特許 6296307 電子機器、静電容量センサ及びタッチパネル

(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】6296307

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】電子機器、静電容量センサ及びタッチパネル

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20180312BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20180312BHJP

   G06F 3/0354 20130101ALI20180312BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 512

   G06F3/044 110

   G06F3/0354 450

   G01B7/00 102C

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2016-198410(P2016-198410)

(22)【出願日】2016年10月6日

(62)【分割の表示】特願2015-199352(P2015-199352)の分割

【原出願日】2011年8月30日

(65)【公開番号】特開2017-76383(P2017-76383A)

(43)【公開日】2017年4月20日

【審査請求日】2016年10月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】303018827

【氏名又は名称】Ｔｉａｎｍａ Ｊａｐａｎ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 浩史

(72)【発明者】

【氏名】浅田 秀樹

【審査官】 永野 志保

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２８０８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３４６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３１１６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３８３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６７４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３５７１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０１Ｂ ７／００

Ｇ０６Ｆ ３／０３５４

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサシステムと、
間欠的な矩形波信号を生成し、該センサシステムに与える励振生成部と、
該センサシステムの出力である振幅変調信号を復調する復調部と、
を含み、
該復調部は、
該励振生成部が矩形波信号を出力した期間の該センサシステムの応答の振幅及び位相から得られるベクトルと、
少なくとも前記期間の直前と直後のどちらか一方の、該励振生成部が矩形波信号を出力していない期間の該センサシステムの応答の振幅及び位相から得られるベクトルとの両者を用いて、復調信号を生成することを特徴とする電子機器。

【請求項2】

該励振生成部が矩形波信号を出力した期間の該センサシステムの応答から算出される、
該矩形波信号の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをＸとし、
該励振生成部が矩形波信号を出力していない期間の該センサシステムの応答から算出される、該矩形波信号の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをＮとしたとき、
該復調信号は、｜Ｘ−Ｎ｜の定数倍とされることを特徴とする請求項１記載の電子機器。

【請求項3】

該励振生成部が矩形波信号を出力した期間の該センサシステムの応答から算出される、
該矩形波信号の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをＸとし、
その直前および直後の該励振生成部が矩形波信号を出力していない期間の該センサシステムの応答から算出される該矩形波信号の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをそれぞれ、Ｙ、Ｚとしたとき、
該復調信号は、｜Ｘ−Ｍ｜の定数倍、ただしＭはＹとＺとの平均ベクトル、とされることを特徴とする請求項１記載の電子機器。

【請求項4】

面抵抗体を有し、
前記センサシステムは、該面抵抗体に接続された、該面抵抗体に電圧を印加し、該面抵抗体に流れる電流を測定し出力する駆動・検出回路から構成され、
該面抵抗体と指示体とで形成されるキャパシタの静電容量を検出することで、指示体のタッチ状態もしくは座標を検出する、請求項１乃至３いずれか一つに記載の電子機器を含む静電容量センサ。

【請求項5】

表示装置を含み構成され、
該表示装置の非アドレス期間に、該励振生成部が矩形波信号を出力する期間と、矩形波信号を出力しない期間とを有し、
該矩形波信号を出力した期間の該センサシステムの応答と、該矩形波信号を出力しない期間の該センサシステムの応答との両者を用いて、復調信号を生成することを特徴とする請求項４に記載の静電容量センサ。

【請求項6】

面抵抗体を有し、
前記センサシステムは、該面抵抗体に接続された、該面抵抗体に電圧を印加し、該面抵抗体に流れる電流を測定し出力する駆動・検出回路から構成され、
該面抵抗体と指示体とで形成されるキャパシタの静電容量を検出することで、指示体のタッチ状態もしくは座標を検出する、請求項１〜３記載の電子機器を含むタッチパネル。

【請求項7】

表示装置を含み構成され、
該表示装置の非アドレス期間に、該励振生成部が矩形波信号を出力する期間と、矩形波信号を出力しない期間とを有し、
該矩形波信号を出力した期間の該センサシステムの応答と、該矩形波信号を出力しない期間の該センサシステムの応答との両者を用いて、復調信号を生成することを特徴とする請求項１〜３記載の電子機器。

【請求項8】

表示装置を含み構成され、
該表示装置の非アドレス期間に、該励振生成部が矩形波信号を出力する期間と、矩形波信号を出力しない期間とを有し、
該矩形波信号を出力した期間の該センサシステムの応答と、該矩形波信号を出力しない期間の該センサシステムの応答との両者を用いて、復調信号を生成することを特徴とする請求項６記載のタッチパネル。

【請求項9】

演算増幅器と、該演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗器と、
該演算増幅器の反転入力端子に接続された導体と、
間欠的な矩形波信号を生成し、該演算増幅器の非反転入力端子に与える励振生成部と、を有する、該導体の静電容量を検出する電子機器であって、
該演算増幅器の出力である振幅変調信号を復調する復調部、
を含み、
該復調部は、
該励振生成部が矩形波信号を出力した期間の該演算増幅器の応答と、
少なくともその直前直後どちらか一方の、該励振生成部が矩形波信号を出力していない期間の該演算増幅器の応答との両者を用いて、復調信号を生成することを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器、静電容量センサ及びタッチパネルに係り、特にＡＭ変復調システムを用いる電子機器、静電容量センサ及びタッチパネルに関する。

【背景技術】

【0002】

タッチパネルは、指やペンなどの指示体を用いて指し示された位置座標又は指し示す動作の有無を検出する装置であり、現在は、通常、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）やプラズマ表示装置（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ、ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置と組み合わせて用いられる。

【0003】

タッチパネルの出力を計算機に入力し、計算機によって表示装置の表示内容を制御したり、機器を制御したりすることにより、使い勝手の良いヒューマン・インターフェイスが実現される。現在、タッチパネルは、ゲーム機、携帯情報端末、券売機、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、カーナビゲーション等、日常生活において広く利用されている。また、計算機の高性能化及びネットワーク接続環境の普及に伴い、電子機器によって供給されるサービスが多様化し、タッチパネルを備えた表示装置に対するニーズが拡大し続けている。

【0004】

タッチパネルの一方式として、表面容量式のタッチパネルがある。表面容量式のタッチパネルは（イ）面抵抗体と、（ロ）該面抵抗体に接続され、該面抵抗体に、励振として交流電圧（正弦波電圧）を印加し、該面抵抗体に流れる電流を測定し出力する、駆動・検出回路とから構成される。

【0005】

詳しくは、表面容量式のタッチパネルは透明基板とその表面に形成された、透明な面抵抗体と、その上面に形成された薄い絶縁膜とで構成される。この面抵抗体を、位置検出導電膜と呼ぶ。この方式のタッチパネルを駆動する際、位置検出導電膜の４隅に交流電圧を印加する。指または指示棒等（以下指等）でタッチパネルを触れると、位置検出導電膜と指等との静電容量結合によってキャパシタが形成される。このキャパシタを介して、指等に微小電流が流れる。この電流は、位置検出導電膜のそれぞれの隅から指等がタッチした点に流れる。駆動・検出回路により検出された電流に基づいて、信号処理回路が指等のタッチの有無と指等のタッチ位置の座標を計算する。具体的には、信号処理回路は位置検出導電膜の４隅の電流の和に基づいて、タッチの有無を検出する。また、位置検出導電膜の４隅の電流の比に基づいて、タッチ位置の座標を計算する。

