JP6284391B2 - 静電容量型入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電極部を有する電極群の前方に位置する指や手などの操作体の位置を検知する静電容量型入力装置に関する。

特許文献１には、いわゆるホバー検知を可能としたタッチセンサの発明が開示されている。ホバー検知は、ホバリング検知とも呼ばれ、タッチセンサの操作面から離れた位置にある指や手の存在ならびにその位置を検知する検知動作を意味している。

特許文献１に記載されたタッチセンサは、複数並んでいるラインのうちの３つのラインを選択し、１つラインを検知ラインとしその両側に位置するラインを駆動ラインとする。検知動作は、検知ラインと一方の側に位置する駆動ラインとの間の静電容量と、検知ラインと他方の側に位置する駆動ラインとの間の静電容量の差を求めることで指などの接近状態を検出する。また、前記３つのラインの選択位置を順次切替えていくことで、接近している指の座標上の位置を検出するというものである。

特開２０１３−８０２９０号公報

特許文献１に記載されたタッチセンサは、３つのラインで構成される検知ラインと駆動ラインの組み合わせを、複数のＸラインと複数のＹラインにおいて順番に切替える動作を行っている。

この構成では、操作面から指や手などを検知できる距離であるホバー検知可能距離を長くしようとすると、指や手と検知ラインとの間の静電容量と比較して、中央の検知ラインとその両側の駆動ラインとの静電結合を大きくしなくてはならなくなり、指や手の接近を検知するときのＳ／Ｎ比が劣化しやすくなる。また、検知ラインと駆動ラインの組み合わせを全てのＸラインと全てＹラインに順番に切替える動作を行っているため、ラインの切替え回数が多くなり、制御回路の負担が大きくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、回路負担を増加させることなく、指などの操作体の接近位置を高精度に検知できる静電容量型入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、第１の方向へ間隔を空けて配置され前記第１の方向と直交する第２の方向に連続する電極部を複数備えた第１の電極群と、いずれかの前記電極部に駆動電力を与える駆動回路と、いずれかの前記電極部からの出力を検知する検知回路とが設けられた静電容量型入力装置において、
前記第１の電極群を構成する電極部のうち互いに隣接する複数の電極部が、前記駆動電力が与えられる一群の駆動電極部として動作し、前記一群の駆動電極部の両側に、接地電位とされた接地電極部を挟んで位置する電極部が、出力を検知する検知電極部として動作するものとして設定され、
前記一群の駆動電極部を挟んで一方に位置する前記検知電極部と、他方に位置する前記検知電極部の出力の差または比から、前記第１の電極群に接近する操作体の第１の方向での位置が算出され、かつ、出力の和から、前記第１の電極群が設けられた面から操作体までの垂直距離が算出され、前記設定は、前記垂直距離が予め設定された距離よりも短くならない限り固定されていることを特徴とするものである。

本発明の静電容量型入力装置は、好ましくは隣接している複数の電極部を駆動電極として、その両側に位置する電極部を検知電極部とすることで、２つの検知電極部を適度な距離に保つことができ、操作体の接近状態や接近位置を良好なＳ／Ｎ比によって検知できるようになる。また、複数の２つの検知電極部からの出力の差や比によって接近位置を検知できるようにしているため、駆動電極部ならびに検知電極部を頻繁に切替える必要がなくなり、回路負担を低減できる。

前記接地電極部を設けることにより、操作体が第１の方向へ移動したときの移動位置の検知出力のリニアリティを向上できる。

本発明は、前記垂直距離に応じて表示画面の表示内容を変化させる制御を行うことが可能である。

本発明は、前記表示画面の前方に透光性の基板が設けられ、この基板に前記第１の電極群が設けられているものとして構成できる。

本発明は、前記垂直距離が予め設定された接近検知距離よりも短くなったときに、最初に設定された前記検知電極部間の前記第１の方向の距離よりも短い距離を空けて位置する電極部が、新たな前記検知電極部となるように切替えられることが好ましい。

