対接地間の寄生容量をＣｂとする。
【００４８】
（i）無入力状態
図７（ａ）を参照する。指２が、いずれの電極にも近接していない無入力状態では、駆動回路２４０によって、電圧Ｖｙが電圧Ｖｘに追従する。このとき寄生容量Ｃｐの電位差はゼロであるから、寄生容量Ｃｐの影響はキャンセルされて容量検出回路２１０からは見えなくなる。また寄生容量Ｃｂも、容量検出回路２１０から見えない。したがって容量検出回路２１０が生成する検出信号Ｖｓは、Ｃｓ≒０であることを示す。
【００４９】
（ii-1）入力状態（検出電極Ｅｘにタッチ）
図７（ｂ）を参照する。指２が検出電極Ｅｘにタッチしたとする。このとき、検出電極Ｅｘと指２の間の容量Ｃｆｘによって、静電容量Ｃｓが大きく増加する。駆動回路２４０によって、電圧Ｖｙが電圧Ｖｘに追従するから、寄生容量Ｃｐの影響はキャンセルされて容量検出回路２１０からは見えなくなる。また寄生容量Ｃｂも、容量検出回路２１０から見えない。したがって容量検出回路２１０が生成する検出信号Ｖｓは、Ｃｓ≒Ｃｆｘであることを示し、静電容量Ｃｓの指２による増加量Ｃｆｘが直接的に検出される。
【００５０】
（ii-2）入力状態（隣接電極Ｅｙにタッチ）
図７（ｃ）を参照する。指２が、隣接電極Ｅｙにタッチしたとする。このとき、隣接電極Ｅｙと指２の間の間に、容量Ｃｆｙが発生する。この容量Ｃｆｙによって、駆動回路２４０の負荷インピーダンスが重くなるから、電圧Ｖｙは、電圧Ｖｘに追従できなくなる。これにより、寄生容量Ｃｐが完全にキャンセルできなくなり残留する。このとき容量検出回路２１０が生成する検出信号Ｖｓは、キャンセルできない寄生容量Ｃｐを含み、Ｃｓ≒Ｃｐとなる。つまり指２の隣接電極Ｅｙへのタッチを、静電容量Ｃｓの増加として間接的に検出することが可能となる。たとえば第１モードにおいて、信号処理部２５０におけるタッチの判定基準を、第２モードのそれよりも緩めてもよい。
【００５１】
このタッチ式入力装置１００によれば、第１モードにおいて、検出電極Ｅｘへのタッチのみでなく、隣接電極Ｅｙへのタッチを検出することができる。
【００５２】
第２モードでは、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５が時分割で検出電極Ｅｘとして選択され、容量検出回路２１０と接続される。また検出電極Ｅｘと隣接する電極が隣接電極Ｅｙとして駆動回路２４０に接続される。
【００５３】
第２モードでは、タッチ検出回路２００は、検出信号Ｖｓにもとづいて検出電極Ｅｘに対するタッチのみを検出可能となる。このとき、隣接電極Ｅｙに対するタッチに起因するわずかな容量変化、すなわち検出信号Ｖｓのわずかな変化は無視される。
【００５４】
図８は、図５のタッチ式入力装置１００の動作を説明するタイムチャートである。タッチ式入力装置１００は、無入力状態Ｔ１において、検出期間Ｔａと停止期間Ｔｂが交互に発生する第１モードに設定され、ユーザの操作の有無を間欠的に監視する。図８に示されるチャンネルの番号は、検出電極Ｅｘを示す。検出期間Ｔａの間、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５のひとつ１１２＿１が、検出端子Ｅｘとして選択され、その周囲の電極１１２＿２〜１１２＿５が隣接電極Ｅｙとなる。そして、１回のセンシングによって、全電極１１２＿１〜１１２＿５に対するタッチの有無が一斉に判定される。
【００５５】
３番目の検出期間Ｔａにおいてタッチが検出されると、操作開始と判定され、それ以降の期間Ｔ２、タッチ式入力装置１００Ｔは第２モードに設定される。第２モードでは、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５が、順に時分割で検出電極Ｅｘとなり、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５に対するタッチの有無が時分割で判定される。
