JP5289303B2 - 近接検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばタッチパネルに配置されている複数の電極の静電容量を検出して、ユーザがタッチパネルに近接又は接触している位置を特定する近接検知装置に関するものである。

ユーザの指がタッチパネルに接触する前の近接状態を検知する技術としては、例えば静電容量の変化を検出するものが広く知られている。これは、ユーザの指とタッチパネル上の電極との間に生じる静電容量の検出感度を高めることによって、電極にユーザの指が接触したことだけでなく近接したことも検知するようにしたものである。

ここで、静電容量の検出感度を高めるためには、例えば電極の面積を大きくすることが有効である。しかしながら、電極の面積を大きくすると、ユーザの指が近接したことを検知しやすくなる一方で、接触した位置を特定する際の分解能が低下する。

接触位置特定時の分解能低下を解決するために、例えば特許文献１に係る近接検知装置が提案されている。この近接検知装置では、ユーザの指が電極に近接したことを検出する際には、隣り合う電極同士を電気的に結合して結合電極にすることによって電極の面積を大きくし、ユーザの指が結合電極に接触した位置を特定する際には、結合を解除して電極の面積を小さくする。

図１５は、特許文献１に係る近接検知装置の概略構成図である。タッチパネル１０１の上に電極１０２ａ〜１０２ｄが配置され、検知対象物であるユーザの指１００の近接によって静電容量が変化する。制御回路１０３からの指示により、電極結合回路１０４が電極１０２ａ，１０２ｂ、電極１０２ｃ，１０２ｄをそれぞれ電気的に結合、分離する。静電容量検出回路１０５は、電極結合回路１０４により結合、分離された単位で、電極１０２ａ〜１０２ｄの静電容量を検出する。

タッチパネル１０１から遠い位置に存在するユーザの指１００を検出する場合には、制御回路１０３からの指示により電極結合回路１０４が電極１０２ａと電極１０２ｂを電気的に結合して結合電極Ａにし、電極１０２ｃと電極１０２ｄを電気的に結合して結合電極Ｂにする。そして、静電容量検出回路１０５は結合電極Ａ，Ｂの各静電容量を検出する。

一方、タッチパネル１０１から近い位置に存在するユーザの指１００を検出する場合には、制御回路１０３からの指示により電極結合回路１０４が電極１０２ａ〜１０２ｄを電気的に分離する。そして、静電容量検出回路１０５は電極１０２ａ〜１０２ｄの各静電容量を検出する。

上記のような構成により、特許文献１に係る近接検知装置は、タッチパネル１０１から遠い位置にある検知対象物を検出する場合には電極１０２ａ，１０２ｂ、電極１０２ｃ，１０２ｄを結合することで結合電極の面積を大きくし、タッチパネル１０１から近い位置にある検知対象物を検出する場合には、電極１０２ａ〜１０２ｄを分離して、接触位置を特定する場合の分解能を向上させることができる。

特開２００８−１５３０２５号公報

従来の近接検知装置は以上のように構成されているので、タッチパネルから遠い位置にある検知対象物を検知する場合、即ち近接位置を検知する場合には、隣り合う電極同士を結合することになるため、近接位置を特定する際の分解能が低下するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、静電容量の検出感度を高めて近接位置を検知する際に、近接位置を特定する分解能を向上させた近接検知装置を提供することを目的とする。

この発明に係る近接検知装置は、検知対象物の近接及び接触によって静電容量が変化する複数の電極と、複数の電極を、任意の電極結合数の電極を一部の電極がオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極とする電極制御部と、電極制御部が結合した結合電極の静電容量を検出する静電容量検出部と、静電容量検出部が検出した静電容量に基づいて、検知対象物の近接又は接触位置を算出する位置算出部とを備えるものである。

