JPH10149250A

JPH10149250A - 電荷電流検出回路およびこれを利用した座標入力装置

Info

Publication number: JPH10149250A
Application number: JP32097696A
Authority: JP
Inventors: Kinya Inoue; 欣也井上; Mitsuharu Iwasaki; 光治岩崎; Yasuhiro Niwa; 康弘丹羽; Motoharu Ishigaki; 元治石垣
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-06-02
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JP3061115B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微小な電荷電流を検出する場合にノイズに影響
され難い電荷電流検出回路および座標入力装置を提供す
ることにある。【解決手段】第１および第２のコンデンサと、これらの
コンデンサの一端子をパルス信号により駆動してその立
上がりと立下がりに応じて第１および第２のコンデンサ
を充放電させてこれらコンデンサの他方の端子に第１お
よび第２の検出信号を発生させるパルス駆動回路と、第
１および第２の検出信号をそれぞれ受ける第１および第
２の入力端子と第１および第２の出力端子とを有し、パ
ルス信号の立上がりタイミングに応じて第１および第２
の入力端子をそれぞれ第１および第２の出力端子に接続
しパルス信号の立下がりタイミングに応じて第１の入力
端子を第２の出力端子に、第２の入力端子を第１の出力
端子にそれぞれ接続する接続回路と、第１および第２の
出力端子から検出信号をそれぞれ受けてこれらの信号の
レベル差に応じた電流を発生する差電流発生回路と、こ
の差電流発生回路の出力を積分する積分回路とを備えて
いるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電荷電流検出回
路およびこれを利用した座標入力装置に関し、詳しく
は、容量型位置センサ、圧電センサ、容量型湿度セン
サ、静電界型のセンサ、静電型デジタイザ、座標入力装
置など、容量型センサあるいは静電型センサなどで発生
する充電あるいは放電のときの微小電流（電荷電流）を
検出する回路であって、特に、１対のコンデンサにおけ
る電荷電流差を検出するような電荷電流検出回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】容量型センサあるいは静電型センサなど
に用いられる電荷電流検出回路として、図５に示すよう
な、コンデンサの充電により発生する電荷電流を検出す
る電荷電流検出回路（静電型センサ回路）を挙げること
ができる。９は、電荷電流検出回路であって、１は、そ
の静電型位置センサ部であり、２つのコンデンサＣａと
Ｃｂとが設けられている。いずれか一方のコンデンサが
電荷電流検出センサ、いわゆるタッチセンサとして外部
から触れられる面を持つ。それを、例えば、コンデンサ
Ｃａとする。

【０００３】２は、これらの２つのコンデンサＣａ，Ｃ
ｂの一方の端子に所定の周期で駆動パルスを加えるパル
ス駆動回路である。コンデンサＣａ，Ｃｂの他方の端子
は、それぞれオペアンプ（ＯＰ）３，４の（−）入力に
接続されている。オペアンプ３，４は、反転型増幅器で
あって、その（＋）入力は、接地されている。それぞれ
の出力電圧ＶA，ＶBは、それぞれ帰還コンデンサＣ3，
Ｃ4を介して（−）入力側に帰還される。また、コンデ
ンサＣ3，Ｃ4には、並列に初期設定用のスイッチ回路
５，６が設けられている。これらスイッチ回路は、検出
動作前にコントローラ等からの制御信号で一定期間ＯＮ
にされる。

【０００４】オペアンプ４の出力電圧ＶBは、さらに抵
抗Ｒを介して反転増幅型のバッファアンプ７の（−）入
力側に入力される。このアンプは、帰還抵抗も抵抗Ｒ
（前記抵抗Ｒと同じ抵抗値の抵抗）であって、これによ
りこのアンプが増幅率１のバッファアンプになってい
る。そこで、オペアンプ４の出力電圧ＶBは、そのまま
反転され、−ＶBの電圧信号に変換されてこのアンプ７
から出力電圧−ＶBが出力される。バッファアンプ７の
出力電圧−ＶBとオペアンプ３の出力電圧ＶAは、反転増
幅の加算器８に入力され、加算される。このとき、バッ
ファアンプ７がオペアンプ３の出力を反転した出力を発
生するので、実質的には、オペアンプ３の出力電圧ＶA
からオペアンプ４の出力ＶBが減算されて、−（ＶA−Ｖ
B）が加算器８の出力として発生する。その結果、コン
デンサＣａ，Ｃｂの容量に差が発生したときに充電電荷
量に差が生じ、このとき流れる充電電流に差が発生す
る。この差に応じた検出信号が加算器８に得られる。