【００５６】
以上がタッチ式入力装置１００の動作である。このタッチ式入力装置１００によれば、第１モードにおいて、１回のセンシングによって、複数の電極１１２＿１〜１１２＿５に対するタッチを同時に検出できるため、消費電力を低減できる。
【００５７】
本発明は、図５のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。
【００５８】
（実施例１）
図９は、実施例１に係るタッチ検出回路２００Ａの回路図である。ここではセレクタ２２０は省略しており、容量検出回路２１０と接続されるセンスピンＰｓをＰｘとして示し、駆動回路２４０と接続されるセンスピンＰｓをＰｙとして示す。
【００５９】
容量検出回路２１０Ａは、複数のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２６、オペアンプ２１２、基準容量Ｃｒｅｆ、帰還容量Ｃｆｂを含む。基準容量Ｃｒｅｆは一端が接地される。基準容量Ｃｒｅｆの他端は電荷転送スイッチＳＷ２５を介してセンスピンＰｓと接続され、増幅用スイッチＳＷ２６を介してオペアンプ２１２の反転入力端子（−）と接続される。
【００６０】
スイッチＳＷ２５、ＳＷ２６、基準容量Ｃｒｅｆ、帰還容量Ｃｆｂおよびオペアンプ２１２は、スイッチドキャパシタを用いた積分器２１８を形成する。オペアンプ２１２の非反転入力端子（＋）には基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、オペアンプ２１２の出力と反転入力端子の間には帰還容量Ｃｆｂが設けられる。
【００６１】
上側スイッチＳＷ２１と下側スイッチＳＷ２２のペアは、第１駆動部２１４を形成しており、センスピンＰｓの電圧を、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧０Ｖの２値で変化させる。
【００６２】
上側スイッチＳＷ２３と下側スイッチＳＷ２４のペアは、第２駆動部２１６を形成しており、基準容量Ｃｒｅｆの電圧Ｖｉを、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧０Ｖの２値で変化させる。
【００６３】
スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２６はコントローラ２５２によって制御される。コントローラ２５２は、信号処理部２５０の一部であってもよい。Ｖｒｅｆ＝Ｖｄｄ／２とすることが好ましい。帰還容量Ｃｆｂと並列に、図示しない初期化スイッチを設けてもよい。
【００６４】
容量検出回路２１０は、（i）駆動期間において、電荷転送スイッチＳＷ２５をオフし、センスピンＰｓと基準容量Ｃｒｅｆを切り離した状態で、センスピンＰｓに電源電圧Ｖｄｄと接地電圧０Ｖの一方を印加し、基準容量Ｃｒｅｆに電源電圧Ｖｄｄと接地電圧０Ｖの他方を印加する。
【００６５】
容量検出回路２１０は続くセンス期間において、電荷転送スイッチＳＷ２５のみがオンとなり、センスピンＰｓと基準容量Ｃｒｅｆが接続される。その結果、静電容量Ｃｓと基準容量Ｃｒｅｆの間で電荷の移動が発生する。直前の駆動期間においてセンスピンＰｓに電源電圧Ｖｄｄを、基準容量Ｃｒｅｆに接地電圧０Ｖを印加したとすると、電荷保存の法則から、以下の式が成り立つ。
Ｃｓ×Ｖｄｄ＝Ｖｉ×（Ｃｓ＋Ｃｒｅｆ）    …（１）
Ｖｉ＝Ｖｄｄ×Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃｒｅｆ）    …（２）
Ｖｉは、電荷移動完了後の基準容量Ｃｒｅｆの電圧を表す。もしＣｓ＝Ｃｒｅｆであれば、Ｖｉ＝Ｖｄｄ／２となる。
