JP5324297B2 - Coordinate input device and display device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画面へ座標を入力する座標入力装置、およびそれを備える表示装置に関し、特に静電容量結合方式の座標入力装置における座標検出精度の高精度化に好適な技術に関する。 The present invention relates to a coordinate input device for inputting coordinates to a screen and a display device including the coordinate input device, and more particularly to a technique suitable for increasing the accuracy of coordinate detection in a capacitively coupled coordinate input device.
表示画面に使用者の指などを用いてタッチ操作（接触押圧操作、以下、単にタッチと称する）して情報を入力する画面入力機能をもつ入力装置（以下、タッチセンサ又はタッチパネルとも称する）を備えた表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末に用いられている。このようなタッチによる入力装置として、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、あるいは容量変化を検出する静電容量結合方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する光センサ方式、などが知られている。 An input device (hereinafter also referred to as a touch sensor or a touch panel) having a screen input function for inputting information by performing a touch operation (contact pressing operation, hereinafter simply referred to as touch) using a user's finger or the like on the display screen is provided. Such display devices are used in mobile electronic devices such as PDAs and portable terminals, various home appliances, and stationary customer guidance terminals such as unmanned reception machines. As such an input device by touching, a resistive film method for detecting a change in resistance value of a touched portion, or a capacitive coupling method for detecting a capacitance change, an optical sensor for detecting a light amount change in a portion shielded by the touch The method is known.
これらの方式のなかで、最近では静電容量結合方式のタッチパネルが注目されている。モバイル用電子機器の表示装置に表示するボタンやスライダーなどを用いて、タッチにより入力装置に入力を行う場合、表示装置の前面に入力装置を配置する必要がある。この場合には、表示装置の表示輝度低下を少なくして表示画質を維持しつつ、入力機能を組み込むことが必要となる。ここで、一般的に抵抗膜式や光センサ方式では透過率が８０％程度と低いのに対し、静電容量結合方式は約９０％と透過率が高い。そのため、表示画質を低下させない点で有利となる。また、抵抗膜式は抵抗膜の機械的な接触によりタッチ位置を検知する。そのため、タッチ（機械的接触）回数が増えて抵抗膜が劣化または破損すると、検出誤差が大きくなることや検出不能となる問題がある。一方、静電容量結合方式では、検出用電極が他の電極などと接触するような機械的接触はなく、耐久性の点からも有利となる。 Among these methods, a capacitively coupled touch panel has recently attracted attention. When an input is performed on the input device by touch using a button or a slider displayed on the display device of the mobile electronic device, the input device needs to be disposed on the front surface of the display device. In this case, it is necessary to incorporate an input function while maintaining a display image quality by reducing a decrease in display brightness of the display device. Here, the transmittance is generally as low as about 80% in the resistive film type or the optical sensor method, whereas the transmittance is as high as about 90% in the capacitive coupling method. Therefore, it is advantageous in that the display image quality is not deteriorated. In the resistive film type, the touch position is detected by mechanical contact of the resistive film. Therefore, when the number of touches (mechanical contact) increases and the resistive film deteriorates or breaks, there are problems that the detection error becomes large and the detection becomes impossible. On the other hand, the capacitive coupling method is advantageous in terms of durability because there is no mechanical contact such that the detection electrode contacts other electrodes.
静電容量結合方式における容量検出回路としては、例えば、特許文献１で開示されているような方式がある。この開示された方式では、容量を検出するためのセンサ電極容量に、一定電圧で電荷を充電させ、その電荷量を後段の積分回路で検出する。その積分回路で用いるオペアンプのオフセットをキャンセルする為に、スイッチ制御によりセンサ電極容量からの充電時の積分電圧と、放電時の積分電圧を交互に測定している。
As a capacitance detection circuit in the capacitive coupling method, for example, there is a method as disclosed in
特許文献１で開示した静電容量の検出方式の課題を、図１７から図１８を用いて説明する。図１７は従来の静電容量の検出回路ＤＣＫＴを簡潔に示した図である。従来の検出回路ＤＣＫＴは、容量検出用のセンサ電極（容量）Ｃｓへ一定電圧ＶＤＤを充電する為のスイッチＳＡと、センサ電極容量Ｃｓに充電された電荷を積分回路へ転送する為のスイッチＳＢ、および積分容量Ｃｉと積分値をリセットするためのスイッチＳＲ、およびオペアンプとで構成される積分回路からなる。端子ｖｉは、検出回路ＤＣＫＴとセンサ電極容量Ｃｓとを接続する入力端子で、端子ｖｏは検出回路ＤＣＫＴの出力電圧端子である。
The problem of the capacitance detection method disclosed in
図１８は、センサ電極容量Ｃｓの充放電１回で得られる積分電圧を、容量検出の出力信号とする場合の波形図である。図１８（ａ）は、図１７において入力端子ｖｉにセンサ電極容量Ｃｓだけが接続されている場合の波形図であり、図１８（ｂ）は、センサ電極容量Ｃｓにタッチが発生し、新たに入力容量Ｃｆが加わった場合の波形図である。検出周期Ｔｄｅｃ＿ｒにおいて、期間ｔａ＿ｒは、積分容量Ｃｉのリセット期間であり、スイッチＳＲがオン状態となることで積分容量Ｃｉに蓄積された積分電圧がリセットされる。次に、期間ｔｂ＿ｒにおいて、スイッチＳＡのみオン状態とすることで、センサ電極容量Ｃｓおよび入力容量Ｃｆに一定電圧ＶＤＤを充電する。最後に期間ｔｃ＿ｒにおいて、スイッチＳＡをオフとしスイッチＳＢをオンとすることで、ＣｓおよびＣｆに充電された電荷を積分回路に転送する。ここで、図１８（ａ）のようにセンサ電極容量Ｃｓのみの場合、積分電圧は−ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉとなり、図１８（ｂ）のように入力容量Ｃｆがある場合、積分電圧は−ＶＤＤ・（Ｃｓ＋Ｃｆ）／Ｃｉとなる。座標入力装置では、これらの積分電圧値（出力信号）をＡＤ変換によりデジタル化した後、入力が無い場合のデジタル信号と入力がある場合のデジタル信号との差分を入力信号として検出し、タッチ座標を計算する。 FIG. 18 is a waveform diagram in the case where an integrated voltage obtained by one charge / discharge of the sensor electrode capacitor Cs is used as an output signal for capacitance detection. FIG. 18A is a waveform diagram when only the sensor electrode capacitor Cs is connected to the input terminal vi in FIG. 17, and FIG. It is a wave form diagram when input capacity Cf is added. In the detection cycle Tdec_r, the period ta_r is a reset period of the integration capacitor Ci, and the integration voltage accumulated in the integration capacitor Ci is reset when the switch SR is turned on. Next, in the period tb_r, only the switch SA is turned on to charge the sensor electrode capacitor Cs and the input capacitor Cf with the constant voltage VDD. Finally, in the period tc_r, the switch SA is turned off and the switch SB is turned on, so that the charges charged in Cs and Cf are transferred to the integration circuit. Here, when only the sensor electrode capacitance Cs is as shown in FIG. 18A, the integrated voltage is −VDD · Cs / Ci. When there is an input capacitance Cf as shown in FIG. 18B, the integrated voltage is −VDD. -(Cs + Cf) / Ci. In the coordinate input device, after these integrated voltage values (output signals) are digitized by AD conversion, the difference between the digital signal when there is no input and the digital signal when there is an input is detected as an input signal, and touch coordinates Calculate
ここで、指などの静電容量による入力容量Ｃｆは数ｐＦ以下と小さいのに対し、センサ電極容量Ｃｓは入力画面のサイズ等にもよるが数十ｐＦと大きい。そのため、ＡＤ変換前に積分回路の出力電圧をアンプにより増幅させようとしてもセンサ電極容量Ｃｓによる積分値がオフセットとしてあるため、充分な増幅をえることが出来ず、ＡＤ変換後の入力信号のダイナミックレンジが狭くなり、精度よく入力座標を検出することが出来ないという問題がある。 Here, the input capacitance Cf due to electrostatic capacitance such as a finger is as small as several pF or less, whereas the sensor electrode capacitance Cs is as large as several tens pF depending on the size of the input screen. Therefore, even if the output voltage of the integrating circuit is amplified by an amplifier before AD conversion, the integrated value by the sensor electrode capacitance Cs is offset, so that sufficient amplification cannot be obtained, and the dynamics of the input signal after AD conversion There is a problem that the range becomes narrow and the input coordinates cannot be detected with high accuracy.
本発明の目的は、静電容量を検出する座標入力装置において、微小入力容量を高信号ノイズ比で検出可能な容量検出回路を実現することである。 An object of the present invention is to realize a capacitance detection circuit capable of detecting a minute input capacitance with a high signal-to-noise ratio in a coordinate input device that detects capacitance.
上記課題の解決を実現するため本発明では、静電容量を検出するための容量センサ電極と、前記容量センサ電極にかかわる容量を検出するため、前記容量センサ電極に一定電位を印加するための第１スイッチ素子と、前記容量センサ電極に蓄積された電荷を転送するための第２スイッチ素子と、前記容量センサ電極から前記第２スイッチ素子を介して転送される電荷を検出するための積分回路で構成され、前記一定電位を供給する電圧源は前記第１スイッチ素子を介して前記容量センサ電極に接続され、また前記容量センサ電極は前記第２スイッチ素子を介して前記積分回路の入力端子にされる容量検出回路において、前記容量検出回路の前記積分回路の入力端子には、前記積分回路の基準レベルに短絡するための第３スイッチ素子と調整容量が接続され、前記調整容量のもう一方の端子には調整用信号が印加される容量検出回路を用いる。この容量検出回路を動作させる手順として、第１に、前記第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、および前記３スイッチ素子をオフ状態として、前記積分回路の出力信号をリセットし、第２に、前記第１スイッチ素子をオン状態として、前記容量センサ電極にかかわる容量に前記一定電位を印加し、第３に、前記第１スイッチ素子をオフ状態として、前記第２スイッチ素子をオン状態とすることで、前記容量センサ電極にかかわる容量に蓄積された電荷を前記積分回路に転送し、第４に、前記第２スイッチ素子をオフ状態として、前記調整用信号を調整電圧だけ変化させ、第５に、前記第３スイッチ素子をオン状態として、前記調整用信号を前記変化前の電位にリセットし、第６に、前記第３スイッチ素子をオフ状態にし、前記第１から第６までの手順を前記容量センサ電極にかかわる容量検出周期として動作させる。ここで、前記容量センサ電極に対して入力動作がない状態で、前記第１から第３手順で得られる前記積分回路の出力電圧と、前記第４手順で、前記調整容量に充電するために流れる電流を前記積分回路が検知することで生じる前記積分回路の出力電圧の変化量がほぼ等しく、その結果、前記容量センサ電極に対して入力動作がない状態における前記容量検出回路の出力信号がほぼ零になるように、前記調整容量と前記調整電圧を設定することで、タッチにより増加する入力容量だけを出力信号として検出する。 In order to achieve the solution of the above problem, the present invention provides a capacitance sensor electrode for detecting capacitance and a capacitance sensor electrode for detecting a capacitance related to the capacitance sensor electrode. 1 switch element, a second switch element for transferring the charge accumulated in the capacitance sensor electrode, and an integration circuit for detecting the charge transferred from the capacitance sensor electrode via the second switch element The voltage source configured to supply the constant potential is connected to the capacitive sensor electrode via the first switch element, and the capacitive sensor electrode is connected to the input terminal of the integrating circuit via the second switch element. In the capacitance detection circuit, the input terminal of the integration circuit of the capacitance detection circuit has a third switch element and an adjustment capacitor for short-circuiting to a reference level of the integration circuit. There are connected, to the other terminal of the regulating capacitor is used capacitance detection circuit adjustment signal is applied. As a procedure for operating the capacitance detection circuit, first, the first switch element, the second switch element, and the three switch element are turned off, the output signal of the integration circuit is reset, and secondly, The first switch element is turned on, the constant potential is applied to the capacitor related to the capacitive sensor electrode, and thirdly, the first switch element is turned off and the second switch element is turned on. , Transferring the electric charge accumulated in the capacitance relating to the capacitance sensor electrode to the integrating circuit, fourthly, turning off the second switch element, changing the adjustment signal by the adjustment voltage, and fifth, The third switch element is turned on, the adjustment signal is reset to the potential before the change, and sixth, the third switch element is turned off, and the first to sixth Procedures to operate as a capacitance detection period according to the capacitance sensor electrodes at. Here, in the state where there is no input operation with respect to the capacitance sensor electrode, the output voltage of the integration circuit obtained in the first to third procedures, and the fourth procedure flows to charge the adjustment capacitor. The amount of change in the output voltage of the integration circuit caused by detecting the current by the integration circuit is substantially equal, and as a result, the output signal of the capacitance detection circuit in a state where there is no input operation to the capacitance sensor electrode is almost zero. Thus, by setting the adjustment capacitor and the adjustment voltage, only the input capacitance that increases due to the touch is detected as an output signal.
