(57)【要約】【課題】タッチ電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサを、より簡易な構成によって実現する。【解決手段】タッチセンサエレメント１は、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極２と、入力端がタッチ電極２に接続されたタッチ検出器１０とを備えている。タッチ検出器１０において、増幅器１１は、タッチ検出器１０の入力端と接続された入力端子と、タッチ検出器１０の出力端と接続された出力端子とを有する。イコライズスイッチＳＷ１は、オンオフ動作によって、増幅器１１の入力端子と出力端子との間の電気的接続／非接続を切替可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチセンサエレメントを備えた静電容量型タッチセンサであって、
前記タッチセンサエレメントは、
グランドとの間に容量を形成するタッチ電極と、
入力端が前記タッチ電極に接続されたタッチ検出器とを備え、
前記タッチ検出器は、
当該タッチ検出器の前記入力端と接続された入力端子と、当該タッチ検出器の出力端と接続された出力端子とを有する増幅器と、
前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子との間に設けられており、オンオフ動作によって、前記入力端子と前記出力端子との間の電気的接続／非接続を切替可能であるイコライズスイッチとを備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項２】
請求項１記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記タッチセンサエレメントは、前記タッチ電極とグランドとの間の容量に所定の電圧を充電するイコライズ動作と、前記タッチ電極とグランドとの間の電圧の変化の有無を検出するセンシング動作とを行うものであり、
前記タッチ検出器は、
前記イコライズ動作において、前記イコライズスイッチをオン状態にし、前記センシング動作において、前記イコライズスイッチをオフ状態にする
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項３】
請求項２記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
第１方向に延びるように形成された前記タッチ電極が並列に並ぶように配置された、複数の前記タッチセンサエレメントを備え、
前記複数のタッチセンサエレメントは、第１エレメント群と第２エレメント群とに分けられており、かつ、
前記第１エレメント群が前記イコライズ動作を行っているとき、前記第２エレメント群は前記センシング動作を行い、前記第２エレメント群が前記イコライズ動作を行うとき、前記第１エレメント群は前記センシング動作を行うよう、制御される
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項４】
請求項１記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記タッチセンサエレメントを、複数個、備えており、
第１方向に延びるように形成された前記タッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数の前記タッチセンサエレメントからなる、第１エレメント群と、
前記第１方向と異なる第２方向に延びるように形成された前記タッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数の前記タッチセンサエレメントからなる、第２エレメント群とを備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項５】
請求項４記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記第１および第２方向と異なる第３方向に延びるように形成された前記タッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数の前記タッチセンサエレメントからなる、第３エレメント群を備えた
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項６】
請求項４記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記第１エレメント群を構成する各タッチセンサエレメントの出力をパラレルに入力し、入力された各タッチセンサエレメントの出力を、１ビットずつシリアル出力するシフトレジスタを備えた
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項７】
請求項１記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記タッチ検出器は、
当該タッチ検出器の出力端に接続されており、前記センシング動作において、タッチ無しの場合における当該タッチ検出器の出力端の電位を、所定の論理レベルにするオフセット設定手段を備えたものである
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項８】
請求項１記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