【００６６】
続く増幅期間において、増幅用スイッチＳＷ２６がオンされる。その結果、オペアンプ２１２の反転入力端子の電圧がＶｒｅｆとなるように帰還容量Ｃｆｂが充電され、以下の検出電圧Ｖｓが得られる。
Ｖｓ＝Ｖｒｅｆ−Ｃｒｅｆ／Ｃｆｂ×（Ｖｉ−Ｖｒｅｆ）    …（３）
【００６７】
式（２）および（３）から、検出電圧Ｖｓは、静電容量Ｃｓに依存することが分かる。
【００６８】
駆動回路２４０Ａの駆動補助回路２４４は、第１スイッチＳＷ１１および第２スイッチＳＷ１２を含む。第１スイッチＳＷ１１は、第２端子Ｐｃと電源ラインの間に設けられ、第２スイッチＳＷ１２は、第２端子Ｐｃと接地ラインの間に設けられる。第１スイッチＳＷ１１は第１駆動部２１４の上側スイッチＳＷ２１と連動してオンとなり、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙを、電源電圧Ｖｄｄにプルアップする。また第２スイッチＳＷ１２は第１駆動部２１４の下側スイッチＳＷ２２と連動してオンとなり、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙを接地電圧０Ｖにプルダウンする。
【００６９】
図１０は、図９の容量検出回路２１０Ａの動作波形図である。駆動期間Ｔ１において、上側スイッチＳＷ２１，下側スイッチＳＷ２４がオンとなり、センスピンＰｓに電源電圧Ｖｄｄが印加され、基準容量Ｃｒｅｆに接地電圧０Ｖが印加される。続く転送期間Ｔ２において、電荷転送スイッチＳＷ２５がオンとなり、静電容量Ｃｓと基準容量Ｃｒｅｆの電荷が平均化される。基準容量Ｃｒｅｆの電圧Ｖｉは、以下の式で表される。
Ｖｉ＝Ｖｄｄ×Ｃｓ／（Ｃｓ＋Ｃｒｅｆ）
【００７０】
続く増幅期間Ｔ３において、電荷転送スイッチＳＷ２５がオフとなり、電圧Ｖｉがホールドされる。増幅用スイッチＳＷ２６がオンとなることで、検出電圧Ｖｓが生成される。
【００７１】
続く駆動期間Ｔ４において、下側スイッチＳＷ２２，上側スイッチＳＷ２３がオンとなり、センスピンＰｓに接地電圧０Ｖが印加され、基準容量Ｃｒｅｆに電源電圧Ｖｄｄが印加される。続く転送期間Ｔ５において、電荷転送スイッチＳＷ２５がオンとなり、静電容量Ｃｓと基準容量Ｃｒｅｆの電荷が平均化される。
Ｖｉ＝Ｖｄｄ×Ｃｒｅｆ／（Ｃｓ＋Ｃｒｅｆ）
【００７２】
続く増幅期間Ｔ６において、電荷転送スイッチＳＷ２５がオフとなり、電圧Ｖｉがホールドされる。増幅用スイッチＳＷ２６がオンとなることで、検出電圧Ｖｓが生成される。
【００７３】
図１１は、図９のタッチ検出回路２００Ａの動作波形図である。駆動期間Ｔ１において、センスピンＰｓの電圧Ｖｘは、電源電圧Ｖｄｄに上昇する。これにあわせて、第１スイッチＳＷ１１がオンすることで、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙは、電圧Ｖｘに追従して電源電圧Ｖｄｄに上昇する。
【００７４】
転送期間Ｔ２および増幅期間Ｔ３の間は、第３スイッチＳＷ１３がオンとなり、第２端子Ｐｃはバッファ２４２の出力と接続される。その結果、バッファ２４２によって、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙは、センスピンＰｓの電圧Ｖｘと等しくされる。
【００７５】
駆動期間Ｔ４において、センスピンＰｓの電圧Ｖｘは、接地電圧０Ｖに低下する。これにあわせて、第２スイッチＳＷ１２がオンすることで、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙは、電圧Ｖｘに追従して接地電圧０Ｖに低下する。
【００７６】
