JPWO2014208189A1 - タッチパネルコントローラ、集積回路、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

駆動部（１４）が、所定の符号系列に基づく駆動電圧を複数のドライブラインにそれぞれ印加することにより、センスラインに蓄積された電荷量の線形和に基づく線形和信号を積分回路（２１）が出力する。これを複数回行って、演算部（２３）が静電容量を推定する。駆動部（１４）は、隣り合う一対のドライブラインに対し、正負の異なる駆動電圧をそれぞれ印加する。

Description

本発明は、タッチパネルを制御するタッチパネルコントローラ、集積回路、及び電子機器に関する。

タッチパネル装置は、ユーザの指、スタイラスペンのペン先などの物体（以下、「指示体」と称する。）が接触または接近（以下、「タッチ」と称する。）した、タッチパネル上の位置を検出し、検出した位置の情報を出力するポインティングデバイスである。上記タッチパネル装置は、上記タッチパネルを表示装置の表示画面に設けることにより、キーボード、マウスなどの入力装置に比べて、直感的な操作が可能となる。このため、例えば、携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末等への搭載が顕著である。

上記タッチパネル装置のうち、投影型静電容量方式のタッチパネル装置が、透過率、耐久性などの観点から近年普及してきている。上記投影型静電容量方式のタッチパネル装置の場合、上記タッチパネルは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極パターンを、ガラス、プラスチックなどの透明基板上に格子状に形成したものとなる。上記タッチパネルに指示体がタッチすると、その付近の複数の透明電極パターンにおける静電容量が変化する（例えば、小さくなる）。従って、上記透明電極パターンの電流または電圧の変化を検出することにより、上記指示体がタッチした位置を検出することができる。

（従来技術の構成例）
従来の投影型静電容量方式のタッチパネル装置の一例として、複数のドライブラインを並列駆動して静電容量を推定するタッチパネルシステムが挙げられ、特許文献１に開示されている。図６は、該タッチパネルシステムの概略構成を示す回路図である。

図６に示すように、特許文献１に記載のタッチパネルシステム１０１１は、タッチパネル１０１２とタッチパネルコントローラ１０１３とを備える構成である。タッチパネル１０１２は、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4と、センスラインＳＬ1〜ＳＬ4とを備えている。これにより、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4とセンスラインＳＬ1〜ＳＬ4とは、互いに交差する位置（以下、「交差点」と称する。）にて、静電容量Ｃ11〜Ｃ44を有することになる。

タッチパネルコントローラ１０１３は、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4を駆動する駆動部１０１４を備えている。駆動部１０１４は、所定の符号系列に基づく電圧（以下、「駆動電圧」と称する。）をドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4にそれぞれ印加する。この時、上記静電容量Ｃ11〜Ｃ44の存在により、センスラインＳＬ1〜ＳＬ4に電流が流れて上記交差点に電荷が蓄積される。

タッチパネルコントローラ１０１３は、センスラインＳＬ1〜ＳＬ4からの信号を検出する検出部１０１５を備えている。具体的には、検出部１０１５は、演算増幅器１０２４と、積分容量Ｃintを有するコンデンサとを用いた積分回路であって、センスラインＳＬ1〜ＳＬ4にそれぞれ接続される複数の積分回路１０２１を備えている。これにより、各センスラインＳＬ1〜ＳＬ4に接続された積分回路１０２１の出力電圧は、当該センスラインに流れる電流の積分値に比例する電圧、すなわち、当該センスラインにおける複数の交差点にそれぞれ蓄積された電荷量の線形和（総和）に比例する電圧（線形和信号）となる。

（従来技術の動作例）
上記構成のタッチパネルシステム１０１１の動作例について説明する。なお、この動作例では、センスラインＳＬ1〜ＳＬ4のうち、センスラインＳＬ3に注目して説明する。

図７は、駆動部１０１４にて利用される上記符号系列の一例を表形式で示す図である。図示の符号系列ＭＣ1は、Ｍ系列に基づくものであり、該符号系列ＭＣ1の要素は、「１」及び「−１」の何れかである。例えば、駆動部１０１４は、図７に示す符号系列ＭＣ1のうち、列ベクトルDrive１〜Drive４の符号系列を利用して、図６に示すドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4を駆動する。また、駆動部１０１４は、上記符号系列の要素が「１」である場合にＶdriveの駆動電圧を印加し、当該要素が「−１」である場合に−Ｖdriveの駆動電圧を印加する。なお、上記駆動電圧としては、電源電圧が用いられてもよいし、参照電圧など、電源電圧以外の電圧が用いられてもよい。

まず、図７に示す符号系列ＭＣ1の最初の行ベクトル（1st Vector）における列ベクトルDrive１〜Drive４の要素に基づき、ドライブラインＤＬ1、ＤＬ3、ＤＬ4にＶdriveの駆動電圧が印加され、ドライブラインＤＬ2に−Ｖdriveの駆動電圧が印加される。この場合、センスラインＳＬ3と、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4との交差点には、それぞれ、「Ｃ31×Ｖdrive」、「Ｃ32×（−Ｖdrive）」、「Ｃ33×Ｖdrive」、及び「Ｃ34×Ｖdrive」の電荷量が蓄積されることになる。従って、センスラインＳＬ3に蓄積される電荷量Ｑ3は次式となる。
Ｑ3＝Ｃ31×Ｖdrive＋Ｃ32×（−Ｖdrive）＋Ｃ33×Ｖdrive＋Ｃ34×Ｖdrive＝Ｖdrive×（Ｃ31−Ｃ32＋Ｃ33＋Ｃ34） ・・・（１）。

