特許 5776917 位置検出装置及びその制御方法、並びにそのシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5776917

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】位置検出装置及びその制御方法、並びにそのシステム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20150820BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 500

   G06F3/044 110

【請求項の数】20

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-509926(P2014-509926)

(86)(22)【出願日】2012年4月9日

(86)【国際出願番号】JP2012059722

(87)【国際公開番号】WO2013153609

(87)【国際公開日】20131017

【審査請求日】2015年3月24日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】512229492

【氏名又は名称】株式会社ＭＩＲＡＩ

(72)【発明者】

【氏名】大塚 寛治

(72)【発明者】

【氏名】秋山 豊

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 陽一

(72)【発明者】

【氏名】目黒 弘一

【審査官】 西田 聡子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０７１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５７０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３６４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか一方の軸上における少なくとも２点に接続された第１および第２のノードと、
前記第１および第２のノードに、クロック信号を印加する第１の回路（印加回路）と、
前記第１および第２のノードからそれぞれ得られた第１および第２の出力信号の電圧差を示す第１の差分信号を生成する第２の回路（抽出回路）と、
前記第１の差分信号に基づき、前記絶縁膜に物体が接近または接触した前記少なくともいずれか一方の軸の座標位置を導く第３の回路（検出回路）と、を備え、
前記第３の回路（検出回路）は、前記第１の差分信号と第１のしきい値とを比較し、前記第１の差分信号が第１のしきい値以下であるとき前記絶縁膜に物体が接近または接触した位置は１つであると判定し、前記第１の差分信号が第１のしきい値より大きいとき前記絶縁膜に物体が接近または接触した位置は少なくとも２つであると判定する判定部を含み、
前記判定部は、前記絶縁膜に物体が接近または接触した位置が少なくとも２つであると判定した場合に、一定期間内における第１の差分信号が増加又は減少に対応して、２つの接近または接触した位置が広がっている又は狭まっていると判定する、位置検出装置。

【請求項2】

位置検出装置はさらに、前記第１および第２のノードとは異なるＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか他方の軸上の少なくとも２点に接続され、前記クロック信号が印加された第３および第４のノードを含み、
前記第２の回路（抽出回路）は、前記第３および第４のノードからそれぞれ得られた第３および第４の出力信号の電圧差を示す第２の差分信号を生成し、
前記第３の回路（検出回路）は、前記第１および第２の差分信号に基づき前記絶縁膜に物体が接近または接触したＸＹ平面上の座標位置を導く、請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記判定部は、前記第１の差分信号が第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上であるとき、前記絶縁膜に物体が接近または接触した位置は少なくとも３つであると判定する、請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記第３の回路（検出回路）は、前記第１の差分信号によって表される第１の符号と前記第２の差分信号によって表される第２の符号との組合せに基づき前記絶縁膜に物体が接近または接触した位置の座標を導く、請求項２に記載の位置検出装置。

【請求項5】

前記第３の回路（検出回路）はさらに、前記第１及び第２の符号によって特定される領域の座標と、前記第１および第２の差分信号に対応する信号値と、の関係を規定したテーブルを含み、
前記第３の回路（検出回路）は、前記テーブルを参照し、前記生成された第１および第２の差分信号と前記信号値とを比較することにより前記絶縁膜に物体が接近または接触した位置の座標を導く、請求項４に記載の位置検出装置。

【請求項6】

前記第２の回路（抽出回路）は、前記第１および第２の出力信号、または前記第３および第４の出力信号を選択する選択回路を含む、請求項２、４及び５いずれか１つに記載の位置検出装置。

【請求項7】

前記第２の回路（抽出回路）は、
前記第１および第２の出力信号を入力して前記第１の差分信号を出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路から出力された第１の差分信号のピーク値を保持するピークホールド回路と、
前記ピークホールド回路によって保持されたピーク値をディジタル信号に変換して前記第３の回路（検出回路）へ供給するアナログ／ディジタル変換回路と、を含む、請求項１ないし６いずれか１つに記載の位置検出装置。

【請求項8】

前記第２の回路（抽出回路）は、前記差増増幅回路から出力された信号のノイズを除去するフィルターを含む、請求項７に記載の位置検出装置。

【請求項9】

前記第３の回路（検出回路）は、前記第２の回路（抽出回路）から提供された一定期間内の複数の前記第１の差分信号に対応するディジタル信号を平均化する処理部を含む、請求項１ないし８いずれか１つに記載の位置検出装置。

【請求項10】

請求項１ないし９いずれか１つに記載の位置検出装置を含む表示装置。

【請求項11】

導電膜と、
前記導電膜上に形成された絶縁膜と、
前記導電膜のＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか一方の軸上における少なくとも２点に接続された第１および第２のノードと、
前記第１および第２のノードに、クロック信号を印加する第１の回路（印加回路）と、
前記第１および第２のノードからそれぞれ得られた第１および第２の出力信号の電圧差を示す第１の差分信号を生成する第２の回路（抽出回路）と、
前記第１の差分信号に基づき、前記絶縁膜に物体が接近または接触した前記少なくともいずれか一方の軸の座標位置を導く第３の回路（検出回路）と、を備え、
位置検出装置はさらに、前記第１および第２のノードとは異なるＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか他方の軸上の少なくとも２点に接続され、前記クロック信号が印加された第３および第４のノードを含み、
前記第２の回路（抽出回路）は、前記第３および第４のノードからそれぞれ得られた第３および第４の出力信号の電圧差を示す第２の差分信号を生成し、
前記第３の回路（検出回路）は、前記第１および第２の差分信号に基づき前記絶縁膜に物体が接近または接触したＸＹ平面上の座標位置を導き、
位置検出装置はさらに、前記第１および第２の差分信号を正規化する正規化部を含み、
前記正規化部は、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸の平面のＸ軸方向の中心線に関し、前記接近または接触位置が対称となる位置の第３の差分信号と第１の差分信号との比に基づき正規化された第１の差分信号を求め、かつＹ軸方向中心線に関し対象となる位置の第４の差分信号と第２の差分信号との比に基づき正規化された第２の差分信号を求める、位置検出装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の位置検出装置を含む表示装置。

【請求項13】

導電膜のＸ軸上の第１および第２のノード、並びに前記導電膜上のＹ軸上の第３および第４のノードに共通のクロック信号を印加し、
Ｘ軸上の第１及び第２のノードの差電圧を示す第１の差分信号を生成し、
Ｙ軸上の第３及び第４のノードの差電圧を示す第２の差分信号を生成し、
前記第１および第２の差分信号に基づき、前記導電膜上に形成された絶縁膜のＸＹ平面上に物体が接近または接触する位置の座標を導き、
前記接近または接触位置が２つであると判定した場合に、一定期間内における前記第１の差分信号が増加又は減少に対応して、２つの前記接近または接触する位置が広がっている又は狭まっていると判定する、位置検出方法。

【請求項14】

位置検出方法はさらに、
前記第１および第２の差分信号の少なくとも一方と第１のしきい値とを比較し、
前記第１のしきい値以下であるとき前記接近または接触位置は１つであると判定し、
第１のしきい値より大きいとき前記接近または接触する位置は少なくとも２つであると判定する、請求項１３に記載の位置検出方法。