グランドとの間に容量を形成するリファレンス電極を備え、
前記タッチ検出器は、前記増幅器として、逆相入力端子が当該タッチ検出器の前記入力端と接続され、正相入力端子が前記リファレンス電極と接続されている差動増幅器を備え、
前記イコライズスイッチは、前記差動増幅器の前記逆相入力端子と出力端子との間に設けられている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項９】
請求項８記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
所定電位を発生する電源に接続されており、前記リファレンス電極を静電気的にシールドするシールド電極をさらに備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項１０】
請求項１記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記タッチセンサエレメントは、
一方の入力が前記タッチ検出器の前記出力端と接続され、他方の入力に所定の参照電圧が与えられる差動比較器を備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項１１】
請求項１０記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記タッチセンサエレメントは、前記差動比較器を、複数個、備えており、
前記複数の差動増幅器は、前記所定の参照電圧が、互いに異なっている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項１２】
請求項１記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記タッチセンサエレメントは、
前記タッチ検出器の前記出力端と接続されており、前記出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器を備えている
ことを特徴とした静電容量型タッチセンサ。
【請求項１３】
請求項１２記載の静電容量型タッチセンサにおいて、
前記電流方向検出器は、
前記タッチ検出器の出力電流を、バイアス電流として用いる電流制御発振器と、
前記電流制御発振器の発振周波数をカウントするカウンタとを備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項１４】
グランドとの間に容量を形成するタッチ電極をそれぞれ有しており、アレイ状に配置された複数のセンサインセル部と、
列毎に配置され、当該列の前記センサインセル部の出力と、バススイッチを介して接続されたカラムバスと、
行毎に配置され、当該行の前記バススイッチのオンオフ動作を制御する行選択信号を送るための行選択信号線と、
行毎に配置され、当該行の前記センサインセル部のイコライズ動作を制御するイコライズ信号を送るためのイコライズ信号線とを備え、
前記センサインセル部は、
入力端子が前記タッチ電極に接続され、出力端子が前記バススイッチに接続された増幅器と、
前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子との間に設けられており、前記入力端子と前記出力端子との間の電気的接続／非接続を、前記イコライズ信号に応じて切り替えるイコライズスイッチとを備えている
こと特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、接触を電気的に検知する静電容量型タッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器の発達に伴い、その入力方法として静電容量型タッチセンサの技術開発が急速に進んでいる。
【０００３】
非特許文献１，２には、検出電極に人の指等が近づくと、容量結合による容量値の変化によって検出電極の電圧が変化することを利用して、パネル上に配置された検出電極の電圧変化をセンシングすることによって、タッチの有無などを検知する静電容量型タッチセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T.Nakamura, "In-cell capacitive-type touch sensor usingLTPS TFT-LCD technology", Journal of the SID(Society for Information Display)19/9, 2011, pp.639-644
【非特許文献２】S.Tomita et al. "An in-cell capacitive touch sensor integrated inan LTPS WSVGA TFT-LCD", Journal of the SID(Society for Information Display)20/8, 2012, pp.441-449
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１，２で開示された回路構成では、検出電極とその電圧を増幅する増幅器の他に、検出電極をプリチャージするためのプリチャージトランジスタおよびプリチャージ線、読み出しトランジスタ、および結合用パルスを提供する結合パルス線を備えている。その一方で、携帯情報機器の小型化や薄型化等に伴い、より簡易な構成の静電容量型タッチセンサが求められている。
