JP5399538B2 - タッチパネルコントローラ、及びこれを用いた集積回路、タッチパネル装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、センスラインと、Ｍ本のドライブラインと、センスラインとＭ本のドライブラインとの間にそれぞれ形成されたＭ個の静電容量とを含むタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラ、及びこれを用いた集積回路、タッチパネル装置、電子機器に関する。

マトリックス状に分布した静電容量値を検出する装置として、Ｍ本のドライブラインとＬ本のセンスラインとの間に形成される静電容量行列の静電容量値の分布を検出する容量検出回路が、特許文献１に開示されている。上記容量検出装置では、指やペンでタッチパネルに触れたとき、触れられた位置において静電容量の容量値が小さくなることを利用しており、上記静電容量値の変化を検出することによって、指やペンによるタッチパネルとの接触位置を検出する。

図１３は、特許文献１に開示されているタッチパネル装置５１の構成を示す模式図である。図１４は、タッチパネルシステム５１を直交符号系列で駆動して容量を推定するための数式を示す図である。タッチパネルシステム５１は、タッチパネル５２とタッチパネルコントローラ５３とを備えている。タッチパネル５２は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４と、センスラインＳＬ１〜ＳＬ４と、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４とセンスラインＳＬ１〜ＳＬ４とが交差する位置に配置された静電容量Ｃ１１〜Ｃ４４とを有している。

タッチパネルコントローラ５３には、駆動部５４が設けられている。駆動部５４は、図１４の式７に示される４行４列の直交符号系列に基づいてドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４を駆動する。直交符号系列の要素は、「１」と「−１」とのいずれかである。要素が「１」であれば、駆動部５４は電圧Ｖdriveを印加し、要素が「−１」であれば、−Ｖdriveを印加する。ここで、電圧Ｖdriveは、電源電圧でもよいが、電源電圧以外の電圧であってもよい。

本明細書において、「直交符号系列」とは、符号長Ｎの符合系列ｄｉ＝（ｄｉ１、ｄｉ２、…、ｄｉＮ）（ｉ＝１、…、Ｍ）が、下記に示す条件を満足することをいうものとする。

「直交符号系列」の例としては、シルベスター（sylvester）法によって生成されるアダマール（Hadamard）行列が挙げられる。

シルベスター法によるアダマール行列は、基本的な構造として、２行×２列の基本単位を作る。この基本単位の右上、左上、及び左下のビットは同一であり、右下はこれらのビット反転となっている。

次に、前述した２×２の基本要素を、右上、左上、右下、及び左下にブロックとして４つ合成して、４行×４列のビット配列の符号を作る。ここで、２×２の基本単位の作成と同様に、右下のブロックはビット反転となる。同様な手順で、８行×８列、１６行×１６列のビット配列の符号を生成する。これらの行列は、前述した本発明の「直交符号系列」の定義を満足する。図１４に示される４行×４列の直交符号系列は、シルベスター法による４行×４列のアダマール行列である。

ここで、アダマール（Hadamard）行列とは、要素が１または−１のいずれかであり、かつ各行が互いに直交であるような正方行列をいう。すなわち、アダマール行列の任意の２つの行は、互いに垂直なベクトルを表す。

本発明に係る「直交符号系列」は、Ｍ次のアダマール行列から任意にＮ行取り出した行列を使用することができる（ここで、Ｎ≦Ｍである）。以下に述べるように、シルベスター法以外の方法によるアダマール行列も本発明に適用することができる。

シルベスター法によるＮ次のアダマール行列は、Ｍ＝２のべき乗になるが、Ｍが４の倍数であれば、アダマール行列は存在するという予想が存在し、例えば、Ｍ＝１２のとき、及び、Ｍ＝２０のときにアダマール行列が存在する。これらのシルベスター法以外の方法によるアダマール行列も、本実施の形態に係る直交符号系列として使用することができる。

タッチパネルシステム５１は、センスラインＳＬ１〜ＳＬ４にそれぞれ対応する位置に配置された４個の増幅器５５を有している。増幅器５５は、駆動部５４により駆動された静電容量のセンスラインに沿った線形和Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４を受け取って増幅する。

例えば、上記４行×４列の直交符号系列による４回の駆動のうちの最初の駆動では、駆動部５４はすべてのドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４に電圧Ｖdriveを印加する。すると、例えば、下記の式５で示されるセンスラインＳＬ３からの測定値Ｙ１が増幅器５５から出力される。そして、２回目の駆動では、ドライブラインＤＬ１及びＤＬ３に電圧Ｖdriveを印加し、残りのドライブラインＤＬ２及びＤＬ４に−Ｖdriveを印加する。すると、下記の式６で示されるセンスラインＳＬ３からの測定値Ｙ２が増幅器５５から出力される。

次に、３回目の駆動では、ドライブラインＤＬ１及びＤＬ２に電圧Ｖdriveを印加し、残りのドライブラインＤＬ３及びＤＬ４に−Ｖdriveを印加する。すると、センスラインＳＬ３からの測定値Ｙ３が増幅器５５から出力される。その後、４回目の駆動では、ドライブラインＤＬ１及びＤＬ４に電圧Ｖdriveを印加し、残りのドライブラインＤＬ２及びＤＬ３に−Ｖdriveを印加する。すると、センスラインＳＬ３からの測定値Ｙ４が増幅器５５から出力される。

