JP2016218696A - タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】間欠スキャンを行ってもラッチアップ現象の発生を素早く確実に検知することが可能なタッチパネル装置を提供する。【解決手段】センシング部２は、指示体によるタッチセンサパネル１へのタッチに応じた信号を出力する。タッチ検出部３は、センシング部２の出力に基づいて、タッチセンサパネル１におけるタッチの有無および座標を検出する。回路電流検出部４は、センシング部２の回路電流の大きさを検出する。状態復旧部５は、回路電流検出部４が検出したセンシング部２の回路電流の大きさが予め定められた閾値以上になると、センシング部２が異常状態になったと判断し、異常状態となったセンシング部２を正常状態に戻す。状態復旧部５は、タッチ検出部３がタッチを検出する間隔の長さに応じて、センシング部２が異常状態か否かを判断するための閾値を変化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル装置に関するものである。

指などの指示体によるタッチを検出し、そのタッチの位置を示す座標（タッチ座標）を特定するタッチパネルは、各種の情報処理装置に広く用いられている。特に、タッチパネルが表示装置の画面上に取り付けられて成るタッチスクリーンは、情報処理装置の新たなユーザーインターフェースとして普及している。

タッチパネルにおけるタッチの検出方式としては、抵抗膜方式や静電容量方式などが知られている。静電容量方式の一つとして、投影型静電容量タッチスクリーン（Projected Capacitive Touchscreen：ＰＣＴ）方式がある。この方式のタッチパネルは、タッチパネルの前面側を数ｍｍ程度の厚みの保護板（ガラス板等）で覆っても指示体のタッチを検出可能であるため、保護板を用いて堅牢性を実現できる。また、稼働部が無いため長寿命である。これらの利点により、ＰＣＴ方式タッチパネルは、スマートフォン等の携帯通信機器、金融機関のＡＴＭ（Automated Teller Machine）、カーナビゲーション装置などに広く用いられている（特許文献１）。

タッチパネルでは、ユーザの意図しない入力操作（誤操作）を受け付けないようにすることが重要であるが、一方でＰＣＴ方式タッチパネルでは、静電気放電（Electro-Static Discharge：ＥＳＤ）による誤動作が重要な問題となっている（特許文献２）。ＥＳＤは、例えばユーザの人体などに過大にチャージされた静電気が、ユーザの指を介してタッチパネルに印加されることなどによって生じる。

一般に、ＰＣＴ方式タッチパネルでは、タッチセンサパネル内の複数センサは、静電容量を検出するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造の半導体集積回路に、電気的に接続されている。タッチセンサパネルに印加されたＥＳＤは、半導体集積回路の入力端子から入力され、半導体集積回路の定格を越える電圧（電源電圧より高い電圧または接地電位（ＧＮＤ）より低い電圧）となった場合、意図しない寄生トランジスタに大電流が流れるラッチアップ現象が発生することがある。ラッチアップ現象が生じた異常状態（ラッチアップ状態）では、タッチパネルがそれとして機能しないばかりか、最終的には破壊に至ることもある。また、ラッチアップ状態が発生したときに半導体集積回路を元の正常状態に復旧させる方法として、半導体集積回路の状態を監視し、異常状態を検知した場合に、電源を切断して寄生トランジスタに流れる電流を停止させた後に電源を再投入する方法が知られている（特許文献３）。

特開２００８−１３４８３６号公報 特開２０１３−１６１３９７号公報 特開昭５９−１４９４２４号公報

タッチパネル装置の動作方式として、一定の間隔を空けてタッチの検出を行う「間欠スキャン」が知られている。間欠スキャンを行うと、タッチパネル装置の待機時の消費電力を抑えることができるが、ラッチアップ現象の検出に遅れを生じさせるという課題を有している。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、間欠スキャンを行ってもラッチアップ現象の発生を素早く確実に検知することが可能なタッチパネル装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係るタッチパネル装置は、タッチセンサパネルと、指示体による前記タッチセンサパネルへのタッチに応じた信号を出力するセンシング部と、前記センシング部の出力に基づいて、前記タッチセンサパネルにおける前記タッチの有無および座標を検出するタッチ検出部と、前記センシング部の回路電流の大きさを検出する回路電流検出部と、前記回路電流検出部が検出した前記センシング部の回路電流の大きさが予め定められた閾値以上になると、前記センシング部が異常状態になったと判断し、前記異常状態となった前記センシング部を正常状態に戻す状態復旧部と、を備え、前記状態復旧部は、前記タッチ検出部がタッチを検出する間隔の長さに応じて、前記センシング部が異常状態か否かを判断するための前記閾値を変化させる。

本発明の第２の局面に係るタッチパネル装置は、タッチセンサパネルと、指示体による前記タッチセンサパネルへのタッチに応じた信号を出力するセンシング部と、前記センシング部の出力に基づいて、前記タッチセンサパネルにおける前記タッチの有無および座標、並びに、指示体の前記タッチセンサパネルへの接近を検出するタッチ検出部と、前記センシング部の回路電流の大きさを検出する回路電流検出部と、前記回路電流検出部が検出した前記センシング部の回路電流の大きさに基づいて、前記センシング部が異常状態か否かを判断し、前記異常状態となった前記センシング部を正常状態に戻す状態復旧部と、を備え、前記状態復旧部は、前記タッチ検出部によって指示体の前記タッチセンサパネルへの接近が検出されると、前記センシング部が異常状態か否かを判断する周期を変化させる。