【０００６】
本開示は、タッチ電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサについて、より簡易な構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様では、タッチセンサエレメントを備えた静電容量型タッチセンサにおいて、タッチセンサエレメントは、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極と、入力端がタッチ電極に接続されたタッチ検出器とを備え、タッチ検出器は、当該タッチ検出器の入力端と接続された入力端子と、当該タッチ検出器の出力端と接続された出力端子とを有する増幅器と、増幅器の入力端子と出力端子との間に設けられており、オンオフ動作によって、入力端子と出力端子との間の電気的接続／非接続を切替可能であるイコライズスイッチとを備えている。
【０００８】
この態様によると、タッチ検出器において、イコライズスイッチがオン状態になることによって増幅器の入出力端子が短絡され、このときの入出力端子の電圧がタッチ電極に与えられる。すなわち、増幅器のイコライズ動作によって、タッチ電極のプリチャージが行われる。その後、イコライズスイッチがオフ状態になると、タッチ電極の電圧が増幅器によって増幅される状態になり、人の指が近づく等によってタッチ電極の電圧が変化したとき、その電圧変化が増幅器によって増幅され、タッチ検出器の出力として得られる。すなわち、タッチ電極をプリチャージするための回路と、タッチによる電極の電位変動を検出する回路が共用できる。したがって、タッチセンサエレメントを簡易な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によると、検出電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサを、より簡易な構成によって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成例
【図２】タッチ検出器の構成例であり、（ａ）は反転増幅器を用いた例、（ｂ）は差動増幅器を用いた例
【図３】（ａ）（ｂ）は図２の構成の具体的な回路構成例である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はタッチ検出器の他の構成例
【図５】差動増幅器を用いたタッチ検出器に係る他の構成例
【図６】タッチ検出器に係る他の構成例
【図７】（ａ）はインターリーブ動作を行う構成例、（ｂ）はインターリーブ動作のタイミングチャート
【図８】（ａ）は２軸でのタッチ検出における問題点、（ｂ）は３軸でのタッチ検出の例
【図９】（ａ）（ｂ）はシフトレジスタを備えた構成例
【図１０】（ａ）は電流方向検出器を用いた構成例、（ｂ）はラッチを用いた電流方向検出器の構成例
【図１１】（ａ）は容量素子を用いた電流方向検出器の構成例、（ｂ）は（ａ）の構成例の動作を示すタイミングチャート
【図１２】電流制御発振器を用いた電流方向検出器の構成例
【図１３】第２実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示に係る第１形態は、タッチセンサエレメントを備えた静電容量型タッチセンサであって、このタッチセンサエレメントは、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極と、入力端がタッチ電極に接続されたタッチ検出器とを備え、タッチ検出器は、当該タッチ検出器の入力端と接続された入力端子と、当該タッチ検出器の出力端と接続された出力端子とを有する増幅器と、増幅器の入力端子と出力端子との間に設けられており、オンオフ動作によって、入力端子と出力端子との間の電気的接続／非接続を切替可能であるイコライズスイッチとを備えている。
【００１２】
この形態によると、増幅器のイコライズ動作によって、タッチ電極のプリチャージが行われる。このため、タッチ電極をプリチャージするための回路と、タッチによる電極の電位変動を検出する回路が共用できる。したがって、別途トランジスタや配線が不要となり、タッチセンサエレメントを簡易な構成で実現することができる。
【００１３】
本開示に係る第２形態は、第１形態において、タッチセンサエレメントは、タッチ電極とグランドとの間の容量に所定の電圧を充電するイコライズ動作と、タッチ電極とグランドとの間の電圧の変化の有無を検出するセンシング動作とを行うものであり、タッチ検出器は、イコライズ動作において、イコライズスイッチをオン状態にし、センシング動作において、イコライズスイッチをオフ状態にする。
【００１４】
この形態によると、イコライズスイッチのオンオフ動作によって、タッチエレメントのイコライズ動作とセンシング動作とを実行することができる。
【００１５】
本開示に係る第３形態は、第２形態において、第１方向に延びるように形成されたタッチ電極が並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントを備え、複数のタッチセンサエレメントは、第１エレメント群と第２エレメント群とに分けられており、かつ、第１エレメント群がイコライズ動作を行っているとき、第２エレメント群はセンシング動作を行い、第２エレメント群がイコライズ動作を行うとき、第１エレメント群はセンシング動作を行うよう制御される。
【００１６】
この形態によると、インターリーブ動作によって、いつタッチ動作が行われても、それを検出することが可能となる。
