特許 6400944 容量検出回路、タッチ検出回路及びそれを備える半導体集積回路

(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】6400944

(24)【登録日】2018年9月14日

(45)【発行日】2018年10月3日

(54)【発明の名称】容量検出回路、タッチ検出回路及びそれを備える半導体集積回路

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20180920BHJP

   G01R 27/26 20060101ALI20180920BHJP

   H01H 36/00 20060101ALI20180920BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20180920BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 512

   G01R27/26 C

   H01H36/00 J

   G06F3/044 120

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-108151(P2014-108151)

(22)【出願日】2014年5月26日

(65)【公開番号】特開2015-225381(P2015-225381A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年5月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】308017571

【氏名又は名称】シナプティクス・ジャパン合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】100205350

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 芳正

(74)【代理人】

【識別番号】100102864

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 実

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(74)【代理人】

【識別番号】100089071

【弁理士】

【氏名又は名称】玉村 静世

(72)【発明者】

【氏名】能登 隆行

【審査官】 塩屋 雅弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８６２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２１５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００３５６０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−０８９９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６３４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００５４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８９９３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ２７／００−２７／３２

Ｇ０６Ｆ ３／０３−３／０４７

Ｈ０１Ｈ３６／００−３６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

演算増幅器と、
前記演算増幅器の第１入力端子と出力端子の間に接続される積分容量と、
前記演算増幅器の第２入力端子に初期電位を供給可能に構成された電位供給手段と、
センサ容量に接続可能であり、且つ、前記第１入力端子に接続可能な端子と、
前記端子に前記初期電位よりも高い第１電位を供給可能に構成された充電回路
とを備え、
前記センサ容量を充放電するために入出力する電荷を前記積分容量に累積的に加算可能であり、
充放電に伴う前記電荷の移動方向に応じて、前記積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる、
容量検出回路。

【請求項2】

請求項１において、前記センサ容量の充放電と前記充放電に対応して前記積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる動作を所定回数繰り返す毎に、前記積分容量を短絡して初期化する、
容量検出回路。

【請求項3】

請求項２において、スイッチトキャパシタで構成されるＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタをさらに備え、
前記センサ容量の充放電と前記充放電に対応して前記積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる動作を所定回数繰り返す毎に、前記積分容量が蓄積する電荷を前記ＩＩＲフィルタに供給し、前記積分容量を短絡して初期化する、
容量検出回路。

【請求項4】

請求項１において、前記電位供給手段が、前記第１電位よりも高い第２電位を前記第２入力端子に供給可能に構成された、
容量検出回路。

【請求項5】

請求項１に記載される容量検出回路を複数個備え、前記複数個の容量検出回路のそれぞれが、タッチパネル上に配置された複数のセンサ容量に接続可能とされる、タッチ検出回路。

【請求項6】

センサ容量に接続可能な容量検出回路であって、
第１演算増幅器と、前記第１演算増幅器の第１入力端子と出力端子との間に、接続方向を反転可能に接続される積分容量と、前記センサ容量と前記第１演算増幅器の前記第１入力端子との間に接続される入力スイッチとを備え、
前記センサ容量を初期電位に充電し、前記積分容量を短絡して初期化する、初期化期間と、
前記初期化期間の後、前記入力スイッチを閉じ、
前記第１演算増幅器の第２入力端子に前記初期電位よりも高い第１電位を印加する第１期間と、前記第１演算増幅器の前記第２入力端子に前記初期電位よりも低い第２電位を印加し、且つ、前記積分容量の接続方向を前記第１期間と反転させる、第２期間とを、所定回数繰り返す、
容量検出回路。

【請求項7】

請求項６において、前記第１演算増幅器の出力にサンプルホールド回路を介して接続されるＩＩＲフィルタを、さらに備え、
前記第１期間と前記第２期間とを前記所定回数繰り返す毎に前記初期化期間を設け、前記初期化期間に前記第１演算増幅器の出力を前記サンプルホールド回路を介して前記ＩＩＲフィルタに転送する、
容量検出回路。

【請求項8】

請求項６に記載される容量検出回路を複数個備え、前記複数個の容量検出回路のそれぞれが、タッチパネル上に配置された複数のセンサ容量に接続可能とされる、タッチ検出回路。

【請求項9】

請求項５又は８に記載されるタッチ検出回路を単一半導体基板上に備える、半導体集積回路。

【請求項10】

請求項９において、前記タッチパネルと重ね合せて構成される表示パネルに接続されて前記表示パネルを駆動し制御可能な表示駆動回路を、さらに前記半導体基板上に備える、半導体集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、容量検出回路、タッチ検出回路それを備える半導体集積回路に関し、特に表示パネルに重ね合せて実装されたタッチパネルに接続されるタッチパネル制御回路に好適に利用できるものである。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンやタブレット端末に使用される表示パネルにはタッチパネルが重ね合せて実装されており、ユーザが表示画面上を指などでタッチする（触れる、或いは、撫でる）ことにより、機器を操作することができる。タッチされた位置を検出するためには、種々の方式が提案されている。例えば、静電容量方式では、タッチパネル上にマトリックス状に配置されたセンサ容量に、人体の指などが近づくことによって発生する静電容量の変化を検出することにより、タッチされた座標を検出する。静電容量方式には、相互容量方式と自己容量方式がある。相互容量方式では、センサ容量を形成する電極の一方を送信側、他方を受信側として、送信側と受信側の間に生じているカップリング容量が、指などの接近によって減少する現象を利用する。自己容量方式では、センサ容量の一方の電極を接地または固定電位とし、接地された人体の指などが接近することによって、その容量分がセンサ容量に加算されて増加する現象を利用する。

【0003】

特許文献１には、自己容量方式のタッチ検出回路が開示されている。Ｘ方向の電極とＹ方向の電極とがそれぞれ格子状に配列され、交点にセンサ容量が形成されている。Ｘ方向とＹ方向の電極の組合せによって選択された容量に対して、充電動作とその後の放電動作を行って、静電容量の変化を検出する。

【0004】

特許文献２には、自己容量方式と相互容量方式を組合せたタッチ検出回路が開示されている。自己容量方式によってマルチタッチが検出された場合に、そのタッチ電極に絞って相互容量方式によってタッチ座標の検出を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−１４５２７号公報

【特許文献2】特開２０１３−２４２６９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１及び２について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。

【0007】

自己容量方式では、センサ容量に接続されるタッチ検出回路は、センサ容量を充電する電圧印加回路と、放電時のアナログ信号が入力される検出回路を含んで構成される。検出回路は、センサ容量に蓄積された電荷が放電されるときに、その電荷量を計測することにより、実質的にセンサ容量の大きさ（容量値）を計測している。自己容量方式では、センサ容量の容量値はタッチによって実効的に増加するので、タッチ・非タッチ検出ではその増加分が検出対象である。タッチによる容量値の増加分は、非タッチ時のセンサ容量の容量値に対して大きくないため、センサ容量の充電と放電の動作を繰り返し、放電されるときの電荷量を累積的に加算する、即ち積分することによって信号量を増加させる。特許文献１に記載されるタッチセンサでは、大容量のコンデンサ６に蓄積された電荷を、検出対象のセンサ容量との間で分配する動作を繰り返すことにより、信号量を増加させている。特許文献２に記載されるタッチパネル用ＩＣ（Integrated Circuit）における動作も同様である。いずれも原理的には、センサ容量の容量値を反映する電荷量を、累積的に加算または減算し、即ち積分して、信号量を増加させている。

【0008】

このようにセンサ容量の充電と放電の動作を繰り返し、放電されるときの電荷量を積分することによって信号量を増加させる回路方式では、繰り返しの回数を増やすことによって、積分される信号量を増やすことができるが、それに比例して検出動作時間が長くなるという問題がある。

【0009】

タッチパネルの大型化やタッチパネル電極の高密度化に対応して、タッチ検出を行なおうとすると駆動電極数が増えるので、それにしたがって、１つの電極の検出動作に許容される時間が短くなり、必要な積分信号量を得ることができなくなる虞がある。