本発明によれば、タッチにより増加する入力容量だけを出力信号として検出できるため、検出可能な入力容量のダイナミックレンジが広くなり、検出精度が向上する。 According to the present invention, only the input capacitance that increases by touch can be detected as an output signal, so that the dynamic range of the detectable input capacitance is widened, and the detection accuracy is improved.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明第１の実施例における座標入力装置で使用する容量検出回路について、図１から３を用いて説明する。図１は、本発明第１の実施例における容量検出回路の回路図である。容量検出回路ＤＣＫＴは、入力端子ｖｉに接続されたセンサ電極容量Ｃｓ、およびセンサ電極にタッチすることで増加する入力容量Ｃｆを検出するための回路である。 A capacitance detection circuit used in the coordinate input device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit according to the first embodiment of the present invention. The capacitance detection circuit DCKT is a circuit for detecting the sensor electrode capacitance Cs connected to the input terminal vi and the input capacitance Cf that increases by touching the sensor electrode.
容量検出回路ＤＣＫＴは、一定電圧ＶＤＤをセンサ電極容量Ｃｓへ充電するためのスイッチＳＡ、充電した電荷を転送する為のスイッチＳＢ、リセット用のスイッチＳＲ付きの積分回路、センサ電極容量Ｃｓの積分電圧値（以下、電極オフセット電圧と呼ぶ）を調整して出力信号ｖｏから除くための調整容量Ｃａからなる。積分回路は、積分容量Ｃｉとオペアンプから構成される。また、調整容量Ｃａの一方の端子は、調整用信号ＡＤＪが印加される。 The capacitance detection circuit DCKT includes a switch SA for charging the constant voltage VDD to the sensor electrode capacitance Cs, a switch SB for transferring the charged charge, an integration circuit with a reset switch SR, and an integration voltage of the sensor electrode capacitance Cs. An adjustment capacitor Ca for adjusting a value (hereinafter referred to as an electrode offset voltage) and removing it from the output signal vo. The integration circuit includes an integration capacitor Ci and an operational amplifier. The adjustment signal ADJ is applied to one terminal of the adjustment capacitor Ca.
図２は、本発明第１の実施例の容量検出回路ＤＣＫＴの動作を説明するための電圧波形図である。図２（ａ）は、入力がセンサ電極容量Ｃｓだけの場合であり、図２（ｂ）は入力容量Ｃｆがタッチにより発生した場合を示す。図２は、入力端子ｖｉに接続される容量に１回充放電を行うことで、容量を検出するタイミングチャートである。この場合には、高速で容量を検出することができるため、後段のデジタルフィルタを増やしたり、また入力装置の反応時間（座標検出時間）を早くしたりする事ができる。１回の充放電周期であるＴｄｅｃ＿ｒにおいて、期間ｔａ＿ｒではリセット用のスイッチＳＲをオン状態として積分容量Ｃｉの積分電圧をリセットする。次に、期間ｔｂ＿ｒではスイッチＳＡをオン状態とすることで、入力端子ｖｉに接続される容量に一定電圧ＶＤＤを印加して充電する。つぎの期間ｔｃ＿ｒでは、スイッチＳＡがオフの状態でスイッチＳＢをオン状態とすることで、入力端子ｖｉに接続されている容量に充電された電荷を、積分回路に転送する。よって、期間ｔｃ＿ｒにおいて、センサ電極容量Ｃｓだけの場合には図２（ａ）に示すように積分電圧が−ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉとなり、タッチにより入力容量Ｃｆが増加した図２（ｂ）の場合には積分電圧が−ＶＤＤ・（Ｃｓ＋Ｃｆ）／Ｃｉとなる。次の期間ｔｄ＿ｒで、センサ電極容量Ｃｓによる電極オフセット電圧を調整する。まず、調整用信号ＡＤＪをＧＮＤから−Ｖａｄｊとすることで、調整容量Ｃａに電荷を充電する。このとき調整容量Ｃａには電荷Ｃａ＊Ｖａｄｊが充電されるため、積分回路の出力はＶａｄｊ・Ｃａ／Ｃｉだけ増加する。ここで、図２（ａ）におけるセンサ電極容量Ｃｓの電極オフセット電圧ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉと、調整容量Ｃａへの充電による調整量Ｖａｄｊ・Ｃａ／Ｃｉとが等しくなるように調整電圧ＶａｄｊおよびＣａを設定すれば、センサ電極容量による電極オフセット電圧を出力電圧ｖｏから除く事が可能となる。その後、期間ｔｄ＿ｒ内に、スイッチＳＣをオン状態とする。スイッチＳＣをオン状態として接地（ＧＮＤ）と導通しても、オペアンプの負端子は仮想接地であるため電流は流れず、積分電圧は変化しない。ここで、スイッチＳＣのオン抵抗は充分低いこととする。この状態で調整容量Ｃａの電荷を放電するために調整用信号ＡＤＪをＧＮＤへ戻す。このとき発生する調整容量Ｃａからの放電電流は、スイッチＳＣのオン抵抗が充分低いため積分回路へは流れずに、スイッチＳＣを介してＧＮＤへと放電する。 FIG. 2 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the capacitance detection circuit DCKT according to the first embodiment of the present invention. 2A shows a case where the input is only the sensor electrode capacitance Cs, and FIG. 2B shows a case where the input capacitance Cf is generated by touch. FIG. 2 is a timing chart for detecting the capacity by charging and discharging the capacity connected to the input terminal vi once. In this case, since the capacity can be detected at high speed, the number of subsequent digital filters can be increased, and the reaction time (coordinate detection time) of the input device can be shortened. In Tdec_r, which is one charge / discharge cycle, in the period ta_r, the reset switch SR is turned on to reset the integration voltage of the integration capacitor Ci. Next, in the period tb_r, the switch SA is turned on, so that the capacitor connected to the input terminal vi is charged with the constant voltage VDD. In the next period tc_r, the switch SB is turned on while the switch SA is turned off, so that the charge charged in the capacitor connected to the input terminal vi is transferred to the integrating circuit. Therefore, in the period tc_r, in the case of only the sensor electrode capacitance Cs, as shown in FIG. 2A, the integrated voltage becomes −VDD · Cs / Ci, and the input capacitance Cf is increased by the touch in the case of FIG. The integrated voltage is −VDD · (Cs + Cf) / Ci. In the next period td_r, the electrode offset voltage due to the sensor electrode capacitance Cs is adjusted. First, the adjustment signal ADJ is changed from GND to −Vadj, so that the adjustment capacitor Ca is charged. At this time, since the charge Ca * Vadj is charged in the adjustment capacitor Ca, the output of the integrating circuit increases by Vadj · Ca / Ci. Here, the adjustment voltages Vadj and Ca are set so that the electrode offset voltage VDD · Cs / Ci of the sensor electrode capacitance Cs in FIG. 2A is equal to the adjustment amount Vadj · Ca / Ci by charging the adjustment capacitor Ca. If set, the electrode offset voltage due to the sensor electrode capacitance can be removed from the output voltage vo. After that, the switch SC is turned on within the period td_r. Even if the switch SC is turned on to conduct to the ground (GND), since the negative terminal of the operational amplifier is a virtual ground, no current flows and the integrated voltage does not change. Here, it is assumed that the on-resistance of the switch SC is sufficiently low. In this state, the adjustment signal ADJ is returned to GND in order to discharge the charge of the adjustment capacitor Ca. The discharge current from the adjustment capacitor Ca generated at this time is discharged to GND via the switch SC without flowing to the integrating circuit because the ON resistance of the switch SC is sufficiently low.
上記動作により、図２（ａ）に示すように、入力端子ｖｉに接続される容量がセンサ電極容量Ｃｓの場合には、オフセット電圧が調整されて出力信号ｖｏは０Ｖとなる。一方、タッチにより入力容量Ｃｆが増加した場合、図２（ｂ）に示すように、出力信号ｖｏは入力容量Ｃｆに比例した積分電圧−ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉとなる。このように、電極オフセット電圧を出力電圧から排除することができるため、ＡＤ変換前に出力電圧信号を増幅しても、ＡＤ変換のレンジをフルに使用する事ができ、検出可能な入力容量のダイナミックレンジを大きくする事ができる。 2A, when the capacitance connected to the input terminal vi is the sensor electrode capacitance Cs, the offset voltage is adjusted and the output signal vo becomes 0V. On the other hand, when the input capacitance Cf is increased by the touch, the output signal vo becomes an integrated voltage −VDD · Cf / Ci proportional to the input capacitance Cf, as shown in FIG. Since the electrode offset voltage can be excluded from the output voltage in this way, even if the output voltage signal is amplified before AD conversion, the AD conversion range can be fully used, and the detectable input capacitance can be reduced. The dynamic range can be increased.
図３は、本発明第１の実施例における容量検出回路ＤＣＫＴを用いた、もう一つの容量検出方法を示す電圧波形図である。図３において、入力端子ｖｉに接続される容量に対し２回の充放電を行う。期間Ｔｐｄは入力容量の検出周期であり、その最初の充放電期間は積分容量Ｃｉのリセット動作を行う充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒとし、次の放電期間は積分容量Ｃｉのリセット動作を行わない充放電期間Ｔｄｅｃとする。充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒとＴｄｅｃとの差は、期間ｔａ＿ｒで積分容量Ｃｉのリセット動作を行うのに対し、期間ｔａでは積分容量Ｃｉのリセット動作を行わないことである。それ以外の期間ｔｂ＿ｒとｔｂ、期間ｔｃ＿ｒとｔｃ、期間ｔｄ＿ｒとｔｄは、同じ設定としてもよい。これらの期間は、既に図２で説明したように入力端子ｖｉに接続された容量対して電荷を充電し、放電される電荷を積分したのち調整用信号ＡＤＪと調整容量Ｃａにより電極オフセット電圧をキャンセルする動作を行う。 FIG. 3 is a voltage waveform diagram showing another capacitance detection method using the capacitance detection circuit DCKT in the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the capacitor connected to the input terminal vi is charged and discharged twice. The period Tpd is a detection cycle of the input capacitance. The first charge / discharge period is a charge / discharge period Tdec_r in which the integration capacitor Ci is reset, and the next discharge period is a charge / discharge period Tdec in which the integration capacitor Ci is not reset. And The difference between the charge / discharge periods Tdec_r and Tdec is that the integration capacitor Ci is reset in the period ta_r, whereas the integration capacitor Ci is not reset in the period ta. Other periods tb_r and tb, periods tc_r and tc, and periods td_r and td may be set to the same setting. During these periods, as already described with reference to FIG. 2, the charge connected to the capacitor connected to the input terminal vi is charged, and after the discharged charge is integrated, the electrode offset voltage is canceled by the adjustment signal ADJ and the adjustment capacitor Ca. To perform the operation.
