JP5207808B2

JP5207808B2 - 入力装置、及びそれを備えた表示装置

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Publication number: JP5207808B2
Application number: JP2008105702A
Authority: JP
Inventors: 浩司永田; 則夫萬場; 勉古橋; 恒一阿武
Original assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Current assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: JP2009260536A

Description

本発明は、静電容量方式のタッチセンサと表示装置とを組み合わせて構成される画面入力型画像表示システムに関する。

表示画面にセンサ機能を設け、指やスタイラスペンなどによるタッチ操作で情報を入力する、画面入力機能をもつ画像表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末に用いられている。このような画面入力機能を備えた画像表示装置に用いられるセンシング方式として、タッチされた部分の抵抗値変化、あるいは静電容量変化を検出する方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する方式、などが知られている。これらの中で、静電容量変化を検出する方式は、表示している画像の見え方に対する影響が少なく、且つ耐久性に優れるなどの点から特に利用が進んでいる。

特許文献１に、静電容量変化を検出する方式が開示されている。本方式は、電荷転送方式と呼ばれる方式である。人の指などがセンサに接触すると、センサ内部に設けられている電極との間に静電容量が形成される。検出手段は電流源、電荷蓄積容量、および電荷検出手段を設け、前記静電容量を充電し、さらにその静電容量に蓄積された電荷を電荷蓄積容量に転送して蓄積し、蓄積量を検出する。センサに指などの接触が無い場合には、上記静電容量が形成されないため電荷蓄積容量へ蓄積される電荷が減少する。この様に、指などの接触の有無を、上記電荷蓄積容量に蓄積された電荷量の大小により判別する方式である。

また、特許文献２には、異なる方式による静電容量検出方式が開示されている。本方式は、連続近似容量方式と呼ばれる方式である。人の指などがセンサに接触すると、センサ内部に設けられている電極との間に静電容量が形成される。検出手段は電流源、電荷蓄積容量、および電荷検出手段を設ける。先ず、前記静電容量の充放電を一定周期で繰り返し、これにより近似的に一定電流を前記電流源と電荷蓄積容量から取り出す。結果、予め一定電位に充電されていた電荷蓄積容量の充電電位が低下し、再度電荷蓄積容量の一定電位までの充電時間が変化する。この時間変化は、前記充放電により取り出される電荷量に依存する。さらに、この充放電により取り出される電荷量は、センサ内の電極と指などが形成する容量値に依存する。従って、前記充電時間の変化を計測することにより、指などのセンサへの接触の有無が判別可能である。

ＵＳ６４６６０３６Ｂ１ＵＳ７３１２６１６Ｂ１

しかしながら、特許文献１、または２に開示されている静電容量検出方法によるセンサを、表示装置、例えば液晶ディスプレイなど、の表示面上に近接して設置した場合、表示装置の動作に起因する放射ノイズなどの影響を受け、測定精度の低下などの不具合が発生するおそれがある。したがって、上記使用形態における放射ノイズなどの影響を低減する方式の確立が課題である。このような状況に鑑みて、本発明は、静電容量方式のタッチセンサを表示装置に近接して設置した場合にも、精度劣化無く検出可能とする技術の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明では、指などの接触による静電容量の変化を、その充電状態として反映する電荷蓄積容量の基準電位を、静電容量検出のための手順の各段階に応じて適宜切り替える機能を設け、ノイズの影響が低減される様にした。

本発明によれば、静電容量検出方法によるセンサを、表示装置、例えば液晶ディスプレイなど、の表示面上に近接して設置した場合にも、表示装置の動作に起因する放射ノイズなどの影響を低減し、測定精度の低下などの不具合が発生することを抑制可能である。

以下、本発明の最良の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１を構成するタッチセンサパネルの構成例を説明する模式図である。図１（ａ）は、タッチセンサパネル１０１の平面構成図である。指などによる接触を検出するため、複数のＸ座標電極１０１と複数のＹ座標電極１０２が配置されている。Ｘ座標電極は、列方向に接続されている。また、Ｙ座標電極は、行方向に接続されている。これら接続された電極群毎に電極端子１０３、１０４が設けられ電気的な信号の取出しが可能となっている。

図１（ｂ）は、タッチセンサパネル１０１の断面構造を説明する図である。図１（ａ）中に示す領域１０５の対角線分ＡＢに垂直な方向から断面方向から見た図である。ガラス等が素材となる基板上に絶縁体層があり、その絶縁体層の内部に電気的な絶縁を保った状態で各Ｘ座標電極、Ｙ座標電極が形成されている。さらに最上部には保護膜が形成されている。