【0010】

また、携帯端末などにおける入力装置としてのタッチパネルは液晶などの表示パネルと組み合わせて用いられる。その組み合わせの形態は別部品としてのタッチパネルを表示パネルに外付けするオンセル方式と、表示パネルにタッチパネルを一体として作り込んだインセル方式に大別される。何れの組み合わせ形態においてもタッチパネルによるタッチ・非タッチの検出動作は表示パネルによる表示動作中に行われることになるので、表示パネルの駆動信号がタッチパネルの検出動作にとってノイズにならないようにすることが必要である。例えば液晶パネルの走査電極の駆動及び信号電極を駆動する階調データの切り替え動作、所謂表示駆動動作と、タッチパネルのタッチ検出動作とを時分割で行なう場合には、タッチパネルのタッチ検出動作に許容される時間が短くなる。表示パネルが高階調になるほど表示駆動動作の時間が長くなり、タッチパネルのタッチ検出動作に許容される時間は一層短くなると考えられる。

【0011】

本発明の目的は、タッチパネルによるタッチ検出動作時間の短縮とタッチ検出精度の向上に寄与することにある。

【0012】

このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0013】

一実施の形態によれば、下記の通りである。

【0014】

すなわち、積分容量を備え、センサ容量に接続可能な容量検出回路であって、以下のように構成される。

【0015】

容量検出回路は、センサ容量を充放電可能であり、センサ容量を充放電するために入出力する電荷を積分容量に累積的に加算可能であり、充放電に伴う電荷の移動方向に応じて、積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる。

【発明の効果】

【0016】

前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。

【0017】

すなわち、単位時間当たりの積分信号量を増加させることができ、タッチ検出動作期間の短縮とタッチ検出精度の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明が適用される電子機器の一例である表示及び入力装置の全体的な構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、タッチパネルの電極構成を例示する平面図である。

【図3】図３は、表示パネルの電極構成を例示する平面図である。

【図4】図４は、タッチパネルコントローラの全体的な構成を例示するブロック図である。

【図5】図５は、タッチパネルの等価回路とタッチ検出回路の一例を示すブロック図である。

【図6】図６は、タッチ検出回路（容量検出回路）の構成を例示する回路図である。

【図7】図７は、図６のタッチ検出回路（容量検出回路）の動作を例示するタイミングチャートである。

【図8】図８は、実施形態１のタッチ検出回路（容量検出回路）の構成を例示する回路図である。

【図9】図９は、図８のタッチ検出回路（容量検出回路）の動作を例示するタイミングチャートである。

【図10】図１０は、実施形態２のタッチ検出回路（容量検出回路）の構成を例示する回路図である。

【図11】図１１は、図１０のタッチ検出回路の動作を例示するタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

【0020】

〔１〕＜センサ容量の充電時と放電時の両方で積分動作する容量検出回路＞
本願において開示される代表的な実施の形態は、積分容量（Ｃｓ１）を備え、センサ容量（Ｃｘｙ）に接続可能な容量検出回路（１０）であって、以下のように構成される。

【0021】

前記センサ容量を充放電可能であり、前記センサ容量を充放電するために入出力する電荷を前記積分容量に累積的に加算可能である。充放電に伴う前記電荷の移動方向に応じて、前記積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる。

【0022】

これにより、単位時間当たりの積分信号量を増加させることができ、容量検出動作期間を短縮し、検出精度を向上することができる。

【0023】

〔２〕＜充電と放電の繰り返し＞
項１において、前記センサ容量の充放電と前記充放電に対応して前記積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる動作を所定回数繰り返す毎に、前記積分容量を短絡して初期化する。

【0024】

これにより、積分容量の初期化から次の初期化までに行われる充充電回数と放電回数の和を積分回数とすることができ、充電または放電の一方のみで積分を行う積分回路と比較して、積分信号量を倍増させることができる。

【0025】

〔３〕＜Dual Edge type ＦＩＲ＋ＩＩＲ＞
項２において、スイッチトキャパシタで構成されるＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ（１４）をさらに備え、前記センサ容量の充放電と前記充放電に対応して前記積分容量へ加算される電荷の極性を反転させる動作を所定回数繰り返す毎に、前記積分容量が蓄積する電荷を前記ＩＩＲフィルタに供給し、前記積分容量を短絡して初期化する。

【0026】

これにより、前記積分容量を含む初段の回路を、正極方向の積分動作時と負極方向の積分動作時の両方でサンプリングを行うＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタとして動作させることができる。ＦＩＲフィルタの単位時間当たりのサンプリング回数を従来よりも増やすことができるので、ノイズ抑圧特性を向上する周波数特性を持たせることができる。さらに後段に上述のように動作するＩＩＲフィルタを設けることにより、ＦＩＲフィルタの零点とＩＩＲフィルタの極を一致させ、より効果的なノイズ抑圧特性を持たせることができる。

【0027】

〔４〕＜タッチ検出回路＞
項１から項３のうちのいずれか１項に記載される容量検出回路を複数個（１０＿１〜１０＿ｎ）備え、前記複数個の容量検出回路のそれぞれが、タッチパネル（１）上に配置された複数のセンサ容量に接続可能とされる、タッチ検出回路（３）を構成する。

【0028】

これにより、静電容量方式のタッチパネルにおけるセンサ容量の変化を検出するときに、検出動作期間を短縮し、検出精度を向上することができる。

【0029】

〔５〕＜タッチコントローラＩＣ＞
項４に記載されるタッチ検出回路（３）は、単一半導体基板上に形成される、半導体集積回路（１０１，１０２）である。

【0030】

これにより、検出動作期間が短かく検出精度が高いタッチ検出回路（３）を備える、タッチパネルコントローラＩＣが提供される。

【0031】

〔６〕＜表示ドライバ内蔵タッチコントローラＩＣ＞
項５において、前記半導体集積回路（１０１，１０２）は、前記タッチパネルと重ね合せて構成される表示パネル（２）に接続されて前記表示パネルを駆動し制御可能な表示駆動回路（４）を、さらに前記半導体基板上に備える。

【0032】

これにより、表示パネル（２）とタッチパネル（１）が積層され一体として構成された表示・タッチパネルに接続される、表示パネルコントローラ（４）とタッチパネルコントローラ（３）とが集積されたＩＣ（１０１，１０２）が提供され、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることが容易になる。特に、表示駆動とタッチ検出を時分割で行うために、タッチ検出期間が短縮された場合にも、タッチ検出精度を維持または向上することができる。

【0033】

〔７〕＜センサ容量の充電時と放電時の両方で積分動作する容量検出回路＞
本願において開示される代表的な実施の形態は、センサ容量（Ｃｘｙ）に接続可能な容量検出回路（１０）であって、以下のように構成される。

【0034】

第１演算増幅器（ＡＭＰ１）と、前記第１演算増幅器の第１入力端子と出力端子との間に、接続方向を反転可能に接続される積分容量（Ｃｓ１）と、前記センサ容量と前記第１演算増幅器の前記第１入力端子との間に接続される入力スイッチ（Ｓ２）と備える。

【0035】

前記容量検出回路は、前記センサ容量を初期電位（Ｖｃｈａｒｇｅ）に充電し、前記積分容量を短絡して初期化する、初期化期間（ｔ０〜ｔ１）を有し、前記初期化期間の後、前記入力スイッチを閉じる。

【0036】

前記容量検出回路は、前記第１演算増幅器の第２入力端子に前記初期電位よりも高い第１電位（ＶＨＳＰ＋ΔＶ）を印加する第１期間（ｔ３〜ｔ５，ｔ７〜ｔ９，ｔ１１〜ｔ１３）と、前記第１演算増幅器の前記第２入力端子に前記初期電位よりも低い第２電位（ＶＨＳＰ）を印加し、且つ、前記積分容量の接続方向を前記第１期間と反転させる、第２期間（ｔ５〜ｔ７，ｔ９〜ｔ１１，ｔ１３〜）とを、所定回数繰り返す。

【0037】

これにより、単位時間当たりの積分信号量を増加させることができ、容量検出動作期間を短縮し、検出精度を向上することができる。

【0038】

〔８〕＜Dual Edge type ＦＩＲ＋ＩＩＲ＋積分器＞
項７において、前記容量検出回路は、前記第１演算増幅器の出力にサンプルホールド回路を介して接続されるＩＩＲフィルタ（１４）を、さらに備える。

