(57)【要約】【課題】タッチパッドに人の指等が触れられていない瞬間を捉えて、短時間でキャリブレーションを行うことができる静電容量型タッチセンサを提供する。【解決手段】ステップＳ１０において、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２との差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値と第１の閾値Ｖｔｒ１とを比較する。出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値が第１の閾値Ｖｔｒ１より小さい場合には、人の指等がタッチされなかったと判断し、ステップＳ１１に進み、第２の出力電圧ＡＤ１のオフセットと第３の出力電圧ＡＤ２のオフセットのどちらが小さいかを判断する。その結果、第２の出力電圧ＡＤ１のオフセットが第３の出力電圧ＡＤ２のオフセットより小さい場合は、第２のキャリブレーション・データＸ１への変更が許可される。【選択図】図８
2011170617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパッドの容量値の変化を検出するセンサ回路と、
前記センサ回路の出力値のオフセットを調整するためキャリブレーション・レジスタと、
前記キャリブレーション・レジスタに格納されたキャリブレーション・データに基づいて前記センサ回路を動作させて第１のセンサ出力値を取得し、
前記第１のセンサ出力値に応じて前記キャリブレーション・データを変更し、変更されたキャリブレーション・データに基づいて前記センサ回路を動作させて第２のセンサ出力値を取得し、
変更前のキャリブレーション・データに基づいて前記センサ回路を動作させて第３のセンサ出力値を取得し、前記第１のセンサ出力値と前記第３のセンサ出力値の差が第１の閾値より小さい場合に、前記第２のセンサ出力値のオフセットと前記第３のセンサ出力値のオフセットの大小を判断する制御回路と、を備えることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第２のセンサ出力値のオフセットが前記第３のセンサ出力値のオフセットより小さい場合は、前記キャリブレーション・データの変更を許可し、前記第３のセンサ出力値のオフセットが前記第２のセンサ出力値のオフセットより小さい場合は、前記キャリブレーション・データの変更を許可しない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。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第１のセンサ出力値と前記第３のセンサ出力値の差が第１の閾値より小さい場合であり、かつ前記センサ回路の出力値の時間変化率が第２の閾値より小さい場合に、前記第２のセンサ出力値と前記第３のセンサ出力値のどちらのオフセットが小さいかを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項４】
前記第１の閾値は、前記センサ回路の出力値の最大値の１／１０であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１のセンサ出力値と前記第３のセンサ出力値の差が第１の閾値より大きい場合には、前記キャリブレーション・データの変更を許可しない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。
【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】
静電容量型タッチセンサは、タッチパッドに人の指やペン先等（以下、人の指等という）が触れ、あるいは近接することによるタッチパッドが有する容量の容量値の変化を検出することによりタッチ検出を行っている。
【０００４】
静電容量型タッチセンサのセンサ出力値は、その使用環境（例えば、温度、湿度、周囲からの電界等）によって敏感に変化するため、一般にキャリブレーションと呼ばれるセンサ入力または出力でのオフセット調整が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９０９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャリブレーションは、タッチパッドに人の指等が触れていない状態で実行することが望ましく、また、使用環境が少しでも変化した時に実行することが望ましい。
【０００７】
しかしながら、静電容量型タッチセンサが苦手としている使用環境の変化は、日常的に頻繁に起こる一方、キャリブレーションには相当の時間が必要である。また、キャリブレーションの実行中に、人の指等がタッチパッドに触れてしまうと、その状態を反映して誤ったキャリブレーションが実行されることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、タッチパッドに人の指等が触れられていない瞬間を捉えて、短時間でキャリブレーションを行うことができる静電容量型タッチセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量型タッチセンサは、タッチパッドの容量値の変化を検出するセンサ回路と、前記センサ回路の出力値のオフセットを調整するためキャリブレーション・レジスタと、前記キャリブレーション・レジスタに格納されたキャリブレーション・データに基づいて前記センサ回路を動作させて第１のセンサ出力値を取得し、前記第１のセンサ出力値に応じて前記キャリブレーション・データを変更し、変更されたキャリブレーション・データに基づいて前記センサ回路を動作させて第２のセンサ出力値を取得し、変更前のキャリブレーション・データに基づいて前記センサ回路を動作させて第３のセンサ出力値を取得し、前記第１のセンサ出力値と前記第３のセンサ出力値の差が第１の閾値より小さい場合に、前記第２のセンサ出力値のオフセットと前記第３のセンサ出力値のオフセットの大小を判断する制御回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の静電容量型タッチセンサによれば、キャリブレーション時間を短縮することができると共に、タッチパッドに人の指等が触れられていない瞬間に、使用環境の変化に対応したキャリブレーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の静電容量型タッチセンサの信号処理回路の構成を示す図である。
