JP2011034176A - 電荷増幅器及び静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ耐性を向上させるとともに、タッチ位置検出のためのデータ量を増加させるために適した静電容量型タッチセンサ用の電荷増幅器を提供する。
【解決手段】電荷増幅器１７は、第１乃至第１２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２を含んで構成される。このスイッチング回路は、電荷転送モード（ａ）と電荷蓄積モード（ｅ）との切り替えを行う時に、第１乃至第６の中間モード（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）を経由する。これらの中間モードにおいては、第１乃至第４の容量Ｃ１〜Ｃ４の各両端子の中、一方の端子についてのみ、その電圧印加状態又は接続状態のスイッチングが行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１及び第２の容量の容量差を電圧に変換する電荷増幅器と、この電荷増幅器を用いた静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路に関する。

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、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を図１３及び図１４に基づいて説明する。図１３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。

この静電容量型タッチセンサの動作を図１４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。

一方、人間の指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させることができる。

特開２００５−１９００５０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には、タッチ位置検出のためのデータ量が限られていた。

そこで、本発明は、ノイズ耐性を向上させるとともに、タッチ位置検出のためのデータ量を増加させるために適した静電容量型タッチセンサ用の回路を提供することを目的とする。

本発明の電荷増幅器は、第１のタッチパッドと第１の励起電極の間に生じる第１の容量と、第２のタッチパッドと前記第１の励起電極の間に生じる第２の容量の容量差に応じた出力電圧を生成する電荷増幅器であって、前記第１の容量と直列に一方の端子が接続された第３の容量と、前記第２の容量と直列に一方の端子が接続された第４の容量と、前記第３及び第４の容量のそれぞれの他方の端子が共通に接続された第２の励起電極と、差動増幅器と、前記差動増幅器の非反転入力端子と反転出力端子との間に接続された第１のフィードバック容量と、前記差動増幅器の反転入力端子と非反転出力端子との間に接続された第２のフィードバック容量と、電荷蓄積モードにおいて、前記第１の励起電極に励起電圧を印加し、前記第２の励起電極に接地電圧を印加し、前記第１及び第３の容量の接続ノードと前記第２及び第４の容量の接続ノードに励起電圧の１／２の電圧を印加し、前記差動増幅器の非反転入力端子及び反転入力端子に励起電圧の１／２の電圧を印加し、前記差動増幅器の非反転入力端子と反転出力端子とを短絡し、前記差動増幅器の反転入力端子と非反転出力端子とを短絡し、電荷転送モードにおいて、前記第１の励起電極に接地電圧を印加し、前記第２の励起電極に励起電圧を印加し、前記第１及び第３の容量の接続ノードを前記差動増幅器の非反転入力端子に接続し、前記第２及び第４の容量の接続ノードを前記差動増幅器の反転入力端子に接続するスイッチング回路と、を備え、前記スイッチング回路は、前記第１及び第３の容量の接続ノードにおける電荷量と前記第２及び第４の容量の接続ノードにおける電荷量とがそれぞれ保存されるように、前記電荷蓄積モードと前記電荷転送モードとの切り替えを行うことを特徴とする。

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は、前記電荷増幅器からのデジタル値に基づいてタッチ位置を検出することを特徴とする。

本発明の電荷増幅器及び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、電荷増幅器の出力電圧に基づいてタッチ位置を検出することにより、少ないタッチパッド数でより多くのポイントを検出し、タッチ位置のデータ量を飛躍的に増加させることができる。

また、前記電荷増幅器は、２つの容量の容量差を電圧に変換するものであるが、電荷保存則が成り立つようにスイッチング制御を適切に行うことにより、容量／電圧変換を正常に行うことができる。

静電容量型タッチセンサの基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電荷増幅器の回路図である。 電荷増幅器の動作タイミング図である。 電荷増幅器の動作を説明する図である。 電荷増幅器の動作を説明する図である。 電荷増幅器の入出力特性を示す図である。 静電容量型タッチセンサの基本構成を示す図である。 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を示す図である。 静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路の出力波形である。 電荷増幅器の出力電圧とタッチ位置角度θの関係を示す図である。 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信号処理回路を示す図である。 タッチセンサシステム構成を示す図である。 従来の静電容量型タッチセンサを示す図である。 従来の静電容量型タッチセンサの動作を説明する図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

［静電容量型タッチセンサの基本構成］
図１に示すように、ＰＣＢ基板などの基板１１上に、第１の励起電極１２と、この第１の励起電極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は電極の一種であり、これらの第１及び第２のタッチパッド１３，１４と第１の励起電極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と第１の励起電極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と第１の励起電極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。第１及び第２のタッチパッド１３，１４と第１の励起電極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、セラミック等の誘電体か、木、ゴム等の絶縁体で覆われていることが好ましい。

