(57)【要約】【課題】ノイズに強く、感度が十分に高いセンシング装置を提供する。【解決手段】センシング装置１００は、制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０，ＣＢ１〜ＣＢ２４０と、感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０と、制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０と感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０との交差に対応して設けられた複数のセンサ回路Ｑと、感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０に対応して設けられた複数の増幅回路Ｗとを備える。センサ回路Ｑは、対応する制御線を介して供給される制御信号によって制御され、対応する感知データ線へセンシング信号を出力する。増幅回路Ｗは、対応する感知データ線からの信号と参照用信号との差分電圧を線形増幅する増幅器を備える。感知データ線ＳＬ２〜ＳＬ３２０に対応する増幅回路Ｗは、対応する感知データ線ＳＬ１の隣の感知データ線からの信号を参照用信号とする。【選択図】図２
2011053864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御線と、
複数の感知データ線と、
前記複数の制御線と前記複数の感知データ線との交差に対応して設けられた複数のセンサ回路と、
前記複数の感知データ線に対応して設けられた複数の増幅回路とを備え、
前記複数のセンサ回路の各々は、センサを有し、対応する前記制御線を介して供給される制御信号によって制御され、前記センサの感知結果に応じたセンシング信号を対応する前記感知データ線へ出力し、
前記複数の増幅回路の各々は、対応する前記感知データ線からの信号と参照用信号との差分電圧を線形増幅する増幅器を備え、前記増幅器で増幅された前記差分電圧を出力し、
前記感知データ線に対応する前記増幅回路は、対応する前記感知データ線の前記一端側の隣の前記感知データ線からの信号を前記参照用信号とする、
ことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記増幅器は、対応する前記感知データ線からの信号と前記参照用信号とが排他的に供給される一方の電極と他方の電極とを備えた入力容量素子と、前記入力容量素子の前記他方の電極と電気的に接続された入力端子と出力端子とを備えたインバータと、前記入力端子と前記出力端子との間に介挿され、接続期間にわたってオン状態となり、前記接続期間に続く切断期間にわたってオフ状態となる帰還スイッチとを有し、
前記接続期間の全部又は末尾は、対応する前記感知データ線からの信号が前記入力容量素子の前記一方の電極に供給されない期間であり、前記参照用信号が前記入力容量素子の前記一方の電極に供給される期間を含み、
前記切断期間は、対応する前記感知データ線からの信号が前記入力容量素子の前記一方の電極に供給される期間を含む、
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３】
前記複数の増幅回路の各々は、前記インバータの貫通電流を遮断可能なスイッチング素子を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記増幅された差分電圧を出力しない第１ダミー回路を備え、
前記第１ダミー回路は、前記複数の感知データ線のうち一端の前記感知データ線に対応する前記増幅回路へ前記参照用信号を供給する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記増幅された差分電圧を出力しない第２ダミー回路を備え、
前記第２ダミー回路は、前記複数の感知データ線のうちの他端の前記感知データ線からの信号を受け取る、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記複数の感知データ線および前記複数の増幅回路に対応する複数の補償部を備え、
前記複数の補償部の各々は、対応する前記感知データ線と対応する前記増幅回路との間に介挿され、前記感知データ線側の電極と前記増幅回路側の電極とを有する介挿容量素子を備え、第１期間においては、前記感知データ線側の電極と前記増幅回路側の電極とに固定の第１電位を供給し、前記第１期間に続く第２期間においては、前記感知データ線側の電極に前記第１電位を供給せず、前記増幅回路側の電極に前記第１電位を供給し、前記第２期間に続く第３期間においては、前記感知データ線側の電極と前記増幅回路側の電極とのいずれにも前記第１電位を供給せず、
前記複数のセンサ回路の各々は、押圧により容量値が変化する可変容量素子と容量値が固定の固定容量素子とを直列に接続した容量対と、前記可変容量素子と前記固定容量素子との接続点に電気的に接続されたゲート電極を有し、前記ゲート電極の電位と閾値電圧とに応じた前記センシング信号を出力するトランジスタとを有し、前記第２期間においては前記ゲート電極が前記容量対における容量値の比に応じた電位となり、前記第３期間においては前記ゲート電極へ固定の第２電位を供給する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のセンシング装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のセンシング装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサが配列されたセンシング装置と電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサが配列されたセンシング装置の一種に、押圧による容量値の変化を感知する容量方式のタッチパネルがある。特許文献１に記載のタッチパネルでは、押圧により容量値が変わる可変容量素子Ｃｖと容量値が固定の固定容量素子Ｃｐとを直列に接続した容量対が一定のピッチでアレイ状に配列されており、容量対における二つの容量素子の接続点は、行方向に延在する感知データ線によって行毎に結線されるとともに、列方向に延在する感知データ線によって列毎に結線されており、これらの感知データ線の各々の端部に、初期電圧を与える回路や積分型の増幅器が配置されている。一方、特許文献２に記載のタッチパネルでは、容量対ごとに増幅用トランジスタが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２２７３３号公報（図８）
【特許文献２】特開２００５−１３４３７１号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来の容量方式のタッチパネルの感度について検討する。
