(57)【要約】【課題】  多数のタッチ位置を高精度に検出することを可能にした静電容量型タッチセンサを提供する。【解決手段】  静電容量型タッチセンサは、タッチパネル部と信号処理回路部とから構成されている。タッチパネル部は、絶縁基板１０に配置された第１乃至第４の検出電極１１〜１４、第１及び第２の共通電位線１５，１６、共通電位配線１７、共通電位端子ＣＯＭ、及び、第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４を含んで構成されている。信号処理回路部は、クロック発生器１８、選択回路１９、電荷増幅器２０、ＡＤ変換器２１、及び演算装置３０を含んで構成されている。電荷増幅器２０は、人の指先が第１乃至第４の検出電極１１〜１４をタッチしたことにより生じる容量変化を検出する。【選択図】図１
2012014509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された第１の共通電位線と、
前記基板上に前記第１の共通電位線を囲んで配置された第２の共通電位線と、
前記第１の共通電位線と前記第２の共通電位線とによって囲まれた領域の中に、前記第１及び第２の共通電位線の共通の中心を通るＹ軸に対して線対称に配置された第１及び第２の検出電極と、
前記領域の中に、前記共通の中心を通り、前記Ｙ軸に直交するＸ軸に対して線対称に配置された第３及び第４の検出電極と、
前記第１の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第１の容量と前記第２の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第２の容量との容量差に比例した第１の出力電圧を生成し、かつ前記第３の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第３の容量と前記第４の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第４の容量との容量差に比例した第２の出力電圧を生成する電荷増幅器と、を備えることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項２】
前記第１の共通電位線は第１の半径を有する第１の円の円周上に配置され、前記第２の共通電位線は前記第１の半径より大きい第２の半径を有する第２の円の円周上に配置されており、前記第２の円の扇形の中に含まれる前記第１の検出電極の面積と前記第３の検出電極の面積は、前記扇形の回転に伴って線形に変化するように前記第１の検出電極と前記第３の検出電極の境界領域が設定されてい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。
【請求項３】
前記境界領域は、前記扇形の回転に伴って、前記扇形の中に含まれる前記第１の検出電極の面積が線形に減少し、前記扇形の中に含まれる前記第１の検出電極の面積が線形に減少するように前記第１の検出電極と前記第３の検出電極の境界領域が設定されてい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。
【請求項４】
前記第１の半径をＲ、前記第２の半径をＲ＋Ｗとするとき、Ｘ−Ｙ座標系の第１象限における前記境界領域の中心線上の点のＸ、Ｙ座標は、次の式で表わされることを特徴とする請求項２又は３に記載の静電容量型タッチセンサ。
Ｘ＝（Ｒ＋Ｗ×ｎ／９０°）×ｃｏｓ（π×ｎ／１８０°）
Ｙ＝（Ｒ＋Ｗ×ｎ／９０°）×ｓｉｎ（π×ｎ／１８０°）
ここで、ｎは０°〜９０°である。
【請求項５】
前記電荷増幅器の前記第１の出力電圧をＶ１とし、前記第２の出力電圧をＶ２とすると、
ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）に基づいて、前記リング領域上のタッチ位置を検出する演算装置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。
【請求項６】
前記第１の共通電位線は第１の楕円の周上に配置され、前記第２の共通電位線は前記第１の楕円より大きい第２の楕円の周上に配置されてい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。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に配置された第１の共通電位線と、
前記基板上に前記第２の共通電位線と隣接して配置された第２の共通電位線と、
前記第１の共通電位線と前記第２の共通電位線とによって囲まれた領域の中に配置された第１乃至第４の検出電極と、
前記第１の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第１の容量と前記第１の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第２の容量との容量差に比例した第１の出力電圧を生成し、かつ前記第３の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第３の容量と前記第４の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第４の容量との容量差に比例した第２の出力電圧を生成する電荷増幅器と、を備え、
前記第１の共通電位線は第１の半径を有する第１の円弧の周上に配置され、前記第２の共通電位線は前記第１の半径より大きい第２の半径を有し、前記第１の円弧と共通の中心を有する第２の円弧の周上に配置されており、