【請求項15】

前記第１および第２の差分信号の少なくとも一方と、前記第１のしきい値と異なる第２のしきい値とを比較し、
前記第２のしきい値より大きいとき前記接近または接触する位置は少なくとも３つであると判定する、請求項１４に記載の位置検出方法。

【請求項16】

位置検出方法はさらに、
前記第１および第２の差分信号の少なくとも一方の信号が第１のしきい値以下であるとき前記接近または接触位置は１つであると判定し、
第１のしきい値より大きいとき前記接近または接触する位置は少なくとも２つであると判定する、請求項１３に記載の位置検出方法。

【請求項17】

前記第１および第２の差分信号の少なくとも一方の信号が前記第１のしきい値と異なる第２のしきい値より大きいとき、前記接近または接触する位置は少なくとも３つであると判定する、請求項１６に記載の位置検出方法。

【請求項18】

前記第１の差分信号によって表される符号と前記第２の差分信号によって表される符号との組合せに基づき位置を検出する、請求項１３ないし１７いずれか１つに記載の位置検出方法。

【請求項19】

前記第１及び第２の符号によって特定される領域内の座標と、前記第１および第２の差分信号に対応する信号値と、の関係を規定した座標テーブルを参照する、請求項１８に記載の位置検出方法。

【請求項20】

前記座標の情報に対応して表示装置を制御する、請求項１３ないし１９いずれか１つに記載のシステムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量型の位置検出装置に関連し、例えばパネルへの物体（例えば指）の接触または非接触により、その座標を抽出する装置及びその制御方法ステム、並びにそのシステムに関する。尚、本明細書において、前記座標を抽出する装置を総称して「タッチパネル」と呼ぶが、それには非接触手段による座標の抽出も含まれる。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートフォンに代表されるようなモバイル機器や、液晶表示装置、電子ボード、等の入力インターフェースとしてタッチパネルが利用されている。タッチパネルの技術には、静電容量型方式（サーフェース・キャパシティブ）や抵抗膜方式などが知られている。静電容量型方式は、一般に、ガラスやプラスチック等の透明基板の表面に透明な導電膜をコーティングし、透明基板に指を触れることで、静電容量（コンデンサ）を形成し、静電容量を介して流された微弱電流の変化分を検出することで位置（座標）を検出している。静電容量型方式は、抵抗膜方式のように２層の導電膜を必要とせず、透明な導電膜を成膜したガラス基板１枚で構成することができるため、抵抗膜方式に比べて部品点数が少なくかつ透過率も高い利点をもつ。

【0003】

第１の基板と第２の基板との間に液晶を挟み、第２の基板の表面に透明導電膜を形成することで、静電容量結合方式のタッチパネル機能を備えた液晶モジュールが構成される（特許文献１、２）。このタッチパネルでは、透明導電膜の各コーナーの４点のノードにパルス電圧が印加され、指が接触されたとき、指の接触位置に応じて各コーナーのノードに現れる電圧波形は異なる時定数の電圧波形となり、これらの電圧波形に基づき接触位置（座標位置）を検出している。また、タッチパネルの対角を成す一方のコーナーにパルス電圧を印加したときの他方のコーナーに現れるパルス電圧の立ち上がり時間を計測し、次に、他方のコーナーにパルス電圧を印加したときの一方のコーナーに現れるパルス電圧の立ち上がり時間を計測し、それら２つの計測時間の時間差を利用して指の接触位置を検出するものもある（特許文献３）。

【0004】

他方、特許文献４には、メモリ・論理共役システム（ＭＬＣＳ：Memory-Logic Conjugate System）が開示される。ＭＬＣＳは、例えば、メモリ回路を有する基本セルをクラスタ状に配置したクラスタメモリをそれぞれ含む複数のクラスタメモリチップを３次元的に積層したシステムであって、前記複数のクラスタメモリチップそれぞれには貫通ビアが設けられており、前記貫通ビアを含んで構成されるマルチバスを通して任意の基本セルに直接アクセスして真理値データを書き込むことにより、前記任意の基本セルを論理回路に切り替えること、を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１３４５２２号公報

【特許文献2】特開２００９−１１６０９０号公報

【特許文献3】特開２００９−０１５４９２号公報

【特許文献4】特開２０１０−０１５３２８号公報（米国特許公開２０１１−０２５５３２３号） 尚、特許文献１〜４のそれぞれを本発明書に盛り込み、特許文献１〜４のそれぞれが開示する内容を本明細書の開示の一部とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、物体が基板に接触した位置、または物体が基板に非接触に近づいた位置を、正確（高精度）にかつ高速に検出することができる静電容量型の位置検出装置及びその制御方法（位置検出方法）、並びに位置検出装置を含むシステムが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る位置検出装置は、導電膜と、導電膜上に形成された絶縁膜と、導電膜のＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか一方の軸上における少なくとも２点に接続された第１および第２のノードと、第１および第２のノードに、クロック信号を印加する第１の回路（印加回路）と、第１および第２のノードからそれぞれ得られた第１および第２の出力信号の電圧差を示す第１の差分信号を生成する第２の回路（抽出回路）と、第１の差分信号に基づき、絶縁膜に物体が接近または接触した少なくともいずれか一方の軸の座標位置を導く第３の回路（検出回路）と、を備え、
第３の回路（検出回路）は、第１の差分信号と第１のしきい値とを比較し、第１の差分信号が第１のしきい値以下であるとき絶縁膜に物体が接近または接触した位置は１つであると判定し、第１の差分信号が第１のしきい値より大きいとき絶縁膜に物体が接近または接触した位置は少なくとも２つであると判定する判定部を含み、
判定部は、絶縁膜に物体が接近または接触した位置が少なくとも２つであると判定した場合に、一定期間内における第１の差分信号が増加又は減少に対応して、２つの接近または接触した位置が広がっている又は狭まっていると判定する。また、本発明に係る位置検出装置は、導電膜と、導電膜上に形成された絶縁膜と、導電膜のＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか一方の軸上における少なくとも２点に接続された第１および第２のノードと、第１および第２のノードに、クロック信号を印加する第１の回路（印加回路）と、第１および第２のノードからそれぞれ得られた第１および第２の出力信号の電圧差を示す第１の差分信号を生成する第２の回路（抽出回路）と、第１の差分信号に基づき、絶縁膜に物体が接近または接触した少なくともいずれか一方の軸の座標位置を導く第３の回路（検出回路）と、を備え、位置検出装置はさらに、第１および第２のノードとは異なるＸ軸またはＹ軸の少なくともいずれか他方の軸上の少なくとも２点に接続され、クロック信号が印加された第３および第４のノードを含み、第２の回路（抽出回路）は、第３および第４のノードからそれぞれ得られた第３および第４の出力信号の電圧差を示す第２の差分信号を生成し、第３の回路（検出回路）は、第１および第２の差分信号に基づき絶縁膜に物体が接近または接触したＸＹ平面上の座標位置を導き、位置検出装置はさらに、第１および第２の差分信号を正規化する正規化部を含み、正規化部は、Ｘ軸およびＹ軸の平面のＸ軸方向の中心線に関し、接近または接触位置が対称となる位置の第３の差分信号と第１の差分信号との比に基づき正規化された第１の差分信号を求め、かつＹ軸方向中心線に関し対象となる位置の第４の差分信号と第２の差分信号との比に基づき正規化された第２の差分信号を求める

