JP2012043275A - 静電容量式の入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境変化に基づく補正検知信号を得る補正電極が設けられ、駆動電極と補正電極が共通の駆動部で駆動される静電容量式の入力装置を提供する。
【解決手段】 指で操作される操作面２に、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８が設けられている。操作面２を操作する指の影響を受けない場所に補正電極３と補正検出電極４が対向して設けられている。Ｘ駆動部１１によってＸ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５に順番に駆動電圧が印加されるとともに、補正電極３にも電圧が印加される。指の接触位置を検知する入力検知信号と、環境変化に基づいて変動する補正検出電極４から得られる補正検知信号が、同じ検出部１３で検出され、データ処理部１４において、補正検知信号で入力検知信号が補正される。
【選択図】図１

Description

本発明は、人の指で操作されたときに、指と駆動電極との間に形成される静電容量に応じた入力検知信号が得られる静電容量式の入力装置に係り、特に、指の影響が無い位置に補正電極が設けられて、環境の変化に応じた静電容量の変動を補正できるようにした静電容量式の入力装置に関する。

静電容量式の入力装置は、複数の駆動電極を備えている。接地電位に近い導電体である人の指が駆動電極に接近し、指と駆動電極との間に静電容量が形成されると、駆動電極に駆動電圧が印加されたときに流れる電流が変化したり、電圧の立ち上がりに遅延が生じ、これらの変化を検知することで指で操作されたことを認識できる。

指と駆動電極との間に形成される静電容量はわずかな値であるため、静電容量式の入力装置は、外部ノイズや、温度や湿度の上昇などによる環境変化により誤動作が生じやすい問題点を有している。

以下の特許文献１に記載された静電容量式近接センサは、検知電極を供えたセンサ部と、検知電極と指との間の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路が設けられているとともに、減算電圧発生回路から得られる減算電圧を前記検知信号から減算して校正後検知信号を出力する減算回路が設けられている。この減算処理で、温度や湿度変化による検知信号の変動を相殺するというものである。

特許文献２に記載された入力装置は、操作部に複数の入力用電極を備えた入力用静電センサが設けられている。入力用電極に指が接近すると、入力用電極と指との間に形成される静電容量の影響で、パルス状に与えられる駆動電圧の立ち上がりに遅延が発生する。この立ち上がりの遅延を検知することで、どの入力用電極に指が接近したかを識別できるようにしている。また、指の影響を受けない領域にノイズ検出用静電センサが設けられており、ノイズ検出用静電センサで検知した外部ノイズで、入力用静電センサの検知出力を補正できるようにしている。

特開２００６−１７７８３８号公報 特開２００７−１３４３２号公報

特許文献１に記載された静電容量式近接センサは、センサ部から得られた検知信号を校正するための減算電圧が減算電圧発生回路で生成される。減算電圧発生回路はボリュームやＤＡコンバータで構成されている。あるいは、温度・湿度センサの検出値を利用して減算電圧発生回路で減算電圧が生成される。

減算電圧発生回路で生成される減算電圧は、センサ部からの検知信号に重畳するノイズと直接に関連していないため、センサ部の使用環境の変動に対して減算電圧を正確に追従させるのが困難であり、高い精度の校正を期待することができない。

特許文献２に記載された入力装置は、入力用電極と並んで設けられたノイズ検出用電極でノイズを検知して、入力用静電センサの検知出力を補正しようというものであるが、入力用静電センサと、ノイズ検出用静電センサとが別々の回路で駆動されているため、回路構成が複雑になる。

また、入力用電極に電圧を与えるためのクロック信号と、ノイズ検出用電極に電圧を与えるためのクロック信号との周期が相違しているため、入力用静電センサの検知出力に重畳するノイズ成分と、ノイズ検出用静電センサに重畳するノイズ成分を、同じ条件の下で検知することができない。そのため、検知信号のノイズの除去のためにさらなる補正が必要となることがある。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、少ない回路負担で、環境変化などに基づく入力検知信号の変動を補正できるようにした静電容量式の入力装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、駆動電極に駆動電圧を印加して得られる入力検知信号と、補正電極に駆動電圧を印加して得られる補正検知信号とを、同等の条件の下で得られるようにして、入力検知信号を補正する精度を高めることが可能な静電容量式の入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、人の指で操作される操作面と、前記操作面に触れた指との間で静電容量が形成される複数の駆動電極とが設けられ、それぞれの駆動電極に駆動電圧が印加され、駆動電圧が印加された駆動電極に指が接近したときの電圧変化または電流変化が入力検知信号として検出される静電容量式の入力装置において、
前記操作面から離れた位置に設けられた補正電極と、前記駆動電極と前記補正電極の双方に駆動電圧を印加する共通の駆動部と、前記補正電極に駆動電圧が印加されたときの電圧変化または電流変化である補正検知信号と前記入力検知信号の双方を検知する共通の検出部とが設けられ、前記補正検知信号に基づいて前記入力検知信号が補正されることを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、駆動電極と補正電極に対して共通の駆動部から駆動電圧が与えられ、入力検知信号と補正検知信号が共通の検出部で検知される。駆動部と検出部とを共通にすることで、回路構成を簡単にすることができる。

