特許 6774447 タッチパネル駆動装置、タッチパネル装置、駆動電圧生成方法

(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】6774447

(24)【登録日】2020年10月6日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】タッチパネル駆動装置、タッチパネル装置、駆動電圧生成方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20201012BHJP

   G06F 1/26 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 510

   G06F1/26

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-20193(P2018-20193)

(22)【出願日】2018年2月7日

(65)【公開番号】特開2019-139361(P2019-139361A)

(43)【公開日】2019年8月22日

【審査請求日】2019年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000201814

【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116942

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 雅信

(74)【代理人】

【識別番号】100167704

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 裕人

(72)【発明者】

【氏名】六車 雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 博之

(72)【発明者】

【氏名】杉本 照和

(72)【発明者】

【氏名】高山 勝己

【審査官】 菅原 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５０２３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７８９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１７５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１２８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０３９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００５９２９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００６０５９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ １／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧を生成する電源回路として、
入力電圧を昇圧した電圧を出力するチャージポンプ回路と、
低損失低電圧レギュレータにより構成され、前記チャージポンプ回路で得られた電圧を安定化し、かつ設定情報に応じて可変する安定化回路と、
前記安定化回路から出力された電圧を、所定ビット数の設定情報に応じて可変して出力することができるデジタル−アナログ変換器と、を備えた電源回路を有する
タッチパネル駆動装置。

【請求項2】

タッチパネルと、
前記タッチパネルに駆動電圧を供給し、センシングを行うタッチパネル駆動装置を備え、
前記タッチパネル駆動装置は、タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧を生成する電源回路として、
入力電圧を昇圧した電圧を出力するチャージポンプ回路と、
低損失低電圧レギュレータにより構成され、前記チャージポンプ回路で得られた電圧を安定化し、かつ設定情報に応じて可変する安定化回路と、
前記安定化回路から出力された電圧を、所定ビット数の設定情報に応じて可変して出力することができるデジタル−アナログ変換器と、
を備えた電源回路を有する
タッチパネル装置。

【請求項3】

前記駆動電圧は、前記タッチパネルの送信信号線に印加する電圧とされる
請求項２に記載のタッチパネル装置。

【請求項4】

タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧を生成する駆動電圧生成方法として、
チャージポンプ回路により入力電圧を昇圧した電圧を生成し、
低損失低電圧レギュレータにより構成された安定化回路により、前記チャージポンプ回路で得られた電圧を安定化するとともに、設定情報に応じて可変し、
デジタル−アナログ変換器により、前記安定化回路から出力された電圧を所定ビット数の設定情報に応じて可変して前記駆動電圧を生成する
駆動電圧生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はタッチパネル駆動装置、タッチパネル装置、駆動電圧生成方法に関し、特にタッチパネル駆動用の電圧生成技術に関する。

【背景技術】

【0002】

タッチパネルに関して各種の技術が知られており、下記特許文献１には同時に２組の信号線（電極）のセンシングを行ってタッチ操作位置の検出を行うことで解像度を向上させるセンシング技術が開示されている。
また下記特許文献２には、Ｘ、Ｙ方向の電極配線において電極が交差する部分を設けないようにした、いわゆるシングルレイヤ方式の構造が開示されている。
下記特許文献３には、一体型タッチスクリーンのための電源供給のための電荷ポンプ（チャージポンプ）を備えた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−２１９９６１号公報

【特許文献2】特開２０１０−１８２２７７号公報

【特許文献3】特表２０１４−５０５２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

タッチパネルにおいてセンシング精度を維持又は向上させることは重要である。そしてタッチパネルの構造、仕様や使用形態などにもよるが、センシング精度には、タッチパネルのタッチ面に配設された電極に印加する駆動電圧が影響を与える。このため駆動電圧の変動を防止したり、適切な駆動電圧値を設定することが重要である。
そこで本発明は、タッチパネルに適した駆動電圧を供給可能とする技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るタッチパネル駆動装置は、タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧を生成する電源回路として、入力電圧を昇圧した電圧を出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を経て得られた電圧を、所定ビット数の設定情報に応じて可変して出力することができるデジタル−アナログ変換器と、を備えた電源回路を有する。
タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧の供給のために、比較的高い電圧を、チャージポンプ回路を用いて生成する。そのチャージポンプ回路を介して得られた電圧をデジタル−アナログ変換器（Digital Analog Converter：以下「ＤＡＣ」とも表記する）を用いて調整可能にする。この調整された電圧をタッチパネルの駆動電圧とできるようにする。

【0006】

上記したタッチパネル駆動装置においては、前記電源回路は、前記チャージポンプ回路で得られた電圧を安定化する安定化回路を備えていることが考えられる。
即ちチャージポンプ回路を用いて生成した電圧を安定化し、例えばこの安定化された電圧がＤＡＣを介してタッチパネルの駆動電圧とされるようにする。

【0007】

上記したタッチパネル駆動装置においては、前記安定化回路は、前記チャージポンプ回路で得られた電圧を安定化し、かつ設定情報に応じて電圧を可変して前記デジタル−アナログ変換器に出力することができるように構成されていることが考えられる。
即ち安定化回路でもチャージポンプ回路を用いて生成した電圧を変化させることができるようにする。

【0008】

本発明に係るタッチパネル装置は、タッチパネルと、前記タッチパネルに駆動電圧を供給し、センシングを行う上記のタッチパネル駆動装置を備える。
即ち上記の駆動電圧ＡＶＣＣを調整可能なタッチパネル駆動装置を用いることで、センシング精度のよいタッチパネル装置を実現する。

【0009】

上記したタッチパネル装置においては、前記駆動電圧は、前記タッチパネルの送信信号線に印加する電圧とされることが考えられる。
タッチパネルには、複数の送信信号線と複数の受信信号線が設けられ、タッチ面上において送信信号線と受信信号線で規定される各位置の容量変化により操作位置を検出するように構成される。駆動電圧は、送信信号線（又は送信信号線と受信信号線）への印加電圧として用いられる。

