JP2014164607A - Electrostatic capacity type touch sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、接触を電気的に検知する静電容量型タッチセンサに関する。 The present disclosure relates to a capacitive touch sensor that electrically detects contact.
近年、携帯機器の発達に伴い、その入力方法として静電容量型タッチセンサの技術開発が急速に進んでいる。 In recent years, with the development of portable devices, the technological development of capacitive touch sensors as the input method is rapidly progressing.
非特許文献1,2には、検出電極に人の指等が近づくと、容量結合による容量値の変化によって検出電極の電圧が変化することを利用して、パネル上に配置された検出電極の電圧変化をセンシングすることによって、タッチの有無などを検知する静電容量型タッチセンサが開示されている。 In Non-Patent Documents 1 and 2, the detection electrode arranged on the panel is used by utilizing the fact that the voltage of the detection electrode changes due to the change in the capacitance value due to capacitive coupling when a human finger or the like approaches the detection electrode. A capacitive touch sensor that detects the presence or absence of a touch by sensing a voltage change is disclosed.
非特許文献1,2で開示された回路構成では、検出電極とその電圧を増幅する増幅器の他に、検出電極をプリチャージするためのプリチャージトランジスタおよびプリチャージ線、読み出しトランジスタ、および結合用パルスを提供する結合パルス線を備えている。その一方で、携帯情報機器の小型化や薄型化等に伴い、より簡易な構成の静電容量型タッチセンサが求められている。 In the circuit configurations disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, in addition to the detection electrode and the amplifier that amplifies the voltage, a precharge transistor and a precharge line for precharging the detection electrode, a read transistor, and a coupling pulse Provided with a combined pulse line. On the other hand, with the miniaturization and thinning of portable information devices, there is a demand for a capacitive touch sensor with a simpler configuration.
本開示は、タッチ電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサについて、より簡易な構成を提供する。 The present disclosure provides a simpler configuration for a capacitive touch sensor using capacitive coupling between a touch electrode and a human finger or the like.
本開示の一態様では、タッチセンサエレメントを備えた静電容量型タッチセンサにおいて、タッチセンサエレメントは、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極と、入力端がタッチ電極に接続されたタッチ検出器とを備え、タッチ検出器は、当該タッチ検出器の入力端と接続された入力端子と、当該タッチ検出器の出力端と接続された出力端子とを有する増幅器と、増幅器の入力端子と出力端子との間に設けられており、オンオフ動作によって、入力端子と出力端子との間の電気的接続/非接続を切替可能であるイコライズスイッチとを備えている。 In one aspect of the present disclosure, in a capacitive touch sensor including a touch sensor element, the touch sensor element includes a touch electrode that forms a capacitance with a ground, and touch detection in which an input end is connected to the touch electrode. A touch detector, an amplifier having an input terminal connected to an input end of the touch detector, an output terminal connected to an output end of the touch detector, an input terminal of the amplifier, and an output An equalizing switch is provided between the input terminal and the terminal, and can be switched between electrical connection / disconnection between the input terminal and the output terminal by an on / off operation.
この態様によると、タッチ検出器において、イコライズスイッチがオン状態になることによって増幅器の入出力端子が短絡され、このときの入出力端子の電圧がタッチ電極に与えられる。すなわち、増幅器のイコライズ動作によって、タッチ電極のプリチャージが行われる。その後、イコライズスイッチがオフ状態になると、タッチ電極の電圧が増幅器によって増幅される状態になり、人の指が近づく等によってタッチ電極の電圧が変化したとき、その電圧変化が増幅器によって増幅され、タッチ検出器の出力として得られる。すなわち、タッチ電極をプリチャージするための回路と、タッチによる電極の電位変動を検出する回路が共用できる。したがって、タッチセンサエレメントを簡易な構成で実現することができる。 According to this aspect, in the touch detector, the input / output terminal of the amplifier is short-circuited when the equalizing switch is turned on, and the voltage of the input / output terminal at this time is applied to the touch electrode. In other words, the touch electrode is precharged by the equalizing operation of the amplifier. After that, when the equalize switch is turned off, the voltage of the touch electrode is amplified by the amplifier. When the voltage of the touch electrode changes due to the approach of a person's finger or the like, the voltage change is amplified by the amplifier and touched. Obtained as detector output. That is, a circuit for precharging the touch electrode and a circuit for detecting the potential fluctuation of the electrode due to the touch can be shared. Therefore, the touch sensor element can be realized with a simple configuration.
本開示によると、検出電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサを、より簡易な構成によって実現することができる。 According to the present disclosure, a capacitive touch sensor using capacitive coupling between a detection electrode and a human finger or the like can be realized with a simpler configuration.
本開示に係る第1形態は、タッチセンサエレメントを備えた静電容量型タッチセンサであって、このタッチセンサエレメントは、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極と、入力端がタッチ電極に接続されたタッチ検出器とを備え、タッチ検出器は、当該タッチ検出器の入力端と接続された入力端子と、当該タッチ検出器の出力端と接続された出力端子とを有する増幅器と、増幅器の入力端子と出力端子との間に設けられており、オンオフ動作によって、入力端子と出力端子との間の電気的接続/非接続を切替可能であるイコライズスイッチとを備えている。 A first embodiment according to the present disclosure is a capacitive touch sensor including a touch sensor element. The touch sensor element includes a touch electrode that forms a capacitance between the touch sensor element and a ground. An amplifier having an input terminal connected to an input terminal of the touch detector, an output terminal connected to an output terminal of the touch detector, and an amplifier. And an equalizing switch capable of switching electrical connection / disconnection between the input terminal and the output terminal by an on / off operation.
この形態によると、増幅器のイコライズ動作によって、タッチ電極のプリチャージが行われる。このため、タッチ電極をプリチャージするための回路と、タッチによる電極の電位変動を検出する回路が共用できる。したがって、別途トランジスタや配線が不要となり、タッチセンサエレメントを簡易な構成で実現することができる。 According to this embodiment, the touch electrode is precharged by the equalizing operation of the amplifier. For this reason, a circuit for precharging the touch electrode and a circuit for detecting the potential fluctuation of the electrode due to the touch can be shared. Therefore, a separate transistor and wiring are not necessary, and the touch sensor element can be realized with a simple configuration.
本開示に係る第2形態は、第1形態において、タッチセンサエレメントは、タッチ電極とグランドとの間の容量に所定の電圧を充電するイコライズ動作と、タッチ電極とグランドとの間の電圧の変化の有無を検出するセンシング動作とを行うものであり、タッチ検出器は、イコライズ動作において、イコライズスイッチをオン状態にし、センシング動作において、イコライズスイッチをオフ状態にする。 According to a second form of the present disclosure, in the first form, the touch sensor element has an equalization operation in which a capacitance between the touch electrode and the ground is charged with a predetermined voltage, and a voltage change between the touch electrode and the ground. The touch detector turns on the equalizing switch in the equalizing operation and turns off the equalizing switch in the sensing operation.
この形態によると、イコライズスイッチのオンオフ動作によって、タッチエレメントのイコライズ動作とセンシング動作とを実行することができる。 According to this embodiment, the equalizing operation and the sensing operation of the touch element can be executed by the on / off operation of the equalizing switch.
本開示に係る第3形態は、第2形態において、第1方向に延びるように形成されたタッチ電極が並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントを備え、複数のタッチセンサエレメントは、第1エレメント群と第2エレメント群とに分けられており、かつ、第1エレメント群がイコライズ動作を行っているとき、第2エレメント群はセンシング動作を行い、第2エレメント群がイコライズ動作を行うとき、第1エレメント群はセンシング動作を行うよう制御される。 A third form according to the present disclosure includes a plurality of touch sensor elements arranged so that touch electrodes formed so as to extend in the first direction are arranged in parallel in the second form, and the plurality of touch sensor elements include: When the first element group is divided into the first element group and the second element group, and the first element group is performing the equalizing operation, the second element group performs the sensing operation, and the second element group performs the equalizing operation. At this time, the first element group is controlled to perform a sensing operation.