そして、センスラインＳＬ3に接続された積分回路１０２１の出力電圧Ｙ3は、次式となる。
Ｙ3＝（センスラインＳＬ3に流れる電流の時間積分）／Ｃint＝Ｑ3／Ｃint ・・・（２）。
ここで、Ｃintは、積分回路１０２１における積分容量である。

次に、符号系列ＭＣ1の２番目の行ベクトル（2nd Vector）に基づく駆動電圧がドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4に印加されて、センスラインＳＬ3に接続された積分回路１０２１の出力電圧Ｙ3が検出され、以下、同様に繰り返される。これにより、３１個の出力電圧Ｙ3が検出されることになる。この３１個の出力電圧Ｙ3と、図７に示す符号系列ＭＣ1の復号行列との内積を算出することにより、センスラインＳＬ3における交差点の静電容量Ｃ31〜Ｃ34をそれぞれ推定できる。

図８は、特許文献１に記載の他のタッチパネルシステムの概略構成を示す回路図である。図８に示すタッチパネルシステム１１１１は、図６に示すタッチパネルシステム１０１１に比べて、隣り合う一対のセンスラインに接続された積分回路において、２個の演算増幅器１０２４の代わりに１個の差動増幅器１１２４が設けられている点が異なり、その他の構成は同様である。

この場合、例えば、図７に示す符号系列ＭＣ1の最初の行ベクトルに基づく駆動電圧がドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4に印加されると、センスラインＳＬ3、ＳＬ4に接続された差動増幅器１１２４の出力電圧Ｙ34は、次式となる。差動増幅器１１２４を用いることにより、ダイナミックレンジを増加させることができると共に、コモンモードノイズを除去することができる。
Ｙ34＝Ｙ3−Ｙ4＝（Ｖdrive／Ｃint）×｛（Ｃ31−Ｃ41）−（Ｃ32−Ｃ42）＋（Ｃ33−Ｃ43）＋（Ｃ34−Ｃ44）｝ ・・・（３）。

日本国公開特許公報「特開２０１３−３６０３号（２０１３年１月７日公開）」

センスラインＳＬ1〜ＳＬ4は、それぞれ、上記交差点におけるドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4との間の静電容量Ｃ11〜Ｃ44の他にも、グラウンドとの間の静電容量などの寄生容量を有している。このため、センスラインＳＬ1〜ＳＬ4には、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4に駆動電圧が印加されると、上記寄生容量の分だけ電荷が蓄積されることになる。従って、上記静電容量Ｃ11〜Ｃ44を推定するには、上記寄生容量を考慮する必要がある。

ここで、隣り合う一対のセンスラインＳＬ3、ＳＬ4の寄生容量が等しい場合、上記寄生容量により蓄積される電荷量が等しいので、図８に示す差動増幅器１１２４を利用することにより、該差動増幅器１１２４の出力電圧は、当該寄生容量による影響が抑えられたものとなる。しかしながら、上記センスラインＳＬ3、ＳＬ4の寄生容量が異なる場合、上記寄生容量により蓄積される電荷量が異なるので、上記差動増幅器１１２４にて上記寄生容量の相違分が増幅されることになり、静電容量Ｃ11〜Ｃ44の推定値の精度が低下することになる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、静電容量の変化量を精度良く推定できるタッチパネルコントローラなどを提供することにある。

本発明に係るタッチパネルコントローラは、Ｍ本（Ｍは２以上の整数）のドライブラインとセンスラインとの間に形成されるＭ個の静電容量を有するタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラであって、上記課題を解決するために、Ｋ対（Ｋは整数、且つ、１≦Ｋ≦Ｍ／２）の前記ドライブラインについて、一方には、Ｎ（Ｎは整数）個のＫ次元ベクトルにより表される所定の符号系列に基づく駆動電圧を印加し、他方には、該駆動電圧の極性を反転した駆動電圧を印加する駆動をＮ回行う駆動部と、前記駆動電圧と前記静電容量とにより前記センスラインに蓄積された電荷量の線形和を検出し、該線形和に基づく線形和信号をＮ回出力する検出部とを備えることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、静電容量の変化量を精度良く推定できるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す回路図である。 上記タッチパネル装置を簡略化して示す回路図である。 上記タッチパネル装置において、或るセンスラインと或るドライブラインとの交差点付近にタッチ入力があった場合に算出される容量の推定値の一例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るタッチパネル装置において、或るセンスライン及び或るドライブラインの交差点付近と、上記センスライン及び別のドライブラインの交差点付近とにタッチ入力があった場合に算出される容量の推定値の一例を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る携帯電話機の概略構成を示すブロック図である。 従来のタッチパネルシステムの概略構成を示す回路図である。 上記タッチパネルシステムの駆動部にて利用される符号系列の一例を表形式で示す図である。 他の従来のタッチパネルシステムの概略構成を示す回路図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

（タッチパネル装置の構成）
図１は、本実施形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す回路図である。図示のように、タッチパネル装置（電子機器）１１は、タッチパネル１２とタッチパネルコントローラ１３とを備える構成である。タッチパネル１２は、２ｍ本（Ｍ本）のドライブラインＤＬ1〜ＤＬ2mと、Ｎ本のセンスラインＳＬ1〜ＳＬNとを備えている（ｍ，Ｎは自然数）。ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ2mとセンスラインＳＬ1〜ＳＬNとは、直交するように配置され、これにより、マトリックス状に並んだ交差点において、静電容量Ｃ1,1〜ＣN,2mを有することになる。