まず、特許文献１の図８において、感知データ線の電位変化の検出効率を最大とするために、固定容量素子Ｃｐの容量値を５０ｆＦ、可変容量素子Ｃｖの押圧が無いときの容量値を５０ｆＦと想定する。また、１本の感知データ線に結線されている容量対の数を１２０と想定する。強目の押圧でも、可変容量素子Ｃｖの容量値の変化は高々１０％程度にすぎない。つまり、５０ｆＦが５５ｆＦに増加する程度である。１本の感知データ線につながる容量は、寄生容量を無視しても、合計で（５０＋５０）ｆＦ×１２０＝１２ｐＦであるから、５５−５０＝５ｆＦという変化量は、５ｆＦ／１２ｐＦ≒０．０４％の変動にすぎない。したがって、Ｖｃｏｍのレベルが５Ｖから０Ｖに変化し、感知データ線の電位が５Ｖの半分の２．５Ｖほど変化したときの、押圧が無いときの感知データ線の電位変化量と押圧が有るときの感知データ線の電位変化量との差分は、２．５Ｖ×０．０４％＝１ｍＶ程度の非常に小さなものとなる。感知データ線の電位は、オペアンプ（演算増幅器）や定電流源で構成される積分型の増幅器で増幅されるが、その増幅率は５倍程度にすぎないから、高い感度を得ることはできない。
【０００５】
次に、特許文献２の図２において、列線Ｃの電位の振幅を５Ｖ、固定容量素子の容量値を５０ｆＦ、可変容量素子ＣＦの容量値を、押圧が無いときには５０ｆＦ、押圧が有るときには５５ｆＦと想定する。また、増幅用トランジスタの寄生容量を無視するものとする。この場合、押圧が無いときと有る時の増幅用トランジスタのゲート電位の差分は、特許文献２の数１３の式から、{５０／（５０＋５０）−５０／（５５＋５０）}×５Ｖ≒１１９ｍＶとなる。したがって、仮に感知データ線（出力線）の寄生容量が大きかったり、増幅用トランジスタの能力や感知データ線を充電する時間が不足気味であったりしても、押圧が無いときの感知データ線の電位変化量と押圧が有る時の感知データ線の電位変化量との差分として、１００ｍＶ近い電圧が得られる。しかし、１００ｍＶ近い差分電圧が得られるのは、押圧が強めの場合であり、押圧が弱めの場合には、やはり差分電圧が不十分となる。つまり、特許文献２に記載の構成でも、十分に高い感度を得ることはできない。
【０００６】
上述したように、従来の容量方式のタッチパネルには、感度が不十分で、十分に高い精度の検出を行うためには、やや大きな力で表示パネルを押す必要があるという欠点がある。また、従来のタッチパネルを用いて接触の有無や接触位置を検出する場合には、センサから出力されるセンシング信号と予め定められた基準値とを比較してセンサ毎に押圧の有無を判定することになるが、センシング信号の伝送路にはノイズが乗りやすいから、誤判定による検出精度の低下が生じやすい。つまり、従来のセンシング装置には、ノイズに弱いという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、ノイズに強く、感度が十分に高いセンシング装置を提供することを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の制御線と、複数の感知データ線と、前記複数の制御線と前記複数の感知データ線との交差に対応して設けられた複数のセンサ回路と、前記複数の感知データ線に対応して設けられた複数の増幅回路とを備え、前記複数のセンサ回路の各々は、センサを有し、対応する前記制御線を介して供給される制御信号によって制御され、前記センサの感知結果に応じたセンシング信号を対応する前記感知データ線へ出力し、前記複数の増幅回路の各々は、対応する前記感知データ線からの信号と参照用信号との差分電圧を線形増幅する増幅器を備え、前記増幅器で増幅された前記差分電圧を出力し、前記複数の感知データ線のうちの一端の前記感知データ線以外の前記感知データ線に対応する前記増幅回路は、対応する前記感知データ線の前記一端側の隣の前記感知データ線からの信号を前記参照用信号とする、ことを特徴とするセンシング装置を提供する。
【０００９】
上記の「センサ回路」には、押圧により容量値が変わる可変容量素子と容量値が固定の固定容量素子とを直列に接続した容量対（センサ）を有し、この容量対における容量値の比に応じたセンシング信号を出力するセンサ回路や、フォトダイオード等の光センサを有し、この光センサの受光強度に応じたセンシング信号を出力する光センサ回路などの任意のセンサ回路が含まれる。また、「線形増幅する増幅器」には、いわゆる線形増幅回路の他に、入出力特性が略線形の任意の増幅器が含まれる。また、「対応する前記感知データ線の前記一端側の隣の前記感知データ線」は、例えば、複数の感知データ線が左右に並ぶ場合、左端の感知データ線を「一端」の感知データ線とする場合には対応する感知データ線の左隣の感知データ線であり、右端の感知データ線を「一端」の感知データ線とする場合には対応する感知データ線の右隣の感知データ線である。
【００１０】
このセンシング装置を用いれば、隣り合う感知データ線からの信号の差分電圧に基づいて所望の検出を行うことができる。例えば、このセンシング装置をタッチパネルに適用した場合には、外部の物体と接触している領域の輪郭を検出し、検出した輪郭に基づいて接触の有無や接触位置を検出することができる。また、このセンシング装置によれば、線形増幅された差分電圧を用いて上記の検出を行うことができる。線形増幅による差分電圧の増幅率は積分型の増幅器の増幅率よりも高いから、このセンシング装置によれば、十分に高い感度が得られる。これは、検出精度の向上のみならず、後段の回路の簡素化にも寄与する。
【００１１】
ところで、通常、感知データ線にはノイズが乗りやすい。しかし、隣り合う感知データ線に乗るノイズの大きさは略等しくなることが多く、このセンシング装置では隣り合う感知データ線からの信号の差分電圧を用いて検出が行われるから、ノイズによる検出精度の低下が抑制される。つまり、このセンシング装置には、ノイズに強いという利点がある。
【００１２】
なお、光方式のタッチパネルにおいて、光が入射しうる光センサ回路と、光が入射し得ない光センサ回路とを感知データ線毎に交互に配置し、隣り合う感知データ線からの信号の差分電圧を増幅する構成とすれば、ノイズによる検出精度の低下を抑制しつつ接触の有無や接触位置を検出することができる。しかし、この構成では、光が入射し得ない光センサ回路を、光が入射しうる光センサ回路と同じ数だけ配置する必要があるから、検出の解像度（ｄｐｉ）が大幅に低下してしまう。これに対して、本発明に係るセンシング装置では、そのような必要がない。
【００１３】
上記のセンシング装置において、前記増幅器は、対応する前記感知データ線からの信号と前記参照用信号とが排他的に供給される一方の電極と他方の電極とを備えた入力容量素子と、前記入力容量素子の前記他方の電極と電気的に接続された入力端子と出力端子とを備えたインバータと、前記入力端子と前記出力端子との間に介挿され、接続期間にわたってオン状態となり、前記接続期間に続く切断期間にわたってオフ状態となる帰還スイッチとを有し、前記接続期間の全部又は末尾は、対応する前記感知データ線からの信号が前記入力容量素子の前記一方の電極に供給されない期間であり、前記参照用信号が前記入力容量素子の前記一方の電極に供給される期間を含み、前記切断期間は、対応する前記感知データ線からの信号が前記入力容量素子の前記一方の電極に供給される期間を含む、ようにしてもよい。
【００１４】
このセンシング装置では、増幅器が、接続期間において参照用信号を取り込み、切断期間において対応する感知データ線からの信号を取り込むことにより、両信号の差分を増幅する。この増幅器の増幅率は、積分型の増幅器の増幅率よりも大幅に高い。よって、このセンシング装置の感度は十分かつ大幅に高くなる。これは、検出精度の向上のみならず、後段の回路の簡素化にも寄与する。また、上記の増幅器は、容量素子とインバータと帰還スイッチとを有する単純な回路であり、少ない素子で構成されている。これは、センシング装置の簡素化や製造コストの低減に寄与する利点である。また、このセンシング装置には、素子特性のばらつきに強いという利点もある。