【0010】

本発明に係る駆動電圧生成方法は、タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧を生成する駆動電圧生成方法として、チャージポンプ回路により入力電圧を昇圧した電圧を生成し、デジタル−アナログ変換器により、前記チャージポンプ回路を経て得られた電圧を所定ビット数の設定情報に応じて可変して前記駆動電圧を生成するものである。
これによりタッチパネルに適した駆動電圧を設定して供給できるようにする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、チャージポンプ回路で昇圧した電圧をデジタル−アナログ変換器により調整して出力できるため、タッチパネル側の仕様、構造、又は使用態様等に関わらず、適切な駆動電圧をタッチパネルに供給でき、センシング精度の維持又は向上が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態のタッチパネル装置のブロック図である。

【図2】実施の形態のタッチパネルの信号線構造の説明図である。

【図3】実施の形態のセンシング動作の説明図である。

【図4】実施の形態の計測用容量部の説明図である。

【図5】実施の形態のセンシング動作手順のフローチャートである。

【図6】実施の形態の電源回路の構成図である。

【図7】実施の形態の電源回路における駆動電圧の調整範囲の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を次の順序で説明する。
＜１．タッチパネル装置の構成＞
＜２．センシング動作＞
＜３．電源回路構成＞
＜４．実施の形態の効果及び変形例＞

【0014】

＜１．タッチパネル装置の構成＞
実施の形態のタッチパネル装置１の構成例を図１に示す。
タッチパネル装置１は、各種機器においてユーザインターフェース装置として装着される。ここで各種機器とは、例えば電子機器、通信機器、情報処理装置、製造設備機器、工作機械、車両、航空機、建物設備機器、その他非常に多様な分野の機器が想定される。タッチパネル装置１は、これらの多様な機器製品においてユーザの操作入力に用いる操作入力デバイスとして採用される。
図１ではタッチパネル装置１と製品側ＭＣＵ（Micro Control Unit）９０を示しているが、製品側ＭＣＵ９０とは、タッチパネル装置１が装着される機器における制御装置を示しているものである。タッチパネル装置１は製品側ＭＣＵ９０に対してユーザのタッチパネル操作の情報を供給する動作を行うことになる。

【0015】

タッチパネル装置１は、タッチパネル２と、タッチパネル駆動装置３を有する。
タッチパネル駆動装置３はセンサＩＣ（Integrated Circuit）４とＭＣＵ５を有する。
タッチパネル駆動装置３は、タッチパネル側接続端子部３１を介してタッチパネル２と接続される。この接続を介してタッチパネル駆動装置３はタッチパネル２の駆動（センシング）を行う。
また操作入力デバイスとして機器に搭載される際には、タッチパネル駆動装置３は製品側接続端子部３２を介して製品側ＭＣＵ９０と接続される。この接続によりタッチパネル駆動装置３は製品側ＭＣＵ９０にセンシングした操作情報を送信する。

【0016】

タッチパネル駆動装置３におけるセンサＩＣ４は、送信回路４１、受信回路４２、マルチプレクサ４３、インターフェース・レジスタ回路４４、電源回路４５を有する。

【0017】

センサＩＣ４の送信回路４１は、マルチプレクサ４３によって選択されたタッチパネル２における端子に対して送信信号を出力する。また受信回路４２は、マルチプレクサ４３によって選択されたタッチパネル２における端子から信号を受信し、必要な比較処理等を行う。
図２に、送信回路４１、受信回路４２、マルチプレクサ４３とタッチパネル２の接続状態を模式的に示す。
タッチパネル２は、タッチ面を形成するパネル平面に、送信側の電極としてのｎ本の送信信号線２１−１から２１−ｎが配設される。
また同じくパネル平面に、受信側の電極としてのｍ本の受信信号線２２−１から２２−ｍが配設される。
なお送信信号線２１−１・・・２１−ｎ、受信信号線２２−１・・・２２−ｍを特に区別しない場合は、総称として「送信信号線２１」「受信信号線２２」と表記する。

【0018】

送信信号線２１−１・・・２１−ｎと、受信信号線２２−１・・・２２−ｍは、図示するように交差して配設される場合もあれば、いわゆるシングルレイヤ構造として、上述の特許文献２のように交差が生じないように配設される場合もある。いずれにしても送信信号線２１と受信信号線２２が配設される範囲内でタッチ操作面が形成され、タッチ操作時の容量変化により操作位置が検出される構造となる。
図では送信信号線２１と受信信号線２２の間で生じる容量を一部のみ例示している（容量Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ３２，Ｃ３３）が、タッチ操作面の全体に、送信信号線２１と受信信号線２２の間で生じる容量（例えば交差位置における容量）が存在し、タッチ操作により容量変化が生じた位置が受信回路４２により検出されることとなる。

【0019】

送信回路４１は、マルチプレクサ４３により選択された送信信号線２１−１・・・２１−ｎに対して送信信号を出力する。本実施の形態では、マルチプレクサ４３が各タイミングで２本ずつ隣接する送信信号線２１を選択していく走査を行う。
受信回路４２は、マルチプレクサ４３により選択された受信信号線２２−１・・・２２−ｍからの受信信号を受信する。本実施の形態では、マルチプレクサ４３が各タイミングで２本ずつ隣接する受信信号線２２を選択していく。
送信回路４１、受信回路４２によるセンシング動作については後述する。