【0039】

前記容量検出回路は、前記第１期間と前記第２期間とを前記所定回数繰り返す毎に前記初期化期間を設け、前記初期化期間に前記第１演算増幅器の出力を、前記サンプルホールド回路を介して前記ＩＩＲフィルタに転送する。

【0040】

これにより、項３と同様に、前記第１演算回路と前記積分容量による初段の回路を、正極方向の積分動作時と負極方向の積分動作時の両方でサンプリングを行うＦＩＲフィルタとして動作させることができ、ノイズ抑圧特性を向上することができる。後段のＩＩＲフィルタと組み合わせることにより、ノイズ抑圧特性をさらに向上させることができる。

【0041】

〔９〕＜タッチ検出回路＞
項７または項８に記載される容量検出回路を複数個（１０＿１〜１０＿ｎ）備え、前記複数個の容量検出回路のそれぞれが、タッチパネル（１）上に配置された複数のセンサ容量に接続可能とされる、タッチ検出回路（３）を構成する。

【0042】

これにより、静電容量方式のタッチパネルにおけるセンサ容量の変化を検出するときに、タッチ検出動作期間を短縮し、検出精度を向上することができる。

【0043】

〔１０〕＜タッチコントローラＩＣ＞
項８において、前記半導体集積回路（１０１，１０２）は、前記タッチパネルと重ね合せて構成される表示パネル（２）に接続されて前記表示パネルを駆動し制御可能な表示駆動回路（４）を、さらに前記半導体基板上に備える。

【0044】

これにより、検出動作期間が短かく検出精度が高いタッチ検出回路を備える、タッチパネルコントローラＩＣが提供される。

【0045】

〔１１〕＜表示ドライバ内蔵タッチコントローラＩＣ＞
項１０において、前記半導体集積回路（１０１，１０２）は、前記タッチパネルと重ね合せて構成される表示パネル（２）に接続されて前記表示パネルを駆動し制御可能な表示駆動回路（４）を、さらに前記半導体基板上に備える。

【0046】

これにより、表示パネルとタッチパネルが積層され一体として構成された表示・タッチパネルに接続される集積されたＩＣが提供され、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることが容易になる。特に、表示駆動とタッチ検出を時分割で行うために、タッチ検出期間が短縮された場合にも、検出精度を維持または向上することができる。

【0047】

２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。

【0048】

〔実施形態１〕
図１には本発明が適用される表示及び入力装置１００の全体的な構成が例示される。同図に示される表示及び入力装置１００は本発明に係る電子機器の一例であり、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や携帯電話機などの携帯端末の一部を構成し、タッチパネル（ＴＰ）１、表示パネル（ＤＰ）２、タッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）３、表示パネルコントローラ（ＤＰＣ）４、サブプロセッサ（ＳＭＰＵ）５、及びホストプロセッサ（ＨＭＰＵ）６を備える。タッチパネルコントローラ３及び表示パネルコントローラ４、更に必要に応じてサブプロセッサ５を含めて、１個の半導体チップ上に形成し、又は例えばマルチチップモジュールとして１個のパッケージに搭載して、単一の半導体装置（ＩＣ）１０１または１０２として実現することができる。半導体装置（ＩＣ）１０１または１０２は、特に制限されないが、例えば公知のＣＭＯＳＦＥＴ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）の製造技術を用いて、シリコンなどの単一半導体基板上に形成される。タッチパネルコントローラ３及び表示パネルコントローラ４を１チップのＩＣ１０１として実装することにより、表示パネル２とタッチパネル１が積層され一体として構成された、例えばインセルタイプの表示・タッチパネルに接続されるときに、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることが容易になる。また、さらにサブプロセッサ（ＳＭＰＵ）５が同一チップ１０２に集積されることにより、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることがさらに容易になり、外付けされるホストプロセッサ（ＨＭＰＵ）６の負担を軽減することができる。

【0049】

タッチパネル１には、複数のセンサ容量が形成されている。タッチパネルコントローラ３は、各センサ容量における容量成分の変動に応じた検出データを得る。サブシステム用のマイクロプロセッサであるサブプロセッサ（ＳＭＰＵ）５はタッチパネル１の駆動を制御し、タッチパネルコントローラ３が取得した検出データから、タッチの状態や座標を検出する処理を行う。例えば、検出データに対してディジタルフィルタ演算を行い、これによってノイズが除去されたデータから、容量値の２次元的な分布の重心を算出する演算を行い、タッチ座標を算出する。要するに、どの位置のセンサ容量で容量値が変化したか、即ち、タッチパネル１のどの位置に指が近接したか（タッチされたか、接触イベントが発生したか）を示すために、接触イベントが発生した座標を演算する。

【0050】

タッチパネル１は透過性（透光性）の電極や誘電体膜を用いて構成され、例えば表示パネル２の表示面に重ね合せて配置される。タッチパネル１と表示パネル２は、一体として実装されたインセルタイプでも、個別に製造されて重ね合せて実装されたオンセルタイプでも良いし、タッチパネル１と上面に設置されるカバーガラスとが一体化されたカバーガラス一体構成であってもよい。

【0051】

ホストプロセッサ（ＨＭＰＵ）６は表示データを生成し、表示パネルコントローラ４はホストプロセッサ６から受け取った表示データを表示パネル２に表示するための表示制御・表示駆動を行う。ホストプロセッサ６は、接触イベントが発生したときの座標のデータをサブプロセッサ５から取得し、表示パネル２における座標のデータと表示パネルコントローラ４に与えて表示させた表示画面との関係から、タッチパネル１の操作による入力を解析する。

【0052】

特に制限されないが、ホストプロセッサ６には夫々図示を省略する、通信制御ユニット、画像処理ユニット、音声処理ユニット、及びその他アクセラレータなどが内蔵され、或いは外付けされることによって、例えば携帯端末が構成される。

【0053】

図２にはタッチパネル１の電極構成が例示される。タッチパネル１上には複数のセンサ電極が形成されている。例えば、タッチパネル１の横方向に形成された多数の駆動電極（Ｙ電極）Ｙ１〜Ｙｍ（Ｙ電極ＹＭとも記す）と、縦方向に形成された多数の検出電極（Ｘ電極）Ｘ１〜Ｘｎ（Ｘ電極ＸＮとも記す）とが相互に電気的に絶縁されて構成され、Ｘ電極とＹ電極の交差部にはセンサ容量が形成される。自己容量方式では、一方の電極の電位を所定の電位に固定し、他方の電極から見たセンサ容量の容量値を計測することによって、そのセンサ容量についてのタッチ・非タッチの判断を行ない、または容量値の２次元的な分布からタッチ座標の算出を行う。特に制限されないが、さらに、Ｙ電極の電位を固定してＸ電極からみたセンサ容量のタッチ・非タッチ検出を行い、逆にＸ電極の電位を固定してＹ電極からみたセンサ容量のタッチ・非タッチ検出を行うことにより、２次元的なセンサ容量に対するタッチ・非タッチの判断を行うこともできる。また、タッチパネル１を上記のように構成すれば、相互容量方式でのタッチ・非タッチ検出を組合せて実施することができる。図２には、電極形状が菱形のタッチパネル１が示されるが、電極形状は格子型等他の形状でもよい。また、Ｙ電極を備えず、複数のＸ電極端子Ｘ１〜Ｘｎに１：１で対応付けられ配線された、検出電極（Ｘ電極）パッドが、タッチパネル１内に分散して配置されてもよい。

【0054】

図３には表示パネル２の電極構成が例示される。同図に示される表示パネル２の表示サイズは例えばＶＧＡである４８０ＲＧＢ×６４０の規模とされる。表示パネル２は横方向に形成された走査電極としてのゲート電極Ｇ１〜Ｇ６４０と縦方向に形成された信号電極としてのドレイン電極Ｄ１〜Ｄ１４４０とが配置され、その交点部分には選択端子が対応する走査電極に接続され、入力端子が対応する信号電極に接続された多数の表示セルが配置される。ゲート電極Ｇ１〜Ｇ６４０は、例えばその配列順に表示パネルコントローラ４から走査パルスが印加されて駆動（走査駆動）される。ドレイン電極Ｄ１〜Ｄ１４４０にはゲート電極の走査駆動に同期して走査駆動ラインの階調データが供給される。表示パネル２の表示サイズは、図示された上記表示サイズに制限されず、任意である。

