(57)【要約】【課題】ノイズ耐性を向上させると共に、指先等のタッチ位置の検出を高精度に行うことができる静電容量型タッチセンサの信号処理回路を提供する。【解決手段】信号処理回路は第１の調整容量ＣＡ１、第２の調整容量ＣＡ２、電荷増幅器１２、ＡＤ変換器１３を含んで構成される。第１の調整容量ＣＡ１は、第１の出力端子ＣＯ１を介して第１の容量Ｃ１と直列に接続される。第２の調整容量ＣＡ２は、第２の出力端子ＣＯ２を介して第２の容量Ｃ２と直列に接続される。電荷増幅器１２は、第１の容量Ｃ１と第１の調整容量ＣＡ１とを合成してなる第１の合成容量Ｃtot1と、第２の容量Ｃ２と第２の調整容量ＣＡ２とを合成してなる第２の合成容量Ｃtot2との容量差ΔＣに応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。【選択図】図１
2011039663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタッチパッドと共通電位線との間に形成される第１の容量と、前記第１のタッチパッドに隣接して配置された第２のタッチパッドと前記共通電位線との間に形成される第２の容量の容量差に基づいてタッチ位置を検出する静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路であって、
前記第１の容量と直列に接続された第１の調整容量と、
前記第２の容量と直列に接続された第２の調整容量と、
前記第１の容量と前記第１の調整容量とを合成してなる第１の合成容量と、前記第２の容量と前記第２の調整容量とを合成してなる第２の合成容量との容量差に応じた出力電圧を出力する電荷増幅器と、を備えることを特徴とする静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路。
【請求項２】
前記電荷増幅器は、前記第１の調整容量と直列接続された第１の基準容量と、
前記第２の調整容量と直列接続された第２の基準容量と、
前記第１及び第２の基準容量に、前記共通電位線に印加される共通電位と逆相の交流電位を印加する交流電源と、
前記第１の調整容量と前記第１の基準容量との接続点に非反転入力端子が接続され、前記第２の調整容量と前記第２の基準容量との接続点に反転入力端子が接続された差動増幅器と、
前記差動増幅器の反転出力端子と非反転入力端子の間に接続された第１のフィードバック容量及び第１のスイッチと、
前記差動増幅器の非反転出力端子と反転入力端子の間に接続された第２のフィードバック容量及び第２のスイッチと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路。
【請求項３】
第１のタッチパッドと共通電位線との間に形成される第１の容量と、前記第１のタッチパッドに隣接して配置された第２のタッチパッドと前記共通電位線との間に形成される第２の容量の第１の容量差と、第３のタッチパッドと前記共通電位線との間に形成される第３の容量と、前記第３のタッチパッドに隣接して配置された第４のタッチパッドと前記共通電位線との間に形成される第４の容量の第２の容量差と、に基づいてタッチ位置を検出する静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路であって、
前記第１の容量と直列に接続された第１の調整容量と、
前記第２の容量と直列に接続された第２の調整容量と、
前記第３の容量と直列に接続された第３の調整容量と、
前記第４の容量と直列に接続された第４の調整容量と、
前記第１の容量と前記第１の調整容量とを合成してなる第１の合成容量と、前記第２の容量と前記第２の調整容量とを合成してなる第２の合成容量との容量差に応じた第１の出力電圧を出力し、前記第３の容量と前記第３の調整容量とを合成してなる第３の合成容量と、前記第４の容量と前記第４の調整容量とを合成してなる第４の合成容量との容量差に応じた第２の出力電圧を出力する電荷増幅器と、を備えることを特徴とする静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路。
【請求項４】
前記第１の合成容量と前記第２の合成容量からの第１の信号ペアと、前記第３の合成容量と前記第４の合成容量からの第２の信号ペアとのいずれかを選択する選択回路を備えることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路。
【請求項５】
前記電荷増幅器の前記出力電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型タッチセンサの信号処理回路に関し、特に静電容量の変化を利用して人の指先やペン先等のタッチ位置を検出する静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話、携帯音響機器、携帯ゲーム機器、テレビジョン、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器のデータ入力装置として、静電容量型タッチセンサが知られている。
【０００３】