【０００５】これの検出動作については、オペアンプ３
も４も同じ動作になるので、オペアンプ３を代表にして
以下説明する。まず、初期状態でスイッチ回路５が一定
期間ＯＮになる。オペアンプ３は、（−）入力と（＋）
入力がバーチャルショートになっているので、前記のス
イッチ回路５が一定期間ＯＮになることによりオペアン
プ３の出力がグランドレベル（ＧＮＤ）に落ちる。これ
によりコンデンサＣ3の電荷が放電されてクリアされ
る。なお、このときには、コンデンサＣａの電荷は、パ
ルス駆動回路２を介して放電され、同様にクリアされて
いる。スイッチ回路５がＯＦＦしたタイミングに合わせ
てパルス駆動回路２からパルス信号がコンデンサＣａ，
Ｃｂへと出力される。このパルス信号がコンデンサＣａ
を介してオペアンプ３の（−）入力に加えられることに
よりこのパスにコンデンサＣａを充電する電流が流れ
る。これによりコンデンサＣａが充電される。この充電
による電荷に応じて（−）入力に電流が流れる。このと
き（−）入力を接地電位に保持するような電圧出力がオ
ペアンプ３の出力側に発生する。この出力電圧に応じて
コンデンサ３に電流が流れてこれが充電される。この充
電は、オペアンプ３がその出力を負にする方向に動作す
るので、図示するように、（−）入力側のコンデンサＣ
ａの端子が＋になり、出力側のコンデンサＣａの端子が
−になる。そして、オペアンプ３には出力電圧ＶAが発
生する。同様にしてオペアンプ４にも出力電圧ＶBが発
生する。

【０００６】この場合に、コンデンサＣａが所定の検出
位置に配置されていて、人が指で触るなど、あるいは金
属が近づくなどによりコンデンサＣａの容量は変化する
とし、コンデンサＣｂの容量は、基準側のコンデンサと
して変化しないものとすると、加算器８にはコンデンサ
Ｃａによる容量変化に応じた電圧レベルの出力信号を得
ることができる。これにより指の接触あるいは検出対象
の位置の変化などを検出することができる。通常、静電
型デジタイザ、座標入力装置などにあっては、このよう
な電荷電流検出回路を基本回路として、マトリックス状
に配置された接触する電極を有する複数のコンデンサＣ
ａからなる。そして、各検出用コンデンサＣａがマルチ
プレクサにより走査されて順次選択される。指の接触等
により選択されているコンデンサの隣接コンデンサに対
する容量変化を前記と同様にして検出する。その結果、
マルチプレクサの選択するタイミングと選択されている
検出コンデンサの容量変化とにより指接触による入力位
置を検出することができる。なお、この種の装置では、
それぞれの検出用コンデンサＣａに対応して前記オペア
ンプ３がそれぞれに設けられている。また、マルチプレ
クサは、実際には、検出用コンデンサを選択するのでは
なく、オペアンプ３の出力を所定のタイミングで順次選
択する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】通常、検出用コンデン
サと基準容量のコンデンサ（あるいは隣接コンデンサ）
とを備える電荷電流検出回路では、検出側のコンデンサ
Ｃａが検出位置に配置されるためにこのコンデンサとオ
ペアンプ３との配線距離が長い。その結果、コンデンサ
Ｃａの容量（数ｐＦから数十ｐＦオーダー）がノイズに
影響され易く、その検出電圧が変動して誤検出が発生し
易い。また、人が触るなど、あるいは金属が近づくなど
の環境変化による静電容量の変化に応じて発生する電流
変化を検出するために、その検出電圧の変化範囲が小さ
い。そこで、これをオペアンプで受けた場合にオペアン
プの動作におけるオフセット量が検出動作に対して問題
になる。この発明の目的は、このような従来技術の問題
点を解決するものであって、微小な電荷電流を検出する
場合にノイズに影響され難い電荷電流検出回路を提供す
ることにある。この発明の目的は、ノイズに影響され難
い電荷電流検出回路を有する座標入力装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の電荷電流検出回路および座標入力装
置の特徴は、第１および第２のコンデンサと、これらの
コンデンサの一端子をパルス信号により駆動してその立
上がりと立下がりに応じて第１および第２のコンデンサ
を充放電させてこれらコンデンサの他方の端子に第１お
よび第２の検出信号を発生させるパルス駆動回路と、第
１および第２の検出信号をそれぞれ受ける第１および第
２の入力端子と第１および第２の出力端子とを有し、パ
ルス信号の立上がりタイミングに応じて第１および第２
の入力端子をそれぞれ第１および第２の出力端子に接続
しパルス信号の立下がりタイミングに応じて第１の入力
端子を第２の出力端子に、第２の入力端子を第１の出力
端子にそれぞれ接続する接続回路と、第１および第２の
出力端子から検出信号をそれぞれ受けてこれらの信号の
レベル差に応じた電流を発生する差電流発生回路と、こ
の差電流発生回路の出力を積分する積分回路とを備えて
いて、第１および第２のコンデンサの少なくともいずれ
か一方が検出部に配置されるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】このように、２つのコンデンサに
対して同時にパルス駆動をしてそのパルスの立上がりと
立下がり時に応じてこれら２つのコンデンサを充放電さ
せて検出信号を発生させ、それぞれパルスの立上がりと
立下がりとに応じて出力を切換えて一方の入力を他方の
出力に、他方の入力を一方の出力に接続回路を接続する
ことで充電側の検出信号と放電側の検出信号の両者のレ
ベル差を同一極性（同一位相）として発生させることが
できる。これにより差電流発生回路により１パルスにつ
いて２つの差電流値が出力されることになる。この２つ
の差電流値を積分回路で積分することで倍の差電流を得
ることで、検出電流値を大きく採ることができる。その
結果、検出値に対する検出Ｓ／Ｎ比を向上させることが
できる。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明の電荷電流検出回路を適用
した一実施例の座標入力装置の電荷電流検出回路を中心
とする説明図、図２は、静電型センサ部の構造の説明
図、図３は、マルチプレクサにより選択された一対のコ
ンデンサについての検出状態の説明図、図４は、検出動
作のタイミングチャートである。図１において、１０
は、検出部であり、１１は、その静電センサ部、１２は
マルチプレクサ、１３は、パルス駆動回路であって、Ｘ
側ドライブ回路１３ａとＹ側ドライブ回路１３ｂとから
なる。１４は接続切換回路、１５は差電流発生回路、１
６はスイッチ回路、１７は積分回路、そして１８はコン
トロール回路である。なお、積分回路１７は、積分用の
コンデンサＣSとこれに並列に接続されてこのコンデン
サに充電された電荷をリセットするためのスイッチ回路
ＳＷとからなる。２０は、検出信号判定部であって、ア
ンプ２１と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）２２、Ａ
／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）２３、そして、データ処理装置
２４とからなる。