本発明は、前記駆動部から、それぞれの駆動電極と前記補正電極に対して、同じ時間長の駆動電圧が与えられることが好ましい。さらに好ましくは、前記駆動部から、それぞれの駆動電極と前記補正電極に対して、同じ時間長の駆動電圧が同じ周期で順番に与えられる。

駆動電極と補正電極に同じ時間長の駆動電圧が与えられると、駆動電極による検知動作と補正電極による検知動作を近似した条件の下で行うことができ、補正電極を駆動して得られた補正検知信号で、入力検知信号を高い精度で補正できるようになる。

本発明は、前記操作面に、複数の駆動電極と、それぞれの駆動電極と間隔を空けた複数の検出電極とが設けられるとともに、前記補正電極と対向する補正検出電極が設けられ、前記検出電極と前記補正検出電極とが互いに接続されており、複数の駆動電極に駆動電圧が与えられたときに、前記検出電極から前記入力検知信号が得られ、前記補正電極に駆動電圧が与えられたときに、前記補正検出電極から前記補正検知信号が得られるものとして構成できる。

この場合に、ひとつの検出電極とこれに隣接する駆動電極との間で形成される静電容量と、前記補正電極と前記補正検出電極との間の静電容量とが、ほぼ一致していることが好ましい。

上記のように静電容量を一致させておくと、入力検知信号と近似した条件の下で補正検知信号を得ることができ、補正検知信号で、入力検知信号を高い精度で補正できるようになる。

または、本発明は、互いに平行に延びる複数のＸ電極と、前記Ｘ電極と直交する向きで互いに平行に延びる複数のＹ電極を有し、Ｘ電極とＹ電極の一方が前記駆動電極となって駆動電圧が印加されるときに他方が前記検出電極として機能するものであり、Ｘ電極とＹ電極のいずれか一方とともに前記補正電極に駆動電圧が与えられるものである。

さらに本発明は、前記操作面に、同じ面積の複数の駆動電極が並んで配置され、前記補正電極が前記駆動電極と同じ面積で形成されており、前記駆動部から、それぞれの駆動電極および前記補正電極に駆動電圧が印加され、それぞれの駆動電極から入力検知信号が得られ、前記補正電極から補正検知信号が得られるものとして構成できる。

上記構成において、補正電極と駆動電極を同じ面積で形成することで、入力検知信号と近似した条件の下で補正検知信号を得ることができ、補正検知信号で、入力検知信号を高い精度で補正できるようになる。

本発明は、駆動電極と補正電極を駆動する駆動部が共通で、入力検知信号と補正検知信号も共通の検出部で検知されるため、回路構成を簡単にでき、入力検知用と補正検知用とを共通のＩＣで制御できるようになる。

また、入力検知信号と補正検知信号を近似した条件の下で検知できるようになり、入力検知信号を補正する精度を高くできる。

本発明の第１の実施の形態の静電容量式の入力装置を示す説明図、 図１に示す入力装置の検知出力を電流変化で示す説明図、 本発明の第２の実施の形態の静電容量式の入力装置を示す説明図、 本発明の第３の実施の形態の静電容量式の入力装置を示す説明図、 図４に示す入力装置の駆動・検出部の回路構成図、 図４，５に示す入力装置の検知出力を電圧変化で示す説明図、 入力検知信号と補正検知信号の一例を示す説明図、 入力検知信号と補正検知信号の一例を示す説明図、 入力装置が筐体に組み込まれた構造を示す説明図、 入力装置が筐体に組み込まれた構造を示す説明図、

図１に示す第１の実施の形態の静電容量式の入力装置１は、一定の面積を有する操作面２を有している。操作面２は比較的薄い合成樹脂の表面層で覆われており、その下に電極が設けられている。前記表面層の厚さは、操作面２の表面に触れた人の指と電極との間に検知可能な静電容量が形成できるように設定されている。