【0020】

図１に戻って説明する。センサＩＣ４のインターフェース・レジスタ回路４４には、送信回路４１、マルチプレクサ４３、受信回路４２、電源回路４５に対する各種の設定情報がＭＣＵ５によって書き込まれる。送信回路４１、マルチプレクサ４３、受信回路４２、電源回路４５は、それぞれインターフェース・レジスタ回路４４に記憶された設定情報によって動作が制御される。
またインターフェース・レジスタ回路４４には、受信回路４２により検出された検出値（説明上「ＲＡＷ値」ともいう）を記憶し、ＭＣＵ５が取得できるようにしている。

【0021】

電源回路４５は、駆動電圧ＡＶＣＣを生成し、送信回路４１，受信回路４２に供給する。後述するが、送信回路４１は駆動電圧ＡＶＣＣを用いたパルスをマルチプレクサ４３によって選択された送信信号線２１に印加する。
また受信回路４２は、センシング動作の際に、マルチプレクサ４３によって選択された受信信号線２２に対して駆動電圧ＡＶＣＣを印加することも行う。
電源回路４５の構成については後に詳述する。

【0022】

ＭＣＵ５はセンサＩＣ４の設定、制御を行う。具体的にはＭＣＵ５はインターフェース・レジスタ回路４４に対して必要な設定情報を書き込むことで、センサＩＣ４の各部の動作を制御する。
またＭＣＵ５は受信回路４２からのＲＡＷ値をインターフェース・レジスタ回路４４から読み出すことで取得する。そしてＭＣＵ５は、ＲＡＷ値を用いて座標計算を行い、ユーザのタッチ操作位置情報としての座標値を製品側ＭＣＵ９０に送信する処理を行う。

【0023】

＜２．センシング動作＞
以上の構成のタッチパネル装置１によるセンシング動作について説明する。
まず図３によりタッチパネル２に対する送信回路４１，受信回路４２の動作を説明する。図ではタッチパネル２において２つの送信信号線２１−２、２１−３と、２つの受信信号線２２−２、２２−３を示している。
本実施の形態の場合、先の図２に示したような送信信号線２１、受信信号線２２に対して、送信回路４１と受信回路４２が、それぞれ隣接する２本ずつ送信、受信を行っていくことでタッチ操作の検出を行うものとなる。つまり送信信号線２１、受信信号線２２の２本×２本を基本セルとして、順次セル単位で検出走査を行う。図３では、その１つのセル部分を示していることになる。

【0024】

送信回路４１は、２本の送信信号線２１（図の場合では２１−２，２１−３）に対して、ドライバ４１１，４１２から駆動電圧ＡＶＣＣ１を出力する。つまりドライバ４１１，４１２の出力である送信信号Ｔ＋、Ｔ−がマルチプレクサ４３によって選択された送信信号線２１−２，２１−３に供給される。
なお、駆動電圧ＡＶＣＣ１は、図１の電源回路４５が生成する駆動電圧ＡＶＣＣ自体、もしくは駆動電圧ＡＶＣＣに基づく電圧である。
この場合、送信回路４１は、ドライバ４１１からの送信信号Ｔ＋は図示のように、アイドル（Idle）期間をロウレベル（以下「Ｌレベル」と表記）とする。例えば０Ｖとする。そして続くアクティブ（Active）期間にはハイレベル（以下「Ｈレベル」と表記）とする。この場合、Ｈレベルの信号として具体的には駆動電圧ＡＶＣＣ１の印加を行う。
また送信回路４１は、もう一つのドライバ４１２からの送信信号Ｔ−は、アイドル期間をＨレベル（駆動電圧ＡＶＣＣ１の印加）とし、続くアクティブ期間はＬレベルとする。
ここで、アイドル期間は受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位を安定させる期間であり、アクティブ期間は受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位変化をセンシングする期間となる。

【0025】

このアイドル期間、アクティブ期間において、受信回路４２はマルチプレクサ４３によって選択された２つの受信信号線２２（図の場合では２２−３，２２−２）からの受信信号Ｒ＋、Ｒ−をコンパレータ４２１で受信する。
そしてコンパレータ４２１は、受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位を比較して、その比較結果をＨレベル又はＬレベルで出力する。

【0026】

受信回路４２は、コンパレータ４２１の他に基準容量部４２２、スイッチ４２３，４２５、計測用容量部４２４を備えている。
基準容量部４２２を構成するコンデンサの一端には駆動電圧ＡＶＣＣ２が印加されている。駆動電圧ＡＶＣＣ２は、図１の電源回路４５が生成する駆動電圧ＡＶＣＣ自体、もしくは駆動電圧ＡＶＣＣに基づく電圧である。基準容量部４２２を構成するコンデンサの他端はスイッチ４２３の端子Ｔａを介してコンパレータ４２１の＋入力端子に接続されている。
また計測用容量部４２４の一端には駆動電圧ＡＶＣＣ２が印加されている。この計測用容量部４２４の他端はスイッチ４２５の端子Ｔａを介してコンパレータ４２１の−入力端子に接続されている。

【0027】

スイッチ４２３、４２５は、アイドル期間には端子Ｔｉが選択される。従ってアイドル期間にはコンパレータ４２１の＋入力端子（受信信号線２２−３）、−入力端子（受信信号線２２−２）がグランド接続され、受信信号Ｒ＋、Ｒ−はグランド電位となる。
スイッチ４２３、４２５は、アクティブ期間には端子Ｔａが選択される。従ってアクティブ期間にはコンパレータ４２１の＋入力端子（受信信号線２２−３）、−入力端子（受信信号線２２−２）には基準容量部４２２又は計測用容量部４２４を介して駆動電圧ＡＶＣＣ２が印加される。