所定の中心角を有した前記第２の円弧の扇形の中に含まれる前記第１の検出電極及び前記第３の検出電極の面積は、前記扇形の回転に伴って、前記扇形の中に含まれる前記第１の検出電極の面積が減少し、前記第３の検出電極の面積が増加するように前記第１の検出電極と前記第３の検出電極の境界領域が設定されていることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型タッチセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種機器の入力装置として、静電容量型タッチセンサが知られている。従来の静電容量型タッチセンサは、データ入力すべき入力内容が表示された表示面を有するタッチパネルと、表示面に表示された入力内容が操作者によって指示されたことを検出する検出部とを備え、検出部は、絶縁性の回路基板上に形成された検出電極に操作者の指が近接したことによる静電容量の変化を検出することによって、操作者が指示した入力内容を認識していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、従来の静電容量型タッチセンサでは、タッチパネル上で多数のタッチ位置を検出すること、つまり、データ入力量を増やすには限界があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、少ない検出電極を用いて、多数のタッチ位置を検出することを可能にした静電容量型タッチセンサを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、タッチ位置に対するセンサ出力の線形性を向上し、タッチ位置の検出精度を向上した静電容量型タッチセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電容量型タッチセンサは、基板と、前記基板上に配置された第１の共通電位線と、前記基板上に前記第１の共通電位線を囲んで配置された第２の共通電位線と、前記第１の共通電位線と前記第２の共通電位線とによって囲まれた領域の中に、前記第１及び第２の共通電位線の共通の中心を通るＹ軸に対して線対称に配置された第１及び第２の検出電極と、前記領域の中に、前記共通の中心を通り、前記Ｙ軸に直交するＸ軸に対して線対称に配置された第３及び第４の検出電極と、前記第１の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第１の容量と前記第２の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第２の容量との容量差に比例した第１の出力電圧を生成し、かつ前記第３の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第３の容量と前記第４の検出電極と前記第１及び第２の共通電位線との間に形成される第４の容量との容量差に比例した第２の出力電圧を生成する電荷増幅器と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の静電容量型タッチセンサによれば、４個の検出電極を用いて、多数のタッチ位置を検出することを可能にした静電容量型タッチセンサを提供することができる。また、
タッチ位置に対するセンサ出力の線形性を向上することにより、タッチ位置の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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の構成を示す図である。
【図２】図１の静電容量型タッチセンサのタッチパネル部の構成を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】検出電極の容量変化ΔＣ１，ΔＣ２と扇形の回転角度の関係を示す図である。
【図５】ｔａｎ−１（ΔＣ１／ΔＣ２）と扇形の回転角度の関係を示す図である。
【図６】電荷増幅器の回路図である。
【図７】電荷増幅器の動作を説明する図である。
【図８】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の構成を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
図１は、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の構成を示す図である。図２は、図１の静電容量型タッチセンサのタッチパネル部の構成を示す図である。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１１】
静電容量型タッチセンサは、タッチパネル部と信号処理回路部とから構成されている。
タッチパネル部は、ＰＣＢ基板等の絶縁基板１０、絶縁基板１０に配置された第１乃至第４の検出電極１１，１２，１３，１４、第１及び第２の共通電位線１５，１６、共通電位配線１７、共通電位端子ＣＯＭ、及び、第１乃至第４の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２，ＣＯ３，ＣＯ４を含んで構成されている。
【００１２】
信号処理回路部は、クロック発生器１８、選択回路１９、電荷増幅器２０、ＡＤ変換器２１、及び演算装置３０を含んで構成されている。
【００１３】
第１の共通電位線１５は、中心Ｏを有した半径Ｒの円周上に配置されている。第２の共通電位線１６は、中心Ｏを有した半径（Ｒ＋Ｗ）の円周上に配置されている。つまり、第１の共通電位線１５と第２の共通電位線１６は、それぞれ２つの同心円の円周上に配置されている。この場合、Ｒは例えば１２．５ｍｍ、Ｗは５ｍｍであり、第１及び第２の共通電位線１５，１６の幅は約０．５ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