一方、信号処理回路（ＩＣ）側においては、第１の励起電極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。前記交流電源１６は、電荷増幅器１７の一部を構成するとみなすことができる。

電荷増幅器１７は、第１のタッチパッド１３と第１の励起電極１２の間の容量値Ｃ１と第２のタッチパッド１４と第１の励起電極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。

［電荷増幅器の具体的な構成例］
以下、電荷増幅器１７の具体的な構成例について、図２に基づいて説明する。図示のように、破線で囲まれた部分が前記基板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。電荷増幅器１７は、交流電源１６，２１、差動増幅器２２、電圧源２３、第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２、第５乃至第１２のスイッチＳＷ５〜ＳＷ１２を含んで構成される。

交流電源１６はスイッチＳＷ１，ＳＷ２で形成され、交流電源２１はスイッチＳＷ３，ＳＷ４で形成される。第１乃至第１２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２は、スイッチング回路を形成している。

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

また、第１の静電容量Ｃ１に直列に第３の静電容量Ｃ３の一方の端子が接続され、第２の静電容量Ｃ２に直列に第４の静電容量Ｃ４の一方の端子が接続される。ここで、Ｃ３，Ｃ４の容量値は等しく設定され、Ｃ１，Ｃ２と同程度であることが好ましい。

第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４のそれぞれの他方の端子は第２の励起電極１２Ｂに共通に接続されている。第２の励起電極１２Ｂには、交流電源２１が接続される。交流電源２１は、スイッチＳＷ３，ＳＷ４で形成される。交流電源２１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、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。

この場合、第１及び第４のスイッチＳＷ１，ＳＷ４のオン・オフは、クロックＣＬＫ２で制御され、第２及び第３のスイッチＳＷ２，ＳＷ３のオン・オフは、クロックＣＬＫ１で制御される。すなわち、クロックＣＬＫ２がＨレベルのとき、第１及び第４のスイッチＳＷ１，ＳＷ４はオンし、クロックＣＬＫ１がＨレベルのとき、第２及び第３のスイッチＳＷ２，ＳＷ３はオン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の接続ノードＮ２から引き出された配線が第７のスイッチＳＷ７を介して接続される。その反転入力端子（−）には、第２及び第４の静電容量Ｃ２，Ｃ４の接続ノードＮ１から引き出された配線が第８のスイッチＳＷ８を介して接続される。第７及び第８のスイッチＳＷ７，ＳＷ８のオン・オフは、クロックＣＬＫ２Ａで制御される。つまり、クロックＣＬＫ２ＡがＨレベルの時、第７及び第８のスイッチＳＷ７，ＳＷ８はオンし、クロックＣＬＫ２ＡがＬレベルの時、第７及び第８のスイッチＳＷ７，ＳＷ８はオフするように構成されている。

また、第９のスイッチＳＷ９は、第１の静電容量Ｃ１と第３の静電容量Ｃ３との接続ノードＮ２と励起電圧Ｖｒｅｆの１／２の電圧を発生する電圧源２３の間に設けられる。第１０のスイッチＳＷ１０は、第２の静電容量Ｃ２と第４の静電容量Ｃ４との接続ノードＮ１と前記電圧源２３の間に設けられる。第９及び第１０のスイッチＳＷ９，ＳＷ１０のオン・オフはクロックＣＬＫ１Ａで制御される。

クロックＣＬＫ１ＡがＨレベルの時、第９及び第１０のスイッチＳＷ９，ＳＷ１０はオンし、前記電圧源２３から電圧Ｖｒｅｆ／２が前記接続ノードＮ１，Ｎ２に印加され、クロックＣＬＫ１ＡがＬレベルの時、第９及び第１０のスイッチＳＷ９，ＳＷ１０はオフし、前記電圧印加は停止されるようになっている。

第１１のスイッチＳＷ１１は、差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）と前記電圧源２３の間に設けられる。第１２のスイッチＳＷ１２は、差動増幅器２２の反転入力端子（−）と前記電圧源２３の間に設けられる。第１１及び第１２のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２のオン・オフはクロックＣＬＫ１Ａで制御される。

クロックＣＬＫ１ＡがＨレベルの時、第１１及び第１２のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２はオンし、前記電圧源２３から、電圧Ｖｒｅｆ／２が差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）に印加され、クロックＣＬＫ１ＡがＬレベルの時、第１１及び第１２のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２はオフし、前記電圧印加は停止されるようになっている。

また、差動増幅器２２の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に第１のフィードバック容量Ｃｆ１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の容量値は等しく設定されることが好ましく、これをＣｆとする。