従来の静電容量型タッチセンサの信号処理回路を図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０に示すように、ＰＣＢ基板６０上にタッチパッド６１が形成されており、タッチパッド６１とＰＣＢ基板６０との間に静電容量６２（容量値Ｃ）が形成されている。そして、コンパレータ６３の非反転入力端子（＋）に配線６４を介してタッチパッド６１が接続される。コンパレータ６３の反転入力端子（−）には基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、タッチパッド６１とコンパレータ６３の非反転入力端子（＋）とを接続する配線６４には定電流源６５が接続されている。
【０００４】
この静電容量型タッチセンサの信号処理回路の動作を図１１に基づいて説明する。先ず、人間の指６６がタッチパッド６１から遠く離れている場合は、タッチパッド６１における容量値はＣである。この場合、タッチパッド６１の静電容量６２は定電流源６５からの定電流により充電されることにより、タッチパッド６１の電圧はリセット状態の０Ｖから増加し、基準電圧Ｖｒｅｆに到達するとコンパレータ６３の出力電圧は反転する。このリセットからコンパレータ６３が反転するまでの時間をｔ１とする。
【０００５】
一方、人間の指先６６をタッチパッド６１に近づけると、タッチパッド６１における容量値はＣ＋Ｃ’に増加、または減少する。この変化分Ｃ’は人間の指とタッチパッド６１の間に形成される容量値である。すると、タッチパッド６１の電圧が０Ｖから基準電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間はｔ２（ｔ２＞ｔ１）である。つまり、リセットからコンパレータ６３が反転するまでの時間の差（ｔ２−ｔ１）に基づいて、人間の指先６６がタッチパッド６１にタッチしたか否かを検出することができる。換言すれば、タッチパッド６１は、データ入力用のＯＮ／ＯＦＦスイッチとして機能することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９００５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の静電容量型タッチセンサの信号処理回路においては、タッチパッド６１にノイズが印加されると、タッチパッド６１の電圧が変化して回路の誤動作が生じるという問題があった。また、タッチパッド６１はＯＮ／ＯＦＦという２状態スイッチとして機能する場合は、データ入力量が限られていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のタッチセンサ用の信号処理回路は、第１のタッチパッドと共通電位線との間に形成される第１の容量と、前記第１のタッチパッドに隣接して配置された第２のタッチパッドと前記共通電位線との間に形成される第２の容量の容量差に基づいてタッチ位置を検出する静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路であって、
前記第１の容量と直列に接続された第１の調整容量と、前記第２の容量と直列に接続された第２の調整容量と、前記第１の容量と前記第１の調整容量とを合成してなる第１の合成容量と、前記第２の容量と前記第２の調整容量とを合成してなる第２の合成容量との容量差に応じた出力電圧を出力する電荷増幅器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路によれば、差動容量検出方式を採用したことにより、ノイズ耐性を向上させることができる。また、本発明の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路によれば、指先等のタッチ位置を高精度に検出し、データ入力量を増加させることができる。
【００１０】
特に、本発明の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路によれば、調整容量を設けているので、タッチセンサ側からの信号を減衰させることにより、電荷増幅器のダイナミックレンジに適合させ、電荷増幅器を適切に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路の具体的な回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路の動作を説明する図である。
【図４】電荷増幅器の入出力特性を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路の回路図である。
【図６】静電容量型タッチセンサの構成例１を示す平面図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る信号処理回路の入出力特性を示す図である。
【図９】静電容量型タッチセンサの構成例２を示す平面図である。
【図１０】従来の静電容量型入力装置の構成を示す図である。
【図１１】従来の静電容量型入力装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路を図面に基づいて説明する。図１に示すように、静電容量型タッチセンサ側（タッチパネル）は、ＰＣＢ基板等の絶縁基板１０上に配置され、導電材料からなる第１及び第２のタッチパッド１，２、共通電位線６を含んで構成される。共通電位線６は第１及び第２のタッチパッド１，２に隣接するか、それらを囲んで形成される。そして、共通電位線６には、交流電源７から発生される交流の共通電位が印加されるようになっている。
【００１３】