この発明によれば、複数の電極を、任意の電極結合数の電極を一部の電極がオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極とするようにしたので、静電容量の検出感度を高めて近接位置を検知する際に、近接位置を特定する分解能を向上させた近接検知装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る近接検知装置を示す概略構成図である。 図１に示すタッチパネル１の各電極Ｄ０〜Ｄ４の結合の様子を示す概念図である。 図１に示すタッチパネル１の各電極Ｄ０〜Ｄ４の結合の様子を示す概念図である。 図１に示す近接検知装置の動作を示すフローチャートである。 静電容量検出部４が有する静電容量検出回路４ａの構成を示す回路図である。 図１に示す位置算出部５の動作を示すフローチャートである。 図１に示す電極Ｄ０〜Ｄ４の側面図である。 ユーザの指を電極Ｄ０〜Ｄ４上を移動させながら検出した結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３を示す図である。 ユーザの指が電極Ｄ２上にある場合の、結合電極Ｓ１〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ１〜Ｖ３を基にした位置算出部５の詳細位置算出方法を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る近接検知装置において、ユーザの指が電極Ｄ２上にある場合の、静電容量修正値Ｖ１’，Ｖ３’を説明する図である。 ユーザの指が電極Ｄ２上にある場合の、結合電極Ｓ１，Ｓ３の静電容量修正値Ｖ１’，Ｖ３’を基にした位置算出部５の詳細位置算出方法を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る近接検知装置のタッチパネル１１の平面図である。 この発明の実施の形態４に係る近接検知装置を示す概略構成図である。 図１３に示す近接検知装置の動作を示すフローチャートである。 特許文献１に係る近接検知装置を示す概略構成図である。

実施の形態１．
図１に示す実施の形態１に係る近接検知装置は、タッチパネル１と、タッチパネル１の上にＸ軸方向に並べて配置された電極Ｄ０〜Ｄ４と、各電極Ｄ０〜Ｄ４の結合、分離を制御する電極制御部２と、全体を制御する制御部３と、電極制御部２で結合、分離された単位で電極Ｄ０〜Ｄ４の静電容量を検出する静電容量検出部４と、静電容量を基に検知対象物の位置を算出する位置算出部５と、電極制御部２で結合、分離された電極Ｄ０〜Ｄ４と静電容量検出部４とを接続するバス６とから構成される。

本実施の形態１では、近接検出の感度を高めるために電極Ｄ０〜Ｄ４を、一部の電極がオーバーラップするようにずらしながら順次結合して面積を広げる。以下、結合方式を２例説明する。

（１）電極結合数ｋ＝２、電極スライド数ｚ＝１の結合方式
図２は、図１に示すタッチパネル１の各電極Ｄ０〜Ｄ４の結合の様子を示す概念図である。最初の静電容量検出処理の際は電極Ｄ０，Ｄ１の２本分（電極結合数）を結合して結合電極Ｓ０を構成し、次の検出処理の際には１本分（電極スライド数）の電極をスライドして、電極Ｄ１，Ｄ２を結合して結合電極Ｓ１を構成する。次の検出処理の際には１本分の電極をスライドして、電極Ｄ２，Ｄ３を結合して結合電極Ｓ２を構成する。次の検出処理の際には１本分の電極をスライドして、電極Ｄ３，Ｄ４を結合して結合電極Ｓ３を構成するといったように、電極結合を行う。

（２）電極結合数ｋ＝３、電極スライド数ｚ＝２の結合方式
図３は、図１に示すタッチパネル１の各電極Ｄ０〜Ｄ４の結合の様子を示す概念図である。最初の静電容量検出処理の際は電極Ｄ０〜Ｄ２を結合して結合電極Ｓ１０を構成し、次の検出処理の際は２本分の電極をスライドして、電極Ｄ２〜Ｄ４を結合して結合電極Ｓ１１を構成するといったように、電極結合を行う。

このように、結合電極を構成する電極の結合数を電極結合数ｋと呼び、次の検出処理の電極結合を行う際のスライド数を電極スライド数ｚと呼ぶ。ただし、各結合電極Ｓ０〜Ｓ３に、一部の電極がオーバーラップして含まれるように、ｋ＞ｚとする。

なお、電極結合数を大きくすると、より遠くに位置するユーザの指を検出することが可能となる。
一般に、２つの導体の間に生じる静電容量Ｃは下式（１）で表される。
Ｃ＝ｒεｏＳ／ｄ （１）
ここで、ｒは２つの導体（電極と指）の間に存在する物質の比誘電率、εｏは真空の誘電率、Ｓは２つの導体の対向する部分の面積、ｄは２つの導体間の距離である。
式（１）より、結合電極の面積を大きくすることにより、距離ｄが大きい場合でも、結合電極とユーザの指との間の静電容量Ｃの値を大きくすることができる。

また、電極をスライドさせて、一部オーバーラップするように結合することにより、従来のように単純に隣り合う電極同士を結合する場合に比べて、静電容量を検出する結合電極の数が増えることになり、位置を算出する際の分解能を向上させることができる。

次に、図４に示すフローチャートを用いて近接検知装置の動作を説明する。ここでは、図２に示す電極結合数ｋ＝２、電極スライド数ｚ＝１、全電極数Ｍ＝５の構成を例に用いる。
先ず、ステップＳＴ１において、制御部３は、電極結合の回数をカウントするためのカウンタｉを初期化、即ちｉ＝０とする。

