JP2011170616A

JP2011170616A - 静電容量型タッチセンサ

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Publication number: JP2011170616A
Application number: JP2010033724A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Otagaki; 貴康太田垣; Atsuhiro Ichikawa; 淳啓市川; Hiroya Ito; 浩也伊藤; Chihiro Hasegawa; 千洋長谷川
Original assignee: On Semiconductor Trading Ltd
Current assignee: On Semiconductor Trading Ltd
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2011-09-01
Also published as: CN102163110B; US9041683B2; CN102163110A; US20110199331A1

Abstract

【課題】静電容量型タッチセンサにおいて、タッチセンサパッドに接続されたセンサ線と他の信号線との間に形成される寄生容量の影響を無くして、センサ出力を安定化する。
【解決手段】タッチセンサパッド１１Ａに接続されたセンサ線１６は電荷増幅器２１の非反転入力端子（＋）に接続される。タッチセンサパッド１１Ａの中には、ＬＥＤ１３が配置され、そのカソードにＬＥＤ信号線１５が接続されている。ＬＥＤ信号線１５はセンサ線１６と隣接して配置されているので、ＬＥＤ信号線１５とセンサ線１６との間には寄生容量１８が形成される。この寄生容量１８の容量値を一定にするために、ＬＥＤ信号線１５にプルアップ抵抗１９が接続されている。ＬＥＤ信号線１５はプルアップ抵抗１９を介して電源電位Ｖｄｄにバイアスされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電容量型タッチセンサに関する。

従来、携帯電話、携帯音響機器、携帯ゲーム機器、テレビジョン、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器のデータ入力装置として、静電容量型タッチセンサが知られている。

この種の静電容量型タッチセンサにおいては、タッチセンサパッドに、人の指やペン先等（以下、人の指等という）が触れたり、近接することによるタッチセンサパッドが有する容量の容量値の変化を検出することによりタッチ検出を行っている。

特開２００５−１９０９５０号公報

静電容量型タッチセンサは、タッチセンサパッドが有する容量の容量値の変化を検出しているので、タッチセンサパッドに接続されたセンサ線と他の信号線との間に形成される寄生容量の容量値が変化する場合には、タッチセンサがその容量値の変化を検出してしまうという問題があった。

例えば、タッチセンサパッド上にＬＥＤ（発光ダイオード、Light Emitting Diodeの略称）を配置し、タッチ検出に応じてＬＥＤを点灯させる場合がある。

この場合、タッチセンサパッドに接続されたセンサ線とＬＥＤ信号線とが隣接して配置されると、これらの間に寄生容量が形成される。そして、この寄生容量の容量値がＬＥＤ信号線の電気的状態の変化（例えば、フローティング→Ｌレベル→フローティング、フローティング→Ｈレベル→フローティング）により変化すると、静電容量型タッチセンサはこの寄生容量の容量値の変化を検出してしまい、安定したセンサ出力が得られないという問題があった。

そこで、本発明の静電容量型タッチセンサは、タッチセンサパッドと、前記タッチセンサパッドに接続されたセンサ線と、前記センサ線が入力端に接続され、前記タッチセンサパッドが有する容量の容量値の変化に応じた出力電圧を出力する電荷増幅器と、前記センサ線に隣接して配置された信号線と、前記センサ線と前記信号線の間に形成された寄生容量と、前記信号線がフローティングにならないように、当該信号線を第１の電位にバイアスするバイアス抵抗と、を備えることを特徴とする。

本発明の静電容量型タッチセンサによれば、センサ線に隣接して配置された信号線（例えば、ＬＥＤ信号線）がフローティングにならないように、当該信号線を一定電位にバイアスするバイアス抵抗を設けたことにより、センサ線と信号線の間の寄生容量の容量値は一定になり、安定したセンサ出力を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサのタッチセンサパッドの配置を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサの全体構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る静電容量型タッチセンサの部分回路図である。静電容量型タッチセンサの電荷増幅器の回路図である。静電容量型タッチセンサの電荷増幅器の動作を説明する回路図である。本発明の第２の実施形態の静電容量型タッチセンサの全体構成を示す図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサを図面に基づいて説明する。図１は、静電容量型タッチセンサのタッチセンサパッドの配置を示す斜視図である。図１（ａ）に示すように、８個のタッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈが、それぞれデータ入力用のスイッチとして、ＰＣＢ基板１０上に配置されている。