【0055】

図４にはタッチパネルコントローラ３の全体的な構成が例示される。タッチパネルコントローラ３は駆動回路（ＹＤＲＶ）３００、タッチ検出回路（ＳＥＮＳ）３０１、サンプルホールド回路（ＳＨ）３０２、セレクタ（ＳＬＣＴ）３０３、アナログ／ディジタル変換回路（ＡＤＣ、以後ＡＤ変換回路と略す）３０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０５、バスインタフェース回路（ＢＩＦ）３０６、及び制御回路としてのシーケンス制御回路（ＳＱＥＮＣ）３０８を有する。シーケンス制御回路（ＳＱＥＮＣ）３０８は、制御シーケンスをプログラマブルに設定することを可能とする、制御レジスタ（ＣＲＥＧ）３２０を備えて構成されると好適である。制御レジスタ（ＣＲＥＧ）３２０は、不揮発性の記憶素子で構成されても良いし、揮発性の記憶素子で構成され、サブプロセッサ（ＳＭＰＵ）５等によって初期化或いは適宜変更する（書き換える）ことが可能なように構成されても良い。

【0056】

駆動回路３００は、相互容量方式のタッチ検出を行うときにＹ電極Ｙ１〜Ｙｍを駆動するために設けられている。自己容量方式のタッチ検出のみの場合には、省略されてもよい。

【0057】

タッチ検出回路３０１は、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘｎに接続されるセンサ容量の容量値を計測して、その容量値に対応する電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｎを出力する。出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｎは、サンプルホールド回路３０２に保持され、保持された出力電圧はセレクタ３０３で選択され、選択された出力電圧はＡＤ変換回路３０４でディジタルの検出データＤｏｕｔに変換される。変換された検出データはＲＡＭ３０５に蓄積される。ＲＡＭ３０５に蓄積された検出データはバスインタフェース回路３０６を介してサブプロセッサ５に供給され、タッチ座標の演算に供される。

【0058】

シーケンス制御回路３０８は制御信号Ｃｓｉｇ１〜Ｃｓｉｇ６を用いて駆動回路３００、タッチ検出回路３０１、サンプルホールド回路３０２、セレクタ３０３、ＡＤ変換回路３０４及びバスインタフェース回路３０６の動作を制御し、また、制御信号Ｃｓｉｇ７によってＲＡＭ３０５のアクセス制御を行う。シーケンス制御回路３０８には、例えば、外部から垂直同期信号Ｖｓｙｎｃや水平同期信号Ｈｓｙｎｃがタイミングの基準信号として入力され、別途入力されまたは内部で生成されるクロックＣＬＫに同期したシーケンス制御を行う。垂直同期信号Ｖｓｙｎｃや水平同期信号Ｈｓｙｎｃは、表示パネルコントローラ４による表示駆動の動作と、タッチパネルコントローラ３によるタッチ検出動作の間のタイミング制御を行う場合に使用されると好適である。

【0059】

図５にはタッチパネル１の簡略な等価回路とタッチ検出回路３０１の一例が示される。タッチ検出回路３０１には、Ｘ電極Ｘ１〜Ｘｎのそれぞれに対応する端子Ｘ１〜Ｘｎに接続される、検出回路１０＿１〜１０＿ｎと充電回路２０＿１〜２０＿ｎとが含まれる。タッチパネル１の電極とセンサ容量の構成には、種々の変形例があるが、図５では１個のセンサ容量Ｃｘｙが１個の端子（Ｘ１〜Ｘｎ）を介して、１組の検出回路１０と充電回路２０に接続されるものとして図示される。これは、１個の検出回路の動作が、電気的に１個のセンサ容量を対象とした計測動作であることを、模式的に示すものであって、実際には、センサ容量は複数の電極の合成容量であってよく、または、選択回路などが追加されて複数のセンサ容量から１個ずつ順次選択されて計測対象とされる構成であってもよい。検出回路１０＿１〜１０＿ｎの出力Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｎは、サンプルホールド回路（ＳＨ）３０２に転送され電圧値として保持される。セレクタ（ＳＬＣＴ）３０３は、サンプルホールド回路（ＳＨ）３０２に保持される電圧値を、制御信号Ｃｓｉｇ４に基づいて順次選択して、ＡＤ変換回路３０４に入力する。ＡＤ変換回路３０４は、サンプルホールド回路（ＳＨ）３０２に保持される電圧値をディジタル値Ｄｏｕｔに順次変換して出力する。

【0060】

タッチ検出回路３０１の構成と動作について、さらに詳しく説明する。

【0061】

図６は、タッチ検出回路（容量検出回路）の構成を例示する回路図である。１個のセンサ容量Ｃｘｙを検出対象とする回路のみが示される。タッチ検出回路３０１のうち、検出対象である１個のセンサ容量Ｃｘｙに、端子Ｘｎ（Ｘ１〜Ｘｎのうちのいずれか）を介してそれぞれ接続される、検出回路１０と充電回路２０とによって構成される。図６には、タッチ検出回路３０１の出力ＶＯＵＴ１が入力され保持される、サンプルホールド回路３０２内の回路と、保持される電圧を選択してＡＤ変換回路３０４に供給するセレクタ３０３内の回路とが、合せて示されている。

【0062】

検出回路１０は、例えば図示されるような積分回路１１であり、入力される電荷を累積加算して出力する。即ち、積分回路１１である検出回路１０は、正極側入力（＋）であるＶＩＧが初期化電圧ＶＨＳＰに固定され仮想接地電位がＶＩＧ＝ＶＨＳＰとされた演算増幅器ＡＭＰ１と、演算増幅器ＡＭＰ１の負極側入力（−）と出力端子との間に接続された積分容量Ｃｓ１と、積分容量Ｃｓ１に並列接続され積分容量Ｃｓ１を短絡して放電、初期化することができるスイッチＳ１と、積分回路１１の入力である演算増幅器ＡＭＰ１の負極側入力（−）と端子Ｘｎとの接続をオン／オフ制御することができるスイッチＳ２とを含んで構成される。

【0063】

充電回路２０は、電圧源であるＶＳＬＦと、その電圧源ＶＳＬＦと端子Ｘｎとの接続をオン／オフ制御するスイッチＳ７とを含んで構成される。電圧源ＶＳＬＦは、演算増幅器ＡＭＰ２によるボルテージフォロワアンプによって、初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅを供給している。

【0064】

サンプルホールド回路３０２は、検出回路１０＿１〜１０＿ｎの出力Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｎを保持するｎ個のサンプルホールド回路を含んで構成されるが、図６にはそのうちの１個のみが示される。サンプルホールド回路３０２は、スイッチＳ４とサンプルホールド容量Ｃｓｈと演算増幅器ＡＭＰ４とを含んで構成される。スイッチＳ４を介して入力される検出回路１０の出力ＶＯＵＴ１は、サンプルホールド容量Ｃｓｈに保持され、演算増幅器ＡＭＰ４で構成されるボルテージフォロワアンプから出力される。

【0065】

セレクタ３０３は、サンプルホールド回路３０２に保持されて出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｎから、１個の出力電圧を選択して順次ＡＤ変換回路３０４に供給するため、ｎ個のスイッチＳ６＿ＲＸ１〜Ｓ６＿ＲＸｎを含んで構成される。図６には、このうちの２個のスイッチＳ６＿ＲＸ１とＳ６＿ＲＸｎのみが示される。

【0066】

図７は、図６のタッチ検出回路の動作を例示するタイミングチャートである。横軸に時刻（Ｔｉｍｅ）を取り、縦軸方向には上から、クロックｃｌｋ、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、スイッチＳ７，Ｓ１，Ｓ２を制御する信号がディジタル波形で示され、さらに検出対象のセンサ容量Ｃｘｙが接続される端子Ｘｎの電位と出力Ｖｏｕｔの電圧とが、アナログ波形で示される。スイッチＳ７，Ｓ１，Ｓ２を制御する信号は、正論理であり、ハイのとき各スイッチは閉じられ（オンされ）、ロウのとき各スイッチは開かれる（オフされる）ものとして示される。

