JP5193942B2

JP5193942B2 - 静電容量型タッチパネル装置

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Description

本発明は、静電容量型タッチパネル装置に関する。

静電容量型タッチパネルのセンシング方式として、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）などの透明電極でパターニングされた複数のセンサ電極のそれぞれが独立したセンサとして容量変化を捕らえて数値化する方式がある。この方式は、ＳｅｌｆＣａｐａｃｉｔａｎｃｅ方式またはシングルセンサ方式と呼ばれる場合がある。ここでは、この方式を第１の方式と記す。

また、静電容量型タッチパネルのセンシング方式として、電極間で生成される容量に電荷を充放電させて駆動するドライブ側と、その容量変化を計測するセンス側の２種類に機能を分けて、数値化する方式がある。この方式は、ＭｕｔｕａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅ方式と呼ばれる場合がある。ここでは、この方式を第２の方式と記す。

第１の方式を採用するタッチパネルにおいて、押された箇所を同時に２点以上検出する機能であるマルチタッチを実現しようとした場合、検出座標が本来の箇所とは違う箇所においても発生する現象であるゴースト現象が発生してしまうという問題があった。

また、多点入力可能な静電容量型タッチパネルに関し、例えば、特許文献１には、２次元容量センサを複数個近接して並列配置された静電容量型タッチパネルが記載されている。

特開２００９−９２４９号公報

第１の方式において発生するゴースト現象の対策として、例えば、タッチパネルの制御ＩＣとは別の、ファームウェアにより演算を行う演算処理機や、演算処理機能を持つマイクロコンピュータなどを組み込んだ制御ＩＣで、タッチされた２点のどちらが先に押されたかといったことを判断する処理を行い、その座標を元にゴースト座標（誤検出座標）を除去する方法がある。

しかし、タッチされた２点のどちらが先に押されたかを判断して誤検出座標を除去する方法では、１シーケンス分のスキャン時間を超えてタッチの時間差が発生しないとゴースト現象を回避できないという問題がある。また、外部ファームウェア上の処理を必要とする場合、処理速度の低下や外部機器への負荷が生じてしまうという問題がある。

また、特許文献１に記載されているタッチパネルでは、多点同時入力が可能なエリアが限定されるという問題がある。

なお、第２の方式を用いれば、マルチタッチによるゴースト現象を回避できるが、制御ＩＣの出力をドライブ側とセンス側のどちらかに割り当てる必要があり、それにより適用するタッチパネルのサイズや形状が限定されたり、スキャンレートが第１の方式に比べて長くなるという問題がある。

図２３は、第１の方式を採用しているタッチパネルに設けられている電極パターンの例を示す説明図である。図２３では、Ｘ方向に６本，Ｙ方向に５本の電極パターンが設けられている例を示している。また、図２４は、図２３に示すタッチパネル（第１の方式）における容量計測シーケンスの例を示す説明図である。図２４に示すように、第１の方式では、パネル上の電極１つと指とで生成される容量を被測定容量とするので、全てのセンサ端子に対して線順次スキャンを行う。図２４では、Ｘ方向に６本，Ｙ方向に５本の電極パターンが設けられたタッチパネルにおいて、１シーケンス分の所要時間が、１センサあたりの計測時間をＴとした場合に１１Ｔとなることが示されている。

一方、図２５は、第２の方式を採用しているタッチパネルに設けられている電極パターンの例を示す説明図である。図２５では、ドライブ側端子としてＤ１〜Ｄ６，センス側端子としてＳ１〜Ｓ５が設けられている例を示している。また、図２６は、図２５に示すタッチパネル（第２の方式）における容量計測シーケンスの例を示す説明図である。図２５に示すように、第２の方式では、パネル上の２つ以上の電極間で生成される容量を被測定容量とするので、ドライブ側の線順次駆動に対するセンス側に対して線順次スキャンを行う。図２６では、ドライブ側端子としてＤ１〜Ｄ６，センス側端子としてＳ１〜Ｓ５が設けられたタッチパネルにおいて、１シーケンス分の所要時間が、３０Ｔとなることが示されている。このように、第２の方式では、第１の方式の１１Ｔに比べて、１シーケンス分の所要時間が３０Ｔかかってしまうために、反応速度が低下するという問題が発生することがある。

そこで、本発明は、反応速度の低下を抑制しつつ、マルチタッチの検出が可能な静電容量型タッチパネル装置を提供することを目的とする。

本発明による静電容量型タッチパネル装置は、ｘ，ｙ方向にセンサ電極が設けられた静電容量型タッチパネルと、静電容量型タッチパネルに設けられている各センサ電極に対して、当該センサ電極に導電体（例えば、指）が近づくことでセンサ電極と導電体との間に発生する静電容量の変化を数値化したセンサ出力値を計測するスキャンシーケンスの実行を制御するセンシング制御部（例えば、センシング制御部２４）とを備え、センシング制御部は、静電容量型タッチパネルに設けられている全てのセンサ電極に対して、感度傾斜が発生しない設定にした状態でセンサ出力値を計測する第１のスキャンシーケンス（例えば、通常のスキャンシーケンス）を実行した結果、多点押しが発生していると判定した場合に、多点押しによって発生する複数のタッチ位置候補座標に係るセンサ電極に対して、感度傾斜が発生する設定にした状態で再度センサ出力値を計測する第２のスキャンシーケンス（例えば、ゴースト除去シーケンス）を実行し、第２のスキャンシーケンスを実行した結果測定されたセンサ出力値と感度傾斜の傾向とに基づいて、誤検出座標を判別して除去することを特徴とする。