上記切替え動作を行うことで、操作体の接近距離をさらに高精度に検知できるようになる。

本発明は、前記第２の方向へ間隔を空けて配置され前記第１の方向に連続する電極部を複数備えた第２の電極群が設けられ、前記第１の電極群を構成する電極部と前記第２の電極群を構成する電極部との間に静電容量が形成されており、
前記垂直距離が、前記接近検知距離よりもさらに短い予め設定された最短検知距離よりも短くなったときに、前記第１の電極群と前記第２の電極群の一方に順番に駆動電力を与え、他方から検知出力を得るタッチ検知モードに切替えられるものとして構成できる。

本発明は、複数の駆動電極部の両側に検知電極部を配置することで、電極群の前方に接近した操作体の接近状態と接近位置を高い精度で検知できるようになる。また２つの検知電極部の検知出力から接近位置を算出しているため、駆動電極部と検知電極部の選択位置を頻繁に切替える必要がなく、回路負担を軽減できる。

本発明の実施の形態の静電容量型入力装置の操作状態を示す斜視図、 本発明の実施の形態の静電容量型入力装置の回路ブロック図、 本発明の実施の形態の静電容量型入力装置の検知動作を示す説明図、 （Ａ）は両側の検知電極部からの検知出力の差を示す線図、（Ｂ）は両側の検知電極部からの検知出力の和を示す線図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、操作体の接近に伴う駆動電極部と検知電極部との切換え動作を説明する説明図、 検知動作のフローチャート、

（静電容量型入力装置の構造）
図１に示す表示入力装置１は、筐体２の内部にカラー液晶表示パネルなどの表示装置３が設けられ、その前方に透光性の静電容量型入力装置１０が配置されている。

表示入力装置１が車載用として使用されるときは、表示装置３の表示画面３ａに、カーナビゲーション情報、オーディオ情報、ラジオ受信情報、道路情報、エアーコンディショナーの設定情報、その他の自動車の運転や設備に関する情報が表示される。

図１と図２に示す静電容量型入力装置１０は、Ｘ方向が第１の方向、Ｙ方向が第２の方向、Ｚ方向が前後方向（接近・離反方向）である。

静電容量型入力装置１０には第１の電極群１１と第２の電極群１２が設けられている。図３には、第１の電極群１１の断面が現れている。静電容量型入力装置１０は、表示装置３の前方に透光性の基板１３が配置されている。この基板１３は、ＰＥＴなどの樹脂シートあるいはアクリル板などで形成されている。基板１３はＸ−Ｙ平面と平行な表面を有しており、この表面に第１の電極群１１と第２の電極群１２が形成されている。第１の電極群１１と第２の電極群１２はＩＴＯなどの透光性の導電性材料で形成されている。

図１と図２に示すように、第１の電極群１１を構成する複数の電極部は、Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎで示されている。第１の電極群１１を構成している電極部は、第１の方向であるＸ方向へ一定のピッチで配列し、それぞれの電極部は第２の方向であるＹ方向へ連続して延びている。第２の電極群１２を構成する複数の電極部は、Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎで示されている。第２の電極群１２を構成している電極部は、第２の方向であるＸ方向へ一定のピッチで配列し、それぞれの電極部は第１の方向であるＸ方向へ連続して延びている。

第１の電極群１１を構成する各電極部と第２の電極群１２を構成する各電極部は、基板１３の表面で交差しているが、交差部分で第１の電極群１１を構成する各電極部と第２の電極群１２を構成する各電極部とが互いに絶縁されている。

図３に示すように、第１の電極群１１と第２の電極群１２の前方は透光性のカバー部材１４で覆われている。カバー部材１４はアクリル板またはポリカーボネート板であり、その表面が操作面１４ａとなっている。

図１と図２に示す実施の形態では、第１の電極群１１を構成する電極部Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎが、Ｙ方向へ連続する帯形状であり、第２の電極群１２を構成する電極部Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎが、Ｘ方向へ連続する帯形状である。ただし、第１の電極群１１を構成する電極部として、四角形などの一定の面積を有する電極パターンがＹ方向に一定のピッチで列を成し、それぞれの列で前記電極パターンどうしが導通されているものであってもよい。同様に、第２の電極群１２を構成する電極部として、四角形などの一定の面積を有する電極パターンがＸ方向に一定のピッチで列を成し、それぞれの列で前記電極パターンどうしが導通されているものであってもよい。

図２に示すように、静電容量型入力装置１０は、切替え回路であるマルチプレクサ１５と、駆動回路１６ならびに検知回路１７が設けられている。これら各回路は制御部１８によって制御されている。