【００１７】
本開示に係る第４形態は、第１形態において、タッチセンサエレメントを、複数個、備えており、第１方向に延びるように形成されたタッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントからなる第１エレメント群と、第１方向と異なる第２方向に延びるように形成されたタッチ電極が並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントからなる第２エレメント群とを備えている。
【００１８】
この形態によると、２方向におけるタッチ位置を確実に検出することができる。
【００１９】
本開示に係る第５形態は、第４形態において、第１および第２方向と異なる第３方向に延びるように形成されたタッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントからなる、第３エレメント群を備えている。
【００２０】
この形態によると、３方向におけるタッチ位置を確実に検出することができ、マルチタッチの際のゴースト位置検出を回避することができる。
【００２１】
本開示に係る第６形態は、第４形態において、第１エレメント群を構成する各タッチセンサエレメントの出力をパラレルに入力し、入力された各タッチセンサエレメントの出力を１ビットずつシリアル出力するシフトレジスタを備えている。
【００２２】
この形態によると、タッチセンサ出力を小ビット幅で送ることが可能となる。
【００２３】
本開示に係る第７形態は、第１形態において、タッチ検出器は、当該タッチ検出器の出力端に接続されており、センシング動作において、タッチ無しの場合における当該タッチ検出器の出力端の電位を所定の論理レベルにするオフセット設定手段を備えたものである。
【００２４】
この形態によると、タッチセンサエレメントの出力から、タッチの有無を確実に検出することが可能となる。
【００２５】
本開示に係る第８形態は、第１形態において、グランドとの間に容量を形成するリファレンス電極を備え、タッチ検出器は、増幅器として、逆相入力端子が当該タッチ検出器の入力端と接続され、正相入力端子がリファレンス電極と接続されている差動増幅器を備え、イコライズスイッチは、差動増幅器の逆相入力端子と出力端子との間に設けられている。
【００２６】
この形態によると、タッチ検出器を差動増幅器で構成することが可能となり、かつ、グランド電位の変動の影響を抑制することが可能となる。
【００２７】
本開示に係る第９形態は、第８形態において、所定電位を発生する電源に接続されており、リファレンス電極を静電気的にシールドするシールド電極をさらに備えている。
【００２８】
この形態によると、リファレンス電極に電磁波等が影響を与えることを遮断できるため、タッチセンサエレメントの出力をさらに安定させることができる。
【００２９】
本開示に係る第１０形態は、第１形態において、タッチセンサエレメントは、一方の入力がタッチ検出器の出力端と接続され、他方の入力に所定の参照電圧が与えられる差動比較器を備えている。
【００３０】
この形態によると、タッチセンサエレメントの出力から、タッチの有無を確実に検出することが可能となる。
【００３１】
本開示に係る第１１形態は、第１０形態において、タッチセンサエレメントは、差動比較器を複数個備えており、複数の差動増幅器は、所定の参照電圧が互いに異なっている。
【００３２】
この形態によると、タッチセンサエレメントの出力から、タッチなし、タッチあり、タッチ離れあり、等の複数の状態を検出することが可能となる。
【００３３】
本開示に係る第１２形態は、第１形態において、タッチセンサエレメントは、タッチ検出器の出力端と接続されており、出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器を備えている。
【００３４】
この形態によると、タッチ検出器の出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器によって、より短時間で高精度なタッチ検出が可能となる。
【００３５】
本開示に係る第１３形態は、第１２形態において、電流方向検出器は、タッチ検出器の出力電流をバイアス電流として用いる電流制御発振器と、電流制御発振器の発振周波数をカウントするカウンタとを備えている
この形態によると、電流方向検出器をデジタル的に構成できるとともに、背景雑音の影響を排除した高精度なタッチ認識が可能となる。
【００３６】
本開示に係る第１４形態は、静電容量型タッチセンサであって、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極をそれぞれ有しており、アレイ状に配置された複数のセンサインセル部と、列毎に配置され、当該列のセンサインセル部の出力と、バススイッチを介して接続されたカラムバスと、行毎に配置され、当該行のバススイッチのオンオフ動作を制御する行選択信号を送るための行選択信号線と、行毎に配置され、当該行のセンサインセル部のイコライズ動作を制御するイコライズ信号を送るためのイコライズ信号線とを備え、センサインセル部は、入力端がタッチ電極に接続され、出力端がバススイッチに接続された増幅器と、増幅器の入力端子と出力端子との間に設けられており、入力端子と出力端子との間の電気的接続／非接続をイコライズ信号に応じて切り替えるイコライズスイッチとを備えている。
【００３７】