また、センシング制御部は、多点押しが発生していると判定した場合に、ｘ，ｙ方向の少なくともいずれか一方の方向のセンサ電極の少なくともタッチ有りと判定されたセンサ電極に対して、感度傾斜が発生する設定にした状態で再度センサ出力値を計測する第２のスキャンシーケンスを実行し、第２のスキャンシーケンスを実行した結果測定されたセンサ電極間のセンサ出力値の大小関係と感度傾斜の傾向とに基づいて、誤検出座標を判別して除去してもよい。

また、センシング制御部は、多点押しが発生していると判定した場合に、多点押しによって発生する複数のタッチ位置候補座標に係る１つ以上のセンサ電極に対して、感度傾斜が発生する設定にした状態で再度センサ出力値を計測する第２のスキャンシーケンスを実行し、第２のスキャンシーケンスを実行した結果測定されたセンサ電極のセンサ出力値と予め求めておいたセンサ電極内における位置別センサ出力予想値との間の大小関係と感度傾斜の傾向とに基づいて、誤検出座標を判別して除去してもよい。

また、静電容量型タッチパネル装置は、静電容量型タッチパネルに設けられているｘ，ｙ方向のセンサ電極のうちの少なくともいずれか一方の方向の各センサ電極と、接続先のセンサ電極におけるセンサ出力値を計測するためのセンシング回路群とを接続する経路に、内部抵抗がない経路と内部抵抗がある経路とを切り替え可能なスイッチ回路（例えば、スイッチ回路群２１）が設けられ、センシング制御部は、第１のスキャンシーケンスを実行する時にはスイッチング回路を内部抵抗がない経路に切り替えることによって感度傾斜が発生しない状態に設定し、第２のスキャンシーケンスを実行する時にはスイッチング回路を内部抵抗がある経路に切り替えることによって感度傾斜が発生する状態に設定してもよい。

また、静電容量型タッチパネル装置は、センサ電極に対して容量変化を与えるための定電流源から流れる電流に対して電流制限を行う電流制限回路（例えば、電源制御部２６）が設けられ、センシング制御部は、第１のスキャンシーケンスを実行する時には電流制限回路に電流制御を実行させないよう制御することにより感度傾斜が発生しない状態に設定し、第２のスキャンシーケンスを実行する時には電流制限回路に電流制御を実行させるよう制御することにより感度傾斜が発生する状態に設定してもよい。

本発明によれば、反応速度の低下を抑制しつつ、マルチタッチの検出が可能な静電容量型タッチパネル装置を提供することができる。

本発明の静電容量型タッチパネル装置の例を示す説明図である。電圧（電荷）比較型のセンシング方法を実現する回路を単純化して示す説明図である。電圧（電荷）比較型のセンシング方法においてタッチされていない状態でのセンシング例を示す説明図である。電圧（電荷）比較型のセンシング方法においてタッチされている状態でのセンシング例を示す説明図である。センサ電極の配線抵抗とセンサ出力値との関係を説明するための説明図である。タッチ位置による配線抵抗値分布の例を示す説明図である。タッチ位置別にＣｍｏｄ電位の時間による変化の例を示す説明図である。第１の方式において発生するゴースト現象を説明するための説明図である。第１の方式において発生するゴースト現象を説明するための説明図である。タッチパネルの駆動方法の一例を示すフローチャートである。通常のスキャンシーケンス時のセンサラインＹ２およびＹ４の特性の例を示す説明図である。ゴースト除去シーケンス時のセンサラインＹ２およびＹ４の特性の例を示す説明図である。センサライン上の感度特性の例を示す説明図である。センサライン上の感度特性の例を示す説明図である。制御ＩＣ２の回路構成例を模式的に示す説明図である。制御ＩＣ２の回路構成例を模式的に示す説明図である。制御ＩＣ２の構成例を示す機能ブロック図である。制御ＩＣ２の構成例を示す機能ブロック図である。３点タッチが行われた場合の座標検出例を示す説明図である。３点タッチが行われた場合の座標検出例を示す説明図である。３点タッチが行われた場合の座標検出例を示す説明図である。３点タッチが行われた場合の座標検出例を示す説明図である。第１の方式を採用しているタッチパネルに設けられている電極パターンの例を示す説明図である。第１の方式のタッチパネルにおける容量計測シーケンスの例を示す説明図である第２の方式を採用しているタッチパネルに設けられている電極パターンの例を示す説明図である。第２の方式のタッチパネルにおける容量計測シーケンスの例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の静電容量型タッチパネル装置の例を示す説明図である。図１に示すように、静電容量型タッチパネル装置は、静電容量型のタッチパネル１と、タッチパネル１を駆動するための駆動用ＩＣ２を備えている。

タッチパネル１は、ガラスやＰＥＴフィルム等の透明基板上にＩＴＯなどの透明電極が重ならないように設けられている。なお、図示省略しているが、ｘ方向に伸びるセンサラインＸ１〜Ｘ６と、センサラインＸ１〜Ｘ６とは異なるｙ方向に伸びるセンサラインＹ１〜Ｙ５とが交差する領域においては、間に絶縁層を設ける等によって互いに非導通となっているものとする。なお、各センサラインの交差部分はできるだけ面積を小さくすることが好ましい。

