(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの動作または物体の動作を認識するセンサ素子と、
前記センサ素子の出力信号に応答して動作する第１受信部と、
前記第１受信部の出力信号に連動して動作する第２受信部と、
前記第１受信部の出力信号に連動して動作するフィードバック信号生成部と、
周期信号を生成する周期信号生成部と、
前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号に接続され、センサ素子駆動信号を生成する駆動信号生成部と
を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記周期信号生成部は、正弦波形またはパルス波形または三角波形のうちのいずれか１つを生成することを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記第２受信部は、前記センサ素子に誘起されるノイズの影響が低減されるようにするのために、乗算器またはチョッパのうちの少なくとも１つ以上が含まれるようにすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記駆動信号生成部は、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記第１受信部は、電荷増幅器を含み、
前記電荷増幅器は、演算増幅器を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記駆動信号生成部の前記センサ素子駆動信号は、前記センサ素子からフィードバックされた信号と、前記周期信号生成部の出力信号とが合成によって、前記センサ素子で誘起されたノイズ信号成分のうちの一部が互いに相殺されることを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項７】
前記センサ素子で誘起されるノイズの周波数成分のうち、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数成分は、ネガティブフィードバック（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）動作によって減衰することを特徴とする請求項４に記載のセンシング装置。
【請求項８】
前記センサ素子は、前記駆動信号生成部の前記センサ素子駆動信号を受信して、センシングしようとする物理量に応じてその値が変化する出力信号を生成し、前記第１受信部の入力信号として伝達する可変センサ素子（１３１）と、前記駆動信号生成部の前記センサ素子駆動信号を受信して、センシングしようとする物理量に関係なくその値が一定の出力信号を生成し、前記第１受信部の入力信号として伝達する固定センサ素子（１３３）とを含み、
共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数において、前記可変センサ素子（１３１）の伝達関数の大きさと、前記固定センサ素子（１３３）の伝達関数の大きさとの差が５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項９】
前記可変センサ素子（１３１）の出力信号と前記固定センサ素子（１３３）の出力信号は、それぞれに誘起されるノイズに対する周波数特性および時間領域特性が互いに同じであることを特徴とする請求項８に記載のセンシング装置。
【請求項１０】
前記第１受信部は、前記可変センサ素子（１３１）の出力信号と前記固定センサ素子（１３３）の出力信号をそれぞれ受信して、前記可変センサ素子（１３１）の出力信号によって決定される第１出力信号と、前記固定センサ素子（１３３）の出力信号によって決定される第２出力信号とを生成し、前記第１出力信号は、前記第２受信部の入力信号として供給し、前記第１出力信号と前記第２出力信号は、前記フィードバック信号生成部の入力信号として供給することを特徴とする請求項８に記載のセンシング装置。
【請求項１１】
前記第１受信部は、その伝達関数（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の周波数特性が帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有することを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項１２】
前記駆動信号生成部の前記センサ素子駆動信号は、前記センサ素子で誘起される（ｉｎｄｕｃｅｄ）ノイズ信号成分のうち、共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数帯域で互いに相殺されることを特徴とする請求項４に記載のセンシング装置。
【請求項１３】
前記第２受信部は、
前記第１受信部の出力信号のうちの一部と、前記周期信号生成部の出力信号とを互いに乗算する乗算回路と、
前記乗算回路の出力信号が入力端子で接続された積分器または低域通過フィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）とを含み、
前記乗算回路は、乗算器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）またはチョッパ（ｃｈｏｐｐｅｒ）回路のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項１４】
タッチ動作を認識する静電方式のタッチセンサパネルを備える平板ディスプレイと、
前記タッチセンサパネルの出力信号に応答して動作する受信部と、
前記受信部の出力信号に連動して動作するフィードバック信号生成部と、
周期信号を生成する周期信号生成部と、
前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号に接続され、タッチセンサパネル駆動信号を生成する駆動信号生成部と
を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項１５】
前記タッチセンサパネルの第１方向の導線と第２方向の前記導線は、互いに電気的に短絡（ｓｈｏｒｔ）しないことを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項１６】
前記タッチセンサパネルは、前記フィードバック信号生成部と共にフィードバックループを構成する要素に含まれていることを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項１７】
前記受信部の出力信号のうちの一部または全部を用いて、前記タッチセンサパネルを駆動する前記駆動信号生成部の前記タッチセンサパネル駆動信号を変化させることを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項１８】
前記駆動信号生成部の前記タッチセンサパネル駆動信号は、前記フィードバック信号生成部の出力信号と前記周期信号生成部の出力信号とを合成した信号であって、前記タッチセンサパネルに印加されることを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項１９】
前記駆動信号生成部は、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を含むことを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項２０】
前記周期信号生成部は、正弦波形またはパルス波形または三角波形を生成することを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項２１】
前記受信部は、
前記タッチセンサパネルから伝達された信号が前記受信部内の増幅器に接続され、前記増幅器の出力信号および前記周期信号生成部の出力信号を前記受信部内で互いに乗算する乗算器またはチョッパ（ｃｈｏｐｐｅｒ）回路のうちのいずれか１つが備えられ、
前記乗算器または前記チョッパのうち、備えられたいずれか１つの出力信号が入力される積分器または低域通過フィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）のうちのいずれか１つが含まれていることを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項２２】
前記受信部内の前記増幅器は、電荷増幅器であり、その出力信号が前記フィードバック信号生成部の入力信号として伝達されることを特徴とする請求項２１に記載のセンシング装置。
【請求項２３】
前記共振回路に入力される入力信号の周波数が共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数値に変動する場合には、その伝達関数値が大きくなり、そうでない場合には、その伝達関数値が小さくなることを特徴とする請求項１９に記載のセンシング装置。
【請求項２４】
前記周期信号生成部の出力信号の周波数は、前記共振回路の共振周波数の半分より大きく、前記共振周波数の２倍より小さいことを特徴とする請求項１９に記載のセンシング装置。
【請求項２５】
前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号が組み合わされて生成された信号が前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）に印加され、前記共振回路の出力信号は前記タッチセンサパネルに印加されることを特徴とする請求項１９に記載のセンシング装置。
【請求項２６】
前記駆動信号生成部の前記タッチセンサパネル駆動信号は、前記タッチセンサパネルで誘起される（ｉｎｄｕｃｅｄ）ノイズ信号成分のうち、共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数帯域で互いに相殺されることを特徴とする請求項１４に記載のセンシング装置。
【請求項２７】
前記駆動信号生成部の前記タッチセンサパネル駆動信号は、前記タッチセンサパネルで誘起される（ｉｎｄｕｃｅｄ）ノイズ信号成分のうち、共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数帯域で互いに相殺されることを特徴とする請求項２５に記載のセンシング装置。
【請求項２８】
前記平板ディスプレイで発生するノイズは、前記平板ディスプレイの共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズが前記タッチセンサパネルを介して前記受信部に入力されるノイズであることを特徴とする請求項１５に記載のセンシング装置。
【請求項２９】
