KR20110089866A - 위치검출장치 - Google Patents

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KR20110089866A
KR20110089866A KR1020117013060A KR20117013060A KR20110089866A KR 20110089866 A KR20110089866 A KR 20110089866A KR 1020117013060 A KR1020117013060 A KR 1020117013060A KR 20117013060 A KR20117013060 A KR 20117013060A KR 20110089866 A KR20110089866 A KR 20110089866A
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capacitance
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electrodes
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KR1020117013060A
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타케시 토구라
코지 사키야마
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가부시키가이샤후지쿠라
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Abstract

간단한 구조로 저렴하게 검지영역 범위에 근접하거나 하는 검지 대상물의 위치나 거리를 확실하게 검출하고, 설계 자유도를 향상시킨다. 위치검출장치(100)는 정전용량 센서부(10) 및 검출회로부(20)를 구비하고, 정전용량 센서부(10)는 제1 및 제2 검지전극(11, 12)과, 이들 사이에 배치된 유전체(19)로 이루어진다. 유전체(19)는 검지면(19a)상에 검지영역 범위(L)를 형성한다. 검출회로부(20)는 전환 스위치(SWA, SWB)와, 정전용량 검지회로(21, 22)와, A/D 변환기(23, 25)와, 연산처리회로(25)를 구비하고, 전환 스위치(SWA, SWB)의 전환 제어에 의해, 제1 검지전극(11)으로 검지된 정전용량의 검출값(C1)과 제2 검지전극(12)으로 검지된 정전용량의 검출값(C2)으로부터, 연산처리회로(25)에 의해 검지영역 범위(L)에 있어서의 검지 대상물의 위치를 판정하여 검출한다.

Description

위치검출장치{POSITION DETECTOR}
이 발명은 정전용량 변화에 의해 인체 등의 검지 대상물의 근접 혹은 접촉을 검지하고, 검지 대상물의 위치나 거리를 판정하여 검출하는 위치검출장치에 관한 것이다.
인체 등의 검지 대상물의 근접 등을 검지하는 것으로서, 예를 들면 다음과 같은 것이 알려져 있다. 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 조명 점멸장치는 물체의 접근을 검지하는 전극과, 이 전극의 정전용량의 변화를 검지하는 정전용량형 센서와, 이 정전용량형 센서의 50밀리초에서 120밀리초까지의 시간폭을 가지는 출력 변화에 응답하는 시간선택회로와, 이 시간선택회로의 출력에 기초하여 점등 및 소등 신호를 출력하는 제어회로와, 이 제어회로의 출력에 기초하여 개폐하는 개폐기를 가지며, 조작자의 손의 움직임에 반응한다고 되어 있다.
또한 하기 특허문헌 2에 개시되어 있는 정전용량식 근접 센서는 피검출체가 근접함에 따라 정전용량이 변화되는 센서부와, 이 센서부의 정전용량에 기초하는 검지신호를 출력하는 검지회로를 구비하고, 피검출체의 비검출시에, 교정명령에 기초하여 회로에 고유의 초기 용량값에 대응한 검지신호를 관측하여, 이것을 상쇄하는 감산전압을 감산전압 발생회로로부터 발생시키고, 감산회로는 감산전압을 검지신호로부터 감산하여 교정 후 검지신호를 출력한다고 되어 있다.
그리고 이 특허문헌 1 및 2의 정전용량형 센서(혹은 정전용량식 센서)에서, 물체(피검출체)의 위치검출 분해능을 향상시키기 위해서는 다음과 같은 구성을 생각할 수 있다. 즉, 도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 검지전극(301∼305)을 고밀도로 배치하고, 각 검지전극(301∼305)에 대하여 각각 정전용량 검지회로(311∼315)를 마련하거나, 동 도면(b)에 나타내는 바와 같이, 회로수를 줄이기 위해 복수의 검지전극(301∼304)과 하나의 정전용량 검지회로(311) 사이에, 전극수와 동등(혹은 전극수보다 적은 수)의 전환기(메커니컬 릴레이, 아날로그 스위치, 포토 MOS 릴레이 등)(SW1∼SW4)를 마련하고, 각 검지전극(301∼304)에 접속되는 정전용량 검지회로(311)를 주사(스캔)하여 측정하는 일 등이 행해진다.
일본국 공개특허공보 평8-64364호 일본국 공개특허공보 2006-177838호
그러나 상술한 것과 같은 구성의 센서에서는, 정전용량 검지회로의 증가는 회로 자체가 고가이고 배선 등도 복잡해지므로, 비용 증대로 이어진다는 문제가 있다. 또한 전환기를 복수개 마련하여 정전용량 검지회로의 수를 줄여도 배선 등이 복잡해지는 것에는 변함이 없고, 또한 하나의 검지전극당 측정 시간이 증가된다는 문제가 있다.
또한 검지영역 범위의 아래쪽에 센서가 배치되기 때문에, 검지영역 범위의 구조가 복잡해지고, 예를 들면 검지영역 범위에 투명성이 있는 디자인을 한 경우에는 검지전극이 가시 상태가 되어버려 설계 자유도를 향상시킬 수 없으며, 이 검지전극을 가리기 위해서는 은폐하기 위한 부품이 별도로 필요하게 되거나 구조가 복잡해지거나 해서, 역시 비용 증대로 이어진다는 문제가 있다.
이 발명은 상술한 종래기술에 의한 문제점을 해소하기 위해, 간단한 구조로 저렴하게 검지영역 범위에 근접하거나 하는 검지 대상물의 위치나 거리를 확실하게 검출할 수 있는 동시에, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 위치검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해, 이 발명에 따른 제1 위치검출장치는 검지영역의 범위를 획정(劃定)하는 검지면을 가지는 유전체와, 상기 유전체의 단부 근방에 마련되며, 검지 대상물과의 사이의 정전용량을 검지하는 복수의 검지전극과, 상기 복수의 검지전극으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 검출회로와, 상기 복수의 검지전극의 각각을, 상기 검출회로와의 접속, 또는 접지전위 혹은 소정의 고정전위와의 접속으로 전환 가능한 복수의 전환 스위치와, 상기 검출회로로부터의 검출 결과에 기초하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 판정검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한 이 발명에 따른 제2 위치검출장치는 검지영역의 범위를 획정하는 검지면을 가지는 유전체와, 상기 유전체의 단부 근방에 마련되며, 검지 대상물과의 사이의 정전용량을 검지하는 복수의 검지전극과, 상기 검지전극으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 검출회로와, 상기 검출회로에 접속된 검지전극과 동일 전위를 다른 검지전극에 부여하는 더미(dummy) 검출회로와, 상기 복수의 검지전극의 각각을, 상기 검출회로와의 접속, 또는 더미 검출회로와의 접속으로 전환 가능한 복수의 전환 스위치와, 상기 검출회로로부터의 검출 결과에 기초하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 판정검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한 이 발명에 따른 제3 위치검출장치는 검지영역의 범위를 획정하는 검지면을 가지는 유도체와, 상기 유전체의 단부 근방에 마련되며, 검지 대상물과의 사이의 정전용량을 검지하는 복수의 검지전극과, 상기 복수의 검지전극 각각으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 동시에, 주기적으로 동기되는 복수의 검출회로와, 상기 복수의 검출회로로부터의 출력에 기초하여, 상기 검지 대상물의 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 판정검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이 발명에 따른 제1∼제3 위치검출장치는 상기와 같이 구성함으로써, 간단한 구조로 저렴하게 검지영역 범위에 근접하거나 하는 검지 대상물의 위치나 거리를 확실하게 검출할 수 있다.
이 발명에 따른 제1 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검출회로에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 접지전위 혹은 상기 고정전위에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 비교 결과에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치를 판정하여 검출한다.
또한 이 발명에 따른 제1 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극의 각각을 상기 검출회로와 접속했을 때의, 상기 검출회로로부터의 출력에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출한다.
또한 이 발명에 따른 제1 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검지전극에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 접지전위 혹은 상기 고정전위에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 합에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출한다.
한편 이 발명에 따른 제1 위치검출장치에 있어서는, 상기 복수의 전환 스위치의 전환 상태를 소정 시간마다 제어하고, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 각각을 판정하여 검출하도록 구성되어 있어도 된다.
그리고 이 발명에 따른 제1 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 검출회로는 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 일대일로 접속되며, 각 검지전극에 의해 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 복수의 정전용량 검지회로와, 각 정전용량 검지회로의 동기를 취하는 동기수단을 구비하고, 상기 판정검출수단은 상기 복수의 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 구성으로 되어 있어도 된다.