操作面２の表面層の下に、Ｘ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５が設けられている。Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５は、Ｙ方向に向けて直線的に延び、Ｘ方向に一定の間隔を空けて平行に設けられている。同じく操作面２の表面層の下に、複数のＹ駆動電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８が設けられている。Ｙ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８は、Ｘ方向に向けて直線的に延び、Ｙ方向に一定の間隔を空けて平行に設けられている。Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８は、互いに直交している。Ｘ駆動電極とＹ駆動電極は、薄い絶縁層を介して重ねられており、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８は互いに絶縁されている。

Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５が形成されている面に、複数の検出電極Ｓ１が設けられている。複数の検出電極Ｓ１は、隣り合うＸ駆動電極の間においてＹ方向に向けて直線的に延びている。それぞれの検出電極Ｓ１はＸ方向に一定の間隔を空けて平行に設けられている。それぞれの検出電極Ｓ１は、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５と平行であり、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５と均一な距離を保って配置されている。なお、検出電極Ｓ１が、Ｙ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８が形成されている面において、隣り合うＹ駆動電極の間に設けられていてもよい。

Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８ならびに検出電極Ｓ１は、金、銀、銅などの低抵抗の導電性材料で形成されている。操作面２の奥側にカラー液晶パネルなどが配置されている機器では、操作面２を形成している各層が透明であり、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８ならびに検出電極Ｓ１が、ＩＴＯなどの透明電極材料で形成されている。

図１に示す入力装置１は、操作面２から離れた位置に、すなわち操作面２に接する人の指との間で実質的に静電容量を形成できない箇所に、補正電極３と補正検出電極４とが対向して設けられている。

入力装置１はＸ駆動部１１を有している。Ｘ駆動部１１は、６個の駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）を順番に駆動する。５個の駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、Ｘ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に個別に接続されており、１個の駆動ライン（ｆ）が、補正電極３に接続されている。よって、Ｘ駆動部１１から、Ｘ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５、ならびに補正電極３の順で順番に駆動電圧が与えられる。

駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）には、図２（Ａ）に示す矩形波で変化する駆動電圧Ｖｐが順番に与えられる。それぞれの駆動ラインに印加される駆動電圧Ｖｐの時間長は同じであり、駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）に与えられる駆動電圧Ｖｐの周期も同じである。駆動電圧の時間長は１ｍｓあるいはそれ未満であり、周期は２ｍｓあるいはそれ未満である。

入力装置１はＹ駆動部１２を有している。Ｙ駆動部１２は、８個の駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ）を順番に駆動する。駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ）は、Ｙ駆動電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８に個別に接続されている。

Ｙ駆動部１２から駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ）に、矩形波で変化する駆動電圧Ｖｐが順番に与えられる。Ｙ駆動部１２から与えられる駆動電圧の時間長は１ｍｓあるいはそれ未満であり、周期は２ｍｓあるいはそれ未満である。

駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）と駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ）では、いずれかの駆動ラインに駆動電圧Ｖｐが印加されているときに他の駆動ラインに駆動電圧Ｖｐが印加されない。例えば、駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）の順番で駆動電圧Ｖｐが印加され、これに続いて、駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ）の順番で駆動電圧Ｖｐが印加され、これが繰り返される。なお、駆動電圧Ｖｐが印加されてない駆動ラインは接地電位に切り換えられることが好ましい。

図１に示すように、複数の検出電極Ｓ１は互いに接続されて、共通の検出ラインＳａに集約され、さらに補正検出電極４も検出ラインＳａに接続されている。検出ラインＳａは検出部１３に接続されている。検出部１３で検出された検知信号はデータ処理部１４に与えられる。Ｘ駆動部１１とＹ駆動部１２の駆動タイミングはデータ処理部１４によって制御される。Ｘ駆動部１１とＹ駆動部１２および検出部１３とデータ処理部１４さらにはＡ／Ｄ変換部や駆動電力を切換える切換え回路などは、同じＩＣパッケージ内に納められている。

図１に示す入力装置１の動作について説明する。
Ｘ駆動部１１とＹ駆動部１２から各駆動ライン（ａ）（ｂ）・・・（ｍ）（ｎ）に順番に、図２（Ａ）に示す矩形波で変化する駆動電圧Ｖｐが印加される。駆動電圧Ｖｐは、Ｘ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５および補正電極３の順番で与えられ、その後、Ｙ駆動電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８の順番で与えられる。