この形態によると、インターリーブ動作によって、いつタッチ動作が行われても、それを検出することが可能となる。 According to this form, it becomes possible to detect any time a touch operation is performed by the interleave operation.
本開示に係る第4形態は、第1形態において、タッチセンサエレメントを、複数個、備えており、第1方向に延びるように形成されたタッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントからなる第1エレメント群と、第1方向と異なる第2方向に延びるように形成されたタッチ電極が並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントからなる第2エレメント群とを備えている。 According to a fourth embodiment of the present disclosure, in the first embodiment, a plurality of touch sensor elements are provided, and a plurality of touch electrodes formed so as to extend in the first direction are arranged in parallel. A first element group composed of touch sensor elements, and a second element group composed of a plurality of touch sensor elements arranged so that touch electrodes formed to extend in a second direction different from the first direction are arranged in parallel. I have.
この形態によると、2方向におけるタッチ位置を確実に検出することができる。 According to this embodiment, it is possible to reliably detect the touch position in two directions.
本開示に係る第5形態は、第4形態において、第1および第2方向と異なる第3方向に延びるように形成されたタッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数のタッチセンサエレメントからなる、第3エレメント群を備えている。 According to a fifth embodiment of the present disclosure, in the fourth embodiment, touch electrodes formed so as to extend in a third direction different from the first and second directions are arranged from a plurality of touch sensor elements arranged in parallel. The third element group is provided.
この形態によると、3方向におけるタッチ位置を確実に検出することができ、マルチタッチの際のゴースト位置検出を回避することができる。 According to this aspect, the touch position in the three directions can be reliably detected, and the ghost position detection at the time of multi-touch can be avoided.
本開示に係る第6形態は、第4形態において、第1エレメント群を構成する各タッチセンサエレメントの出力をパラレルに入力し、入力された各タッチセンサエレメントの出力を1ビットずつシリアル出力するシフトレジスタを備えている。 A sixth mode according to the present disclosure is a shift in which the output of each touch sensor element configuring the first element group is input in parallel and the output of each input touch sensor element is serially output bit by bit in the fourth mode. It has a register.
この形態によると、タッチセンサ出力を小ビット幅で送ることが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to send the touch sensor output with a small bit width.
本開示に係る第7形態は、第1形態において、タッチ検出器は、当該タッチ検出器の出力端に接続されており、センシング動作において、タッチ無しの場合における当該タッチ検出器の出力端の電位を所定の論理レベルにするオフセット設定手段を備えたものである。 According to a seventh aspect of the present disclosure, in the first aspect, the touch detector is connected to the output end of the touch detector, and the potential of the output end of the touch detector when there is no touch in the sensing operation. Is provided with an offset setting means for setting to a predetermined logic level.
この形態によると、タッチセンサエレメントの出力から、タッチの有無を確実に検出することが可能となる。 According to this aspect, it is possible to reliably detect the presence or absence of a touch from the output of the touch sensor element.
本開示に係る第8形態は、第1形態において、グランドとの間に容量を形成するリファレンス電極を備え、タッチ検出器は、増幅器として、逆相入力端子が当該タッチ検出器の入力端と接続され、正相入力端子がリファレンス電極と接続されている差動増幅器を備え、イコライズスイッチは、差動増幅器の逆相入力端子と出力端子との間に設けられている。 An eighth form according to the present disclosure includes, in the first form, a reference electrode that forms a capacitance with the ground, and the touch detector is connected as an amplifier with a negative-phase input terminal connected to an input terminal of the touch detector. The differential amplifier includes a positive phase input terminal connected to the reference electrode, and the equalizing switch is provided between the negative phase input terminal and the output terminal of the differential amplifier.
この形態によると、タッチ検出器を差動増幅器で構成することが可能となり、かつ、グランド電位の変動の影響を抑制することが可能となる。 According to this embodiment, the touch detector can be configured with a differential amplifier, and the influence of fluctuations in the ground potential can be suppressed.
本開示に係る第9形態は、第8形態において、所定電位を発生する電源に接続されており、リファレンス電極を静電気的にシールドするシールド電極をさらに備えている。 According to a ninth embodiment of the present disclosure, in the eighth embodiment, the ninth embodiment further includes a shield electrode that is connected to a power source that generates a predetermined potential and electrostatically shields the reference electrode.
この形態によると、リファレンス電極に電磁波等が影響を与えることを遮断できるため、タッチセンサエレメントの出力をさらに安定させることができる。 According to this embodiment, since the electromagnetic wave or the like can be prevented from affecting the reference electrode, the output of the touch sensor element can be further stabilized.
本開示に係る第10形態は、第1形態において、タッチセンサエレメントは、一方の入力がタッチ検出器の出力端と接続され、他方の入力に所定の参照電圧が与えられる差動比較器を備えている。 According to a tenth aspect of the present disclosure, in the first aspect, the touch sensor element includes a differential comparator in which one input is connected to the output terminal of the touch detector and a predetermined reference voltage is given to the other input. ing.
この形態によると、タッチセンサエレメントの出力から、タッチの有無を確実に検出することが可能となる。 According to this aspect, it is possible to reliably detect the presence or absence of a touch from the output of the touch sensor element.
本開示に係る第11形態は、第10形態において、タッチセンサエレメントは、差動比較器を複数個備えており、複数の差動増幅器は、所定の参照電圧が互いに異なっている。 According to an eleventh aspect of the present disclosure, in the tenth aspect, the touch sensor element includes a plurality of differential comparators, and the plurality of differential amplifiers have different predetermined reference voltages.
この形態によると、タッチセンサエレメントの出力から、タッチなし、タッチあり、タッチ離れあり、等の複数の状態を検出することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to detect a plurality of states such as no touch, touch, and touch separation from the output of the touch sensor element.
本開示に係る第12形態は、第1形態において、タッチセンサエレメントは、タッチ検出器の出力端と接続されており、出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器を備えている。 According to a twelfth aspect of the present disclosure, in the first aspect, the touch sensor element is connected to the output end of the touch detector, and includes a current direction detector that detects the direction of the output current at the output end.
この形態によると、タッチ検出器の出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器によって、より短時間で高精度なタッチ検出が可能となる。 According to this aspect, the current direction detector that detects the direction of the output current at the output end of the touch detector enables highly accurate touch detection in a shorter time.
本開示に係る第13形態は、第12形態において、電流方向検出器は、タッチ検出器の出力電流をバイアス電流として用いる電流制御発振器と、電流制御発振器の発振周波数をカウントするカウンタとを備えている
この形態によると、電流方向検出器をデジタル的に構成できるとともに、背景雑音の影響を排除した高精度なタッチ認識が可能となる。
According to a thirteenth embodiment of the present disclosure, in the twelfth embodiment, the current direction detector includes a current control oscillator that uses the output current of the touch detector as a bias current, and a counter that counts the oscillation frequency of the current control oscillator. According to this embodiment, the current direction detector can be configured digitally, and highly accurate touch recognition that eliminates the influence of background noise is possible.
本開示に係る第14形態は、静電容量型タッチセンサであって、グランドとの間に容量を形成するタッチ電極をそれぞれ有しており、アレイ状に配置された複数のセンサインセル部と、列毎に配置され、当該列のセンサインセル部の出力と、バススイッチを介して接続されたカラムバスと、行毎に配置され、当該行のバススイッチのオンオフ動作を制御する行選択信号を送るための行選択信号線と、行毎に配置され、当該行のセンサインセル部のイコライズ動作を制御するイコライズ信号を送るためのイコライズ信号線とを備え、センサインセル部は、入力端がタッチ電極に接続され、出力端がバススイッチに接続された増幅器と、増幅器の入力端子と出力端子との間に設けられており、入力端子と出力端子との間の電気的接続/非接続をイコライズ信号に応じて切り替えるイコライズスイッチとを備えている。 A fourteenth aspect according to the present disclosure is a capacitive touch sensor, each having a touch electrode that forms a capacitance with a ground, and a plurality of sensor in-cell portions arranged in an array, In order to send a row selection signal for controlling the on / off operation of the bus switch of each row, arranged for each column and output from the sensor in-cell portion of that column, the column bus connected via the bus switch, and arranged for each row Row selection signal lines and an equalization signal line that is arranged for each row and transmits an equalization signal for controlling the equalization operation of the sensor in-cell portion of the row. The sensor in-cell portion has an input terminal connected to the touch electrode. And an amplifier having an output terminal connected to the bus switch, and provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier, and electrically connected / disconnected between the input terminal and the output terminal. And a equalizing switch for switching in response to the rise signal.