第１及び第２のタッチパッド１，２と共通電位線６との間に、それぞれ第１及び第２の容量Ｃ１，Ｃ２が形成される。第１及び第２のタッチパッド１，２はそれぞれ第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２に接続されている。人間の指先等が第１のタッチパッド１に近くと、人の指先等は電極として機能することから、第１の容量Ｃ１の容量値は第２の容量Ｃ２の容量値に対して変化する。したがって、この容量変化を検出することにより、人の指先等のタッチ位置を検出することができる。
【００１４】
そのような検出を可能にするため、信号処理回路は第１の調整容量ＣＡ１、第２の調整容量ＣＡ２、電荷増幅器１２、ＡＤ変換器１３を含んで構成される。第１の調整容量ＣＡ１は、第１の出力端子ＣＯ１を介して第１の容量Ｃ１と直列に接続される。第２の調整容量ＣＡ２は、第２の出力端子ＣＯ２を介して第２の容量Ｃ２と直列に接続される。この場合、第１の調整容量ＣＡ１の一端は第１のタッチパッド１に接続され、その他端は電荷増幅器１２の非反転入力端子（＋）に接続される。また、第２の調整容量ＣＡ２の一端は第２のタッチパッド２に接続され、その他端は電荷増幅器１２の反転入力端子（−）に接続される。
【００１５】
電荷増幅器１２は、第１の容量Ｃ１と第１の調整容量ＣＡ１とを合成してなる第１の合成容量Ｃtot1と、第２の容量Ｃ２と第２の調整容量ＣＡ２とを合成してなる第２の合成容量Ｃtot2との容量差ΔＣに応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００１６】
すると、第１の合成容量Ｃtot1＝Ｃ１・ＣＡ１／（Ｃ１＋ＣＡ１）、第２の合成容量Ｃtot2＝Ｃ２・ＣＡ２／（Ｃ２＋ＣＡ２）である。つまり、第１の調整容量ＣＡ１を設けることで、第１の合成容量Ｃtot1は、静電容量型タッチセンサ側の第１の容量Ｃ１よりもＣＡ１／（Ｃ１＋ＣＡ１）という係数分だけ小さくなるように調整される。第２の調整容量ＣＡ２についても同様である。
【００１７】
これにより、電荷増幅器１２の出力電圧Ｖｏｕｔが減衰されるので、電荷増幅器１２
を正常に動作させることが可能になる。即ち、第１及び第２の調整容量ＣＡ１，ＣＡ２を設けない場合は、出力電圧Ｖｏｕｔが電荷増幅器１２の出力ダイナミックレンジを超えて電荷増幅器１２の出力電圧Ｖｏｕｔがクリップされる等の不具合が生じるおそれがあるが、本実施形態によればそのような不具合を解消できる。これにより、電荷増幅器１２の出力電圧Ｖｏｕｔは容量差ΔＣに追従して滑らかに変化し（つまり、線形性の向上）、タッチ位置の検出精度が向上する。
【００１８】
なお、ＡＤ変換器１３は、電荷増幅器１２のアナログ値である出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル値に変換するために設けられている。これにより、デジタル演算によりタッチ位置を求めることができる。
【００１９】
［信号処理回路の具体的な構成例］
次に、信号処理回路の具体的な構成例と動作を図２、図３に基づいて説明する。図２に示すように、図２に示すように、破線で囲まれた部分が絶縁基板１０であり、上述の第１の容量Ｃ１と第２の容量Ｃ２が形成される。
【００２０】
交流電源７は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ１，ＳＷ２で形成される。交流電源７は、スイッチＳＷ１が閉じスイッチＳＷ２が開くと接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ１が開きスイッチＳＷ２が閉じると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。この場合、交流電源７の交流電圧は基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｈレベル）と０Ｖ（Ｌレベル）を交互に繰り返すクロック信号電圧である。
【００２１】
また、第１の調整容量ＣＡ１に直列に第１の基準容量ＣＸ１が接続され、第２の容量Ｃ２に直列に第２の基準容量ＣＸ２が接続される。ここで、ＣＸ１，ＣＸ２の容量値は初期状態では等しく設定され、Ｃ１＋ＣＡ１，Ｃ２＋ＣＡ２の容量値と同程度であることが好ましい。
【００２２】
第１及び第２の基準容量ＣＸ１，ＣＸ２の共通接続点には、交流電源７と同様の交流電源１５が接続される。交流電源１５は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ３，ＳＷ４で形成される。交流電源１５は、スイッチＳＷ３が閉じスイッチＳＷ４が開くと接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ３が開きスイッチＳＷ４が閉じると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。そして、交流電源７と交流電源１５は互いに逆相のクロック信号電圧を出力するように構成されている。
【００２３】
１６は一般的な差動増幅器であり、その非反転入力端子（＋）に第１の調整容量ＣＡ１と第１の基準容量ＣＸ１の接続点から引き出された配線が接続され、その反転入力端子（−）に第２の調整容量ＣＡ２と第２の基準容量ＣＸ２の接続点から引き出された配線が接続される。
【００２４】
また、差動増幅器１６の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間にフィードバック容量Ｃｆが接続され、差動増幅器１６の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に同じフィードバック容量Ｃｆが接続される。フィードバック容量Ｃｆの容量値をＣｆとする。
