JPWO2012169454A1 - 座標位置検出装置 - Google Patents

Abstract

大型化しても十分な感度が得られる座標位置検出装置の構成を得る。座標位置検出装置（１００）は、第１センサ電極（Ｘｉ）と、前記第１センサ電極（Ｘｉ）と接続され積分回路を含む第１容量検出部（２１）と、第２センサ電極（Ｙｊ）と、前記第２センサ電極（Ｙｊ）と接続され積分回路を含む第２容量検出部（２２）と、座標演算部（２５）と、座標指示装置（３０）とを備える。この座標位置検出装置（１００）は、前記座標指示装置（３０）により座標位置を入力する第１入力モード時には、前記座標指示装置（３０）から出力される信号を複数の前記第１および第２容量検出部（２１），（２２）が検出し、単位検出期間に、前記座標指示装置（３０）による充電と、前記第１および第２容量検出部（２１），（２２）による積分とを行って容量を検出する。そして、前記座標演算部（２５）が、前記容量から座標位置を決定する。

Description

本発明は、座標位置検出装置に関するものである。

従来、発振回路を備えたタッチペンから信号を出力して、座標位置を検出する座標位置検出装置が知られている。

特開平０８−０９５７０１号公報には、ペン入力と指入力とが切り替え可能なタッチパネル兼用透明デジタイザが開示されている。このタッチパネル兼用透明デジタイザは、アナログマルチプレクサにより２線ずつ座標検出電極を選択し、当該座標検出電極に入力された平衡ＡＣ信号を差動増幅器によって検出して座標位置を決定する。

前記文献に開示された構成では、座標検出電極を順次走査する必要があり、操作面を大型化した場合（座標検出電極の数を増やした場合）に十分な感度を得ることができない。

本発明の目的は、大型化しても十分な感度が得られる座標位置検出装置の構成を得ることである。

以下に開示する座標位置検出装置は、第１センサ電極と、前記第１センサ電極と接続され積分回路を含む第１容量検出部と、第２センサ電極と、前記第２センサ電極と接続され積分回路を含む第２容量検出部と、座標演算部と、座標指示装置とを備える。この座標位置検出装置は、前記座標指示装置により座標位置を入力する第１入力モード時には、前記座標指示装置から出力される信号を複数の前記第１および第２容量検出部が検出し、単位検出期間に、前記座標指示装置による充電と、前記第１および第２容量検出部による積分とを行って容量を検出する。そして、前記座標演算部が、前記容量から座標位置を決定する。

本発明によれば、大型化しても十分な感度が得られる座標位置検出装置の構成を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる座標位置検出装置の、概略構成を示すブロック図である。 図２は、座標位置検出装置のセンサ部の、特定の第２センサ電極に沿った断面図である。 図３は、座標位置検出装置のセンサ部１０の表面にタッチペンが接触した状態を概念的に示した図である。 図４は、ペン入力モードにおける、第１容量検出部、および関係する構成だけを抜き出して示した等価回路図である。 図５は、ペン入力モードにおける、第１容量検出部等の動作を示す信号波形図である。 図６は、座標位置検出装置１００のセンサ部１０の表面に手指が接触した状態を概念的に示した図である。 図７は、指入力モードにおける、第１容量検出部、および関係する構成だけを抜き出して示した等価回路図である。 図８は、指入力モードにおける座標位置検出方法を模式的に示した図である。 図９は、指入力モードにおける、第１容量検出部等の動作を示す信号波形図である。 図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例にかかる座標位置検出装置の、概略構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態にかかる座標位置検出装置の、概略構成を示すブロック図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態における、入力モード切替部による入力モードの切り替えを表す図である。 図１３は、第３の実施形態にかかる座標位置検出装置において、複数のタッチペンの発振回路３１が出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。 図１４は、４本のタッチペンが、センサ部に同時に接触している状態を模式的に示した図である。 図１５は、第４の実施形態にかかる座標位置検出装置において、４本のタッチペンの発振回路からの出力電圧を表す信号波形図である。 図１６は、４本のタッチペンが出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。 図１７は、図１４のようにタッチペンが配置された場合の出力例を表にしたものである。 図１８は、図１７の出力例を座標演算部で変換した出力例を表にしたものである。 図１９は、第４の実施形態の変形例にかかる座標位置検出装置において、４本のタッチペンの発振回路が出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。 図２０は、手指がセンサ部の３点に同時に接触している状態を模式的に示した図である。 図２１は、第５の実施形態にかかる座標位置検出装置の、指入力モードにおける座標位置検出方法を模式的に表した図である。 図２２は、第５の実施形態にかかる座標位置検出装置において、４本の第２センサ電極と接続された発振回路が出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。 図２３は、図２０のように手指がセンサ部１０に接触した場合の出力例を表にしたものである。 図２４は、図２３の出力例を座標演算部で変換した出力例を表にしたものである。

以下に開示する座標位置検出装置は、第１センサ電極と、前記第１センサ電極と接続され積分回路を含む第１容量検出部と、第２センサ電極と、前記第２センサ電極と接続され積分回路を含む第２容量検出部と、座標演算部と、座標指示装置とを備える。この座標位置検出装置は、前記座標指示装置により座標位置を入力する第１入力モード時には、前記座標指示装置から出力される信号を複数の前記第１および第２容量検出部が検出し、単位検出期間に、前記座標指示装置による充電と、前記第１および第２容量検出部による積分とを行って容量を検出する。そして、前記座標演算部が、前記容量から座標位置を決定する（第１の構成）。

この構成によれば、前記座標指示装置から出力される信号を複数の前記第１および第２容量検出部が検出する。そのため、各電極を順次走査する方式と比較して、容量検出に要する時間は短くて済む。したがって、大型化しても十分な感度が得られる。

前記第１の構成において、前記第２センサ電極と前記第２容量検出部との間に設けられた切替スイッチと、前記切替スイッチが切り替える一方の接点に接続された発振回路とをさらに備えても良い。この構成において、前記座標指示装置以外の座標指示手段により座標位置を入力する第２入力モード時には、前記切替スイッチにより前記第２センサ電極と前記発振回路が接続され、前記発振回路から出力される信号を複数の前記第１容量検出部が検出し、単位検出期間に、前記発振回路による充電と、前記第１容量検出部による積分とを行って容量を検出し、前記座標演算部が、前記容量から座標位置を決定する（第２の構成）。

この構成によれば、前記切替スイッチにより、前記第１入力モードと前記第２入力モードが切り替えられる。そのため、前記座標指示装置による入力と、前記座標指示装置以外の座標指示手段からの入力を、１つの装置で行うことができる。また、前記第２入力モード時には、前記発振回路から出力される信号を複数の前記第１容量検出部が検出するため、各電極を順次走査する方式と比較して、容量検出に要する時間は短くて済む。そのため、大型化しても十分な感度が得られる。