ノイズ伝達関数（ＮＴＦ：ｎｏｉｓｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、前記受信部の出力である最終出力信号の周波数が特定周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲で変動する時、前記平板ディスプレイの伝達関数値が小さくなり、前記周波数が前記特定周波数から遠くなるほど、前記平板ディスプレイの前記伝達関数値が次第に大きくなるｂａｎｄ−ｒｅｊｅｃｔフィルタ特性を有し、
前記ノイズ伝達関数は、
前記共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズに対する前記最終出力信号の有するノイズ成分の割合であることを特徴とする請求項２８に記載のセンシング装置。
【請求項３０】
映像を表示する平板ディスプレイの上部に位置したり（ｏｎ−ｃｅｌｌ）、内部に内蔵される（ｉｎ−ｃｅｌｌ）静電方式のタッチセンサパネルを備えるタッチセンシング装置において、
周期信号を生成する周期信号生成部と、
タッチ動作を認識する静電方式の前記タッチセンサパネルを備える平板ディスプレイと、
前記タッチセンサパネルの出力信号に応答して動作する第１受信部と、
前記第１受信部の出力が入力され、前記周期信号生成部の出力も入力され、最終出力信号を生成する第２受信部と、
前記第１受信部の出力信号に連動して動作するフィードバック信号生成部と、
前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号に接続され、タッチセンサパネル駆動信号を生成して前記タッチセンサパネルの入力端子に入力する駆動信号生成部と
を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項３１】
前記フィードバック信号生成部は、前記第１受信部の出力信号を受信して、前記第１受信部から出力された前記出力信号の平均値に比例するフィードバック信号を出力し、前記フィードバック信号を前記駆動信号生成部に印加することを特徴とする請求項３０に記載のセンシング装置。
【請求項３２】
前記第１受信部は、電荷増幅器を含み、
前記電荷増幅器は、演算増幅器を含むことを特徴とする請求項３０に記載のセンシング装置。
【請求項３３】
前記第２受信部は、
前記第１受信部の出力信号のうちの一部または全部と、前記周期信号生成部の出力信号とを互いに乗算する乗算回路と、
前記乗算回路の出力信号が入力端子に入力される積分フィルタと
を含み、
前記乗算回路は、乗算器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）またはチョッパ（ｃｈｏｐｐｅｒ）回路のうちのいずれか１つであり、
前記積分フィルタは、積分器または低域通過フィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項３０に記載のセンシング装置。
【請求項３４】
前記電荷増幅器は、前記タッチセンサパネルの第１方向の電極と第２方向の電極との間の相互キャパシタンス、および第２方向の電極と前記平板ディスプレイの共通電極（ＶＣＯＭ）との間の自己キャパシタンスを含む伝達関数の周波数特性が帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有することを特徴とする請求項２２または３２のいずれか１項に記載のセンシング装置。
【請求項３５】
前記電荷増幅器は、その伝達関数の周波数特性が帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性となるようにすることにより、前記電荷増幅器に用いられた前記演算増幅器の出力端子電圧が飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）される現象を防止することを特徴とする請求項５または３２に記載のセンシング装置。
【請求項３６】
前記電荷増幅器は、前記演算増幅器の自己高周波特性を利用して前記演算増幅器の出力端子電圧が飽和される現象を防止することを特徴とする請求項５または３２に記載のセンシング装置。
【請求項３７】
前記電荷増幅器は、その伝達関数の通過帯域（ｐａｓｓ  ｂａｎｄ）範囲に前記周期信号生成部の出力信号周波数を含むことを特徴とする請求項５、２２または３２のいずれか１項に記載のセンシング装置。
【請求項３８】
前記電荷増幅器は、その伝達関数の通過帯域（ｐａｓｓ  ｂａｎｄ）範囲に共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数を含むことを特徴とする請求項５、２２または３２のいずれか１項に記載のセンシング装置。
【請求項３９】
前記平板ディスプレイの共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズに対する周波数成分のうち、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数成分は、ネガティブフィードバック（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）動作によって減衰して前記最終出力信号に現れることを特徴とする請求項３０に記載のセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電式センサ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ）やインダクティブセンサ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ）のように、センシングしようとするユーザ動作または物体動作の変化速度に比べて比較的高周波の時間に対して周期的な（ｔｉｍｅ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ）信号を入力信号として用いるセンシング装置において、センサ素子で誘起される（ｉｎｄｕｃｅｄ）ノイズが受信部の最終出力信号に現れる影響を低減させることにより、比較的小さい振幅の入力信号を用いても十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）を確保するためのセンサ回路方式に関するものである。より具体的には、本発明の実施形態を示すために、本発明の内容を液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ、以下、ＬＣＤと略称する）と有機発光ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ、以下、ＯＬＥＤと略称する）を含む平板ディスプレイに用いられるタッチセンサに適用した。平板ディスプレイで自己生成され、タッチセンサパネルに誘起されるノイズの影響を低減させることにより、比較的小さい振幅の入力信号を用いても十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）を確保するタッチセンシング装置に関する実施形態を示した。
【背景技術】
【０００２】
静電式センサ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ）やインダクティブセンサ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒ）は、多様な用途に多く用いられている。静電式センサやインダクティブセンサでセンサ装置を介してユーザの動作または物体の動作をセンシングするためには、ユーザ動作または物体動作の変化速度に比べて比較的高い周波数の時間に対して周期的な信号を入力信号として用いる。これは、印加される信号の周波数が比較的高くてこそ、センサ装置における静電容量方式（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）または磁気的（ｍａｇｎｅｔｉｃ）カップリング（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）現象により比較的大きい値の出力信号が得られるからである。しかし、センサ装置で誘起されるノイズ成分もセンサ回路の出力信号に現れるため、十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）を得るためには、センサ装置に入力される駆動信号の振幅を大きく増加させなければならない。
【０００３】
本発明のより具体的な実施形態を示すために、ＬＣＤやＯＬＥＤなどの平板ディスプレイ装置に取り付けられたタッチセンサパネルを含むタッチセンサ回路に本発明を適用した。
最近、携帯電話やタブレット（ｔａｂｌｅｔ）ＰＣなどにおいて、ＬＣＤとＯＬＥＤを含む平板ディスプレイ装置にタッチセンサパネルを取り付け、これを指やペンなどを利用したタッチ動作により入力装置として用いる。
初期のタッチセンサパネルでは、抵抗式（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ、減圧式）タッチ方式が多く用いられたが、タッチセンシングのためには機械的動きが伝達されなければならないため、該装置の寿命が短いという欠点があった。
【０００４】
このような欠点を補うために、強化ガラスを用いて機械的動きを除去した静電式（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）タッチセンサパネルが多く用いられている。静電式タッチセンサパネルは、平板ディスプレイ上にタッチセンサパネル用ガラス板（ｇｌａｓｓ  ｐｌａｔｅ）を位置させ、その上に強化ガラスを取り付けた構造となっていて、強化ガラス上で指やペンなどでタッチしても、強化ガラスの下に位置したタッチセンサパネル用ガラス板および平板ディスプレイ装置には機械的動きが伝達されない。したがって、静電式タッチセンサパネルは、繰り返しのタッチ動作によってもディスプレイ装置の寿命が減少するという欠点がない。
【０００５】
静電式タッチセンサパネル用ガラス板には、電気的に直接接続されておらず、互いに交差する電極が配置されている。これら電極は、通常、透明電極（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やナノワイヤなどで実現する。静電式タッチセンサパネルは、自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスを測定する方式と、相互（ｍｕｔｕａｌ）キャパシタンスを測定する方式に区分される。初期には自己キャパシタンスを測定する方式が主に用いられたが、同時にタッチする個数が３個またはそれ以上に増加するにつれ、相互キャパシタンスを測定する方式が次第に多く用いられてきている。ここで、自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスは、各導線と基準ノードとの間のキャパシタンスであり、相互（ｍｕｔｕａｌ）キャパシタンスは、交差する２つの導線の間のキャパシタンスである。自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスの基準ノード（グラウンド）は、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）の場合にはＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）端子に相当し、ＯＬＥＤでは共通カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）端子に相当する。
