JP2010182290A - タッチパネルの信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ耐性を向上させると共に、リニア検出を可能にした静電容量方式のタッチパネルの信号処理装置を提供する。
【解決手段】基板１１上に、励起パッド１２と、この励起パッド１２を間に挟んで第１のタッチパッド１３と第２のタッチパッド１４とが配置されている。一方、センサＩＣ側においては、励起パッド１２に配線１５を介して交流電圧を印加する交流電源１６が設けられている。また、電荷増幅器１７が設けられ、この電荷増幅器１７の非反転入力端子（＋）に配線１８を介して第１のタッチパッド１３が接続され、電荷増幅器１７の反転入力端子（−）に配線１９を介して第２のタッチパッド１４が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルの信号処理装置に関し、特に静電容量方式を用いたタッチパネルの信号処理装置に関する。

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入力装置として、タッチセンサなどと称される静電容量方式を用いたものが知られている。この種のタッチセンサについては、例えば特許文献１に記載されている。

従来のタッチセンサ（タッチパネルの信号処理装置）を図９、図１０に基づいて説明する。図９に示すように、ＰＣＢ基板５０上にタッチパッド５１が形成されており、タッチパッド５１とＰＣＢ基板５０との間に静電容量５２（容量値Ｃ）が形成されている。そして、コンパレータ５３の非反転入力端子（＋）に配線５４を介してタッチパッド５１が接続される。コンパレータ５３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５１とコンパレータ５３の非反転入力端子（＋）とを接続する配線５４には定電流源５５が接続されている。

このタッチセンサの動作を図１０に基づいて説明する。先ず、人間の指５６がタッチパッド５１から遠く離れている場合は、タッチパッド５１における容量値はＣである。この場合、タッチパッド５１の静電容量５２は定電流源５５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５１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５３の出力電圧は反転する。このリセットからコンパレータ５３が反転するまでの時間をｔ１とする。

一方、人間の指５６をタッチパッド５１に近づけると、タッチパッド５１における容量値はＣ＋Ｃ’に増加する。この増加分Ｃ’は人間の指とタッチパッド５１の間に形成される容量値である。すると、タッチパッド５１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５３が反転するまでの時間の差（ｔ２−ｔ１）に基づいて、人間の指５６がタッチパッド５１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５１は、データ入力用のＯＮ／ＯＦＦスイッチとして機能する。

特開２００５−１９０９５０号公報

しかしながら、従来のタッチセンサにおいては、タッチパッド５１にノイズが印加されると、タッチパッド５１の電圧が変化してタッチセンサ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５１はＯＮ／ＯＦＦという２状態スイッチであるため、入力できるデータ量が限られていた。

そこで、本発明のタッチパネルの信号処理装置は、励起パッドと、前記励起パッドを間に挟んで配置された第１及び第２のタッチパッドと、を備えたタッチパネルからの信号を処理するタッチパネルの信号処理装置であって、前記励起パッドに交流電圧を印加する交流電源と、前記第１のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第１の容量の容量値と前記第２のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第２の容量の容量値の差に応じた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。

本発明のタッチパネルの信号処理装置によれば、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、また、タッチパッドや配線の寄生容量の影響が無いため、これらのタッチパッド等のパターニングに制約を設ける必要が無く、任意のパターニングを可能にする。

また、電荷増幅器の出力電圧に基づいてタッチパッド間のリニア位置を検出することができる。これにより、少ないタッチパッド数でより多くのポイントを検出し、入力できるデータ量を飛躍的に増加させることができる。

本発明の第１の実施形態によるタッチパネルの信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による電荷増幅器の入出力特性を示す図である。 本発明の第２実施形態によるタッチパネルの信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態によるタッチパネルの信号処理装置のセンサＩＣ側の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態にタッチパネルの信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態にタッチパネルの信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態によるタッチパネルの信号処理装置の構成を示す図である。 本発明の第６の実施形態によるタッチパネルの信号処理装置の構成を示す図である。 従来のタッチセンサの構成を示す図である。 従来のタッチセンサの動作を説明する図である。 電荷増幅器を含めたタッチパネルの信号処理装置の等価回路図である。 電荷増幅器を含めたタッチパネルの信号処理装置の動作を説明する回路図である。

