JP2011065575A - 位置検出装置、センサ及び位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低価格ながら二本の指の検出が可能な位置検出装置、情報処理装置及び位置検出方法を提供する。
【解決手段】電極線検出方式では、縦と横の電極だけでは一本の指の存在しか検出できない。そこで、二本の指の存在を検出するために、縦と横の電極との何れとも角度が異なる斜めの電極を新たに設けて、二本の指の位置を確定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、位置検出装置、センサ及び位置検出方法に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、低価格ながら二本の指を検出が可能な静電容量方式の位置検出装置及び位置検出方法の技術に関する。

いわゆるパーソナルコンピュータ（以下、単にコンピュータと称す）に用いられる位置入力装置には、様々なものがある。例えば、マウスやトラックボールの他、略平板状のセンサに使用者が指で直接触れ、その触れた位置や指の動きを検出し、その検出された位置や動きに応じてコンピュータのカーソルを動かしたり、種々の操作を行うタッチパッドが広く用いられている。
このタッチパッドは、静電容量方式を採用したものが主流である。このタッチパッドに代表される静電容量方式の位置入力装置は、これまで使用者が指一本で操作することが一般的であった。

ところで、近年、使用者がより直感的かつ簡単に操作をすることができるように、例えば、アップルコンピュータ株式会社のｉＰｏｄ（登録商標） ＴｏｕｃｈやｉＰｈｏｎｅ（登録商標）のように、二本の指を同時に検出してその二本の指の位置や動作に応じて、種々の操作を実行可能にした入力装置を搭載したコンピュータが登場している。
このような二本の指の検出には、例えば、略平板状に形成された絶縁シートの両面のそれぞれに、略平行に複数の導体を並べて形成した格子状のセンサが用いられる。そして、二本の指の検出は、例えば、このようなセンサを構成する複数の導体の交点のうち、どの交点に指が触れているかを検出する方式（以下、交点検出方式と称す）と、どの導体に指が触れているかだけを検出する方式（以下、電極線検出方式と称す）とがある。

なお、本出願人の発明に係る従来技術を、特許文献１に示す。

特開平１０−０２０９９２号公報

交点検出方式は、例えば、格子状のセンサを構成する一方の導体の任意の一の導体に交流信号を印加し、他方の導体で信号を受信することにより、「指が触れている箇所に存在する交点を検出する」技術である。従って、この交点検出方式を用いれば、指が何本存在しようと、原理的には全ての指の検出が可能である。しかしながら、この交点検出方式は、全ての交点について指の有無を検出するために、導体一本一本に対して信号供給と信号検出とを繰り返し行う（検出箇所数＝縦の導体の本数×横の導体の本数）ので、センサ全体の検出を終了するまでに時間がかかる上、回路構成が複雑になり検出回路が高価になり、省電力化が難しい、という問題がある。

一方、電極線検出方式は、例えば、格子状のセンサを構成する全ての導体に順番に信号を供給して、この信号を供給した全ての導体について一本ずつ出力信号の変化を検出することにより、「指が触れている箇所に存在する導体（線）を検出する」技術である。このため、交点検出方式に比べて短時間で指の検出ができる（検出箇所数＝縦の導体の本数＋横の導体の本数）とともに、回路構成を簡略化することができる。その結果、交点検出方式の位置検出装置に比べて安価に構成することが可能であると共に、省電力化が容易であるので、携帯型電子機器に好適である。
ところが、この電極線検出方式は、例えば、二本の指がセンサ上に存在する場合、４つの座標が検出されてしまい、どこが使用者が本当に触れている座標かを検出することができない、という課題がある。

図１９は、電極線検出方式に基づく位置検出装置で、二本の指を検出する際に想定される状況を説明するための概略図である。
今、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に並べられている導体の静電容量の変化を検出して、指が近接している導体のアドレスを検出した結果、Ｘ軸方向にはＸａとＸｂというアドレスが、Ｙ軸方向にはＹａとＹｂというアドレスがそれぞれ得られたとする。
これら得られたアドレスから、操作者がどのように位置検出平面を触れていたのかを考えると、二通りが考えられる。一つは、左手の指で（Ｘａ，Ｙａ）の位置を、右手の指で（Ｘｂ，Ｙｂ）の位置を、それぞれ触れていた場合であり、もう一つは、左手の指で（Ｘａ，Ｙｂ）の位置を、右手の指で（Ｘｂ，Ｙａ）の位置を、それぞれ触れていた場合である。
どちらの場合であっても、Ｘ軸方向にはＸａとＸｂというアドレスが、Ｙ軸方向にはＹａとＹｂというアドレスが、それぞれ得られる。
つまり、「線」で指の存在を検出する電極線検出方式には、複数の指の位置を検出しようとすると、正確な指の位置を確定できない、という、原理的な欠点が存在する。

本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、その目的は、簡単な回路構成で二本の指を検出可能な位置入力装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、指示体によって指示された位置を検出するためのセンサを備えた位置検出装置であって、センサは、第一の方向に平行に設けられた複数の第一の導体と、第二の方向に平行に設けられた複数の第二の導体と、第三の方向に平行に設けられた複数の第三の導体と、を有し、第一乃至第三の導体は互いが異なる方向となるように配置されるとともに、第一の導体により形成される平面と、第二の導体により形成される平面と、第三の導体により形成される平面とが重畳された配置関係となるように複数の第一乃至第三の導体が配置された構成を備えている。