図２（Ａ）では、（１）がＸ駆動電極Ｘ１に印加される駆動電圧、（２）がＸ駆動電極Ｘ２に印加される駆動電圧、（３）がＸ駆動電極Ｘ３に印加される駆動電圧である。さらに、（４）がＸ駆動電極Ｘ４に、（５）がＸ駆動電極Ｘ５に、（６）が補正電極３に印加される電圧である。その後は、駆動電圧Ｖｐが、Ｙ駆動電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・に順番に印加される。

図２（Ａ）に示すように、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５と補正電極３およびＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８に与えられる駆動電圧Ｖｐの大きさと時間長ならびに周期は全て同じである。

Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５と補正電極３およびＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８に順番に駆動電圧Ｖｐが印加されると、図２（Ｂ）に示すように、検出部１３において、検出ラインＳａの電流の変化が検知信号として検知される。

Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５のそれぞれと検出電極Ｓ１との間に静電容量が形成され、Ｙ駆動電極Ｙ１〜Ｙ８のそれぞれと検出電極Ｓ１との間に静電容量が形成されている。

したがって、図２（Ｂ）に示すように（１）において、Ｘ駆動電極Ｘ１に矩形波の駆動電圧Ｖｐが印加されると、その立ち上がりのタイミングで検出電極Ｓ１にプラスの電流＋Ｓｉが流れ、Ｘ駆動電極Ｘ１に印加される駆動電圧Ｖｐの立下りのタイミングで検出電極Ｓ１にマイナスの電流−Ｓｉが流れる。操作面２に指が触れておらず且つ環境変化やノイズが無いときは、電流＋Ｓｉと−Ｓｉは一定である。

図２（Ａ）に示す（５）のタイミングで、Ｘ駆動電極Ｘ５に駆動電圧Ｖｐが印加されたときに、Ｘ駆動電極Ｘ５の付近で操作面２に指が触れていると、接地電位の指が広い面積でＸ駆動電極Ｘ５に対向しているため、Ｘ駆動電極Ｘ５に印加される駆動電圧Ｖｐの立ち上がり時と立ち下がり時に多くの電流が指に流れることになり、検出ラインＳａに流れる電流＋Ｓｉと−Ｓｉが減少する。

検出部１３では、検出ラインＳａのプラス側の電流＋Ｓｉまたはマイナスの電流−Ｓｉを加算しさらに平滑化するなどして入力検知信号が得られ、この入力検知信号がデータ処理部１４に与えられる。データ処理部１４では、どの駆動電極に駆動電圧Ｖｐが与えられているかの情報と、検出部１３から得られる入力検知信号とから、操作面２のどの位置に指が触れているかを判別できる。

図１に示す入力装置１は、操作面２に接触する指の影響を受けない位置に補正電極３と補正検出電極４が設けられている。Ｘ駆動部１１から駆動ライン（ａ）〜（ｆ）に順番に駆動電圧Ｖｐが印加されるため、Ｘ駆動電極Ｘ５の次に補正電極３に駆動電圧Ｖｐが与えられる。

補正電極３に駆動電圧Ｖｐが与えられると、補正検出電極４に電流＋Ｓｉと−Ｓｉが流れ、この電流が検出ラインＳａを経て検出部１３で検知される。検出部１３では、この電流の絶対値を加算し平滑化することで補正検知信号が得られ、補正検知信号がデータ処理部１４に与えられる。

入力装置１が搭載されている電子機器の使用環境が変化し、湿度や温度が変化すると、補正電極３と補正検出電極４との間の静電容量が変動し、前記補正検知信号が変動する。

データ処理部１４では、駆動ライン（ｆ）に駆動電圧Ｖｐが印加されているときに検出部１３から得られる補正検知信号を監視する。補正検知信号が予め設定されたしきい値の範囲を超えて変動したら、入力装置１の使用環境が大幅に変化したと判断し、入力検知信号を補正する。このときの補正動作は、Ｘ駆動電極またはＹ駆動電極に駆動電圧Ｖｐが与えられているときに検出部１３から得られる入力検知信号から補正検知信号の変動分を相殺することなどで行われる。

補正電極３と補正検出電極４との間の静電容量は、ひとつのＸ駆動電極とその両側に位置する検出電極Ｓ１との間の静電容量とほぼ一致し、且つひとつのＹ駆動電極とこれに対向する複数の検出電極Ｓ１との間の静電容量とほぼ一致するように調整されていることが好ましい。本明細書において、静電容量がほぼ一致するとは、その単位の桁が同じであることを意味しており、すなわち静電容量の違いが１０倍以下であることを意味している。ただし、静電容量の違いが５倍以下であることがさらに好ましい。