転送期間Ｔ５および増幅期間Ｔ６の間は、第３スイッチＳＷ１３がオンとなり、第２端子Ｐｃはバッファ２４２の出力と接続される。その結果、バッファ２４２によって、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙは、センスピンＰｓの電圧Ｖｘと等しくされる。
【００７７】
以上がタッチ検出回路２００Ａの動作である。このタッチ検出回路２００Ａによれば、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙを、高速にセンスピンＰｓの電圧Ｖｘに追従させることができ、電極Ｅｘと第２電極Ｅｃの間の寄生容量Ｃｐの影響をキャンセルできる。
【００７８】
駆動期間Ｔ１の開始タイミングにおいて、バッファ２４２の代わりに、駆動補助回路２４４によって、電圧Ｖｙを急峻に上昇させることができる。また駆動期間Ｔ４の開始タイミングにおいて、バッファ２４２の代わりに駆動補助回路２４４によって、電圧Ｖｙを急峻に低下させることができる。これにより、バッファ２４２に要求される駆動能力を、駆動補助回路２４４が無い場合に比べて低くすることができ、バッファ２４２のサイズを小さくできる。
【００７９】
図１２（ａ）、（ｂ）は、図９のタッチ検出回路２００Ａの第１モードの動作を説明する波形図である。図１２（ａ）は、無入力状態の波形図である。タッチがないときの静電容量Ｃｓは、基準容量Ｃｒｅｆに等しいものとする。転送期間Ｔ２において、電圧ＶｘとＶｉは、Ｖｄｄ／２に収束し、増幅期間Ｔ３において電圧Ｖｉがサンプルホールドされ、増幅される。駆動回路２４０によって、隣接電極Ｅｙの電圧Ｖｙは、検出電極Ｅｘの電圧Ｖｘに追従する。
【００８０】
図１２（ｂ）は、隣接電極Ｅｙに対するタッチがあるときの波形図である。図１２（ｂ）には、無入力状態での波形が破線で示される。隣接電極Ｅｙに対するタッチによって、駆動回路２４０の負荷が重くなり、隣接電極Ｅｙの電圧Ｖｙの変化が遅くなる。その結果、検出電極Ｅｘと隣接電極Ｅｙの間の寄生容量Ｃｐがキャンセルできずに残留する。この残留した寄生容量Ｃｐに起因して、電圧Ｖｘ（および内部電圧Ｖｉ）は図１２（ａ）の電圧Ｖｘ（内部電圧Ｖｉ）より高くなる。したがって、隣接電極Ｅｙへのタッチを検出することができる。
【００８１】
（実施例２）
図１３は、実施例２に係るタッチ検出回路２００Ｅの回路図である。容量検出回路２１０Ｅの回路形式が図９の容量検出回路２１０Ａと異なっている。容量検出回路２１０Ｅは、リセットスイッチＳＷ４１、カレントミラー回路２７４、積分器２７６を備える。
【００８２】
リセットスイッチＳＷ４１は、センスピンＰｓと接地ラインの間に設けられる。カレントミラー回路２７４は、入力側のトランジスタＭ４１がセンスピンＰｓと接続される。カレントミラー回路２７４は、センススイッチＳＷ４２を含んでもよい。積分器２７６は、カレントミラー回路２７４の出力側のトランジスタＭ４２に流れる電流Ｉｓを積分した検出電圧Ｖｓを出力する。
【００８３】
図１４は、図１３の容量検出回路２１０Ｅの動作波形図である。リセット区間Ｔ１１においてリセットスイッチＳＷ４１がオンし、センスピンＰｓに０Ｖが印加され、静電容量Ｃｓが放電される。続いて、センス区間Ｔ１２においてセンススイッチＳＷ４２がオンすると、カレントミラー回路２７４の入力側のトランジスタに充電電流ＩＣＨＧが流れ始め、静電容量Ｃｓが充電電流ＩＣＨＧによって充電される。そして電圧Ｖｘが電源電圧Ｖｄｄ近傍まで上昇すると、カレントミラー回路２７４の入力側のトランジスタＭ４１がカットオフし、充電が停止する。電圧Ｖｘの変化幅ΔＶは、電源電圧Ｖｄｄとほぼ等しく、このときに静電容量Ｃｓに流れ込む総電荷Ｑは、
Ｑ＝Ｃｓ×ΔＶ＝Ｃｓ×Ｖｄｄ
となる。
【００８４】
充電電流ＩＣＨＧはカレントミラー回路２７４によってコピーされ、コピーされた電流Ｉｓが積分器２７６によって積算される。出力電圧Ｖｓには、電荷量Ｑに比例した、言い換えれば静電容量Ｃｓに比例した電圧変化が発生する。