この形態によると、増幅器のイコライズ動作によって、タッチ電極のプリチャージが行われる。このため、タッチ電極をプリチャージするためのトランジスタや配線が不要となり、インセル型のタッチセンサを簡易な構成で実現することができる。 According to this embodiment, the touch electrode is precharged by the equalizing operation of the amplifier. This eliminates the need for a transistor or wiring for precharging the touch electrode, and an in-cell touch sensor can be realized with a simple configuration.
(第1実施形態)
図1は本実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成例を示す図である。図1において、タッチ電極2とタッチ検出器10とを有するタッチセンサエレメント1が、複数個、表示部4の上に配置されている。タッチ電極2はグランド5との間に容量を形成する。図1の構成では、グランド5は表示部4の背面に形成されている。タッチ検出器10は入力端がタッチ電極2に接続されている。図1の構成では、表示部4のパッド3を介して、タッチ電極2とタッチ検出器10とが接続されている。なお、タッチセンサエレメント1のタッチ電極2以外の構成要素は、タッチを検出するスクリーン領域の外周域に配置することが好ましい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a capacitive touch sensor according to the present embodiment. In FIG. 1, a plurality of touch sensor elements 1 each having a touch electrode 2 and a touch detector 10 are arranged on a display unit 4. The touch electrode 2 forms a capacitance with the ground 5. In the configuration of FIG. 1, the ground 5 is formed on the back surface of the display unit 4. The touch detector 10 has an input end connected to the touch electrode 2. In the configuration of FIG. 1, the touch electrode 2 and the touch detector 10 are connected via the pad 3 of the display unit 4. In addition, it is preferable to arrange | position components other than the touch electrode 2 of the touch sensor element 1 in the outer peripheral area of the screen area | region which detects a touch.
図1の構成では、複数のタッチセンサエレメント1が、2つのエレメント群G1,G2に分かれて配置されている。エレメント群G1では、タッチ電極2がX軸方向(図面横方向)に延びており、かつ、タッチ電極2がY軸方向(図面縦方向)に並列に並ぶように配置されている。エレメント群G2では、タッチ電極2がY軸方向に延びており、かつ、タッチ電極2がX軸方向に並列に並ぶように配置されている。エレメント群G1では、タッチ電極2が互いに接触しないように絶縁体で遮断されて配置されている。同様にエレメント群G2でも、タッチ電極2が互いに接触しないように絶縁体で遮断されて配置されている。また、エレメント群G1のタッチ電極2とエレメントG2のタッチ電極2との間も、互いに接触しないように絶縁体で遮断されている。 In the configuration of FIG. 1, a plurality of touch sensor elements 1 are arranged in two element groups G1 and G2. In the element group G1, the touch electrodes 2 extend in the X-axis direction (the horizontal direction in the drawing), and the touch electrodes 2 are arranged in parallel in the Y-axis direction (the vertical direction in the drawing). In the element group G2, the touch electrodes 2 extend in the Y-axis direction, and the touch electrodes 2 are arranged in parallel in the X-axis direction. In the element group G1, the touch electrodes 2 are arranged by being blocked by an insulator so as not to contact each other. Similarly, also in the element group G2, the touch electrodes 2 are arranged by being cut off by an insulator so as not to contact each other. Further, the touch electrode 2 of the element group G1 and the touch electrode 2 of the element G2 are also blocked by an insulator so as not to contact each other.
タッチセンサエレメント1は、タッチ電極2とグランド5との間の容量に所定の電圧を充電するイコライズ動作と、タッチ電極2とグランド5との間の電圧の変化の有無を検出するセンシング動作とを行う。センシング動作において、タッチ電極2に対して人の指等によるタッチがあると、容量値が変化し、タッチ電極2とグランド5との間の電圧が変化する。電圧が変化したタッチセンサエレメント1を特定することによって、表示部4上においてタッチのあった位置を検出することができる。 The touch sensor element 1 performs an equalizing operation for charging a capacitance between the touch electrode 2 and the ground 5 with a predetermined voltage, and a sensing operation for detecting whether or not the voltage between the touch electrode 2 and the ground 5 is changed. Do. In the sensing operation, when the touch electrode 2 is touched by a human finger or the like, the capacitance value changes, and the voltage between the touch electrode 2 and the ground 5 changes. By specifying the touch sensor element 1 whose voltage has changed, it is possible to detect the touched position on the display unit 4.
タッチ検出器10は、増幅器11と、イコライズスイッチSW1と、電流源13と、スイッチSW2とを備えている。増幅器11の入力端子はタッチ検出器10の入力端に接続されており、すなわち、タッチ電極2が電気的に接続されている。イコライズスイッチSW1は増幅器11の入力端子と出力端子との間に設けられており、そのオンオフ動作によって、入力端子と出力端子との間の電気的接続/非接続を切替可能である。イコライズスイッチSW1をオン状態にすることによって、増幅器11の入出力が短絡され、タッチセンサエレメント1のイコライズ動作が実現される。増幅器11の出力端子はタッチ検出器10の出力端と接続されており、増幅器11の出力がタッチ検出器10の出力となる。 The touch detector 10 includes an amplifier 11, an equalize switch SW1, a current source 13, and a switch SW2. The input terminal of the amplifier 11 is connected to the input terminal of the touch detector 10, that is, the touch electrode 2 is electrically connected. The equalize switch SW1 is provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier 11, and the electrical connection / disconnection between the input terminal and the output terminal can be switched by the on / off operation. By turning on the equalizing switch SW1, the input and output of the amplifier 11 are short-circuited, and the equalizing operation of the touch sensor element 1 is realized. The output terminal of the amplifier 11 is connected to the output terminal of the touch detector 10, and the output of the amplifier 11 becomes the output of the touch detector 10.
電流源13およびスイッチSW2は、オフセット設定手段を構成している。電流源13はスイッチSW2を介してタッチ検出器10の出力端に接続されている。スイッチSW2がオン状態のとき、タッチ検出器10の出力端の電位は、タッチ電極1に人等によるタッチがない場合に、所定の論理レベル(ここでは“L”レベル)に保たれる。 The current source 13 and the switch SW2 constitute an offset setting unit. The current source 13 is connected to the output terminal of the touch detector 10 via the switch SW2. When the switch SW2 is in the ON state, the potential at the output terminal of the touch detector 10 is maintained at a predetermined logic level (here, “L” level) when the touch electrode 1 is not touched by a person or the like.
図1の静電容量型タッチセンサの動作を説明する。 The operation of the capacitive touch sensor of FIG. 1 will be described.
まず、全てまたは一部のタッチセンサエレメント1のタッチ検出器10がイコライズ動作を行う。すなわち、イコライズスイッチSW1をオン状態に設定し、増幅器11の入出力を短絡する。すると、タッチ検出器10に接続されたタッチ電極2とグランド5との間に所定の電圧が充電される。次に、イコライズスイッチSW1を解放してオフ状態に設定し、センシング動作を行う。このとき、スイッチSW2をオン状態にする。この状態で、タッチ電極2に物体の接触があれば、タッチ電極2とグランド5との間の容量が増加し、タッチ電極2とグランド5との間の電圧が低下する。この電圧低下は、増幅器11によって論理出力レベルまで反転増幅される。 First, the touch detectors 10 of all or some of the touch sensor elements 1 perform an equalizing operation. That is, the equalize switch SW1 is set to an on state, and the input / output of the amplifier 11 is short-circuited. Then, a predetermined voltage is charged between the touch electrode 2 connected to the touch detector 10 and the ground 5. Next, the equalizing switch SW1 is released and set to an off state, and a sensing operation is performed. At this time, the switch SW2 is turned on. In this state, if there is an object contact with the touch electrode 2, the capacitance between the touch electrode 2 and the ground 5 increases, and the voltage between the touch electrode 2 and the ground 5 decreases. This voltage drop is inverted and amplified by the amplifier 11 to the logic output level.