第１の共通電位線１５と第２の共通電位線１６は、共通電位配線１７により電気的に接続されている。共通電位配線１７は、第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４の上層又は下層の配線であって、第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４と電気的に絶縁されている。共通電位配線１７は、共通電位端子ＣＯＭに接続されている。共通電位端子ＣＯＭには、クロック発生器１８からのＨレベルとＬレベルを繰り返すクロックが印加される。これにより、第１及び第２の共通電位線１５，１６には、前記クロックが印加されるように構成されている。
【００１５】
第１乃至第４の検出電極１１〜１４は、第１及び第２の共通電位線１５，１６により囲まれた幅Ｗを有するリング領域ＲＥの中に配置されている。第１及び第２の検出電極１１，１２は、中心Ｏを通るＹ軸に対して線対称に配置され、第３及び第４の検出電極１３，１４は、中心Ｏを通るＸ軸に対して線対称に配置されている。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。
【００１６】
換言すれば、第１及び第２の検出電極１１，１２は、中心Ｏに対して点対称の一対の三日月状のパターンであり、第３及び第４の検出電極１３，１４は、中心Ｏに対して点対称である。第１及び第２の検出電極１１，１２は合同である一対の三日月状のパターンであり、第３及び第４の検出電極１３，１４は合同である一対の三日月状のパターンである。
第１及び第２の検出電極１１，１２の幅はＹ＝０で最大値となり、第１及び第２の検出電極１３，１４の幅はＸ＝０で最大値となる。この最大値は例えば約４ｍｍである。
【００１７】
第１の検出電極１１の右端は、第２の共通電位線１６の右半分と僅かな距離（約０．５ｍｍ）を隔てて互いに対向しており、第２の検出電極１２の左端は、第２の共通電位線１６の左半分と僅かな距離（約０．５ｍｍ）を隔てて互いに対向している。また、第３の検出電極１３の下端は、第１の共通電位線１５の上半分と僅かな距離（約０．５ｍｍ）を隔てて互いに対向しており、第４の検出電極１４の上端は、第１の共通電位線１５の下半分と僅かな距離（約０．５ｍｍ）を隔てて互いに対向している。
【００１８】
Ｘ軸、Ｙ軸により構成されるＸ−Ｙ座標系の第１象限において、第１の検出電極１１と第３の検出電極１３は、狭い境界領域ＢＬ１により分離されている。図３のＡ−Ａ線断面図で見ると、絶縁基板１０上に、第１の検出電極１１、第３の検出電極１３、第１及び第２の共通電極１５，１６が配置され、それらを覆って絶縁膜２２が形成されている。
【００１９】
また、Ｘ−Ｙ座標系の第２象限において、第２の検出電極１２と第３の検出電極１３は、狭い境界領域ＢＬ２により分離されている。同様に、Ｘ−Ｙ座標系の第３象限において、第２の検出電極１２と第４の検出電極１４は、狭い境界領域ＢＬ３により分離されている。同様に、Ｘ−Ｙ座標系の第４象限において、第１の検出電極１１と第４の検出電極１４は、狭い境界領域ＢＬ４により分離されている。境界領域ＢＬ１，ＢＬ２はＹ軸に対して線対称であり、境界領域ＢＬ３，ＢＬ４はＹ軸に対して線対称である。境界領域ＢＬ１〜ＢＬ４の幅は約０．５ｍｍである。
【００２０】
なお、第１及び第２の共通電位線１５，１６、第１乃至第４の検出電極１１〜１４は、ＩＴＯ等の透明導電材料、又はアルミニウム等の金属材料を用いて形成することができる。
【００２１】
第１象限の第１の検出電極１１と第３の検出電極１３の境界領域ＢＬ１に着目すると、境界領域ＢＬ１の中心線（図１、図２において二点鎖線で示される）上の点Ａの座標（Ｘ，Ｙ）は、次の数式で表わされる。
【００２２】
Ｘ＝（Ｒ＋Ｗ×ｎ／９０°）×ｃｏｓ（π×ｎ／１８０°）  ・・・（１）
Ｙ＝（Ｒ＋Ｗ×ｎ／９０°）×ｓｉｎ（π×ｎ／１８０°）  ・・・（２）
ここで、ｎは０°〜９０°である。即ち、ｎ＝０°の時は、（Ｘ，Ｙ）＝（Ｒ，０）であり、点Ａは、第１の共通電位線１５が描く円周上にある。ｎ＝９０°の時は（Ｘ，Ｙ）＝（０，Ｒ＋Ｗ）であり、点Ａは、第２の共通電位線１６が描く円周上にある。
【００２３】
図２に示すように、第２の共通電位線１６が描く円について、中心角δ例えば、１０°
の扇形を考える。この扇形と第１及び第２の共通電位線１５，１６により囲まれたリング領域ＲＥのオーバーラップした領域図２で斜線を付した領域を人の指先がタッチするタッチ領域として想定することができる。
【００２４】
このタッチ領域に含まれる第１の検出電極１１の面積をＳ１とし、第３の検出電極１３の面積をＳ２とする。いま、この扇形がＸ−Ｙ座標系の第１象限の中で、中心Ｏを回転中心として左回りに回転していくとする。これは、タッチパネル部にタッチした人の指先がリング領域ＲＥの中で左回りに回転していくことに相当している。回転角度が０°の時は、図２の状態に対応している。回転角度が０°から増加していき、回転角度が８０°になると、扇形の端ＢがＹ軸上に到達する。
【００２５】
扇形（中心角δ＝１０°）の回転角度に対する面積Ｓ１、Ｓ２の変化は図４のようになる。すなわち、扇形の回転角度が増加すると面積Ｓ１は線形的に減少し、Ｓ２は線形的に増加する。Ｓ１＋Ｓ２は一定である。図４において、縦軸は相対尺度であってＳ１＋Ｓ２＝５０に設定されている。
【００２６】
これを容量変化の観点から見ると、第１の検出電極１１と第１及び第２の共通電位線１５，１６との間に第１の容量Ｃ１が形成され、第２の検出電極１２と第１及び第２の共通電位線１５，１６との間に第２の容量Ｃ２が形成される。人の指先がタッチパネル部から遠く離れている場合には、第１の容量Ｃ１と第２の容量Ｃ２の容量値は等しい。人の指先がリング領域ＲＥをタッチした時は、第１の容量Ｃ１は、面積Ｓ１に比例して増加する。
