特開 2019-144628 タッチパネルのコントローラ回路、静電スイッチのコントローラ回路、それらを用いた入力装置、電子機器、ならびにタッチパネルの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-144628(P2019-144628A)

(43)【公開日】2019年8月29日

(54)【発明の名称】タッチパネルのコントローラ回路、静電スイッチのコントローラ回路、それらを用いた入力装置、電子機器、ならびにタッチパネルの制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20190802BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 512

   G06F3/041 522

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-25706(P2018-25706)

(22)【出願日】2018年2月16日

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 雄二

(72)【発明者】

【氏名】大石 裕紀

(57)【要約】

【課題】高速動作が可能なタッチパネルのコントローラ回路を提供する。
【解決手段】コントローラＩＣ４００は、相互容量方式の第１容量検出回路４０２と、自己容量方式の第２容量検出回路４０４を備える。第１容量検出回路４０２は、複数の送信端子ＴＸを順に選択しながら、選択された送信端子ＴＸにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶを印加し、そのときに複数の受信端子ＲＸに入力される電気信号Ｉ_ＲＸを検出する。第２容量検出回路４０４は、送信電極Ｘにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶが印加されたときに、送信電極Ｘにソースされ、またはシンクされる電荷量を検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タッチパネルのコントローラ回路であって、
前記タッチパネルは、
第１方向に離間して設けられる複数の送信電極と、
前記第１方向と直交する第２方向に離間して設けられる複数の受信電極と、
を備え、
前記コントローラ回路は、
前記複数の送信電極と接続される複数の送信端子と、
前記複数の受信電極と接続される複数の受信端子と、
前記複数の送信端子を順に選択しながら、選択された前記送信端子にパルスの駆動電圧を印加する駆動回路と、
前記駆動電圧に応じて前記複数の受信端子それぞれが受信する電気信号を検出する第１検出回路と、
前記駆動回路が前記送信端子にソースし、またはシンクする電荷量を検出する第２検出回路と、
を備えることを特徴とするコントローラ回路。

【請求項2】

前記駆動回路は、
パルス状の制御信号を生成する制御信号発生器と、
前記制御信号を受ける入力と、前記送信端子に接続されるプッシュプル形式の出力段と、を有するアンプと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のコントローラ回路。

【請求項3】

前記第２検出回路は、
前記駆動回路の前記出力段に流れる電流のレプリカである検出電流を生成する電流検出回路と、
前記検出電流を積分し、検出電圧を生成する積分回路と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のコントローラ回路。

【請求項4】

前記アンプは、ボルテージフォロアであることを特徴とする請求項２または３に記載のコントローラ回路。

【請求項5】

前記アンプは、前記駆動電圧に応じたフィードバック信号が前記制御信号と一致するように、前記出力段のハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを制御する差動入力段をさらに含み、
前記電流検出回路は、
前記ハイサイドトランジスタと制御端子が共通に接続される第１トランジスタと、
前記ローサイドトランジスタと制御端子が共通に接続される第２トランジスタと、
を含み、
前記検出電流は、前記第１トランジスタに流れる電流と前記第２トランジスタに流れる電流の差分に応じていることを特徴とする請求項３に記載のコントローラ回路。

【請求項6】

タッチパネルのコントローラ回路であって、
前記タッチパネルは、
第１方向に離間して設けられる複数の送信電極と、
前記第１方向と直交する第２方向に離間して設けられる複数の受信電極と、
を備え、
前記コントローラ回路は、
前記複数の送信電極と接続される複数の送信端子と、
前記複数の受信電極と接続される複数の受信端子と、
前記複数の送信端子を順に選択しながら、選択された前記送信端子にパルスの駆動電圧を印加し、そのときに前記複数の受信端子に入力される電気信号を検出する相互容量方式の第１容量検出回路と、
前記送信電極に前記パルスの駆動電圧が印加されたときに、前記送信電極にソースされ、またはそれからシンクされる電荷量を検出する自己容量方式の第２容量検出回路と、
を備えることを特徴とするコントローラ回路。

【請求項7】

ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のコントローラ回路。

【請求項8】

タッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する請求項１から７のいずれかに記載のコントローラ回路と、
を備えることを特徴とする入力装置。

【請求項9】

タッチパネルと、
前記タッチパネルを制御する請求項１から７のいずれかに記載のコントローラ回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。