【００１１】静電センサ部１１は、平板状のものであっ
て、図２に示すように、Ｘ方向に所定の間隔で多数配列
されたストライプ電極Ｘ1，Ｘ2，…，ＸnとＹ方向に所
定の間隔で多数配列されたストライプ電極Ｙ1，Ｙ2，…
Ｙmとを有し、これら電極が誘電体樹脂のスペーサ（図
示せず）を介して所定間隔で積層されている。各ストラ
イプ電極Ｘ1，Ｘ2，…，Ｘnとストライプ電極Ｙ1，Ｙ
2，…Ｙmとは、いずれか一方の隣接する電極２本が順次
一対のものとして選択されパルス駆動回路１３によりパ
ルス駆動される。このとき、他方の電極は、一定レベル
の電圧が与えられている。ここで選択される２本の電極
は、選択されたときに、他方の電極との関係において図
５で示した２つのコンデンサＣａとＣｂとに対応してい
る。すなわち、一方のコンデンサの容量に対して他方の
コンデンサの容量の差が差電流発生回路１５により電流
値として出力される。その関係を示したのが図３であ
る。

【００１２】マルチプレクサ１２は、ここでは、まず、
図２における上側にあるＹ方向の隣接電極２本を１本づ
つずらせて選択し、すべての２本の電極が終了した時点
でＸ方向の隣接電極２本を１本づつずらせて選択する。
これは、電極Ｙ1，Ｙ2、電極Ｙ2，Ｙ3、，…電極Ｙi-
1，Ｙi，…電極Ｙm，Ｙ1というように、Ｙ方向の隣接す
る２本の電極である。ただし最後の電極Ｙmについては
最初の電極Ｙ1の２本の電極になる。そして、次は、電
極Ｘ1，Ｘ2、電極Ｘ2，Ｘ3、，…電極Ｘi-1，Ｘi，…電
極Ｘn，Ｘ1というように、Ｘ方向の隣接する２本の電極
である。ただし最後の電極Ｘnについても最初の電極Ｘ1
の２本の電極になる。これらがマルチプレクサ１２によ
り順次選択されかつパルス駆動回路１３から駆動パルス
が加えられる。なお、Ｙ側の電極が選択され、Ｘ方向に
おいてはＸ側ドライブ回路１３ａが、そしてＹ方向にお
いてはＹ側ドライブ回路１３ｂがそれぞれ駆動パルスと
固定電圧とを発生する。なお、いずれが駆動側となり、
いずれが固定電圧を発生するかわ、データ処理装置から
の選択信号Ｓ3，Ｓ4により決定される。