これは人の指先が誘電体として働く誘電体モデルにおいては、第１の検出電極１１と第１及び第２の共通電位線１５，１６との間で、人の指を通過する電気力線の数が増加するからである。したがって、第１の容量Ｃ１と第２の容量Ｃ２との容量差ΔＣ１は、面積Ｓ１に比例して変化することになる。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場合には、第１の容量Ｃ１は面積Ｓ１に比例して減少することになる。以下の説明は誘電体モデルに基づく。
【００２７】
同様に、第３の検出電極１３と第１及び第２の共通電位線１５，１６との間に第３の容量Ｃ３が形成され、第４の検出電極１４と第１及び第２の共通電位線１５，１６との間に第４の容量Ｃ４が形成される。人の指先がタッチパネル部から遠く離れている場合には、第３の容量Ｃ３と第４容量Ｃ４の容量値は等しい。人の指先がリング領域ＲＥをタッチした時は、第３の容量は面積Ｓ２に比例して増加する。したがって、第３の容量Ｃ３と第４の容量Ｃ４との容量差ΔＣ２は、面積Ｓ２に比例して変化することになる。
【００２８】
すると、図４に示すように、扇形の回転角度が増加すると、容量差ΔＣ１は線形的に減少し、容量差ΔＣ２は扇形の回転角度に対して線形的に増加することになる。
【００２９】
そこで、ＡＴＡＮ２（ΔＣ１，ΔＣ２）＝ｔａｎ−１（ΔＣ１／ΔＣ２）の計算式で角度計算を行うと図５が得られる。ｔａｎ−１は、ｔａｎの逆関数である。図５の横軸は扇形の回転角度である。図５の縦軸はｔａｎ−１（ΔＣ１／ΔＣ２）であり、その単位はラジアンである。図５のｔａｎ−１（ΔＣ１／ΔＣ２）対回転角度のカーブは、直線であり、理想的な線形特性（図５の一点鎖線）からのずれは１％以下に収まっている。したがって、信号処理部により、容量差ΔＣ１、ΔＣ２を電気的に求め、上述の計算式に基づいて扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を高精度に求めることができる。
【００３０】
以下、信号処理部の構成について詳しく説明する。第１乃至第４の検出電極１１〜１４は、それぞれ絶縁基板１０上に配置された第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４に接続されている。第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４は、選択回路１９の対応する入力端
に接続されている。選択回路１９は、第１相では第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２を選択し、第２相では第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４を選択する。
【００３１】
第１相で選択された第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２は、それぞれ電荷増幅器２０の非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）に接続される。第２相で選択された第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４は、それぞれ電荷増幅器２０の非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）に接続される。
【００３２】
電荷増幅器２０は、第１相では、第１の容量Ｃ１と第２の容量Ｃ２との容量差ΔＣ１に比例した第１の出力電圧Ｖ１を出力し、（Ｖｏｕｔ＝Ｖ１）、第２相では、第３の容量Ｃ３と第４の容量Ｃ４との容量差ΔＣ２に比例した第２の出力電圧Ｖ２を出力するように構成されている。（Ｖｏｕｔ＝Ｖ２）すると、Ｖ１／Ｖ２＝ΔＣ１／ΔＣ２、ｔａｎ−１（ΔＣ１／ΔＣ２）＝ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）という関係式が成り立つ。
【００３３】
ＡＤ変換器２１は、電荷増幅器２０の第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２をデジタル信号に変換する。演算装置３０は、例えばマイクロコンピュータであり、デジタル信号に変換された第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を用いて、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）の計算を行い、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）と扇形の回転角度の関係に基づいて、扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を検出する。
【００３４】
この場合、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）対回転角度のカーブは、ｔａｎ−１（ΔＣ１／ΔＣ２）対回転角度のカーブと同じで、ほぼ直線である。したがって、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）という計算式に基づいて扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を高精度に求めることができる。また、本実施形態によれば、人の指先のタッチによる容量変化を差動方式で検出しているので、ノイズ耐性に優れている。そして、タッチ位置にデータ入力すべき入力内容を割り当てることにより、データ入力装置を構成することができる。