前記第２の構成において、単位検出期間に、前記第１入力モードと前記第２入力モードとを、順次切り替える入力モード切替部をさらに備えても良い（第３の構成）。

この構成によれば、ユーザは入力モードを意識せず、前記座標指示装置による入力と、前記座標指示装置以外の座標指示手段による入力とを行うことができる。

前記第２または第３の構成において、前記座標演算部は、前記第２入力モード時において、複数の発振回路が時分割で出力する信号に基づいて座標位置を求めても良い（第４の構成）。

前記第２または第３の構成において、前記座標演算部は、前記第２入力モード時において、複数の発振回路が出力する互いに直交する信号に基づいて座標位置を求めても良い（第５の構成）。

前記第５の構成において、前記複数の発振回路が出力する互いに直交する信号は、＋１および−１のビット列からなる信号とすることができる（第６の構成）。

前記第１〜第６のいずれかの構成において、前記座標演算部は、前記第１入力モード時において、複数の前記座標指示装置が時分割で出力する信号に基づいて前記座標指示装置の各々の座標位置を求めても良い（第７の構成）。

前記第１〜第６のいずれかの構成において、前記座標演算部は、前記第１入力モード時において、複数の前記座標指示装置が出力する互いに直交する信号に基づいて前記座標指示装置の各々の座標位置を求めても良い（第８の構成）。

前記第８の構成において、前記複数の座標指示装置が出力する互いに直交する信号は、＋１および−１のビット列からなる信号とすることができる（第９の構成）。

［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる座標位置検出装置１００の概略構成を示すブロック図である。座標位置検出装置１００は、センサ部１０と、駆動部２０と、タッチペン３０（座標指示装置）とを備えている。座標位置検出装置１００は、センサ部１０と駆動部２０とを、同一の基板上に備えた構成としても良いし、駆動部２０の一部または全部を、フレキシブルプリント基板等の上に備えた構成としても良い。

センサ部１０は、ｍ本の第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと、ｎ本の第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとを備える。ここで、ｎおよびｍは２以上の整数である。センサ電極の数ｎおよびｍは、センサ部１０の大きさおよび必要とされる解像度に応じて任意に決定される。

以下の説明では、図１の紙面左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向と呼ぶ。第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍは、Ｙ方向に延在して、Ｘ方向に等間隔に整列して配置されている。第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎは、Ｘ方向に延在して、Ｙ方向に等間隔に整列して配置されている。後述するように、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍは、センサ部１０に接触したタッチペン３０または手指等の位置を、Ｘ方向に分解して検知する。そして、第２方向電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎは、Ｙ方向に分解して検知する。

なお、本実施形態では第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとが互いに直交した構成を例示しているが、これらは斜交していても良い。また、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍおよび第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎの形状は任意である。

駆動部２０は、ｍ個の第１容量検出部２１と、ｎ個の第２容量検出部２２と、ｎ個の発振回路２３と、ｎ個の切替スイッチ２４と、１個の座標演算部２５と、１個の制御部２６とを備えている。

第１容量検出部２１は、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍの数と同数のｍ個設けられている。なお、図１では１個の第１容量検出部２１のみを図示し、他は省略している。第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍは、それぞれ１個の第１容量検出部２１に接続されている。全ての第１容量検出部２１が、座標演算部２５に接続されている。第１容量検出部２１は、第１容量検出部２１と接続された第１センサ電極Ｘ_ｉ（ｉは１〜ｍの整数、以下同じ。）の静電容量を検出して、座標演算部２５へ出力する。

第２容量検出部２２、発振回路２３、および切替スイッチ２４は、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎと同数のｎ個設けられている。なお、図１ではそれぞれ１個のみの第２容量検出部２２、発振回路２３、および切替スイッチ２４を図示し、他は省略している。第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎは、それぞれ１個の切替スイッチ２４の一方の接点と接続されている。

切替スイッチ２４は、切替スイッチ２４と接続された第２センサ電極Ｙ_ｊ（ｊは１〜ｎの整数、以下同じ。）の接続先を、第２容量検出部２２と発振回路２３との間で切り替える。切替スイッチ２４は、制御部２６が出力する切替信号Ｓｍｏｄにより制御される。後述するように、タッチペン３０により座標入力を行うペン入力モード（第１入力モード）時には、第２センサ電極Ｙ_ｊと第２容量検出部２２とが接続される。また、タッチペン３０以外の座標指示手段により、例えば手指により座標入力を行う指入力モード（第２入力モード）時には、第２センサ電極Ｙ_ｊと発振回路２３とが接続される。なお、第２入力モードでの入力手段としては手指以外に、発信回路を備えないペン、または棒等も用いても良い。

全ての第２容量検出部２２が、座標演算部２５と接続されている。ペン入力モードにおいて、第２容量検出部２２は、当該第２容量検出部２２と接続された第２センサ電極Ｙ_ｊの静電容量を検出して、座標演算部２５へ出力する。

指入力モードにおいて、発振回路２３は、当該発振回路２３と接続された第２センサ電極Ｙ_ｊに所定の信号を出力する。

座標演算部２５は、第１容量検出部２１および第２容量検出部２２から出力された信号を入力して、所定の演算を行い、座標位置を決定する。

制御部２６は、第１容量検出部２１、第２容量検出部２２、発振回路２３、切替スイッチ２４、および座標演算部２５を同期して制御する。具体的には、制御部２６は、発振回路２３と座標演算部２５とに同期信号Ｓｓｙｎｃを出力する。また、制御部２６は、第１容量検出部２１と第２容量検出部２２とに制御信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂを出力する。

制御部２６は、赤外線等の無線通信、または有線通信を用いてタッチペン３０と交信している。制御部２６は、タッチペン３０にも同期信号Ｓｓｙｎｃを出力する。また、制御部２６は、タッチペン３０が出力する信号を受信して、タッチペン３０の情報（接続されている本数、距離等）を受け取る。

さらに、制御部２６は、外部の入出力装置（Ｉ／Ｏ）からの入力またはタッチペン３０からの情報に基づいて入力モードの判別を行う。そして、制御部２６は、切替スイッチ２４に切替信号Ｓｍｏｄを出力して、切替スイッチ２４を切り替える。

タッチペン３０は、発振回路３１を備える。タッチペン３０は、制御部２６から同期信号Ｓｓｙｎｃを受信する。タッチペン３０は同期信号Ｓｓｙｎｃに基づいて、駆動部２０と同期した信号を発振回路３１から出力する。