図３（ａ）に示すように、各充放電期間で電極オフセット電圧をキャンセルするため、充放電回数が２回であっても入力容量がない場合には出力電圧ｖｏは０Ｖとなる。これに対し、入力容量Ｃｆがタッチにより発生した場合には、図３（ｂ）に示すように積分回路には入力容量Ｃｆに依存した積分電圧ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉが充放電の回数に応じて加算されるため、出力電圧ｖｏは２・ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉとなる。図３では充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒを１回とし、充放電期間Ｔｄｅｃを１回とすることで合計２回の充放電検出としたが、ここで充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒを１回とし、充放電期間Ｔｄｅｃをｎ−１回とすることで、合計ｎ回（但し、ｎは２以上の整数）の充放電検出とすることも可能である。これにより、出力電圧はｎ・ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉと１回充放電の場合のｎ倍とすることができる。 As shown in FIG. 3A, in order to cancel the electrode offset voltage in each charging / discharging period, the output voltage vo becomes 0V when there is no input capacity even if the number of times of charging / discharging is two. On the other hand, when the input capacitance Cf is generated by touch, as shown in FIG. 3B, the integration voltage VDD · Cf / Ci depending on the input capacitance Cf is supplied to the integration circuit according to the number of times of charging / discharging. Since they are added, the output voltage vo is 2 · VDD · Cf / Ci. In FIG. 3, the charge / discharge period Tdec_r is set to one time, and the charge / discharge period Tdec is set to one time, so that the charge / discharge period Tdec_r is set to one time. By setting it to n-1 times, it is also possible to carry out charge / discharge detection of a total of n times (however, n is an integer greater than or equal to 2). Thereby, the output voltage can be n · VDD · Cf / Ci and n times that in the case of one charge / discharge.
このように、アナログ回路部分で信号加算を行うことにより、各充放電時に発生するノイズを平均化して低減することが可能となる。また、入力容量Ｃｆが微小な場合でもアナログ信号の増幅無しで出力信号を増加できるため、高い信号ノイズ比を得る事が可能となる。 As described above, by performing signal addition in the analog circuit portion, it is possible to average and reduce noise generated during each charge / discharge. Further, even if the input capacitance Cf is very small, the output signal can be increased without amplification of the analog signal, so that a high signal-to-noise ratio can be obtained.
以上のように、本発明第１の実施例における容量検出回路では、タッチによる入力が無いときの出力電圧を、調整用信号ＡＤＪと調整容量Ｃａによりキャンセルする事ができるため、微小な入力容量Ｃｆを検出する事が可能となり、この容量検出回路ＤＣＫＴを用いた座標入力装置において、入力座標を高精度で検出することが可能となる。ここで、タッチによる入力が無いときの出力電圧は、電極オフセット電圧で決まる場合もあり、またオペアンプや各スイッチの各種特性を反映して決まる場合もあるが、いずれも調整用信号ＡＤＪと調整容量Ｃａの設定によりキャンセル可能である。 As described above, in the capacitance detection circuit according to the first embodiment of the present invention, the output voltage when there is no input by touch can be canceled by the adjustment signal ADJ and the adjustment capacitance Ca, so that the minute input capacitance Cf In the coordinate input device using the capacitance detection circuit DCKT, it is possible to detect the input coordinates with high accuracy. Here, the output voltage when there is no touch input may be determined by the electrode offset voltage or may reflect various characteristics of the operational amplifier and each switch, both of which are the adjustment signal ADJ and the adjustment capacitance. Cancellation is possible by setting Ca.
また、本実施例の説明では、タッチによる入力が無いときの出力電圧を負電位と仮定して説明したが、タッチによる入力が無いときの出力電圧が正電位の場合には、調整用信号ＡＤＪを正方向の電圧に変化させることでキャンセルする事が可能である。 In the description of this embodiment, the output voltage when there is no touch input is assumed to be a negative potential. However, when the output voltage when there is no touch input is a positive potential, the adjustment signal ADJ is used. It is possible to cancel by changing the voltage to a positive voltage.
次に、図４から図６を用いて、本発明第１の実施例における座標入力装置と、それを備えた表示装置について説明する。図４は、本発明第１の実施例における座標入力装置と、それを備えた表示装置のシステムブロック図である。座標入力部１０１は、通常透明基板に透明電極からなるセンサ電極ＴＰを有する。ここではマトリクス状にセンサ電極を配置しており、横方向にＸ座標検知用の電極ＴＰ＿Ｘを４本並べて配置し、縦方向にＹ座標検知用の電極ＴＰ＿Ｙを４本並べて配置している。但し、電極数や電極配置方法は、これに限らない。各センサ電極には、それぞれのセンサ電極容量を検出するための、図１に示した容量検出回路ＤＣＫＴが接続される。各容量検出回路ＤＣＫＴは、入力座標検出制御部１０３から出力される各種制御信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＲ，ＡＤＪ）に基づいて動作し、それぞれのセンサ電極とそれに入力される容量の検出結果である出力信号ｖｏをＡＤ変換部ＡＤＣに出力する。ＡＤ変換部ＡＤＣは、入力座標検出制御部１０３が出力するＡＤ変換タイミング信号ＡＤＴに応じて、各容量検出回路の出力信号ｖｏをＡＤ変換し、その結果のデジタル信号ＤＡＴＡを入力座標検出制御部１０３へ出力する。入力座標検出制御部１０３は、デジタル信号ＤＡＴＡから入力の有無、および入力座標を判定すると共に、その判定結果をシステム１０５へ出力する。システムは、入力座標や入力アクションに応じた処理を実行し、それに基づいた画像を表示装置制御部１０４へ出力する。表示装置制御部１０４は、画像を表示するための信号データ、および表示装置を駆動するための表示制御信号ＤＰＣを表示部１０２に出力する。ここで、表示制御信号ＤＰＣは、入力座標検出制御部１０３へも出力される。以上の構成により、入力（タッチ）に応じてシステムのアプリケーションを実行し、その実行結果に基づいた映像を表示装置に表示することが出来る。
Next, the coordinate input device according to the first embodiment of the present invention and a display device including the coordinate input device will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a system block diagram of the coordinate input device and the display device including the coordinate input device according to the first embodiment of the present invention. The coordinate
次に、図５を用いて本発明第１の実施例における座標入力装置の動作シーケンスを説明する。本発明第１の実施例における座標入力装置では、各センサ電極の容量を順次検出する。図５ではＴＰ＿Ｘ１電極からＴＰ＿Ｘ４電極、ＴＰ＿Ｙ１電極からＴＰ＿Ｙ４電極へと順次検出するが、検出順序はこれに限らない。各検出動作回路の検出方法は、図２に示したように１回の充放電による検出でもよいし、図３に示したようにｎ回の充放電による検出でもよい。これらは、座標入力装置としての入力検出速度に依存して設計される項目である。各容量検出回路の出力信号はＡＤ変換タイミング信号ＡＤＴに応じて、デジタル信号ＤＡＴＡを出力する。よって、ＤＡＴＡは各センサ電極の容量検出結果がシリアルで出力されることになる。 Next, the operation sequence of the coordinate input device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the coordinate input device according to the first embodiment of the present invention, the capacitance of each sensor electrode is sequentially detected. In FIG. 5, the detection is sequentially performed from the TP_X1 electrode to the TP_X4 electrode and from the TP_Y1 electrode to the TP_Y4 electrode, but the detection order is not limited to this. The detection method of each detection operation circuit may be detection by one charge / discharge as shown in FIG. 2, or may be detection by n charge / discharge as shown in FIG. These are items designed depending on the input detection speed as the coordinate input device. The output signal of each capacitance detection circuit outputs a digital signal DATA according to the AD conversion timing signal ADT. Therefore, DATA outputs the capacitance detection result of each sensor electrode serially.
図６は、図４に示す座標入力部１０１において、タッチによる容量増加がＦＡの１箇所で発生した場合の、各センサ電極の容量検出結果である。タッチがＦＡの箇所で発生した場合には、センサ電極ＴＰ＿Ｘ２とＴＰ＿Ｙ２で入力容量が増加するため、これらに対応するデジタル信号ＤＸ２とＤＹ２のデジタル信号が高くなり、これらのセンサ電極に対応する座標に入力があったと判定できる。
FIG. 6 shows a capacitance detection result of each sensor electrode in the coordinate
次に、図７を用いて、本発明第１の実施例における容量検出回路において、表示装置からのノイズを軽減するための検出方法について説明する。図４において、座標入力部１０１と表示部１０２は縦方向に重ねて配置される。そのため、表示部１０２に含まれる画像表示用の駆動電極と、座標入力部１０１のセンサ電極ＴＰとの間に寄生容量が発生する。この寄生容量を介して、表示部１０２に含まれる画像表示用の駆動電極における電位変動が、座標入力部１０１のセンサ電極ＴＰへ伝播するため、容量検出回路の出力にノイズが発生する原因となる。そこで、図７に示すように、画像表示用の駆動電極における電位変動のタイミング（図７では、表示制御信号ＤＰＣが切り替るタイミング）が、必ず期間ｔｄ＿ｒ、またはｔｄ内に収まるように、入力座標検出制御部１０３は表示制御信号ＤＰＣに基づいて、容量検出回路の各種制御信号を制御する。これにより、容量検出のための電荷充放電を行う期間ｔａ＿ｒ、ｔａ、ｔｂ＿ｒ、ｔｂ、ｔｃ＿ｒ、ｔｃでは表示部１０２によるノイズが発生しない。また、期間ｔｄ＿ｒ、ｔｄにおいては、スイッチＳＢがオフ状態となっているため、表示部１０２において表示制御信号ＤＰＣが変動することでセンサ電極ＴＰにノイズが発生しても出力電圧ｖｏには影響を及ぼさない。よって、前述のように入力座標検出制御部１０３が表示制御信号ＤＰＣに基づいて、表示部１０２の映像表示用の駆動電極信号が切り替るタイミングを各検出周期におけるｔｄ＿ｒ、またはｔｄ内に収まるように制御することで、表示部１０２からのノイズを軽減することが出来る。これにより、タッチによる入力座標を高精度に検出することができる。
Next, a detection method for reducing noise from the display device in the capacitance detection circuit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the coordinate
前記映像表示用の駆動電極は、例えば液晶表示装置の場合には、信号電圧を液晶に供給する信号電圧線や、コモン電極などである。 For example, in the case of a liquid crystal display device, the video display drive electrode is a signal voltage line for supplying a signal voltage to the liquid crystal, a common electrode, or the like.
次に、本発明第２の実施例にかかる座標入力装置で使用する容量検出回路について、図８から図１０を用いて説明する。図８は、本発明第２の実施例における容量検出回路の回路図である。容量検出回路は、走査用回路ＳＣＫＴと検出用回路ＤＣＫＴの２つ対で構成される。走査用回路ＳＣＫＴの出力端子ｖｉには、容量検出用の走査センサ電極ＴＰ＿Ｙが接続される。検出用回路ＤＣＫＴの入力端子ｖｓには、容量検出用の検出センサ電極ＴＰ＿Ｘが接続される。端子ｖｏは検出用回路ＤＣＫＴの出力電圧を出力する。本発明第２の実施例にかかる容量検出回路では、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近で生じる容量を検出する。容量Ｃｓは、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差容量等の入力が無い状態での容量である。容量Ｃｆは、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近にタッチによる入力があった場合に生じる入力容量である。 Next, a capacitance detection circuit used in the coordinate input device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit diagram of the capacitance detection circuit according to the second embodiment of the present invention. The capacitance detection circuit includes two pairs of a scanning circuit SCKT and a detection circuit DCKT. A scanning sensor electrode TP_Y for capacitance detection is connected to the output terminal vi of the scanning circuit SCKT. A detection sensor electrode TP_X for capacitance detection is connected to the input terminal vs of the detection circuit DCKT. The terminal vo outputs the output voltage of the detection circuit DCKT. In the capacitance detection circuit according to the second embodiment of the present invention, the capacitance generated near the intersection between the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X is detected. The capacitance Cs is a capacitance in a state where there is no input such as a cross capacitance between the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X. The capacitance Cf is an input capacitance that is generated when there is an input by touch near the intersection between the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X.