【請求項10】

タッチパネルの制御方法であって、
前記タッチパネルは、
第１方向に離間して設けられる複数の送信電極と、
前記第１方向と直交する第２方向に離間して設けられる複数の受信電極と、
を備え、
前記制御方法は、
前記複数の送信電極を順に選択しながら、選択された前記送信電極にパルスの駆動電圧を印加するステップと、
前記駆動電圧に応じて前記複数の受信電極それぞれが受信する電気信号を検出するステップと、
前記駆動電圧に応じて、前記送信電極にソースされ、または前記送信電極からシンクされる電荷量を検出するステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。

【請求項11】

静電スイッチのコントローラ回路であって、
前記静電スイッチは、送信電極と、受信電極と、を備え、
前記コントローラ回路は、
前記送信電極と接続される送信端子と、
前記受信電極と接続される受信端子と、
前記送信端子にパルスの駆動電圧を印加する駆動回路と、
前記駆動電圧に応じて前記受信端子が受信する電気信号を検出する第１検出回路と、
前記駆動回路が前記送信端子にソースし、またはシンクする電荷量を検出する第２検出回路と、
を備えることを特徴とするコントローラ回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量の検出技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年のコンピュータやスマートフォン、タブレット端末、ポータブルオーディオ機器などの電子機器には、ユーザインタフェースとして、タッチ式の入力装置が搭載される。タッチ式の入力装置としては、タッチパッド、ポインティングデバイスなどが知られており、指やスタイラスを接触あるいは近接することにより様々な入力が可能となっている。

【0003】

タッチ式入力装置は大きく、抵抗膜方式と静電容量方式に分類される。静電容量方式は、ユーザ入力に応じて、センサ電極が形成する静電容量（以下、単に容量ともいう）の変化を電気信号に変換することにより、ユーザ入力の有無、座標を検出する。

【0004】

静電容量測定には、自己容量（Self Capacitance）方式と、相互容量(Mutual Capacitance)方式がある。特許文献２には、自己容量方式の容量検出回路が開示される。自己容量方式は非常に高感度であり、タッチのみでなく指の近接を検出可能であるが、水滴の付着をタッチと区別できず、また２点タッチを検出できないという問題がある。一方、相互容量方式は、２点タッチ（あるいはそれ以上のマルチタッチ）を検出可能であり、水滴の影響を受けにくいという利点がある。

【0005】

タッチパネルのコントローラ回路に、自己容量方式と相互容量方式の両方を切り替え可能なものが存在する（特許文献３）。このコントローラ回路によれば、状況に応じて、２つの検出方式を切り替えることにより、それぞれの利点を享受できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−３２５８５８号公報

【特許文献2】特開２０１２−１８２７８１号公報

【特許文献3】特開２０１７−０２１５９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者は、従来のコントローラ回路について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

【0008】

自己容量方式と相互容量方式によって容量変化を、水滴の付着の検出に利用することを考えた。すなわち、水滴の付着がなければ、２つの方式による検出結果は同等となるが、水滴の付着がある場合、自己容量方式によってのみ、容量変化が検出される。ここで、従来のコントローラ回路は、自己容量方式と相互容量方式を時分割で動作させる必要があった。そのため、２つの検出方式がパネルの同じ状態を測定しているとは限らず、これが水滴の検出精度を低下させる要因となり得る。

【0009】

また、インセルパネルの普及と相まって、高速センシングの要求が高まっている。従来の時分割による自己容量方式と相互容量方式の切り替えは、高速動作の妨げとなる。

【0010】

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、高速動作が可能なタッチパネルのコントローラ回路の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明のある態様は、タッチパネルのコントローラ回路に関する。タッチパネルは、第１方向に離間して設けられる複数の送信電極と、第１方向と直交する第２方向に離間して設けられる複数の受信電極と、を備える。コントローラ回路は、複数の送信電極と接続される複数の送信端子と、複数の受信電極と接続される複数の受信端子と、複数の送信端子を順に選択しながら、選択された送信端子にパルスの駆動電圧を印加する駆動回路と、駆動電圧に応じて複数の受信端子それぞれが受信する電気信号を検出する第１検出回路と、駆動回路が送信端子にソースし、またはシンクする電荷量を検出する第２検出回路と、を備える。

【0012】

本発明の別の態様もまた、コントローラ回路である。コントローラ回路は、複数の送信電極と接続される複数の送信端子と、複数の受信電極と接続される複数の受信端子と、複数の送信端子を順に選択しながら、選択された送信端子にパルスの駆動電圧を印加し、そのときに複数の受信端子に入力される電気信号を検出する相互容量方式の第１容量検出回路と、送信端子にパルスの駆動電圧が印加されたときに、送信電極にソースされ、またはそれからシンクされる電荷量を検出する自己容量方式の第２容量検出回路と、を備える。

