JP5108567B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量の変化を検出して、人の指などの操作体の接近を検知する入力装置に係り、特に、操作体が複数箇所に接近したのを検知できる入力装置に関する。

パーソナルコンピュータなどの各種電子機器には、平板状の走査パッドを有する入力装置が設けられている。この種の入力装置は、前記走査パッドに指が触れると、指の接触位置が走査パッドの表面の座標位置として検知される。指が接触した位置を検出することで、各種電子機器への入力操作が可能とされる。

従来のこの種の入力装置は、入力パッドの１箇所に指が触れたことのみを検知できる構造が一般的である。しかし、電子機器によっては、入力パッドの複数箇所に指が同時に触れたときに、それぞれの指の接触位置を個別に検知することが必要とされる場合がある。

そこで、以下の特許文献１と特許文献２には、入力パッドの複数箇所に触れた指の位置を検知できる入力装置が開示されている。

特許文献１に記載された入力パッドは、複数本のＸ方向電極と複数本のＹ方向電極とが設けられており、Ｘ方向電極とＹ方向電極とにＡＣ信号が印加される。いずれかのＸ方向電極といずれかのＹ方向電極との交点に指が近づくと、そのＸ方向電極とＹ方向電極との間の交差容量が減衰するために、Ｘ方向電極とＹ方向電極との間のＡＣ信号のレベルが低下する。前記Ｘ方向電極とＹ方向電極に対してＡＣ信号を順番に印加することで、複数箇所に指が接近していたときに、それぞれの指が接近した電極の交差部を個別に検知できるようにしている。

一方、特許文献２に記載された入力装置は、表面弾性波方式のタッチプレートや、２次元光センサアレイ方式のタッチプレートを使用することで、指が多点で接触したときに、その接触位置を個別に検知できるようにしている。
特開平７−２３０３５２号公報 特開平８−１６３０７号公報

前記特許文献１に記載された入力装置は、Ｘ方向電極とＹ方向電極との間の交差容量の変化を検知するものである。よって、複数箇所の指の接近位置を個別に検知するためには、全ての電極交点の交差容量を順番に見ていくことが必要である。そのためには、選択しているＸ方向電極と選択しているＹ方向電極との間の信号の変化を個別に検知し、これを全てのＸ方向電極とＹ方向電極に対して順番に切り替えて行なうことが必要である。このような検知方法では、検出回路の負荷が大きくなるのみならず、全ての交点の交差容量の変化を順番に検査することが必要であるため、入力パネル全体の交点を走査し終わるのに時間を要し、迅速な検知動作を行なうことができない。

また、特許文献２に記載された入力装置は、表面弾性波方式や２次元光センサアレイ方式であるため、タッチプレートの構造が複雑で高価なものとなり、また検知回路も複雑になって実用的ではない。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電極間の静電容量の変化を検知する比較的簡単な構成の入力パッドを使用して、指などが複数箇所に触れたときに、その接触位置を個別に検知できる入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、Ｙ方向に延び且つ前記Ｙ方向と直交するＸ方向に間隔を開けて配置された複数の走査電極と、検出領域内にある全ての走査電極との間に静電容量が形成される検出電極と、走査電極にパルス状の駆動信号を与えるドライバーと、前記検出電極から得られる検出信号と走査電極に駆動信号が与えられるタイミングとから操作体がどの走査電極に接近しているかを認識する検出部とが設けられており、
前記ドライバーから、前記走査電極に対して、パルス状の第１の駆動信号と、前記第１の駆動信号とはパルスの立上がりと立下りのタイミングが逆である第２の駆動信号とが、同じ走査時間内に異なる走査電極に同時に与えられ、
前記第１の駆動信号が、検出領域内にある走査電極に順番に与えられるとともに、同じ走査時間内に、前記第１の駆動信号が与えられている走査電極の両側に隣接していない電極に対して前記第２の駆動信号が与えられることを特徴とするものである。

本発明の入力装置は、それぞれの走査電極に駆動信号を順番に与えているときに、走査電極よりも数が少ない例えば１本の検出電極からの検出信号を検出することで、操作体がどの走査電極に接近しているかを知ることができる。従来のように複数の電極からの検知信号を切り替えて検出する方式ではないために、検出回路を簡単に構成できる。しかも、立上がりと立下りのタイミングが逆である２種の駆動信号を使用し、この２種の駆動信号が隣接する走査電極に同時に与えられないようにすることで、複数箇所で操作体が接近したときにその位置を個別に検知することが可能になる。

すなわち、本発明は、前記検出部では、前記検出電極から得られる検出信号と走査電極に駆動信号が与えられるタイミングとから、複数の操作体がそれぞれどの走査電極に接近しているかを個別に認識可能である。

例えば、本発明は、前記第２の駆動信号が、前記検出領域内の端に位置する走査電極に与えられる。好ましくは、前記検出領域の一方の端に位置する走査電極および他方の端に位置する走査電極に対して、前記第２の駆動信号が選択的に与えられる。

また、本発明の入力装置は、同じ走査時間内に、前記第１の駆動信号が与えられている走査電極の両側に隣接していない電極に対して前記第２の駆動信号が与えられる前記のいずれかに記載の第１の駆動モードと、
前記ドライバーによって、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号が隣接する走査電極に与えられ、前記第１の駆動信号を与える走査電極と前記第２の駆動信号が与えられる走査電極が順に移動させられる第２の駆動モードとが、
切り替え可能であることを特徴とするものである。