【0028】

図３では当該セルが非タッチ状態の場合の受信信号Ｒ＋、Ｒ−の波形を実線で示している。アイドル期間ではスイッチ４２３、４２５が端子Ｔｉを選択していることで、受信信号Ｒ＋、Ｒ−は、或る電位（グランド電位）で安定されている。
アクティブ期間となるとスイッチ４２３、４２５が端子Ｔａを選択することで、受信信号線２２−３，２２−２に駆動電圧ＡＶＣＣ２が印加される。これにより受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位がΔＶ上昇する。非タッチの状態では、このΔＶの電位上昇は、受信信号Ｒ＋、Ｒ−共に発生する。
一方、送信回路４１側では、アクティブ期間となると、上述のように送信信号Ｔ＋が立ち上がり、送信信号Ｔ−が立ち下がる。これにより、タッチ操作があった場合には、受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位上昇の程度が変化する。
仮に容量Ｃ２２に影響を与えるＡ１位置がタッチされた場合、受信信号Ｒ−の電位がアクティブ期間において破線で示すようにΔＶＨだけ上昇する。
また仮に容量Ｃ３２が変化するＡ２位置がタッチされた場合、受信信号Ｒ−の電位がアクティブ期間において破線で示すΔＶＬだけ上昇する。
これらのように当該セルに対するタッチ操作位置に応じて、受信信号Ｒ−の電位変化量が受信信号Ｒ＋の電位変化量（ΔＶ）よりも大きくなったり小さくなったりする。
コンパレータ４２１はこのような受信信号Ｒ＋、Ｒ−を比較することになる。

【0029】

なお、このように変化する受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位差分自体をＲＡＷ値（検出結果）として出力するようにしてもよいが、本実施の形態では受信回路４２は、受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電圧バランスがとれるように計測用容量部４２４の設定変更を行い、ＲＡＷ値を得るようにしている。

【0030】

以上の図３において可変容量コンデンサの記号で示した計測用容量部４２４は、例えば図４のように複数のコンデンサＣＭ（ＣＭ０〜ＣＭ７）とスイッチＳＷ（ＳＷ０〜ＳＷ７）により構成されている。スイッチＳＷ０〜ＳＷ７は、それぞれ例えばＦＥＴ（Field effect transistor）等のスイッチ素子を用いて構成される。
なお図４はスイッチ４２３，４２５が端子Ｔａに接続された状態（アクティブ期間）での等価回路として示しており、スイッチ４２３，４２５の図示は省略している。
各コンデンサＣＭ０〜ＣＭ７は、駆動電圧ＡＶＣＣ２の電位とコンパレータ４２１の−入力端子の間に並列に接続されている。また各コンデンサＣＭ０〜ＣＭ７に対してはそれぞれ直列にスイッチＳＷ０〜ＳＷ７が接続されている。つまりスイッチＳＷ０〜ＳＷ７のオン／オフにより、受信信号Ｒ−に影響を与えるコンデンサを変更できる構成である。

【0031】

そして各コンデンサＣＭ０〜ＣＭ７の容量値は、例えばコンデンサＣＭ０＝２ｆＦ（フェムトファラッド）、ＣＭ１＝４ｆＦ、ＣＭ２＝８ｆＦ、ＣＭ３＝１６ｆＦ、ＣＭ４＝３２ｆＦ、ＣＭ５＝６４ｆＦ、ＣＭ６＝１２８ｆＦ、ＣＭ７＝２５６ｆＦとされる。
コンデンサＣＭ０からＣＭ７は、ビット“０”からビット“７”の８ビットの値で選択される。コンデンサＣＭ０及びスイッチＳＷ０がビット０、コンデンサＣＭ１及びスイッチＳＷ１がビット“１”、・・・コンデンサＣＭ７及びスイッチＳＷ７がビット“７”として機能する。
そして８ビットの値として０（＝「００００００００」）から２５５（＝「１１１１１１１１」）の容量設定値が与えられる。容量設定値はＭＣＵ５がインターフェース・レジスタ回路４４に書き込む設定情報の一つである。
受信回路４２では、この８ビットの容量設定値に応じてスイッチＳＷ０〜ＳＷ７がオン／オフされる。即ちスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は対応するビットが「０」であればオフ、「１」であればオンとなる。これにより計測用容量部４２４の全体の容量値が０ｆＦ〜５１０ｆＦの範囲で２５６段階に可変されることになる。

【0032】

一方、受信信号Ｒ＋側の基準容量部４２２のコンデンサの容量値は例えば２５６ｆＦとされる。

【0033】

上述のように受信信号Ｒ−は、タッチの有無及び位置によってアクティブ期間の波形の電位上昇の程度が変わる。受信信号Ｒ＋の波形上昇程度（ΔＶ）より大きくなったり小さくなったりする。
図４の構成では、計測用容量部４２４の容量設定値を変更していくことで受信信号Ｒ−の波形の電位上昇程度を変化させることができ、例えば受信信号Ｒ＋と同等となる計測用容量部４２４の容量設定値を見つけ出すことができる。
例えば図４の受信信号Ｒ−の破線で示す波形Ｓｇ１が初期状態であったとしたときに、計測用容量部４２４の容量を小さくすれば受信信号Ｒ−は波形Ｓｇ２のように波形Ｓｇ１より小さくなる。また、計測用容量部４２４の容量を大きくすれば受信信号Ｒ−は波形Ｓｇ３のように波形Ｓｇ１より大きくなる。
つまり、コンパレータ４２１で受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電圧レベルが同等となったときの計測用容量部４２４の容量設定値は、タッチによる受信信号Ｒ−の電圧変化に相当する値と等価となる。従って、コンパレータ４２１の出力をみながら計測用容量部４２４の容量設定値を変化させていき、受信信号Ｒ＋、Ｒ−のアクティブ期間の電圧が同等となる容量設定値を探索する。すると探索された容量設定値を、タッチ操作のセンシング情報としてのＲＡＷ値とできることになる。