この形態によると、増幅器のイコライズ動作によって、タッチ電極のプリチャージが行われる。このため、タッチ電極をプリチャージするためのトランジスタや配線が不要となり、インセル型のタッチセンサを簡易な構成で実現することができる。
【００３８】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成例を示す図である。図１において、タッチ電極２とタッチ検出器１０とを有するタッチセンサエレメント１が、複数個、表示部４の上に配置されている。タッチ電極２はグランド５との間に容量を形成する。図１の構成では、グランド５は表示部４の背面に形成されている。タッチ検出器１０は入力端がタッチ電極２に接続されている。図１の構成では、表示部４のパッド３を介して、タッチ電極２とタッチ検出器１０とが接続されている。なお、タッチセンサエレメント１のタッチ電極２以外の構成要素は、タッチを検出するスクリーン領域の外周域に配置することが好ましい。
【００３９】
図１の構成では、複数のタッチセンサエレメント１が、２つのエレメント群Ｇ１，Ｇ２に分かれて配置されている。エレメント群Ｇ１では、タッチ電極２がＸ軸方向（図面横方向）に延びており、かつ、タッチ電極２がＹ軸方向（図面縦方向）に並列に並ぶように配置されている。エレメント群Ｇ２では、タッチ電極２がＹ軸方向に延びており、かつ、タッチ電極２がＸ軸方向に並列に並ぶように配置されている。エレメント群Ｇ１では、タッチ電極２が互いに接触しないように絶縁体で遮断されて配置されている。同様にエレメント群Ｇ２でも、タッチ電極２が互いに接触しないように絶縁体で遮断されて配置されている。また、エレメント群Ｇ１のタッチ電極２とエレメントＧ２のタッチ電極２との間も、互いに接触しないように絶縁体で遮断されている。
【００４０】
タッチセンサエレメント１は、タッチ電極２とグランド５との間の容量に所定の電圧を充電するイコライズ動作と、タッチ電極２とグランド５との間の電圧の変化の有無を検出するセンシング動作とを行う。センシング動作において、タッチ電極２に対して人の指等によるタッチがあると、容量値が変化し、タッチ電極２とグランド５との間の電圧が変化する。電圧が変化したタッチセンサエレメント１を特定することによって、表示部４上においてタッチのあった位置を検出することができる。
【００４１】
タッチ検出器１０は、増幅器１１と、イコライズスイッチＳＷ１と、電流源１３と、スイッチＳＷ２とを備えている。増幅器１１の入力端子はタッチ検出器１０の入力端に接続されており、すなわち、タッチ電極２が電気的に接続されている。イコライズスイッチＳＷ１は増幅器１１の入力端子と出力端子との間に設けられており、そのオンオフ動作によって、入力端子と出力端子との間の電気的接続／非接続を切替可能である。イコライズスイッチＳＷ１をオン状態にすることによって、増幅器１１の入出力が短絡され、タッチセンサエレメント１のイコライズ動作が実現される。増幅器１１の出力端子はタッチ検出器１０の出力端と接続されており、増幅器１１の出力がタッチ検出器１０の出力となる。
【００４２】
電流源１３およびスイッチＳＷ２は、オフセット設定手段を構成している。電流源１３はスイッチＳＷ２を介してタッチ検出器１０の出力端に接続されている。スイッチＳＷ２がオン状態のとき、タッチ検出器１０の出力端の電位は、タッチ電極１に人等によるタッチがない場合に、所定の論理レベル（ここでは“Ｌ”レベル）に保たれる。
【００４３】
図１の静電容量型タッチセンサの動作を説明する。
【００４４】
まず、全てまたは一部のタッチセンサエレメント１のタッチ検出器１０がイコライズ動作を行う。すなわち、イコライズスイッチＳＷ１をオン状態に設定し、増幅器１１の入出力を短絡する。すると、タッチ検出器１０に接続されたタッチ電極２とグランド５との間に所定の電圧が充電される。次に、イコライズスイッチＳＷ１を解放してオフ状態に設定し、センシング動作を行う。このとき、スイッチＳＷ２をオン状態にする。この状態で、タッチ電極２に物体の接触があれば、タッチ電極２とグランド５との間の容量が増加し、タッチ電極２とグランド５との間の電圧が低下する。この電圧低下は、増幅器１１によって論理出力レベルまで反転増幅される。
【００４５】
そして、図１の構成では、電圧低下が検出されたタッチセンサエレメント１が、エレメント群Ｇ１およびエレメント群Ｇ２の中でそれぞれ特定されたとき、特定されたタッチセンサエレメント１のタッチ電極２の配置位置の交点において接触があったと判断することができる。すなわち、図１の構成では、タッチセンサエレメント１はＸ軸方向およびＹ軸方向に分かれて配置されているので、各タッチセンサエレメント１の出力によって、表示部４上で接触があった場所のＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置とをそれぞれ特定することができる。
【００４６】
図２はタッチ検出器１０の構成例を示す図である。図２（ａ）はシングル入力の反転増幅器を用いた構成であり、図１に示した構成と同じである。図２（ｂ）は差動増幅器を用いた構成である。差動増幅器１５は逆相入力端子がタッチ電極２と接続され、正相入力端子が、グランドとの間に容量を形成するリファレンス電極６と接続されている。イコライズスイッチＳＷ１は、差動増幅器１５の逆相入力端子と出力端子との間に設けられている。すなわち、イコライズスイッチＳＷ１をオン状態にし、差動増幅器１５の逆相入力と出力とを短絡することによって、イコライズ動作を実現する。
【００４７】