【0008】

本発明の位置検出方法は、導電膜のＸ軸上の第１および第２のノード、並びに導電膜上のＹ軸上の第３および第４のノードに共通のクロック信号を印加し、Ｘ軸上の第１及び第２のノードの差電圧を示す第１の差分信号を生成し、Ｙ軸上の第３及び第４のノードの差電圧を示す第２の差分信号を生成し、第１および第２の差分信号に基づき、導電膜上に形成された絶縁膜のＸＹ平面上に物体が接近または接触する位置の座標を導き、接近または接触位置が２つであると判定した場合に、一定期間内における第１の差分信号が増加又は減少に対応して、２つの接近または接触する位置が広がっている又は狭まっていると判定する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、複数のノードにそれぞれ対応する複数の信号の電圧差を示す差分信号を生成することにより、導電膜上に形成された絶縁膜のＸＹ平面上に物体が接近または接触する位置の座標を正確にかつ高速に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（Ａ）は、タッチパネルの基板の構成を示す断面図、図１（Ｂ）は、本実施例のタッチパネルの全体構成を示す図である。

【図2】本発明の実施例に係るタッチパネルのノード間の差分電圧を説明する図である。

【図3】タッチパネルのノードＡ、Ｂ間の差動電圧の測定原理を説明する図である。

【図4】タッチパネルのノードＡ、Ｂ間の差動電圧、およびノードＡ，Ｄ間の差動電圧の測定原理を説明する図である。

【図5】ノードＡ、ＢとノードＡ、Ｄからみた差動電圧のシミュレーション波形である。

【図6】図６（Ａ）は、ノードＡ、Ｂの差動電圧の感度特性を示し、図６（Ｂ）は、ノードＡ、Ｄの差動電圧の感度特性を示す図である。

【図7】本発明の実施例に係るタッチパネルの位置情報抽出部の構成を示すブロック図である。

【図8】図７に示す位置情報抽出部の回路構成例を示す図である。

【図9】本発明の実施例の位置検出部の構成例を示すブロック図である。

【図10】本発明の実施例による１点接触時の粗い座標領域の検出方法を説明する図である。

【図11】本発明の実施例による詳細座標位置の検出方法を説明する図である。

【図12】本発明の実施例によるルックアップテーブルによる座標検出に必要なデータ量を説明する図である。

【図13】本発明の実施例によるルックアップテーブルの構成を説明する図である。

【図14】本発明の実施例による２点接触の検出原理を説明する図である。

【図15】ノードＡ、Ｂ間の代表２点の測定結果を示す図である。

【図16】ノードＡ、Ｄ間の代表２点の測定結果を示す図である。

【図17】２点間の距離を変化させたときの検出結果である。

【図18】２点間の距離を変化させたときの検出結果である。

【図19】２点間の距離を変化させたときの検出結果である。

【図20】コーナー付近での２点間の距離を移動させたとき検出結果である。

【図21】本発明の実施例による３点接触の検出原理を説明する図である。

【図22】１点接触、２点接触、３点接触（Ａ法）の差動電圧波形である。

【図23】１点接触、２点接触、３点接触（Ｂ法）の差動電圧波形である。

【図24】差動電圧と負荷抵抗Ｒ０との関係を示すグラフである。

【図25】差動信号電圧の座標依存性を示すグラフである。

【図26】ノードＡ、Ｂから見た差動信号電圧の容量依存性を示すグラフである。

【図27】容量係数αとタッチ容量との関係を示すグラフである。

【図28】本発明の実施例による正規化信号電圧を説明する図である。

【図29】ノードＡ、Ｂの差動信号電圧の座標依存性を示すグラフである。

【図30】ノードＡ、Ｂの正規化信号電圧の座標依存性を示すグラフである。

【図31】ノードＡ、Ｄの差動信号電圧の座標依存性を示すグラフである。

【図32】ノードＡ、Ｄの正規化信号電圧の座標依存性を示すグラフである。

【図33】ノードＡ、Ｂの正規化信号電圧の容量依存性を示すグラフである。

【図34】ノードＡ、Ｂの正規化信号電圧の容量依存性を示すグラフである。

【図35】本発明の実施例よるタッチ容量の算出フローを説明する図である。

【図36】本発明の実施例によるタッチ検出アルゴリズムのフローである。

【図37】本発明の実施例によるホバーリングタッチの測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調されており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。

【実施例】

【0012】

図１（Ａ）は、本実施例に係る静電容量型のタッチパネルが含む基板の概略構成を示す断面図である。タッチパネル１０は、ガラス、プラスチック、またはその他の材の透明な基板１２と、基板１２の全面に形成されたＩＴＯ(Indium Tin Oxide) 、またはその他の材の透明な導電膜１４とを含んで構成される。また、導電膜１４は、薄いシート状の透明な絶縁保護膜１６、例えばポリエステルシートなどによって覆われていてもよい。典型的に、タッチパネル１０は、表示ディスプレイ（例えば、液晶パネル、有機エレクトロルミネッセンス(Organic Electro-Luminescence) パネル、電子ボード）とモジュール化または一体化され、入力機能を有する表示装置を構成する。例えば、基板１２は、液晶パネルなどで生成された画像情報を透過するように構成される。尚、本明細書において「タッチパネル」とは、物体がパネルに接触する（タッチング）ことに限られず、物体とパネルが所定の距離を介する非接触も含まれる。非接触の例えとして、物体（例えば指）がパネル上空をホバリングしながらムービングする場合も含まれる。更に、基板１２はリジットであってもフレキシブルであってもよい。つまり、タッチパネル１０は、表示ディスプレイの組成特性に対応してリジットであってもフレキシブルであってもよい。更に、タッチパネル１０が表示ディスプレイと一体化される場合、タッチパネル１０としての基板１２を省略できる場合がある。

【0013】

図１（Ｂ）は、タッチパネル１０の全体の概略構成を示す図である。導電膜１４上のＸ軸およびＹ軸の各コーナーには、ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが形成され、各ノードＡ〜Ｄは、抵抗Ｒ０を介して基準電位発生回路２０の共通ノードＮに接続される。基準電位発生回路２０は、好ましくは一定の周波数、例えば１ＭＨｚの基準パルス信号を生成するものであり、さらに基準パルス信号に一定の直流バイアスを付加するものであってもよい。これにより、各ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄには、抵抗Ｒ０を介して同時に、同相、同電位の基準クロック信号が供給される。

【0014】

静電容量型のタッチパネルにおいて、指が導電膜１４に接触され、あるいは保護膜１６を介して導電膜１４に接近されると（以下、このような接近を含めて接触という）、その接触位置Ｐ（図１（Ｂ）を参照）に静電容量Ｃｓが形成され、各ノードＡ〜Ｄから接触位置Ｐには微弱な電流が流れる。ノードＡから接触位置Ｐまでの距離、ノードＢから接触位置Ｐまでの距離に応じた抵抗Ｒａ、Ｒｂが形成されるため、各ノードＡ〜Ｄには、抵抗と静電容量の時定数で決まる電圧波形の電流が流れることになる。