図２は、上記タッチセンサパネルに形成される静電容量を説明する図である、図２（ａ）は、指などの接触がない状態で形成される静電容量の状態を示している。図中のＸ座標電極２０１に注目すると、隣接電極間、大地間に静電容量が形成されている。図２（ｂ）は、タッチセンサパネルに指が接触することで形成される静電容量を説明する図である。図中の点線で示した楕円は指を示している。人体は大地に接地していると考えられるので、上記タッチセンサパネルが本来有する各静電容量に加え、指と電極間に新たな静電容量が形成される。タッチセンサパネルはこの静電容量の差を検出している。図２（ｃ）は、静電容量の変化を検出する検出回路方式の一例を示している。図１に示した電極端子に接続し、電気信号の変化からタッチセンサパネルの静電容量状態を計測するものである。図示した回路方式は電荷転送方式と呼ばれる方式である。本実施例では、この電荷転送方式に発明を適用した場合を説明する。

図３は、電荷転送方式による静電容量計測の概念を説明する図である。図３（ａ）は、電荷転送方式の検出回路に静電容量が接続されている状態を示している。図３（ｂ）は、電荷転送方式の動作を示している。図３（ａ）に示す回路内のスイッチ１とスイッチ２が交互にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。スイッチ１がＯＮ（スイッチ２はＯＦＦ）すると図３（ａ）に示す被検出容量が充電される。その後、スイッチ２がＯＮ（スイッチ１はＯＦＦ）すると、被測定容量に充電された電荷が図３（ａ）に示す電荷蓄積容量に転送される。これを繰り返すことにより、図３（ｂ）に示す様に、電荷蓄積容量の電圧値がステップ状に上昇する。図３（ａ）に示すアンプは、基準電圧（Ｖｒｅｆ）との比較回路として動作しており、前記電荷蓄積容量の充電電位が基準電位を超えると出力が反転し、電荷蓄積容量の充電電位が基準電位を超えたことを検知可能である。上記スイッチ１とスイッチ２のＯＮ、ＯＦＦ制御に伴う電荷蓄積容量の充電電位の上昇率は、被測定容量の大きさに比例する。従って、上記スイッチ１とスイッチ２のＯＮ、ＯＦＦ制御の開始から、上記電荷蓄積容量の充電電位が基準電位を超えるまでの時間を計測することにより被検出容量の値の大小を知ることが可能である。

図４は、上記説明の電荷転送方式による容量検出方式をタッチセンサパネルに適用し、指などによるセンサパネルへの接触を検出する方式を説明する図である。ここでは、上述したタッチセンサパネルが本来有する静電容量を電極容量として示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、指が接触している状態を示している。電極と指の間には静電容量が形成されている。この状態で、図４（ａ）の状態、スイッチ１をＯＮ（スイッチ２はＯＦＦ）と図４（ｂ）の状態、スイッチ２をＯＮ（スイッチ１はＯＦＦ）とを繰り返すと、電荷蓄積容量の充電電位は、図４（ｃ）に示す様に急激に上昇する。これは、指の接触により、静電容量が大きくなっているためである。これに対して、図４（ｄ）及び図４（ｅ）は、指が接触していない状態を示している。この状態で、図４（ａ）の状態、スイッチ１をＯＮ（スイッチ２はＯＦＦ）と図４（ｂ）の状態、スイッチ２をＯＮ（スイッチ１はＯＦＦ）とを繰り返すと、電荷蓄積容量の充電電位は、図４（ｆ）に示す様にゆっくりと上昇する。これは、指の接触がないため、静電容量が小さくなっているためである。このように、タッチセンサパネルの静電容量の状態を検出することにより指などの接触が検知される。