次に図２を用いて、センサ部１０について詳しく説明する。図２は、座標位置検出装置１００のセンサ部１０の、第２センサ電極Ｙ_ｊに沿った断面図である。センサ部１０は、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍおよび第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎに加えて、基板１１と、絶縁層１２と、保護層１３とを備えている。

センサ部１０は、基板１１、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍ、絶縁層１２、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎ、および保護層１３が、この順に積層した構成である。第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとは、絶縁層１２を挟んで、異なる層に形成されている。これにより第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとが互いに接触しないようになっている。

以下、センサ部１０の製造方法の一例を示す。センサ部１０の基板１１としては、ガラス基板等の絶縁性基板を用いることができる。基板１１上に、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍとなる導電性膜を成膜する。導電性膜としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜を用いることができる。導電性膜は、例えばスパッタリングにより成膜される。そして、フォトリソグラフィー法等により、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍが形成される。

その後、基板１１および第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍの上に絶縁層１２を成膜する。絶縁層１２としては、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を用いることができる。絶縁層１２は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜される。

絶縁層１２上に、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとなる導電性膜を成膜する。第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとして用いられる導電性膜の材料は、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍとして用いた導電性膜と同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと同様に、導電性膜は、例えばスパッタリングにより成膜される。そして、フォトリソグラフィー法等により、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎが形成される。

その後、絶縁層１２および第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎ上に、保護層１３を成膜する。保護層１３としては、例えば、アクリル樹脂膜を用いることができる。保護層１３は、例えばスピンコート塗布法やスプレー塗布法によって成膜される。なお、この上にガラス等でさらに保護層を設けても良い。

以上、センサ部１０の構成および製造方法について説明した。なお、この構成は一つの例示である。第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎとを同じ層に形成し、交差する部分のみを異なる層に形成するような構成も取り得る。

次に、本実施形態にかかる座標位置検出装置１００の動作について、具体的に説明する。座標位置検出装置１００は、入力モードとして、タッチペン３０により座標入力を行うペン入力モードと、タッチペン３０以外の座標指示手段により、例えば手指により座標入力を行う指入力モードとを有する。ペン入力モードと指入力モードとの切り替えは、例えば、外部スイッチ等によりハードウェア的によって行っても良いし、センサ部１０によるインタフェースを通じてソフトウェア的に行っても良い。また、制御部２６が、タッチペン３０からの交信信号によりタッチペン３０の状態を判別して、モード切替を行っても良い。

まず、本実施形態にかかる座標位置検出装置１００の、ペン入力モードにおける動作について、図１、および図３〜図５を用いて説明する。

ペン入力モードでは、制御部２６が切替信号Ｓｍｏｄを出力することにより、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎに接続されている全ての切替スイッチ２４（図１）を、第２容量検出部２２側に切り替える。これにより、全ての第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎが第２容量検出部２２と接続される。

本実施形態では、第１容量検出部２１と第２容量検出部２２とは、同じ構成である。したがって、ペン入力モードにおいては、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍに対して行われる処理と、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎに対して行われる処理とは同じである。そのため以下では、主に第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍに対する処理を説明する。なお、第１容量検出部２１と第２容量検出部２２とは、異なる構成を備えていても良い。

図３は、座標位置検出装置１００のセンサ部１０の表面にタッチペン３０が接触した状態を概念的に示した図である。センサ部１０の表面にタッチペン３０が接触すると、タッチペン３０のペン先と各第１センサ電極Ｘ_ｉとの間に入力容量ＣＸ_ｉが形成される。タッチペン３０の発振回路３１から出力される信号が、各入力容量ＣＸ_ｉを通じて、各第１センサ電極Ｘ_ｉに入力される。

なお、図示しないが、このときタッチペン３０のペン先と各第２センサ電極Ｙ_ｊとの間にも入力容量ＣＹ_ｊが形成される。同様にタッチペン３０の発振回路３１から出力される信号が、各入力容量ＣＹ_ｊを通じて、各第２センサ電極Ｙ_ｊに入力される。

図４は、ペン入力モードにおける、第１容量検出部２１、および関係する構成だけを抜き出して示した等価回路図である。第１容量検出部２１は、積分回路２１０と、スイッチＳＷｒ，ＳＷａ，ＳＷｂとを備えている。積分回路２１０は、オペアンプ２１１と、積分容量２１２とを備えている。スイッチＳＷｒ，Ｓｗａ，ＳＷｂは、制御部２６から出力される制御信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂにより制御される。

第１センサ電極Ｘ_ｉは、スイッチＳＷａの一方の接点およびＳＷｂの一方の接点に、並列に接続されている。スイッチＳＷａの他方の接点は、オペアンプ２１１の反転入力（−）端子と、積分容量２１２の一方の電極と、スイッチＳＷｒの一方の接点とに、並列に接続されている。スイッチＳＷｂの他方の接点は、グランドに接続されている。オペアンプの非反転入力（＋）端子は、グランドに接続されている。オペアンプ２１１の出力は、積分容量２１２の他方の電極と、スイッチＳＷｒの他方の接点と、座標演算部２５とに、並列に接続されている。

図５は、ペン入力モードにおける、第１容量検出部２１等の動作を示す信号波形図である。ここで、Ｖｐｅｎは発振回路３１の出力電圧であり、Ｖｃは入力容量ＣＸ_ｉの両端における電位差を、Ｖｏｕｔは積分回路２１０の出力電圧をそれぞれ表す。なお、前述の通り、Ｓｓｙｎｃは制御部２６から出力される同期信号であり、Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂは制御部２６から出力される制御信号である。

図５に示すように、単位検出期間には、１つのリセット期間ｔｒ、複数の充電期間ｔｃ１，ｔｃ２，・・・、および複数の積分期間ｔｉ１，ｔｉ２，・・・が含まれる。

まず、リセット期間ｔｒでは、制御信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂにより、スイッチＳＷａとスイッチＳＷｒが開状態に、スイッチＳＷｂが閉状態になる。スイッチＳＷｒが開状態になることにより、積分容量２１２に蓄えられていた電荷がリセットされる。

１回目の充電期間ｔｃ１では、制御信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂにより、スイッチＳＷａが開状態、スイッチＳＷｒとスイッチＳＷａが閉状態となる。また、この充電期間ｔｃ１では、タッチペン３０の発振回路３１から電圧Ｖａｐｐが印加される。すなわち、出力電圧Ｖｐｅｎの値がＶａｐｐとなる。これにより、入力容量ＣＸ_ｉの両端にも電位差Ｖａｐｐが発生する。すなわち、電位差Ｖｃの値がＶａｐｐとなる。