【００１５】
上記の各センシング装置において、前記複数の増幅回路の各々が、前記インバータの貫通電流を遮断可能なスイッチング素子を有するようにしてもよい。このスイッチング素子としては、インバータの貫通電流の流路に設けられ、オン状態では当該貫通電流を遮断せず、オフ状態では当該貫通電流を遮断するトランジスタを例示可能である。このセンシング装置によれば、インバータを動作させる必要のない期間において、貫通電流を遮断して消費電力を低減することが可能となる。例えば、外部の回路が増幅された差分を読み出す期間（サンプリング期間）の少し前から当該期間の終了までの期間では貫通電流を遮断せず、他の期間では貫通電流を遮断する。
【００１６】
上記の各センシング装置において、前記増幅された前記差分電圧を出力しない第１ダミー回路を備え、前記第１ダミー回路は、前記一端の前記感知データ線に対応する前記増幅回路へ前記参照用信号を供給する、ようにしてもよい。さらに、上記の各センシング装置において、前記増幅された前記差分電圧を出力しない第２ダミー回路を備え、前記第２ダミー回路は、前記複数の感知データ線のうちの他端の前記感知データ線からの前記センシング信号を受け取る、ようにしてもよい。
【００１７】
上記の各センシング装置において、前記複数の感知データ線および前記複数の増幅回路に対応する複数の補償部を備え、前記複数の補償部の各々は、対応する前記感知データ線と対応する前記増幅回路との間に介挿され、前記感知データ線側の電極と前記増幅回路側の電極とを有する介挿容量素子を備え、第１期間においては、前記感知データ線側の電極と前記増幅回路側の電極とに固定の第１電位を供給し、前記第１期間に続く第２期間においては、前記感知データ線側の電極に前記第１電位を供給せず、前記増幅回路側の電極に前記第１電位を供給し、前記第２期間に続く第３期間においては、前記感知データ線側の電極と前記増幅回路側の電極とのいずれにも前記第１電位を供給せず、前記複数のセンサ回路の各々は、押圧により容量値が変化する可変容量素子と容量値が固定の固定容量素子とを直列に接続した容量対と、前記可変容量素子と前記固定容量素子との接続点に電気的に接続されたゲート電極を有し、前記ゲート電極の電位と閾値電圧とに応じた前記センシング信号を出力するトランジスタとを有し、前記第２期間においては前記ゲート電極が前記容量対における容量値の比に応じた電位となり、前記第３期間においては前記ゲート電極へ固定の第２電位を供給する、ようにしてもよい。
【００１８】
このセンシング装置では、第３期間において、介挿容量素子の増幅回路側の電極の電位が、可変容量素子と前記固定容量素子との容量値の比に応じた電位と第２電位との差分に近づく。この電位にはトランジスタの閾値電圧に依存する成分が含まれないから、複数のセンサ回路間でトランジスタの閾値電圧がばらついても、検出の精度は低下しない。つまり、このセンシング装置は、素子特性のばらつきに著しく強くなる。なお、容量対に印加される電圧が第３期間において一定に保たれるようにするのが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る電子機器は、上記の各センシング装置を備えたことを特徴とする。このような電子機器としては、モニタ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、電子カメラなどが該当する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンシング装置１００の構成を示す図である。
【図２】同センシング装置１００のセンシング機能に係る部分の回路図である。
【図３】同センシング機能に係るタイムチャートである。
【図４】センシング装置１００の読出回路４０の構成例を示す図である。
【図５】センシング装置１００における読出電位のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】センシング装置１００においてＶｔｈを変化させたときの読出電位のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】第１ダミー回路ＤＭＬ及び第２ダミー回路ＤＭＲの配置を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るセンシング装置１００のセンシング機能に係る部分の回路図である。
【図９】図８に対応するタイムチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るセンシング装置１００の一部の構成を示す回路図である。
【図１１】図１０に対応するタイムチャートである。
【図１２】センシング装置１００の応用例に係る電子機器を示す斜視図である。
【図１３】センシング装置１００の応用例に係る別の電子機器を示す斜視図である。
【図１４】センシング装置１００の応用例に係るさらに別の電子機器を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以降、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下に述べる実施形態に係るセンシング装置１００は、画面に画像を表示するための表示機能と、画面と指やペン等の外部の物体との接触の有無や接触位置を検出するためのセンシング機能とを有する装置であり、上記の表示や検出に用いられる。なお、本発明は、以下に述べる実施形態に限定されるものではなく、これらの変形例や応用例をも技術的範囲に含みうる。
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るセンシング装置１００の構成を示す図である。センシング装置１００は、基板上に形成された２４０×３２０個の単位回路Ｕと、２４０本の走査線Ｙ１〜Ｙ２４０と、３２０本のデータ線Ｘ１〜Ｘ３２０と、２４０本の第１制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０と、２４０本の第２制御線ＣＢ１〜ＣＢ２４０と、３２０本の感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０と、３２０本の読出データ線ＲＤ１〜ＲＤ３２０と、３２０個の増幅回路Ｗと、走査線駆動回路１０と、データ線駆動回路２０と、制御線駆動回路３０と、読出回路４０とを備える。
【００２３】
走査線Ｙ１〜Ｙ２４０、第１制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０及び第２制御線ＣＢ１〜ＣＢ２４０は、いずれも主走査方向（左右方向）に延在しており、データ線Ｘ１〜Ｘ３２０及び感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０は、いずれも副走査方向（上下方向）に延在しており、単位回路Ｕは、両者の交差に対応して一つずつ配置されている。つまり、単位回路Ｕは２４０行３２０列のアレイ状に配列されており、第ｉ行第ｊ列の単位回路Ｕは、走査線Ｙｉ、第１制御線ＣＡｉ及び第２制御線ＣＢｉと、データ線Ｘｊ及び感知データ線ＳＬｊとの交差に対応して配置されている。
【００２４】