本発明の実施形態によるタッチパネルの信号処理装置について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
先ず、第１の実施形態によるタッチパネルの信号処理装置を図１、図２に基づき説明する。この実施形態は、本発明の基本原理に関するものであり、後で説明する他の実施形態もこの基本原理を用いている。

ＰＣＢ基板などの基板１１タッチパネルの一例上に、励起パッド１２と、この励起パッド１２を間に挟んで第１のタッチパッド１３と第２のタッチパッド１４とが配置されている。第１及び第２のタッチパッド１３、１４と励起パッド１２の間には不図示の誘電体層が形成されている。つまり、第１のタッチパッド１３と励起パッド１２により第１の静電容量Ｃ１が形成される。同様に、第２のタッチパッド１４と励起パッド１２により第２の静電容量Ｃ２が形成される。第１の静電容量Ｃ１の容量値をＣ１、第２の静電容量Ｃ２の容量値をＣ２とする。容量値Ｃ１、Ｃ２は初期状態において等しく設定されていることが好ましい。第１及び第２のタッチパッド１３、１４と励起パッド１２は電極であるので、これらの電極の表面はプラスチック、木、ゴム等の絶縁体で覆われていることが好ましい。

一方、センサＩＣ側信号処理装置側においては、励起パッド１２に配線１５を介して交流電圧を印加する交流電源１６が設けられている。この交流電圧の振幅電圧を励起電圧Ｖｒｅｆとする。また、電荷増幅器１７が設けられ、この電荷増幅器１７の非反転入力端子（＋）に配線１８を介して第１のタッチパッド１３が接続され、電荷増幅器１７の反転入力端子（−）に配線１９を介して第２のタッチパッド１４が接続されている。

電荷増幅器１７は、第１のタッチパッド１３と励起パッド１２の間の容量値Ｃ１と第２のタッチパッド１４と励起パッド１２の間の容量値Ｃ２の差に応じた電圧を生成する回路である。

以下、電荷増幅器１７の具体的な構成例について、図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１に示すように、破線で囲まれた部分が基板１１であり、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２が形成される。基板１１以外の構成部分がセンサＩＣである。

交流電源１６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１６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、励起電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。この場合、交流電源１６の交流電圧は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。

また、第１の静電容量Ｃ１に直列に第３の静電容量Ｃ３が接続され、第２の静電容量Ｃ２に直列に第４の静電容量Ｃ４が接続される。ここで、Ｃ３、Ｃ４の容量値は、等しく設定され、Ｃ１、Ｃ２と同程度または小さいことが好ましい。特に、Ｃ３、Ｃ４の容量値をＣ１、及びＣ２より小さくした場合、第３及び第４の静電容量Ｃ３、Ｃ４を集積化することができる。以下の説明では、Ｃ３、Ｃ４の容量値がＣ１、Ｃ２と同程度として説明する。

第３及び第４の静電容量Ｃ３、Ｃ４の共通接続点には、交流電源１６と同様の交流電源２１が接続される。交流電源２１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２１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、励起電圧ＶＲｅｆ（プラス電圧）を出力する。そして、交流電源１６と交流電源２１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。

２２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及び第３の静電容量Ｃ１、Ｃ３の接続点Ｎ２からの引き出された配線が接続され、その反転入力端子（−）に第２及び第４の静電容量Ｃ２、Ｃ４の接続点Ｎ１からの引き出された配線が接続される。

また、差動増幅器２２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２２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。

さらに、スイッチＳＷ５が差動増幅器２２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２２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２２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２２の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。

差動増幅器２２の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器２２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。

次に、上記構成の回路の動作を図１２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。

先ず、図１２（ａ）の第１相の場合、交流電源１６のＳＷ１が開き、ＳＷ２が閉じることにより、第１及び第２の静電容量Ｃ１、Ｃ２に励起電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、
交流電源２１のＳＷ４が開き、ＳＷ３が閉じることにより、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。

また、ＳＷ５及びＳＷ６が閉じる。これにより、差動増幅器２２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になる。ただし、差動増幅器２２のコモンモード電圧を励起電圧の１／２である１／２Ｖｒｅｆとする。

次に、図１２（ｂ）の第２相の場合、交流電源１６のＳＷ１が閉じ、ＳＷ２が開くことにより、第１及び第２の静電容量Ｃ１、Ｃ２に接地電圧（０Ｖ）が印加される。また、交流電源２１のＳＷ４が閉じ、ＳＷ３が開くことにより、第３及び第４の静電容量Ｃ３、Ｃ４に励起電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６が開く。