タッチパネルコントローラ１３は、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ2mを駆動する駆動部１４と、センスラインＳＬ1〜ＳＬNからの信号を検出する検出部１５とを備えている。駆動部１４は、互いに相関の低い所定の符号系列に基づく駆動電圧をドライブラインＤＬ1〜ＤＬ2mにそれぞれ印加する。この時、上記静電容量Ｃ1,1〜ＣN,2mの存在により、センスラインＳＬ1〜ＳＬNに電流が流れて上記交差点に電荷が蓄積される。

具体的には、駆動部１４は、上記符号系列として、図７に示す符号系列ＭＣ1を利用し、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ2mを、上記符号系列における２Ｍ個の列ベクトル（例えばDrive１〜Drive2m）にそれぞれ対応付ける。そして、駆動部１４は、ｉ番目の駆動において、上記符号系列のｉ番目の行ベクトルにおける上記２Ｍ個の列ベクトルの要素に対応する駆動電圧を印加する。すなわち、駆動部１４は、上記要素が「１」である場合にＶdriveの駆動電圧を印加し、上記要素が「−１」である場合に−Ｖdriveの駆動電圧を印加する。

検出部１５には、積分回路２１、Ａ／Ｄ変換部２２、及び演算部（推定部）２３が、隣り合う一対のセンスラインごとに設けられる。

積分回路２１は、１つの差動増幅器２４と、積分容量Ｃintを有する２つの容量性素子（例えばコンデンサ）２５とを備えている。差動増幅器２４は、２入力２出力の完全差動型であり、上記一対のセンスラインからの２つの入力信号がそれぞれ入力され、差動増幅された２つの差動信号が、２つの容量性素子２５を介してそれぞれ帰還される。これにより、上記２つの差動信号の出力電圧は、上記一対のセンスラインにそれぞれ流れる電流の積分値どうしの差に比例する電圧、すなわち、上記一対のセンスラインの一方における複数の交差点にそれぞれ蓄積された電荷量の線形和と、上記一対のセンスラインの他方における複数の交差点にそれぞれ蓄積された電荷量の線形和との差に比例する電圧となる。

差動増幅器２４にて差動増幅された２つの差動信号は、Ａ／Ｄ変換部２２にてデジタル信号に変換され、演算部２３にて演算されて、上記交差点における静電容量Ｃ1,1〜ＣN,2mの相対値が推定される。

以上の構成は、図８に示す従来のタッチパネルシステム１１１１の構成と比べて、ドライブライン及びセンスラインの本数が異なるのみであり、その他は同様である。

（演算部の詳細）
次に、演算部２３における演算の詳細について説明する。なお、説明の簡略化のため、ドライブライン及びセンスラインの本数を、図８と同じ４本ずつとする。

図７に示す上記符号系列におけるｉ番目（ｉは１〜３１の整数）の行ベクトル（i th Vector）に基づく駆動電圧がドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4に印加された場合、一対のセンスラインＳＬ3、ＳＬ4に接続された積分回路２１の出力電圧Ｙ34iは次式となる。ここで、Ｄi1〜Ｄi4は、図７に示す符号系列のうち、列ベクトルDrive１〜Drive４の符号系列におけるｉ番目の行ベクトルの要素（１又は−１）を表している。
Ｙ34i＝Ｙ3i−Ｙ4i＝（Ｖdrive／Ｃint）×（Ｄi1×（Ｃ31−Ｃ41）＋Ｄi2×（Ｃ32−Ｃ42）＋Ｄi3×（Ｃ33−Ｃ43）＋Ｄi4×（Ｃ34−Ｃ44）） ・・・（４）。
そして、他の行ベクトルについても上記動作を繰り返すことにより、３１個の出力電圧Ｙ34,1〜Ｙ34,31が検出される。

次に、例えばドライブラインＤＬ1による静電容量の差分（Ｃ31−Ｃ41）を推定するために、上記３１個の出力電圧Ｙ34,1〜Ｙ34,31と、ドライブラインＤＬ1に対応する列ベクトルDrive１の要素Ｄ1,1〜Ｄ31,1との内積をとる。この場合、上記式（４）は次式となる。

ところで、Ｍ系列の場合、同じ系列同士の内積は系列長と同じ値をとり、異なる系列同士の内積は−１の値をとることが知られている。従って、上記式（５）は次式となる。

ここで、全てのセンスラインＳＬ1〜4の幅が均一に作成され、かつ、全てのドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4の幅が均一に作成されているとすると、上記交差点の静電容量Ｃ11〜Ｃ44は、タッチが行われない場合同程度（同じオーダ）となる。従って、上記式（６）は次式のように近似できる。

従って、上記３１個の出力電圧Ｙ34,1〜Ｙ34,31と、ドライブラインＤＬ1に対応する列ベクトルDrive１の要素Ｄ1,1〜Ｄ31,1との内積から、静電容量の差分（Ｃ31−Ｃ41）を推定することができる。そして、他のドライブラインＤＬ2〜ＤＬ4についても同様に行うことにより、他の静電容量の差分（Ｃ32−Ｃ42）、（Ｃ33−Ｃ43）、（Ｃ34−Ｃ44）を推定
することができる。