１回目の積分期間ｔｉ１では、制御信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂにより、スイッチＳＷａ開状態、スイッチＳＷｒとスイッチＳＷｂが閉状態となる。スイッチＳＷａが開状態になることにより、入力容量ＣＸ_ｉに蓄えられていた電荷が積分回路２１０に転送される。なお、入力容量ＣＸ_ｉの容量をＣｉ、積分容量２１２の容量をＣｒとすると、積分回路２１０の出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖａｐｐ×Ｃｉ／Ｃｒで与えられる。

その後、上述した充電期間と積分期間とを繰り返すことで、出力電圧Ｖｏｕｔの値が順次積算されていく。出力電圧Ｖｏｕｔの値は、次のリセット期間が始まるまで、すなわち、次の検出期間まで積算される。図５では３回、充電と積分を繰り返しているが、繰り返しの数は任意である。また、１回でも良い。１検出期間における繰り返しの数が多いほど、より多く出力電圧Ｖｏｕｔが積算されることから、より微弱な信号を検出できるようになる。すなわち、１検出期間における繰り返し回数が多いほど、検出感度が高くなる。出力電圧Ｖｏｕｔの値は、単位検出期間の最後に、出力電圧Ｖｏｕｔ０として座標演算部２５に入力される。

座標演算部２５には、入力容量ＣＸ_１〜ＣＸ_ｍに基づくｍ個の出力電圧Ｖｏｕｔ０が入力される。同様にして、入力容量ＣＹ_１〜ＣＹ_ｎに基づくｎ個の出力電圧Ｖｏｕｔ０が入力される。座標演算部２５は、これら（ｍ＋ｎ）個の出力電圧Ｖｏｕｔ０の値に基づいて、センサ部１０上に接触したタッチペン３０の座標位置を決定する。具体的には、最も大きな入力容量ＣＸ_ｉの点をＸ座標としても良いし、ｍ個の入力容量ＣＸ_ｉの重心位置をＸ座標としても良い。Ｙ座標についても同様である。

なお、本実施形態ではタッチペン３０の発振回路３１の出力電圧ＶｐｅｎがＶａｐｐとＧＮＤの２値をとる矩形波として説明した。しかし、出力電圧Ｖｐｅｎは正弦波、三角波、またはのこぎり波であっても良く、その波形は任意である。

以上、本実施形態にかかる座標位置検出装置１００の、ペン入力モードにおける動作について説明した。座標位置検出装置１００は、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍのそれぞれが、積分回路２１０を備えた第１容量検出部２１と接続されている。そのため、入力容量ＣＸ_１〜ＣＸ_ｍを同時に検出する。同様に、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎのそれぞれが、積分回路を備えた第２容量検出部２２と接続されている。そのため、入力容量ＣＹ_１〜ＣＹ_ｎを同時に検出する。したがって本実施形態では、これら（ｍ＋ｎ）本のセンサ電極を順次走査する方式と比較すると、処理時間が１／（ｍ＋ｎ）で済む。すなわち、同じ処理時間であれば、（ｍ＋ｎ）倍、充電と積分を繰り返すことができる。よって本実施形態によれば、センサ部１０の面積を大きくしても、またはセンサ部１０の解像度を高くしても、十分な感度を得られる。

次に、本実施形態にかかる座標位置検出装置１００の指入力モードにおける動作について、図１、および図６〜図８を用いて説明する。

指入力モードにおいては、制御部２６が出力する切替信号Ｓｍｏｄによって、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎに接続されている全ての切替スイッチ２４（図１）が、発振回路２３側に切り替えられる。これにより、全ての第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎが発振回路２３と接続されている。

図６は、座標位置検出装置１００のセンサ部１０の表面に手指が接触した状態を概念的に示した図である。各第１センサ電極Ｘ_ｉと各第２センサ電極Ｙ_ｊの間には、結合容量Ｃ_ｉ，ｊが形成されている。センサ部１０の表面に手指が接触すると、第１センサ電極Ｘ_ｉと手指、および第２センサ電極Ｙ_ｊと手指の間にも容量が形成されるため、これらセンサ電極と手指との位置関係により、結合容量Ｃ_ｉ，ｊの値が変化する。

図７は、指入力モードにおける、第１容量検出部２１、および関係する構成だけを抜き出して示した等価回路図である。図７から明らかなように、図７に示す回路は図４に示す回路と等価な構成である。図４における発振回路３１が図７では発振回路２３に、図４における入力容量ＣＸ_ｉが図７では結合容量Ｃ_ｉ，ｊに、それぞれ入れ替わっている。

本実施形態で座標演算部２５は、指入力モードにおいて、ｎ本の第２センサ電極と接続された発振回路２３が時分割で出力する信号に基づいて座標位置を求める。

図８は、指入力モードにおける座標位置検出方法を模式的に示した図である。また、図９は、指入力モードにおける、第１容量検出部２１等の動作を示す信号波形図である。ここで、ＶＹ_ｊは、ｊ番目の第２センサ電極Ｙ_ｊに接続された発振回路２３からの出力電圧を表す。また、Ｖｏｕｔは積分回路２１０の出力電圧を表す。

指入力モードでは、単位検出期間をｎ個の期間ｔｙ１〜ｔｙｎに均等分割して、ｎ個の発振回路２３から時分割で信号ＶＹ_ｊを出力する。ここで、時分割で出力するとは、ｎ個に分割されたそれぞれの期間においては、１つの発信回路２３のみが信号を出力し、他の発信回路２３は信号を出力しない動作を意味する。すなわち、期間ｔｙ１においては、１番目の第２センサ電極Ｙ_１に接続された発振回路２３から信号を出力する。期間ｔｙ２においては、２番目の第２センサ電極Ｙ_２に接続された発振回路２３から信号を出力する。以下同様に、期間ｔｙｊにおいては、ｊ番目の第２センサ電極Ｙ_ｊに接続された発振回路２３から信号を出力する。ただし、出力する順番は、この例のように第２センサ電極Ｙ_ｊの並び通りでなくても構わない。

期間ｔｙｊの各々において、信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂ、および発振回路３１からの信号によって、充電および積分が行われる。この間の第１容量検出部２１の動作は、ペン入力モードで説明したものと同じであるので、その詳細は省略する。図９では、期間ｔｙｊにおいて各３回、充電と積分を繰り返しているが、繰り返しの数は任意である。