その後、図１２（ａ）の第１相の状態に戻り、また第２相に移る。このような動作が多数回繰り返され、電荷増幅器１７は安定状態に至る。

この場合、Ｃ３＝Ｃ４＝Ｃであり、Ｃ１、Ｃ２の初期状態の容量値をＣとする。また、
また、人間の指２０がタッチパッド１３又は１４に近づいた場合のＣ１、Ｃ２の容量差をΔＣとする。
つまり、Ｃ１−Ｃ２＝ΔＣである。
そうすると、Ｃ１＝Ｃ＋１／２ΔＣ、Ｃ２＝Ｃ−１／２ΔＣが成り立つ。

第１相において、

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。

第２相において、

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。

ノードＮ１について電荷保存則を適用すると、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。
この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。

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３、数４から、Ｖｏｕｔを求める。

即ち、図２に示すように電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔは、容量値Ｃ１、Ｃ２の容量差ΔＣに比例して変化することがわかる。本発明はこの原理を利用してタッチパネルの信号処理装置を構成したものである。

以下、図１に基づいてタッチパネルの信号処理装置の動作原理について説明する。以下の説明においては第１及び第２のタッチパッド１３、１４と励起パッド１２間の容量値は互いに等しく初期設定されており、人間の指がこれらのパッドから遠く離れている初期状態においては、
Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃであるとする。そして、人間の指２０は電気的に浮遊している誘電体であるとする、誘電体モデルに基づいて説明する。

先ず、図１（ａ）に示すように、人間の指２０を第１のタッチパッド１３に近づけると、第１のタッチパッド１３と励起パッド１２の間の電界が変化し、第１のタッチパッド１３と励起パッド１２の間の容量値Ｃ１が容量値Ｃ２に比して大きくなる（Ｃ１＞Ｃ２）。

これは、人間の指２０が第１のタッチパッド１３に近づくことにより、励起パッド１２から出発して第１のタッチパッド１３に終端する電気力線の本数が増加するためである。この場合、電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔは数５に基づきプラス（＋）の電圧になる。なお、人間の指２０の代わりに、消しゴムのような誘電体を第１のタッチパッド１２に近づけても同じ結果が得られる。

また、図１（ｂ）に示すように、人間の指２０を励起パッド１２の直上に置いた場合は、容量値Ｃ１と容量値Ｃ２は等しくなる（Ｃ１＝Ｃ２）。この場合、電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖになる。

そして、図１（ｃ）に示すように、人間の指２０を第２のタッチパッド１４に近づけると、第２のタッチパッド１４と励起パッド１２の間の電界が変化し、第２のタッチパッド１４と励起パッド１２の間の容量値Ｃ２が容量値Ｃ１に比して大きくなる（Ｃ２＞Ｃ１）。この場合、電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔは数５に基づきマイナス（−）の電圧になる。

上記タッチパネルの信号処理装置によれば、人間の指２０が第１のタッチパッド１３に近づくと電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔがプラス（＋）の電圧になることから、ＯＮ／ＯＦＦスイッチとして用いることができる。また、電荷増幅器１７の出力電圧ＶｏｕｔはΔＣに対してリニアに変化する。つまり、人間の指２０が第１のタッチパッド１３に近づくほどプラス（＋）の値が大きくなり、逆に第２のタッチパッド１４に近づくほどマイ
ナス（−）の値（絶対値）が大きくなる。したがって、この特性を利用して人間の指２０の位置をリニア検出（アナログ検出）することもできる。

また、上記タッチパネルの信号処理装置によれば、差動容量検出方式を採用しているので、ノイズ耐性を向上させることができる。即ち、第１及び第２のタッチパッド１３、１４にノイズが印加された場合、ノイズは互いにキャンセルされ、ノイズの影響が電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔに出ることが抑制される。また、第１及び第２のタッチパッド１３、１４と配線１５，１８，１９の寄生容量の影響が無いため、これらのタッチパッド等のパターニングに制約を設ける必要が無く、任意のパターニングを可能にする。

上述の説明は、人間の指２０を誘電体とする誘電体モデルに基づいているが、人間の指２０が接地されている場合には電界遮蔽モデルが適用される。この場合は、人間の指２０は電界を遮蔽することになり、容量値Ｃ２と容量値Ｃ１の大小関係は逆になる。