走査用回路ＳＣＫＴは、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙに一定電位ＶＤＤを充電する為のスイッチＳＡと、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙに充電された一定電位ＶＤＤをＧＮＤに放電するためのスイッチＳＢとからなる。検出用回路ＤＣＫＴは、積分容量Ｃｉの積分電圧をリセットする為のスイッチＳＲ、積分容量Ｃｉとオペアンプからなる積分回路、および積分回路の出力電圧を調整するための調整容量ＣａとスイッチＳＣからなる。調整容量ＣａとそのＣａの一方の端子を駆動する調整用信号ＡＤＪは、タッチによる入力容量Ｃｆが無い状態で容量Ｃｓを検出した結果得られる積分電圧（以下、電極オフセット電圧と呼ぶ）を調整し、出力信号ｖｏから除くために使用する。またスイッチＳＣは、走査センサ電極のリセットや、調整容量Ｃａのリセット、およびノイズ抑制時などに使用する。 The scanning circuit SCKT includes a switch SA for charging the scanning sensor electrode TP_Y to a constant potential VDD and a switch SB for discharging the constant potential VDD charged to the scanning sensor electrode TP_Y to GND. The detection circuit DCKT includes a switch SR for resetting the integration voltage of the integration capacitor Ci, an integration circuit including the integration capacitor Ci and an operational amplifier, an adjustment capacitor Ca for adjusting the output voltage of the integration circuit, and a switch SC. An adjustment capacitor ADJ for driving the adjustment capacitor Ca and one terminal of the Ca adjusts an integrated voltage (hereinafter referred to as an electrode offset voltage) obtained as a result of detecting the capacitor Cs in a state where there is no input capacitor Cf due to touch. Used to remove from the output signal vo. The switch SC is used for resetting the scanning sensor electrode, resetting the adjustment capacitor Ca, and suppressing noise.
図９は、本発明第２の実施例の容量検出回路であるＳＣＫＴとＤＣＫＴの動作を説明するための電圧波形図である。図９（ａ）は、入力がセンサ電極容量Ｃｓだけの場合であり、図９（ｂ）は入力容量Ｃｆがタッチにより発生した場合を示す。図９は、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量に１回充放電を行うことで、容量を検出するタイミングチャートである。この場合には、高速で容量を検出することができるため、後段のデジタルフィルタを増やしたり、また入力装置の反応時間（座標検出時間）を早くしたりする事ができる。 FIG. 9 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of SCKT and DCKT which are the capacitance detection circuits of the second embodiment of the present invention. FIG. 9A shows a case where the input is only the sensor electrode capacitance Cs, and FIG. 9B shows a case where the input capacitance Cf is generated by touch. FIG. 9 is a timing chart for detecting the capacitance by charging and discharging the capacitance near the intersection between the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X once. In this case, since the capacity can be detected at high speed, the number of subsequent digital filters can be increased, and the reaction time (coordinate detection time) of the input device can be shortened.
１回の充放電周期であるＴｄｅｃ＿ｒにおいて、期間ｔａ＿ｒではリセット用のスイッチＳＲをオン状態として積分容量Ｃｉの積分電圧をリセットする。また、走査センサ電極の電位をＧＮＤにリセットするために、スイッチＳＢをオン状態とする。次に、期間ｔｂ＿ｒではスイッチＳＡをオン状態とすることで、出力端子ｖｉに接続される走査センサ電極ＴＰ＿Ｙに一定電圧ＶＤＤを印加する。このとき検出センサ電極ＴＰ＿Ｘの電位は、ＤＣＫＴの入力端子ｖｓを介してオペアンプの負端子に接続されているため接地ＧＮＤとなる。そのため、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量は一定電位ＶＤＤに応じた電荷が充電される。この充電のために必要な電荷が積分回路に積分される。このため、図９（ａ）に示すようにタッチによる入力が無い場合には、出力電圧ｖｏの電位は−ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉとなり、一方、図９（ｂ）に示すようにタッチによる入力が有る場合には、出力電圧ｖｏの電位は−ＶＤＤ・（Ｃｓ＋Ｃｆ）／Ｃｉとなる。次の期間ｔｃ＿ｒで、電極オフセット電圧の調整、走査センサ電極のリセットを行う。まず、調整用信号ＡＤＪをＧＮＤから−Ｖａｄｊとすることで、調整容量Ｃａに電荷を充電する。このとき調整容量Ｃａには電荷Ｃａ＊Ｖａｄｊが充電されるため、積分回路の出力はＶａｄｊ・Ｃａ／Ｃｉだけ増加する。ここで、図９（ａ）における電極オフセット電圧ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉと、調整容量Ｃａへの充電による調整量Ｖａｄｊ・Ｃａ／Ｃｉとが等しくなるように調整電圧ＶａｄｊおよびＣａを設定すれば、電極オフセット電圧を出力電圧ｖｏから除く事が可能となる。調整用信号ＡＤＪを変化させた後で、スイッチＳＣをオン状態とする。スイッチＳＣをオン状態として接地（ＧＮＤ）と導通しても、オペアンプの負端子は仮想接地であるため電流は流れず、積分電圧は変化しない。ここで、スイッチＳＣのオン抵抗は充分低いこととする。この状態でスイッチＳＢをオン状態として走査センサ電極ＴＰ＿Ｙの電位をＧＮＤにリセットする。この際、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量から電荷が放電されるが、これによる電流はスイッチＳＣを介してＧＮＤへ流れるため積分回路の出力電圧ｖｏへは影響しない。また、同じくスイッチＳＣがオン状態で、調整容量Ｃａの電荷を放電するために調整用信号ＡＤＪをＧＮＤへ戻す。このとき発生するＣａからの放電電流は、スイッチＳＣのオン抵抗が充分低いため積分回路へは流れずに、スイッチＳＣを介してＧＮＤへと放電する。 In Tdec_r, which is one charge / discharge cycle, in the period ta_r, the reset switch SR is turned on to reset the integration voltage of the integration capacitor Ci. Further, the switch SB is turned on to reset the potential of the scanning sensor electrode to GND. Next, in the period tb_r, the switch SA is turned on, so that the constant voltage VDD is applied to the scan sensor electrode TP_Y connected to the output terminal vi. At this time, since the potential of the detection sensor electrode TP_X is connected to the negative terminal of the operational amplifier via the DCKT input terminal vs, it becomes the ground GND. For this reason, the capacitor near the intersection of the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X is charged with a charge corresponding to the constant potential VDD. The charge necessary for this charging is integrated in the integration circuit. For this reason, when there is no touch input as shown in FIG. 9A, the potential of the output voltage vo becomes −VDD · Cs / Ci, whereas, as shown in FIG. If there is, the potential of the output voltage vo is −VDD · (Cs + Cf) / Ci. In the next period tc_r, the electrode offset voltage is adjusted and the scan sensor electrode is reset. First, the adjustment signal ADJ is changed from GND to −Vadj, so that the adjustment capacitor Ca is charged. At this time, since the charge Ca * Vadj is charged in the adjustment capacitor Ca, the output of the integrating circuit increases by Vadj · Ca / Ci. Here, if the adjustment voltages Vadj and Ca are set so that the electrode offset voltage VDD · Cs / Ci in FIG. 9A and the adjustment amount Vadj · Ca / Ci by charging the adjustment capacitor Ca are equal, the electrode The offset voltage can be removed from the output voltage vo. After changing the adjustment signal ADJ, the switch SC is turned on. Even if the switch SC is turned on to conduct to the ground (GND), since the negative terminal of the operational amplifier is a virtual ground, no current flows and the integrated voltage does not change. Here, it is assumed that the on-resistance of the switch SC is sufficiently low. In this state, the switch SB is turned on to reset the potential of the scan sensor electrode TP_Y to GND. At this time, charges are discharged from the capacitance in the vicinity of the intersection of the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X, but the current caused by this flows to the GND via the switch SC, and therefore does not affect the output voltage vo of the integrating circuit. . Similarly, when the switch SC is on, the adjustment signal ADJ is returned to GND in order to discharge the charge of the adjustment capacitor Ca. The discharge current from Ca generated at this time is discharged to GND through the switch SC without flowing into the integrating circuit because the ON resistance of the switch SC is sufficiently low.
上記動作により、図９（ａ）に示すように、タッチによる入力が無い場合には、電極オフセット電圧が調整されて出力信号ｖｏは０Ｖとなる。一方、タッチにより入力容量Ｃｆが増加した場合、図９（ｂ）に示すように、出力信号ｖｏは入力容量Ｃｆに比例した積分電圧−ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉとなる。このように、電極オフセット電圧を出力電圧から排除することができるため、ＡＤ変換前に出力電圧信号を増幅しても、ＡＤ変換のレンジをフルに使用する事ができ、検出可能な入力容量のダイナミックレンジを大きくする事ができる。 With the above operation, as shown in FIG. 9A, when there is no touch input, the electrode offset voltage is adjusted and the output signal vo becomes 0V. On the other hand, when the input capacitance Cf increases due to the touch, the output signal vo becomes an integrated voltage −VDD · Cf / Ci proportional to the input capacitance Cf, as shown in FIG. 9B. Since the electrode offset voltage can be excluded from the output voltage in this way, even if the output voltage signal is amplified before AD conversion, the AD conversion range can be fully used, and the detectable input capacitance can be reduced. The dynamic range can be increased.