【0015】

各ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに流れる信号は、位置情報抽出部３０へ提供され、位置情報抽出部３０は、後述するように、Ｘ軸のノードＡ、Ｂ間の差動電圧を抽出し、かつＹ軸のノードＡ、Ｄ間の差動電圧を抽出するような処理を行う。位置情報抽出部３０によって抽出された情報は、位置検出部４０へ提供され、抽出された位置情報に基づき接触位置Ｐを特定するための位置検出が行われる。位置情報検出部３０および位置検出部４０は、どのような形態によって構成されてもよく、ハードウエア、ソフトウエア、あるいはハードウエアとソフトウエアの双方を用いて構成することができる。好ましい態様では、位置情報検出部３０は、アナログ信号を処理する回路等によって構成され、位置検出部４０は、ディジタル信号を処理する回路やソフトウエアによって構成される。位置検出部４０の出力は、表示装置、または表示装置を制御するシステムに提供される。

【0016】

次に、本実施例に係るタッチパネルの位置検出原理について説明する。本実施例では、図１（Ｂ）に示すように、静電容量型のタッチパネルにおいて、Ｘ軸上の２点のノードＡ、Ｂ、Ｙ軸上の２点のノードＡ、Ｄの差動信号を利用して接触位置を検出する。

【0017】

図２（Ａ）に示すように、タッチパネル上の位置Ｐが接触されたとき、Ｘ軸のノードＡ、Ｂには、図２（Ｂ）に示すように、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、静電容量Ｃｘｙによる時定数で決まる電圧信号Ｖａ、Ｖｂが生じる。Ｖ_Ａ−Ｖ_Ｂは、電圧信号Ｖａ、Ｖｂの差分であり、図の例では、電圧信号Ｖａ、Ｖｂの差分のピーク値が例示されている。ここには示していないが、Ｙ軸のノードＡ、Ｄにも同様に、抵抗Ｒａ、Ｒｄによる時定数で決まる電圧信号Ｖａ、Ｖｄが生じ、この電圧Ｖａ、Ｖｄの差動電圧が抽出される。

【0018】

図３は、差動電圧の測定原理を説明する図である。ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して、図に示すように接触位置ＰがノードＡに近く、ノードＢから離れているとすると、接触位置ＰとノードＡ間の抵抗が小さいため、ノードＡには接触位置Ｐの影響が強く現れ（電圧の低下が大きく）、反対に、ノードＢには接触位置ＰとノードＢ間の抵抗が大きいため接触位置Ｐの影響が弱く現れる（電圧低下が小さい）。このため、ノードＡからノードＢの電圧変化を見ると、正の電圧変化を観測することができる。つまり、ノードＡ、Ｂ間の電圧は、ノードＡ、Ｂから見た接触位置Ｐまでの距離ａと距離ｂの差を電圧差として見ていることになる。また、２点間の電圧差を見るので、ＧＮＤのふらつきとコモンモードのノイズは除去され、接触位置Ｐまでの距離が等しい点、すなわち中心線上は、差電圧が０Ｖになる。

【0019】

次に、クロック信号を抵抗Ｒ０を介してタッチパネルの４つのノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに同時に印加したときの２つのノード間の差動電圧測定モデルについて検討する。図４に示すように、Ｐを接触位置、a、b、c、dを接触位置Ｐから各ノードまでの距離とする。この時、各端子に現れる電圧をＶ(Ａ)、Ｖ(Ｂ)、Ｖ(Ｃ)、Ｖ(Ｄ)とする。

【0020】

ここで測定可能な差動電圧を次のように定義する。
Ｖ_ＢＡ＝Ｖ(Ｂ)−Ｖ(Ａ)、Ｖ_ＡＢ＝Ｖ(Ａ)−Ｖ(Ｂ)、
Ｖ_ＣＡ＝Ｖ(Ｃ)−Ｖ(Ａ)、Ｖ_ＡＣ＝Ｖ(Ａ)−Ｖ(Ｃ)、
Ｖ_ＤＡ＝Ｖ(Ｄ)−Ｖ(Ａ)、Ｖ_ＡＤ＝Ｖ(Ａ)−Ｖ(Ｄ)、
Ｖ_ＣＢ＝Ｖ(Ｃ)−Ｖ(Ｂ)、Ｖ_ＢＣ＝Ｖ(Ｂ)−Ｖ(Ｃ)、
Ｖ_ＤＢ＝Ｖ(Ｄ)−Ｖ(Ｂ)、Ｖ_ＢＤ＝Ｖ(Ｂ)−Ｖ(Ｄ)、
Ｖ_ＤＣ＝Ｖ(Ｄ)−Ｖ(Ｃ)、Ｖ_ＣＤ＝Ｖ(Ｃ)−Ｖ(Ｄ)

【0021】

また、これらの間には、次のような関係が成り立つ。
Ｖ_ＢＡ＝−Ｖ_ＡＢ、Ｖ_ＣＡ＝−Ｖ_ＡＣ、Ｖ_ＤＡ＝−Ｖ_ＡＤ、
Ｖ_ＣＢ＝−Ｖ_ＢＣ、Ｖ_ＤＢ＝−Ｖ_ＢＤ、Ｖ_ＤＣ＝−Ｖ_ＣＤ
また、
Ｖ_ＣＢ＝Ｖ_ＣＡ−Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＢ＝Ｖ_ＤＡ−Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＣ＝Ｖ_ＤＡ−Ｖ_ＣＡとなるから、測定可能な差動電圧の中で、他の差動電圧から求めることのできない差動電圧は、Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＡの２つに集約できる。すなわち、この２つの差動電圧が分かれば、他の差動電圧は、演算操作により求めることができることを示している。

【0022】

図５に、ノードＡ−Ｂ、ノードＡ−Ｄからみた差動電圧のシミュレーションの波形を示す。タッチパネルのＸ、Ｙ座標が（０，０）〜（３２，３２）であるとき、ノードＤから(２,３０)までの距離と、ノードＢから(３０,２)までの距離は等しい。しかし、電圧差が生じるのは、ノードＡまでの距離がそれぞれ異なるためである。ノードＡまでの距離が大きい方が、ノードＡの影響が小さくなり、信号量が大きくなる。

【0023】

本実施例による差動測定を利用した位置検出アルゴリズムを整理すると次のようになる。
４つのノードＡ〜Ｄに同時に基準パルス信号を入力し、そのうち、Ｘ軸、Ｙ軸の２つのノード間の差動出力を測定する。
差動電圧を測定するため、２つのノード間において引かれる抵抗と引く抵抗との大小関係で最大値が出る。
差電圧の最大値のストローブ時間は、それぞれで異なり、検出感度のよいのは最大値であり、これを抽出する。
しかし、最大値に重畳するノイズの影響を避けるため、Ｘ軸のノードＡ、ＢとノードＣ、Ｄの２点測定値、Ｙ軸のノードＡ、ＤとノードＢ、Ｃの２点測定値からノイズキャンセルを図ることが望ましい。
サンプリング間隔を０．０１ｓレベルで行い、２点測定と時間軸の２点測定からノイズキャンセルする。なおこのサンプリング動作ではサンプリング毎に例えば１ＭＨｚの基準クロック信号に合わせてＸ軸のノードＡ、ＢとノードＣ、Ｄの２点測定、Ｙ軸のノードＡ、ＤとノードＢ、Ｃの２点測定を１つの単位としてノイズキャンセルを図るに必要な回数繰り返すことになる。