【0006】

このような表面容量式の動作原理に基づくタッチパネルが特許文献１〜５に開示されている。

【0007】

特許文献１は、表示パネルとタッチパネルとを組み合わせて動作させるときに、表示パネルの駆動信号による位置検出精度の低下を防止するために、表示パネルの非表示期間中にタッチパネルに交流電圧を印加するとともに、表示パネルの対向電極に対して同じ交流電圧を印加する対向電極駆動手段を備えている。

【0008】

また、特許文献２は、「ノイズが大きいときはＡＣ電圧振動レベルを大きくし、ノイズが少ないときにはＡＣ電圧振動レベルを小さくし、特定周波数ノイズの場合は別の電圧振動周波数に切り替えることにより安全性を確保し、Ｓ／Ｎ比が良くなり耐ノイズ性に優れ、且つ電気的に安全なタッチパネル装置」が示されている。

【0009】

加えて、特許文献３では、「指がパネルへタッチしたときの位相及びＡＣ電圧を接触ベクトル信号として、前記両信号の位相差と振幅より、余弦定理を用いて算出したスカラー量を本来の指がタッチしたＡＣ信号として、前記タッチ位置を検出するに当たり、指が前記面抵抗体の近くに無い時の寄生信号による前記ＡＣ電圧や、容量性接地人体や抵抗性接地人体の指による前記信号の位相差を排除する」ことが記載されている。

【0010】

続いて、特許文献４は、「演算回路は、ロングセンサ線ＬＳＬｉの出力と、ショートセンサ線ＳＳＬｉの出力を入力し、その差分（Ｄｅｌｔａ）と配線容量比Ｋｃを用いた演算により信号成分Ｓを求める」ことが開示されている。

【0011】

一方、特許文献５には、「これらの４箇所のノードは、それぞれＮａ、Ｎｂ、Ｎｃ、Ｎｄの記号が付されている。これらのノードには、後述する電流検出回路の各端子が接続される」ことが開示され、また、「ノードＮａ〜Ｎｄには、電流検出回路１３ａ〜１３ｄを介して、単極双投スイッチ２１ａ〜２１ｄを接続する。単極双投スイッチ２１ａ〜２１ｄの２接点の一方には交流電圧源２２を接続し、他方（すなわち、図４でＣＯＭと記載されたノード）には蓄積容量線駆動回路を接続する。交流電圧の波形は、一例として、正弦波を利用することができる。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００７−３３４６０６号公報

【特許文献2】特開２００６−１０６８５３号公報

【特許文献3】特開２０１０−８６２８５号公報

【特許文献4】特開２０１１−１３７５７号公報

【特許文献5】特開２０１１−１４１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

以下の分析は、本発明者によってなされたものである。特許文献１に記載されたタッチパネルには次の五点の課題を有している。

【0014】

第一の課題は、外来ノイズ（電界の変化、静電容量結合性のノイズ）に弱いことである。特許文献１では、表示パネルの駆動信号による位置検出精度の低下を防止するとされているものの、表示パネルの駆動信号以外に由来する外来ノイズ、例えば、タッチパネルのタッチする面の上方に配置された、インバータ回路を含んでなる蛍光灯から発せられるノイズに対して、影響を受けやすい。

【0015】

理由の一つは、タッチパネルの動作原理に基づくものである。つまり、表面容量式のタッチパネルは、位置検出導電膜と指との間に形成されるキャパシタの静電容量を検出するものであるため、位置検出導電膜と指との間に、電磁界をシールドするためのシールド電極を形成することができないことである。このため、位置検出導電膜のタッチされる面は、外来ノイズに対して無防備な構造にならざるを得ない。そして、タッチパネルの寸法が大きくなるにつれて、外来ノイズの影響を受けやすくなる。

【0016】

別の理由は、ノイズ源が増えているからである。例えば、チラツキを低減させるために開発されたインバータ式蛍光灯が市場に受け入れられ、その数が増加していることが挙げられる。あるいは、携帯機器用の充電器やＡＣアダプタにおいて、電源電圧の変換効率を高めるために開発されたスイッチング電源が多く採用されるようになってきたことが挙げられる。これらの機器から生じるノイズは、静電容量を検出する機器の正常動作を妨げる。

【0017】

第二の課題は、タッチパネルの励振周波数とノイズの周波数とが一致する場合、若しくは近傍の場合、バンドパスフィルタではノイズを除去できないことである。

【0018】

上記で例示したノイズの基本周波数あるいは、その高調波の周波数は、タッチパネルの励振周波数と一致する、またはその近傍である。一方、特許文献１に記載がある同期検波回路は、励振周波数と異なる周波数のノイズを除去するためにフィルタリングを行うとされている。よって、このように、観測信号を周波数で分解、選択する手法では、励振周波数とノイズの周波数が一致した場合ノイズを除去することができない。

【0019】

また、ノイズの周波数が励振周波数の近傍の場合、バンドパスフィルタの通過域と阻止域との間に存在する減衰域（あるいは遷移域）を通して、ノイズが混入してしまう。つまり、実現可能なフィルタはその周波数分解能に一定の限度を有すため、励振周波数の近傍の周波数のノイズを除去できない。

【0020】

第三の課題は、タッチ検出動作期間が、非表示期間（非アドレス期間）等に限定される場合、周波数分能が低下し、真の信号の周波数近傍のノイズが除去できないことである。例えば、ペリオドグラムスペクトル推定法の場合、対象信号が振幅の等しい２つの正弦波信号からなる場合、

【0021】

【数1】

Ｔ：信号取得期間
となるスペクトルピークを分離できるとされる。

【0022】

この場合、信号取得期間Ｔが５００マイクロ秒のとき、Δｆは２ｋＨｚであり、真の信号を１００ｋＨｚ、ノイズを９９ｋＨｚとした場合、両者を周波数で分解することはできないと考えられる。

【0023】

第四の課題は、平均化によるノイズ除去効果が低下し、Ｓ／Ｎが低下する。例えばポアソン分布の雑音が重畳された観測信号を多数回取得し、平均化により、ノイズを相殺してノイズを低減化させる場合、ノイズの低減量は取得回数の平方根に比例するとされることである。つまり、信号取得期間が非表示期間（非アドレス期間）等の短時間に制限される場合、平均化によるノイズ除去効果が低下し、Ｓ／Ｎが低下する。

【0024】

第五の課題は、本願出願人が特願２００９−１６３４０１号で示したように、位置検出導電膜と指との間に、偏光板が存在するという構造を適用する場合、位置検出導電膜と指との間で形成される静電容量が小さくなり、Ｓ／Ｎが低下することである。また、位置検出導電膜と指との間に保護ガラス等を挿入した場合、同様にＳ／Ｎが低下する。

【0025】

そこで、信号の周波数とノイズの周波数が同一、あるいは、従来の周波数分解能では分解できない程度近傍のノイズを除去し、タッチの有無やタッチ位置を精度良く検出することができる電子機器、静電容量センサ及びタッチパネルを提供することが課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0026】