続くステップＳＴ２において、制御部３は、電極Ｄｉ〜電極Ｄｉ＋ｋ−１までの各電極をバス６に接続するよう、電極制御部２に指示する。ここでの電極結合数ｋは２である。
電極制御部２は、制御部３の指示を受けて、カウンタｉ＝０、電極結合数ｋ＝２であることから電極Ｄ０，Ｄ１のみをバス６に接続する。なお、電極制御部２には、電極Ｄ０〜Ｄ４とバス６とを電気的に接続するために、例えば一般的に広く使われているアナログスイッチを用いる。

続いてステップＳＴ３において、静電容量検出部４は、バス６に接続された電極、即ち電極Ｄ０，Ｄ１を結合した結合電極Ｓ０の静電容量を検出する。
ここで、図５に示す静電容量検出回路４ａの回路図を用いて、静電容量検出部４の詳細を説明する。静電容量検出部４が有する静電容量検出回路４ａは、抵抗４１、接続点４２、接続点４２の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆに達した場合にＯＮ出力となるコンパレータ４３、コンパレータ４３の出力がＯＮになった場合に接続点４２を連結するように接地するスイッチ４４から構成される。結合電極とユーザの指との間に生じる静電容量４５は、抵抗４１とコンパレータ４３とに接続される。

結合電極とユーザの指との間に静電容量４５が生じると、抵抗４１を介して電圧ＶＤＤにより電荷が蓄積される。ここで、接続点４２の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆに達すると、コンパレータ４３の出力がＯＮとなる。コンパレータ４３の出力がＯＮになることでスイッチ４４が結合し、静電容量４５により蓄積されていた電荷が放電される。電荷が放電されると、スイッチ４４が切断し、再び電圧ＶＤＤにより静電容量４５に電荷が蓄積される。このように、静電容量４５に対して電荷の充放電を繰り返す。

静電容量検出部４は、この充放電の繰り返し回数、即ちコンパレータ４３のＯＮ出力が予め定めた所定回数に達するまでの時間を計測することにより、静電容量４５の大きさを検出する。例えば、静電容量４５が大きい場合は電荷蓄積量も大きくなるため、充放電にかかる時間が長くなる。これにより、充放電の繰り返し回数が所定回数に達するまでの時間も長くなる。従って、静電容量４５の検出値は大きくなる。

なお、静電容量４５に電荷を蓄積する際、静電容量（Ｃ）４５と抵抗（Ｒ）４１とによりＲＣ回路が構成されているため、静電容量４５への電荷の蓄積にかかる時間はＲＣの時定数に依存する。このことから、抵抗４１の大きさを変更することにより、充放電の繰り返しにかかる時間、即ち静電容量４５の大きさに対応する出力値の感度及び精度を調整することができる。

ここでは静電容量４５の大きさを検出する方法として、電荷の充放電時間を利用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、静電容量を計測する方法であればどのような方法を用いてもよい。

続くステップＳＴ４において、静電容量検出部４は、ステップＳＴ３で検出した結合電極Ｓ０の静電容量に対応する値（以下、静電容量検出値）を、制御部３が有するバッファ（図示せず）に格納する。

続くステップＳＴ５において、制御部３は、電極スライド数の分だけカウンタｉを増加させる。ここでは電極スライド数ｚが１であるため、カウンタｉ＝１となる。

続くステップＳＴ６において、制御部３は、カウンタｉが全電極数Ｍから電極結合数ｋを減じた値Ｍ−ｋ以下であるかを判定する。ここでは（ｉ＝１）≦（Ｍ−ｋ＝３）であるため（ステップＳＴ６“ＹＥＳ”）、制御部３は処理をステップＳＴ２に戻す。

続いて、再びステップＳＴ２において、制御部３が電極Ｄ１，Ｄ２のみをバス６に接続するよう電極制御部２に指示し、電極制御部２が電極Ｄ０をバス６から切り離し、電極Ｄ１，Ｄ２のみをバス６に接続する。続くステップＳＴ３において、静電容量検出部４がバス６に接続された結合電極Ｓ１（電極Ｄ１，Ｄ２）の静電容量を検出し、ステップＳＴ４において、静電容量検出部４は検出した静電容量検出値を制御部３のバッファに格納する。続くステップＳＴ５において、制御部３がカウンタｉ＝２に更新する。

