JP5814707B2 - タッチパネルの容量検出回路、容量検出方法、およびそれを用いたタッチパネル入力装置、電子機器 - Google Patents
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したがって、この態様によると、同一フレーム内の複数の容量センサそれぞれのデジタル値を監視することにより、ノイズの有無を判定することができる。
ノイズの影響を受けない状況において、ユーザが容量センサに接触もしくは近接(以下、単に接触という)しなければ、容量変化が発生する容量センサの個数はゼロであり、接触した場合であっても、有意な容量変化が発生する容量センサの個数は、所定の個数以下となる確率が高い。なぜなら、通常の使用に際して、ユーザが接触する容量センサの個数は、指の大きさやその本数に応じて定まり、ある個数以下と想定されるからである。
つまり、ノイズの影響を受けない状況においては、所定のしきい値を超えるデジタル値の個数が所定数より多くなる確率はきわめて低い。したがって判定部は、所定のしきい値を超えるデジタル値の個数が所定数より多い場合に、ノイズの影響を受けていると推定することができる。
ノイズの影響を受けない状況において、ユーザが容量センサに接触しなければ、デジタル値の分散は実質的にゼロであり、接触した場合であっても、デジタル値の分散は所定値より小さい確率が高い。したがって判定部は、デジタル値の分散にもとづいて、ノイズの影響の有無を判定できる。
ノイズの影響を受けない状況において、デジタル値の合計は、所定値より低くなる確率が高い。またノイズの影響を受けない状況において、各デジタル値と基準値の差分の合計は、ある値より低くなる確率が高い。
これらの判定条件によっても、ノイズの影響の有無を判定できる。
送信周波数を切りかえることにより、ノイズの周波数と、送信周波数をずらすことができ、ノイズの影響を低減することができる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
容量センサ51〜mすなわちタッチパネル4に、送信信号S1の周波数(送信周波数fTX)に近い周波数のノイズが混入すると、受信信号IRXにノイズが重畳される。一般に、ノイズの大きさは、複数の容量センサ51〜mの位置(座標)に応じてばらつく。したがって、各容量センサ51〜mの容量変化を示すデジタル値Ds1〜mは、ノイズの影響によってばらつきうる。また、ノイズの大きさは時間的にランダムに変動するため、時分割によって複数の容量センサ51〜mの容量変化を検出する場合、検出の時刻に応じてデジタル値Dsがばらつきうる。つまり、ノイズの影響を受ける場合と受けない場合では、複数のデジタル値Ds1〜mは、異なる振る舞いを見せるといえる。
制御部50は、各デジタル値Ds1〜mを、所定のしきい値DTH1と比較する。そして、所定のしきい値DTH1を超えるデジタル値Dsの個数が、所定数より多いとき、ノイズの影響があるものと判定する。
制御部50は、複数の容量センサ5それぞれのデジタル値Dsの分散σを計算する。そして、分散σが、所定のしきい値DTH2より大きいとき、ノイズの影響があるものと判定してもよい。
制御部50は、複数の容量センサ51〜mそれぞれのデジタル値Ds1〜mの合計値Σi=1〜mDsiを計算する。そして、合計値Σi=1〜mDsiが、所定のしきい値DTH3より大きいとき、ノイズの影響があるものと判定してもよい。
したがって、合計値Σi=1〜mDsiをしきい値DTH3と比較することにより、ノイズの影響の有無を判定できる。
制御部50は、複数の容量センサ51〜mそれぞれのデジタル値Ds1〜mと所定の基準値DREFの差分(Dsi−DREF)の合計値Σi=1〜m(Dsi−DREF)が、所定のしきい値DTH3より大きいとき、ノイズの影響があるものと判定してもよい。この処理は、実質的に第3の方法と同等である。
制御部50は、通常モードにおいてノイズの影響が検出されると周波数探索モードに移行する。周波数探索モードにおいて、送信信号S1の周波数fTXを複数の値で切りかえながら、各周波数においてノイズの判定処理を行ってもよい。制御部50は、通常モードにおける送信信号S1の周波数を、判定処理の結果、ノイズの影響が最も少ないと推定される周波数に設定する。