【０００６】
しかし、相互キャパシタンスを測定する静電式タッチ方式では、ＬＣＤやＯＬＥＤなどの平板ディスプレイで自己生成される共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズによって信号対雑音比（ＳＮＲ）が非常に小さい。ここで、共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズは、ＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズとＯＬＥＤ共通カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）電極ノイズを通称する。したがって、この静電式タッチ方式では、平板ディスプレイで自己生成される共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズの影響を低減させる方策が欠かせない。
【０００７】
本発明の主たる技術的思想を説明する前に、まず、ＬＣＤの構造を理解する必要がある。ＯＬＥＤにおいても、ＬＣＤと類似のメカニズムによって共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズが発生するため、本説明ではＬＣＤ構造についてのみ説明する。現在用いられているＬＣＤは、大体、ＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式と、ＩＰＳ（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式に区分することができる。
【０００８】
ＶＡ方式とは、図１Ａに示されているように、共通電極（ＶＣＯＭ）ノードが、平面（ｐｌａｎｅ）ＬＣＤを構成する２つのガラス基板のうち、ＬＣＤのバックライトから遠く位置したＬＣＤの上段ガラス基板に位置するため、静電式タッチセンサパネル電極から距離が近い。
ＩＰＳ方式では、図１Ｂに示されているように、共通電極（ＶＣＯＭ）ノードが、バックライトから近く位置したＬＣＤの下段ガラス基板に位置するため、静電式タッチセンサパネル電極から距離が遠い。しかし、ＩＰＳ方式では、タッチセンサパネルとＬＣＤとの間に、比較的抵抗値が大きい静電防止膜を除けば導電（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）平面が存在しないため、タッチセンサパネル電極がＴＦＴやソースドライバの駆動するビデオ信号（ａｎａｌｏｇ  Ｇｒａｙ  ｓｃａｌｅ信号）に直接露出している。
【０００９】
ＬＣＤのピクセルは、２つの電極と、これら２つの電極の間に位置する液晶（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）およびカラーフィルタなどから構成される。これら電極は、ガラス板上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などからなる透明電極として製作される。図２に示されているように、前記２つの電極のうちの１つの電極には、ソースドライバからＴＦＴスイッチを介して伝達されるグレースケール（Ｇｒａｙ  ｓｃａｌｅ）を示すアナログ信号が印加される。他の１つの共通ノードには、すべてのピクセルに共通にＤＣ５Ｖ程度の電圧が印加される。この共通ノードを共通電極（ＶＣＯＭ）ノードと呼ぶ。静電式タッチセンサパネルは、通常、タッチセンサパネル自体にはグラウンドまたは基準電極がなく、直にＬＣＤ装置上に取り付けられるため、ＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）ノードが静電式タッチセンサパネルの基準電圧ノードとして作用する。
【００１０】
図２を参照すれば、ＬＣＤにおいて、各行（ｒｏｗ）に相当するゲートドライバラインＧ１〜Ｇ３は、位置に応じて順次に駆動される。各ゲートドライバラインには、非常に多い個数（ｆｕｌｌ  ＨＤの場合、約６０００個）のＴＦＴスイッチのゲートノードが接続されている。これにより、１つのゲートドライバラインには、数十ｐＦの比較的大きいキャパシタンスが接続されている。ゲート駆動信号は、オフ（ｏｆｆ）時に−５Ｖ程度、オン（ｏｎ）時に＋２５Ｖ程度の値を維持する。したがって、ゲートドライバ信号の立ち上がり（ｒｉｓｉｎｇ）エッジおよび立ち下がり（ｆａｌｌｉｎｇ）エッジ時間には、短い時間の間非常に大きい電圧変動が発生するため、（ＣｄＶ／ｄｔ）で表示され得る相当の大きさの変位電流（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）ＩＮ（ｔ）が、ＴＦＴのゲートキャパシタンスＣＧＤおよび液晶キャパシタンスＣＬＣを介してＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）ノードに流れる。
【００１１】
図３は、図２に示されたゲートドライバラインの駆動信号による共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズ発生メカニズムを示した図である。これを参照すれば、前記変位電流ＩＮ（ｔ）が、透明電極からなる共通電極面（ＶＣＯＭ  ｐｌａｎｅ）を通過した後、ＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）駆動回路（ｄｒｉｖｅｒ）の出力抵抗ＲＯを介して流れるため、ＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）の波形は、前記ゲートドライバ信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ時刻にインパルス（ｉｍｐｕｌｓｅ）形態で現れる。
【００１２】
しかし、図２に示しているように、ゲートドライバ信号は順次に次のゲートドライバラインに移動するが、すべてのゲートドライバラインにおいて、ゲートドライバ信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ区間ごとに、共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズはインパルス形態の波形を有するようになる。
【００１３】
静電式タッチ方式は、前述のように、自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスを測定する方式と、相互（ｍｕｔｕａｌ）キャパシタンスを測定する方式に区分される。自己キャパシタンスは、タッチする場合に、人間の体と地球（ｅａｒｔｈ）との間のキャパシタンスが加えられてその値が増加するので、この現象を利用してタッチの有無を判断する。また、自己キャパシタンスは、その値が２０ｐＦ程度またはそれ以上の比較的大きいキャパシタンス値を有するため、ＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズに比較的鈍感である。
【００１４】
しかし、静電式タッチ方式において、同時にタッチする位置の個数が３個またはそれ以上に増加する場合には、相互（ｍｕｔｕａｌ）キャパシタンスを測定しなければならない。タッチ動作がある場合に、タッチされる位置で交差する２つの電極の間の相互キャパシタンス値は減少する。しかし、相互キャパシタンスは、通常、１ｐＦ程度の値を有するが、タッチ動作によって前記相互キャパシタンス値が１０％〜２０％程度減少する。後述する本発明の図８に示されているように、前記相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊの一方の電極Ｘ［ｊ］は電荷増幅器のｉｎｖｅｒｔｉｎｇ入力端子に接続され、他方の電極Ｙ［ｉ］は駆動信号生成部１２０に接続される。前記ＣＭ．ｉ，ｊは、ｉ番目のＹ電極Ｙ［ｉ］とｊ番目のＸ電極Ｘ［ｊ］との間の相互キャパシタンスである。前記Ｙ［ｉ］電極と前記Ｘ［ｊ］電極との交差する位置にタッチ動作が発生すると、ＣＭ．ｉ，ｊ値が１０％〜２０％程度減少し、電荷増幅器の出力電圧振幅も減少する。これは、電荷増幅器の出力電圧振幅がＣＭ．ｉ，ｊの変化と同じ割合で駆動信号電圧振幅にＣＭ．ｉ，ｊ／ＣＦ値を乗算した値と等しいからである。しかし、電荷増幅器のｉｎｖｅｒｔｉｎｇ入力端子に接続されたタッチセンサパネル電極Ｘ［ｊ］と共通ノード（ＶＣＯＭ）電極との間の自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスＣＳＸｊを介して共通ノードノイズ（ＶＣＯＭ  ｎｏｉｓｅ）電圧にＣＳＸｊ／ＣＦを乗算した電圧が電荷増幅器の出力電圧に加えられる。
【００１５】
共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズの振幅はタッチセンサパネル駆動信号の振幅より小さいが、自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスＣＳＸｊが相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊより通常２０倍またはそれ以上となるため、電荷増幅器の出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が１より小さい場合が多い。このような状況で、相互キャパシタンス測定方式のタッチセンサにおいて、ＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズを克服し、タッチの有無を安定的に判定するには、ノイズ低減方式のタッチセンサが欠かせない。
【００１６】
相互キャパシタンス測定方式のタッチセンサにおいて、平板ディスプレイで自己生成される共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズの影響を低減させることにより、前記電荷増幅器の出力電圧の信号対雑音比を増加させる方法としては、大体、次のような方法がある。
（１）Ｃｈｏｐｐｅｒ方式、
（２）タッチセンサパネル駆動信号の振幅を増加させる方式、
（３）タッチセンサパネル駆動信号の周波数を調整する方式、
（４）平板ディスプレイが動作しない時間区間でのみタッチセンサパネルを動作させる方式。
【００１７】