本発明の第１の局面に係るタッチパネル装置によれば、タッチ検出部がタッチを検出する間隔の長さに応じて、センシング部が異常状態か否かを判断するための回路電流の閾値を変化させるため、タッチ検出部が間欠スキャンを行っていても、ラッチアップ現象の発生を素早く確実に検知することができる。

本発明の第２の局面に係るタッチパネル装置によれば、タッチ検出部によって指示体のタッチセンサパネルへの接近が検出されると、センシング部が異常状態か否かを判断する周期を変化させるため、タッチ検出部が間欠スキャンを行っていても、ラッチアップ現象の発生を素早く確実に検知することができる。

実施の形態１に係るタッチパネル装置の概略構成図である。 タッチパネル装置のハードウェア構成を示す図である。 実施の形態１，３に係るタッチパネル装置の回路電流検出部および状態復旧部の概略構成図である。 実施の形態１，２に係るタッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るタッチパネル装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係るタッチパネル装置の回路電流検出部および状態復旧部の概略構成図である。 実施の形態２におけるタッチ検出手段、正常動作に戻す手段の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態３におけるタッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３におけるセンシング手段、回路電流検出手段の動作を示すタイミングチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、説明が重複して冗長になるのを避けるため、各図において同一または相当する機能を有する要素には同一の符号を付してある。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るタッチパネル装置の概略構成図である。図１のように、当該タッチパネル装置は、タッチセンサパネル１、センシング部２、タッチ検出部３、回路電流検出部４および状態復旧部５を含む構成となっている。

タッチセンサパネル１は、複数のセンサを含んでおり、センシング部２は、それらのセンサの出力を用いてタッチパネル内の静電容量を計測することによって、タッチセンサパネル１への指示体のタッチに応じた信号を出力する。タッチ検出部３は、センシング部２の出力に基づいて、タッチセンサパネル１に対する指示体のタッチの有無およびタッチの位置を示す座標（タッチ座標）を検出する。ＰＣＴ方式のタッチパネルにおけるタッチの検出方式としては、自己容量方式や相互容量方式など様々な検出方式があるが、タッチセンサパネル１のセンサから指示体の位置を検出可能な計測値（センサ計測値）を取得できるものであれば、検出方式は問わない。

回路電流検出部４は、センシング部２に流れる電源電流を検出し、その電源電流の大きさを表す信号を出力する。状態復旧部５は、回路電流検出部４の出力信号に基づいて、センシング部２の異常状態（ラッチアップ状態）を検出し、異常状態になったセンシング部２およびタッチ検出部３を正常状態に戻すための処理を行う。

タッチ検出部３が検出したタッチセンサパネル１へのタッチの有無および座標の情報（タッチ情報）は、当該タッチパネル装置が接続されたホスト機器へと出力される。

図２は、図１に示したタッチパネル装置のハードウェア構成を示す図である。図２のように、タッチパネル装置は、タッチセンサパネル１と、タッチパネルコントローラ基板９（以下、単に「コントローラ基板９」と称す）と、それらを接続するＦＰＣ８（フレキシブル配線基板：Flexible Printed Circuit）とを備えた構成となっている。

タッチセンサパネル１は、タッチを検出するためのセンサとして、垂直方向に伸延し水平方向に並べて配設された複数のＸセンサ群６と、水平方向に伸延し垂直方向に並べて配設された複数のＹセンサ群７とを備えている。すなわち、複数のＸセンサ群６および複数のＹセンサ群７が、互いに直交するように配置されている。

図１に示したセンシング部２、タッチ検出部３、回路電流検出部４および状態復旧部５は、コントローラ基板９に搭載されている。センシング部２は、コントローラ基板９上に搭載された半導体集積回路１０（以下、単に「集積回路１０」と称す）によって実現される。タッチ検出部３は、コントローラ基板９上に搭載されたマイクロコンピュータを含む集積回路１１（以下、単に「集積回路１１」と称す）によって実現される。また、図示は省略するが、回路電流検出部４および状態復旧部５は、集積回路１０，１１の周辺回路として、コントローラ基板９に搭載されている。その他、集積回路１０および集積回路１１の動作に必要な他の周辺回路や電源回路などが、コントローラ基板９に搭載されている。

タッチセンサパネル１のＸセンサ群６およびＹセンサ群７は、タッチセンサパネル１内の引き出し配線やＦＰＣ８を介して、集積回路１０が有する複数の端子に接続される。また、コントローラ基板９は、不図示のコネクタやケーブル等を介してホスト機器に接続される。コントローラ基板９からホスト機器へは、タッチ検出部３が検出したタッチセンサパネル１のタッチの有無および座標を示すタッチ情報が出力される。コントローラ基板９とホスト機器との間の通信方式は任意のものでよく、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）、ＵＡＲＴ（非同期シリアル送受信：Universal Asynchronous Receiver Transmitter）等が考えられる。

図３は、図１のタッチパネル装置の構成をより詳細に記載したものであり、特に、回路電流検出部４および状態復旧部５の具体的な構成例を示している。ただし、一般的に集積回路に設けられるバイパスコンデンサや電源保護回路等の図示は省略している。