そして、図1の構成では、電圧低下が検出されたタッチセンサエレメント1が、エレメント群G1およびエレメント群G2の中でそれぞれ特定されたとき、特定されたタッチセンサエレメント1のタッチ電極2の配置位置の交点において接触があったと判断することができる。すなわち、図1の構成では、タッチセンサエレメント1はX軸方向およびY軸方向に分かれて配置されているので、各タッチセンサエレメント1の出力によって、表示部4上で接触があった場所のX軸方向の位置とY軸方向の位置とをそれぞれ特定することができる。 In the configuration of FIG. 1, when the touch sensor element 1 in which the voltage drop is detected is specified in the element group G1 and the element group G2, the arrangement position of the touch electrode 2 of the specified touch sensor element 1 is specified. It can be determined that there is contact at the intersection of That is, in the configuration of FIG. 1, the touch sensor element 1 is arranged separately in the X-axis direction and the Y-axis direction, so that the X of the place where contact has occurred on the display unit 4 by the output of each touch sensor element 1. A position in the axial direction and a position in the Y-axis direction can each be specified.
図2はタッチ検出器10の構成例を示す図である。図2(a)はシングル入力の反転増幅器を用いた構成であり、図1に示した構成と同じである。図2(b)は差動増幅器を用いた構成である。差動増幅器15は逆相入力端子がタッチ電極2と接続され、正相入力端子が、グランドとの間に容量を形成するリファレンス電極6と接続されている。イコライズスイッチSW1は、差動増幅器15の逆相入力端子と出力端子との間に設けられている。すなわち、イコライズスイッチSW1をオン状態にし、差動増幅器15の逆相入力と出力とを短絡することによって、イコライズ動作を実現する。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the touch detector 10. FIG. 2A shows a configuration using a single-input inverting amplifier, which is the same as the configuration shown in FIG. FIG. 2B shows a configuration using a differential amplifier. The differential amplifier 15 has a negative-phase input terminal connected to the touch electrode 2 and a positive-phase input terminal connected to the reference electrode 6 that forms a capacitance with the ground. The equalize switch SW1 is provided between the negative phase input terminal and the output terminal of the differential amplifier 15. That is, the equalizing operation is realized by turning on the equalizing switch SW1 and short-circuiting the reverse phase input and the output of the differential amplifier 15.
また、図2(a),(b)のいずれの構成においても、反転増幅器11または差動増幅器15の出力に電流源13を接続することにより、タッチ動作がない場合にも出力を一定にすることが可能である。この電流源13は、イコライズ動作が終了してから動作するように制御する必要がある。したがって、イコライズ動作終了後にスイッチSW2をオン状態にすることによって、電流源13を反転増幅器11または差動増幅器15の出力に接続する。 2A and 2B, by connecting the current source 13 to the output of the inverting amplifier 11 or the differential amplifier 15, the output is made constant even when there is no touch operation. It is possible. The current source 13 needs to be controlled to operate after the equalizing operation is completed. Therefore, the current source 13 is connected to the output of the inverting amplifier 11 or the differential amplifier 15 by turning on the switch SW2 after completion of the equalizing operation.
図3は図2の構成例の具体的な回路構成例を示す図であり、図3(a),(b)は図2(a),(b)の構成例にそれぞれ対応する。図3(a)において、PMOS1およびNMOS1が反転増幅器11を形成し、NMOS2がイコライズスイッチSW1を形成する。また、NMOS3がスイッチSW2を形成し、NMOS4が電流源13を形成する。図3(b)において、PMOS1,PMOS2,NMOS1,NMOS2およびNMOS3が差動増幅器15を形成し、NMOS4がイコライズスイッチSW1を形成する。また、NMOS5がスイッチSW2を形成し、NMOS6が電流源13を形成する。 FIG. 3 is a diagram showing a specific circuit configuration example of the configuration example of FIG. 2, and FIGS. 3A and 3B correspond to the configuration examples of FIGS. 2A and 2B, respectively. In FIG. 3A, PMOS1 and NMOS1 form an inverting amplifier 11, and NMOS2 forms an equalize switch SW1. The NMOS 3 forms the switch SW2, and the NMOS 4 forms the current source 13. In FIG. 3B, PMOS1, PMOS2, NMOS1, NMOS2 and NMOS3 form a differential amplifier 15, and NMOS4 forms an equalize switch SW1. The NMOS 5 forms the switch SW2, and the NMOS 6 forms the current source 13.
また、タッチ検出器10は、電流源13を用いない構成としてもよい。図4はタッチ検出器10の他の構成例を示す図である。図4(a)の構成では、タッチ検出器10における検出部10aの出力を参照電圧と比較する差動比較器7を設けている。なお、ここでの検出部10aは、図2(a)(b)において電流源13およびスイッチSW2を省いた構成とする。差動比較器7の参照電圧を適宜設定することにより、タッチ動作がない場合におけるタッチ検出器10の出力を一定にすることが可能となる。 Further, the touch detector 10 may be configured not to use the current source 13. FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the touch detector 10. In the configuration of FIG. 4A, a differential comparator 7 that compares the output of the detection unit 10a in the touch detector 10 with a reference voltage is provided. Here, the detection unit 10a has a configuration in which the current source 13 and the switch SW2 are omitted in FIGS. 2 (a) and 2 (b). By appropriately setting the reference voltage of the differential comparator 7, the output of the touch detector 10 when there is no touch operation can be made constant.
また、図4(b)の構成では、タッチ検出器10内の検出部10aの出力を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の差動比較器8a,8bを設けている。この構成では、検出部10aの出力が中間状態にあることを検出可能となる。また、上側論理レベルにあるか、下側論理レベルにあるかも判定可能となる。中間状態であればタッチがないと判断する。また、接触があった場合とタッチしていた物体が離れた場合で、タッチ検出器10の出力論理レベルは逆になるため、論理レベルを判定することにより、タッチありとタッチ離れありを検出することができる。したがって、タッチなし、タッチあり、タッチ離れありの3通りの状態を検出可能になる。 In the configuration of FIG. 4B, a plurality of differential comparators 8a and 8b for comparing the output of the detection unit 10a in the touch detector 10 with different reference voltages are provided. In this configuration, it is possible to detect that the output of the detection unit 10a is in an intermediate state. In addition, it can be determined whether it is at the upper logical level or the lower logical level. If it is in an intermediate state, it is determined that there is no touch. In addition, since the output logic level of the touch detector 10 is reversed when there is a touch and when the touched object is separated, the presence of touch and the presence of touch separation are detected by determining the logic level. be able to. Therefore, it is possible to detect three states: no touch, touch, and touch separation.
また、図4(c)に示すように、タッチ検出器10内の検出部10aの出力をA/D変換して出力するA/D変換器9を設けてもかまわない。 Further, as shown in FIG. 4C, an A / D converter 9 for A / D converting and outputting the output of the detection unit 10a in the touch detector 10 may be provided.
図5は差動増幅器を用いたタッチ検出器に係る他の構成例である。図5の構成では、差動増幅器15の正相入力端子に、リファレンス電極6を含むリファレンス信号検出部20が接続されている。リファレンス信号検出部20は、差動増幅器15の正相入力端子に接続されたリファレンス電極6に加えて、所定電位を発生する電源22に接続されたシールド電極21を備えている。シールド電極21は、リファレンス電極6を、外部の接触体からの電気力線の影響を受けないように静電気的にシールドしている。また、リファレンス電極6は、グランドの電位をモニタしたグランド電極23と容量を形成するように構成されている。これにより、リファレンス信号検出部20によって、タッチセンサシステム全体のグランドの電位変動が検知可能となる。したがって、タッチ電極2の電位から背景雑音の影響を排除することができ、より正確なタッチ検出が可能となる。 FIG. 5 shows another configuration example of a touch detector using a differential amplifier. In the configuration of FIG. 5, the reference signal detection unit 20 including the reference electrode 6 is connected to the positive phase input terminal of the differential amplifier 15. In addition to the reference electrode 6 connected to the positive phase input terminal of the differential amplifier 15, the reference signal detection unit 20 includes a shield electrode 21 connected to a power supply 22 that generates a predetermined potential. The shield electrode 21 electrostatically shields the reference electrode 6 so as not to be affected by the lines of electric force from the external contact body. The reference electrode 6 is configured to form a capacitance with the ground electrode 23 that monitors the potential of the ground. Thereby, the reference signal detection unit 20 can detect the ground potential fluctuation of the entire touch sensor system. Accordingly, the influence of background noise can be eliminated from the potential of the touch electrode 2, and more accurate touch detection can be performed.