【0034】

以上のセンシング動作の具体的な手順を図５で説明する。この図５はＭＣＵ５がインターフェース・レジスタ回路４４に書き込んだ各種の設定情報に基づいて送信回路４１、受信回路４２で行われる処理を示したものである。
図５においてステップＳ１００からＳ１０９のループ処理は、１つのセル（２つの送信信号線２１と２つの受信信号線２２の組）に対するセンシングの手順を示している。なお、ＲＡＷ値を得るまでに容量設定値は８段階の異なる値を取る（初期状態から７回変更される）。

【0035】

ステップＳ１００でまず変数ｎが初期値としてｎ＝７に設定される。また受信回路４２はＭＣＵ５の指示（容量設定値）に基づいて計測用容量部４２４の容量値を２５６ｆＦに設定する。つまり容量設定値＝１２８（＝１０００００００）とされ、ビット“７”のみが「１」であることでスイッチＳＷ７のみがオンとされる。

【0036】

ステップＳ１０１ではアイドル期間の設定が行われる。
送信回路４１ではドライバ４１１からの送信信号Ｔ＋はＬレベル、送信信号Ｔ−はＨレベル（＝駆動電圧ＡＶＣＣ１）とする。
受信回路４２では、スイッチ４２３，４２５が端子Ｔｉに接続される。これによりコンパレータ４２１の＋入力端子、−入力端子はグランド接続される。

【0037】

次にステップＳ１０２では所定の期間経過により、アイドル期間からアクティブ期間への切り替えが行われる。
送信回路４１ではドライバ４１１からの送信信号Ｔ＋はＨレベル（＝駆動電圧ＡＶＣＣ１）、ドライバ４１２からの送信信号Ｔ−はＬレベルとする。
受信回路４２では、スイッチ４２３，４２５が端子Ｔａに接続される。これによりコンパレータ４２１の＋入力端子は基準容量部４２２を介して駆動電圧ＡＶＣＣ２に接続され、−入力端子は計測用容量部４２４を介して駆動電圧ＡＶＣＣ２に接続される。

【0038】

アクティブ期間となると受信信号Ｒ＋、Ｒ−がΔＶ上昇するが、送信信号Ｔ＋が立ち上がり送信信号Ｔ−が立ち下がることで、検出中のセルに対するタッチ操作の有無やタッチ操作位置に応じた受信信号Ｒ−の変化が生じる（上昇量がΔＶＨやΔＶＬとなる）。
ステップＳ１０３ではコンパレータ４２１が受信信号Ｒ＋、Ｒ−を比較し、比較結果を出力する。コンパレータ４２１からは、（受信信号Ｒ＋）＞（受信信号Ｒ−）であればＨレベル出力が得られ、（受信信号Ｒ＋）＜（受信信号Ｒ−）であればＬレベル出力が得られる。

【0039】

ステップＳ１０４はコンパレータ４２１の出力に応じて処理が分岐される。
コンパレータ４２１の出力がＨレベルであれば、ステップＳ１０５で計測用容量部４２４の容量切替が行われる。この場合、ビット“ｎ”のスイッチをオンにしたまま、ビット“ｎ−１”のスイッチをオンとする。
それまで上記のように初期状態で容量設定値＝「１０００００００」とされてビット“７”のみオンとしていたときは、続いて容量設定値＝「１１００００００」とされてビット“７”とビット“６”がオンとされる。即ちスイッチＳＷ７，ＳＷ６がオンとされ、計測用容量部４２４の容量値は３８４ｆＦとなる。
そしてステップＳ１０７で変数ｎ＞０であれば、ステップＳ１０８で変数ｎをデクリメントしてステップＳ１０１に戻る。つまり、計測用容量部４２４の容量を大きくした上で、アイドル期間、アクティブ期間の動作を行ってコンパレータ４２１の出力を確認する。

【0040】

またステップＳ１０４においてコンパレータ４２１の出力がＬレベルであれば、ステップＳ１０６で計測用容量部４２４の容量切替が行われる。この場合、ビット“ｎ”のスイッチをオフにして、ビット“ｎ−１”のスイッチをオンとする。
それまで初期状態で容量設定値＝「１０００００００」とされてビット“７”のみオンとしていたとすると、続いて容量設定値＝「０１００００００」とされてビット“７”がオフとされ、ビット“６”がオンとされる。即ちスイッチＳＷ７がオフとされスイッチＳＷ６がオンとされ、計測用容量部４２４の容量値は１２８ｆＦとなる。
そしてステップＳ１０７で変数ｎ＞０であれば、ステップＳ１０８で変数ｎをデクリメントしてステップＳ１０１に戻る。つまり、計測用容量部４２４の容量を小さくした上で、アイドル期間、アクティブ期間の動作を行ってコンパレータ４２１の出力を確認する。

【0041】

この処理を変数ｎ＝０となるまで行うことで、受信信号Ｒ−のアクティブ期間の電圧値と受信信号Ｒ＋のアクティブ期間の電圧値とのバランスがとれたときの容量設定値が判定される。
なお変数ｎ＝０のときのステップＳ１０５，Ｓ１０６においては、ビット“ｎ−１”は存在しないので、ビット“ｎ−１”の処理は行わない。
ステップＳ１０７で変数ｎ＝０となっていたらステップＳ１０９に進み、受信回路４２はＲＡＷ値を算出する。これは計測用容量部４２４においてオンとなっているスイッチＳＷのビットの２のべき乗の総和をとるという処理となる。例えば仮に最終的にスイッチＳＷ５、ＳＷ３、ＳＷ２がオンになっていたとしたら、２⁵＋２³＋２²＝４４ということになり、ＲＡＷ値＝４４となる。

【0042】

このように求められたＲＡＷ値はインターフェース・レジスタ回路４４を介して１つのセルの検出値としてＭＣＵ５に取得される。
タッチパネル２における各セル（２本の送信信号線２１と２本の受信信号線２２の組）について同様に図５の処理が行われ、ＲＡＷ値が求められる。
ＭＣＵ５は各セルについてのＲＡＷ値を取得し、タッチ操作位置の座標計算を行い、求めた座標値を製品側ＭＣＵ９０に送信する。