図５は、上記説明のタッチセンサパネルを有する画面入力型の画像表示システムの構成図である。図５（ａ）において、表示装置１の表面にタッチセンサパネル３が貼り合わされている。表示装置１は、液晶表示パネル、有機ＥＬパネル、等で特に限定されるものではないが、本実施例では液晶表示パネルを例に説明する。タッチセンサパネル３に対する指等の接触を、上記電荷転送方式の検出回路を含む検出回路４が検出する。この容量変化の検出結果に基づく検出回路４の検出出力ＣＭＰはアナログ−デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）５を介してタッチセンサパネル制御回路６に渡され、接触座標（Ｘ座標、Ｙ座標）が判定される。判定されたタッチ座標データＰＯＳは画面入力型画像表示装置の全体を制御する主制御回路（システム制御回路、マイコンやＣＰＵ等で構成される）７に転送される。主制御回路７は、タッチ座標データＰＯＳからユーザのタッチの発生とその座標を判断し、それに応じた表示信号ＳＩＧを表示制御回路２を通して表示装置１に供給し、表示に反映させる。検出回路４やＡＤＣ５はタッチパネル制御回路６により制御される。図５（ｂ）は、タッチセンサパネルと表示装置（液晶表示パネルを例にする）との関係を詳細に説明する図である。上側がタッチセンサパネルであり、断面構造は、上述したとおりである。本例では、タッチセンサパネルの最下面に透明電極１が形成されている。これは、電磁波を遮蔽するために設けられている。下側は、液晶表示パネルである。液晶表示パネルの構造は多種多様であるが、ここでは一般的な構造を示している。上下２枚のガラス基板の間に液晶層が封入されている。上側ガラス基板の内側には透明電極２がある。これは液晶層に電圧印加する際の基準電位を与える電極である。また、下側のガラス基板の内側には、電極３が形成されている。これは、液晶層に電圧印加する際のスイッチング素子に対し、印加電圧値や電圧印加タイミングを与える制御信号を伝送するための電極である。その他、構成要素は多々あるが本質とは関係が無いので説明は省略する。尚、上記透明電極１は、本例ではタッチセンサパネルに形成されている如く説明されているが、液晶表示パネルなどの表示装置側に形成されても、同様である。

図６は、上記説明の如くタッチセンサパネルと液晶表示パネルを組み合わせた際に形成される主な静電容量を説明する図である。ここでは、簡単のために、先に説明したタッチセンサパネルが本来有する静電容量（電極容量）は省略している。図６（ａ）に示す様に、多くの静電容量が形成される内、液晶表示パネル内の透明電極２とタッチセンサパネルに設けられた透明電極１との間に形成される静電容量Ｃ１とタッチセンサパネル内の各電極と透明電極１との間に形成される静電容量Ｃ２が主となる。尚、透明電極１は、それ自身の抵抗成分を介し接地されているものとする。図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態に対し、更に指などが接触した状態を示している。先に述べたように、指等は人体が接地していることから、タッチセンサパネル内の各電極と静電容量Ｃ３を形成する。

図７は、上記タッチセンサパネルと表示装置との組み合わせ構成において、前記電荷転送方式により指接触検出を行う状態を説明する図である。図７（ａ）、（ｃ）は、タッチセンサパネル内の電極の内の一つのＸ座標電極に注目し、図６で説明した各容量を考慮した形で静電容量検出系を等価回路で示した図で、図７（ａ）はスイッチ１がＯＮ、図７（ｃ）はスイッチ２がＯＮの状態を示している。透明電極２を制御する信号である共通電極信号の電圧が透明電極２、容量Ｃ１透明電極１、及び容量Ｃ２を介してＸ座標電極に結合している。Ｘ座標電極と指の間には容量Ｃ３が形成されている。更に、Ｘ座標電極は、電荷転送方式の検出回路に接続している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すスイッチ１がＯＮ（スイッチ２はＯＦＦ）の状態における本例の表示装置である液晶表示パネルの制御信号と各電極電位の関係を説明する図である。前記電極３には液晶層への印加電圧値を確定する書き込み信号などが印加される。これに対して、透明電極２には共通電極信号としてある周期で変化する電圧信号が印加される。図７（ａ）に示す様に、各電極間は容量で結合されているため、透明電極１は共通電極信号に影響されて電位が変化する。これに対して、Ｘ座標電極は、透明電極１と容量結合しているが、スイッチ１がＯＮしているために電位Ｖｃｃにクランプされ安定している。つまり、容量Ｃ３が電位Ｖｃｃに充電されている。図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示すスイッチ２がＯＮ（スイッチ１はＯＦＦ）の状態における本例の表示装置である液晶表示パネルの制御信号と各電極電位の関係を説明する図である。液晶表示パネルは上記同様に動作している。これに対して、非同期に時刻ｔ１においてスイッチ２がＯＮ、スイッチ１がＯＦＦの状態に切り替わったとする。電荷蓄積容量に対して電荷が転送されるためＸ座標電極の電位は時刻ｔ１から低下し始める。この状態でＸ座標電極はクランプ状態でなくなるため透明電極１との間の静電容量Ｃ２を介して透明電極１の電位変化の影響を受け、その電位は電荷転送による低下と容量経由の電位変動影響が重畳した形で電位が変化する。例えば、電位変動が発生している時刻ｔ２でスイッチ１がＯＮ、スイッチ２がＯＦＦの状態に切り替わると、その変動が電荷蓄積容量の充電電位として保持されることとなる。この結果、電荷転送のみで決まるべき電荷蓄積容量の充電電位状態に誤差が発生してしまう。