【0013】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0014】

本発明のある態様によれば、高速なセンシングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施の形態に係る入力装置を示す図である。

【図2】図１の入力装置の動作を示すタイムチャートである。

【図3】図３（ａ）は、従来の時分割によるセンシングを説明する図であり、図３（ｂ）は、第１の実施の形態に係るセンシングを説明する図である。

【図4】駆動回路、第１検出回路および第２検出回路の回路図である。

【図5】図４の駆動回路、第１検出回路、第２検出回路の動作を説明する図である。

【図6】変形例に係るコントローラＩＣのブロック図である。

【図7】第３検出回路の構成例を示す回路図である。

【図8】図６のコントローラＩＣの動作を示すタイムチャートである。

【図9】第２の実施の形態に係る入力装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、タッチパネルのコントローラ回路に関する。タッチパネルは、第１方向に離間して設けられる複数の送信電極と、第１方向と直交する第２方向に離間して設けられる複数の受信電極と、を備える。コントローラ回路は、複数の送信電極と接続される複数の送信端子と、複数の受信電極と接続される複数の受信端子と、複数の送信端子を順に選択しながら、選択された送信端子にパルスの駆動電圧を印加する駆動回路と、駆動電圧に応じて複数の受信端子それぞれが受信する電気信号を検出する第１検出回路と、駆動回路が送信端子にソースし、またはシンクする電荷量を検出する第２検出回路と、を備える。

【0017】

この実施の形態によると、自己容量方式と相互容量方式とで、共通の駆動電圧を用いることで、並行して２つの方式でセンシングが可能となる。

【0018】

駆動回路は、パルス状の制御信号を生成する制御信号発生器と、制御信号を受ける入力と、送信端子に接続されるプッシュプル形式の出力段と、を有するアンプと、を含んでもよい。
この実施の形態によれば、以下の少なくともひとつの利点を享受できる。
・出力段のトランジスタを、ダイオード接続する必要がなくなるため、ヘッドルームを小さくでき、容量検出の精度を高めることができる。
・駆動回路の応答遅れにより、静電容量の電圧をわずかに鈍らせることが可能である。これにより、充電電流、放電電流の急峻な変化を抑制できるため、信号の伝搬経路上の寄生容量の影響を低減できる。
・駆動回路は、プッシュプル動作が可能であるから、交流ノイズが入力したときに、交流ノイズの影響がそのまま検出電流に現れる。このノイズは、フィルタにより除去しやすく、また、１周期分を積分すればゼロとなるため、ノイズの耐性を高めることができる。
・充電動作と放電動作の両方をセンシングに割り当てることができるため、無駄な電力消費を低減できる。またセンシングの精度を高め、あるいはセンシングの周波数を高めることが可能となる。

【0019】

第２検出回路は、駆動回路の出力段に流れる電流のレプリカである検出電流を生成する電流検出回路と、検出電流を積分し、検出電圧を生成する積分回路と、を含んでもよい。

【0020】

アンプは、ボルテージフォロアであってもよい。また、アンプは、駆動電圧に応じたフィードバック信号が制御信号と一致するように、出力段のハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを制御する差動入力段をさらに含んでもよい。電流検出回路は、ハイサイドトランジスタと制御端子が共通に接続される第１トランジスタと、ローサイドトランジスタと制御端子が共通に接続される第２トランジスタと、を含んでもよい。検出電流は、第１トランジスタに流れる電流と第２トランジスタに流れる電流の差分に応じていてもよい。

【0021】

コントローラ回路は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

【0022】

（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0023】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、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。

【0024】

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。

【0025】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る入力装置２００を示す図である。入力装置２００は、タッチパネル２２０と、タッチパネルコントローラ（以下、コントローラＩＣ）４００と、を備える。入力装置２００は、スマートフォン、タブレット端末、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステムなど、さまざまな電子機器に搭載される。

【0026】

タッチパネル２２０は、複数Ｍ本（Ｍ≧２）の送信電極Ｘ_１〜Ｘ_Ｍと、複数Ｎ本（Ｎ≧２）の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎを備える。複数の送信電極Ｘ_１〜Ｘ_Ｍは、第１方向に離間して設けられ、複数の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎは、第１方向と直交する第２方向に離間して設けられる。送信電極Ｘと受信電極Ｙは相互に絶縁されている。送信電極Ｘと受信電極Ｙの形状は特に限定されない。