さらに本発明の入力装置は、前記Ｘ方向に延び且つ前記Ｙ方向に間隔を開けて配置された複数のＹ走査電極を有し、検出領域内にある全てのＹ走査電極と前記検出電極との間に静電容量が形成され、
Ｙ走査電極に対しても、ドライバーによって前記走査電極と同様に第１の駆動信号と第２の駆動信号が与えられるものとして構成できる。

本発明の入力装置は、Ｙ方向に延び且つＸ方向に間隔を開けて配置された複数のＸ走査電極と、それぞれのＸ走査電極との間で容量を形成する検出電極のみが設けられたものとして構成できる。この入力装置は、操作体の接近位置がＸ座標の情報としてのみ得られる。

または、複数のＸ走査電極がＹ方向に延び且つＸ方向に間隔を開けて配置され、さらに複数のＹ走査電極がＸ方向に延び且つＹ方向に間隔を開けて配置されており、Ｘ走査電極とＹ走査電極の双方との間で容量を形成する共通の検出電極が設けられているものとして構成できる。この入力装置は、操作体の接近位置がＸ座標とＹ座標の双方の情報として得られる。

本発明は、検出電極で検出信号を検知しているために、検出回路で検出電極を切り替えるなどの複雑な処理が不要になり、比較的簡単な構成で迅速に操作体の接近位置を検知できる。しかも、操作体が複数箇所に接近したときに、それぞれの接近位置を個別に知ることが可能である。

図１は本発明の入力装置１の実施の形態を示すものであり、入力装置１の構造の概略説明図である。

この入力装置１は、入力パッドを有しており、この入力パッドは、操作体である指で操作可能な所定面積の検出領域２を有している。入力パッドには、複数本のＸ走査電極と複数のＹ走査電極および複数本の検出電極が設けられている。

検出領域２には、６本のＸ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５が設けられている。それぞれのＸ走査電極は、Ｙ方向へ直線状に延びて互いに平行である。また、Ｘ走査電極は、Ｘ方向へ向けて一定のピッチで間隔を空けて配置されている。検出領域２には、６本のＹ走査電極Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５が設けられている。それぞれのＹ走査電極は、Ｘ方向へ直線状に延びて互いに平行である。また、Ｙ走査電極は、Ｙ方向へ向けて一定のピッチで間隔を空けて配置されている。

６本のＸ走査電極と６本のＹ走査電極は、それぞれが検出領域２内で交差している。ただし、各交差点において、Ｘ走査電極とＹ走査電極は絶縁されている。

検出領域２には、６本の検出電極Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５が設けられている。検出電極は、Ｙ方向に直線状に延び、Ｘ方向へ向けて一定のピッチで間隔を空けて配置されている。それぞれのＸ走査電極とそれぞれの検出電極はＸ方向へ一定の間隔を空けて平行に配置されている。

Ｘ走査電極Ｘ０は、検出電極Ｓ０と検出電極Ｓ１との間に位置している。また、Ｘ走査電極Ｘ１は、検出電極Ｓ１と検出電極Ｓ２との間に位置し、Ｘ走査電極Ｘ２は、検出電極Ｓ２と検出電極Ｓ３との間に位置し、Ｘ走査電極Ｘ３は検出電極Ｓ３と検出電極Ｓ４との間に位置し、Ｘ走査電極Ｘ４は、検出電極Ｓ４と検出電極Ｓ５との間に位置している。また、検出電極Ｓ５は、Ｘ走査電極Ｘ４とＸ走査電極Ｘ５との間に位置している。

それぞれの検出電極は、それぞれのＸ走査電極と絶縁されており、且つそれぞれのＹ走査電極と絶縁されている。

６本のＸ走査電極と６本の検出電極は、同じ平面に形成され、６本のＹ走査電極は、Ｘ走査電極および検出電極との間に絶縁層を介して前記平面とは異なる平面に形成されている。また、Ｘ走査電極と検出電極が形成されている面は絶縁シートで覆われており、入力パッドは、前記絶縁シートの表面が平面状の入力面となっている。この入力装置１では、前記検出領域２内において、前記入力面に接地電位の操作体である指を触れることで入力操作が行なわれる。

図１に示す入力装置１は、回路構成として、Ｘドライバー５とＹドライバー６および検出部７を有している。Ｘドライバー５は、６本のＸ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に順番に駆動信号を与え、Ｙドライバー６は、６本のＹ走査電極Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５に順番に駆動信号を与える。

６本の検出電極Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は、単一の検出ラインＳａに接続され、この検出ラインＳａに得られる検出信号が検出部７に与えられる。

検出部７には、検出ラインＳａから得られる検出信号である検出電流を電圧値として検知する検知回路と、前記電圧値がディジタル変換されて与えられる演算部とを有している。前記演算部では、一定の間隔で走査時間が設定される。この走査時間に検出ラインＳａを介して得られる検出電圧値の変化と、Ｘドライバー５からＸ走査電極に駆動信号が与えられるタイミングおよびＹドライバー６からＹ走査電極に駆動信号が与えられるタイミングとから、操作体である人の指８が、検出領域２内において入力面のどの位置に触れているかを検出できる。

図２は、入力装置１の検出動作を示す駆動信号と検出信号の波形図である。
この入力装置１は、Ｘ走査電極Ｘ０とその両側の検出電極Ｓ０，Ｓ１との間に容量が形成され、Ｘ走査電極Ｘ１とその両側の検出電極Ｓ１，Ｓ２との間に容量が形成されている。その他、全てのＸ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５と検出電極との間に容量が形成されている。