回路電流検出部４および状態復旧部５は、電源回路１２が生成した電源電圧をセンシング部２の集積回路１０に供給するための電源配線に挿入されている。なお、電源回路１２が生成した電源電圧はタッチ検出部３の集積回路１１にも供給されるが、集積回路１１には回路電流検出部４および状態復旧部５を介さずに供給される。つまり、センシング部２に電源回路１２から電源を供給する経路とタッチ検出部３に電源回路１２から電源を供給する経路とは異なっている。よって、センシング部２とタッチ検出部３とは、実質的にそれぞれ異なる電源で駆動されている。また、本実施の形態では、状態復旧部５の一部（ＡＤ変換回路５１および演算回路５２）が、タッチ検出部３と同じ集積回路１１に設けられており、それらもセンシング部２とは実質的に異なる電源で駆動されている。

回路電流検出部４は、電源回路１２から集積回路１０（センシング部２）に流れる電流（電源電流）の大きさを検出する。集積回路１０のラッチアップ現象は、意図しない寄生トランジスタに大電流が流れることであるため、集積回路１０に流れる電源電流が大きさから、集積回路１０が正常状態か異常状態（ラッチアップ状態）か否かを判断することができる。

回路電流検出部４は、シャント抵抗４１と、演算増幅器４２（オペアンプ）と、増幅素子としてのトランジスタ４３と、トランジスタ４３により構成される増幅回路の利得を決定する抵抗素子４４および抵抗素子４５とから構成されている。

シャント抵抗４１は、電源回路１２から集積回路１０へ電源電圧を供給するための電源配線に挿入されており、集積回路１０に流れる電流Ｉ４１（回路電流）を電圧に変換するように機能する。シャント抵抗４１の抵抗値は、例えば、１００ミリΩ程度でよい。シャント抵抗４１に生じた電圧は、演算増幅器４２に入力される。

演算増幅器４２は、シャント抵抗４１に生じた電圧に比例した電圧を、トランジスタ４３のベースに入力する。それにより、トランジスタ４３のエミッタ電圧（電圧Ｖ４３）は、集積回路１０の回路電流Ｉ４１に比例した値となる。この電圧Ｖ４３が、集積回路１０の電源電流の大きさを表す信号として、回路電流検出部４から出力される。

このように、回路電流検出部４は、電流−電圧変換回路として機能する。集積回路１０の回路電流Ｉ４１と回路電流検出部４の出力電圧Ｖ４３との関係は、シャント抵抗４１の抵抗値Ｒ４１、抵抗素子４４の抵抗値Ｒ４４および抵抗素子４５の抵抗値Ｒ４５を用いて、
Ｖ４３＝（Ｒ４１×Ｒ４５×Ｉ４１）÷Ｒ４４
と表される（演算増幅器４２の入力リーク電流や入力オフセット電圧は無視している）。

状態復旧部５は、回路電流検出部４の出力電圧Ｖ４３が予め定められた閾値以上になった場合に、集積回路１０の寄生トランジスタに大電流が流れるラッチアップ現象が生じて集積回路１０が異常状態に陥ったと判断する。また、状態復旧部５は、その場合に、電源回路１２から集積回路１０への電源供給を遮断し、その後、集積回路１０の回路電流Ｉ４１が閾値未満になってから一定時間を経過したときに再度電源を投入することによって、集積回路１０の異常状態を解消する。

図２のように、状態復旧部５は、ＡＤ変換回路５１（アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ））、演算回路５２およびスイッチ５３から構成されている。

ＡＤ変換回路５１は、回路電流検出部４の出力電圧Ｖ４３をデジタル信号Ｄ５１に変換する。演算回路５２は、ＡＤ変換回路５１が出力したデジタル信号Ｄ５１に基づく演算処理を行い、その演算結果として制御信号Ｖ５２を出力する。より具体的には、演算回路５２は、デジタル信号Ｄ５１の値が予め定められた閾値以上になると、センシング部２が異常状態になったと判断して制御信号Ｖ５２をハイレベルにし、デジタル信号Ｄ５１の値が当該閾値より小さくなると、センシング部２が正常状態に戻ったと判断して、制御信号Ｖ５２をローレベルにする。

スイッチ５３は、電源回路１２から集積回路１０へ電源電圧を供給するための電源配線に挿入されており、演算回路５２が出力する制御信号Ｖ５２によって制御される。スイッチ５３としては、ｐチャネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や出力制御機能付きのレギュレータ回路等を用いることができる。

スイッチ５３は、制御信号Ｖ５２がローレベルのときは電源配線を導通させるが、制御信号Ｖ５２がハイレベルになると電源配線を遮断する。つまり、スイッチ５３は、集積回路１０の異常状態が検出されると、一時的に集積回路１０への電源供給を停止して集積回路１０に流れるラッチアップ電流を遮断し、それによって、集積回路１０をラッチアップ状態から復旧させる。

演算回路５２においては、デジタル信号Ｄ５１が閾値よりも小さくなってから、制御信号Ｖ５２をローレベルにするまでの間に、一定の待ち時間を設けるとよい。それにより、スイッチ５３が電源配線を遮断する期間が長くなるので、集積回路１０のラッチアップ電流が遮断されてから半導体素子の接合温度が一定温度に下がるまでの時間を確保でき、電源が投入されたときに再度ラッチアップ状態に陥ることが抑制される。