第１の電極群１１を構成する電極部Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎと、第２の電極群１２を構成する電極部Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎは、マルチプレクサ１５で切替えられて駆動回路１６または検知回路１７に接続される。

（動作）
次に、静電容量型入力装置１０の動作を説明する。

この静電容量型入力装置１０は、接地電位に設定された操作体を操作面１４ａに接近させ、さらには操作面１４ａに接触させることによって、入力操作が行われる。以下の実施の形態では、人の指Ｆが操作体として使用されている。ただし、手の平なども操作体として使用することが可能であるし、人の手以外の金属体なども操作体として使用することが可能である。

静電容量型入力装置１０の動作モードは、制御部１８において、ホバー検知モードとタッチ検知モードとに切替えられる。ホバー検知モードは、図３に示す操作面１４ａから離れた位置で指Ｆを基板１３に接近させて入力操作を行ったり、操作面１４ａから離れた位置で、指ＦをＸ−Ｙ平面と平行に移動させて入力操作を行うモードを意味している。

タッチ検知モードは、指Ｆを操作面１４ａに接触させ、または操作面１４ａに例えば５ｍｍ以下の短い距離に接近させて、入力操作を行うモードを意味している。

（ホバー検知モード）
この静電容量型入力装置１０は始動したときに初期モードが設定されてホバー検知が可能な状態に自動的に設定される。図３には、初期モードに設定されたときの第１の電極群の動作状態が示されている。

図３に示すように、初期モードでは、マルチプレクサ１５の切替えにより、第１の方向であるＸ方向の図示左端に位置する電極部Ｘ０が検知電極部Ｓ１に設定され、Ｘ方向の図示右端に位置する電極部Ｘｎも、検知電極部Ｓ２に設定される。左から３番目の電極部Ｘ２から右から三番目の電極部Ｘｎ−２までの複数の電極部は全て、マルチプレクサ１５の切替えにより駆動電極部Ｄに設定される。そして、検知電極部Ｓ１に設定される電極部Ｘ０と、駆動電極部Ｄに設定される電極部Ｘ２との間に位置する電極部Ｘ１は、マルチプレクサ１５によって接地電位に設定された接地電極部Ｇ１に設定される。また、検知電極部Ｓ２に設定される電極部Ｘｎと、駆動電極部Ｄに設定される電極部Ｘｎ−２との間に位置する電極部Ｘｎ−１は、マルチプレクサ１５によって接地電位に設定された接地電極部Ｇ２に設定される。

駆動回路１６では、矩形波のパルス状の電圧が一定の間隔で現れる駆動電力が生成され、この駆動電力が、複数の駆動電極部Ｄに同時に与えられる。すなわち、複数の駆動電極部Ｄの全てに対して一定の周波数の前記駆動電力が同位相で与えられる。

図３に示すように、全ての駆動電極部Ｄにパルス状の電圧が印加されると、基板１３の前方に電界領域Ｅが形成される。全ての駆動電極部Ｄと検知電極部Ｓ１との間に静電容量が形成され、全ての駆動電極部Ｄと検知電極部Ｓ２との間に静電容量が形成されているため、駆動電極部Ｄに与えられるパルス状の電圧の立ち上がり時と立下り時に、検知電極部Ｓ１とＳ２に瞬間的な検知電流が流れる。この検知電流が検知回路１７に与えられる。

図３に示すように、指Ｆを操作面１４ａの前方へ対向させると、指Ｆと複数の駆動電極部Ｄとの間に比較的大きな静電容量が形成される。その結果、検知電極部Ｓ１，Ｓ２に流れる検知電流が変化する。駆動電極部Ｄにパルス状の駆動電力が与えられる度に検知電極部Ｓ１，Ｓ２で得られる検知電流は、検知回路１７で電圧に変換され積分され増幅されさらにＡ／Ｄ変換されて、検知出力として制御部１８に与えられる。

制御部１８では、検知電極部Ｓ１からの検知出力Ｏｓ１と検知電極部Ｓ２からの検知出力Ｏｓ２の差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）が求められる。この演算により、静電容量型入力装置１０に接近している指Ｆの第１の方向（Ｘ方向）の座標位置を測定することができる。または、前記検知出力Ｏｓ１と検知出力Ｏｓ２との比から指Ｆの座標位置を検知することも可能である。