図１（ｂ）は、タッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈの具体的な構造を示したものである。タッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈは、それぞれ共通電圧線１２で囲まれた２つのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂを含んで構成される。２つのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂの間にはＬＥＤ１３が配置されている。

このＬＥＤ１３は共通電圧線１２で囲まれており、２つのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂから電気的にシールドされている。タッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈは、同じ構造、サイズを有している。

また、ＬＥＤ１３は、タッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈの中、又はその上方に配置することが好ましいが、タッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈの外に配置しても良い。

図２は、静電容量型タッチセンサの全体構成を示す図である。静電容量型タッチセンサは、タッチセンサパッド１１Ａ、１１Ｘ、共通電圧線１２、ＬＥＤ１３、交流電源１４、ＬＥＤ信号線１５、センサ線１６、センサ線１７、寄生容量１８、プルアップ抵抗１９、センサＩＣ２０、マイクロコンピュータ３０を含んで構成される。図２では、タッチセンサパッド１１Ａ〜１１Ｈの中、タッチセンサパッド１１Ａと、タッチセンサパッド１１Ａとペアになっている他のタッチセンサパッド１１Ｘ（タッチセンサパッド１１Ｂ〜１１Ｈの中いずれか１つ）だけを図示している。

センサＩＣ２０は、差動型の電荷増幅器２１、ＡＤ変換器２２、電荷増幅器２１及びＡＤ変換器２２の動作を制御する制御回路２３を含んで構成される。マイクロコンピュータ３０はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタからなる駆動トランジスタ３１を含んで構成される。

タッチセンサパッド１１Ａ，１１Ｘのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂを囲んでいる共通電圧線１２には、交流電源１４からの交流の共通電圧信号ＶＣＯＭが印加される。交流電源１４は、センサＩＣ２０に内蔵することができる。また、上述した静電容量型タッチセンサの構成要素は、１枚の基板上に搭載することもできるし、幾つかの基板上に分散して搭載することもできる。

サブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂは、センサ線１６に共通に接続される。タッチセンサパッド１１ＡのＬＥＤ１３のアノードには電源電位Ｖｄｄが印加される。ＬＥＤ１３のカソードは、ＬＥＤ信号線１５に接続される。

ＬＥＤ信号線１５はセンサ線１６と誘電体を介して隣接して配置されているので、ＬＥＤ信号線１５とセンサ線１６との間には寄生容量１８が形成される。この寄生容量１８の容量値を一定にするために、ＬＥＤ信号線１５にプルアップ抵抗１９が接続されている。すなわち、ＬＥＤ信号線１５はプルアップ抵抗１９を介して電源電位Ｖｄｄにバイアスされる。

センサ線１６は電荷増幅器２１の非反転入力端子（＋）に接続されている。一方、他のタッチセンサパッド１１Ｘのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂは、センサ線１７に共通に接続される。センサ線１７は電荷増幅器２１の反転入力端子（−）に接続されている。

電荷増幅器２１は、タッチセンサパッド１１Ａのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂの有する容量Ｃ１の容量値ＣＡ１と、電荷増幅器２１はタッチセンサパッド１１Ｘのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂの有する容量Ｃ２の容量値ＣＡ２との差（ＣＡ１−ＣＡ２＝ΔＣ）に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを出力するように構成される。電荷増幅器２１の具体的な構成例については後述する。この場合、タッチセンサパッド１１Ａの容量Ｃ１は、サブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂと共通電圧線１２との間に形成される容量であり、これに前記寄生容量１８が付加される。タッチセンサパッド１１Ｘの容量Ｃ２についても同様である。