【0043】

本実施の形態では以上のようなセンシング動作として、受信信号Ｒ＋、Ｒ−の差分をとることで、取得されるＲＡＷ値が、外部環境からの影響を受けにくいようにすることができ、タッチ操作の検出精度を向上できる。
特に非タッチ時には受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位のバランスがとれているようにし、タッチによる容量変化によって受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位に差が生ずるようにしている。これを計測用容量部４２４の容量を順次変化させて受信信号Ｒ＋、Ｒ−のバランスがとれる容量値を探索し、その容量値を指定する容量設定値からＲＡＷ値を得るようにしている。これによりタッチ操作による容量変化に起因する受信信号Ｒ＋、Ｒ−の差分を正確に検出できる。

【0044】

なお受信回路４２から駆動電圧ＡＶＣＣ２を印加して、選択された受信信号線２２を充電する理由としては主に２つがある。
１つはタッチパネル２がシングルレイヤ構造の場合の事情である。シングルレイヤ構造の場合、非タッチの状態では、送信信号線２１と受信信号線２２の間で容量がほとんど生じない。つまり送信信号線２１と受信信号線２２の間（電極間）は絶縁状態にある。しかし非タッチ状態でも、アクティブ期間に受信信号波形が立ち上がるようにすることが必要である。このために駆動電圧ＡＶＣＣ２を送信することによって、シングルレイヤの場合にも対応して上記のセンシング動作が良好にできるようにしている。
またもう１つの理由はシングルレイヤに限ったことではない。上記のセンシング方式ではアクティブ期間に移行したときからの、受信信号Ｒ−の電位上昇幅を見ることになるが、送信信号Ｔ−の立ち下がりによる影響も把握したい。つまり図３に破線で示したΔＶＬの電位上昇も観測する必要がある。もしアクティブ期間での非タッチ状態での受信信号Ｒ＋、Ｒ−の電位が０Ｖだと、立ち下がりの影響を受ける場合、受信信号Ｒ−の電位がマイナス値になってしまい、受信回路４２において扱いにくいものとなる。そこで受信信号Ｒ−の電位が０Ｖ以下にならないように持ち上げておくようにし、送信信号Ｔ−の立ち下がりの影響による受信波形の電位を容易かつ適切に観測しやすくするために駆動電圧ＡＶＣＣ２を印加している。

【0045】

＜３．電源回路構成＞
続いて以上のタッチパネル装置１において駆動電圧ＡＶＣＣを生成する電源回路４５について説明する。
図６はインターフェース・レジスタ回路４４と電源回路４５を示している。電源回路４５にはチャージポンプ回路４５１、ＬＤＯ（Low Drop Out：低損失低電圧レギュレータ）４５２、ＤＡＣ４５３が設けられている。

【0046】

チャージポンプ回路４５１は入力された電圧Ｖｉｎを昇圧し、昇圧された電圧ＶＣＰを出力する。チャージポンプ回路構成は種々公知であるため詳述は避けるが、一般にコンデンサを高速にスイッチする回路構成を採ることで昇圧された電圧を得る。本実施の形態では、チャージポンプ倍率として２倍、３倍、４倍、５倍が選択可能とされている。

【0047】

インターフェース・レジスタ回路４４には、２ビットの設定情報ＶＭがＭＣＵ５によって書き込まれる。例えば設定情報ＶＭの値として「００」は２倍、「０１」は３倍、「１０」は４倍、「１１」は５倍とされる。従ってチャージポンプ回路４５１はＭＣＵ５に制御によって昇圧の倍率が可変設定される。
なおインターフェース・レジスタ回路４４に書き込まれる設定情報ＣＰは、チャージポンプ回路４５１のオン／オフ設定の情報である。

【0048】

ＬＤＯ４５２は、基準電圧生成回路７０、差動アンプ７１、可変抵抗部７２、抵抗７３を備える。
チャージポンプ回路４５１からの電圧ＶＣＰが差動アンプ７１の正電源として供給される。差動アンプ７１の非反転入力端には基準電圧生成回路７０で生成された基準電圧が入力される。差動アンプ７１の出力端と反転入力端には帰還抵抗として可変抵抗部７２が挿入されている。この構成により差動アンプ７１の出力として、電圧ＶＣＰを安定化した電圧ＶＬＤＯを得ることができる。電圧ＶＬＤＯはＤＡＣ４５３に供給される。

【0049】

ここで可変抵抗部７２は、３ビットの設定情報ＣＬＤＯにより抵抗値を可変できる構成とされている。例えば抵抗配列とスイッチ素子により構成され、３ビットの設定情報ＣＬＤＯに応じてスイッチ素子が制御されることで最大８段階に抵抗値を可変できる。本実施の形態では、可変抵抗部７２は例えば７段階に抵抗値を可変できる構成としている。
帰還抵抗値を７段階に変化できることで、電圧ＶＬＤＯを７段階に可変設定可能である。例えば電圧ＶＬＤＯとしては、設定情報ＣＬＤＯにより、６．０Ｖ、７．５Ｖ、９．０Ｖ、１０．５Ｖ、１２．０Ｖ、１３．５Ｖ、１５．０Ｖに可変することができる。

【0050】

ＤＡＣ４５３は、可変抵抗部７４とバッファアンプ７５を備える。
可変抵抗部７４にはＬＤＯ４５２からの電圧ＶＬＤＯが供給され、可変抵抗部７４で分圧された電圧がバッファアンプ７５を介して駆動電圧ＡＶＣＣとして出力される。
ここで可変抵抗部７２は、８ビットの設定情報ＣＤＡＣにより分圧点を可変できる構成とされている。例えば抵抗配列とスイッチ素子により構成され、８ビットの設定情報ＣＤＡＣに応じてスイッチ素子が制御されて分圧ポイントが選択されることで、分圧出力電圧を最大２５６段階に可変できる。