ここで、図１３に示す静電容量Ｃ３１〜Ｃ３４は、図１４の式７〜式９においては、説明の簡単のため、Ｃ１〜Ｃ４により示している。また、図１４においては、表記の簡単化のため、測定値Ｙ１〜Ｙ４について、係数（−Ｖdrive／Ｃint）を省略して記載している。

そして、図１４の式８に示すように、測定値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４と直交符号系列との内積をとることにより、式９に示すように、静電容量Ｃ１〜Ｃ４を推定することができる。

図１５は従来の他のタッチパネル装置９８の構成を示す回路図であり、図１６は他のタッチパネル装置９８の動作を示す波形図である。図１７は他のタッチパネル装置９８の動作を示す回路図であり、図１８は他のタッチパネル装置９８の他の動作を示す波形図である。

図１５〜図１８を用いて、特許文献１に記載されているタッチパネルの課題を説明する。ここでは、簡単のため、ドライブライン数を４、センスライン数を１とする。

タッチパネル装置９８は、タッチパネル９７と駆動部９２とアナログ積分器９５と内積演算回路９３とを備えている。駆動部９２は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４にそれぞれ接続されたスイッチＳ１〜Ｓ４を有している。

アナログ積分器９５は、一方の入力がセンスラインに結合され、他方の入力が参照電圧Ｖｒｅｆに結合されるオペアンプ９９を有している。オペアンプ９９の出力はサンプリングスイッチＳａｍｐに結合されている。オペアンプ９９の出力とオペアンプ９９の一方の入力との間には、積分容量ＣｉｎｔとリセットスイッチＲｓｔとが互いに並行に配置されている。

ドライブラインＤＬ１とドライブラインＤＬ３には、与えられる符号がすべて「−１」となる符号系列が与えられ、ドライブラインＤＬ２とドライブラインＤＬ４にはすべて「１」となる符号系列が与えられる。また、簡単のために、図１５に示すように、スイッチＳ１〜Ｓ４が「オン」であれば、対応するドライブラインは電源電圧ＶＤＤに接続され、「オフ」であれば対応するドライブラインは接地されるとする。また、アナログ積分器９５の参照電圧ＶｒｅｆはＶＤＤ／２で与えられるとする。

はじめに、リセットスイッチＲｓｔが「オン」となってアナログ積分器９５がリセットされている期間について図１８を用いて説明する。以降この期間を、時刻Ｔ９１から開始され時刻Ｔ９２で終了する期間ａとする。リセットスイッチＲｓｔに対応する信号は、期間ａが開始される時刻Ｔ９１でオフからオンに立ち上がり、期間ａが終了する時刻Ｔ９２でオンからオフに立ち下がる。この期間ａの間、スイッチＳ１はオフで接地されており、スイッチＳ２はオンで電源電圧ＶＤＤに結合されている。スイッチＳ３はオフで接地されており、スイッチＳ４はオンで電源電圧ＶＤＤに結合されている。そして、サンプリングスイッチＳａｍｐはオフとなっている。

図１７に示すように、期間ａでは、センスラインＳＬの電圧は、リセットされているアナログ積分器９５によって参照電圧Ｖｒｅｆ（＝ＶＤＤ／２）にバイアスされている。ドライブラインＤＬ１・ＤＬ３は接地され、ドライブラインＤＬ２・ＤＬ４は電源電圧ＶＤＤに接続されていることから、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に蓄えられる電荷Ｑ１１ａ・Ｑ１２Ａ・Ｑ１３Ａ・Ｑ１４Ａは、それぞれ、

で与えられる。

次に、スイッチＲｓｔが「オフ」となってアナログ積分器９５の出力信号を読み出す期間について図１５及び図１６を用いて説明する。以降この期間を、時刻Ｔ９３から開始されて時刻Ｔ９６で終了する期間ｂとする。

リセットスイッチＲｓｔは、時刻Ｔ９３から時刻Ｔ９６の間オフである。スイッチＳ１は、期間ｂが開始する時刻Ｔ９３でオフからオンになり、期間ｂが終了する時刻Ｔ９６でオンからオフになる。スイッチＳ２は、時刻Ｔ９３でオンからオフなり、時刻Ｔ９６でオフからオンになる。スイッチＳ３は、時刻Ｔ９３でオフからオンになり、時刻Ｔ９６でオンからオフになる。スイッチＳ４は、時刻Ｔ９３でオンからオフになり、時刻Ｔ９６でオフからオンになる。そして、サンプリングスイッチＳａｍｐは、時刻Ｔ９４でオフからオンになり、時刻Ｔ９５でオンからオフになる。

期間ｂでは、アナログ積分器９５のオペアンプ９９のゲインが十分に大きければ、センスラインＳＬの電圧はＶｒｅｆ（＝ＶＤＤ／２）とほぼ等しくなる。ドライブラインＤＬ２・ＤＬ４は接地され、ドライブラインＤＬ１・ＤＬ３は電源電圧ＶＤＤに接続されていることから、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に蓄えられる電荷Ｑ１１ｂ・Ｑ１２ｂ・Ｑ１３ｂ・Ｑ１４ｂは、それぞれ、