前記の課題を解決するために本発明に係る電子機器１２０は、センサシステム１０１と間欠的な正弦波信号を生成し、該センサシステムに与える励振生成部１０２と、該センサシステムの出力である振幅変調信号を復調する復調部１０５と、を含み、該復調部は、該励振生成部が正弦波を出力した期間の該センサシステムの応答ｘ_１（ｔ）と、少なくともその直前直後どちらか一方の、該励振生成部が正弦波を出力していない期間の該センサシステムの応答ｚ_１（ｔ）との両者を用いて、復調信号Ｄ（ｔ）を生成する。

【0027】

また、本発明の電子機器は、該励振生成部が正弦波を出力した期間の該センサシステムの応答から算出される、該正弦波の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをＸとし、該励振生成部が正弦波を出力していない期間の該センサシステムの応答から算出される、該正弦波の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをＮとしたとき、該復調信号は、｜Ｘ−Ｎ｜の定数倍とされる復調部を更に有する。

【0028】

さらに、本発明の電子機器は、該励振生成部が正弦波を出力した期間の該センサシステムの応答から算出される、該正弦波の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをＸとし、その直前および直後の該励振生成部が正弦波を出力していない期間の該センサシステムの応答から算出される該正弦波の周波数成分の振幅と位相から求まるベクトルをそれぞれ、Ｙ、Ｚとしたとき、該復調信号は、｜Ｘ−Ｍ｜の定数倍、ただしＭはＹとＺとの平均ベクトル、とされる復調部を更に有する。

【0029】

一方、前記の課題を解決するために本発明に係る静電容量センサは、該電子機器を含んで構成され、面抵抗体と、該面抵抗体に接続された、該面抵抗体に電圧を印加し、該面抵抗体に流れる電流を測定し出力する駆動・検出回路とから構成されるセンサシステムとを有し、該面抵抗体と指示体とで形成されるキャパシタの静電容量を検出することで、指示体のタッチ状態もしくは座標を検出する。

【0030】

また、本発明の静電容量センサは、該電子機器を含んで構成され、さらに、表示装置を含み構成され、該表示装置の非アドレス期間に、該励振生成部が正弦波を出力する期間と、正弦波を出力しない期間とを有し、該正弦波を出力した期間の該センサシステムの応答と、該正弦波を出力しない期間の該センサシステムの応答との両者を用いて、復調信号を生成する。

【0031】

一方、前記の課題を解決するために本発明に係るタッチパネルは、該電子機器を含んで構成され、面抵抗体と、該面抵抗体に接続された、該面抵抗体に電圧を印加し、該面抵抗体に流れる電流を測定し出力する駆動・検出回路とから構成されるセンサシステムとを有し、該面抵抗体と指示体とで形成されるキャパシタの静電容量を検出することで、指示体のタッチ状態もしくは座標を検出する。

【0032】

また、本発明のタッチパネルは、該電子機器を含んで構成され、さらに、表示装置を含み構成され、該表示装置の非アドレス期間に、該励振生成部が正弦波を出力する期間と、正弦波を出力しない期間とを有し、該正弦波を出力した期間の該センサシステムの応答と、該正弦波を出力しない期間の該センサシステムの応答との両者を用いて、復調信号を生成する。

【0033】

さらに、前記の課題を解決するために本発明に係る電子機器は、演算増幅器と、該演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗器と、該演算増幅器の反転入力端子に接続された導体と、間欠的な正弦波信号を生成し、該演算増幅器の非反転入力端子に与える励振生成部と、を有する、該導体の静電容量を検出する電子機器であって、該演算増幅器の出力である振幅変調信号を復調する復調部、を含み、該復調部は、該励振生成部が正弦波を出力した期間の該電子機器の応答と、少なくともその直前直後どちらか一方の、該励振生成部が正弦波を出力していない期間の該電子機器の応答との両者を用いて、復調信号を生成する。

【0034】

なお、本明細書において静電容量センサについては、タッチセンサを含むものとする。

【0035】

また、本明細書および請求項において、励振生成部は正弦波を出力する、と記載しているが、この場合の出力は、単一周波数の正弦波に限定されるものではないことを注意しておく。全ての信号は、異なる周波数の正弦波の級数としてあらわすことができる（フーリエ級数展開）。つまり、励振生成部が、例えば矩形波を出力する場合、この矩形波は、異なる周波数の正弦波の級数である。この場合、この矩形波の基本周波数の正弦波に着目して、信号処理し、復調信号を得ればよい。このように、励振生成部が矩形波を出力する場合であっても、本発明に含まれる。同様な理由により、励振生成部が、いかなる交流を出力する場合であっても、本発明に含まれる。

【発明の効果】

【0036】

本発明に係る電子機器、静電容量センサ、タッチセンサ及びタッチパネルを実施することにより、以下の五点の効果を得ることができる。

【0037】

第一の効果は、正弦波を停波してノイズを取得するので、指の有無（タッチの有無）に関わらず、正確にノイズを取得できることである。

【0038】

第二の効果は、正弦波を停波して取得した「ノイズ」の信号処理経路と、正弦波を与えて取得した「真の信号＋ノイズ」の信号処理経路とは同一であるため、正確にノイズを取得できることである。

【0039】

第三の効果は、「真の信号＋ノイズ」と「ノイズ」とのベクトルどうしの減算を行うため、真の信号とノイズとが同一の周波数であっても、真の信号を正確に求めることができることである。

【0040】

第四の効果は、前方ノイズ（励振生成部が正弦波を出力する前の停波時に取得したノイズ）と後方ノイズ（励振生成部が正弦波を出力した後の停波時に取得したノイズ）の平均ベクトルを使うことで、周波数分解能を超越して真の信号の近傍周波数のノイズを除去することができることである。

【0041】

第五の効果は、前方ノイズと後方ノイズの平均ベクトルを使うことで、ノイズの振幅が変動した場合でも、精度よくノイズを除去できることである。

【0042】

本発明は、上記五点の効果により、外来ノイズに強く、Ｓ／Ｎの高いタッチパネル及び電子機器を提供することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の電子機器のブロック図である。

【図2】本発明の静電容量センサのブロック図である。

【図3】本発明の静電容量センサのタイミングチャートである。

【図4】本発明の演算を説明するためのセンサシステム出力電圧のグラフである。

【図5】本発明の復調部の演算を示すベクトル図である。

【図6】本発明の演算を説明するための復調部入力電圧である。

【図7】本発明の復調部を説明するためのベクトル図である。

【図8】本発明の復調部を説明するためのベクトル図である。

【図9】本発明の復調部を説明するためのベクトル図である。

【図10】本発明の静電容量式タッチパネルの構成図である。

【図11】本発明の静電容量式タッチパネルのタイミングチャートである。

【図12】本発明の静電容量式タッチパネルの信号波形である。

【図13】本発明の静電容量式タッチパネルの信号処理を説明するブロック図である。

【図14】本発明の静電容量式タッチパネルの信号波形である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

（実施形態１）
本発明の静電容量センサについて説明する。一般的な静電容量センサは、背景技術で示したタッチパネルの機能から、位置の検出の機能を省くことで、その機能が実現される。位置の検出機能が省かれるため、面抵抗体の代わりに面導体、もしくは単に導体を用いることが可能である。