さらに、第５のスイッチＳＷ５は差動増幅器２２の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に接続され、第６のスイッチＳＷ６は差動増幅器２２の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に接続される。第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６のオン・オフは、クロックＣＬＫ１で制御される。すなわち、クロックＣＬＫ１がＨレベルの時、第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６はオンし、クロックＣＬＫ１がＬレベルの時、第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６はオフするように構成されている。

そして、第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンすると、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（−）とが短絡されるように構成されている。

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。

［電荷増幅器１７の動作説明］
次に、上述の電荷増幅器１７の動作を図３乃至図５に基づき説明する。スイッチング回路を構成している第１乃至第１２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２は、上述のように、それぞれ対応するクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ１Ａ、ＣＬＫ２Ａによって制御される。

これらのクロックの位相関係を図３に示す。図示のように、ＣＬＫ１とＣＬＫ２のＨレベルはオーバーラップせず、ＣＬＫ１ＡとＣＬＫ２ＡのＨレベルはオーバーラップしていない。また、ＣＬＫ１、ＣＬＫ２は、それぞれＣＬＫ１ＡとＣＬＫ２Ａに対して遅延されている。

そして、図４及び図５に示すように、電荷増幅器１７は、（ａ）〜（ｈ）という８個のモードを有しており、その中に、電荷転送モード（ａ）と電荷蓄積モード（ｅ）という２つの主要モードがある。第１乃至第３の中間モード（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、電荷転送モード（ａ）から電荷蓄積モード（ｅ）へ遷移する間に設けられた中間モードである。

第４乃至第６の中間モード（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、逆に、電荷蓄積モード（ｅ）から電荷転送モード（ａ）からへ遷移する間に設けられた中間モードである。これらの中間モードは、後述するように、第１の静電容量Ｃ１と第３の静電容量Ｃ３との接続ノードＮ２と、第２の静電容量Ｃ２と第４の静電容量Ｃ４との接続ノードＮ１のそれぞれにおいて、電荷を保存させるために設けられている。

図３には、（ａ）〜（ｈ）の８個のモードとクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ１Ａ、ＣＬＫ２Ａの関係が示されている。また、表１には、（ａ）〜（ｈ）の８個のモードと、クロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２、ＣＬＫ１Ａ、ＣＬＫ２Ａの状態、第１乃至第１２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２のオン・オフ状態の関係が示されている。なお、表１においては、オンを「ＯＮ」と、オフを「ＯＦＦ」と表記している。

先ず、電荷蓄積モード（ｅ）について説明する。この場合、交流電源１６の第１のスイッチＳＷ１がオフし、第２のスイッチＳＷ２がオンすることにより、第１及び第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２が共通接続された第１の励起電極１２に励起電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、交流電源２１の第４のスイッチＳＷ４がオフし、第３のスイッチＳＷ３がオンすることにより、第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４が共通接続された第２の励起電極１２Ｂに接地電圧（０Ｖ）が印加される。

また、第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンする。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。

また、第９及び第１０のスイッチＳＷ９，ＳＷ１０がオンする。これにより、第１の静電容量Ｃ１と第３の静電容量Ｃ３との接続ノードＮ２と、第２の静電容量Ｃ２と第４の静電容量Ｃ４との接続ノードＮ１に電圧Ｖｒｅｆ／２が印加される。

さらに、第１１及び第１２のスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２がオンする。これにより差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）に、電圧Ｖｒｅｆ／２が印加される。この場合、第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンしているので、差動増幅器２２の非反転出力端子（＋）及び反転出力端子（−）の電圧もＶｒｅｆ／２になる。

これにより、差動増幅器２２がリセットされた状態で第１乃至第４の容量Ｃ１〜Ｃ４が充電されることになる。

次に、電荷転送モード（ａ）について説明する。この場合、交流電源１６の第１のスイッチＳＷ１がオンし、第２のスイッチＳＷ２がオフすることにより、第１及び第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２が共通接続された第１の励起電極１２に接地電圧（０Ｖ）が印加される。また、交流電源２１の第４のスイッチＳＷ４がオンし、第３のスイッチＳＷ３がオフすることにより、第３及び第４の静電容量Ｃ３，Ｃ４が共通接続された第２の励起電極１２Ｂに励起電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６がオフする。

さらに、第９乃至第１２のスイッチＳＷ９〜ＳＷ１２はオフする。一方、第７及び第８のスイッチＳＷ７，ＳＷ８はオンする。これにより、第２の静電容量Ｃ２と第４の静電容量Ｃ４との接続ノードＮ１は、差動増幅器２２の反転入力端子（−）に接続され、第１の静電容量Ｃ１と第３の静電容量Ｃ３との接続ノードＮ２は、差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）に接続される。