図１０は、本発明第２の実施例における容量検出回路ＳＣＫＴとＤＣＫＴを用いた、もう一つの容量検出方法を示す電圧波形図である。図１０においては、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量に対し２回の充放電を行う。期間Ｔｐｄは入力容量の検出周期であり、その最初の充放電期間は積分容量Ｃｉと走査センサ電極のリセット動作を行う充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒとし、次の放電期間はリセット動作を行わない充放電期間Ｔｄｅｃとする。充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒとＴｄｅｃとの差は、期間ｔａ＿ｒで積分容量Ｃｉと走査センサ電極のリセット動作を行うのに対し、期間ｔａではリセット動作を行わないことである。それ以外の期間ｔｂ＿ｒとｔｂ、期間ｔｃ＿ｒとｔｃは、同じ設定としてもよい。これらの期間は、既に図９で説明したように走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量対して電荷を充電し、その際に流れる電流を積分したのち調整用信号ＡＤＪと調整容量Ｃａにより電極オフセット電圧をキャンセルする動作を行う。図１０（ａ）に示すように、Ｔｄｅｃ＿ｒとＴｄｅｃのそれぞれの充放電期間で電極オフセット電圧をキャンセルするため、充放電回数が２回であっても入力容量がない場合には出力電圧ｖｏは０Ｖとなる。これに対し、入力容量Ｃｆがタッチにより発生した場合には、図１０（ｂ）に示すように積分回路には入力容量Ｃｆに依存した積分電圧ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉが充放電の回数に応じて加算されるため、出力電圧ｖｏは２・ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉとなる。図１０では充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒを１回とし、充放電期間Ｔｄｅｃを１回とすることで合計２回の充放電検出としたが、ここで充放電期間Ｔｄｅｃ＿ｒを１回とし、充放電期間Ｔｄｅｃをｎ−１回とすることで、合計ｎ回の充放電検出とすることも可能である。これにより、出力電圧はｎ・ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉと１回充放電の場合のｎ倍とすることができる。 FIG. 10 is a voltage waveform diagram showing another capacitance detection method using the capacitance detection circuits SCKT and DCKT in the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, charging / discharging is performed twice with respect to the capacitance near the intersection of the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X. The period Tpd is an input capacitance detection cycle. The first charge / discharge period is a charge / discharge period Tdec_r in which the integration capacitor Ci and the scan sensor electrode are reset, and the next discharge period is a charge / discharge period Tdec in which no reset operation is performed. And The difference between the charge / discharge periods Tdec_r and Tdec is that the integration capacitor Ci and the scan sensor electrode are reset in the period ta_r, whereas the reset operation is not performed in the period ta. Other periods tb_r and tb and periods tc_r and tc may be set to the same setting. During these periods, as already described with reference to FIG. 9, the charge is charged with respect to the capacitance near the intersection between the scanning sensor electrode TP_Y and the detection sensor electrode TP_X, and the current flowing at that time is integrated, and then the adjustment signal ADJ An operation of canceling the electrode offset voltage is performed by the adjustment capacitor Ca. As shown in FIG. 10A, in order to cancel the electrode offset voltage in each charge / discharge period of Tdec_r and Tdec, the output voltage vo is 0 V when there is no input capacity even if the number of charge / discharge is two times. It becomes. On the other hand, when the input capacitance Cf is generated by touch, as shown in FIG. 10B, the integration voltage VDD · Cf / Ci depending on the input capacitance Cf is supplied to the integration circuit according to the number of times of charging / discharging. Since they are added, the output voltage vo is 2 · VDD · Cf / Ci. In FIG. 10, the charge / discharge period Tdec_r is set to one time, and the charge / discharge period Tdec is set to one time, so that the charge / discharge period Tdec_r is set to one time. By setting it to n-1 times, it is also possible to carry out charge / discharge detection of a total of n times. Thereby, the output voltage can be n · VDD · Cf / Ci and n times that in the case of one charge / discharge.
このように、アナログ回路部分で信号加算を行うことにより、各充放電時に発生するノイズを平均化して低減することが可能となる。また、入力容量Ｃｆが微小な場合でもアナログ信号の増幅無しで出力信号を増加できるため、高い信号ノイズ比を得る事が可能となる。 As described above, by performing signal addition in the analog circuit portion, it is possible to average and reduce noise generated during each charge / discharge. Further, even if the input capacitance Cf is very small, the output signal can be increased without amplification of the analog signal, so that a high signal-to-noise ratio can be obtained.
以上のように、本発明第２の実施例における容量検出回路では、タッチによる入力が無いときの出力電圧を、調整用信号ＡＤＪと調整容量Ｃａによりキャンセルする事ができるため、微小な入力容量Ｃｆを検出する事が可能となり、この容量検出回路ＤＣＫＴを用いた座標入力装置において、入力座標を高精度で検出することが可能となる。ここで、タッチによる入力が無いときの出力電圧は、電極オフセット電圧で決まる場合もあり、またオペアンプや各スイッチの各種特性を反映して決まる場合もあるが、いずれも調整用信号ＡＤＪと調整容量Ｃａの設定によりキャンセル可能である。 As described above, in the capacitance detection circuit according to the second embodiment of the present invention, the output voltage when there is no touch input can be canceled by the adjustment signal ADJ and the adjustment capacitance Ca. In the coordinate input device using the capacitance detection circuit DCKT, it is possible to detect the input coordinates with high accuracy. Here, the output voltage when there is no touch input may be determined by the electrode offset voltage or may reflect various characteristics of the operational amplifier and each switch, both of which are the adjustment signal ADJ and the adjustment capacitance. Cancellation is possible by setting Ca.
次に、図１１から図１３を用いて、本発明第２の実施例における座標入力装置と、それを備えた表示装置について説明する。 Next, a coordinate input device and a display device including the coordinate input device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１１は、本発明第２の実施例における座標入力装置と、それを備えた表示装置のシステムブロック図である。座標入力部１０１は、通常透明基板に透明電極からなるセンサ電極ＴＰを有する。ここではマトリクス状にセンサ電極を配置しており、横方向にＸ座標検知用の電極ＴＰ＿Ｘを４本並べて配置し、縦方向にＹ座標検知用の電極ＴＰ＿Ｙを４本並べて配置している。但し、電極数は、これに限らない。ここで、Ｙ座標検知用の電極ＴＰ＿Ｙは、走査センサ電極として走査用回路ＳＣＫＴに接続され、Ｘ座標検知用の電極ＴＰ＿Ｘは、検出センサ電極として検出用回路ＤＣＫＴに接続される。
FIG. 11 is a system block diagram of a coordinate input device and a display device including the coordinate input device according to the second embodiment of the present invention. The coordinate
各走査用回路ＳＣＫＴは、入力座標検出制御部１０３から出力される制御信号（ＳＡ、ＳＢ）に基づいて動作する。ここでは、各走査センサ電極をＴＰ＿Ｙ１からＴＰ＿Ｙ４へと順次選択し、選択された走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと各検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量に一定電圧を充電する。各検出用回路ＤＣＫＴは、入力座標検出制御部１０３から出力される制御信号（ＳＣ，ＳＲ，ＡＤＪ）に基づいて動作し、前記走査用回路ＳＣＫＴにより選択された走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと各検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の容量に充電される電流を検出し、タッチによる入力容量の検出結果である出力信号ｖｏをＡＤ変換部ＡＤＣに出力する。ＡＤ変換部ＡＤＣは、入力座標検出制御部１０３が出力するＡＤ変換タイミング信号ＡＤＴに応じて、各検出用回路ＤＣＫＴの出力信号ｖｏをＡＤ変換し、その結果のデジタル信号ＤＡＴＡを入力座標検出制御部１０３へ出力する。入力座標検出制御部１０３は、デジタル信号ＤＡＴＡから入力の有無、および入力座標を判定すると共に、その判定結果をシステム１０５へ出力する。システムは、入力座標や入力アクションに応じた処理を実行し、それに基づいた画像を表示装置制御部１０４へ出力する。表示装置制御部１０４は、画像を表示するための信号データ、および表示装置を駆動するための表示制御信号ＤＰＣを表示部１０２に出力する。ここで、表示制御信号ＤＰＣは、入力座標検出制御部１０３へも出力される。以上の構成により、入力（タッチ）に応じてシステムのアプリケーションを実行し、その実行結果に基づいた映像を表示装置に表示することが出来る。
Each scanning circuit SCKT operates based on control signals (SA, SB) output from the input coordinate
次に、図１２を用いて本発明第２の実施例における座標入力装置の動作シーケンスを説明する。本発明第２の実施例における座標入力装置では、走査用回路ＳＣＫＴにより走査センサ電極ＴＰ＿Ｙを順次選択して、選択された走査センサ電極ＴＰ＿Ｙと各検出センサ電極ＴＰ＿Ｘとの交差部付近の入力容量を検出する。そのため、ＳＣＫＴ１により走査センサ電極ＴＰ＿Ｙ１を選択した場合には、各検出用回路ＤＣＫＴ１〜４で検出される結果は、それぞれ検出センサ電極ＴＰ＿Ｘ１からＴＰ＿Ｘ４との交差部付近の入力容量を検出した結果となる。よって、走査用回路を順次選択し、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙ１からＴＰ＿Ｙ４までの検出を行うことで、全ての交差部付近の入力容量を検出することができる。各検出動作の検出方法は、図９に示したように１回の充放電による検出でもよいし、図１０に示したようにｎ回の充放電による検出でもよい。各検出用回路の出力信号はＡＤ変換タイミング信号ＡＤＴに応じて、デジタル信号ＤＡＴＡを出力する。よって、ＤＡＴＡは選択された走査センサ電極と各検出センサ電極との交差部付近の入力容量検出結果をパラレルで出力することになる。ここでは、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙ１と各検出センサ電極との交差部付近の入力容量検出結果を、ＤＸ１（Ｙ１）からＤＸ４（Ｙ１）で表している。 Next, the operation sequence of the coordinate input device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the coordinate input device according to the second embodiment of the present invention, the scanning sensor electrode TP_Y is sequentially selected by the scanning circuit SCKT, and the input capacitance near the intersection between the selected scanning sensor electrode TP_Y and each detection sensor electrode TP_X is obtained. To detect. Therefore, when the scanning sensor electrode TP_Y1 is selected by SCKT1, the results detected by the detection circuits DCKT1 to DCKT4 are the results of detecting the input capacitances near the intersections of the detection sensor electrodes TP_X1 to TP_X4, respectively. . Therefore, by sequentially selecting scanning circuits and performing detection from the scanning sensor electrodes TP_Y1 to TP_Y4, it is possible to detect input capacitances near all the intersections. The detection method of each detection operation may be detection by one charge / discharge as shown in FIG. 9, or may be detection by n charge / discharge as shown in FIG. The output signal of each detection circuit outputs a digital signal DATA according to the AD conversion timing signal ADT. Therefore, DATA outputs the input capacitance detection result in the vicinity of the intersection between the selected scanning sensor electrode and each detection sensor electrode in parallel. Here, the input capacitance detection result near the intersection between the scanning sensor electrode TP_Y1 and each detection sensor electrode is represented by DX1 (Y1) to DX4 (Y1).
図１３は、図１１に示す座標入力部１０１において、タッチによる容量増加がＦＡとＦＢの２箇所で発生した場合の、各センサ電極の交差部付近における入力容量を検出した結果である。タッチがＦＡの箇所で発生した場合には、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙ２と検出センサ電極ＴＰ＿Ｘ２との交差部付近のデータＤＸ２（Ｙ２）と、走査センサ電極ＴＰ＿Ｙ４と検出センサ電極ＴＰ＿Ｘ４との交差部付近のデータＤＸ４（Ｙ４）の２つのデータが入力容量Ｃｆに応じて高くなり、この２点に対応する座標で入力があったと判定できる。
FIG. 13 shows the result of detecting the input capacitance in the vicinity of the intersection of each sensor electrode in the coordinate
次に、図１４を用いて、本発明第２の実施例における容量検出回路において、表示装置からのノイズを軽減するための検出方法について説明する。図８において、座標入力部１０１と表示部１０２は縦方向に重ねて配置される。そのため、実施例１で説明したように表示部１０２に含まれる画像表示用の駆動電極と、座標入力部１０１のセンサ電極ＴＰとの間に寄生容量が発生する。この寄生容量を介して、表示部１０２に含まれる画像表示用の駆動電極における電位変動が、座標入力部１０１のセンサ電極ＴＰへ伝播するため、容量検出回路の出力にノイズが発生する原因となる。
Next, a detection method for reducing noise from the display device in the capacitance detection circuit according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the coordinate
そこで、図１４に示すように、画像表示用の駆動電極における電位変動のタイミング（図１４では、表示制御信号ＤＰＣが切り替るタイミング）が、必ず期間ｔｃ＿ｒまたはｔｃ内のスイッチＳＣがオン状態となる期間（図１４ではｔｓｃ＿ｒ）に収まるように、入力座標検出制御部１０３は表示制御信号ＤＰＣに基づいて、容量検出回路の各種制御信号を制御する。これにより、容量検出のための電荷充電を行う期間ｔａ＿ｒ、ｔａ、ｔｂ＿ｒ、ｔｂでは表示部１０２によるノイズが発生しない。また、期間ｔｃ＿ｒ、ｔｃにおいては、スイッチＳＣがオン状態となっているため、表示部１０２において表示制御信号ＤＰＣが変動することで検出センサ電極ＴＰ＿Ｘにノイズにより電流が発生しても、スイッチＳＣを介してＧＮＤに流れるため、積分回路の出力電圧ｖｏには影響を及ぼさない。よって、前述のように入力座標検出制御部１０３が表示制御信号ＤＰＣに基づいて、表示部１０２の映像表示用の駆動電極信号が切り替るタイミングを各検出周期におけるｔｃ＿ｒ、またはｔｃ内のスイッチＳＣがオン状態である期間に収まるように制御することで、表示部１０２からのノイズを軽減することが出来る。これにより、タッチによる入力座標を高精度に検出することができる。
Therefore, as shown in FIG. 14, the timing of the potential change in the image display drive electrode (the timing at which the display control signal DPC is switched in FIG. 14) is always the switch SC in the period tc_r or tc. The input coordinate
次に、本発明第３の実施例にかかる座標入力装置で使用する容量検出回路について、図１５から図１６を用いて説明する。本発明第３の実施例にかかる容量検出回路は、前述した実施例１と実施例２において電極オフセット電圧、またはタッチ入力が無い場合の容量検出回路における積分電圧を調整容量Ｃａと調整用信号ＡＤＪでキャンセルしたのに対し、電流源ＩＡで制御する方式である。容量検出回路ＤＣＫＴは、入力端子ｖｉに接続されたセンサ電極容量Ｃｓ、およびセンサ電極にタッチすることで増加する入力容量Ｃｆを検出するための回路である。 Next, a capacitance detection circuit used in the coordinate input device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The capacitance detection circuit according to the third embodiment of the present invention uses the adjustment capacitor Ca and the adjustment signal ADJ as the integration voltage in the capacitance detection circuit when there is no electrode offset voltage or touch input in the first and second embodiments. In contrast, the method is controlled by the current source IA. The capacitance detection circuit DCKT is a circuit for detecting the sensor electrode capacitance Cs connected to the input terminal vi and the input capacitance Cf that increases by touching the sensor electrode.