【0067】

時刻ｔ０〜ｔ１の期間は、充電回路２０によってセンサ容量Ｃｘｙを充電する充電期間であり、同時に積分回路１１の初期化も行われる。例えば垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが変化する時刻ｔ０において、スイッチＳ７を閉じることにより、端子Ｘｎを介してセンサ容量Ｃｘｙが初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに充電される。同じ時刻ｔ０に、積分回路１１への入力であるスイッチＳ２は開かれて端子Ｘｎからの入力が遮断され、スイッチＳ１が閉じられることにより、積分容量Ｃｓ１が短絡・放電されて初期化され、出力ＶＯＵＴ１は初期化電圧ＶＨＳＰに初期化される。時刻ｔ１には、スイッチＳ７が開かれてセンサ容量Ｃｘｙの充電が終わり、スイッチＳ１が開かれて積分容量Ｃｓ１の短絡・放電が終わり積分回路１１の初期化が終わる。

【0068】

その後時刻ｔ２〜ｔ３の期間にスイッチＳ２が閉じられて、センサ容量Ｃｘｙが検出回路１０である積分回路１１の入力端子に接続される。センサ容量Ｃｘｙは、初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに充電されており、積分回路１１の入力は、演算増幅器ＡＭＰ１の正極側入力と同じ初期化電圧ＶＨＳＰに仮想接地されているので、電荷（Ｖｃｈａｒｇｅ−ＶＨＳＰ）×Ｃｘｙが、積分回路１１に入力され（流れ込み）、入力された電荷量が積分容量Ｃｓ１に蓄積される。時刻ｔ２〜ｔ３の期間には、センサ容量Ｃｘｙの電位である端子Ｘｎの電位は、ＶｃｈａｒｇｅからＶＨＳＰに徐々に低下し、これに伴って積分回路１１の出力ＶＯＵＴ１は初期化電圧のＶＨＳＰから上昇する。

【0069】

その後時刻ｔ４〜ｔ５の期間（２度目の充電期間）に再び、スイッチＳ７が閉じられて、端子Ｘｎを介してセンサ容量Ｃｘｙが充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに充電される。時刻ｔ０〜ｔ１の期間とは異なり、スイッチＳ１は開かれたままであり、初期化は行われない。この間スイッチＳ２は開かれており、積分回路１１の出力ＶＯＵＴ１は時刻ｔ２から同じ電圧が維持される。

【0070】

その後時刻ｔ６〜ｔ７の期間（２度目の積分期間）に再び、スイッチＳ２が閉じられて、センサ容量Ｃｘｙから電荷が積分回路１１に入力され、積分容量Ｃｓ１に累積的に加算される。そのため、積分回路１１の出力電圧ＶＯＵＴ１は、入力された電荷の分だけさらに上昇する。

【0071】

それ以降、時刻ｔ８〜ｔ９、ｔ１２〜ｔ１３の３度目と４度目等の充電期間と、時刻ｔ１０〜ｔ１１、ｔ１４〜の３度目と４度目等の積分期間とを、所定の回数繰り返すことにより、電荷（Ｖｃｈａｒｇｅ−ＶＨＳＰ）×Ｃｘｙが、その所定回数だけ積分容量Ｃｓ１に累積的に加算、即ち積分される。

【0072】

図示は省略されているが、所定回数の積分が完了した後、出力電圧ＶＯＵＴ１は、スイッチＳ４が閉じられることによってサンプルホールド回路３０２のサンプルホールド容量Ｃｓｈに転送される。その後、時刻ｔ０〜ｔ１と同様に、スイッチＳ１が閉じられて積分容量Ｃｓ１が短絡・放電されて初期化され、次の容量検出に移る。

【0073】

図８は、実施形態１のタッチ検出回路（容量検出回路）の構成を例示する回路図である。図６に示されるタッチ検出回路（容量検出回路）と同様に、１個のセンサ容量Ｃｘｙを検出対象とする回路のみが示される。タッチ検出回路３０１のうち、検出対象である１個のセンサ容量Ｃｘｙに、端子Ｘｎ（Ｘ１〜Ｘｎのうちのいずれか）を介してそれぞれ接続される、検出回路１０と充電回路２０とによって構成される。図８にも、タッチ検出回路３０１の出力ＶＯＵＴ１が入力され保持される、サンプルホールド回路３０２内の回路と、保持される電圧を選択してＡＤ変換回路３０４に供給するセレクタ３０３内の回路とが、合せて示されている。

【0074】

検出回路１０は、例えば図示されるような両エッジ型積分回路１２であり、積分容量Ｃｓ１を備え、入力される電荷を、積分容量Ｃｓ１に絶対値的に累積加算して出力する。即ち、両エッジ型積分回路１２である検出回路１０は、入力スイッチＳ２と、演算増幅器ＡＭＰ１と、積分容量Ｃｓ１と、スイッチＳ１とＣＦＡ１とＣＦＡ２とＣＦＢ１とＣＦＢ２と、スイッチＳ５と演算増幅器ＡＭＰ３によるボルテージフォロワアンプとを含んで構成される。入力スイッチＳ２は、演算増幅器ＡＭＰ１の負極側入力（−）と端子Ｘｎとの接続をオン／オフ制御する。積分容量Ｃｓ１は、演算増幅器ＡＭＰ１の負極側入力（−）と出力端子との間に接続されて、積分回路を構成しており、並列接続されるスイッチＳ１によって短絡・放電され初期化され、また、スイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２とＣＦＢ１とＣＦＢ２によって、演算増幅器ＡＭＰ１への接続極性を反転することができるように構成されている。即ち、スイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２を閉じ、スイッチＣＦＢ１とＣＦＢ２とを開いたときと、逆に、スイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２を開き、スイッチＣＦＢ１とＣＦＢ２とを閉じたときとでは、演算増幅器ＡＭＰ１に対する積分容量Ｃｓ１の接続極性が互いに反転する。スイッチＳ５と演算増幅器ＡＭＰ３によるボルテージフォロワアンプは、演算増幅器ＡＭＰ１の正極側入力端子に印加する電圧を、初期化電圧ＶＨＳＰと電位ＶＨＳＰ＋ΔＶとの間で切替える。演算増幅器ＡＭＰ１の仮想接地電位ＶＩＧが、初期化電圧ＶＨＳＰと電位ＶＨＳＰ＋ΔＶとの間で切替えられることとなる。

【0075】

充電回路２０は、図６に示される構成と同様に、電圧源であるＶＳＬＦと、その電圧源ＶＳＬＦと端子Ｘｎとの接続をオン／オフ制御するスイッチＳ７とを含んで構成される。電圧源ＶＳＬＦは、演算増幅器ＡＭＰ２によるボルテージフォロワアンプによって、初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅを供給する。

【0076】

検出回路１０の後段の、サンプルホールド回路３０２、セレクタ３０３及びＡＤ変換回路３０４については、図６に示される構成と同様であるので、説明を省略する。

【0077】

本実施形態１のタッチ検出回路の動作について説明する。

【0078】

図９は、図８のタッチ検出回路の動作を例示するタイミングチャートである。図７と同様に、横軸は時刻（Ｔｉｍｅ）であり、縦軸方向には上から、クロックｃｌｋ、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、スイッチＳ７，Ｓ１，Ｓ２，ＣＦＡ１とＣＦＡ２，ＣＦＢ１とＣＦＢ２を制御する信号がディジタル波形で示され、さらに両エッジ型積分回路１２の演算増幅器ＡＭＰ１の仮想接地電位ＶＩＧと、センサ容量Ｃｘｙに接続される端子Ｘｎの電位と、出力ＶＯＵＴ１の電圧とが、アナログ波形で示される。スイッチＳ７，Ｓ１，Ｓ２，ＣＦＡ１とＣＦＡ２，ＣＦＢ１とＣＦＢ２を制御する信号は、正論理であり、ハイのとき各スイッチは閉じられ（オンされ）、ロウのとき各スイッチは開かれる（オフされる）ものとして示される。言うまでもないが、負論理に変更することは容易である。