図８は、上記電荷蓄積容量の充電電位への誤差混入による影響を説明する図である。先に説明したように、電荷転送方式ではスイッチ１と２を交互にＯＮ，ＯＦＦすることで電荷蓄積容量の充電電位がステップ状に増加していく。ここで上記誤差の混入があると各ステップの電圧上昇率に誤差が発生し、基準電位Ｖｒｅｆに到達するまでの時間が変化してしまう。この時間変化が、容量検出誤差となる。

図９は、上記説明の容量検出誤差を低減するための本発明の実施形態の一例構成を説明する図である。本実施例では、上記容量検出誤差を低減するために、電荷蓄積容量の基準電位を任意のタイミングで切り替える機能を設けている。図９（ａ）は、各容量と検出回路系の構成を示している。電荷蓄積容量の基準電位側の端子にスイッチ３とスイッチ４を設けている。スイッチ３の他端は、透明電極１に接続されている。スイッチ４の他端は、グランドに接続されている。図９（ｂ）は、従来の構成で、スイッチ２がＯＮとなっている時間帯の電荷移動状態を説明する図である。電荷蓄積容量には、容量Ｃ３からの電荷Ｑ１と、容量Ｃ１、Ｃ２を介して共通電極信号などから供給される電荷Ｑ２が蓄積される。電荷Ｑ２は、ランダムノイズ成分であるため、電荷蓄積容量の充電電位にノイズが発生する。図９（ｃ）は、本発明の実施形態の構成で、スイッチ２がＯＮとなっている時間帯の電荷移動状態を説明する図である。具体的には、図９（ａ）に示したスイッチ３をＯＮ（スイッチ４をＯＦＦ）にして、透明電極１の電位を電荷蓄積容量の基準電位としている。従って、電荷蓄積容量には、容量Ｃ３からの電荷Ｑ１と、結合容量Ｃ２に蓄積されている微小電荷Ｑ３が蓄積され、ランダムノイズ成分となる電荷Ｑ４は、電荷蓄積容量の基準電位を透明電極１の電位としているため、同相変化となるため殆ど蓄積されない。これにより、電荷蓄積容量の充電電位ノイズが低減される。図９（ｄ）は、スイッチ１から４の動作タイミングを説明する図である。先に説明した通り、時刻ｔ１にスイッチ１がＯＦＦ、スイッチ２がＯＮすると、Ｘ座標電極電位は電荷転送により低下する。このとき、容量結合を介して液晶表示パネルの動作に起因する電位変動が影響し、変動が重畳する。先の時刻ｔ１のタイミングでスイッチ３をＯＮすると、電荷蓄積容量の基準電位は、透明電極１の電位になる。このため、Ｘ座標電極電位の変化に重畳している電位変動は、電荷蓄積容量の基準電位と略同相成分となる、従って、電荷蓄積容量電位に対する影響は軽減する。例えば、時刻ｔ２でスイッチ１をＯＮし、スイッチ２をＯＦＦしても電荷蓄積容量の電位には電位変動成分は混入しない。

図１０は、本実施例の効果を説明する図である。先に説明したように、電荷転送方式ではスイッチ１と２を交互にＯＮ，ＯＦＦすることで電荷蓄積容量の充電電位がステップ状に増加していく。ここで上記誤差の混入があると各ステップの電圧上昇率に誤差が発生し、基準電位Ｖｒｅｆに到達するまでの時間が変化してしまうが、本実施例ではその混入の影響が低減されている。従って、容量検出誤差の発生が抑制される。