そして、各期間ｔｙｊの最後において、積分容量２１２がリセットされる直前の出力電圧Ｖｏｕｔの値が出力電圧Ｖｏｕｔｊとして、順次、座標演算部２５に出力される。

座標演算部２５には、ｍ本の第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍからのデータが同時に入力される。すなわち、期間ｔｙ１には、結合容量Ｃ_ｉ，１に基づくｍ個の出力電圧Ｖｏｕｔ１が座標演算部２５に入力される。期間ｔｙ２には、結合容量Ｃ_ｉ，２に基づくｍ個の出力電圧Ｖｏｕｔ２が座標演算部２５に入力される。以下同様に、期間ｔｙｊには、結合容量Ｃ_ｉ，ｊに基づくｍ個の出力電圧Ｖｏｕｔｊが座標演算部２５に入力される。

１検出期間が終了すると、座標演算部２５は、これまでに入力された（ｍ×ｎ）個の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｎの値に基づいて、センサ部１０上に接触した手指の座標位置を決定する。具体的には、最も大きな結合容量Ｃ_ｉ、ｊの点を入力座標としても良いし、（ｍ×ｎ）個の結合容量Ｃ_ｉ、ｊの重心位置を入力座標としても良い。

なお、本実施形態によれば、２次元の配列として結合容量Ｃ_ｉ、ｊの値が得られる。そのため、複数の座標が同時入力された場合、いわゆるマルチタッチの場合に、それぞれの座標位置を求めることができる。例えば、所定の値以上の結合容量Ｃ_ｉ、ｊが複数あって、かつ各々が所定の距離だけ離間している場合には、マルチタッチがあったものとして処理を行えば良い。

以上、本実施形態にかかる座標位置検出装置１００の、指入力モードにおける動作について説明した。座標位置検出装置１００は、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍのそれぞれが、積分回路２１０を備えた第１容量検出部２１と接続されている。そのため、入力容量Ｃ_１、ｊ〜Ｃ_ｍ、ｊを同時に検出する。したがって本実施形態では、これら（ｍ＋ｎ）本のセンサ電極を順次走査する方式と比較すると、処理時間がｎ／（ｍ＋ｎ）で済む。すなわち、同じ処理時間であれば、（ｍ＋ｎ）／ｎ倍、充電と積分を繰り返すことができる。よって本実施形態によれば、センサ部１０の面積を大きくしても、またはセンサ部１０の解像度を高くしても、十分な感度を得られる。

また、本実施形態にかかる座標位置検出装置１００においては、制御部２６が出力する切替信号Ｓｍｏｄによって切替スイッチ２４が切り替わることにより、ペン入力モードと指入力モードとを切り替える。これにより、タッチペン３０による入力と、手指等からの入力を、１つの装置で行うことができる。また、ペン入力と指入力を分離することができる。例えば、ペン入力時に手指がセンサ部１０に触れる等しておこる誤入力を無視できる。

［第１の実施形態の変形例］
図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例にかかる座標位置検出装置１０１の、概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態にかかる座標位置検出装置１００と、本変形例にかかる座標位置検出装置１０１とは、駆動部２０の構成のみが異なる。

具体的には、座標位置検出装置１００においては、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍと同数のｍ個の第１容量検出部２１が設けられていた。これに対し座標位置検出装置１１０では、ｍ／３個のマルチプレクサ２７と、ｍ／３個の第１容量検出部２１とが設けられている。同様に、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎの数ｎに対して、ｎ／３個のマルチプレクサ２８と、ｎ／３個の第２容量検出部２２と、ｎ／３個の発振回路２３と、ｎ／３個の切替スイッチ２４とが設けられている。

マルチプレクサ２７の一方の端子には、隣接する３本の第１センサ電極Ｘ_ｉ’，Ｘ_ｉ’＋１，Ｘ_ｉ’＋２（ｉ’＝１，４，７，・・・，ｍ−２）が接続されている。また、マルチプレクサ２７の他方の端子には、第１容量検出部２１が接続されている。マルチプレクサ２７は、第１容量検出部２１の接続先を、第１センサ電極Ｘ_ｉ’，Ｘ_ｉ’＋１，Ｘ_ｉ’＋２の間で順次切り替える。同様に、マルチプレクサ２８の一方の端子には、隣接する３本の第２センサ電極Ｙ_ｊ’，Ｙ_ｊ’＋１，Ｙ_ｊ’＋２（ｊ’＝１，４，７，・・・，ｎ−２）が接続されている。また、マルチプレクサ２８の他方の端子には、切替スイッチ２４が接続されている。マルチプレクサ２８は、切替スイッチ２４の接続先を、第２センサ電極Ｙ_ｊ’，Ｙ_ｊ’＋１，Ｙ_ｊ’＋２の間で順次切り替える。

本変形例にかかる座標位置検出装置１１０によれば、座標位置検出装置１００と比較して、第１容量検出部２１、第２容量検出部２２、発信回路２３、および切替スイッチ２４の数を１／３にできる。

本変形例では、マルチプレクサ２７をｍ／３個設け、１つのマルチプレクサ２７に３本の第１センサ電極を接続させた。しかし、マルチプレクサ２７の数は任意である。より少ないマルチプレクサ２７に、より多くの第１センサ電極を接続することによって、第１容量検出部２１、第２容量検出部２２、発信回路２３、および切替スイッチ２４の数をさらに減らすことができる。一方、マルチプレクサ２６が切替を行う回数に反比例して、単位検出期間において充電および積分を行う回数が減少する。マルチプレクサ２８についても同様である。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態にかかる座標位置検出装置１０２の、概略構成を示すブロック図である。座標位置検出装置１０２は、第１の実施形態にかかる座標位置検出装置１００の構成に加えて、入力モード切替部２９をさらに備える。

図１２は、本発明の第２の実施形態における、入力モード切替部２９による入力モードの切り替えを表す図である。入力モード切替部２９は、制御部２６と同期して、単位検出期間内に、指入力モードとペン入力モードとを、自動的に切り替える。なお、図１２では指入力モードがペン入力モードより先にあり、指入力モードがペン入力モードよりも長い例を示している。しかし、入力モードの順番や長さの比は任意に決定される。

本実施形態によれば、外部の入出力装置等により、ユーザが入力モードを切り替える必要がない。ユーザは、入力モードを意識せず、タッチペン３０または手指による入力を行うことができる。

また、例えばペン入力モードにおいてタッチペン３０からの入力が検出された場合には、同一検出期間内の指入力モードにおける入力を無視する等の処理を行うことができる。これにより、ペン入力時に手指がセンサ部１０に触れる等しておこる誤入力を無視できる。もっとも、ペン入力と手指による入力の双方を受け付ける設定としても良いし、手指による入力を優先させる設定としても良い。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態にかかる座標位置検出装置は、第１の実施形態にかかる座標位置検出装置１００の構成に加えて、さらに、複数のタッチペン３０を備えている。本実施形態で座標演算部２５は、ペン入力モードにおいて、複数のタッチペン３０の発振回路３１が時分割で出力する信号に基づいて座標位置を求める。