このように、ｉ≦Ｍ−ｋの間（ステップＳＴ６“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ２〜ＳＴ５の処理を繰り返して、順次、結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量を検出し、制御部３のバッファに格納する。
結合電極Ｓ３（電極Ｄ３，Ｄ４）の静電容量の検出が終わると、ステップＳＴ６において（ｉ＝４）＞（Ｍ−ｋ＝３）となるので（ステップＳＴ６“ＮＯ”）、制御部３は処理をステップＳＴ７に進める。

続くステップＳＴ７において、位置算出部５は、制御部３のバッファに格納された結合電極Ｓ０〜Ｓ３の各静電容量検出値を基に、検知対象物の詳細位置を算出する。位置算出部５が行うステップＳＴ７の詳細位置算出処理について、図６に示すフローチャートと、図７に示す電極Ｄ０〜Ｄ４の側面図とを用いて説明する。以下の説明では、検知対象物であるユーザの指Ｆが、電極Ｄ２上の点線の矢印が指す位置に近接又は接触している場合を想定する。

先ず、ステップＳＴ１１において、位置算出部５は、全ての結合電極Ｓ０〜Ｓ３に対する静電容量検出値それぞれから、定常状態、即ち何も検知対象物がない状態の結合電極Ｓ０〜Ｓ３に対する静電容量検出値をそれぞれ差し引いた値を求め、結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値とする。なお、定常状態での静電容量検出値は、予め検知対象物がない状態で結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量を検出して、位置算出部５に設定しておくこととする。

続くステップＳＴ１２において、位置算出部５は、ステップＳＴ１１にて求めた結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値の情報から詳細位置を算出する。
図８に、ユーザの指を電極Ｄ０から電極Ｄ４まで徐々に移動させながら検出した結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３を示す。ユーザの指Ｆが電極Ｄ２に近接又は接触した場合、結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３のうち大きな値になるのは、値が大きい順に、結合電極Ｓ２，Ｓ１，Ｓ３に対応する静電容量変化値Ｖ２，Ｖ１，Ｖ３である。このことから、電極結合数ｋ＝２の場合は、静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３のうちの第１ピークから第ｋ＋１ピークまでを使って、即ち第１ピークから第３ピークまでの静電容量変化値を使って、ユーザの指Ｆの詳細位置を求める。
なお、近接の場合も、接触の場合も電極の出力値の大きさは異なるが、同様な静電容量変化値の情報が得られるため、近接及び接触の場合でも同様な方法で詳細位置を算出することができる。

図９に、ユーザの指が電極Ｄ２上（図７に示すＦの位置）にある場合の、結合電極Ｓ１〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ１〜Ｖ３を示す。なお、結合電極Ｓ０の静電容量変化値Ｖ０は、第１〜第３ピークに該当しないので、図示しない。
位置算出部５は、静電容量変化値Ｖ１〜Ｖ３を滑らかに結ぶ曲線Ｐを求める。この曲線Ｐは、例えば静電容量変化値Ｖ１〜Ｖ３を通る３次スプライン曲線を計算することにより求めることができる。位置算出部５はさらに、曲線Ｐのピーク位置Ｇを求め、このピーク位置Ｇをユーザの指が近接又は接触した詳細位置とする。

なお、単純に、全ての静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３を滑らかに結ぶ曲線Ｐを求め、そのピーク位置Ｇを求めるようにしてもよい。
ただし、ユーザの指が近接又は接触した近辺以外の結合電極の静電容量変化値は非常に小さくなるため、第１ピークから第ｋ＋１ピークまでの静電容量変化値に基づいてピーク位置Ｇを求めれば、十分に精度の高い近接又は接触位置となる。さらに、全ての静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３を使う場合に比べて、第ｋ＋１ピークまでの静電容量変化値を使う場合の方がピーク位置Ｇ算出の計算量を大幅に減少させることができる。

以上より、実施の形態１によれば、検知対象物の近接及び接触によって静電容量が変化する複数の電極Ｄ０〜Ｄ４と、複数の電極Ｄ０〜Ｄ４を、任意の電極結合数ｋの電極を一部の電極がオーバーラップするように任意の電極スライド数ｚずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極Ｓ０〜Ｓ３とする電極制御部２と、電極制御部２が結合した結合電極Ｓ０〜Ｓ３の各静電容量を検出する静電容量検出部４と、静電容量検出部４が検出した静電容量に基づいて、検知対象物の近接又は接触位置を算出する位置算出部５とを備え、位置算出部５は、電極制御部２での電極結合数をｋ（ｋは１以上）とした場合に、静電容量検出部４が検出した各結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３のうち、値が大きい順に第１番目から第ｋ＋１番目までの静電容量変化値を基に近接又は接触位置を算出するように構成した。これにより、複数の電極を結合して静電容量の検出感度を高めて、タッチパネル１から遠い位置にある検知対象物を検知することが可能となる。さらに、近接位置を算出する際の分解能を向上させることができるようになり、精度よく近接又は接触位置を算出することが可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、位置算出部５によるユーザの指が近接又は接触した詳細位置算出方法について、上記実施の形態１とは別の方法を説明する。なお、上記実施の形態１と本実施の形態２とでは位置算出部５の動作が異なるだけなので、以下では図１〜図８を援用して説明する。