【0024】

次に、差動電圧Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＡを測定すると、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すような其々の測定モードに特有の信号量の正負境界線（０Ｖ線）が現れる。すなわち、Ｘ軸のノードＡ、Ｂ間差動電圧Ｖ_ＢＡを測定した場合には、Ｘ軸と垂直方向の中心Ｏを通る線上は０Ｖであり、この０Ｖを境界に左側のノードＡに近い領域では、差動電圧Ｖ_ＢＡの符号は、正（＋）となり、右側のノードＢに近い領域では、差動電圧Ｖ_ＢＡの符号は、負（−）となる。Ｙ軸のノードＡ、Ｄ間の差動電圧Ｖ_ＤＡを測定した場合にも同様の特性が生じる。

【0025】

次に、本実施例のタッチパネルの好ましい構成について説明する。図７は、位置情報抽出部の好ましい構成を示すブロック図である。位置情報抽出部３０は、４つのノードＡ〜Ｄの出力信号を入力し、その中から２つの出力信号を選択するセレクター１００と、セレクター１００によって選択された２つのノードの出力信号を入力する差動増幅器１０２と、差動増幅器１０２から出力された差動信号のノイズを除去するフィルター１０４と、ノイズが除去された差動信号のピーク値を抽出するピーク値ホールド回路１０６と、ピークホールド回路１０６の出力信号をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ１０８と、各ノードに電流が流れたことに応答して指の接触があったことを検出する第３の回路（検出回路）１１０と、第３の回路（検出回路）１１０により接触が検出されるとセレクター１００による選択の切替を行うフリップフロップ回路１１２と、基準電位発生回路２０からの基準クロック信号を受け取り、信号バスＢＵＳを介して種々のクロック信号を各部を供給するコントローラ１１４とを含んで構成される。

【0026】

第３の回路（検出回路）１１０は、コントローラ１１４から供給されるクロック信号の立ち上がりに同期するタイミングで指の接触の有無を検出する。指の接触が検出された場合には、第３の回路（検出回路）１１０は、フリップフロップ回路１１２にイネーブル信号を供給し、フリップフロップ回路１１２を動作可能な状態にする。コントローラ１１４は、フリップフロップ回路１１２に信号バスＢＵＳを介して一定周波数のクロック信号を供給し、フリップフロップ回路１１２はクロック信号に応答して第３の回路（検出回路）の検出状態を保持する信号をセレクター１００に出力する。コントローラ１１４はまた、クロック信号に応答して選択状態に対応した切替クロック信号をセレクター１００に出力する。セレクター１００は、選択状態に応じて１対のノードの出力信号を選択する。例えば、最初の選択状態のとき、Ｘ軸上のノードＡ、Ｂの出力信号を選択し、次の状態のとき、Ｙ軸上のノードＡ、Ｄの出力信号を選択し、というように順次必要な出力信号を選択しこれらの組み合わせが繰り返される。この選択の周期は、コントローラ１１４からのクロック信号の周波数により適宜選択されるが、好ましくは、指の接触時間は、典型的に０．１秒程度であるので、その間にセレクター１００が少なくとも１００回程度のノードのサンプリングができるようにする。

【0027】

差動増幅器１０２は、セレクター１００によって選択された２つのノード（ＡとＢ、またはＡとＤ）の出力信号の差電圧信号を抽出する。フィルター１０４は、好ましくはローパスフィルターを用いて構成され、差電圧信号に重畳される高周波成分のノイズを除去する。ピーク値ホールド回路１０６は、コントローラ１１４からのクロック信号に応答して、クロックの立ち上がりから立下りまでの期間中の差電圧信号のピーク値を保持する。Ａ／Ｄコンバータ１０８は、ピーク値ホールド回路１０６で保持された差電圧のピーク値を受け取り、これを所定のビット数のディジタル値に変換し、位置検出部４０へ提供する。位置検出部４０は、後述するように受け取ったディジタル信号を処理することで、接触位置を検出する。

【0028】

図８は、図１（Ｂ）に示す位置情報抽出部３０の具体的な回路構成を示している。位置情報抽出部３０は、差動アンプ１２０、ノイズフィルター１３０、絶対値アンプ１４０、ピーク値ホールド回路１５０とを含んで構成される。なお、ここにはＡ／Ｄコンバータは示されていない。

【0029】

差動アンプ回路１２０は、セレクター１００によって選択された２つのノードからの出力信号を受け取り、その差分電圧を示し差分信号を出力する。差動アンプ回路１２０は、例えばアナログデバイス社製のＡＤ６２０を用いて構成される。ノイズフィルター１３０は、差動アンプ１２０からの差分信号を受け取り、そこに重畳される高周波成分のノイズを除去する。ノイズフィルター１３０は、例えばリニアテクノロジー社製のＬＴＣ１０６３のローパスフィルターを用いて構成される。

【0030】

絶対値アンプ１４０は、公知のように、入力信号の極性に応じて正転アンプまたは反転アンプとして機能する２つのオペアンプ１４０Ａ、１４０Ｂを含んで構成される。ノイズフィルター１４０からの出力信号ＶＯＵＴの入力電圧が正の場合には、２つのオペアンプは、入力信号を増幅する正転アンプとして機能し、入力電圧が負の場合には、２つのオペアンプは、入力信号を反転する反転アンプとして機能する。図６（Ａ）、（Ｂ）で説明したように、差分信号（差動電圧）は、接触位置Ｐに応じて正または負の感度特性を有するが、差分信号は、絶対値アンプ１４０を通過することで、全て正の電圧の信号に変換される。

【0031】

ピーク値ホールド回路１５０は、絶対値アンプ１４０からの出力信号とオペアンプ１５０Ｂの負帰還された基準電圧とを入力するコンパレータ１５０Ａ、コンパレータ１５０Ａの出力に接続されたダイオードＤ、コンデンサＣ、コンデンサに充電された電荷を放電するリセット回路を含んで構成される。コンパレータ１５０Ａは、絶対値アンプ１４０からの出力信号が基準電圧よりも高いとき、電源電位を供給するため、ダイオードＤ１を介してコンデンサが充電される。他方、出力信号が基準電位よりも小さくなると、コンパレータ１５０Ａは、負の電源電位を供給するため、ダイオードＤにより電流が遮断され、こうして、ピーク時の電圧がコンデンサＣにより保持される。また、リセット回路は、トランジスタＴｒと、ＦＥＴとを含み、トランジスタＴｒのベースにはリセットパルス信号が印加される。例えば、リセットパルス信号のパルス幅は、１０μＳよりも小さい。リセットパルス信号がローアクティブになるとトランジスタＴｒがオンし、ＦＥＴがオンすることでコンデンサＣの電荷が放電される。こうして、ピーク値ホールド回路１５０で保持されたピーク値は、Ａ／Ｄ変換器へ提供される。なお、図８に示す回路は一例であって、これ以外の構成であってもよい。