【0027】

コントローラＩＣ４００は、複数の送信端子ＴＸ_１〜ＴＸ_Ｍと、複数の受信端子ＲＸ_１〜ＲＸ_Ｎと、駆動回路４１０と、第１検出回路４２０と、第２検出回路４３０と、を備え、ひとつの半導体基板に集積化され、パッケージ化される。

【0028】

複数の送信端子ＴＸ_１〜ＴＸ_Ｍは、複数の送信電極Ｘ_１〜Ｘ_Ｍと接続される。複数の受信端子ＲＸ_１〜ＲＸ_Ｎは、複数の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎと接続される。

【0029】

駆動回路４１０は、複数の送信端子ＴＸ_１〜ＴＸ_Ｍを順に選択しながら、選択された送信端子ＴＸ_ｉ（ｉ＝１，２・・・，Ｍ）にパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉを印加する。駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉは、送信端子ＴＸ_ｉを介して送信電極Ｘ_ｉに印加される。

【0030】

たとえば駆動回路４１０は、複数の駆動ユニット４１２と、制御信号発生器４１４を含む。制御信号発生器４１４は、パルスの制御信号Ｓ_{ＣＴＲＬ１}〜Ｓ_{ＣＴＲＬＭ}を時分割で複数の駆動ユニット４１２に供給する。駆動ユニット４１２は、制御信号に応じた駆動電圧Ｖ_ＤＲＶを出力する。

【0031】

送信電極Ｘ_ｉは、複数の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎと容量結合（電磁界結合）している。送信電極Ｘ_ｉと受信電極Ｙ_ｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｎ）の間の相互容量をＣｍ_ｉｊと表記する。この相互容量Ｃｍ_ｉｊは、ユーザのタッチに応じて変化する。

【0032】

受信端子ＲＸ_ｊには、受信電極Ｙ_ｉが受信した信号に応じた電気信号（電流信号）が入力される。第１検出回路４２０は、複数の受信端子ＲＸ_１〜ＲＸ_Ｎに流れる受信電流Ｉ_ＲＸ１〜Ｉ_ＲＸＮに応じた検出データＤｍ_ｉ１〜Ｄｍ_ｉＮを生成する。検出データＤｍ_ｉ１〜Ｄｍ_ｉＮは、相互容量Ｃｍ_ｉ１〜Ｃｍ_ｉＮと相関を有する。

【0033】

第２検出回路４３０は、駆動回路４１０が送信端子ＴＸ_ｉ（送信電極Ｘ_ｉ）にソースし（注入）、またはシンクする（引き抜く）電荷量Ｑ_ｉを検出する。電荷量Ｑ_ｉは、送信電極Ｘ_ｉが周囲との間に形成する自己容量Ｃｓ_ｉに比例する。詳しくは後述するが、電荷量Ｑ_ｉは、駆動回路４１０が送信端子ＴＸ_ｉ（送信電極Ｘ_ｉ）にソースし（注入）、またはシンクする（引き抜く）駆動電流Ｉ_ＤＲＶを検出し、この駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉに応じた検出電流Ｉｓ_ｉを積分することで取得することができる。

【0034】

第２検出回路４３０は、電荷量＋Ｑ_ｉ，−Ｑ_ｉの少なくとも一方にもとづく検出データＤｓ_ｉを生成する。検出データＤｓ_ｉは、信号処理部４４０に供給される。

【0035】

別の観点から見ると、コントローラＩＣ４００は、第１容量検出回路４０２および第２容量検出回路４０４を備える。相互容量方式の第１容量検出回路４０２は、複数の送信端子ＴＸ_１〜ＴＸ_Ｍを順に選択しながら、選択された送信端子ＴＸ_ｉにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉを印加し、そのときに複数の受信端子ＲＸ_１〜ＲＸ_Ｎに入力される電気信号（受信電流Ｉ_ＲＸ１〜Ｉ_ＲＸＮ）を検出する。

【0036】

自己容量方式の第２容量検出回路４０４は、送信電極Ｘ_ｉにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉが印加されたときに、送信電極Ｘ_ｉにソースされ、またはそれからシンクされる電荷量＋Ｑ_ｉ，−Ｑ_ｉを検出する。