図１５は、本発明第３の実施例における容量検出回路の回路図である。容量検出回路ＤＣＫＴは、一定電圧ＶＤＤをセンサ電極容量Ｃｓへ充電するためのスイッチＳＡ、充電した電荷を転送する為のスイッチＳＢ、リセット用のスイッチＳＲ付きの積分回路、センサ電極容量Ｃｓの積分電圧値（以下、電極オフセット電圧と呼ぶ）を調整して出力信号ｖｏから除くための調整用電流源ＩＡからなる。積分回路は、積分容量Ｃｉとオペアンプから構成される。また電流源ＩＡは、タイミングに応じて電流量を制御する。 FIG. 15 is a circuit diagram of a capacitance detection circuit according to the third embodiment of the present invention. The capacitance detection circuit DCKT includes a switch SA for charging the constant voltage VDD to the sensor electrode capacitance Cs, a switch SB for transferring the charged charge, an integration circuit with a reset switch SR, and an integration voltage of the sensor electrode capacitance Cs. An adjustment current source IA for adjusting a value (hereinafter referred to as an electrode offset voltage) and removing it from the output signal vo. The integration circuit includes an integration capacitor Ci and an operational amplifier. The current source IA controls the amount of current according to the timing.
図１６は、本発明第３実施例の容量検出回路ＤＣＫＴの動作を説明するための電圧波形図である。図１６（ａ）は、入力がセンサ電極容量Ｃｓだけの場合であり、図１６（ｂ）は入力容量Ｃｆがタッチにより発生した場合を示す。図１６は、入力端子ｖｉに接続される容量に１回充放電を行うことで、容量を検出するタイミングチャートである。１回の充放電周期であるＴｄｅｃ＿ｒにおいて、期間ｔａ＿ｒではリセット用のスイッチＳＲをオン状態として積分容量Ｃｉの積分電圧をリセットする。次に、期間ｔｂ＿ｒではスイッチＳＡをオン状態とすることで、入力端子ｖｉに接続される容量に一定電圧ＶＤＤを印加して充電する。つぎの期間ｔｃ＿ｒでは、スイッチＳＡがオフの状態でスイッチＳＢをオン状態とすることで、入力端子ｖｉに接続されている容量に充電された電荷を、積分回路に転送する。よって、期間ｔｃ＿ｒにおいて、センサ電極容量Ｃｓだけの場合には図１６（ａ）に示すように積分電圧が−ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉとなり、タッチにより入力容量Ｃｆが増加した図１６（ｂ）の場合には積分電圧が−ＶＤＤ・（Ｃｓ＋Ｃｆ）／Ｃｉとなる。これまでの期間、調整用電流源ＩＡの出力電流は積分回路の積分電圧に影響を及ぼさないよう充分小さくする。 FIG. 16 is a voltage waveform diagram for explaining the operation of the capacitance detection circuit DCKT according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16A shows a case where the input is only the sensor electrode capacitance Cs, and FIG. 16B shows a case where the input capacitance Cf is generated by touch. FIG. 16 is a timing chart for detecting the capacity by charging and discharging the capacity connected to the input terminal vi once. In Tdec_r, which is one charge / discharge cycle, in the period ta_r, the reset switch SR is turned on to reset the integration voltage of the integration capacitor Ci. Next, in the period tb_r, the switch SA is turned on, so that the capacitor connected to the input terminal vi is charged with the constant voltage VDD. In the next period tc_r, the switch SB is turned on while the switch SA is turned off, so that the charge charged in the capacitor connected to the input terminal vi is transferred to the integrating circuit. Therefore, in the period tc_r, in the case of only the sensor electrode capacitance Cs, as shown in FIG. 16A, the integrated voltage becomes −VDD · Cs / Ci, and the input capacitance Cf is increased by the touch, as shown in FIG. The integrated voltage is −VDD · (Cs + Cf) / Ci. During the period so far, the output current of the adjustment current source IA is made sufficiently small so as not to affect the integration voltage of the integration circuit.
期間ｔｃ＿ｒにおいて、センサ電極容量Ｃｓによる電極オフセット電圧を調整する。ここでは、ある一定期間ｔｉａだけ定電流ｉａを電流源ＩＡが生成する。図１５の場合には積分回路から電流源にむけて電流ｉａが流れるため、積分電圧はｉａ・ｔｉａ／Ｃｉだけ上昇する。ここで、図１６（ａ）におけるセンサ電極容量Ｃｓの電極オフセット電圧ＶＤＤ・Ｃｓ／Ｃｉと、電流源ＩＡによる調整量ｉａ・ｔｉａ／Ｃｉとが等しくなるように調整用電流ｉａと期間ｔｉａを設定すれば、センサ電極容量による電極オフセット電圧を出力電圧ｖｏから除く事が可能となる。その後、期間ｔｄ＿ｒ内に、スイッチＳＣをオン状態とする。スイッチＳＣをオン状態として接地（ＧＮＤ）と導通しても、オペアンプの負端子は仮想接地であるため電流は流れず、積分電圧は変化しない。ここで、スイッチＳＣのオン抵抗は充分低いこととする。 In the period tc_r, the electrode offset voltage due to the sensor electrode capacitance Cs is adjusted. Here, the current source IA generates the constant current ia only for a certain period of time tia. In the case of FIG. 15, since the current ia flows from the integrating circuit to the current source, the integrated voltage increases by ia · tia / Ci. Here, the adjustment current ia and the period tia are set so that the electrode offset voltage VDD · Cs / Ci of the sensor electrode capacitance Cs in FIG. 16A is equal to the adjustment amount ia · tia / Ci by the current source IA. Then, the electrode offset voltage due to the sensor electrode capacitance can be removed from the output voltage vo. After that, the switch SC is turned on within the period td_r. Even if the switch SC is turned on to conduct to the ground (GND), since the negative terminal of the operational amplifier is a virtual ground, no current flows and the integrated voltage does not change. Here, it is assumed that the on-resistance of the switch SC is sufficiently low.
上記動作により、図１６（ａ）に示すように、入力端子ｖｉに接続される容量がセンサ電極容量Ｃｓの場合には、オフセット電圧が調整されて出力信号ｖｏは０Ｖとなる。一方、タッチにより入力容量Ｃｆが増加した場合、図１６（ｂ）に示すように、出力信号ｖｏは入力容量Ｃｆに比例した積分電圧−ＶＤＤ・Ｃｆ／Ｃｉとなる。このように、電極オフセット電圧を出力電圧から排除することができるため、ＡＤ変換前に出力電圧信号を増幅しても、ＡＤ変換のレンジをフルに使用する事ができ、検出可能な入力容量のダイナミックレンジを大きくする事ができる。 By the above operation, as shown in FIG. 16A, when the capacitance connected to the input terminal vi is the sensor electrode capacitance Cs, the offset voltage is adjusted and the output signal vo becomes 0V. On the other hand, when the input capacitance Cf is increased by touch, the output signal vo becomes an integrated voltage −VDD · Cf / Ci proportional to the input capacitance Cf, as shown in FIG. Since the electrode offset voltage can be excluded from the output voltage in this way, even if the output voltage signal is amplified before AD conversion, the AD conversion range can be fully used, and the detectable input capacitance can be reduced. The dynamic range can be increased.
本発明第３の実施例における容量検出回路においても、図示しないが実施例１と同様に複数回の充放電による容量検出は可能である。また、本発明第３の実施例における容量検出回路において電極オフセット電圧調整のために用いた電流源ＩＡは、本発明第２の実施例における容量検出回路へも適用可能である。この場合には、図８において調整用容量Ｃｓの代わりとして電流源ＩＡを適用する。この場合、電流源ＩＡによる電極オフセット電圧の調整は、図９の電圧波形図において期間ｔｃ＿ｒまたはｔｃにて行う。具体的には、期間ｔｃ＿ｒにおいて、スイッチＳＣがオフ状態である期間を、電流源ＩＡが電流ｉａを生成する期間ｔｉａとする。これにより、電極オフセット電圧を調整したのち、スイッチＳＣをオン状態として走査センサ電極のリセット動作をおこなう。上記制御により、本発明第３の実施例における電流源ＩＡを用いた出力電圧ｖｏの調整は、実施例２の容量検出回路にも適用できる。 Even in the capacity detection circuit according to the third embodiment of the present invention, although not shown, the capacity detection by charging and discharging a plurality of times is possible as in the first embodiment. Further, the current source IA used for adjusting the electrode offset voltage in the capacitance detection circuit according to the third embodiment of the present invention can also be applied to the capacitance detection circuit according to the second embodiment of the present invention. In this case, the current source IA is applied instead of the adjustment capacitor Cs in FIG. In this case, the adjustment of the electrode offset voltage by the current source IA is performed in the period tc_r or tc in the voltage waveform diagram of FIG. Specifically, in the period tc_r, a period in which the switch SC is in the OFF state is a period tia in which the current source IA generates the current ia. Thereby, after adjusting the electrode offset voltage, the switch SC is turned on to perform the reset operation of the scanning sensor electrode. By the above control, the adjustment of the output voltage vo using the current source IA in the third embodiment of the present invention can be applied to the capacitance detection circuit of the second embodiment.
また、本発明第３の実施例にかかる容量検出回路を用いた座標入力装置、およびそれを備えた表示装置については、前述した実施例１と実施例２と同様であるため、説明は省略する。 The coordinate input device using the capacitance detection circuit according to the third embodiment of the present invention and the display device including the same are the same as those in the first embodiment and the second embodiment described above, and thus the description thereof is omitted. .
以上のように、本発明第３の実施例における容量検出回路では、タッチによる入力が無いときの出力電圧を、電流源ＩＡによりキャンセルする事ができるため、微小な入力容量Ｃｆを検出する事が可能となり、この容量検出回路ＤＣＫＴを用いた座標入力装置において、入力座標を高精度で検出することが可能となる。 As described above, in the capacitance detection circuit according to the third embodiment of the present invention, since the output voltage when there is no input by touch can be canceled by the current source IA, a minute input capacitance Cf can be detected. In the coordinate input device using this capacitance detection circuit DCKT, it becomes possible to detect the input coordinates with high accuracy.