第一、チョッパ（ｃｈｏｐｐｅｒ）方式は、静電式タッチセンサパネルに印加する駆動信号と同じ信号を受信回路部に印加し、受信回路部の電荷増幅器の出力信号と、前記駆動信号と同じ信号とをチョッパ回路で互いに乗算した後、その出力信号を積分器または低域通過フィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を通過させることにより、積分器または低域通過フィルタの出力で共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズの影響を低減させる方式である。
【００１８】
第二、駆動信号の振幅を増加させる方式は、受信回路部の出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を１以上に増加させるために、タッチセンサパネル駆動信号の振幅を増加させる方式である。
【００１９】
第三、タッチセンサパネル駆動信号の周波数を調整する方式は、共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズの周波数スペクトル上でノイズの大きさが小さい周波数を見つけて駆動信号の周波数を前記周波数に合わせる方式である。［米国特許公開ＵＳ２００８／０１５７８８２］
【００２０】
第四、平板ディスプレイが動作しない時間区間でのみ動作させる方式は、平板ディスプレイにおいて、１フレームの画面転送が完了して次のフレームの画面転送が始まるまでの時間区間のＶＢＬＡＮＫ区間では共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズが発生しないため、前記ＶＢＬＡＮＫ区間でのみタッチセンサ回路を動作させる方式である。［米国特許公開ＵＳ２００９／０００９４８３］
【００２１】
前記電荷増幅器の出力電圧の信号対雑音比（ＳＮＲ）を１より大きく増加させるために、駆動信号のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ電圧値が２０Ｖ以上であったが、最近は、前記解決策の中からいくつかを組み合わせて用いることによって５Ｖ程度に低下した。しかし、５Ｖは依然として最近の半導体チップの供給電圧よりはるかに大きいため、追加のＶＣＯＭノイズ低減手法を用いることによって駆動信号のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ電圧値を３Ｖまたは１Ｖ程度に低下させると、別の供給電圧を追加することなく、現在使用する半導体チップの供給電圧を駆動信号発生部にそのまま使用できるという利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明が解決しようとする技術的課題は、時間に対して周期的な信号を入力信号として用いるセンシング装置において、入力信号の振幅を比較的小さい値に維持しながらも、センサ素子で誘起されるノイズの影響を低減させることにより、センサ回路の最終出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を比較的大きい値に維持するセンシング装置を提供することである。本発明のより具体的な実施形態を示すために、本発明の内容を静電式タッチセンサ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｔｏｕｃｈ  ｓｅｎｓｏｒ）に適用し、入力信号の振幅を比較的小さい値に維持しながらも、平板ディスプレイの自己生成ノイズに鈍感になり、タッチの有無およびタッチされた位置を信頼性あるように判断できるようにした。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１態様にかかるセンサ素子測定方式を用いるセンサは、時間に対して周期的な（ｔｉｍｅ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ）信号を生成する周期信号生成部（１１０）と、前記周期信号生成部（１１０）の出力信号とフィードバック信号を用いてセンサ素子（１３０）駆動信号を生成する駆動信号生成部（１２０）と、前記駆動信号生成部（１２０）の出力端子にセンサ素子（１３０）の入力端子が位置し、第１受信部（１５０）の入力端子に前記センサ素子（１３０）の出力端子が位置するセンサ素子（１３０）と、前記センサ素子（１３０）の出力端子に電荷増幅器を接続し、電荷増幅器の出力に比例する出力信号を生成する第１受信部（１５０）と、前記第１受信部（１５０）の出力信号および前記周期信号生成部（１１０）の出力信号のうちの一部を入力として受けて、センサ素子（１３０）またはその差値に比例する低周波出力信号を生成する第２受信部と、前記第１受信部（１５０）の出力信号を入力として受けて、出力のフィードバック信号を前記駆動信号生成部１２０に印加するフィードバック信号生成部（１４０）とを含んで構成することを特徴とする。ここで、センサ素子（１３０）を測定する本発明を相互静電容量測定方式のタッチセンサパネルに適用する場合、映像を表示する平板ディスプレイと、前記平板ディスプレイの上部に位置したり（ｏｎ−ｃｅｌｌ）、内部に内蔵される（ｉｎ−ｃｅｌｌ）タッチセンサパネルとを含んで構成することを特徴とする。
本発明の第１態様にかかるセンシング装置は、ユーザの動作または物体の動作を認識するセンサ素子と、前記センサ素子の出力信号に応答して動作する第１受信部と、前記第１受信部の出力信号に連動して動作する第２受信部と、前記第１受信部の出力信号に連動して動作するフィードバック信号生成部と、周期信号を生成する周期信号生成部と、前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号に接続され、センサ素子駆動信号を生成する駆動信号生成部とを含むことを特徴とする。
上記センシング装置において、駆動信号生成部は、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を含んでいてもよい。
上記第１態様に係るセンシング装置において、センサ素子で誘起されるノイズの周波数成分のうち、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数成分は、ネガティブフィードバック（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）動作によって減衰されてもよい。
上記第１態様に係るセンシング装置において、駆動信号生成部のセンサ素子駆動信号は、センサ素子で誘起される（ｉｎｄｕｃｅｄ）ノイズ信号成分のうち、共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数帯域で互いに相殺されてもよい。
本発明の第２態様にかかるセンシング装置は、タッチ動作を認識する静電方式のタッチセンサパネルを備える平板ディスプレイと、前記タッチセンサパネルの出力信号に応答して動作する受信部と、前記受信部の出力信号に連動して動作するフィードバック信号生成部と、周期信号を生成する周期信号生成部と、前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号に接続され、タッチセンサパネル駆動信号を生成する駆動信号生成部とを含むことを特徴とする。
上記第２態様に係るセンシング装置において、駆動信号生成部は、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を含んでもよい。
上記第２態様に係るセンシング装置において、共振回路に入力される入力信号の周波数が共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数値に変動する場合には、その伝達関数値が大きくなり、そうでない場合には、その伝達関数値が小さくなることとしてもよい。
上記第２態様に係るセンシング装置において、前記周期信号生成部の出力信号の周波数は、前記共振回路の共振周波数の半分より大きく、前記共振周波数の２倍より小さいこととしてもよい。
上記第２態様に係るセンシング装置において、前記駆動信号生成部の前記タッチセンサパネル駆動信号は、前記タッチセンサパネルで誘起される（ｉｎｄｕｃｅｄ）ノイズ信号成分のうち、共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数帯域で互いに相殺されてもよい。
上記第２態様に係るセンシング装置において、前記平板ディスプレイで発生するノイズは、例えば、前記平板ディスプレイの共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズが前記タッチセンサパネルを介して前記受信部に入力されるノイズである。
上記第２態様に係るセンシング装置において、ノイズ伝達関数（ＮＴＦ：ｎｏｉｓｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、前記受信部の出力である最終出力信号の周波数が特定周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲で変動する時、前記平板ディスプレイの伝達関数値が小さくなり、前記周波数が前記特定周波数から遠くなるほど、前記平板ディスプレイの前記伝達関数値が次第に大きくなるｂａｎｄ−ｒｅｊｅｃｔフィルタ特性を有し、前記ノイズ伝達関数は、前記共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズに対する前記最終出力信号の有するノイズ成分の割合であってもよい。
本発明の第３態様に係るセンシング装置は、映像を表示する平板ディスプレイの上部に位置したり（ｏｎ−ｃｅｌｌ）、内部に内蔵される（ｉｎ−ｃｅｌｌ）静電方式のタッチセンサパネルを備えるタッチセンシング装置において、周期信号を生成する周期信号生成部と、タッチ動作を認識する前記静電方式の前記タッチセンサパネルを備える平板ディスプレイと、前記タッチセンサパネルの出力信号に応答して動作する第１受信部と、前記第１受信部の出力が入力され、前記周期信号生成部の出力も入力され、最終出力信号を生成する第２受信部と、前記第１受信部の出力信号に連動して動作するフィードバック信号生成部と、前記周期信号生成部の出力信号および前記フィードバック信号生成部の出力信号に接続され、タッチセンサパネル駆動信号を生成して前記タッチセンサパネルの入力端子に入力する駆動信号生成部とを含むことを特徴とする。