この場合、第３の静電容量Ｃ３の容量値をＣ３とし、第４の静電容量Ｃ４の容量値をＣ３とすると、Ｃ３＝Ｃ４＝Ｃである。また、Ｃ１，Ｃ２の初期状態の容量値をＣとする。さらに、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。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。

これにより、電荷転送モード（ａ）におけるノードＮ１の電荷量は次式で与えられる。

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。

また、電荷転送モード（ｅ）におけるノードＮ１の電荷量は次式で与えられる。

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。

電荷転送モード（ａ）及び電荷蓄積モード（ｅ）において、電荷保存則が成り立つとすると、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、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６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。

上述のように、電荷増幅器１７の出力電圧Ｖｏｕｔが得られるためには、ノードＮ１及びノードＮ２のそれぞれに関して、電荷転送モード（ａ）及び電荷蓄積モード（ｅ）において、電荷保存則が成り立つことが前提になっている。そこで、そのような電荷保存則を成り立たせるための、第１乃至第６の中間モード（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）について説明する。

その要点は、第１乃至第１２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１２で構成されたスイッチング回路は、電荷転送モード（ａ）と電荷蓄積モード（ｅ）との切り替えを行う時に、第１乃至第４の容量Ｃ１〜Ｃ４の各両端子の中、一方の端子についてのみ、その電圧印加状態又は接続状態のスイッチングを行う複数の中間モードを経由することである。

先ず、電荷転送モード（ａ）を電荷蓄積モード（ｅ）に切り替える時には、第１乃至第３の中間モード（ｂ），（ｃ），（ｄ）を経由する。

第１の中間モード（ｂ）において、第７及び第８のスイッチＳＷ７，ＳＷ８がオフする。これにより、第１及び第３の容量の接続ノードＮ２と差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）との接続が解除され、第２及び第４の容量の接続ノードＮ１と差動増幅器２２の反転入力端子（−）との接続が解除される。つまり、第１乃至第４の容量Ｃ１〜Ｃ４は、差動増幅器２２から電気的に切り離される。

次の第２の中間モード（ｃ）において、第１及び第４のスイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフする。これにより、第１の励起電極１２への接地電圧の印加が停止され、第２の励起電極１２Ｂへの励起電圧Ｖｒｅｆの印加が停止される。つまり、第１乃至第４の容量Ｃ１〜Ｃ４は電気的にフローティング状態になる。

次の第３の中間モード（ｄ）において、第９乃至第１２のスイッチＳＷ９〜ＳＷ１２がオンする。これにより、第１及び第３の容量の接続ノードＮ２と第２及び第４の容量の接続ノードＮ１に電圧Ｖｒｅｆ／２が印加され、差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）に電圧Ｖｒｅｆが印加される。

次の電荷蓄積モード（ｅ）において、第２及び第３のスイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンする。これにより、第１の励起電極１２に励起電圧Ｖｒｅｆが印加され、第２の励起電極１２Ｂへの接地電圧が印加される。また、第５及び第６のスイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンする。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。

次に、電荷蓄積モード（ｅ）を電荷転送モード（ａ）に切り替える時には、第４乃至第６の中間モード（ｆ），（ｇ），（ｈ）を経由する。

第４の中間モード（ｆ）において、第９乃至第１２のスイッチＳＷ９〜ＳＷ１２がオフする。これにより、第１及び第３の容量の接続ノードＮ２と第２及び第４の容量の接続ノードＮ１への電圧Ｖｒｅｆ／２の印加が停止され、差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）への電圧Ｖｒｅｆの印加が停止される。

次の第５の中間モード（ｇ）において、第２及び第３のスイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフする。これにより、第１の励起電極１２への励起電圧Ｖｒｅｆの印加が停止され、第２の励起電極１２Ｂへの接地電圧の印加が停止される。つまり、第１乃至第４の容量Ｃ１〜Ｃ４は電気的にフローティング状態になる。これは、第２の中間モード（ｃ）と同じ状態である。

次の第６の中間モード（ｈ）において、第７及び第８のスイッチＳＷ７，ＳＷ８がオンする。これにより、第１及び第３の容量Ｃ１，Ｃ３の接続ノードＮ２は差動増幅器２２の非反転入力端子（＋）に接続される。また、第２及び第４の容量の接続ノードＮ１は、差動増幅器２２の反転入力端子（−）に接続される。

次の電荷転送モード（ａ）において、第１及び第４のスイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンする。これにより、第１の励起電極１２に接地電圧が印加され、第２の励起電極１２Ｂに励起電圧Ｖｒｅｆが印加される。