【００２５】
さらに、スイッチＳＷ５が差動増幅器１６の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に接続され、スイッチＳＷ６が差動増幅器１６の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に接続される。スイッチＳＷ５，ＳＷ６は同時にスイッチングする。つまり、スイッチＳＷ５，ＳＷ６が閉じると、差動増幅器１６の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡されると共に、差動増幅器１６の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。
【００２６】
差動増幅器１６の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器１６の非反転出力端子（＋）からの出力電圧をＶｏｐとし、両者の差電圧をＶｏｕｔ（＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ）とする。
【００２７】
次に、上記構成の回路の動作を図３に基づき説明する。この回路は第１相（電荷蓄積モード）と第２相（電荷転送モード）という２つの相（phase）を有しており、この２つの相が交互に多数回繰り返される。
【００２８】
先ず、図３（ａ）の第１相の場合、交流電源７のＳＷ１が開き、ＳＷ２が閉じることにより、第１及び第２の容量Ｃ１，Ｃ２に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、交流電源１５のＳＷ４が開き、ＳＷ３が閉じることにより、第１及び第２の基準容量ＣＸ１，ＣＸ２に接地電圧（０Ｖ）が印加される。
【００２９】
また、ＳＷ５及びＳＷ６が閉じる。これにより、差動増幅器１６の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡され、非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。この結果、ノードＮ１（反転入力端子（−）に接続された配線ノード）、ノードＮ２（非反転入力端子（＋）に接続された配線ノード）、反転出力端子（−）、非反転出力端子（＋）の電圧はそれぞれ１／２・Ｖｒｅｆになる。ただし、差動増幅器１６のコモンモード電圧を基準電圧の１／２である１／２・Ｖｒｅｆとする。
【００３０】
次に、図３（ｂ）の第２相の場合、交流電源７のＳＷ１が閉じ、ＳＷ２が開くことにより、第１及び第２の容量Ｃ１，Ｃ２に接地電圧（０Ｖ）が印加される。また、交流電源１５のＳＷ４が閉じ、ＳＷ３が開くことにより、第１及び第２の基準容量ＣＸ１，ＣＸ２に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６が開く。
【００３１】
その後、図３（ａ）の第１相の状態に戻り、また第２相に移る。この場合、ＣＸ１＝ＣＸ２＝Ｃであり、Ｃ１，Ｃ２の初期状態の容量値をＣとする。また、第１及び第２の調整容量ＣＡ１，ＣＡ２の容量値をＣＡとする。さらにまた、人間の指先等がタッチパッドに近づいた場合のＣ１，Ｃ２の容量差をΔＣとする。
つまり、ＣＡ１＝ＣＡ２＝ＣＡ、Ｃ１−Ｃ２＝ΔＣである。
そうすると、Ｃ１＝Ｃ＋１／２・ΔＣ、Ｃ２＝Ｃ−１／２・ΔＣが成り立つ。
【００３２】
また、第１の合成容量Ｃtot1＝Ｃ１・ＣＡ／（Ｃ１＋ＣＡ）＝α・（Ｃ＋１／２・ΔＣ）
ここで、αは、以下の式で表される。
α＝ＣＡ／（ＣＡ＋Ｃ１）＝ＣＡ／（ＣＡ＋Ｃ＋１／２・ΔＣ）
第２の合成容量Ｃtot2＝Ｃ２・ＣＡ／（Ｃ２＋ＣＡ）＝β・（Ｃ−１／２・ΔＣ）
ここで、βは、以下の式で表される。
β＝ＣＡ／（ＣＡ＋Ｃ２）＝ＣＡ／（ＣＡ＋Ｃ−１／２・ΔＣ）
【００３３】
ノードＮ１について電荷保存則を適用すると、以下の通りである。
第１相において、
【数１】
2011039663.tif 000003
ここで、α・（Ｃ−１／２・ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）はＣ２の電荷量であり、Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）はＣＸ２の電荷量、Ｃｆ・０（＝０）はＣｆの電荷量である。
【００３４】
第２相において、
【数２】
2011039663.tif 000004
ここで、α・（Ｃ−１／２・ΔＣ）・（１／２・Ｖｒｅｆ）はＣ２の電荷量、Ｃ・（−１／２・Ｖｒｅｆ）はＣ４の電荷量、Ｃｆ・（Ｖｏｐ−１／２・Ｖｒｅｆ）はＣｆの電荷量である。
第１相と第２相においてノードＮ１の電荷量は等しいから、数１＝数２である。
【００３５】
この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。
【数３】
2011039663.tif 000005
【００３６】
同様にして、ノードＮ２について電荷保存則を適用し、その方程式をＶｏｍについて解くと、次式が得られる。
【数４】
2011039663.tif 000006
数３、数４から、Ｖｏｕｔを求める。
【数５】
2011039663.tif 000007
【００３７】