各単位回路Ｕは、液晶の光透過率を変化させて指定された階調を表示する画素回路と、容量方式のタッチセンサとして機能するセンサ回路Ｑとを一つずつ含む。第ｉ行第ｊ列のセンサ回路Ｑは、容量対を有し、対応する第１制御線ＣＡｉを介して供給される選択信号Ｓｉと、対応する第２制御線ＣＢｉを介して供給されるリセット信号Ｒｉとによって制御され、当該容量対における容量値の比に応じたセンシング信号を対応する感知データ線ＳＬｊへ出力する。
【００２５】
走査線駆動回路１０は、走査線Ｙ１〜Ｙ２４０を順次選択する回路であり、走査線Ｙ１〜Ｙ２４０のうち、選択中の走査線Ｙｉの電位のみがＨレベル（アクティブレベル）となるように、各走査線に走査信号を供給する。データ線駆動回路２０は、２４０×３２０個の画素回路を駆動する回路であり、走査線駆動回路１０によって選択された走査線Ｙｉに対応する３２０個の画素回路の各々に階調を指定する。
【００２６】
制御線駆動回路３０は、第１制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０を順次選択するとともに、第２制御線ＣＢ１〜ＣＢ２４０を順次選択する回路であり、第１制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０のうち、選択中の第１制御線ＣＡｉの電位のみがＨレベルとなるように、第１制御線ＣＡ１〜ＣＡ２４０に選択信号Ｓ１〜Ｓ２４０をそれぞれ供給する一方、第２制御線ＣＢ１〜ＣＢ２４０のうち、選択中の第２制御線ＣＢｉの電位のみがＨレベルとなるように、第２制御線ＣＢ１〜ＣＢ２４０にリセット信号Ｒ１〜Ｒ２４０をそれぞれ供給する。
【００２７】
増幅回路Ｗは、感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０に対応して一つずつ配置されている。第ｉ列の感知データ線ＳＬｉに対応する増幅回路Ｗ、すなわち第ｉ列の増幅回路Ｗは、図示しない参照用信号と、対応する感知データ線ＳＬｉからのセンシング信号との差分を線形増幅して読出データ線ＲＤｉへ出力する。読出回路４０は、読出データ線ＲＤ１〜ＲＤ３２０の電位を読み出して外部の回路へ供給する。この外部の回路は、供給された電位に基づいて接触の有無や接触位置を検出する。
【００２８】
図２は、センシング装置１００のセンシング機能に係る部分の回路図であり、図３はそのタイムチャートである。ただし、図２に示す回路は、隣り合う３列（第Ａ列、第Ｂ列および第Ｃ列）分のものである。各列には、１本の感知データ線ＳＬと当該感知データ線ＳＬに対応する２４０個のセンサ回路Ｑと１個の増幅回路Ｗとが含まれる。そして、第ｉ行のセンサ回路Ｑには、選択信号Ｓｉ及びリセット信号Ｒｉが供給される。
【００２９】
まず、センサ回路Ｑについて説明する。図２に示すように、センサ回路Ｑは、固定の容量値（５０ｆＦ程度）の固定容量素子Ｃｐと押圧により容量値が変化する可変容量素子Ｃｖとを直列に接続した容量対と、初期化用のトランジスタＴｒ１と、増幅用のトランジスタＴｒ２とを備える。固定容量素子Ｃｐは一方の電極Ｄ１と他方の電極Ｄ２とを有し、可変容量素子Ｃｖは一方の電極Ｄ３と他方の電極Ｄ４とを有する。電極Ｄ３と電極Ｄ４との間には例えば液晶層が配置されている。押圧が無いときの可変容量素子Ｃｖの容量値は、固定容量素子Ｃｐの容量値と同程度に設定されている。なお、本実施形態で用いられるトランジスタはいずれもＴＦＴ（薄膜トランジスタ）である。
【００３０】
固定容量素子Ｃｐと可変容量素子Ｃｖとの接続点であるノードＮ１には、固定容量素子Ｃｐの電極Ｄ１と、可変容量素子Ｃｖの電極Ｄ３と、トランジスタＴｒ２のゲート電極とが電気的に接続されている。第ｉ行のセンサ回路Ｑでは、ノードＮ１と第１制御線ＣＡｉとの間にトランジスタＴｒ１が介挿されており、トランジスタＴｒ１のゲート電極は第２制御線ＣＢｉと電気的に接続されている。したがって、トランジスタＴｒ１は、リセット信号ＲｉがＨレベルの場合にはオン状態となり、Ｌレベルの場合にはオフ状態となる。また、第ｉ行のセンサ回路Ｑでは、固定容量素子Ｃｐの電極Ｄ２は第１制御線ＣＡｉと電気的に接続されている。また、第ｉ行第ｊ列のセンサ回路Ｑでは、トランジスタＴｒ２は第１制御線ＣＡｉと第ｊ列の感知データ線ＳＬｊとの間に介挿されている。
【００３１】
可変容量素子Ｃｖの電極Ｄ４には、一定周期（例えば７０μｓ周期）で変動する電位Ｃｏｍが供給される。リセット信号Ｒｉ及び選択信号Ｓｉは、いずれも、第ｉ行のセンサ回路Ｑを制御するパルス信号（制御信号）であり、一定長の期間においてＬレベルを維持し、他の期間においてＨレベルを維持する。リセット信号Ｒ１〜Ｒ２４０における一定長の期間は、例えば、長さが３３−３＝３０μｓであり、７０μｓ刻みで順次ずれている。選択信号Ｓ１〜Ｓ２４０における一定長の期間は、長さが例えば３２−４＝２８μｓであり、例えば７０μｓ刻みで順次ずれている。リセット信号ＲｉがＬレベルの期間はＣｏｍがＬレベルの期間に含まれており、選択信号ＳｉがＨレベルの期間はリセット信号ＲｉがＬレベルの期間に含まれている。
【００３２】
第ｉ行のセンサ回路Ｑでは、ＣｏｍがＨレベルからＬレベルへ遷移してから、リセット信号ＲがＨレベルからＬレベルへ遷移するまでの期間において、トランジスタＴｒ１によってノードＮ１が初期化される。具体的には、トランジスタＴｒ１がオン状態となり、Ｌレベルの選択信号ＳｉがノードＮ１へ供給される。また、この期間では、プリチャージ信号ＰＣがＨレベルを維持し、感知データ線ＳＬの電位が初期化される。プリチャージ信号ＰＣは、感知データ線ＳＬ１〜ＳＬ３２０の各々と接地線（ＧＮＤ＝Ｌレベル）との間に介挿された３２０個のトランジスタＴｒ３のゲート電極に供給される信号であり、ＣｏｍがＨレベルからＬレベルへ遷移してから、制御線駆動回路３０によって選択された行のリセット信号ＲがＨレベルからＬレベルへ遷移するまでの期間においてＨレベルを維持し、他の期間においてＬレベルを維持する。
【００３３】
次にリセット信号ＲｉがＨレベルからＬレベルへ遷移してから選択信号ＳｉがＬレベルからＨレベルへ遷移する。これにより、第ｉ行第Ｂ列のセンサ回路Ｑでは、ノードＮ１が、固定容量素子Ｃｐの電極Ｄ２の電位（Ｈレベル）と、可変容量素子Ｃｖの電極Ｄ４の電位（Ｃｏｍ）と、固定容量素子Ｃｐと可変容量素子Ｃｖとの容量値の比で決まる電位となり、その電位からトランジスタＴｒ２の閾値電圧Ｖｔｈを差し引いた電位まで、トランジスタＴｒ２が対応する感知データ線ＳＬを充電する。そして、選択信号ＳｉがＬレベルへ遷移し、リセット信号ＲｉがＨレベルへ遷移すると、トランジスタＴｒ１によってノードＮ１の電位がＬレベルに戻る。そして、ＣｏｍがＬレベルからＨレベルへ遷移し、再びＬレベルへ遷移すると、次の行について上述した感知動作が行われる。
【００３４】
ここで、従来技術と比較するために、選択信号Ｓｉの振幅を５Ｖ、固定容量素子Ｃｐの容量値を５０ｆＦ、可変容量素子Ｃｖの容量値を、押圧が無いときで５０ｆＦ、強めに押した時で５５ｆＦとし、他の寄生容量を無視する。すると、押圧が無いときと有るときのノードＮ１の電位の差は、{５０／（５０＋５０）−５０（５５＋５０）}×５Ｖ≒１１９ｍＶとなる。つまり、感知データ線ＳＬの寄生容量が大きかったり、トランジスタＴｒ２の能力や感知データ線ＳＬを充電する時間が不足気味であったりしても、押圧が無いときと有るときの感知データ線ＳＬの電位変化量として１００ｍＶ近い差分電圧が得られる。
【００３５】
