JP2015141555A - タッチ検出回路及びそれを備える半導体集積回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】静電容量方式のタッチ検出回路において、接続されるタッチパネル上のセンサ容量について、遠端から近端まで安定してタッチ検出を行う。【解決手段】タッチ検出回路を、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて適応的に動作させる。例えば、タッチ・非タッチを判定する閾値を調整できるように構成する。または、センサ容量に接続される検出回路の検出感度を調整できるように構成する。例えば、検出回路の入力部分に、センサ容量から入力される信号線に直列接続される調整用抵抗を備え、遠端から近端のセンサ容量までの配線抵抗の差を相殺するように調整できるように構成する。【選択図】図5

Description

本発明は、タッチ検出回路及びそれを備える半導体集積回路に関し、特に表示パネルに重ね合せて実装されたタッチパネルに接続されるタッチパネル制御回路に好適に利用できるものである。
スマートフォンやタブレット端末に使用される表示パネルにはタッチパネルが重ね合せて実装されており、ユーザが表示画面上を指などでタッチする(触れあるいはなぞる)ことにより、機器を操作することができる。タッチされた位置を検出するためには、種々の方式が提案されている。例えば、静電容量方式では、タッチパネル上にマトリックス状に配置されたセンサ容量に、指などが近づくことによって発生する静電容量の変化を検出することにより、タッチされた座標を検出する。静電容量方式には、相互容量方式と自己容量方式がある。相互容量方式では、センサ容量を形成する電極の一方を送信側、他方を受信側として、送信側と受信側の間に生じているカップリング容量が、指などの接近によって減少する現象を利用する。駆動電極としてのY電極と検出電極としてのX電極が誘電体を挟んで直交するように配置され、それぞれの交差に容量(センサ容量)が構成される。センサ容量の近傍に指や手による容量が存在すると、当該交点における相互容量は指や手による容量によって充電される電荷が分割される分だけ、センサ容量から減少する。タッチパネル制御回路は、この相互容量の変化がどの交点でどの程度の大きさで発生したかを検出する。自己容量方式では、センサ容量の一方の電極を接地電位とし、接地された人体の指などが接近することによって、その容量分がセンサ容量に加算されて増加する現象を利用する。
特許文献1に開示されるタッチパネル制御回路は、Y電極からセンサ容量に対して繰り返しパルス状の交流駆動電圧を印加し、そのときのセンサ容量の容量値に対応する電荷を転送してX電極に接続される積分回路で累積加算することにより、当該センサ容量の容量値を検出する。このとき、印加する交流駆動電圧の振幅を大きくすることにより信号レベル(転送される電荷量)を増大させ、表示パネルを駆動する信号との間でタイミングをずらすことにより表示駆動信号から受ける雑音レベルを低下させ、もって信号/雑音比(S/N比)を向上させる。
特許文献2に開示される表示装置では、表示パネルを駆動する期間とタッチセンスを行う期間を時分割することにより、表示駆動を行う信号がタッチ検出に対してノイズとして影響するのを回避する。
特許文献3には、自己容量方式のタッチ検出回路が開示されている。X方向の電極とY方向の電極とがそれぞれ格子状に配列され、交点にセンサ容量が形成されている。X方向とY方向の電極の組合せによって選択された容量に対して、充電動作とその後の放電動作を行って、静電容量の変化を検出する。
特許文献4には、自己容量方式と相互容量方式を組合せたタッチ検出回路が開示されている。自己容量方式によってマルチタッチが検出された場合に、そのタッチ電極に絞って相互容量方式によってタッチ座標の検出を行う。
特開2012−234474号公報 特開2012−59265号公報 特開2011−14527号公報 特開2013−242699号公報
特許文献1、2、3及び4について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。
タッチパネル制御回路では、検出方式に違いはあるものの、相互容量方式でも自己容量方式でも、センサ容量などセンサ容量の容量値の変化を検出して、タッチ座標の算出などの判定処理を行っている。いずれの方式においても、センサ容量に接続される検出器は、センサ容量を充電する電圧印加回路と、放電時のアナログ信号が入力されるアナログの検出回路を含んで構成され、検出器に入力されたアナログ信号は、例えばアナログ・ディジタル変換器(ADC:Analog to Digital Converter)にてディジタル信号に変換された後、タッチ・非タッチ検出論理回路にて、タッチ・非タッチを判定される。このタッチ・非タッチ検出の判定処理は、すべてハードウェアで処理される場合とファームウェアで処理される場合などがあるが、いずれの場合も、ある閾値にてタッチ・非タッチの判定を行っている。
このとき、タッチ・非タッチ時のセンサ容量の容量値の変化量は、センサ容量の全体の容量値に比べて小さいため、上述のような従来技術では、ノイズを抑制して検出感度を向上する各種の技術が提案され、採用されてきている。
しかしながら、タッチ・非タッチ時のセンサ容量の容量値の変化量は、センサ容量の全体の容量値に比べて著しく小さいため、センサ容量までの配線抵抗の抵抗値に違いがあることにより、ノイズを抑制するだけでは、十分にタッチ・非タッチの検出精度を向上することができないことが分かった。即ち、従来のタッチ検出方式では、センサ容量と検出器との距離については、全く考慮されていなかったが、本発明者が検討した結果、タッチパネルの大規模化、高精細化に伴い、検出器からの距離が遠いセンサ容量におけるタッチ信号を検出することができなくなる恐れがあることがわかった。
タッチパネルにおいてセンサ容量がマトリックス状に配置されている場合、検出器から各センサ容量までの配線長は、検出器の近端では短く、遠端では長くなる。この配線長の違いは、電気的には配線抵抗の違いとして現れ、その結果、近端のセンサ容量と遠端のセンサ容量では、検出器に信号が伝達する場合の時定数(抵抗と容量の積)に差が生じる。この時定数の差は、検出器に届く信号量の差、例えば電圧差、或いは電荷量の差となる。また、各センサ容量に重畳されるノイズも、同様の時定数により、検出器に伝達されるノイズ信号量が減衰され、近端と遠端で差を生じる。つまり、タッチ・非タッチの信号量とノイズ量の比率は同程度、信号量の和(タッチ・非タッチの信号量とノイズ量の和)が遠端のセンサ容量については小さくなる。このとき、従来技術では、遠端のセンサ容量からの信号が減衰するために、閾値との差が小さく、タッチ信号を検出できない恐れがあるという問題があることがわかった。
このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、下記の通りである。
すなわち、タッチパネル上に配置された複数のセンサ容量に配線を介して接続され、前記センサ容量の静電容量を検出可能なタッチ検出回路であって、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて適応的に動作する。
前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、センサ容量からタッチ検出回路までの距離による、信号量の減衰を相殺する方向で調整することができ、遠端から近端までセンサ容量からの信号を安定して検出することができる。
図1は、本発明が適用される電子機器の一例である表示及び入力装置の全体的な構成を示すブロック図である。 図2は、タッチパネルの電極構成を例示する平面図である。 図3は、表示パネルの電極構成を例示する平面図である。 図4は、タッチパネルコントローラの全体的な構成を例示するブロック図である。 図5は、タッチパネルの等価回路と実施形態1に係るタッチ検出回路、及びタッチ検出回路を含むタッチパネルコントローラの構成例を示すブロック図である。 図6は、タッチパネルの等価回路と実施形態2に係るタッチ検出回路、及びタッチ検出回路を含むタッチパネルコントローラの構成例を示すブロック図である。 図7は、実施形態3のタッチ検出回路の構成例と接続例を示す回路図である。 図8は、実施形態3のタッチ検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。 図9は、実施形態3のタッチ検出回路の別の動作例を示すタイミングチャートである。 図10は、実施形態4のタッチ検出回路(片エッジ検出タイプ)の構成例と接続例を示す回路図である。 図11は、実施形態4のタッチ検出回路の第1動作モード(片エッジ検出タイプFIR+IIR+積分回路)を表すタイミングチャートである。 図12は、実施形態4のタッチ検出回路の第2動作モード(片エッジ検出タイプQV変換+IIR+積分回路)を表すタイミングチャートである。 図13は、実施形態4のタッチ検出回路の第3動作モード(片エッジ検出タイプ積分回路のみ)を表すタイミングチャートである。 図14は、実施形態5のタッチ検出回路(両エッジ検出タイプ)の構成例と接続例を示す回路図である。 図15は、実施形態5のタッチ検出回路の第4動作モード(両エッジ検出タイプFIR+IIR+積分回路)を表すタイミングチャートである。 図16は、実施形態5のタッチ検出回路の第5動作モード(両エッジ検出タイプQV変換+IIR+積分回路)を表すタイミングチャートである。 図17は、実施形態5のタッチ検出回路の第6動作モード(両エッジ検出タイプ積分回路のみ)を表すタイミングチャートである。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔1〕<センサ容量までの距離(配線長)に応じて適応的に動作するタッチ検出回路>
本願において開示される代表的な実施の形態に係るタッチ検出回路(301)は、タッチパネル(1)上に配置された複数のセンサ容量(Cxy)に配線を介して接続され、前記センサ容量の静電容量を検出可能なタッチ検出回路であって、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて適応的に動作する。
これにより、センサ容量からタッチ検出回路までの距離による、信号量の減衰を相殺する方向で調整することができ、遠端から近端までセンサ容量からの信号を安定して検出することができる。
〔2〕<検出閾値を調整>
項1において、検出対象のセンサ容量(Cxy)までの配線長に応じて、タッチされているか否かを判定する閾値(VT1〜VTm)を調整可能に構成される。
これにより、近端のセンサ容量からの大きな信号量に対しても、遠端のセンサ容量からの小さな信号量に対しても、それぞれ適切な閾値を使って、タッチ・非タッチの判定を行うことができる。
〔3〕<複数の閾値を使ったディジタル処理>
項2において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量を充電する回路(300)と、前記センサ容量から放電される電荷を検出する検出回路(10_1〜10_n)と、前記検出回路の出力をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換回路(304)と、複数のセンサ容量に対応して前記アナログ・ディジタル変換回路から出力される複数のディジタル値に基づいてタッチ座標を検出するタッチ・非タッチ検出回路(50)とを備える。前記タッチ・非タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて前記閾値を調整可能に構成される。
これにより、ディジタル論理回路によってタッチ座標を検出する場合に、それぞれ適切な閾値を使って、タッチ・非タッチの判定を行うことができる。
〔4〕<検出閾値パラメータを格納する記憶装置>
項3において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量に応じて前記閾値を算出するためのパラメータ(Pt1〜Ptm)を格納する記憶装置(60)をさらに備える。