【0032】

次に、本実施例の位置検出部について説明する。図１（Ｂ）に示す位置検出部４０は、位置情報抽出部３０により抽出されたデータに基づき、１点接触（シングルタッチ）、複数点接触（マルチタッチ）の判定を行い、その判定結果に基づき検出した接触位置に該当する座標情報を出力する。

【0033】

図９は、位置検出部４０の好ましい構成例を示している。位置検出部４０は、位置情報抽出部３０で抽出された位置情報を受け取ったり、あるいは検出された接触位置の座標情報を出力する入出力部（Ｉ／Ｏ）２００と、位置検出を行うための種々のプログラムを格納したプログラムメモリ２１０と、位置検出のためのルックアップテーブル等の種々のデータを格納するデータメモリ２２０と、プログラムを実行することで種々の演算処理などを行う中央処理部２３０とを含んで構成される。

【0034】

１点接触（シングルタッチ）の位置検出方法について説明する。
１点接触において、最も粗い座標領域の特定方法は、符号判定である。図６の感度特性において説明したように、ノードＡ−Ｂ間、Ｃ−Ｄ間、Ａ−Ｄ間、Ｃ−Ｂ間の差動電圧の測定を行うと、接触位置に応じて差動電圧の符号の極性が異なる。但し、ここでのＡ−Ｂ間とは、ノードＡを基準にした差動電圧である。この性質を利用すると、Ａ−Ｂ間、Ａ−Ｄ間の２つの測定データから、図１０に示すように、接触位置が１象限、２象限、３象限、４象限のどの領域にあるかを判別することができる。各象限は、タッチパネルのＸ軸およびＹ軸の中心線を境界にした領域である。図に示すように、１象限では、差動電圧Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＡの符号がともに正であり、２象限では、差動電圧Ｖ_ＢＡが負、Ｖ_ＤＡが正となり、３象限では、差動電圧Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＡの符号がともに負であり、４象限では、差動電圧Ｖ_ＢＡが正、Ｖ_ＤＡが負となる。位置検出部４０は、検出精度が粗くてもよい場合には、２つの差動電圧Ｖ_ＢＡ、Ｖ_ＤＡから得られた差動信号に基づき接触位置が１象限ないし４象限のいずれに属するからを検出する。

【0035】

次に、位置検出部４０が、ルックアップテーブルを参照して、より精度の高い接触位置を検出する方法について説明する。図１０に示すように、１象限に接触点がある場合は、信号量の符号が全て正の値になり、信号量も最大値を示す。基板の対称性から、接触位置がある領域に基準を移せば、常に信号量は正の値になり、かつ信号量も最大になる。また、この性質を利用することで、準備するプロファイル（ルックアップテーブルＬＵＴの容量）は、タッチパネル全体の面積の１／４、つまり１つの象限で用意すればよい。

【0036】

指によるタッチを想定した場合、指のタッチ面積により、座標指定領域の分解能に制約があり、パネルのサイズに合わせて座標点の数を決める必要がある。そこで、ここでは相当大きいパネルを考慮しても対応できる６５×６５の座表を有するタッチパネルを想定する。この場合、座標領域の特定に必要な座標プロファイルの大きさは、上記したように１／４の領域で済むので、図１１に示すように、３３×３３の座標領域になる。

【0037】

座標領域として扱うのは、８座標間隔とし、符号判定法と同じように、（１）座標（００，１６）の座標値と抽出位置データ（位置情報抽出部により抽出されたもの）との大小関係を比較し、次いで、（２）座標（１６，００）の座標値と抽出位置データとの大小関係を比較する。ルックアップテーブルには、所定の座標における座標値が格納されるが、座標値は、当該座標における差動電圧の信号量に対応した値である。仮に、上記の判定（１）、（２）の両方とも抽出位置データが大きかった場合には、図１１に示す丸で示された領域が求められたことになる。

【0038】

接触位置の検出の精度をさらに向上させる場合には、図１１に示す粗い座標領域を特定した後、その領域に対応する倍精度のルックアップテーブルを用いて、さらに座標領域を詳細に特定し、この領域が特定できたところで、さらに倍精度のルックアップテーブルを用いてさらに座標領域を特定する。このような判定を繰り返すことで、最終的な座標を求めることができる。図１１の例では、最終的に座標値（２１，２９）が算出された例を示している。

【0039】

次に、座標判定を行うためにルックアップテーブルに用意される必要なデータについて説明する。図１２（Ａ）に示すように、９×９の格子点で表すことのできる８×８の領域について考える。比較に必要な格子を黒丸と白丸で表す。黒丸は、Ｙ方向の比較に使用するデータであり、白丸は、Ｘ方向の比較に使用するデータである。これを全部１つにまとめると図１２（Ｂ）に示すようになり、これらのデータ数で８×８で表現できる。

【0040】

次に、ルックアップテーブルの構成について説明する。６５×６５の１／４の３３×３３の格子点で表される領域比較に必要なデータは、３２×３２の格子点が表現できればよく、２^５×２^５の１０ビットのアドレス空間が必要となる。アドレスビットの構成は、図１３（Ａ）に示すように、Ｘアドレスが５ビット、Ｙアドレスが５ビットとなる。なお、１象限ないし４象限の４つの領域の区別は、レジスタを用いて管理する。

【0041】

８×８の粗い座標領域を特定する時のアドレス設定は、図１３（Ｂ）のようになる。ここで、ｘｘｘは、任意の数値である。詳細座標領域の設定は、ＸＹアドレスの０の部分の左からｘに設定する操作になる。

【0042】

ルックアップテーブルのビット構成は、差動方式を用いるので、信号変化の値は、−２Ｖ〜２Ｖの範囲になる。分解能を１ｍＶ、精度を２ｍＶ程度に設定すると、４Ｋの分解能が必要となり、Ａ／Ｄ変換器のビット数は１２ビットになる。

【0043】

次に、複数点接触（マルチタッチ）の位置検出方法について説明する。
複数点接触の位置検出は、１点接触の重ね合わせから求めることができる。
図１４に示すように、接触点Ｔ２が接触店Ｔ１と重なったときを考える。ただし、信号量はノードＡ−Ｂから見た値とする。この場合、接触による静電容量がほぼ２倍になるため、信号量が増加する。但し、信号量の大きさは２倍にはならず、１点接触のときの１．３〜１．８程度である。接触点Ｔ２が接触点Ｔ１から離れてゆくと、図の例では、ｂ２の抵抗変化は少ないが、ａ２の抵抗が大きく変化する。接触点Ｔ１の距離ａ１がノードＡの近傍にあり、ｂ１はノードＢから離れているため、信号電圧はほとんどａ１で決まる。接触点Ｔ２が接触点Ｔ１から離れると、距離ａ２が大きくなり、ａ２による信号量が低下し、接触点Ｔ２の移動により信号量が小さくなる。ａ２がよりノードＡに近づくと、逆に信号量が大きくなる。この信号量の変化は、２点間の移動距離に対応した値になる。これが、２点接触の検出原理である。２点接触では、接触により静電容量が増加することにより信号量も増加するので、比較的感度が高い。他方、Ｘ軸のノードＡ−Ｂの感度が低下しても、Ｙ軸のノードＡ−Ｄがそれを補完するため、検出することが可能である。