【００１３】そこで、最初は、選択信号Ｓ3，Ｓ4によ
り、電極Ｙ1，Ｙ2，…Ｙmがドライブ側にされて、例え
ば、ＨＩＧＨレベル，Ｖcc等の電圧のパルスでドライブ
される。このとき、Ｘ側の電極Ｘ1，Ｘ2，…ＸnがＬＯ
Ｗレベル，Ｖcc／２等の一定電圧に固定される。また、
Ｘ側の電極がドライブ側に選択されて、例えば、ＨＩＧ
Ｈレベル，Ｖcc等の電圧のパルスでドライブされている
ときには、逆にＹ側の電極がＬＯＷレベル，Ｖcc／２等
の一定電圧に固定される。また、マルチプレクサ１２に
電極の選択とパルス駆動回路１３の駆動パルスを発生
は、コントロール回路１８からの制御信号に応じて行わ
れる。マルチプレクサ１２により順次選択される１対の
隣接する２つの電極を中心に示した回路が図３である。
コントロール回路１８により制御されてマルチプレクサ
１２により選択された隣接する一対の２つのコンデンサ
Ｃａ，Ｃｂが選択されたＹ電極とＸ電極により形成され
るコンデンサを表している。図４は、その検出動作のタ
イミングチャートである。

【００１４】マルチプレクサ１２により選択された隣接
するＹ方向の２つの電極に駆動パルスＰが入力される
と、共通に接続されたコンデンサＣａ，Ｃｂの一端Ｎ
（最初はＸ側の電極）に駆動パルスＰ（図４（ａ）参
照）が加えられる。選択されたコンデンサＣａ，Ｃｂの
他端Ｎａ，Ｎｂ（最初はＹ側の電極）は、マルチプレク
サ１２，接続切換回路１４を介して差電流発生回路１５
に入力される。差電流発生回路１５は、Ｇｍアンプ（ト
ランス・コンダクタンス・アンプ）で構成され、その＋
位相端子と−位相端子とにコンデンサＣａ，Ｃｂの他端
Ｎａ，Ｎｂに発生する電圧信号を受ける。そして、その
出力には、これら入力信号の電位差に応じた電流が差電
流値として出力される。スイッチ回路１６は、一定期間
の間ＯＮにされるスイッチであって、コントロール回路
１８から制御信号を受ける。このスイッチ回路１６がＯ
Ｎになっている間、差電流発生回路１５の出力は、積分
回路１７のコンデンサＣSに送出され、その出力電流に
より充電される。

【００１５】ここで、接続切換回路１４は、コントロー
ル回路１８からの制御信号Ｓ1（図４（ｂ）参照）を受
けて、その立上がりで実線で示す接続を行い、立下がり
で点線で示す接続を行う。実線で示す接続では、第１の
入力Ｉ1と第１の出力Ｏ1とを接続するとともに第２の入
力Ｉ2と第２の出力Ｏ2とをそれぞれ接続する。また、点
線で示す接続では、逆に第１の入力Ｉ1と第２の出力Ｏ2
とを接続し、第２の入力Ｉ2と第１の出力Ｏ1とを接続す
る。駆動パルスＰと制御信号Ｓ1との関係は、それぞれ
のパルス幅は同じであって、制御信号Ｓ1の位相が駆動
パルスＰよりも進んでいる。そこで、駆動パルスＰの立
上がる手前で制御信号Ｓ1が立上がり、駆動パルスＰの
立下がる手前で制御信号Ｓ1が立下がる。その結果、駆
動パルスＰが立上がったときには、接続切換回路１４は
実線状態で接続され、駆動パルスＰが立下がったときに
は、接続切換回路１４は点線状態で接続される。なお、
駆動パルスＰのパルス幅は、コンデンサＣａ，Ｃｂの充
電が完了する期間よりも長い期間ｔに設定され、その周
期Ｔは、さらにこれの２倍以上（２ｔ＜Ｔ）になってい
る。

【００１６】このとき、コンデンサＣａ，Ｃｂの他端Ｎ
ａ，Ｎｂには、駆動パルスＰの立上がり、立下がりに対
応して図４（ｃ）に示すような電圧信号が過渡現象とし
て発生する。この過渡現象により発生する電圧信号が差
電流発生回路１５の＋位相端子と−位相端子にそれぞれ
加えられる。このとき端子間に加わる差電圧として波形
は、駆動パルスＰが立上がりと立下がりとで同じ極性
（同じ位相）の波形になる。そこで、差電流発生回路１
５の出力には、図４（ｃ）に対応する電流信号が出力さ
れる（図４（ｄ）参照）。その結果、積分回路１７のコ
ンデンサＣSには、駆動パルスＰの立上がりと立下がり
とで発生する電流により１駆動パルスにつき、２回充電
され、その電荷が蓄積される。

【００１７】スイッチ回路１６は、ここでは、コントロ
ール回路１８により駆動パルスＰの１６個分の期間の間
ＯＮになる。したがって、積分回路１７のコンデンサＣ
Sには、ほぼ３２回分のパルス電流が加えられ、これに
より充電が行われる。この充電によるコンデンサＣSの
端子電圧値が検出信号判定部２０のアンプ２１により増
幅されて、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）２２に加え
られる。ここで、コントロール回路１８からのサンプリ
ング信号ＳPによりサンプリングされ、そのサンプリン
グ値が（Ａ／Ｄ）２３に入力されて、デジタル値に変換
され、それがＡ／Ｄ２３からデータ処理装置２４に入力
される。なお、スイッチ回路１６のＯＮ期間に対応する
前記の駆動パルスの数は、さらに多くてもよく、例え
ば、３０個程度の範囲のうちから適切な個数に対応する
期間とすることができる。