【図３】センサ回路の構成を示す図である。
【図４】キャリブレーション用の可変容量の構成を示す図である。
【図５】センサ回路の動作を説明する図である。
【図６】センサ回路の出力波形を示す図である。
【図７】静電容量型タッチセンサの動作タイミング図である。
【図８】本発明の静電容量型タッチセンサのキャリブレーション制御フローを説明するフローチャートである。
【図９】本発明の静電容量型タッチセンサの出力波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の静電容量型タッチセンサの信号処理回路の構成を示す図である。
【図１１】キャリブレーション制御回路の構成を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態の静電容量型タッチセンサを図面に基づいて説明する。静電容量型タッチセンサは、タッチパネルと信号処理回路を含んで構成されるので、先ず、静電容量型タッチセンサの全体構成例を説明し、その後、本発明の特徴であるキャリブレーション制御の構成について説明する。
【００１３】
［静電容量型タッチセンサの全体構成］
図１に示すように、静電容量型タッチセンサ１００は、タッチパネル１と、信号処理回路２Ｘ，２Ｙと、マイクロコンピュータ３を含んで構成される。
【００１４】
タッチパネル１は、ガラス基板２００上のＸ方向に延びたＸセンス線ＸＬ１〜ＸＬ４（本発明の「タッチパッド」の一例）、Ｘ駆動線ＤＲＸＬを有している。Ｘ駆動線ＤＲＸＬは、各Ｘセンス線ＸＬ１〜ＸＬ４の両側に隣接して配置される。タッチパネル１は、更に、ガラス基板２００上のＹ方向に延び、Ｘセンス線ＸＬ１〜ＸＬ４と交差したＹセンス線ＹＬ１〜ＹＬ４（（本発明の「タッチパッド」の一例）、Ｙ駆動線ＤＲＹＬを有している。Ｙ駆動線ＤＲＹＬは、各Ｙセンス線ＹＬ１〜ＹＬ４の両側に隣接して配置される。Ｘセンス線ＸＬ１〜ＸＬ４、Ｘ駆動線ＤＲＸＬ、Ｙセンス線ＹＬ１〜ＹＬ４、Ｙ駆動線ＤＲＹＬの間は誘電層等により互いに電気的に絶縁されている。
【００１５】
信号処理回路２Ｘ，２Ｙは、ガラス基板２００上にタッチパネル１に隣接して配置されている。信号処理回路２Ｘは、第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４、交流駆動信号を出力する駆動端子ＣＤＲＶを有しており、第１の入力端子ＣＩＮ１はＸセンス線ＸＬ１に接続され、第２の入力端子ＣＩＮ２はＸセンス線ＸＬ３に接続され、第３の入力端子ＣＩＮ３はＸセンス線ＸＬ２に接続され、第４の入力端子ＣＩＮ４はＸセンス線ＸＬ４に接続される。駆動端子ＣＤＲＶは、Ｘ駆動線ＤＲＸＬに接続される。
【００１６】
同様に、信号処理回路２Ｙは、第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４、交流駆動信号（振幅電圧Ｖｒｅｆ）を出力する駆動端子ＣＤＲＶを有しており、第１の入力端子ＣＩＮ１はＹセンス線ＹＬ１に接続され、第２の入力端子ＣＩＮ２はＹセンス線ＹＬ３に接続され、第３の入力端子ＣＩＮ３はＹセンス線ＹＬ２に接続され、第４の入力端子ＣＩＮ４はＹセンス線ＹＬ４に接続される。駆動端子ＣＤＲＶは、Ｙ駆動線ＤＲＹＬに接続される。
【００１７】
さらに、信号処理回路２Ｘ，２Ｙは、それぞれシリアルクロック端子ＳＣＬ、シリアルデータ端子ＳＤＡを有している。シリアルクロック端子ＳＣＬは、シリアルクロック線４に共通接続され、シリアルデータ端子ＳＤＡは、シリアルデータ線５に共通接続されている。この場合、シリアルクロック線４、シリアルデータ線５はＩ２Ｃバスを形成する。
【００１８】
ガラス基板２００の外部のＰＣＢ基板（不図示）上には、マスターデバイスであるマイクロコンピュータ３が設けられる。シリアルクロック線４、シリアルデータ線５は、ＦＰＣ等を介してマイクロコンピュータ３に接続されている。これにより、マイクロコンピュータ３と信号処理回路２Ｘ，２Ｙとの間でデータ通信が可能に構成されている。
【００１９】
本発明の特徴であるキャリブレーション制御はマイクロコンピュータ３に格納されたプログラムを実行することにより行うことができる。
【００２０】
［信号処理回路の構成］
静電容量型タッチパネルの信号処理回路２Ｘ，２Ｙの詳細な構成を図２に基づいて説明する。この場合、信号処理回路２Ｘ，２Ｙは同じ構成を有しているので、信号処理回路２Ｙについて説明する。
【００２１】
図示のように、信号処理回路２Ｙは、選択回路１０、制御回路１１、交流駆動信号を発生する駆動回路１２、インバータ１３、第３の静電容量Ｃ３、第４の静電容量Ｃ４、差動増幅器１４、第１のフィードバック容量１５、第２のフィードバック容量１６、ＡＤ変換器１７、Ｉ２Ｃバスインターフェース回路１８、キャリブレーション・レジスタ１９、ＥＥＰＲＯＭ２０を含んで構成される。制御回路１１は、マイクロコンピュータ３からのコマンドに基づいて、信号処理回路２Ｙの全体の動作（キャリブレーション制御を含む）を制御する回路である。
【００２２】
選択回路１０は、第１相と第２相を有し、第１相においては第１の入力端子ＣＩＮ１、第２の入力端子ＣＩＮ２からの信号を選択する。つまり、第１の入力端子ＣＩＮ１は配線２２を介して差動増幅器１４の非反転入力端子（＋）に接続され、第２の入力端子ＣＩＮ２は、配線２３を介して差動増幅器１４の反転入力端子（−）に接続される。