次に、増幅回路Ｗについて説明する。ただし、以降の説明では、第ｉ行第Ｂ列のセンサ回路Ｑの可変容量素子Ｃｖの容量値Ｃｖ＿Ｂが、押圧により、第ｉ行第Ａ列や第ｉ行第Ｃ列のセンサ回路Ｑの可変容量素子Ｃｖの容量値Ｃｖ＿ＡやＣｖ＿Ｃよりも大きくなっているものとする。図３のノードＮ１の電位の波形のうち、太線が第Ｂ列についての波形であり、細線が他の列についての波形である。ただし、図では、両波形の差分を誇張して示している。第Ａ列、第Ｂ列、第Ｃ列のノードＮ１の電位を、それぞれ、ＶＮ１＿Ａ、ＶＮ１＿Ｂ、ＶＮ１＿Ｃとし、第Ａ列、第Ｂ列、第Ｃ列の感知データ線ＳＬの電位を、それぞれ、ＳＬＡ、ＳＬＢ、ＳＬＣとしたとき、押圧によってＣｖ＿Ｂ＞Ｃｖ＿Ａ≒Ｃｖ＿Ｃとなると、選択信号ＳｉがＨレベルの期間では、ＶＮ１＿Ｂ＜ＶＮ１＿Ａ≒ＶＮ１＿Ｃとなり、この期間の感知データ線ＳＬの電位はＳＬＢ＜ＳＬＡ≒ＳＬＣとなる。
【００３６】
図２に示すように、増幅回路Ｗは、入力容量素子ＣｉとインバータＩｎｖと帰還スイッチＳＷｃとを有するリニアアンプ型の増幅器を備える。入力容量素子Ｃｉは一方の電極Ｄ５と他方の電極Ｄ６とを備え、インバータＩｎｖは入力端子と出力端子とを備え、電極Ｄ６および入力端子はノードＮ３と電気的に接続され、出力端子はノードＮ４と電気的に接続され、帰還スイッチＳＷｃはノードＮ３とノードＮ４との間に介挿されている。
【００３７】
帰還スイッチＳＷｃは、トランジスタ等のスイッチング素子であり、サンプリング信号ＳＨがＬレベルの場合にオン状態となり、Ｈレベルの場合にオフ状態となる。サンプリング信号ＳＨは、一定周期（例えば７０μｓ周期）のパルス信号であり、選択信号Ｓ１〜Ｓ２４０のいずれかがＨレベルからＬレベルへ遷移する直前の一定長（例えば３２−２８＝４μｓ）の期間（切断期間）においてＨレベルを維持し、他の期間（接続期間）においてＬレベルを維持する。
【００３８】
入力容量素子Ｃｉの電極Ｄ５はノードＮ２と電気的に接続されている。第Ｂ列に注目すると、ノードＮ２には、スイッチＳＷａを介して第Ｂ列の感知データ線ＳＬからＳＬＢが供給されるとともに、スイッチＳＷｂを介して隣の列（第Ａ列）の感知データ線ＳＬからＳＬＡ（参照用信号）が供給される。スイッチＳＷａは、サンプリング信号ＳＨがＨレベルの場合にオン状態となり、サンプリング信号ＳＨがＬレベルの場合にオフ状態となる。スイッチＳＷｂは、サンプリング信号ＳＨがＨレベルの場合にオフ状態となり、サンプリング信号ＳＨがＬレベルの場合にオン状態となる。したがって、第Ｂ列のノードＮ２には、ＳＬＡとＳＬＢとが排他的に供給される。
【００３９】
接続期間では、サンプリング信号ＳＨがＬレベルを維持し、帰還スイッチＳＷｃがオン状態を維持するから、ノードＮ３及びＮ４の電位はインバータＩｎｖのゲート閾値（Switching Threshold Voltage）となる。また、接続期間では、スイッチＳＷａがオフ状態を維持する一方、スイッチＳＷｂがオン状態を維持するから、第Ｂ列のノードＮ２には、ＳＬＡ及びＳＬＢのうち、ＳＬＡのみが供給される。
【００４０】
サンプリング信号ＳＨがＬレベルからＨレベルへ遷移して切断期間を迎えると、スイッチＳＷａがオン状態となり、スイッチＳＷｂがオフ状態となるから、第Ｂ列のノードＮ２には、ＳＬＡ及びＳＬＢのうち、ＳＬＢのみが供給される。すなわち、第Ｂ列のノードＮ２の電位は、ＳＬＡからＳＬＢへ１００ｍＶほど下がる。また、切断期間では、帰還スイッチＳＷｃがオフ状態を維持するから、ノードＮ３の電位もノードＮ２の電位と同じ幅で下がる。
【００４１】
直前のノードＮ３の電位がインバータＩｎｖのゲート閾値であったため、ノードＮ３の電位が少し下がっただけでも、ノードＮ４の電位は反転増幅されて大幅に上がる。インバータＩｎｖを構成するトランジスタの特性があまり良くなくとも、ノードＮ４の電位上昇分はノードＮ３の電位下降分の１０〜３０倍にもなる。この増幅されたノードＮ４の電位が、切断期間においてスイッチＳＷｄを通して読み出され、第Ｂ列の読出データ線ＲＤＢへ出力される。
【００４２】
なお、図示を略すが、サンプリング電位を保持するために、読出データ線ＲＤ１〜ＲＤ３２０の各々へ数ｐＦ程度の容量を付けることが好ましい。また、本実施形態では、接続期間の全部においてスイッチＳＷａがオフ状態を維持するが、接続期間の末尾に限ってスイッチＳＷａがオフ状態を維持するようにしてもよい。ただし、この場合には、スイッチＳＷａがオフ状態の期間が、スイッチＳＷｂがオン状態の期間を含むようにする必要がある。また、本実施形態では、切断期間の全部において、スイッチＳＷａがオン状態を維持するとともにスイッチＳＷｂがオフ状態を維持するが、スイッチＳＷａがオン状態を維持するとともにスイッチＳＷｂがオフ状態を維持する期間を、切断期間の一部としてもよい。
【００４３】
図４は、読出回路４０の構成例を示す図である。この図に示すように、読出回路４０は、読出データ線ＲＤ１〜ＲＤ３２０を、１６本ずつ、第１ブロックから第２０ブロックまでの２０個のブロックに分けている。ｍを１以上２０以下の整数としたとき、第ｍブロックにはサンプリングパルスＳＰｍが供給される。サンプリングパルスＳＰ１〜ＳＰ２０は、図３に示すように、サンプリング信号ＳＨがＬレベルの期間（長さは６６μｓ）において、順次、排他的に、一定の期間だけＨレベルとなる。第ｍブロックでは、サンプリングパルスＳＰｍがＨレベルの期間において、１６本の読出データ線ＲＤ１６×（ｍ−１）＋１〜ＲＤ１６×ｍの電位が並列に読み出され、それぞれ１６本の読出線ＲＯ１〜ＲＯ１６を介して外部の回路へ供給される。つまり、外部への読み出しは１６相で並列処理される。
【００４４】
以上の説明では主にＢ列に注目したが、Ｃ列に注目すると、選択信号ＳｉがＨレベルの期間ではＳＬＣ＞ＳＬＢであるから、サンプリング信号ＳＨがＬレベルからＨレベルへ遷移するとときの第Ｃ列のノードＮ２〜Ｎ４および読出データ線ＲＤＣの電位の変化の向きは、第Ｂ列における変化の向きと逆方向になる。
【００４５】
図５はセンシング装置１００における読出電位のシミュレーション結果を隣り合う第Ａ列〜第Ｆ列の６列分について示すグラフであり、太線が本実施形態に係るシミュレーション結果である。読出電位は、読出回路４０で読み出される読出データ線ＲＤの電位であるが、この図では、第Ｃ列および第Ｄ列を除いた列の読出電位の平均値を差し引いた電位（ΔＶＲＤ）を縦軸としている。このシミュレーションでは、押圧がこれまでの想定の１／５と弱く、押圧によって第Ｃ列の数行のセンサ回路Ｑの可変容量素子Ｃｖの容量値が５０ｆＦから５１ｆＦへ変化し、他のセンサ回路Ｑの可変容量素子Ｃｖの容量値が５０ｆＦを維持した場合を想定している。この図の太線から明らかなように、本実施形態によれば、押圧がこれまでの想定の１／５と弱い場合でも、押圧がある場合と無い場合との差分が大幅に大きくなる。
【００４６】
外部の回路は、第１列〜第３２０列の読出電位に基づいて、外部の物体と接触している領域の輪郭を検出し、検出した輪郭に基づいて接触の有無や接触位置を検出する。輪郭の検出方法は任意であり、例えば、ある行について、第１列から第３２０列までの読出電位と予め定められた第１基準電位とを順次比較していき、読出電位が第１基準電位以上の場合には当該読出電位に対応するセンサ回路Ｑの位置を当該行の左輪郭位置とし、当該読出電位の次以降の読出電位と予め定められた第２基準電位とを順次比較していき、読出電位が第２基準電位以下の場合には、当該読出電位の直前の読出電位に対応するセンサ回路Ｑの位置を当該行の右輪郭位置とする。右輪郭位置は左輪郭位置と一致してもよい。この処理を第１行から第２４０行まで繰り返せば、輪郭を検出することができる。ただし、第１基準電位は、あるセンサ回路Ｑから押圧が無いときに出力されるセンシング信号と参照用信号の供給元の隣の列の同一行のセンサ回路Ｑから押圧が無いときに出力されるセンシング信号との差分電圧の変動範囲の上限よりも高く定められ、第２基準電位は、当該変動範囲の下限よりも低く定められる。