また、全ての検出電極Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５と、それぞれのＹ走査電極Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５との間にも容量が形成されている。

図２（Ａ）は、Ｘ走査電極とＹ走査電極に与えられる第１の駆動信号Ｐを示しており、図２（Ｃ）は、Ｘ走査電極とＹ走査電極に与えられる第２の駆動信号Ｎを示している。第１の駆動信号Ｐは、基準電位（０）よりもプラス側で立上がりと立下りを繰り返すパルス信号である。時刻ｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇ，ｔｉ，・・・で電圧が立上がり、時刻ｔｂ，ｔｄ，ｔｆ，ｔｈ，ｔｊ，・・・で電圧が立下がる。第２の駆動信号Ｎも、基準電位（０）よりもプラス側で立下りと立上がりを繰り返すパルス信号である。ただし、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎとでは、パルスの立上がりと立下がりのタイミングが互いに逆であり、第２の駆動信号Ｎは、時刻ｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇ，ｔｉ，・・・で電圧が立下がり、時刻ｔｂ，ｔｄ，ｔｆ，ｔｈ，ｔｊ，・・・で電圧が立上がる。

Ｘドライバー５によって、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが、同じ走査時間内において、異なるＸ走査電極に対して同時に与えられる。そして、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが与えられるＸ走査電極が走査時間ごとに順番に切り替えられる。同様に、Ｙドライバー５によって、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが、同じ走査時間内において、異なるＹ走査電極に対して同時に与えられる。そして、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが与えられるＹ走査電極が走査時間ごとに順番に切り替えられる。

ただし、Ｘ走査電極とＹ走査電極に対して、同じ走査時間内に駆動信号が重複して与えられることはなく、Ｘ走査電極に駆動信号が与えられる時間とＹ走査電極に駆動信号が与えられる時間は別々である。

なお、図２（Ａ）（Ｃ）に示す基準電位（０）は、０ボルトであってもよいし、正または負の所定の電位であってもよい。図２（Ａ）（Ｃ）では、基準電位（０）が０ボルトであり、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎのパルスの立上がり電位（Ｖａ）が３ボルトまたは５ボルトである。

また、図２（Ｃ）に示す駆動信号が第１の駆動信号であって、図２（Ａ）に示す駆動信号が第２の駆動信号であってもよい。

次に、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎを与える駆動モードにおいて指の接近位置を検出する原理について説明する。

例えば、ある走査時間内に、Ｘ走査電極Ｘ１に対して図２（Ａ）に示す第１の駆動信号Ｐが与えられ、同じ走査時間内にＸ走査電極Ｘ２に対して図２（Ｃ）に示す第２の駆動信号Ｎが与えられているとする。

図２（Ｂ）（Ｄ）は、時刻ｔａから時刻ｔｈまでの間に、指８がＸ走査電極Ｘ１とＸ走査電極Ｘ２の双方から離れているときに検出ラインＳａから得られる検出波形を示し、時刻ｔｉ以降は、図１に示すように、指８がＸ走査電極Ｘ１に接近したときの検出波形を示している。

図２（Ｂ）に示すように、時刻ｔａから時刻ｔｈまでの間は、第１の駆動信号ＰがＸ走査電極Ｘ１に与えられたときに、Ｘ走査電極Ｘ１に隣接する検出電極Ｓ１および検出電極Ｓ２に、検出電流が発生しようとする。図２（Ｂ）は、この検出電極から得られる検出電圧を示している。図２（Ｂ）に示す基準電位は、図２（Ａ）に示すパルスの電圧Ｖａの中点（Ｖａ／２）である。

時刻ｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇでは、Ｘ走査電極Ｘ１に与えられる第１の駆動信号Ｐが立上がったときに、これに隣接する検出電極Ｓ１，Ｓ２にプラス側に電流が流れようとし、時刻ｔｂ，ｔｄ，ｔｆ，ｔｈでは、Ｘ走査電極Ｘ１に与えられる第１の駆動信号Ｐが立下がるために、これに隣接する検出電極Ｓ１，Ｓ２にマイナス側の電流が流れようとする。

すなわち、前記検出電極Ｓ１，Ｓ２に発生する電流波形は、第１の駆動信号Ｐの電圧波形を微分したものに相当している。図２（Ｂ）は、その電流波形から得られる検出電圧を示している。基準電位（Ｖａ／２）よりも正側に発生する検出電圧が＋Ｓｐであり、基準電位よりも負側に発生する検出電圧が−Ｓｐである。

図２（Ｄ）に示すように、時刻ｔａから時刻ｔｈまでの間は、第２の駆動信号ＮがＸ走査電極Ｘ２に与えられると、Ｘ走査電極Ｘ２に隣接する検出電極Ｓ２および検出電極Ｓ３に、検出電流が発生しようとする。時刻ｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇでは、Ｘ走査電極Ｘ２に与えられる第２の駆動信号Ｎが立下がるため、これに隣接する検出電極Ｓ２，Ｓ３に、マイナス側に電流が流れようとし、時刻ｔｂ，ｔｄ，ｔｆ，ｔｈでは、Ｘ走査電極Ｘ２に与えられる第２の駆動信号Ｎが立上がるために、これに隣接する検出電極Ｓ２，Ｓ３にはプラス側の電流が流れようとする。このときの電流波形は、第２の駆動信号Ｎの電圧波形を微分したものに相当している。