【００２３】
選択回路１０は、第２相においては、第３の入力端子ＣＩＮ３、第４の入力端子ＣＩＮ４からの信号を選択する。つまり、第３の入力端子ＣＩＮ３は配線２２を介して差動増幅器１４の非反転入力端子（＋）に接続され、第４の入力端子ＣＩＮ４は、配線２３を介して差動増幅器１４の反転入力端子（−）に接続される。
【００２４】
配線２２には、第３の静電容量Ｃ３の一方の端子が接続され、配線２３には、第４の静電容量Ｃ４の一方の端子が接続されている。第３及び第４の静電容量のそれぞれの他方の端子は共通接続され、それらの他方の端子には、駆動回路１２からの交流駆動信号ＳＣＤＲＶがインバータ１３を介して反転された反転交流駆動信号＊ＳＣＤＲＶが印加される。
【００２５】
これにより、図３に示すように、差動入力型のセンサ回路３０が形成される。図３は、選択回路１０が第１の入力端子ＣＩＮ１、第２の入力端子ＣＩＮ２からの信号を選択した場合（第１相）の構成を示している。この場合、図１に示すように、第１の入力端子ＣＩＮ１に接続されたＹセンス線ＹＬ１とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間に第１の静電容量Ｃ１が形成され、第２の入力端子ＣＩＮ２に接続されたＹセンス線ＹＬ３とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間に第２の静電容量Ｃ２が形成される。
【００２６】
すると、図３に示すように、第１の静電容量Ｃ１は第３の静電容量Ｃ３に直列に接続され、第２の静電容量Ｃ２は第４の静電容量Ｃ４に直列に接続される。第１の静電容量Ｃ１の共通接続ノード、つまり、Ｙ駆動線ＤＲＹＬには、駆動回路１２からの交流駆動信号ＳＣＤＲＶが印加される。
【００２７】
そして、第１の静電容量Ｃ１は第３の静電容量Ｃ３との接続ノードＮ２は、差動増幅器１４の非反転入力端子（＋）に接続される。第２の静電容量Ｃ２は第４の静電容量Ｃ４との接続ノードＮ１は、差動増幅器１４の反転入力端子（−）に接続される。
【００２８】
差動増幅器１４の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に第１のフィードバック容量１５、スイッチＳＷ１が接続され、差動増幅器１４の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に第２のフィードバック容量１６、スイッチＳＷ２が接続される。第１及び第２のフィードバック容量１５，１６の容量値は同じＣｆであることが好ましい。
【００２９】
上述の差動入力型のセンサ回路３０は、第１の静電容量Ｃ１の容量値と第２の静電容量Ｃ２の容量値との差に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。その詳しい動作については、後述する。
【００３０】
センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔはアナログ信号であるため、このままではデジタル信号処理ができない。そこで、ＡＤ変換器１７は、出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器１７の出力は、Ｉ２Ｃバスインターフェース回路１８により、所定のフォーマットのシリアルデータに変換され、シリアルクロック端子ＳＣＬ、シリアルデータ端子ＳＤＡを介して、マイクロコンピュータ３に送信される。マイクロコンピュータ３は、受信したシリアルデータを演算処理して、タッチパネル１上のタッチ位置を決定する。
【００３１】
また、マイクロコンピュータ３からのコマンドは、Ｉ２Ｃバスインターフェース回路１８を介して制御回路１１に送信される。制御回路１１は、受信したコマンドに基づいて、信号処理回路２Ｙの全体の動作（キャリブレーション制御を含む）を制御する。
【００３２】
［キャリブレーションの構成］
上述したセンサ回路３０のキャリブレーションの構成について、図２乃至図４に基づいて説明する。センサ回路３０は、初期状態（人の指等が検出されない程度にタッチパネル１から遠く離れている状態）における第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の容量値のアンバランス、つまり、両者の容量値に差があると、出力電圧Ｖｏｕｔのオフセットが生じる。
【００３３】
この場合、出力電圧Ｖｏｕｔのオフセットとは、出力電圧Ｖｏｕｔの中心値である０Ｖからのずれ電圧を指している。出力電圧Ｖｏｕｔのオフセットが生じると、タッチセンサの検出精度が劣化してしまう。
【００３４】
また、前述のように、出力電圧Ｖｏｕｔは、その使用環境（例えば、温度、湿度、周囲からの電界等）によって敏感に変化するため、使用環境の変化に応じたオフセット調整が必要である。
【００３５】
そこで、第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４を可変容量で構成し、出力電圧Ｖｏｕｔのオフセットを調整できるように構成している。すなわち、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔ（好ましくは、ＡＤ変換後のデジタル値）は、キャリブレーション・レジスタ１９に書き込まれたキャリブレーション・データに基づいて、そのオフセットが所望の値、好ましくは最小値になるように、第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４の容量値が調整される。
【００３６】
センサ回路３０図３参照のキャリブレーションについては、初期状態において、第１乃至第４の静電容量Ｃ１〜Ｃ４の容量値ＣＡ１〜ＣＡ４は、互いに等しいことが好ましい（ＣＡ１＝ＣＡ２＝ＣＡ３＝ＣＡ４＝Ｃ）。