【００１８】ところで、コンデンサＣSの端子は、ここ
では、アンプ２１の（−）入力と同様に所定の電圧、例
えばＶcc／２のバイアス端子に接続されている。そこ
で、スイッチＳＷがＯＮしたときには、コンデンサＣS
は、前記のバイアス電圧Ｖcc／２にプリセットされる。
そして、検出側のコンデンサＣａ，Ｃｂの容量がＣａ＞
Ｃｂのときには、差電流発生回路１５の電流出力が吐出
しとなるので、コンデンサＣSは、バイアス電圧Ｖcc／
２よりも高い電圧まで充電される。一方、コンデンサの
容量がＣａ＜Ｃｂのときには、差電流発生回路１５の電
流出力がシンクとなるので、コンデンサＣSは、その電
荷が放電されてバイアス電圧Ｖcc／２よりも低い電圧に
なる。そして、コンデンサの容量がＣａ＝Ｃｂのときに
は、差電流発生回路１５に電流出力が発生しないので、
コンデンサＣSの充電電圧は、バイアス電圧Ｖcc／２に
等しくなる。

【００１９】さて、データ処理装置２４は、ＭＰＵ２４
ａと、各種の処理プログラムを記憶したメモリ２４ｂ、
バッファメモリ２４ｃ、Ｉ／Ｏインタフェース２４ｄ等
から構成されている。そして、メモリ２４ｂには、デー
タ採取プログラム２５とタッチ位置検出プログラム２６
等が設けられている。データ処理装置２４のＭＰＵ２４
ａは、制御信号Ｓ2をコントロール回路１８から受ける
とデータ採取プログラム２４を実行して、サンプルホー
ルド信号ＳHとＡ／Ｄ変換信号ＳAとを送出して、サンプ
ルホールドしたアンプ２１の出力電圧値をＡ／Ｄ変換
し、そのデータをバッファメモリ２４ｃに記憶する。そ
して、Ｉ／Ｏインタフェース２４ｄを介してコントロー
ル回路１８に測定開始の制御信号ＳSを送出する。ま
た、この制御信号ＳSによりサンプルホールド回路２２
のホールド値もリセットされる。

【００２０】なお、データ処理装置２４は、最初にＹ側
をドライブ回路にする選択信号Ｓ3を発生させてコント
ロール回路１８にＹ方向の電極の選択制御をさせ、次に
Ｘ側をドライブ回路にする選択信号Ｓ4を発生させてコ
ントロール回路１８にＸ方向の電極の選択制御をさせ、
Ｙ，Ｘ方向の電極選択がすべて終了するまで制御信号Ｓ
2を受けごとに、同様なデータをＡ／Ｄ２３から受けて
採取してバッファメモリ２４ｃに記憶し、測定開始の制
御信号ＳSを送出する。そして、Ｙ方向とＸ方向のすべ
ての電極の測定が終了にした時点で測定終了信号ＳEを
コントロール回路１８に送出してその動作を停止させ
る。

【００２１】コントロール回路１８は、データ処理装置
２４から測定開始の制御信号ＳSを受けるごとに、スイ
ッチ回路ＳＷをＯＮにして、次にコンデンサＣSをバイ
アス電圧（例えばＶcc／２）にプリセットする。そして
マルチプレクサ１２を駆動して次の一対の電極を選択す
る制御信号を送出し、スイッチ回路１７をＯＮにする。
そして、接続切換回路１４には制御信号Ｓ1を送出し、
パルス駆動回路１３を駆動する。コントロール回路１８
は、パルス駆動回路１３から駆動パルスＰを受けて（図
Ｓ３参照）、その数をカウントする。駆動パルスＰの数
が１６個カウントされるとスイッチ回路１７をＯＦＦに
してデータ処理装置２４に測定終了を示す制御信号Ｓ2
を送出する。

【００２２】これにより、コントロール回路１８は、最
初の測定開始の制御信号ＳSを受けてから、この信号を
受けるたびに、電極Ｙ1，Ｙ2、電極Ｙ2，Ｙ3、，…電極
Ｙi-1，Ｙi，…電極Ｙm，Ｙ1と、Ｙ方向の隣接する２本
の電極選択して、次にＸ方向へと移り、電極Ｘ1，Ｘ2、
電極Ｘ2，Ｘ3、，…電極Ｘi-1，Ｘi，…電極Ｘn，Ｘ1
と、Ｘ方向の隣接する２本の電極を順次選択する制御を
する。また、選択された各一対の電極については、駆動
パルスＰの数が１６個計測されたときに制御信号Ｓ2を
送出し、次の電極に切り換える制御信号Ｓ5をマルチプ
レクサ１２に送出する。