また、図１では、タッチパネル１としてタッチ領域のみを表示しているが、この外枠には、制御ＩＣ２のセンサ端子に接続するための引き廻し配線が設けられている。制御ＩＣ２では、接続されたセンサ端子により、パターニングされた各センサ電極と接触あるいは近接した指（導電体）とで形成される静電容量に対して放充電を繰り返し、ある決まった時間に充電した際の電圧や充電までのパルス数、ＣＲ発振の遅延などを利用して、その容量変化分を求める。

本発明では、静電容量型タッチパネルの駆動方法として、基本的には第１の方式を採用している。すなわち、各センサ電極を独立したセンサとし、そのセンサラインと近づいた指等とにより発生する静電容量の変化を捉えて数値化することによってタッチ位置座標を求める。なお、制御ＩＣ２では、センサ電極に応じたセンサ数以上の位置座標の分解能を得るために、最もセンサ出力値が大きい電極とその隣接電極のセンサ出力値を比較、分割するなどの演算処理を行ってもよい。

図２〜図４は、静電容量型タッチパネルのセンシング原理を説明するための説明図である。図２は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法を実現する回路を単純化して示す説明図である。なお、センシング回路およびセンシング方法はこの限りではない。

図２に示す構成において、Ｃｘは、指とＩＴＯ電極（センサ電極）とで生成される静電容量を表している。また、Ｒｘは、タッチパネルにおけるセンサ電極を含む配線抵抗を表している。以下、センサ電極の配線抵抗ともいう。Ｃｍｏｄは、電圧比較用コンデンサである。また、コンパレータは、後述する計測フェーズ（フェーズ２）において充電されたコンデンサＣｍｏｄの一端の電圧と比較電圧Ｖｒｅｆとを比較する比較器である。なお、コンパレータに入力される比較電圧Ｖｒｅｆには、後述する充電フェーズ（フェーズ１）においてコンデンサＣｍｏｄに蓄えることができる電荷に応じた電圧と同じ電位が印加されている。定電流源は、定電流を流し、これによりセンサ電極に容量変化を与える。また、スイッチＳＷ３は、タッチパネル（以下、パネルともいう。）におけるセンサ電極と制御ＩＣ内部の回路との接続のオン／オフを切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ２は、コンパレータとコンデンサＣｍｏｄとの接続のオン／オフを切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ１は、定電流源と、センサ電極およびコンデンサＣｍｏｄとの接続のオン／オフを切り替えるスイッチである。すなわち、パネル上のセンサ電極は、制御ＩＣ内部において、スイッチＳＷ３およびスイッチＳＷ１を介して定電流源と接続される構成となっている。なお、定電流源は、スイッチＳＷ１を介してコンデンサＣｍｏｄにも接続される構成となっている。また、コンデンサＣｍｏｄは、スイッチＳＷ２を介してコンパレータに接続される構成となっている。

また、図３は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法においてタッチされていない状態でのセンシング例を示す説明図である。なお、図３（ａ）は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法の充電フェーズ（フェーズ１）における回路動作例を示す説明図であり、図３（ｂ）は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法の測定フェーズ（フェーズ２）における回路動作例を示す説明図である。

例えば、制御ＩＣ２は、図３（ａ）に示すように、充電フェーズ（フェーズ１）の動作として、スイッチＳＷ１をオフからオン、スイッチＳＷ２をオンからオフ、スイッチＳＷ３をオフからオンにする。スイッチＳＷ１およびＳＷ３が、ある一定期間（充電期間ｔ１）の間オンとなり、コンデンサＣｍｏｄには定電流源から流れる電荷が充電される。このとき、パネル上のセンサ電極上には指が触れていないため、Ｃｘには電荷は充電されない。

充電期間ｔ１が経過すると、制御ＩＣ２は、図３（ｂ）に示すように、計測フェーズ（フェーズ２）としてスイッチＳＷ１をオンからオフ、スイッチ２をオフからオン、スイッチ３をオンからオフに切り替えて、コンデンサＣｍｏｄの両端に発生する電圧Ｖｍｏｄと電圧Ｖｒｅｆとを比較する。なお、電圧Ｖｒｅｆには、充電期間ｔ１でコンデンサＣｍｏｄが充電できる電圧と同じ電位が印加されているものとする。本例では、比較器の出力情報は電位差０となり、この結果をもって制御ＩＣ２は、容量変化がない旨またはタッチされていない旨を認識する。

また、図４は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法においてタッチされている状態でのセンシング例を示す説明図である。なお、図４（ａ）は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法におけるフェーズ１（充電期間）の回路動作例を示す説明図であり、図４（ｂ）は、電圧（電荷）比較型のセンシング方法におけるフェーズ２（測定期間）の回路動作例を示す説明図である。図４（ａ）に示すように、制御ＩＣ２は、フェーズ１の動作として、図３（ａ）に示した場合と同様にスイッチＳＷ１をオフからオン、スイッチＳＷ２をオンからオフ、スイッチＳＷ３をオフからオンにする。スイッチＳＷ１およびＳＷ３が、充電期間ｔ１の間オンとなることで定電流源から電流が流れ出すが、本例ではタッチされている状態であるために、この電流がコンデンサＣｍｏｄとＣｘとに分散される。結果、充電期間ｔ１の期間中にコンデンサＣｍｏｄに充電される電荷量は、図３（ａ）のフェーズ１の時と比べて少なくなる。