図２（Ｄ）では、前記電流波形から得られる検出電圧を示している。図２（Ｂ）と同様に、基準電位は（Ｖａ／２）であり、基準電位よりも負側の検出電圧が−Ｓｎであり、プラス側の検出電圧が＋Ｓｎである。

図２（Ａ）に示す検出電圧±Ｓｐと、図２（Ｄ）に示す検出電圧±Ｓｎは、同じ検出ラインＳａの検出電流から得られるものである。よって、時刻ｔａから時刻ｔｈまでは、検出電圧±Ｓｐと検出電圧±Ｓｎが互いに相殺される。すなわち、検出ラインＳａから検出部７へ与えられる検出電流はほぼゼロであり、検出電圧もほぼゼロである。

次に、時刻ｔｉ以降は、図１に示すように、指８がＸ走査電極Ｘ１の上で入力面に押し付けられ、ほぼ接地電位の指８が、広い面積でＸ走査電極Ｘ１に接近し、広い面積の指８とＸ走査電極Ｘ１との間に容量Ｃが形成される。

よって、時刻ｔｉ以降は、Ｘ走査電極Ｘ１に与えられる第１の駆動信号Ｐの立上がりと立下りの際に、検出電極よりも広い面積で対向し且つ検出電極よりも接近している指８へ電流が優先的に流れる。そのため、時刻ｔｉ，ｔｊ，ｔｋ，・・・においては、Ｘ走査電極Ｘ１の両側に隣接する検出電極Ｓ１，Ｓ２に発生しようとする電流は、減衰してほぼゼロになる。よって図２（Ｂ）に示すように検出電圧もほぼゼロとなる。

一方、第２の駆動信号Ｎが与えられるＸ走査電極Ｘ２には指８が接近していないため、時刻ｔｉ，ｔｊ，ｔｋ，・・・においても、Ｘ走査電極Ｘ２の両側に位置する検出電極Ｓ２，Ｓ３には、それまでと変わらないプラス側の電流とマイナス側の電流値が発生しようとし、図２（Ｄ）に示すように、検出電圧±Ｓｐが継続して得られる。

図２（Ｂ）に示すように、時刻ｔｉ以降は、第１の駆動信号Ｐに起因して検出電圧が減衰するために、第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎのみが得られるようになる。

検出部７では、例えば、時刻ｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇ，ｔｉ，ｔｋ，・・・のタイミングで検出ラインＳａから与えられる検出信号が監視される。Ｘ走査電極Ｘ１から指８が離れているときは、時刻ｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇ，において、前記タイミングで得られる検出信号は、ほぼ相殺されてゼロの信号となるが、指８がＸ走査電極Ｘ１に接近すると、時刻ｔｉ，ｔｋ，・・・において、マイナス側の検出信号−Ｓｎが検出される。このように、検知部７で第２の駆動信号Ｎに起因する検出信号が検出されたときに、その走査時間に第１の駆動信号Ｐが与えられているＸ走査電極Ｘ１に指８が接近していると判断できる。

逆に、第２の駆動信号Ｎが与えられているＸ走査電極Ｘ２に指８が接近しているときは、時刻ｔｉ，ｔｋ，・・・において、第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧が減衰するため、検出ラインＳａからは、第１の駆動信号Ｐが与えられたことに起因する検出信号＋Ｓｐのみが検出される。

よって、どのＸ走査電極に第１の駆動信号Ｐが与えられ、どのＸ走査電極に第２の駆動信号Ｎが与えられているかの情報と、検出ラインＳａから得られる検出信号を監視することで、指８が入力面に触れている位置のＸ座標を知ることができる。

同様に、Ｙドライバー６から、隣接するＹ走査電極に第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎを与え、検出ラインＳａから第１の駆動信号Ｐに起因する検出信号が得られるか、第２の駆動信号Ｎに起因する検出信号が得られるかを判断することで、第１の駆動信号Ｐが与えられているＹ走査電極に指８が接近しているか否か、および第２の駆動信号Ｎが与えられているＹ走査電極に指８が接近しているか否かを知ることができる。

そして、どのＹ走査電極に第１の駆動信号Ｐが与えられ、どのＹ走査電極に第２の駆動信号Ｎが与えられているかの情報と、検出ラインＳａから得られる検出信号を監視することで、指８が入力面に触れている位置のＹ座標を知ることができる。

図３ないし図８は、Ｘ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に第１の駆動信号Ｐおよび第２の駆動信号Ｎを与えるタイミングを各駆動モード毎に示している。

なお、図３ないし図８では、Ｘ走査電極へ駆動信号を与えるタイミングのみを示しているが、それぞれの駆動モードでは、Ｙ走査電極Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５に対しても、図３ないし図８に示すのと同じタイミングで第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが与えられる。ただし、Ｘ走査電極と、Ｙ走査電極に対しては、印加時間が重複しないように駆動信号が与えられる。

以下の説明では、Ｘ走査電極への駆動信号の印加タイミングとそのときの検出出力についてのみ説明するが、これはＹ走査電極への駆動信号の印加タイミングとそのときの検出出力についても同じである。

図３は第２の駆動モードを示している。第２の駆動モードは、入力面の１箇所に指８が触れたことを検出でき、複数箇所に同時に指が触れたときにその位置を検出することはできない。ただし、第２の駆動モードでは、指が触れた位置のＸ座標を細かに算出することが可能である。図４以下は第１の駆動モードを示している。第１の駆動モードは、入力面の複数箇所に指８が触れたときに、それぞれの指８の接触位置を個別に検出するモードである。