【0037】

以上が入力装置２００の構成である。続いてその動作を説明する。図２は、図１の入力装置２００の動作を示すタイムチャートである。

【0038】

初めに、自己容量の検出を説明する。

【0039】

駆動回路４１０によって、複数の送信電極Ｘ_１〜Ｘ_Ｍが順に選択され、順にパルス状の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶ１〜Ｖ_ＤＲＶＭが印加される。ｉ番目の送信電極Ｘ_ｉが選択される期間Ｔ_ｉの間、対応する駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉが流れる。駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉは、送信電極Ｘ_ｉに流れ込む向きを正にとっている。

【0040】

駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉが増加するとき、送信電極Ｘ_ｉは充電され、したがって正の駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉが流れる。正の駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉのパルスの積分すると、送信電極Ｘ_ｉが形成する自己容量Ｃｓ_ｉに供給される電荷量Ｑ_ｉが得られる。駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉの変化量をΔＶとすると、以下の式が成り立つ。
Ｑ_ｉ＝Ｃｓ_ｉ×ΔＶ …（１）
式（１）から式（２）が得られる。
Ｃｓ_ｉ＝Ｑ_ｉ／ΔＶ …（２）
ΔＶは定数とみなすことができるから、自己容量Ｃｓ_ｉは、電荷量＋Ｑ_ｉに比例する。

【0041】

反対に駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉが低下するとき、送信電極Ｘ_ｉは放電され、したがって負の駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉが流れる。負の駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉのパルスの積分すると、送信電極Ｘ_ｉが形成する自己容量Ｃｓ_ｉから引き抜かれた電荷量−Ｑ_ｉが得られる。自己容量Ｃｓ_ｉは、電荷量−Ｑ_ｉにも比例する。

【0042】

センス期間Ｔｓ_１，Ｔｓ_２，…Ｔｓ_Ｍそれぞれにおいて、複数の送信電極Ｘ_１〜Ｘ_Ｍが形成する静電容量（自己容量）Ｃｓ_１〜Ｃｓ_Ｍを検出することができる。

【0043】

続いて相互容量の検出を説明する。センス期間Ｔ_ｉの間、複数の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎには、受信電流Ｉ_ＲＸ１〜Ｉ_ＲＸＮが流れる。受信電流Ｉ_ＲＸｊの振幅は、相互容量Ｃｍ_ｉｊに応じて変化する。第１検出回路４２０は、受信電流Ｉ_ＲＸ１〜Ｉ_ＲＸＮの振幅に応じた検出データＤｍ_ｉ１〜Ｄｍ_ｉＮを生成する。

【0044】

センス期間Ｔｓ_１，Ｔｓ_２，…Ｔｓ_Ｍそれぞれにおいて、複数の相互容量Ｃｍ_１１〜Ｃｍ_１Ｎ，Ｃｍ_２１〜Ｃｍ_２Ｎ，…Ｃｍ_Ｍ１〜Ｃｍ_ＭＮを検出することができる。

【0045】

以上が入力装置２００の動作である。この入力装置２００によれば、自己容量方式と相互容量方式とで、共通の駆動電圧を用いることで、並行して２つの方式でセンシングが可能となる。図３（ａ）は、従来の時分割によるセンシングを説明する図であり、図３（ｂ）は、第１の実施の形態に係るセンシングを説明する図である。図３（ａ）と（ｂ）の対比から明らかなように、本実施の形態によれば、センシング周期Ｔｓを短縮できるため、高速なセンシングが可能となる。

【0046】

続いて、コントローラＩＣ４００の具体的な構成例を説明する。

【0047】

図４は、駆動回路４１０、第１検出回路４２０および第２検出回路４３０の回路図である。図４には、１個の送信端子ＴＸ_ｉと１個の受信端子ＲＸ_ｊに対応する１チャンネル分の構成のみが示される。

【0048】

・駆動回路
駆動ユニット４１２は、アンプであり、その入力に制御信号Ｓ_{ＣＴＲＬｉ}を受ける。駆動ユニット４１２は、送信端子ＴＸ_ｉに接続されるプッシュプル形式の出力段４１６を有する。たとえば駆動ユニット４１２は、差動入力段４１８を含み、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉに応じたフィードバック信号Ｓ_ＦＢｉが制御信号Ｓ_{ＣＴＲＬｉ}に近づくように、出力段４１６のハイサイドトランジスタＭ_ＨおよびローサイドトランジスタＭ_Ｌの制御端子（ゲート）の電圧を調節する。

【0049】

たとえば駆動ユニット４１２はボルテージフォロアであり、差動入力段４１８の非反転入力端子には制御信号Ｓ_{ＣＴＲＬｉ}が入力され、その反転入力端子には、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉがフィードバック信号Ｖ_ＦＢｉとして入力される。駆動ユニット４１２は、反転アンプであってもよいし、非反転アンプであってもよい。