【００８５】
図１３に戻る。駆動回路２４０Ｅは、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙを、図１４に示す電圧Ｖｘに追従して変化させる。リセットスイッチＳＷ４１がターンオンしたときに、電圧Ｖｘが急峻に変化する。この急峻な変化を、駆動補助回路２４４Ｅによって発生させ、センススイッチＳＷ４２がオンした後の電圧Ｖｘの緩やかな変化を、バッファ２４２によって発生させるとよい。この場合、駆動補助回路２４４Ｅは、第２端子Ｐｃと接地の間に設けられた第２スイッチＳＷ１２を含むことができる。
【００８６】
図１５は、図１３のタッチ式入力装置１００Ｅの動作波形図である。リセット区間Ｔ１１においてリセットスイッチＳＷ４１がオンとなり、第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙが０Ｖにプルダウンされる。センス区間Ｔ１２に移行すると、第３スイッチＳＷ１３がオンとなり、バッファ２４２により第２端子Ｐｃの電圧Ｖｙが、電圧Ｖｘと等しくなるように駆動される。
【００８７】
以上がタッチ検出回路２００Ｅの動作である。このタッチ検出回路２００Ｅによっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００８９】
（変形例１）
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、隣接電極Ｅｙは周囲との間に寄生容量Ｃｂを形成する。第１モードにおけるタッチの検出感度を高めるためには、寄生容量Ｃｂの影響を低減する必要がある。
【００９０】
図１６は、変形例１に係るタッチ式入力装置１００Ｆのブロック図である。パネル１１０Ｆは、電極１１２＿６をさらに備える。電極１１２＿６は、第１モードにおいて隣接電極Ｅｙとなる電極１１２＿２〜１１２＿５と隣接する位置に設けられている。この電極１１２＿６を周辺電極Ｅｚと称する。タッチ検出回路２００Ｆは、図５のタッチ式入力装置１００に加えて、駆動回路２７０をさらに備える。
【００９１】
第１モードにおいて、駆動回路２７０は、駆動回路２４０の出力（隣接電極Ｅｙの電圧）Ｖｙを受け、周辺電極Ｅｚの電圧Ｖｚが電圧Ｖｙに追従するように、周辺電極Ｅｚを駆動する。駆動回路２７０の駆動能力は、電圧Ｖｚが電圧Ｖｙに遅れないように、十分に高く設計されている。駆動回路２７０は駆動回路２４０と同様に構成すればよい。
【００９２】
この変形例１によれば、隣接電極Ｅｙの周囲を周辺電極Ｅｚで囲み、隣接電極Ｅｙと周辺電極Ｅｚの間の容量をキャンセルすることにより、寄生容量の影響を低減でき、タッチの検出感度を高めることができる。
【００９３】
（変形例２）
図１７は、変形例２に係るタッチ式入力装置１００Ｇのブロック図である。この変形例においてパネル１１０Ｇは、マトリクス状に配置された複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎ（この例ではＮ＝９）を有する。
【００９４】
第１モードにおいて、複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎのひとつ（たとえば中央のひとつ１１２＿１）が検出電極Ｅｘとされ、それと縦横に隣接する複数の電極１１２＿２〜１１２＿５が隣接電極Ｅｙとされ、それ以外の電極１１２＿６〜１１２＿９が、周辺電極Ｅｚとされる。セレクタ２２０Ｇは、第１モードにおいて、検出電極Ｅｘを容量検出回路２１０と接続し、隣接電極Ｅｙを駆動回路２４０と接続し、周辺電極Ｅｚを駆動回路２７０と接続する。
【００９５】