【0051】

以上の構成の電源回路４５によっては、チャージポンプ回路４５１で昇圧された電圧ＶＣＰをＬＤＯ４５２で安定化した電圧ＶＬＤＯを得る。また電圧ＶＬＤＯの電圧値を可変することができる。さらにＤＡＣ４５３により電圧ＶＬＤＯを可変して駆動電圧ＡＶＣＣとして出力する。
図７には駆動電圧ＡＶＣＣの電圧値の調整範囲を示している。縦軸は駆動電圧ＡＶＣＣとしての電圧値［Ｖ］、横軸は８ビットの設定情報ＣＤＡＣの値としての「０」〜「２５５」（「００００００００」〜「１１１１１１１１」）を示している。

【0052】

各ラインＳＶ１〜ＳＶ７は、ＬＤＯ４５２における設定情報ＣＬＤＯにより調整される電圧ＶＬＤＯの電圧値の別を示している。図示するように、ラインＳＶ１はＬＤＯ４５２において電圧ＶＬＤＯ＝６．０Ｖとされる場合、ラインＳＶ２はＬＤＯ４５２において電圧ＶＬＤＯ＝７．５Ｖとされる場合、・・・ラインＳＶ７はＬＤＯ４５２において電圧ＶＬＤＯ＝１５．０Ｖとされる場合である。
これらの電圧ＶＬＤＯは、ＤＡＣ４５３で２５６段階に微調整される。その電圧値が各ラインＳＶ１〜ＳＶ７で示されている。

【0053】

この図７からわかるように駆動電圧ＡＶＣＣとしては、ほぼ４Ｖ〜１５Ｖの範囲で可変設定できることになる。
特には３ビットの設定情報ＣＬＤＯにより、ＬＤＯ４５２において大まかに７段階に電圧を設定でき、さらに８ビットの設定情報ＣＤＡＣにより、２５６段階に微調整できる。
これにより、駆動電圧ＡＶＣＣを、広い電圧範囲で、かつ精細に設定できることになる。

【0054】

なおインターフェース・レジスタ回路４４に書き込まれる設定情報ＤＡＣＥＮはＤＡＣ４５３のイネーブル信号設定である。
また設定情報ＬＢＰは、ＬＤＯ４５２の出力とＤＡＣ４５３を接続するか否かを選択する設定情報である。図６には示していないが、ＤＡＣ４５３の入力は、ＬＤＯ４５２の出力と外部電源入力とで切り替えることのできる構成とすることができる。従って例えば設定情報ＬＢＰによりＤＡＣ４５３には外部から供給された電源を入力し、ＤＡＣ４５３で電圧値を調整して駆動電圧ＡＶＣＣを生成することもできる。
これらの設定情報によりＭＣＵ５は電源回路４５においてＬＤＯ４５２やＤＡＣ４５３の機能を発揮させるか否かの動作設定を行うこともできる。

【0055】

＜４．実施の形態の効果及び変形例＞
以上の構成のタッチパネル装置１又はタッチパネル駆動装置３によれば次のような効果が得られる。
タッチパネル駆動装置３では、タッチパネルのセンシングに用いる駆動電圧を生成する電源回路４５において、入力電圧Ｖｉｎを昇圧した電圧ＶＣＰを出力するチャージポンプ回路４５１と、チャージポンプ回路４５１を経て得られた電圧（例えば電圧ＶＬＤＯ）を、所定ビット数の設定情報ＣＤＡＣに応じて可変して出力することができるＤＡＣ４５３を備えている。
即ちタッチパネル２のセンシングに用いる駆動電圧ＡＶＣＣの供給のために、比較的高い電圧を、チャージポンプ回路４５１を用いて生成する。そしてＤＡＣ４５３で微調整された電圧をタッチパネル２の駆動電圧ＡＶＣＣとすることができる。
このように電源回路４５が、チャージポンプ回路４５１の後段側にＤＡＣ４５３を備える構成を採ることで、ＤＡＣ４５３に対する設定情報ＣＤＡＣの値により出力される駆動電圧ＡＶＣＣを微調整できる。
従ってタッチパネル２の想定される使用状況や製品仕様などに応じて適切な駆動電圧ＡＶＣＣを提供できるセンサＩＣ４を実現できる。

【0056】

例えば駆動電圧ＡＶＣＣを通常のタッチセンシングに適した電圧に固定的に設定しておくと、いわゆるホバーセンシングする際には、ホバーセンシングに適した電圧より低いものとなる。なおホバーセンシングとは、例えばユーザが指等をタッチパネル表面から浮かせた状態でも検出できるようにするセンシングである。本実施の形態の場合、タッチパネル装置１を、ホバーセンシングを想定したものとする場合は、ＤＡＣ４５３の設定情報ＣＤＡＣにより、駆動電圧ＡＶＣＣを高く設定することが可能であり、製品のユースケースを想定した駆動電圧供給が可能となる。これにより、ユースケースによってセンシング精度が低下してしまうということを避けることができる。換言すれば想定される使用状況にかかわらず高いセンシング精度を維持できるようにすることができる。
また、放射ノイズや消費電力の低減を考慮すると、駆動電圧ＡＶＣＣは低い方が望ましい。通常のタッチセンシングの場合、ホバーセンシングの場合ほど電圧を上げなくてもよいところ、本実施の形態の場合、タッチセンシングを想定する場合は、ＤＡＣ４５３の設定情報ＣＤＡＣにより、駆動電圧ＡＶＣＣを低く設定することが可能である。つまり不必要な高電圧設定を避けることができる。