入力装置１では、第１の駆動モードと第２の駆動モードを切り替えることが可能である。あるいは、第１の駆動モードと第２の駆動モードとが異なる時間帯に交互に実施され、第１の駆動モードと第２の駆動モードの双方を使用して指８の接触位置を検出してもよい。

図３以下に示すそれぞれの表においてＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６は、走査時間を意味している。それぞれの走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６の長さは同じである。

図３に示す第２の駆動モードでは、走査時間Ｔ１において、Ｘ走査電極Ｘ０とこれに隣接するＸ走査電極Ｘ１の双方に、第１の駆動信号Ｐが与えられる。また、同じ走査時間Ｔ１において、Ｘ走査電極Ｘ１に隣接するＸ走査電極Ｘ２とこれに隣接するＸ走査電極Ｘ３の双方に、第２の駆動信号Ｎが与えられる。

１回の走査時間Ｔ１は数μｓ（マイクロ秒）から数十μｓ程度の長さで、図２（Ａ）（Ｃ）に示す第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎのパルスの周期は、数十ｎｓ（ナノ秒）から数百ｎｓである。

１回の走査時間Ｔ１内に、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが、数十パルス与えられる。よって、１回の走査時間内で、図２（Ｂ）に示す検出電圧と図２（Ｄ）に示す検出電圧が数十パルス分積算される。検出部７では、積算されて判別が可能な大きさの検出信号を成形して、検出ラインＳａから第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧Ｓｐが得られているか、第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧Ｓｎが得られているかを判断する。

図３に示すように、次の走査時間Ｔ２では、Ｘ走査電極Ｘ１とＸ走査電極Ｘ２に第１の駆動信号Ｐが与えられ、Ｘ走査電極Ｘ３とＸ走査電極Ｘ４に第２の駆動信号Ｎが与えられる。その後は、図３に示すように「Ｐ・Ｐ・Ｎ・Ｎ」の駆動信号を与えるＸ走査電極が、Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，・・・の順番で１つ右隣のＸ走査電極に移動していく。

図３に示すように、指８がＸ走査電極Ｘ１の上において入力面に触れている場合には、走査時間Ｔ１において、図２（Ｂ）の時刻ｔｉ，ｔｊ，ｔｋに示したのと同様に、Ｘ走査電極Ｘ１に与えられる第１の駆動信号Ｐに起因して検出電極に発生しようとする電流値が減衰してほとんどゼロとなる。一方、Ｘ走査電極Ｘ０に与えられる第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧は、図２（Ｂ）の時刻ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ，ｔｅ，ｔｆ，ｔｇ，ｔｈに示したのと同様に、＋Ｓｐと−Ｓｐの波形である。また、Ｘ走査電極Ｘ２に与えられる第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧、およびＸ走査電極Ｘ３に与えられる第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧は、それぞれ図２（Ｄ）に示す−Ｓｎと＋Ｓｎの波形である。

検出ラインＳａから得られる検出信号は、それぞれの検出電圧が加算されたものである。そのため、走査時間Ｔ１に検出ラインＳａから得られる検出信号は、１つの第１の駆動信号Ｐに起因する検出信号Ｓｐと１つの第２の駆動信号Ｎに起因する検出信号Ｓｎとが相殺されて、１つの第２の駆動信号Ｎに起因する検出信号Ｓｎのみが得られる。

走査時間Ｔ２では、指８が接近しているＸ走査電極Ｘ１に第１の駆動信号Ｐが与えられているため、このときに検出ラインＳａから得られる検出信号は、１つの第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎである。走査時間Ｔ３と走査時間Ｔ４では、指８が接近しいているＸ走査電極Ｘ１に駆動信号が与えられていない。よって、検出ラインＳａでは、第１の駆動信号Ｐに起因する２つの検出電圧±Ｓｐと、第２の駆動信号Ｎに起因する２つの検出電圧±Ｓｎとが互いに相殺され、その出力信号がほぼゼロとなる。走査時間Ｔ５と走査時間Ｔ６では、指８が接近しているＸ走査電極Ｘ１に第２の駆動信号Ｎが与えられるので、検出ラインＳａには、第１の駆動信号Ｐに起因する１つの検出電圧±Ｓｐが得られる。

検出部７では、それぞれの走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６に、検出ラインＳａから得られる検出信号に基づいて、指８がＸ走査電極Ｘ１上に位置していることを検出できる。

また、図３に示す第２の駆動モードでは、互いに隣接するＸ走査電極に第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎが同時に作用するために、隣り合うＸ走査電極とＸ走査電極の中間に指８が接近したときに、その指８のＸ座標位置を細かく演算することが可能である。例えば、指８が、Ｘ走査電極Ｘ１とＸ走査電極Ｘ２との中間であってＸ走査電極Ｘ１寄りの位置に接近していると、図３に示す走査時間Ｔ１と走査時間Ｔ２に得られる検出電圧±Ｓｎは、指８がＸ走査電極Ｘ１の真上に位置しているときよりもレベルが小さくなる。これは、走査時間Ｔ５と走査時間Ｔ６において検出ラインＳａから得られる検出電圧±Ｓｐのレベルにおいても同じである。検出電圧±Ｓｎと検出電圧±Ｓｐのレベルの低下率から、指８が、Ｘ走査電極Ｘ１とＸ走査電極Ｘ２との間のどの位置に接近しているかを高精度な座標位置で認識できる。そのため、検出領域２に設けられているＸ走査電極の本数が６本であっても、指８が入力面に接触している位置のＸ座標を、細かな分解能で算出することが可能である。