また第２モードでは、複数の電極１１２＿１〜１１２＿Ｎが時分割で検出電極Ｅｘとされ、それと隣接するいくつかが周辺電極Ｅｙとされる。
【００９６】
（変形例３）
変形例２において、パネル１１０はさらに多くの電極１１２を備えてもよい。図１８（ａ）、（ｂ）は、変形例３に係るパネル１１０Ｈを示す図である。電極１１２の個数が多い場合、第１モードにおいて、１個の検出電極のみで、すべての電極のタッチを検出することは難しい。そこで変形例３では、第１モードにおいて、パネル１１０Ｈをエリア分けし、エリアごとに検出電極Ｅｘを定めて、エリアを切り替えながら、検出電極Ｅｘとその周囲の隣接電極Ｅｙへのタッチを個別に監視する。隣接電極Ｅｙと隣接する電極を周辺電極Ｅｚとして駆動してもよい。図１８（ａ）は、右半分のエリアを検出対象とする状態を、図１８（ｂ）は、左半分のエリアを検出対象とする状態を示す。
【００９７】
（変形例４）
第１モードにおいて、隣接電極Ｅｙに対するタッチを検出するためには、隣接電極Ｅｙの電圧Ｖｙが、検出電極Ｅｘの電圧Ｖｘよりも遅れて変化しなければならない。ここで第１モードにおける駆動回路２４０の駆動能力が高すぎると、電圧Ｖｙが電圧Ｖｘに追従してしまい、隣接電極Ｅｙへのタッチを検出できない状況が生じうる。そこで、駆動回路２４０の駆動能力を可変とし、第１モードと第２モードで切り替えるようにしてもよい。すなわち第１モードでは、第２モードに比べて駆動回路２４０の駆動能力を低下させることにより、隣接電極Ｅｙへのタッチ検出をより確実なものとできる。
【００９８】
駆動回路２４０の駆動能力を可変とするための構成は特に限定されない。たとえば第１モードにおいて、駆動回路２４０の出力に、抵抗などのインピーダンス素子を挿入するようにしてもよい。あるいは駆動回路２４０のバッファ２４２の出力段のトランジスタのサイズを可変としてもよいし、駆動回路２４０のバッファ２４２の出力段のバイアス電流を変化させてもよい。
【００９９】
（変形例５）
実施の形態では、第２モードにおいて、１個の容量検出回路２１０を時分割で複数の電極に割り当てたがその限りでない。電極ごとに１個の容量検出回路２１０を設けてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
２  指
１００  タッチ式入力装置
１１０  パネル
１１２  電極
１２０  ホストプロセッサ
２００  タッチ検出回路
２１０  容量検出回路
２２０  セレクタ
２３０  Ａ／Ｄコンバータ
２４０  駆動回路
２４２  バッファ
２５０  信号処理部
２６０  インタフェース回路
２７０  駆動回路
Ｅｘ  検出電極
Ｅｙ  隣接電極
Ｅｚ  周辺電極
【図１】
2020166656.tif 000003
【図２】
2020166656.tif 000004
【図３】
2020166656.tif 000005
【図４】
2020166656.tif 000006
【図５】
2020166656.tif 000007
【図６】
2020166656.tif 000008
【図７】
2020166656.tif 000009
【図８】
2020166656.tif 000010
【図９】
2020166656.tif 000011
【図１０】
2020166656.tif 000012
【図１１】
2020166656.tif 000013
【図１２】
2020166656.tif 000014
【図１３】
2020166656.tif 000015
【図１４】
2020166656.tif 000016
【図１５】
2020166656.tif 000017
【図１６】
2020166656.tif 000018
【図１７】
2020166656.tif 000019
【図１８】
2020166656.tif 000020