で与えられる。

期間ａから期間ｂに移行する際に、静電容量Ｃ１１と静電容量Ｃ１３とを充電する必要があるため、電源電圧ＶＤＤより、（ＶＤＤ・Ｃ１１＋ＶＤＤ・Ｃ１３）の電荷が供給される。静電容量Ｃ１２と静電容量Ｃ１４との電荷はグランドＧＮＤに放電される。また、期間ｂから期間ａに移行する際に、静電容量Ｃ１２と静電容量Ｃ１４とを充電する必要があるため、電源電圧ＶＤＤより、（ＶＤＤ・Ｃ１２＋ＶＤＤ・Ｃ１４）の電荷が供給される。静電容量Ｃ１１と静電容量Ｃ１３との電荷はグランドＧＮＤに放電される。すなわち、動作の１サイクル（期間ａから期間ｂを経て期間ａに至るサイクル）である時刻Ｔ９１〜時刻Ｔ９７に掛かる時間をＴとすると、１サイクルで消費される電流Ｉｃｙｃｌｅは、電源電圧ＶＤＤより供給される電荷の総量を時間Ｔで除算することで与えられ、

となる。

特許４９２７２１６号明細書（平成２４年２月１７日登録）

しかしながら、上述した図１５〜図１８に示す構成では、期間ａから期間ｂに移行する際に静電容量Ｃ１１と静電容量Ｃ１３とを充電するために電源電圧ＶＤＤから（ＶＤＤ・Ｃ１１＋ＶＤＤ・Ｃ１３）の電荷を供給する必要があり、また、期間ｂから期間ａに移行する際に静電容量Ｃ１２と静電容量Ｃ１４とを充電するために電源電圧ＶＤＤから（ＶＤＤ・Ｃ１２＋ＶＤＤ・Ｃ１４）の電荷を供給する必要がある。

このため、タッチパネル９７の静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４の容量値が大きくなると、もしくはタッチパネル９７を駆動する周期が短くなると、もしくはタッチパネル９７の静電容量を駆動する電圧（図１５〜図１８で示した例では電源電圧ＶＤＤ）が大きくなると、ドライブラインを駆動するための駆動電流が増大する。また、タッチパネル９７のドライブライン数、センスライン数が増えるとタッチパネルの消費電流が増大する。従って、タッチパネルコントローラの消費電流が増大するという問題がある。

本発明の目的は、消費電力を削減することができるタッチパネルコントローラ、及びこれを用いた集積回路、タッチパネル装置、電子機器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るタッチパネルコントローラは、センスラインと、Ｍ本のドライブラインと、前記センスラインと前記Ｍ本のドライブラインとの間にそれぞれ形成されたＭ個の静電容量とを含むタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラであって、前記Ｍ個の静電容量をＮ個のＭ次元ベクトルに基づいて並列駆動して、前記静電容量に蓄積された電荷の線形和信号を前記センスラインに沿って出力させる駆動回路と、前記線形和信号と前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量の値を推定する内積演算回路とを備え、前記駆動回路は、前記Ｍ本のドライブラインのうちの少なくとも２本を短絡するスイッチを有することを特徴とする。

この特徴によれば、Ｍ本のドライブラインのうちの少なくとも２本がスイッチにより短絡される。このため、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を短絡されたドライブラインを通して各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力を小さくすることができる。この結果、タッチパネルコントローラの消費電力を削減することができる。

本発明に係るタッチパネルコントローラは、前記Ｎ個のＭ次元ベクトルに基づいて、前記スイッチを制御するための短絡制御信号を生成する制御回路をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、Ｎ個のＭ次元ベクトルに基づいて生成した短絡制御信号により、Ｍ本のドライブラインのうちの少なくとも２本を短絡するスイッチを制御するので、Ｍ本のドライブラインのうちの少なくとも２本がスイッチにより短絡される。このため、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力を小さくすることができる。この結果、タッチパネルコントローラの消費電力を削減することができる。

本発明に係るタッチパネルコントローラは、前記線形和信号をアナログ積分して前記内積演算回路に供給するアナログ積分器をさらに備え、前記スイッチは、前記アナログ積分器がリセットされるリセット期間に基づいて前記ドライブラインを短絡することが好ましい。

上記構成によれば、アナログ積分器がリセットされるリセット期間に基づいてドライブラインが短絡される。このため、アナログ積分器に接続されたセンスラインの電圧は、リセットされているアナログ積分器によってバイアスされ、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力をより小さくすることができる。

本発明に係るタッチパネルコントローラは、前記スイッチは、前記リセット期間の開始に基づいて前記ドライブラインの短絡を開始することが好ましい。

上記構成によれば、リセット期間の開始に基づいてドライブラインの短絡が開始される。このため、アナログ積分器に接続されたセンスラインの電圧は、リセットされたアナログ積分器によってバイアスされ、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力をより小さくすることができる。

本発明に係るタッチパネルコントローラは、前記スイッチは、前記リセット期間の終了に基づいて前記ドライブラインの短絡を開始することが好ましい。

上記構成によれば、リセット期間の終了に基づいてドライブラインの短絡が開始される。このとき、アナログ積分器に接続されたセンスラインの電圧は、Ｖｒｅｆ（＝ＶＤＤ／２）とほぼ等しくなる。そして、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷が、各静電容量に再配分され、ドライブラインの駆動電力をより小さくすることができる。

本発明に係る集積回路は、本発明に係るタッチパネルコントローラを集積したことを特徴とする。

この特徴によれば、タッチパネルコントローラが制御するタッチパネルのＭ本のドライブラインのうちの少なくとも２本がスイッチにより短絡される。このため、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力を小さくすることができる。この結果、タッチパネルコントローラの消費電力を削減することができる集積回路を提供することができる。