図１１は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。図１１（ａ）に示すように、本実施例では、実施例１に示した構成に加えて、スイッチ５とスイッチ６を追加した構成となっている。スイッチ５とスイッチ６は、一端がそれぞれアンプの基準電位Ｖｒｅｆを生成する電圧源の基準電位に接続している。スイッチ５の他端は、電荷蓄積容量の基準電位側に、スイッチ６の他端はグランドに、それぞれ接続されている。スイッチ３とスイッチ４の動作は上記実施例１と同じである。スイッチ５とスイッチ６は、それぞれスイッチ３とスイッチ４に同期して動作するとする。図１１（ｂ）は、本実施例による効果を説明する図である。スイッチ５がスイッチ３と同期して動作することで、アンプの基準電位Ｖｒｅｆを生成する電圧源の基準電位が透明電極１の電位になる。これによりアンプの基準電位Ｖｒｅｆに対して透明電極１の電位変動が重畳する。これにより透明電極１の電位変化によりＸ座標電極が変化しても、同時にアンプの基準電位Ｖｒｅｆが変化するため、基準電位を超えるタイミングの揺らぎが抑制され、静電容量の検出精度の低下が抑えられる。

以下、連続近似容量方式による静電容量の検出方式に、本発明を適用した場合の実施例を説明する。

図１２は、連続近似容量方式による静電容量計測の概念を説明する図である。図１２（ａ）は、連続近似容量方式の検出回路に静電容量が接続されている状態を示している。図１２（ｂ）は、連続近似容量方式の動作を示している。図１２（ａ）に示す回路内のスイッチ１とスイッチ２が一定期間交互にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。スイッチ１がＯＮ（スイッチ２はＯＦＦ）すると図１２（ａ）に示す被検出容量が充電される。このとき、充電電荷は定電流源と電荷蓄積容量とから供給される。その後、スイッチ２がＯＮ（スイッチ１はＯＦＦ）すると、被測定容量に充電された電荷が放電され、被検出容量の充電電荷は０になる。この過程を一定期間繰り返すと、電荷蓄積容量は被検出容量への電荷放出と定電流源からの充電が繰り返される事により、図１２（ｂ）に示す様に、その充電電位が低い一定電位に安定する。この電荷蓄積容量の充電電位が安定する値は、被検出容量の大きさに依存しており、被検出容量が大きいほど低く、小さいほど高くなる。この後、スイッチ１をＯＦＦ、スイッチ２をＯＮの状態に保つと、電荷蓄積容量へは定電流源からの充電のみが行われる様になるため、その電位は一定増加率で上昇する。電荷蓄積容量の充電電位をアンプで基準電位と比較し、充電電位が基準電位を超えたことを検出する。充電電位が基準電位を超えるまでの時間は、上記スイッチ１とスイッチ２を交互にＯＮ、ＯＦＦさせる期間に電荷蓄積容量の充電電位が安定する電位に依存する。この電位が低いほど時間は長く、高いほど時間は短くなる。従って、この充電電位が基準電位を超えるまでの時間を計測することで被検出容量の容量値の大小を測定可能である。

図１３は、上記連続近似容量方式による静電容量計測をタッチセンサパネルに適用し、指などの接触を検出する方式を説明する図である。図１３（ａ）は、タッチセンサパネルに指が接触している場合である。タッチセンサパネル内の電極は、それ自身が本来持つ電極容量に加え、指との間に容量が形成されている。この様態で得られる電荷蓄積容量の充電電位は、図１３（ｂ）の様になる。これに対して、図１３（ｃ）に示す、指の接触がない場合には、タッチセンサパネルの電極には本来の電極容量のみが形成されている状態となるため、得られる電荷蓄積容量の充電電位波形は、図１３（ｄ）様になる。スイッチ１とスイッチ２のＯＮ、ＯＦＦ期間中の電位低下が少なく、その後の回復も早い。この差により、指のセンサへの接触の有無を検出することが可能となる。

図１４は、図６に示すタッチセンサパネルと表示装置（液晶表示パネル）とを組み合わせた構成に対し、上記連続近似容量方式を適用して指接触検出を行う工程を説明する図である。

図１４（ａ）は、タッチセンサパネル内の電極の内の一つのＸ座標電極に注目し、図６で説明した各容量を考慮した形で静電容量検出系を等価回路で示した図である。透明電極２を制御する信号である共通電極信号の電圧が透明電極２、容量Ｃ１透明電極１、及び容量Ｃ２を介してＸ座標電極に結合している。Ｘ座標電極と指の間には容量Ｃ３が形成されている。更に、Ｘ座標電極は、連続近似容量方式の検出回路に接続している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す構成で検出動作を行った際に得られる電荷蓄積容量の充電電位変化を説明する図である。検出動作の前半は、スイッチ１とスイッチ２を交互にＯＮ、ＯＦＦし電荷蓄積容量の充電電位を低下させる。その後、スイッチ１をＯＦＦ、スイッチ２をＯＮの状態として、電荷蓄積容量を再度充電する。この充電電位が基準電位Ｖｒｅｆを超えるまでの時間を計測する。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）に点線で示す時間帯１３０１を拡大し、表示装置の動作波形とあわせて示した図である。表示装置内の各電極の電位が表示動作により変化すると、容量結合している透明電極１にも電位変化が発生する。更に、透明電極１と容量結合しているタッチセンサパネル内の電極にも電位変化が発生する。この様に発生したタッチセンサパネル内の電極の電位変動は、上記連続近似容量方式の検出動作に伴い電荷蓄積容量の充電電位に混入し充電電位の誤差となってしまう。