演算回路５２の演算処理に用いる上記の閾値は、集積回路１１のマイクロコンピュータの内部メモリに予め記憶されている。回路電流検出部４の出力電圧Ｖ４３は、集積回路１０の正常状態でも当該集積回路１０の動作に応じて変動するため、ＡＤ変換回路５１が出力するデジタル信号Ｄ５１にも一定の変動が生じる。そのため、集積回路１０が正常状態のときのデジタル信号Ｄ５１の値と上記の閾値との差が小さいと、状態復旧部５の動作が不安定になり、集積回路１０に安定した電源電圧ＶＳ１０を供給できなくなる恐れがある。この問題を解決するために、例えば、デジタル信号Ｄ５１に対して、現在の値に一定割合で過去の値を加算して平均する加重平均処理や、現在の値を用いて過去の複数のデータを平均化する移動平均処理、過去の複数のデータの中心値のみ使用するメディアンフィルタ処理などを行って、デジタル信号Ｄ５１のノイズを除去するとよい。

また、演算回路５２において、予め定められた回数（ｍ回）だけ連続して異常状態と判定された場合に限り、集積回路１０が異常状態になったと判断するようにしてもよい。ｍは２以上の任意の整数である。この方法によっても、ノイズ等による瞬間的な電流の増加とラッチアップ現象とを判別でき、より正確にラッチアップ状態を検知することができる。また、この場合、異常状態を示す判定結果を複数回（ｍ回）発生した場合にスイッチ５３の制御信号Ｖ５２のレベルを切り替えることで、１回のサンプリングと判定に要する時間×ｍに相当する遅延時間を生成し、更に安定した動作を実現することも可能である。また、マイクロコンピュータ内のカウンタを利用することで、ラッチアップ現象の解消に必要な待ち時間や、集積回路１０の初期化処理に必要な待ち時間を生成することも容易である。更に、ラッチアップ現象の解消に要する時間にばらつきがある場合に、集積回路１０の回路電流Ｉ４１が閾値を十分に下回ったことを確認した後に、必要な待ち時間を生成することで対応することも可能である。

次に、実施の形態１に係るタッチパネル装置の動作を図４〜図５を参照しながら説明する。図４は、当該タッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。

タッチパネル装置が動作を開始すると、まず、センシング部２がタッチセンサパネル１のセンサの出力（センサ計測値）を用いて、タッチパネル内の静電容量を計測することによって、タッチセンサパネル１への指示体のタッチを検出し（ステップＳ１）、タッチに応じた信号をタッチ検出部３へ出力する。タッチ検出部３は、センシング部２の出力に基づいて、タッチセンサパネル１における指示体のタッチの有無および座標を示すタッチ情報を取得する（ステップＳ２）。タッチ情報の取得方法は、公知の手法でよく、例えば、特開２０１０−１９１７７８号公報で開示された方法を用いることができる。

次に、回路電流検出部４が、集積回路１０の回路電流Ｉ４１の大きさを検出し、大きさに応じた出力電圧Ｖ４３が状態復旧部５に入力される（ステップＳ３）。状態復旧部５は、回路電流検出部４の出力電圧Ｖ４３に基づいて、集積回路１０（センシング部２）が正常状態か異常状態（ラッチアップ状態）かを判定する（ステップＳ４）。

集積回路１０が正常状態であると判定された場合は（ステップＳ５でＮｏ）、タッチ検出部３がステップＳ２で取得したタッチ情報をホスト機器へ出力し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。集積回路１０が異常状態であると判定された場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、状態復旧部５が電源を一時的に遮断してリセットし（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。

ここで、ステップＳ３における回路電流検出部４の動作と、ステップＳ４における状態復旧部５の動作の詳細について、図５を用いて説明する。図５のタイミングチャートは、３つのチャートＴＣ１１〜ＴＣ１３を含んでおり、それらの時間軸（横軸）は共通である。

チャートＴＣ１１は、タッチセンサパネル１に対する指示体のタッチの状態を示している。チャートＴＣ１２は、タッチ検出部３の間欠スキャンにおけるスキャンタイミング（タッチ検出を行うタイミング）を示している。図４に示した動作は、スキャンタイミングごとに実行される。チャートＴＣ１３は、ＡＤ変換回路５１が出力するデジタル信号Ｄ５１を表している。また、チャートＴＣ１３では、演算回路５２がセンシング部２の異常状態を検出するための閾値（判定閾値）を点線で示している。

チャートＴＣ１１において、時間軸に接した矢印は、タッチセンサパネル１へのタッチが開始されたタイミング（時刻ｔ１）を表している。つまり、矢印よりも前の期間は、タッチセンサパネル１がタッチされていない期間であり、矢印よりも後の期間は、タッチセンサパネル１がタッチされている期間である。