即ち、電界遮蔽モデルにおいては、人間の指２０を第１のタッチパッド１３に近づけると、励起パッド１２からの電気力線の一部が人間の指２０に終端することから、励起パッド１２から出発して第１のタッチパッド１３に終端する電気力線の本数は減少する。これにより、容量値Ｃ１は容量値Ｃ２に比して小さくなる。（Ｃ１＜Ｃ２）

誘電体モデルと電界遮蔽モデルのどちらが実際に適用されるかは、人間の指２０やその代替物ペンや消しゴム等の電気的状態に依存するが、電界遮蔽モデルが適用される場合においても、誘電体モデルとは容量値の大小関係が逆になるだけであり、容量変化に基づいてタッチ位置を検出することができる点には変わりがない。以下の各実施形態においては、誘電体モデルに基づいて説明する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、上述の基本原理を用いて、４個の入力でタッチパネル上の８個以上のポイントを検出できるようにしたタッチパネルの信号処理装置である。

まず、タッチパネルの構成について図３に基づいて説明する。ＰＣＢ基板などの基板３０上に第１乃至第４のタッチパッド１〜４という４種類のタッチパッド（電極）が提供される。これらの第１乃至第４のタッチパッド１〜４の中から、選ばれた１種類又は２種類のタッチパッドで形成された組合せタッチパッドがリング状に配列されている。

この例では、（１，１）、（１，３）、（３，３）、（３，２）、（２，２）、（２，４）、（４，４）、（４，１）という、第１乃至第８の組合せタッチパッドが形成されている。ここで、（１，１）は、第１のタッチパッド１と第１のタッチパッド１の組合せ、（１，３）は、第１のタッチパッド１と第３のタッチパッド３との組合せを意味している。以下、同様である。

これらの組合せパッドの中には、１種類のタッチパッドの組合せ、例えば（１，１）、（２，２）、（３，３）、（４，４）が含まれている。図３の例では、これら同種のタッチパッドの組合せは、２種類のタッチパッドの組合せと同じ形態にするために、２つのタッチパッドに分けられている。しかし、これらは１つのタッチパッドに集約してもよい。例えば、第１の組合せパッド（１，１）は、１つの第１のタッチパッド１で構成してもよい。

上述の第１乃至第８の組合せパッドは、第１乃至第８のポイントＰ１〜Ｐ８に対応している。各組合せパッドの間には励起パッド３１（電極）が配置されている。そして、図３のように、第１乃至第８の組合せパッドは、第１乃至第４のタッチパッド１〜４をそれぞれ４個含んでいる。同種のタッチパッド群、例えば４個の第１のタッチパッド１は互いに配線によって接続され、対応する第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４に接続される。また、励起パッド３１は配線によって、励起端子ＥＸＣに接続される。

次に、センサＩＣ（信号処理回路側）の構成について説明する。先ず、励起端子ＥＸＣに交流電源３２が接続され、励起パッド３１に交流電圧が供給される。第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４は選択回路３３の４つの入力端にそれぞれ接続される。選択回路３３は、第１及び第２のタッチパッド１，２のペアと第３及び第４のタッチパッド３，４のペアのいずれかのペアを選択する回路である。

そして、選択回路３３の次段には電荷増幅器３４が設けられる。電荷増幅器３４は第１の実施形態の電荷増幅器１７と同じ回路である。つまり、電荷増幅器３４は、選択回路３３によって選択された１つのペアの中、１つのタッチパッドと励起パッド３１の間に生じる第１の容量値と、選択回路３３によって選択されたもう１つのタッチパッドと励起パッド３１の間に生じる第２の容量値の差に応じた電圧を生成する。例えば、第１及び第２のタッチパッド１，２のペアが選択されたとすると、電荷増幅器３４は、第１のタッチパッド１と励起パッド３１の間に生じる第１の容量値と、第２のタッチパッド２と励起パッド３１の間に生じる第２の容量値の差に応じた電圧を生成する。尚、電荷増幅器３４が第１の実施の形態の電荷増幅器１７と同じ回路であるため、電荷増幅器３４の具体回路は図１１及び図１２である。従って、選択回路の３３の次段に第３及び第４の容量Ｃ３及びＣ４が接続され、それらの接続点が差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）に接続されることとなる。後述される第３乃至第６の実施の形態においても、選択回路と差動増幅回路２２との接続関係はこれと同じである。