図6は反転増幅器を用いたタッチ検出器に係る他の構成例である。図6の構成では、リファレンス電極26を含むリファレンスバイアス生成部25が設けられており、リファレンスバイアス生成部25の出力電圧が、各タッチ検出器10の反転増幅器11の電流源のバイアス電圧として印加されている。リファレンスバイアス生成部25は、グランド電位の変動に起因したリファレンス電極26の電位変動を検知し、この電位変動に応じた電流変動を各タッチ検出器10の反転増幅器11に伝える。グランド電位の変動に起因したタッチ電極2の電位変動は、リファレンス電極26の電位変動にほぼ等しい。このため、タッチ電極2の電位変動による反転増幅器11の電流変動は、リファレンスバイアス生成部25から伝えられた電流変動によって相殺される。したがって、リファレンスバイアス生成部25によって、複数のタッチ検出器10におけるグランド電位の変動の影響を抑制することが可能となる。 FIG. 6 shows another configuration example of the touch detector using the inverting amplifier. In the configuration of FIG. 6, a reference bias generation unit 25 including a reference electrode 26 is provided, and an output voltage of the reference bias generation unit 25 is applied as a bias voltage of a current source of the inverting amplifier 11 of each touch detector 10. ing. The reference bias generator 25 detects the potential fluctuation of the reference electrode 26 caused by the fluctuation of the ground potential, and transmits the current fluctuation corresponding to the potential fluctuation to the inverting amplifier 11 of each touch detector 10. The potential fluctuation of the touch electrode 2 due to the fluctuation of the ground potential is almost equal to the potential fluctuation of the reference electrode 26. For this reason, the current fluctuation of the inverting amplifier 11 due to the potential fluctuation of the touch electrode 2 is canceled by the current fluctuation transmitted from the reference bias generation unit 25. Therefore, the reference bias generator 25 can suppress the influence of ground potential fluctuations in the plurality of touch detectors 10.
(他の構成例1)
上述したタッチセンサエレメントは、イコライズ動作を行う必要があるため、イコライズ動作を実行している期間には、センシング動作を行うことができない。この問題を回避するために、例えば、タッチセンサエレメントをインターリーブ動作させてもよい。
(Other configuration example 1)
Since the touch sensor element described above needs to perform an equalizing operation, the sensing operation cannot be performed during the period in which the equalizing operation is being performed. In order to avoid this problem, for example, the touch sensor element may be interleaved.
図7(a)はインターリーブ動作を行う構成例であり、タッチ電極2が同じ方向に配置されたタッチセンサエレメントが、エレメント群1とエレメント群2とに分けられている。そして図7(b)の動作タイミングチャートに示すように、エレメント群1がイコライズ動作を行っているとき、エレメント群2がセンシング動作を行い、エレメント群2がイコライズ動作を行っているとき、エレメント群1がセンシング動作を行うように制御する。このようにインターリーブ動作を行うことによって、エレメント群1,2の少なくともいずれかが必ずセンシング動作を行うことになる。したがって、いつタッチ動作が行われても、それを検出することが可能となる。 FIG. 7A shows a configuration example in which an interleave operation is performed. Touch sensor elements in which touch electrodes 2 are arranged in the same direction are divided into an element group 1 and an element group 2. As shown in the operation timing chart of FIG. 7B, when the element group 1 is performing the equalizing operation, the element group 2 is performing the sensing operation, and when the element group 2 is performing the equalizing operation, the element group 1 is controlled to perform a sensing operation. By performing the interleaving operation in this way, at least one of the element groups 1 and 2 always performs the sensing operation. Therefore, it is possible to detect a touch operation whenever it is performed.
(他の構成例2)
図1のタッチセンサの構成では、X軸とY軸の2軸方向でタッチ位置を判定している。このため、複数の位置に接触があった場合において、真のタッチ位置とは別のタッチ位置がゴーストとして現れてしまう可能性がある。
(Other configuration example 2)
In the configuration of the touch sensor in FIG. 1, the touch position is determined in the two-axis directions of the X axis and the Y axis. For this reason, when there is a contact at a plurality of positions, a touch position different from the true touch position may appear as a ghost.
例えば図8(a)に示すように、2点のタッチ位置(X1,Y1)および(X2、Y2)にタッチがあったとする。この場合、真のタッチ位置とは異なるゴースト位置(X2,Y1)および(X1、Y2)にも、タッチがあったと検出してしまう可能性がある。この問題を回避するためには、例えば図8(b)に示すように、さらにZ軸をタッチ検出軸に加えて、3軸でタッチ位置を検出するようにすればよい。図8(b)では、Z軸が右下がりの斜め方向に設定されている。このようなZ軸において、座標Z1でのみタッチが検出されたとすると、ゴースト位置(X2,Y1)と(X1,Y2)はZ軸座標がZ1ではないため、除外することができる。したがって、マルチタッチの場合にもゴースト位置が検出されることを回避できる。 For example, as shown in FIG. 8A, it is assumed that there are touches at two touch positions (X1, Y1) and (X2, Y2). In this case, there is a possibility that it is detected that there is a touch at the ghost positions (X2, Y1) and (X1, Y2) different from the true touch position. In order to avoid this problem, for example, as shown in FIG. 8B, the Z axis may be further added to the touch detection axis, and the touch position may be detected by three axes. In FIG. 8B, the Z-axis is set in an oblique direction that lowers to the right. In such a Z-axis, if a touch is detected only at the coordinate Z1, the ghost positions (X2, Y1) and (X1, Y2) can be excluded because the Z-axis coordinate is not Z1. Therefore, it is possible to avoid detecting the ghost position even in the case of multi-touch.
なお、図8(b)の例では、Z軸を右下がりの斜め方向に設定しているが、これに限られるものではなく、例えば右上がりの斜め方向に設定してもよい。また、タッチ電極を3軸よりも多い軸方向に配置してもかまわない。 In the example of FIG. 8B, the Z-axis is set in a diagonal direction that lowers to the right. However, the present invention is not limited to this. For example, the Z-axis may be set in a diagonal direction that increases to the right. Further, the touch electrodes may be arranged in the axial direction with more than three axes.
(他の構成例3)
図9はシフトレジスタを設けた静電容量型タッチセンサの構成例であり、(a)はXY軸の2軸構成、(b)はXYZ軸の3軸構成である。すなわち、同一軸方向に配置されたセンサエレメントから出力された1ビット情報は、シフトレジスタにパラレルに入力される。そして、シフトレジスタから1ビットずつシリアルに出力される。図8(a)の構成では、X軸用センサエレメントに対してシフトレジスタSH1が設けられており、Y軸用センサエレメントに対してシフトレジスタSH2が設けられている。また、図8(b)の構成では、Z軸用センサエレメントに対して2個のシフトレジスタSH3,SH4が設けられている。このような構成により、タッチセンサ出力を、シフトレジスタを用いて小ビット幅で転送することが可能となる。
(Other configuration example 3)
FIGS. 9A and 9B are configuration examples of a capacitive touch sensor provided with a shift register. FIG. 9A shows a two-axis configuration of XY axes, and FIG. 9B shows a three-axis configuration of XYZ axes. That is, 1-bit information output from sensor elements arranged in the same axis direction is input in parallel to the shift register. Then, it is serially output bit by bit from the shift register. In the configuration of FIG. 8A, a shift register SH1 is provided for the X-axis sensor element, and a shift register SH2 is provided for the Y-axis sensor element. In the configuration of FIG. 8B, two shift registers SH3 and SH4 are provided for the Z-axis sensor element. With such a configuration, the touch sensor output can be transferred with a small bit width using the shift register.