図3は、実施の形態に係る容量検出回路100の動作を示すタイムチャートである。時刻t0において、容量検出回路100は通常モードで動作しており、送信周波数fTXは、ある値f3に設定されている。図3において、FD1、FD2…はそれぞれ、容量センサ51〜mのデジタル値を含む1フレーム分のデータを示す。
容量検出回路100によれば、複数の容量センサごとに生成される複数のデジタル値を監視することにより、ノイズの有無を判定することができる。
図5は、容量検出回路100の受信回路26の第1の構成を示す回路図である。
COFS×VREF=CINT×VOFS
このモードにおいて制御部50は、積分回路(演算増幅器32)30による1回の積分動作(センシング)ごとに、第3スイッチSW3をオンすることにより、前もって電荷が放電されたオフセット用キャパシタCOFSを演算増幅器32の反転入力端子に接続する。
このモードにおいて制御部50は、演算増幅器32の出力電圧Vsが所定のしきい値電圧VTHに達するたびに、第3スイッチSW3をオンする。コンパレータ46は、検出電圧Vsとしきい値電圧VTHを比較し、第2モードにおいて第3スイッチSW3をオンするタイミングを検出する。制御部50は、コンパレータ46の検出結果にもとづき第3スイッチSW3をオンする。
図7は、図2の容量検出回路100の第2モードの動作を示すタイムチャートである。第2モードでは、センシングごとに検出電圧Vsをオフセットするのではなく、検出電圧Vsがしきい値電圧VTHに達するたびに第3スイッチSW3をオンし、検出電圧Vsをオフセットさせる。第2モードでは、検出電圧Vsが折り返されることから、折り返しモードともいう。
図8は、容量検出回路の受信回路の第2の構成例を示す回路図である。
積分回路30aおよび30bは、図1の積分回路30と同様に構成される。RX1〜m端子ごとに、マルチプレクサMUX1〜mが設けられる。マルチプレクサMUXiの第1スイッチSW1aは、受信電極12iと第1積分回路30aの駆動バッファ34の出力との間に設けられ、第1スイッチSW1bは、受信電極12iと第2積分回路30bの駆動バッファ34の出力との間に設けられる。第2スイッチSW2aは、受信電極12iと第1積分回路30aの演算増幅器32との間に設けられ、第2スイッチSW2bは、受信電極12iと第2積分回路30bの演算増幅器32との間に設けられる。各マルチプレクサMUXiによって、対応する受信電極12iを、積分回路30a、30bのいずれか一方に選択的に割り当て可能となっている。
このモードでは、第7スイッチSW7がオン、第6スイッチSW6a、SW6b、第8スイッチSW8がオフである。差動増幅器43は、サンプルホールドされた第1積分回路30aの出力電圧Vsaと、サンプルホールドされた第2積分回路30bの出力電圧Vsbの差分を増幅する。差動増幅器43の出力は、第7スイッチSW7を介してA/Dコンバータ44に入力される。
このモードでは、第7スイッチSW7がオフ、第8スイッチSW8がオンである。第6スイッチSW6a、SW6bは、サンプルホールド回路40a、40bの出力の一方を選択する。増幅器42は、選択された一方の検出電圧Vsを増幅し、第8スイッチSW8を介してA/Dコンバータ44に入力する。
シングルエンドモードの動作は、基本的に第1の構成例と同様である。このモードにおいては、積分回路30a、30bの一方のみをアクティブとし、アクティブな積分回路30を利用して、複数の受信電極121〜mそれぞれの容量変化を検出できる。
あるいは、積分回路30a、30bの両方を並列的に動作させ、2つの受信電極12の容量変化を同時に検出してもよい。2つの受信電極12の容量変化に応じた検出電圧Vsa、Vsbをサンプルホールドした後、A/Dコンバータ44によって2つの検出電圧Vsa、Vsbを時分割でデジタル値に変換すればよい。
差動モードでは、2つの積分回路30a、30bの両方が並列的に動作し、それぞれに割り当てられた2つの受信電極12j、12kの容量を同時に検出する。そして2つの受信電極12j、12kの容量変化に応じた検出電圧Vsa、Vsbをサンプルホールドした後、差動増幅器43によって差分を増幅し、A/Dコンバータ44により増幅結果をデジタル値に変換する。
なお受信電極12mの容量変化を検出する場合、受信電極12mを積分回路30aに、受信電極121、あるいは別に設けられた基準となる電極(不図示)を積分回路30bに割り当ててもよい。基準となる電極は、いずれかのRX端子と接続される。