図４（Ａ）に示す線図は、横軸に指ＦのＸ座標上の位置が示され、縦軸に出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）が示されている。図４（Ａ）はシミュレーション結果であるが、このシミュレーションの対象となる静電容量型入力装置１０はＸ方向の寸法がほぼ７０ｍｍである。シミュレーションでは、第１の電極群の電極部の数ｎを８本とした。また駆動電圧は３．３Ｖとし、ＤＣ結合での静電容量を評価した。

図４（Ａ）は、基板１３の表面から指Ｆの下面までのＺ方向の垂直距離Ｈが変化したときの線が示されており、（ｉ）は垂直距離Ｈが４０ｍｍ、（ｉｉ）は垂直距離Ｈが２０ｍｍ、（ｉｉｉ）は垂直距離Ｈが５ｍｍである。第１の電極群１１を構成する電極部は薄く形成されているため、垂直距離Ｈは、電極部の表面から指Ｆの下面までの垂直距離とほぼ同じである。

図４（Ａ）に示すように、垂直距離Ｈが４０ｍｍ、２０ｍｍ、５ｍｍのいずれの距離であっても、指Ｆが第１の方向（Ｘ方向）へ移動したときの位置を、出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）から判別できることが解る。この実施の形態では、図３に示すように、駆動電極部Ｄと検知電極部Ｓ１との間に接地電極部Ｇ１が配置され、駆動電極部Ｄと検知電極部Ｓ２との間に接地電極部Ｇ２が配置されている。そのため、複数の駆動電極部Ｄとそれぞれの検知電極部Ｓ１，Ｓ２との間の静電結合が過剰になるのを避けることができ、指ＦがＸ方向の左側部分や右側部分に移動したときの、出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）のリニアリティを向上することが可能である。

また制御部１８では、検知電極部Ｓ１からの検知出力Ｏｓ１と検知電極部Ｓ２からの検知出力Ｏｓ２から出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が求められる。この出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）を算出することで、基板１３の表面（電極部の表面）から指Ｆの下面までのＺ方向の垂直距離Ｈを測定することができる。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）と同じ条件下でのシミュレーション結果を示している。図４（Ｂ）の横軸は、指ＦのＸ座標上の位置を示し、縦軸は指がそれぞれの位置にあるときの出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）を示している。図４（Ｂ）では図４（Ａ）と同様に、（ｉ）は垂直距離Ｈが４０ｍｍ、（ｉｉ）は垂直距離Ｈが２０ｍｍ、（ｉｉｉ）は垂直距離Ｈが５ｍｍである。

図４（Ｂ）に示すように、垂直距離Ｈが４０ｍｍであると、指ＦがＸ方向のどの位置にあっても出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）がほぼ一定である。垂直距離Ｈが２０ｍｍになると、指ＦがＸ方向の中央部分に至ったときの出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が低下し始め、垂直距離Ｈが５ｍｍになると、指ＦがＸ方向の中央部に移動したときの出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）がさらに低下する。

Ｘ方向の中央部において指Ｆを操作面１４ａに向けて接近させる操作を行う際に、指Ｆを前方に離れた位置から垂直距離Ｈが２０ｍｍ付近まで接近させる過程では、垂直距離Ｈが短くなるにしたがって、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が大きく なり、これにより垂直距離Ｈを測定することが可能である。ところが、指Ｆを操作面１４ａに向けてさらに接近させ、垂直距離Ｈが２０ｍｍよりも短くなると、操作面１４ａに接近するにしたがって出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が小さくなる逆転現象が発生する。そのため、指Ｆが操作面１４ａに接近しているのか遠ざかっているのかの判別がつかなくなる。

これは、静電容量型入力装置１０のＸ方向の幅寸法が大きく、検知電極部Ｓ１，Ｓ２のＸ方向の間隔が広く設定されているため、検知電極部Ｓ１と検知電極部Ｓ２との中間部分で駆動電極部Ｄに指Ｆが接近したときの検知電極部Ｓ１，Ｓ２の検出感度が低下してしまうためである。