【0045】

（構成）
図２に本発明の静電容量センサ１００のブロック図を、図１に、本発明の静電容量センサを抽象化した、本発明の電子機器１２０のブロック図を示す。図２に示す静電容量センサ１００は、図に記載したキャパシタＣ_ｉｎの静電容量を検出するように構成されている。この静電容量センサは、キャパシタＣ_ｉｎの静電容量及び励振を入力とし、キャパシタＣ_ｉｎの静電容量に応じた信号を出力するセンサシステム１０１と、該励振を生成する励振生成部１０２と、励振生成部に接続された正弦波生成部１０３と、直流生成部１０４とを有する。センサシステムの出力は復調部１０５に入力され、この復調部により復調信号が生成される。

【0046】

励振生成部は間欠的な正弦波信号を生成する。間欠的な正弦波信号を生成する手段は、図２で例示したように、正弦波生成部１０３と、直流生成部１０４とを有し、これらを切り替える手段がある。しかし、この手段に限定されるものではない。他の手段として、例えば、ＤＡコンバータを用いて、このＤＡコンバータに与えるデジタル信号が、間欠的な正弦波を離散化した信号であってもよい。

【0047】

センサシステムは、演算増幅器１１０と、その帰還路に挿入された抵抗Ｒ_ｆと、キャパシタＣ_ｆとで構成され、さらに、演算増幅器１１０の出力電圧と励振電圧とを減算する加算器１１１を備える。

【0048】

この演算増幅器１１０を理想オペアンプと仮定し、センサシステム１０１に入力する励振の電圧をＶ_１、センサシステムの出力電圧をＶ_２とすると、このセンサシステムの周波数応答Ｈ（ｊω）は、図から求まる回路方程式を解くことで、次式となる。

【0049】

【数2】

ここで、ωは励振の角周波数、ｊは虚数単位をあらわす。
上式より、このセンサシステムの振幅応答｜Ｈ（ｊω）｜は、

【0050】

【数3】

となる。

【0051】

数式３に示すように、このセンサシステム１０１の出力の振幅は、キャパシタＣ_ｉｎの静電容量に比例する。

【0052】

また、このセンサシステムの出力は、その周波数が励振の周波数と一致し、その振幅は、キャパシタＣ_ｉｎの静電容量に応じて変化するので、このセンサシステムは振幅変調システムということができる。

【0053】

図２を抽象化すると図１のように表される。ここでセンサシステムの入力Ｓ（ｔ）は、電圧や電流といった電気信号のみならず、この実施形態で示したように静電容量とすることもできる。

【0054】

（動作）
図３を参照し、本発明の静電容量センサの動作について説明する。

【0055】

励振生成部１０２は、図３の一番上の波形すなわち励振生成部出力電圧に示すように、間欠的な正弦波電圧を生成する。これをセンサシステム１０１に励振として供給する。この例では、正弦波の周波数を１００ｋＨｚとする。センサシステムはこの励振およびキャパシタＣ_ｉｎの静電容量に応答して、図３の２番目の波形すなわち、センサシステム出力電圧に示すように、電圧ｆ（ｔ）を出力する。励振生成部１０２が正弦波を出力している期間のセンサシステムの応答を、図のように、ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ）とし、励振生成部が停波の期間のセンサシステムの出力電圧をｚ_１（ｔ），ｚ_２（ｔ）とする。

【0056】

数式３によると、励振生成部が停波の期間のセンサシステムの出力電圧の振幅はゼロとなる。しかし、実際はノイズが混入し、ゼロとならない。タッチセンサやタッチパネルなどの多くの場合、図２に示したキャパシタＣ_ｉｎの静電容量は、指示体（指）と面抵抗体とで形成されるキャパシタの静電容量であり、キャパシタＣ_ｉｎの一部を構成する面抵抗体には外来ノイズ（電界の変化、静電容量結合性のノイズ）が容易に混入する。図３においてｚ_１（ｔ），ｚ_２（ｔ）がゼロでない理由は、このノイズの影響をあらわしているからである。外来ノイズが定常的な場合、励振が正弦波であるか、あるいは停波（ＤＣ）であるかにかかわらず外来ノイズが混入するため、ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ）にも、ノイズは混入している。つまり、ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ）には、真の信号にノイズの加わった信号（真の信号＋ノイズ）が、ｚ_１（ｔ），ｚ_２（ｔ）にはノイズのみが現れている。

【0057】

発明者らが見出した重要なことは、ｚ_１（ｔ），ｚ_２（ｔ）は、キャパシタＣ_ｉｎの静電容量に依存せず、外来ノイズをあらわすことである。つまり、タッチセンサやタッチパネルの場合、指示体である指の有無に関わらず、ノイズのみが現れることである。この理由は、指と位置検出導電膜とで形成されるキャパシタＣ_ｉｎのインピーダンスが、センサシステムのインピーダンスに対して十分高いため、位置検出導電膜に混入したノイズは、指の有無に関わらず、電流としてセンサシステムに流入するからである。

【0058】

そして、励振生成部が正弦波を出力している期間のセンサシステム出力電圧に混入しているノイズと、その前後の励振生成部が停波している期間のセンサシステム出力電圧に混入しているノイズとに相関が認められたことである。

【0059】

復調部１０５はセンサシステム１０１の出力信号を受け上記特徴を活かして、ノイズを除去する。真の信号＋ノイズを含む観測信号ｘ_１（ｔ）と、ノイズをのみ含む観測信号ｚ_１（ｔ）から、ｘ_１（ｔ）の真の信号、ここではｘ_１（ｔ）の真の信号の振幅を求める例について説明する。

【0060】

復調部１０５では、センサシステム出力電圧ｆ（ｔ）から、時間間隔Δｔごとに周期的に信号値を読み出し、離散時間信号ｆ（ｉΔｔ），ｉ∈Ｚ（Ｚ：整数の集合）に変換する。ｘ_１（ｔ）をこのようにサンプリングしてｘ_１（ｉΔｔ），ｉ＝０，１，２，・・・Ｎ−１を、ｚ_１（ｔ）をサンプリングしてｚ_１（ｉΔｔ），ｉ＝０，１，２，・・・Ｑ−１を得る。

【0061】

ｘ_１（ｉΔｔ）の離散フーリエ変換Ｄｋのうち、励振の正弦波の周波数である１００ｋＨｚに対応するＤｋをＸ_１とすれば、

【0062】

【数4】

ｊは虚数単位、Ｎはサンプル数、と、複素数Ｘ_１を求めることができる。複素数Ｘ_１は、ベクトルＸ_１≡（Ｒｅ｛Ｘ_１｝，Ｉｍ｛Ｘ_１｝）、Ｒｅ｛Ｘ_１｝は複素数Ｘ_１の実部，Ｉｍ｛Ｘ_１｝は複素数Ｘ_１の虚部と記述でき、２次元ベクトルＸ_１で表現することもできる。そしてこれらは同値である。