なお、第２の駆動モードでは、走査時間Ｔ１において、１つのＸ走査電極Ｘ０にのみ第１の駆動信号Ｐが与えられ、これに隣接する１つのＸ走査電極Ｘ２にのみ第２の駆動信号Ｎが与えられ、次の走査時間Ｔ２において、１つのＸ走査電極Ｘ１にのみ第１の駆動信号Ｐが与えられ、これに隣接する１つのＸ走査電極Ｘ２にのみ第２の駆動信号Ｎが与えられ、走査時間Ｔ３に、１つのＸ走査電極Ｘ２に第１の駆動信号Ｐが与えられ、これに隣接する１つのＸ走査電極Ｘ３に第２の駆動信号Ｎが与えられるように、第１の駆動信号Ｐが１つのＸ走査電極にのみ与えられ、第２の駆動信号Ｎが１つのＸ走査電極にのみ与えられ、さらに駆動信号が与えられるＸ走査電極が、１本づつ順番にずれていくものであってもよい。

次に、図４ないし図７に示す第１の駆動モードについて説明する。
図４ないし図７に示す第１の駆動モードでは、第１の駆動信号Ｐが、Ｘ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に対して順番に与えられるが、第１の駆動信号Ｐが与えられるＸ走査電極と隣接しているＸ走査電極に、第２の駆動信号Ｎが同時に与えられることがない。第２の駆動信号Ｎは、検出領域２の両端に位置するＸ走査電極Ｘ０とＸ走査電極Ｘ５にのみ与えられる。

図４ないし図７に示す第１の駆動モードでは、走査時間Ｔ１に、Ｘ走査電極Ｘ０に第１の駆動信号Ｐが、Ｘ走査電極Ｘ５に第２の駆動信号Ｎが与えられる。走査時間Ｔ２では、Ｘ走査電極Ｘ１に第１の駆動信号Ｐが、Ｘ走査電極Ｘ５に第２の駆動信号Ｎが与えられ、走査時間Ｔ３では、Ｘ走査電極Ｘ２に第１の駆動信号Ｐが、Ｘ走査電極Ｘ５に第２の駆動信号Ｎが与えられる。その後の、走査時間Ｔ４では、Ｘ走査電極Ｘ０に第２の駆動信号Ｎが与えられ、Ｘ走査電極Ｘ３に第１の駆動信号Ｐが与えられる。走査時間Ｔ５では、Ｘ走査電極Ｘ０に第２の駆動信号Ｎが与えられて、Ｘ走査電極Ｘ４に第１の駆動信号Ｐが与えられ、走査時間Ｔ６では、Ｘ走査電極Ｘ０に第２の駆動信号Ｎが与えられ、Ｘ走査電極Ｘ５に第１の駆動信号Ｐが与えられる。

すなわち、Ｘ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に対して、第１の駆動信号Ｐが順番に与えられ、最初の３回の走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３では、右端のＸ走査電極Ｘ５に第２の駆動信号Ｎが続けて与えられ、その後の３回の走査時間Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６では、左端のＸ走査電極Ｘ０に第２の駆動信号Ｎが続けて与えられる。

図４は、第１の駆動モードにおいて、指８がＸ走査電極Ｘ１の真上とＸ走査電極Ｘ４の真上の双方において、入力面に接触しているときの検出出力を示している。

走査時間Ｔ１では、指８が接近しているＸ走査電極Ｘ１と同じく指８が接近しているＸ走査電極Ｘ４の双方に駆動信号が与えられていないため、検出ラインＳａでは、第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐと第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎとが相殺され、出力信号がほぼゼロである。これは走査時間Ｔ３と走査時間Ｔ４および走査時間Ｔ６においても同じである。

一方、走査時間Ｔ２では、そのときに第１の駆動信号Ｐが与えられているＸ走査電極Ｘ１の上に指８が位置しているため、検出ラインＳａでは、第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎが得られる。走査時間Ｔ５においても、そのときに第１の駆動信号Ｐが与えられるＸ走査電極Ｘ４の上に指８が位置しているため、検出ラインＳａでは、第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎが得られる。このように、走査時間Ｔ２と走査時間Ｔ５で、検出ラインＳａに検出電圧±Ｓｎが得られることにより、Ｘ走査電極Ｘ１の上とＸ走査電極Ｘ４の上の双方に指８が位置していることを検出できる。

また、ひとつの指８のみがＸ走査電極Ｘ１の上に位置しているときは、走査時間Ｔ２において検出ラインＳａの検出電圧が±Ｓｎになるが、その他の走査時間では検出ラインＳａの検出電圧が全てゼロである。このように、第１の動作モードにおいても、１つの指が接触した位置を知ることができる。

図５は、２つの指８を入力面に強く押し付けて、一方の指がＸ走査電極Ｘ１とＸ走査電極Ｘ２の双方の上に位置し、他方の指がＸ走査電極Ｘ３とＸ走査電極Ｘ４の双方の上に位置しているときの検知出力を示している。

この場合、走査時間Ｔ１と走査時間Ｔ６では、検出ラインＳａで得られる検出信号はほぼゼロになるが、走査時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５では、検出ラインＳａで得られる検出電圧はＳｎになる。