또한 이 발명에 따른 제1 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 검출회로는 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 접속되며, 각 전환 스위치의 전환 제어에 의해 각 검지전극에서 각각 이시적(異時的)으로 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 정전용량 검지회로를 구비하고, 상기 판정검출수단은 상기 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 구성으로 되어 있어도 된다.
이 발명에 따른 제2 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검출회로에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 더미 검출회로에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 비교 결과에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치를 판정하여 검출한다.
또한 이 발명에 따른 제2 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극의 각각을 상기 검출회로와 접속했을 때의, 상기 검출회로로부터의 출력에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출한다.
또한 이 발명에 따른 제2 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검지전극에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 더미 검출회로에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 합에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출한다.
한편 이 발명에 따른 제2 위치검출장치에 있어서는, 상기 복수의 전환 스위치의 전환 상태를 소정 시간마다 제어하고, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 각각을 판정하여 검출하도록 구성되어 있어도 된다.
그리고 이 발명에 따른 제2 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 검출회로는 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 일대일로 접속되며, 각 검지전극에 의해 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 복수의 정전용량 검지회로와, 각 정전용량 검지회로의 동기를 취하는 동기수단을 구비하고, 상기 판정검출수단은 상기 복수의 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 구성으로 되어 있어도 된다.
또한 이 발명에 따른 제2 위치검출장치에 있어서는, 예를 들면 상기 검출회로는 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 접속되며, 각 전환 스위치의 전환 제어에 의해 각 검지전극에서 각각 이시적으로 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 정전용량 검지회로를 구비하고, 상기 판정검출수단은 상기 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 구성으로 되어 있어도 된다.
이 발명에 따른 제3 위치검출장치에 있어서는, 상기 복수의 검출회로로부터의 각 출력의 비교 결과에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치를 판정하여 검출한다.
또한 이 발명에 따른 제3 위치검출장치에 있어서는, 상기 복수의 검출회로로부터의 각 출력의 합에 기초하여, 상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출한다.
이 발명에 따른 제1∼제3 위치검출장치에 있어서는, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극은 상기 검지면에 대하여 교차하는 방향을 따라 배치되어 있으면 된다.
또한 상기 복수의 검지전극은 상기 검지영역의 범위를 형성하는 상기 검지면을 사이에 끼우도록 그 전극면이 각각 대향하는 상태로 배치되어 있으면 된다.
또한 상기 유전체는 예를 들면 투명 또는 반투명재료로 이루어지며, 원기둥형상, 각기둥형상 또는 평판형상으로 형성된다. 이로 인해, 예를 들면 디자인면 등에 있어서의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
예를 들면 상기 복수의 검지전극은 2개이며, 상기 유전체의 한쌍의 측면에 각각 접속 배치되면 된다.
또한 예를 들면 상기 복수의 검지전극은 4개이며, 상기 유전체의 하나의 둘레방향의 측면에 각각 접속 배치되면 된다.
상기 복수의 검지전극은 예를 들면 상기 검지면에 대하여 각각의 전극면이 직교하도록 접속 배치되어도 된다.
또한 상기 복수의 검지전극은 예를 들면 상기 검지면에 대하여 각각의 전극면이 상기 검지영역 범위의 방향을 향해 둔각이 되도록 접속 배치되어도 된다.
상기 복수의 검지전극의 전극면과는 반대측의 이면측에, 예를 들면 각각 검지전극에 대하여 절연된 뒤에 센서전위로 구동되며, 상기 복수의 검지전극의 이면측의 검지를 쉴드하는 쉴드전극을 구비해도 된다.
또한 상기 복수의 검지전극의 전극면과 동일 평면상의 주위에, 예를 들면 각각 검지전극에 대하여 절연된 뒤에 센서전위로 구동되며, 상기 복수의 검지전극의 주위를 쉴드하는 쉴드전극을 구비해도 된다.
이 발명에 따르면, 간단한 구조로 저렴하게 검지영역 범위에 근접하거나 하는 검지 대상물의 위치나 거리를 확실하게 검출할 수 있는 동시에, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 위치검출장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 예를 나타내는 설명도이다.
도 2는 동 위치검출장치의 일부의 다른 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 동 위치검출장치의 위치검출 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 동 위치검출장치의 위치검출 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 동 위치검출장치의 전체 구성의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 일부의 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 예를 나타내는 설명도이다.
도 8은 동 위치검출장치의 위치판정검출 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 예를 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 일부의 예를 나타내는 설명도이다.
도 11은 정전용량 검지회로의 내부 구성의 예를 나타내는 블록도이다.
도 12는 동 정전용량 검지회로의 동작 파형의 예를 나타내는 동작 파형도이다.
도 13은 정전용량 검지회로의 내부 구성의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 종래의 정전용량형 센서의 일부의 구성예를 나타내는 설명도이다.
이하에, 첨부한 도면을 참조하여, 이 발명에 따른 위치검출장치의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 예를 나타내는 설명도, 도 2는 동 위치검출장치의 일부의 다른 구성예를 나타내는 사시도, 도 3 및 도 4는 동 위치검출장치의 위치검출 동작을 설명하기 위한 설명도, 도 5는 동 위치검출장치의 전체 구성의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 위치검출장치(100)는 주로 인체의 손가락 등의 검지 대상물을 검지하는 부위 등에 배치되는 정전용량 센서부(10)와, 이 정전용량 센서부(10)와 도시하지 않은 기판 등을 통해 일체로, 혹은 별체로 배치되는 검출회로부(20)로 구성되어 있다.
정전용량 센서부(10)는 검지 대상물의 근접이나 접촉을 정전용량에 의해 검지하는 것으로서, 예를 들면 제1 검지전극(11) 및 제2 검지전극(12)의 복수의 검지전극과, 이들 제1 및 제2 검지전극(11, 12) 사이에 배치된 유전체(19)를 구비하여 구성되어 있다. 유전체(19)는 예를 들면 하나의 측면에 검지영역의 범위(L)를 획정하는 검지면(19a)을 가지며, 여기서는 투명 또는 반투명성의 각기둥형상으로 성형된 플라스틱이나 세라믹, 그 밖의 재료로 이루어진다. 또한 유전체(19)는 비유전율이 1을 넘는 것으로서, 본 예에서는 비유전율은 1보다 충분히 크게(예를 들면 3으로) 되어 있다.
제1 및 제2 검지전극(11, 12)은 유전체(19)에 의한 검지영역 범위(L) 내나 그 근방에 배치되고, 검지면(19a)상에 형성된 검지영역 범위(L)에 존재하며 유전체(19)에 근접 혹은 접촉하는 검지 대상물을 정전용량에 의해 검지 가능하도록 마련되어 있다. 여기서는 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 전극면(도시하지 않음)이 유전체(19)의 길이방향의 한쌍의 측면에서 각각 대향하면서, 또한 검지면(19a)을 사이에 끼우는 동시에 이 검지면(19a)과 직교하는 상태로 유전체(19)와 접속되어 배치되어 있다.
한편, 검출회로부(20)는 여기서는 정전용량 센서부(10)의 각 검지전극(11, 12)으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하여, 검지영역 범위(L)에 있어서의 검지 대상물의 위치 및 검지 대상물의 검지면(19a)으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 것이다.
이 검출회로부(20)는 각 검지전극(11, 12)을 센서전위로 구동하고, 예를 들면 정전용량 센서부(10)의 제1 검지전극(11)으로부터의 입력을 정전용량 검지회로(21) 또는 센서전위와는 다른 접지전위(혹은 소정의 고정전위)로 전환하는 전환 스위치(SWA)와, 제2 검지전극(12)으로부터의 입력을 마찬가지로 정전용량 검지회로(22) 또는 센서전위와는 다른 접지전위(혹은 소정의 고정전위)로 전환하는 전환 스위치(SWB)를 구비한다.
또한 검출회로부(20)는 이 전환 스위치(SWA, SWB)들을 통해 각각 전기적으로 접속되며, 각 검지전극(11, 12)으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 정전용량 검지회로(21, 22)와, 이들 정전용량 검지회로(21, 22)로부터의 아날로그 신호 출력을 각각 디지털 신호로 변환해서 출력하는 A/D 변환기(23, 24)와, 이들 A/D 변환기(23, 24)로부터의 디지털 신호에 기초해서 정전용량값을 비교 연산하여, 상술한 바와 같이 검지 대상물의 위치나 거리를 판정하여 검출하는 연산처리회로(25)를 구비하여 구성되어 있다.