電極結合数ｋ＝２の場合、図８に示した結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３の分布を見ると、ユーザの指Ｆの位置近辺では、第１ピークとなる静電容量変化値Ｖ２は指Ｆの位置が多少ずれても変化が少ない。一方、第２，３ピークとなる静電容量変化値Ｖ１，３は指Ｆの位置が少しずれるだけで大きく変化する。そこで、位置算出部５は、ユーザの指Ｆが点線の矢印上にある場合には、第１ピークの静電容量変化値Ｖ２は用いず、第２ピークの静電容量変化値Ｖ１と第３ピークの静電容量変化値Ｖ３を用いて詳細位置を算出する（図４のステップＳＴ７、図６のステップＳＴ１１，ＳＴ１２）。

なお、図８に示したように、ユーザの指Ｆが点線の矢印上にある場合、その位置から遠く離れた位置にある結合電極Ｓ０にもわずかに静電容量変化値Ｖ０（第４ピーク）が検出される。これは、ユーザの指が直接、結合電極Ｓ０に近接又は接触していなくても周辺の物質（空気、タッチパネル１に設置された保護シート等）を介して静電容量が生じるためである。このことは、ユーザの指による影響が、全ての結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３にオフセットとして含まれていると考えることもできる。そこで、本実施の形態２では、この第４ピークの静電容量変化値を、ユーザの指による影響分として考慮する。

図１０に、ユーザの指Ｆが電極Ｄ２上にある場合の、結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量変化値Ｖ０〜Ｖ３を示す。図１０においても、電極Ｄ０〜Ｄ４の結合方法は、結合電極数ｋ＝２及び電極スライド数ｚ＝１とする。静電容量変化値Ｖ１から第４ピークの静電容量変化値Ｖ０（オフセット）を差し引いた値を、静電容量修正値Ｖ１’とし、静電容量変化値Ｖ３から静電容量変化値Ｖ０（オフセット）を差し引いた値を、静電容量修正値Ｖ３’とする。位置算出部５は、図１０に示す静電容量修正値Ｖ１’，Ｖ３’を基に詳細位置を算出する。

静電容量修正値Ｖ１’，Ｖ３’を基に詳細位置を算出する位置算出部５の詳細位置算出処理について、図１１に示す電極Ｄ０〜Ｄ４の側面図を用いて説明する。図１１において、結合電極Ｓ１のＸ軸方向の中心を中心位置Ｃ１、結合電極Ｓ３のＸ軸方向の中心を中心位置Ｃ３とする。
ユーザの指が結合電極の中心に近いほど、結合電極の出力値が大きくなる。このことから、位置算出部５は、結合電極Ｓ１の中心位置Ｃ１と結合電極Ｓ３の中心位置Ｃ３の間を、静電容量修正値Ｖ１’，Ｖ３’の逆比となるよう分割した位置、即ち中心位置Ｃ１，Ｃ３間をＶ３’：Ｖ１’に内分する内分位置Ｇ’を求め、この内分位置Ｇ’をユーザの指が近接又は接触した詳細位置とする。

以上より、実施の形態２によれば、位置算出部５を、電極制御部２での電極結合数をｋ（ｋは１以上）とした場合に、静電容量検出部４が検出した各結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量のうち、第ｋ番目に値が大きい静電容量から第ｋ＋２番目に値が大きい静電容量を差し引いた静電容量修正値と、第ｋ＋１番目に値が大きい静電容量から前記第ｋ＋２番目に値が大きい静電容量を差し引いた静電容量修正値とを基に近接又は接触位置を算出するように構成した。このため、更に精度良く近接又は接触位置が算出できると共に、電極結合数ｋが大きい場合でも位置算出のための計算量を小さくすることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、電極Ｄ０〜Ｄ４をＸ軸方向に並べて１次元の詳細位置を算出する例を説明したが、Ｘ軸及びＹ軸方向の２次元の詳細位置を算出する構成にしてもよい。