【0079】

時刻ｔ０〜ｔ１の期間は、充電回路２０によってセンサ容量Ｃｘｙを充電する充電期間であり、同時に両エッジ型積分回路１２の初期化も行われる。例えば、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが変化する時刻ｔ０において、スイッチＳ７を閉じることにより、端子Ｘｎを介してセンサ容量Ｃｘｙが初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに充電される。同じく時刻ｔ０に、両エッジ型積分回路１２への入力スイッチＳ２は開かれて入力が遮断され、スイッチＳ１が閉じられることにより、積分容量Ｃｓ１が短絡・放電されて初期化され、出力ＶＯＵＴ１は初期化電圧ＶＨＳＰに初期化される。時刻ｔ１には、スイッチＳ７が開かれてセンサ容量Ｃｘｙの充電が終わり、スイッチＳ１が開かれて積分回路１２の初期化が終わる。

【0080】

その後時刻ｔ１〜ｔ２の期間にスイッチＳ２が閉じられて、センサ容量Ｃｘｙが検出回路１０である両エッジ型積分回路１２の入力端子に接続される。この期間には、演算増幅器ＡＭＰ１の正極側入力には、初期化電圧ＶＨＳＰが印加されている。センサ容量Ｃｘｙは、初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに充電されており、両エッジ型積分回路１２の入力は初期化電圧ＶＨＳＰに仮想接地されているので、センサ容量Ｃｘｙの電位である端子Ｘｎの電位は、Ｖｃｈａｒｇｅから仮想接地電位であるＶＨＳＰに向かって徐々に低下する（センサ容量Ｃｘｙの放電）。このとき、センサ容量Ｃｘｙを放電するための電荷（Ｖｃｈａｒｇｅ−ＶＨＳＰ）×Ｃｘｙが、両エッジ型積分回路１２に入力され、積分容量Ｃｓ１に蓄積される。これに伴って、両エッジ型積分回路１２の出力ＶＯＵＴ１は上昇する。

【0081】

時刻ｔ２にスイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２を開き（オフし）、スイッチＣＦＢ１とＣＦＢ２を閉じ（オンし）て、積分容量Ｃｓ１の接続極性を反転させる。これに伴って、両エッジ型積分回路１２の出力ＶＯＵＴ１は、初期化電圧ＶＨＳＰよりも低い電位へ降下する。このとき、積分容量Ｃｓ１に保持されている電荷の量は、極性反転によって変化しないので、極性反転前のＶＯＵＴ１の電位をＶＨＳＰ＋ΔＶ１とすると、極性反転後のＶＯＵＴ１の電位はＶＨＳＰ−ΔＶ１となる。即ち、積分容量Ｃｓ１に保持されている電荷の量は、その絶対値が保持されたまま極性が反転されたのと同等の状態になる。この電位変化は、容量の充放電を伴わないので、理論的には瞬時に発生する。なお、積分容量Ｃｓ１の極性反転に伴って、両エッジ型積分回路１２の入力端子であるＸｎの電位が瞬間的に上昇するが、仮想接地レベルであるＶＨＳＰに戻って安定化される。

【0082】

時刻ｔ３には、演算増幅器ＡＭＰ１の正極側入力端子の電位、即ち仮想接地電位ＶＩＧは、スイッチＳ５を切替えることにより、初期化電圧ＶＨＳＰから、ＶＨＳＰ＋ΔＶに変化される。このとき、初期化電圧ＶＨＳＰがセンサ容量Ｃｘｙの充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅよりも低い電位とされたのに対し、ＶＨＳＰ＋ΔＶはＶｃｈａｒｇｅよりも高い電位とされる。時刻ｔ３〜ｔ４の期間には、センサ容量Ｃｘｙの電位である端子Ｘｎの電位は、ＶＨＳＰからＶＨＳＰ＋ΔＶに徐々に上昇する（センサ容量Ｃｘｙの充電）。このとき、演算増幅器ＡＭＰ１の負極側入力端子は、仮想接地レベルである正極側入力端子の電位に等しくなるように変化するから、センサ容量Ｃｘｙに向かってこれを充電するための電荷が流入する。これに伴って、センサ容量Ｃｘｙを充電するための電荷は、積分容量Ｃｓ１に累積的に加算（積分）され、両エッジ型積分回路１２の出力ＶＯＵＴ１は、積分された電荷に相当する電位差だけ、ＶＨＳＰ−ΔＶ１からさらに降下する。この時の出力ＶＯＵＴ１の電位をＶＨＳＰ−ΔＶ１−ΔＶ２とする。

【0083】

その後時刻ｔ４にスイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２を閉じ、スイッチＣＦＢ１とＣＦＢ２を開いて、積分容量Ｃｓ１の接続極性を再び反転させる。これに伴って、両エッジ型積分回路１２の出力ＶＯＵＴ１は、初期化電圧ＶＨＳＰよりも高い電位へ反転する。このとき、積分容量Ｃｓ１に保持されている電荷の量は、極性反転によって変化しないので、極性反転前のＶＯＵＴ１の電位ＶＨＳＰ−ΔＶ１−ΔＶ２は、極性反転後にＶＨＳＰ＋ΔＶ１＋ΔＶ２となる。即ち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間にセンサ容量Ｃｘｙを放電するために、センサ容量Ｃｘｙから両エッジ型積分回路１２に流入する電荷と、時刻ｔ３〜ｔ４の期間にセンサ容量Ｃｘｙを充電するために、両エッジ型積分回路１２からセンサ容量Ｃｘｙへ注入される電荷とは、移動方向が逆であるが、その電荷量の絶対値が積分容量Ｃｓ１に累積的に加算（積分）される。なお、時刻ｔ４では、積分容量Ｃｓ１の極性反転に伴って、両エッジ型積分回路１２の入力端子であるＸｎの電位が瞬間的に降下するが、仮想接地レベルであるＶＨＳＰ＋ΔＶに戻って安定化される。

【0084】

以上説明したように、本実施形態１に係る両エッジ型積分回路１２は、センサ容量Ｃｘｙを充放電可能であり、センサ容量Ｃｘｙを充放電するために入出力する電荷を積分容量Ｃｓｈに累積的に加算可能であって、充放電に伴う電荷の移動方向に応じて、積分容量Ｃｓｈへ加算される電荷の極性を反転させることができる。

【0085】

図７に示した動作では、時刻ｔ２〜ｔ３のセンサ容量Ｃｘｙの放電期間には、放電によって積分回路１１に流入する電荷が積分容量Ｃｓｈに加算されるが、時刻ｔ４〜ｔ５の充電期間には充電によって積分回路１１から電荷が流出しないように、入力スイッチＳ２によって積分回路１１が分離されているため、積分回路１１の出力ＶＯＵＴ１は変化しない。センサ容量Ｃｘｙの充放電１回当たり、積分は１回のみ行われていることになる。これに対して本実施形態１に係る両エッジ型積分回路１２では、センサ容量Ｃｘｙを放電する電荷と充電する電荷の両方の絶対値をそれぞれ加算するので、センサ容量Ｃｘｙの充放電１回当たり、２回の積分（加算）を行う事ができる。したがって、単位時間当たりの積分信号量を倍増させることができ、検出動作期間を短縮し、検出精度を向上することができる。

【0086】

時刻ｔ４以降、時刻ｔ５、ｔ７、ｔ９、ｔ１１、ｔ２３において、スイッチＳ５を制御して両エッジ型積分回路１２の仮想接地電位ＶＩＧをＶＨＳＰとＶＨＳＰ＋ΔＶとの間で交互に変化させることにより、センサ容量Ｃｘｙに対する充電と放電を繰り返す。それに伴って、時刻ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２において、スイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２とＣＦＢ１とＣＦＢ２を制御して、積分容量Ｃｓ１の接続極性を繰り返し反転させる。時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１３〜の各放電期間にセンサ容量Ｃｘｙを放電するために、センサ容量Ｃｘｙから両エッジ型積分回路１２に流入する電荷と、時刻ｔ７〜ｔ８、ｔ１１〜１２の各充電期間にセンサ容量Ｃｘｙを充電するために、両エッジ型積分回路１２からセンサ容量Ｃｘｙへ注入される電荷とは、移動方向が逆であるが、その移動方向に応じて積分容量Ｃｓ１の接続極性も反転されるため、その電荷量の絶対値が積分容量Ｃｓ１に累積的に加算（積分）される。