そこで、制御部１８では、前記垂直距離Ｈが、予め設定されているしきい値である「接近検知距離」よりも短くなったときに、検知電極部Ｓ１と検知電極部Ｓ２のＸ方向の間隔を狭めるように電極部の設定を切替える制御が行われる。例えば、指ＦのＸ方向の対向位置が図５（Ａ）に示す位置にあり、指Ｆまでの垂直距離Ｈが「接近検知距離」よりも短くなったと判断されると、マルチプレクサ１５が制御される。そして、図５（Ｂ）に示すように、新たな電極部が検知電極部Ｓ１，Ｓ２に設定される。この検知電極部Ｓ１，Ｓ２は、図５（Ａ）に示す初期モードよりも間隔が短く、且つ指Ｆが対向している座標位置を中心としてＸ方向の両側にほぼ同じ距離を空けて配置するように設定される。検知電極部Ｓ１，Ｓ２の切換えに伴って新たな検知電極部Ｓ１，Ｓ２の内側に位置する電極部が接地電極部Ｇ１，Ｇ２に設定され、接地電極部Ｇ１と接地電極部Ｇ２の間に位置する複数の電極部が駆動電極部Ｄに設定される。

なお、図５（Ｂ）において新たに前記駆動電極部Ｄや検知電極部Ｓ１，Ｓ２に設定された電極部以外の電極部、例えば検知電極部Ｓ１よりも左側に位置する電極部は、全て接地電位に設定される。

このように、指Ｆが操作面１４ａに接近したときに、検知電極部Ｓ１，Ｓ２の間隔を狭めることによって、指Ｆの垂直距離Ｈが２０ｍｍ以下となり、さらには５ｍｍ以下になったとしても、指Ｆが操作面１４ａに接近するにしたがって、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が増大するようになる。よって、指Ｆを操作面１４ａにほぼ接触する位置まで接近させる間に、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）によって前記垂直距離Ｈを正確に測定できるようになる。

検知電極部Ｓ１，Ｓ２のＸ方向の対向間隔を狭めるための切替え動作は、垂直距離Ｈが予め決められた「接近検知距離」よりも短くなったときに一度だけ行われてもよいし、垂直距離Ｈが短くなるにしたがって、検知電極部Ｓ１，Ｓ２のＸ方向の対向間隔が狭くなる切替え制御が複数段階で行われてもよい。

なお、図３と図５に示す実施の形態では、検知電極部Ｓ１，Ｓ２ならびに接地電極部Ｇ１，Ｇ２のそれぞれが１つの電極部で設定されているが、検知電極部Ｓ１，Ｓ２ならびに接地電極部Ｇ１，Ｇ２のそれぞれを、隣接する複数の電極部で設定することも可能である。

図３ならびに図４では、第１の電極群１１を構成する電極部Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎに、検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄに設定されているが、この設定のときは、第２の電極群１２を構成する電極部Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎが、全て接地電位に設定される。

ホバー検知モードでは、第１の電極群１１と第２の電極群１２とが時分割で交互に駆動される。すなわち、図３に示すように第１の電極群１１に検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄが設定された後に、第２の電極群１２の電極部Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎに、検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄが設定される。このときは、第１の電極群１１を構成する電極部Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎの全てが接地電位に設定される。この第１の電極群１１の設定と第２の電極群１２の設定が交互に繰り返される。

第１の電極群１１に検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄが設定されたときと、第２の電極群１２に検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄが設定されたときのそれぞれにおいて、出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）と出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が算出される。第１の電極群１１と第２の電極群１２のそれぞれから得られる出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）によって、指Ｆの対向位置がＸ−Ｙ座標上で特定できる。また、第１の電極群１１と第２の電極群１２のそれぞれから得られる出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）の平均値を取ることで、指Ｆの垂直距離Ｈが算出される。

（タッチ検知モード）
前記初期モードの設定により、指Ｆの垂直距離Ｈを検知できるが、制御部１８では、前記垂直距離Ｈが、予め設定されたしきい値である「最短検知距離」よりもさらに短くなったと判断されたときに、タッチ検知モードが設定される。前記最短接近距離は、例えば５ｍｍ以下または２ｍｍ以下に設定される。または、指Ｆが操作面１４ａに接触した後にタッチ検知モードが設定される。