また、図２（ａ），（ｂ）のいずれの構成においても、反転増幅器１１または差動増幅器１５の出力に電流源１３を接続することにより、タッチ動作がない場合にも出力を一定にすることが可能である。この電流源１３は、イコライズ動作が終了してから動作するように制御する必要がある。したがって、イコライズ動作終了後にスイッチＳＷ２をオン状態にすることによって、電流源１３を反転増幅器１１または差動増幅器１５の出力に接続する。
【００４８】
図３は図２の構成例の具体的な回路構成例を示す図であり、図３（ａ），（ｂ）は図２（ａ），（ｂ）の構成例にそれぞれ対応する。図３（ａ）において、ＰＭＯＳ１およびＮＭＯＳ１が反転増幅器１１を形成し、ＮＭＯＳ２がイコライズスイッチＳＷ１を形成する。また、ＮＭＯＳ３がスイッチＳＷ２を形成し、ＮＭＯＳ４が電流源１３を形成する。図３（ｂ）において、ＰＭＯＳ１，ＰＭＯＳ２，ＮＭＯＳ１，ＮＭＯＳ２およびＮＭＯＳ３が差動増幅器１５を形成し、ＮＭＯＳ４がイコライズスイッチＳＷ１を形成する。また、ＮＭＯＳ５がスイッチＳＷ２を形成し、ＮＭＯＳ６が電流源１３を形成する。
【００４９】
また、タッチ検出器１０は、電流源１３を用いない構成としてもよい。図４はタッチ検出器１０の他の構成例を示す図である。図４（ａ）の構成では、タッチ検出器１０における検出部１０ａの出力を参照電圧と比較する差動比較器７を設けている。なお、ここでの検出部１０ａは、図２（ａ）（ｂ）において電流源１３およびスイッチＳＷ２を省いた構成とする。差動比較器７の参照電圧を適宜設定することにより、タッチ動作がない場合におけるタッチ検出器１０の出力を一定にすることが可能となる。
【００５０】
また、図４（ｂ）の構成では、タッチ検出器１０内の検出部１０ａの出力を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の差動比較器８ａ，８ｂを設けている。この構成では、検出部１０ａの出力が中間状態にあることを検出可能となる。また、上側論理レベルにあるか、下側論理レベルにあるかも判定可能となる。中間状態であればタッチがないと判断する。また、接触があった場合とタッチしていた物体が離れた場合で、タッチ検出器１０の出力論理レベルは逆になるため、論理レベルを判定することにより、タッチありとタッチ離れありを検出することができる。したがって、タッチなし、タッチあり、タッチ離れありの３通りの状態を検出可能になる。
【００５１】
また、図４（ｃ）に示すように、タッチ検出器１０内の検出部１０ａの出力をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換器９を設けてもかまわない。
【００５２】
図５は差動増幅器を用いたタッチ検出器に係る他の構成例である。図５の構成では、差動増幅器１５の正相入力端子に、リファレンス電極６を含むリファレンス信号検出部２０が接続されている。リファレンス信号検出部２０は、差動増幅器１５の正相入力端子に接続されたリファレンス電極６に加えて、所定電位を発生する電源２２に接続されたシールド電極２１を備えている。シールド電極２１は、リファレンス電極６を、外部の接触体からの電気力線の影響を受けないように静電気的にシールドしている。また、リファレンス電極６は、グランドの電位をモニタしたグランド電極２３と容量を形成するように構成されている。これにより、リファレンス信号検出部２０によって、タッチセンサシステム全体のグランドの電位変動が検知可能となる。したがって、タッチ電極２の電位から背景雑音の影響を排除することができ、より正確なタッチ検出が可能となる。
【００５３】
図６は反転増幅器を用いたタッチ検出器に係る他の構成例である。図６の構成では、リファレンス電極２６を含むリファレンスバイアス生成部２５が設けられており、リファレンスバイアス生成部２５の出力電圧が、各タッチ検出器１０の反転増幅器１１の電流源のバイアス電圧として印加されている。リファレンスバイアス生成部２５は、グランド電位の変動に起因したリファレンス電極２６の電位変動を検知し、この電位変動に応じた電流変動を各タッチ検出器１０の反転増幅器１１に伝える。グランド電位の変動に起因したタッチ電極２の電位変動は、リファレンス電極２６の電位変動にほぼ等しい。このため、タッチ電極２の電位変動による反転増幅器１１の電流変動は、リファレンスバイアス生成部２５から伝えられた電流変動によって相殺される。したがって、リファレンスバイアス生成部２５によって、複数のタッチ検出器１０におけるグランド電位の変動の影響を抑制することが可能となる。
【００５４】
（他の構成例１）
上述したタッチセンサエレメントは、イコライズ動作を行う必要があるため、イコライズ動作を実行している期間には、センシング動作を行うことができない。この問題を回避するために、例えば、タッチセンサエレメントをインターリーブ動作させてもよい。
【００５５】
図７（ａ）はインターリーブ動作を行う構成例であり、タッチ電極２が同じ方向に配置されたタッチセンサエレメントが、エレメント群１とエレメント群２とに分けられている。そして図７（ｂ）の動作タイミングチャートに示すように、エレメント群１がイコライズ動作を行っているとき、エレメント群２がセンシング動作を行い、エレメント群２がイコライズ動作を行っているとき、エレメント群１がセンシング動作を行うように制御する。このようにインターリーブ動作を行うことによって、エレメント群１，２の少なくともいずれかが必ずセンシング動作を行うことになる。したがって、いつタッチ動作が行われても、それを検出することが可能となる。
【００５６】
（他の構成例２）