以下、タッチペン３０の数をｓ本（ｓは２以上の整数、以下同じ。）として説明する。図１３は、第３の実施形態にかかる座標位置検出装置において、複数のタッチペン３０の発振回路３１が出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。ここで、Ｖｐｅｎ_ｋ（ｋは１〜ｓの整数、以下同じ。）は、ｋ番目のタッチペン３０の発振回路３１からの出力電圧を表す。またＶｏｕｔは、この信号が第１容量検出部２０に入力された場合の、積分回路２１０の出力電圧を表す。

本実施形態では、１検出期間をｓ個の期間ｔｐ１〜ｔｐｓに均等分割して、ｓ個の発振回路３１から時分割で出力電圧Ｖｐｅｎ_ｋを出力する。すなわち、期間ｔｐ１においては、１番目のタッチペン３０の発振回路３１から信号を出力する。期間ｔｐ２においては、２番目のタッチペン３０の発振回路３１から信号を出力する。以下同様に、期間ｔｐｋにおいては、ｋ番目のタッチペン３０の発振回路３１から信号を出力する。

期間ｔｐｋの各々において、信号Ｓｒ，Ｓａ，Ｓｂ、および発振回路３１からの信号によって、充電および積分が行われる。この間の第１容量検出部２１の動作は、第１の実施形態で説明したものと同じであるので、その詳細は省略する。図１１では、期間ｔｐｋにおいて各３回、充電と積分を繰り返しているが、繰り返しの数は任意である。

そして、各期間ｔｐｋの最後において、積分容量２１２がリセットされる直前の出力電圧Ｖｏｕｔの値が出力電圧Ｖｏｕｔｋとして、順次、座標演算部２５に出力される。

このようにして、１番目のタッチペン３０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１、２番目のタッチペン３０からの出力電圧Ｖｏｕｔ２、・・・ｋ番目のタッチペン３０から出力電圧Ｖｏｕｔｋが、順次、座標演算部２５に入力される。

座標演算部２５には、第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍおよび第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎから（ｍ＋ｎ）個の出力電圧Ｖｏｕｔｋが入力される。座標演算部２５は、これらの値に基づいて、それぞれのタッチペン３０の座標位置を決定する。座標演算部２５は、入力された出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔｓを、順次処理しても良いし、全ての入力があった後に一括して処理しても良い。

本実施形態によれば、複数のタッチペン３０が同時に入力されても、各々の識別が可能である。したがって、複数のタッチペン３０による同時入力が可能になる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態にかかる座標位置検出装置も、第３の実施形態にかかる座標位置検出装置と同様に、タッチペン３０を複数備えている。本実施形態にかかる座標位置検出装置と、第３の実施形態にかかる座標位置検出装置とは、複数のタッチペン３０の識別方法が異なる。

本実施形態で座標演算２５は、ペン入力モードにおいて、ｓ本のタッチペン３０の発振回路３１が出力する互いに直交する信号に基づいて、タッチペン３０の各々の座標位置を求める。

以下では、タッチペン３０の数が４本である場合を例にして、具体的に説明する。図１４は、４本のタッチペン３０が、センサ部１０に同時に接触している状態を模式的に示した図である。図１４では、第１のタッチペンＰ１が第１センサ電極Ｘ_２と第２センサ電極Ｙ_２とに接触している。また、第２のタッチペンＰ２が第１センサ電極Ｘ_２と第２センサ電極Ｙ_６とに接触している。同様に、第３のタッチペンＰ３が第１センサ電極Ｘ_４と第２センサ電極Ｙ_４とに接触している。第４のタッチペンＰ４が第１センサ電極Ｘ_８と第２センサ電極Ｙ_２とに接触している。

図１５は、第４の実施形態にかかる座標位置検出装置において、４本のタッチペン３０の発振回路３１からの出力電圧を表す信号波形図である。ここで、ＶＰ_１〜ＶＰ_４は、４本のタッチペン３０の発振回路３１からの出力電圧を表す。本実施形態では、１検出期間を４個の期間ｔｐ１〜ｔｐ４に分割する。そして、これらの期間に応じて発信回路３１から出力する信号の位相を反転させることによって、＋１および−１の２成分からなるビット列の信号を出力している。

具体的には、出力電圧ＶＰ_１は、期間ｔｐ１〜ｔｐ４の全てにおいて、充電期間（ｔｃ１〜ｔｃ３）にハイレベル（論理値＝１）となり、リセット期間（ｔｒ）および積分期間（ｔｉ１〜ｔｉ３）にローレベル（論理値＝０）となる矩形波である。また、出力電圧ＶＰ_２は、期間ｔｐ１および期間ｔｐ３においては、充電期間にハイレベルとなり、リセット期間および積分期間にローレベルとなる矩形波である。一方、期間ｔｐ２および期間ｔｐ４においては、充電期間にローレベルとなり、リセット期間および積分期間にハイレベルとなる矩形波である。すなわち、出力電圧ＶＰ_２は、期間ｔｐ２およびｔｐ４において位相が反転している。同様に、出力電圧ＶＰ_３は、期間ｔｐ３および期間ｔｐ４においては位相が反転している。出力電圧ＶＰ_４は、期間ｔｐ２および期間ｔｐ３において位相が反転している。

ここで、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４の信号波形を１行４列の列ベクトルを用いて下記のように表す。

このとき、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４は下記の関係を満たす。すなわち、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４の信号波形は互いに直交している。なお、ｐ，ｑは１〜４の整数であり、ＶＰ^ＴはＶＰの転置行列、すなわち４行１列の列ベクトルである。

また、下記の式が成り立つ。

なお、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４は式（２）および式（３）を満たしていれば任意であり、式（１）には限定されない。また、本実施形態では出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４を＋１および−１の２成分からなるビット列の信号として表しているが、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４の信号波形も任意である。

図１６は、４本のタッチペン３０が出力する出力電圧と、積分回路２１０からの出力電圧を表す信号波形図である。ここで、ＶＰ_１〜ＶＰ_４は前述の通り、４本のタッチペン３０の発振回路３１からの出力電圧を表す。Ｖｏ_１〜Ｖｏ_４は、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４のそれぞれが単独で第１容量検出部２０に入力された場合の、積分回路２１０の出力電圧を表す。図１５に示すように、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４の位相が反転している期間では、出力電圧のＶｏ_１〜Ｖｏ_４の符号が反転する。