前記タッチ・非タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて、前記記憶装置から前記パラメータを読み出して前記閾値を算出可能に構成される。
これにより、記憶装置に格納されるパラメータを、接続されるタッチパネル毎に個別に調整することが可能な構成を、容易に提供することができる。検出閾値が、接続されるタッチパネルの品種や個体差に適するように、パラメータを調整することが容易な構成となる。
〔5〕<ソフトウェア(ファームウェア)によるタッチ・非タッチ検出>
項3または項4において、前記タッチ・非タッチ検出回路はプロセッサ(5)を備えて構成される。
これにより、タッチ・非タッチの検出やタッチ座標の算出を、ソフトウェアまたはファームウェアによって、実行させることができる。
〔6〕<検出感度を適応的に調整可能な検出回路>
項1において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量を充電する回路(300)と、前記センサ容量から放電される電荷を検出する検出回路(10_1〜10_n)とを備え、前記検出回路は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて検出感度を調整可能に構成される。
これにより、近端のセンサ容量からの大きな信号量に対しても、遠端のセンサ容量からの小さな信号量に対しても、それぞれ適切な検出感度を持たせた検出回路により、タッチ・非タッチの判定を行うことができる。
〔7〕<入力部に調整用抵抗を備える検出回路>
項1において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量から入力される信号線と、前記信号線と入力される電荷を検出する検出回路と、前記検出回路の入力端子との間に直列接続される抵抗器(R_1〜R_n)を備え、前記抵抗器は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて抵抗値を調整可能に構成される。
これにより、近端から遠端のセンサ容量までの配線長に応じた配線抵抗の差を吸収するように、前記抵抗器の抵抗値を調整することができ、検出感度を容易に調整することができる。
〔8〕<入力部に調整用抵抗を備える検出回路>
項3から項7のうちのいずれか1項において、前記検出回路は、積分回路(11、15)を含んで構成される。
これにより、センサ容量に対して複数回の充放電を繰り返し、センサ容量に対応する電荷量を複数回にわたって積分することができ、検出感度を向上することができる。
〔9〕<入力部に調整用抵抗を備える検出回路>
項8において、前記検出回路は、さらにスイッチトキャパシタフィルタ(12、13、14)を含んで構成される。
これにより、前記スイッチトキャパシタフィルタを使ってノイズ除去を行い、検出精度を向上することができる。
〔10〕<タッチパネルコントローラIC>
本願において開示される代表的な実施の形態に係る半導体集積回路(101、102)は、項1から項9のうちのいずれか1項に記載されるタッチ検出回路を、単一半導体基板上に備える。
これにより、検出感度の高いタッチ検出回路を備える、タッチパネルコントローラICが提供される。
〔11〕<表示ドライバ+タッチパネルコントローラIC>
項10において、前記タッチパネルと重ね合せて構成される表示パネル(DP,2)に接続されて前記表示パネルを駆動し制御可能な表示駆動回路(DPC,4)を、さらに前記半導体基板上に備える。
これにより、表示パネルとタッチパネルが積層され一体として構成された表示・タッチパネルに接続される集積されたICが提供され、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることが容易になる。
〔12〕<表示ドライバ+タッチパネルコントローラ+マイコンIC>
項11において、前記タッチ検出回路を制御可能であり、検出された前記センサ容量の静電容量の値に基づくデータを読み出し可能なマイクロコントローラ(SMPU,5)を、さらに前記半導体基板上に備える。
これにより、さらにマイクロコントローラが同一チップに集積されたICが提供され、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることがさらに容易になり、外付けされるアプリケーションプロセッサの負担を軽減することができる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
〔実施形態1〕
図1には本発明が適用される表示及び入力装置100の全体的な構成が例示される。同図に示される表示及び入力装置100は本発明に係る電子機器の一例であり、例えばPDA(Personal Digital Assistant)や携帯電話機などの携帯端末の一部を構成し、タッチパネル(TP)1、表示パネル(DP)2、タッチパネルコントローラ(TPC)3、表示パネルコントローラ(DPC)4、サブプロセッサ(SMPU)5、及びホストプロセッサ(HMPU)6を備える。タッチパネルコントローラ3及び表示パネルコントローラ4、更に必要に応じてサブプロセッサ5を含めて、1個の半導体チップ上に形成し、又は例えばマルチチップモジュールとして1個のパッケージに搭載して、単一の半導体装置(IC)101または102として実現することができる。特に制限されないが、半導体装置(IC)101または102は、例えば公知のCMOSFET(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)LSI(Large Scale Integrated circuit)の製造技術を用いて、シリコンなどの単一半導体基板上に形成される。タッチパネルコントローラ3及び表示パネルコントローラ4を1チップのIC101として実装することにより、表示パネル2とタッチパネル1が積層され一体として構成された、例えばインセルタイプの表示・タッチパネルに接続されるときに、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることが容易になる。また、さらにサブプロセッサ(SMPU)5が同一チップ102に集積されることにより、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることがさらに容易になり、外付けされるホストプロセッサ(HMPU)6の負担を軽減することができる。
タッチパネル1には、複数のセンサ容量が形成されている。タッチパネルコントローラ3は、各センサ容量における容量成分の変動に応じた検出データを得る。サブシステム用のマイクロプロセッサであるサブプロセッサ(SMPU)5はタッチパネル1の駆動を制御し、タッチパネルコントローラ3が取得した検出データから、タッチの状態や座標を検出する処理を行う。例えば、検出データに対してディジタルフィルタ演算を行い、これによってノイズが除去されたデータから、容量値の2次元的な分布の重心を算出する演算を行い、タッチ位置座標を算出する。要するに、交差部のどの位置で浮遊容量が変化したか、即ち、交差部のどの位置で指が近接したか(タッチされたか、接触イベントが発生したか)を示すために、接触イベントが発生したときの位置座標を演算する。
タッチパネル1は透過性(透光性)の電極や誘電体膜を用いて構成され、例えば表示パネル2の表示面に重ね合せて配置される。タッチパネル1と表示パネル2は、一体として実装されたインセル構成でも、個別に製造されて重ね合せて実装されたオンセル構成でも良いし、タッチパネル1と上面に設置されるカバーガラスとが一体化されたカバーガラス一体構成であってもよい。
ホストプロセッサ(HMPU)6は表示データを生成し、表示パネルコントローラ4はホストプロセッサ6から受け取った表示データを表示パネル2に表示するための表示制御を行う。ホストプロセッサ6は、接触イベントが発生したときの位置座標のデータをサブプロセッサ5から取得し、表示パネル2における位置座標のデータと表示パネルコントローラ4に与えて表示させた表示画面との関係から、タッチパネル1の操作による入力を解析する。
特に制限されないが、ホストプロセッサ6には夫々図示を省略する、通信制御ユニット、画像処理ユニット、音声処理ユニット、及びその他アクセラレータなどが内蔵され或いは接続されることによって、例えば携帯端末が構成される。
図2にはタッチパネル1の電極構成が例示される。タッチパネル1は横方向に形成された多数の駆動電極(Y電極)Y1〜YM(Y電極Ymとも記す)と、縦方向に形成された多数の検出電極(X電極)X1〜XN(X電極Xnとも記す)とが相互に電気的に絶縁されて構成される。X電極とY電極の交差部には各電極の容量電極を介してセンサ容量が形成される。センサ容量は、交点容量、或いは、交差容量とも呼ばれる。相互容量方式では、センサ容量に指などの物体が近接すると、当該物体を容量電極とする浮遊容量が前記センサ容量に加わることになる。Y電極Y1〜YMは、例えばその配列順にタッチパネルコントローラ3から駆動パルスが印加されて駆動される。自己容量方式では、各X電極及び/または各Y電極毎に、各センサ容量の容量値の変化を計測することができるように構成されている。図2には、電極形状が菱形のタッチパネル1が示されるが、電極形状は格子型等他の形状でもよい。
図3には表示パネル2の電極構成が例示される。同図に示される表示パネル2の表示サイズは例えばVGAである480RGB×640の規模とされる。表示パネル2は横方向に形成された走査電極としてのゲート電極G1〜G640と縦方向に形成された信号電極としてのドレイン電極D1〜D1440とが配置され、その交点部分には選択端子が対応する走査電極に接続され、入力端子が対応する信号電極に接続された多数の表示セルが配置される。ゲート電極G1〜G640は、例えばその配列順に表示パネルコントローラ4から走査パルスが印加されて駆動(走査駆動)される。ドレイン電極D1〜D1440にはゲート電極の走査駆動に同期して走査駆動ラインの階調データが供給される。表示パネル2の表示サイズは、図示された上記表示サイズに制限されず、任意である。
図4にはタッチパネルコントローラ3の全体的な構成が例示される。タッチパネルコントローラ3は駆動回路(YDRV)300、タッチ検出回路(SENS)301、サンプルホールド回路(SH)302、セレクタ(SLCT)303、アナログ/ディジタル変換回路(ADC、以後AD変換回路と略す)304、RAM(Random Access Memory)305、バスインタフェース回路(BIF)306、及び制御回路としてのシーケンス制御回路(SQENC)308を有する。シーケンス制御回路(SQENC)308は、制御シーケンスをプログラマブルに設定することを可能とする、制御レジスタ(CREG)320を備えて構成されると好適である。制御レジスタ(CREG)320は、不揮発性の記憶素子で構成されても良いし、揮発性の記憶素子で構成され、サブプロセッサ(SMPU)5等によって初期化或いは適宜変更する(書き換える)ことが可能なように構成されても良い。
駆動回路(YDRV)300は、相互容量方式のタッチ検出を行うときにY電極Y1〜YMを駆動するために設けられている。自己容量方式のタッチ検出の場合には、駆動回路300は、検出対象のセンサ容量を選択するためにY電極Y1〜YMに所定の電位を与える機能を備え、またはそのような選択を必要としない構成の場合には省略されてもよい。
タッチ検出部301は、X電極X1〜XNに接続されるセンサ容量を計測して、その容量値に対応する電圧(Vout_1〜Vout_nなど)を出力する。相互容量方式のタッチ検出を行うときには、X電極X1〜XNには、センサ容量を介して駆動パルスに同期した信号が現れる。センサ容量にユーザの指などが触れまたは近づくと、駆動パルスからセンサ容量に充電された電荷が奪われる。タッチ検出部301には、駆動パルスに同期してX電極X1〜XNに生ずる電荷の移動に伴って発生する信号が入力される。タッチ検出部301は、X電極からの入力信号が入力され、積分回路やフィルタとして動作する、スイッチトキャパシタ回路を含んで構成される。タッチ検出部301の構成と動作については、後述の各実施形態で詳しく説明する。