なお、上記課題を解決する情報処理装置は、一平面上に平行に配される複数の導体の集合体である第一電極と、一平面上に第一電極とは異なる角度で平行に配される複数の導体の集合体である第二電極と、第一電極と第二電極との間に挟まれる第一絶縁層と、一平面上に第一電極及び第二電極との何れとも異なる角度で平行に配される複数の導体の集合体である第三電極と、第二電極と第三電極との間に挟まれる第二絶縁層と、第一電極、第二電極及び第三電極に接続されるスイッチ部と、スイッチ部に接続され、第一電極、第二電極及び第三電極から選択された電極の静電容量の変化を検出する容量検出部と、スイッチ部を制御すると共に、容量検出部から得られる第一電極、第二電極及び第三電極の容量変化から、第一電極に係る一平面上の第一の座標軸に係る第一座標軸情報、第二電極に係る一平面上の第二の座標軸に係る第二座標軸情報及び第三電極に係る一平面上の第三の座標軸に係る第三座標軸情報を出力する制御部と、第一座標軸情報及び第二座標軸情報から一平面上に指がどの位置に存在するか否かを検出する重心演算部と、重心演算部が第一の座標軸或は第二の座標軸上に複数の指の存在を検出した時に、第三座標軸情報を用いて複数の指の存在位置を確定する座標演算部とを備える。

電極線検出方式では縦（第一の導体）と横（第二の導体）の電極だけでは一本の指の存在しか検出できない。そこで、二本の指の存在を検出するために、縦と横の電極との何れとも角度が異なる電極（第三の導体）を新たに設けて、二本の指の位置を確定する。

本発明により、低価格ながら二本の指の検出が可能な位置検出装置、センサ及び位置検出方法を提供できる。

本発明の一実施形態の例である、情報処理装置の外観図である。 位置検出装置の位置検出部の構成を概略的に示す図である。 センサ基板の上面図である。 第一の導体の一部拡大図である。 第二の導体の一部拡大図である。 センサ基板を上面から見た状態の一部拡大図である。 第三の導体の一部拡大図である。 センサ基板の断面図である。 位置検出装置のブロック図である。 容量検出部の内部構成図である。 ローパスフィルタの出力電圧を示す波形図である。 位置検出装置の制御部が出力する位置検出平面データを、時間軸上で表現する概略図である。 位置算出部の機能ブロック図である。 位置算出部の処理の全体の流れを示すフローチャートである。 座標演算部によって実行される指候補確定処理のフローチャートである。 指が存在する点と、斜め電極の角度と電極間距離との関係を示す図である。 複数の指の位置と、斜め電極の検出値との関係を模式的に示す図である。 複数の指の位置と、斜め電極の検出値との関係を模式的に示す図である。 電極線検出方式に基づく位置検出装置で、二本の指を検出する際に想定される状況を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１８を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の例である、情報処理装置の外観図である。
図１に示すように、位置検出装置１０２は、センサ１０６上の状態を示すデータをパソコン１０３に送信する。位置検出装置１０２は、センサ１０６上に人体の指１０５が近接している時に、その位置に該当するデータに変化が生じる。
パソコン１０３は、位置検出装置１０２から送信される位置検出平面データを解析し、指１０５の有無とその位置を算出する。そして、得られた指１０５の有無とその位置の情報を、描画ソフト等の種々のアプリケーションソフトウェア（プログラム）にて利用する。

位置検出平面データから指１０５の有無とその位置の情報を算出する機能を提供するプログラムである位置算出部１０９は、ＯＳ上で稼動するデバイスドライバとしてパソコン１０３に読み込まれる。

まず、本発明が適用される情報処理装置の概略構成を図１に従って説明する。
情報処理装置１０１は、位置検出装置１０２とパーソナルコンピュータ（以下「パソコン」）１０３よりなる。
位置検出装置１０２は、例えば、ディスプレイを備えるパソコン１０３にケーブル１０４を介して接続され、パソコン１０３の入力装置として用いられる。
この位置検出装置１０２は、指１０５を検出するセンサ１０６と、このセンサ１０６を有する中空の薄い略直方体をなす筐体１０７等から構成されている。筐体１０７は、センサ１０６の入力面を露出させるための開口部１０８ａを有する上ケース１０８と、この上ケース１０８に重ね合わされる図示しない下ケースとを有している。上ケース１０８の開口部１０８ａにセンサ１０６が嵌め込まれる。そして、この位置検出装置１０２のセンサ１０６の上面を、指示体である指１０５により位置を指示することにより、文字や図等の入力が行われる。

次に、本発明を適用した位置検出装置の回路構成の概略を、図２を参照して説明する。位置検出装置１０２は、その上面に、後述する第三の導体３０４に人体（手指）が直接触れないように保護するための、例えばＰＥＴ（ポリエステルフィルム）からなる保護シート１０６ａが貼付されたセンサ１０６と、信号処理回路２０２とを有している。このセンサ１０６は、後述する導体における静電容量の変化を測定するためのものであり、信号処理回路２０２に接続されている。信号処理回路２０２は、指１０５がセンサ１０６に近接することにより生じた電気的特性の変化をデータとして出力するための回路である。この信号処理回路２０２は、ケーブル１０４を介してパソコン１０３に接続され、演算結果である位置検出平面データをパソコン１０３の中央演算装置（ＭＰＵ）等に出力する。

次に、位置検出装置１０２のセンサ１０６の構造の概略について、図３を参照して説明する。センサ１０６は、例えば、ＰＥＴシートからなる略長方形のベース基材１０６ｂと、このベース基材１０６ｂの一方の面（以下、表面という）１０６ｃの略中央部に設けられた略長方形の検出領域３０１とから構成される。この検出領域３０１は、人体（手指）等の接近又は接触を検出してその接近又は接触した点の座標を検出するものである。

次に、検出領域３０１の詳細を図４〜図７を参照して説明する。
検出領域３０１は、複数の第一及び第二の導体３０２，３０３と、後述する第三の導体３０４とから構成される。この検出領域３０１を構成する複数の第一の導体３０２及び複数の第二の導体３０３は、図４及び図５に示すように、それぞれが略四角形状の検出部３０２ａ，３０３ａを有している。