図１２は、実施の形態３に係る近接検知装置のタッチパネル１１を上面からみた平面図である。タッチパネル１１には、Ｘ軸方向の詳細位置を算出するための電極Ｄ０ｘ〜Ｄ７ｘと、Ｙ軸方向の詳細位置を算出するための電極Ｄ０ｙ〜Ｄ５ｙとを短冊状に並べて配置する。この構成の場合には、Ｘ軸方向の電極Ｄ０ｘ〜Ｄ７ｘの結合、分離を制御する電極制御部と、Ｙ軸方向の電極Ｄ０ｙ〜Ｄ５ｙの結合、分離を制御する電極制御部とを備え、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれについて上記実施の形態１又は上記実施の形態２の詳細位置算出処理を実施することによって、ユーザの指が近接又は接触した２次元の詳細位置を求める。
なお、電極をＸ，Ｙ軸方向に２次元配置した場合に、電極結合数ｋ及び電極スライド数ｚは、Ｘ軸方向の電極とＹ軸方向の電極とで同じ値を用いてもよいし、異なる値を用いてもよい。また、Ｘ，Ｙ軸方向それぞれの詳細位置を求めて、２次元の詳細位置とするため、Ｘ，Ｙ軸方向それぞれを独立して異なるパラメータ（ｋ，ｚ，Ｍ）で制御するようにしてもよい。例えば、Ｘ軸方向は上記実施の形態１，２の方法で詳細位置を算出する一方、Ｙ軸方向は電極を２分割にして大まかな近接又は接触位置を算出するような場合がある。

以上より、実施の形態３によれば、複数の電極Ｄ０ｘ〜Ｄ７ｘ，Ｄ０ｙ〜Ｄ５ｙは、一方向に並べて配置されると共に、当該一方向とは異なる方向にも並べて配置され、電極制御部は、複数の電極Ｄ０ｘ〜Ｄ７ｘを、任意の電極結合数の電極を一部の電極をオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極とすると共に、複数の電極Ｄ０ｙ〜Ｄ５ｙを、任意の電極結合数の電極を一部の電極をオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極にするように構成した。このため、２次元であっても、近接位置を算出する際の分解能を高めることができる。

実施の形態４．
図１３に示す実施の形態４に係る近接検知装置は、タッチパネル１と、タッチパネル１の上に配置された電極Ｄ０〜Ｄ４と、全体を制御する制御部３と、電極Ｄ０〜Ｄ４の静電容量を検出する静電容量検出部２１と、静電容量を基に検知対象物の位置を算出する位置算出部５とから構成される。この静電容量検出部２１は、各電極Ｄ０〜Ｄ４の結合、分離を制御する電極制御部２と、図５に示す構成の静電容量検出回路４ａと、電極制御部２で結合、分離された電極Ｄ０〜Ｄ４と静電容量検出回路４ａとを接続するバス２２と、外部の抵抗（抵抗器）２４〜２６とバス２２との結合、分離を制御する抵抗制御部（感度制御部）２３とを備える。なお、図１３において図１、図５と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、以下では、図２に示す電極結合数ｋ＝２、電極スライド数ｚ＝１、全電極数Ｍ＝５、結合電極Ｓ０〜Ｓ３の場合を例に説明する。

抵抗制御部２３は、アナログスイッチ等で構成され、それぞれ異なる抵抗値を持った抵抗２４〜２６をバス２２に結合、分離させる。バス２２に結合する抵抗値に応じて、静電容量検出部２１による静電容量検出の感度及び精度等が決まる。

上式（１）に示したように、静電容量Ｃの値は、結合電極の面積に応じて大きくなる。このため、電極結合数が大きい場合には結合電極Ｓ０〜Ｓ３の静電容量が大きくなるので、静電容量検出回路４ａの最適な測定範囲を超える可能性がある。この場合、例えば図５に示す静電容量検出回路４ａにおいて、抵抗４１の抵抗値を調整することにより静電容量４５に対する電荷の充放電にかかる時間を調整できるので、充放電の繰り返し回数が所定回数に達するまでの時間、即ち静電容量４５の検出値のレベルを最適な値に調整することができる。

このことから、例えば予め電極結合数に応じて最適な感度となるような抵抗値を持つ抵抗を複数用意しておき、電極結合数に応じていずれかの抵抗を静電容量検出回路４ａに接続させることが望ましい。図１３の例では、電極結合数ｋ＝１に対応する抵抗値を持つ抵抗２４、電極結合数ｋ＝２に対応する抵抗値を持つ抵抗２５、電極結合数ｋ＝３に対応する抵抗値を持つ抵抗２６を、それぞれ抵抗制御部２３を介してバス２２に接続する。