【0087】

図示は省略されているが、所定回数の積分が完了した後、出力電圧ＶＯＵＴ１は、スイッチＳ４が閉じられることによってサンプルホールド回路３０２のサンプルホールド容量Ｃｓｈに転送されて出力される。その後、時刻ｔ０〜ｔ１と同様に、スイッチＳ１が閉じられて積分容量Ｃｓ１が短絡・放電されて初期化され、次の容量検出に移る。

【0088】

以上のように、センサ容量Ｃｘｙの充放電とこの充放電に対応して積分容量Ｃｓ１へ加算される電荷の極性を反転させる動作を所定の回数だけ繰り返す毎に、積分容量Ｃｓ１を短絡して初期化する。

【0089】

これにより、積分容量Ｃｓ１の初期化から次の初期化までに行われる充電回数と放電回数の和を積分回数とすることができ、充電または放電の一方のみで積分を行う積分回路１１と比較して、積分信号量を倍増させることができる。

【0090】

以上説明したように、両エッジ型積分回路１２は、タッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）３のタッチ検出回路（ＳＥＮＳ）３０１に搭載されることにより、タッチ検出の検出時間を短縮し、検出精度を向上することができる。このようなタッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）３は、例えば表示パネル２とインセルタイプで一体的に構成されたタッチパネル１と接続され、表示駆動とタッチ検出が時分割される表示及び入力装置１００に好適に適用される。時分割のためにタッチ検出に割り当てられる時間が短くなるのに対し、上述のように単位時間当たりの積分信号量を増加させ、タッチ検出の検出時間を短縮し、検出精度を向上することができるからである。このとき、タッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）３を、例えばシリコンなどの半導体基板上に形成されて、タッチコントローラＩＣとして提供され、或いは、さらに表示パネルコントローラ（ＤＰＣ）４も同一半導体チップ上に集積されてもよい。これにより、表示駆動とタッチセンス制御を互いに連携させることが容易になる。

【0091】

なお、本実施形態１に係る両エッジ型積分回路１２を用いた容量検出回路は、タッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）３のタッチ検出回路（ＳＥＮＳ）３０１に搭載される以外に、広く一般の容量検出回路として実施することができる。

【0092】

〔実施形態２〕
図１０は、実施形態２のタッチ検出回路（容量検出回路）の構成を例示する回路図である。容量検出回路１０は、図８に示される両エッジ型積分回路１２と同一構成でＦＩＲフィルタとして機能する両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３に加えて、ＩＩＲフィルタ１４と積分回路１５とをさらに備える。両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３の出力ＶＯＵＴ１は次段のＩＩＲフィルタ１４と、スイッチＳ４１とサンプルホールド容量Ｃｓｈ１から成るサンプルホールド回路を介して接続され、ＩＩＲフィルタ１４の出力ＶＯＵＴ２は次段の積分回路１５と、スイッチＳ４３とサンプルホールド容量Ｃｓｈ２から成るサンプルホールド回路を介して接続されている。積分回路１５の出力ＶＯＵＴ３は、図８に示されるのと同様に、サンプルホールド回路３０２に入力され、セレクタ（ＳＬＣＴ）３０３を介して、ＡＤ変換回路３０４に入力される。

【0093】

両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３は前述の両エッジ型積分回路１２と同一構成であるので、回路構成についての説明は省略する。初期化から次の初期化までの期間に入力される電荷を積分するので、全てのタップ係数が１であり、前記積分の回数をタップ数とするＦＩＲフィルタとして機能する。

【0094】

ＩＩＲフィルタ１４は、演算増幅器ＡＭＰ５と、２個の積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂと、スイッチＳ４２，Ｓ１２，Ｓ１３，ＣＦ１及びＣＦ２よりなる。演算増幅器ＡＭＰ５は正極側入力（＋）が初期化電圧ＶＨＳＰに固定され、負極側入力（−）と出力端子の間に積分容量Ｃｓ２ａが接続されている。スイッチＳ４２は入力スイッチであり、サンプルホールド容量Ｃｓｈ１に保持された電圧値を、演算増幅器ＡＭＰ５の負極側入力端子に入力する。２個の積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂは、スイッチＣＦ１とＣＦ２を介して並列接続されており、演算増幅器ＡＭＰ５によって構成される積分回路の積分容量は、スイッチＣＦ１とＣＦ２が開かれて（オフされて）いるときはＣｓ２ａのみであり、スイッチＣＦ１とＣＦ２を閉じる（オンする）ことによりそれらの和（Ｃｓ２ａ＋Ｃｓ２ｂ）になる。スイッチＳ１２は積分容量Ｃｓ２ｂに並列接続され、閉じられることにより、積分容量Ｃｓ２ｂを短絡して放電し初期化する。スイッチＣＦ１とＣＦ２が共に閉じられているときには、積分容量Ｃｓ２ｂとＣｓ２ａの両方を短絡して放電し初期化する。即ち、積分容量Ｃｓ２ａ＋Ｃｓ２ｂは、容量値の一部（Ｃｓ２ｂのみ）または全部（Ｃｓ２ａ＋Ｃｓ２ｂ）が、スイッチＣＦ１とＣＦ２とＳ１２の制御によって放電可能に構成されている。積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂの容量値は、例えばレジスタ設定により変更することができるように構成されると好適である。積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂの容量値によって、ＩＩＲフィルタの周波数特性が規定されるからである。スイッチＳ１３は、ＣＦ２を介して演算増幅器ＡＭＰ５の出力端子と初期化電圧ＶＨＳＰとの間に接続され、スイッチＣＦ２と共に閉じられることにより、演算増幅器ＡＭＰ５の出力端子をＶＨＳＰに初期化する。

【0095】

積分回路１５は、演算増幅器ＡＭＰ６と、積分容量Ｃｓ３と、スイッチＳ４４及びＳ１４よりなる。演算増幅器ＡＭＰ６は正極側入力（＋）が初期化電圧ＶＨＳＰに固定され、負極側入力（−）と出力端子の間に積分容量Ｃｓ３が接続されている。スイッチＳ４４は入力スイッチであり、サンプルホールド容量Ｃｓｈ２に保持された電圧値を、演算増幅器ＡＭＰ６の負極側入力端子に入力する。スイッチＳ１４は積分容量Ｃｓ３に並列接続され、閉じられることにより、積分容量Ｃｓ３を短絡して放電し初期化する。

【0096】

本実施形態２のタッチ検出回路の動作について説明する。

【0097】

図１１は、図１０のタッチ検出回路の動作を例示するタイミングチャートである。図９と同様に、横軸は時刻（Ｔｉｍｅ）であり、縦軸方向には上から、スイッチＳ７，Ｓ１，Ｓ２，ＣＦＡ１とＣＦＡ２，ＣＦＢ１とＣＦＢ２を制御する信号がディジタル波形で示され、両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３の演算増幅器ＡＭＰ１の仮想接地電位ＶＩＧと、センサ容量Ｃｘｙに接続される端子Ｘｎの電位と、出力ＶＯＵＴ１の電圧とがアナログ波形で示され、さらに、スイッチＳ４１，Ｓ４２，Ｓ１２，Ｓ１３，ＣＦ１，ＣＦ２，Ｓ４３，Ｓ４４，Ｓ１４及びＳ４を制御する信号がディジタル波形で示される。各スイッチを制御する信号は、正論理であり、ハイのとき各スイッチは閉じられ（オンされ）、ロウのとき各スイッチは開かれる（オフされる）ものとして示される。言うまでもないが、負論理に変更することは容易である。横軸は紙面の制約から時刻が間引いて表記される。