タッチ検知モードは通常のタッチパネルの動作と同じであり、相互容量検出方式または自己容量検出方式で、指Ｆの接触位置が測定される。

静電容量型入力装置１０では、第１の電極群１１を構成する電極部Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎと第２の電極群１２を構成する電極部Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎとの間に静電容量が形成されている。

相互容量検出方式では、第１の電極群１１を構成する複数の電極部と第２の電極群１２を構成する複数の電極部の一方の電極群が駆動電極として使用されて、駆動電極となる電極部に対して順番に矩形波の電圧が一定周期で印加される。他方の電極群を構成する電極部は検知電極として使用され、矩形波の立ち上がりと立下りのタイミングで、この検知電極に電流が流れる。このときの電流量は、電極部間の静電容量によって決められる。指Ｆが操作面１４ａに接近しまたは接触すると、指Ｆと電極部との間に大きな静電容量が形成されるため、駆動電極に電圧を印加したときに検知電極に流れる電流が変化する。どの電極部に電圧を印加しているかの情報と、検出された電流量とから、操作面１４ａのどの座標位置に指Ｆが接近しているのかまたは接触しているかを制御部１８で判別することができる。

また、自己容量検出方式では、第１の電極群１１を構成する電極部Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘｎと第２の電極群１２を構成する電極部Ｙ０，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，・・・，Ｙｎが駆動電極と検知電極の双方の機能を備えて動作する。

（一連の入力操作）
次に、図１に示す表示入力装置１の動作と共に静電容量型入力装置１０の一連の動作を説明する。図６に示すフローチャートでは、各動作ステップが「ＳＴ」の記号で示されている。

表示入力装置１に通電されると、初期メニュー画面などが表示装置３の画面に表示され、透光性の静電容量型入力装置１０を透して画面を見ることができる。同時に静電容量型入力装置１０に通電されると、図６でＳＴ１に示すように初期モードが設定される。初期モードでは、図３と図５（Ａ）に示すように、第１の電極群１１の左右両端の電極部Ｘ０，Ｘｎが検知電極部Ｓ１，Ｓ２に設定され、その内側の電極部Ｘ１，Ｘｎ−１が接地電極部Ｇ１，Ｇ２に設定され、さらにその内側の全ての電極部Ｘ２〜Ｘｎ−２が駆動電極部Ｄに設定される。また、第２の電極群１２においても同様にして検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄが設定される。

第１の電極群１１が前記のように設定されるときに第２の電極群１２の全ての電極部が接地電位に設定され、第２の電極群１２が前記のように設定されるときに第１の電極群１１の全ての電極部が接地電位に設定される。初期設定モードでは、第１の電極群１１と第２の電極群１２で、交互に検知電極部Ｓ１，Ｓ２と接地電極部Ｇ１，Ｇ２ならびに駆動電極部Ｄが設定される。

検知電極部Ｓ１からの検知出力Ｏｓ１と検知電極部Ｓ２からの検知出力Ｏｓ２は、検知回路１７から制御部１８に与えられ、制御部１８にて出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）と出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が求められる。

図６に示すＳＴ１からＳＴ７まではホバー検知モードが設定される。
図６に示すＳＴ２では、操作面１４ａの前方に指Ｆが接近したか否か監視される。これは、例えば、前記出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が所定値以上変化した否かを監視することによって行われる。ＳＴ２で指Ｆが接近していると判断されたときは、前記出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）の値によって、基板１３から指Ｆまでの垂直距離Ｈが算出される。

ＳＴ２で指Ｆが接近していると判断されると、制御部１８では、出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）が算出され、ＳＴ４では出力差によって、指ＦがＸ−Ｙ座標のどの位置で操作面１４ａに対向しているかが測定される。

例えば、垂直距離Ｈの算出は、制御部１８に距離算出のためのテーブルまたは計算式が保持されており、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）をテーブルまたは計算式に当てはめることで求められる。同様に、Ｘ−Ｙ座標の算出は、制御部１８に位置算出のためのテーブルまたは計算式が保持されており、出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）をテーブルまたは計算式に当てはめることで求められる。距離算出のためのテーブルまたは計算式は、図４（Ｂ）に示すような特性に基づいて決められ、座標算出のためのテーブルまたは計算式は、図４（Ａ）に示すような特性に基づいて決められる。