【0063】

同様に、ｚ_１（ｉΔｔ）の離散フーリエ変換Ｄｋのうち、正弦波の周波数である１００ｋＨｚに対応するＤｋをＺ_１とすれば、

【0064】

【数5】

ｊは虚数単位、Ｑはサンプル数、と、複素数Ｚ_１を求めることができる。複素数Ｚ_１は、ベクトルＺ_１≡（Ｒｅ｛Ｚ_１｝，Ｉｍ｛Ｚ_１｝）と、２次元ベクトルＺ_１で表現することもできる。そしてこれらは同値である。

【0065】

次に、観測信号ｘ_１（ｔ）に含まれるノイズの１００ｋＨｚの成分は、観測信号ｚ_１（ｔ）の１００ｋＨｚの成分と同じであると仮定して、ベクトルＸ_１−ベクトルＺ_１を計算する。そして、その大きさである｜Ｘ_１−Ｚ_１｜をｘ_１（ｔ）の真の信号の振幅として、復調信号Ｄ（ｔ）とし、復調部の出力とする。

【0066】

観測信号のモデルを用いて、上記で説明した復調部の動作を具体的数値を当てはめながら説明する。

【0067】

観測信号のモデルを図４に示す。観測信号のモデルをｆ（ｔ）と表すと、ｆ（ｔ）は、２Ｖ振幅の真の信号（Ｖ_ｓｉｇ）と１Ｖ振幅のノイズ（Ｖ_{ｎｏｉｓｅ}）を加算した、次の信号である。

【0068】

【数6】

【0069】

【数7】

【0070】

【数8】

Δｔ＝０．１マイクロ秒としてサンプリングし、ｆ（ｔ）をｆ（ａΔｔ）、ａ＝０，１，２，・・・４９９９と離散化した。

【0071】

ｘ_１（ｉΔｔ），ｚ_１（ｉΔｔ）は図４内に示す信号とした。また、ｘ_１（ｉΔｔ）の長さ（時間）、すなわちｔ_１’−ｔ_１は、後に１００ｋＨｚの成分を抽出することを考慮すると、１００ｋＨｚの周期の整数倍、すなわちｎ ｘ １０マイクロ秒、ｎは正の整数、とすることが望ましい。

【0072】

具体的には、ｘ_１（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜１９９９をｆ（ａΔｔ）、ａ＝１０００〜２９９９、とし、ｔ_１’−ｔ_１を２００マイクロ秒（ｎ＝２０）とした。

【0073】

また、ｚ_１（ｉΔｔ）の開始時刻ｔ_２は、ｔ_１＋ｍ ｘ １０μｓｅｃ、ｍは正の整数、とすることが望ましく、さらに、ｚ_１（ｔ）の長さ（時間）、すなわちｔ_２’−ｔ_２は、１００ｋＨｚの周期の整数倍、すなわちｗ ｘ １０マイクロ秒、ｗは正の整数とすることが望ましい。

【0074】

具体的には、ｚ_１（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜１９９９をｆ（ａΔｔ）、ａ＝３０００〜４９９９とし、ｔ_２＝ｔ_１＋２００マイクロ秒（ｍ＝２０）、ｔ_２’−ｔ_２を２００マイクロ秒（ｗ＝２０）とした。

【0075】

Ｘ_１，Ｚ_１を計算すると、次の結果が得られた。

【0076】

【数9】

【0077】

【数10】

上の複素数をベクトルと捉え、ベクトルＸ_１、ベクトルＺ_１、および、ベクトルＸ_１−ベクトルＺ_１を複素平面上にプロットすると、図５のようになる。

【0078】

ベクトルＸ_１−ベクトルＺ_１の大きさは図のとおり１．０であり、ここで、図５の各ベクトルの大きさは、１００ｋＨｚの信号の振幅の１／２であることに注意すると、ベクトルＸ_１−ベクトルＺ_１により、真の信号の振幅が２Ｖであることが算出された。一方、算出されたｘ_１（ｉΔｔ）の振幅である２ｘ｜Ｘ_１｜（１．５Ｖ）および算出されたｚ_１（ｉΔｔ）の振幅である２ｘ｜Ｚ_１｜（１．０Ｖ）といった振幅の情報のみに基づいて、真の信号の振幅（２Ｖ）を導出することは困難である。

【0079】

このｘ_１（ｉΔｔ）の振幅（１．５Ｖ）およびｚ_１（ｉΔｔ）の振幅（１．０Ｖ）は、ｘ_１（ｉΔｔ）、ｚ_１（ｉΔｔ）それぞれの信号の１００ｋＨｚ成分の振幅を求めたことと等価である。つまり、従来の周波数分離を用いたノイズ除去のみでは真の信号の振幅を求めることはできない。

【0080】

上記では、ｘ_１（ｉΔｔ）、ｚ_１（ｉΔｔ）からＸ_１、Ｚ_１を算出し、｜Ｘ_１−Ｚ_１｜を計算することで、復調信号Ｄ（ｔ）の一つの値を求める例を示した。Ｄ（ｔ）の次の値については、図３に示すように、ｘ_２（ｔ）、ｚ_２（ｔ）からＸ_２、Ｚ_２を算出し、｜Ｘ_２−Ｚ_２｜を計算する。以降のＤ（ｔ）の値についても同様に計算することで復調信号Ｄ（ｔ）を求める。

【0081】

作用、効果は２つ存在し、第一の効果は、正弦波を停波してノイズを取得するので、指の有無に関わらず、あるいは指の有無が変化した場合や、指の押し圧が変化してキャパシタＣ_ｉｎの静電容量が変化した場合であっても、正確にノイズを取得できることである。

【0082】

また、第二の効果は「真の信号＋ノイズ」と「ノイズ」とのベクトルどうしの減算を行うため、真の信号とノイズとが同一周波数であっても、真の信号を正確に求めることができることである。

【0083】

（実施形態２）
実施形態１では、観測信号ｘ_１（ｉΔｔ）の真の信号の振幅を求めるために観測信号ｚ_１（ｉΔｔ）を利用した。すなわち、観測信号ｘ_１（ｉΔｔ）の時間的に後に観測したノイズｚ_１（ｉΔｔ）を利用して、ノイズを除去した。この実施形態２では、観測信号ｘ_１（ｉΔｔ）の前後のノイズを利用して観測信号ｘ_１（ｉΔｔ）の真の信号の振幅を求める形態について、復調部の動作を中心に説明する。

【0084】

図６に復調部１０５の入力信号を離散化した観測信号のモデルｆ（ａΔｔ）、ａ＝０，１，２，・・・、Δｔ＝０．４マイクロ秒を示す。

【0085】

ｆ（ａΔｔ）は振幅１Ｖの真の信号（Ｖ_ｓｉｇ）と、時間経過に比例して振幅が変化する９９ｋＨｚのノイズ（Ｖ_{ｎｏｉｓｅ}）を加算したものである。これを数式で示すと次のとおり。

【0086】

【数11】

【0087】

【数12】

【0088】

【数13】

ｙ（ｉΔｔ）、ｘ（ｉΔｔ）、ｚ（ｉΔｔ）はそれぞれ、ｆ（ａΔｔ）から次のように切り出した信号とした。

【0089】

ｙ（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜３９９をｆ（ａΔｔ）、ａ＝３８００〜４１９９、としｘ（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜１６２４をｆ（ａΔｔ）、ａ＝４２５０〜５８７４、としｚ（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜２９９をｆ（ａΔｔ）、ａ＝６０００〜６２９９、とした。