上記第３態様に係るセンシング装置において、前記平板ディスプレイの共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズに対する周波数成分のうち、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数を基準として９０％〜１１０％の範囲を有する周波数成分は、ネガティブフィードバック（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）動作によって減衰して前記最終出力信号に現れることとしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかるセンサ回路は、センサ素子に印加される入力信号の振幅を比較的小さい値に維持しながらも、センサ素子で誘起されたノイズの影響がセンサ回路の最終出力信号にほとんど現れないようにすることにより、センサ回路の最終出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を比較的大きい値に維持することができる。したがって、センシング装置チップの電力消耗を低減させ、高電圧駆動回路を除去してセンシング装置チップの製作価格を低減させる。本発明を相互静電容量測定方式を用いる静電式タッチセンシング装置に適用させる場合、平板ディスプレイで自己生成された共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズの影響がタッチセンシング装置の最終出力信号にほとんど現れないようにする。したがって、タッチセンサパネル駆動信号の振幅を増加させることなくデジタル信号レベルに維持することができ、センシング装置チップの電力消耗を低減させ、高電圧駆動回路を除去してセンシング装置チップの製作価格を低減させる。
【００２５】
また、平板ディスプレイ装置が動作しないブランク（ＶＢＬＡＮＫ）時間区間だけでなく、平板ディスプレイ装置が動作するすべての時間領域でセンシング装置内の回路を動作させることができ、センシング速度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】従来技術によるＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のＬＣＤ断面を示した図である。
【図１Ｂ】ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式のＬＣＤ断面を示した図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂに示されたゲートドライバラインの順次的駆動動作を示した図である。
【図３】図２に示されたゲートドライバラインの駆動信号による共通電極（ＶＣＯＭ）ノイズ発生メカニズムを示した図である。
【図４】本発明のブロック図である。
【図５】本発明のより詳細なブロック図である。図４に示された本発明のより具体的な例であって、センサ素子を、測定しようとする物理量に比例する出力信号を生成する可変センサ素子１３１と、前記物理量に関係なく一定の出力信号を生成する固定センサ素子１３３とに分離して実現したセンシング装置である。
【図６】本発明を静電式タッチセンシング装置に適用した図である。
【図７】図６の受信部を詳細に示した図である。
【図８】図６に示されたタッチセンサパネルのレイアウトを示した図である。
【図９】第１受信部に電荷増幅器が接続された、相互静電容量測定方式を用いる既存（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）の静電式タッチセンシング装置の構造を示した図である。
【図１０Ａ】本発明の思想を静電式タッチに適用した実施形態を示した図である。
【図１０Ｂ】本発明にかかる第２受信部の実施形態の一つを示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａをより具体的に示した回路の実施形態の一つである。
【図１０Ｄ】本発明にかかる第２受信部の他の実施形態を示した図である。
【図１１】本発明にかかる第１受信部の増幅器を帯域通過フィルタの形態で実施した図である。
【図１１Ｂ】本発明の第１受信部の増幅器をより詳細に示した図である。
【図１２Ａ】本発明で用いられた平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の波形を示したものである。
【図１２Ｂ】本発明で用いられた増幅器の出力電圧の特性を示したものである。
【図１２Ｃ】本発明で用いられた増幅器の出力電圧の他の特性を示したものである。
【図１３】既存（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）の静電式タッチセンシング装置と本発明のセンシング装置の第１受信部１５０の出力電圧を周波数領域で比較した図である。
【図１４】相互静電容量の変化に応じた第２受信部の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の出力波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。各構成要素または特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的であることが考えられる。各構成要素または特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施できる。また、一部の構成要素および／または特徴を結合して本発明の実施形態を構成することもできる。本発明の実施形態で説明される動作の順序は変更可能である。ある実施形態の一部の構成や特徴は他の実施形態に含まれてもよく、あるいは他の実施形態の対応する構成または特徴と入れ替えられてもよい。
【００２８】
図面に関する説明において、本発明の技術的要旨を不透明にし得る手順または段階などは記述しておらず、当業者の水準で理解できる程度の手順または段階も記述していない。また、明細書全体にわたって同一の部分に対しては同一の図面符号を付した。
本発明の実施形態で用いられる特定用語は本発明の理解のために提供されたものであり、このような特定用語の使用は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で他の形態に変更可能である。
【００２９】
以下、本発明にかかる好ましい実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。添付した図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を説明しようとするものであり、本発明が実施できる唯一の実施形態を示すものではない。
【００３０】
本発明の明細書全般にわたって使われる「ユーザの動作または物体の動作」とは、本発明のセンシング装置が適用された機器を動作させる意図を達成するために、ユーザが直接または物体を介して行う行動を指すものである。例えば、静電式タッチパネルの場合には、静電変化（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を誘導するために、磁気式（ｍａｇｎｅｔｉｃ）タッチパネルの場合には、磁気変化（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を誘導するために、ユーザの体の一部、ユーザの使う器具などを介してパネルをタッチする動作、パネルに近づく動作などを含むという意味である。
【００３１】
当然ながら、本発明のセンシング装置は、このような「ユーザの動作または物体の動作」によってもたらされる静電変化、磁気変化、光量の変化、周波数や電圧またはその他の変化はユーザの意図された入力として認識する。
また、当然ながら、「ユーザの動作または物体の動作」とは、ユーザが本発明のセンシング装置の含まれている機器を動作するためのものを除く残りの非意図的動作は含まれない。例えば、周囲温度、気圧、湿度などの自然な変化はこれに含まれない。
【００３２】
図４は、本発明を示す概略的なブロック図であって、時間に対して周期的な信号を入力として用いるセンシング装置に本発明を適用した図である。前記時間に対して周期的な信号を入力として用いるセンシング装置は、静電式（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）センシング装置やインダクティブ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ）センシング装置など、センサ素子の入力信号を印加する入力側と出力信号を得る出力側とをカップリングさせるために、センシングしようとするユーザの動作や環境変化の速度に比べて比較的高周波の時間に対して周期的な（ｐｅｒｉｏｄｉｃ）信号を入力として用いるセンシング装置にはすべて適用可能である。本発明が適用可能なセンシング装置としては、静電式タッチセンサを含む電気的カップリング（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）現象を利用する各種静電式センシング装置と、磁気的カップリング（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）現象を利用する各種磁気センシング装置とを含む。既存（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）のセンシング装置は、図４の駆動信号生成部１２０およびフィードバック信号生成部１４０なしに入力信号をそのまま駆動信号として用いるため、センサ素子１３０で誘起されるノイズが減衰せずに第２受信部１６０の最終出力信号にそのまま現れるという欠点がある。しかし、図４に示された本発明では、第１受信部１５０の出力信号をフィードバック信号生成部１４０に印加して、フィードバック信号生成部１４０の出力信号と周期信号生成部１１０の出力信号とを組み合わせた信号を用いて駆動信号を生成する。このため、駆動信号生成部１２０、センサ素子１３０、第１受信部１５０、およびフィードバック信号生成部１４０を含むネガティブフィードバック回路動作によって、第２受信部１６０の最終出力信号にセンサ素子１３０で誘起されるノイズが減衰して現れる。センサ素子１３０とは、タッチ動作が認識可能なパネルを内蔵しているＬＣＤやＯＬＥＤのような平板ディスプレイを含むことができる。
【００３３】
図５は、図４の本発明にかかるセンシング装置１０をより詳細に示した図である。図５において、駆動信号生成部１２０は、周期信号生成部１１０の出力信号から、フィードバック信号生成部１４０の出力信号ＶＦＢを減算した信号を生成し、これを、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を通過させた信号を駆動信号生成部１２０の出力信号ＶＳＴＭとして出力する。センサ素子１３０は、測定しようとする物理量に比例する出力信号を生成する可変センサ素子１３１（Ｃｓｅｎｓ）と、前記物理量に関係なく一定の出力信号を生成する固定センサ素子１３３（Ｃｆｉｘ）とに分離して実現する。第１受信部１５０は、前記可変センサ素子１３１の出力信号を増幅する回路と、前記固定センサ素子１３３の出力信号を増幅する回路とに分離して実現し、それぞれの伝達関数は等しい。前記第１受信部１５０の可変センサ素子１３１の増幅された出力信号Ｖｓｅｎｓは、第２受信部１６０の入力信号として用い、前記第１受信部１５０の可変センサ素子１３１の増幅された出力信号Ｖｓｅｎｓと前記第１受信部１５０の固定センサ素子１３３の増幅された出力信号Ｖｆｉｘは、いずれもフィードバック信号生成部１４０の入力信号として用いる。フィードバック信号生成部１４０は、前記２つの入力信号の平均値に比例する信号を出力信号ＶＦＢとして出力する。