上述のスイッチング回路の構成によれば、電荷転送モード（ａ）及び電荷蓄積モード（ｅ）において、電荷保存則が成り立ち、図６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。

また、電荷転送モード（ａ）から電荷蓄積モード（ｅ）に遷移する際に、交流電源１６の第１及び第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が両方ともオフし、交流電源２１の第３及び第４のスイッチＳＷ３，ＳＷ４が両方ともオフする期間（第２及び第３の中間モード（ｂ），（ｃ））が設けられているので、交流電源１６，２１の電源ショートを防止して、消費電流を削減することができる。同様に、電荷蓄積モード（ｅ）から電荷転送モード（ａ）に遷移する際に、交流電源１６の第１及び第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が両方ともオフし、交流電源２１の第３及び第４のスイッチＳＷ３，ＳＷ４が両方ともオフする期間（第５及び第６の中間モード（ｇ），（ｈ））が設けられている。

次に、図１に基づいて静電容量型タッチセンサの動作原理について説明する。以下では、第１及び第２のタッチパッド１３，１４と第１の励起電極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２０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と第１の励起電極１２の間の電界が変化し、第１のタッチパッド１３と第１の励起電極１２の間の容量値Ｃ１が、第２のタッチパッド１４と第１の励起電極１２との間の容量値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、第１の励起電極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１３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を第１の励起電極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と第１の励起電極１２の間の電界が変化し、第２のタッチパッド１４と第１の励起電極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。

上記静電容量型タッチセンサによれば、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のタッチ位置をリニア検出（アナログ検出）することもできる。

また、上記静電容量型タッチセンサによれば、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は電界を遮断することになり、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、図７（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の励起電極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、第１の励起電極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）

また、図７（ｂ）に示すように、人間の指２０を第１の励起電極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）

そして、図７（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１の励起電極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、第１の励起電極１２から出発して第２のタッチパッド１４に終端する電気力線の本数が減少する。これにより、容量値Ｃ２は容量値Ｃ１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。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態として、上述の電荷増幅器１７を用いた静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路について説明する。これは、４個の入力でタッチパネル上の８個以上のポイントの位置検出を可能にしたものである。以下の説明は、誘電体モデルに基づいている。

まず、静電容量型タッチセンサ（タッチパネル）の構成について図８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１つの円周上に配列されている。

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右回りに配置される。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８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電極３１（電極）が配置されている。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の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４に接続される。また、励起電極３１は配線によって、励起端子ＥＸＣに接続される。

次に、信号処理回路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、励起電極３１に交流電圧が供給される。交流電源３２は、前記交流電源１６と同じ回路である。

第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４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の出力端子ＣＯ１，ＣＯ２を介して出力される第１及び第２のタッチパッド１，２のペアからの信号と、第３及び第４の出力端子ＣＯ３，ＣＯ４を介して出力される第３及び第４のタッチパッド３，４のペアからの信号のいずれか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電極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電極３１の間に生じる第２の容量値の差に応じた電圧（アナログ値）を生成する。（数５参照）

即ち、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と励起電極３１の間に生じる第１の容量値と、第２のタッチパッド２と励起電極３１の間に生じる第２の容量値の差に応じた第１の出力電圧Ｖ１を生成する。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、第１の容量値と第２の容量値は等しくなるように設定されている。

同様に、第３及び第４のタッチパッド３，４のペアが選択されたとすると、電荷増幅器３４は、第３のタッチパッド３と励起電極３１の間に生じる第３の容量値と、第４のタッチパッド４と励起電極３１の間に生じる第４の容量値の差に応じた第２の出力電圧Ｖ２を生成する。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、第３の容量値と第４の容量値は等しくなるように設定されている。

そして、電荷増幅器３４の次段には、電荷増幅器３４の出力電圧をアナログ値からデジタル値に変換するデルタシグマ型ＡＤ変換器３５が設けられる。なお、選択回路３３を削除し、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のペアに対応して、２個の電荷増幅器を設けても良い。

上述の信号処理回路の動作について表２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により制御される。今、人間の指が第１のポイントＰ１，即ち、第１の組合せタッチパッド（１，１）の中央にタッチすると、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、前述の動作原理によれば、第１のタッチパッド１と励起電極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）にタッチしているので、第３のタッチパッド３と励起電極３１の間に生じる容量値と、第４のタッチパッド４と励起電極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、人間の指が第２のポイントＰ２，即ち、第２の組合せタッチパッド（１，３）の中央にタッチすると、フェーズ１では第１のタッチパッド１と励起電極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と励起電極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、人間の指が第３のポイントＰ３、即ち、第３の組合せタッチパッド（３，３）の中央にタッチすると、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と励起電極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。