【００４７】
本実施形態では、上記の通りに接触の有無や接触位置の検出が行われるから、押圧が弱い場合でも押圧がある場合と無い場合との差分が大幅に大きいことは、上記の検出に必要な感度が十分かつ大幅に高いことと等価である。また、本実施形態では、隣接する列のセンシング信号間で差分をとる処理を経て読出電位が定まるから、ノイズに強い。
【００４８】
また、本実施形態には、素子特性のばらつきに強いという利点がある。この利点について、図６を参照して説明する。図６は、センシング装置１００においてＶｔｈを変化させたときの読出電位のシミュレーション結果を隣り合う第Ａ列〜第Ｆ列の６列分について示すグラフであり、ΔＶＲＤを縦軸としている。このシミュレーションの想定はＶｔｈを除いて図５と同様である。太線が本実施形態に係るシミュレーション結果であり、第Ｃ列の感知データ線ＳＬの電位が第Ａ列、第Ｂ列、第Ｅ列および第Ｆ列の感知データ線ＳＬの電位よりも２０〜２１ｍＶ低いだけなのに対して、第Ａ列、第Ｂ列、第Ｅ列および第Ｆ列の読出電位に比べて、第Ｃ列の読出電位が１６９〜６８４ｍＶも高く、第Ｄ列の読出電位が１８１〜４２８ｍＶも低くなっている。すなわち、本実施系形態によれば、Ｖｔｈがばらついても、＋８〜＋３４倍、−９〜−２１倍という十分かつ大幅に高い増幅率（感度）を得ることができる。図６において、Low,Typ,HighはPch,Nch双方のVthが各々Low,Typ,Highであることを示し、PL_NHはPchのVthがLowでNchのVthがHighであり、PH_NLはPchのVthがHighでNchのVthがLowであることを示している。
【００４９】
ここで、本実施形態と比較するために、特許文献２に記載の表示パネルに特許文献１に記載の積分型の増幅器を適用したタッチパネルを想定する。このタッチパネルによれば高い感度が得られるが、高い感度が得られるＶｔｈの範囲は、本実施形態において十分かつ大幅に高い感度が得られるＶｔｈの範囲よりも狭い。また、リニアアンプ型の増幅器を構成する素子の数は、積分型の増幅器を構成する素子の数よりも少ないから、本実施形態によれば製造コストを低減することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態では、感知データ線ＳＬ１を一端の感知データ線としたとき、一端の感知データ線以外の感知データ線ＳＬ２〜ＳＬ３２０に対応する増幅回路Ｗは、対応する感知データ線ＳＬの一端側の隣の感知データ線ＳＬからのセンシング信号を参照用信号とする。一方、第１列の増幅回路Ｗが如何なる信号を参照用信号とするかについては未説明である。第１列の増幅回路Ｗからの出力を接触の有無や接触位置の検出に利用しない場合には、任意の信号を第１列の増幅回路Ｗの参照用信号としてよいが、この場合には、上記の検出に利用することのできる有効な列が第２列〜第３２０列に限られてしまう虞がある。
【００５１】
そこで、本実施形態では、図７に示すように、第１列〜第３２０列を有効な列とするために、第１列の左脇に第１ダミー回路ＤＭＬを設けてある。第１ダミー回路ＤＭＬは、一端（第１列）の増幅回路Ｗへ参照用信号を供給する回路であり、図２の回路の一部（１本の感知データ線ＳＬと当該感知データ線ＳＬに対応する２４０個のセンサ回路Ｑとを含む部分）に相当する構成を有する。第１ダミー回路ＤＭＬに対応する読出データ線ＲＤは存在せず、第１ダミー回路ＤＭＬが接触の有無や接触位置の検出に用いられる信号を出力することはない。
【００５２】
さらに、本実施形態では、第１列の増幅回路Ｗへの参照用信号の入力容量値を他の列の増幅回路Ｗへの参照用信号の入力容量値と同等とするために、第１ダミー回路ＤＭＬは、トランジスタＴｒ３やスイッチＳＷａも有する。なお、ここでいう「同等」は、第１列の増幅回路Ｗへの参照用信号の入力容量値が、第２列〜第３２０列の増幅回路Ｗへの参照用信号の入力容量値のうちの最小値以上かつ最大値以下となることを意味する。
【００５３】
また、本実施形態では、第３２０列の右脇に第２ダミー回路ＤＭＲを設けてある。第２ダミー回路ＤＭＲは、他端（第３２０列）の感知データ線ＳＬからの信号を受け取る回路である。第２ダミー回路ＤＭＲに対応する読出データ線ＲＤは存在せず、第２ダミー回路ＤＭＲが接触の有無や接触位置の検出に用いられる信号を出力することはない。
【００５４】
さらに、本実施形態では、第３２０列の増幅回路Ｗへの対応する感知データ線ＳＬからのセンシング信号の入力容量値を他の列の増幅回路Ｗへの対応する感知データ線ＳＬからのセンシング信号の入力容量値と同等とするために、第２ダミー回路ＤＭＲは、スイッチＳＷｂを有する。なお、ここでいう「同等」は、第３２０列の増幅回路Ｗへの対応する感知データ線ＳＬからのセンシング信号の入力容量値が、第２列〜第３２０列の増幅回路Ｗへの対応する感知データ線ＳＬからのセンシング信号の入力容量値のうちの最小値以上かつ最大値以下となることを意味する。また、本実施形態を変形し、第２ダミー回路ＤＭＲを設けない構成としてもよい。
【００５５】
ところで、読出線ＲＯに寄生する容量は大きいから、サンプリングパルスＳＰ１〜ＳＰ２０がＨレベルとなる期間は長い方がよい。一方、読出回路４０は、サンプリング信号ＳＨがＬレベルの期間内に１６個の電位を読み出さねばならない。よって、サンプリング信号ＳＨがＨレベルの期間は短い方がよい。本実施形態では、増幅器が、サンプリング信号ＳＨがＬレベルの期間において、対応する感知データ線ＳＬの電位に近い隣の感知データ線ＳＬの電位を取り込み、サンプリング信号ＳＨがＨレベルの期間において対応する感知データ線ＳＬの電位を取り込むから、隣の感知データ線ＳＬの電位を取り込むことなく対応する感知データ線ＳＬの電位を取り込む形態に比較して、サンプリング信号ＳＨがＨレベルの期間を短縮することができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るセンシング装置１００について説明する。ただし、第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。図８は本発明の第２実施形態に係るセンシング装置１００のセンシング機能に係る部分の回路図であり、図９はそのタイムチャートである。図８の図２との違いは、トランジスタＴｒ２のＶｔｈのばらつきを補償するための補償部Ｚを感知データ線ＳＬ（増幅回路Ｗ）毎に備える点のみである。また、図９と図３とを比較すれば明らかなように、本実施形態では、リセット信号ＲｉがＬレベルからＨレベルへ遷移するタイミングが早められており、リセット信号ＲｉがＬレベルの期間が短縮されており、リセット信号Ｒｉ及び選択信号Ｓｉが共にＨレベルとなる期間が設けられている。
【００５７】