【００３５】
以上のように、Ｘ−Ｙ座標系の第１象限におけるタッチ位置検出に説明したが、第２象限、第３象限、第４象限におけるタッチ位置検出についても同様である。
【００３６】
［電荷増幅器２０の構成例］
以下では、電荷増幅器２０の具体的な構成例を図６及び図７に基づいて説明する。電荷増幅器２０は、クロック発生器１８，２５、容量ＣＸ１，ＣＸ２、差動増幅器２６、スイッチＳＷ５，ＳＷ６、第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２を含んで構成される。
【００３７】
図６は、選択回路１９により第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２が選択され、電荷増幅器２０の非反転入力端子（＋）に第１の出力端子ＣＯ１からの信号が印加され、電荷増幅器２０の反転入力端子（−）に第２の出力端子ＣＯ２からの信号が印加される場合を示している。図６において、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。
【００３８】
クロック発生器１８は、電荷増幅器２０の一部を構成し、交互にスイッチングするスイッチＳＷ１，ＳＷ２で形成される。クロック発生器１８は、スイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすると、接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。つまり、クロック発生器１８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を出力する。
【００３９】
また、第１の容量Ｃ１に直列に容量ＣＸ１が接続され、第２の容量Ｃ２に直列に容量ＣＸ２が接続される。容量ＣＸ１，ＣＸ２の共通接続点には、クロック発生器１８と同様のクロック発生器２５が接続される。クロック発生器２５は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ３，ＳＷ４で形成される。クロック発生器２５は、スイッチＳＷ３がオンし、スイッチＳＷ４がオフすると、接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ３がオフし、スイッチＳＷ４がオンすると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。そして、クロック発生器１８，２５は互いに逆相のクロックを出力するように構成されている。
【００４０】
差動増幅器２６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の容量Ｃ１と容量ＣＸ１の接続点ノードＮ２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の容量Ｃ２と容量ＣＸ２の接続点ノードＮ１から引き出された配線が接続される。
【００４１】
差動増幅器２６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Ｃｆ１が接続され、差動増幅器２６の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）第２のフィードバック容量Ｃｆ２が接続される。第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２は等しい容量値ＣｆＡを有している。
【００４２】
スイッチＳＷ５は、差動増幅器２６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は、差動増幅器２６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がオンすると、差動増幅器２６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２６の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。
【００４３】
差動増幅器２６の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器２６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。
【００４４】
次に、上記構成の電荷増幅器２０の動作を図７に基づき説明する。電荷増幅器２０は電荷蓄積モードと第電荷転送モードという２つの動作モードを有しており、この２つの動作モードが交互に多数回繰り返される。
【００４５】
先ず、図７（ａ）の電荷蓄積モードの時、クロック発生器１８のスイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすることにより、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、クロック発生器２５のスイッチＳＷ４がオフし、スイッチＳＷ３がオンすることにより、容量ＣＸ１，ＣＸ２に接地電圧（０Ｖ）が印加される。
【００４６】
また、スイッチＳＷ５及びＳＷ６がオンする。これにより、差動増幅器２６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、ノードＮ２、反転出力端子（−）及び非反転出力端子（＋）の電圧はそれぞれ１／２Ｖｒｅｆになる。ただし、差動増幅器２６のコモンモード電圧を基準電圧の１／２である１／２Ｖｒｅｆとする。