即ち、電荷増幅器１２は、図３（ｂ）の電荷転送モードにおいて出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。一方、第１及び第２の調整容量ＣＡ１，ＣＡ２を設けない場合は、α＝β＝１であるから、Ｖｏｕｔ＝ΔＣ／Ｃｆ・Ｖｒｅｆである。したがって、第１及び第２の調整容量ＣＡ１，ＣＡ２を設けたことにより、（α＋β）／２だけ、出力電圧Ｖｏｕｔは減衰することになる。そして、図４に示すように電荷増幅器１２の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ１）は、第１及び第２の容量Ｃ１，Ｃ２の容量差ΔＣに比例して変化することがわかる。
【００３８】
即ち、第１及び第２の調整容量ＣＡ１，ＣＡ２を設けることにより、第１及び第２の合成容量Ｃtot1，Ｃtot2が減少するとともに、容量差ΔＣも（α＋β）／２の比率で減少すえことになる。そして、第１及び第２の合成容量Ｃtot1，Ｃtot2が減少した状態で、電荷蓄積モードで、前記ノードＮ１，Ｎ２が１／２・Ｖｒｅｆに固定される。その後、電荷転送モードに移行して、容量−電圧変換がなされるが、この時、容量差ΔＣが小さくなっているので、出力電圧Ｖｏｕｔも下がることになる。この場合、電荷増幅器１２の入力ダイナミックレンジは例えば最大で４００ｆＦに設計されることから、容量差ΔＣを４００ｆＦに抑える必要がある。第１及び第２の調整容量ＣＡ１，ＣＡ２は、容量差ΔＣを４００ｆＦに抑えるように決定される。
【００３９】
［第２の実施形態］
第１の実施形態は静電容量型タッチセンサ側（タッチパネル）に第１及び第２のタッチパッド１，２があり、それらのタッチパッドからの信号を処理する信号処理回路を示した。本実施形態では、静電容量型タッチセンサ側（タッチパネル）に第１及び第２のタッチパッド１，２に加えて、第３及び第４のタッチパッド３，４がある場合に対応した信号処理回路である。
【００４０】
即ち、図５に示すように、静電容量型タッチセンサ側（タッチパネル）は、ＰＣＢ基板等の絶縁基板１０上に配置され、導電材料からなる第１〜第４のタッチパッド１〜４、共通電位線６を含んで構成される。共通電位線６は第１〜第４のタッチパッド１〜４に隣接するか、それらを囲んで形成される。
【００４１】
第１のタッチパッド１と共通電位線６との間に第１の容量Ｃ１が形成され、第２のタッチパッド２と共通電位線６との間に第２の容量Ｃ２が形成される。同様に、第３のタッチパッド３と共通電位線６との間に第３の容量Ｃ３が形成され、第４のタッチパッド４と共通電位線６との間に第４の容量Ｃ４が形成される。つまり、第１〜第４のタッチパッド１〜４を用いて、第１の実施形態に比して広範囲のタッチ位置の検出を可能にしたものである。
【００４２】
そのような検出を可能にするため、信号処理回路は第１〜第４の調整容量ＣＡ１〜ＣＡ４、選択回路１１、電荷増幅器１２、ＡＤ変換器１３を含んで構成される。第１〜第４の調整容量ＣＡ１〜ＣＡ４は、第１〜第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４を介して、それぞれ第１〜第４の容量Ｃ１〜Ｃ４と直列に接続される。
【００４３】
選択回路１１は、先ず、第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２のペアを選択し、次に、第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４のペアを選択する。選択されたペアは、それぞれ電荷増幅器１２の非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）にそれぞれ接続される。
【００４４】
つまり、第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２のペアが選択されると、第１の出力端子ＣＯ１からの信号は、第１の調整容量ＣＡ１を介して、電荷増幅器１２の非反転入力端子（＋）に印加される。また、第２の出力端子ＣＯ２からの信号は、第２の調整容量ＣＡ２を介して電荷増幅器１２の反転入力端子（−）に印加される。
【００４５】
すると、電荷増幅器１２は、第１の実施形態と同様に、出力電圧Ｖｏｕｔとして、第１の容量Ｃ１と第１の調整容量ＣＡ１とを合成してなる第１の合成容量Ｃt ot1と、前記第２の容量Ｃ２と第２の調整容量ＣＡ２とを合成してなる第２の合成容量Ｃtot2との容量差ΔＣに応じた出力電圧Ｖ１を出力する。
【００４６】
次に、第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４のペアが選択されると、第３の出力端子ＣＯ３からの信号は、第３の調整容量ＣＡ３を介して、電荷増幅器１２の非反転入力端子（＋）に印加される。また、第４の出力端子ＣＯ４からの信号は、第４の調整容量ＣＡ４を介して、電荷増幅器１２の反転入力端子（−）に印加される。
【００４７】
すると、電荷増幅器１２は、出力電圧Ｖｏｕｔとして、第３の容量Ｃ３と第３の調整容量ＣＡ３とを合成してなる第３の合成容量Ｃtot3と、前記第４の容量Ｃ４と第４の調整容量ＣＡ４とを合成してなる第４の合成容量Ｃtot4との容量差ΔＣに応じた出力電圧Ｖ２を出力する。
【００４８】
電荷増幅器１２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいてタッチ位置の検出が可能であるが、デジタル演算によりタッチ位置を求めるために、出力電圧Ｖ１，Ｖ２をデジタル値に変換するＡＤ変換器１３が設けられている。