図４（Ｂ）に示すように出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）と垂直距離Ｈとの関係は、指Ｆが対向する座標位置に応じて変化するため、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）と垂直距離Ｈの相関関係を示すテーブルや計算式を座標位置に応じて変化するように設定しておく。そして、最初に出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）から座標位置を求め、その座標位置に対応するテーブルや計算式に出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）を当てはめて、垂直距離Ｈを求めてもよい。

ＳＴ３では、算出された垂直距離Ｈが、予め設定された第１のしきい値である「接近検知距離」よりも短くなるか否かが監視される。図４（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ座標の中央部では、垂直距離Ｈがある値よりも長いときは、垂直距離Ｈが短くなるにしたがって出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が大きくなるが、垂直距離Ｈある値よりも短くなると、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が低下する逆転現象が生じ、指Ｆが接近しているのか遠ざかっているのか判別できなくなる。よって、前記第１のしきい値である「接近検知距離」は、出力和が逆転する位置よりもやや遠い位置に設定される。例えば図４（Ｂ）の例では、「接近検知距離」が２０ｍｍに設定される。

ＳＴ３において、垂直距離Ｈが「接近検知距離」よりも短くなったと判断されたときは、ＳＴ５に移行し、制御部１８で検知電極の設定が変更される。図５（Ｂ）に示すように垂直距離が「接近検知距離」よりも短い値Ｈ１になると、制御部１８でマルチプレクサ１５が制御され、検知電極部Ｓ１，Ｓ２の対向距離が短くなるように電極部が切替えられる。このとき、出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）から指Ｆの対向座標位置が分かっているので、指Ｆの対向位置を中心としてＸ方向の両側とＹ方向の両側でほぼ等距離に検知電極部Ｓ１，Ｓ２が位置するように切替えられる。これに伴って接地電極部Ｇ１，Ｇ２の間隔も狭められる。

検知電極部Ｓ１，Ｓ２の間隔を狭めることで、図４（Ｂ）に示すような出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）の逆転現象が解消され、垂直距離Ｈ１が短くなればなるほど出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）が大きくなる。新たな検知電極Ｓ１，Ｓ２が設定された後もＳＴ６で出力差（Ｏｓ１−Ｏｓ２）が演算され、指Ｆの対向位置がＸ−Ｙ座標上の位置として測定され続ける。

Ｘ−Ｙ座標上での指Ｆの対向位置や、指Ｆまでの垂直距離Ｈ，Ｈ１は、制御部１８から表示入力装置１の主制御部に与えられ、主制御部で表示装置３の表示内容が制御される。

例えば、指Ｆを操作面１４ａから離れた位置でＸ−Ｙ方向に移動させると、移動先の指Ｆが対向する位置に表示されているメニュー表示がハイライトして選択される。いずれかのメニューがハイライトしているときにそのメニュー表示に指Ｆを接近させていくと、メニュー表示が拡大されたり、新たなメニューが現れるなどの表示の切替えが行われる。また指の細かな動きなどで選択されたメニューに対応するソフトウエアが起動するなどの制御が行われる。

ＳＴ７では、出力和（Ｏｓ１＋Ｏｓ２）から算出される垂直距離Ｈ１が、予め設定されている第２のしきい値である「最短検知距離」よりも短くなるか否か判断される。第２のしきい値である「最短検知距離」は、操作面１４ａから前方への距離が５ｍｍ以下あるいは２ｍｍとなるように設定される。または、は操作面１４ａからの距離がゼロであることが「最短検知距離」に設定される。

垂直距離が前記「最短検知距離」に至ったと判断されたらＳＴ８に移行して、静電容量型入力装置１０がタッチ検知モードに設定される。

前述のようにタッチ検知モードでは、第１の電極群１１の電極部Ｘ０〜Ｘｎと第２の電極群１２の電極部Ｙ０〜Ｙｎの全てが座標検出のための電極として使用され、一方の電極群の電極部に順番に駆動電力が与えられ、他方の電極群の電極部から検知出力が得られる。