【００３７】
しかし、例えば、使用環境の変化等によって、第１の静電容量Ｃ１の容量値ＣＡ１が第２の静電容量Ｃ２の容量値ＣＡ２よりΔＣだけ大きくなった場合（ＣＡ１＝Ｃ＋ΔＣ、ＣＡ２＝Ｃ）には出力電圧Ｖｏｕｔのオフセットが生じる。そこで、この場合、第３の静電容量Ｃ３の容量値ＣＡ３を第４の静電容量Ｃ４の容量値ＣＡ４よりΔＣだけ大きくなるように調整することにより、オフセットを最小値（０Ｖ）にすることができる。（ＣＡ３＝Ｃ＋ΔＣ、ＣＡ４＝Ｃ）
【００３８】
逆に、第１の静電容量Ｃ１の容量値ＣＡ１が第２の静電容量Ｃ２の容量値ＣＡ２よりΔＣだけ小さい場合（ＣＡ１＝Ｃ−ΔＣ、ＣＡ２＝Ｃ）には第３の静電容量Ｃ３の容量値ＣＡ３を第４の静電容量Ｃ４の容量値ＣＡ４よりΔＣだけ小さくなるように調整する。（ＣＡ３＝Ｃ−ΔＣ、ＣＡ４＝Ｃ）
【００３９】
この場合、第３の静電容量Ｃ３の構成例として、図４に示すように、第３の静電容量Ｃ３は、ｍ個の静電容量Ｃ３１〜Ｃ３ｍとスイッチＳ３１〜Ｓ３ｍを含んで構成される。静電容量Ｃ３１〜Ｃ３ｍの容量値は、第３の静電容量Ｃ３の容量値を細かく変化させるために、重み付けがされていることが好ましい。例えば、Ｃ３１の容量値をＣ０とすると、Ｃ３２＝１／２・Ｃ０、Ｃ３３＝１／４・Ｃ０、Ｃ３４＝１／８・Ｃ０、・・・Ｃ３ｍ＝１／２ｍ−１・Ｃ０である。そして、各スイッチＳ３１〜Ｓ３ｍは、キャリブレーション・レジスタ１９からの対応するｍビットのキャリブレーション・データにより、オンオフが制御されるようになっている。第４の静電容量Ｃ４も同様である。
【００４０】
このような構成によれば、キャリブレーション・レジスタ１９からの対応する２ｍビットのキャリブレーション・データにより、第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４の容量値を調整することができる。そして、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔに基づき、そのオフセットが所望の値、好ましくは最小値となるような２ｍビットのキャリブレーション・データを決定することができる。決定されたキャリブレーション・データは、電気的に書き込み及び消去可能な不揮発性メモリ、例えば、ＥＥＰＲＯＭ２０に書き込まれ、かつ保持される。
【００４１】
［センサ回路３０の動作］
次に、上述した差動入力型のセンサ回路３０図３参照の動作を図５乃至図７に基づいて説明する。この場合、交流駆動信号は、ハイレベル（＝Ｖｒｅｆ）、ローレベル（接地電圧＝０Ｖ）を交互に繰り返すクロック信号であるとする。また、差動増幅器１４の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器１４の非反転出力端子（＋）からの出力電圧をＶｏｐとし、両者の差電圧が出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ）である。
【００４２】
センサ回路３０は、電荷蓄積モードと電荷転送モードという２つのモードを有しており、この２つのモードが交互に繰り返される。
【００４３】
先ず、図５（ａ）の電荷蓄積モードの時、第１及び第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２にＶｒｅｆが印加される。また、第３及び第４の静電容量Ｃ３、Ｃ４に接地電圧（０Ｖ）が印加される。
【００４４】
また、スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオンする。これにより、差動増幅器１４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１／２Ｖｒｅｆに設定される。この場合、差動増幅器１４のコモンモード電圧を１／２Ｖｒｅｆとする。
【００４５】
次に、図５（ｂ）の電荷転送モードの時、第１及び第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２には、電荷蓄積モードの時とは逆に接地電圧（０Ｖ）が印加される。また、第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４にはＶｒｅｆが印加される。スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオフする。
【００４６】
そして、初期状態における各静電容量の容量値は、互いに等しいとする。（ＣＡ１＝ＣＡ２＝ＣＡ３＝ＣＡ４＝Ｃ）また、人間の指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。（ＣＡ１−ＣＡ２＝ΔＣ）この場合、ＣＡ１＝Ｃ＋１／２ΔＣ、ＣＡ２＝Ｃ−１／２ΔＣとする。
【００４７】
図５（ａ）の電荷蓄積モードの時、ノードＮ１の電荷量は次式で与えられる。
【数１】
2011170617.tif 000003
ここで、（Ｃ−１／２ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）はＣ２の電荷量であり、Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）はＣ４の電荷量、Ｃｆ・０（＝０）はＣｆの電荷量である。
【００４８】
図５（ｂ）の電荷転送モードの時、ノードＮ１の電荷量は次式で与えられる。
【数２】
2011170617.tif 000004
ここで、（Ｃ−１／２ΔＣ）・（１／２Ｖｒｅｆ）はＣ２の電荷量、Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）はＣ４の電荷量、Ｃｆ・（Ｖｏｐ−１／２Ｖｒｅｆ）はＣｆの電荷量である。
【００４９】
電荷保存則により、電荷蓄積モードの時と電荷転送モードの時のノードＮ１の電荷量は互いに等しいから、数１＝数２である。