【００４７】
次に、図７（ｂ）の電荷転送モードの時、クロック発生器１８のスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすることにより、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、クロック発生器２５のスイッチＳＷ４がオンし、スイッチＳＷ３がオフすることにより、容量ＣＸ１，ＣＸ２に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６がオフする。その後、図７（ａ）の電荷蓄積モードに戻り、その後、再び図７（ｂ）の電荷転送モードに移る。
【００４８】
容量ＣＸ１，ＣＸ２の容量値ＣＸ１Ａ，ＣＸ２Ａは等しいとする。つまり、ＣＸ１Ａ＝ＣＸ２Ａ＝Ｃである。また、第１及び第２の容量Ｃ１，Ｃ２の容量をそれぞれＣ１Ａ、Ｃ２Ａとする。初期状態人の指先がタッチパネル部から遠く離れている状態の容量値Ｃ１Ａ，Ｃ２ＡをＣとする。そして、人間の指先等が第１の検出電極１１にタッチした場合の第１の容量Ｃ１と第２の容量Ｃ２の容量差をΔＣ１とする。つまり、Ｃ１Ａ−Ｃ２Ａ＝ΔＣ１である。そうすると、Ｃ１Ａ＝Ｃ＋ΔＣ１、Ｃ２Ａ＝Ｃが成り立つ。
【００４９】
ノードＮ２について電荷保存則を適用すると、以下の通りである。
【００５０】
電荷蓄積モードにおいて、以下の数式（３）が成り立つ。
ノードＮ２の電荷量＝（Ｃ＋ΔＣ１）×（−１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ×（１／２Ｖｒｅｆ）
・・・（３）
ここで、（Ｃ＋ΔＣ１）×（−１／２Ｖｒｅｆ）は第１の容量Ｃ１の電荷量であり、Ｃ×（１／２Ｖｒｅｆ）は容量ＣＸ１の電荷量である。
【００５１】
電荷転送モードにおいて、以下の数式（４）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝（Ｃ＋ΔＣ１）×（１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ×（−１／２Ｖｒｅｆ）
＋ＣｆＡ×（Ｖｏｍ−１／２Ｖｒｅｆ）  ・・・（４）
ここで、（Ｃ＋ΔＣ１）×（１／２Ｖｒｅｆ）は第１の容量Ｃ１の電荷量、Ｃ×（−１／２Ｖｒｅｆ）は容量ＣＸ１の電荷量、ＣｆＡ×（Ｖｏｐ−１／２Ｖｒｅｆ）は、第１のフィードバック容量Ｃｆ１の電荷量である。
【００５２】
電荷蓄積モードと電荷転送モードにおいて、ノードＮ２の電荷量は等しいから、数式（３）＝数式（４）である。
【００５３】
この方程式をＶｏｍについて解くと次式が得られる。
Ｖｏｍ＝１／２Ｖｒｅｆ×（１−２・ΔＣ１／ＣｆＡ）  ・・・（５）
同様にして、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。
【００５４】
電荷蓄積モードにおいて、以下の数式（６）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝Ｃ×（−１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ×（１／２Ｖｒｅｆ）＝０  ・・・（６）
電荷転送モードにおいて、以下の数式（７）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝Ｃ×（１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ×（−１／２Ｖｒｅｆ）＋ＣｆＡ×（Ｖｏｐ−１／２Ｖｒｅｆ）・・・（７）
電荷蓄積モードと電荷転送モードにおいて、ノードＮ１の電荷量は等しいから、数式（６）＝数式（７）である。
【００５５】
この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。
Ｖｏｐ＝１／２Ｖｒｅｆ  ・・・（８）
数式（５）、（８）から、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ＝Ｖｒｅｆ×ΔＣ１／ＣｆＡ  ・・・（９）
したがって、電荷増幅器２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ１）は、第１及び第２の容量Ｃ１，Ｃ２の容量差ΔＣ１に比例して変化することがわかる。
【００５６】
以上においては、選択回路１９により、第１及び第２の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２が選択された場合を説明したが、選択回路１９により、第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４が選択され、電荷増幅器２０の非反転入力端子（＋）に第３の出力端子ＣＯ３からの信号が印加され、電荷増幅器２０の反転入力端子（−）に第４の出力端子ＣＯ４からの信号が印加される場合も同様である。即ち、この場合、電荷増幅器２０の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖ２）は、第３及び第４の容量Ｃ３，Ｃ４の容量差ΔＣ２に比例して変化する。
【００５７】
［第２の実施形態］
図８は、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の構成を示す図である。第１の実施形態との相違はタッチパネル部の構成にある。即ち、第１の共通電位線１５ａは、中心Ｏを有した第１の楕円の周上に配置されている。第２の共通電位線１６ａは、同じ中心Ｏを有した第２の楕円の周上に配置されている。第２の楕円は第１の楕円より大きい。
【００５８】