한편, 연산처리회로(25)는 판정검출수단으로서 기능하며, 본 예에서는 검출회로부(20) 내에 구비되어 있지만, 이 검출회로부(20)와는 별체로 마련되어 있어도 된다. 또한 연산처리회로(25)는 위치검출장치(100) 전체의 제어를 담당하는 동시에, 예를 들면 각 전환 스위치(SWA, SWB)의 전환 동작을 제어한다. 이들 전환 스위치(SWA, SWB)의 전환 동작은 예를 들면 인체의 손가락이 움직이는 속도보다 충분히 빠르게(예를 들면 100ms 이하의 속도로) 이루어진다.
나아가 연산처리회로(25)는 여기서는 정보출력수단으로서의 기능을 가지며, 판정해서 검출된 검지 대상물의 위치나 거리(즉, 판정검출 결과)에 관한 정보를, 외부의 표시장치(도시하지 않음)로 표시 가능한 상태로 출력하거나, 인쇄 가능한 상태로 출력하거나, 그 밖에, 이용 가능한 다양한 형태에 적용할 수 있도록 출력한다. 또한 각 정전용량 검지회로(21, 22)의 정전용량값의 검출에 관한 동작 등에 대해서는 후술한다.
여기서 정전용량 센서부(10)는 다음과 같이 구성되어 있어도 된다. 즉, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 정전용량 센서부(10)는 유전체(19)의 한쌍의 측면에 각각 접속 배치된 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 전극면과는 반대측의 이면측에, 각각 검지전극(11, 12)에 대하여 절연된 뒤에 센서전위로 구동되며, 각 검지전극(11, 12)의 이면측의 검지를 쉴드하는 제1 쉴드전극(15)을 구비해도 된다.
이와 같이 하면, 각 검지전극(11, 12)의 이면측에 인체의 손가락(F) 등이 근접해도, 유전체(19)의 검지면(19a)에 의한 검지 대상물의 검지에는 영향을 주지 않도록 할 수 있게 된다.
또한 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 정전용량 센서부(10)는 상술한 제1 쉴드전극(15)과 함께, 각 검지전극(11, 12)의 전극면과 동일 평면상의 주위에, 각각 검지전극(11, 12)에 대하여 절연된 뒤에 센서전위로 구동되며, 각 검지전극(11, 12)의 주위의 검지를 쉴드하는 제2 쉴드전극(16)을 구비해도 된다.
이와 같이 하면, 각 검지전극(11, 12)의 이면측뿐만 아니라, 각 검지전극(11, 12)의 전극면의 주위에 있어서도 유전체(19)의 검지면(19a)에 의한 검지 대상물의 검지에는 영향을 주지 않도록 구성할 수 있게 된다.
한편 제1 및 제2 쉴드전극(15, 16)을 센서전위로 구동하기 위해서는, 예를 들면 각 검지전극(11, 12)에 부여되는 센서전위로부터 높은 입력 임피던스로 1배의 앰프(버퍼)를 통과시켜 생성한 것을 부여하거나, 각 정전용량 검지회로(21, 22)가 차동 동작하는 타입이라면, 예를 들면 연산 증폭기(operational amplifier)의 비반전 입력부분을 제1 및 제2 쉴드전극(15, 16)에 접속하거나 하면 된다.
또한 정전용량 센서부(10)는 상술한 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 전극면이 검지면(19a)에 대하여 각각 직교하는 상태로 접속 배치될 뿐만 아니라, 예를 들면 검지면(19a)상의 검지영역 범위(L)의 방향을 향해 각각 둔각이 되도록 접속 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 인체의 손가락(F)(또는 손바닥)의 접근을 검출하기 쉬워지기 때문이다. 예를 들어 둔각의 각도가 커지면 커질수록 인체의 손가락(F)의 접근을 검출하기 쉬워지기 때문에, 후술하는 검지영역 범위(L)에의 손가락(F)의 근접을 검출하는 거리판정 검출상태에 있어서, 손가락(F)의 접근의 감도를 올리고 싶을 때에는 각도를 180°에 가깝게 하고, 감도를 그다지 올리고 싶지 않을 때에는 각도를 90° 혹은 90° 부근으로 하면 된다. 이와 같이 해서 둔각의 각도를 바꿈으로써 인체의 손가락(F)의 접근의 감도를 조정할 수 있다. 또한 제1 및 제2 검지전극(11, 12) 중 적어도 하나의 검지전극은 검지면(19a)에 대하여 교차하는 방향을 따라 배치되어 있어도 된다. 또한 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 전극면이란, 검지영역 범위(L)의 방향을 향한 면을 말한다.
다음으로 이와 같이 구성된 위치검출장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 연산처리회로(25)의 전환 제어에 의해, 전환 스위치(SWA)에 의해 제1 검지전극(11)과 정전용량 검지회로(21)가 접속되고, 전환 스위치(SWB)에 의해 제2 검지전극(12)이 접지전위가 되었을 경우의 동작(동작 1)에 대하여 설명한다.
이 동작 1의 경우, 위치검출장치(100)의 검출회로부(20) 내에 있어서의 각 접속 상태는 도 1에 나타내는 것과 같은 상태가 된다. 여기서 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 검지 대상물(손가락)이 유전체(19)의 검지면(19a)상에 근접 혹은 접촉되지 않았을 경우에는 상술한 바와 같이, 각 검지전극(11, 12)의 이면측이 제1 쉴드전극(15)에 의해 쉴드되어 있기 때문에, 제1 검지전극(11)으로부터 나오는 전기력선(P)은 대부분 유전체(19) 내로 들어간다.
이 유전체(19)는 상술한 바와 같이 비유전율이 1보다 충분히 크고, 예를 들면 3 정도로 주위의 공기보다 충분히 큰 유전율로 설정되어 있기 때문에, 유전체(19) 내의 전기력선(P)은 검지영역 범위(L)에 걸쳐 대부분이 외부로 새지 않고, 접지전위가 된 제2 검지전극(12)에 결합한다. 또한 이러한 조건으로, 예를 들면 이 검지영역 범위(L)에 있어서, 제1 검지전극(11)의 근방위치를 X방향의 0(제로)으로 하면, 제2 검지전극(12)의 근방위치를 X방향의 최대위치(최대량)로서 검출할 수 있다.
그리고 이러한 상태로 동 도면(b)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 손가락(F)에 의해 유전체(19)의 검지면(19a)상의 임의의 위치를 접촉하면, 손가락(F)(인체)은 접지(그라운드:GND)와 동등하다고 볼 수 있기 때문에, 전기력선(P) 중 적어도 일부의 전기력선(P')은 손가락(F)에도 결합하게 된다.
이 경우, 동 도면 (a)일 때의 상태보다 이들 (b)∼(d)의 상태일 때가, 정전용량 검지회로(21)에서 검출되는 정전용량값이 커진다(즉, 정전용량이 증가한다). 따라서 손가락(F)이 검지영역 범위(L) 내에서 검지면(19a)에 비근접 혹은 비접촉일 때(도 3(a)일 때)를 기준으로 하면, 예를 들면 검지면(19a)에 접촉했을 때(도 3(b)∼(d)일 때)에는 기준보다 검출되는 정전용량값이 커지도록 설정되어 있다고 말할 수 있다.
먼저, 도 3(b)의 경우에는 손가락(F)이 제2 검지전극(12)에 가까운 측의 검지면(19a)상에 접촉되어 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P')의 양이 적고, 증가하는 정전용량도 작기 때문에, 검출되는 정전용량값은 상기 기준보다는 크지만 작게 된다. 이때, 손가락(F)의 X방향의 위치는 X＞L/2라고 볼 수 있다.
또한 도 3(c)의 경우에는 손가락(F)이 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 중간 근방의 검지면(19a)상에 접촉되어 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P')의 양은 상기 (a)의 경우보다 많고, 증가하는 정전용량도 커진다. 이 때문에, 검출되는 정전용량값은 상기 (a)의 경우보다 커지고, 이때의 손가락(F)의 X방향의 위치는 검지영역 범위(L)의 대략 중간이기 때문에, 예를 들면 X≒L/2라고 볼 수 있다.
그리고 도 3(d)의 경우에는 손가락(F)이 제1 검지전극(11)에 가까운 측의 검지면(19a)상에 접촉하고 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P')의 양이 많고, 증가하는 정전용량도 크기 때문에, 검출되는 정전용량값은 가장 크게 된다. 이때, 손가락(F)의 X방향의 위치는 X＜L/2라고 볼 수 있다.
이와 같이, 도 3에 나타낸 동작 1의 경우에는 검지면(19a)에 접촉한 손가락(F)의 X방향의 위치와 검출된 정전용량값의 관계는 단조감소함수에 의해 맺어져 있기 때문에, 연산처리회로(25)는 이 단조감소함수에 의해 동작 1일 경우의 손가락(F)의 위치를 판정하여 검출할 수 있다.