【0090】

ここで、便宜的にｙ（ｉΔｔ）に前方ノイズ、ｚ（ｉΔｔ）に後方ノイズと名づけた。

【0091】

復調部では、実施形態１同様な手法を用いて、観測信号ｙ（ｉΔｔ），ｚ（ｉΔｔ）から、複素数Ｙ_ｍ，Ｚ_ｍを次の式で求める。

【0092】

【数14】

【0093】

【数15】

Δｔはサンプリング周期，ｊは虚数単位。

【0094】

ここで求めたベクトルＹ_ｍ，Ｚ_ｍを図７内に模式的に示した。

【0095】

次にベクトルＹ_ｍ，ベクトルＺ_ｍから、時刻ｔ_１及び時刻ｔ_１’のノイズベクトルＹ，Ｚを推測する。推測法は次の通りである。時刻が（ｔ_０＋ｔ_０’）／２のときのノイズベクトルをＹ_ｍ、時刻が（ｔ_２＋ｔ_２’）／２のときのノイズベクトルをＺ_ｍ、とする。

【0096】

Ｙ_ｍからＺ_ｍへと、時間に比例してベクトルの振幅と位相が変化すると近似し、時刻ｔ_１及び時刻ｔ_１’のノイズベクトルＹ，Ｚを得る。図７にＹ_ｍ，Ｚ_ｍとＹ、Ｚの関係を模式的に示した。

【0097】

次にベクトルＹ、Ｚからこれらの平均ベクトルＭを算出する。平均ベクトルＭの算出について図８を参照して説明する。

【0098】

ベクトル表現と複素数表現とは前述のとおり同値であり、複素数でＭの算出式を表すと次の通りとなる。

【0099】

【数16】

ここで、Ｔは図６のｔ_１’−ｔ_１、Ａ_Ｓ，θ_ＳはベクトルＹの振幅と位相、Ａ_Ｅ，θ_ＥはベクトルＺの振幅と位相をあらわす。図９（ａ）に、図６のモデル信号から、上記にしたがって求めたＹ、Ｚ及びＭを示す。

【0100】

つぎに、実施形態１と同様にＸを求めて、Ｘ−Ｍを演算する。Ｘは次の式で表示される。

【0101】

【数17】

ここで、Δｔはサンプリング周期，ｊは虚数単位で計算される。

【0102】

図６のｘ（ｉΔｔ）から求めたＸおよび、先に求めたＭ、そしてＸ−Ｍを図９（ｂ）に示す。

【0103】

図９（ｂ）より｜Ｘ−Ｍ｜は０．５であり、この値は真の信号の振幅の１／２の値を表すことに注意すると、真の信号の振幅１．０Ｖが正しく求められることが確認された。つまり、励振の周波数１００ｋＨｚにきわめて近い９９ｋＨｚというノイズが混入した場合でも、正確にノイズが除去されることが示された。

【0104】

また、一般に、今回のｘ（ｉΔｔ）のように、信号取得期間が制限される場合、周波数分解能が低下して、真の信号の周波数近傍のノイズが除去できない。一方、本実施形態で示したとおり、ｘ（ｉΔｔ）の前方のノイズｙ（ｉΔｔ）と後方のノイズｚ（ｉΔｔ）を利用することで、周波数分解能を超越して、近傍周波数のノイズを除去することができた。

【0105】

さらに、本実施形態で示したように、ノイズの振幅が時間に依存する場合であっても、平均ベクトルＭを使うことで、精度良くノイズを除去することができる。

【0106】

（作用・効果）
作用効果として以下の２つが挙げられる。

【0107】

第一に前方ノイズと後方ノイズから計算される平均ベクトルを使うことで、周波数分解能を超越して近傍周波数のノイズを除去することができることである。

【0108】

第二に前方ノイズと後方ノイズから計算される平均ベクトルを使うことで、ノイズの振幅が変動した場合でも、精度よくノイズを除去できることである。

【実施例】

【0109】

本発明の静電容量式タッチパネルについて説明する。

【0110】

（構成）
図１０に本発明の静電容量式タッチパネル１３０の構成を示す。図１０に示すタッチパネルは、指と面抵抗体１３１との間に形成されるキャパシタＣ_ｉｎの静電容量を利用して、タッチの有無とタッチ位置とを検出する。

【0111】

面抵抗体１３１は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）膜を利用した。該ＩＴＯ膜は図示しないガラス基板上に、一様なシート抵抗値、ここでは８００オームを有するベタ膜である。このＩＴＯ膜上に、絶縁体、ここでは、液晶表示装置を構成するために用いられる偏光板１３２を、酸を含まない糊を用いて貼り付けた。

【0112】

ＩＴＯ膜１３１の４隅に、配線を接続する。各配線は図１０に示すように４つのセンサシステム１０１へ接続される。センサシステムの構成は実施形態１のそれと同様である。４つのセンサシステムには、励振生成部１０２の出力電圧が入力され、各センサシステムの出力は、復調部１０５（復調部０〜復調部３）に与えられる。

【0113】

復調部の出力は、図示しない、信号処理回路を含むブロックへ伝えられ、この信号処理回路を含むブロックで、復調部の出力値に基づき、タッチの有無とタッチ位置とを算出する。

【0114】

（動作）
図１１を参照して、本発明の静電容量式タッチパネルの動作を説明する。

【0115】

本発明の静電容量式タッチパネルは、液晶表示装置（ＬＣＤ）の表示面上に配設され、ＬＣＤの駆動ノイズを避けるように駆動される。

【0116】

図１１の非アドレス明示信号は、ＬＣＤの非アドレス期間を明示する信号で、非アドレス期間にハイレベルとされる信号である。ここで、非アドレス期間とは、ＬＣＤの走査線が走査されていない期間を指し、最後の走査線の選択が終了した後以降、最初の走査線が選択される前までの期間を指す。

【0117】

本発明の駆動の特徴の一つは、非アドレス期間中に、励振に正弦波を与えてタッチを検出する期間（ｔ_１〜ｔ_１’）を有すとともに、正弦波を停波し、ノイズを取得する期間（ｔ_０〜ｔ_０’およびｔ_２〜ｔ_２’）を有することである。

【0118】

非アドレス期間中にノイズを取得することで、このノイズには外来ノイズが含まれる一方、ＬＣＤの駆動のノイズが含まれないこととなる。この結果、タッチを検出する期間（ｔ_１〜ｔ_１’）に混入するノイズを精度よく推定し、除去することが可能となる。

【0119】

励振生成部１０２は、図１１の上から２番目の波形に示すように、間欠的な正弦波電圧を生成する。これをセンサシステムの励振とする。図１１の励振生成部出力電圧を得るために、励振生成部には、周波数が１００ｋＨｚで振幅が１．５Ｖ_ｐｐ（１．５ボルトピークツーピーク）の正弦波が、正弦波生成部１０３により与えられ、また、ＤＣ＝１．２ＶのＤＣ電圧が直流生成部１０４により与えられる。そして、励振生成部はオフセットが１．２Ｖで、周波数が１００ｋＨｚ、振幅が１．５Ｖ_ｐｐの間欠的な正弦波電圧を出力する。正弦波が停波している期間はＤＣ＝１．２Ｖの電圧を出力する。