【００３４】
図５において、第１受信部１５０の可変センサ素子１３１の増幅された出力信号Ｖｓｅｎｓは数式１で表される。ＶＮはセンサ素子１３０で誘起されたノイズであり、Ａ（ｓ）は共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）１２３の伝達関数であり、Ｂ（ｓ）は第１受信部１５０の内部にある増幅器の伝達関数である。
【００３５】
【数１】
0005847333.tif 000002
【００３６】
図５において、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の伝達関数Ａ（ｓ）は数式２で表される。
【００３７】
【数２】
0005847333.tif 000003
【００３８】
ここで、ｓはｊωと等しい（ただし、j＝√（−１））。したがって、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数ω０またはω０に近い信号周波数（ω）では、Ａ（ｊω）値が１より非常に大きく、ω値がω０から遠くなる場合には、Ａ（ｊω）値が１より小さくなる。図５において、周期信号生成部１１０の出力信号ＶＳの周波数が前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数（ω０）と等しい時は、第１受信部１５０の可変センサ素子１３１の増幅された出力信号Ｖｓｅｎｓは数式３で表される。この場合、可変センサ素子１３１の伝達関数（Ｃｓｅｎｓ（ｊω０））と固定センサ素子１３３の伝達関数（Ｃｆｉｘ（ｊω０））とを等しくすると、センサ素子１３０で誘起されたノイズが第１受信部１５０の出力信号Ｖｓｅｎｓに相殺されて現れない。
【００３９】
【数３】
0005847333.tif 000004
【００４０】
図５において、駆動信号生成部１２０の出力信号ＶＳＴＭは数式４で表され、周期信号生成部１１０の出力信号の周波数が前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数（ω０）と等しい時は数式５で表される。数式５の場合、センサ素子１３０に誘起されたノイズＶＮが互いに相殺される方向に前記駆動信号生成部１２０の出力信号ＶＳＴＭに現れていることが分かる。
【００４１】
【数４】
0005847333.tif 000005
【００４２】
【数５】
0005847333.tif 000006
【００４３】
図５において、第１受信部１５０を構成する増幅器の伝達関数Ｂ（ｓ）は、帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有するようにすることにより、前記第１受信部１５０を構成する増幅器の出力端子電圧が前記センサ素子１３０で誘起されたノイズＶＮによって飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）される現象を防止する。
前記説明では、本発明をより一般的なセンサに適用した内容を示した。すなわち、時間に対して周期的な信号を入力として用いるセンシング装置であれば、それが静電式であれ、磁石式（ｍａｇｎｅｔｉｃ）であれ、すべて本発明を適用することができる。これからはより具体的な実施形態を示すために、本発明を液晶表示装置（ＬＣＤ）と有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む平板ディスプレイに用いられるタッチセンサに適用した。タッチセンシング装置は、時間に対して周期的な信号、例えば、正弦波（ｓｉｎｅ  ｗａｖｅ）またはパルス波（ｐｕｌｓｅ  ｗａｖｅ）を入力信号として用いるため、本発明を適用することができる。本発明をタッチセンサに適用することにより、平板ディスプレイで自己生成され、タッチセンサパネルに誘起されるノイズの影響を低減させ、比較的小さい振幅の入力信号を用いても十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）を確保した。
【００４４】
本発明を相互静電容量測定方式のタッチセンサパネルに適用すると、図６の通りになる。図７は、図６の受信部をより詳細に示したものである。
図７を参照すれば、本発明にかかる相互静電容量測定方式を利用する静電式（ｍｕｔｕａｌ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ）タッチセンシング装置１０は、周期信号を生成する周期信号生成部１１０と、タッチセンサパネルに印加する信号を生成する駆動信号生成部１２０と、タッチセンサパネルから受信された信号を処理する第１受信部１５０と、第１受信部１５０の出力信号を入力とし、フィードバック信号を生成するフィードバック信号生成部１４０と、第１受信部１５０の出力信号および周期信号生成部１１０の出力信号を入力とする第２受信部１６０とから構成される。
【００４５】
本実施形態では、前記タッチセンサパネル１７１は、平板ディスプレイ１７０の上部に取り付けられる。しかし、実際、本発明は、タッチセンサパネルが平板ディスプレイの上部に位置する（ｏｎ−ｃｅｌｌ）形態のほか、タッチセンサパネルが平板ディスプレイの内部に内蔵される（ｉｎ−ｃｅｌｌ）形態にも使用可能である。
図８は、図６に示されたタッチセンサパネルのレイアウトを示した図であり、タッチセンサパネル駆動信号が入力されるＹ［ｉ］系統の電極ライン、以後、受信部または第１受信部に接続される信号であるＸ［ｊ］系統の電極ライン、およびこれらの間の相互キャパシタンスＣＭがよく示されている。
【００４６】
図９は、既存（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）の静電式タッチセンシング装置であって、前記静電式タッチセンサパネルにタッチセンサ回路を接続して、交差する２つの導線の間の相互（ｍｕｔｕａｌ）キャパシタンスＣＭを測定することによってタッチの有無および位置を見つける。図９において、Ｘ［ｊ］電極に接続された自己（ｓｅｌｆ）キャパシタンスＣＳＸｊと、Ｙ［ｉ］電極に接続された自己キャパシタンスＣＳＸｊと、Ｙ［ｉ］電極に接続された自己キャパシタンスＣＳＹｉはそれぞれ、図８のＸ［ｊ］電極とＹ［ｉ］電極が、ＬＣＤの場合にＬＣＤ共通電極（ＶＣＯＭ）端子と形成するキャパシタンスを示す。
図９の相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊは、図８のＹ［ｉ］電極とＸ［ｊ］電極との間のキャパシタンスであって、前記Ｙ［ｉ］電極に駆動信号ＶＳを印加し、Ｘ［ｊ］電極を第１受信部１５０の入力端子に接続する。図９において、駆動信号は、その周波数および振幅が時間に対して一定の値を有する正弦（ｓｉｎｅ）波形またはパルス（ｐｕｌｓｅ）波形の信号であり、第１受信部１５０は、電荷増幅器から構成される。
【００４７】
図９において、電荷増幅器（ｃｈａｒｇｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に用いられた演算増幅器の利得を無限大と仮定した時、第１受信部１５０の出力信号ＶＯ．ｊ（ｓ）は、ｓ−ドメイン領域で次の式で表される。
【００４８】
【数６】
0005847333.tif 000007
【００４９】
図１０Ａに本発明にかかる静電式タッチセンシング装置を示した。図９の既存の静電式タッチセンシング装置と異なる点は、図９のタッチセンサ駆動信号ＶＳは、その周波数および振幅値がそれぞれ時間に対して一定の定数（ｃｏｎｓｔａｎｔ）値を維持するのに対し、図１０Ａのタッチセンサ駆動信号ＶＳＴＭは、その周波数および振幅値がそれぞれ時間に対して変化する点である。図１０Ａにおいて、駆動信号生成部１２０、タッチセンサパネル、および第１受信部１５０が１つのネガティブフィードバックループ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｌｏｏｐ）を形成することにより、タッチセンサパネルから印加されるノイズ（ＶＣＯＭノイズなど）が（１＋ループゲイン）倍だけ減少して出力端に現れる。第１受信部１５０を構成する電荷増幅器（ｃｈａｒｇｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に用いられた演算増幅器の利得を無限大と仮定した時、第１受信部１５０の出力信号ＶＯ．ｊ（ｓ）は次の式で表される。
【００５０】
【数７】
0005847333.tif 000008
【００５１】
図１０Ａにおいて、駆動信号生成部１２０は、合算器（ａｄｄｅｒ）と周波数選択素子（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）とから構成されるが、周波数選択素子は、信号周波数に応じてその伝達関数（Ａ（ｓ））値が変化する素子である。図１０Ａにおいて、電荷増幅器を構成する演算増幅器の電圧利得が無限大の場合には、そのループゲイン値はＡ（ｓ）（ＣＭ．ｉ，ｊ／ＣＦ）で与えられる。
【００５２】
前記周波数選択素子（Ａ（ｓ））は、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を用いて構成することができる。ここで、ｓはｊωと等しい（ただし、ｊ＝√（−１））。したがって、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数ω０またはω０に近い信号周波数（ω）では、Ａ（ｊω）値が１より非常に大きく、ω値がω０から遠くなる場合には、Ａ（ｊω）値が１より小さくなる。図１０Ａの駆動信号生成部１２０の入力信号ＶＳ（ｓ）の周波数を前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数ω０と等しくするが、数式８にこの場合の第１受信部１５０の出力信号ＶＯ．ｊの式を表した。
【００５３】
【数８】
0005847333.tif 000009
【００５４】
通常、タッチセンサパネルにおいて、相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊは１ｐＦ程度であり、自己キャパシタンスＣＳＸｊは２０ｐＦまたはそれ以上の値を有し、電荷増幅器のＣＦもＣＭ．ｉ，ｊより大きい値を有する。数式６と数式８とを比較すると、本発明（数式８）では、入力信号ＶＳに対する利得値はＣＭ．ｉ，ｊ／ＣＦから１に増加し、ＶＣＯＭノイズに対する利得値はＡ（ｊω０）倍だけ大きく減少する。したがって、本発明にかかるタッチセンサ回路では、入力信号ＶＳの周波数を前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数ω０と等しくするかω０に近い値とする場合に、ＶＣＯＭノイズが第１受信部の出力電圧ＶＯ，ｊにほとんど現れない。しかし、数式８では、出力信号ＶＯ，ｊに測定しようとする相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊが現れないため、図１０Ａにおいて、駆動信号生成部の入力信号として、１つの電荷増幅器の出力信号ＶＯ，ｊのみを用いるのではなく、すべての電荷増幅器の出力信号の平均値に比例する信号を生成して用いる。これに関しては、図１０Ｃで詳細に説明する。第２受信部１６０は、第１受信部１５０の出力信号ＶＯ，ｊを入力として受けて、ＤＣまたは低周波信号を最終出力信号として出力させる。