第１容量検出部２０には４本のタッチペン３０の出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４が重畳的に入力される。図１６には、第１のタッチペンＰ１と第２のタッチペンＰ２が同一ライン上にある場合（例えば、図１４における第１センサ電極Ｘ_２）の積分回路２１０の出力電圧Ｖｏ_１＋Ｖｏ_２、および第３のタッチペンＰ３と第４のタッチペンＰ４が同一ライン上にある場合の積分回路２１０の出力電圧Ｖｏ_３＋Ｖｏ_４を併せて示している。

本実施形態においても、各期間ｔｐ１〜ｔｐ４の最後において、積分回路２１０がリセットされる直前の出力電圧Ｖｏｕｔの値が出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４として、順次、座標演算部２５に出力される。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４は、下記で表すことができる。ここで、Ｃ_１〜Ｃ_４は各タッチペン３０のペン先とセンサ電極との間に形成される入力容量を、ｚは充電・積分の回数を、Ｃｒは積分容量２１２の容量をそれぞれ表す。

図１７は、図１４のようにタッチペンが配置された場合の出力例を表にしたものである。なお、図１７では定数項ｚ×Ｖａｐｐ／Ｃｒ＝１とし、Ｃ_１〜Ｃ_４＝１（入力がある場合）または０（入力がない場合）としている。

例えば、期間ｔｐ１における第１センサ電極Ｘ_１と接続された積分回路２１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１は、０×１＋０×１＋０×１＋０×１＝０となる。同様に、期間ｔｐ１における第１センサ電極Ｘ_２と接続された積分回路２１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１は、０×１＋１×１＋１×１＋０×１＝２となる。また、期間ｔｐ３における第１センサ電極Ｘ_４と接続された積分回路２１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ３は、０×１＋０×１＋１×（−１）＋０×（−１）＝−１となる。

式（３）および式（４）より、下記の式が得られる。

座標演算部２５は、上記の計算式に従って、出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４を、各タッチペン３０からの入力容量Ｃ_１〜Ｃ_４に変換する。そして、Ｃ_１〜Ｃ_４に基づいて、それぞれのタッチペン３０の座標位置を決定する。なおＣ_１〜Ｃ_４に基づく座標位置の決定方法は、第１の実施形態と同じである。

図１８は、図１７の出力例を座標演算部で変換した出力例を表にしたものである。

例えば、第２のタッチペンＰ２のペン先と第１センサ電極Ｘ_１との間の入力容量Ｃ_２は、１×０＋（−１）×０＋１×０＋（−１）×０＝０となる。同様に、第２のタッチペンＰ２のペン先と第１センサ電極Ｘ_２との間の入力容量Ｃ_２は、１×２＋（−１）×０＋１×２＋（−１）×０＝４となる。また、第３のタッチペンＰ３のペン先と第１センサ電極Ｘ_４との間の入力容量Ｃ_３は、１×２＋１×０＋（−１）×２＋（−１）×０＝４となる。

このように、表１の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４には、４本のタッチペン３０からの影響が混在していた。一方で表２では、各タッチペン３０毎の入力容量Ｃ_１〜Ｃ_４に分離されている。

以上の通り、本実施形態（第４の実施形態）によっても、同時に入力された複数のタッチペン３０を識別可能である。したがって、複数のタッチペン３０による同時入力が可能である。

なお、前述した第３の実施形態において、ｓ本のタッチペン３０から出力される出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_ｓの信号波形を式（１）の様に表記すると、下記のようになる。

この場合も、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_ｓは下記の関係を満たしている。すなわち、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_ｓの信号波形は互いに直交している。この式において、ｐ，ｑは１〜ｓの整数である。

すなわち、前述の第３の実施形態では、互いに直交する＋１および０の２成分からなるビット列の信号を出力している。これに対し、本実施形態では、互いに直交する＋１および−１の２成分からなるビット列の信号を出力している。図１２から明らかなように、本実施形態の場合は、１検出期間の全てにおいて、全てのタッチペン３０からの信号を用いて充電・積分を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、第３の実施形態と比較して、より感度を高くすることができる。

なお、上記ではタッチペン３０が４本である場合を説明したが、タッチペン３０の数は任意である。また、上記では１検出期間をタッチペン３０の数と同じ４つの期間に分割した。しかし、分割する期間の数は、タッチペン３０の数と等しいか、それよりも多ければ良い。また、上記では出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４を矩形波として説明した。しかし、出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４は正弦波、三角波またはのこぎり波であってもよく、その波形は任意である。

［第４の実施形態の変形例］
図１９は、第４の実施形態の変形例にかかる座標位置検出装置において、４本のタッチペン３０の発振回路３１が出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。上述した第４の実施形態では、位相を反転させることで、出力電圧を反転させていた。本変形例では、印加する電圧の符号を反転させることによって、出力電圧を反転させている。

このような信号波形を用いても、＋１および−１の２成分からなるビット列の信号を出力することができる。よって、本変形例によっても、互いに直交する＋１および−１の２成分からなるビット列の信号を出力することにより、複数のタッチペン３０の各々を識別することができる。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態にかかる座標位置検出装置について説明する。本実施形態で座標演算部２５は、指入力モードにおいて、ｎ本の第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_ｎと接続された発振回路２３が発信する互いに直交する信号に基づいて座標位置を求める。

以下では、ｎ＝４である場合を例にして、具体的に説明する。図２０は、手指がセンサ部１０の３点に同時に接触している状態を模式的に示した図である。図２０では、手指が第１センサ電極Ｘ_２と第２センサ電極Ｙ_２とに接触している。同様に、第１センサ電極Ｘ_２と第２センサ電極Ｙ_３とにも接触している。また、第１センサ電極Ｘ_４と第２センサ電極Ｙ_４とにも接触している。

図２１は、第５の実施形態にかかる座標位置検出装置の、指入力モードにおける座標位置検出方法を模式的に表した図である。図２１に示すように、本実施形態では、第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_４と接続された発振回路２３から、互いに直交する信号波形を持つ出力電圧ＶＹ_１〜ＶＹ_４を、同時に出力する。

互いに直交する信号としては、第４の実施形態およびその変形例で例示したような、＋１および−１のビット列からなる信号を用いることができる。

図２２は、第５の実施形態にかかる座標位置検出装置において、４本の第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_４と接続された発振回路２３が出力する出力電圧と、積分回路からの出力電圧を表す信号波形図である。上述の通り、ＶＹ_１〜ＶＹ_４は、４本の第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_４と接続された発振回路２３からの出力電圧を表す。またＶｏ_１〜Ｖｏ_４は、出力電圧ＶＹ_１〜ＶＹ_４のそれぞれが単独で第１容量検出部２０に入力された場合の、積分回路２１０の出力電圧を表す。図２２では、例として、出力電圧ＶＹ_１，ＶＹ_２が同時に第１容量検出部２０に入力された場合の積分回路２１０の出力電圧（Ｖｏ_１＋Ｖｏ_２）と、出力電圧ＶＹ_３，ＶＹ_４が同時に第１容量検出部２０に入力された場合の積分回路２１０の出力電圧（Ｖｏ_３＋Ｖｏ_４）とを示している。