人間の指が第４のポイントＰ４、即ち、第４の組合せタッチパッド（３，２）の中央にタッチすると、フェーズ１では、第２のタッチパッド２と励起電極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と励起電極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、人間の指が第５のポイントＰ５、即ち、第５の組合せタッチパッド（２，２）の中央にタッチすると、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（−，０）となる。人間の指が第６のポイントＰ６、即ち、第６の組合せタッチパッド（２，４）の中央にタッチすると、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（−，−）となる。人間の指が第７のポイントＰ７、即ち、第７の組合せタッチパッド（４，４）の中央にタッチすると、フェーズ１、２の電荷増幅器３４の出力は（０，−）となる。人間の指が第８のポイントＰ８、即ち、第８の組合せタッチパッド（４，１）の中央にタッチすると、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（ＣＯ１〜ＣＯ４）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値を用いればよいが、電荷増幅器３４は、数５で表されるように、容量差ΔＣに応じたアナログ電圧を出力するため、そのアナログ電圧を用いてさらに多数のポイントを検出することが可能である。

以下、このような多数ポイントの検出について詳しく説明する。図８に示すように、第１の組合せタッチパッド（１，１）の中心と第５の組合せタッチパッド（２，２）の中心とを結ぶ線をｙ軸とする。そして、第３の組合せタッチパッド（３，３）の中心と第７の組合せタッチパッド（４，４）の中心とを結ぶ線をｘ軸とする。ｘ軸とｙ軸とは直交している。

今、人間の指のタッチ位置とｙ軸のなす角度をθとする。ｙ軸に対して右回りがプラスの角度、軸に対して左回りがマイナスの角度となる。このように定義されたθをタッチ位置角度と呼ぶことにする。また、フェーズ１における電荷増幅器３４の第１の出力電圧をＶ１とし、フェーズ２における電荷増幅器３４の第２の出力電圧をＶ２とする。

すると、電荷増幅器３４の第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、図９、図１０に示すようにθに対して連続的に変化する。この場合、第１の出力電圧Ｖ１はｃｏｓθで近似される。一方、第２の出力電圧Ｖ２は、ｓｉｎθで近似される。ここで、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅（ｃｏｓθ、ｓｉｎθの係数）は「１」に規格化されている。

例えば、θ＝０°の場合は、第１のポイントＰ１に対応し、（Ｖ１，Ｖ２）＝（１，０）である。θ＝４５°の場合は、第２のポイントＰ２に対応し、（Ｖ１，Ｖ２）＝（１／√２，１／√２）である。θ＝４５°の場合は、第２のポイントＰ２に対応し、出力電圧（Ｖ１，Ｖ２）＝（１／√２，１／√２）である。

θ＝９０°の場合は、第３のポイントＰ３に対応し、（Ｖ１，Ｖ２）＝（０，１）である。θ＝−４５°の場合は、第８のポイントＰ８に対応し、（Ｖ１，Ｖ２）＝（１／√２，−１／√２）である。

従って、このような関係により、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２からタッチ位置角度θを算出することができる。タッチ位置角度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。

この場合、図９から分かるように、Ｖ２／Ｖ１の値からタッチ位置角度θは一意的には決定することはできない。例えば、第２のポイントＰ２（θ＝４５°）と第６のポイントＰ６（θ＝−１３５°）におけるＶ１／Ｖ２＝ｔａｎθの値は、いずれも「１」である。しかしながら、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の極性（＋，−）を用いれば、タッチ位置角度θを一意的に決定することが可能である。例えば、第２のポイントＰ２では、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の極性は両方ともプラス（＋）である。一方、第６のポイントＰ６では、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の極性は両方ともマイナス（−）である。（図１０参照）

即ち、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の極性から、タッチ位置角度θが、図１０の４つの象限の中でどの象限にあるかを決定することができる。（Ｖ１，Ｖ２）＝（＋、＋）の場合は０°＜θ＜９０°、（Ｖ１，Ｖ２）＝（−、＋）の場合は９０°＜θ＜１８０°であり、（Ｖ１，Ｖ２）＝（＋、−）の場合は、−９０°＜θ＜０°、（Ｖ１，Ｖ２）＝（−、−）の場合は、−１８０°＜θ＜−９０°である。従って、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づき、タッチ位置角度θの範囲が特定されれば、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１）の関係からタッチ位置角度θを一意的に決定することができる。