タッチ検出部301から出力される検出信号Vout1〜Voutnは検出電極毎にサンプルホールド回路302に保持され、保持された検出信号はセレクタ303で選択され、選択された検出信号はAD変換回路304でディジタルの検出データDoutに変換される。変換された検出データはRAM305に蓄積される。RAM305に蓄積された検出データはバスインタフェース回路306を介してサブプロセッサ5に供給され、タッチ座標の演算に供される。
シーケンス制御回路308は制御信号Csig1〜Csig6を用いて駆動回路300、タッチ検出部301、サンプルホールド回路302、セレクタ303、AD変換回路304及びバスインタフェース回路306の動作を制御し、また、制御信号Csig7によってRAM305のアクセス制御を行う。シーケンス制御回路308には、例えば、外部から垂直同期信号Vsyncや水平同期信号Hsyncがタイミングの基準信号(Reference Riming)として入力され、別途入力されまたは内部で生成されるクロックCLKに同期したシーケンス制御を行う。
図5は、タッチパネルの等価回路と実施形態1に係るタッチ検出回路301、及びタッチ検出回路301を含むタッチパネルコントローラ3の構成例を示すブロック図である。タッチパネルコントローラ3には、Y電極Y1〜YMを駆動するための、端子PY1〜PYmが設けられ、X電極X1〜XNに接続されるセンサ容量a11〜a1m、a21〜a2m、a31〜a3m、…、an1〜anmの容量値または容量値の変化量を計測するために、端子PX1〜PXnが設けられている。タッチパネルコントローラ3は、タッチ検出部301とサンプルホールド回路302と、セレクタ303と、AD変換回路304と、駆動回路300と、シーケンス制御回路308とを含んで構成され、タッチ・非タッチ検出論理50と記憶装置60が外付けされる。タッチ・非タッチ検出論理50は、例えば、図1に示されるサブプロセッサ(SMPU)5によって実行されるソフトウェアとして実装され、記憶装置60はそのサブプロセッサ(SMPU)5によってアクセス可能な記憶装置である。また、タッチ・非タッチ検出論理50は、例えば、ハードウェアの論理回路として、タッチパネルコントローラ3内に実装することもできる。
タッチ検出部301は、端子PX1〜PXnにそれぞれ接続される検出回路10_1〜10_nが設けられており、センサ容量a11〜a1m…an1〜anmの容量値またはその変化量に対応する出力電圧Vout_1〜Vout_nを出力する。タッチ検出部301の出力Vout_1〜Vout_nは、サンプルホールド回路(SH)302に転送され電圧値として保持される。セレクタ(SLCT)303は、サンプルホールド回路(SH)302に保持される電圧値を、制御信号Csig4に基づいて順次選択して、AD変換回路304に入力する。AD変換回路304は、入力される電圧値をディジタル値Doutに変換する。ディジタル値Doutは、タッチ・非タッチ検出論理50に送られて、この値を解析することによって、タッチ・非タッチ検出が行われる。
センサ容量a11〜a1m…an1〜anmの容量値またはその変化量を検出するために、駆動回路300は、Y電極Y1〜YMに駆動パルスを順次出力することによってセンサ容量を充電する動作を、所定タイミングで繰返す。電極Y1にパルスを印加することによって、第1行のセンサ容量a11、a21、a31、…an1が充電され、充電に使われた電荷がX電極X1〜Xnに並列に現れ、その電荷量を検出回路10_1〜10_nを使って並列に検出する。その後順次、Y電極Y2、Y3、・・・にパルスを印加することによって、第2行のセンサ容量a12、a22、…an2、第3行のセンサ容量a13、a23、…an3を順次対象として、容量値またはその変化量を検出する。より好ましい実施形態では、Y電極毎に供給される駆動パルスは一定の複数パルス数に制御され、検出回路10_1〜10_nは入力される電荷量を複数回に渡って累積的に加算(積分)して信号量を増幅する。
センサ容量a11〜a1m…an1〜anmのうち、1列に配列されるセンサ容量a11〜a1mは、タッチパネルコントローラ3の端子PX1から見てa11が遠端、a1mが近端であり、センサ容量an1〜anmでは、端子PXnから見てan1が遠端、anmが近端である。遠端のセンサ容量a11、a21、a31、…an1から得られるDoutには閾値VT1が与えられ、近端のセンサ容量a1m、a2m、a3m、…anmから得られるDoutには閾値VTmが与えられる。遠端のセンサ容量a11、a21、a31、…an1との配線は近端のセンサ容量a1m、a2m、a3m、…anmとの配線と比べて長いので配線抵抗が大きくなり、その配線によって伝送される信号が減衰するため、得られるDoutは比較的小さくなる。
本実施形態では、タッチ・非タッチを判定するための閾値を、これに合わせて、遠端のセンサ容量a11、a21、…an1に対応する閾値VT1が、近端のセンサ容量a1m、a2m、…anmに対応する閾値VTmよりも小さい値となるようにマッピングされている(検出閾値マッピング)。遠端から近端までのセンサ容量に対応する閾値VT1〜VTmは、上記配線抵抗による信号の減衰量に基づいて、この減衰量を相殺する方向で徐々に変化する値とすることができる。領域毎にグループ化してもよい。タッチ・非タッチ検出論理50に記憶装置60を接続し、上記遠端から近端までのセンサ容量に対応する閾値VT1〜VTmに対応する検出閾値パラメータPt1〜Ptmを、記憶装置60に格納しておき、タッチ・非タッチ検出論理50から適宜読み出して用いることができる。タッチ・非タッチ検出論理50は、検出閾値パラメータPt1〜Ptmを使って閾値の値を、センサ容量までの配線長に合わせて適応的に変化させることができる。ここで、閾値は、単独のDoutそのものからセンサ容量が配置された点でのタッチ・非タッチを判定するための閾値であってもよく、または、2次元的な分布において、周囲からの変化分(容量増加分)を判定するための閾値であってもよい。
これにより、センサ容量からタッチ検出回路までの距離による、信号量の減衰を相殺する方向で調整することができ、遠端から近端までセンサ容量からの信号を安定して検出することができる。
〔実施形態2〕
本発明の別の実施形態では、検出回路10_1〜10_nの特性を、検出対象のセンサ容量に応じて配線抵抗の抵抗値の変化量を相殺する方向で適応的に変化させる。例えば、検出回路10_1〜10_nの入力インピーダンスを、遠端から近端までのセンサ容量に対応する配線抵抗の変化量を相殺する方向で、適応的に変化させる。また、検出回路10_1〜10_nの感度または利得を、遠端から近端までのセンサ容量に対応する配線抵抗の変化量を相殺する方向で、適応的に変化させる。上述の実施形態1で説明したように、タッチ・非タッチを判定するための閾値を、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて適応的に変更することができるように構成し、または、本実施形態のように、検出回路10_1〜10_nの特性を、検出対象のセンサ容量に応じて配線抵抗の抵抗値の変化量を相殺する方向で適応的に変化させることができるように構成し、或いはそれらを組合せて構成しても良い。これにより、センサ容量からタッチ検出回路までの距離による、信号量の減衰を相殺する方向で調整することができ、遠端から近端までセンサ容量からの信号を安定して検出することができる。
図6は、タッチパネルの等価回路と実施形態2に係るタッチ検出回路301、及びタッチ検出回路301を含むタッチパネルコントローラ3の構成例を示すブロック図である。表示及び入力装置100の全体的な構成については、図1から図4を引用して説明した実施形態1と同様に構成することができる。タッチパネルコントローラ3には、図5と同様に、Y電極Y1〜YMを駆動するための、端子PY1〜PYmが設けられ、X電極X1〜XNに接続されるセンサ容量a11〜a1m…an1〜anmの容量値または容量値の変化量を計測するために、端子PX1〜PXnが設けられている。タッチパネルコントローラ3は、タッチ検出部301とサンプルホールド回路302と、セレクタ303と、AD変換回路304と、駆動回路300と、シーケンス制御回路308とを含んで構成され、タッチ・非タッチ検出論理50と記憶装置60が外付けされる。
タッチ検出部301には、端子PX1〜PXnにそれぞれ接続される検出回路10_1〜10_nと入力インピーダンス制御回路18が設けられており、センサ容量a11〜a1m…an1〜anmの容量値またはその変化量に対応する出力電圧Vout_1〜Vout_nが出力される。検出回路10_1〜10_nのそれぞれは、積分回路11_1〜11_nを備え、それぞれの入力部に入力インピーダンスを調整するための調整用抵抗R_1〜R_nを備える。調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値は、入力インピーダンス制御回路18によって制御される。タッチ検出部301の出力Vout_1〜Vout_nは、実施形態1と同様に、サンプルホールド回路(SH)302に転送され電圧値として保持される。その他の構成は、実施形態1と同様であるので、詳しい説明を省略する。
センサ容量a11〜a1m…an1〜anmの容量値またはその変化量を検出するために、駆動回路300は、Y電極Y1〜YMに駆動パルスを順次出力することによってセンサ容量を充電する動作を、所定タイミングで繰返す。電極Y1にパルスを印加することによって、第1行のセンサ容量a11、a21、a31、…an1が充電され、充電に使われた電荷の量がX電極X1〜Xnに並列に現れ、その電荷量を検出回路10_1〜10_nを使って並列に検出する。その後順次、Y電極Y2、Y3、・・・にパルスを印加することによって、第2列のセンサ容量a12、a22、a32、…an2、第3列のセンサ容量a13、a23、a33、…an3を順次対象として、容量値またはその変化量を検出することができる。
このとき、遠端の第1行のセンサ容量a11、a21、a31、…an1の容量値またはその変化量を検出するときには、Y電極Y1に充電パルスが印加されるのと同期して、入力インピーダンス制御回路18は調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値を、最も小さい値R1に調整する。以降、第2行のセンサ容量a12、a22、…an2、第3行のセンサ容量a13、a23、…an3を順次検出対象とするときには、Y電極Y2、Y3に充電パルスが印加されるのと同期して、入力インピーダンス制御回路18は調整用抵抗R_2、R_3の値を抵抗値R2,R3に徐々に増加させる。その後、近端の第m行のセンサ容量a1m、a2m、…anmが検出対象のときには、Y電極Ymに充電パルスが印加されるのと同期して、入力インピーダンス制御回路18は調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値を、最も大きい値Rmに調整する。このように、端子PX1〜PXnから検出対象のセンサ容量までの配線抵抗の値を、調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値によって相殺する方向で調整することができる。調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値は、上述のように徐々に変化させても良いが、ある程度の領域毎にまとめて同じ値としてもよい。Y電極Y1〜YMに対して充電パルスを印加するタイミングは制御信号Csig1により、調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値を調整するタイミングは制御信号Csig2により、ともにシーケンス制御回路(SQENC)308によって制御される。より好ましい実施形態では、Y電極毎に供給される駆動パルスは一定の複数パルス数に制御され、検出回路10_1〜10_n内の積分回路11_1〜11_nは入力される電荷量を複数回に渡って積分して信号量を増加する。