【００４９】
なお、選択回路１１を削除し、第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２のペアと、第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４のペアに対応して、２個の電荷増幅器１２を設けても良い。
【００５０】
［静電容量型タッチセンサの構成例１］
次に、静電容量型タッチセンサ側（タッチパネル）の構成例を説明する。図６は、この静電容量型タッチセンサの平面図である。図７は、図６の第１のタッチパッド１、第３のタッチパッド３の拡大図である。
【００５１】
この静電容量型タッチセンサ（タッチパネル）は、ＰＣＢ基板等の絶縁基板１０上に配置された第１〜第５のタッチパッド１〜５、共通電位線６、共通電位ＶＣＯＭを発生する交流電源７を含んで構成される。
【００５２】
図６において、一番左側の第１のタッチパッド１は、Ｘ方向に一列に配置された第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅからなり、第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅは隣接配線により互いに電気的に接続されている。
【００５３】
共通電位線６は、第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅをそれぞれ囲んで配置され、交流電源７からの交流の共通電位ＶＣＯＭが印加されるようになっている。共通電位線６は、各サブタッチパッドを囲む菱形のセルを形成しており、セルの集合体は全体として見るとハニカム構造になっている。また、共通電位線６は、第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅを連結している隣接配線と電気的に絶縁されている。第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅと共通電位線６との間には不図示の絶縁体が介在しており、これにより、第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅは、共通電位線６と容量結合している。そして、第１のタッチパッド１は配線を介して第１の出力端子ＣＯ１に接続されている。
【００５４】
この場合、サブタッチパッド１ａ〜１ｅの中で、中央に配置された第１のサブタッチパッド１ａの面積Ｓ１が最も大きく、第１のサブタッチパッド１ａの左隣に配置された第２のサブタッチパッド１ｂの面積Ｓ２は第１のサブタッチパッド１ａの面積Ｓ１より小さい。また、第２のサブタッチパッド１ｂの左隣に配置された第３のサブタッチパッド１ｃの面積Ｓ３は第２のサブタッチパッド１ｂの面積Ｓ２より小さい。つまり、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の大小関係を満たし、端部に近いサブタッチパッドほどその面積は小さくなっている。
【００５５】
また、第４のサブタッチパッド１ｄは、第１のサブタッチパッド１ａを中心として第２のサブタッチパッド１ｂと対称に配置されており、第５のサブタッチパッド１ｅは第１のサブタッチパッド１ａを中心として第３のサブタッチパッド１ｃと対称に配置されている。
【００５６】
具体的には、図７に示すように、第１のサブタッチパッド１ａは菱形の形状を有している。第２のサブタッチパッド１ｂは、第１のサブタッチパッド１ａの菱形の下半分を切り欠いて残った三角形の形状を有している。第３のサブタッチパッド１ｃは、第２のサブタッチパッド１ｂの三角形に切り欠き部Ｋを形成した形状を有している。
【００５７】
この場合、切り欠き部Ｋは、第３のサブタッチパッド１ｃの共通電位線６に対向する辺に設けることがタッチ位置検出の精度向上の上で好ましい。これは、実験結果によれば、タッチ位置検出精度はサブタッチパッドの面積だけでなく、サブタッチパッドと共通電位線６との距離にも依存するからである。第２のサブタッチパッド１ｂと第４のサブタッチパッド１ｄの形状は同じであり、第３のサブタッチパッド１ｃと第５のサブタッチパッド１ｅの形状は同じである。
【００５８】
なお、図６においても第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅは示されているが、第３のサブタッチパッド１ｃと第５のサブタッチパッド１ｅの切り欠き部Ｋの図示は省略してある。また、第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅのＸ方向のピッチは等しくなっているが、２ピッチが人の指先の幅と同程度になるようにピッチが設定されることが好ましい。さらにまた、第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅ、共通電位線６は、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いて形成しても良いし、アルミニウム等の金属材料を用いて形成しても良い。
【００５９】