다음으로 연산처리회로(25)의 전환 제어에 의해, 전환 스위치(SWA)에 의해 제1 검지전극이 접지전위가 되고, 전환 스위치(SWB)에 의해 제2 검지전극(12)과 정전용량 검지회로(22)가 접속되었을 경우의 동작(동작 2)에 대하여 설명한다. 이 동작 2의 경우, 위치검출장치(100)의 검출회로부(20) 내에 있어서의 각 접속 상태는 도 1에 나타낸 것과 비교하면, 특히 전환 스위치(SWA, SWB)의 접속이 반대로 된 상태가 된다.
여기서 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 검지 대상물(손가락)이 유전체(19)의 검지면(19a)상에 근접 혹은 접촉되어 있지 않을 경우에는 각 검지전극(11, 12)의 이면측이 제1 쉴드전극(15)에 의해 쉴드되어 있기 때문에, 제2 검지전극(12)으로부터 나오는 전기력선(P)은 대부분 유전체(19) 내로 들어간다.
이 유전체(19)는 상기와 마찬가지로 비유전율이 1보다 충분히 크게 설정되어 있기 때문에, 유전체(19) 내의 전기력선(P)은 검지영역 범위(L)에 걸쳐 대부분이 외부로 새지 않고, 접지전위가 된 제1 검지전극(11)에 결합한다. 한편 여기서도 검지영역 범위(L)에 있어서, 제1 검지전극(11)의 근방위치를 X방향의 0(제로)으로 하고, 제2 검지전극(12)의 근방위치를 X방향의 최대위치로 해 둔다.
그리고 이러한 상태에서 동 도면(b)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 손가락(F)에 의해 유전체(19)의 검지면(19a)상의 임의의 위치를 접촉하면, 상기와 마찬가지로 전기력선(P) 중 적어도 일부의 전기력선(P')은 손가락(F)에도 결합하고, 이 경우에도 동 도면(a)일 때의 상태보다 이들 (b)∼(d)의 상태일 때가 정전용량 검지회로(22)에서 검출되는 정전용량값이 커진다.
먼저, 도 4(b)의 경우에는 손가락(F)이 제2 검지전극(12)에 가까운 측의 검지면(19a)상에 접촉되어 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P')의 양이 많고, 증가하는 정전용량도 크기 때문에, 검출되는 정전용량값은 가장 크게 된다. 이때, 손가락(F)의 X방향의 위치는 X>L/2라고 볼 수 있다.
또한 도 4(c)의 경우에는 손가락(F)이 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 중간 근방의 검지면(19a)상에 접촉하고 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P')의 양은 상기 (a)의 경우보다는 많지만 상기 (b)의 경우보다는 적어진다. 이 때문에, 검출되는 정전용량값은 상기 (b)의 경우보다 작아지고, 이때의 손가락(F)의 X방향의 위치는 검지영역 범위(L)의 대략 중간이기 때문에, 예를 들면 X≒L/2라고 볼 수 있다.
그리고 도 4(d)의 경우에는 손가락(F)이 제1 검지전극(11)에 가까운 측의 검지면(19a)상에 접촉되어 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P')의 양은 상기 (a)의 경우보다는 많지만 상기 (c)의 경우보다 더 적어진다. 이 때문에, 검출되는 정전용량값은 상기 (c)의 경우보다 작아지고, 이때의 손가락(F)의 X방향의 위치는 X＜L/2라고 볼 수 있다.
이와 같이, 도 4에 나타낸 동작 2의 경우에는, 검지면(19a)에 접촉한 손가락(F)의 X방향의 위치와 검출된 정전용량값의 관계가 단조증가함수에 의해 맺어져 있기 때문에, 연산처리회로(25)는 이 단조증가함수에 의해 동작 2의 경우의 손가락(F)의 위치를 판정하여 검출할 수 있다.
그리고 보다 구체적으로는, 연산처리회로(25)는 동작 1의 경우의 검출값을 C1(x)라고 하고, 동작 2의 경우의 검출값을 C2(x)라고 하면, 이들을 비교 연산함으로써 손가락(F)의 검지면(19a)상의 검지영역 범위(L)에 있어서의 위치를 정확하게 판정하여 검출할 수 있다. 이 경우, 손가락(F)의 위치는 예를 들면 C1(x)와 C2(x)의 비로서, C1(x)/C2(x)의 함수나, C1(x)/(C1(x)+C2(x))의 함수로 나타낼 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 한편 이후에 있어서, 이미 설명한 부분과 중복되는 부위에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하는 경우가 있으며, 본 발명에 특별히 관계되지 않는 부분에 대해서는 명기하지 않는 경우가 있는 것으로 한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 이 예의 위치검출장치(100)는 상술한 바와 같이 정전용량 센서부와 검출회로부로 구성되어 있는 점은 앞선 예와 같지만, 검출회로부(20A)의 구성이 다르다는 점이 앞선 예의 검출회로부(20)와 상이하다.
즉, 이 검출회로부(20A)는 제1 및 제2 검지전극(11, 12)과 각각 접속되는 복수의 전환 스위치(SWA, SWB)와, 하나의 연산처리회로(28)를 구비하는 점은 같지만, 이 전환 스위치(SWA, SWB)들의 접속처가 하나의 정전용량 검지회로(26)이며, 그 앞에 하나의 A/D 변환기(27)가 접속되어 있는 점이 상이하다.
이 경우, 전환 스위치(SWA, SWB)의 정전용량 검지회로(26)와의 접속, 및 접지전위와의 접속의 전환은 연산처리회로(28)로부터의 전환 제어에 의해 소정 시간마다 번갈아 이루어지고(즉, 각 검지전극(11, 12)이 동시에 정전용량 검지회로(26)에 접속되지 않도록 이루어지고), 상술한 것과 같은 동작 1일 때의 검출값 C1(x) 및 동작 2일 때의 검출값 C2(x)를 얻어, 손가락(F)의 검지면(19a)상의 검지영역 범위(L)에 있어서의 위치를 정확하게 판정하여 검출할 수 있다.
그리고 이 구성에 따르면, 검출회로부(20)와 비교해서 정전용량 검지회로 및 A/D 변환기의 수를 적게 구성할 수 있으므로, 더욱 저렴하게 손가락(F)의 위치검출을 정확하면서도 확실하게 행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 일부의 예를 나타내는 설명도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 이 예의 위치검출장치(100A)는 제1 실시형태에 따른 위치검출장치(100)와 마찬가지로, 정전용량 센서부와 검출회로부(일부만 도시)로 구성되어 있는 점은 같지만, 정전용량 센서부(10A) 및 검출회로부(20B)의 구성이 다르며, 손가락(F)의 위치를 X방향뿐만 아니라 Y방향에서도 판정해서 검출하여, 이차원적으로 위치검출이 가능하도록 되어 있는 점이 제1 실시형태와 상이하다.
즉, 정전용량 센서부(10A)는 유전체(19A)가 평판형상으로 형성되고, 주면(主面)인 검지면(19a)을 둘러싸는 4개의 측면에 각각 제1 검지전극(11), 제2 검지전극(12), 제3 검지전극(13) 및 제4 검지전극(14)이 접속 배치된 구성으로 이루어진다. 그리고 검지회로부(20B)는 이 검지전극(11∼14)들과 각각 접속된 전환 스위치(SWA, SWB, SWC, SWD)를 구비하며, 이들은 하나의 정전용량 검지회로(29)에 접속되어 있다. 또한 디자인성 등을 고려하여, 제1 검지전극(11)∼제4 검지전극(14)은 유전체(19)의 각 측면의 내부에 배치되어 있어도 된다.
이와 같이 구성된 위치검출장치(100A)에서는, 예를 들면 다음과 같은 동작이 이루어진다. 먼저, 도시하지 않은 연산처리회로에 의해, 검지면(19a)상에 형성된 직사각형상의 검지영역 범위에 있어서의 원점(x0, y0)을 설정하고, 검지면(19a)상의 검지영역 범위에 있어서 손가락(F)이 근접 혹은 접촉했을 경우에, 각 전환 스위치(SWA∼SWD)의 전환을 동시에 제어하는 것을 이 경우라면 적어도 4회 실시하여 각 검출값을 얻는다.