また、シフトレジスタとタッチ検出器は、タッチセンサが搭載される表示ディスプレイのドライバ部と一緒に集積してもよい。これにより、実装面積をより小型化することができる。 Further, the shift register and the touch detector may be integrated together with a driver unit of a display display on which the touch sensor is mounted. Thereby, the mounting area can be further reduced.
(他の構成例4)
上述したような構成のタッチ検出器では、タッチ検出器の出力が所定の論理レベルに達しないとタッチがあったか否かを判定できない。このため、タッチ位置の検出にある程度時間を要することになり、これがタッチシステムの動作上問題となる可能性がある。
(Other configuration example 4)
In the touch detector configured as described above, it cannot be determined whether or not there is a touch unless the output of the touch detector reaches a predetermined logic level. For this reason, it takes a certain amount of time to detect the touch position, which may cause a problem in the operation of the touch system.
そこで本構成例では、図10(a)に示すように、タッチ検出器10の出力端と接続されており、出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器30を設ける。そして電流方向検出器30によってタッチ検出器10の出力の傾きを検出し、これによりタッチ動作を判定する。これにより、より短時間で高精度なタッチ検出が可能となる。 Therefore, in this configuration example, as shown in FIG. 10A, a current direction detector 30 connected to the output end of the touch detector 10 and detecting the direction of the output current at the output end is provided. Then, the inclination of the output of the touch detector 10 is detected by the current direction detector 30, thereby determining the touch operation. Thereby, highly accurate touch detection can be performed in a shorter time.
図10(b)は電流方向検出器30の回路構成の一例である。図10(b)では、2個の反転増幅器31,32がラッチ結合されており、電流検知型ラッチを構成している。また、イコライズのためのスイッチSW3と、タッチ検出器10の出力端との接続を切り替えるスイッチSW4とが設けられている。まず、スイッチSW4をオフにして入力と切り離した状態でスイッチSW3をオンにし、反転増幅器31,32からなる電流検知型ラッチのイコライズを行う。次に、スイッチSW3をオフにするとともにスイッチSW4をオンにして、タッチ検出器10の出力電流を入力させる。反転増幅器31,32からなる電流検知型ラッチはラッチ動作を行い、入力電流の向きに応じた信号を出力する。 FIG. 10B is an example of a circuit configuration of the current direction detector 30. In FIG. 10B, two inverting amplifiers 31 and 32 are latch-coupled to form a current detection type latch. Further, a switch SW3 for equalization and a switch SW4 for switching connection with the output terminal of the touch detector 10 are provided. First, in a state where the switch SW4 is turned off and disconnected from the input, the switch SW3 is turned on, and the current detection type latch composed of the inverting amplifiers 31 and 32 is equalized. Next, the switch SW3 is turned off and the switch SW4 is turned on, and the output current of the touch detector 10 is input. The current detection type latch composed of the inverting amplifiers 31 and 32 performs a latch operation and outputs a signal corresponding to the direction of the input current.
図11(a)は電流方向検出器30の回路構成の他の例である。図11(a)では、差動増幅器34の正相入力端子および反転入力端子に、それぞれ、容量素子C1,C2が接続されている。また、差動増幅器34の正相入力端子および反転入力端子の入力線に、それぞれ、タッチ検出器10の出力端との接続を切り替えるスイッチSW5,SW6が設けられている。 FIG. 11A shows another example of the circuit configuration of the current direction detector 30. In FIG. 11A, capacitive elements C1 and C2 are connected to the positive phase input terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier 34, respectively. Further, switches SW5 and SW6 for switching the connection with the output terminal of the touch detector 10 are provided on the input lines of the positive phase input terminal and the inverting input terminal of the differential amplifier 34, respectively.
図11(b)に示すように、まずタッチセンサエレメントがイコライズ動作を行う期間において、スイッチSW5,SW6はともにオンしており、容量素子C1,C2は一定電圧になるように充電される。次に、タッチセンサエレメントがセンシング動作を行う期間において、しばらくの間スイッチSW5,SW6をともにオン状態にした後、SW5のみをオフにする。これにより、タッチ検出器10の出力電流がしばらくの間容量素子C1,C2の両方に充電された後、容量素子C2のみに充電が続けられる。この結果、容量素子C1,C2の電位の大小関係から、タッチ検出器10の出力電流の方向を検知することが可能となる。したがって、差動増幅器34が容量素子C1,C2の電位差を検出することによって、タッチ検出器10の出力電流の方向を検知することができ、タッチ検出が可能となる。 As shown in FIG. 11B, first, in a period in which the touch sensor element performs an equalizing operation, the switches SW5 and SW6 are both on, and the capacitive elements C1 and C2 are charged to a constant voltage. Next, in a period in which the touch sensor element performs a sensing operation, both the switches SW5 and SW6 are turned on for a while, and then only SW5 is turned off. Thereby, after the output current of the touch detector 10 is charged to both the capacitive elements C1 and C2 for a while, only the capacitive element C2 is continuously charged. As a result, the direction of the output current of the touch detector 10 can be detected from the magnitude relationship between the potentials of the capacitive elements C1 and C2. Therefore, when the differential amplifier 34 detects the potential difference between the capacitive elements C1 and C2, the direction of the output current of the touch detector 10 can be detected, thereby enabling touch detection.
図12は電流方向検出器30の回路構成の他の例である。図12の構成では、タッチ検出器10の出力を電流制御発振器35のバイアス電流として利用している。これにより、タッチ検出器10の出力電流の変化が、電流制御発振器35の発振周波数の変化として現れる。カウンタ36は電流制御発振器35の発振周波数を計測する。発振周波数の時間的変化がタッチ検出器10の出力の傾きに対応するので、異なる時間に計測したカウンタ36の出力をレジスタ37,38にそれぞれ格納して、その差分から、タッチ判定論理回路39がタッチ判定を行う。 FIG. 12 shows another example of the circuit configuration of the current direction detector 30. In the configuration of FIG. 12, the output of the touch detector 10 is used as the bias current of the current control oscillator 35. Thereby, a change in the output current of the touch detector 10 appears as a change in the oscillation frequency of the current control oscillator 35. The counter 36 measures the oscillation frequency of the current control oscillator 35. Since the temporal change of the oscillation frequency corresponds to the slope of the output of the touch detector 10, the output of the counter 36 measured at different times is stored in the registers 37 and 38, respectively, and the touch determination logic circuit 39 determines the difference from the difference. Perform touch determination.
また、図12の構成において、個々のタッチセンサエレメントに接続される電流制御発振器35の全体の周波数変化は、タッチセンサ全体に加わった背景雑音を表していると考えられる。このため、各電流制御発振器35の平均の周波数変化を雑音による周波数変化として、個々の電流制御発振器35の周波数変化から減算してもよい。これにより、例えば図5や図6のようなリファレンス電極を用いた構成を採用しなくても、背景雑音の影響を排除した高精度なタッチ認識が可能となる。 Further, in the configuration of FIG. 12, the overall frequency change of the current control oscillator 35 connected to each touch sensor element is considered to represent background noise applied to the entire touch sensor. For this reason, the average frequency change of each current control oscillator 35 may be subtracted from the frequency change of each current control oscillator 35 as a frequency change due to noise. Thereby, for example, even if the configuration using the reference electrode as shown in FIG. 5 or FIG. 6 is not adopted, highly accurate touch recognition that eliminates the influence of background noise is possible.
なお、本構成例において示した回路構成はあくまでも電流方向検出器の回路構成の一例であり、電流方向を検知できるその他の回路構成を用いても、同様の効果が得られる。 The circuit configuration shown in this configuration example is merely an example of the circuit configuration of the current direction detector, and the same effect can be obtained by using other circuit configurations that can detect the current direction.