（寄生容量について）
次に、各センスラインが寄生容量を有する場合について説明する。差動増幅器２４において、上記一対のセンスラインＳＬ3、ＳＬ4からの２つの入力信号の入力電圧Ｘ3i、Ｘ4iは、次式のようになる。ここで、Ｖcmはコモンモード電圧を表している。

上述のように、上記交差点の静電容量Ｃ11〜Ｃ44は、タッチが行われない場合同程度であり、静電容量Ｃxで近似できるとすると、上記式（８）は次式のように近似できる。

従って、上記入力電圧Ｘ3i、Ｘ4iは、各ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4の駆動に対応する上記符号系列の要素Ｄi1、Ｄi2、Ｄi3、Ｄi4の合計値に依存することになる。端的に言えば、上記入力電圧Ｘ3i、Ｘ4iは、各ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ4の駆動パターンに依存することになる。

ここで、センスラインＳＬ3の寄生容量をＣp3とし、センスラインＳＬ4の寄生容量をＣp4とする。２つの寄生容量Ｃp3、Ｃp4が等しい場合、上記式（９）より上記入力電圧Ｘ3i、Ｘ4iも略等しいので、寄生容量Ｃp3、Ｃp4によりセンスラインＳＬ3、ＳＬ4にそれぞれ蓄積される電荷量が等しくなる。従って、差動増幅器２４の出力電圧Ｙ34,iでは、寄生容量Ｃp3、Ｃp4による影響が抑えられる。

しかしながら、２つの寄生容量Ｃp3、Ｃp4が異なる場合、寄生容量Ｃp3、Ｃp4によりセンスラインＳＬ3、ＳＬ4にそれぞれ蓄積される電荷量が異なるので、差動増幅器２４にて寄生容量Ｃp3、Ｃp4の相違分が増幅されることになり、静電容量Ｃ11〜Ｃ44の推定値の精度が低下することになる。

（駆動部の詳細）
そこで、本実施形態では、駆動部１４は、図１に示すように、奇数番目のドライブラインＤＬ2j-1（jは１〜Ｍの整数）には、上記符号系列の要素Ｄijをそれぞれ利用する一方
、偶数番目のドライブラインＤＬ2jには、当該要素Ｄijの正負（極性）を反転した要素−Ｄij（以下、「反転要素」と称する。）を利用している。

上記式（９）のように、差動増幅器２４の入力電圧Ｘ3i、Ｘ4iは、各ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ2mの駆動に対応する上記符号系列の要素Ｄi,1〜Ｄi,2mの合計値に依存するが、本実施形態の場合、当該合計値がゼロとなる。従って、一対のセンスラインＳＬ3、ＳＬ4の寄生容量Ｃp3、Ｃp4が異なっても（存在しても）、差動増幅器２４の入力電圧Ｘ3i、Ｘ4iの近似値はゼロとなり、寄生容量Ｃp3、Ｃp4によりセンスラインＳＬ3、ＳＬ4にそれぞれ蓄積される電荷量の近似値もゼロで等しくなる。従って、差動増幅器２４の出力電圧Ｙ34,iでは、寄生容量Ｃp3、Ｃp4による影響が抑えられる。

（実施例）
次に、上記構成のタッチパネル装置１１の実施例を説明する。図２は、当該説明の便宜上、図１に示すタッチパネル装置１１を簡略化して示す回路図である。図２に示すタッチパネル装置１１では、タッチパネル１２は、２本のセンスラインＳＬ1、ＳＬ2と、該センスラインＳＬ1、ＳＬ2と交差する１８本のドライブラインＤＬ1〜ＤＬ18とを備えている。

上記交差点における静電容量Ｃ1,1〜Ｃ2,18は全て２．２ｐＦとし、積分回路２１の積分容量Ｃintは８ｐＦとした。また、タッチが行われた場合、タッチの箇所の静電容量Ｃ1,1〜Ｃ2,18が０．２ｐＦ小さくなるとした。また、センスラインＳＬ1の寄生容量Ｃp1は９ｐＦとし、センスラインＳＬ2の寄生容量Ｃp2は１１ｐＦとした。また、１ＭＨｚのクロック信号を使用し、駆動部１４における駆動の周期を１μ秒とした。また、電源電圧ＶDDを３．３Ｖとし、コモンモード電圧Ｖcmを１．６５Ｖとした。そして、上記符号系列の要素が「１」である場合に駆動電圧をＶDD／２＋Ｖcm＝３．３Ｖとし、上記要素が「−１」である場合に駆動電圧を−ＶDD／２＋Ｖcm＝０Ｖとした。

本動作例では、上記符号系列として、配列長が６３であるＭ系列をビットシフトして生成される６３個のＭ系列を使用し、上記符号系列の要素をＤＭt,1〜ＤＭt,63とする。上記要素ＤＭt,1〜ＤＭt,63はクロック毎に変化させ、例えば１クロック目ではＤＭ1,1〜ＤＭ1,63となり、６３クロック目ではＤＭ63,1〜ＤＭ63,63となる。そして、６４クロック目では、再び１クロック目と同じ値ＤＭ1,1〜ＤＭ1,63に戻り、６３クロック毎に同じ値を繰り返す。