【0044】

次に、複数点接触の代表的な２点の測定結果を図１５、図１６に示す。図１５は、Ｘ軸方向の３つの位置、すなわち、６６−１２間タッチ、６８−１４間タッチ、７０−１６間タッチしたときの差動電圧波形を示している。図１６は、Ｙ軸方向の３つの位置、すなわち、６５−７１間タッチ、３８−４４間タッチ、１１−１７間タッチしたときの差動信号の波形を示している。この２点タッチ間の距離は、全ての測定に於いて等距離とし、座標軸の数字はその近傍の値を示している。２点タッチによる場合も、１点タッチのときよりも信号レベルは高くなるが、１点タッチと同様の感度特性の信号波形が現れている。この信号波形のピーク位置は例えば６６−１２間タッチの場合は６６と１２の点に接触した１点タッチのピーク位置の平均値にタッチ容量がほぼ２倍になった時に増加ずる信号量の比率を乗じたものに等しく、座標位置で示すとほぼ６６と１２の中心座標になる。このようにＡ−Ｂ間あるいはＡ−Ｄ間に水平な方向に位置する２点タッチは座標で見ると２点のほぼ中心に位置する１点タッチのように見える。

【0045】

次に、２点間の移動座標の検出について説明する。図１７、図１８、図１９は、座標１、２、３において、２点間の距離を変化させたときの検出結果を示している。これらはいずれもＡ−Ｂ間に垂直な方向に移動した場合に現れる現象で、Ａ−Ｄに垂直に移動する場合も同様な結果が得られる。
座標１では、(２８-４６)、(１９-５５)、(１０-６４)となるように間隔を広げる。
座標２では、(２９-４７)、(２０-５６)、(１１-６５)となるように間隔を広げる。
座標３では、(３０-４８)、(２１-５７)、(１２-６６)となるように間隔を広げる。
これらのグラフから判るように、２点間の移動距離が大きくなるほど、差動信号のレベルが大きくなることがわかる。これはＡ−Ｂ面に垂直な方向にのみ現れる性質で移動距離にたいする差動信号レベルの平均変化率を表している。これはＡ−Ｂ面に垂直な方向の座標変化にたいする差動信号レベルの増加の傾きを示している。差動信号レベルの増加の傾きが座標変化に対し下に凸のときは正の値、上に凸のときは負の値を示す。例では、下に凸であったため正の値となり広がりを示しているが上に凸の場所では負の値になり縮小を示すことになる。これは、場所による差動信号レベルの変化の凹凸を把握すれば測定した差動信号レベルの変化により拡大縮小を検出できることを示している。

【0046】

図２０は、コーナー付近での２点間の座標を移動させたときの検出結果を示すものである。ここでは、ノードＡのコーナー付近で２点間を、Ｘ軸は同一座標としつつ、Ｙ軸上の距離を変化させている（２点間距離は、２７、８１、１３５）。この場合のみ、上記と同様に、移動距離が大きくなるほど、差動信号のレベルは大きくなることがわかる。

【0047】

位置検出部４０は、差動信号の電圧レベルが第１のしきい値と比較し、第１のしきい値よりも大きい場合には、２点接触であると判定する。第１のしきい値は、１点接触のときに得られるであろう電圧レベルよりも大きな値に予め設定される。また、位置検出部４０は、１点接触のときと同様に、ルックアップテーブルを用意し、これを参照することで２つの接触位置と差動信号レベルの凹凸を求めることができる。さらに、位置検出部４０は、差動信号のレベルの変化により、２点接触が移動していることを検出することができる。差動信号のレベルの変化は、サンプリングされたピーク値の変化量から判定することができる。

【0048】

次に、３点接触のときの位置検出方法について説明する。３点接触の場合にも、基本的には、２点接触の場合と同様の原理であり、３点接触されたときに静電容量が増加し、差動信号のレベルが大きくなること検出する。３点接触されたとき、図２１に示すように、位置情報抽出部３０から抽出された位置情報は、３つの接触点で形成される三角形の重心となる１点接触を表すことになる。３点接触は、１Ａと２Ａの２点接触が行われ、次いで３Ａの１点接触が行われる組合せ（Ａ法）、または１Ｂと２Ｂの２点接触が行われ、次いで３Ｂの１点接触が行われる組合せ（Ｂ法）と見ることができる。

【0049】

図２２は、図２１に示す３点接触をＡ法で操作したときの測定結果を示している。３点タッチは、１点タッチ、２点タッチよりも電圧レベルが高くなることがわかる。また、図２３は、３点接触をＢ法で操作したときの測定結果を示している。この場合にも、３点タッチは、１点タッチ、２点タッチよりも電圧レベルが高くなることがわかる。

【0050】

位置検出部４０は、差動信号の電圧レベルが第２のしきい値と比較し、第２のしきい値よりも大きい場合には、２点接触であると判定する。第２のしきい値は、２点接触のときに得られるであろう電圧レベルよりも大きな値に予め設定される。また、位置検出部４０は、１点接触のときと同様に、ルックアップテーブルを用意し、これを参照することで３点接触の位置を求めることができる。

【0051】

次に、図１（Ｂ）に示す付加抵抗Ｒ０の最適化について説明する。タッチパネルの導電膜１４の対角線上の抵抗Ｒは一定であり、例えば、６〜７ｋΩである。図２４に示すように、負荷抵抗Ｒ０を、１ｋΩ、３ｋΩ、５ｋΩ、１０ｋΩとしたときの差動電圧Ｖ_ＡＢの電圧波形を示している。これらのグラフから、基板抵抗と同程度の５ｋΩの付加抵抗であるとき、インピーダンスマッチングし、最大振幅となっている。このため、測定感度を良くするためには、基板抵抗と同程度の付加抵抗を用いることが望ましい。

【0052】

次に、タッチパネルの校正方法について説明する。図２５は、Ｘ座標をパラメータとした、タッチパネルのノードＡ、Ｂから見た差動信号電圧の座標値依存性（Ｙ軸方向の距離依存性）である。図から明らかなように、差動信号電圧の距離依存性には次のような特徴がある。

【0053】

（１）タッチ容量が２０ｐＦの距離依存性をα倍したものが４０ｐＦの依存性に等しくなるというようにタッチ容量に対する容量係数αを求めれば任意の容量に対する依存性を求めることができる。
（２）ノードＡ、Ｂから中心までの電圧変化が大きく、中心より先の電圧変化が小さい。
この特徴は、ノードＡ−Ｄ、ノードＢ−Ｃ、ノードＣ−Ｄについても成り立つ。そこで、この性質を積極的に利用することでタッチ容量に依存しない正規化信号電圧を求めることができる。

【0054】

ノードＡ−Ｂ面から見た代表点の差動信号電圧の容量依存性を図２６に示す。このような差動信号電圧の容量依存性に対しタッチ容量４０ｐＦ（αを算出する場合の容量を２０ｐＦにしようと６０ｐＦにしようと問題ないが、最も出現頻度の大きそうな４０ｐＦとし、この容量を標準容量と呼ぶことにする）の時の容量係数αを求めると図２７のようになる。

【0055】

タッチパネルの各辺から見た差動信号電圧の座標値依存性は、タッチ容量係数αを求めれば任意のタッチ容量値に対する座標依存性を算出することができる。しかし、このαを求めるのは容易ではない。そこで、タッチ容量値に依存しない正規化信号電圧を導入する。