【0057】

またＤＡＣ４５３で駆動電圧ＡＶＣＣを調整できることは異形パネルへの対応にも適している。
タッチパネル２として円形、台形、不定形などの異形のタッチ面を有する異形パネルを用いる場合、長方形（正方形を含む）のパネルと異なり、送信信号線２１又は受信信号線２２の長さがライン毎に異なり、タッチ面の各位置での容量状況も変動する。即ち送信信号線２１又は受信信号線２２に負荷の差が生じる。ここで、負荷の重いラインに合わせて駆動電圧ＡＶＣＣを設定すると、負荷の軽いラインでのセンシングレンジが狭くなってしまい、センシング精度が悪化する。本実施の形態ではＤＡＣ４５３により駆動電圧ＡＶＣＣを可変できることで、センシングスキャンの際に細かく（例えばライン毎、領域毎など）駆動電圧ＡＶＣＣを変化させ、２本毎の各スキャンの際に適した駆動電圧ＡＶＣＣを与えることも可能である。従って、異形パネルでもセンシング精度を高く維持することができる。
またＤＡＣ４５３の場合、電圧変化の応答性が高い。例えばＬＤＯ４５２による電圧可変よりも早い応答性で電圧可変が可能である。従ってＤＡＣ４５３を備えることで、例えばスキャン過程での細かなタイミングでの駆動電圧ＡＶＣＣの可変調整にも適している。

【0058】

実施の形態の電源回路４５は、チャージポンプ回路４５１で得られた電圧ＶＣＰを安定化する安定化回路としてＬＤＯ４５２を備えている
電源回路４５においてチャージポンプ回路４５１の後段側にＬＤＯ４５２を備える構成を採ることで、チャージポンプ回路４５１の出力電圧が安定化される。
タッチパネル装置１では、もし駆動電圧ＡＶＣＣが低いと、受信信号線２２の受信信号Ｒ＋、Ｒ−が、駆動電圧ＡＶＣＣの立ち上がり、立ち下がりの影響を受けにくくなり、センシング精度が低下する。これはタッチパネル２をシングルレイヤ構造とし、容量が小さくなった場合に顕著となる。このようなことを考慮すると、チャージポンプ回路４５１を用いて比較的大きな駆動電圧ＡＶＣＣを生成することは有用である。
ところが一般にチャージポンプ方式を用いた電源回路では、特にチャージポンプ出力電圧の倍率を大きくした場合、電流負荷の大きさにより出力電圧が変化し、その変化が駆動電圧ＡＶＣＣに影響することで、センシング精度が低下することがある。
本実施の形態ではＬＤＯ４５２によりチャージポンプ回路４５１からの出力電圧ＶＣＰを安定化した出力電圧ＶＬＤＯを得ているため、駆動電圧ＡＶＣＣが安定する。従って高精度のセンシングを実現できることになる。

【0059】

また、チャージポンプ回路４５１では、コンデンサを高速にスイッチすることで昇圧しているため、スイッチングノイズが発生し、このスイッチングノイズが駆動電圧ＡＶＣＣに影響することでセンシング精度が低下する場合もある。本実施の形態では、ＬＤＯ４５２によってスイッチングノイズが低減できることになるため、それによるセンシング精度の低下を避けることができる。

【0060】

実施の形態では、ＬＤＯ４５２はチャージポンプ回路４５１で得られた電圧ＶＣＰを安定化し、かつ設定情報ＣＬＤＯに応じて可変した電圧ＶＬＤＯをＤＡＣ４５３に出力することができるように構成されている
これにより、チャージポンプ回路４５１からの出力電圧ＶＣＰは、ＬＤＯ４５２及びＤＡＣ４５３で可変設定されて駆動電圧ＡＶＣＣとされる。具体的には図７で説明したように、ＬＤＯ４５２によって大まかに電圧を調整したうえで、ＤＡＣ４５３により精密にかつ応答性よく電圧調整することができる。従って、駆動電圧ＡＶＣＣとしては広範囲でかつ精細な電圧設定が可能となっており、多様なタッチパネル２に好適に対応できる。

【0061】

実施の形態のタッチパネル装置１では、駆動電圧ＡＶＣＣは、タッチパネル２の送信信号線２１に印加する電圧とされる。
センサＩＣ４からの駆動電圧ＡＶＣＣがタッチパネル２の送信信号線２１に印加される電圧となるということは、送信信号線２１に印加される電圧がＬＤＯ４５２、ＤＡＣ４５３により調整できることになる。従って各送信信号線２１−１〜２１−ｎでの電流負荷や、タッチパネル２の検出態様（タッチセンシングとホバーセンシングの別など）に応じた電圧調整が有効となる。

【0062】

なお実施の形態の構成や動作は一例である。本発明は他に様々な構成例、動作例が考えられる。
電源回路４５は図６に示した構成に限らず、例えばＬＤＯ４５２を設けない例も考えられる。即ちチャージポンプ回路４５１からの電圧ＶＣＰを直接ＤＡＣ４５３に供給して、ＤＡＣ４５３で調整可能とする例である。
また設定情報ＣＬＤＯが３ビット、設定情報ＣＤＡＣが８ビットは一例であり、他のビット数でもよい。即ち調整可能な段階数は、可変抵抗部７２，７４の構成や設定情報ＣＬＤＯ、ＣＤＡＣのビット数により多様に考えられる。

【符号の説明】

【0063】

１…タッチパネル装置、２…タッチパネル、３…タッチパネル駆動装置、４…センサＩＣ、５…ＭＣＵ、２１，２１−１〜２１−ｍ…送信信号線、２２，２２−１〜２２−ｎ…受信信号線、４１…送信回路、４２…受信回路、４３…マルチプレクサ、４４…インターフェース・レジスタ回路、４５…電源回路、４１１，４１２…ドライバ、４２１…コンパレータ、４２２…基準容量部、４２３，４２５…スイッチ、４２４…計測用容量部、４５１…チャージポンプ回路、４５２…ＬＤＯ、４５３…ＤＡＣ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】