第１実施形態では、図２及び図３に示すように、選択信号ＳｉがＨレベルの期間に、トランジスタＴｒ２が、固定容量素子Ｃｐと可変容量素子Ｃｖとの容量値の比で決まるノードＮ１の電位からトランジスタＴｒ２のＶｔｈを差し引いた電位まで感知データ線ＳＬを充電するので、Ｖｔｈがばらつくと感知データ線ＳＬの充電電位もばらついて誤差となる。これに対して、本実施形態では、図８の構成とし、図９のように動作させることで、Ｖｔｈのばらつきが補償される。詳しくは次に述べる通りである。
【００５８】
補償部Ｚは、対応する感知データ線ＳＬと対応する増幅回路Ｗとの間に介挿された介挿容量素子Ｃｔと、トランジスタＴｒ３と、トランジスタＴｒ４とを有する。介挿容量素子Ｃｔは、感知データ線ＳＬ側の電極Ｄ７と増幅回路Ｗ側の電極Ｄ８（ノードＳｘ）とを有する。トランジスタＴｒ３は、電極Ｄ７と接地線との間に介挿されたスイッチング素子であり、第１実施形態と同様に動作する。トランジスタＴｒ４は、電極Ｄ８と接地線との間に介挿されたスイッチング素子であり、信号ＡＧがＨレベルの場合にオン状態となり、信号ＡＧがＬレベルの場合にオフ状態となる。信号ＡＧは、図９に示すように、一定周期（例えば７０μｓ周期）のパルス信号であり、プリチャージ信号ＰＣとともにＬレベルからＨレベルへ遷移し、リセット信号ＲｉがＬレベルからＨレベルへ遷移する直前までの一定の期間だけＨレベルを維持し、他の期間においてＬレベルを維持する。
【００５９】
第ｉ行の補償部Ｚでは、まず、プリチャージ信号ＰＣがＬレベルからＨレベルへ遷移してから再びＬレベルへ遷移するまでの第１期間Ｔ１において、トランジスタＴｒ３はオン状態を維持するから、介挿容量素子Ｃｔの電極Ｄ７（対応する感知データ線ＳＬ）の電位がＬレベル（第１電位）に初期化される。第１期間Ｔ１では、信号ＡＧもＨレベルを維持するから、トランジスタＴｒ４もオン状態を維持し、介挿容量素子Ｃｔの電極Ｄ８（ノードＳｘ）の電位もＬレベル（第１電位）に初期化される。
【００６０】
次に、プリチャージ信号ＰＣがＬレベルへ遷移してからリセット信号ＲｉがＬレベルからＨレベルへ遷移するまでの第２期間Ｔ２において、トランジスタＴｒ３はオフ状態を維持し、選択信号ＳｉはＬレベルからＨレベルへ遷移してＨレベルを維持するから、第２期間Ｔ２の終了直前のノードＮ１の電位は固定容量素子Ｃｐと可変容量素子Ｃｖとの容量値の比で決まる電位ＶＮ１＿Ｃｐ，Ｃｖとなり、感知データ線ＳＬはＶ１＝ＶＮ１＿Ｃｐ，Ｃｖ−Ｖｔｈに近い電位まで充電される。また、第２期間Ｔ２の終了直前には、信号ＡＧがＬレベルへ遷移し、トランジスタＴｒ４がオフ状態となる。
【００６１】
次に、リセット信号ＲｉがＨレベルへ遷移してから選択信号ＳｉがＬレベルへ遷移するまでの第３期間Ｔ３において、リセット信号Ｒｉ及び選択信号Ｓｉは共にＨレベルを維持するから、ノードＮ１は選択信号ＳｉのＨレベル（第２電位）に近い電位となり、感知データ線ＳＬは、その電位からＶｔｈを差し引いた電位Ｖ２近くまで充電される。つまり、感知データ線ＳＬの電位は、Ｖ１に近い電位からＶ２に近い電位まで変化する。第３期間Ｔ３において、トランジスタＴｒ３及びＴｒ４は共にオフ状態を維持するから、ノードＳｘには、この電位変化量を電位とした信号が供給される。つまり、第３期間Ｔ３の終了直前のノードＳｘの電位（第Ｂ列に注目すると電位ＳｘＢ）は、Ｖ２−Ｖ１に近くなる。Ｖ２−Ｖ１では−Ｖｔｈの項が相殺されるから、ノードＳｘ電位およびノードＳｘの後段の電位には、Ｖｔｈのばらつきの影響が及ばない。したがって、本実施形態に係るセンシング装置１００では、センサ回路Ｑ間でＶｔｈがばらついても、検出精度は低下しない。よって、本実施形態に係るセンシング装置１００は、素子特性のばらつきに著しく強くなる。
【００６２】
本実施形態における読出電位のシミュレーション結果は図５の細線の通りである。このシミュレーションの想定は、同図の太線に係るシミュレーションの想定と同様である。上述したように、選択信号ＳｉがＨレベルからＬレベルへ遷移する直前でのノードＳｘの電位は、Ｖ２−Ｖ１に近くなるため、すなわち−Ｖ１の項を含むため、押圧の有無によるノードＳｘの電位変化の方向は第１実施形態の感知データ線ＳＬの電位変化の方向と逆になり、読出電位が変化する方向も第１実施形態と逆になる。したがって、第１実施形態で例示した輪郭の検出手順をそのまま適用することはできず、第２基準電位以下の基準電位が見つかったら第１基準電位以上の基準電位を見つけるように変形する必要がある。
【００６３】
また、本実施形態では、感知サイクル時間を第１実施形態と同じ長さ（７０μｓ）としたまま、トランジスタＴｒ２のＶｔｈのばらつきを補償する機能を追加したため、感知データ線ＳＬやノードＳｘの充電期間が短くなり、押圧の有無による感知データ線ＳＬやノードＳｘの電位変化量は第１実施形態よりも少し低下するが、選択信号Ｓｉやリセット信号Ｒｉの振幅を最適化することで、十分に高い感度とすることができる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
図１０は本発明の第３実施形態に係るセンシング装置１００の一部の構成を示す回路図であり、図１１はそのタイムチャートである。図１０に示す部分は、図２や図８においてはインバータＩｎｖと帰還スイッチＳＷｃとを含む部分に相当する。すなわち、本実施形態に係るセンシング装置１００は、図２や図８におけるインバータＩｎｖの貫通電流の流路にスイッチング素子として制御用のトランジスタＴｎ０を介挿し、Ｔｎ０のゲート電極に制御用信号ＳＨ０を供給するようにしたものである。
【００６５】
図１１のサンプリング信号ＳＨは、図３や図９におけるサンプリング信号ＳＨと同じであり、一定周期（たとえば７０μｓ周期）のパルス信号であり、短期間だけＨレベルを維持し、他の期間においてＬレベルを維持する。制御用信号ＳＨ０は、サンプリング信号ＳＨと同じ周期のパルス信号であり、一定長の期間だけＨレベルを維持し、他の期間においてＬレベルを維持する。制御用信号ＳＨ０がＨレベルの期間は、サンプリング信号ＳＨがＨレベルの期間とその前の期間とを含む。
【００６６】
まず、通常のインバータの場合の動作について説明する。通常のインバータの場合、図１０におけるＴｎ０は無く、ｎチャネルのトランジスタＴｎのソース電極と接地線とが電気的に接続されている。大部分の期間において、サンプリング信号ＳＨがＬレベルとなり、帰還スイッチＳＷｃがオン状態となるから、ノードＮ３及びＮ４の電位はインバータＩｎｖのゲート閾値となっている。この時、インバータの増幅率は最大であるが、Ｔｐ、Ｔｎとも、ややオン状態で、電源線（ＶＤＤ）からＴｐ及びＴｎを経由して接地線へ流れる貫通電流も大きくなる。Ｔｐ及びＴｎのオン電流を必要最小限にするよう設定することで、貫通電流をある程度は抑えることができるが、それでもセンシング装置全体で数百列のインバータによる貫通電流はかなり大きい。
【００６７】
ところで、インバータには、サンプリング信号ＳＨがＬレベルからＨレベルへ遷移する直前のタイミングでノードＮ３の電位がほぼインバータのゲート閾値となっていることが要求される。裏を返せば、このタイミングでノードＮ３の電位をほぼインバータのゲート閾値とすることができれば、インバータを常時動作させておく必要はない。本実施形態では、この点に注目し、Ｔｎのソース電極と接地線との間にＴｎ０を介挿し、Ｔｎ０のゲート電極に図９の制御用信号ＳＨ０を与えることにより、制御用信号ＳＨ０がＨレベルの短い期間だけインバータを動作させる。
【００６８】