(第2実施形態)
第1実施形態に係る静電容量型タッチセンサでは、一方向に延びるタッチ電極を並列に配置するものとした。ただし、第1実施形態で示したタッチセンサエレメントの構成は、インセル型のタッチセンサにも適用可能である。
(Second Embodiment)
In the capacitive touch sensor according to the first embodiment, touch electrodes extending in one direction are arranged in parallel. However, the configuration of the touch sensor element shown in the first embodiment can also be applied to an in-cell type touch sensor.
図13は本実施形態に係る静電容量型タッチセンサの構成例であり、インセル型のタッチセンサを実現している。図13の構成では、表示部50に、タッチ電極41を含むセンサインセル部40がアレイ状に配置されている。タッチ電極41は、グランドとの間に容量を形成する。また、センサインセル部40は、タッチ電極41の他に、タッチ電極41の電位変化を検出するための増幅器としてのトランジスタ42と、イコライズ動作用のイコライズスイッチとしてのトランジスタ43とを備えている。タッチ電極41はトランジスタ42のゲートと接続されており、トランジスタ43はトランジスタ42のゲートとドレインとの間に設けられている。すなわち、トランジスタ42のゲートおよびドレインが、増幅器の入力端子と出力端子に相当している。 FIG. 13 shows a configuration example of the capacitive touch sensor according to the present embodiment, which realizes an in-cell touch sensor. In the configuration of FIG. 13, the sensor in-cell unit 40 including the touch electrode 41 is arranged in an array on the display unit 50. The touch electrode 41 forms a capacitance with the ground. In addition to the touch electrode 41, the sensor in-cell unit 40 includes a transistor 42 as an amplifier for detecting a potential change of the touch electrode 41, and a transistor 43 as an equalizing switch for equalizing operation. The touch electrode 41 is connected to the gate of the transistor 42, and the transistor 43 is provided between the gate and drain of the transistor 42. That is, the gate and drain of the transistor 42 correspond to the input terminal and output terminal of the amplifier.
アレイ状に配置されたセンサインセル部40の列毎に、カラムバス44が配置されている。カラムバス44は、当該列のセンサインセル部40の出力と、バススイッチ47を介して接続されている。また、アレイ状に配置されたセンサインセル部40の行毎に、行選択信号線45とイコライズ信号線46とが設けられている。行選択信号線45は、当該行のバススイッチ47のオンオフ動作を制御する行選択信号を送るためのものである。イコライズ信号線46は、当該行のセンサインセル部40のイコライズ動作を制御するイコライズ信号を送るためのものである。センサドライバ48は、行選択信号線45を介して行選択信号を送るとともに、イコライズ信号線46を介してイコライズ信号を送る。 A column bus 44 is arranged for each column of the sensor in-cell portions 40 arranged in an array. The column bus 44 is connected to the output of the sensor in-cell unit 40 in the column via a bus switch 47. Further, a row selection signal line 45 and an equalize signal line 46 are provided for each row of the sensor in-cell portions 40 arranged in an array. The row selection signal line 45 is for sending a row selection signal for controlling the on / off operation of the bus switch 47 of the row. The equalize signal line 46 is used to send an equalize signal for controlling the equalization operation of the sensor in-cell unit 40 in the row. The sensor driver 48 sends a row selection signal via the row selection signal line 45 and sends an equalization signal via the equalization signal line 46.
図13の静電容量型タッチセンサの動作について説明する。図13の構成では、表示部50全体のタッチ検出を、行毎に走査するようにして実現する。 The operation of the capacitive touch sensor of FIG. 13 will be described. In the configuration of FIG. 13, the touch detection of the entire display unit 50 is realized by scanning for each row.
すなわちセンサドライバ48は、ある行について行選択信号を出力し、当該行のセンサインセル部40をバススイッチ47を介して各列のカラムバスに接続する。また、当該行についてイコライズ信号を出力し、当該行のセンサインセル部40において、トランジスタ43をオンさせて、検出用トランジスタ42の入出力を短絡する。これにより、イコライズ動作が行われる。その後、トランジスタ43をオフさせて、タッチ検出のセンシング動作を行う。タッチ電極41の電位変化が生じたとき、センサインセル部40の出力電流が変化するので、この電流変化が表示部50外部に設けられた比較器49に送られ、論理レベルに変換されて出力される。 That is, the sensor driver 48 outputs a row selection signal for a certain row, and connects the sensor in-cell unit 40 of that row to the column bus of each column via the bus switch 47. Further, an equalize signal is output for the row, the transistor 43 is turned on in the sensor-in-cell portion 40 of the row, and the input / output of the detection transistor 42 is short-circuited. Thereby, an equalizing operation is performed. Thereafter, the transistor 43 is turned off, and a sensing operation for touch detection is performed. When the potential change of the touch electrode 41 occurs, the output current of the sensor in-cell unit 40 changes. Therefore, this current change is sent to the comparator 49 provided outside the display unit 50, converted into a logic level and output. The
上のような動作を、各行毎に行う。これにより、表示部50全体にわたって、タッチ検出が実現される。なお、ここでの説明では、センサインセル部40が、増幅器としてトランジスタ42を備え、イコライズスイッチとしてトランジスタ43を備えるものとしたが、これに限られるものではない。 The above operation is performed for each row. Thereby, touch detection is realized over the entire display unit 50. In the description here, the sensor in-cell unit 40 includes the transistor 42 as an amplifier and the transistor 43 as an equalizing switch. However, the present invention is not limited to this.
本開示によると、タッチ電極と人の指等との間の容量結合を利用した静電容量型タッチセンサをより簡易な構成によって実現することができるので、例えば、タッチパネルが搭載された携帯情報機器の小型化やコストダウンに有用である。 According to the present disclosure, a capacitive touch sensor using capacitive coupling between a touch electrode and a human finger or the like can be realized with a simpler configuration. For example, a portable information device equipped with a touch panel This is useful for downsizing and cost reduction.
1 タッチセンサエレメント
2 タッチ電極
6 リファレンス電極
7 差動比較器
8a,8b 差動比較器
10 タッチ検出器
11 増幅器
13 電流源
15 差動増幅器
20 リファレンス信号検出部
21 シールド電極
22 電源
30 電流方向検出器
35 電流制御発振器
36 カウンタ
40 センサインセル部
41 タッチ電極
42 トランジスタ(増幅器)
43 トランジスタ(イコライズスイッチ)
44 カラムバス
45 行選択信号線
46 イコライズ信号線
47 バススイッチ
SW1 イコライズスイッチ
SW2 スイッチ
G1 第1エレメント群
G2 第2エレメント群
SH1〜4 シフトレジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Touch sensor element 2 Touch electrode 6 Reference electrode 7 Differential comparator 8a, 8b Differential comparator 10 Touch detector 11 Amplifier 13 Current source 15 Differential amplifier 20 Reference signal detection part 21 Shield electrode 22 Power supply 30 Current direction detector 35 Current Control Oscillator 36 Counter 40 Sensor In-Cell Unit 41 Touch Electrode 42 Transistor (Amplifier)
43 Transistor (equalize switch)
44 column bus 45 row selection signal line 46 equalize signal line 47 bus switch SW1 equalize switch SW2 switch G1 first element group G2 second element group SH1 to 4 shift register
Claims (14)
前記タッチセンサエレメントは、
グランドとの間に容量を形成するタッチ電極と、
入力端が前記タッチ電極に接続されたタッチ検出器とを備え、
前記タッチ検出器は、
当該タッチ検出器の前記入力端と接続された入力端子と、当該タッチ検出器の出力端と接続された出力端子とを有する増幅器と、
前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子との間に設けられており、オンオフ動作によって、前記入力端子と前記出力端子との間の電気的接続/非接続を切替可能であるイコライズスイッチとを備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 A capacitive touch sensor having a touch sensor element,
The touch sensor element is
A touch electrode that forms a capacitance with the ground;
A touch detector having an input end connected to the touch electrode;
The touch detector is
An amplifier having an input terminal connected to the input end of the touch detector and an output terminal connected to the output end of the touch detector;
An equalizer switch provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier and capable of switching electrical connection / disconnection between the input terminal and the output terminal by an on / off operation; A capacitive touch sensor characterized by comprising:
前記タッチセンサエレメントは、前記タッチ電極とグランドとの間の容量に所定の電圧を充電するイコライズ動作と、前記タッチ電極とグランドとの間の電圧の変化の有無を検出するセンシング動作とを行うものであり、
前記タッチ検出器は、
前記イコライズ動作において、前記イコライズスイッチをオン状態にし、前記センシング動作において、前記イコライズスイッチをオフ状態にする
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 1,
The touch sensor element performs an equalizing operation for charging a predetermined voltage to a capacitance between the touch electrode and the ground, and a sensing operation for detecting whether or not a voltage changes between the touch electrode and the ground. And
The touch detector is
In the equalizing operation, the equalizing switch is turned on, and in the sensing operation, the equalizing switch is turned off.