図１５は、上記連続近似容量方式において、電荷蓄積容量の充電電位へ誤差が発生したことによる検出精度への影響を説明する図である。図１５（ａ）は、連続近似容量方式の動作全体波形を示している。図中の点線時間帯１５０１と１５０２を拡大して図１５（ｂ）に示す。図１４で説明したとおり、表示装置の動作による電位変動が電荷蓄積容量の充電電位に混入し誤差が発生している。スイッチ１とスイッチ２のＯＮ、ＯＦＦ動作が終了し、スイッチ１がＯＦＦ、スイッチ２がＯＮの状態に切り替わる時点での電荷蓄積容量の充電電位は、上記電位変動の混入により誤差範囲内でランダムな値をとることとなる。この状態で、電荷蓄積容量の充電が進むと、時間帯１５０２内に示すように基準電位Ｖｒｅｆを超える時刻がばらつくため、静電容量の検出値に誤差を発生する。

図１６は、上記説明の容量検出誤差を低減するための本発明の実施形態の一例構成を説明する図である。本実施例では、上記容量検出誤差を低減するために、電荷蓄積容量の基準電位を任意のタイミングで切り替える機能を設けている。図１６（ａ）は、各容量と検出回路系の構成を示している。電荷蓄積容量の基準電位側の端子にスイッチ３とスイッチ４を設けている。スイッチ３の他端は、透明電極１に接続されている。スイッチ４の他端は、グランドに接続されている。図１６（ｂ）は、従来の構成で、スイッチ１がＯＮとなっている時間帯の電荷移動状態を説明する図である。電荷蓄積容量には、定電流源から供給される電荷Ｑ４、電荷容量Ｃ３に対して供給する電荷Ｑ１と、容量Ｃ１、Ｃ２を介して共通電極信号などから供給される電荷Ｑ２が、蓄積又は放出される。電荷Ｑ２は、ランダムノイズ成分であるため、電荷蓄積容量の充電電位にノイズが発生する。図１６（ｃ）は、本発明の実施形態の構成で、スイッチ１がＯＮとなっている時間帯の電荷移動状態を説明する図である。具体的には、図１６（ａ）に示したスイッチ３をＯＮ（スイッチ４をＯＦＦ）にして、透明電極１の電位を電荷蓄積容量の基準電位としている。電荷蓄積容量には、定電流源から供給される電荷Ｑ４、電荷容量Ｃ３に対して供給する電荷Ｑ１が蓄積又は放出される。ランダムノイズ成分となる、容量Ｃ１、Ｃ２を介して共通電極信号などから供給される電荷は、電荷蓄積容量の基準電位を透明電極１の電位としているため、同相変化となり殆ど蓄積されない。これにより、電荷蓄積容量の充電電位ノイズが低減される。図１６（ｄ）に示す様に、Ｘ座標電極電位の変化に重畳している電位変動は、電荷蓄積容量の基準電位と略同相成分となる、従って、電荷蓄積容量電位に対する影響は軽減する。

図１７は、本実施例の効果を説明する図である。図１７（ａ）は、連続近似容量方式の動作全体波形を示している。図中の点線時間帯１７０１と１７０２を拡大して図１７（ｂ）に示す。図１６で説明したとおり、電荷蓄積容量の基準電位を制御しているため、表示装置の動作による電位変動の電荷蓄積容量の充電電位への影響が殆ど発生していない。スイッチ１とスイッチ２のＯＮ、ＯＦＦ動作が終了し、スイッチ１がＯＦＦ、スイッチ２がＯＮの状態に切り替わる時点での電荷蓄積容量の充電電位は、上記電位変動の混入が抑制されているために微小な誤差範囲内でランダムな値をとることとなる。この状態で、電荷蓄積容量の充電が進むと、時間帯１７０２内に示すように基準電位Ｖｒｅｆを超える時刻のばらつきも抑えられるため、静電容量の検出値に誤差を発生しない。