ただし、タッチ検出部３は間欠スキャンを行っているため、タッチ検出部３がタッチを検出するのは、時刻ｔ１の次のスキャンタイミングである時刻ｔ２となる。タッチ検出部３は、タッチを検出するまでは、消費電力を抑えるためにスキャン間隔（スキャンタイミングの間隔）の長い動作モード（非タッチ時動作モード）になっている。しかし、タッチ検出部３は、時刻ｔ２でタッチを検出すると、タッチ情報を常時得るためにスキャン間隔の短い動作モード（タッチ時動作モード）となる。例えば、タッチの有無を検出するための１回のスキャン時間が数ｍｓである場合、非タッチ時動作モードではスキャン間隔時間が数十ｍｓに設定され、タッチ時動作モードではスキャン間隔がスキャン時間と同等の長さに設定される。

また、チャートＴＣ１３に示すように、デジタル信号Ｄ５１の値は、タッチ検出部３のスキャンタイミングに同期してパルス的に上昇する。これは、集積回路１０の回路電流Ｉ４１がスキャンタイミングで流れ、それ以外の期間では殆ど回路電流Ｉ４１が流れないことを意味している。

先に述べたように、図４に示した動作は、スキャンタイミングごとに実行される。実施の形態１においては、図４のステップＳ４において、演算回路５２が、集積回路１０（センシング部２）の異常状態（ラッチアップ状態）を検出するための閾値（判定閾値）を、タッチ検出部３の動作モードに合わせて変更する。すなわち、図５のチャートＴＣ１３のように、集積回路１０が非タッチ時動作モードの期間は、タッチ時動作モードの期間よりも判定閾値を低くする。ただし、正常状態でもデジタル信号Ｄ５１はスキャンタイミングでパルス的に上昇するため、スキャンタイミングの間のみ閾値を高くする（タッチ時動作モードの場合と同等にする）。一方、タッチ時動作モードの期間は、スキャン間隔が非常に短いため、判定閾値を、スキャンタイミングでのデジタル信号Ｄ５１の正常値よりもやや高い値に固定する。

例えば、異常状態を検知するための閾値が、非タッチ時動作モードのときとタッチ時動作モードのときとで同じであった場合、非タッチ時動作モードのときはタッチ時動作モードのときに比べて、デジタル信号Ｄ５１の正常値と閾値との差が大きくなるため、その分だけ異常状態の検知が遅れてしまう。特に、異常電流の立ち上がりが遅い場合は、その問題が顕著になる。それに対し、本発明では、非タッチ時動作モードのときとタッチ時動作モードのときとで、デジタル信号Ｄ５１の正常値と閾値との差が同じになるように、閾値を変化させることによって、非タッチ時動作モードでの異常状態の検知に遅れが生じることを防止している。

このように、スキャン間隔の長さに応じて判定閾値を適切に変化させることにより、センシング部２の異常状態を誤判定することが抑えられ、タッチパネル装置の動作が安定化する。また、ラッチアップ現象を確実に検知できるとともに、間欠スキャンに影響されずに素早くラッチアップ現象を検知することが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、タッチ有無で集積回路１０の動作モードが変化し、回路電流が変動しても、動作モードに応じて判定閾値が最適化されるため、正常動作をラッチアップ状態と誤判定されることが抑制される。その結果、不要に集積回路１０が初期化されることなく動作するようになり、タッチパネル装置の動作が安定化する。また、間欠スキャンに影響されずにラッチアップ現象を検知することができるため、電源遮断までの動作を素早く行うことが可能となる。

＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２に係るタッチパネル装置の構成図である。本実施の形態のタッチパネル装置は、図３の構成に対し、回路電流検出部４の構成が異なっている。すなわち、回路電流検出部４の出力段に、抵抗素子４６とコンデンサ４７とで構成される積分回路が追加されている（つまり、センシング部２の回路電流Ｉ４１の大きさセンシング部の回路電流を表す信号（電圧Ｖ４３）は、積分回路を通して状態復旧部５に入力される）。なお、タッチパネル装置の概略構成およびハードウェア構成は、実施の形態１（図１および図２）と同様である。

実施の形態２では、状態復旧部５において、センシング部２の異常状態の検出が、センシング部２の回路電流Ｉ４１の積分値に基づいて行われる。これは、センシング部２の回路電流Ｉ４１の平均値に基づいてセンシング部２の異常状態を検出することと同等であり、タッチ検出部３のスキャンタイミングでの回路電流Ｉ４１の増大に影響されずに、ラッチアップ現象を検出することができる。

実施の形態２のタッチパネル装置の動作は、基本的に実施の形態１（図４）と同じである。ただし、ステップＳ３，Ｓ４において、センシング部２の異常状態を検出するための具体的な動作が、実施の形態１と異なっている。図７は、実施の形態２における、ステップＳ３に対応する回路電流検出部４の動作と、ステップＳ４に対応する状態復旧部５の動作を示すタイミングチャートである。

図７のタイミングチャートは、３つのチャートＴＣ２１〜ＴＣ２３を含んでおり、それらの時間軸（横軸）は共通である。チャートＴＣ２１、ＴＣ２２は、図５のチャートＴＣ１１，ＴＣ１２と同一である。チャートＴＣ２３は、状態復旧部５のＡＤ変換回路５１が出力するデジタル信号Ｄ５１と演算回路５２の判定閾値とを示している。