ＡＤ変換器２２は、出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル信号に変換する回路である。ＡＤ変換器２２から出力されるデジタル信号はマイクロコンピュータ３０に入力される。ＬＥＤ信号線１５の端にはマイクロコンピュータ３０に内蔵された駆動トランジスタ３１のコレクタが接続されている。駆動トランジスタ３１のエミッタは接地されている。

マイクロコンピュータ３０は、ＡＤ変換器２２からのデジタル信号に基づき、駆動トランジスタ３１のオンオフを制御する。つまり、マイクロコンピュータ３０は、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされたと判断すると、駆動トランジスタ３１をオンするように構成されている。

駆動トランジスタ３１がオンすると、ＬＥＤ信号線１５の電位（ＬＥＤ１３のカソードの電位）は低下するので、ＬＥＤ１３に電流が流れ、ＬＥＤ１３が点灯する。この場合、ＬＥＤ１３のカソードの電位を接地電位（０Ｖ）近くまで低下させ、ＬＥＤ１３に流れる電流を増加させるために、駆動トランジスタ３１のオン抵抗値はプルアップ抵抗１９の抵抗値より低く設定されていることが好ましい。

なお、図示しないが、他のタッチセンサパッド１１Ｘについても同様に構成されている。すなわち、タッチセンサパッド１１ＸにもＬＥＤが設けられ、そのＬＥＤのカソードはＬＥＤ信号線に接続される。このＬＥＤ信号線とセンサ線１７との間にも同様に寄生容量が形成される。そして、ＬＥＤ信号線にもプルアップ抵抗及び駆動トランジスタが接続され、駆動トランジスタはマイクロコンピュータ３０によって同様にオンオフ制御されるように構成されている。

次に、上述の静電容量型タッチセンサの動作を説明する。先ず、タッチセンサパッド１１Ａ、１１Ｘが人の指等にタッチされていない初期状態において、タッチセンサパッド１１Ａの容量Ｃ１の容量値ＣＡ１とタッチセンサパッド１１Ｘの容量Ｃ２の容量値ＣＡ２との差がなければ、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖである。

仮に、初期状態の容量値ＣＡ１，ＣＡ２に差がある場合には、制御回路２３により電荷増幅器２１のオフセット調整が行われ、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔを０に調整することができる。この初期状態では、マイクロコンピュータ３０は、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされていないと判断するので、駆動トランジスタ３１はオフ状態である。そして、ＬＥＤ信号線１５はプルアップ抵抗１９により電源電位Ｖｄｄに設定されるので、ＬＥＤ１３に電流は流れず、ＬＥＤ１３は消灯状態である。

次に、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされた場合には、例えば、ＣＡ１＞ＣＡ２となるので、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔはプラスの値になる。マイクロコンピュータ３０は、出力電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタル信号が所定の閾値を超えると、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされたと判断する。これに基づき、駆動トランジスタ３１がオンする。駆動トランジスタ３１がオンすると、ＬＥＤ信号線１５の電位はＶｄｄから低下するので、ＬＥＤ１３が点灯する。

なお、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされた場合に、ＣＡ１＞ＣＡ２となるのは、人の指等を誘電体とする誘電体モデルに基づく場合である。この場合は、タッチセンサパッド１１Ａから共通電圧線１２に向かう電気力線の数が相対的に増加することから、ＣＡ１＞ＣＡ２となる。これに対して、人の指等が接地された導電体であるとする電界遮蔽モデルに基づくと、逆に、ＣＡ１＜ＣＡ２となる。この場合、マイクロコンピュータ３０は、出力電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタル信号が所定の閾値より下がると、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされたと判断することになる。以下では、誘電体モデルに基づいて説明する。

そして、タッチセンサパッド１１Ａから人の指等が離れると、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。マイクロコンピュータ３０は、出力電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタル信号が所定の閾値より下がると、タッチセンサパッド１１Ａが人の指等にタッチされていないと判断する。これに基づき、駆動トランジスタ３１がオフする。駆動トランジスタ３１がオフすると、ＬＥＤ信号線１５の電位はＶｄｄに復帰するので、ＬＥＤ１３は消灯する。