充電期間ｔ１が経過すると、制御ＩＣ２は、図４（ｂ）に示すように、フェーズ２として図３（ｂ）と同様に、スイッチＳＷ１をオンからオフ、スイッチ２をオフからオン、スイッチ３をオンからオフに切り替える。そして、コンデンサＣｍｏｄの両端に発生する電圧Ｖｍｏｄと電圧Ｖｒｅｆとを比較する。本例では、比較器の出力情報は、Ｃｘに分散された分の電位差を示す情報が出力される。この結果をもって制御ＩＣは、容量変化があった旨またはタッチされた旨を認識する。

なお、座標分解能を上げるためにセンサ電極（図１における、センサラインＸ１〜Ｘ６，Ｙ１〜Ｙ５）毎のセンサ出力値を利用してセンサ電極間のセンサ出力値を求める計算を行う場合には、各センサ電極毎のセンサ出力値が揃っていることが好ましい。すなわち、タッチパネル面内のどのセンサ電極を触っても同じセンサ出力値が得られるような特性をもつように、各センサラインの配線設計が行われていることが好ましい。より具体的には、Ｃｘに充電期間ｔ１で十分な充電がされるようにセンサ電極の配線抵抗Ｒｘが抑えられていることが好ましい。なお、センサ出力値にばらつきが生じる場合には、平均化処理を行ったり、数値で補正処理を行うことによってそのばらつきを抑えることが可能である。なお、センサ出力値とは、センサ電極において発生する容量変化を数値化したものをいう。

図５は、センサ電極の配線抵抗とセンサ出力値との関係を説明するための説明図である。図５は、ある制御ＩＣの出力端子に擬似的に抵抗を負荷として設け、その抵抗値を変化させてセンサ出力値を計測した結果をグラフ化したものである。図５に示すように、配線抵抗を高くしていくと、ある値を境に、センサ出力値が低下し出すことがわかる。タッチパネル面内においてセンサ出力値にばらつきを生じさせないようにするためには、この境界線以下の抵抗値（Ｒｓ以下）となるようにセンサ電極の配線を設計する必要がある。

ところで、１つのセンサ電極上においても、タッチされた場所により配線抵抗Ｒｘは変化する。図６は、タッチ位置による配線抵抗値分布の例を示す説明図である。なお、図６においてＲ３〜Ｒ１は、基準位置からセンサ電極の位置に比例して発生する抵抗値分布を示している。また、Ｒ_Ｌは、タッチパネルのタッチ領域外における配線抵抗値を示している。図６に示すように、１つのセンサライン上においても、タッチされた位置が制御ＩＣ入力側と反入力側とでは、Ｃｘに到達するまでに発生する抵抗値が異なることがわかる。従って、センサラインの終端（反入力側）のセンサ電極から制御ＩＣのセンサ端子までの総抵抗値（Ｒ３＋Ｒ２＋Ｒ１＋Ｒ_Ｌ）が、センサ出力値が低下しない境界線内（すなわち、Ｒｓ以下）である必要がある。

図７は、タッチ位置別にＣｍｏｄ電位の時間による変化の例を示す説明図である。図７に示すように、センサライン上のＩＣ入力側に近いセンサ電極をタッチした時（例えば、図７における「Ｒ１＋Ｒ_Ｌ」線）と、遠い場所をタッチした時（例えば、図７における「Ｒ３＋Ｒ２＋Ｒ１＋Ｒ_Ｌ」線）とで、充電期間ｔ１の間に充電されるＣｍｏｄ電位が同じ電位になるように、配線抵抗およびＣｍｏｄ充電時間ｔ１を設計する必要がある。

次に、本発明のタッチパネルの駆動方法について説明する。図８および図９は、第１の方式において発生するゴースト現象を説明するための説明図である。例えば、センサラインが６×５ラインのタッチパネル上で２点をタッチするマルチタッチを行ったとする。第１の方式を採用しているタッチパネルでは、図８に示すように、制御ＩＣ２が、各センサ電極のセンサ出力値を測定した結果、４端子（図８に示す例では、Ｘ２，Ｘ５，Ｙ２，Ｙ４）でアクティブになったことを認識する。ところが、４端子がアクティブになったときのタッチ位置としては、図９に示すように、理論上２通り存在する。図９に示す例では、本来のタッチ位置であるタッチ位置１と２の組み合わせと、ゴースト現象であるゴースト発生位置１と２の組み合わせの２通りのタッチ位置が可能性として存在する。このため、どちらが正しいタッチ位置かを判別する必要があるが、通常のスキャンシーケンスによる容量計測だけでは判別をつけることができない。そこで、本発明では、タッチ位置として複数の可能性が検出された場合には、さらにゴースト除去駆動シーケンスを実行することによりゴースト現象である誤検出座標を除去し、本来のタッチ位置を決定する。

なお、本実施形態のタッチパネル１は、各センサライン上の抵抗値Ｒｘが境界抵抗値Ｒｓより小さく、かつ全てのセンサラインで抵抗値Ｒ_Ｌ（タッチ領域外における配線抵抗値）が同じ値となるようにレイアウトされているものとする。抵抗値Ｒ_Ｌを同じ値とするためには、例えば、引き廻し配線の配線長を同じ長さに設計したり、制御ＩＣのセンサ端子とパネル入力端子の間に配線抵抗が等しくなるような抵抗を配置すればよい。

図１０は、本実施形態のタッチパネルの駆動方法の一例を示すフローチャートである。図１０に示すように、制御ＩＣ２は、まず各センサラインに対して通常のスキャンを行う（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１では、全てのセンサ端子に対して線順次スキャンを行う。