駆動部１４は、奇数番目のドライブラインＤＬ1〜ＤＬ17に対し、それぞれ、上記符号系列の要素ＤＭt,1〜ＤＭt,9に対応する駆動電圧を印加する。一方、駆動部１４は、偶数番目のドライブラインＤＬ2〜ＤＬ18に対し、それぞれ、上記要素ＤＭt,1〜ＤＭt,9の反転要素−ＤＭt,1〜−ＤＭt,9に対応する駆動電圧（反転電圧）を印加する。これにより、センスラインＳＬ1、ＳＬ2に接続された差動増幅器２４が出力電圧Ｙ12,tを出力する。以上の処理をｔ＝１からｔ＝６３まで繰り返す。

演算部２３は、検出された出力電圧Ｙ12,1〜Ｙ12,63と、ドライブラインＤＬjに対応する符号系列の要素ＤＭ1,j〜ＤＭ63,jとの内積を算出し、上記式（７）を用いて、ドライブラインＤＬjの交差点における静電容量の差分Ｃ1,j−Ｃ2,jを推定する。

図３は、センスラインＳＬ1とドライブラインＤＬ11との交差点付近にタッチ入力があった場合に演算部２３が算出する容量の推定値の一例を示すグラフである。同図の（ａ）は、駆動部１４が本実施例の動作を行う場合を示している。一方、同図の（ｂ）は、比較例であり、駆動部１４が、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ18に対し、それぞれ、上記符号系列の要素ＤＭt,1〜ＤＭt,18に対応する駆動電圧を印加する従来の動作を示している。

図３において、実線は、上述のように、センスラインＳＬ1の寄生容量Ｃp1は９ｐＦであり、センスラインＳＬ2の寄生容量Ｃp2は１１ｐＦである場合を示している。一方、破線は、比較例であり、上記寄生容量Ｃp1、Ｃp2が共に１０ｐＦである場合を示している。

図３の（ａ）に示す実施例では、静電容量（Ｃ1,11−Ｃ2,11）−（Ｃ1,12−Ｃ2,12）の推定値は、寄生容量Ｃp1、Ｃp2の差に関係なく略０．２ｐＦであった。一方、図３の（ｂ）に示す比較例では、容量Ｃ1,11−Ｃ2,11の推定値は、寄生容量Ｃp1、Ｃp2の差に依存して変化している。従って、本実施形態のタッチパネル装置１１は、上記タッチ入力による静電容量の変化を正しく推定することができる。

（変形例）
なお、本実施形態では、隣り合う一対のドライブラインの一方に対し、所定の符号系列の要素に対応する駆動電圧を印加し、他方に対し、当該要素の正負を反転させた反転要素に対応する駆動電圧を印加しているが、これに限定されるものではない。例えば、上記一対のドライブラインは、隣り合うものである必要はなく、離間したものであってもよい。

また、本実施形態では、全てのドライブラインが、上記一対のドライブラインの何れかとなっているが、これに限定されるものではない。例えば、一部のドライブラインが、上記一対のドライブラインの何れかであってもよい。この場合でも、当該一部のドライブラインの駆動に対応する上記符号系列の要素の合計値がゼロとなるので、差動増幅器２４の入力電圧の変化量を小さくすることができる。従って、一対のセンスラインにおける寄生容量の差による差動増幅器２４の出力電圧への影響を抑えることができる。

また、残りのドライブラインにも、所定の符号系列に基づく駆動電圧を印加することが望ましい。この場合、上記残りのドライブラインと上記センスラインとの間に形成される静電容量のそれぞれをさらに推定することができる。

また、複数のドライブラインのうち、両端のドライブラインは、他のドライブラインに比べて特性が異なることが多い。そこで、両端のドライブラインを除く全てのドライブラインが、上記一対のドライブラインの何れかとなっていてもよい。

また、本実施形態では、完全差動型の差動増幅器２４を利用しているが、２入力１出力の標準的な差動増幅器を利用してもよいし、図６に示すような１入力１出力の演算増幅器を利用してもよい。また、本実施形態では、符号系列としてＭ系列を利用しているが、ウォルシュ符号、アダマール符号、Ｇｏｌｄ系列など、他の符号系列を利用してもよい。

また、タッチパネルコントローラ１３は、駆動部１４及び検出部１５として機能する論理回路が形成された集積回路であってもよい。

また、本実施例では、静電容量に関する９個の値（Ｃ1,1−Ｃ2,1）−（Ｃ1,2−Ｃ2,2）〜（Ｃ1,17−Ｃ2,17）−（Ｃ1,18−Ｃ2,18）を推定するために、６３個のＭ系列からなる符号系列を使用して、ドライブラインＤＬ1〜ＤＬ18への駆動電圧の印加を６３回行っているが、これに限定されるものではない。上記駆動電圧の印加が、推定すべき値の数（９）よりも多い１０回以上であれば、上記静電容量に関する９個の値を精度良く推定することができる。

すなわち、Ｍ本（Ｍは２以上の整数）のドライブラインにＫ対（Ｋは整数、且つ、１≦Ｋ≦Ｍ／２）のドライブラインが含まれる場合、上記静電容量に関する推定すべき値の数はＫ個となる。従って、上記駆動電圧の印加の回数Ｎ（Ｎは整数）は、Ｋ＜Ｎであれば、上記静電容量に関する値を精度よく推定することができる。

一方、Ｋ≧Ｎであれば、上記静電容量に関する値を精度良く推定することはできないが、概算値を推定することが可能である。換言すれば、上記静電容量に関する値を精度良く推定する必要がなければ、上記駆動電圧の印加の回数Ｎは、推定すべき値の数Ｋ以下であってもよい。

〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態について、図４を参照して説明する。図３の（ａ）に示す実施例では、演算部２３は、上記一対のドライブラインの一方における静電容量の差分と他方における静電容量の差分との差を推定している。例えば、差動増幅器２４の出力信号Ｙｔと、ドライブラインＤＬ1に対応する符号系列の要素ＤＭt,1との内積で推定される容量は（Ｃ1,1−Ｃ2,1）−（Ｃ1,2−Ｃ2,2）である。

ここで、図３の（ａ）に示す実施例のように、センスラインＳＬ1とドライブラインＤＬ11との交差点付近にタッチ入力があるだけでなく、さらに、センスラインＳＬ1とドライブラインＤＬ12との交差点付近にも同じレベルのタッチ入力がある場合を考える。この場合、タッチ入力がない静電容量Ｃ2,11、Ｃ2,12は同じ値であり、静電容量Ｃ1,11、Ｃ1,12も同じタッチ入力があるため同じ値となる。従って、演算部２３が推定する容量（Ｃ1,11−Ｃ2,11）−（Ｃ1,12−Ｃ2,12）はゼロとなり、タッチ入力を検出できない場合がある。

（本実施形態の動作）
そこで、本実施形態では、駆動部１４は、或る符号系列でドライブラインを駆動した後、別の符号系列でドライブラインを駆動している。例えば、最初のセットでは、駆動部１４は、図３の（ａ）に示す実施例と同様に、奇数番目のドライブラインＤＬ1〜ＤＬ17に対し、上記符号系列の要素ＤＭt,1〜ＤＭt,9に対応する駆動電圧をそれぞれ印加する一方、偶数番目のドライブラインＤＬ2〜ＤＬ18に対し、上記要素の反転要素−ＤＭt,1〜−ＤＭt,9に対応する駆動電圧をそれぞれ印加する。この処理をｔ＝１からｔ＝６３まで繰り返して、演算部２３が容量を推定する。

次に、２番目のセットでは、駆動部１４は、偶数番目のドライブラインＤＬ2〜ＤＬ18に対し、上記符号系列の要素ＤＭt,1〜ＤＭt,9に対応する駆動電圧をそれぞれ印加する一方、奇数番目のドライブラインＤＬ3〜ＤＬ17、ＤＬ1に対し、上記要素の反転要素−ＤＭt,1〜−ＤＭt,9に対応する駆動電圧をそれぞれ印加する。この処理をｔ＝１からｔ＝６３まで繰り返して、演算部２３が容量を推定する。

（実施例）
図４は、センスラインＳＬ1及びドライブラインＤＬ11の交差点付近と、センスラインＳＬ1及びドライブラインＤＬ12の交差点付近とにタッチ入力があった場合に演算部２３が算出した容量の推定値の一例を示すグラフである。同図の（ａ）は、上記最初のセットによる容量の推定値を示しており、同図の（ｂ）は、上記２番目のセットによる容量の推定値を示している。

図４の（ａ）に示すように、上記最初のセットでは、容量の変化を検出できていない。しかしながら、同図の（ｂ）に示すように、上記２番目のセットでは、容量（Ｃ1,10−Ｃ2,10）−（Ｃ1,11−Ｃ2,11）の推定値が−０．２０７ｐＦであり、容量（Ｃ1,12−Ｃ2,12）−（Ｃ1,13−Ｃ2,13）の推定値が０．２０７ｐＦである。従って、容量Ｃ1,11−Ｃ2,11が、容量Ｃ1,10−Ｃ2,10よりも０．２０７ｐＦ大きく、また、容量Ｃ1,12−Ｃ2,12が、容量Ｃ1,13−Ｃ2,13よりも０．２０７ｐＦ大きいことが理解できる。

また、上記最初のセットにより、容量Ｃ1,11−Ｃ2,11と容量Ｃ1,12−Ｃ2,12とが略同じ大きさであることが分かっているので、センスラインＳＬ1及びドライブラインＤＬ11の交差点付近と、センスラインＳＬ1及びドライブラインＤＬ12の交差点付近とに、０．２０７ｐＦの容量変化が存在することを推定できる。

（変形例）
なお、本実施形態では、駆動部１４が最初のセットの駆動を行って、演算部２３が容量を推定し、それから、駆動部１４が２番目のセットの駆動を行って、演算部２３が容量を推定しているが、これに限定されるものではない。例えば、駆動部１４が最初のセットの駆動を行い、引き続き、２回目のセットの駆動を行い、それから、演算部２３が、最初のセットの駆動による容量を推定し、引き続き、２回目のセットの駆動による容量を推定してもよい。また、本実施形態では、２種類の符号系列を利用しているが、これに限定されるものではなく、３種類以上の符号系列を利用してもよい。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る携帯電話機の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る携帯電話機（電子機器）３００は、第１実施形態及び第２実施形態の何れかのタッチパネル装置１１を備えるものである。

（携帯電話機の構成）
図５に示すように、本実施形態に係る携帯電話機３００は、タッチパネル装置１１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１２、カメラ３１３、マイクロフォン３１４、スピーカ３１５、操作キー３１６、表示制御回路３１７、及び、表示パネル３１８を備える構成である。また、携帯電話機３００の各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。