第1方向に延びるように形成された前記タッチ電極が並列に並ぶように配置された、複数の前記タッチセンサエレメントを備え、
前記複数のタッチセンサエレメントは、第1エレメント群と第2エレメント群とに分けられており、かつ、
前記第1エレメント群が前記イコライズ動作を行っているとき、前記第2エレメント群は前記センシング動作を行い、前記第2エレメント群が前記イコライズ動作を行うとき、前記第1エレメント群は前記センシング動作を行うよう、制御される
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 2,
A plurality of touch sensor elements arranged such that the touch electrodes formed to extend in the first direction are arranged in parallel;
The plurality of touch sensor elements are divided into a first element group and a second element group, and
When the first element group is performing the equalizing operation, the second element group is performing the sensing operation, and when the second element group is performing the equalizing operation, the first element group is performing the sensing operation. A capacitive touch sensor that is controlled to perform.
前記タッチセンサエレメントを、複数個、備えており、
第1方向に延びるように形成された前記タッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数の前記タッチセンサエレメントからなる、第1エレメント群と、
前記第1方向と異なる第2方向に延びるように形成された前記タッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数の前記タッチセンサエレメントからなる、第2エレメント群とを備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 1,
A plurality of the touch sensor elements are provided,
A first element group consisting of a plurality of touch sensor elements arranged so that the touch electrodes formed to extend in the first direction are arranged in parallel;
The touch electrode formed so as to extend in a second direction different from the first direction includes a second element group including a plurality of the touch sensor elements arranged in parallel. Capacitive touch sensor.
前記第1および第2方向と異なる第3方向に延びるように形成された前記タッチ電極が、並列に並ぶように配置された複数の前記タッチセンサエレメントからなる、第3エレメント群を備えた
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 4,
The touch electrode formed to extend in a third direction different from the first and second directions includes a third element group including a plurality of the touch sensor elements arranged in parallel. Capacitance type touch sensor.
前記第1エレメント群を構成する各タッチセンサエレメントの出力をパラレルに入力し、入力された各タッチセンサエレメントの出力を、1ビットずつシリアル出力するシフトレジスタを備えた
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 4,
An electrostatic capacity comprising: a shift register that inputs the outputs of the touch sensor elements constituting the first element group in parallel and serially outputs the input outputs of the touch sensor elements bit by bit. Type touch sensor.
前記タッチ検出器は、
当該タッチ検出器の出力端に接続されており、前記センシング動作において、タッチ無しの場合における当該タッチ検出器の出力端の電位を、所定の論理レベルにするオフセット設定手段を備えたものである
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 1,
The touch detector is
Connected to the output terminal of the touch detector, and provided with an offset setting means for setting the potential at the output terminal of the touch detector when there is no touch in the sensing operation to a predetermined logic level. Capacitive touch sensor characterized by
グランドとの間に容量を形成するリファレンス電極を備え、
前記タッチ検出器は、前記増幅器として、逆相入力端子が当該タッチ検出器の前記入力端と接続され、正相入力端子が前記リファレンス電極と接続されている差動増幅器を備え、
前記イコライズスイッチは、前記差動増幅器の前記逆相入力端子と出力端子との間に設けられている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 1,
It has a reference electrode that forms a capacitance with the ground,
The touch detector includes, as the amplifier, a differential amplifier in which a negative phase input terminal is connected to the input terminal of the touch detector and a positive phase input terminal is connected to the reference electrode.
The capacitive touch sensor, wherein the equalizing switch is provided between the negative-phase input terminal and the output terminal of the differential amplifier.
所定電位を発生する電源に接続されており、前記リファレンス電極を静電気的にシールドするシールド電極をさらに備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 8,
A capacitive touch sensor, further comprising a shield electrode connected to a power source that generates a predetermined potential and electrostatically shields the reference electrode.
前記タッチセンサエレメントは、
一方の入力が前記タッチ検出器の前記出力端と接続され、他方の入力に所定の参照電圧が与えられる差動比較器を備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 1,
The touch sensor element is
A capacitive touch sensor comprising a differential comparator in which one input is connected to the output terminal of the touch detector and a predetermined reference voltage is applied to the other input.
前記タッチセンサエレメントは、前記差動比較器を、複数個、備えており、
前記複数の差動増幅器は、前記所定の参照電圧が、互いに異なっている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 10,
The touch sensor element includes a plurality of the differential comparators,
The capacitive touch sensor, wherein the plurality of differential amplifiers have different predetermined reference voltages.
前記タッチセンサエレメントは、
前記タッチ検出器の前記出力端と接続されており、前記出力端における出力電流の向きを検出する電流方向検出器を備えている
ことを特徴とした静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 1,
The touch sensor element is
An electrostatic capacity type touch sensor comprising a current direction detector connected to the output end of the touch detector and detecting a direction of an output current at the output end.
前記電流方向検出器は、
前記タッチ検出器の出力電流を、バイアス電流として用いる電流制御発振器と、
前記電流制御発振器の発振周波数をカウントするカウンタとを備えている
ことを特徴とする静電容量型タッチセンサ。 The capacitive touch sensor according to claim 12,
The current direction detector is
A current-controlled oscillator that uses the output current of the touch detector as a bias current;
A capacitance type touch sensor comprising: a counter that counts an oscillation frequency of the current control oscillator.
列毎に配置され、当該列の前記センサインセル部の出力と、バススイッチを介して接続されたカラムバスと、
行毎に配置され、当該行の前記バススイッチのオンオフ動作を制御する行選択信号を送るための行選択信号線と、
行毎に配置され、当該行の前記センサインセル部のイコライズ動作を制御するイコライズ信号を送るためのイコライズ信号線とを備え、
前記センサインセル部は、
入力端子が前記タッチ電極に接続され、出力端子が前記バススイッチに接続された増幅器と、
前記増幅器の前記入力端子と前記出力端子との間に設けられており、前記入力端子と前記出力端子との間の電気的接続/非接続を、前記イコライズ信号に応じて切り替えるイコライズスイッチとを備えている
こと特徴とする静電容量型タッチセンサ。 Each having a touch electrode that forms a capacitance with the ground, and a plurality of sensor in-cell portions arranged in an array; and
Arranged for each column, the output of the sensor in-cell portion of the column, and a column bus connected via a bus switch;
A row selection signal line for sending a row selection signal arranged for each row and controlling the on / off operation of the bus switch of the row;
An equalize signal line for sending an equalize signal that is arranged for each row and controls an equalize operation of the sensor in-cell portion of the row;
The sensor in-cell part is
An amplifier having an input terminal connected to the touch electrode and an output terminal connected to the bus switch;
An equalizer switch provided between the input terminal and the output terminal of the amplifier, and configured to switch electrical connection / disconnection between the input terminal and the output terminal according to the equalize signal; A capacitive touch sensor characterized by having
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013036193A JP2014164607A (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Electrostatic capacity type touch sensor |
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---|---|---|---|---|
CN107272938A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-20 | 株式会社日本显示器 | Detection means, display device and detection method |
JPWO2018150754A1 (en) * | 2017-02-16 | 2019-07-04 | アルプスアルパイン株式会社 | Capacitance sensor and input device |
-
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CN107272938B (en) * | 2016-03-31 | 2021-04-20 | 株式会社日本显示器 | Detection device, display device, and detection method |
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