上述のタッチパネルの信号処理装置の動作について表１に基づいて説明する。

選択回路３３は、フェーズ１（phase1）で第１及び第２のタッチパッド１，２のペアを選択し、次のフェーズ２（phase2）で第３及び第４のタッチパッド３，４のペアを選択するように制御回路（不図示）により制御される。今、人間の指を第１のポイントＰ１，即ち、第１の組合せタッチパッド（１，１）に近づけると、フェーズ１では第１及び第２のタッチパッド１，２のペアが選択される。すると、前述の基本原理によれば、第１のタッチパッド１と励起パッド３１の間の容量値が増加するので、電荷増幅器３４はプラス（＋）の電圧を出力する。一方、フェーズ２では、第３及び第４のタッチパッド３，４のペアが選択される。この場合、電荷増幅器３４は０Ｖを出力する。これは、人間の指は第１の組合せタッチパッド（１，１）に近づいた状態であり、第３のタッチパッド３と励起パッド３１の間に生じる容量値と、第４のタッチパッド４と励起パッド３１の間に生じる容量値の差はないからである。したがって、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（＋，０）となる。

次に、人間の指を第２のポイントＰ２，即ち、第２の組合せタッチパッド（１，３）に近づけると、フェーズ１では第１のタッチパッド１と励起パッド３１の間の容量値が増加するので、電荷増幅器３４はプラス（＋）の電圧を出力する。また、フェーズ２では第３のタッチパッド３と励起パッド３１の間の容量値が増加するので、電荷増幅器３４はプラス（＋）の電圧を出力する。したがって、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（＋，＋）となる。

次に、人間の指を第３のポイントＰ３、即ち、第３の組合せタッチパッド（３，３）に近づけると、フェーズ１では容量値の差はないので、電荷増幅器３４は０Ｖを出力する。また、フェーズ２では第３のタッチパッド３と励起パッド３１の間の容量値が増加するので、電荷増幅器３４はプラス（＋）の電圧を出力する。したがって、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（０，＋）となる。

人間の指を第４のポイントＰ４、即ち、第４の組合せタッチパッド（３，２）に近づけた場合、フェーズ１では、第２のタッチパッド２と励起パッド３１の間の容量値が増加するので、電荷増幅器３４はマイナス（−）の電圧を出力する。第２フェーズでは第３のタッチパッド３と励起パッド３１の間の容量値が増加するので、電荷増幅器３４はプラス（＋）の電圧を出力する。したがって、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（−，＋）となる。

同様の考え方から、人間の指を第５のポイントＰ５、即ち、第５の組合せタッチパッド（２，２）に近づけた場合、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（−，０）となる。

人間の指を第６のポイントＰ６、即ち、第６の組合せタッチパッド（２，４）に近づけた場合、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（−，−）となる。人間の指を第７のポイントＰ７、即ち、第７の組合せタッチパッド（４，４）に近づけた場合、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（０，−）となる。人間の指を第８のポイントＰ８、即ち、第８の組合せタッチパッド（４，１）に近づけた場合、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（＋，−）となる。

以上のように、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力により、８ポイントを検出することができる。つまり、４入力（ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４）で８ポイントを検出することができる。このため、従来のタッチパネルに比べて入力端子数、配線数を大幅に削減することができる。なお、（１，２）、（３，４）という組合せタッチパッドを設けていないのは、この場合には、差動容量検出方式として機能せず、電荷増幅器３４の出力が不定になってしまうからである。

上述の８ポイント検出の場合、電荷増幅器３４の出力として、＋、０、−という３値しか用いていないが、電荷増幅器３４は容量差ΔＣに応じたアナログ電圧を出力するため、そのアナログ値を用いてさらに多数のポイントを検出することも可能である。

例えば、第１乃至第８のポイントＰ１〜Ｐ８の間を補間して１６ポイントを検出することも可能である。この場合、図４に示すように、電荷増幅器３４の次段にＡ／Ｄ変換器３５を設け、電荷増幅器３４の出力アナログ電圧をデジタル値にＡ／Ｄ変換し、デジタル値に基づいて多数のポイントの検出をすることもできる。