本実施形態では、タッチ・非タッチ検出論理50において、調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値を、遠端のセンサ容量a11、a21、…an1に対応する抵抗値R1が、近端のセンサ容量a1m、a2m、…anmに対応する抵抗値Rmよりも小さい値となるようにマッピングし(調整用抵抗値マッピング)、シーケンス制御回路(SQENC)308に供給する。遠端から近端までのセンサ容量に対応する抵抗値R1〜Rmは、上記配線抵抗による信号の減衰量に基づいて、この減衰量を相殺する方向で徐々に変化する値とすることができる。タッチ・非タッチ検出論理50に記憶装置60を接続し、上記遠端から近端までのセンサ容量に対応する抵抗値R1〜Rmに対応する抵抗調整用パラメータPr1〜Prmを、記憶装置60に格納しておき、タッチ・非タッチ検出論理50から適宜読み出して用いることができる。タッチ・非タッチ検出論理50は、抵抗調整用パラメータPr1〜Prmを使って調整用抵抗R_1〜R_nの抵抗値を、センサ容量までの配線長に合わせて適応的に変化させることができる。
〔実施形態3〕
図7は、実施形態3のタッチ検出回路の構成例と接続例を示す回路図である。図7に示される検出回路10は、図5に示したタッチコントローラ3において、端子PX1〜PXnに接続される検出回路10_1〜10_nの一例である。入力端子PX1に積分回路11による検出回路10が接続され、その出力にサンプルホールド回路302内の1本の信号分のサンプルホールド回路19が接続され、その出力がセレクタ303内のスイッチS6RX1を介してAD変換回路304に接続される。検出回路10を構成する積分回路11は、正極側入力(+)が所定電位VHSPに固定される演算増幅器(オペアンプ)AMP1を備え、オペアンプAMP1の負極側入力(−)と出力Vout1との間に、積分容量Cs1とスイッチS1が並列に接続される。入力端子PX1とオペアンプAMP1の負極側入力(−)との間にはスイッチS2が接続される。入力端子PX1は、スイッチS3によって所定電位VHSPに初期化することができる。例えば、Y電極を駆動するパルスの印加とスイッチS2のタイミングがずれた場合にも、X電極の電位をスイッチS3によって所定電位VHSPに初期化することができる。積分回路13は、スイッチS1を閉じることによって積分容量Cs1が放電されて初期化され、スイッチS2が閉じる毎に、X電極から入力される電荷を、積分容量Cs1に累積的に加算する、積分動作を行う。サンプルホールド回路19は、スイッチS4と、サンプルホールド容量CSHと、オペアンプAMP4とを含んで構成される。オペアンプAMP4は、負極側入力(−)と出力端子が短絡されてボルテージフォロワアンプを構成する。ボルテージフォロワアンプの入力であるオペアンプAMP4の正極側入力(+)は、接地電位との間にはサンプルホールド容量CSHが接続され、検出回路10である積分回路11の出力Vout1との間にはスイッチS4が接続される。スイッチS1〜S3は制御信号Csig2によって制御され、スイッチS4はCsig3によって制御される。
図8は、実施形態3のタッチ検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。横軸が時間であり、縦軸に上から順に、外部同期の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、クロックCLK、IC101内の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、表示期間を示す信号、Y電極Ymに印加される信号、及び、スイッチS1とS2を制御する信号が示される。内部の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsyncは、外部同期の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsyncにそれぞれ同期して生成される。内部の垂直同期信号Vsyncは外部同期の垂直同期信号Vsyncに同期して立上り、内部の水平同期信号Hsyncは、クロックCLKに同期させるために、例えば、外部同期の水平同期信号Hsyncに同期して立下り、クロックCLKに同期する所定期間後に立ち上がるように構成される。
図示されるように、1ライン期間tHの一部(図では後半)に表示期間を設け、表示期間が開始される前にタッチ検出を行う場合、Ym電極に印加されるパルスは、Hsyncの立上りから所定期間a後に立上り、ハイ期間c、周期dで表示期間が開始される前まで繰り返し出力される。図8には、1ライン毎に2パルス出力される例が示されているが、パルス数は1ライン期間tH中の表示期間の長さによって変動する。表示期間を長くするとタッチ検出に割くことができる期間が短くなり、タッチ検出の感度と精度が低下する一方、表示期間を短縮するためには、表示パネル2と表示パネルコントローラ4を高速な応答が可能なものとする必要がある。スイッチS1の制御信号は、Ym電極への一連のパルスの印加を開始する前に一旦ハイにされロウに戻されることにより、積分回路11の積分容量Cs1が短絡、放電されて初期化される。スイッチS1の制御信号は、Ym電極への一連のパルスの印加と同期して制御される。即ち、Hsyncの立上りから所定期間a後に立上り、周期tsで表示期間が開始される前まで繰り返し出力される。ハイ期間の長さは、Y電極に印加されるパルスのハイ期間cと一致させる必要はない。Ym電極にパルスが印加されることによって生じた電荷の移動を、スイッチS2を閉じることによって積分回路11に取りこみ、所定の回数だけ積分、即ち繰り返し取りこまれた信号電荷を積分容量Cs1に累積加算する。表示期間には、Ym電極へのパルスの印加が停止されるので、これと同期して動作する積分回路11への入力を制御する、スイッチS2もその期間中は開放され、積分回路11の動作は停止する。積分回路11は、表示期間に入力は中断されるが積分値は積分容量Cs1に保持されるので、入力が再開されたときに積分動作が再開し、所定のパルス数の入力に対応して、信号電荷が積分される。このように、検出回路10を構成する積分回路11は、サンプリング周期tsで間欠的に動作する。なお、図8に示される信号のハイ/ロウは一例に過ぎず、構成される回路の正論理/負論理によって適宜規定される。他のタイミングチャートについても同様である。
図9は、実施形態3のタッチ検出回路の別の動作例を示すタイミングチャートである。横軸が時間であり、縦軸に上から順に、外部同期の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、クロックCLK、IC101内の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、表示期間を示す信号、タッチウィンドウを表す信号(Touch window)、Y電極Ymに印加される信号、及び、スイッチS1とS2を制御する信号が示される。外部同期の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、クロックCLK、IC101内の垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsync、表示期間を示す信号、Y電極Ymに印加される信号、及び、スイッチS1の動作は、図8を引用して上述した動作例と同様であるので、説明を省略する。
図9には、タッチ検出期間を示すタイミング情報として、タッチウィンドウ(Touch window)が示される。タッチウィンドウは表示期間と重ならない範囲で設定され、タッチパネルコントローラにタッチ検出動作を行わせる期間を示す信号である。内部の水平同期信号Hsyncの立上りから期間a後に立上り、表示期間が開始れされるHsyncの立上りから期間b後よりもβだけの余裕(マージン)をもってb+β(β<0)後に立ち下げられる。タッチウィンドウは、例えば表示パネルコントローラ4からタイミング信号TPCtimingとして入力され、または、上述のa、b、βを制御レジスタ320にパラメータとして与えられて、シーケンス制御回路(SQENC)内で生成される。Y電極Ymに印加されるパルスの出力は、タッチウィンドウの範囲内に制限される。これにより、表示期間にY電極の駆動パルスが表示データに影響を与えて画質を劣化させることがないように、マージンを調節することができる。
図9に示される検出回路10において特徴的な点は、スイッチS2の動作である。図8に示される動作例では、スイッチS2はYm電極に印加されるパルスと同期して、表示期間に開放されていたが、図9に示される動作例では、Ym電極へのパルスの出力が停止されている期間も、同じ周期tsでX電極からの信号電荷の取り込みを継続する。検出回路10の動作は表示期間中にも継続するが、Ym電極へのパルスの出力が停止されているので、表示データに影響を与えて画質を劣化させることがない。一方、図9に示されるように動作させることにより、検出回路10である積分回路11の周波数特性は、著しく改善される。積分回路11は、スイッチトキャパシタ回路の一種であり低域通過特性を持つ。また、スイッチトキャパシタ回路は離散系であるので、周期tsの逆数であるサンプリング周波数を単位として折り返される周期的な周波数特性を持つ。したがって、検出回路10である積分回路11の周波数特性は、周波数0(ゼロ、即ち直流)とサンプリング周波数において利得=1(減衰なし)の通過特性となる。図8に示されるように、表示期間とタッチ検出期間に合わせて、積分回路11を水平同期信号の周期tHで間欠的に動作させると、周期tHの逆数の周波数ごとに、ピークを持つ通過特性が重畳される。一方、図9に示されるように、タッチ検出期間だけでなく表示期間にも、積分回路11のサンプリング動作を連続的に継続させると、水平同期信号の周期tHに起因するピークは現れず、良好な低域通過特性が得られる。
以上、図7に示される検出回路10を、実施形態1のタッチコントローラ3の検出回路301に搭載する実施形態について説明したが、図6に示した実施形態2のタッチコントローラ3において、検出回路10_1〜10_nとして搭載しても良い。
〔実施形態4〕
図10は、実施形態4のタッチ検出回路(片エッジ検出タイプ)の構成例と接続例を示す回路図である。図10には、タッチ検出回路301とサンプルホールド回路302、セレクタ303のうち、1個の検出電極(X電極)に接続される回路構成の一例が示される。例えば端子PX1を介して検出電極(X電極)X1に接続される。1個の検出電極(X1)に接続される検出回路10は、第1及び第2スイッチトキャパシタ回路12と及び14と積分回路15とを含んで構成される。第1及び第2スイッチトキャパシタ回路12と及び14と積分回路15とで構成される検出回路10は、例えば、図5に示した実施形態1のタッチコントローラ3において、端子PX1〜PXnに接続される検出回路10_1〜10_nとして使用することができ、また、図6に示した実施形態2のタッチコントローラ3において、積分回路11_1〜11_nを置き換えることができる。
検出回路10において、第1スイッチトキャパシタ回路12の出力は、スイッチS41とサンプルホールド容量Csh1を介して第2スイッチトキャパシタ回路14に転送され、第2スイッチトキャパシタ回路14の出力は、スイッチS43とサンプルホールド容量Csh2を介して積分回路15に転送される。積分回路15の出力は、スイッチS4を介してサンプルホールド回路302を構成する1つのサンプルホールド回路19に接続される。サンプルホールド回路19の出力は、セレクタ303を構成する1つのスイッチS6_RX1を介して、AD変換回路304に接続される。第1スイッチトキャパシタ回路12の出力は、スイッチSITGを介して、サンプルホールド回路19の入力であるスイッチS4に接続されるとよい。第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15を停止させこれらをバイパスして、第1スイッチトキャパシタ回路12の出力をサンプルホールド回路19に転送することができる。積分回路15は、動作を停止したとき出力VOUT3がハイインピーダンスとなるように構成される。上述した各スイッチと後述する第1及び第2スイッチトキャパシタ回路12と及び14と積分回路15内の各スイッチは、シーケンス制御回路308から出力される制御信号Csig2〜Csig4によって制御される。