静電容量をほぼ一致させておくと、使用環境の変化があったときに、補正検出電極４から得られる補正検知信号と、検出電極Ｓ１から得られる入力検知信号とが近似した条件の下で得られることになる。すなわち、環境の変化が、駆動電極と検出電極Ｓ１との対向部と、補正電極３と補正検出電極４との対向部とに対して同じ桁で影響を与えるようになる。そのため、補正検知信号を使用して、入力検知信号の環境変化に起因する変動を高い精度で補正できるようになる。

図３は本発明の第２の実施の形態の入力装置１０１を示している。
入力装置１０１の操作面２には、合成樹脂の表面層の下側に複数のＸ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５と複数のＹ駆動電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７とが設けられている。Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ７は、互いに絶縁されて直交している。図１に示す入力装置１とは相違し、図３に示す入力装置１０１には、検出電極Ｓ１が設けられていない。

Ｘ駆動・検出部１１１から延びる駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、Ｘ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に個別に接続され、Ｘ駆動・検出部１１１から延びる駆動ライン（ｆ）が補正電極３に接続されている。Ｙ駆動・検出部１１２から延びる駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）は、Ｙ駆動電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７に個別に接続され、Ｙ駆動・検出部１１２から延びる駆動ライン（ｎ）が補正検出電極４に接続されている。

そして、Ｘ駆動・検出部１１１とＹ駆動・検出部１１２は、データ処理部１１４に接続されている。

図３に示す入力装置１０１は、Ｘ駆動・検出部１１１から、駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）に対して、図２（Ａ）に示したのと同じ時間長の駆動電圧Ｖｐが一定の周期で与えられ、その次に、Ｙ駆動・検出部１１２から、駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）に駆動電圧Ｖｐが順番に与えられる。ただし、駆動ライン（ｎ）には、駆動電圧Ｖｐが印加されない。

すなわち、駆動電圧Ｖｐは、Ｘ駆動電極Ｘ１、Ｘ駆動電極Ｘ２、Ｘ駆動電極Ｘ３、Ｘ駆動電極Ｘ４、Ｘ駆動電極Ｘ５、そして補正電極３の順に印加され、その次に、Ｙ駆動電極Ｙ１、Ｙ駆動電極Ｙ２、Ｙ駆動電極Ｙ３、Ｙ駆動電極Ｙ４、Ｙ駆動電極Ｙ５、Ｙ駆動電極Ｙ６、Ｙ駆動電極Ｙ７の順に駆動電圧Ｖｐが印加され、これが繰り返される。

図３に示す入力装置１０１は、Ｘ駆動・検出部１１１から駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）に順番に駆動電圧Ｖｐが印加されているとき、駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ）が、図１に示した検出ラインＳａと同等に機能し、Ｙ駆動・検出部１１２で、全ての駆動ライン（ｇ）〜（ｎ）の電流変化が検出される。一方、Ｙ駆動・検出部１１２から、駆動ライン（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）（ｍ）に順番に駆動電圧Ｖｐが印加されているとき、駆動ライン（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）が、図１に示した検出ラインＳａと同等に機能し、Ｘ駆動・検出部１１１で、全ての駆動ライン（ａ）〜（ｅ）の電流変化が検出される。

Ｘ駆動・検出部１１１からＸ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５に駆動電圧Ｖｐが印加されているときに、Ｙ駆動・検出部１１２で、図２（Ｂ）に示す電流変化が検知されて入力検知信号が生成される。同様に、Ｙ駆動・検出部１１２からＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ７に駆動電圧Ｖｐが印加されているときに、Ｘ駆動・検出部１１１で、図２（Ｂ）に示す電流変化が検知されて入力検知信号が生成される。Ｘ駆動・検出部１１１とＹ駆動・検出部１１２で検知された入力検知信号がデータ処理部１１４に与えられる。

データ処理部１１４では、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５とＹ駆動電極Ｙ１〜Ｙ７のどの駆動電極に駆動電圧Ｖｐが与えられているかの情報と、前記入力検知信号とから、操作面２のどの位置に指が触れているかを検出することができる。

図３に示す入力装置１０１では、Ｘ駆動電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５の次に補正電極３に駆動電圧Ｖｐが印加され、このときの電流変化が補正検出電極４で検出され、Ｙ駆動・検出部１１２において補正検知信号として出力される。