図１８は、本発明の第４の実施例を説明する図である。本実施例では、静電容量を検出する方式として連続近似容量方式を例にして説明する。本実施例では、電荷蓄積容量に対して蓄積される電荷が、タッチセンサパネルの電極に対して容量結合を介して雑音が混入することにより変動し、その結果、静電容量検出に誤差を発生する事を回避するため、上記タッチセンサパネルの電極に対して容量結合により雑音が混入することにより変動する電荷蓄積容量への蓄積電荷を、可変電流源により補正する機能を設けている。更に、可変電流源は、上記電荷の変動の原因となる電圧変動を反映する部位から参照した信号により制御されるものとしている。本例では、透明電極１の電位変化を参照して可変電流源を制御する構成としている。図１８（ｂ）は、従来の構成で、スイッチ１がＯＮとなっている時間帯の電荷移動状態を説明する図である。電荷蓄積容量には、定電流源から供給される電荷Ｑ４、電荷容量Ｃ３に対して供給する電荷Ｑ１と、容量Ｃ１、Ｃ２を介して共通電極信号などから供給される電荷Ｑ２が、蓄積又は放出される。電荷Ｑ２は、ランダムノイズ成分であるため、電荷蓄積容量の充電電位にノイズが発生する。図１８（ｃ）は、本発明の実施形態の構成を適用した場合の、スイッチ１がＯＮとなっている時間帯の電荷移動状態を説明する図である。このとき、図１８（ａ）に示す構成の、スイッチ３がＯＮとなり、電荷蓄積容量と可変電流源は接続された状態である。電荷蓄積容量には、定電流源から供給される電荷Ｑ４、電荷容量Ｃ３に対して供給する電荷Ｑ１と、容量Ｃ１、Ｃ２を介して共通電極信号などから供給される電荷Ｑ２、更に可変電流源からの電荷Ｑ６が、蓄積又は放出される。電荷Ｑ２は、ランダムノイズ成分である。これに対して、可変電流減は、ランダムノイズ成分となるＱ２を発生する透明電極１の電位を参照し、その電流値を制御しているため、電荷Ｑ２と電荷Ｑ６とは相殺する関係が成り立ち、電荷蓄積容量の充電電位にノイズ発生するノイズを補正可能である。

図１９は、本発明の第５の実施例を説明する図である。本実施例では、静電容量を検出する方式として連続近似容量方式を例にして説明する。本実施例では、図１９（ａ）に示すように、前記実施例３で説明した、電荷蓄積容量に対して蓄積される電荷が、タッチセンサパネルの電極に対して容量結合を介して雑音が混入することにより変動し、その結果、静電容量検出に誤差を発生する事を回避するため、電荷蓄積容量の基準電位を上記電荷の変動の原因となる電圧変動を反映する部位から参照した信号により制御する方式に対して、更に上記電荷の変動の原因となる電圧変動を反映する部位から参照した信号の経路にフィルタ回路を設けた構成としている。図１９（ｂ）は、上記フィルタ回路を容量素子により構成した例である。本構成に依れば、上記電荷の変動の原因となる電圧変動を抑制し、上記電荷の変動を低減し、更に、電荷蓄積容量の基準電位が、該抑制された後の電位変動と同相に変化するため、相乗的に上記電荷変動を低減可能となる。

タッチセンサパネルの構造を説明する図タッチセンサパネルの形成する静電容量を説明する図静電容量検出の一方式を説明する図静電容量検出の一方式を説明する図タッチセンサパネルと表示装置の関係を説明する図タッチセンサパネルと表示装置の関係を説明する図静電容量検出誤差の発生過程を説明する図静電容量検出誤差の発生過程を説明する図本発明の第１の実施例を説明する図本発明の第１の実施例を説明する図本発明の第２の実施例を説明する図静電容量検出の一方式を説明する図静電容量検出の一方式を説明する図静電容量検出誤差の発生過程を説明する図静電容量検出誤差の発生過程を説明する図本発明の第３の実施例を説明する図本発明の第３の実施例を説明する図本発明の第４の実施例を説明する図本発明の第５の実施例を説明する図