ここで、タッチによる入力が無いときの出力電圧は、電極オフセット電圧で決まる場合もあり、またオペアンプや各スイッチの各種特性を反映して決まる場合もあるが、いずれも調整用電流ｉａと期間ｔｉａの設定によりキャンセル可能である。また、本実施例の説明では、タッチによる入力が無いときの出力電圧を負電位と仮定して説明したが、タッチによる入力が無いときの出力電圧が正電位の場合には、電流源ＩＡの電流方向を逆にすることでキャンセルする事が可能である。 Here, the output voltage when there is no input by touch may be determined by the electrode offset voltage or may reflect various characteristics of the operational amplifier and each switch, both of which are the adjustment current ia and the period tier. Can be canceled by setting. In the description of this embodiment, the output voltage when there is no input by touch is assumed to be a negative potential, but when the output voltage when there is no input by touch is a positive potential, the current source IA It is possible to cancel by reversing the current direction.
また、本発明第１から第３の実施例において、図１、図８、または図１５で示した容量検出回路、または検出用回路ＤＣＫＴで使用するオペアンプからの出力電流量を調整するため、スイッチ素子ＳＣの端子とオペアンプの負側入力端子との間に、調整用の抵抗を挿入しても良い。 In the first to third embodiments of the present invention, the switch is used to adjust the output current amount from the operational amplifier used in the capacitance detection circuit shown in FIG. 1, FIG. 8, or FIG. 15 or the detection circuit DCKT. An adjustment resistor may be inserted between the terminal of the element SC and the negative input terminal of the operational amplifier.
本発明の実施例によれば、タッチにより増加する入力容量だけを出力信号として検出できるため、検出可能な入力容量のダイナミックレンジが広くなり、検出精度が向上する。また、充放電を複数回繰り返して入力容量にかかわるアナログ信号だけを加算することができるため、各充放電時に発生するノイズが平均化されてノイズ成分が減少し、信号ノイズ比の高い検出結果が得られる。また、微小な入力容量でも充放電回数を増やすだけで信号を増加させる事が出来るため、オペアンプで単純にアナログ信号を増幅させる場合に比べて高い信号ノイズ比を得ることが出来る。これにより高精度な座標検出結果を得る事ができる。 According to the embodiment of the present invention, only the input capacitance that is increased by touch can be detected as an output signal, so that the dynamic range of the detectable input capacitance is widened and the detection accuracy is improved. In addition, it is possible to add only analog signals related to input capacity by repeating charging and discharging multiple times, so that noise generated at each charging and discharging is averaged and noise components are reduced, and a detection result with a high signal-to-noise ratio is obtained. can get. In addition, since a signal can be increased by increasing the number of times of charging / discharging even with a very small input capacitance, a higher signal-to-noise ratio can be obtained compared with a case where an analog signal is simply amplified by an operational amplifier. Thereby, a highly accurate coordinate detection result can be obtained.
さらに、通常の充放電周期の期間内で表示装置からのノイズ成分を除去できるため、ノイズ成分を単純にマスクする場合に比べて検出時間を短縮でき、座標入力装置として高速な座標検出を実現することが出来る。 Furthermore, since noise components from the display device can be removed within the normal charge / discharge cycle, the detection time can be shortened compared to the case where the noise components are simply masked, and high-speed coordinate detection is realized as a coordinate input device. I can do it.
タッチ操作により入力した位置を入力座標として検出する入力装置として利用される。 It is used as an input device that detects a position input by a touch operation as input coordinates.
Ｃｆ タッチによる入力容量
Ｃｓ タッチ入力がない場合の容量
ＳＡ スイッチ、およびその制御信号
ＳＢ スイッチ、およびその制御信号
ＳＣ スイッチ、およびその制御信号
ＳＲ スイッチ、およびその制御信号
Ｃｉ 積分容量
Ｃａ 調整容量
ＡＤＪ 調整用信号
Ｔｄｅｃ＿ｒ 充放電周期
Ｔｄｅｃ 充放電周期
Ｔｐｄ ｎ回充放電を行う場合の検出周期
ＴＰ＿Ｘ Ｘ座標検出用センサ電極
ＴＰ＿Ｙ Ｙ座標検出用センサ電極
ＡＤＣ ＡＤ変換部
ＤＡＴＡ デジタル出力データ
１０１ 座標入力部
１０２ 表示部
１０３ 入力座標検出制御部
１０４ 表示装置制御部
１０５ システム（ＣＰＵ）
ＤＰＣ 表示制御信号
ＦＡ タッチによる入力箇所
ＦＢ タッチによる入力箇所
ＤＣＫＴ 容量検出回路、または検出用回路
ＳＣＫＴ 走査用回路
ＩＡ 調整用電流源
ｉａ 調整用電流
Cf Input capacitance by touch Cs Capacitance SA switch when there is no touch input, its control signal SB switch, its control signal SC switch, its control signal SR switch, and its control signal Ci integration capacitance Ca adjustment capacitance ADJ For adjustment Signal Tdec_r Charging / discharging cycle Tdec Charging / discharging cycle Tpd Detection cycle when charging / discharging n times TP_X X-coordinate detection sensor electrode TP_Y Y-coordinate detection sensor electrode ADC AD conversion unit DATA
DPC Display control signal FA Touch input location FB Touch input location DCKT Capacitance detection circuit or detection circuit SCKT Scanning circuit IA Adjustment current source ia Adjustment current
Claims (14)
前記積分回路の入力端子には、前記積分回路の基準レベルに短絡するための第３スイッチ素子と調整容量が接続され、前記調整容量のもう一方の端子に調整用信号が印加される座標入力装置であって、
第１手順で、前記第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、および前記３スイッチ素子をオフ状態として、前記積分回路の出力信号をリセットし、
第２手順で、前記第１スイッチ素子をオン状態として、前記容量センサ電極にかかわる容量に前記一定電位を印加し、
第３手順で、前記第１スイッチ素子をオフ状態として、前記第２スイッチ素子をオン状態とすることで、前記容量センサ電極にかかわる容量に蓄積された電荷を前記積分回路に転送し、
第４手順で、前記第２スイッチ素子をオフ状態として、前記調整用信号を調整電圧だけ変化させ、
第５手順で、前記第３スイッチ素子をオン状態として、前記調整用信号を前記変化前の電位にリセットし、
第６手順で、前記第３スイッチ素子をオフ状態にし、
前記第１から第６までの手順を前記容量センサ電極にかかわる容量検出周期とすること
を特徴とする座標入力装置。 A capacitance sensor electrode for detecting capacitance, a first switch element for applying a constant potential to the capacitance sensor electrode, and a second switch element for transferring the charge accumulated in the capacitance sensor electrode; An integration circuit for detecting charges transferred from the capacitive sensor electrode via the second switch element, and the voltage source for supplying the constant potential is connected to the capacitive sensor via the first switch element. A capacitive coupling type coordinate input device connected to an electrode, wherein the capacitive sensor electrode is connected to an input terminal of the integrating circuit via the second switch element;
Wherein the input terminal of the integrating circuit, the regulating capacitor and the third switch element for short-circuiting the reference level of the integrated circuit is connected, the adjustment other coordinate adjustment device signals is applied to the pin input capacitance A device ,
In the first procedure, the first switch element, the second switch element, and the three switch elements are turned off to reset the output signal of the integration circuit,
In the second procedure, the first switch element is turned on, and the constant potential is applied to a capacitor related to the capacitor sensor electrode;
In the third procedure, by turning off the first switch element and turning on the second switch element, the charge accumulated in the capacitor related to the capacitor sensor electrode is transferred to the integrating circuit,
In the fourth procedure, the second switch element is turned off, and the adjustment signal is changed by the adjustment voltage.
In the fifth procedure, the third switch element is turned on, the adjustment signal is reset to the potential before the change,
In the sixth procedure, the third switch element is turned off,
The procedure from the first to the sixth is set as a capacitance detection cycle related to the capacitance sensor electrode.
Coordinate input device characterized by
前記容量センサ電極に対して入力動作がない状態における前記容量検出回路の出力信号が小さくなるように、前記調整電圧を設定すること
を特徴とする座標入力装置。 The coordinate input device according to claim 1,
The coordinate input device, wherein the adjustment voltage is set so that an output signal of the capacitance detection circuit in a state where there is no input operation with respect to the capacitance sensor electrode is small.
前記容量検出周期をｎ回（但し、ｎは２以上の整数）繰り返すことで、前記容量センサ電極にかかわる容量を検出する場合に、
前記容量検出周期の初回は、前記第１手順で前記積分回路の出力信号リセット動作を行い、前記容量検出周期の２回目以降は、前記第１手順で前記積分回路の出力信号リセット動作を停止すること
を特徴とする座標入力装置。 The coordinate input device according to claim 1 ,
When detecting the capacitance relating to the capacitance sensor electrode by repeating the capacitance detection cycle n times (where n is an integer of 2 or more),
At the first time of the capacitance detection cycle, the output signal reset operation of the integration circuit is performed in the first procedure, and after the second time of the capacitance detection cycle, the output signal reset operation of the integration circuit is stopped in the first procedure. Coordinate input device characterized by this.
表示制御部から出力される表示制御信号により映像を表示する表示部を備え、
前記座標入力装置は、
前記容量センサ電極を水平方向に複数並べたＸ電極と、前記容量センサ電極を垂直方向に複数並べたＹ電極とが、絶縁層を介して交差されて配置された座標入力部と、
前記Ｘ電極と前記Ｙ電極にかかわる容量を夫々検出するための複数の容量検出回路と、
前記容量検出回路を制御する制御信号を生成する入力座標検出制御部と、を備え、
前記座標入力部を透明とすることで、前記座標入力部と前記表示部を重ね、表示領域上におけるタッチ位置座標を容量検出にて検知すること
を特徴とする表示装置。 A display device comprising the coordinate input device according to claim 1 ,
Provided with a display unit for displaying video by a display control signal output from the display control unit,
The coordinate input device includes:
A coordinate input unit in which a plurality of X electrodes in which the capacitance sensor electrodes are arranged in a horizontal direction and a Y electrode in which a plurality of the capacitance sensor electrodes are arranged in a vertical direction intersect with each other via an insulating layer;
A plurality of capacitance detection circuits for respectively detecting capacitances related to the X electrode and the Y electrode;
An input coordinate detection control unit that generates a control signal for controlling the capacitance detection circuit,
By making the coordinate input unit transparent, the coordinate input unit and the display unit are overlapped, and the touch position coordinates on the display area are detected by capacitance detection.
前記表示装置の表示用電極の電位変化のタイミングが、前記容量検出周期の前記第５手順の期間内になるように、前記容量検出回路の制御信号を生成すること
を特徴とする表示装置。 The display device according to claim 4 ,
The display device characterized in that the control signal of the capacitance detection circuit is generated so that the timing of the potential change of the display electrode of the display device is within the period of the fifth procedure of the capacitance detection cycle.