タッチパネル装置１１は、図１に示すタッチパネル装置１１と同様に、タッチパネル１２及びタッチパネルコントローラ１３を備えている。

ＣＰＵ３１０は、携帯電話機３００の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ３１０は、例えば、ＲＯＭ３１１に格納されたプログラムを実行することによって、携帯電話機３００の動作を制御する。

ＲＯＭ３１１は、例えばＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）など、ＣＰＵ３１０によって実行されるプログラムなどの固定データが格納される、読み出し可能かつ書き込み不能なメモリである。

ＲＡＭ３１２は、例えばフラッシュメモリ（登録商標）など、ＣＰＵ３１０が演算のために参照するデータや、ＣＰＵ３１０が演算によって生成したデータなどの可変データが格納される、読み出し可能かつ書き込み可能なメモリである。

操作キー３１６は、ユーザによる携帯電話機３００への指示の入力を受ける。操作キー３１６を介して入力されたデータは、ＲＡＭ３１２に揮発的に格納される。

カメラ３１３は、操作キー３１６を介してユーザにより入力される撮影指示に基づき、被写体を撮影する。カメラ３１３によって撮影された被写体の画像データは、ＲＡＭ３１２又は外部メモリ（たとえば、メモリカード）などに格納される。

マイクロフォン３１４は、ユーザの音声の入力を受付ける。入力されたユーザの音声を示す音声データ（アナログデータ）は、携帯電話機３００においてデジタルデータに変換され、他の携帯電話機（通信相手）に送られる。

スピーカ３１５は、例えばＲＡＭ３１２などに格納されている音楽データが表す音声を出力する。

表示制御回路３１７は、操作キー３１６を介して入力されるユーザ指示に基づき、ＲＯＭ３１１又はＲＡＭ３１２などに格納されている画像データの表す画像を表示するよう表示パネル３１８を駆動する。表示パネル３１８は、タッチパネル１２に重ねて設けられていてもよいし、タッチパネル１２を内蔵していてもよいし、その構成は特に限定されない。

また、携帯電話機３００は、さらに、他の電子機器と有線接続するためのインターフェイス（ＩＦ）（不図示）を備えていてもよい。

本実施形態に係る携帯電話機３００は、タッチパネル装置１１を備えることにより、静電容量の推定を従来よりも正確に実行することができる。これにより、携帯電話機３００は、ユーザによるタッチ操作を従来よりも正確に認識することができ、その結果、ユーザが所望する処理を従来よりも正確に実行することができる。

（変形例）
なお、本実施形態では、携帯電話機に本発明を適用しているが、スマートフォン、タブレット型端末、指紋検出システム、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）など、その他の電子機器にも本発明を適用可能である。

また、タッチパネルコントローラ１３における演算部２３を省略してもよい。この場合、タッチパネル装置１１とＣＰＵ３１０との間に演算部２３を設ければよい。或いは、演算部２３における演算処理を、ＲＯＭ３１１に格納されたプログラムによりＣＰＵ３１０上で実行させればよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るタッチパネルコントローラは、Ｍ本（Ｍは２以上の整数）のドライブラインとセンスラインとの間に形成されるＭ個の静電容量を有するタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラであって、Ｋ対（Ｋは整数、且つ、１≦Ｋ≦Ｍ／２）の前記ドライブラインについて、一方には、Ｎ（Ｎは整数）個のＫ次元ベクトルにより表される所定の符号系列に基づく駆動電圧を印加し、他方には、該駆動電圧の極性を反転した駆動電圧を印加する駆動をＮ回行う駆動部と、前記駆動電圧と前記静電容量とにより前記センスラインに蓄積された電荷量の線形和を検出し、該線形和に基づく線形和信号をＮ回出力する検出部とを備えている。

上記の構成によると、駆動部は、Ｎ回の駆動において、Ｋ対のドライブラインの一方には、Ｎ個のＫ次元ベクトルにより表される符号系列に基づく駆動電圧を印加し、他方には、該駆動電圧の極性を反転した反転電圧を印加する。これにより、前記センスラインにおける電圧を抑えることができる。従って、前記センスラインにおける寄生容量により蓄積される電荷量を抑えることができる。その結果、前記検出部からのＮ個の前記線形和信号と前記符号系列との内積演算により、前記Ｋ対のドライブラインによる静電容量どうしのＫ個の差分をそれぞれ精度良く推定することができるので、前記静電容量の変化量を精度良く推定することができる。

なお、所定の符号系列の例としては、Ｍ系列、ウォルシュ符号、アダマール符号、Ｇｏｌｄ系列などが挙げられる。また、前記一対のドライブラインは、隣り合うものであってもよいし、そうでなくてもよい。

また、整数Ｎは、Ｋ＜Ｎであることが好ましい。この場合、前記Ｋ個の差分をそれぞれ精度よく推定することができる。なお、該精度を求めないのであれば、整数Ｎは、Ｋ≧Ｎであってもよい。

また、Ｋ対の前記ドライブライン以外の（Ｍ−２Ｋ）本の前記ドライブラインにも、Ｎ個の（Ｍ−２Ｋ）次元ベクトルにより表される所定の符号系列に基づく駆動電圧を印加することが好ましい。この場合、（Ｍ−２Ｋ）本の前記ドライブラインと前記センスラインとの間に形成される（Ｍ−２Ｋ）個の静電容量のそれぞれをさらに推定することができる。