本発明に係るタッチパネル装置は、本発明に係るタッチパネルコントローラと、前記タッチパネルコントローラにより制御されるタッチパネルとを備えたことを特徴とする。

この特徴によれば、タッチパネルコントローラが制御するタッチパネルのＭ本のドライブラインのうちの少なくとも２本がスイッチにより短絡される。このため、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力を小さくすることができる。この結果、タッチパネル装置の消費電力を削減することができる。

本発明に係る電子機器は、本発明に係るタッチパネルコントローラと、前記タッチパネルコントローラにより制御されるタッチパネルとを備えたことを特徴とする。

この特徴によれば、タッチパネルコントローラが制御するタッチパネルのＭ本のドライブラインのうちの少なくとも２本がスイッチにより短絡される。このため、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力を小さくすることができる。この結果、電子機器の消費電力を削減することができる。

本発明に係るタッチパネルコントローラは、Ｍ本のドライブラインのうちの少なくとも２本がスイッチにより短絡される。このため、短絡されたドライブラインに接続された静電容量に蓄積された電荷を短絡されたドライブラインを通して各静電容量に再配分することができる。従って、ドライブラインの駆動電力を小さくすることができる。この結果、タッチパネルコントローラの消費電力を削減することができる。

実施の形態１に係るタッチパネル装置の構成を示す回路図である。 上記タッチパネル装置の動作を示す波形図である。 上記タッチパネル装置の動作を説明するための回路図である。 上記タッチパネル装置の動作を説明するための他の回路図である。 上記タッチパネル装置の動作を説明するための模式図である。 上記タッチパネル装置の動作を説明するための他の模式図である。 従来のタッチパネル装置の動作を説明するための模式図である。 実施の形態２に係るタッチパネル装置の構成を示す回路図である。 上記タッチパネル装置の動作を示す波形図である。 上記タッチパネル装置に設けられた制御回路及び符号系列生成回路の構成を示すブロック図である。 上記制御回路及び符号系列生成回路の動作を示す波形図である。 実施の形態３に係る携帯電話機の構成を示すブロック図である。 従来のタッチパネル装置の構成を示す回路図である。 上記タッチパネル装置の動作を説明するための図である。 従来の他のタッチパネル装置の構成を示す回路図である。 上記他のタッチパネル装置の動作を示す波形図である。 上記他のタッチパネル装置の動作を示す回路図である。 上記他のタッチパネル装置の他の動作を示す波形図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施の形態１）
（タッチパネル装置８の構成）
図１は、実施の形態１に係るタッチパネル装置８の構成を示す回路図である。タッチパネル装置８は、タッチパネル７とタッチパネルコントローラ１とを備えている。ここでは説明を簡潔にするため、タッチパネル７が４本のドライブラインと１本のセンスラインとを有するものとして説明する。

タッチパネル７は、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４と、センスラインＳＬと、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４及びセンスラインＳＬが交差する位置に形成された静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４とを有している。

タッチパネルコントローラ１は、駆動回路２を有している。駆動回路２は、静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４をＮ個の４次元ベクトルに基づいて並列駆動して、静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４にそれぞれ蓄積された電荷の線形和信号をセンスラインＳＬに沿ってアナログ積分器５に出力させる。

アナログ積分器５は、一方の入力がセンスラインＳＬに結合され、他方の入力が参照電圧Ｖｒｅｆに結合されるオペアンプ９を有している。オペアンプ９の出力はサンプリングスイッチＳａｍｐに結合されている。オペアンプ９の出力とオペアンプ９の一方の入力との間には、積分容量ＣｉｎｔとリセットスイッチＲｓｔとが互いに並行に配置されている。アナログ積分器５は、センスラインＳＬに沿って出力された線形和信号を積分して内積演算回路３に供給する。

内積演算回路３は、アナログ積分器５から供給された線形和信号とＮ個の４次元ベクトルとの内積演算により静電容量Ｃ１１〜Ｃ１４の値を推定する。

駆動回路２は、Ｎ個の４次元ベクトル（符号系列）に基づいて電源電圧ＶＤＤをドライブラインＤＬ１に供給するためのスイッチＳ１ｐと、符号系列に基づいてグランドＧＮＤをドライブラインＤＬ１に供給するためにスイッチＳ１ｐと並列に配置されたスイッチＳ１ｎと、符号系列に基づいて電源電圧ＶＤＤをドライブラインＤＬ２に供給するためのスイッチＳ２ｐと、符号系列に基づいてグランドＧＮＤをドライブラインＤＬ２に供給するためにスイッチＳ２ｐと並列に配置されたスイッチＳ２ｎと、符号系列に基づいて電源電圧ＶＤＤをドライブラインＤＬ３に供給するためのスイッチＳ３ｐと、符号系列に基づいてグランドＧＮＤをドライブラインＤＬ３に供給するためにスイッチＳ３ｐと並列に配置されたスイッチＳ３ｎと、符号系列に基づいて電源電圧ＶＤＤをドライブラインＤＬ４に供給するためのスイッチＳ４ｐと、符号系列に基づいてグランドＧＮＤをドライブラインＤＬ４に供給するためにスイッチＳ４ｐと並列に配置されたスイッチＳ４ｎとを有している。

駆動回路２には、ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４をそれぞれ短絡するための短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓが設けられている。短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓの一端は、それぞれドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４に接続されており、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓの他端は互いに結合されている。