前記検出用回路の前記積分回路の入力端子には、前記積分回路の基準レベルに短絡するための第３スイッチ素子と調整容量が接続され、前記調整容量のもう一方の端子には調整用信号が印加される座標入力装置であって、
第１手順で、前記第１スイッチ素子と第３スイッチ素子をオフ状態として、前記第２スイッチ素子をオン状態として前記走査センサ電極の電位をリセットすると共に、前記積分回路の出力信号をリセットし、
第２手順で、前記第２スイッチ素子をオフ状態とし、前記第１スイッチ素子をオン状態として、前記走査センサ電極にかかわる容量に前記一定電位を印加し、この際に前記走査センサ電極と前記検出センサ電極との交差部付近の容量を介して流れる電流を前記積分回路が検出し、
第３手順で、前記第１スイッチ素子をオフ状態として、次に前記調整用信号を調整電圧だけ変化させ、
第４手順で、前記第３スイッチ素子をオン状態として、前記調整用信号を前記変化前の電位にリセットし、また、前記第２スイッチ素子をオン状態として、前記走査センサ電極をリセットし、
第５手順で、前記第２スイッチ素子と前記第３スイッチ素子をオフ状態にし、
前記第１手順から第５手順までを前記容量検出回路が容量を検出する容量検出周期とすること
を特徴とする座標入力装置。 A scanning sensor electrode, a detection sensor electrode arranged to intersect the scanning sensor electrode via an insulating layer, a first switch element for applying a constant potential to the scanning sensor electrode, and a potential of the scanning sensor electrode In a capacitively coupled coordinate input device, comprising: a scanning circuit having a second switch element for resetting a detection circuit; and a detection circuit comprising an integration circuit for detecting a charge flowing through the detection sensor electrode. ,
The input terminal of the integration circuit of the detection circuit is connected to a third switch element and an adjustment capacitor for short-circuiting to the reference level of the integration circuit, and an adjustment signal is connected to the other terminal of the adjustment capacitor. a applied Ru coordinate input device,
In the first procedure, the first switch element and the third switch element are turned off, the second switch element is turned on, the potential of the scanning sensor electrode is reset, and the output signal of the integrating circuit is reset,
In the second procedure, the second switch element is turned off, the first switch element is turned on, and the constant potential is applied to the capacitance relating to the scan sensor electrode. At this time, the scan sensor electrode and the detection are applied. The integration circuit detects the current flowing through the capacitance near the intersection with the sensor electrode,
In the third procedure, the first switch element is turned off, and then the adjustment signal is changed by the adjustment voltage,
In the fourth procedure, the third switch element is turned on, the adjustment signal is reset to the potential before the change, the second switch element is turned on, the scan sensor electrode is reset,
In the fifth procedure, the second switch element and the third switch element are turned off,
Said the first procedure to the fifth procedure the capacitance detection circuit coordinate input device according to claim capacitance detection period and to Rukoto for detecting the capacitance.
前記走査センサ電極と前記検出センサ電極からなる入力容量検出部に対して入力動作がない状態における前記検出用回路の出力信号が小さくなるように、前記調整電圧を設定すること
を特徴とする座標入力装置。 The coordinate input device according to claim 6 ,
The coordinate input is characterized in that the adjustment voltage is set so that an output signal of the detection circuit is small when there is no input operation with respect to an input capacitance detection unit composed of the scanning sensor electrode and the detection sensor electrode. apparatus.
前記容量検出周期をｎ回（但し、ｎは２以上の整数）繰り返すことで、前記入力容量検出部に入力された入力容量を検出する場合に、
前記容量検出周期の初回は、前記第１手順で前記積分回路の出力信号と前記走査センサ電極のリセット動作を行い、前記容量検出周期の２回目以降は、前記第１手順で前記積分回路の出力信号と前記走査センサ電極のリセット動作を停止すること
を特徴とする座標入力装置。 The coordinate input device according to claim 6 ,
When detecting the input capacitance input to the input capacitance detection unit by repeating the capacitance detection cycle n times (where n is an integer of 2 or more),
At the first time of the capacitance detection cycle, the output signal of the integration circuit and the scan sensor electrode are reset in the first procedure, and the output of the integration circuit is output in the first procedure after the second capacitance detection cycle. A coordinate input device, wherein the reset operation of the signal and the scanning sensor electrode is stopped.
表示制御部から出力される表示制御信号により映像を表示する表示部を備え、
前記座標入力装置は、
前記検出センサ電極を水平方向に複数並べたＸ電極と、前記走査センサ電極を垂直方向に複数並べたＹ電極とが、絶縁層を介して交差されて配置された座標入力部と、
前記Ｘ電極に接続される複数の前記検出用回路と、
前記Ｙ電極に接続される複数の前記走査用回路と、
前記検出用回路と前記走査用回路とを制御する制御信号を生成する入力座標検出制御部と、を備え、
前記座標入力部を透明とすることで、前記座標入力部と前記表示部を重ね、表示領域上におけるタッチ位置座標を容量検出にて検知すること
を特徴とする表示装置。 In a display apparatus provided with the coordinate input device of Claim 6 ,
Provided with a display unit for displaying video by a display control signal output from the display control unit,
The coordinate input device includes:
A coordinate input unit in which a plurality of X electrodes in which the detection sensor electrodes are arranged in a horizontal direction and a Y electrode in which a plurality of the scanning sensor electrodes are arranged in a vertical direction intersect with each other via an insulating layer;
A plurality of the detection circuits connected to the X electrode;
A plurality of the scanning circuits connected to the Y electrode;
An input coordinate detection control unit that generates a control signal for controlling the detection circuit and the scanning circuit;
By making the coordinate input unit transparent, the coordinate input unit and the display unit are overlapped, and the touch position coordinates on the display area are detected by capacitance detection.
前記表示装置の表示用電極の変化タイミングが、前記容量検出周期の前記第４手順から前記第５手順にかけて前記第３スイッチ素子がオン状態である期間内で収まるように、前記容量検出回路の制御信号を生成すること
を特徴とする表示装置。 The display device according to claim 9 , wherein
Control of the capacitance detection circuit so that the change timing of the display electrode of the display device falls within a period in which the third switch element is in an ON state from the fourth procedure to the fifth procedure of the capacitance detection cycle. A display device characterized by generating a signal.
前記積分回路の入力端子には、前記積分回路の基準レベルに短絡するための第３スイッチ素子と調整用電流源が接続され、前記調整用電流源により調整電流を流す座標入力装置であって、
第１手順で、前記第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、および前記３スイッチ素子をオフ状態として、前記積分回路の出力信号をリセットし、また前記調整用電流源は出力電流が零となるように制御され、
第２手順で、前記第１スイッチ素子をオン状態として、前記容量センサ電極にかかわる容量に前記一定電位を印加し、
第３手順で、前記第１スイッチ素子をオフ状態として、前記第２スイッチ素子をオン状態とすることで、前記容量センサ電極にかかわる容量に蓄積された電荷を前記積分回路に転送し、
第４手順で、前記第２スイッチ素子をオフ状態として、前記調整用電流源から調整電流をある一定期間出力させ、
第５手順で、前記第３スイッチ素子をオン状態として、
第６手順で、前記第３スイッチ素子をオフ状態にし、
前記第１から第６までの手順を前記容量センサ電極にかかわる容量検出周期とすること
を特徴とする座標入力装置。 A capacitance sensor electrode for detecting capacitance, a first switch element for applying a constant potential to the capacitance sensor electrode, and a second switch element for transferring the charge accumulated in the capacitance sensor electrode; An integration circuit for detecting charges transferred from the capacitive sensor electrode via the second switch element, and the voltage source for supplying the constant potential is connected to the capacitive sensor via the first switch element. A capacitive coupling type coordinate input device connected to an electrode, wherein the capacitive sensor electrode is connected to an input terminal of the integrating circuit via the second switch element;
Wherein the input terminal of the integrating circuit, the third switch element and the adjustment current source for short-circuiting the reference level of the integrator circuit is connected in front Symbol to coordinate input device flow adjusting current by adjusting the current source There,
In the first procedure, the first switch element, the second switch element, and the three switch elements are turned off to reset the output signal of the integrating circuit, and the adjustment current source is set to have an output current of zero. Controlled by
In the second procedure, the first switch element is turned on, and the constant potential is applied to a capacitor related to the capacitor sensor electrode;
In the third procedure, by turning off the first switch element and turning on the second switch element, the charge accumulated in the capacitor related to the capacitor sensor electrode is transferred to the integrating circuit,
In the fourth procedure, the second switch element is turned off, and the adjustment current is output from the adjustment current source for a certain period.
In the fifth procedure, the third switch element is turned on,
In the sixth procedure, the third switch element is turned off,
The procedure from the first to the sixth is set as a capacitance detection cycle related to the capacitance sensor electrode.
Coordinate input device characterized by
前記容量センサ電極に対して入力動作がない状態における前記容量検出回路の出力信号が小さくなるように、前記調整電流を設定すること
を特徴とする座標入力装置。 The coordinate input device according to claim 11 , wherein
The coordinate input device characterized in that the adjustment current is set so that an output signal of the capacitance detection circuit in a state where there is no input operation to the capacitance sensor electrode is small.
前記検出用回路の前記積分回路の入力端子には、前記積分回路の基準レベルに短絡するための第３スイッチ素子と調整用電流源が接続され、前記調整用電流源により調整電流を流す座標入力装置であって、
第１手順で、前記第１スイッチ素子と第３スイッチ素子をオフ状態として、前記第２スイッチ素子をオン状態として前記走査センサ電極の電位をリセットすると共に、前記積分回路の出力信号をリセットし、
第２手順で、前記第２スイッチ素子をオフ状態とし、前記第１スイッチ素子をオン状態として、前記走査センサ電極にかかわる容量に前記一定電位を印加し、この際に前記走査センサ電極と前記検出センサ電極との交差部付近の容量を介して流れる電流を前記積分回路が検出し、
第３手順で、前記第１スイッチ素子をオフ状態として、次に前記調整用電流源から調整電流をある一定期間出力させ、
第４手順で、前記第３スイッチ素子をオン状態として、前記調整用信号を前記変化前の電位にリセットし、また、前記第２スイッチ素子をオン状態として、前記走査センサ電極をリセットし、
第５手順で、前記第２スイッチ素子と前記第３スイッチ素子をオフ状態にし、
前記第１手順から第５手順までを前記容量検出回路が容量を検出する容量検出周期とすること
を特徴とする座標入力装置。 A scanning sensor electrode, a detection sensor electrode arranged to intersect the scanning sensor electrode via an insulating layer, a first switch element for applying a constant potential to the scanning sensor electrode, and a potential of the scanning sensor electrode In a capacitively coupled coordinate input device, comprising: a scanning circuit having a second switch element for resetting a detection circuit; and a detection circuit comprising an integration circuit for detecting a charge flowing through the detection sensor electrode. ,
To an input terminal of the integrating circuit of the detecting circuit, the third switch element and the adjustment current source for short-circuiting the reference level of the integrated circuit is connected, to the flow adjustment current by pre-Symbol adjusting current source a coordinate input device,
In the first procedure, the first switch element and the third switch element are turned off, the second switch element is turned on, the potential of the scanning sensor electrode is reset, and the output signal of the integrating circuit is reset,
In the second procedure, the second switch element is turned off, the first switch element is turned on, and the constant potential is applied to the capacitance relating to the scan sensor electrode. At this time, the scan sensor electrode and the detection are applied. The integration circuit detects the current flowing through the capacitance near the intersection with the sensor electrode,
In the third procedure, the first switch element is turned off, and then the adjustment current is output from the adjustment current source for a certain period,
In the fourth procedure, the third switch element is turned on, the adjustment signal is reset to the potential before the change, the second switch element is turned on, the scan sensor electrode is reset,
In the fifth procedure, the second switch element and the third switch element are turned off,
The first procedure to the fifth procedure are set as a capacitance detection cycle in which the capacitance detection circuit detects a capacitance.
Coordinate input device characterized by
前記容量センサ電極に対して入力動作がない状態における前記容量検出回路の出力信号が小さくなるように、前記調整電流を設定すること
を特徴とする座標入力装置。 The coordinate input device according to claim 13 ,
The coordinate input device characterized in that the adjustment current is set so that an output signal of the capacitance detection circuit in a state where there is no input operation to the capacitance sensor electrode is small.
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