즉, 동작 A로서, 예를 들면 전환 스위치(SWA)가 제1 검지전극(11)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWB, SWC, SWD)는 제2 검지전극(12)∼제4 검지전극(14)을 접지전위(혹은 소정의 고정전위, 이하 동일)와의 접속으로 전환한다. 이때의 제1 검지전극(11)으로부터의 정전용량에 기초하여 정전용량 검지회로(29)에서 검출된 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C1(x, y)로서 기억된다.
다음으로 동작 B로서, 예를 들면 전환 스위치(SWB)가 제2 검지전극과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWA, SWC, SWD)는 제1 검지전극, 제3 검지전극(13) 및 제4 검지전극(14)을 접지전위와의 접속으로 전환한다. 이때의 제2 검지전극(12)으로부터의 정전용량에 기초하여 정전용량 검지회로(29)에서 검출된 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C2(x, y)로서 기억된다.
나아가 동작 C로서, 예를 들면 전환 스위치(SWC)가 제3 검지전극(13)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWA, SWB, SWD)는 제1 검지전극(11), 제2 검지전극(12) 및 제4 검지전극(14)을 접지전위와의 접속으로 전환한다. 이때의 제3 검지전극(13)으로부터의 정전용량에 기초하여 정전용량 검지회로(29)에서 검출된 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C3(x, y)로서 기억된다.
마지막으로 동작 D로서, 예를 들면 전환 스위치(SWD)가 제4 검지전극(14)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWA∼SWC)는 제1 검지전극(11)∼제3 검지전극(13)을 접지전위와의 접속으로 전환한다. 이때의 제4 검지전극(14)으로부터의 정전용량에 기초하여 정전용량 검지회로(29)에서 검출된 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C4(x, y)로서 기억된다.
그리고 연산처리회로에서, 이들의 검출값(C1∼C4)을 비교 연산함으로써, 검지면(19a)상의 검지영역 범위에 있어서의 손가락(F)의 X방향 및 Y방향의 이차원적인 위치를 판정하여 검출한다. 이와 같이, 제2 실시형태에 따른 위치검출장치(100A)에 따르면, 손가락(F)의 검지면(19a)상의 검지영역 범위에 있어서의 위치를 이차원적으로 정확하게 판정하여 검출할 수 있다.
한편, 상술한 제1 및 제2 실시형태에 따른 위치검출장치(100, 100A)에서는, 검지영역 범위에 있어서의 손가락(F)의 위치를 판정하는 위치판정 검출상태에 대하여 설명했지만, 이들 위치검출장치(100, 100A)에서는 검지영역 범위에 있어서의 근접하는 손가락(F)의 검지면(19a)으로부터의 거리의 판정을 실시하는 거리판정 검출상태도 실시할 수 있다.
즉, 위치검출장치(100, 100A)는 거리판정 검출상태일 때에는 연산처리회로(25) 등의 전환 제어에 의해, 검출회로부(20, 20A, 20B)의 모든 전환 스위치(SWA) 등을 정전용량 센서부(10, 10A)의 모든 검지전극(11) 등이 모든 정전용량 검지회로(21) 등에 접속되도록 해서, 이들 모든 검지전극(11) 등으로 검지된 유전체(19, 19A)를 통해 검지전극(11) 등과 결합한 손가락(F)과의 정전용량에 기초하는 정전용량값을 이용해서 연산처리회로(25) 등으로 비교 연산하여, 검지면(19a)으로부터의 손가락(F)(검지 대상물)의 거리를 산출한다. 이 거리에 관한 정전용량을 이용한 산출방법에 대해서는 공지 기술이기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
그리고 상기 위치판정 검출상태와 거리판정 검출상태를, 예를 들면 소정 시간마다 전환하여 실시하면, 검지영역 범위에 있어서의 검지 대상물의 위치와 검지면으로부터의 거리를 하나의 위치검출장치에서 복합적으로 검출할 수 있게 된다. 다음으로 거리판정 검출상태의 다른 거리 판별 방법을 설명한다. 도 1 또는 도 5의 형태에서는 검출되는 정전용량은 C1(혹은 C2), 또는 이들의 합 C1+C2로 평가하는데, 이것은 유전체(19)의 X방향의 위치와 유전체(19)까지의 거리의 양쪽에 의존한다. 이때, 는 C1/C2나 C1/(C1+C2) 등은 유전체(19)까지의 거리에 거의 의존하지 않고 X에만 의존하므로, 먼저 C1/C2나 C1/(C1+C2)를 산출하여 X를 구해 두고나서, 그 X에 대응한 거리를 구하면 된다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 예를 나타내는 설명도, 도 8은 동 위치검출장치의 위치판정검출 동작을 설명하기 위한 설명도이다. 제3 실시형태에 따른 위치검출장치(100B)의 검출회로부(20)는 예를 들면 각 검지전극(11, 12)을 센서전위로 구동하여, 각 검지전극(11, 12)으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 정전용량 검지회로(21, 22)와, 이들 정전용량 검지회로(21, 22)로부터의 아날로그 신호 출력을 각각 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환기(23, 24)와, 이들 A/D 변환기(23, 24)로부터의 디지털 신호에 기초하여 정전용량값을 연산하여, 상술한 바와 같이 검지 대상물의 위치나 거리를 판정하여 검출하는 연산처리회로(25)를 구비해서 구성되어 있다.
한편 연산처리회로(25)는 판정검출수단으로서 기능하며, 본 예에서는 검출회로부(20) 내에 구비되어 있지만, 이 검출회로부(20)와는 별체로 마련되어 있어도 되며, 예를 들면 각 정전용량 검지회로(21, 22)를 주기적으로 동기시켜 동작시킨다. 즉, 연산처리회로(25)는 각 정전용량 검지회로(21, 22)의 동작을 제어하여, 각 검지전극(11, 12)에 센서전위를 부여하고, 정전용량을 측정하면 리셋하는 것을 반복 실행해서 얻어진 정전용량값을 평균화함으로써 측정 정밀도(검지 정밀도)를 향상시킨다.
이와 같이, 연산처리회로(25)는 각 정전용량 검지회로(21, 22)의 동작을 제어하는 동시에 위치검출장치(100B) 전체의 제어를 담당한다. 그리고 연산처리회로(25)는 구체적으로는 검지 대상물의 위치를 상술한 비교 연산에 의해 판정하여 검출하는 동시에, 각 정전용량 검지회로(21, 22)로부터의 정전용량값의 합을 구함으로써, 검지 대상물의 검지면(19a)으로부터의 거리를 판정하여 검출한다.
다음으로 이와 같이 구성된 위치검출장치(100B)의 위치판정검출 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 상술한 인체의 손가락(F)이 검지영역 범위(L)의 근방에 없을 경우의 동작에 대하여 설명한다. 이 경우, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 각 검지전극(11, 12)의 이면측이 제1 쉴드전극(15)에 의해 쉴드되고, 각 검지전극(11, 12)은 동기하고 있기 때문에, 각 검지전극(11, 12)은 주위의 그라운드(GND:접지)와 약하게 결합하고 있을 뿐이며, 유전체(19)의 길이방향 양 끝은 동일 전위가 된다. 이 때문에, 제1 및 제2 검지전극(11, 12)으로부터 나오는 전기력선(P1, P2)은 외부로 나가 버려서 유전체(19) 안에 거의 없는 상태가 된다.
다음으로 손가락(F)이 검지영역 범위(L) 내에 있을 경우의 동작은 도 8(b)∼(d)에 나타내는 것과 같이 된다. 즉, 인체의 손가락(F)이 유전체(19)의 검지면(19a)상의 임의의 위치에 접촉하면, 손가락(F)은 그라운드와 동등하다고 볼 수 있기 때문에, 각 전기력선(P1, P2) 각각 중 적어도 일부의 전기력선(P1', P2')은 손가락(F)에 결합하고, 도 8(a)에 나타내는 상태보다 각 정전용량 검지회로(21, 22)로 검출되는 정전용량값은 커진다(즉, 정전용량이 증가한다).
따라서 손가락(F)이 검지영역 범위(L) 내에서 검지면(19a)에 비근접 혹은 비접촉일 때(도 8(a)일 때)를 기준으로 하면, 예를 들면 손가락(F)이 검지면(19a)에 접촉했을 때(도 8(b)∼(d)일 때)는 전제로서 기준보다 검출되는 정전용량값이 커진다.
먼저, 도 8(b)의 경우에는 손가락(F)이 제2 검지전극(12)에 가까운 측의 검지면(19a)상에 접촉되어 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P1')보다 전기력선(P2')의 양이 많고, 정전용량 검지회로(22)로 검출되는 정전용량값이 커지게 된다. 이때, 예를 들면 검지영역 범위(L)에 있어서, 제1 검지전극(11)의 근방위치를 X방향의 0(제로)으로 하면, 제2 검지전극(12)의 근방위치를 X방향의 최대위치(최대량)로서 검출할 수 있으므로, 손가락(F)의 X방향의 위치는 X＞L/2라고 볼 수 있다.