本実施形態の静電容量型タッチセンサによれば、ＬＥＤ信号線１５にプルアップ抵抗１９を接続しているので、駆動トランジスタ３１のオンオフにかかわらず、寄生容量１８の容量値が一定になっている。寄生容量１８はタッチセンサパッド１１Ａの容量Ｃ１の容量値ＣＡ１を見かけ上は増加させる働きをするが、寄生容量１８の容量値が一定になっている。このため、駆動トランジスタ３１のオンオフに伴い電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが変動することはない。特に、本実施形態のように、差動型の電荷増幅器２１を用いた場合には、容量変化の検出感度が高いので、プルアップ抵抗１９を設けることによる効果は大きい。

もし、ＬＥＤ信号線１５にプルアップ抵抗１９を接続しない場合は、駆動トランジスタ３１のオンオフにより寄生容量１８の容量値が変化するため不具合が生じる。すなわち、初期状態においては、駆動トランジスタ３１はオフしており、その出力はハイインピーダンスになっている。つまり、ＬＥＤ信号線１５は電気的にフローティング状態となるので、寄生容量１８はほとんど形成されないことになる。

次に、タッチセンサパッド１１Ａに人の指等がタッチされ、マイクロコンピュータ３０によりタッチ検出がされて駆動トランジスタ３１がオンしたとする。駆動トランジスタ３１がオンすると、ＬＥＤ信号線１５の電位は例えば接地電位（０Ｖ）近くに固定されるので、寄生容量１８の容量値は増加する。

寄生容量１８の容量値が増加すると、タッチセンサパッド１１Ａの容量Ｃ１の容量値ＣＡ１が増加することになり、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが変化してしまう。

また、他のタッチセンサパッド１１Ｘに人の指等がタッチされた場合には、他のタッチセンサパッド１１Ｘについては、タッチセンサパッド１１Ａと同様に、ＬＥＤ信号線がプルアップ抵抗でプルアップされているので、タッチセンサパッド１１ＸのＬＥＤが点灯し、安定した出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

なお、上述の静電容量型タッチセンサのＬＥＤ１３の接続構成は、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ１３のアノードに電源電位Ｖｄｄを印加したアノードコモンになっているが、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１３のカソードを接地したカソードコモンの構成を採用することもできる。この場合は、ＬＥＤ信号線１５はＬＥＤ１３のアノードに接続される。

そして、ＬＥＤ信号線１５には、プルアップ抵抗１９の代わりに、ＬＥＤ信号線１５を接地電位にバイアスするプルダウン抵抗１９Ｄが接続される。また、ＮＰＮ型の駆動トランジスタ３１の代わりに、ＬＥＤ信号線１５にＰＮＰ型の駆動トランジスタ３１Ａが接続される。この場合にも、駆動トランジスタ３１Ａがオンすると、ＬＥＤ１３に電流が流れ、ＬＥＤ１３が点灯する。ＬＥＤ信号線１５はプルダウン抵抗１９Ｄを設けたことにより、駆動トランジスタ３１Ａがオフしても電気的にフローティングになることはないので、寄生容量１８の容量値を一定に保つことができる。

また、上述の静電容量型タッチセンサは、タッチセンサパッド１１Ａ，１１Ｘは２つのサブ・タッチセンサパッド１１ａ，１１ｂを有しているが、１つのサブ・タッチセンサパッド１１ａだけを有していてもよい。

さらに、上述の静電容量型タッチセンサは、差動方式を採用することにより、タッチセンサパッド１１Ａ，１１Ｘに乗るノイズをキャンセルして高感度なタッチセンサを実現しているが、差動方式ではなく、タッチセンサパッド１１Ａの容量Ｃ１の容量値ＣＡ１の変化を直接検出するシングル方式の電荷増幅器を用いることもできる。

［電荷増幅器の構成例］
以下、電荷増幅器２１の具体的な構成例について、図４及び図５に基づいて説明する。タッチセンサパッド１１Ａの容量Ｃ１の一端とタッチセンサパッド１１Ｘの容量Ｃ２の一端は共通接続され、これが共通電圧線１２に相当する。共通電圧線１２には上述のように交流電源１４からの交流の共通電圧信号ＶＣＯＭが印加される。