【0120】

励振生成部で生成された電圧は、４つのセンサシステム１０１ −ここでは、便宜的にｃｈ０のセンサシステム、ｃｈ１のセンサシステム、ｃｈ２のセンサシステム、ｃｈ３のセンサシステムと区別する− に与えられる。励振生成部１０２で生成された電圧は、センサシステム内の演算増幅器１１０の非反転入力端子に与えられ、この電圧は、演算増幅器のイマジナリーショート動作によって、反転入力端子に現れる。すなわち、励振生成部１０２が周波数１００ｋＨｚ、振幅１．５Ｖ_ｐｐの電圧を出力すると、ＩＴＯ１３１に周波数１００ｋＨｚ、振幅１．５Ｖ_ｐｐの電圧が印加される。

【0121】

キャパシタＣ_ｉｎの静電容量が形成されると、各センサシステムから、指の位置に応じて決まるコンダクタンスＧ０〜Ｇ３およびキャパシタＣ_ｉｎを介して、人体へと交流電流がながれる。

【0122】

各センサシステムの出力は、この交流電流の大きさに応じて振幅が決まる、間欠的な正弦波電圧にノイズが重畳したものである。センサシステムのうち、ｃｈ１のセンサシステムを代表に選び、その出力電圧をｆ_１（ｔ）として図１１に示した。

【0123】

復調部１０５について、ｃｈ１を例にその動作を説明する。

【0124】

ｃｈ１の復調部１０５ｂは、ｃｈ１のセンサシステムの出力電圧ｆ_１（ｔ）のうち、図１１に示すようにｙ_ｎ（ｔ），ｘ_ｎ（ｔ），ｚ_ｎ（ｔ），ｎは整数、の信号を利用して、ｘ_ｎ（ｔ）の真の信号の振幅Ｄ_１（ｔ）を出力する。

【0125】

復調部１０５ｂでは、センサシステムの出力電圧ｆ_１（ｔ）をサンプリング間隔Δｔ＝０．４マイクロ秒でサンプリングし、ｆ_１（ａΔｔ）、ａはサンプル番号で整数、を得る。

【0126】

ｘ_１（ｉΔｔ）、ｙ_１（ｉΔｔ）、ｚ_１（ｉΔｔ）はそれぞれ、ｆ_１（ａΔｔ）から次のように切り出した信号とした。ｙ_１（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜３９９をｆ（ａΔｔ）、ａ＝３８０１〜４２００、としｘ_１（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜１６２４をｆ（ａΔｔ）、ａ＝４２５１〜５８７５、としｚ_１（ｉΔｔ）、ｉ＝０〜３９９をｆ（ａΔｔ）、ａ＝６００１〜６４００、とした。

【0127】

本実施例では、ノイズの位相の回転を正確に推測するため、ｙ_１（ｔ）およびｚ_１（ｔ）に対応する期間をそれぞれ４つのセグメント分割し、セグメントごとに１００ｋＨｚ成分のベクトルを算出する。

【0128】

具体的には、次の式１８〜式２５に示される。

【0129】

【数18】

【0130】

【数19】

【0131】

【数20】

【0132】

【数21】

【0133】

【数22】

【0134】

【数23】

【0135】

【数24】

【0136】

【数25】

つぎに、前方ノイズ、後方ノイズの振幅と位相を求める。

【0137】

振幅は次のように、まず、セグメントの平均値を計算する。前方ノイズの振幅｜Ｙ_ｍ｜および後方ノイズの振幅｜Ｚ_ｍ｜は、それぞれ、

【0138】

【数26】

【0139】

【数27】

位相は、まず、数式１８から数式２５で得られた結果から、次の通り、各セグメントの位相を計算する。

【0140】

ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，１］、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，２］、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，３］、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，４］、および、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，１］、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，２］、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，３］、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，４］、ここでａｎｇｌｅ［Ｙ_１，１］はＹ_１，１の位相を示す。

【0141】

上で計算される位相は±πの範囲に制限されている。このままでは、位相の推測に都合が悪いので、適宜２ｎπ、ｎは整数、の加算をして、位相を滑らかにつなげる。

【0142】

この操作は、実際に蛍光灯のインバータ回路の外来ノイズが混入したセンサシステム出力の１００ｋＨｚ成分の位相の推移を見ると理解しやすい。

【0143】

図１２に、本発明の静電容量式タッチパネルを、蛍光灯のインバータ回路の近くで駆動した際の波形を示す。一番上がＩＴＯの電圧、２番目がｃｈ１のセンサシステム出力をサンプリングした波形、３番目が、１００サンプルを１セグメントとしたときの、各セグメントから計算される１００ｋＨｚの振幅、一番下のグラフが、１００サンプルを１セグメントとしたときの、各セグメントから計算される１００ｋＨｚの位相を示している。一番下のグラフは±πの範囲に制限された位相に２ｎπ、ｎは整数、の加算をして、位相を滑らかにつなげた結果である。

【0144】

この結果より、位相の変化は滑らかであり、適宜２ｎπ、ｎは整数、の加算をして、位相を滑らかにつなぐことが可能なことがわかる。

【0145】

また、前方ノイズから得た４つの位相ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，１］、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，２］、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，３］、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，４］の傾きと、後方ノイズから得たａｎｇｌｅ［Ｚ_１，１］、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，２］、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，３］、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，４］を利用することで、前方ノイズから後方ノイズに至る過程で位相がどちらの方向に、どれだけ回転したか推測する。

【0146】

位相について、上記２つの処理、すなわち、±πの範囲の制限を外す処理と、前方ノイズと後方ノイズの位相の傾きから、回転方向と量を推測する処理とを行った後の位相を、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，１］’、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，２］’、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，３］’、ａｎｇｌｅ［Ｙ_１，４］’およびａｎｇｌｅ［Ｚ_１，１］’、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，２］’、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，３］’、ａｎｇｌｅ［Ｚ_１，４］’とし、前方ノイズの位相ａｎｇｌｅ［Ｙ_ｍ］および後方ノイズの位相ａｎｇｌｅ［Ｚ_ｍ］を、それぞれ、次の通り計算する。

【0147】

【数28】

【0148】

【数29】

なお、図１２の上から３番目のグラフにより、前方ノイズと後方ノイズとを直線でつなぐ近似で、ｘ（ｔ）の期間に混入しているノイズの振幅も推測可能であることも分かる。

【0149】

上記で求めた｜Ｙ_ｍ｜とａｎｇｌｅ［Ｙ_ｍ］によりベクトルＹ_ｍが、｜Ｚ_ｍ｜とａｎｇｌｅ［Ｚ_ｍ］によりベクトルＺ_ｍがそれぞれ決まる。

【0150】

次に、実施形態２で述べた手順にしたがって、Ｙ_ｍ， Ｚ_ｍから、時刻ｔ_１及び時刻ｔ_１’のノイズベクトルＹ，Ｚを推測する。

【0151】

続いて、実施形態２で述べた手順にしたがって、ベクトルＹ、Ｚからこれらの平均ベクトルＭ_１を算出する。

【0152】

さらに、ベクトルＸ_１をもとめて、Ｘ_１−Ｍ_１を演算する。Ｘは以下の式で示される。

【0153】

【数30】

ここで、Δｔはサンプリング周期，ｊは虚数単位で計算される。
ベクトルＸ_１−Ｍ_１の大きさ｜Ｘ_１−Ｍ_１｜は復調部１０５ｂの出力Ｄ_１（ｔ）として、図１１に示すように出力される。