ここである受信電極12jにノイズが混入するとき、それと隣接する受信電極12j+1にも、受信電極12iと同相のノイズが混入する確率は高くなる。このような場合に、差動モードで動作させると、積分回路30a、30bに割り当てられる2つの受信電極12に同相で混入するコモンモードのノイズの影響を除去できるため、誤検出を防止できる。
Claims (8)
- それぞれが互いに容量的に結合された送信電極および受信電極を含んで構成される複数の容量センサそれぞれの容量変化を検出する容量検出回路であって、
前記複数の容量センサそれぞれの前記送信電極に周期的な送信信号を印加する送信回路と、
各容量センサの容量変化を示すデジタル値を、対応する前記受信電極に発生する受信信号にもとづいて生成する受信回路と、
前記複数の容量センサに対応して生成された複数のデジタル値に応じて、現在の送信周波数におけるノイズの影響の有無を判定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数の容量センサそれぞれのデジタル値の分散が、所定のしきい値より大きいとき、ノイズの影響があるものと判定することを特徴とする容量検出回路。 - 前記制御部は、前記ノイズの影響があるものと判定されたとき、前記送信信号の周波数を切りかえることを特徴とする請求項1に記載の容量検出回路。
- 前記制御部は、前記ノイズの影響があるものと判定されると周波数探索モードに移行し、当該周波数探索モードにおいて、前記送信信号の周波数を切りかえながら、各周波数において前記ノイズの判定処理を行い、
通常モードにおける前記送信信号の周波数を、前記判定処理の結果、ノイズの影響が最も少ないと推定される周波数に設定することを特徴とする請求項2に記載の容量検出回路。 - それぞれが互いに容量的に結合された送信電極および受信電極を含んで構成される複数の容量センサそれぞれの容量変化を検出する容量検出回路であって、
前記複数の容量センサそれぞれの前記送信電極に周期的な送信信号を印加する送信回路と、
各容量センサの容量変化を示すデジタル値を、対応する前記送信電極に印加される前記送信信号に応じて対応する前記受信電極に発生する受信信号にもとづいて生成する受信回路と、
前記複数の容量センサに対応して生成された複数のデジタル値が所定の条件を満たすとき、前記送信信号の周波数を切りかえる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数の容量センサそれぞれのデジタル値の分散が、所定のしきい値より大きいとき、前記送信信号の周波数を切りかえることを特徴とする容量検出回路。 - それぞれが互いに容量的に結合された送信電極および受信電極を含む複数の容量センサと、
前記容量センサの容量変化を検出する請求項1から4のいずれかに記載の容量検出回路と、
を備えることを特徴とする入力装置。 - 請求項5に記載の入力装置を備えることを特徴とする電子機器。
- それぞれが互いに容量的に結合された送信電極および受信電極を含んで構成される複数の容量センサそれぞれの容量変化を検出する方法であって、
前記複数の容量センサそれぞれの前記送信電極に周期的な送信信号を印加するステップと、
各容量センサの容量変化を示すデジタル値を、対応する前記送信電極に印加される前記送信信号に応じて対応する前記受信電極に発生する受信信号にもとづいて生成するステップと、
前記複数の容量センサに対応して生成された複数のデジタル値の分散が、所定のしきい値より大きいとき、ノイズの影響があるものと判定するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - それぞれが互いに容量的に結合された送信電極および受信電極を含んで構成される複数の容量センサそれぞれの容量変化を検出する方法であって、
前記複数の容量センサそれぞれの前記送信電極に周期的な送信信号を印加するステップと、
各容量センサの容量変化を示すデジタル値を、対応する前記送信電極に印加される前記送信信号に応じて対応する前記受信電極に発生する受信信号にもとづいて生成するステップと、
前記複数の容量センサに対応して生成された複数のデジタル値の分散が、所定のしきい値より大きいとき、前記送信信号の周波数を切りかえるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
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