この場合、交流電源１４は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ１，ＳＷ２で形成される。交流電源１４は、スイッチＳＷ１がオンしスイッチＳＷ２がオフすると接地電位（０Ｖ）を出力し、逆にスイッチＳＷ１がオフしスイッチＳＷ２がオンすると、基準電位Ｖｒｅｆ（プラス電位）を出力する。つまり、この場合交流電源１４の共通電圧信号ＶＣＯＭは基準電位Ｖｒｅｆ（Ｈレベル）と０Ｖ（Ｌレベル）を交互に繰り返すクロック信号である。

また、容量Ｃ１に直列に容量Ｃ３が接続され、容量Ｃ２に直列に容量Ｃ４が接続される。Ｃ３、Ｃ４の容量値ＣＡ３、ＣＡ４は、初期状態の容量Ｃ１、Ｃ２の容量値ＣＡ１、ＣＡ２と同じであることが好ましい。（ＣＡ１＝ＣＡ２＝ＣＡ３＝ＣＡ４）
容量Ｃ３、Ｃ４は共通接続され、その共通接続ノードに交流電源２４からの交流電圧が印加される。交流電源２４は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ３、ＳＷ４で形成される。交流電源２４はスイッチＳＷ３がオンしスイッチＳＷ４がオフすると接地電位（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ３がオフしスイッチＳＷ４がオンすると、基準電位Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。交流電源２４は、交流電源１４とは逆相の共通電圧信号＊ＶＣＯＭ（クロック信号）を出力するように構成されている。

差動増幅器２５の非反転入力端子（＋）には、容量Ｃ１と容量Ｃ３の接続ノードであるノードＮ２から引き出された配線が接続され、その反転入力端子（−）に容量Ｃ２と容量Ｃ４の接続ノードであるノードＮ１から引き出された配線が接続される。

また、差動増幅器２５の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間にフィードバック容量Ｃｆ１が接続され、差動増幅器１６の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に同じフィードバック容量Ｃｆ２が接続される。フィードバック容量Ｃｆ１、Ｃｆ２の容量値をＣｆとする。

さらに、スイッチＳＷ５が差動増幅器２５の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に接続され、スイッチＳＷ６が差動増幅器２５の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に接続される。スイッチＳＷ５，ＳＷ６は同時にスイッチングする。つまり、スイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンすると、差動増幅器２５の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡されると共に、差動増幅器２５の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。

差動増幅器２５の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器２５の非反転出力端子（＋）からの出力電圧をＶｏｐとし、両者の差電圧Ｖｏｐ−Ｖｏｍが電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。

次に、上記構成の回路の動作を図５に基づき説明する。この回路は電荷蓄積モードと第電荷転送モードを有している。先ず、図５（ａ）の電荷蓄積モードの場合、交流電源１４のＳＷ１がオフし、ＳＷ２がオンすることにより、容量Ｃ１，Ｃ２の共通接続ノードに基準電位Ｖｒｅｆが印加される。また、同時に交流電源２４のＳＷ４がオフし、ＳＷ３がオンすることにより、容量Ｃ３，Ｃ４の共通接続ノードに接地電位（０Ｖ）が印加される。

また、ＳＷ５及びＳＷ６がオンする。これにより、差動増幅器２５の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡され、非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。この結果、ノードＮ１（反転入力端子（−）に接続された配線ノード）、ノードＮ２（非反転入力端子（＋）に接続された配線ノード）、反転出力端子（−）、非反転出力端子（＋）の電圧はそれぞれ１／２Ｖｒｅｆになる。ただし、差動増幅器２５のコモンモード電圧を基準電位の１／２である１／２Ｖｒｅｆとする。

次に、図５（ｂ）の電荷転送モードの場合、交流電源１４のＳＷ１がオンし、ＳＷ２がオフすることにより、容量Ｃ１，Ｃ２の共通接続ノードに接地電位（０Ｖ）が印加される。また、交流電源２４のＳＷ４がオンし、ＳＷ３がオフすることにより、容量Ｃ３，Ｃ４の共通接続ノードに基準電位Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６がオフする。