タッチパネルコントローラ１は、制御回路６を有している。制御回路６は、Ｎ個の４次元ベクトルに基づいて、駆動回路２及びアナログ積分器５を制御する。

ここでは、簡単のため、ドライブラインＤＬ１・ＤＬ３には、与えられる符号がすべて「−１」となる符号系列が与えられ、ドライブラインＤＬ２・ＤＬ４にはすべて「１」となる符号系列が与えられている。また、簡単のために、図１に示すように、スイッチＳ１が「オン」であれば、即ちスイッチＳ１ｐがオンでスイッチＳ１ｎがオフであればドライブラインＳＬ１は電源電圧ＶＤＤに接続され、スイッチＳ２が「オン」であれば、即ちスイッチＳ２ｐがオンでスイッチＳ２ｎがオフであればドライブラインＳＬ２は電源電圧ＶＤＤに接続される。そして、スイッチＳ３が「オン」であれば、即ちスイッチＳ３ｐがオンでスイッチＳ３ｎがオフであればドライブラインＳＬ３は電源電圧ＶＤＤに接続され、スイッチＳ４が「オン」であれば、即ちスイッチＳ４ｐがオンでスイッチＳ４ｎがオフであればドライブラインＳＬ４は電源電圧ＶＤＤに接続される。

そして、スイッチＳ１が「オフ」であれば、即ちスイッチＳ１ｐがオフでスイッチＳ１ｎがオンであればドライブラインＳＬ１はグランドＧＮＤに接続され、スイッチＳ２が「オフ」であれば、即ちスイッチＳ２ｐがオフでスイッチＳ２ｎがオンであればドライブラインＳＬ２はグランドＧＮＤに接続される。そして、スイッチＳ３が「オフ」であれば、即ちスイッチＳ３ｐがオフでスイッチＳ３ｎがオンであればドライブラインＳＬ３はグランドＧＮＤに接続され、スイッチＳ４が「オフ」であれば、即ちスイッチＳ４ｐがオフでスイッチＳ４ｎがオンであればドライブラインＳＬ４はグランドＧＮＤに接続される。

また、参照電圧ＶｒｅｆはＶＤＤ／２で与えられるとする。

図１に示すタッチパネルコントローラ１は、図１５に示した従来の構成に加えて、複数のドライブライン間を短絡するスイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓを備える。このスイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓは、スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓにそれぞれ対応する制御信号により制御される。また、ドライブライン−電源間に接続されるスイッチＳ１ｐ〜Ｓ４ｐは、スイッチＳ１ｐ〜Ｓ４ｐにそれぞれ対応する制御信号により制御される。ドライブライン−グランド間に接続されるスイッチＳ１ｎ〜Ｓ４ｎは、スイッチＳ１ｎ〜Ｓ４ｎにそれぞれ対応する制御信号により制御されるとする。

タッチパネルコントローラ１は、タッチパネルコントローラ１を集積した集積回路により構成することができる。

（タッチパネル装置８の動作）
図２は、タッチパネル装置８の動作を示す波形図であり、これらの制御信号のタイミング図の一例を示している。

まず、期間ｃが開始する時刻Ｔ１において、スイッチＲｓｔがオフからオンとなるとき、スイッチＳ１ｐ・Ｓ１ｎ・Ｓ２ｐ・Ｓ２ｎ・Ｓ３ｐ・Ｓ３ｎ・Ｓ４ｐ・Ｓ４ｎはいずれもオフであり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓはオフからオンとなる。そして、期間ｃが終了して期間ａが開始する時刻Ｔ２において、スイッチＳ１ｎ・Ｓ３ｎ・Ｓ２ｐ・Ｓ４ｐがオフからオンになり、短絡スイッチＳｉｓ〜Ｓ４ｓがオンからオフになる。

次に、期間ａが終了して期間ｄが開始する時刻Ｔ３において、リセットスイッチＲｓｔがオンからオフになり、スイッチＳ１ｎ・Ｓ３ｎ・Ｓ２ｐ・Ｓ４ｐがオンからオフになり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓはオフからオンになる。その後、期間ｄが終了して期間ｂが始まる時刻Ｔ４において、スイッチＳ１ｐ・Ｓ３ｐ・Ｓ２ｎ・Ｓ４ｎがオフからオンになり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓはオンからオフになる。

そして時刻Ｔ５において、サンプリングスイッチＳａｍｐがオフからオンになる。次に期間ｂが終了する時刻Ｔ６において、スイッチＳ１ｐ・Ｓ３ｐ・Ｓ２ｎ・Ｓ４ｎ及びサンプリングスイッチＳａｍｐがオンからオフになる。

その後、期間ｃが始まる時刻Ｔ７において、スイッチＲｓｔがオフからオンとなるとき、スイッチＳ１ｐ・Ｓ１ｎ・Ｓ２ｐ・Ｓ２ｎ・Ｓ３ｐ・Ｓ３ｎ・Ｓ４ｐ・Ｓ４ｎはいずれもオフであり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓはオフからオンとなる。そして、以下同様の動作を繰り返す。

このように、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓは、アナログ積分器５がリセットされるリセット期間の時刻Ｔ１〜時刻Ｔ３に基づいてドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４を短絡する。即ち、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓは、リセット期間が開始する時刻Ｔ１からドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４の短絡を開始する。そして、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓは、リセット期間が終了する時刻Ｔ３からドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４の短絡を開始する。