【００５５】
第２受信部１６０を実現する実施形態の一つは、図１０Ｂに示されているように、乗算器（またはチョッパ）の次に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を直列に接続して、前記ＶＳ信号の周波数またはこの周波数に近い信号成分のみを抽出した信号ＶＯＬ，ｊを作った後、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によりデジタル信号ＶＯＤ，ｊとして作るのである。図１０Ｂの第２受信部１６０は、既存のタッチセンサにおいても主に用いる。図１０Ａの本発明にかかるタッチセンサ回路に、図１０Ｂの第２受信部１６０回路を用いた場合と、図９の既存のタッチセンサ回路と図１０Ｂの第２受信部１６０回路とを直列に接続した場合とを比較すると、最終出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、本発明の場合が大きく増加する。数式９と数式１０に各ケースの信号対雑音比を表した。
【００５６】
【数９】
0005847333.tif 000010
【００５７】
【数１０】
0005847333.tif 000011
【００５８】
数式９において、既存のタッチセンサ回路でＳＮＲ値を増加させるには、前記入力信号ＶＳの振幅を増加させなければならないことが分かる。数式９と数式１０とを比較すると、本発明により、ＳＮＲ値が２０ｌｏｇ１０｛Ａ（ｊω０）ＣＦ／ＣＳＸｊ｝［ｄＢ］だけ増加する。したがって、共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の利得Ａ（ｊω０）値を増加させると、前記入力信号ＶＳの振幅を増加させなくても十分に大きいＳＮＲ値を得ることができる。
【００５９】
図１０Ａに示された本発明にかかるタッチセンシング装置では、Ｍ×Ｎのタッチセンサパネルを用いる場合に、Ｎ個の電荷増幅器の出力のうちの１つの出力ＶＯ．ｊのみを用いて駆動信号ＶＳＴＭを生成したが、実際には、Ｎ個の出力信号をすべて用いて駆動信号を生成する。このために、図１０Ｃに示されているように、Ｎ個の電荷増幅器の出力信号ＶＯ．１，ＶＯ．２，…，ＶＯ．Ｎをすべて用いて駆動信号生成部に用いるフィードバック信号のＶＦＢを生成するために、フィードバック信号生成部１４０を追加した。また、図１０Ｃに示されているように、駆動信号生成部１２０の出力信号のＶＳＴＭを順次にＭ個のタッチセンサパネル電極のうちの１つに印加するために１−ｔｏ−Ｍ  ＭＵＸを用いる。図１０Ｃでは、Ｍ個のタッチセンサパネル電極のうちの１つであるｉ−番目の電極のＹ［ｉ］にＶＳＴＭを印加し、Ｙ［ｉ］と垂直方向に走査するＮ個の電極Ｘ［１］，Ｘ［２］，…Ｘ［Ｎ］をそれぞれ１つずつの電荷増幅器の入力に接続した場合を示した。Ｙ［ｉ］電極とＸ［ｊ］電極は、相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊによって互いに電気的に接続される。
【００６０】
前記フィードバック信号生成部１４０の出力信号ＶＦＢは、Ｎ個の入力信号（電荷増幅器の出力信号）の平均（ａｖｅｒａｇｉｎｇ）値に比例して生成する。これは、フィードバック信号生成部１４０がｊ番目に相当する１つの第１受信部１５０の出力を用いてフィードバック信号ＶＦＢを生成すると、数式８のように、第１受信部１５０の出力ＶＯ．ｊに前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数（ω０）で測定しようとするｊ番目の相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊの変化が現れないからである。これを解決するために、フィードバック信号生成部１４０は、Ｎ個の第１受信部１５０の出力値を平均してフィードバック信号ＶＦＢを生成する。この場合、前記Ｘ［ｊ］電極を入力とする第１受信部１５０の出力電圧ＶＯ．ｊ（ｓ）は数式１１の通りであり、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数（ω０）での出力電圧ＶＯ．ｊ（ｊω０）は数式１２の通りになって、ｊ番目の相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊの変化が入力信号ＶＳ（ｊω０）に乗算されて第１受信部１５０の出力電圧ＶＯ．ｊ（ｊω０）に現れるため、ｊ番目の相互キャパシタンスの変化量を測定することができる。数式１２からすると、周期信号生成部１１０の出力信号の周波数が前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数（ω０）と等しい場合は、自己キャパシタンスＣＳＸｋがすべてのｋ値（ｋ＝１，２，…，Ｎ）で同じ値を有し、相互キャパシタンスＣＭ，ｉ．ｊがすべてのｊ値（ｊ＝１，２，…，Ｎ）で同じ値を有すると、ＶＣＯＭノイズが第１受信部１５０の出力電圧ＶＯ．ｊ（ｊω０）に現れない。
【００６１】
【数１１】
0005847333.tif 000012
【００６２】
【数１２】
0005847333.tif 000013
【００６３】
前記図１０Ｃの第２受信部１６０は、前記第１受信部１５０の出力信号ＶＯ．１，ＶＯ．２，…，ＶＯ．Ｎおよび前記周期信号生成部１１０の出力信号ＶＳを入力とし、最終出力信号ＶＯＤを生成する。第２受信部１６０を実現する詳細回路の他の例を図１０Ｄに示した。Ｎ個の第１受信部１５０の出力信号ＶＯ．１，ＶＯ．２，…，ＶＯ．Ｎそれぞれに対して周期信号生成部１１０の出力信号ＶＳを乗算器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）またはチョッパ（ｃｈｏｐｐｅｒ）回路１６１を用いて互いに乗算した後、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）１６３を通過させる。こうすることで、第１受信部１５０の出力信号成分のうち、周期信号生成部１１０の出力信号ＶＳと周波数および位相が互いに同じ成分だけがＬＰＦ出力信号として出力され、タッチセンサパネルなどから印加されるノイズによる成分はＬＰＦ出力に現れない。図１０ＤのＮ個のＬＰＦ出力ＶＯＬ．１，ＶＯＬ．２，…，ＶＯＬ．Ｎは、ＤＣに近い遅延信号であるため、通常、Ｎ個のＬＰＦ出力信号をデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１６７を通過させ、１つのＡＤＣ１６５でｔｉｍｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ方式によってデジタル信号に変換する。
【００６４】
図１０Ａに示された第１受信部１５０の電荷増幅器の出力電圧ＶＯ．ｊは、−（ＣＭ．ｉ，ｊ／ＣＦ）＊ＶＳＴＭと−（ＣＳＸｊ／ＣＦ）＊ＶＣＯＭとの和で与えられる。しかし、タッチセンサパネルの自己キャパシタンスＣＳＸｊ値は通常数十ｐＦであり、相互キャパシタンスＣＭ．ｉ，ｊ値は１ｐＦ程度であり、タッチセンサパネル駆動信号ＶＳＴＭと平板ディスプレイノイズＶＣＯＭの振幅は、大体類似の値を有するため、−（ＣＳＸｊ／ＣＦ）＊ＶＣＯＭ値が−（ＣＭ．ｉ，ｊ／ＣＦ）＊ＶＳＴＭよりはるかに大きくなり、電荷増幅器を構成する演算増幅器の出力電圧を飽和させやすい。この場合、タッチセンサパネル駆動信号ＶＳＴＭが電荷増幅器の出力に正確に比例する値として現れなくなって、電荷増幅器の出力信号のＳＮＲ値が減少する。これを解決するために、図１０Ａに示された電荷増幅器を、図１１に示された帯域通過フィルタ（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）の形態に変えた。図１０Ａに示された既存の電荷増幅器は、演算増幅器、ＣＭ．ｉ，ｊ、およびＣＦなどから構成され、線形増幅器（ｇａｉｎ  ｓｔａｇｅ）として動作する。これに対し、図１１に示された帯域通過フィルタ形態の電荷増幅器は、帯域通過線形増幅器（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）として動作する。前記帯域通過線形増幅器は、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数を通過帯域に含む。そうして、前記平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の周波数成分のうち、前記帯域通過線形増幅器の通過帯域に含まれない周波数成分は、前記帯域通過線形増幅器の出力電圧に現れない。また、前記平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の周波数成分のうち、前記帯域通過線形増幅器の通過帯域に含まれている周波数成分のうち、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数に近い成分は、本発明にかかる図１０Ａに示された駆動信号生成部１２０、タッチセンサパネル、および第１受信部１５０のなすネガティブフィードバックループ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｌｏｏｐ）の動作によって除去され、前記帯域通過線形増幅器の出力に現れなくなる。そうして、本発明にかかる帯域通過フィルタ形態の電荷増幅器を用いると、ほぼすべての周波数帯域で前記平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の成分が電荷増幅器の出力に現れなくなる。したがって、図１１に示された本発明にかかる帯域通過フィルタ形態の電荷増幅器を用いると、演算増幅器の飽和現象を低減させ、電荷増幅器の出力電圧のＳＮＲ値を増加させる。
【００６５】
しかし、図１１の帯域通過線形増幅器回路において、第１受信部１５０の出力信号ＶＯ．ｊは、駆動信号ＶＳＴＭと平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）に対して帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有するが、演算増幅器の出力端子電圧ＶＣ．ｊは、前記ＶＳＴＭとＶＣＯＭに対して高域通過（ｈｉｇｈ  ｐａｓｓ）特性を有する。このような高域通過特性によって前記ＶＣＯＭの高周波成分は減衰せずに増幅されて演算増幅器の出力端子電圧ＶＣ，ｊに依然として現れているため、演算増幅器の出力端子電圧を飽和させることができる。理想的な演算増幅器を用いる場合に、前記ＶＣ，ｊとＶＯ，ｊの前記ＶＳＴＭとＶＣＯＭに対する伝達関数をそれぞれ数式１３および１４に表した。