この場合、容量Ｃ３，Ｃ４の容量値ＣＡ３，ＣＡ４はＣであり、Ｃ１，Ｃ２の初期状態の容量値をＣとする。また、人間の指先等がタッチセンサパッド１１Ａに近づいた場合のＣ１、Ｃ２の容量値の差をΔＣとする。つまり、ＣＡ１−ＣＡ２＝ΔＣである。そうすると、ＣＡ１＝Ｃ＋１／２ΔＣ、ＣＡ２＝Ｃ−１／２ΔＣが成り立つ。ただし、この場合の初期状態とは、人間の指等が２つのタッチセンサパッド１１Ａ，１１Ｘから等距離だけ離れた位置にある場合とする。

ノードＮ１の電荷量について、以下の数式が成り立つ。
電荷蓄積モードにおいて、

ここで、（Ｃ−１／２ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）はＣ２の電荷量であり、Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）はＣ４の電荷量、Ｃｆ・０（＝０）はＣｆ２の電荷量である。

電荷転送モードにおいて、

ここで、（Ｃ−１／２ΔＣ）・（１／２Ｖｒｅｆ）はＣ２の電荷量、Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）はＣ４の電荷量、Ｃｆ・（Ｖｏｐ−１／２Ｖｒｅｆ）はＣｆ２の電荷量である。
電荷保存則より、電荷蓄積モード及び電荷転送モードにおいて、ノードＮ１の電荷量は保存されるから、数１＝数２である。

この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。

同様にして、ノードＮ２について電荷保存則を適用し、その方程式をＶｏｍについて解くと、次式が得られる。

数３、数４から、Ｖｏｕｔを求める。

以上により、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔは、容量Ｃ１、Ｃ２の容量値の差ΔＣに比例して変化することがわかる。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態の静電容量型タッチセンサを図６に基づいて説明する。本実施形態の静電容量型タッチセンサにおいては、第１の実施形態のＬＥＤ１３の代わりに、振動モータ４０が用いられている。振動モータ４０の一方の端子に電源電位Ｖｄｄが印加され、他方の端子に振動モータ信号線４１が接続される。

振動モータ信号線４１には駆動トランジスタ３１のコレクタが接続されている。駆動トランジスタ３１のエミッタは接地されている。また、振動モータ信号線４１には、振動モータ信号線４１を電源電位Ｖｄｄにバイアスするプルアップ抵抗１９が接続されている。そして、駆動トランジスタ３１がオンすると、振動モータ信号線４１の電位がＶｄｄから下がり、振動モータ４０に電流が流れることにより、振動モータ４０が振動動作するように構成されている。

また、第１の実施形態のタッチセンサパッド１１Ａの代わりにタッチセンサパッド１１１Ａが設けられている。サブ・タッチセンサパッド１１１ａは共通電圧線１１２によって囲まれ、共通電圧線１１２には交流電源１４から交流の共通電圧信号ＶＣＯＭが印加される。タッチセンサパッド１１１Ａは、１つのサブ・タッチセンサパッド１１１ａを有している。サブ・タッチセンサパッド１１１ａは１つだけなので、これをタッチセンサパッドと言ってもよい。他のタッチセンサパッド１１１Ｘもタッチセンサパッド１１１Ａと同じ構成を有している。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。

本実施形態の静電容量型タッチセンサによれば、タッチセンサパッド１１１Ａが人の指等にタッチされた場合には、第１の実施形態と同様に、マイクロコンピュータ３０は電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔに対応するデジタル信号が所定の閾値を超えると、タッチセンサパッド１１１Ａが人の指等にタッチされたと判断する。

マイクロコンピュータ３０の判断に基づき、駆動トランジスタ３１がオンする。駆動トランジスタ３１がオンすると、振動モータ信号線４１の電位はＶｄｄから低下するので、振動モータ４０に電流が流れて、振動モータ４０が振動動作をする。これにより、静電容量型タッチセンサのユーザーは、タッチセンサパッド１１１Ａが人の指等にタッチされたことを知ることができる。