タッチ検知モードでは、表示画面に表示されたメニュー表示に指Ｆが接触したときに、そのメニュー表示に対応するソフトウエアが起動するなどの制御が行われる。ＳＴ５において、検知電極部Ｓ１，Ｓ２の距離を狭める切替えが行われることにより、指Ｆが操作面１４ａにきわめて接近するまで、指Ｆの垂直距離を精度良く検知でき、指Ｆがさらに接近したらタッチ検知モードに移行するモード切替えをスムースに行うことが可能になる。

１ 表示入力装置
２ 筐体
３ 表示装置
１０ 静電容量型入力装置
１１ 第１の電極群
１２ 第２の電極群
１３ 基板
１４ａ 操作面
１５ マルチプレクサ
１６ 駆動回路
１７ 検知回路
１８ 制御部
Ｘ０〜Ｘｎ 電極部
Ｙ０〜Ｙｎ 電極部
Ｄ 駆動電極部
Ｇ１，Ｇ２ 接地電極部
Ｓ１，Ｓ２ 検知電極部

Claims (8)

1. 第１の方向へ間隔を空けて配置され前記第１の方向と直交する第２の方向に連続する電極部を複数備えた第１の電極群と、いずれかの前記電極部に駆動電力を与える駆動回路と、いずれかの前記電極部からの出力を検知する検知回路とが設けられた静電容量型入力装置において、
   前記第１の電極群を構成する電極部のうち互いに隣接する複数の電極部が、前記駆動電力が与えられる一群の駆動電極部として動作し、前記一群の駆動電極部の両側に、接地電位とされた接地電極部を挟んで位置する電極部が、出力を検知する検知電極部として動作するものとして設定され、
   前記一群の駆動電極部を挟んで一方に位置する前記検知電極部と、他方に位置する前記検知電極部の出力の差または比から、前記第１の電極群に接近する操作体の第１の方向での位置が算出され、かつ、出力の和から、前記第１の電極群が設けられた面から操作体までの垂直距離が算出され、前記設定は、前記垂直距離が予め設定された距離よりも短くならない限り固定されていることを特徴とする静電容量型入力装置。
2. 前記垂直距離に応じて表示画面の表示内容を変化させる制御が行われる請求項１記載の静電容量型入力装置。
3. 前記表示画面の前方に透光性の基板が設けられ、この基板に前記第１の電極群が設けられている請求項２記載の静電容量型入力装置。
4. 前記垂直距離が予め設定された接近検知距離よりも短くなったときに、最初に設定された前記検知電極部間の前記第１の方向の距離よりも短い距離を空けて位置する電極部が、新たな前記検知電極部となるように切替えられる請求項１ないし３のいずれかに記載の静電容量型入力装置。
5. 最初に設定される前記検知電極部は、前記第１の電極群を構成する電極部のうち、前記第１の方向の両端に位置する電極部である請求項４記載の静電容量型入力装置。
6. 新たに設定された前記検知電極部は、前記第１の方向において、操作体の位置からそれぞれ反対方向にほぼ同じ距離だけ離れている請求項４または５記載の静電容量型入力装置。
7. 前記第２の方向へ間隔を空けて配置され前記第１の方向に連続する電極部を複数備えた第２の電極群が設けられ、前記第１の電極群を構成する電極部と前記第２の電極群を構成する電極部との間に静電容量が形成されており、
   前記垂直距離が、前記接近検知距離よりもさらに短い予め設定された最短検知距離よりも短くなったときに、前記第１の電極群と前記第２の電極群の一方に順番に駆動電力を与え、他方から検知出力を得るタッチ検知モードに切替えられる請求項４ないし６のいずれかに記載の静電容量型入力装置。
8. 前記第１の電極群の前記駆動電極部、前記接地電極部、前記検知電極部と同様に、前記第２の電極群を構成する電極部が、駆動電極部、接地電極部、検知電極部に設定可能であり、
   前記タッチ検知モードに切替えるまでの制御では、
   前記第１の電極群に設定された前記駆動電極部に駆動電力を与える際に、前記第２の電極群を接地電位に設定して、前記第１の電極群に設定された前記検知電極部の出力を検知し、
   前記第２の電極群に設定された前記駆動電極部に駆動電力を与える際に、前記第１の電極群を接地電位に設定して、前記第２の電極群に設定された前記検知電極部の出力を検知する請求項７記載の静電容量型入力装置。