【0050】

・第１検出回路
第１検出回路４２０は、積分回路４２２、Ａ／Ｄコンバータ４２４、マルチプレクサ４２６を含む。積分回路４２２は、受信端子ＲＸ_ｊに流れる電流Ｉ_ＲＸｊを積分する。積分回路４２２の構成は限定されないが、たとえばキャパシタＣ_ＩＮＴとオペアンプ４２３で構成してもよい。積分回路４２２の出力電圧Ｖｍ_ｊは、相互容量Ｃｍ_ｉｊと相関を有する。Ａ／Ｄコンバータ４２４は、積分回路４２２の出力電圧Ｖｍ_ｊをデジタル値Ｄｍ_ｊに変換する。Ａ／Ｄコンバータ４２４の前段にマルチプレクサ４２６を挿入し、複数のチャンネルでＡ／Ｄコンバータ４２４を共有することができる。

【0051】

・第２検出回路
第２検出回路４３０は、電流検出回路４３２、積分回路４３４、およびＡ／Ｄコンバータ４３６を備える。電流検出回路４３２は、駆動ユニット４１２の出力段４１６に流れる駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉのレプリカである検出電流Ｉｓ_ｉを生成する。

【0052】

第２検出回路４３０は、ハイサイドトランジスタＭ_Ｈとゲート同士、ソース同士が接続される第１トランジスタＭ_１１と、ローサイドトランジスタＭ_Ｌとゲート同士、ソース同士が接続される第２トランジスタＭ_１２と、を含む。第１トランジスタＭ_１１には、ハイサイドトランジスタＭ_Ｈに流れるソース電流Ｉ_ＳＲＣに比例した電流Ｉ_ＳＲＣ’が流れ、第２トランジスタＭ_１２には、ローサイドトランジスタＭ_Ｌに流れるシンク電流Ｉ_ＳＩＮＫに比例した電流Ｉ_ＳＩＮＫ’が流れる。検出電流Ｉｓ_ｉは、第１トランジスタＭ_１１に流れる電流Ｉ_ＳＲＣ’と第２トランジスタＭ_１２に流れる電流Ｉ_ＳＩＮＫ’の差分に対応する。

【0053】

積分回路４３４は、検出電流Ｉｓ_ｉを積分し、自己容量Ｃｓ_ｉに供給された（あるいは引き抜かれた）電荷量Ｑ_ｉを示す検出電圧Ｖｓ_ｉを生成する。Ａ／Ｄコンバータ４３６は、検出電圧Ｖｓ_ｉをデジタル値Ｄｓ_ｉに変換する。Ａ／Ｄコンバータ４３６の前段にマルチプレクサ４３８を挿入し、複数のチャンネルで、Ａ／Ｄコンバータ４３６を共有することができる。積分回路４３４は、積分回路４２２と同様に構成してもよい。

【0054】

なお図４に示した駆動回路４１０、第１検出回路４２０、第２検出回路４３０の構成は例示であり、公知の、あるいは将来利用可能なその他の回路を用いることができる。

【0055】

図５は、図４の駆動回路４１０、第１検出回路４２０、第２検出回路４３０の動作を説明する図である。制御信号Ｓ_{ＣＴＲＬｉ}に応じて、送信端子ＴＸ_ｉに駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉが印加される。この駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉは、電源電圧Ｖ_ＤＤと接地電圧０Ｖ間をフルスイングせず、ヘッドルームとフットルームが存在する。ヘッドルームとフットルームは、出力段のハイサイドトランジスタ、ローサイドトランジスタの飽和電圧に応じており、典型的には０．１Ｖ程度となる。電源電圧が３．５Ｖであるとき、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶの変化幅ΔＶは、３．３Ｖ程度となる。

【0056】

受信電流Ｉ_ＲＸは、積分回路４２２によって積分され、検出電圧Ｖｍ_ｊが生成される。Ａ／Ｄコンバータ４２４は、所定の周期で検出電圧Ｖｍ_ｊをサンプリングし、検出データＤｍ_ｊに変換する。たとえば２つの隣接する検出データＤｍ_ｊの差分を、相互容量Ｃｍ_ｊとすることができる。