또한 도 8(c)의 경우에는 손가락(F)이 제1 및 제2 검지전극(11, 12)의 중간 근방의 검지면(19a)상에 접촉하고 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P1', P2')의 양은 상기 (a)의 경우보다 많아지는 동시에, 각 정전용량 검지회로(21, 22)에서 검출되는 정전용량값은 거의 동등하게 된다. 이 때문에, 손가락(F)의 X방향의 위치는 검지영역 범위(L)의 대략 중간이라고 하고, 예를 들면 X≒L/2로 간주할 수 있다.
그리고 도 8(d)의 경우에는 손가락(F)이 제1 검지전극(11)에 가까운 측의 검지면(19a)상에 접촉되어 있기 때문에, 결합하는 전기력선(P2')보다 전기력선(P1')의 양이 많고, 정전용량 검지회로(21)로 검출되는 정전용량값이 커지게 된다. 이때, 손가락(F)의 X방향의 위치는 X＜L/2라고 볼 수 있다.
이와 같이, 도 8에 나타낸 동작에 있어서는, 검지면(19a)에 접촉한 손가락(F)의 X방향의 위치와 검출된 정전용량값의 관계가 단조증가함수에 의해 맺어져 있기 때문에, 연산처리회로(25)는 이 단조증가함수에 의해 손가락(F)의 위치를 판정하여 검출할 수 있다. 예를 들면, 도 8에 나타낸 경우의 정전용량 검지회로(21)에서의 검출값(손가락(F)이 검지영역 범위(L)의 근방에 없을 때부터의 정전용량의 증가량)을 C1(x)라고 하고, 정전용량 검지회로(22)에서의 마찬가지로 검출값을 C2(x)라고 하면, 손가락(F)의 검지면(19a)상에서의 위치는 연산처리회로(25)에서 C1(x)과 C2(x)를 비교 연산함으로써 구할 수 있다. 이때의 함수식은 예를 들면 C1(x)/C2(x)나 C1(x)/{C1(x)+C2(x)}로 나타낼 수 있다.
한편, 거리판정검출 동작에서 검지영역 범위(L) 내에서 검지면(19a)에 비접촉 상태에 있는 손가락(F)의 검지면(19a)으로부터의 거리는 연산처리회로(25)로 상기 검출값 C1(x)와 C2(x)의 합을 구하면, 판정해서 검출할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 예를 나타내는 설명도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제4 실시형태에 따른 위치검출장치(100C)는 상술한 바와 같이 정전용량 센서부와 검출회로부로 구성되어 있는 점이 앞선 예와 같지만, 검출회로부(20A)의 구성 및 정전용량 센서부(10)의 동작이 다르다는 점이 앞선 예의 검출회로부(20)와 상이하다.
즉, 이 검출회로부(20A)는 제1 및 제2 검지전극(11, 12)과 각각 접속되는 복수의 전환 스위치(SWA, SWB)와, 하나의 정전용량 검지회로(26) 및 A/D 변환기(27)와, 정전용량 검지회로(26)와 동일 전위의 더미 검출회로(28)를 구비하는 점이 상이하다.
이 경우, 전환 스위치(SWA, SWB)에 있어서의 정전용량 검지회로(26)와의 접속, 및 더미 검출회로(28)와의 접속의 전환은 예를 들면 연산처리회로(25)로부터의 전환 제어에 의해 소정 시간마다 번갈아 이루어진다(즉, 각 검지전극(11, 12)이 각각 이시적으로 정전용량 검지회로(26) 및 더미 검출회로(28)에 접속되도록 이루어진다).
구체적으로는, 예를 들면 전환 스위치(SWA)에 의해 검지전극(11)이 정전용량검지회로(26)와 접속되는 동시에, 전환 스위치(SWB)에 의해 검지전극(12)이 더미 검출회로(28)와 접속되어 있을 때에 얻어진 검출값 C1(x)와, 전환 스위치(SWA)에 의해 검지전극(11)이 더미 검출회로(28)와 접속되는 동시에, 전환 스위치(SWB)에 의해 검지전극(12)이 정전용량 검지회로(26)와 접속되어 있을 때에 얻어진 검출값 C2(x)에 기초하여 연산처리회로(25)가 상술한 바와 같은 처리를 행하면, 손가락(F)의 검지면(19a)상의 검지영역 범위(L)에 있어서의 위치를 판정하여 검출할 수 있다.
또한 연산처리회로(25)의 전환 제어에 의해, 예를 들면 각 전환 스위치(SWA, SWB)로 각각 각 검지전극(11, 12)이 정전용량 검지회로(26)와 접속되도록 하면, 손가락(F)이 검지영역 범위(L) 내에서 근접해 오면 유전체(19)를 통해 각 검지전극(11, 12)과 정전용량 결합을 일으키므로, 이때의 정전용량값(검출값)에 기초하여 손가락(F)의 검지면(19a)으로부터의 거리를 판정하여 검출할 수도 있다.
그리고 이 제4 실시형태의 구성에 따르면, 상술한 제3 실시형태의 검출회로부(20)와 비교해서 정전용량 검지회로 및 A/D 변환기의 수를 적게 할 수 있으므로, 더욱 저렴하게 손가락(F)의 위치판정 검출이나 거리판정 검출을 정확하면서도 확실하게 실시할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 위치검출장치의 전체 구성의 일부의 예를 나타내는 설명도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 제5 실시형태의 위치검출장치(100D)는 제3 실시형태 및 제4 실시형태에 따른 정전용량 센서부와 검출회로부(일부만 도시)로 구성되어 있는 점은 같지만, 정전용량 센서부(10A) 및 검출회로부(20B)의 구성이 각각 다르며, 손가락(F)의 위치를 상술한 X방향뿐만 아니라 이 X방향과 교차하는 Y방향에서도 판정해서 검출하여, 이차원적으로 위치판정 검출 및 거리판정 검출을 할 수 있도록 되어 있는 점이 제1 및 제2 실시형태와 상이하다.
즉, 정전용량 센서부(10A)는 유전체(19A)가 평판형상으로 형성되고, 주면인 검지면(19a)을 둘러싸는 4개의 측면에 각각 제1 검지전극(11), 제2 검지전극(12), 제3 검지전극(13) 및 제4 검지전극(14)이 접속 배치된 구성으로 이루어진다. 그리고 검지회로부(20B)는 이들 검지전극(11∼14)과 각각 접속된 전환 스위치(SWA, SWB, SWC, SWD)를 구비하고, 이들은 하나의 정전용량 검지회로(29) 및 더미 검출회로(28)에 접속되어 있다. 한편 디자인성 등을 고려하여, 제1 검지전극(11)∼제4 검지전극(14)은 유전체(19)의 각 측면의 내부에 배치되어 있어도 된다.
이와 같이 구성된 위치검출장치(100D)에서는, 예를 들면 다음과 같은 동작이 이루어진다. 먼저, 도시하지 않은 연산처리회로에 의해, 검지면(19a)상에 형성된 직사각형상의 검지영역 범위에 있어서의 원점(x0, y0)을 설정하고, 검지면(19a)상의 검지영역 범위에 있어서 손가락(F)(도시하지 않음)이 접촉했을 경우에, 각 전환 스위치(SWA∼SWD)의 전환을 동시에 제어하는 것을 이 경우라면 적어도 4회 실시하여 각 검출값을 얻는다.
즉, 예를 들면 동작 1로서, 전환 스위치(SWA)가 제1 검지전극(11)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWB, SWC, SWD)는 제2 검지전극(12)∼제4 검지전극(14)을 더미 검출회로(28)와의 접속으로 전환한다. 이때의 제1 검지전극(11)으로부터의 정전용량에 기초하여 정전용량 검지회로(29)에서 검출된 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C1(x, y)로서 기억된다.
다음으로 동작 2로서, 전환 스위치(SWB)가 제2 검지전극(12)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWA, SWC, SWD)는 제1 검지전극(11), 제3 검지전극(13) 및 제4 검지전극(14)을 더미 검출회로(28)와의 접속으로 전환한다. 이때의 제2 검지전극(12)으로부터의 정전용량에 기초하는 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C2(x, y)로서 기억된다.
나아가 동작 3으로서, 전환 스위치(SWC)가 제3 검지전극(13)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWA, SWB, SWD)는 제1 검지전극(11), 제2 검지전극(12) 및 제4 검지전극(14)을 더미 검출회로(28)와의 접속으로 전환한다. 이때의 제3 검지전극(13)으로부터의 정전용량에 기초하는 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C3(x, y)로서 기억된다.