第２のタッチパッド２は、第１のタッチパッド１の右側に隣接して配置されており、第１のタッチパッド１と同じ構造を有している。即ち、第２のタッチパッド２は、Ｘ方向に一列に配置された第１〜第５のサブタッチパッド２ａ〜２ｅからなり、第１〜第５のサブタッチパッド２ａ〜２ｅは隣接配線により互いに電気的に接続されている。共通電位線６は、第１〜第５のサブタッチパッド２ａ〜２ｅをそれぞれ囲んで配置されている。そして、第２のタッチパッド２は配線を介して第２の出力端子ＣＯ２に接続されている。
【００６０】
上述の第１及び第２のタッチパッド１，２はペアを形成してタッチ位置の検出に寄与する。即ち、第１のタッチパッド１と共通電位線６の間に生じる第１の容量Ｃ１と第２のタッチパッド２と共通電位線６の間に生じる第２の容量Ｃ２との容量差に基づいて、人間の指先等のタッチ位置を検出する。この場合、人間の指先等が第１及び第２のタッチパッド１，２から遠く離れている初期状態においては、第１の容量Ｃ１と第２の容量Ｃ２の容量値は等しくなっている。
【００６１】
タッチ位置の検出をより広範囲において高精度に行うため、第１及び第２のタッチパッド１，２のペアに加えて、第３及び第４のタッチパッド３，４のペアが配置されている。
そして、第１及び第２のタッチパッド１、２のペアの容量差に加えて、第３のタッチパッド３と共通電位線６の間に生じる第３の容量Ｃ３と第４のタッチパッド４と共通電位線６の間に生じる第４の容量Ｃ４との容量差に基づいて、タッチ位置を検出する。この場合も、人間の指先等が第３及び第４のタッチパッド３，４から遠く離れている初期状態においては、第３の容量Ｃ３と第４の容量Ｃ４の容量値は等しくなっている。
【００６２】
第３及び第４のタッチパッド３，４は、第１及び第２のタッチパッド１，２と同じ構造を有している。即ち、第３のタッチパッド３は、第１のタッチパッド１と第２のタッチパッド２の間に一列に配置され、互いに電気的に接続された第１〜第５のサブタッチパッド３ａ〜３ｅで構成される。この場合、図７に示すように、第２のサブタッチパッド３ｂは逆三角形であり、第１のタッチパッド１の第５のサブタッチパッド１ｅと共に、共通電位線６の１つのセルの中に配置されている。同様に、第３のタッチパッド３ｃは切り欠き部Ｋを持った逆三角形であり、第１のタッチパッド１の第４のサブタッチパッド１ｄと共に、共通電位線６の別の１つのセルの中に配置されている。第３のタッチパッド３は配線を介して第３の出力端子ＣＯ３に接続されている。
【００６３】
第４のタッチパッド４は、第２のタッチパッド２の右側に隣接して配置され、互いに電気的に接続された第１〜第５のサブタッチパッド４ａ〜４ｅで構成される。この場合も、第２のサブタッチパッド４ｂは逆三角形であり、第２のタッチパッド２の第５のサブタッチパッド２ｅと共に、共通電位線６の１つのセルの中に配置されている。同様に、第３のサブタッチパッド４ｃは切り欠き部Ｋを持った逆三角形であり、第１のタッチパッド１の第４のサブタッチパッド２ｄと共に、共通電位線６の別の１つのセルの中に配置されている。第４のタッチパッド４は配線を介して第４の出力端子ＣＯ４に接続されている。
【００６４】
また、タッチ位置の検出の範囲を更に拡張するために、互いに電気的に接続された第１〜第５のサブタッチパッド５ａ〜５ｅからなる第５のタッチパッド５が配置される。この場合、第５のタッチパッド５の第１〜第３のサブタッチパッド５ａ〜５ｃについては、第４のタッチパッド４の第１のサブタッチパッド４ａの右側に隣接して、Ｘ方向に一列に配置され、残りの第４及び第５のサブタッチパッド５ｄ，５ｅについては、第１のタッチパッド１の第１のサブタッチパッド１ａの左側に隣接して、Ｘ方向に一列に配置される。第５のタッチパッド５は配線を介して第１の出力端子ＣＯ１に接続されている。
【００６５】
そして、図６に示すように、上述の第１〜第５のタッチパッド１〜５は、Ｙ方向に繰り返して配列されている。そして、この例では第１のタッチパッド１の中央の第１のサブタッチパッド１ａは、Ｙ方向に１５個配列されているが、これらは隣接配線により互いに電気的に接続されている。第２〜第５のタッチパッド２〜５の中央の第１のサブタッチパッド２ａ〜５ａについても同様である。
【００６６】
図８は、上述の信号処理回路の特性図である。この場合、信号処理回路の電荷増幅器１２の出力電圧Ｖ１は、第１のタッチパッド１と共通電位線６の間に生じる第１の容量Ｃ１と第２のタッチパッド２と共通電位線６の間に生じる第２の容量Ｃ２との容量差ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２に比例するように構成されている。同様に、電荷増幅器１２の出力電圧Ｖ２は、容量差ΔＣ＝Ｃ３−Ｃ４に比例するように構成されている。
【００６７】
図８の横軸は、図１のタッチパネルのＸ方向の座標に対応しており、Ｐ１〜Ｐ５はそれぞれ第１〜第５のタッチパッド１〜５の中央のサブタッチパッド１ａ〜５ａの中心位置に対応している。そして、パラメータθをＸ座標に対応させると、θ＝０°はＰ１に対応し、θ＝９０°はＰ３に対応し、θ＝１８０°はＰ２に対応し、θ＝２７０°はＰ４に対応し、θ＝３６０°はＰ５に対応することになる。
【００６８】
そして、人の指先等を第１のタッチパッド１上から第５のタッチパッド５上にＸ方向に移動させていくと、電荷増幅器１２の出力電圧Ｖ１は、Ｖ１＝ｃｏｓθで近似することができる。（Ｖ１の振幅の１／２を「１」に規格化した場合）
【００６９】