すなわち、最初の走査時間Ｔ１と最後の走査時間Ｔ６において、検出ラインＳａからの出力が、検出電圧±Ｓｐと検出電圧±Ｓｎとが相殺された値（例えばゼロ）となる。そして、走査時間Ｔ２ないし走査時間Ｔ５のいずれかにおいて、検出ラインＳａから、Ｘ走査電極に順番に与えられている第１の駆動信号Ｐとは逆の第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎが検出されるときには、両端のＸ走査電極Ｘ０とＸ５を除いたＸ走査電極Ｘ２ないしＸ４のいずれかの上に指８が位置していると判断できる。

図６は、検出領域２内において最も左に位置するＸ走査電極Ｘ０の真上においてのみ入力面に指８が触れているときの検出出力を示している。

この場合、前半の３回の走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３では、まず、指８が位置するＸ走査電極Ｘ０に第１の駆動信号Ｐが与えられる走査時間Ｔ１において、検知ラインＳａの検出信号が、第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎとなるが、その後の走査時間Ｔ２と走査時間Ｔ３では、検出ラインＳａにおいて、第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐと第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎとが相殺されるため、検出ラインＳａの出力がほぼゼロになる。

後半の走査時間Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６では、指８が触れている最も左に位置するＸ走査電極Ｘ０に、第２の駆動信号Ｎが印加され続けているので、検出ラインＳａでは、第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐが続けて得られる。

また、図６において、指８が左端のＸ走査電極Ｘ０の上にあるのではなく、右端のＸ走査電極Ｘ５の真上にのみ位置している場合には、最初の３回の走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３で、指が位置しているＸ走査電極Ｘ５に第２の駆動信号Ｎが印加され続けているために、検出ラインＳａで得られる検出信号は、第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐである。その後の３回の走査時間Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６は、検出ラインＳａに得られる検出信号が、ゼロ、ゼロ、±Ｓｎである。

図７は、第１の駆動モードの際に、左端のＸ走査電極Ｘ０の真上と、右端のＸ走査電極Ｘ５の真上の双方において、入力面に指８が触れている状態を示している。

この場合、最初の走査時間Ｔ１と最後の走査時間Ｔ６では、一方の指８が接近しているＸ走査電極Ｘ０と他方の指が接近しているＸ走査電極Ｘ５とに、第１の駆動信号Ｐと第２の駆動信号Ｎがそれぞれ与えられている。よって、走査時間Ｔ１と走査時間Ｔ５では、検出ラインＳａにおいて第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐと第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎとが相殺され、検出信号がゼロである。

中間の走査時間Ｔ２ないしＴ５では、一方の指８が接近しているＸ走査電極に第２の駆動信号Ｎが与えられ、指８が接近していないＸ走査電極に第１の駆動信号Ｐが与えられている。よって、走査時間Ｔ２ないしＴ５では、検出ラインＳａの検出信号は、いずれも±Ｓｐである。

検出部７では、図６と図７に示す検出ラインＳａの検出信号のパターンを記憶しておくことにより、指８が接近しているＸ走査電極が、図４ないし図７のどのパターンであるのかを認識でき、その結果、指がどのＸ走査電極に接近しているのかを認識できる。

その認識方法は、最初の走査時間Ｔ１と最後の走査時間Ｔ６の双方で検出ラインＳａから得られる出力信号が、第１の駆動信号Ｐによる検出電圧±Ｓｐと第２の駆動信号Ｎによる検出電圧±Ｓｎとが相殺されたものである場合には、中間の走査時間Ｔ２ないし走査時間Ｔ５での検出電圧を監視し、端のＸ走査電極Ｘ０，Ｘ５に与えられている第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎが得られたときの走査時間に応じて、どの位置に指８が接近しているかを判断する。

また、最初の走査時間Ｔ１と最後の走査時間Ｔ６の双方で検出ラインＳａから得られる出力信号が、第１の駆動信号Ｐによる検出電圧±Ｓｐと第２の駆動信号Ｎによる検出電圧±Ｓｎとが相殺されてゼロとなっており、中間の走査時間Ｔ２ないし走査時間Ｔ５の全てにおいて、順番に走査している第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐが得られている場合には、両側のＸ走査電極Ｘ０とＸ５の双方に指８が接近しているものと判断する。

また、検出部７では、全走査時間のうちの、前半の３回の走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に得られる検出信号と、後半の３回の走査時間Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６に得られる検出信号とを個別に監視することが好ましい。そして、図６に示すように、後半の走査時間Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６の検出信号が、全て電極を走査している第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐである場合には、前半の走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を見て、検出信号が±Ｓｎ、ゼロ、ゼロであったら、左端のＸ走査電極Ｘ０に指８が接近していると判断する。前半の走査時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の検出信号が全て±Ｓｐである場合には、後半の走査時間Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６を見て、検出信号がゼロ、ゼロ、±Ｓｎの順であったら、右端のＸ走査電極Ｘ５に指８が接近していると判断できる。

図８は、第１の動作モードの変形例を示す説明図である。
この変形例では、入力装置１の検出領域２内に、６本のＸ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５が設けられており、検出領域２から外れた位置にダミー電極Ｘｄが設けられている。このダミー電極ＸｄとＸ走査電極Ｘ５との間には検出電極が設けられており、またはダミー電極Ｘｄの両側に検出電極が設けられて、ダミー電極Ｘｄと検出電極との間にも容量が形成されている。そして、ダミー電極Ｘｄとの間に容量を形成している検出電極も検出ラインＳａに接続されている。