これにより、サンプリング信号ＳＨがＬレベルからＨレベルへ遷移する直前のタイミングでノードＮ３の電位がほぼインバータの閾値電圧になるとともに、制御用信号ＳＨ０がＬレベルとなっている大部分の期間においてＴｎ０がオフ状態となってインバータの貫通電流が遮断される。すなわち、インバータに要求される仕様を満たしつつ、センシング装置の消費電力を大幅に低減することができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、Ｔｎ０をＴｎと接地線（ＧＮＤ）との間へ挿入したが、Ｔｐと電源線（ＶＤＤ）との間に挿入してもよい。つまり、ＶＤＤからＧＮＤへの経路（インバータの貫通電流の流路）に、オン状態では貫通電流を遮断せず、オフ状態では貫通電流を遮断するトランジスタを直列に挿入するようにしてもよい。
【００７０】
また、貫通電流の流路にトランジスタを直列に挿入する形態に限るものではない。例えば、インバータをＴｎのソース電極と接地線とが電気的に接続される通常の構成としておき、ノードＮ３をＶＤＤへプルアップするトランジスタを追加し、そのトランジスタのゲート電極に上述の制御用信号ＳＨ０を供給するようにしてもよい。また例えば、ノードＮ３をＧＮＤへプルダウンするトランジスタを追加し、そのトランジスタのゲート電極に上述の制御用信号ＳＨ０を供給するようにしてもよい。これらの形態では、制御用信号ＳＨ０がＬレベルの期間においてノードＮ３の電位がＨレベルあるいはＬレベルに固定され、ＴｐあるいはＴｎの一方がオフするので、貫通電流を遮断することができる。ただし、その期間では、ノードＮ３とＮ４が逆電位となり、帰還スイッチＳＷｃを通して無駄な電流が少し流れるので、先に述べたような貫通電流の流路にトランジスタを直列に挿入する形態とするのが好ましい。
【００７１】
＜変形例＞
上述した各実施形態では、増幅回路Ｗが有する増幅器として、入力容量素子ＣｉとインバータＩｎｖと帰還スイッチＳＷｃとを有するものを採用したが、これに限るものではない。要は、対応する感知データ線からの信号と参照用信号との差分を線形増幅することができる増幅器であればよい。この増幅器には、入出力特性が完全に線形のもののみならず、略線形のものも含まれる。
【００７２】
上述した各実施形態では、可変容量素子Ｃｖの押圧が無いときの容量値は固定容量素子Ｃｐの容量値と同程度に設定されているが、ノードＮ１に得たい電位を考慮して、固定容量素子Ｃｐの容量値の１／３倍〜３倍の範囲内で適宜に調整してもよい。また、上述した各実施形態では、電位Ｃｏｍを一定周期で変動する電位としたが、固定電位としてもよい。また、上述した各実施形態では、読出回路４０として１６相で並列処理する回路を採用しているが、並列度がより高い回路や直列処理する回路を採用してもよい。
【００７３】
また、上述した各実施形態では、図２の第Ｂ列に注目した場合の隣の列の感知データ線ＳＬとして左隣の第Ａ列の感知データ線ＳＬを採用しているが、右隣の第Ｃ列の感知データ線ＳＬを採用してもよい。この場合、右端の列（第３２０列）が「一端」となる。もちろん、各列が左右方向に延在して複数の列が上下方向に並ぶようにしてもよく、この場合には、上端または下端の列が「一端」となる。
【００７４】
上述した各実施形態では、指定された階調を表示する画素回路として液晶の光透過率を変化させるものを採用したが、これに限らず、指定された階調を表示する任意の画素回路を採用可能である。また、センシング装置１００がセンシング機能のみを有するようにしてもよい。
【００７５】
上述した各実施形態では、感知データ線ＳＬ、増幅回路Ｗ及び読出データ線ＲＤの数を共に３２０とし、第１制御線ＣＡ及び第２制御線ＣＢの数を共に２４０としているが、これらの数をそれぞれ任意の複数としてもよい。例えば、感知データ線ＳＬ、増幅回路Ｗ及び読出データ線ＲＤの数を共に６４０とし、第１制御線ＣＡ及び第２制御線ＣＢの数を共に４８０とする。また、上述した各実施形態では、画素回路の配置ピッチとセンサ回路Ｑの配置ピッチとが等しいが、両ピッチを相違させてもよい。例えば、６４０行４８０列の画素回路を第１ピッチで配置し、３２０行２４０列のセンサ回路Ｑを第１ピッチの２倍の第２ピッチで配置する。
【００７６】
上述した各実施形態では、センサ回路Ｑとして、容量素子の対を有し、この対の容量値の比に応じたセンシング信号を出力する回路（容量方式のタッチセンサ）を採用したが、フォトダイオード等の光センサを有し、この光センサの受光強度に応じたセンシング信号を出力する回路（光学式のタッチセンサ）を採用してもよいし、検出する対象に応じた任意のセンサを採用してもよい。また、検出の対象は、接触の有無や接触位置に限らない。輪郭を検出することで検出可能な任意の対象を検出の対象とすることができる。
【００７７】
＜応用例＞
次に、センシング装置１００を応用した電子機器について説明する。図１４は、センシング装置１００を表示機能付きのタッチパネルとして採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、センシング装置１００と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。
【００７８】
図１５に、センシング装置１００を適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびにセンシング装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、センシング装置１００に表示される画像をスクロール可能である。
【００７９】
図１６に、センシング装置１００を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。携帯情報端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびにセンシング装置１００を備える。なお、センシング装置１００は、図１４から図１６に示したものに限らず、モニタや電子カメラ等の任意の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００……センシング装置、ＣＡ……第１制御線、ＣＢ……第２制御線、Ｃｉ……入力容量素子、Ｃｐ……固定容量素子、Ｃｔ……介挿容量素子、Ｃｖ……可変容量素子、ＤＭＬ……第１ダミー回路、ＤＭＲ……第２ダミー回路、Ｉｎｖ……インバータ、Ｑ……センサ回路、ＳＬ……感知データ線、ＳＷｃ……帰還スイッチ、Ｔｎ０……トランジスタ（スイッチング素子）、Ｔｒ２……トランジスタ、Ｗ……増幅回路、Ｚ……補償部。
【図１】
2011053864.tif 000003
【図２】
2011053864.tif 000004
【図３】
2011053864.tif 000005
【図４】
2011053864.tif 000006
【図５】
2011053864.tif 000007
【図６】
2011053864.tif 000008
【図７】
2011053864.tif 000009
【図８】
2011053864.tif 000010
【図９】
2011053864.tif 000011
【図１０】
2011053864.tif 000012
【図１１】
2011053864.tif 000013
【図１２】
2011053864.tif 000014
【図１３】
2011053864.tif 000015
【図１４】
2011053864.tif 000016