各第一の導体３０２は、図４に示すように、ベース基材１０６ｂの短手方向（以下、Ｙ軸方向という）に、所定の間隔を開けて設けられた複数の検出部３０２ａの列で構成されている。この第一の導体３０２のＹ軸方向に隣り合う各検出部３０２ａは、それぞれ対向する互いの頂点同士を接続部３０２ｂによって連結することにより電気的に接続されている。そして、この第一の導体３０２が、ベース基材１０６ｂのＹ軸方向と直交する長手方向（以下、Ｘ軸方向という）に所定の間隔を開けて複数並べてられている。

同様に、第二の導体３０３は、図５に示すように、ベース基材１０６ｂのＸ軸方向に所定の間隔を開けて設けられた複数の検出部３０３ａの列で構成される。この第二の導体３０３のＸ軸方向に隣り合う各検出部３０３ａは、それぞれ対向する互いの頂点同士を接続部３０３ｂによって連結することにより電気的に接続されている。そして、この第二の導体３０３が、ベース基材１０６ｂのＹ軸方向に所定の間隔を開けて複数並べられている。
そして、この第一及び第二の導体３０２，３０３は、第一及び第二の導体３０２，３０３における各検出部３０２ａ，３０３ａ間に、所定の間隔Ｌ（図６参照）だけ隙間が生じるように配置される。

第三の導体３０４は、図６及び図７に示すように、略線状の導体を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度の方向（第３の方向）に複数並べて構成されている。すなわち、この第三の導体３０４は、第一及び第二の導体３０２，３０３の各検出部３０２ａ，３０３ａ間に設けられた所定の間隔Ｌの隙間と略重なるように配置され、各第三の導体３０４は、各接続部３０２ｂ，３０３ｂの交点を横切るように設けられる。

検出領域３０１を構成する個々の検出部３０２ａ，３０３ａの大きさは、例えば、人体（手指）がセンサ１０６に接近又は接触した際に、第一及び第二の導体３０２，３０３のそれぞれに対して、少なくとも２つの検出部３０２ａ，３０３ａが人体（手指）と対向するような大きさとすることが好ましい。このような大きさに設計することにより、人体（手指）がセンサ１０６に近接又は接触すると、最低でも２つの検出部３０２ａ，３０３ａが人体（手指）と対向するため、この人体（手指）と対向する２つの検出部３０２ａ，３０３ａにおける静電容量の違いから、センサ１０６に接近又は接触した人体（手指）の位置をより正確に検出することができる。なお、この検出部３０２ａ，３０３ａは、例えば、頂点から対向する頂点までの対角線の長さが３．８ｍｍに設定されており、所定の間隔Ｌの幅は０．５ｍｍ程度に設定されている。

なお、本発明では、検出部３０２ａ，３０３ａの形状を略四角形状に形成した場合を例示して説明したが、検出部３０２ａ，３０３ａの形状はこれに限定されるものではない。例えば、検出部の形状は、六角形状や円形状に形成してもよい。ここで、検出部の形状を六角形状に形成した場合には、これらを蜂の巣状に配置することが好ましい。

次に、センサ１０６の構造について、図８を参照して説明する。センサ１０６は、この図８に示すように、ベース基材３０１の一方の面に第一乃至第三の導体３０２，３０３，３０４と絶縁塗料とを積層して構成される。

ベース基材３０１の上面３０１ａには第二の導体３０３が、例えば、銀ペーストを蒸着して設けられる。そして、この第二の導体３０３が設けられたベース基材３０１の上面３０１ａに絶縁塗料３０５が塗布される。この絶縁塗料３０５は、第二の導体３０３の各導体間と、第二の導体３０３の上面とを覆うように塗布される。そして、この絶縁塗料３０５の上面３０５ａには第一の導体３０２が、例えば、銀ペーストを蒸着して設けられる。さらに、この第一の導体３０２が設けられた絶縁塗料３０５の上面３０５ａには絶縁塗料３０６が塗布される。この絶縁塗料３０６は、絶縁塗料３０５と同様に、第一の導体３０２の各導体間と、第一の導体３０２の上面とを覆うように塗布される。

この絶縁塗料３０６の上面３０６ａには第三の導体３０４が、例えば、銀ペーストを蒸着して設けられる。そして、この第三の導体３０４が蒸着された絶縁塗料３０６の上面３０６ａには絶縁塗料３０７が塗布される。この絶縁塗料３０７も、第三の導体３０４の各導体間と、この第三の導体３０４の上面とを覆うように塗布される。そして、この第三の導体３０４が設けられた絶縁塗料３０６の上面３０６ａには、ＰＥＴシートからなる保護シート１０６ａが貼付される。

そして、使用者は、この保護シート１０６ａ上を指で触れて各種の操作（例えば、パソコン１０３のディスプレイを見ながら、カーソルアイコンを移動させたり、表示されているアイコンをクリックする等）を行えるようになっている。

次に、信号処理回路２０２の構成の概略について、図９を参照して説明する。この信号処理回路２０２は、例えば、アナログマルチプレクサよりなるスイッチ回路９０２と、容量検出部９０３と、これらスイッチ回路９０２及び容量検出部９０３を制御する制御部９０４とから構成される。

第一の導体３０２、第二の導体３０３及び第三の導体３０４は、アナログデマルチプレクサよりなるスイッチ回路９０２の入力側に接続される。そして、第一の導体３０２、第二の導体３０３及び第三の導体３０４は、スイッチ回路９０２を通じてコンデンサを形成する。
スイッチ回路９０２の出力側は容量検出部９０３に接続されている。容量検出部９０３の出力はマイコンよりなる制御部９０４に接続される。
制御部９０４は容量検出部９０３の出力を受けて、位置検出平面データを出力すると共に、容量検出部９０３とスイッチ回路９０２を制御する。