また、この実施形態では、４種類のタッチパッドの組合せを用いているが、これに限らず、４種類以上のタッチパッドの組合せを用いることも可能である。例えば、６種類のタッチパッドから１種類又は２種類のタッチパッドで組合せタッチパッドを形成し、選択回路３３の入力端子数を６個に変更してもよい。この場合、選択回路３３は、フェーズ１〜３において、タッチパッドの３つのペアのいずれかを選択することになる。これにより、入力端子数が６個で１８ポイントの検出が可能となる。この場合、リニア検出を考慮すれば１８ポイント以上の検出が可能となる。

さらに、８種類のタッチパッドの組合せと８個の入力端子を用いた場合には、３２ポイントの検出が可能となり、この場合もリニア検出を考慮すれば３２ポイント以上の検出が可能となる。一般には、本発明はｎ個（ｎは４以上の偶数）のタッチパッドに対して成立し、タッチパッド数を増やすほど、より多くのポイントの検出が可能である。

［第３の実施形態］
第２の実施形態においては、第１乃至第８の組合せタッチパッド（１，１）、（１，３）、（３，３）、（３，２）、（２，２）、（２，４）、（４，４）、（４，１）がリング状のパターンを形成するように配置されたが、本実施形態では図５に示すように、ライン状のパターンを形成するように配置されている点で、第２の実施形態と相違している。タッチパネルの信号処理装置の動作としては第２の実施形態と同様であり、このタッチパネルの信号処理装置は、ライン上の第１乃至第８のポイントＰ１〜Ｐ８を検出することができる。

［第４の実施形態］
本実施形態においては、図６に示すように、マトリクス状のパターンを形成するように配置されている点で、第２の実施形態と相違している。タッチパネルの信号処理装置の動作としては第２の実施形態と同様であり、この入力装置は、マトリクス上の第１乃至第８のポイントＰ１〜Ｐ８を検出することができる。

以上の説明から分かるように、第１乃至第８の組合せタッチパッド（１，１）、（１，３）、（３，３）、（３，２）、（２，２）、（２，４）、（４，４）、（４，１）をそれぞれ１つにユニットとして、それらのユニットを任意のパターンを形成するように配列することができる。

［第５の実施形態］
次に、第４の実施形態のマトリクス配置をさらに発展させて、８入力で６４ポイントの検出を可能にしたタッチパネルの信号処理装置について説明する。

図７に示すように、第１乃至第８の組合せタッチパッド（１Ａ，１Ａ）、（１Ａ，３Ａ）、（３Ａ，３Ａ）、（３Ａ，２Ａ）、（２Ａ，２Ａ）、（２Ａ，４Ａ）、（４Ａ，４Ａ）、（４Ａ，１Ａ）及び励起パッド３１Ａを基板上のＹ方向に延びるように互いに平行に配置する。Ｙ方向に延びた各組合せタッチパッドの間には励起パッド３１Ａが配置される。そして、同種のタッチパッド群、例えば４個の第１のタッチパッド１Ａは互いに配線によって接続され、対応する第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１（Ａ）〜ＣＩＮ４（Ａ）に接続される。また、励起パッド３１Ａは配線によって、励起端子ＥＸＣに接続される。

そして、別の第１乃至第８の組合せタッチパッド（１Ｂ，１Ｂ）、（１Ｂ，３Ｂ）、（３Ｂ，３Ｂ）、（３Ｂ，２Ｂ）、（２Ｂ，２Ｂ）、（２Ｂ，４Ｂ）、（４Ｂ，４Ｂ）、（４Ｂ，１Ｂ）及び励起パッド３１Ｂを基板上のＸ方向に延びるように互いに平行に配置する。Ｘ方向に延びた各組合せタッチパッドの間には励起パッド３１Ｂが配置される。そして、同種のタッチパッド群、例えば４個の第１のタッチパッド１Ｂは互いに配線によって接続され、対応する第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１（Ｂ）〜ＣＩＮ４（Ｂ）に接続される。また、励起パッド３１Ｂは配線によって、励起端子ＥＸＣに接続される。なお、図７においては便宜上、一部のタッチパッドの図示を省略してある。