実施の形態２においても、図４のステップＳ４において、演算回路５２が、集積回路１０（センシング部２）の異常状態を検出するための判定閾値を、タッチ検出部３の動作モードに合わせて変更する。すなわち、図７のチャートＴＣ３３のように、集積回路１０が非タッチ時動作モードの期間は、タッチ時動作モードの期間よりも判定閾値を低くする。

本実施の形態では、状態復旧部５のＡＤ変換回路５１に入力される信号は、センシング部２の回路電流Ｉ４１の大きさを表す信号（電圧Ｖ４３）を、抵抗素子４６とコンデンサ４７とから成る積分回路によって積分した信号（電圧Ｖ４７）となる。そのため、チャートＴＣ２３のように、ＡＤ変換回路５１が出力するデジタル信号Ｄ５１は、タッチ検出部３のスキャンタイミングでもパルス的に増加しない。このため、非タッチ時動作状態においても、判定閾値は一定値に設定できる。また、抵抗素子４６とコンデンサ４７とから成る積分回路は、電圧Ｖ４３のノイズを除去する効果も奏するため、ラッチアップ現象の誤判定を防止する効果も得られる。

以上のように、実施の形態２によれば、タッチ有無で集積回路１０の動作モードが変化し、回路電流が変動しても、動作モードに応じて判定閾値が最適化されるため、正常動作をラッチアップ状態と誤判定されることが抑制される。また、積分回路により、センシング部２の回路電流Ｉ４１の大きさを表す信号（電圧Ｖ４３）のノイズが除去されることで、タッチパネル装置の動作の安定化にも寄与できる。また、間欠スキャンに影響されずにラッチアップ現象を検知することができるため、電源遮断までの動作を素早く行うことが可能となる。

＜実施の形態３＞
ラッチアップ現象の原因となるＥＳＤの発生確率は、タッチセンサパネル１に指示体がタッチする瞬間が最も高い。実施の形態３では、この特性を利用して、ラッチアップ現象の発生を素早く検知する。

実施の形態３のタッチパネル装置の基本的構成は、実施の形態１（図１および図２、図３）と同様であるが、実施の形態３のタッチパネル装置は、タッチセンサパネル１に対する指示体のタッチだけでなく、タッチセンサパネル１に指示体が近づいた状態（接近状態）も検出するできる機能を有しているものとする。

図８は、実施の形態３のタッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。タッチパネル装置が動作を開始すると、まず、センシング部２がタッチセンサパネル１のセンサの出力（センサ計測値）を用いて、タッチパネル内の静電容量を計測することによって、タッチセンサパネル１への指示体のタッチおよび指示体の接近を検出し（ステップＳ３１）、それに応じた信号をタッチ検出部３へ出力する。また、タッチ検出部３は、センシング部２の出力に基づいて、タッチセンサパネル１における指示体のタッチの有無および座標示すタッチ情報を取得する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３１において、指示体がタッチセンサパネル１に接近しているか否かの判定は、タッチパネル内の静電容量の総和（タッチセンサパネル１の全センサのセンサ容量の和）に基づいて行うことができる。すなわち、タッチパネル内の静電容量の総和が一定以上増加し、且つ、その値が指示体によるタッチを判定するための閾値（タッチ判定閾値）以下であるときは、指示体の接近状態であると判断できる。例えば、タッチ検出部３を含む集積回路１１のマイクロコンピュータの内部メモリに、先にセンシング部２で測定した全センサ容量の和を記憶させておき、今回の測定結果との差分をとり、その差分が予め定められた閾値以上になった場合を接近状態と判断するとよい。なお、タッチセンサパネル１から指示体が離れていくとき（センサ容量が減少するとき）が接近状態と判定されないように、センサ容量の減少による差分は無視するとよい。

さらに、ステップＳ３１では、指示体の接近状態か否かの判定結果に応じて、１回のスキャン時に行う集積回路１０の回路電流Ｉ４１の検出（サンプリング）回数ｎの値が設定される。接近状態でないと判断された場合は、サンプリング回数ｎが１に設定され、接近状態であると判断された場合は、サンプリング回数ｎがＮ（２以上の任意の整数）に設定される。このとき、図８のフローの１サイクルにかかる時間が、サンプリング回数ｎの設定値によって変動しないように、サンプリング間隔を調整する。

図８のステップＳ３３［ｉ］，Ｓ３４［ｉ］，Ｓ３５［ｉ］では、それぞれ図３のステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５と同様の処理が行われ、その繰り返し回数は、上記のサンプリング回数ｎに設定される。また、図８のステップＳ３６，Ｓ３７では、図３のステップＳ６，Ｓ７と同様の処理が行われる。

よって、タッチセンサパネル１が指示体の接近状態ではなく、サンプリング回数ｎが１に設定された場合、図８のステップＳ３２以降は、ステップＳ３３［１］，Ｓ３４［１］，Ｓ３５［１］の処理と、ステップＳ３６またはＳ３７の処理とのみが行われるので、図３のステップ３以降と同じになる。