次に、容量検出部９０３の構成について、図１０を参照して詳述する。ここで可変容量コンデンサＣｖは、第一の導体３０２、第二の導体３０３及び第三の導体３０４とアナログマルチプレクサとを等価的に示すものである。なお、以下の説明においては、可変容量コンデンサＣｖの接地される一方の端子をコールド側端子と、他方の端子をホット側端子と呼ぶ。このホット側端子とコールド側端子との間には第一のスイッチ１００２が接続されるとともに、第二のスイッチ１００３の一方の端子が接続されている。

第一のスイッチ１００２は、制御部９０４から供給される第一のスイッチング制御信号によってオン・オフ制御される。同様に、第二のスイッチ１００３は、制御部９０４から供給される第二のスイッチング制御信号によってオン・オフ制御され、第三のスイッチ１００４は、制御部９０４から供給される第三のスイッチング制御信号によってオン・オフ制御される。

第二のスイッチ１００３の他方の端子は、第三のスイッチ１００４を介して定電流回路１００５に接続されている。また、第二のスイッチ１００３の他方の端子及び第三のスイッチ１００４の一方の端子は、参照用コンデンサＣ１００６の一方の端子に接続されている。参照用コンデンサＣ１００６の他方の端子は接地されている。
参照用コンデンサＣ１００６の一方の端子、第二のスイッチ１００３の他方の端子、及び第三のスイッチ１００４の一方の端子は、ローパスフィルタ１００７の入力端子に接続されている。ローパスフィルタ１００７の出力端子は、コンパレータ１００８の一方の入力端子に接続されている。コンパレータ１００８の他方の入力端子は、抵抗Ｒ１００９とＲ１０１０とに接続されており、この抵抗Ｒ１００９とＲ１０１０とにより電源電圧が分圧されて参照電圧が印加される。そして、コンパレータ１００８の出力端子は、制御部９０４に接続されており、このコンパレータ１００８の出力信号は、制御部９０４に供給される。

次に、容量検出部９０３の動作原理を図９及び図１０を参照して説明する。

図９に示すスイッチ回路９０２は、第一の導体３０２、第二の導体３０３及び第三の導体３０４のそれぞれ各一本の導体を選択してホット側端子に接続すると共に、このホット側端子に接続された導体の両脇に位置する導体をコールド側端子に接続する。すると、ホット側端子に接続された導体と、その両脇に位置するコールド側端子に接続された導体との組み合わせによって、コンデンサが形成される。
そして、このコンデンサに指１０５が近接すると、その静電容量が変化する。指１０５は実質的に導体と等しいので、指１０５が近づくことにより静電容量が増加する。容量検出部９０３はこの指１０５の近接による静電容量の変化を検出する。

次に、制御部９０４の動作原理を図９〜図１１を参照して説明する。なお、図１１中、実線はセンサ１０６上に指１０５が存在する場合の可変容量コンデンサＣｖの容量値の変化を示すグラフを示し、波線はセンサ１０６に指１０５が存在しない場合の可変容量コンデンサＣｖの容量値の変化をそれぞれ示している。
制御部９０４は、第一乃至第三のスイッチ１００２，１００３，１００４（図１０参照）に対し、それぞれのスイッチをオン・オフ制御する第一乃至第三のスイッチング制御信号を供給する。第一及び第二のスイッチング制御信号は同一の時間間隔で出力され、第三のスイッチング制御信号は第一及び第二のスイッチング制御信号が出力される時間間隔と異なる所定の時間間隔で出力される。
制御部９０４は、予め第一のスイッチング制御信号を第一のスイッチ１００２に出力してこの第一のスイッチ１００２をオフ制御した後、第二のスイッチ１００３及び第三のスイッチ１００４に対してそれぞれ第二及び第三のスイッチング制御信号を出力して第二及び第三のスイッチ１００３，１００４をオン制御して、可変容量コンデンサＣｖ及び参照用コンデンサＣ１００６を蓄電させ、端子間電圧を参照電圧Ｖｒｅｆまで上昇させておく（図１１の時刻ｔ０以前）。

次に、制御部９０４は、時刻ｔ０で、第三のスイッチング制御信号を第三のスイッチ１００４に出力して第三のスイッチ１００４をオフ制御すると共に、第一及び第二のスイッチング制御信号をそれぞれ第一及び第二のスイッチに対して出力する。この第一及び第二のスイッチング制御信号はそれぞれ第一のスイッチ１００２と第二のスイッチ１００３とを交互にオン・オフ動作させる。その結果、この第一のスイッチ１００２のオン・オフ動作によって、可変容量コンデンサＣｖは蓄電と放電とを繰り返すので、この可変容量コンデンサＣｖはスイッチトキャパシタとして機能する。つまり、第一のスイッチ１００２と第二のスイッチ１００３と可変容量コンデンサＣｖは等価的に抵抗とみなすことができる。

一方、時刻ｔ０において、制御部９０４が第三のスイッチ１００４に第三のスイッチング制御信号を出力して第三のスイッチ１００４をオフ制御すると、参照用コンデンサＣ１００６に蓄電されていた電荷は、可変容量コンデンサＣｖによって形成される等価抵抗によって放電される。そして、可変容量コンデンサＣｖが形成する等価抵抗は、この可変容量コンデンサＣｖの静電容量によって変化する。なお、可変容量コンデンサＣｖの静電容量が大きければ大きいほど等価抵抗の抵抗値は小さくなるので、放電による参照用コンデンサＣ１００６の端子間電圧の下降はより急峻になる。