図１のタッチセンサの構成では、Ｘ軸とＹ軸の２軸方向でタッチ位置を判定している。このため、複数の位置に接触があった場合において、真のタッチ位置とは別のタッチ位置がゴーストとして現れてしまう可能性がある。
【００５７】
例えば図８（ａ）に示すように、２点のタッチ位置（Ｘ１，Ｙ１）および（Ｘ２、Ｙ２）にタッチがあったとする。この場合、真のタッチ位置とは異なるゴースト位置（Ｘ２，Ｙ１）および（Ｘ１、Ｙ２）にも、タッチがあったと検出してしまう可能性がある。この問題を回避するためには、例えば図８（ｂ）に示すように、さらにＺ軸をタッチ検出軸に加えて、３軸でタッチ位置を検出するようにすればよい。図８（ｂ）では、Ｚ軸が右下がりの斜め方向に設定されている。このようなＺ軸において、座標Ｚ１でのみタッチが検出されたとすると、ゴースト位置（Ｘ２，Ｙ１）と（Ｘ１，Ｙ２）はＺ軸座標がＺ１ではないため、除外することができる。したがって、マルチタッチの場合にもゴースト位置が検出されることを回避できる。
【００５８】
なお、図８（ｂ）の例では、Ｚ軸を右下がりの斜め方向に設定しているが、これに限られるものではなく、例えば右上がりの斜め方向に設定してもよい。また、タッチ電極を３軸よりも多い軸方向に配置してもかまわない。
【００５９】
（他の構成例３）
図９はシフトレジスタを設けた静電容量型タッチセンサの構成例であり、（ａ）はＸＹ軸の２軸構成、（ｂ）はＸＹＺ軸の３軸構成である。すなわち、同一軸方向に配置されたセンサエレメントから出力された１ビット情報は、シフトレジスタにパラレルに入力される。そして、シフトレジスタから１ビットずつシリアルに出力される。図８（ａ）の構成では、Ｘ軸用センサエレメントに対してシフトレジスタＳＨ１が設けられており、Ｙ軸用センサエレメントに対してシフトレジスタＳＨ２が設けられている。また、図８（ｂ）の構成では、Ｚ軸用センサエレメントに対して２個のシフトレジスタＳＨ３，ＳＨ４が設けられている。このような構成により、タッチセンサ出力を、シフトレジスタを用いて小ビット幅で転送することが可能となる。
【００６０】
また、シフトレジスタとタッチ検出器は、タッチセンサが搭載される表示ディスプレイのドライバ部と一緒に集積してもよい。これにより、実装面積をより小型化することができる。
【００６１】
（他の構成例４）
上述したような構成のタッチ検出器では、タッチ検出器の出力が所定の論理レベルに達しないとタッチがあったか否かを判定できない。このため、タッチ位置の検出にある程度時間を要することになり、これがタッチシステムの動作上問題となる可能性がある。
【００６２】
そこで本構成例では、図１０（ａ）に示すように、タッチ検出器１０の出力端と接続されており、出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器３０を設ける。そして電流方向検出器３０によってタッチ検出器１０の出力の傾きを検出し、これによりタッチ動作を判定する。これにより、より短時間で高精度なタッチ検出が可能となる。
【００６３】
図１０（ｂ）は電流方向検出器３０の回路構成の一例である。図１０（ｂ）では、２個の反転増幅器３１，３２がラッチ結合されており、電流検知型ラッチを構成している。また、イコライズのためのスイッチＳＷ３と、タッチ検出器１０の出力端との接続を切り替えるスイッチＳＷ４とが設けられている。まず、スイッチＳＷ４をオフにして入力と切り離した状態でスイッチＳＷ３をオンにし、反転増幅器３１，３２からなる電流検知型ラッチのイコライズを行う。次に、スイッチＳＷ３をオフにするとともにスイッチＳＷ４をオンにして、タッチ検出器１０の出力電流を入力させる。反転増幅器３１，３２からなる電流検知型ラッチはラッチ動作を行い、入力電流の向きに応じた信号を出力する。
【００６４】
図１１（ａ）は電流方向検出器３０の回路構成の他の例である。図１１（ａ）では、差動増幅器３４の正相入力端子および反転入力端子に、それぞれ、容量素子Ｃ１，Ｃ２が接続されている。また、差動増幅器３４の正相入力端子および反転入力端子の入力線に、それぞれ、タッチ検出器１０の出力端との接続を切り替えるスイッチＳＷ５，ＳＷ６が設けられている。
【００６５】
図１１（ｂ）に示すように、まずタッチセンサエレメントがイコライズ動作を行う期間において、スイッチＳＷ５，ＳＷ６はともにオンしており、容量素子Ｃ１，Ｃ２は一定電圧になるように充電される。次に、タッチセンサエレメントがセンシング動作を行う期間において、しばらくの間スイッチＳＷ５，ＳＷ６をともにオン状態にした後、ＳＷ５のみをオフにする。これにより、タッチ検出器１０の出力電流がしばらくの間容量素子Ｃ１，Ｃ２の両方に充電された後、容量素子Ｃ２のみに充電が続けられる。この結果、容量素子Ｃ１，Ｃ２の電位の大小関係から、タッチ検出器１０の出力電流の方向を検知することが可能となる。したがって、差動増幅器３４が容量素子Ｃ１，Ｃ２の電位差を検出することによって、タッチ検出器１０の出力電流の方向を検知することができ、タッチ検出が可能となる。
【００６６】
図１２は電流方向検出器３０の回路構成の他の例である。図１２の構成では、タッチ検出器１０の出力を電流制御発振器３５のバイアス電流として利用している。これにより、タッチ検出器１０の出力電流の変化が、電流制御発振器３５の発振周波数の変化として現れる。カウンタ３６は電流制御発振器３５の発振周波数を計測する。発振周波数の時間的変化がタッチ検出器１０の出力の傾きに対応するので、異なる時間に計測したカウンタ３６の出力をレジスタ３７，３８にそれぞれ格納して、その差分から、タッチ判定論理回路３９がタッチ判定を行う。