마지막으로, 동작 4로서, 전환 스위치(SWD)가 제4 검지전극(14)과 정전용량 검지회로(29)를 접속하도록 전환된 경우에는, 다른 전환 스위치(SWA∼SWC)는 제1 검지전극(11)∼제3 검지전극(13)을 더미 검출회로(28)와의 접속으로 전환한다. 이때의 제4 검지전극(14)으로부터의 정전용량에 기초하는 정전용량값은 연산처리회로에서 검출값 C4(x, y)로서 기억된다.
그리고 연산처리회로에서, 이들 검출값(C1∼C4)을 비교 연산함으로써, 검지면(19a)상의 검지영역 범위에 있어서의 손가락(F)의 X방향 및 Y방향의 이차원적인 위치를 판정하여 검출한다. 이와 같이 제5 실시형태에 따른 위치검출장치(100D)에 따르면, 손가락(F)의 검지면(19a)상의 검지영역 범위에 있어서의 위치를 이차원적으로 정확하게 판정하여 검출할 수 있다.
한편, 이 제5 실시형태에 따른 위치검출장치(100D)에 있어서도, 검지영역 범위에 있어서의 손가락(F)의 검지면(19a)으로부터의 거리판정 검출을 실시할 수 있다. 즉, 위치검출장치(100D)는 거리판정 검출시에는 연산처리회로의 전환 제어에 의해, 검출회로부(20B)의 모든 전환 스위치(SWA∼SWD)를 정전용량 센서부(10A)의 모든 검지전극(11∼14)이 정전용량 검지회로(29)와 접속되도록 하고, 이들 모든 검지전극(11∼14)으로 검지된 유전체(19A)를 통해 각 검지전극(11∼14)과 결합한 손가락(F)과의 정전용량에 기초하는 정전용량값을 이용해서 연산처리회로로 연산을 실시하여, 검지면(19a)으로부터의 손가락(F)(검지 대상물)의 거리를 산출한다. 이 거리 산출방법에 대해서는 공지 기술이기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
그리고 상술한 실시형태에서는 위치판정 검출과 거리판정 검출을, 예를 들면 소정 시간마다 전환해서 실행하면, 검지영역 범위에 있어서의 검지 대상물의 위치와 검지면으로부터의 거리를 하나의 위치검출장치에서 복합적으로 검출할 수 있게 된다. 또한 거리판정 검출에 있어서는, 검출되는 정전용량값(검출값)으로 평가하는데, 이것은 유전체의 X방향 등의 위치와 유전체까지의 거리의 양쪽에 의존한다. 이때, C1/C2나 C1/(C1+C2) 등은 유전체까지의 거리에 거의 의존하지 않고 X 등에만 의존하므로, 먼저 연산에 의해 X 등을 구해 두고 나서 그 X 등에 대응한 거리를 구하면 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 위치검출장치에 따르면, 검지전극의 수가 적고 검출회로부의 구성이 간소하기 때문에, 간단한 구조로 저렴하게 검지영역 범위에 근접하거나 하는 검지 대상물의 위치나 거리를 확실하게 검출할 수 있다. 또한 유전체를 투명 혹은 반투명성 재료로 구성하거나, 검지전극의 배치 스페이스가 거의 불필요해지기 때문에(유전체에 접속 혹은 내장 배치되어 있기 때문에), 위치검출장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 11은 정전용량 검지회로의 내부 구성의 예를 나타내는 블록도, 도 12는 동 정전용량 검지회로의 동작 파형의 예를 나타내는 동작 파형도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 정전용량 검지회로 21(22, 26, 29, 이하 동일)는 여기서는 제1 검지전극(11) 등에 의해 검지된 정전용량(Capacitance)을 전압(Voltage)으로 변환하는, 이른바 C-V 변환형 회로로 이루어진다.
이 정전용량 검지회로(21)는 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같이, 정전용량(C)에 따라 듀티비가 변화되는 것으로서, 예를 들면 일정 주기의 트리거 신호(TG)를 출력하는 트리거 신호 발생회로(101)와, 입력단에 접속된 정전용량(C)의 크기에 따라 듀티비가 변화되는 펄스 신호(Po)를 출력하는 타이머회로(102)와, 이 펄스 신호를 평활화하는 로우패스필터(LPF)(103)를 구비하여 구성되어 있다.
타이머회로(102)는 예를 들면 2개의 비교기(201, 202)와, 이 2개의 비교기(201, 202)의 출력이 각각 리셋 단자(R) 및 셋트 단자(S)에 입력되는 RS 플립플롭회로(이하 'RS-FF'라고 부름)(203)와, 이 RS-FF(203)의 출력(DIS)을 LPF(103)에 출력하는 버퍼(204)와, RS-FF(203)의 출력(DIS)으로 온/오프 제어시키는 트랜지스터(205)를 구비하여 구성되어 있다.
비교기(202)는 트리거 신호 발생회로(101)로부터 출력되는 도 12에 나타내는 것과 같은 트리거 신호(TG)를, 저항(R1, R2, R3)에 의해 분할된 소정의 임계값(Vth2)과 비교해서, 트리거 신호(TG)에 동기한 셋트 펄스를 출력한다. 이 셋트 펄스는 RS-FF(203)의 Q출력을 셋트한다.
이 Q출력은 디스차지 신호(DIS)로서 트랜지스터(205)를 오프 상태로 하고, 각 검지전극(11) 등 및 접지(그라운드) 사이를, 각 검지전극(11) 등의 대접지 정전용량(C) 및 입력단과 전원 라인 사이에 접속된 저항(R4)에 의한 시상수로 정해지는 속도로 충전한다. 이로 인해, 입력신호(Vin)의 전위가 정전용량(C)에 의해 정해지는 속도로 상승한다.
입력신호(Vin)가, 저항(R1, R2, R3)으로 정해지는 임계값(Vth1)을 넘으면, 비교기(201)의 출력이 반전하여 RS-FF(203)의 출력을 반전시킨다. 이 결과, 트랜지스터(205)가 온 상태가 되고, 예를 들면 검지전극(11)에 축적된 전하가 이 트랜지스터(205)를 통해 방전된다.
따라서 이 타이머회로(102)는 도 12에 나타내는 바와 같이, 검지전극(11) 등과의 사이의 정전용량(C)에 기초하는 듀티비로 발진하는 펄스 신호(Po)를 출력한다. LPF(103)는 이 출력을 평활화함으로써, 도 12에 나타내는 것과 같은 직류의 검지신호(Vout)를 출력한다.
이렇게 해서, 정전용량 검지회로(21)로부터 출력된 검지신호(Vout)는 상술한 바와 같이 A/D 변환기(23) 등에서 디지털 신호로 변환된다. 또한 도 12 중에서, 실선으로 나타내는 파형과 점선으로 나타내는 파형은 전자가 후자보다 정전용량이 작은 것을 나타내고 있으며, 예를 들면 후자가 물체 접근 상태를 나타내고 있다.
한편, 상술한 위치검출장치(100, 100A, 100B, 100C, 100D)에 있어서, 검출회로부(20, 20A, 20B)의 구성으로서, 정전용량 검지회로(21) 등이 C-V 변환형으로 저항과 콘덴서에 의해 출력 펄스의 듀티비가 변화되는 주지의 타이머 IC를 이용하는 것을 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, CR 직렬회로의 충전 시간을 측정하는 방식 외에, 정전용량 검지회로(21) 등에서는 다음과 같은 것이 알려져 있다.
예를 들면 정현파를 인가하여 정전용량값에 의한 전압변화 혹은 전류값으로부터 직접 임피던스를 측정하는 방식, 측정하는 정전용량을 포함시켜서 발진회로를 구성하여 발진 주파수를 측정하는 방식, RC 충방전회로를 구성하여 충방전 시간을 측정하는 방식, 기지(旣知)의 전압으로 충전한 전하를 기지의 용량으로 이동하여 그 전압을 측정하는 방식, 또는 미지의 용량에 기지 전압으로 충전하고, 그 전하를 기지 용량으로 이동시키는 것을 복수회 실행하여, 기지 용량이 소정 전압으로 충전될 때까지의 횟수를 측정하는 방식 등이 있다. 그리고 검출한 정전용량값에 임계값을 마련하거나, 또는 정전용량의 신호 파형을 해석하여 해당하는 정전용량 파형이 되었을 때에 트리거로 하는 등의 처리를 실시하여 스위치로서 기능시켜도 된다.