次に、所定時間の経過後、すなわち時刻ｔ１において、制御部９０４は、第三のスイッチング制御信号を第三のスイッチ１００４に出力して第三のスイッチ１００４をオン制御する。この際、制御部４０９は、継続して第一及び第二のスイッチング制御信号をそれぞれ第一及び第二のスイッチ１００２，１００３に出力しているので、第一のスイッチ１００２と第二のスイッチ１００３とは交互にオン・オフ動作して可変容量コンデンサＣｖをスイッチトキャパシタとして機能させつつ、参照用コンデンサＣ１００６に定電流回路１００５を接続して蓄電させる。定電流回路１００５が接続されると、参照用コンデンサＣ１００６の端子間電圧は上昇し、コンパレータ１００８に与えられている参照電圧Ｖｒｅｆに到達する（図１１のｔ２及びｔ３）。すると、コンパレータ１００８の出力は高電位から低電位に転換する。
制御部９０４はこのコンパレータ１００８の出力を受けると、スイッチ回路９０２を制御して次の導体へ切り換えを行い、上記の動作を繰り返して各導体の静電容量の計測を行う。

ところで、図１１に示す時刻ｔ０からｔ１までの電圧下降の傾き、及び時刻ｔ１以降の電圧上昇の傾きは、スイッチトキャパシタが形成する等価抵抗によって変化する。すなわち、指１０５が導体に近接しておらず、可変容量コンデンサＣｖの静電容量が増加していないときは、可変容量コンデンサＣｖの等価抵抗値は指１０５が近接しているときより大きい。したがって、参照用コンデンサＣ１００６の放電（図１１のｔ０からｔ１）は緩やかになり、蓄電は急峻になる（ｔ１からｔ２）。その結果、図１１の点線で示すグラフのように、参照用コンデンサＣ１００６の端子間電圧が再びＶｒｅｆに至るまでの時間は短くなる。
これに対し、指１０５が導体に近接して、可変容量コンデンサＣｖの静電容量が増加しているときは、可変容量コンデンサＣｖの等価抵抗値は小さくなる。したがって、参照用コンデンサＣ１００６の放電は急峻になり（ｔ０からｔ１）、蓄電は緩やかになる（ｔ１からｔ３）。その結果、図１１の実線のグラフに示すように、参照用コンデンサＣ１００６の端子間電圧が再びＶｒｅｆに至るまでの時間は長くなる。

時刻ｔ０からｔ１の間の時間を一定の値Ｔにすることにより、可変容量コンデンサＣｖの等価抵抗の変化で、参照用コンデンサＣ１００６の端子間電圧の下降、つまり蓄電量を変化させることができる。そして、その後は参照電圧Ｖｒｅｆに至るまでの時間、つまりｔ１からｔ２或はｔ３の時間を計測することで、可変容量コンデンサＣｖの等価抵抗の変化、すなわち可変容量コンデンサＣｖの静電容量の変化を検出することができる。

そして、制御部９０４は、所定のクロックを用いて、時間Ｔをカウンタで定め、時刻ｔ１からｔ２或はｔ３の間の時間をカウンタで計測する。この計測結果を、第一の導体３０２、第二の導体３０３及び第三の導体３０４の全ての導体に対して実行すると、各導体の計測値が得られる。この計測値は可変容量コンデンサＣｖの静電容量に応じて増減する値となるので、指１０５が近接している導体における計測値は高くなり、近接していない導体における計測値は低くなる。

次に、位置検出装置１０２の制御部９０４が出力する位置検出平面データを図１２を参照して説明する。この図１２は、制御部９０４が出力する位置検出平面データを時間軸上で表現する概略図である。
位置検出装置１０２の制御部９０４は、第一の導体３０２、第二の導体３０３及び第三の導体３０４の各導体の計測値に、ヘッダ情報を付加して送出する。すなわち、制御部９０４から出力される位置検出平面データは、第一の導体３０２のヘッダ情報である縦電極ヘッダ１２０２と、第二の導体３０３のヘッダ情報である横電極ヘッダ１２０３と、第三の導体のヘッダ情報である斜め電極ヘッダ１２０４と、第一乃至第三の導体３０２，３０３，３０４の各導体の計測値とからなり、第一の導体３０２、第二の導体３０３、第三の導体３０４の順に出力される。具体的には、第一の導体３０２がｍ本、第二の導体３０３がｎ本、第三の導体がｐ本の導体でそれぞれ構成されているとすると、制御部９０４は、まず縦電極ヘッダ１２０３を送出し、この縦電極ヘッダ１２０３に続いて第一の導体３０２を構成する各導体の計測値である第一計測値、第二の計測値…第ｍ計測値を送出する。この第ｍ計測値に続いて横電極ヘッダ１２０３を送出し、この横電極ヘッダ１２０３に続いて第二の導体３０３を構成する各導体の計測値である第一計測値、第二計測値…第ｎ計測値を送出し、同様に、この第ｎ計測値に続いて斜め電極ヘッダ１２０４を送出し、この斜め電極ヘッダ１２０４に続いて、第三の導体３０４を構成する各導体の計測値である第一計測値、第二計測値、…第ｐ計測値を送出する。

次に、位置算出部１０９の構成について、図１３を参照して説明する。なお、この位置算出部１０９は、パソコン１０３側のデバイスドライバによって実現される機能である。
この図１３に示すように、位置算出部１０９は、記憶部１３０２と、重心演算部１３０３と、座標演算部１３０４とから構成される。位置検出装置１０２の制御部９０４から出力された位置検出平面データは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）よりなる記憶部１３０２に一旦蓄積される。
重心演算部１３０３は、位置検出平面データのうちの第一の導体３０２のデータが揃った時、及び第二の導体３０３のデータが揃った時に、第一及び第二の導体３０２，３０３のそれぞれのデータについて重心演算を行い、第一の導体３０２及び第二の導体３０３にそれぞれ最大二点の位置データを演算し、その演算結果を後段の座標演算部１３０４に出力する。
座標演算部１３０４は、重心演算部１３０３から得られた演算結果、つまり第一の導体３０２及び第二の導体３０３にそれぞれ最大二点の位置データを受けて、指１０５の位置を算出する。その際、指１０５が２本あるときには、記憶部１３０２に格納されている位置検出平面データのうちの第三の導体３０４のデータを用いて、真の指１０５の位置を確定する。