【００２３】次にＭＰＵ２４ａは、測定終了信号ＳEを
コントロール回路１８に送出した後に、タッチ位置検出
プログラム２６を実行して、タッチされた電極を決定す
る。なお、いずれかの電極を指でタッチすると、指が導
体として作用し、電気力線が導体（指）によって遮断さ
れることで、タッチされた電極の容量が小さくなる。そ
こで、図３のコンデンサＣａをある電極とし、コンデン
サＣｂをこれに隣接する次の電極とすると、タッチされ
た電極を中心としてその手前近傍での一対の電極（Ｘま
たはＹ電極）と他方の電極（ＹまたはＸ電極）による構
成されるコンデンサの容量については、Ｃa＞Ｃｂとな
り、その後ろ近傍での一対の電極と他方の電極により構
成されるコンデンサの容量については、Ｃa＜Ｃｂとな
る。そこで、Ｃa＞ＣｂからＣa＜Ｃｂへと変わる変化点
がタッチされた電極として検出できる。タッチ位置検出
プログラム２６は、測定されたデータからこの変化点を
Ｙ方向の電極とＸ方向の電極それぞれについて検出する
ものである。これによりＹ方向の電極番号とＸ方向の電
極番号で与えられる位置がタッチ位置として検出され
る。

【００２４】ところで、差電流発生回路１５は、ここで
は、Ｇｍアンプの例を挙げているが、これは電流出力ア
ンプであればよい。特に、図４に（ｃ），（ｄ）に示す
波形（検出信号）を電圧波形として先に説明している
が、電流波形もこれと同じ形態を採る。したがって、検
出信号を電流信号とすれば、差電流発生回路１５として
電流増幅アンプを使用することが可能である。また、Ｓ
／Ｎ比がを向上させた電流出力アンプとしてカレントミ
ラーを用いた微小電流検出回路として特願平７−２８９
２１８号，「微小電流検出回路およびこれを利用した座
標入力装置」を本出願人等は出願済みである。この出願
の検出回路１０として示す微小微小電流検出回路をその
まま前記の差電流発生回路１５に置換えて使用すること
で、Ｓ／Ｎ比が高い検出動作をさせることができる。

【００２５】以上説明してきたが、実施例では、駆動パ
ルスを複数個発生させて、積分することで検出電流値に
対応する電圧値を得る回路を挙げているが、この発明に
おいては、必ずしも駆動パルスを複数個用いて、その期
間分の積分値を得る必要はない。また、実施例では、Ｙ
方向とＸ方向とに多数の電極が配列された座標入力装置
を中心に説明しているが、この発明は、図３に示す検出
回路で理解できるように、２つのコンデンサが配置さ
れ、一方が検出位置に配置されるようなタッチセンサ等
の電荷電流検出回路にも適用できることはもちろんであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上のとおり、この発明にあっては、２
つのコンデンサに対して同時にパルス駆動をしてそのパ
ルスの立上がりと立下がり時に応じてこれら２つのコン
デンサを充放電させて検出信号を発生させ、それぞれパ
ルスの立上がりと立下がりとに応じて出力を切換えて一
方の入力を他方の出力に、他方の入力を一方の出力に接
続回路を接続することで充電側の検出信号と放電側の検
出信号の両者のレベル差を同一極性（同一位相）として
発生させることができる。これにより差電流発生回路に
より１パルスについて２つの差電流値が出力されること
になる。この２つの差電流値を積分回路で積分すること
で倍の差電流を得ることで、検出電流値を大きく採るこ
とができる。その結果、検出値に対する検出Ｓ／Ｎ比を
向上させることができる。また、検出電圧の変化範囲が
大きくなり、たとえ、オペアンプで受けた場合であって
もオペアンプの動作におけるオフセット量の影響を受け
難い回路になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の電荷電流検出回路を適用し
た一実施例の座標入力装置の検出回路を中心とする説明
図である。