各センサラインに対してスキャン（容量変化の計測または容量変化に基づくタッチ有無のセンシング）をおこなった結果、いずれかのセンサラインでアクティブになったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、いずれのセンサラインもアクティブになっていなかった場合、すなわちいずれのセンサ端子においても容量変化がない（または容量変化がセンサのオン／オフ判定の閾値内であった）場合には、パネルのどこにもタッチされていないとして、本スキャンによる検出動作を終了し、次のスキャンを開始すればよい（ステップＳ１０２のＮｏ，ステップＳ１０１に戻る）。そして、パネルにタッチされたことが検出されるまで通常のスキャンを繰り返し行う。

一方、いずれかのセンサラインがアクティブになった場合、すなわちいずれかのセンサ端子においてタッチされたことを示す容量変化が検出された場合には（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、制御ＩＣ２は、アクティブになったセンサ端子の組み合わせにより、多点押しが発生したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。制御ＩＣ２は、例えば、センサラインが４つ以上アクティブになったか否かを判定し、４つ以上アクティブになった場合に多点押しが発生したと判定してもよい。

制御ＩＣ２は、多点押しが発生していないと判定した場合には（ステップＳ１０３のＮｏ）、アクティブになったセンサラインから判別されるタッチ位置座標をそのまま出力して、本スキャンによる検出動作を終了する（ステップＳ１０５）。そして、再び通常のスキャンを開始する（ステップＳ１０１に戻る）。

多点押しが発生していると判定した場合には（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、制御ＩＣ２は、ゴースト除去シーケンスを駆動し、除去する誤検出座標を求める（ステップＳ１０４）。

除去する誤検出座標が求まると、その誤検出座標を除去した結果求まる位置座標をタッチ位置座標として出力して、本スキャンによる検出動作を終了する（ステップＳ１０５）。そして、再び通常のスキャンを開始する（ステップＳ１０１に戻る）。

以下、ステップＳ１０４のゴースト除去シーケンスについてより詳細に説明する。なお、本実施形態のタッチパネル１は、タッチパネルの面内のどのセンサ電極を触っても同じセンサ出力値が得られるような特性を有しているとともに、各センサ電極に対して制御ＩＣ２からの制御により、あえて、得られるセンサ出力値が当該センサ電極のタッチ位置により変化する特性に切り替えられるように構成されているものとする。すなわち、制御ＩＣ２内部の制御により、Ｒｘ＜Ｒｓという状態から、Ｒｘ＞Ｒｓとなるような状態に切り替えられるように構成されているものとする。

ゴースト除去シーケンスでは、少なくともＸ側センサ電極またはＹ側センサ電極のいずれか一方の側の少なくともアクティブになったセンサ電極の抵抗を、あえてＲｘ＞Ｒｓとなるような状態（すなわち、センサラインに対して感度傾斜を発生させる抵抗値）に設定し、再度そのセンサラインに対してスキャンを行うことによって誤検出座標を判別する。ここで感度とは、非タッチ時のセンサ出力値とタッチ時のセンサ出力値との値の差分をいい、感度傾斜を発生させるとは、あるセンサライン上におけるタッチ位置（より具体的には、当該タッチ位置の制御ＩＣの入力側端子までの距離）に応じて異なる感度が検出されるようにすることをいう。これは、あえてタッチパネル面内に感度ばらつきを生じさせることを意味する。

図１１は、図８に示すタッチ状態において、通常のスキャンシーケンス時のセンサラインＹ２およびＹ４の特性の例を示す説明図である。また、図１２は、図８に示すタッチ状態において、ゴースト除去シーケンス時のセンサラインＹ２およびＹ４の特性の例を示す説明図である。図１１に示す例では、センサラインＹ２とセンサラインＹ４とで、タッチ位置がＩＣ入力側に近いか遠いかに関わらず、充電期間ｔ１の間に充電されるＣｍｏｄ電位が同じ電位（図１１に示す例では、センサ出力値１０となる電位）であることが示されている。なお、タッチされていない他のセンサラインＹ１，Ｙ２，Ｙ３では、Ｃｍｏｄ電位はセンサ出力値が４となる電位であることが示されている。それに対して、図１２では、Ｙ側の各センサラインの総抵抗値をあえてＲｘ＞Ｒｓとしていることから、ＩＣ入力側に近い位置でタッチされているセンサラインＹ２と、ＩＣ入力側に遠い位置でタッチされているセンサラインＹ４とで、充電期間ｔ１の間に充電されるＣｍｏｄ電位が異なる結果になることが示されている。換言すれば、ＩＣ入力側に近いか遠いかでＣｍｏｄ電位に差が発生する。すなわち、Ｙ２ラインにおけるタッチ点は入力側に近い点で、Ｙ４ラインにおけるタッチ点は、入力側に遠い点であることが判定できる。

例えば、ゴースト除去駆動用に各Ｙ側センサラインに対して、Ｒｘ＞Ｒｓとなるような設定を適用してスキャンした結果、Ｙ２ラインのセンサ出力値が「８」であり、Ｙ４ラインのセンサ出力値が「５」であったとする。この差により、Ｙ２ラインとＹ４ラインとで、どちらがより制御ＩＣ入力側に近い場所でタッチされたかを判断することができる。