データ処理部１１４は、Ｘ駆動・検出部１１１から駆動ライン（ｆ）に駆動電圧Ｖｐが印加されたときに、Ｙ駆動・検出部１１２で検出される駆動ライン（ｎ）の電流変化に基づく補正検知信号を監視する。この補正検知信号の変動量が予め決められたしきい値を越えたら、入力装置１０１の使用環境の変化が大きいと判断し、補正検知信号で、入力検知信号の変動を補正する。

図３では、Ｘ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５に順番に駆動電圧Ｖｐが印加された後に、補正電極３に駆動電圧Ｖｐが印加されるが、Ｙ駆動電極Ｙ１〜Ｙ７に順番に駆動電圧Ｖｐが印加された後は、駆動ライン（ｎ）に駆動電圧が印加されず、再びＸ駆動電極Ｘ１〜Ｘ５に駆動電圧Ｖｐが順番に印加される。すなわち、補正電極３に対しては駆動ライン（ｆ）のみから駆動電圧Ｖｐが与えられ、駆動ライン（ｎ）は検出ラインとしてのみ使用される。

ただし、Ｙ駆動電極Ｙ１〜Ｙ７に駆動電圧Ｖｐが印加された後に補正検出電極４に駆動電圧Ｖｐが印加され、このときに駆動ライン（ｆ）を検出ラインとして使用し、Ｘ駆動・検出部１１１において、電流変化を検知して補正検知信号を生成してもよい。

図３に示す入力装置１０１においても、補正電極３と補正検出電極４との静電容量が、１つのＸ駆動電極（例えばＸ１）と全てのＹ駆動電極（Ｙ１〜Ｙ７）との間の静電容量にほぼ一致し、また１つのＹ駆動電極（例えばＹ１）と全てのＸ駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）との間の静電容量とほぼ一致していることが好ましい。静電容量がほぼ一致していると、補正電極３と補正検出電極４との対向部で検知される補正検知信号の変動状態と、Ｘ駆動電極とＹ駆動電極との対向部から検出される入力検知信号の変動状態とを、近似した条件の下で検出でき、補正検知信号で入力検知信号を補正するときの精度を高めることができる。

図４は、第３の実施の形態の入力装置２０１を示している。
この入力装置２０１は、操作面２０２において、合成樹脂の表面層の下に複数の駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄが配置されている。駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄは互いに同じ面積で形成されている。また、操作面２０２に触れた指の影響を実質的に受けない領域に、補正電極２０４が設けられている。補正電極２０４は、駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄと同じ厚さの導電性材料で同じ面積に形成されている。

そして、複数の駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄと補正電極２０４に対し、共通の駆動・検出部２１０から駆動電圧Ｖｐが印加されるとともに、検知信号が検出される。

図５に、駆動・検出部２１０の詳細な回路構成が示され、図６に、駆動電圧Ｖｐと検知信号の波形が示されている。

図５に示すように、駆動・検出部２１０には、駆動部２１１が設けられており、駆動部２１１からそれぞれの駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄおよび補正電極２０４に、図６（Ａ）に示す駆動電圧Ｖｐが与えられる。図２（Ａ）と同様に、駆動電圧Ｖｐは、それぞれの駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄおよび補正電極２０４に対して、同じ時間長の矩形波で一定の周期で順番に与えられる。

図５に示すように、それぞれの駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄおよび補正電極２０４と抵抗Ｒ１とによって遅延回路が構成されている。

駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄのいずれにも指が接近していないときは、遅延回路による検出電圧の立ち上がりの変化が、図６（Ａ）においてＳｖ１で示す波形となる。ＡＮＤ回路２１３で、立ち上がり波形Ｓｖ１が所定のしきい値Ｖｓを越えたときの電圧と駆動電圧Ｖｐとが演算されて、図６（Ａ）に示す加算信号Ｓｐ１が得られる。加算信号Ｓｐ１は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とから成る平滑化回路で直流電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換部２１４でディジタル値に変換されて入力検知信号として検出部２１２に与えられる。

駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄのいずれかに指が接近すると、指が接近した駆動電極と接地電位である指との間に大きな静電容量が形成されるために、この静電容量と抵抗Ｒ１とから成る遅延回路を経た検知電圧の立ち上がりが大きく遅延し、検知電圧の変化が図６（Ｂ）においてＳｖ２で示す波形となる。このときの立ち上がり波形Ｓｖ２がしきい値Ｖｓを越えたときの電圧と駆動電圧ＶｐとがＡＮＤ回路２１３で演算されると、加算信号Ｓｐ２が得られる。図６（Ｂ）に示す加算信号Ｓｐ２の時間長Ｗ２は、図６（Ａ）の加算信号Ｓｐ１の時間長Ｗ１よりも短くなる。加算信号Ｓｐ２は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とから成る平滑化回路で直流電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換部２１４でディジタル値に変換され入力検知信号として検出部２１２に与えられる。