図２に示す例では、アナログ積分器５のリセットスイッチＲｓｔに対応する信号の値が変化した後に、ドライブライン間を短絡する短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓが「オン」となる。アナログ積分器５のリセットスイッチＲｓｔ「オン」であり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓが「オン」である期間を期間ｃとし、アナログ積分器５のリセットスイッチＲｓｔが「オフ」であり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓが「オン」である期間を期間ｄとして動作を説明する。期間ａ、期間ｂについては、上記の従来の構成と同様の動作をする。

図３及び図４は、タッチパネル装置８の動作を説明するための回路図である。図５及び図６は、タッチパネル装置８の動作を説明するための模式図である。図７は、従来のタッチパネル装置の動作を説明するための模式図である。

まず期間ｃにおける動作を、図３、図５及び図６を用いて説明する。ここでは、期間ｂから期間ｃに移行している。期間ｃでは、センスラインＳＬの電圧は、リセットされているアナログ積分器５によって参照電圧Ｖｒｅｆ（＝ＶＤＤ／２）にバイアスされている。ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４はすべて短絡されていることから、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に蓄えられていた電荷Ｑ１１ｂ・Ｑ１２ｂ・Ｑ１３ｂ・Ｑ１４ｂは、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に分配される。電荷の合計をＱｃとすると、

となる。短絡されたドライブラインの電圧Ｖｓｈｏｒｔは、

で与えられる。したがって、それぞれの静電容量に蓄えられる電荷は、

となる。

期間ｄにおける動作を、図４、図５、及び図６を用いて説明する。ここでは、期間ａから期間ｄに移行している。期間ｄでは、アナログ積分器５のオペアンプ９のゲインが十分に大きければ、センスラインＳＬの電圧は参照電圧Ｖｒｅｆ（＝ＶＤＤ／２）とほぼ等しくなる。

ドライブラインＤＬ１〜ＤＬ４はすべて短絡されていることから、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に蓄えられていた電荷Ｑ１１ａ・Ｑ１２ａ・Ｑ１３ａ・Ｑ１４ａは、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に分配される。電荷の合計をＱｄとすると、

となる。短絡されたドライブラインの電圧Ｖｓｈｏｒｔは、

で与えられる。したがって、それぞれの静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４に蓄えられる電荷は、

となる。

次に、図５及び図６を参照して、期間ｃから期間ａに移行する場合について考える。静電容量Ｃ１１について考えると、

ΔＱ１１ｃａは、

となり、ΔＱ１１ｃａの電荷が、グランドＧＮＤに放電される。静電容量Ｃ１３についても同様に動作する。

次に、静電容量Ｃ１２について考える。

は、

となり、ΔＱ１２ｃａの電荷が、電源電圧ＶＤＤより供給される。静電容量Ｃ１４についても同様に動作する。

次に、期間ｄから期間ｂに移行する場合について考える。静電容量Ｃ１１について考えると、

より、電荷の移動量ΔＱ１１ｄｂは、

となり、ΔＱ１１ｄｂの電荷が、電源電圧Ｖｄｄより供給される。静電容量Ｃ１３についても同様に動作する。

次に、静電容量Ｃ１２について考える。

ΔＱ１２ｄｂは、

となり、ΔＱ１２ｄｂの電荷が、グランドＧＮＤに放電される。静電容量Ｃ１４についても同様に動作する。

期間ａから期間ｄへの移行と、期間ｂから期間ｃへの移行の場合は、電荷の分配が行われるだけなので、電源電圧Ｖｄｄからの電荷の供給や、グランドＧＮＤへの放電は行われない。動作の１サイクルで電源電圧Ｖｄｄより供給される電荷の総量は、

ここで、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４がすべて等しいとすれば電荷の総量は、

で与えられる。すなわち、動作の１サイクルに掛かる時間をＴとすると、１サイクルで消費される電流Ｉｃｙｃｌｅは、

となる。

図５、図６、及び図７を参照すると、実施の形態１では、期間ｂから期間ａに移る間にドライブラインＳＬ１〜ＳＬ４を短絡する期間ｃを設け、期間ａから期間ｂに移る間にドライブラインＳＬ１〜ＳＬ４を短絡する期間ｄを設けている。このため、期間ｃ及び期間ｄにおいて静電容量Ｃ１１〜Ｃ４４の電荷が再配分される。

図１７及び図７に示した従来の構成で、静電容量Ｃ１１・Ｃ１２・Ｃ１３・Ｃ１４がすべて等しいとした場合、１サイクルで消費される電流Ｉｃｙｃｌｅ ｏｌｄは、

であり、従来の構成と比較して消費電流を半分にすることができた。

なお、実施の形態１では、４本のすべてのドライブラインを短絡させる例を示したが、本発明はこれに限定されない。短絡するドライブラインは２本でもよいし、３本でもよい。

（実施の形態２）
（タッチパネル装置８Ａの構成）
図８は、実施の形態２に係るタッチパネル装置８Ａの構成を示す回路図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。

タッチパネル装置８Ａは、タッチパネルコントローラ１Ａを備えている。タッチパネルコントローラ１Ａは、符号系列生成回路１０と制御回路６Ａとを有している。

ここでは、簡単のために実施の形態１と同様に、スイッチＳ１〜Ｓ４が「オン」であれば、ドライブラインは電源電圧ＶＤＤに接続され、「オフ」であれば接地されるとする。また、参照電圧ＶｒｅｆはＶＤＤ／２で与えられるとする。