そして、第１乃至第４の検出電極１１ａ〜１４ａは、第１及び第２の共通電位線１５ａ，１６ａにより囲まれたリング領域ＲＥａの中に配置されている。第１及び第２の検出電極１１ａ，１２ａは、中心Ｏを通るＹ軸に対して線対称に配置され、第３及び第４の検出電極１３ａ，１４ａは、中心Ｏを通るＸ軸に対して線対称に配置されている。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。なお、図８においては、図１のような境界領域ＢＬ１〜ＢＬ４の図示を省略している。
【００５９】
第２の共通電位線１６ａが描く楕円について、中心角δ例えば、１０°の扇形を考える。この扇形と第１及び第２の共通電位線１５ａ，１６ａにより囲まれたリング領域ＲＥａのオーバーラップした領域図８で斜線を付した領域を人の指先がタッチする、タッチ領域として想定することができる。
【００６０】
このタッチ領域に含まれる第１の検出電極１１ａの面積をＳ１ａとし、第３の検出電極１３ａの面積をＳ２ａとする。いま、この扇形がＸ−Ｙ座標系の第１象限の中で、中心Ｏを回転中心として左回りに回転していくとする。これは、タッチパネル部にタッチした人の指先がリング領域ＲＥａの中で左回りに回転していくことに相当している。すると、本実施形態においても、扇形の回転角度が増加すると面積Ｓ１ａは減少し、Ｓ２ａは増加する。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００６１】
電荷増幅器２０の第１の出力電圧Ｖ１及び第２の出力電圧Ｖ２は、第１の実施形態と同様に定義される。そして、本実施形態によれば、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）対回転角度のカーブの線形性は、第１の実施形態と比べてやや劣るが、前述のｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）という計算式に基づいて扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を高精度に求めることができる。
【００６２】
［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。第１の実施形態との相違はタッチパネル部の構成にある。即ち、第１の共通電位線１５ｂは、中心Ｏを有した第１の正方形の周上に配置されている。第２の共通電位線１６ｂは、同じ中心Ｏを有した第２の正方形の周上に配置されている。第２の正方形は第１の正方形より大きい。
【００６３】
そして、第１乃至第４の検出電極１１ｂ〜１４ｂは、第１及び第２の共通電位線１５ｂ，１６ｂにより囲まれたリング領域ＲＥｂの中に配置されている。第１及び第２の検出電極１１ｂ，１２ｂは、中心Ｏを通るＹ軸に対して線対称に配置され、第３及び第４の検出電極１３ｂ，１４ｂは、中心Ｏを通るＸ軸に対して線対称に配置されている。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。なお、図９においては、図１のような境界領域ＢＬ１〜ＢＬ４の図示を省略している。
【００６４】
第２の共通電位線１６ｂが描く第２の正方形について、中心角δ例えば、１０°の扇形を考える。この扇形と第１及び第２の共通電位線１５ｂ，１６ｂにより囲まれたリング領域ＲＥｂのオーバーラップした領域図９で斜線を付した領域を人の指先がタッチするタッチ領域として想定することができる。
【００６５】
このタッチ領域に含まれる第１の検出電極１１ｂの面積をＳ１ｂとし、第３の検出電極１３ｂの面積をＳ２ｂとする。いま、この扇形がＸ−Ｙ座標系の第１象限の中で、中心Ｏを回転中心として左回りに回転していくとする。これは、タッチパネル部にタッチした人の指先がリング領域ＲＥｂの中で左回りに回転していくことに相当している。すると本実施形態においても、扇形の回転角度が増加すると面積Ｓ１ｂは減少し、Ｓ２ｂは増加する。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００６６】
電荷増幅器２０の第１の出力電圧Ｖ１及び第２の出力電圧Ｖ２は、第１の実施形態と同様に定義される。本実施形態によれば、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）対回転角度のカーブの線形性は、第１の実施形態と比べてやや劣るが、前述のｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）という計算式に基づいて扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を高精度に求めることができる。なお、第１及び第２の正方形の代わりに、第１及び第２の菱形を用いることもできる。
【００６７】
［第４の実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。第１の実施形態との相違は、タッチパネル部の構成にある。即ち、第１の共通電位線１５ｃは、中心Ｏを有した半径Ｒの第１の円弧の周上に配置されている。第２の共通電位線１６ｃは、同じ中心Ｏを有した半径（Ｒ＋Ｗ）の第２の円弧の周上に配置されている。
第１及び第２の共通電位線１５ｃ，１６ｃの両端部は互いに配線で接続されることで閉じたリング領域ＲＥｃが形成される。
【００６８】
そして、第１乃至第４の検出電極１１ｃ〜１４ｃは、第１及び第２の共通電位線１５ｃ，１６ｃにより囲まれたリング領域ＲＥｃの中に配置されている。なお、図１０においては、図１のような境界領域ＢＬ１〜ＢＬ４の図示を省略している。
【００６９】