第1スイッチトキャパシタ回路12は、正極側入力(+)が所定電位VHSPに固定されるオペアンプAMP1を含んで構成される。オペアンプAMP1の負極側入力(−)と出力VOUT1との間には、積分容量Cs1とスイッチS1が並列に接続される。入力端子PX1とオペアンプAMP1の負極側入力(−)との間にはスイッチS2が接続される。入力端子PX1は、スイッチS3によって所定電位VHSPに固定することができる。例えば、Y電極を駆動するパルスの印加とスイッチS2のタイミングがずれた場合にも、X電極の電位が変動しないように、スイッチS3によって所定電位VHSPに固定することができる。第1スイッチトキャパシタ回路12は、後述のように、スイッチS1〜S3と後段のサンプルホールド容量Csh1への転送を制御するスイッチS41のタイミングを適切に制御することにより、FIR(Finite Impulse Response)フィルタ、QV変換器、または、積分回路として動作させることができる。
第2スイッチトキャパシタ回路14は、正極側入力(+)が所定電位VHSPに固定されるオペアンプAMP2を含んで構成される。オペアンプAMP2の負極側入力(−)と出力VOUT2との間には、積分容量Cs2aとCs2bとスイッチS12が並列に接続される。積分容量Cs2aとCs2bとはスイッチCF1とCF2によって、並列に接続されまたは切り離される。積分容量Cs2aとCs2bの一方また両方は、スイッチS12によって短絡されて放電され、スイッチS13によって所定電位VHSPに初期化することができるように構成されている。即ち、積分容量Cs2a+Cs2bは、容量値の一部(Cs2bのみ)または全部(Cs2a+Cs2b)が、スイッチCF1とCF2とS12の制御によって放電可能に構成されている。サンプルホールド容量Csh1とオペアンプAMP2の負極側入力(−)との間にはスイッチS42が接続される。第2スイッチトキャパシタ回路14、後述のように、サンプルホールド容量Csh1からの入力を制御するスイッチS42と、スイッチS12〜S13とCF1とCF2と、後段のサンプルホールド容量Csh2への転送を制御するスイッチS43のタイミングを適切に制御することにより、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタとして動作させることができる。積分容量Cs2aとCs2bの容量値は、例えばレジスタ設定により変更することができるように構成されると好適である。積分容量Cs2aとCs2bの容量値によって、IIRフィルタの周波数特性が規定されるからである。
積分回路15は、正極側入力(+)が所定電位VHSPに固定されるオペアンプAMP3を含んで構成される。オペアンプAMP3の負極側入力(−)と出力VOUT3との間には、積分容量Cs3とスイッチS14が並列に接続される。サンプルホールド容量Csh2とオペアンプAMP3の負極側入力(−)との間にはスイッチS44が接続される。積分容量Cs3の容量値は、例えばレジスタ設定により変更することができるように構成されると好適である。積分回路15では、サンプルホールド容量Csh2と積分容量Cs3の比により、増幅効果を得ることができるので、積分容量Cs3の容量値を可変とすることにより、利得を調整することができるからである。また、積分回路15の動作回数、即ち積み上げ回数も、例えばレジスタ設定により変更することができるように構成されると好適である。積分回路15の動作回数によっても、利得を調整することができるからである。
サンプルホールド回路19は、入力のスイッチS4とサンプルホールド容量CSHとオペアンプAMP4によるボルテージフォロワアンプによって構成される。
上述の各スイッチを適切に制御することにより、検出回路301は、少なくとも下記3通りの動作モードで選択的に動作させることができる。動作モードの選択は、シーケンス制御回路(SQENC)308に制御レジスタ(CREG)320を設けて、上述の各スイッチの制御シーケンスを適切に設定することができるように構成するのが好適である。制御レジスタ(CREG)320は、不揮発性の記憶素子で構成されても良いし、揮発性の記憶素子で構成され、サブプロセッサ(SMPU)5等によって初期化或いは適宜変更することが可能なように構成されても良い。
第1動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12をFIRフィルタとして動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。第2動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12をQV変換回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。第3動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12を積分回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15を停止させて、検出回路301の出力として第1スイッチトキャパシタ回路12の出力VOUT1を出力する。
これにより、タッチパネル制御回路3が実装され使用される環境に合わせて、検出回路301を上述の構成や他の構成の中から、最も適切な動作をさせることが可能な構成をプログラマブルに設定することができ、多様なノイズ環境に対応することができる。ここで他の構成とは、例えば、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタではなくFIRフィルタとして動作させる場合などである。スイッチCF1とCF2を常時閉じておけば、積分容量Cs2aとCs2bは並列接続となり、第2スイッチトキャパシタ回路14をFIRフィルタとして動作させることができる。
各動作モードについてさらに詳しく説明する。
<第1動作モード(FIR+IIR+積分回路)>
第1動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12をFIRフィルタとして動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。
図11は、上述の第1動作モード(FIR+IIR+積分回路)の動作例を表すタイミングチャートである。横軸に時刻が任意単位(a.u.: arbitrarily unit)で示され、縦軸方向に上から、Y電極にパルスを印加する信号(TX1とTX2)と、上述の各スイッチのオン/オフを制御する信号が示される。Y電極には、図9を引用して説明したように、複数のパルスが間欠的に印加される。図11にはその一部が示される。時刻t=0.5からY1電極に4個のパルスが印加され、時刻t=4〜15.5の表示期間(不図示)には印加が停止される。時刻t=16.5からY2電極に印加される4個のパルスが印加され、時刻t=20以降の表示期間(不図示)には印加が停止される。1つのY電極には、図9を引用して説明したように、1個または複数のパルスが印加される期間と表示のためにパルスの印加が停止される期間が繰り返し現れるが、図11では簡略化されて、4個のパルス印加と停止期間(表示期間)のみが示されている。Y電極にパルスが印加されると、X電極から検出回路10_1の入力端子PX1にセンサ容量Cxyに対応する電荷が入力される。
第1スイッチトキャパシタ回路12のスイッチS2は、Y電極に印加されるパルスに同期して閉じられ、入力される電荷を積分容量Cs1に転送する。電荷は転送される毎に積分容量Cs1に累積され、VOUT1に出力される。スイッチS1は、時刻t=0〜0.5、t=5〜5.5のように、積分容量Cs1に蓄積される電荷を周期的に放電する。出力VOUT1は、スイッチS41を介してサンプルホールド容量Csh1に保持される。以上のように、第1スイッチトキャパシタ回路12は、4次のFIRフィルタとして動作し、Y電極に印加されるパルスに同期して周期的にPX1端子に入力される電荷を4パルス期間分積算して、4パルス期間ごとにサンプルホールド容量Csh1に出力する。スイッチS1、S2、S3、S41の動作は、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16も、上記と同じ周期で繰り返し継続される。
サンプルホールド容量Csh1に保持される、第1スイッチトキャパシタ回路12の出力は、スイッチS42により4パルス期間ごとに第2スイッチトキャパシタ回路14に入力される。時刻t=4〜4.5には、スイッチCF1とCF2は共に閉じられており、積分容量Cs2aとCs2bは並列接続されて、容量値はCs2a+Cs2bとなっている。入力されたFIRフィルタの出力は、積分容量Cs2a+Cs2bに蓄積される。時刻t=4.5〜8に、スイッチCF1とCF2はともに開かれ、スイッチS12とS13が閉じられことにより、積分容量Cs2bが短絡されて放電され、電圧VHSPに初期化される。次に時刻t=8〜8.5に、スイッチCF1とCF2は共に再び閉じられ、入力されたFIRフィルタの次の出力が積分容量Cs2a+Cs2bに蓄積される。このように、第2スイッチトキャパシタ回路14は、前回のサンプリングまでに保持されていた電荷のうち、Cs2b/(Cs2a+Cs2b)が捨てられ、新たに入力されるサンプリングデータが積分容量Cs2a+Cs2bに蓄積される、IIRフィルタとして動作する。IIRフィルタのフィードバック係数を決める比Cs2b/(Cs2a+Cs2b)によって、周波数特性を調整することができる。積分容量Cs2aとCs2bの容量値を、例えばレジスタ設定により変更することができるように構成することにより、周波数特性の調整を可能とすることができる。スイッチS42、CF1,CF2、S12、S13の動作も同様に、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16にも、上記と同じ周期で繰り返し継続される。
IIRフィルタとして動作する第2スイッチトキャパシタ回路14の出力は、スイッチS43が閉じられることによってサンプルホールド容量Csh2に転送され、スイッチS44が閉じられることによって積分回路15に入力される。積分回路15では、時刻t=4.5とt=8.5とt=12.5とt=16.5の4回入力されるIIRフィルタの出力を、積分容量Cs3に累積加算して出力する。積分回路15の出力VOUT3は、スイッチS4が閉じられる(時刻t=17)ことによって、サンプルホールド回路14のサンプルホールド容量CSHに転送され、一方、積分回路15の積分容量Cs3に蓄えられた電荷は、スイッチS14が閉じられる(時刻t=18)ことによって放電され、積分回路15がリセットされる。スイッチS43、S44,S14,S4の動作も同様に、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16にも、上記と同じ周期で繰り返し継続される。
サンプルホールド容量CSHに保持される出力は、オペアンプAMP4によるボルテージフォロワアンプを介して、セレクタ303のスイッチS6_RX1によって選択されたとき(時刻t=18)に、AD変換回路304に入力される。
以降、図示は省略されるが、他のY2〜YM電極に印加されるパルス(TX2〜TXM)についても、タッチ検出回路301は上記と同様の動作を繰り返す。
以上は、端子PX1に16パルスが入力されたときに、第1スイッチトキャパシタ回路12を4パルス毎に動作する4次のFIRフィルタとして動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14を4パルス毎に動作する4次のIIRフィルタとして動作させる例を示したが、FIRフィルタとIIRフィルタの次数は、任意に変更することができる。また、積分回路15の動作回数、即ち積み上げ回数も、例えばレジスタ設定により変更することができるように構成されると好適である。