図１に示したタッチパネルコントローラ１では、簡単のため、ドライブラインＤＬ１・ＤＬ３には、与えられる符号がすべて「−１」となる符号系列が与えられ、ドライブラインＤＬ２・ＤＬ４にはすべて「１」となる符号系列が与えられていた。しかしながら実施の形態２では、ドライブラインＤＬ１には、「−１、１」を繰り返す符号系列が与えられ、ドライブラインＤＬ２には、「１、−１」を繰り返す符号系列が与えられるとする。ドライブラインＤＬ３・ＤＬ４については図１の例と同様に、ドライブラインＤＬ３にすべて「−１」となる符号系列が与えられ、ドライブラインＤＬ４にすべて「１」となる符号系列が与えられる。

図９は、タッチパネル装置８Ａの動作を示す波形図である。まず、期間ｃが開始する時刻Ｔ１において、スイッチＲｓｔがオフからオンとなると、スイッチＳ１ｐ・Ｓ２ｎ・Ｓ３ｐ・Ｓ３ｎ・Ｓ４ｐ・Ｓ４ｎはいずれもオフであり、スイッチＳ１ｎ・Ｓ２ｐはオンである。短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ２ｓはオフであり、短絡スイッチＳ３ｓ〜Ｓ４ｓはオフからオンとなる。そして、期間ｃが終了して期間ａが開始する時刻Ｔ２において、スイッチＳ３ｎ・Ｓ４ｐがオフからオンになり、短絡スイッチＳ３ｓ・Ｓ４ｓがオンからオフになる。

次に、期間ａが終了して期間ｄが開始する時刻Ｔ３において、リセットスイッチＲｓｔがオンからオフになり、スイッチＳ１ｎ・Ｓ３ｎ・Ｓ２ｐ・Ｓ４ｐがオンからオフになり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓはオフからオンになる。その後、期間ｄが終了して期間ｂが始まる時刻Ｔ４において、スイッチＳ１ｐ・Ｓ３ｐ・Ｓ２ｎ・Ｓ４ｎがオフからオンになり、短絡スイッチＳ１ｓ〜Ｓ４ｓはオンからオフになる。

そして時刻Ｔ５において、サンプリングスイッチＳａｍｐがオフからオンになる。次に期間ｂが終了する時刻Ｔ６において、スイッチＳ３ｐ・Ｓ４ｎ及びサンプリングスイッチＳａｍｐがオンからオフになる。

その後、期間ｃが始まる時刻Ｔ７において、スイッチＲｓｔがオフからオンとなると、スイッチＳ１ｎ・Ｓ２ｐ・Ｓ３ｐ・Ｓ３ｎ・Ｓ４ｐ・Ｓ４ｎはいずれもオフであり、スイッチＳ１ｐ・Ｓ２ｎはオンである。短絡スイッチＳ３ｓ〜Ｓ４ｓはオフからオンとなる。短絡スイッチＳ１ｓ・Ｓ２ｓはオフである。そして、以下同様の動作を繰り返す。

このように、ドライブラインＤＬ１とドライブラインＤＬ２とは、期間ｂ→期間ｃ→期間ａと移行する際に、期間ｂと期間ａとにおけるドライブラインＤＬ１・ＤＬ２の接続先に変化がないため、その間の期間ｃにおいて短絡スイッチＳ１ｓ・Ｓ２ｓを「オン」状態にして短絡しない。この場合、静電容量Ｃ１１と静電容量Ｃ１２とでは、期間ｂと期間ａとにおけるドライブラインの接続先が変化しないので、静電容量Ｃ１１と静電容量Ｃ１２とは電荷の移動が無い。従って、期間ｂ→期間ｃ→期間ａの移行によって電力を消費しない。

図１０は、タッチパネル装置８Ａに設けられた制御回路６Ａ及び符号系列生成回路１０の構成を示すブロック図である。図１１は、制御回路６Ａ及び符号系列生成回路１０の動作を示す波形図である。

符号系列生成回路１０は、Ｎ個の４次元ベクトルの符号系列を生成する。制御回路６Ａは、符号系列生成回路１０が生成した４次元ベクトルの１次元分をそれぞれ受け取って１クロック遅延させたドライブライン制御信号を生成する４個の遅延回路１１と、遅延回路１１からの出力と、符号系列生成回路１０が生成した４次元ベクトルの１次元分をそれぞれ受け取ってドライブライン短絡制御信号を生成する４個の短絡制御信号生成回路１２とを有している。

このように、符号系列生成回路１０の出力した信号を遅延回路１１で遅延させたドライブライン制御信号をそれぞれのドライブラインに与える。図１１に示すように、短絡制御信号生成回路１２は、符号系列生成回路１０からの出力信号と、遅延回路１１からの出力信号とが一致すれば「−１」を出力し、一致しなければ「１」を出力する。短絡制御信号生成回路１２からの出力信号が「１」であれば、次のクロックの期間ｃにおいて、それぞれのドライブラインの短絡を行わない。そして、短絡制御信号生成回路１２からの出力信号が「−１」であれば、次のクロックの期間ｃにおいて、それぞれのドライブラインを短絡する。