これは、第１のタッチパッド１の第１〜第５のサブタッチパッド１ａ〜１ｅ、第２のタッチパッド２の第１〜第５のサブタッチパッド２ａ〜２ｅの各面積を上述のように重み付けしているからであり、例えば、第１のサブタッチパッド１ａ、２ａの面積を「２」とすると、第２，第４のサブタッチパッド１ｂ，２ｂ，１ｄ，２ｄの面積は「１」、第３，第５のサブタッチパッド１ｃ，２ｃ，１ｅ，２ｅの面積は「０．５」とすることにより、Ｖ１＝ｃｏｓθの波形に近づけることができることが実験的に確認されている。
【００７０】
この点を定性的に説明すると、人の指先が第１のタッチパッド１の第１のサブタッチパッド１ａ上（Ｐ１）にある場合は、人の指先が誘電体として働くモデルにおいては、電気力線の数が局所的に増加することから、第１の容量Ｃ１が第２の容量Ｃ２に比して増加する。そして、人の指先等が第１のサブタッチパッド１ａ→第４のサブタッチパッド１ｄ→第５のサブタッチパッド１ｅへ移動すると、サブタッチパッドの面積の減少に伴い、人の指等とサブタッチパッドとの容量結合も小さくなることから、第１の容量Ｃ１も減少する。
【００７１】
但し、人の指先が接地され電界を遮蔽する、電界遮蔽モデルのおいては、前記の容量変化は逆になる。この容量変化を反映して、出力電圧Ｖ１はＰ１上で最大値「１」になり、人の指先等が第１のサブタッチパッド１ａ→第４のサブタッチパッド１ｄ→第５のサブタッチパッド１ｅへ移動するにつれて減少し、Ｐ３上で「０」になる。そして、人の指等がＰ３からＰ２に向かうと、出力電圧Ｖ１の極性は反転して、Ｐ２で最小値−１になる。その後、人の指等がＰ４からＰ５に向かうと、出力電圧Ｖ１は増加に転じ、Ｐ５において再び「０」になる。
【００７２】
同様に、人の指先等を第１のタッチパッド１上から第５のタッチパッド上にＸ方向に移動させていくと、電荷増幅器１２の出力電圧Ｖ２は、Ｖ２＝ｓｉｎθで近似することができる。（Ｖ２の振幅の１／２を「１」に規格化した場合）これは、第３のタッチパッド３及び第４のタッチパッド４がそれぞれ第１のタッチパッド１及び第２のタッチパッド２に対してＸ方向にθ＝９０°だけ位相がずれて配置されているからである。
【００７３】
従って、出力電圧Ｖ１，Ｖ２からタッチ位置θを算出することができる。タッチ位置θの算出を効率的に行うためには、出力電圧Ｖ１，Ｖ２の比、Ｖ２／Ｖ１を用いることが好ましい。Ｖ２／Ｖ１はｔａｎθで近似される。即ち、Ｖ２／Ｖ１＝ｔａｎθである。ｔａｎの逆関数であるａｒｃｔａｎを用いると、タッチ位置角度θは、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１）で表される。
【００７４】
また、出力電圧Ｖ１（＝ｃｏｓθ）及びＶ２（＝ｓｉｎθ）から、ＡＴＡＮ２関数（ＡＴＡＮ関数の入力範囲を０〜３６０°に拡張した関数）を作成し、このＡＴＡＮ２を用いることでリニアな位置情報を得ることができる。つまり、θ＝ＡＴＡＮ２（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）である。
【００７５】
上述のようなタッチ位置θを算出するアルゴリズムは、電荷増幅器１２のアナログ値である出力電圧Ｖ１，Ｖ２をＡＤ変換器１３により、デジタル値に変換した後に、マイクロコンピュータ等の演算器を用いて実行することが好ましい。
【００７６】
［静電容量型タッチセンサの構成例２］
静電容量型タッチセンサの構成例１を説明する。図９は、この静電容量型タッチセンサの平面図である。この静電容量型タッチセンサは、Ｘ方向及びＹ方向のタッチ位置（Ｘ、Ｙ座標）の検出を可能としたものである。
【００７７】
即ち、Ｘ方向については、上述の構成例１と同様に、第１〜第５のタッチパッド１Ａ〜５Ａが絶縁基板１０上に配置されており、第１及び第５のタッチパッド１Ａ、５Ａは、第１の出力端子ＣＯ１Ａに接続され、第２〜第４のタッチパッド２Ａ〜４Ａは、それぞれ第２〜第４の出力端子ＣＯ２Ａ〜ＣＯ４Ａに接続されている。
【００７８】
一方、Ｙ方向については、第１〜第５のタッチパッド１Ａ〜５Ａと同様の構成の第１〜第５のタッチパッド１Ｂ〜５Ｂが絶縁基板１０上に配置されている。図９においては、第１〜第５のタッチパッド１Ｂ〜５Ｂは黒く塗りつぶして図示している。
【００７９】
そして、第１〜第５のタッチパッド１Ｂ〜５Ｂは、Ｘ方向に繰り返して配列されている。そして、この例では第１のタッチパッド１Ｂの中央のサブタッチパッドは、Ｘ方向に１４個配列されているが、これらは隣接配線により互いに電気的に接続されている。第２〜第５のタッチパッド２〜５の中央のサブタッチパッドについても同様である。
【００８０】
第１及び第５のタッチパッド１Ｂ，５Ｂは、第１の出力端子ＣＯ１Ｂに接続され、第２〜第４のタッチパッド２Ｂ〜４Ｂは、それぞれ第２〜第４の出力端子ＣＯ２Ｂ〜ＣＯ４Ｂに接続されている。
【００８１】
この場合、図５の信号処理回路が第１〜第５のタッチパッド１Ａ〜５Ａ、第１〜第５のタッチパッド１Ｂ〜５Ｂに対応して２個設けられることになる。
【符号の説明】
【００８２】
１〜５  第１〜第５のタッチパッド
１ａ〜１ｅ  第１〜第５のサブタッチパッド      ６  共通電位線
７  交流電源      １０  絶縁基板      １１  選択回路
１２  電荷増幅器      １３  ＡＤ変換器
１５  交流電源      １６  差動増幅器
Ｋ  切り欠き部      ＣＯ１〜ＣＯ４  第１〜第４の出力端子
ＣＡ１〜ＣＡ４  第１〜第４の調整容量
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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