この場合、Ｙ方向に延びた第１乃至第８の組合せタッチパッド（１Ａ，１Ａ）、（１Ａ，３Ａ）、（３Ａ，３Ａ）、（３Ａ，２Ａ）、（２Ａ，２Ａ）、（２Ａ，４Ａ）、（４Ａ，４Ａ）、（４Ａ，１Ａ）及び励起パッド３１Ａは例えば第１層配線で形成され、Ｘ方向に延びた第１乃至第８の組合せタッチパッド（１Ｂ，１Ｂ）、（１Ｂ，３Ｂ）、（３Ｂ，３Ｂ）、（３Ｂ，２Ｂ）、（２Ｂ，２Ｂ）、（２Ｂ，４Ｂ）、（４Ｂ，４Ｂ）、（４Ｂ，１Ｂ）及び励起パッド３１Ｂは例えば第２層配線で形成され、互いに交差すると共に、互いに電気的に絶縁されている。ただし、励起パッド３１Ａ、３１Ｂはビアを介して電気的に接続される。

そして、Ｙ方向に延びた第１乃至第８の組合せタッチパッドに対応して、第２の実施形態と同じに構成されたセンサＩＣ（Ａ）（不図示）を設け、Ｘ方向に延びた第１乃至第８の組合せタッチパッドに対応して、第２の実施形態と同じに構成されたセンサＩＣ（Ｂ）（不図示）を設ける。

上記タッチパネルの信号処理装置によれば、センサＩＣ（Ａ）によりＸ方向の８ポイントを検出し、センサＩＣ（Ｂ）によりＹ方向の８ポイントを検出することができる。即ち、この場合、８×８＝６４のポイントを検出可能である。したがって、本実施形態によれば８入力という少ない入力で６４ポイントを検出することができる。さらにリニア検出方式であるため、アナログ的な中間値出力により６４ポイント以上を検出することもできる。つまり、タッチパネルの端子数、配線数を大幅に削減することができる。

［第６の実施形態］
本実施形態は第５の実施形態をさらに改良し、タッチパッドの集積密度を高くしたものである。即ち、図８に示すように、各タッチパッドは多数の正方形パッドの頂点同士を接続することで、正方形パッドの数珠つなぎした構成になっている。励起パッド３１Ａ，３１Ｂについても同様である。ただし、本説明では一例として正方形パッドとしているが、形状は任意で構わない。

そして、第１乃至第８の組合せタッチパッド（１Ａ，１Ａ）、（１Ａ，３Ａ）、（３Ａ，３Ａ）、（３Ａ，２Ａ）、（２Ａ，２Ａ）、（２Ａ，４Ａ）、（４Ａ，４Ａ）、（４Ａ，１Ａ）及び励起パッド３１Ａを基板上のＹ方向に延びるように配置する。

また、別の第１乃至第８の組合せタッチパッド（１Ｂ，１Ｂ）、（１Ｂ，３Ｂ）、（３Ｂ，３Ｂ）、（３Ｂ，２Ｂ）、（２Ｂ，２Ｂ）、（２Ｂ，４Ｂ）、（４Ｂ，４Ｂ）、（４Ｂ，１Ｂ）及び歴パッド３１Ｂを基板上のＸ方向に延びるように互いに平行に配置する。この場合、Ｘ方向に延びた第１乃至第８の組合せタッチパッドは、Ｙ方向に延びた第１乃至第８の組合せタッチパッドの間に入るように配置される。これにより、タッチパッドの表面積を大きく、また各ノードのＰＡＤ容量を均一にすることができる。

１〜４ 第１乃至第４のタッチパッド
１１ 基板 １２ 励起パッド １３ 第１のタッチパッド
１４ 第２のタッチパッド １５ 配線 １６ 交流電源
１７ 電荷増幅器 １８、１９ 配線
３０ 基板 ３１、３１Ａ，３１Ｂ 励起パッド ３２ 交流電源
３３ 選択回路 ３４ 電荷増幅器
ＣＩＮ１（Ａ）〜ＣＩＮ４（Ａ） 第１乃至第４の入力端子

Claims (12)