このように、駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄのいずれかに指が接近していると、指が接近している駆動電極に駆動電圧Ｖｐを与えたときに得られる入力検知信号が大きく変動して低下する。

駆動部２１１において、駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄに順番に駆動電圧Ｖｐを与え、検出部２１２で入力検知信号の変動を監視することにより、どの駆動電極に指が接近したかを検出できる。あるいは、駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄに連続するパルス状の駆動電圧Ｖｐを同時に与え、検出部２１２で、それぞれの駆動電極からの入力検知信号を順番に切り換えて監視することによっても、どの駆動電極に指が接近したかを検出できる。

また、補正電極２０４に対しても、駆動部２１１から駆動電圧Ｖｐが与えられる。この駆動電圧Ｖｐの時間長および周期は、駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄに与えられる駆動電圧Ｖｐの時間長および周期と同じである。入力装置２０１の使用環境の変化が大きく、例えば湿度や温度が大きく上昇すると、補正電極２０４から得られる補正検知信号が変動する。この変動値が所定のしきい値を越えたら、この補正検知信号を使用して入力検知信号が補正される。

図４に示す入力装置２０１は、補正電極２０４が駆動電極２０３ａ〜２０３ｄと同じ材料で同じ厚さで同じ面積に形成されているため、補正電極２０４の補正検知信号の環境変化による変動を、駆動電極２０３ａ〜２０３ｄからの入力検知信号の変動と同じ条件の下で検出することができ、補正検知信号によって入力検知信号を高い精度で補正することが可能になる。

図７と図８に、入力検知信号の変動と補正検知信号の変動との関係が模式的に示されている。

図７（Ａ）と図８（Ａ）に示されている駆動電極２０３ａは、図４と図５に示す第３の実施の形態の入力装置２０１の操作面２０２に設けられているものと同じである。

図７（Ａ）と図８（Ａ）は、駆動電極２０３ａと指との距離の変化を経時的に示している。図７（Ｂ）と図８（Ｂ）は、駆動電極２０３ａに駆動電圧Ｖｐを与えたときの入力検知信号の変化を示しており、図７（Ｃ）と図８（Ｃ）は、補正電極２０４に駆動電圧Ｖｐを与えたときの補正検知信号の変化を示している。

図７は、使用環境の大きな変化がない状態を示しており、図７（Ｃ）に示す補正検知信号の変動幅はしきい値を越えていない。このとき、図７（Ｂ）に示すように、駆動電極２０３ａに指が接近したことを検知する入力検知信号に異常な変動がなく、入力検知信号により、指が接近したことが正確に検知される。

図８は、時刻Ｔ３からＴ４の間に、湿度上昇や温度上昇など使用環境に大きな変動が生じた状態を示している。このとき、図８（Ｂ）に示すように、入力検知信号の変動が大きくなって、時刻Ｔ３とＴ４では、指が駆動電極２０３ａから離れているのにもかかわらず、指で駆動電極２０３ａが操作されているときと同じレベルの誤った検知状態となっている。ただし、図８（Ｃ）に示すように、時刻Ｔ３以後は使用環境の変化に応じて、補正電極２０４から検知される補正検知信号がしきい値を超えて変動している。そこで、データ処理部では、このときの補正検知信号を図８（Ｂ）に示す入力検知信号から減算するなどして、入力検知信号を補正することで、誤った検知状態が生じるのを防止できるようになる。

上記のような補正検知信号を使用した補正動作は、図１ないし図３に示した入力装置１および入力装置１０１においても同じである。

図９と図１０は、第３の実施の形態の入力装置２０１が、電子機器の筐体に収納された状態を示している。

図９に示す筐体５１は、その表面が操作面２０２である。駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄは、フレキシブルな絶縁基板５２に実装されて操作面２０２に接近した位置に配置されており、操作面２０２に触れた指を駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄで検知できるようになっている。絶縁基板５２はほぼ１８０度の角度で曲げられ、曲げられた部分に補正電極２０４と駆動・検出部２１０を内蔵するＩＣ２１０ａが実装されている。したがって、操作面２０２に触れた指と補正電極２０４との間に形成される静電容量を無視できるようになる。