式（１）と同様に、出力電圧ＶＹ_１〜ＶＹ_４の信号波形を１行４列の列ベクトルを用いて下記のように表す。

本実施形態においても、各期間ｔｐ１〜ｔｐ４の最後において、積分回路２１０がリセットされる直前の出力電圧Ｖｏｕｔの値が出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４として、順次、座標演算部２５に出力される。第１容量検出部２０には出力電圧ＶＰ_１〜ＶＰ_４が重畳的に入力される。そのため、出力信号Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４は、下記で表すことができる。ここで、Ｃ_ｐ，ｑはｐ番目の第１センサ電極Ｘ_ｐとｑ番目の第２センサ電極Ｙ_ｑとの結合容量を表す。

図２３は、図２０のように手指がセンサ部１０に接触した場合の出力例を表にしたものである。なお、図２３では定数項ｚ×Ｖａｐｐ／Ｃｒ＝１とし、Ｃｐ，ｑ＝１（入力がある場合）または０（入力がない場合）としている。

例えば、期間ｔｐ１における第１センサ電極Ｘ_１と接続された積分回路２１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１は、０×１＋０×１＋０×１＋０×１＝０となる。同様に、期間ｔｐ１における第１センサ電極Ｘ_２と接続された積分回路２１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１は、０×１＋１×１＋１×１＋０×１＝２となる。また、期間ｔｐ３における第１センサ電極Ｘ_４と接続された積分回路２１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ３は、０×１＋０×１＋０×（−１）＋１×（−１）＝−１となる。
結合容量Ｃ_ｐ，ｑの値は、式（５）を導いたのと同様の式変形により求まる。

座標演算部２５には、ｍ本の第１センサ電極Ｘ_１〜Ｘ_ｍからのデータが同時に入力される。１検出期間が終了すると、座標演算部２５は、これまでに入力された（ｍ×４）個の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４の値から、式（１０）に従って結合容量Ｃ_ｐ，ｑの値に変換し、センサ部１０上に接触した手指の座標位置を決定する。結合容量Ｃ_ｐ，ｑに基づく座標位置の決定方法は、第１の実施形態と同じである。

図２４は、図２３の出力例を座標演算部で変換した出力例を表にしたものである。

例えば、第２センサ電極Ｙ_２と第１センサ電極Ｘ_１との間の入力容量Ｃ_１，２は、１×０＋（−１）×０＋１×０＋（−１）×０＝０となる。同様に、第２センサ電極Ｙ_２と第１センサ電極Ｘ_２との間の入力容量Ｃ_２，２は、１×２＋（−１）×０＋１×０＋（−１）×（−２）＝４となる。また、第２センサ電極Ｙ_４と第１センサ電極Ｘ_４との間の入力容量Ｃ_４，４は、１×１＋（−１）×（−１）＋（−１）×（−１）＋１×１＝４となる。

このように、表３の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４には、４本の第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_４の影響が混在していた。一方で表４では、各第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_４毎との入力容量Ｃ_ｐ，ｑに分離されている。

本実施形態では、１検出期間の全てにおいて、全ての第２センサ電極Ｙ_１〜Ｙ_４からの信号を用いて充電・積分を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と比較して、より感度を高くすることができる。

なお、上記では説明のためｎ＝４としたが、ｎが２以上の任意の整数の場合に本実施形態は適用可能である。

［その他の実施形態］
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態にのみ限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、上述した第１〜第５の実施形態、第１の実施形態の変形例および第４の実施形態の変形例は、適宜組み合わせて実施が可能である。

本発明は、座標位置検出装置に利用可能である。

Claims (9)

1. 第１センサ電極と、
   前記第１センサ電極と接続され、積分回路を含む第１容量検出部と、
   第２センサ電極と、
   前記第２センサ電極と接続され、積分回路を含む第２容量検出部と、
   座標演算部と、
   座標指示装置とを備え、
   前記座標指示装置により座標位置を入力する第１入力モード時には、
   前記座標指示装置から出力される信号を複数の前記第１および第２容量検出部が検出し、
   単位検出期間に、前記座標指示装置による充電と、前記第１および第２容量検出部による積分とを行って容量を検出し、
   前記座標演算部が、前記容量から座標位置を決定する座標位置検出装置。
2. 前記第２センサ電極と前記第２容量検出部との間に設けられた切替スイッチと、
   前記切替スイッチが切り替える一方の接点に接続された発振回路とをさらに備え、
   前記座標指示装置以外の座標指示手段により座標位置を入力する第２入力モード時には、前記切替スイッチにより前記第２センサ電極と前記発振回路が接続され、前記発振回路から出力される信号を複数の前記第１容量検出部が検出し、単位検出期間に、前記発振回路による充電と、前記第１容量検出部による積分とを行って容量を検出し、前記座標演算部が、前記容量から座標位置を決定する、請求項１に記載の座標位置検出装置。
3. 単位検出期間に、前記第１入力モードと前記第２入力モードとを、順次切り替える入力モード切替部をさらに備える、請求項２に記載の座標位置検出装置。
4. 前記座標演算部は、前記第２入力モード時において、複数の発振回路が時分割で出力する信号に基づいて座標位置を求める、請求項２または３に記載の座標位置検出装置。
5. 前記座標演算部は、前記第２入力モード時において、複数の発振回路が出力する互いに直交する信号に基づいて座標位置を求める、請求項２または３に記載の座標位置検出装置。
6. 前記複数の発振回路が出力する互いに直交する信号は、＋１および−１のビット列からなる、請求項５に記載の座標位置検出装置。
7. 前記座標演算部は、前記第１入力モード時において、複数の前記座標指示装置が時分割で出力する信号に基づいて前記座標指示装置の各々の座標位置を求める、請求項１〜６のいずれか１項に記載の座標位置検出装置。
8. 前記座標演算部は、前記第１入力モード時において、複数の前記座標指示装置が出力する互いに直交する信号に基づいて前記座標指示装置の各々の座標位置を求める、請求項１〜６のいずれか１項に記載の座標位置検出装置。
9. 前記複数の座標指示装置が出力する互いに直交する信号は、＋１および−１のビット列からなる、請求項８に記載の座標位置検出装置。

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