このようにドライブラインに与えられる符号系列の符号の態様に応じて、適応的に短絡用のスイッチを制御することにより、タッチパネルコントローラの消費電力をさらに抑えることができる。

（実施の形態３）
図１２は、実施の形態３に係る携帯電話機１００の構成を示すブロック図である。本発明のタッチパネルコントローラを集積した集積回路により制御されるタッチパネルを搭載した電子機器の例である携帯電話機１００について、図１２に従って説明する。

携帯電話機１００は、ＣＰＵ１１０と、ＲＡＭ１１２と、ＲＯＭ１１１と、カメラ１１３と、マイクロフォン１１４と、スピーカ１１５と、操作キー１１６と、表示パネル１１８と、表示制御回路１０９と、タッチパネルシステム１０１とを備えている。各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。

ＣＰＵ１１０は、携帯電話機１００の動作を制御する。ＣＰＵ１１０は、たとえばＲＯＭ１１１に格納されたプログラムを実行する。操作キー１１６は、ユーザによる携帯電話機１００への指示の入力を受ける。ＲＡＭ１１２は、ＣＰＵ１１０によるプログラムの実行により生成されたデータ、または操作キー１１６を介して入力されたデータを揮発的に格納する。ＲＯＭ１１１は、データを不揮発的に格納する。

また、ＲＯＭ１１１は、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリなどの書込みおよび消去が可能なＲＯＭである。また、図１２には示していないが、携帯電話機１００が、他の電子機器に有線により接続するためのインターフェイス（ＩＦ）を備える構成としてもよい。

カメラ１１３は、ユーザの操作キー１１６の操作に応じて、被写体を撮影する。なお、撮影された被写体の画像データは、ＲＡＭ１１２や外部メモリ（たとえば、メモリカード）に格納される。マイクロフォン１１４は、ユーザの音声の入力を受付ける。携帯電話機１００は、当該入力された音声（アナログデータ）をデジタル化する。そして、携帯電話機１００は、通信相手（たとえば、他の携帯電話機）にデジタル化した音声を送る。スピーカ１１５は、例えば、ＲＡＭ１１２に記憶された音楽データなどに基づく音を出力する。

タッチパネルシステム１０１は、タッチパネル１０２とタッチパネルコントローラ１０３（集積回路）とを有している。ＣＰＵ１１０は、タッチパネルシステム１０１の動作を制御する。ＣＰＵ１１０は、例えばＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムを実行する。ＲＡＭ１１２は、ＣＰＵ１１０によるプログラムの実行により生成されたデータを揮発的に格納する。ＲＯＭ１１１は、データを不揮発的に格納する。

表示パネル１１８は、表示制御回路１０９により、ＲＯＭ１１１、ＲＡＭ１１２に格納されている画像を表示する。表示パネル１１８は、タッチパネル１０２に重ねられていてもよいし、タッチパネル１０２を内蔵していてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、センスラインと、Ｍ本のドライブラインと、センスラインとＭ本のドライブラインとの間にそれぞれ形成されたＭ個の静電容量とを含むタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラ、及びこれを用いた集積回路、タッチパネル装置、電子機器に利用することができる。

１ タッチパネルコントローラ
２ 駆動回路
３ 内積演算回路
５ アナログ積分器
６ 制御回路
７ タッチパネル
８ タッチパネル装置
９ オペアンプ
１０ 符号系列生成回路
１１ 遅延回路
１２ 短絡制御信号生成回路

Claims (8)

1. センスラインと、Ｍ本のドライブラインと、前記センスラインと前記Ｍ本のドライブラインとの間にそれぞれ形成されたＭ個の静電容量とを含むタッチパネルを制御するタッチパネルコントローラであって、
   前記Ｍ個の静電容量をＮ個のＭ次元ベクトルに基づいて並列駆動して、前記静電容量に蓄積された電荷の線形和信号を前記センスラインに沿って出力させる駆動回路と、
   前記線形和信号と前記Ｎ個のＭ次元ベクトルとの内積演算により前記Ｍ個の静電容量の値を推定する内積演算回路とを備え、
   前記駆動回路は、前記Ｍ本のドライブラインのうちの少なくとも２本を短絡するスイッチを有することを特徴とするタッチパネルコントローラ。
2. 前記Ｎ個のＭ次元ベクトルに基づいて、前記スイッチを制御するための短絡制御信号を生成する制御回路をさらに備える請求項１に記載のタッチパネルコントローラ。
3. 前記線形和信号をアナログ積分して前記内積演算回路に供給するアナログ積分器をさらに備え、
   前記スイッチは、前記アナログ積分器がリセットされるリセット期間に基づいて前記ドライブラインを短絡する請求項１に記載のタッチパネルコントローラ。
4. 前記スイッチは、前記リセット期間の開始に基づいて前記ドライブラインの短絡を開始する請求項３に記載のタッチパネルコントローラ。
5. 前記スイッチは、前記リセット期間の終了に基づいて前記ドライブラインの短絡を開始する請求項３に記載のタッチパネルコントローラ。
6. 請求項１に記載のタッチパネルコントローラを集積したことを特徴とする集積回路。
7. 請求項１に記載のタッチパネルコントローラと、
   前記タッチパネルコントローラにより制御されるタッチパネルとを備えたことを特徴とするタッチパネル装置。
8. 請求項１に記載のタッチパネルコントローラと、
   前記タッチパネルコントローラにより制御されるタッチパネルとを備えたことを特徴とする電子機器。
   

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