次に、図１４に示すフローチャートを用いて近接検知装置の動作を説明する。ここでは、タッチパネル１に対して、ユーザの指が遠い位置から近い位置に推移する詳細位置を検知する例を用いて説明する。
先ず、ステップＳＴ２１において、制御部３は、電極結合数ｋと電極スライド数ｚを設定する。なお、検知開始の初期時には、電極結合数ｋ＝２、電極スライド数ｚ＝１をそれぞれ初期値とする。

続くステップＳＴ２２において、制御部３は、電極結合数ｋに合わせて静電容量の検出感度を調整するよう、静電容量検出部２１に指示する。静電容量検出部２１内部の抵抗制御部２３は、制御部３の指示を受けると、電極結合数ｋ＝２であることから、対応する抵抗２５のみをバス２２に接続する。

続くステップＳＴ２３において、近接検知装置は図４に示したフローチャートに従って電極結合を行い、結合電極の静電容量を検出し、詳細位置を求める。

続くステップＳＴ２４において、制御部３は、ステップＳＴ２３で検出した静電容量検出値の情報を基に、電極結合数ｋを決定する。具体的には、ステップＳＴ２３において詳細位置を求めた際の結合電極の静電容量検出値（静電容量変化値又は静電容量修正値でもよい）の第１ピークの値を制御部３が有するバッファ（図示せず）に格納しておき、この値が、例えばユーザの指がタッチパネル１に十分近づく等して、予め定めた規定の出力レベルの範囲を超えた場合に、制御部３は静電容量検出の感度が十分得られていると判断して、次の検知処理で詳細位置を求める際の分解能が向上するように、電極結合数ｋを減少させる。この例では、現在の電極結合数ｋ＝２からｋ＝１へ変更する。
一方、第１ピークの値が、予め定めた規定の出力レベルの範囲内であれば、制御部３は電極結合数ｋを変更しない。

制御部３は、処理を再びステップＳＴ２１へ戻し、次の検知処理を開始するが、この際には前回のステップＳＴ２４で決定した電極結合数ｋ＝１を用いる。ただし、電極結合数ｋを減少させて電極面積を小さくするので、静電容量検出の感度も下がるが、前回のステップＳＴ２４にて十分の感度が得られていると判断した上での変更であるため問題はない。
なお、電極結合数ｋに変更がない場合には、次の検知処理のステップＳＴ２１，ＳＴ２２は行わなくてよい。

一方、ユーザの指がタッチパネル１から離れる等して、第１ピークの値が予め定めた規定の出力レベルの範囲を下回った場合、制御部３は、検出感度を高めるために電極結合数ｋを増加させる。例えば現在の電極結合数がｋ＝１の場合は、ｋ＝２に変更する。これにより常に最適な検出感度となるように動的に電極結合数ｋを変更できる。

以上より、実施の形態４によれば、電極制御部２は、静電容量検出部２１が検出した結合電極の静電容量に応じて、電極結合数ｋを変更するように構成した。このため、ユーザの指の近さに応じて、近接又は接触位置を算出する際の分解能を適切に調整することができる。この結果、詳細位置検出の精度の向上を図ることができる。

また、実施の形態４によれば、近接検知装置は、電極結合数ｋに応じて、静電容量検出部２１の静電容量検出の感度を調整する抵抗制御部２３を備え、抵抗制御部２３が、結合電極Ｓ０〜Ｓ３と静電容量検出部２１を接続可能な抵抗２４〜２６を複数有し、当該抵抗２４〜２６の接続を切り替えて静電容量検出部２１の静電容量検出の感度を調整するように構成した。このため、ユーザの指の近さに応じて、適切に静電容量検出の感度を調整することができる。この結果、詳細位置検出の感度及び精度の向上を図ることができる。

なお、上記実施の形態４では、電極結合数ｋに応じてバス２２に接続する抵抗２４〜２６を変更して静電容量検出の感度を調整する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば静電容量検出部２１において充放電の繰り返しカウント数等、その他の感度パラメータをソフトウェア上で変更して調整するように構成してもよい。
また、ステップＳＴ２２では、前回のステップＳＴ２４で決定した電極結合数ｋに応じて静電容量検出の感度を調整する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば前回のステップＳＴ２３で検出した静電容量に応じて静電容量検出の感度を調整する構成にしてもよい。

また、上記実施の形態４では、電極Ｄ０〜Ｄ４をＸ軸方向に並べて１次元の詳細位置を算出する例を説明したが、上記実施の形態３のように電極をＸ軸方向及びＹ軸方向に並べて２次元の詳細位置を算出するように構成してもよい。