【0057】

また、駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉに応じた検出電流Ｉｓ_ｉが積分され、検出電圧Ｖｓ_ｉに変換される。Ａ／Ｄコンバータ４３６は、所定の周期で検出電圧Ｖｓ_ｉをサンプリングし、検出データＤｓ_ｉに変換する。たとえば２つの隣接する検出データＤｓ_ｊの差分を、自己容量Ｃｓ_ｉとすることができる。

【0058】

図４の構成の利点を説明する。

【0059】

・第１の利点
特許文献３に記載の回路では、ゲートドレイン間が結線されたＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）トランジスタを利用して、電極を充電する。この場合、電極に生ずる電圧には、ＭＯＳトランジスタが形成するダイオードの順方向電圧に相当するヘッドルームが導入され、０．６Ｖ程度となる。電極の電圧変化の幅は、電源電圧を３．５Ｖとした場合、２．９Ｖとなる。

【0060】

これに対して図４の駆動ユニット４１２によれば、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶのヘッドルーム電圧を０．１Ｖ程度まで小さくできる。同程度のフットルーム電圧が導入されるが、それであっても駆動電圧Ｖ_ＤＲＶの変化幅ΔＶは、３．５−０．２＝３．３Ｖとなり、特許文献３の回路に比べて拡大される。

【0061】

式（１）から明らかなように、自己容量Ｃｓの検出に際して、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶの変化幅ΔＶが大きいほど、自己容量Ｃｓに供給されあるいは引き抜かれる電荷量Ｑ_ｉが大きくなるため、検出感度を高めることができる。

【0062】

・第２の利点
特許文献３の回路では、自己容量の検出に際して、自己容量の電圧を変化させたときに流れる充電電流は急峻であり、高い周波数成分を含む。高周波成分は、充電電流を検出信号に変換する過程において寄生のローパスフィルタによりフィルタリングされ、検出精度の低下を招く。

【0063】

一方、図４の回路によれば、駆動ユニット４１２の応答速度の影響で、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶの変化速度（スルーレート）が制限されており、駆動電流Ｉ_ＤＲＶに含まれる周波数成分が、低周波数側にシフトしている。そのため、駆動電流Ｉ_ＤＲＶを検出信号Ｖｓに変換する過程において、フィルタリングにより失われる成分が少なくなり、検出精度の低下を抑制することができる。なお、制御信号Ｓ_ＣＴＲＬの傾きを制限することで、この効果をさらに高めてもよい。

【0064】

・第３の効果
特許文献３の回路では、電極を充電するときのみ、自己容量の検出が可能であり、放電動作は自己容量の検出に寄与しない。したがって電極に交流のノイズが入力されたとき、検出電流Ｉ_Ｓは、ノイズのうち半波の影響を受けることとなり、したがって、検出電圧にも、ノイズの半波分の影響が現れ、ノイズ成分のフィルタリングが難しくなる。

【0065】

これに対して、図４の構成によれば、駆動ユニット４１２は、プッシュプル動作が可能であるから、交流ノイズが入力したときに、交流ノイズの影響がそのまま検出電流Ｉ_Ｓに現れる。検出電流Ｉ_Ｓに含まれるノイズは、フィルタにより除去しやすく、また、１周期分を積分すればゼロとなる。したがって図４の構成によれば、ノイズの耐性を高めることができる。

【0066】

・第４の効果
特許文献３の回路では、放電はリセットに利用されており、無駄な電力を消費していた。これに対して、図４の構成によれば、充電動作と、放電動作それぞれにおいて、自己容量Ｃｓを検出できる。したがって、無駄な電力消費を低減できる。

【0067】

・第５の効果
また、充電と放電それぞれで自己容量Ｃｓを検出することにより、センシングの周波数を２倍に高めることが可能である。

【0068】

（変形例）
続いてコントローラＩＣ４００の変形例を説明する。図６は、変形例に係るコントローラＩＣ４００Ａのブロック図である。コントローラＩＣ４００Ａは、図１のコントローラＩＣ４００に加えて、第３検出回路４５０をさらに備える。第３検出回路４５０は、複数の受信端子ＲＸ_１〜ＲＸ_Ｎと接続され、複数の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎが形成する自己容量Ｃｓ_１〜Ｃｓ_Ｎを検出可能に構成される。

【0069】

図７は、第３検出回路４５０の構成例を示す回路図である。第３検出回路４５０は、複数の駆動ユニット４５２、複数の電流検出回路４５４、複数の積分回路４５６を含む。駆動ユニット４５２は、対応する受信端子ＲＸにパルス状の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶｉを印加する。電流検出回路４５４は、駆動ユニット４５２がソース、シンクする駆動電流Ｉ_ＤＲＶｉを検出する。積分回路４５６は、駆動ユニット４５２が検出した電流を積分し、電荷量Ｑ_ｉを示す電圧Ｖｓ_ｉを生成する。