【0154】

次の非アドレス期間においても、図１１に示すように、ｙ_２（ｔ），ｘ_２（ｔ），ｚ_２（ｔ）から｜Ｘ_２−Ｍ_２｜を計算し、復調部の出力とする。

【0155】

以降、同様にｙ_ｎ（ｔ），ｘ_ｎ（ｔ），ｚ_ｎ（ｔ）から｜Ｘ_ｎ−Ｍ_ｎ｜を計算し、復調部の出力とする。

【0156】

つぎに、上で説明した、センサシステムの出力電圧ｆ_１（ｔ）から、Ｙ_１，１，Ｙ_１，２，Ｙ_１，３，・・・，Ｘ_１，・・・，Ｚ_１，３，Ｚ_１，４を得るための信号処理部のブロック図を、図１３を参照して説明する。

【0157】

図１３のセンサシステム１０１の出力ｆ（ｔ）が図１０を用いて説明したセンサシステムの出力電圧ｆ_１（ｔ）に対応する。ｆ（ｔ）はサンプラ１４０に供給され、時間間隔Δｔ＝０．４マイクロ秒ごとの離散時間信号ｆ（ａΔｔ）、ａ＝０，１，２・・・、に変換される。ｆ（ａΔｔ）は、２つの乗算器（乗算器Ｉ １４１ａ、乗算器Ｑ １４１ｂ）に入力される。乗算器Ｉ １４１ａは、ｆ（ａΔｔ）とｃｏｓ（ωａΔｔ）、ａ＝０，１，２，３・・・、ω＝２π１００ｋＨｚ、とを逐次乗算し、その結果を時間間隔Δｔごとに逐次出力する。同様に乗算器Ｑ １４１ｂは、ｆ（ａΔｔ）とｓｉｎ（ωａΔｔ）、ａ＝０，１，２，３・・・、ω＝２π１００ｋＨｚ、とを逐次乗算し、その結果を時間間隔Δｔごとに逐次出力する。

【0158】

乗算器Ｉのｃｏｓ（ωａΔｔ）は、正弦波生成部１０３の出力を利用し、乗算器Ｑのｓｉｎ（ωａΔｔ）は、正弦波生成部の出力を−９０度の移相器１４５を通すことで変換した信号を利用する。

【0159】

乗算器Ｉ １４１ａ、乗算器Ｑ １４１ｂの出力は、それぞれ、積算器Ｉ １４２ａ、積算器Ｑ １４２ｂに入力され、積算器は制御器１４６によって与えられる制御信号がアクティブの期間に入力される信号を加算する。

【0160】

例えばＹ_１，１を求めるために、ｆ（ａΔｔ）のａの値が３８０１〜３９００の期間、制御器は積算器にアクティブ信号をあたえる。これによって、積算器Ｉ １４２ａは、

【0161】

【数31】

を計算する。つまり、数式１７で示したＹ_１，１の実部の１００倍の値が計算される。

【0162】

所定の期間積算された信号は、それぞれレジスタＩ １４３ａ、レジスタＱ １４３ｂに取り込まれ、レジスタに接続された乗算器１４４により、１／Ｎ倍（Ｎは積算したサンプル数）される。

【0163】

この処理を経ることで、乗算器Ｉ １４４ａは、Ｙ_１，１，Ｙ_１，２，Ｙ_１，３，・・・，Ｘ_１，・・・，Ｚ_１，３，Ｚ_１，４の実部、すなわち、Ｒｅ｛Ｙ_１，１｝，Ｒｅ｛Ｙ_１，２｝，Ｒｅ｛Ｙ_１，３｝，・・・，Ｒｅ｛Ｘ_１｝，・・・，Ｒｅ｛Ｚ_１，３｝，Ｒｅ｛Ｚ_１，４｝の値を順次出力し、乗算器Ｑ １４４ｂはＹ_１，１，Ｙ_１，２，Ｙ_１，３，・・・，Ｘ_１，・・・，Ｚ_１，３，Ｚ_１，４、の虚部の−１倍、すなわち、−Ｉｍ｛Ｙ_１，１｝，−Ｉｍ｛Ｙ_１，２｝，−Ｉｍ｛Ｙ_１，３｝，・・・，−Ｉｍ｛Ｘ_１｝，・・・，−Ｉｍ｛Ｚ_１，３｝，−Ｉｍ｛Ｚ_１，４｝、の値を順次出力する。

【0164】

これらの値は、順次、図示しない計算機に入力され、大きさと位相とが計算される。

【0165】

つぎに、本発明を用いた場合と従来、すなわち、周波数分離のみを用いたノイズ除去との実験結果について説明する。

【0166】

実験の構成は、図１０のタッチパネルを準備し、このタッチパネルの上方３０ｃｍに、インバータ式蛍光灯のインバータ回路を配置した。センサシステムの出力を観察すると、明らかにインバータ回路からのノイズが混入されている。

【0167】

測定は、およそ１０秒間おこない、測定開始から約５秒後に、タッチパネル中央を指でタッチした。実験結果を図１４に示す。

【0168】

図１４（ｂ）は本発明を利用した場合の実験結果であって、Ｄ１（ｔ）の出力である｜Ｘｎ−Ｍｎ｜の一つを１点としてプロットし、６５３点のプロットを直線でつないだものである。

【0169】

一方、図１４（ａ）は、周波数分離のみを用いたノイズ除去の実験結果であり、具体的には励振が１００ｋＨｚの正弦波の期間のセンサシステムの出力信号の１００ｋＨｚ成分の振幅を、｜Ｘｎ−０｜で求めたものである。

【0170】

本発明の実施により、タッチ有無での信号差の大きさを信号Ｓ、タッチなしでの標準偏差をノイズＮ、とすれば、従来のＳ／Ｎ＝１．３６に対し、本発明では３．８７と９ｄＢのＳ／Ｎ向上が確認された。

【産業上の利用可能性】

【0171】

静電容量センサ、タッチパネル、タッチセンサ他、ＡＭ変復調システムを用いる電子機器に適用できる。

【符号の説明】

【0172】

１００：静電容量センサ
１０１：センサシステム
１０２：励振生成部
１０３：正弦波生成部
１０４：直流生成部
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ：復調部
１１０：演算増幅器
１１１：加算器
１２０：電子機器
１３０：静電容量式タッチパネル
１３１：面抵抗体（ＩＴＯ）
１３２：偏光板
１４０：サンプラ
１４１：乗算器、１４１ａ：乗算器Ｉ、１４１ｂ乗算器Ｑ
１４２：積算器、１４２ａ：積算器Ｉ、１４２ｂ：積算器Ｑ
１４３：レジスタ、１４３ａ：レジスタＩ、１４３ｂ：レジスタＱ
１４４：乗算器、１４４ａ：乗算器Ｉ、１４４ｂ：乗算器Ｑ
１４５：移相器
１４６：制御器

【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】