符号の説明

１００…タッチセンサパネル、１０１…Ｘ座標電極、１０２…Ｙ座標電極、１０３…Ｘ電極端子、１０４…Ｙ電極端子、１０５…着目領域、２０１…Ｘ座標電極、３０１、３０２、３０３…電圧波形、４０１、４０２…電圧波形、１…表示装置、２…表示制御回路、３…タッチセンサパネル、４…検出回路、５…ＡＤＣ、６…タッチセンサパネル制御回路、７…主制御回路、６０１…電圧波形、７０１、７０２…電圧波形。

Claims

計測対象となる静電容量を充電する充電機能、及び該静電容量の充電状態に依存して蓄積される電荷量が変化する如く制御される電荷蓄積容量を有し、該電荷蓄積容量に蓄積された電荷量により前記計測対象となる静電容量の値を計測する静電容量値計測手段であって、前記電荷蓄積容量の基準電位を計測工程の最中に異なる電位に変化させる機能を有することを特徴とする静電容量検出手段。
請求項１に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の基準電位を、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とする工程を含むことを特徴とする静電容量検出手段。
請求項２に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の基準電位を、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とする工程は、上記計測対象の静電容量に充電された電荷を上記電荷蓄積容量に移行する工程と同時に行われることを特徴とする静電容量検出手段。
請求項２に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の基準電位を、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とする工程は、上記計測対象の静電容量を充電する工程と同時に行われることを特徴とする静電容量検出手段。
計測対象となる静電容量を充電する充電機能、及び該静電容量の充電状態に依存して蓄積される電荷量が変化する如く制御される電荷蓄積容量を有し、該電荷蓄積容量に蓄積された電荷量により前記計測対象となる静電容量の値を計測する静電容量値計測手段であって、前記電荷蓄積容量の充電電位を判定する手段が参照する閾値電位の基準電位を計測工程の最中に異なる電位に変化させる機能を有することを特徴とする静電容量検出手段。
請求項５に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の充電電位を判定する手段が参照する閾値電位の基準電位を、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とする工程を含むことを特徴とする静電容量検出手段。
請求項６に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の充電電位を判定する手段が参照する閾値電位の基準電位を、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とする工程は、上記計測対象の静電容量に充電された電荷を上記電荷蓄積容量に移行する工程と同時に行われることを特徴とする静電容量検出手段。
請求項６に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の充電電位を判定する手段が参照する閾値電位の基準電位を、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とする工程は、上記計測対象の静電容量を充電する工程と同時に行われることを特徴とする静電容量検出手段。
請求項１から４に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の基準電位を入力する端子と該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とを接続する手段にフィルタ機能を有することを特徴とする静電容量検出手段。
請求項５から８に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量の充電電位を判定する手段が参照する閾値電位の基準電位を入力する端子と該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位とを接続する手段にフィルタ機能を有することを特徴とする静電容量検出手段。
請求項９または１０に記載の静電容量検出手段であって、フィルタ機能はグランド電位を基準とするローパスフィルタであることを特徴とする静電容量検出手段。
計測対象となる静電容量を充電する充電機能、及び該静電容量の充電状態に依存して蓄積される電荷量が変化する如く制御される電荷蓄積容量を有し、該電荷蓄積容量に蓄積された電荷量により前記計測対象となる静電容量の値を計測する静電容量値計測手段であって、該電荷蓄積容量に対して任意の電荷量を増減させる機能を有することを特徴とする静電容量検出手段。
請求項１２に記載の静電容量検出手段であって、上記電荷蓄積容量に対して任意の電荷量を増減させる機能は、該電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位を参照し、増減させる電荷量を制御する機能を有することを特徴とする静電容量検出手段。
表面に指などの物体が接触したことを検出する機能を有するタッチセンサパネル型の入力装置であって、該タッチセンサパネル内にマトリクス状に配置された複数の電極とタッチセンサパネルの表面に接触した指などの物体との間に形成される静電容量の値を、上記請求項１から１３のいずれかに記載の静電容量検出手段により検出することを特徴とする入力手段。
請求項１４に記載の入力手段であって、上記静電容量検出手段における電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位を、上記タッチセンサパネルに設けられた外部電磁波からの影響を低減するために設けられたシールド電極の電位とすることを特徴とする入力手段。
請求項１４または請求項１５に記載の入力手段を表示デバイスの表示面に対して近接して設けたことを特徴とする表示装置。
請求項１６に記載の表示装置であって、上記静電容量検出手段における電荷蓄積容量の電荷蓄積による充電電位に生じる雑音の要因となる部位の電位を、上記表示デバイスの表示面に形成された外部電磁波からの影響を低減するために設けられたシールド電極の電位とすることを特徴とする表示装置。