上述のような、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１）と、Ｖ１，Ｖ２の極性からθを算出するアルゴリズムは、電荷増幅器３４のアナログ値である出力電圧Ｖ１，Ｖ２をスイッチト・キャパシタ回路で構成されたデルタシグマ型ＡＤ変換器３５（例えば、１６ビットの変換器）により、アナログ値からデジタル値に変換し、マイクロコンピュータ等のデジタル演算回路を用いて実行する。この場合、タッチ位置角度θの検出精度は、デルタシグマ型ＡＤ変換器３５の分解能に依存することになる。

デルタシグマ型ＡＤ変換器３５は、デルタシグマ・モデレータを用いた回路であるが、電荷増幅器３４と同様に、スイッチト・キャパシタ回路で構成することができ、スイッチのオン・オフを制御するクロック（サンプリングクロック等）の共通化、回路計式の統一化による設計効率の向上、回路規模の削減等の効果を得ることができる。

上述の静電容量型タッチセンサは、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１つの円周上に配列したものであるが、図１１に示すように同じ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）を同じ順番で直線上に配置しても良い。その他の構成は、図８の構成と同じであり、その動作も全く同じである。

電荷増幅器３４の第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２からタッチ位置を求めることができる。即ち、第１の組合せパッド（１，１）の中央の第１のポイントＰ１を原点（ｚ＝０）とし、第１のポイントＰ１から第２のポイントＰ２の方向に向かう直線上のタッチ位置座標をｚとする。すると、第１の出力電圧Ｖ１はｃｏｓｚで近似される。一方、第２の出力電圧Ｖ２は、ｓｉｎｚで近似される。従って、同様に、ｚ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖ２／Ｖ１）と、（Ｖ１，Ｖ２）の極性からタッチ位置座標ｚを算出することができる。

［タッチセンサシステムの構成例］
タッチセンサシステムは、図１２に示すように、信号処理回路５０、タッチパネル５１、マイクロコンピュータ５２を含んで構成される。タッチパネル５１は、図８又は図１１に示したタッチパネルである。信号処理回路５０は、選択回路３３、電荷増幅器３４、１６ビットのデルタシグマＡＤ変換器３５、駆動回路３６、制御回路３７、Ｉ^２Ｃインターフェース回路３８、基準電圧発生回路３９、パワーオンリセット回路４０、発振器４１、調整回路４２、ＥＥＰＲＯＭ４３、第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４、駆動端子ＣＤＲＶ、シリアルクロック端子ＳＣＬ、シリアルデータ端子ＳＤＡ、電源端子ＶＤＤ、接地端子ＶＳＳ、割り込み端子ＩＮＴを含んで構成される。

第１乃至第４の入力端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４には、それぞれタッチパネル５１の第１乃至第４の出力端子ＣＯ１〜ＣＯ４からの信号が入力される。選択回路３３は、第１及び第２の入力端子ＣＩＮ１，ＣＩＮ２と、第３及び第４の入力端子ＣＩＮ３，ＣＩＮ４のいずれかのペアを選択する。

選択回路３３の出力は電荷増幅器３４に入力される。電荷増幅器３４は、前述の第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を出力する。デルタシグマ型ＡＤ変換器３５は、第１及び第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２をデジタル値に変換する。制御回路３７は、信号処理回路５０の全体を制御する回路である。デルタシグマ型ＡＤ変換器３５の出力は、制御回路３７、Ｉ^２Ｃインターフェース回路３８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５２に転送される。

この場合、デルタシグマ型ＡＤ変換器３５の出力は、シリアルクロックに同期してマイクロコンピュータ５２にシリアル転送されることになる。マイクロコンピュータ５２のＲＯＭには、第１及び第２の実施形態で説明したタッチパネル５１上のタッチ位置角度θ、あるいはタッチ位置座標ｚを算出するアルゴリズムに対応したプログラムが格納されている。マイクロコンピュータ５２は、そのプログラムを実行することにより、タッチパネル５１上のタッチ位置角度θ、あるいはタッチ位置座標ｚを算出する。

駆動回路３６は、交流電源３２を含んで構成され、駆動端子ＣＤＲＶを介してタッチパネル５１の励起端子ＥＸＣに交流電圧を供給する。基準電圧発生回路３９は、駆動回路３６で用いられる励起電圧Ｖｒｅｆを発生する。

パワーオンリセット回路４０は、電源投入時にシステムをリセットする回路である。発振器４１は、システムクロックを発生する回路である。調整回路４２は、電荷増幅器３４のオフセット量を調整する回路である。ＥＥＰＲＯＭ４３は、オフセット量を調整するための調整データを保存するメモリである。