一方、タッチセンサパネル１が指示体の接近状態であり、サンプリング回数ｎがＮに設定された場合、図８のステップＳ３２以降は、最大でＮ回のステップＳ３３［ｉ］，Ｓ３４［ｉ］，Ｓ３５［ｉ］の処理と、ステップＳ３６またはＳ３７の処理とが行われることになる。つまり、ステップＳ３３［ｉ］，Ｓ３４［ｉ］，Ｓ３５［ｉ］をＮ回繰り返しても集積回路１０の異常状態が検出されなければ、タッチ検出部３がステップＳ３２で取得したタッチ情報がホスト機器へ出力され（ステップＳ３６）、ステップＳ１に戻る。しかし、その繰り返しの途中で集積回路１０の異常状態が検出された場合は、状態復旧部５が電源を一時的に遮断してリセットし（ステップＳ３７）、ステップＳ１に戻る。

次に、ステップＳ３３［ｉ］における回路電流検出部４の動作およびステップＳ３４［ｉ］における状態復旧部５の動作の詳細について、図９を用いて説明する。図９のタイミングチャートは、３つのチャートＴＣ３１〜ＴＣ３３を含んでおり、それらの時間軸（横軸）は共通である。

チャートＴＣ３１は、タッチセンサパネル１に対する指示体の状態を示している。チャートＴＣ３２は、ステップＳ３１で測定されたタッチセンサパネル１のセンサ容量の総和を示している。チャートＴＣ３３は、回路電流検出部４による回路電流Ｉ４１の検出タイミング（サンプリングタイミング）を表している。

チャートＴＣ３１において、時間軸に接していない矢印は指示体がタッチセンサパネル１に接近したタイミング（時刻ｔ３）を表しており、時間軸に接した矢印は、タッチセンサパネル１へのタッチが開始されたタイミング（時刻ｔ４）を表している。

指示体がタッチセンサパネル１に接近した時刻ｔ３で、タッチセンサパネル１のセンサ容量の総和が増加するすると、図８のステップＳ３１で、タッチセンサパネル１が指示体の接近状態であると判定される。その判定結果を受けて、状態復旧部５は、回路電流検出部４による集積回路１０の回路電流Ｉ４１のサンプリング回数をＮに設定すると共に、それに応じて回路電流Ｉ４１のサンプリング間隔を短くする。このサンプリング条件は集積回路１０のマイクロコンピュータ上で任意に設定可能である。

また、図９の時刻ｔ４で、タッチセンサパネル１のセンサ容量の総和が、タッチ判定閾値以上になると、図８のステップＳ３１でタッチ有りと判定されるが、ＥＳＤはタッチの瞬間に発生する可能性が高いため、ＥＳＤに起因する集積回路１０のラッチアップ現象を素早く検出するために、その一定時間後の時刻ｔ５までは、回路電流Ｉ４１の短周期でのサンプリングを継続する。時刻ｔ４〜ｔ５の間の長さ（タッチが検出されてから、回路電流Ｉ４１の短周期でのサンプリングを終了するまでの時間）は、例えば、タッチ検出部３によるタッチ判定が１０回行われる時間（数十ｍｓ）程度などと、十分に余裕を持った長さにすることが好ましい。そうすることにより、ＥＳＤの発生確率が高い期間を、確実に時刻ｔ４〜ｔ５の間に含ませることができ、ラッチアップ現象の素早い検知を確実に行うことができる。

なお、時刻ｔ５の後は、タッチ検出部３によって指示体の接近状態が再度検出されるまで、回路電流Ｉ４１のサンプリング回数ｎを１に設定し、スキャンタイミング（タッチ検出を行うタイミング）ごとに、回路電流Ｉ４１のサンプリングおよびラッチアップ現象の検出を行う。

以上のように、この実施の形態３によれば、ＥＳＤの発生確率が最も高い期間であるタッチセンサパネル１へのタッチの瞬間において、ラッチアップ現象の検出を短周期で行うことで、ラッチアップ現象の発生を素早く検知して集積回路１０を初期化し、タッチパネル装置を継続して使用することができる。

また、実施の形態３では、指示体の接近を検知する方法として、タッチセンサパネルの容量の変動を検知する方法を用いたが、例えば、タッチセンサパネルの容量の閾値を２つ設け（第１の閾値＜第２の閾値）、第１の閾値以上第２の閾値以下の場合を接近状態、第２の閾値よりも大きい場合をタッチ状態、と判定してもよい。また、電磁誘導方式、赤外線方式などの方法によって、指示体の接近を検知してもよく、その方式は問わない。

さらに、実施の形態１〜３では、センシング部２の集積回路１０とは別の電源で動作する集積回路１１でタッチ検出部３の機能を実現し、集積回路１０の回路電流Ｉ４１を監視することで、ラッチアップ現象を検出した。しかし、タッチ検出部３をセンシング部２と同じ集積回路１０で実現してもよい。その場合、センシング部２およびタッチ検出部３を含む集積回路１０の回路電流を回路電流検出部４および状態復旧部５で監視して、センシング部２およびタッチ検出部３の両方のラッチアップ現象を検出してもよいし、集積回路１０のセンシング部２の電流のみを監視してラッチアップ現象を検出してもよい。ただし、集積回路１１がタッチ検出部３の動作モードを把握できるように、タッチ検出部３の動作モードが切り替わるタイミングで集積回路１０から集積回路１１に信号を送り、状態復旧部５の判定閾値を切り替えるなどの処理が必要である。