２点マルチタッチの場合、正しい座標とゴーストにより発生するゴースト座標の２通りの座標が候補として検出されるが、この２通りのタッチの仕方に対してどちらが正しいかを判定すればよい。判定方法としては、例えば、アクティブとなった２ライン間におけるセンサ出力値の大小関係を求めることによって判定する方法がある。この方法では、センサ出力値が大きいラインの方がより制御ＩＣの入力側に近い位置でタッチされたと判断し、その結果に基づきどちらの座標が正しいかを判定してもよい。本例では、Ｙ２ラインのセンサ出力値の方がＹ４ラインのセンサ出力値よりも大きいので、感度傾斜の傾向に基づき、Ｙ２ラインにおけるタッチ位置がＹ４ラインにおけるタッチ位置よりも、制御ＩＣの入力側に近いと判断できる。これにより、図９に示す例における、ゴースト発生位置１，２の組み合わせは誤検出座標であると判断することができる。

図１３および図１４は、センサライン上の感度特性の例を示す説明図である。図１３は、図８に示すタッチ状態において、通常のスキャンシーケンス時のＹ側センサラインの感度特性の例を示す説明図である。また、図１４は、図８に示すタッチ状態において、ゴースト除去シーケンス時のＹ側センサラインの感度特性の例を示す説明図である。通常のスキャンシーケンス時では、図１３に示すように、１つのセンサラインにおいてタッチ位置による感度ばらつきが生じないような特性に設定された状態でスキャンを行う。これに対して、ゴースト除去シーケンス時では、図１４に示すように、１つのセンサラインにおいてタッチ位置による感度ばらつき（感度傾斜）が生じるような特性にあえて切り替えた状態でスキャンを行う。

なお、ゴースト除去駆動適用前のセンシング時（ステップＳ１０１のスキャン動作）においてアクティブ状態となっていないＹ２，Ｙ４以外のセンサラインについては、センシング対象から外してもよいし、センシング対象から外さずにセンサ出力値を計測した上でその値を破棄してもよい。本実施形態では、少なくともゴースト除去駆動適用前のセンシング時において、アクティブ状態となっていたセンサラインのうちいずれか一方の側の各センサラインについて、ゴースト除去のためのセンシングを行う。なお、どちらの側（Ｘ側かＹ側）のセンサラインに対してゴースト除去シーケンスを適用するかについては、例えば、本数が少ない方に適用するなど、予め固定的に定めておいてもよい。

なお、ゴースト除去シーケンスにおいてＹ１〜Ｙ５の全てをセンシング対象とした場合には、タッチ位置に関係なくスキャンシーケンスを固定の動作とすることができるので、個別の選択動作をするための制御回路を組む必要がなく、制御ＩＣへの負荷を軽減することができる。

また、判定方法の他の例として、例えば、１センサライン上のタッチ位置に対応づけて予め求めておいたセンサ出力値（位置別センサ出力予想値）と、実際のセンサ出力値との大小関係を求めることによって判定することも可能である。この方法では、位置別センサ出力予想値と実際のセンサ出力値とを比較した結果求まる大体のタッチ位置に基づき、当該センサライン上の実際のタッチ位置として候補座標のうちどちらが正しいかを判別すればよい。例えば、センサライン上の中央の位置に対応づけられた位置別センサ出力予想値として「６」が定められていた場合に、ゴースト除去シーケンスにおいてＹ２ラインのセンサ出力値が「８」であったとすると、その大小関係および感度傾斜の傾向に基づき、実際のタッチ位置は中央のよりも反入力側に近いことがわかる。なお、位置別センサ出力予想値をさらに細分化して定めておけば、より細かな位置を求めることも可能である。本例の場合、ゴースト除去シーケンスにおいてＹ２ラインまたはＹ４ラインのいずれかをセンシングするだけで、図９に示す例における、ゴースト発生位置１，２の組み合わせは誤検出座標であると判断することができる。なお、このような場合であっても、スキャンシーケンスを固定の動作としたい場合には、他のラインもセンシング対象にした上で、検出値を破棄すればよい。

図１５および図１６は、タッチパネル１に対してＲｘ＜Ｒｓとなる状態と、Ｒｘ＞Ｒｓとなるような状態とを切り替え可能に動作させるための制御ＩＣ２の回路構成例を模式的に示す説明図である。なお、図１５および図１６において、指とＩＴＯ電極とで生成される静電容量Ｃｘと、配線抵抗Ｒｘとは、制御ＩＣ外部で決定されるパラメータである。

例えば、図１５に示すように、制御ＩＣ２のセンサ端子内部に内部抵抗がない経路と、内部抵抗がある経路とを切り替えられるようなスイッチング回路を搭載してもよい。また、例えば、図１６に示すように、センサ電極に容量変化を与える電源として定電流源を設ける構成の場合には、その定電流源から流れる電流を可変抵抗やトランジスタを用いて電流制限を行う機構を持った回路を搭載してもよい。

図１５に示す例では、図２に示した回路構成に加えて、制御ＩＣ内部に抵抗Ｒ_Ｇと、切り替え用スイッチＳＷ４とを設けている。ゴースト除去シーケンスを実行する時には、フェーズ１においてセンサライン選択用のスイッチＳＷ３の代わりにスイッチＳＷ４をオンにすることによって、Ｒｘ’＝Ｒｘ＋Ｒ_Ｇ＞Ｒｓとすることが可能である。

また、図１６に示す例では、図２に示した回路構成に加えて、スイッチＳＷ１と定電流源の間に可変抵抗Ｒ_Ｇを設置している。これにより、ゴースト除去シーケンスを実行する時には、フェーズ１においてＣｍｏｄ，Ｃｘ充電時に流れる電流量をコントロールすることによって、結果としてＲｘ＞Ｒｓとすることが可能である。