この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。
【数３】
2011170617.tif 000005
【００５０】
同様にして、ノードＮ２について、電荷蓄積モードと電荷転送モードの時の電荷量を求め、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】
2011170617.tif 000006
【００５１】
数３、数４から、Ｖｏｕｔを求める。
【数５】
2011170617.tif 000007
即ち、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔは、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の容量値の差ΔＣに比例して変化することがわかる。
【００５２】
上述の計算は、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４＝Ｃ、であることを前提としているが、使用環境の変化等により、Ｃ１とＣ２に容量差が生じた場合には、Ｃ３とＣ４も同じ容量差を有するように、前述のキャリブレーション・レジスタ１９を用いてＣ３，Ｃ４を調整することにより、出力電圧Ｖｏｕｔのオフセットを所定の値又は最小値にすることができる。
【００５３】
次に、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔのタッチセンサ特性を表１、図６に基づいて説明する。前述のように、選択回路１０は、第１相と第２相を有し、第１相においては第１の入力端子ＣＩＮ１、第２の入力端子ＣＩＮ２からの信号を選択し、第２相においては、第３の入力端子ＣＩＮ３、第４の入力端子ＣＩＮ４からの信号を選択する。
【００５４】
第１相の場合のセンサ回路３０の出力電圧をＶ１とし、第２相の場合の第２のセンス回路の出力電圧をＶ２とする。この場合、出力電圧Ｖ１は、Ｙセンス線ＹＬ１とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量とＹセンス線ＹＬ３とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値の差に比例した電圧である。
【００５５】
また、出力電圧Ｖ２は、Ｙセンス線ＹＬ２とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量とＹセンス線ＹＬ４とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値の差に比例した電圧である。そして、人の指等がシングルタッチにてＹセンス線ＹＬ１からＹセンス線ＹＬ４の範囲でタッチパネル１にタッチしたとする。
【００５６】
【表１】
2011170617.tif 000008
先ず、人の指等がＹセンス線ＹＬ１にタッチした場合、第１相の第１の出力電圧Ｖ１は、プラス（＋）の値になる。これは、Ｙセンス線ＹＬ１とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値がＹセンス線ＹＬ３とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値より大きくなるからである。また、第２相の第２の出力電圧Ｖ２は０Ｖになる。これは、人の指等がＹセンス線ＹＬ１にだけタッチしているので、Ｙセンス線ＹＬ２，ＹＬ４に係る容量値の変化はないからである。
【００５７】
次に、人の指等がＹセンス線ＹＬ２にタッチした場合、第１相の第１の出力電圧Ｖ１は０Ｖになる。これは、Ｙセンス線ＹＬ１，ＹＬ３に係る容量値の変化はないからである。一方、第２相の第２の出力電圧Ｖ２はプラス（＋）の値になる。これは、Ｙセンス線ＹＬ２とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値がＹセンス線ＹＬ４とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値より大きくなるからである。
【００５８】
次に、人の指等がＹセンス線ＹＬ３にタッチした場合、第１相の第１の出力電圧Ｖ１はマイナス（−）の値になる。これは、Ｙセンス線ＹＬ３とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値がＹセンス線ＹＬ１とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値より大きくなるからである。一方、第２相の第２の出力電圧Ｖ２は０Ｖになる。これは、人の指等がＹセンス線ＹＬ３にだけタッチしているので、Ｙセンス線ＹＬ２，ＹＬ４に係る容量値の変化はないからである。
【００５９】
最後に、人の指等がＹセンス線ＹＬ４にタッチした場合、第１相の第１の出力電圧Ｖ１は０Ｖになる。これは、Ｙセンス線ＹＬ１，ＹＬ３の容量値に変化はないからである。一方、第２相の第２の出力電圧Ｖ２はマイナス（−）の値になる。これは、Ｙセンス線ＹＬ４とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値がＹセンス線ＹＬ２とＹ駆動線ＤＲＹＬとの間の容量の容量値より大きくなるからである。なお、表１、図６において、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の最大値の絶対値は「１」に規格化されている。
【００６０】
また、図６に示すように、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、タッチ位置に応じて連続的に変化することがわかる。即ち、Ｙセンス線ＹＬ１上の点を原点とし、横軸をＸ座標軸とすると、第１の出力電圧Ｖ１は、Ｖ１＝ｃｏｓＸで近似され、第２の出力電圧Ｖ２は、Ｖ２＝ｓｉｎＸで近似される。従って、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて、タッチ位置（Ｙ座標）を検出することが可能である。