図11に示した、FIRフィルタとして動作する第1スイッチトキャパシタ回路12、IIRフィルタとして動作する第2スイッチトキャパシタ回路14、及び積分回路15の間の、信号電荷の転送タイミングは、一例に過ぎず、任意に変更可能である。例えば、第2スイッチトキャパシタ回路14への入力と出力が同じタイミングである例を示したが、スイッチS42を閉じるタイミングに対してスイッチS43を閉じるタイミングを数サイクル遅らせるなどによって、IIRフィルタの入力から出力までの余裕を増やすようにタイミング調整をすることができる。さらに、第2スイッチトキャパシタ回路14は、スイッチCF1とCF2を常に閉じておくことにより、FIRフィルタとして動作させることも可能である。
以上述べてきたように、第1動作モードでは、第1と第2スイッチトキャパシタ回路12と14をそれぞれFIRフィルタとIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。FIRフィルタとIIRフィルタとして動作する第1と第2スイッチトキャパシタ回路12と14及び積分回路15は、Y電極に印加されるパルスに同期して動作し、さらに、Y電極へのパルスの印加が停止される期間にも、同じ周期でX電極のサンプリング動作とその後のフィルタ動作と積分動作を継続する。このため、Y電極へのパルスの印加が表示駆動とタッチ検出のために1ライン周期ごとに間欠的に停止される場合であっても、1ライン周期の逆数の周波数に通過特性のピークを持つことがなく、FIRフィルタとIIRフィルタの持つ本来の通過特性により、ノイズ抑圧効果をさらに高めることができる。
<第2動作モード(QV変換+IIR+積分回路)>
第2動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12をQV変換回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路13で積分(累積加算)して出力する。
図12は、上述の第2動作モード(QV変換+IIR+積分回路)の動作例を表すタイミングチャートである。図11と同様に横軸に時刻が任意単位で示され、縦軸方向に上から、Y電極にパルスを印加する信号(TX1とTX2)と、上述の各スイッチのオン/オフを制御する信号が示される。Y電極には、図11を引用して説明した第1動作モードと同様に、複数のパルスが間欠的に印加される。時刻t=0.5からY1電極に4個のパルスが印加され、時刻t=4〜15.5の表示期間(不図示)には印加が停止される。
第1スイッチトキャパシタ回路12のスイッチS2は、Y電極に印加されるパルスに同期して閉じられ、入力される電荷を積分容量Cs1に転送する。電荷は転送される毎に積分容量Cs1に累積され、VOUT1に出力される。スイッチS1は、スイッチS2と逆位相で、積分容量Cs1に蓄積される電荷を周期的に放電する。出力VOUT1は、スイッチS41を介してサンプルホールド容量Csh1に保持される。図11を引用して説明したFIRフィルタとしての動作とは異なり、Y電極に入力される1パルスに対応する信号電荷が、累算されずにそのままVOUT1に出力され、サンプルホールド容量Csh1に転送されて保持される。第1スイッチトキャパシタ回路12は、入力される電荷Qを電圧Vに変換するQV変換回路として動作する。Y電極に印加されるパルスに同期して周期的にPX1端子に入力される電荷を電圧VOUTに変換して、1パルスごとにサンプルホールド容量Csh1に出力する。スイッチS1、S2、S3、S41の動作は、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16も、上記と同じ周期で繰り返し継続される。
サンプルホールド容量Csh1に保持される、第1スイッチトキャパシタ回路12の出力は、スイッチS42により1パルス期間ごとに、第2スイッチトキャパシタ回路14に入力される。第2スイッチトキャパシタ回路14に入力された信号電荷は、スイッチCF1とCF2がそれぞれ閉じられることによって並列接続されている、積分容量Cs2a+Cs2bに4回の入力毎に累積されて蓄積され、時刻t=4.5〜5, t=8.5〜9, t=12.5〜13,…に、Cs2b/(Cs2a+Cs2b)が捨てられる。このように、第2スイッチトキャパシタ回路14はIIRフィルタとして動作する。スイッチS42、CF1,CF2、S12、S13の動作も同様に、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16にも、上記と同じ周期で繰り返し継続される。
IIRフィルタとして動作する第2スイッチトキャパシタ回路14の出力は、スイッチS43が閉じられることによってサンプルホールド容量Csh2に転送され、スイッチS44が閉じられることによって積分回路15に入力される。積分回路15では、時刻t=4.5, t=8.5, t=12.5, t=16.5 の4回入力されるIIRフィルタの出力を、積分容量Cs3に累積して出力する。積分回路15の出力VOUT3は、スイッチS4が閉じられる(時刻t=17)ことによって、サンプルホールド回路19のサンプルホールド容量CSHに転送され、一方、積分回路15の積分容量Cs3に蓄えられた電荷は、スイッチS14が閉じられる(時刻t=18〜21)ことによって放電し、積分回路15がリセットされる。
サンプルホールド容量CSHに保持される出力は、オペアンプAMP4によるボルテージフォロワアンプを介して、セレクタ303のスイッチS6_RX1によって選択されたとき(t=18)にAD変換回路304に入力される。
以降、図示は省略されるが、他のY2〜YM電極に印加されるパルス(TX2〜TXM)についても、検出回路301は上記と同様の動作を繰り返す。
以上は、端子PX1に4パルスが入力されたときに、第1スイッチトキャパシタ回路12を1パルス毎に動作するQV変換回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14を4パルス毎に動作するIIRフィルタとして動作させる例を示したが、IIRフィルタの次数は任意に変更することができる。
以上述べてきたように、第2動作モードでは、第1と第2スイッチトキャパシタ回路12と14をそれぞれQV変換回路とIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。QV変換回路とIIRフィルタとして動作する第1と第2スイッチトキャパシタ回路12と14及び積分回路15は、Y電極に印加されるパルスに同期して動作し、さらに、Y電極へのパルスの印加が停止される期間にも、同じ周期でX電極のサンプリング動作とその後のフィルタ動作と積分動作を継続する。このため、Y電極へのパルスの印加が表示駆動とタッチ検出のために1ライン周期ごとに間欠的に停止される場合であっても、1ライン周期の逆数の周波数に通過特性のピークを持つことがなく、QV変換回路とIIRフィルタの持つ本来の通過特性により、ノイズ抑圧効果をさらに高めることができる。
<第3動作モード(積分器のみ)>
第3動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12を積分回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15を停止させて、タッチ検出回路301の出力として第1スイッチトキャパシタ回路12の出力VOUT1を出力する。
図13は、第3動作モード(積分回路のみ)の動作例を表すタイミングチャートである。図11、図12と同様に横軸に時刻が任意単位(a.u.)で示され、縦軸方向に上から、Y電極にパルスを印加する信号(TX1とTX2)と、上述の各スイッチのオン/オフを制御する信号が示される。Y電極には、図11を引用して説明した第1動作モードと同様に、複数のパルスが間欠的に印加される。時刻t=0.5からY1電極に4個のパルスが印加され、時刻t=4〜15.5の表示期間(不図示)には印加が停止される。
第1スイッチトキャパシタ回路12のスイッチS2は、Y電極に印加されるパルスに同期して閉じられ、入力される電荷を積分容量Cs1に転送する。電荷は転送される毎に積分容量Cs1に累積加算され、VOUT1に出力される。スイッチS2は、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16にも、同じ周期で繰り返し継続される。スイッチS1は、時刻t=0〜0.5とt=16〜16.5のように、積分容量Cs1に蓄積される電荷を周期的に放電する。出力VOUT1は、スイッチSIGTとスイッチS4を介してサンプルホールド容量CSHに保持される。第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15は停止しており、特に積分回路15のオペアンプAMP3の出力はハイインピーダンスに制御されている。
以上のように、第3動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路12が積分回路として動作し、第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15をバイパスして、直接サンプルホールド回路19に接続される。第1スイッチトキャパシタ回路12と第2スイッチトキャパシタ回路14とをバイパスして積分回路15のみを動作させる構成をとってもよい。積分回路として動作する第1スイッチトキャパシタ回路12は、Y電極に印加されるパルスに同期して動作し、さらに、Y電極へのパルスの印加が停止される期間にも、同じ周期でX電極のサンプリングと積分動作を継続する。このため、Y電極へのパルスの印加が表示駆動とタッチ検出のために1ライン周期ごとに間欠的に停止される場合であっても、1ライン周期の逆数の周波数に通過特性のピークを持つことがなく、積分回路が持つ本来の通過特性により、ノイズ抑圧効果をさらに高めることができる。
〔実施形態5〕<プログラマブルSCF(両エッジ検出タイプ)>
上述の実施形態4では、Y1電極に印加されるパルスTX1の立上りに、センサ容量Cxyに対応する電荷が検出電極X1から入力され、その信号電荷に基づいてセンサ容量のタッチ/非タッチによる変動量が検出される。これに対し、本実施形態5においては、Y1電極に印加されるパルスTX1の立上りと立下りの両エッジで発生する電荷の移動を検出して、センサ容量のタッチ/非タッチによる変動量が検出される。
図14は、実施形態5のタッチ検出回路(両エッジ検出タイプ)の構成例と接続例を示す回路図である。図14には、図10と同様に、タッチ検出回路301とサンプルホールド回路302、セレクタ303のうち、1個の検出電極(X電極)に接続される回路構成の一例が示される。例えば端子PX1を介して検出電極(X電極)X1に接続される。1個の検出電極(X1)に接続される検出回路10は、第1及び第2スイッチトキャパシタ回路13と及び14と積分回路15とを含んで構成される。初段の第1スイッチトキャパシタ回路13は、図10に示される第1スイッチトキャパシタ回路12と異なり、Y1電極に印加されるパルスTX1の立上りと立下りの両エッジで発生する電荷の移動を検出することができるスイッチトキャパシタ回路である。第1及び第2スイッチトキャパシタ回路13及び14と積分回路15とで構成される検出回路10は、例えば、図5に示した実施形態1のタッチコントローラ3において、端子PX1〜PXnに接続される検出回路10_1〜10_nとして使用することができ、また、図6に示した実施形態2のタッチコントローラ3において、積分回路11_1〜11_nを置き換えることができる。
第1スイッチトキャパシタ回路13の入力は、端子PX1を介して検出電極(X電極)X1に接続され、出力はスイッチS41とサンプルホールド容量Csh1を介して第2スイッチトキャパシタ回路14に転送される。第2スイッチトキャパシタ回路14の出力は、スイッチS43とサンプルホールド容量Csh2を介して積分回路15に転送される。積分回路15の出力は、スイッチS4を介してサンプルホールド回路302を構成する1つのサンプルホールド回路19に接続される。サンプルホールド回路19の出力は、セレクタ303を構成する1つのスイッチS6_RX1を介して、AD変換回路304に接続される。第1スイッチトキャパシタ回路13の出力は、スイッチSITGを介して、サンプルホールド回路19の入力であるスイッチS4に接続される。上述した各スイッチと後述する第1及び第2スイッチトキャパシタ回路13と及び14と積分回路15内の各スイッチは、シーケンス制御回路308から出力される制御信号Csig2〜Csig4によって制御される。