【図２】図２は、静電型センサ部の構造の説明図であ
る。

【図３】図３は、その一対のコンデンサについての検出
状態の説明図である。

【図４】図４は、検出動作のタイミングチャートであ
る。

【図５】図５は、従来の電荷電流検出回路の一例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１０…検出部、１１…静電センサ部、１２…マルチプレ
クサ、１３…パルス駆動回路、１４…接続切換回路、１
５…差電流発生回路、１６…スイッチ回路、１７…積分
回路、１８…コントロール回路、２０…検出信号判定
部、２１…アンプ、２２…サンプルホールド回路、２３
…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、２４…データ処理装置。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】静電センサ部１１は、平板状のものであっ
て、図２に示すように、Ｘ方向に所定の間隔で多数配列
されたストライプ電極Ｘ1，Ｘ2，…，ＸnとＹ方向に所
定の間隔で多数配列されたストライプ電極Ｙ1，Ｙ2，…
Ｙmとを有し、これら電極が誘電体樹脂のスペーサ（図
示せず）を介して所定間隔で積層されている。各ストラ
イプ電極Ｘ1，Ｘ2，…，Ｘnとストライプ電極Ｙ1，Ｙ
2，…Ｙmとは、いずれか一方の隣接する電極２本が順次
一対のものとして選択され他方の電極を介してパルス駆
動回路１３によりパルス駆動される。このとき、選択さ
れる側の一方の電極は、一定レベルの電圧が与えられて
いる。そして他方の電極はすべてが同時に駆動される。
ここで選択される一方の２本の電極は、選択されたとき
に、他方の電極との関係において図３に示す２つのコン
デンサＣａとＣｂとに対応する。そして、一方のコンデ
ンサの容量に対して他方のコンデンサの容量の差が差電
流発生回路１５により電流値として出力される。その関
係を示したのが図３である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】さて、図３において、マルチプレクサ１２
は、ここでは、まず、図２における上側にあるＹ方向の
隣接電極２本を１本づつずらせて選択し、すべての２本
の電極が終了した時点でＸ方向の隣接電極２本を１本づ
つずらせて選択する。これは、電極Ｙ1，Ｙ2、電極Ｙ
2，Ｙ3、，…電極Ｙi-1，Ｙi，…電極Ｙm，Ｙ1というよ
うに、Ｙ方向の隣接する２本の電極である。ただし最後
の電極Ｙmについては最初の電極Ｙ1の２本の電極にな
る。そして、次は、電極Ｘ1，Ｘ2、電極Ｘ2，Ｘ3、，…
電極Ｘi-1，Ｘi，…電極Ｘn，Ｘ1というように、Ｘ方向
の隣接する２本の電極である。ただし最後の電極Ｘnに
ついても最初の電極Ｘ1の２本の電極になる。これらが
マルチプレクサ１２により順次選択されかつパルス駆動
回路１３から駆動パルスが加えられる。なお、Ｙ側の電
極が選択されているときには、Ｘ側ドライブ回路１３ａ
が駆動パルスを発生してＸ電極に加えてこれに応じてＹ
電極側の一対電極が順次スキャンされていきく。このと
きＹ側ドライブ回路１３ｂは一定電圧を各Ｙ電極に加え
ている。また、Ｘ側の電極が選択されているときには、
前記とは逆にＹ側ドライブ回路１３ｂが駆動パルスを発
生してＹ電極に加えてＸ電極側の一対の電極がスキャン
されていく。このとき、Ｘ側ドライブ回路１３ａは一定
電圧を各Ｘ電極に加えている。なお、いずれが駆動側と
なり、いずれが一定電圧を設定されるかは、データ処理
装置２４からの選択信号Ｓ3，Ｓ4により決定される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】そこで、最初は、選択信号Ｓ3，Ｓ4によ
り、電極Ｙ1，Ｙ2，…Ｙmがドライブ側にされて、例え
ば、ＨＩＧＨレベル，Ｖcc等の電圧のパルスでドライブ
される。このとき、Ｘ側の電極Ｘ1，Ｘ2，…ＸnがＬＯ
Ｗレベル，Ｖcc／２等の一定電圧に設定され、Ｘ側の各
電極が順次スキャンされる。また、Ｘ側の電極がドライ
ブ側に選択されて、例えば、ＨＩＧＨレベル，Ｖcc等の
電圧のパルスでドライブされているときには、逆にＹ側
の電極がＬＯＷレベル，Ｖcc／２等の一定電圧に設定さ
れ、Ｙ側の各電極が順次スキャンされる。また、マルチ
プレクサ１２の電極の選択とパルス駆動回路１３の駆動
パルスの発生は、コントロール回路１８からの制御信号
に応じて行われる。マルチプレクサ１２により順次選択
される一対の隣接する２つの電極を中心に示した回路が
図３である。そして、コントロール回路１８により制御
されてマルチプレクサ１２により選択された隣接する一
対の２つのコンデンサＣａ，Ｃｂは、選択された一対の
Ｙ電極と、Ｘ電極、あるいは一対のＸ電極と、Ｙ電極と
により形成されるコンデンサを表している。図４は、そ
の検出動作のタイミングチャートである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】マルチプレクサ１２により隣接するＹ方向
の２つの電極が選択されると、共通に接続されたコンデ
ンサＣａ，Ｃｂの一端Ｎ（最初はＸ側の電極）に駆動パ