実施の形態１〜３において、ＰＣＴ方式のタッチセンサパネルを前提に説明した。ＰＣＴ方式のタッチセンサパネルは複数のセンサで構成されるため、各入力端子にＥＳＤ対策用の半導体素子（バリスタ、ＥＳＤサプレッサ）や端子に直列に接続した電流制限抵抗などで対策を行う場合、部品コストの上昇や部品追加による基板面積の増加などが伴うため、本発明による対策効果が大きい。また本発明による対策は、入力端子に施すＥＳＤ対策と同時に実施することも可能で、その場合、更に信頼性を向上させることができる。

また、本発明は、タッチセンサパネルのセンサ電極が半導体集積回路の入力端子に接続され、ホスト機器に座標データを送信するタッチパネル装置であれば広く適用できる。ＰＣＴ方式ほど部品コストの削減効果は得られないが、タッチセンサパネルが１つの面電極で４隅に接続した端子を半導体集積回路の容量測定端子に接続する表面型静電容量方式や４線式，５線式などの抵抗膜方式などにも適用可能である。また、上で示した各実施の形態では、タッチセンサパネル１のセンサが一般的なＸＹマトリクス構造のセンサであるものとして説明したが、本発明は、タッチセンサパネルのセンサの構造を問わず、タッチパネル装置に適用可能である。ＸＹマトリクス構造以外のセンサとしては、例えば、１層タイプのセンサ、オンセル構造のセンサ、インセル構造のセンサ等がある。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ タッチセンサパネル、２ センシング部、３ タッチ検出部、４ 回路電流検出部、５ 状態復旧部、６ Ｘセンサ群、７ Ｙセンサ群、８ ＦＰＣ、９ コントローラ基板、１０，１１ 集積回路、１２ 電源回路、４１ シャント抵抗、４２ 演算増幅器、４３ トランジスタ、４４，４５，４６ 抵抗素子、４７ コンデンサ、５１ ＡＤ変換回路、５２ 演算回路、５３ スイッチ。

Claims (10)

1. タッチセンサパネルと、
   指示体による前記タッチセンサパネルへのタッチに応じた信号を出力するセンシング部と、
   前記センシング部の出力に基づいて、前記タッチセンサパネルにおける前記タッチの有無および座標を検出するタッチ検出部と、
   前記センシング部の回路電流の大きさを検出する回路電流検出部と、
   前記回路電流検出部が検出した前記センシング部の回路電流の大きさが予め定められた閾値以上になると、前記センシング部が異常状態になったと判断し、前記異常状態となった前記センシング部を正常状態に戻す状態復旧部と、を備え、
   前記状態復旧部は、前記タッチ検出部がタッチを検出する間隔の長さに応じて、前記センシング部が異常状態か否かを判断するための前記閾値を変化させる
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
2. 前記状態復旧部は、前記タッチ検出部がタッチを検出する間隔が長くなると、前記センシング部が異常状態か否かを判断するための前記閾値を小さくする
   請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記回路電流検出部が検出した前記センシング部の回路電流の大きさを表す信号は、積分回路を通して前記状態復旧部に入力される
   請求項１または請求項２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記タッチ検出部は、さらに、指示体の前記タッチセンサパネルへの接近を検出し、
   前記状態復旧部は、前記タッチ検出部によって指示体の前記タッチセンサパネルへの接近が検出されると、前記センシング部が異常状態か否かを判断する周期を変化させる
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
5. 前記状態復旧部は、前記タッチ検出部によって指示体の前記タッチセンサパネルへの接近が検出されると、当該接近が検出される前よりも、前記センシング部が異常状態か否かを判断する周期を短くする
   請求項４に記載のタッチパネル装置。
6. タッチセンサパネルと、
   指示体による前記タッチセンサパネルへのタッチに応じた信号を出力するセンシング部と、
   前記センシング部の出力に基づいて、前記タッチセンサパネルにおける前記タッチの有無および座標、並びに、指示体の前記タッチセンサパネルへの接近を検出するタッチ検出部と、
   前記センシング部の回路電流の大きさを検出する回路電流検出部と、
   前記回路電流検出部が検出した前記センシング部の回路電流の大きさに基づいて、前記センシング部が異常状態か否かを判断し、前記異常状態となった前記センシング部を正常状態に戻す状態復旧部と、を備え、
   前記状態復旧部は、前記タッチ検出部によって指示体の前記タッチセンサパネルへの接近が検出されると、前記センシング部が異常状態か否かを判断する周期を変化させる
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
7. 前記状態復旧部は、前記タッチ検出部によって指示体の前記タッチセンサパネルへの接近が検出されると、当該接近が検出される前よりも、前記センシング部が異常状態か否かを判断する周期を短くする
   請求項６に記載のタッチパネル装置。
8. 前記状態復旧部は、前記センシング部が前記異常状態か否かを繰り返し判定し、予め定められた回数だけ連続して前記異常状態と判定された場合に限り、前記センシング部が前記異常状態になったと判断する
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
9. 前記センシング部は、前記タッチセンサパネルの静電容量を計測するセンサである
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
10. 前記回路電流検出部は、さらに、前記タッチ検出部の回路電流を検出し、
    前記状態復旧部は、さらに、前記タッチ検出部の回路電流に基づいて、前記タッチ検出部の異常状態を検出し、前記異常状態となった前記タッチ検出部を正常状態に戻す
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。

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