第1スイッチトキャパシタ回路13は、正極側入力(+)が所定電位VHSPに固定されるオペアンプAMP1を含んで構成される。オペアンプAMP1の負極側入力(−)と出力VOUT1との間には、積分容量Cs1とスイッチS1が並列に接続される。積分容量Cs1の両端には、スイッチCFA1,CFA2,CFB1,CFB2が接続され、オペアンプAMP1に対する積分容量Cs1の接続関係を反転させることができるように構成されている。即ち、スイッチCFA1とCFA2を閉じスイッチCFB1とCFB2を開いた状態と、逆にスイッチCFA1とCFA2を開きスイッチCFB1とCFB2を閉じた状態とで、オペアンプAMP1に対する積分容量Cs1の接続関係を反転させることができる。他の構成は、図10に示される第1スイッチトキャパシタ回路12と同様であり、入力端子PX1とオペアンプAMP1の負極側入力(−)との間にはスイッチS2が接続され、入力端子PX1は、スイッチS3によって所定電位VHSPに固定することができる。
第1スイッチトキャパシタ回路13は、後述のように、スイッチS1〜S3と、さらにスイッチCFA1,CFA2,CFB1,CFB2と、後段のサンプルホールド容量Csh1への転送を制御するスイッチS41のタイミングとを適切に制御することにより、FIRフィルタ、QV変換器、または、積分回路として動作させることができる。
第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15は、図10と同様に構成される。説明は省略する。
タッチ検出回路301は、実施形態4に示した3通りの動作モードに加え、さらに3通りの合計6通りの動作モードで選択的に動作させることができる。動作モードの選択は、実施形態4で説明したのと同様に、シーケンス制御回路(SQENC)308に制御レジスタ(CREG)320を設けて、上述の各スイッチの制御シーケンスを適切に設定することができるように構成するのが好適である。
第1から第3動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路13を実施形態4で示したのと同様の片エッジ検出タイプの、FIRフィルタ、QV変換回路、または、積分回路として動作させる。片エッジ検出タイプの動作をさせるためには、例えばスイッチCFA1とCFA2を閉じ、スイッチCFB1とCFB2を開いた状態に固定して、実施形態4に示した各動作モードと同じように動作させればよい。
これに対応して、第4から第6動作モードでは、第1スイッチトキャパシタ回路13を両エッジ検出タイプの、FIRフィルタ、QV変換回路、または、積分回路として動作させる。Y1電極に印加されるパルスTX1の立上りと立下りの両エッジで、スイッチS2をそれぞれ閉じる期間を設け、立上り期間と立下り期間で、オペアンプAMP1に対する積分容量Cs1の接続関係を反転させる。パルスTX1の立上りと立下りでは、発生する信号電荷の移動の方向が反転するので、それに合わせて積分容量の極性を反転させることにより、パルスTX1の立上りと立下りの両エッジで信号電荷を検出することができる。第4から第6動作モードでは、検出される信号電荷量を2倍にすることができ、タッチ検出の感度を向上することができる。
両エッジ検出タイプの第4から第6動作モードについて、さらに詳しく説明する。
<第4動作モード(両エッジ検出タイプFIR+IIR+積分回路)>
第4動作モードでは、第1動作モードと同様に、第1スイッチトキャパシタ回路13をFIRフィルタとして動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力するが、初段の第1スイッチトキャパシタ回路13を両エッジ検出タイプのFIRフィルタとして動作させる。
図15は、第4動作モード(両エッジ検出タイプFIR+IIR+積分回路)の動作例を表すタイミングチャートである。横軸に時刻が任意単位(a.u.)で示され、縦軸方向に上から、Y電極にパルスを印加する信号(TX1とTX2)と、上述のスイッチCFA1,CFA2,CFB1,CFB2を含む各スイッチのオン/オフを制御する信号が示される。Y電極には、図11〜13を引用して説明した実施形態4の各動作モードと同様に、複数のパルスが間欠的に印加される。即ち、時刻t=0.5からY1電極に4個のパルスが印加され、時刻t=4〜15.5の表示期間(不図示)には印加が停止される。Y電極にパルスが印加されると、X電極から検出回路10_1の入力端子PX1にセンサ容量Cxyに対応する電荷が入力される。ここで、両エッジ検出タイプでは、Y電極に印加されるパルスの立上りエッジと立下りエッジのそれぞれにおいて電荷の移動があること、及びその移動方向が逆であることを利用する。
Y電極に印加されるパルスの立上りエッジよりも前(時刻t=0.5−α)に第1スイッチトキャパシタ回路13のスイッチS2が閉じられ、スイッチCFA1とCFA2が閉じられ、スイッチCFB1とCFB2が開かれる。時刻t=0.5に、Y電極に印加されるパルスの立上りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷は、積分容量Cs1に転送される。次にY電極に印加されるパルスの立下りエッジよりも前(時刻t=1.0−α)に、スイッチCFA1とCFA2が開かれ、スイッチCFB1とCFB2が閉じられることにより、オペアンプAMP1に対する積分容量Cs1の接続関係が反転される。積分容量Cs1の極性を反転させるとも言うことができる。時刻t=1.0に、Y電極に印加されるパルスの立下りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷は、反転された積分容量Cs1に転送される。以降同様に、Y電極に印加されるパルスの立上りエッジ(時刻t=1.5, 2.5, 3.5)に同期して(エッジよりも前に)、スイッチCFA1とCFA2を閉じスイッチCFB1とCFB2を開き、立下がりエッジ(時刻t=2, 3, 4)に同期して(エッジよりも前に)、スイッチCFA1とCFA2を開きスイッチCFB1とCFB2を閉じる制御を繰り返す。Y電極に印加されるパルスの立上りと立下りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷の移動方向は、立上りと立下りで反転する。X電極から入力される信号電荷は、パルスの両エッジで検出され、積分容量Cs1に絶対値的に累積加算される。スイッチS41は、時刻t=0.5〜4の期間、閉じられ、出力VOUT1をサンプルホールド容量Csh1に転送する。サンプルホールド容量Csh1に保持される、第1スイッチトキャパシタ回路13の出力は、スイッチS42により時刻t=4に、第2スイッチトキャパシタ回路14に入力される。積分容量Cs1に蓄積された電荷は、サンプルホールド容量Csh1に転送された後に、スイッチS1によって放電され初期化される。これ以降、第1スイッチトキャパシタ回路11は、Y1電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16も、上述のシーケンスと同じ周期で、PX1端子に入力される電荷を4パルス期間分積算して、4パルス期間ごとにサンプルホールド容量Csh1に出力する、FIRフィルタとして動作する。
後段の第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15の動作は、実施形態4について図11を引用して説明した、第1動作モード(片エッジ検出タイプFIR+IIR+積分回路)と同じであるので、説明を省略する。
以上述べてきたように、第4動作モード(両エッジ検出タイプFIR+IIR+積分回路)では、第1と第2スイッチトキャパシタ回路13と14をそれぞれFIRフィルタとIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。第1動作モードと比較して、初段のFIRフィルタに入力される信号電荷の量が2倍になるので、タッチ検出の感度を向上させることができる。さらに、Y電極へのパルスの印加が停止される期間にも、同じ周期でX電極のサンプリング動作とその後のフィルタ動作と積分動作を継続する。このため、Y電極へのパルスの印加が表示駆動とタッチ検出のために1ライン周期ごとに間欠的に停止される場合であっても、1ライン周期の逆数の周波数に通過特性のピークを持つことがなく、FIRフィルタとIIRフィルタの持つ本来の通過特性により、ノイズ抑圧効果をさらに高めることができる。
<第5動作モード(両エッジ検出タイプQV変換+IIR+積分回路)>
第5動作モードでは、第2動作モードと同様に、第1スイッチトキャパシタ回路13をQV変換回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14をIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力するが、初段の第1スイッチトキャパシタ回路13を両エッジ検出タイプのQV変換回路として動作させる。
図16は、第5動作モード(両エッジ検出タイプQV変換+IIR+積分回路)の動作例を表すタイミングチャートである。図15と同様に、横軸に時刻が任意単位(a.u.)で示され、縦軸方向に上から、Y電極にパルスを印加する信号(TX1とTX2)と、上述のスイッチCFA1,CFA2,CFB1,CFB2を含む各スイッチのオン/オフを制御する信号が示される。Y電極には、図15を引用して説明した第4動作モードと同様に、複数のパルスが間欠的に印加される。即ち、時刻t=0.5からY1電極に4個のパルスが印加され、時刻t=4〜15.5の表示期間(不図示)には印加が停止される。Y電極にパルスが印加されると、X電極から検出回路10_1の入力端子PX1にセンサ容量Cxyに対応する電荷が入力される。ここで、第5動作モードも両エッジ検出タイプであるので、Y電極に印加されるパルスの立上りエッジと立下りエッジのそれぞれにおいて電荷の移動があること、及びその移動方向が逆であることを利用する。
Y電極に印加されるパルスの立上りエッジ(時刻t=0.5)よりも前に第1スイッチトキャパシタ回路13のスイッチS2が閉じられ、スイッチCFA1とCFA2が閉じられ、スイッチCFB1とCFB2が開かれる。時刻t=0.5に、Y電極に印加されるパルスの立上りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷は、積分容量Cs1に転送される。次にY電極に印加されるパルスの立下りエッジ(時刻t=1.0)よりも前に、スイッチCFA1とCFA2が開かれ、スイッチCFB1とCFB2が閉じられることにより、オペアンプAMP1に対する積分容量Cs1の接続関係が反転される(積分容量Cs1の極性が反転される)。時刻t=1.0に、Y電極に印加されるパルスの立下りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷は、反転された積分容量Cs1に転送され、立上りエッジに転送された電荷に累積加算され、VOUT1に出力される。スイッチS1は、スイッチS2と逆位相で、積分容量Cs1に蓄積される電荷を周期的に放電する。出力VOUT1は、スイッチS41を介してサンプルホールド容量Csh1に保持される。図15を引用して説明したFIRフィルタとしての動作とは異なり、Y電極に入力される1パルスに対応する信号電荷が、複数のサンプリング周期に渡って累算されるのではなく、1回のサンプリング周期の立上りと立下りのタイミングに同期して2回サンプリングされた信号電荷が互いに逆極性で加算されてVOUT1に出力される。このように、第1スイッチトキャパシタ回路13は、入力される電荷Qを電圧Vに変換するQV変換回路として動作する。Y電極に印加されるパルスに同期して周期的にPX1端子に入力される電荷を電圧VOUTに変換して、1パルスごとにサンプルホールド容量Csh1に出力する。スイッチS1、S2、S3、S41の動作は、Y電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16も、上記と同じ動作が同じ周期で繰り返し継続される。