【0056】

タッチ位置を求める時、タッチパネルの各辺に対する信号電圧を測定する。この時、例えばノードＡＢ辺とＣＤ辺について見ると、図２８（Ａ）の丸Ｔ１、Ｔ２で示したように必ず、パネルの中心に対して対称な２点の測定値が得られる。ＡＢ辺から見たＴ１の信号電圧をＶ１、タッチパネルの中心線に対称な点をＴ２とし、ＡＢ辺から見たＴ２の信号電圧をＶ２とすると、パネルの対称性から次の関係が成り立つ。
ＤＣ辺から見たＴ１の信号電圧＝Ｖ２、
ＤＣ辺から見たＴ２の信号電圧＝Ｖ１
この２点の測定値の小さい方の値で大きい方の値で割った値を正規化信号電圧と定義すると、図２８（Ｃ）の式に示すように、容量係数αが消えタッチ容量に依存しない値となる。

【0057】

タッチパネルのＡＢ辺とＡＤ辺から見た差動信号電圧の座標値依存性から求めた正規化信号電圧の座標依存性は、
（１）直線性が改善され、中心付近でも十分な信号量の変化が確保できる。
（２）パネルの中心から先の信号量の小さい座標算出に使えない領域がなくなる。
図２９は、ノードＡＢにおける差動信号電圧の座標依存性を示し、これが、図３０に示すような正規化信号電圧の座標依存性に変換される。図３１は、ノードＡＤの差増信号電圧の座標依存性、図３２は、変換された正規化信号電圧の座標依存性を示している。

【0058】

ＡＢ辺から見た正規化信号電圧の容量依存性は、図３３、図３４に示すように極めて小さい。このためタッチ座標の算出には好都合であるが、タッチ容量の算出はできず、タッチ容量の算出には別の方法を用いる必要がある。タッチ容量を算出するには、容量による電圧変化に着目する必要がある。このため、タッチ容量を算出するには、図３５に示す手順が効果的である。
（１）タッチ点の差動信号電圧をノードＡＢ、ノードＣＤ、ノードＢＣ、ノードＡＤの４辺について測定する（Ｓ１０１）。
（２）測定した差動信号電圧から正規化信号電圧を算出する（Ｓ１０２）。
（３）タッチ点の正規化信号電圧と正規化信号電圧のルックアップテーブルを用いてタッチ点の座標を算出する（Ｓ１０３、Ｓ１０４）。
（４）次に、タッチ容量が標準容量のときの差動信号電圧のルックアップテーブルからタッチ点の差動信号電圧Ｖ０を求める（Ｓ１０５、Ｓ１０６）。
（５）差動信号電圧Ｖ０を用いて容量係数αを算出する。容量係数αは測定電圧ＶｍをＶ０で割った値である。
（６）求めた容量係数αからαと容量値を関係付けたルックアップテーブルを用いてタッチ容量を算出する（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。

【0059】

次に、本実施例のタッチパネルのタッチ検出アルゴリズムのフローを図３６に示す。このアルゴリズムは、好ましくは、プログラムメモリ２１０（図９を参照）に格納されたプログラムシーケンスによって制御される。先ず、位置情報抽出部３０や位置検出部４０に含まれる全てのパラメータが初期設定された状態におかれている（Ｓ２０１）。次に、タッチパネルへの電源が投入されると、位置情報抽出部３０および位置検出部４０は、補正データを取得し、これに基づきパラメータの設定を行う（Ｓ２０２）。ここでの補正データとは、校正などに必要なデータであり、予め不揮発性メモリなどに格納されている。

【0060】

次に、タッチ状態が発生すると（Ｓ２０３）、位置情報抽出部３０により位置情報が抽出され、この情報は、Ａ／Ｄ変換された後、ディジタル信号として位置検出部４０へ出力される（Ｓ２０４）。位置検出部４０は、データを受け取ると、位置検出に必要な前処理を行う（Ｓ２０５）。前処理は、例えば、測定誤差を少なくするために平均化処理、上記した正規化信号電圧の算出、タッチ容量の算出などを含む。

【0061】

次に、位置検出部４０は、タッチ容量が２倍以上であるか否か、言い換えれば、差動電圧のピーク値が第１のしきい値より大きいか否かを判定する（Ｓ２０６）。第１のしきい値未満であれば、１点接触であると判定し、座標を算出する演算処理を行う（Ｓ２０７）。この演算では、上記したように、差動電圧の感度特性による符号判定や、これに加えてルックアップテーブルを参照して詳細な座標算出が行われる。一方、第１のしきい値以上である場合には、位置検出部４０は、複数点接触であると判定し、さらに第２のしきい値と比較することで、２点接触か３点接触かを判定するようにしてもよい。位置検出部４０は、２点接触または３点接触に対応したルックアップテーブルを参照し、座標位置を算出する（Ｓ２０８）。

【0062】

次に、位置検出部４０は、算出された座標情報を出力するとともに、移動フラグを“１”に設定する（Ｓ２０９）。次に、移動検出部４０は、接触点の移動の有無を判定する（Ｓ２２１０）。接触点が移動しているか否かは、前回の座標出力と比較すること行われる。また、２点接触の場合、距離が変化すると差動信号のレベルが変化するので、この変化量に基づき判定してもよい。移動がない場合には、移動フラグは“０”に設定され（Ｓ２１１）、タッチ状態発生前の状態に戻る。移動があると判定されたには、再び、ステップＳ２０４からの処理が続行される。

【0063】

次に、ホバーリングタッチの測定結果を図３７に示す。本特許のタッチパネルは検出感度が高く、パネルから指を離しても接触点の検出が可能である。動作的には１点タッチの延長線上にあり、容量係数αの小さい１点タッチとして認識される。このため、第３の回路（検出回路）の感度により、測定限界が決まる点を除き、座標の検出等については１点タッチの手法がそのまま適用できる。図の測定ではパネルから５ｃｍ程度離しても検出できることが確認できたが第３の回路（検出回路）の感度をより高くすることにより、パネルからの距離をより大きくすることができる。

【0064】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、位置検出部４０（図９）をメモリ・論理共役システム（ＭＬＣＳ：Memory-Logic Conjugate System）で実現すれば、ダイナミックリコンフィギュレーションが可能なクラスタメモリをルックアップテーブル（データメモリ２２０）として構成でき、中央処理部２３０による複数のステップで実現される演算処理の短縮化が実現できる。これは、中央処理部２３０の高速化の実現と、中央処理部２３０及びデータメモリ２２０のサイズ縮小化が実現でき、FPGA（Field-Programmable Gate Array）やマイクロコントローラ(micro controller)よりもコストパフォーマンスが向上する。

【符号の説明】

【0065】

１０：タッチパネル
１２：基板
１４：導電膜
１６：保護膜
２０：基準電位発生回路
３０：位置情報抽出部
４０：位置検出部
１００：セレクター
１０２：差増増幅回路
１０４：フィルター
１０６：ピーク値ホールド回路
１０８：Ａ／Ｄ変換器
１１０：タッチ第３の回路（検出回路）
１１２：フリップフロップ回路
１１４：コントローラ
Ｐ、Ｔ１、Ｔ２：接触位置
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：ノード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】