そして、本実施形態の静電容量型タッチセンサによれば、振動モータ信号線４１にプルアップ抵抗１９を接続しているので、駆動トランジスタ３１のオンオフにかかわらず、寄生容量１８の容量値が一定になっている。寄生容量１８はタッチセンサパッド１１１Ａの容量Ｃ１の容量値を見かけ上は増加させる働きをするが、寄生容量１８の容量値が一定になっている。このため、第１の実施形態と同様に、駆動トランジスタ３１のオンオフに伴い電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔが変動することはない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能なことは言うまでもない。例えば、ＬＥＤ信号線１５、振動モータ信号線４１に限らず、センサ線１６に隣接して配置され、駆動トランジスタ３１のような駆動回路の出力がハイインピーダンスになることにより、電気的にフローティング状態となり得る信号線に対してプルアップ抵抗１８（又はプルダウン抵抗）を接続することにより、電荷増幅器２１の出力電圧Ｖｏｕｔを安定化する効果が得られる。

１１Ａ〜１１Ｈ，１１１Ａタッチセンサパッド
１１ａ、１１ｂ，１１１ａサブ・タッチセンサパッド
１２共通電圧線１３ＬＥＤ１４交流電源
１５ＬＥＤ信号線１６、１７センサ線１８寄生容量
１９プルアップ抵抗２０センサＩＣ２１電荷増幅器
２２ＡＤ変換器２３制御回路３０マイクロコンピュータ
３１駆動トランジスタ４０振動モータ４１振動モータ信号線

Claims

タッチセンサパッドと、
前記タッチセンサパッドに接続されたセンサ線と、
前記センサ線が入力端に接続され、前記タッチセンサパッドが有する容量の容量値の変化に応じた出力電圧に出力する電荷増幅器と、
前記センサ線に隣接して配置された信号線と、
前記センサ線と前記信号線の間に形成された寄生容量と、
前記信号線がフローティングにならないように、当該信号線を第１の電位にバイアスするバイアス抵抗と、を備えることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
前記信号線に接続された発光素子と、
前記電荷増幅器の出力電圧に応じて、前記信号線を前記第１の電位から第２の電位に駆動することにより前記発光素子を点灯させる駆動トランジスタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型タッチセンサ。
前記発光素子はＬＥＤであり、
前記ＬＥＤのカソードに前記信号線が接続され、前記ＬＥＤのアノードに前記第１の電位が印加されることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型タッチセンサ。
前記発光素子はＬＥＤであり、
前記ＬＥＤのアノードに前記信号線が接続され、前記ＬＥＤのカソードに前記第１の電位が印加されることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型タッチセンサ。
前記信号線に接続された振動モータと、
前記電荷増幅器の出力電圧に応じて、前記信号線を前記第１の電位から第２の電位に駆動することにより前記振動モータを動作させる駆動トランジスタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型タッチセンサ。
第１のタッチセンサパッドと、
第２のタッチセンサパッドと、
発光素子と、
前記第１のタッチセンサパッドに接続された第１のセンサ線と、
前記第１のタッチセンサパッドに接続された第２のセンサ線と、
前記発光素子に接続され、前記第１のセンサ線に隣接して配置された第１の信号線と、
前記第１のセンサ線と前記第１の信号線の間に形成された寄生容量と、
前記第１のセンサ線が第１の入力端に接続され、前記第２のセンサ線が第２の入力端に接続され、前記第１のタッチセンサパッドが有する第１の容量の容量値と前記第２のタッチセンサパッドが有する第２の容量の容量値との差に応じた出力電圧を出力する電荷増幅器と、
前記第１の信号線がフローティングにならないように、前記第１の信号線を第１の電位にバイアスするバイアス抵抗と、
前記電荷増幅器の出力電圧に応じて、前記第１の信号線を前記第１の電位から第２の電位に駆動することにより前記発光素子を点灯させる駆動トランジスタと、を備えることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。