後段の第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15の動作は、実施形態4について図12を引用して説明した、第2動作モード(片エッジ検出タイプQV変換+IIR+積分回路)と同じであるので、説明を省略する。
以上述べてきたように、第5動作モード(両エッジ検出タイプQV変換+IIR+積分回路)では、第1と第2スイッチトキャパシタ回路13と14をそれぞれQV変換回路とIIRフィルタとして動作させ、その結果を積分回路15で積分(累積加算)して出力する。第2動作モードと比較して、初段のFIRフィルタに入力される信号電荷の量が2倍になるので、タッチ検出の感度を向上させることができる。さらに、Y電極へのパルスの印加が停止される期間にも、同じ周期でX電極のサンプリング動作とその後のフィルタ動作と積分動作を継続する。このため、Y電極へのパルスの印加が表示駆動とタッチ検出のために1ライン周期ごとに間欠的に停止される場合であっても、1ライン周期の逆数の周波数に通過特性のピークを持つことがなく、QV変換回路とIIRフィルタの持つ本来の通過特性により、ノイズ抑圧効果をさらに高めることができる。
<第6動作モード(両エッジ検出タイプ積分器のみ)>
第6動作モードでは、第3動作モードと同様に、第1スイッチトキャパシタ回路13を積分回路として動作させ、第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15を停止させて、タッチ検出回路301の出力として第1スイッチトキャパシタ回路13の出力VOUT1を出力するが、第1スイッチトキャパシタ回路13を両エッジ検出タイプの積分回路として動作させる。
図17は、第6動作モード(両エッジ検出タイプ積分器のみ)の動作例を表すタイミングチャートである。図15、16と同様に、横軸に時刻が任意単位(a.u.)で示され、縦軸方向に上から、Y電極にパルスを印加する信号(TX1とTX2)と、上述のスイッチCFA1,CFA2,CFB1,CFB2を含む各スイッチのオン/オフを制御する信号が示される。Y電極には、図15と図16を引用して説明した第4と第5動作モードと同様に、複数のパルスが間欠的に印加される。即ち、時刻t=0.5からY1電極に4個のパルスが印加され、時刻t=4〜15.5の表示期間(不図示)には印加が停止される。Y電極にパルスが印加されると、X電極から検出回路10_1の入力端子PX1にセンサ容量Cxyに対応する電荷が入力される。ここで、第6動作モードも両エッジ検出タイプであるので、Y電極に印加されるパルスの立上りエッジと立下りエッジのそれぞれにおいて電荷の移動があること、及びその移動方向が逆であることを利用する。
Y電極に印加されるパルスの立上りエッジよりも前(時刻t=0.5−α)に第1スイッチトキャパシタ回路13のスイッチS2が閉じられ、スイッチCFA1とCFA2が閉じられ、スイッチCFB1とCFB2が開かれる。時刻t=0.5に、Y電極に印加されるパルスの立上りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷は、積分容量Cs1に転送される。次にY電極に印加されるパルスの立下りエッジよりも前(時刻t=1.0−α)に、スイッチCFA1とCFA2が開かれ、スイッチCFB1とCFB2が閉じられることにより、オペアンプAMP1に対する積分容量Cs1の接続関係が反転される(積分容量Cs1の極性が反転される)。時刻t=1.0に、Y電極に印加されるパルスの立下りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷は、反転された積分容量Cs1に転送され、立上りエッジに転送された電荷に累積加算される。以降同様に、Y電極に印加されるパルスの立上りエッジ(時刻t=1.5, 2.5, 3.5, 4.5)に同期して(エッジよりも前に)、スイッチCFA1とCFA2を閉じスイッチCFB1とCFB2を開き、立下がりエッジ(時刻t=2, 3, 4, 5)に同期して(エッジよりも前に)、スイッチCFA1とCFA2を開きスイッチCFB1とCFB2を閉じる制御を繰り返す。Y電極に印加されるパルスの立上りと立下りに応じて発生し、X電極から入力される信号電荷の移動方向は、立上りと立下りで反転する。X電極から入力される信号電荷は、パルスの両エッジで検出され、積分容量Cs1に絶対値的に累積加算され、VOUT1に出力される。スイッチS2、スイッチCFA1とCFA2及びスイッチCFB1とCFB2の動作は、Y電極へのパルスの印加が停止される期間t=4〜16も、上記と同じ周期で繰り返し継続される。スイッチS1は、スイッチS2と逆位相で、積分容量Cs1に蓄積される電荷を周期的に放電する。出力VOUT1は、スイッチSIGTとスイッチS4を介してサンプルホールド容量CSHに保持される。第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15は停止しており、特に積分回路15のオペアンプAMP3の出力はハイインピーダンスに制御されている。
以上述べてきたように、第6動作モード(両エッジ検出タイプ積分器のみ)では、第3動作モードと同様に、第1スイッチトキャパシタ回路13が積分回路として動作し、第2スイッチトキャパシタ回路14と積分回路15をバイパスして、直接サンプルホールド回路19に接続される。第6動作モードは、第3動作モードと比較して、積分回路として動作する第1スイッチトキャパシタ回路13に入力される信号電荷の量が2倍になるので、タッチ検出の感度を向上させることができる。さらに、Y電極へのパルスの印加が停止される期間にも、同じ周期でX電極のサンプリングと積分動作を継続する。このため、Y電極へのパルスの印加が表示駆動とタッチ検出のために1ライン周期ごとに間欠的に停止される場合であっても、1ライン周期の逆数の周波数に通過特性のピークを持つことがなく、積分回路の持つ本来の通過特性により、ノイズ抑圧効果をさらに高めることができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、実施形態1〜5は、主に本発明を相互容量方式のタッチ検出回路に適用する実施形態について説明したが、本発明は、自己容量方式のタッチ検出回路にも同様に適用することができる。表示パネル(DP)2は、液晶表示パネル、有機EL表示パネル、その他如何なる方式の表示パネルであっても良い。また、液晶表示パネルの場合、非晶質シリコンタイプでも、低温ポリシリコンタイプでも良い。
1 タッチパネル(TP)
2 表示パネル(DP)
3 タッチパネルコントローラ(TPC)
4 表示パネルコントローラ(DPC)
5 サブプロセッサ(SMPU)
6 ホストプロセッサ(HMPU)
10 検出回路
11、15 積分回路
12 第1スイッチトキャパシタ回路(片エッジ型FIRフィルタ/QV変換回路/積分回路)
13 第1スイッチトキャパシタ回路(両エッジ型FIRフィルタ/QV変換回路/積分回路)
14 第2スイッチトキャパシタ回路(IIRフィルタ)
18 入力インピーダンス制御回路
19 サンプルホールド回路
20 充電回路
30 検出部
50 タッチ・非タッチ検出論理
60 記憶装置
PX1〜PXn、PY1〜PYm 端子
Y1〜YM 駆動電極(Y電極)
X1〜XN 検出電極(X電極)
G1〜G640 ゲート電極
D1〜D1440 ドレイン電極
100 表示及び入力装置(電子機器)
101,102 半導体装置(IC、マルチチップモジュール)
300 駆動回路(YDRV)
301 タッチ検出回路(SENS)
302 サンプルホールド回路(SH)
303 セレクタ(SLCT)
304 アナログ/ディジタル変換回路(ADC)
305 RAM
306 バスインタフェース回路(BIF)
308 シーケンス制御回路(SQENC)
320 制御レジスタ(CREG)
Csig1〜Csig7 制御信号
CLK クロック
Vsync 垂直同期信号
Hsync 水平同期信号
VHSP X電極の初期化電圧(プリチャージ電圧)
Cxy センサ容量
Rxy_1〜Rxy_n 配線抵抗
R_1〜R_n 調整用抵抗
AMP1〜AMP5 演算増幅器(オペアンプ)
Cs1、Cs2a,Cs2b,Cs3 積分容量
Csh,Csh1,Csh2 サンプルホールド容量
S1〜S6,S12〜S14,S41〜S44,CFA1,CFA2,CFB1,CFB2,CF1,CF2 スイッチ

Claims (12)

  1. タッチパネル上に配置された複数のセンサ容量に配線を介して接続され、前記センサ容量の静電容量を検出可能なタッチ検出回路であって、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて適応的に動作するタッチ検出回路。
  2. 請求項1において、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて、タッチされているか否かを判定する閾値を調整可能に構成される、タッチ検出回路。
  3. 請求項2において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量を充電する回路と、前記センサ容量から放電される電荷を検出する検出回路と、前記検出回路の出力をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換回路と、複数のセンサ容量に対応して前記アナログ・ディジタル変換回路から出力される複数のディジタル値に基づいてタッチ座標を検出するタッチ・非タッチ検出回路とを備え、
    前記タッチ・非タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて前記閾値を調整可能に構成される、タッチ検出回路。
  4. 請求項3において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量に応じて前記閾値を算出するためのパラメータを格納する記憶装置をさらに備え、
    前記タッチ・非タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて、前記記憶装置から前記パラメータを読み出して前記閾値を算出可能に構成される、タッチ検出回路。
  5. 請求項3または請求項4において、前記タッチ・非タッチ検出回路はプロセッサを備えて構成される、タッチ検出回路。
  6. 請求項1において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量を充電する回路と、前記センサ容量から放電される電荷を検出する検出回路とを備え、
    前記検出回路は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて検出感度を調整可能に構成される、タッチ検出回路。
  7. 請求項1において、前記タッチ検出回路は、検出対象のセンサ容量から入力される信号線と、前記信号線と入力される電荷を検出する検出回路と、前記検出回路の入力端子との間に直列接続される抵抗器を備え、
    前記抵抗器は、検出対象のセンサ容量までの配線長に応じて抵抗値を調整可能に構成される、タッチ検出回路。
  8. 請求項3から請求項7のうちのいずれか1項において、前記検出回路は、積分回路を含んで構成される、タッチ検出回路。
  9. 請求項8において、前記検出回路は、さらにスイッチトキャパシタフィルタを含んで構成される、タッチ検出回路。
  10. 請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載されるタッチ検出回路を単一半導体基板上に備える、半導体集積回路。
  11. 請求項10において、前記タッチパネルと重ね合せて構成される表示パネルに接続されて前記表示パネルを駆動し制御可能な表示駆動回路を、さらに前記半導体基板上に備える、半導体集積回路。
  12. 請求項11において、前記タッチ検出回路を制御可能であり、検出された前記センサ容量の静電容量の値に基づくデータを読み出し可能なマイクロコントローラを、さらに前記半導体基板上に備える、半導体集積回路。
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