図１７および図１８は、制御ＩＣ２の構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１７は、図１２に示す回路例を実現させる場合の制御ＩＣ２の構成例を示すブロック図である。図１７に示すように、制御ＩＣ２は、例えば、スイッチ回路群２１と、電源部２２と、Ａ／Ｄコンバータ２３と、センシング制御部２４と、ＲＡＭ２５とを備えていてもよい。

スイッチ回路群２１は、センシング制御部２４からの制御に応じて、計測するセンサ入力端子の切り替えを行う。電源部２２は、コンデンサー充電用の電源である。

Ａ／Ｄコンバータ２３は、Ｃｍｏｄ電圧とＶｒｅｆ電圧との比較を行い、差分の電圧をデジタル値に変換し、センサ出力値として出力する回路群である。センシング制御部２４は、センシング・シーケンスの実行を制御するプロセッサユニットである。センシング制御部２４は、各機能ブロックに対して各種制御信号を出力して、センシングシーケンスを実行し、得られるセンサ出力値からＸ，Ｙ座標を求める。なお、センシング制御部２４は、センサ出力値からＸ，Ｙ座標を求める際の計算用に、ＤＳＰ（ＤＩＧＩＴＡＬＳＩＧＮＡＬＰＲＯＣＥＳＳＯＲ）機能を含んでいてもよい。

ＲＡＭ２５は、計測結果を一時的に記憶するメモリである。

なお、本例において、スイッチ回路群２１は、少なくともいずれか一方の側の各センサラインに対して、図１２に示したスイッチＳＷ４および抵抗Ｒ_Ｇを含んでいる。そして、センシング制御部２４からの制御信号に応じて、通常のスキャンシーケンス動作とゴースト除去シーケンス動作とを切り替える。スイッチ回路群２１は、通常のスキャンシーケンスの実行時には、ライン選択用にスイッチＳＷ３を制御する。一方、ゴースト除去シーケンスの実行時には、スイッチＳＷ３に替えてライン選択用にスイッチＳＷ４を制御するよう動作することによって、感度傾斜を発生させる。

また、図１８は、図１６に示す回路例を実現させる場合の制御ＩＣ２の回路構成例を示すブロック図である。図１８に示すように、制御ＩＣ２は、例えば、スイッチ回路群２１と、電源部２２と、Ａ／Ｄコンバータ２３と、センシング制御部２４と、ＲＡＭ２５と、電源制御部２６とを備えていてもよい。

電源制御部２６は、可変抵抗やトランジスタにより、電源部２２から流れる電流に対して電流制限を行う回路群である。電源制御部２６は、センシング制御部２４からの制御信号に応じて可変抵抗Ｒ_Ｇをコントロールし、ゴースト除去シーケンス時にのみ感度傾斜が発生するよう電流制限を行う。

なお、本例では、スイッチ回路群２１は、通常のスキャンシーケンスを実行するために必要な機能のみを備えていればよい。すなわち、図１２に示したスイッチＳＷ４および抵抗Ｒ_Ｇを含まなくてもよい。他の点に関しては、図１８と同様でよい。

また、図１９〜図２２は、３点タッチが行われた場合の座標検出例を示す説明図である。例えば、図１９に示すような３点タッチが行われた場合、制御ＩＣ２では、Ｘ２，Ｘ３，Ｘ５，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４の６端子でアクティブになったことを検出する。このような場合には、制御ＩＣ２は、２点タッチの場合と同様に、ゴースト除去シーケンスとして、例えば、Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４ラインに対してゴースト除去のための設定をした上で再度のセンシングを行えばよい。そして、３ライン間のセンサ出力値を比較して、３者のライン上におけるタッチ位置関係を求めることにより、誤検出座標を判別することが可能である。

また例えば、図２０に示すような３点タッチが行われた場合、制御ＩＣ２では、Ｘ２，Ｘ５，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４の５端子でアクティブになったことを検出する。このような場合には、制御ＩＣ２は、ゴースト除去シーケンスとして、例えば、Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４ラインに対してゴースト除去のための設定をした上で再度のセンシングを行えばよい。そして、３ライン間のセンサ出力値を比較して、３者のライン上におけるタッチ位置関係を求めることにより、誤検出座標を判別することが可能である。なお、このような検出がなされた場合には、Ｘ側とＹ側のうちアクティブとなったセンサラインの本数が多い方の側（本例では、Ｙ側）に対して、ゴースト除去のためのセンシングを行う必要がある。

また例えば、図２１に示すような３点タッチが行われた場合、制御ＩＣ２では、Ｘ２，Ｘ３，Ｘ５，Ｙ２，Ｙ４の５端子でアクティブになったことを検出する。このような場合には、制御ＩＣ２は、ゴースト除去シーケンスとして、例えば、Ｘ２，Ｘ３，Ｘ５ラインに対してゴースト除去のための設定をした上で再度のセンシングを行えばよい。そして、３ライン間のセンサ出力値を比較して、３者のライン上におけるタッチ位置関係を求めることにより、誤検出座標を判別すればよい。なお、このような検出がなされた場合には、Ｘ側とＹ側のうちアクティブとなったセンサラインの本数が多い方の側（本例では、Ｘ側）に対して、ゴースト除去のためのセンシングを行う必要がある。

また例えば、図２２に示すような３点タッチが行われた場合、制御ＩＣ２では、Ｘ２，Ｘ５，Ｙ２，Ｙ４の４端子でアクティブになったことを検出する。このような場合には、２点のマルチタッチとして認識してしまうため、３点マルチタッチを認識できない。