上記実施の形態１〜４では、電極スライド数ｚ＝１に固定していたが、動的に変更する構成にしてもよい。電極スライド数を大きくすると、詳細位置を求める際の分解能は低下するが、結合電極の数が減るため静電容量検出値を求める処理量が少なくてよいため、分解能と検出処理量が最適なバランスとなるように、制御部３が電極スライド数を動的に変更する。

また、上記実施の形態１〜４では、電極制御部２及び抵抗制御部２３をアナログスイッチ等の外部部品で構成していたが、静電容量検出部４，２１をＩＣ（集積回路）等で構成して、内部に電極制御部２及び抵抗制御部２３を含めるようにしてもよい。
ＩＣを用いた構成の場合には、電極制御部２及び抵抗制御部２３をアナログスイッチ等で構成する場合に比べて、高速な結合／分離切替制御が可能となり、また、周辺ノイズ等の影響を抑制することが可能となり、さらに、外部部品を必要としないために全体の回路規模を縮小することが可能となる。

１，１１ タッチパネル、２ 電極制御部、３ 制御部、４，２１ 静電容量検出部、４ａ 静電容量検出回路、５ 位置算出部、６，２２ バス、２３ 抵抗制御部、２４〜２６ 抵抗、４１ 抵抗、４２ 接続点、４３ コンパレータ、４４ スイッチ、４５ 静電容量、１００ 指、１０１ タッチパネル、１０２ａ〜１０２ｄ 結合電極、１０３ 制御回路、１０４ 電極結合回路、１０５ 静電容量検出回路、Ｄ０〜Ｄ４，Ｄ０ｘ〜Ｄ７ｘ，Ｄ０ｙ〜Ｄ５ｙ 電極、Ｓ０〜Ｓ３，Ｓ１０，Ｓ１１ 結合電極。

Claims (10)

1. 検知対象物の近接及び接触によって静電容量が変化する複数の電極と、
   前記複数の電極を、任意の電極結合数の電極を一部の電極がオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極とする電極制御部と、
   前記電極制御部が結合した前記結合電極の静電容量を検出する静電容量検出部と、
   前記静電容量検出部が検出した前記静電容量に基づいて、前記検知対象物の近接又は接触位置を算出する位置算出部とを備える近接検知装置。
2. 位置算出部は、電極制御部での電極結合数をｋ（ｋは１以上）とした場合に、静電容量検出部が検出した各結合電極の静電容量のうち、値が大きい順に第１番目から第ｋ＋１番目までの静電容量を基に近接又は接触位置を算出することを特徴とする請求項１記載の近接検知装置。
3. 位置算出部は、電極制御部での電極結合数をｋ（ｋは１以上）とした場合に、静電容量検出部が検出した各結合電極の静電容量のうち、第ｋ番目に値が大きい静電容量から第ｋ＋２番目に値が大きい静電容量を差し引いた静電容量修正値と、第ｋ＋１番目に値が大きい静電容量から前記第ｋ＋２番目に値が大きい静電容量を差し引いた静電容量修正値とを基に近接又は接触位置を算出することを特徴とする請求項１記載の近接検知装置。
4. 複数の電極は、一方向に並べて配置されると共に、当該一方向とは異なる方向にも並べて配置され、
   電極制御部は、前記一方向に並べて配置された複数の電極を、任意の電極結合数の電極を一部の電極をオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極とすると共に、前記一方向とは異なる方向に並べて配置された複数の電極を、任意の電極結合数の電極を一部の電極をオーバーラップするように任意の電極スライド数ずつずらしながら、順次結合してそれぞれ結合電極とすることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の近接検知装置。
5. 電極制御部は、静電容量検出部が検出した結合電極の静電容量に応じて、電極結合数を変更することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の近接検知装置。
6. 電極制御部は、静電容量検出部が検出した結合電極の静電容量に応じて、電極スライド数を変更することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の近接検知装置。
7. 静電容量検出部及び電極制御部は、集積回路で構成されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の近接検知装置。
8. 電極結合数、又は静電容量検出部が検出した結合電極の静電容量に応じて、前記静電容量検出部の静電容量検出の感度を調整する感度制御部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の近接検知装置。
9. 感度制御部は、結合電極と静電容量検出部を接続可能な抵抗器を複数有し、当該抵抗器の接続を切り替えて前記静電容量検出部の静電容量検出の感度を調整することを特徴とする請求項８記載の近接検知装置。
10. 静電容量検出部、電極制御部及び感度制御部は、集積回路で構成されることを特徴とする請求項９記載の近接検知装置。

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