【００６１】
その一例を示すと、Ｖ２／Ｖ１＝ｔａｎＸが成り立つことから、Ｘ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１）の関係式と、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の極性（＋，−）を使ってタッチ位置のＸ座標を求めることができる。ａｒｃｔａｎはｔａｎの逆関数である。この場合、前述のように、ＡＤ変換器１７によって、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２をデジタル値に変換し、Ｉ２Ｃバスインターフェース回路１８を介してマイクロコンピュータ３に送信する。そして、マイクロコンピュータ３により、前述の演算を行い、タッチ位置のＸ座標を求めることができる。
【００６２】
同様に、信号処理回路２Ｘを動作させることにより、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２にも基づき、Ｘセンス線ＸＬ１〜ＸＬ４上のタッチ位置のＹ座標の検出が可能である。この場合、図７に示すように、例えば、信号処理回路２Ｘ，２Ｙを時系列的に動作させることにより、タッチ位置のＸ、Ｙ座標を求めることができる。
【００６３】
［キャリブレーション制御］
次に、静電容量型タッチセンサ１００のキャリブレーション制御を図８に基づいて説明する。このキャリブレーション制御は、キャリブレーション時間を短縮すると共に、前述のセンサ線（例えば、Ｙセンス線ＹＬ１）に人の指等が触れられていない瞬間に、使用環境の変化に対応したキャリブレーションを行うことを目的としたものであり、前述のように、マイクロコンピュータ３のプログラムに従って実行される。
【００６４】
先ず、ステップＳ１において、マイクロコンピュータ３からのスタート・コマンドに基づいて、静電容量型タッチセンサ１００はキャリブレーション・モードに入る。
【００６５】
次に、ステップＳ２において、キャリブレーション・レジスタ１９に記憶された２ｍビットの第１のキャリブレーション・データＸ０（初期設定値或いは現行設定値）に基づいて、センサ回路３０を動作させ、第１の出力電圧ＡＤ０（本発明の「第１のセンサ出力値」の一例であり、センサ回路３０の出力電圧ＶｏｕｔのＡＤ変換後のデジタル値）を取得する。
【００６６】
次に、ステップＳ３において、前記第１の出力電圧ＡＤ０が予め設定されたタッチダウン閾値より大きいかどうかがマイクロコンピュータ３により判断される。そして、第１の出力電圧ＡＤ０がタッチダウン閾値より大きい場合には、前述のセンス線（例えば、Ｘセンス線ＸＬ１）がタッチされたと判断され、タッチダウン処理が行われる。（ステップＳ４）
【００６７】
タッチダウン処理とは、静電容量型タッチセンサ１００がデータ入力装置として用いられた電子機器の操作処理（例えば、テレビジョンの電源のオン、オフやチャンネル切り替え）のことである。一方、第１の出力電圧ＡＤ０がタッチダウン閾値より小さい場合は、タッチダウンはないと判断され、以下のキャリブレーションが続行される。
【００６８】
次に、ステップＳ５において、第１の出力電圧ＡＤ０に基づき、キャリブレーション・レジスタ１９の第１のキャリブレーション・データＸ０が第２のキャリブレーション・データＸ１に変更される。この場合、センサ回路３０の第１の出力電圧ＡＤ０がセンサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの中心値（本実施形態では、センサ回路３０は±の値を出力し得るので、その中心値である０Ｖ）に近づくように、マイクロコンピュータ３０の演算により、第２のキャリブレーション・データＸ１が決定される。
【００６９】
この場合、使用環境によるセンサ回路３０の出力電圧の変化は急激ではないことを想定して、第１のキャリブレーション・データＸ０の変更は、これを＋１増加させるか、これを＋１減少させるかの最小限の変更であることがキャリブレーション時間短縮の上で好ましい。
【００７０】
次に、ステップＳ６において、変更された第２のキャリブレーション・データＸ１に基づいて、変更された容量バランスの下で、センサ回路３０を動作させ、第２の出力電圧ＡＤ１（本発明の「第２のセンサ出力値」の一例であり、センサ回路３０の出力電圧ＶｏｕｔのＡＤ変換後のデジタル値）を取得する。
【００７１】
次に、ステップＳ７において、キャリブレーション・レジスタ１９のデータを第１のキャリブレーション・データＸ０に戻す。この時点では、第２のキャリブレーション・データＸ１の信憑性が確認されていなからである。
【００７２】
次に、ステップＳ８において、所定時間Ｔ１だけ待機する。これは、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの変化が使用環境の変化によるものかどうかを見極めるために有効であり、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの変化が使用環境の変化によるものであれば、所定時間Ｔ１の経過後のセンサ回路３０の出力電圧の変化は急激ではないという実験事実に基づいている。この所定時間Ｔ１はマイクロコンピュータ３に内蔵されたカウンタにより設定することができる。
【００７３】
そして、ステップＳ９において、所定時間Ｔ１の経過後、元の第１のキャリブレーション・データＸ０に基づく容量バランスの下で、センサ回路３０を再び動作させ、第３の出力電圧ＡＤ２（本発明の「第３のセンサ出力値」の一例であり、センサ回路３０の出力電圧ＶｏｕｔのＡＤ変換後のデジタル値）を取得する。