図１０に示す筐体５５は、その表面５５ａの一部が窪んでおり、窪みの底面が操作面２０２となっている。駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄが実装された絶縁基板５６が、操作面２０２に接近した位置に配置され、操作面２０２に触れた指を、駆動電極２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄのいずれかで検知できるようになっている。補正電極２０４は、絶縁基板５６の表面に設けられているが、操作面２０２から外れた位置に有って、補正電極２０４と筐体５５の表面５５ａとの距離が長くなっている。そのため、操作面２０２に触れた指または表面５５ａに触れた指と補正電極２０４との間に形成される静電容量を無視できるようになっている。
なお、ＩＣ２１０ａは絶縁基板５６の裏側に実装されている。

図１ないし図３に示した入力装置１および入力装置１０１も、図９または図１０に示すようにして筐体５１，５５に収納される。

１ 入力装置
２ 操作面
３ 補正電極
４ 補正検出電極
１１ Ｘ駆動部
１２ Ｙ駆動部
１３ 検出部
１４ データ処理部
５１ 筐体
５２，５６ 絶縁基板
５３ フレキシブル基板
５５ 筐体
１０１ 入力装置
１１１ Ｘ駆動・検出部
１１２ Ｙ駆動・検出部
１１４ データ処理部
２０１ 入力装置
２０２ 操作面
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ 駆動電極
２０４ 補正電極
２１０ 駆動・検出部
２１１ 駆動部
２１２ 検出部
Ｓ１ 検出電極
Ｓａ 検出ライン
Ｖｐ 駆動電圧
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ４ Ｘ駆動電極
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８ Ｙ駆動電極
（ａ）〜（ｎ） 駆動ライン

Claims (7)

1. 人の指で操作される操作面と、前記操作面に触れた指との間で静電容量が形成される複数の駆動電極とが設けられ、それぞれの駆動電極に駆動電圧が印加され、駆動電圧が印加された駆動電極に指が接近したときの電圧変化または電流変化が入力検知信号として検出される静電容量式の入力装置において、
   前記操作面から離れた位置に設けられた補正電極と、前記駆動電極と前記補正電極の双方に駆動電圧を印加する共通の駆動部と、前記補正電極に駆動電圧が印加されたときの電圧変化または電流変化である補正検知信号と前記入力検知信号の双方を検知する共通の検出部とが設けられ、前記補正検知信号に基づいて前記入力検知信号が補正されることを特徴とする静電容量式の入力装置。
2. 前記駆動部から、それぞれの駆動電極と前記補正電極に対して、同じ時間長の駆動電圧が与えられる請求項１記載の静電容量式の入力装置。
3. 前記駆動部から、それぞれの駆動電極と前記補正電極に対して、同じ時間長の駆動電圧が同じ周期で順番に与えられる請求項２記載の静電容量式の入力装置。
4. 前記操作面に、複数の駆動電極と、それぞれの駆動電極と間隔を空けた複数の検出電極とが設けられるとともに、前記補正電極と対向する補正検出電極が設けられ、前記検出電極と前記補正検出電極とが互いに接続されており、
   複数の駆動電極に駆動電圧が与えられたときに、前記検出電極から前記入力検知信号が得られ、前記補正電極に駆動電圧が与えられたときに、前記補正検出電極から前記補正検知信号が得られる請求項１ないし３のいずれかに記載の静電容量式の入力装置。
5. ひとつの検出電極とこれに隣接する駆動電極との間で形成される静電容量と、前記補正電極と前記補正検出電極との間の静電容量とが、ほぼ一致している請求項４記載の静電容量式の入力装置。
6. 互いに平行に延びる複数のＸ電極と、前記Ｘ電極と直交する向きで互いに平行に延びる複数のＹ電極を有し、Ｘ電極とＹ電極の一方が前記駆動電極となって駆動電圧が印加されるときに他方が前記検出電極として機能するものであり、
   Ｘ電極とＹ電極のいずれか一方とともに前記補正電極に駆動電圧が与えられる請求項４または５記載の静電容量式の入力装置。
7. 前記操作面に、同じ面積の複数の駆動電極が並んで配置され、前記補正電極が前記駆動電極と同じ面積で形成されており、
   前記駆動部から、それぞれの駆動電極および前記補正電極に駆動電圧が印加され、それぞれの駆動電極から入力検知信号が得られ、前記補正電極から補正検知信号が得られる請求項１ないし３のいずれかに記載の静電容量式の入力装置。

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