次に、位置算出部１０９の動作処理を図１４に示すフローチャートを参照して説明する。
位置検出部１０９は処理を開始すると（Ｓ１４０１）、重心演算部１３０３が記憶部１３０２内のデータの蓄積状態を見て、第一の導体３０２のデータが全て揃ったか否かを確認する（Ｓ１４０２）。この処理は第一の導体３０２のデータが全て揃うまで繰り返される。

第一の導体３０２のデータが全て揃ったら（Ｓ１４０２のＹＥＳ）、重心演算部１３０３は第一の導体３０２に対する重心演算を行う（Ｓ１４０３）。
次に、重心演算部１３０３は記憶部１３０２内のデータの蓄積状態を見て、第二の導体３０３のデータが全て揃ったか否かを確認する（Ｓ１４０４）。この処理は第二の導体３０３のデータが全て揃うまで繰り返される。第二の導体３０３のデータが全て揃ったら（Ｓ１４０４のＹＥＳ）、重心演算部１３０３は第二の導体３０３に対する重心演算を行う（Ｓ１４０５）。

第一の導体３０２の重心演算と第二の導体３０３の重心演算が完了すると、座標演算部１３０４は先ず、指１０５がセンサ１０６上に存在するか否かを判定する（Ｓ１４０６）。もし、指１０５が存在しているならば（Ｓ１４０６のＹＥＳ）、次に座標演算部１３０４は、第一の導体３０２の重心あるいは第二の導体３０３の重心が二箇所存在するか、つまり指１０５が２本あるか否かを判定する（Ｓ１４０７）。指１０５が２本存在する場合は（Ｓ１４０７のＹＥＳ）、座標演算部１３０４は指１０５の存在する位置を確定するための指候補確定処理を実行する（Ｓ１４０８）。そして、一連の処理を終了し（Ｓ１４０９）、ステップＳ１４０１に戻り、再度上記処理を繰り返す。

一方、指１０５がセンサ１０６上に存在しない場合（Ｓ１４０６のＮＯ）は、座標演算部１３０４は、指１０５が存在しない旨を示すデータを出力して（Ｓ１４１０）、処理を終了し（Ｓ１４０９）、ステップＳ１４０１に戻り、再度上記処理を繰り返す。
同様に、指１０５が一本のみ存在する場合（Ｓ１４０７のＮＯ）は、座標演算部１３０４は、指候補確定処理を実行せずに一本のみの指１０５の存在を示すデータを出力して（Ｓ１４１１）、処理を終了し（Ｓ１４０９）、ステップＳ１４０１に戻り、再度上記処理を繰り返す。

次に、上記図１４のフローチャートにおける座標演算部１３０４によって実行される指候補確定処理（Ｓ１４０８）について、図１５〜図１８を参照して説明する。ここで、図１５は、座標演算部１３０４によって実行される指候補確定処理のフローチャート、図１６は、指が存在する点と、斜め電極の角度と電極間距離との関係を示す図であり、図１７は、指が座標Ａ，Ｂに存在する場合に第一及び第二の導体から得られた計測値に基づいて重心演算をした結果と、真に指が存在する座標Ａ，Ｂにおける第三の導体から得られた計測値との関係を模式的に示す図である。そして、図１８は、指が座標Ａ，Ｂに存在する場合に第一及び第二の導体から得られた計測値に基づいて重心演算をした結果と、本来は指が近接していない座標Ａ’，Ｂ’における第三の導体から得られた計測値との関係を模式的に示す図である。なお、以下の説明においては、説明の便宜のため、図１７及び図１８に示すように、指１０５が座標Ａ（Ｘ１，Ｙ１）及び座標Ｂ（Ｘ２，Ｙ２）に近接しているものとして説明する。
指１０５が図１７及び図１８に示す座標Ａ，Ｂに存在する場合、縦電極重心演算Ｓ１４０２及び横電極重心演算Ｓ１４０５を行うと、それぞれ値Ｘ１，Ｘ２及びＹ１，Ｙ２を得る。この演算結果を得て、座標演算部１３０４は、真に指１０５が存在する可能性がある座標である座標Ａ（Ｘ１，Ｙ１）及び座標Ｂ（Ｘ２，Ｙ２）、座標Ａ’（Ｘ１，Ｙ２）及び座標Ｂ’（Ｘ２，Ｙ１）から２点の座標を特定する演算を行う。
具体的には、座標演算部１３０４は処理を開始すると（Ｓ１５０１）、四つの座標Ａ，Ａ’，Ｂ及びＢ’について、それぞれ第三の導体３０４の候補番号を計算する（Ｓ１５０２）。この計算は、各座標Ａ，Ａ’，Ｂ及びＢ’について以下の演算を行う。

Ｚ＝（ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ）÷ｄ
ｘ：縦重心演算により得られた演算結果
ｙ：横重心演算により得られた演算結果
θ：第三の導体３０４のｘ軸に対する角度
ｄ：第三の導体３０４の導体間距離
Ｚ：第三の導体３０４の番号