【００７４】
次に、ステップＳ１０において、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２とが非常に近いかどうかを判断する。そのために、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２との差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値と第１の閾値Ｖｔｒ１とを比較する。出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値が第１の閾値Ｖｔｒ１より小さい場合には、待機時間内でセンサ回路３０の出力電圧に急激な変化はなかった、つまり、人の指等がタッチされなかったと判断する。
【００７５】
一方、出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値が第１の閾値Ｖｔｒ１より大きい場合には、待機時間内でセンサ回路３０の出力電圧に急激な変化があった、つまり、人の指等がセンス線にタッチされたと判断し、キャリブレーション・レジスタ１９の変更は許可されない。つまり、キャリブレーション・レジスタ１９の値は、第１のキャリブレーション・データＸ０のまま保持される。
【００７６】
この場合、第１の閾値Ｖｔｒ１は、センサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの最大値、つまり、人に指等がセンス線にタッチした場合の出力電圧Ｖｏｕｔの１／１０であることが好ましい。この場合のセンサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの最大値は、例えば、図６の第１および第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の最大値である。出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値がこの第１の閾値Ｖｔｒ１以下であれば、経験上、出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）は使用環境の変化によるものであると判断できるからである。
【００７７】
ステップＳ１０で、人の指等がタッチされなかったと判断された場合には、次のステップＳ１１に進み、第２の出力電圧ＡＤ１と第３の出力電圧ＡＤ２とを比較して、どちらが適しているかが判断される。具体的には、第２の出力電圧ＡＤ１と第３の出力電圧ＡＤ２のどちらのオフセット（センサ出力値とセンサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの中心値（０Ｖ）との差）が小さいかが判断される。
【００７８】
そして、第２の出力電圧ＡＤ１のオフセットが第３の出力電圧ＡＤ２のオフセットより小さい場合は、第２のキャリブレーション・データＸ１への変更が許可され、ステップＳ１２において、キャリブレーション・レジスタ１９の値は、第２のキャリブレーション・データＸ１に変更される。
【００７９】
一方、第３の出力電圧ＡＤ２のオフセットが第２の出力電圧ＡＤ１のオフセットより小さい場合は、第２のキャリブレーション・データＸ１への変更は許可されない。つまり、キャリブレーション・レジスタ１９の値は、第１のキャリブレーション・データＸ０のまま保持される。
【００８０】
なお、ステップＳ１１においては、上述のように第２の出力電圧ＡＤ１と第３の出力電圧ＡＤ２とを比較しているが、その代わりに、第１の出力電圧ＡＤ０と第２の出力電圧ＡＤ１とを比較することも可能である。しかしながら、第２の出力電圧ＡＤ１と第３の出力電圧ＡＤ２とを比較する方が好ましい。何故ならば、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２はＸ０という同じキャリブレーション・データに基づいているが、第３の出力電圧ＡＤ２の方が第１の出力電圧ＡＤ０よりも、静電容量型タッチセンサ１００が現在おかれている容量環境をより適切に反映しているからである。
【００８１】
次のステップＳ１２において、再び所定時間Ｔ２だけ待機し、ステップＳ１に戻り、マイクロコンピュータ３からスタート・コマンドが出ると、再び、上述のキャリブレーション制御フローが実行される。
【００８２】
このように、本実施形態の静電容量型タッチセンサ１００によれば、直近の測定で得られたセンサ回路３０の第１の出力電圧ＡＤ０に基づいて、第１のキャリブレーション・データＸ０を第１のキャリブレーション・データＸ０に±１程度の微調整をして第２のキャリブレーション・データＸ１を得て、再測定しているので、キャリブレーション・データを初期値（例えば、全ビット０）から段階的に増減させてオフセット調整する場合と比べると、キャリブレーション時間を大幅に短縮できる。
【００８３】
また、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２の比較に基づいて、センス線（タッチパッド）に人の指等が触れられているかどうかの状況を的確に判断し、使用環境の変化に対応したキャリブレーションを行うことができる。
【００８４】
また、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２との出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）が使用環境の変化によるものであるかどうかの判断をより確実にするために、ステップＳ１０の第１の判断条件に、更に、センサ回路３０の出力値の傾き、つまり時間変化率という別の判断条件を加えることが好ましい。
【００８５】