すなわち、本実施形態では、２点マルチタッチのゴースト回避はどのようなタッチがされても成立するが、３点マルチタッチについてはゴースト回避できる場合とそうでない場合（３点マルチタッチを認識しない場合）とが存在する。結論としては、Ｘ側センサ電極かＹ側センサ電極のいずれかのセンサがタッチした点数分だけアクティブとなる場合には、３点以上のマルチタッチであっても本発明を適用可能である。

なお、多点タッチを検出した場合であっても、いずれかのタッチが軽いタッチであったり、指の接触面積が小さいなどにより、タッチ位置の位置関係に応じた容量差が得られないような場合が考えられる。このような場合の対処方法として、例えば、センサのオン／オフ判定の閾値を高く設定し、かつ２つのセンサ間のセンサ出力値の差がある程度確保できていない場合には、２点の座標判別を行わないなどの制限を設けてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、第１の方式による利点を活かしたまま、反応速度の低下を抑制しつつ、マルチタッチの検出が可能な静電容量型タッチパネル装置を提供することができる。例えば、６×５ラインのタッチパネルの場合、マルチタッチを検出可能にするためにかかるスキャン時間が、第２の方式では常に３０Ｔかかるところ、本発明によれば多点押しが発生していなければ１１Ｔ、多点押しが発生した場合であっても最大で５ラインのスキャンが追加されるだけなので、１６Ｔに収めることができる。なお、より確実を期すために両方の側の各センサラインに対してゴースト除去シーケンスを実行したとしても２２Ｔであり、第２の方式よりも反応速度を早くすることができる。

本発明は、静電容量型タッチパネルであって、２点以上の同時タッチを検出したいタッチパネルに好適に適用可能である。

１タッチパネル
２駆動ＩＣ
２１スイッチ回路群
２２電源部
２３Ａ／Ｄコンバータ
２４センシング制御部
２５ＲＡＭ
２６電源制御部

Claims

ｘ，ｙ方向にセンサ電極が設けられた静電容量型タッチパネルと、
前記静電容量型タッチパネルに設けられている各センサ電極に対して、当該センサ電極に導電体が近づくことで前記センサ電極と導電体との間に発生する静電容量の変化を数値化したセンサ出力値を計測するスキャンシーケンスの実行を制御するセンシング制御部とを備え、
前記センシング制御部は、
前記静電容量型タッチパネルに設けられている全てのセンサ電極に対して、感度傾斜が発生しない設定にした状態でセンサ出力値を計測する第１のスキャンシーケンスを実行した結果、多点押しが発生していると判定した場合に、多点押しによって発生する複数のタッチ位置候補座標に係るセンサ電極に対して、感度傾斜が発生する設定にした状態で再度センサ出力値を計測する第２のスキャンシーケンスを実行し、第２のスキャンシーケンスを実行した結果測定されたセンサ出力値と感度傾斜の傾向とに基づいて、誤検出座標を判別して除去する
ことを特徴とする静電容量型タッチパネル装置。
センシング制御部は、
多点押しが発生していると判定した場合に、ｘ，ｙ方向の少なくともいずれか一方の方向のセンサ電極の少なくともタッチ有りと判定されたセンサ電極に対して、感度傾斜が発生する設定にした状態で再度センサ出力値を計測する第２のスキャンシーケンスを実行し、第２のスキャンシーケンスを実行した結果測定された前記センサ電極間のセンサ出力値の大小関係と感度傾斜の傾向とに基づいて、誤検出座標を判別して除去する
請求項１に記載の静電容量型タッチパネル装置。
センシング制御部は、
多点押しが発生していると判定した場合に、多点押しによって発生する複数のタッチ位置候補座標に係る１つ以上のセンサ電極に対して、感度傾斜が発生する設定にした状態で再度センサ出力値を計測する第２のスキャンシーケンスを実行し、第２のスキャンシーケンスを実行した結果測定された前記センサ電極のセンサ出力値と予め求めておいたセンサ電極内における位置別センサ出力予想値との間の大小関係と感度傾斜の傾向とに基づいて、誤検出座標を判別して除去する
請求項１に記載の静電容量型タッチパネル装置。
ｘ，ｙ方向のセンサ電極のうちの少なくともいずれか一方の方向の各センサ電極と、接続先のセンサ電極におけるセンサ出力値を計測するためのセンシング回路群とを接続する経路に、内部抵抗がない経路と内部抵抗がある経路とを切り替え可能なスイッチ回路が設けられ、
センシング制御部は、第１のスキャンシーケンスを実行する時には前記スイッチング回路を内部抵抗がない経路に切り替えることによって感度傾斜が発生しない状態に設定し、第２のスキャンシーケンスを実行する時には前記スイッチング回路を内部抵抗がある経路に切り替えることによって感度傾斜が発生する状態に設定する
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の静電容量型タッチパネル装置。
センサ電極に対して容量変化を与えるための定電流源から流れる電流に対して電流制限を行う電流制限回路が設けられ、
センシング制御部は、第１のスキャンシーケンスを実行する時には前記電流制限回路に電流制御を実行させないよう制御することにより感度傾斜が発生しない状態に設定し、第２のスキャンシーケンスを実行する時には前記電流制限回路に電流制御を実行させるよう制御することにより感度傾斜が発生する状態に設定する
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の静電容量型タッチパネル装置。