上記の式は、図１６に示す、指１０５が存在する点と、第三の導体３０４の角度と導体間距離との関係を示す図から明らかである。

次いで座標演算部１３０４は、上記の式に基づき、以下の計算を実行する。

Ｚａ＝（Ｘ１ｓｉｎθ＋Ｙ１ｃｏｓθ）÷ｄ
Ｚｂ＝（Ｘ２ｓｉｎθ＋Ｙ２ｃｏｓθ）÷ｄ
Ｚａ’＝（Ｘ１ｓｉｎθ＋Ｙ２ｃｏｓθ）÷ｄ
Ｚｂ’＝（Ｘ２ｓｉｎθ＋Ｙ１ｃｏｓθ）÷ｄ
Ｚａ，Ｚｂ，Ｚａ’，Ｚｂ’：第三の導体３０４の番号

上記の式のＺａとＺｂの組み合わせを第一候補とし、Ｚａ’とＺｂ’の組み合わせを第二候補とする。
次に、座標演算部１３０４は、記憶部１３０２内のデータの蓄積状態を見て、第三の導体３０４のデータが全て揃ったか否かを確認する（Ｓ１５０３）。この処理は第三の導体３０４のデータが全て揃うまで繰り返される。
第三の導体３０４のデータが全て揃ったら（Ｓ１５０３のＹＥＳ）、座標演算部１３０４は第一候補に基づく第三の導体３０４の計測値に基づく演算と、第二候補に基づく第三の導体３０４の計測値に基づく演算とを実行する（Ｓ１５０４）。具体的には、以下の演算を行う。

第一候補について：
Ｖｔ＝Ｖ（Ｚａ）＋βＶ（Ｚａ＋１）＋βＶ（Ｚａ−１）
＋Ｖ（Ｚｂ）＋βＶ（Ｚｂ＋１）＋βＶ（Ｚｂ−１）
第二候補について：
Ｖｔ’＝Ｖ（Ｚａ’）＋βＶ（Ｚａ’＋１）＋βＶ（Ｚａ’−１）
＋Ｖ（Ｚｂ’）＋βＶ（Ｚｂ’＋１）＋βＶ（Ｚｂ’−１）
Ｖ（Ｚａ）：Ｚａ番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ＋１）：Ｚａ＋１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ−１）：Ｚａ−１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚｂ）：Ｚｂ番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚｂ＋１）：Ｚｂ＋１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚｂ−１）：Ｚｂ−１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ’）：Ｚａ’番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ’＋１）：Ｚａ’＋１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ’−１）：Ｚａ’−１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚｂ’）：Ｚｂ’番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚｂ’＋１）：Ｚｂ’＋１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚｂ’−１）：Ｚｂ’−１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖｔ：第一候補の演算値
Ｖｔ’：第二候補の演算値

次に、座標演算部１３０４は、上述の演算によって求めた第一候補の演算値Ｖｔと第二候補の演算値Ｖｔ’を比較する（Ｓ１５０５）。この比較の結果、第一候補の演算値Ｖｔが第二候補の演算値Ｖｔ’より大きければ（Ｓ１５０５のＹＥＳ）、第一候補に相当する２点の座標データ、つまり（Ｘ１，Ｙ１）と（Ｘ２，Ｙ２）を出力する（Ｓ１５０６）。
逆に、第二候補の演算値Ｖｔ’が第一候補の演算値Ｖｔより大きければ（Ｓ１５０５のＮＯ）、第二候補に相当する２点の座標データ、つまり（Ｘ１，Ｙ２）と（Ｘ２，Ｙ１）を出力する（Ｓ１５０７）。そして、一連の処理を終了する（Ｓ１５０８）。

図３乃至図７に示した本実施形態の場合、第三の導体３０４のｘ軸に対する角度θは、４５°である。従って、ステップＳ１５０２の計算は、以下の式になる。

Ｚ＝（ｘ／√２＋ｙ／√２）÷ｄ

なお、本発明においては第一候補の演算値Ｖｔと第二候補の演算値Ｖｔ’の大小関係を比較して、いずれが大きいかを判定すればよいので、上記の計算式の代わりに以下の式で演算処理をすれば良い。

Ｚ’＝（ｘ＋ｙ）÷ｄ

本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
（１）図１５のステップＳ１５０２にて、第三の導体３０４の候補番号を計算した結果、第一候補の導体番号ＺａとＺｂ、或は第二候補の導体番号Ｚａ’とＺｂ’が等しくなる場合がある。つまり、同じ第三の導体３０４に二本の指が位置する場合である。このような場合、当該第三の導体３０４の計測値が増えるので、ステップＳ１５０４の演算の際、合計値を用いない演算処理に代えることができる。具体的には、以下の演算式を実行する。

第一候補のＺａとＺｂが等しい場合：
Ｖｔ＝Ｖ（Ｚａ）＋βＶ（Ｚａ＋１）＋βＶ（Ｚａ−１）
第二候補のＺａ’とＺｂ’が等しい場合：
Ｖｔ’＝Ｖ（Ｚａ’）＋βＶ（Ｚａ’＋１）＋βＶ（Ｚａ’−１）
Ｖ（Ｚａ）：Ｚａ番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ＋１）：Ｚａ＋１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ−１）：Ｚａ−１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ’）：Ｚａ’番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ’＋１）：Ｚａ’＋１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖ（Ｚａ’−１）：Ｚａ’−１番目の第三の導体３０４の計測値
Ｖｔ：第一候補の演算値
Ｖｔ’：第二候補の演算値

（２）第三の導体３０４の角度は、図３乃至図７に開示したような、４５°に限定されるものではない。第一の導体３０２及び第二の導体３０３とはそれぞれ異なる角度で並べられる導体であればよい。