【0070】

駆動ユニット４５２、電流検出回路４５４、積分回路４５６は、図４の駆動ユニット４１２、電流検出回路４３２、積分回路４３４と同様に構成してもよい。

【0071】

図８は、図６のコントローラＩＣ４００Ａの動作を示すタイムチャートである。複数の送信電極Ｘ_１〜Ｘ_Ｍが形成する自己容量の検出と、相互容量の検出が並列的に行われる。続いて複数の受信電極Ｙ_１〜Ｙ_Ｎが形成する自己容量の検出が行われる。これにより、第１方向、第２方向の両方について、自己容量方式によってもタッチの検出が可能となる。

【0072】

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、タッチパネルのコントロールＩＣを説明したが、本発明の適用はそれに限定されず、よりシンプルな静電スイッチのコントロールＩＣにも適用可能である。

【0073】

図９は、第２の実施の形態に係る入力装置５００を示す図である。入力装置５００は、静電スイッチ５２０と、そのコントローラ（以下、コントローラＩＣ）６００と、を備える。入力装置５００は、洗濯機、テレビ、冷蔵庫などの家電製品、スマートフォンなどの情報端末などに搭載される。

【0074】

静電スイッチ５２０は、ひとつ（または複数の）の送信電極５２２と、ひとつ（または複数の）受信電極５２４を備える。コントローラＩＣ６００は、送信電極５２２が形成する自己容量Ｃｓを検出するとともに、送信電極５２２と受信電極５２４の間に形成される相互容量Ｃｍを検出する。

【0075】

コントローラＩＣ６００は、ひとつ（または複数の）送信端子ＴＸと、ひとつ（または複数の）の受信端子ＲＸと、駆動回路６１０と、第１検出回路６２０と、第２検出回路６３０と、を備え、ひとつの半導体基板に集積化され、パッケージ化される。

【0076】

駆動回路６１０は、図１の駆動回路４１０と同様に構成される。第１検出回路６２０、第２検出回路６３０は、図１の第１検出回路４２０、第２検出回路４３０と同様に構成される。

【0077】

駆動回路６１０は、送信端子ＴＸにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶを印加する。第１検出回路６２０は、駆動電圧_ＶＤＲＶに応じて受信端子ＲＸが受信する電気信号Ｉ_ＲＸを検出する。第２検出回路６３０は、駆動回路６１０が送信端子ＴＸにソースし、またはシンクする電荷量を検出する。信号処理部６４０は、第１検出回路６２０、第２検出回路６３０それぞれの検出結果を処理し、静電スイッチ５２０がタッチされたか（あるいはユーザの指が近接したか）を判定する。

【0078】

別の観点から見ると、相互容量方式の第１容量検出回路６０２は、送信端子ＴＸにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶを印加し、そのときに受信端子ＲＸに入力される電気信号Ｉ_ＲＸを検出する。自己容量方式の第２容量検出回路６０４は、送信端子ＴＸにパルスの駆動電圧Ｖ_ＤＲＶが印加されたときに、送信電極５２２にソースされ、またはそれからシンクされる電荷量を検出する。

【符号の説明】

【0079】

２００ 入力装置
２２０ タッチパネル
Ｘ 送信電極
Ｙ 受信電極
ＴＸ 送信端子
ＲＸ 受信端子
４００ コントローラＩＣ
４０２ 第１容量検出回路
４０４ 第２容量検出回路
４１０ 駆動回路
４１２ 駆動ユニット
４１４ 制御信号発生器
４１６ 出力段
４１８ 差動入力段
４２０ 第１検出回路
４２２ 積分回路
４２４ Ａ／Ｄコンバータ
４２６ マルチプレクサ
４３０ 第２検出回路
４３２ 電流検出回路
４３４ 積分回路
４３６ Ａ／Ｄコンバータ
４３８ マルチプレクサ
４４０ 信号処理部
４５０ 第３検出回路
４５２ 駆動ユニット
４５４ 電流検出回路
４５６ 積分回路
５００ 入力装置
５２０ 静電スイッチ
５２２ 送信電極
５２４ 受信電極
６００ コントローラＩＣ
６０２ 第１容量検出回路
６０４ 第２容量検出回路
６１０ 駆動回路
６２０ 第１検出回路
６３０ 第２検出回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】