【0098】

時刻ｔ０〜ｔ１の期間は、充電回路２０によってセンサ容量Ｃｘｙを充電する充電期間であり、同時に両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３とＩＩＲフィルタ１４の初期化も行われる。時刻ｔ０において、端子Ｘｎを介してセンサ容量Ｃｘｙが初期化電圧ＶＨＳＰよりも高電位の充電電圧Ｖｃｈａｒｇｅに充電される。同じ時刻ｔ０に、両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３への入力スイッチＳ２は開かれて入力が遮断され、スイッチＳ１が閉じられることにより、積分容量Ｃｓ１が短絡・放電されて初期化され、出力ＶＯＵＴ１は初期化電圧ＶＨＳＰに初期化される。時刻ｔ１には、スイッチＳ７が開かれてセンサ容量Ｃｘｙの充電が終わり、スイッチＳ１が開かれてＦＩＲフィルタ１３の初期化が終わる。ＩＩＲフィルタ１４においても、スイッチＣＦ１とＣＦ２を閉じて積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂを並列接続された状態にし、スイッチＳ１２を閉じることにより、積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂの両方を短絡・放電して初期化する。

【0099】

時刻ｔ１〜ｔ８の期間は、スイッチＳ２が閉じられて、センサ容量Ｃｘｙが両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３の入力端子に接続される。この期間には、図９の時刻ｔ１以降と同様に、両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３の演算増幅器ＡＭＰ１の仮想接地電位ＶＩＧは、ＶＨＳＰとＶＨＳＰ＋ΔＶとの間で繰り返し変化され、これに合わせてスイッチＣＦＡ１とＣＦＡ２，ＣＦＢ１とＣＦＢ２を制御することにより、積分容量Ｃｓ１の接続極性が反転される。センサ容量Ｃｘｙに接続される端子Ｘｎの電圧が示すように、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８は放電期間であり、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７は充電期間である。両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３とセンサ容量Ｃｘｙとの間の電荷の移動方向は、上記放電と充電の繰り返しに合せて反転するが、積分容量もこれに合わせて反転されるため、その電荷量の絶対値が積分容量Ｃｓ１に累積的に加算（積分）され、両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３の出力ＶＯＵＴ１の振幅（絶対値）は、累積的に上昇する。

【0100】

時刻ｔ１〜ｔ８の期間にスイッチＳ４１が閉じられており、出力ＶＯＵＴ１はサンプルホールド容量Ｃｓｈ１にサンプリングされている時刻ｔ８でスイッチＳ４１が開かれてホールドされ、同時にＩＩＲフィルタ１４の入力スイッチＳ４２が閉じられることにより、両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３の出力ＶＯＵＴ１がＩＩＲフィルタ１４に入力される。時刻ｔ８〜ｔ９の期間は、スイッチＣＦ１とＣＦ２が閉じられており、積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂは並列接続されているため、入力されたＶＯＵＴ１に対応する電荷がＣｓ２ａ＋Ｃｓ２ｂに蓄積される。時刻ｔ９〜ｔ１６の期間には、スイッチＣＦ１とＣＦ２は開かれて積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂは分離され、スイッチＳ１２が閉じられることにより、積分容量Ｃｓ２ｂに蓄積されている電荷が短絡・放電されて捨てられ、積分容量Ｃｓ２ａに蓄積されている電荷のみが残る。時刻ｔ１６〜ｔ１７の期間に再びスイッチＣＦ１とＣＦ２が閉じられて積分容量Ｃｓ２ａとＣｓ２ｂが並列接続され、入力されたＶＯＵＴ１に対応する電荷がＣｓ２ａ＋Ｃｓ２ｂに累積的に蓄積される。今回入力されたＦＩＲフィルタの出力が、前回入力されたＦＩＲフィルタの出力のＣｓ２ａ／（Ｃｓ２ａ＋Ｃｓ２ｂ）と加算され、ＩＩＲフィルタとして動作する。

【0101】

ＩＩＲフィルタ１４の出力は、時刻ｔ８〜ｔ９、ｔ１６〜ｔ１７、ｔ２４〜ｔ２５の各期間に、スイッチＳ４３が閉じられることにより、サンプルホールド容量Ｃｓｈ２に保持され、時刻ｔ９〜ｔ１６、ｔ１７〜ｔ２４、ｔ２５〜ｔ３２にスイッチＳ４４が閉じられることにより、順次積分回路１５に入力され、積分容量Ｃｓ３に累積的に加算（積分）されて、出力ＶＯＵＴ３として出力される。出力されたＶＯＵＴ３は時刻ｔ１０、ｔ１８、ｔ２６などのタイミングで、図８に示されるのと同様に、サンプルホールド回路３０２に転送され、セレクタ（ＳＬＣＴ）３０３を介して、ＡＤ変換回路３０４に入力される。

【0102】

以上のように、積分容量Ｃｓ１を含む初段の回路を、センサ容量Ｃｘｙの放電に伴う正極方向の積分動作時と、充電に伴う負極方向の積分動作時の両方でサンプリングを行うＦＩＲフィルタとして動作させることができる。ＦＩＲフィルタの単位時間当たりのサンプリング回数を従来よりも増やすことができるので、ノイズ抑圧特性を向上する周波数特性を持たせることができる。さらに後段に上述のように動作するＩＩＲフィルタ１４を設けることにより、例えばＦＩＲフィルタ１３の零点とＩＩＲフィルタ１４の極を一致させるなど、両者の周波数特性を適切に組み合わせることによって、より効果的なノイズ抑圧特性を持たせることができる。

【0103】

なお、本実施形態２に係る両エッジ型ＦＩＲフィルタ１３を用いた容量検出回路は、タッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）３のタッチ検出回路（ＳＥＮＳ）３０１に搭載される以外に、広く一般の容量検出回路として実施することができる。

【0104】

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

【0105】

例えば、各実施形態に示した積分回数、制御タイミングなどは、一例であって、種々変更可能である。また、タッチパネルの電極構造には制限されない他、表示パネル（ＤＰ）２は、液晶表示パネル、有機ＥＬ表示パネル、その他如何なる方式の表示パネルであっても良い。また、液晶表示パネルの場合、非晶質シリコンタイプでも、低温ポリシリコンタイプでも良い。

【符号の説明】

【0106】

１ タッチパネル（ＴＰ）
２ 表示パネル（ＤＰ）
３ タッチパネルコントローラ（ＴＰＣ）
４ 表示パネルコントローラ（ＤＰＣ）
５ サブプロセッサ（ＳＭＰＵ）
６ ホストプロセッサ（ＨＭＰＵ）
１０ 検出回路
１１、１５ 積分回路
１２ 両エッジ型積分回路
１３ 両エッジ型ＦＩＲフィルタ
１４ ＩＩＲフィルタ
２０ 充電回路
Ｙ１〜Ｙｍ 駆動電極（Ｙ電極）
Ｘ１〜Ｘｎ 検出電極（Ｘ電極）
Ｇ１〜Ｇ６４０ ゲート電極
Ｄ１〜Ｄ１４４０ ドレイン電極
１００ 表示及び入力装置（電子機器）
１０１，１０２ 半導体装置（ＩＣ、マルチチップモジュール）
３００ 駆動回路（ＹＤＲＶ）
３０１ タッチ検出回路（ＳＥＮＳ）
３０２ サンプルホールド回路（ＳＨ）
３０３ セレクタ（ＳＬＣＴ）
３０４ アナログ／ディジタル変換回路（ＡＤＣ）
３０５ ＲＡＭ
３０６ バスインタフェース回路（ＢＩＦ）
３０８ シーケンス制御回路（ＳＱＥＮＣ）
３２０ 制御レジスタ（ＣＲＥＧ）
Ｃｓｉｇ１〜Ｃｓｉｇ７ 制御信号
ＣＬＫ クロック
Ｖｓｙｎｃ 垂直同期信号
Ｈｓｙｎｃ 水平同期信号
ＶＨＳＰ Ｘ電極の初期化電圧（プリチャージ電圧）
Ｃｘｙ センサ容量
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ６ 演算増幅器（オペアンプ）
Ｃｓ１、Ｃｓ２ａ，Ｃｓ２ｂ，Ｃｓ３ 積分容量
Ｃｓｈ，Ｃｓｈ１，Ｃｓｈ２ サンプルホールド容量
Ｓ１〜Ｓ７，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ４１〜Ｓ４４，ＣＦＡ１，ＣＦＡ２，ＣＦＢ１，ＣＦＢ２，ＣＦ１，ＣＦ２ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】