【００６７】
また、図１２の構成において、個々のタッチセンサエレメントに接続される電流制御発振器３５の全体の周波数変化は、タッチセンサ全体に加わった背景雑音を表していると考えられる。このため、各電流制御発振器３５の平均の周波数変化を雑音による周波数変化として、個々の電流制御発振器３５の周波数変化から減算してもよい。これにより、例えば図５や図６のようなリファレンス電極を用いた構成を採用しなくても、背景雑音の影響を排除した高精度なタッチ認識が可能となる。
【００６８】
なお、本構成例において示した回路構成はあくまでも電流方向検出器の回路構成の一例であり、電流方向を検知できるその他の回路構成を用いても、同様の効果が得られる。
【００６９】
（第２実施形態）
第１実施形態に係る静電容量型タッチセンサでは、一方向に延びるタッチ電極を並列に配置するものとした。ただし、第１実施形態で示したタッチセンサエレメントの構成は、インセル型のタッチセンサにも適用可能である。
【００７０】
図１３は本実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成例であり、インセル型のタッチセンサを実現している。図１３の構成では、表示部５０に、タッチ電極４１を含むセンサインセル部４０がアレイ状に配置されている。タッチ電極４１は、グランドとの間に容量を形成する。また、センサインセル部４０は、タッチ電極４１の他に、タッチ電極４１の電位変化を検出するための増幅器としてのトランジスタ４２と、イコライズ動作用のイコライズスイッチとしてのトランジスタ４３とを備えている。タッチ電極４１はトランジスタ４２のゲートと接続されており、トランジスタ４３はトランジスタ４２のゲートとドレインとの間に設けられている。すなわち、トランジスタ４２のゲートおよびドレインが、増幅器の入力端子と出力端子に相当している。
【００７１】
アレイ状に配置されたセンサインセル部４０の列毎に、カラムバス４４が配置されている。カラムバス４４は、当該列のセンサインセル部４０の出力と、バススイッチ４７を介して接続されている。また、アレイ状に配置されたセンサインセル部４０の行毎に、行選択信号線４５とイコライズ信号線４６とが設けられている。行選択信号線４５は、当該行のバススイッチ４７のオンオフ動作を制御する行選択信号を送るためのものである。イコライズ信号線４６は、当該行のセンサインセル部４０のイコライズ動作を制御するイコライズ信号を送るためのものである。センサドライバ４８は、行選択信号線４５を介して行選択信号を送るとともに、イコライズ信号線４６を介してイコライズ信号を送る。
【００７２】
図１３の静電容量型タッチセンサの動作について説明する。図１３の構成では、表示部５０全体のタッチ検出を、行毎に走査するようにして実現する。
【００７３】
すなわちセンサドライバ４８は、ある行について行選択信号を出力し、当該行のセンサインセル部４０をバススイッチ４７を介して各列のカラムバスに接続する。また、当該行についてイコライズ信号を出力し、当該行のセンサインセル部４０において、トランジスタ４３をオンさせて、検出用トランジスタ４２の入出力を短絡する。これにより、イコライズ動作が行われる。その後、トランジスタ４３をオフさせて、タッチ検出のセンシング動作を行う。タッチ電極４１の電位変化が生じたとき、センサインセル部４０の出力電流が変化するので、この電流変化が表示部５０外部に設けられた比較器４９に送られ、論理レベルに変換されて出力される。
【００７４】
上のような動作を、各行毎に行う。これにより、表示部５０全体にわたって、タッチ検出が実現される。なお、ここでの説明では、センサインセル部４０が、増幅器としてトランジスタ４２を備え、イコライズスイッチとしてトランジスタ４３を備えるものとしたが、これに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本開示によると、タッチ電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサをより簡易な構成によって実現することができるので、例えば、タッチパネルが搭載された携帯情報機器の小型化やコストダウンに有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１  タッチセンサエレメント
２  タッチ電極
６  リファレンス電極
７  差動比較器
８ａ，８ｂ  差動比較器
１０  タッチ検出器
１１  増幅器
１３  電流源
１５  差動増幅器
２０  リファレンス信号検出部
２１  シールド電極
２２  電源
３０  電流方向検出器
３５  電流制御発振器
３６  カウンタ
４０  センサインセル部
４１  タッチ電極
４２  トランジスタ（増幅器）
４３  トランジスタ（イコライズスイッチ）
４４  カラムバス
４５  行選択信号線
４６  イコライズ信号線
４７  バススイッチ
ＳＷ１  イコライズスイッチ
ＳＷ２  スイッチ
Ｇ１  第１エレメント群
Ｇ２  第２エレメント群
ＳＨ１〜４  シフトレジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図８】
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【図９】
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