第２の共通電位線１６ｃが描く第２の円弧について、中心角δ例えば、１０°の扇形を考える。この扇形と第１及び第２の共通電位線１５ｃ，１６ｃにより囲まれたリング領域ＲＥｃのオーバーラップした領域図１０で斜線を付した領域を人の指先がタッチするタッチ領域として想定することができる。
【００７０】
このタッチ領域に含まれる第１の検出電極１１ｃの面積をＳ１ｃとし、第３の検出電極１３ｃの面積をＳ２ｃとする。いま、この扇形が中心Ｏを回転中心として左回りに回転していくとする。これは、タッチパネル部にタッチした人の指先がリング領域ＲＥｃの中で左回りに回転していくことに相当している。すると、本実施形態においても、扇形の回転角度が増加すると面積Ｓ１ｃは減少し、Ｓ２ｃは増加する。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００７１】
電荷増幅器２０の第１の出力電圧Ｖ１及び第２の出力電圧Ｖ２は、第１の実施形態と同様に定義される。そして、本実施形態によれば、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）対回転角度のカーブの線形性は、第１の実施形態と比べてやや劣るが、前述のｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）という計算式に基づいて扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を高精度に求めることができる。
【００７２】
［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成を示す図である。第１の実施形態との相違は、タッチパネル部の構成にある。即ち、第１の共通電位線１５ｄは、中心Ｏを有した四葉状の第１の図形の周上に配置されている。第２の共通電位線１６ｄは、同じ中心Ｏを有した四葉状の第２の図形の周上に配置されている。第２の図形は第１の図形より大きい。
【００７３】
そして、第１乃至第４の検出電極１１ｄ〜１４ｄは、第１及び第２の共通電位線１５ｄ，１６ｄにより囲まれたリング領域ＲＥｄの中に配置されている。第１及び第２の検出電極１１ｄ，１２ｄは、中心Ｏを通るＹ軸に対して線対称に配置され、第３及び第４の検出電極１３ｄ，１４ｄは、中心Ｏを通るＸ軸に対して線対称に配置されている。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交している。なお、図１１においては、図１のような境界領域ＢＬ１〜ＢＬ４の図示を省略している。
【００７４】
第２の共通電位線１６ｄ描く第２の図形について、中心角δ例えば、１０°の扇形を考える。この扇形と第１及び第２の共通電位線１５ｄ，１６ｄにより囲まれたリング領域ＲＥｄのオーバーラップした領域図１１で斜線を付した領域を人の指先がタッチするタッチ領域として想定することができる。
【００７５】
このタッチ領域に含まれる第１の検出電極１１ｄの面積をＳ１ｄとし、第３の検出電極１３ｄの面積をＳ２ｄとする。いま、この扇形がＸ−Ｙ座標系の第１象限の中で、中心Ｏを回転中心として左回りに回転していくとする。これは、タッチパネル部にタッチした人の指先がリング領域ＲＥｄの中で左回りに回転していくことに相当している。すると、本実施形態においても、扇形の回転角度が増加すると面積Ｓ１ｄは減少し、Ｓ２ｄは増加する。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００７６】
電荷増幅器２０の第１の出力電圧Ｖ１及び第２の出力電圧Ｖ２は、第１の実施形態と同様に定義される。そして、本実施形態によれば、ｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）対回転角度のカーブの線形性は、第１の実施形態と比べてやや劣るが、前述のｔａｎ−１（Ｖ１／Ｖ２）という計算式に基づいて扇形の回転角度、即ち、人の指先のタッチ位置を高精度に求めることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  絶縁基板      １１、１１ａ〜１１ｄ  第１の検出電極
１２、１２ａ〜１２ｄ  第２の検出電極      １３、１３ａ〜１３ｄ  第３の検出電極
１４、１４ａ〜１４ｄ  第４の検出電極      １５、１５ａ〜１５ｄ  第１の共通電位線
１６、１６ａ〜１６ｄ  第１の共通電位線
ＣＯＭ  共通電位端子      ＣＯ１  第１の出力端子      ＣＯ２  第２の出力端子
ＣＯ３  第３の出力端子      ＣＯ４  第４の出力端子
１８、２５  クロック発生器      １９  選択回路      ２０  電荷増幅器
２１  ＡＤ変換器      ２２  絶縁膜      ２６  差動増幅器
３０  演算装置
Ｃ１  第１の容量      Ｃ２  第２の容量      Ｃ３  第３の容量
Ｃ４  第４の容量      ＳＷ１〜ＳＷ６  スイッチ
Ｃｆ１  第１のフィードバック容量      Ｃｆ２  第２のフィードバック容量
ＢＬ１〜ＢＬ４  境界領域
【図１】
2012014509.tif 000003
【図２】
2012014509.tif 000004
【図３】
2012014509.tif 000005
【図４】
2012014509.tif 000006
【図５】
2012014509.tif 000007
【図６】
2012014509.tif 000008
【図７】
2012014509.tif 000009
【図８】
2012014509.tif 000010
【図９】
2012014509.tif 000011
【図１０】
2012014509.tif 000012
【図１１】
2012014509.tif 000013