ルスＰ（図４（ａ）参照）が加えられる。選択されたコ
ンデンサＣａ，Ｃｂの他端Ｎａ，Ｎｂ（最初はＹ側の電
極）は、マルチプレクサ１２，接続切換回路１４を介し
て差電流発生回路１５に入力される。差電流発生回路１
５は、Ｇｍアンプ（トランス・コンダクタンス・アン
プ）で構成され、その＋位相端子と−位相端子とにコン
デンサＣａ，Ｃｂの他端Ｎａ，Ｎｂに発生する電圧信号
をそれぞれが受ける。そして、その出力には、これら入
力信号の電位差に応じた電流が差電流値、すなわち、２
つのコンデンサの容量差より発生する電流値（それぞれ
の電荷電流の差に対応する電流値）として出力される。
スイッチ回路１６は、一定期間の間ＯＮにされるスイッ
チであって、コントロール回路１８から制御信号を受け
る。このスイッチ回路１６がＯＮになっている間、差電
流発生回路１５の出力は、積分回路１７のコンデンサＣ
Sに送出され、その出力電流により充電される。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】このとき、コンデンサＣａ，Ｃｂの他端Ｎ
ａ，Ｎｂには、駆動パルスＰの立上がり、立下がりに対
応して図４（ｃ）に示すような電圧信号が過渡現象とし
て発生する。この過渡現象により発生する電圧信号が差
電流発生回路１５の＋位相端子と−位相端子にそれぞれ
加えられる。このとき端子間に加わる差電圧としての波
形は、接続切換回路１４により駆動パルスＰが立上がり
と立下がりとで同じ極性（同じ位相）の波形になる。そ
こで、差電流発生回路１５の出力には、図４（ｄ）に示
す電流信号が出力される。その結果、積分回路１７のコ
ンデンサＣSには、駆動パルスＰの立上がりと立下がり
とで発生する電流により１駆動パルスにつき、２回充電
され、その電荷が蓄積される。なお、図４（ｄ）は、Ｃ
ａ＞Ｃｂの場合であるが、Ｃａ＜Ｃｂの場合には、図４
（ｄ）に示す電流信号は、逆極性になる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹羽康弘京都市右京区西院溝崎町21番地ローム株式会社内 (72)発明者石垣元治京都市右京区西院溝崎町21番地ローム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１および第２のコンデンサと、これらのコンデンサの一端子をパルス信号により駆動し
てその立上がりと立下がりに応じて前記第１および第２
のコンデンサを充放電させてこれらコンデンサの他方の
端子に第１および第２の検出信号を発生させるパルス駆
動回路と、前記第１および第２の検出信号をそれぞれ受ける第１お
よび第２の入力端子と第１および第２の出力端子とを有
し、前記パルス信号の立上がりタイミングに応じて前記
第１および第２の入力端子をそれぞれ前記第１および第
２の出力端子に接続し前記パルス信号の立下がりタイミ
ングに応じて前記第１の入力端子を前記第２の出力端子
に、前記第２の入力端子を前記第１の出力端子にそれぞ
れ接続する接続回路と、前記第１および第２の出力端子
から前記検出信号をそれぞれ受けてこれらの信号のレベ
ル差に応じた電流を発生する差電流発生回路と、この差
電流発生回路の出力を積分する積分回路とを備え、前記
第１および第２のコンデンサの少なくともいずれか一方
が検出部に配置される電荷電流検出回路。
【請求項２】さらに、前記差電流発生回路は、前記検出
信号の正相側と負相側との両者において動作するもので
あり、前記積分回路は、前記パルス信号の複数個分につ
いての前記差電流発生回路の出力を積分するものである
請求項１記載の電荷電流検出回路。
【請求項３】第１および第２のコンデンサと、これらのコンデンサの一端子をパルス信号により駆動し
てその立上がりと立下がりに応じて前記第１および第２
のコンデンサを充放電させてこれらコンデンサの他方の
端子に第１および第２の検出信号を発生させるパルス駆
動回路と、前記第１および第２の検出信号をそれぞれ受ける第１お
よび第２の入力端子と第１および第２の出力端子とを有
し、前記パルス信号の立上がりタイミングに応じて前記
第１および第２の入力端子をそれぞれ前記第１および第
２の出力端子に接続し前記パルス信号の立下がりタイミ
ングに応じて前記第１の入力端子を前記第２の出力端子
に、前記第２の入力端子を前記第１の出力端子にそれぞ
れ接続する接続回路と、前記第１および第２の出力端子
から前記検出信号をそれぞれ受けてこれらの信号のレベ
ル差に応じた電流を発生する差電流発生回路と、この差
電流発生回路の出力を積分する積分回路とを備え、前記
第１のコンデンサが複数個検出部において連続的に配列
される座標入力装置。
【請求項４】さらに、前記複数の第１のコンデンサのう
ち隣接する２個のコンデンサを選択するマルチプレクサ
を有し、前記差電流発生回路は、前記検出信号の正相側
と負相側との両者において動作するものであり、前記マ
ルチプレクサにより選択された１つの前記第１のコンデ
ンサに対して残りの１つが前記第２のコンデンサとさ
れ、前記積分回路は、前記パルス信号の複数個分につい
ての前記差電流発生回路の出力を積分するものである請
求項３記載の座標入力装置。