【００６６】
【数１３】
0005847333.tif 000014
【００６７】
【数１４】
0005847333.tif 000015
【００６８】
より実際的な単一ポール（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｏｌｅ）の周波数特性を有する演算増幅器を用いる場合に対して、前記ＶＣ，ｊとＶＯ，ｊの前記ＶＳＴＭとＶＣＯＭに対する伝達関数をそれぞれ数式１５および１６に表した。ここで、演算増幅器の電圧利得をＧＢＷ／ｓと仮定した。ここで、ｓはラプラス変数であり、ＧＢＷは演算増幅器の電圧利得値が１となる角周波数である。演算増幅器の周波数特性によってＶＣ，ｊの伝達関数が帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有する。したがって、ＶＣＯＭの高周波成分が減衰して演算増幅器の出力端子電圧に現れるため、演算増幅器の出力端子電圧を飽和させない。数式１５および１６に用いられたωｎとダンピングファクター（ｄａｍｐｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）ζをそれぞれ数式１７および１８に表した。
【００６９】
【数１５】
0005847333.tif 000016
【００７０】
【数１６】
0005847333.tif 000017
【００７１】
【数１７】
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【００７２】
【数１８】
0005847333.tif 000019
【００７３】
本発明では、数式１５に表しているように、ＲＦ、ＣＦ、ＲＬ、ＣＬ値を調節して、前記第１受信部１５０の出力信号ＶＯ，ｊの伝達関数が帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有するようにし、前記共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数（ω０）が前記ＶＯ，ｊの伝達関数の通過帯域に置かれるようにする。また、演算増幅器の利得−帯域幅積（ｇａｉｎ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｐｒｏｄｕｃｔ）ＧＢＷ値を調節して、前記ＶＯ，ｊの伝達関数だけでなく、前記演算増幅器の出力端子電圧ＶＣ，ｊの伝達関数も帯域通過（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ）特性を有するようにすることにより、前記ＶＣＯＭの高周波成分による演算増幅器の出力端子電圧ＶＣ，ｊの飽和現象を防止する。
【００７４】
図１１Ｂは、演算増幅器の出力端子電圧ＶＣ，ｊの飽和現象を防止するために、図１０Ｃに示されたＮ個の第１受信部１５０の電荷増幅器をそれぞれ、図１１に示された帯域通過線形増幅器に代替した回路である。
【００７５】
図１２Ａに本発明で用いられた平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の波形を示した。この波形は、実際、ＬＣＤパネルの図５に示されたＶＣＯＭ端子で測定したデータから抽出した。演算増幅器の出力端子電圧の飽和現象に対する、図１１に示された帯域通過線形増幅器の効果を観察するために、本発明にかかる図１０Ａの帯域通過機能のない電荷増幅器の出力端子ＶＯ．ｊの波形、および図１１の帯域通過機能を追加した電荷増幅器の演算増幅器の出力端子ＶＣ，ｊの波形を図１２Ｂおよび図１２Ｃにそれぞれ示した。図１２Ｂでは、演算増幅器を利得が無限大の理想的な演算増幅器と仮定し、図１２Ｃでは、演算増幅器の電圧利得が有限で単一ポールの特性を有し、帯域幅が１．３ｋＨｚであり、利得−帯域幅積（ＧＢＷ）が１．３ＭＨｚと仮定した。図１２Ｂの演算増幅器の出力端子電圧の最大値は２．３６Ｖで、最小値は−３．１１Ｖである。図１２Ｃの演算増幅器の出力端子電圧の最大値は１．０１Ｖで、最小値は−１．２８Ｖである。図１２Ｂおよび図１２Ｃの演算増幅器の出力端子電圧のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値はそれぞれ５．４７Ｖと２．２９Ｖである。したがって、図１２Ｃのように、帯域通過機能のある電荷増幅器を用いる場合、演算増幅器の出力端子電圧が飽和される現象が改善されていることを確認することができる。
【００７６】
図１３は、既存（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）の静電式タッチセンシング装置（図９）と、本発明にかかるタッチセンシング装置の出力信号（図１１の第１受信部１５０の出力電圧ＶＯ，ｊの周波数スペクトルを比較した。図１３において、点線と実線はそれぞれ、既存の回路（図９）と本発明にかかる回路（図１１）の周波数スペクトルを示す。ここで、平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の影響だけを観察するために、図９の駆動信号生成部１２０の出力ＶＳと、図１０Ａの周期信号生成部１１０の出力ＶＳとをいずれも０にした。図１１の駆動信号生成部１２０の共振周波数は２１３ｋＨｚに設定した。図１０Ｄに示された第２受信部１６０の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を３ｋＨｚと仮定する場合、第１受信部１５０の出力電圧は［２１０ｋＨｚ、２１６ｋＨｚ］の周波数帯域で前記平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の影響が小さくなければならない。図１３において、本発明にかかるタッチセンサ回路（図１１）は、既存のタッチセンサ回路（図９）に比べて第１受信部１５０の出力電圧で平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の影響を４０ｄＢ低減させることを確認した。
【００７７】
図１４に、本発明にかかる図１１Ｂのタッチセンシング装置でタッチセンサパネルのＹ［１］電極にのみ駆動信号ＶＳＴＭを印加し、それぞれＸ［１］電極およびＸ［２］電極に接続された受信回路（第１受信部１５０＋第２受信部１６０）の第２受信部１６０の低域通過フィルタの出力信号（図１０ＤのＶＯＬ．１、ＶＯＬ．２）の波形を示した。前記タッチセンサパネルにおいて、Ｙ［１］電極とＸ［１］電極との交差点でのみタッチ動作が行われたと仮定し、Ｙ［１］電極とＸ［１］電極との間の相互キャパシタンスＣＭ．１，１値は１．３５ｐＦ、Ｙ［１］電極とＸ［２］電極との間の相互キャパシタンスＣＭ．１，２値は１．５ｐＦに設定した。Ｘ［１］電極およびＸ［２］電極の自己キャパシタンス（図１２のＣＳＸ．１、ＣＳＸ．２）値はいずれも２０ｐＦに設定した。図１１Ｂの平板ディスプレイノイズ（ＶＣＯＭ）の波形としては図１２Ａに示された波形を用い、駆動信号生成部１２０の共振回路（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の共振周波数は２１３ｋＨｚであり、周期信号生成部１１０の出力信号ＶＳは、周波数が２１３ｋＨｚで振幅が０．２Ｖの正弦波（ｓｉｎｅ  ｗａｖｅ）を用い、第２受信部１６０の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の帯域幅は３ｋＨｚに設定した。前記第２受信部１６０の低域通過フィルタの出力電圧ＶＯＬ．１、ＶＯＬ．２が安定した後、ＶＯＬ．１の大きさは１０５ＭＶで、ＶＯＬ．２の大きさは９４ＭＶであって、相互キャパシタンスが減少した割合と同じ割合で減少し、タッチの有無を判断することができることを示した。
【００７８】
以上、ユーザの動作のうち、タッチの有無を判断するタッチセンシング装置において、本発明が適用可能な１つの具体的な実施形態を示した。再び言及するが、本発明は、タッチ方式のセンシング装置にのみ限定的に適用されるのではなく、周期的な入力信号とフィードバック信号を用いて駆動信号を生成するセンシング装置であればすべて適用可能であることは、この分野における通常の知識を有する者には自明な事実であるので、このような適用は、本発明の請求項によってすべて本発明の権利範囲に属する。
また、ユーザの動作によって、キャパシタンスの変化、インダクタンスの変化などの物理量の変化を認識するセンシング装置にも、すべて本発明の技術的な思想を適用することができる。
【００７９】
さらに、当然ながら、本発明の回路をなす様々な構成要素、例えば、周期信号生成部１１０、駆動信号生成部１２０、受信部、フィードバック信号生成部１４０のうちのいずれの構成要素でも、回路設計者の意図によって、複数の集積回路チップに適切に分散して配置されてもよく、これも本発明に含まれ、本発明の技術的な思想にも反しない。
【００８０】
本発明の研究者らによれば、最近の半導体集積回路の製造技術の水準とこれに基づいて回路動作をシミュレーションした時、この集積回路チップは、供給される電源電圧が４Ｖ以下で無理なく動作することができ、それだけでなく、集積回路チップの内部で別の昇圧回路がなくても動作が可能であることを検証した。これにより、この集積回路チップだけを有してもタッチセンサパネルを駆動することが可能であることも検証した。
【００８１】
一方、前記周期信号生成部１１０が生成する周期信号は、正弦波（ｓｉｎｅ  ｗａｖｅ）のほか、矩形波（ｓｑｕａｒｅ  ｗａｖｅ）または三角波（ｔｒｉａｎｇｌｅ  ｗａｖｅ）を用いてもよい。
【００８２】
以上、本発明に対する技術思想を添付図面と共に述べたが、これは、本発明の好ましい実施形態を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形および模倣が可能であることは自明である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005847333.tif 000021
【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８】
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【図９】
0005847333.tif 000029
【図１０Ａ】
0005847333.tif 000030
【図１０Ｂ】
0005847333.tif 000031
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
0005847333.tif 000034
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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