１〜４ 第１乃至第４のタッチパッド
１１ 基板 １２ 第１の励起電極 １２Ｂ 第２の励起電極
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 励起電極 ３２ 交流電源
３３ 選択回路 ３４ 電荷増幅器 ３４ａ 電圧増幅器
３５ デルタシグ型マＡＤ変換器 ３６ 駆動回路 ３７ 制御回路
３８ Ｉ^２Ｃインターフェース回路 ３９ 基準電圧発生回路
４０ パワーオンリセット回路 ４１ 発振器 ４２ 調整回路
４３ ＥＥＰＲＯＭ ５０ 信号処理回路 ５１ タッチパネル
５２ マイクロコンピュータ ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４ 第１至第４の入力端子
ＣＤＲＶ 駆動端子 Ｃ１〜Ｃ４ 第１乃至第４の静電容量
ＳＷ１〜ＳＷ１２ 第１乃至第１２のスイッチ

Claims (6)

1. 第１のタッチパッドと第１の励起電極の間に生じる第１の容量と、第２のタッチパッドと前記第１の励起電極の間に生じる第２の容量の容量差に応じた出力電圧を生成する電荷増幅器であって、
   前記第１の容量と直列に一方の端子が接続された第３の容量と、
   前記第２の容量と直列に一方の端子が接続された第４の容量と、
   前記第３及び第４の容量のそれぞれの他方の端子が共通に接続された第２の励起電極と、
   差動増幅器と、
   前記差動増幅器の非反転入力端子と反転出力端子との間に接続された第１のフィードバック容量と、
   前記差動増幅器の反転入力端子と非反転出力端子との間に接続された第２のフィードバック容量と、
   電荷蓄積モードにおいて、前記第１の励起電極に励起電圧を印加し、前記第２の励起電極に接地電圧を印加し、前記第１及び第３の容量の接続ノードと前記第２及び第４の容量の接続ノードに励起電圧の１／２の電圧を印加し、前記差動増幅器の非反転入力端子及び反転入力端子に励起電圧の１／２の電圧を印加し、前記差動増幅器の非反転入力端子と反転出力端子とを短絡し、前記差動増幅器の反転入力端子と非反転出力端子とを短絡し、
   電荷転送モードにおいて、前記第１の励起電極に接地電圧を印加し、前記第２の励起電極に励起電圧を印加し、前記第１及び第３の容量の接続ノードを前記差動増幅器の非反転入力端子に接続し、前記第２及び第４の容量の接続ノードを前記差動増幅器の反転入力端子に接続するスイッチング回路と、を備え、
   前記スイッチング回路は、前記第１及び第３の容量の接続ノードにおける電荷量と前記第２及び第４の容量の接続ノードにおける電荷量とがそれぞれ保存されるように、前記電荷蓄積モードと前記電荷転送モードとの切り替えを行うことを特徴とする電荷増幅器。
2. 前記スイッチング回路は、前記電荷蓄積モードと前記電荷転送モードとの切り替えを行う時に、前記第１乃至第４の容量の各両端子の中、一方の端子についてのみ、その電圧印加状態又は接続状態のスイッチングを行う複数の中間モードを経由することを特徴とする請求項１に記載の電荷増幅器。
3. 前記スイッチング回路は、前記電荷転送モードを前記電荷蓄積モードに切り替える時には、前記第１及び第３の容量の接続ノードと前記差動増幅器の非反転入力端子との接続を解除し、前記第２及び第４の容量の接続ノードと前記差動増幅器の反転入力端子との接続を解除する第１の中間モードと、
   前記励起電圧及び接地電圧の印加を停止する第２の中間モードと、
   前記第１及び第３の容量の接続ノードと前記第２及び第４の容量の接続ノードに励起電圧の１／２の電圧を印加し、前記差動増幅器の非反転入力端子及び反転入力端子に励起電圧の１／２の電圧を印加する第３の中間モードと、をこの順番に経由することを特徴とする請求項２に記載の電荷増幅器。
4. 前記スイッチング回路は、前記電荷蓄積モードを前記電荷転送モードに切り替える時には、励起電圧の１／２の電圧の印加を停止する第４の中間モードと、
   前記励起電圧及び接地電圧の印加を停止する第５の中間モードと、
   前記第１及び第３の容量の接続ノードを前記差動増幅器の非反転入力端子に接続し、前記第２及び第４の容量の接続ノードを前記差動増幅器の反転入力端子に接続する第６の中間モードと、をこの順番に経由することを特徴とする請求項２又は３に記載の電荷増幅器。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電荷増幅器、を備え、前記電荷増幅器からの出力電圧に基づいてタッチ位置を検出す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。
6. 前記電荷増幅器の出力電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、を備え、前記ＡＤ変換器からのデジタル値に基づいてタッチ位置を検出することを特徴とする請求項５に記載の静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路。

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