また、前記Ｍ本のドライブラインの全てが、前記一対のドライブラインを構成することが好ましい。この場合、前記駆動電圧の印加により生じる前記センスラインにおける電圧をゼロに抑えることができる。従って、前記センスラインにおける寄生容量により蓄積される電荷量をゼロに抑えることができ、その結果、前記静電容量の変化量をさらに精度良く推定することができる。

ところで、前記Ｍ本のドライブラインのうち、両端のドライブラインは、他のドライブラインに比べて特性が異なる傾向にある。そこで、両端の前記ドライブラインを除く（Ｍ−２）本の前記ドライブラインが、前記一対のドライブラインを構成するようにしてもよい。

ところで、本発明の場合、前記一対のドライブラインと前記センスラインとの２つの交差位置における２つの前記静電容量の差分を推定することになる。このため、前記２つの交差位置にタッチがなされても、該タッチによる前記２つの静電容量の変化量が同じであるために、前記２つの静電容量の差が変化せず、前記タッチを検知できない場合がある。

そこで、本発明の態様２に係るタッチパネルコントローラは、上記態様１において、前記駆動部は、前記Ｎ回の駆動を複数セット行っており、前記複数セットの少なくとも１セットにおける前記一対のドライブラインと、他のセットにおける前記一対のドライブラインとは、少なくとも一方のドライブラインが異なることが好ましい。この場合、前記差分は、前記複数セットの或るセットにて変化しなくても、他のセットにて変化するので、前記タッチを検知することができる。従って、前記タッチの検知精度の低下を防止することができる。

また、本発明の態様３に係る集積回路は、上記態様１または２のタッチパネルコントローラとして機能する集積回路であって、上記各部として機能する論理回路が形成されている集積回路であってもよい。この場合でも、上述と同様の効果を奏することができる。

また、本発明の態様４に係るタッチパネル装置は、上記態様１または２のタッチパネルコントローラを備える電子機器であってもよい。この場合でも、上述と同様の効果を奏することができる。

なお、前記電子機器は、前記タッチパネルコントローラにより制御されるタッチパネルを備えるタッチパネル装置であってもよい。さらに、前記電子機器は、該タッチパネル装置におけるタッチパネルが重ねられているか、或いは、該タッチパネルが内蔵されている表示パネルをさらに備えるものであってもよい。

また、本発明の態様５に係る電子機器は、上記態様４において、前記検出部からのＮ個の前記線形和信号と前記符号系列との内積演算により、前記Ｋ対のドライブラインによる静電容量どうしのＫ個の差分をそれぞれ推定する推定部をさらに備えることが好ましい。この場合、当該電子機器は、前記推定部により前記静電容量の変化量を精度良く推定することができる。なお、前記推定部は、前記タッチパネルコントローラの内部に設けられてもよいし、前記タッチパネルコントローラの外部に設けられてもよい。或いは、前記電子機器が、ＣＰＵおよびメモリを備える場合、該メモリに格納されたプログラムを前記ＣＰＵが実行することにより、前記推定部の機能を実現してもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、複数のドライブラインに対し所定の符号系列に基づく駆動電圧をそれぞれ印加することにより、センスラインに蓄積された電荷量の線形和をそれぞれ検出し、複数回の印加により、複数回検出した電荷量と、上記所定の符号系列とを用いて、上記複数のドライブライン及び上記複数のセンスラインの間の容量を推定するタッチパネルコントローラ、並びにこれを用いたタッチパネル装置及び電子機器に利用することができる。

１１ タッチパネル装置（電子機器）
１２ タッチパネル
１３ タッチパネルコントローラ
１４ 駆動部
１５ 検出部
２１ 積分回路
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ 演算部（推定部）
２４ 差動増幅器
２５ 容量性素子
３００ 携帯電話機（電子機器）
３１０ ＣＰＵ
３１１ ＲＯＭ
３１２ ＲＡＭ
３１３ カメラ
３１４ マイクロフォン
３１５ スピーカ
３１６ 操作キー
３１７ 表示制御回路
３１８ 表示パネル

Claims (5)

1. Ｍ本（Ｍは２以上の整数）のドライブラインとセンスラインとの間に形成されるＭ個の静電容量を有するタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラであって、
   Ｋ対（Ｋは整数、且つ、１≦Ｋ≦Ｍ／２）の前記ドライブラインについて、一方には、Ｎ（Ｎは整数）個のＫ次元ベクトルにより表される所定の符号系列に基づく駆動電圧を印加し、他方には、該駆動電圧の極性を反転した駆動電圧を印加する駆動をＮ回行う駆動部と、
   前記駆動電圧と前記静電容量とにより前記センスラインに蓄積された電荷量の線形和を検出し、該線形和に基づく線形和信号をＮ回出力する検出部とを備えることを特徴とするタッチパネルコントローラ。
2. 前記駆動部は、前記Ｎ回の駆動を複数セット行っており、前記複数セットの少なくとも１セットにおける前記一対のドライブラインと、他のセットにおける前記一対のドライブラインとは、少なくとも一方のドライブラインが異なることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルコントローラ。
3. 請求項１または２に記載のタッチパネルコントローラとして機能する集積回路であって、上記各部として機能する論理回路が形成されていることを特徴とする集積回路。
4. 請求項１または２に記載のタッチパネルコントローラを備えることを特徴とする電子機器。
5. 前記検出部からのＮ個の前記線形和信号と前記符号系列との内積演算により、前記Ｋ対のドライブラインによる静電容量どうしのＫ個の差分をそれぞれ推定する推定部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。

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