1. 励起パッドと、前記励起パッドを間に挟んで配置された第１及び第２のタッチパッドと、を備えたタッチパネルからの信号を処理するタッチパネルの信号処理装置であって、
   前記励起パッドに交流電圧を印加する交流電源と、
   前記第１のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第１の容量の容量値と前記第２のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第２の容量の容量値の差に応じた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タッチパネルの信号処理装置。
2. 前記電荷増幅器は、第１及び第２の入力端子を備えた差動増幅器と、第３及び第４の容量とを備え、
   前記第１のタッチパッド及び前記第３の容量の接続点が前記第１の入力端子に接続され、前記第２のタッチパッド及び第４の容量の接続点が前記第２の入力端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルの信号処理装置。
3. 第１乃至第４のタッチパッドと、前記第１乃至第４のタッチパッドの中から選ばれた１種類又は２種類のタッチパッドを含んで形成された複数の組み合わせタッチパッドと、前記各組み合わせタッチパッドの間に配置された励起パッドと、を備えたタッチパネルからの信号を処理するタッチパネルの信号処理装置であって、
   前記励起パッドに交流電圧を印加する交流電源と、
   前記第１及び第２のタッチパッドのペアと前記第３及び第４のタッチパッドのペアのいずれかの１つのペアを選択する選択回路と、
   前記選択回路によって選択された１つのペアの中、第１のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第１の容量の容量値と、前記選択回路によって選択された前記ペアの中、第２のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第２の容量の容量値の差に応じた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タッチパネルの信号処理装置。
4. 前記電荷増幅器は、第１及び第２の入力端子を備えた差動増幅器と、第３及び第４の容量とを備え、
   前記第１のタッチパッド及び前記第３の容量の接続点が前記第１の入力端子に接続され、前記第２のタッチパッド及び第４の容量の接続点が前記第２の入力端子に接続されることを特徴とする請求項３に記載のタッチパネルの信号処理装置。
5. 前記選択回路は、第１のフェーズでは前記第１及び第２のタッチパッドのペアを選択し、第２のフェーズでは前記第３及び第４のタッチパッドのペアを選択することを特徴とする請求項３又は４に記載のタッチパネルの信号処理装置。
6. 前記複数の組み合わせタッチパッドは、第１のタッチパッドからなる第１の組み合わせタッチパッドと、前記第１及び第３のタッチパッドからなる第２の組み合わせタッチパッドと、前記第３のタッチパッドからなる第３の組み合わせタッチパッドと、
   前記第３及び第２のタッチパッドからなる第４の組み合わせタッチパッドと、前記第２のタッチパッドからなる第５の組み合わせタッチパッドと、前記第２及び第４のタッチパッドからなる第６の組み合わせタッチパッドと、前記第４のタッチパッドからなる第７の組み合わせタッチパッドと、前記第４及び第１のタッチパッドからなる第８の組み合わせタッチパッドとを含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか３に記載のタッチパネルの信号処理装置。
7. 前記複数の組み合わせタッチパッドは、リング状、ライン状、マトリクス状のパターン
   に代表される任意のパターンを形成するように配置されたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のタッチパネルの信号処理装置。
8. ｎ種類（ｎは４以上の偶数）のタッチパッドと、前記ｎ種類のタッチパッドの中から選ばれた１種類又は２種類のタッチパッドを含んで形成された複数の組み合わせタッチパッドと、前記各組み合わせタッチパッドの間に配置された励起パッドと、を備えたタッチパネルからの信号を処理するタッチパネルの信号処理装置であって、
   前記励起パッドに交流電圧を印加する交流電源と、
   前記ｎ種類のタッチパッドは、ｎ／２個のタッチパッドのペアを形成し、これらのタッチパッドのペアの中からいずれか１つのペアを選択する選択回路と、
   前記選択回路によって選択された１つのペアの中、第１のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第１の容量の容量値と、前記選択回路によって選択された前記ペアの中、第２のタッチパッドと前記励起パッドの間に生じる第２の容量の容量値の差に応じた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タッチパネルの信号処理装置。
9. 前記電荷増幅器は、第１及び第２の入力端子を備えた差動増幅器と、第３及び第４の容量とを備え、
   前記第１のタッチパッド及び前記第３の容量の接続点が前記第１の入力端子に接続され、前記第２のタッチパッド及び第４の容量の接続点が前記第２の入力端子に接続されることを特徴とする請求項８に記載のタッチパネルの信号処理装置。
10. 前記電荷増幅器の出力をＡＤ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９のいずれかに記載のタッチパネルの信号処理装置。
11. 前記交流電源の交流電圧は、クロック信号電圧であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のタッチパネルの信号処理装置。
12. 第３及び第４の容量の容量値は、第１及び第２の容量の容量値と同程度または小さいことを特徴とする請求項２、４又は９のいずれかに記載のタッチパネルの信号処理装置。

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