すなわち、出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値が第１の閾値Ｖｔｒ１以下であり、かつ、出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値の傾き、つまり、出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値を待機時間Ｔ１で割った値が第２の閾値より小さい場合に、出力電圧差（ＡＤ０−ＡＤ２）は使用環境の変化によるものであると判断する。
【００８６】
これは、図９に示すように、使用環境によるセンサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの傾きｂ（図９（ｂ）の傾きｂ）は、人の指等がセンス線にタッチした場合のセンサ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔの傾きａ（図９（ａ）の傾きａ）よりずっと小さいという本発明者の実験データに基づいている。（図９（ｃ）参照）
【００８７】
［キャリブレーション制御のハードウエアによる構成］
上述のキャリブレーション制御は、マイクロコンピュータ３により実行されるが、マイクロコンピュータ３のソフトウエア機能を図１０に示すように、キャリブレーション制御回路５０というハードウエアで実現することも可能である。キャリブレーション制御回路５０は、図１１に示すように、スイッチＳＷ、ＡＤ０ラッチ回路５１、ＡＤ１ラッチ回路５２、カウンタ５３、演算回路５４、ＡＤ２ラッチ回路５５、比較器５６、レジスタライト回路５７、５８、５９を含んで構成される。キャリブレーション制御回路５０は前述の信号処理回路２Ｘ、２Ｙに内蔵することができる。
【００８８】
キャリブレーション制御回路５０は、図８のキャリブレーション制御フローに対応して構成されたものであり、スイッチＳＷはＡＤ変換器１７の出力を端子Ｐ１と端子Ｐ２のいずれかに切り替えて出力する。キャリブレーション制御をスタートさせる場合には、スイッチＳＷはＡＤ変換器１７の出力を端子Ｐ１に印加する。すると、ＡＤ変換器１７の出力に基づいて、キャリブレーション制御回路５０が動作するに構成されている。
【００８９】
一方、キャリブレーション制御を行わない場合は、スイッチＳＷはＡＤ変換器１７の出力を端子Ｐ２に印加する。この場合、ＡＤ変換器１７の出力はキャリブレーション制御回路５０を経由せずに出力されるようになっている。
【００９０】
ＡＤ０ラッチ回路５１、ＡＤ１ラッチ回路５２、ＡＤ２ラッチ回路５５は、それぞれ第１乃至第３の第１の出力電圧ＡＤ０−ＡＤ２をラッチする回路である。演算回路５４は、ＡＤ０ラッチ回路５１に保持された第１の出力電圧ＡＤ０に基づき、第２のキャリブレーション・データＸ１を算出する回路である。
【００９１】
レジスタライト回路５７は、ステップＳ５に対応しており、第２のキャリブレーション・データＸ１をキャリブレーション・レジスタ１９に書き込む。これにより、キャリブレーション・レジスタ１９のデータは第２のキャリブレーション・データＸ１に変更される。
【００９２】
レジスタライト回路５８は、ステップＳ７に対応しており、ＡＤ１ラッチ回路５２に第２の出力電圧ＡＤ１がラッチされると、第１のキャリブレーション・データＸ０をキャリブレーション・レジスタ１９に書き込む。これにより、キャリブレーション・レジスタ１９のデータは第１のキャリブレーション・データＸ０に戻される。カウンタ５３は、ステップＳ８に対応しており、所定時間Ｔ１をカウントする。
【００９３】
比較器５６は、ステップＳ１０に対応して、第１の出力電圧ＡＤ０と第３の出力電圧ＡＤ２との差（ＡＤ０−ＡＤ２）の絶対値と第１の閾値Ｖｔｒ１とを比較する。また、比較器５６は、ステップＳ１１に対応して、第２の出力電圧ＡＤ１のオフセットと第３の出力電圧ＡＤ２のオフセットとを比較する。
【００９４】
レジスタライト回路５９は、ステップＳ１２に対応しており、第２のキャリブレーション・データＸ１をキャリブレーション・レジスタ１９に書き込む。これにより、キャリブレーション・レジスタ１９のデータは第２のキャリブレーション・データＸ１に変更される。
【００９５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能なことは言うまでもない。例えば、タッチパネル１の構成は、センサ線を用いているがこれに限らず、人の指等がタッチした場合に静電容量の容量値が変化するタッチパッドで構成することができる。また、センサ回路３０は、一対のセンサ線の容量差を検出する差動型回路で構成しているが、これに限らず、センサ回路３０は、一本のセンサ線（タッチパッド）の容量変化をダイレクトに検出するシングル型回路で構成することもできる。
【符号の説明】
【００９６】
１  タッチパネル      ２Ｘ、２Ｙ  信号処理回路
３  マイクロコンピュータ      ４  シリアルクロック線
５  シリアルデータ線      １０  選択回路
１１  制御回路      １２  駆動回路
１３  インバータ      １４  差動増幅器      
１５  第１のフィードバック容量      １６  第２のフィードバック容量
１７  ＡＤ変換器      １８  Ｉ２Ｃバスインターフェース回路
１９  キャリブレーション・レジスタ      ２０  ＥＥＰＲＯＭ
２２、２３  配線      ３０  センサ回路    
５０  キャリブレーション制御回路      ５１  ＡＤ０ラッチ回路
５２  ＡＤ１ラッチ回路      ５３  カウンタ      
５４  演算回路      ５５  ＡＤ２ラッチ回路
５６  比較器        ５７、５８、５９  レジスタライト回路
【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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