本実施形態においては、位置検出装置と、これに接続されるパソコンで構成される情報処理装置を開示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施例におけるパソコンに位置算出部を内蔵しても良い。
以上のように、本発明は従来の電極線検出方方式では特定できなかった二本の指の位置を、斜め導体を追加することにより、二本の指の位置を確定することができるようにした。その結果、安価な構成の位置検出装置で、複数の指を検出する（マルチタッチ）位置検出装置を提供することができる。

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。

１０１…情報処理装置、１０２…位置検出装置、１０３…パソコン、１０４…ケーブル、１０５…指、１０６…センサ、１０７…筐体、１０８…上ケース、１０９…位置算出部、２０２…信号処理回路、３０１…検出領域、３０２…第一の導体、３０３…第二の導体、３０４…第三の導体、３０５…絶縁塗料、３０６…絶縁塗料、３０７…絶縁塗料、９０２…スイッチ回路、９０３…容量検出部、９０４…制御部、１００２…第一のスイッチ、１００３…第二のスイッチ、１００４…第三のスイッチ、１００５…定電流回路、Ｃ１００６…参照用コンデンサ、Ｃｖ…可変容量コンデンサ、１００７…ローパスフィルタ、１００８…コンパレータ、Ｒ１００９…抵抗、１２０２…縦電極ヘッダ、１２０３…横電極ヘッダ、１２０４…電極ヘッダ、１３０２…記憶部、１３０３…重心演算部、１３０４…座標演算部

Claims (13)

1. 指示体によって指示された位置を検出するためのセンサを備えた位置検出装置であって、
   前記センサは、
   第一の方向に平行に設けられた複数の第一の導体と、
   第二の方向に平行に設けられた複数の第二の導体と、
   第三の方向に平行に設けられた複数の第三の導体と、
   を有し、
   前記第一乃至第三の導体は互いが異なる方向となるように配置されるとともに、前記第一の導体により形成される平面と、前記第二の導体により形成される平面と、前記第三の導体により形成される平面とが重畳された配置関係となるように前記複数の第一乃至第三の導体が配置された構成を備えている、
   位置検出装置。
2. 前記第一の方向に対し前記第二の方向は直交する関係を備えている、
   請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記第一の方向に対し前記第三の方向は４５度の角度とされた、
   請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記第一乃至第三の導体のうち、少なくともいずれか２つの導体に所定の信号が供給されるとともに、該供給された信号に対応して前記第一乃至第三の導体のうちのいずれか２つの導体から得られた出力信号に基づいて前記指示体の指示位置を求めるようにした、
   請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記所定の信号は前記第一及び第二の導体に供給されるとともに、前記指示体との相互作用によって前記第一及び第二の導体に生じる検出信号の変化に基づいて前記指示体の指示位置を求めるようにした、
   請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記第一乃至第三の導体に前記所定の信号が供給され、前記第一及び第二の導体に生じる検出信号の各々に基づいて、前記指示体によって指示される位置が複数存在することが検出された場合には、前記第三の導体に生じる検出信号を用いて前記指示体の実指示位置を求めるようにした、
   請求項１に記載の位置検出装置。
7. 前記第一乃至第三の導体への前記所定の信号の供給と、前記指示体との相互作用による前記第一乃至第三の導体に生じる検出信号の変化に基づく前記指示体の指示位置の取得とは同時的に行われるようにした、
   請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記指示体によって指示された位置を検出するための前記センサは、前記指示体によって位置が指示される一方の面に対して最も近傍に前記第三の導体が配置されている、
   請求項６または７に記載の位置検出装置。
9. 位置検出装置に用いられ、指示体によって指示された位置を検出するためのセンサであって、
   前記センサは、
   第一の方向に平行に設けられた複数の第一の導体と、
   第二の方向に平行に設けられた複数の第二の導体と、
   第三の方向に平行に設けられた複数の第三の導体と、
   を有し、
   前記第一乃至第三の導体は互いが異なる方向となるように配置されるとともに、前記第一の導体により形成される平面と、前記第二の導体により形成される平面と、前記第三の導体により形成される平面とが重畳された配置関係となるように前記複数の第一乃至第三の導体が配置された構成を備えている、
   センサ。
10. 指示体によって指示された位置を検出するためのセンサを備えた位置検出方法であって、
    前記センサは、
    第一の方向に平行に設けられた複数の第一の導体と、
    第二の方向に平行に設けられた複数の第二の導体と、
    第三の方向に平行に設けられた複数の第三の導体と、
    を有し、
    前記第一乃至第三の導体は互いが異なる方向となるように配置されるとともに、前記第一の導体により形成される平面と、前記第二の導体により形成される平面と、前記第三の導体により形成される平面とが重畳された配置関係となるように前記複数の第一乃至第三の導体が配置された構成を備えており、
    前記第一乃至第三の導体のうち、少なくともいずれか２つの導体に所定の信号が供給され、
    該供給された信号に対応して前記第一乃至第三の導体のうちのいずれか２つの導体から得られた出力信号に基づいて前記指示体の指示位置を求めるようにした、
    位置検出方法。
11. 前記所定の信号は前記第一及び第二の導体に供給されるとともに、前記指示体との相互作用によって前記第一及び第二の導体に生じる検出信号の変化に基づいて前記指示体の指示位置を求めるようにした、
    請求項１０の位置検出方法。
12. 前記第一乃至第三の導体に前記所定の信号が供給され、前記第一及び第二の導体に生じる検出信号の各々に基づいて、前記指示体によって指示される位置が複数存在することが検出された場合には、前記第三の導体に生じる検出信号を用いて前記指示体の実指示位置を求めるようにした、
    請求項１０の位置検出方法。
13. 前記第一乃至第三の導体への前記所定の信号の供給と、前記指示体との相互作用による前記第一乃至第三の導体に生じる検出信号の変化に基づく前記指示体の指示位置の取得とは同時的に行われるようにした、
    請求項１０の位置検出方法。

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