なお、Ｙ走査電極Ｙ５の隣りであって且つ検出領域２から外れた位置にもダミー電極Ｙｄが設けられているが、以下ではＸ走査電極とダミー電極Ｘｄを使用したＸ方向の位置の検出についてのみ説明する。ただし、Ｙ走査電極とダミー電極Ｙｄを使用してＹ方向の位置を検出する場合もその検出原理は同じである。

図８に示すように、検出領域２から外れているダミー電極Ｘｄには常に第２の駆動信号Ｎが印加されている。一方、検出領域２内に位置する全てのＸ走査電極Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に、第１の駆動信号Ｐが順番に印加される。

図８の駆動モードでは、指８が接近していないＸ走査電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４に第１の駆動信号Ｐが与えられたとき、検出ラインＳａでは、第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧±Ｓｐと第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎとが相殺されて検出出力がほぼゼロになる。ただし、指８が接近しているＸ走査電極Ｘ０とＸ５に第１の駆動信号Ｐが印加されているときに、検出信号は第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧±Ｓｎとなる。

図８に示す駆動モードでは、Ｘ走査電極Ｘ０ないしＸ５のいずれかに指が接近したときに、必ず検出電圧Ｓｎが得られる。よって、検出電圧Ｓｎが得られる走査時間を監視することにより、どのＸ走査電極に指８が接近したかを検出でき、複数のＸ走査電極に指が同時に接近したときもこれを検出することができる。すなわち、図８に示す駆動モードでは、図６、図７に示したように、端に位置するＸ走査電極に指が接近したときに異なる出力となるのを防止でき、検出部７の回路構成を簡単にできる。

本発明の入力装置の実施の形態を示すものであり、走査電極と検出電極の配置例を示す説明図、 （Ａ）は第１の駆動信号の波形図、（Ｂ）は第１の駆動信号に起因して検出信号に発生する検出信号の波形図、（Ｃ）は第２の駆動信号の波形図、（Ｄ）は第２の駆動信号に起因して検出信号に発生する検出信号の波形図、 入力装置を第２の駆動モードで駆動したときの検出動作を示す説明図、 入力装置を第１の駆動モードで駆動したときの検出動作を示す説明図、 入力装置を第１の駆動モードで駆動したときの検出動作を示す説明図、 入力装置を第２の駆動モードで駆動しているときに、片方の端の検出電極に指が接近したときの検出動作を示す説明図、 入力装置を第２の駆動モードで駆動しているときに、両端の検出電極に指が接近したときの検出動作を示す説明図、 入力装置を第２の駆動モードの変形例のモードで駆動したときの検出動作を示す説明図、

符号の説明

１ 入力装置
２ 検出領域
５ Ｘドライバー
６ Ｙドライバー
７ 検出部
Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５ Ｘ走査電極
Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５ Ｙ走査電極
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５ 検出電極
Ｓａ 検出ライン
Ｐ 第１の駆動信号
Ｎ 第２の駆動信号
Ｓｐ 第１の駆動信号Ｐに起因する検出電圧
Ｓｎ 第２の駆動信号Ｎに起因する検出電圧

Claims (6)

1. Ｙ方向に延び且つ前記Ｙ方向と直交するＸ方向に間隔を開けて配置された複数の走査電極と、検出領域内にある全ての走査電極との間に静電容量が形成される検出電極と、走査電極にパルス状の駆動信号を与えるドライバーと、前記検出電極から得られる検出信号と走査電極に駆動信号が与えられるタイミングとから操作体がどの走査電極に接近しているかを認識する検出部とが設けられており、
   前記ドライバーから、前記走査電極に対して、パルス状の第１の駆動信号と、前記第１の駆動信号とはパルスの立上がりと立下りのタイミングが逆である第２の駆動信号とが、同じ走査時間内に異なる走査電極に同時に与えられ、
   前記第１の駆動信号が、検出領域内にある走査電極に順番に与えられるとともに、同じ走査時間内に、前記第１の駆動信号が与えられている走査電極の両側に隣接していない電極に対して前記第２の駆動信号が与えられることを特徴とする入力装置。
2. 前記検出部では、前記検出電極から得られる検出信号と走査電極に駆動信号が与えられるタイミングとから、複数の操作体がそれぞれどの走査電極に接近しているかを個別に認識可能である請求項１記載の入力装置。
3. 前記第２の駆動信号が、前記検出領域内の端に位置する走査電極に与えられる請求項１または２記載の入力装置。
4. 前記検出領域の一方の端に位置する走査電極および他方の端に位置する走査電極に対して、前記第２の駆動信号が選択的に与えられる請求項３記載の入力装置。
5. 同じ走査時間内に、前記第１の駆動信号が与えられている走査電極の両側に隣接していない電極に対して前記第２の駆動信号が与えられる請求項１ないし４のいずれかに記載の第１の駆動モードと、
   前記ドライバーによって、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号が隣接する走査電極に与えられ、前記第１の駆動信号を与える走査電極と前記第２の駆動信号が与えられる走査電極が順に移動させられる第２の駆動モードとが、
   切り替え可能であることを特徴とする入力装置。
6. 前記Ｘ方向に延び且つ前記Ｙ方向に間隔を開けて配置された複数のＹ走査電極を有し、検出領域内にある全てのＹ走査電極と前記検出電極との間に静電容量が形成され、
   Ｙ走査電極に対しても、ドライバーによって前記走査電極と同様に第１の駆動信号と第２の駆動信号が与えられる請求項１ないし５のいずれかに記載の入力装置。

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