또한 검지회로부(20, 20A, 20B)의 정전용량 검지회로(21) 등이 정전용량을 전압으로 변환하는 것을 전제로 했지만, 전기적으로 혹은 소프트웨어로서 취급하기 쉬운 데이터로 변환할 수 있으면 되고, 예를 들면 정전용량을 펄스 폭으로 변환하거나 직접 디지털값으로 변환하거나 해도 된다.
나아가 상술한 위치검출장치(100, 100A, 100B, 100C, 100D)에서는 제1 검지전극(11)이나 제2 검지전극(12) 등을 유전체(19) 등에 배치하고, 검출값(C1)과 검출값(C2)을 비교하거나 해서 검지 대상물을 판정하여 검출하는 것을 예로 들어 설명했지만, 예를 들면 다음과 같은 것이어도 된다.
도 13은 정전용량 검지회로의 내부 구성의 다른 예를 나타내는 블록도이다.도 13에 나타내는 바와 같이, 이 예의 정전용량 검지회로 21(22, 26, 29, 이하 동일)에는 차동증폭회로(21a)가 포함되어 차동 동작함으로써 구성되어 있다. 이 정전용량 검지회로(21)에서는 상술한 바와 같은 기지의 전압으로 충전한 전하를 기지의 용량으로 이동하여 그 전압을 측정하는 방식이 채용된다. 한편 검지전극은 제1 및 제2 검지전극(11, 12)을 예로 들어 설명한다.
구체적으로는 도 13에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 차동증폭회로(21a)의 마이너스측 입력단에 제1 검지전극(11)을 접속하고, 플러스측 입력단에 제2 검지전극(12)을 접속하여, 정전용량(C2)의 값에서 정전용량(C1)의 값을 감산하고, 그 출력값을 컴퍼레이터(comparator) 등으로 임계값과 비교해서 검지 대상물을 판정하여 검출하도록 한 것이다.
이러한 정전용량 검지회로(21)의 동작으로서는, 예를 들면 스위치(S1)가 오픈(OFF)이고, 스위치(S2)가 접지(GND)되고, 스위치(S3)가 클로즈(ON)되어 있을 때에, 스위치(S3)를 오픈(OFF)으로 하고, 스위치(S2)를 Vr로 전환하고, 스위치(S1)를 연산 증폭기의 반전 입력에 접속하면, 정전용량 C2와 Cf에 C2Vr이 충전되고, 정전용량 C1과 Cf에 C1Vr이 충전된다.
다음으로 스위치(S1)를 오픈(OFF) 및 스위치(S2)를 접지(GND)한 후에, 스위치(S1)를 접지(GND)했을 때의 출력전압(V)을 측정한다. 이때의 전압은 V/Vr={(C f+C1)/Cf}-{(Cf+C2)/Cf}가 되고, 정전용량(C2)과 정전용량(C1)의 비율에 따른 전압이 출력된다.
이와 같이, 정전용량 검지회로(21)를 차동 동작하는 구성으로 함으로써, 회로의 온도특성을 상쇄하거나 커먼 모드 노이즈(common-mode noise)를 저감하거나 할 수 있다. 또한 검지 대상물이 인체일 경우, 이 인체를 검출하는 검지전극으로서 이용하는 것은 제1 및 제2 검지전극(11, 12) 중 한쪽으로 하고, 다른쪽은 검지전극의 검지영역의 범위측(즉, 검지면(19a)측)에 쉴드전극(도시하지 않음)을 배치함으로써, 인체와의 감도를 없애, 인체와의 정전용량의 결합이 한쪽의 검지전극에만 되도록 구성하면 된다.
또한 상술한 전환 스위치(SWA) 등은 전기적인 접속을 전환할 수 있는 구조이면 되고, 예를 들면 FET나 포토 MOS 릴레이 등의 전자회로 스위치여도, 접점 전환기 등의 기계적인 스위치여도 채용 가능하다. 또한 유전체(19, 19A)의 형상은 각기둥형상, 평판형상뿐만 아니라, 원기둥형상이어도 되고, 삼각기둥형상이나 오각기둥형상으로 형성되거나, 삼각형이나 다각형, 원, 타원 등의 형상이어도 된다. 또한 유전체(19, 19A)의 단면형상은 평행한 직사각형 변으로 구성되어 있는 것이 아니라, 기울어진 변이나 곡면에 의해 구성되어 있어도 되고, 이 경우에는 미리 형상마다의 프로파일을 취해 위치검출이나 위치판정 검출 등의 동작의 설정에 반영해 두면 된다.
또한 검지전극의 수를 2개 혹은 4개로 해서 설명했지만, 예를 들면 3개나 5개 등의 다른 수에 의해서도 상술한 위치검출 동작을 실현할 수 있다. 나아가 유전체(19, 19A)는 아크릴이나 유리 등의 투명성 혹은 반투명성 재료에 의해 구성해도 되고, 이 경우에는 검지전극(11) 등에 의해 구성되는 검지영역의 범위가 외부에서 시인(視認)되기 어려운 구성으로 할 수 있기 때문에, 디자인성이나 설계 자유도에 있어서 유리하다.
10, 10A 정전용량 센서부
11 제1 검지전극
12 제2 검지전극
13 제3 검지전극
14 제4 검지전극
15 제1 쉴드전극
16 제2 쉴드전극
19, 19A 유전체
19a 검지면
20, 20A, 20B 검출회로부
21, 22, 26, 29 정전용량 검지회로
23, 24, 27 A/D 변환기
25, 28 연산처리회로
100, 100A, 100B, 100C, 100D 위치검출장치
SWA, SWB, SWC, SWD 전환 스위치

Claims (26)

  1. 검지영역의 범위를 획정(劃定)하는 검지면을 가지는 유전체와,
    상기 유전체의 단부 근방에 마련되며, 검지 대상물과의 사이의 정전용량을 검지하는 복수의 검지전극과,
    상기 복수의 검지전극으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 검출회로와,
    상기 복수의 검지전극의 각각을, 상기 검출회로와의 접속, 또는 접지전위 혹은 소정의 고정전위와의 접속으로 전환 가능한 복수의 전환 스위치와,
    상기 검출회로로부터의 검출 결과에 기초하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 판정검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검출회로에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 접지전위 혹은 상기 고정전위에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 비교 결과에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극의 각각을 상기 검출회로와 접속했을 때의, 상기 검출회로로부터의 출력에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검지전극에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 접지전위 혹은 상기 고정전위에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 합에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 전환 상태를 소정 시간마다 제어하고, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 각각을 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  6. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 일대일로 접속되며, 각 검지전극에 의해 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 복수의 정전용량 검지회로와, 각 정전용량 검지회로의 동기를 취하는 동기수단을 구비하고,
    상기 판정검출수단은, 상기 복수의 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 접속되며, 각 전환 스위치의 전환 제어에 의해 각 검지전극에서 각각 이시적(異時的)으로 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 정전용량 검지회로를 구비하고,
    상기 판정검출수단은, 상기 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  8. 검지영역의 범위를 획정하는 검지면을 가지는 유전체와,
    상기 유전체의 단부 근방에 마련되며, 검지 대상물과의 사이의 정전용량을 검지하는 복수의 검지전극과,
    상기 검지전극으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 검출회로와,
    상기 검출회로에 접속된 검지전극과 동일 전위를 다른 검지전극에 부여하는 더미(dummy) 검출회로와,
    상기 복수의 검지전극의 각각을, 상기 검출회로와의 접속, 또는 더미 검출회로와의 접속으로 전환 가능한 복수의 전환 스위치와,
    상기 검출회로로부터의 검출 결과에 기초하여, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 판정검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검출회로에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 더미 검출회로에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 비교 결과에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극의 각각을 상기 검출회로와 접속했을 때의, 상기 검출회로로부터의 출력에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 각 전환에 의해, 상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극을 상기 검지전극에 접속시키는 동시에, 다른 검지전극을 상기 더미 검출회로에 접속시키고, 상기 검출회로에 접속되는 검지전극을 순차 전환했을 때의, 상기 검출회로로부터의 각 출력의 합에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전환 스위치의 전환 상태를 소정 시간마다 제어하고, 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 각각을 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  13. 제8항, 제9항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 일대일로 접속되며, 각 검지전극에 의해 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 복수의 정전용량 검지회로와, 각 정전용량 검지회로의 동기를 취하는 동기수단을 구비하고,
    상기 판정검출수단은, 상기 복수의 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  14. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 복수의 검지전극과 각각 상기 복수의 전환 스위치를 통해 접속되며, 각 전환 스위치의 전환 제어에 의해 각 검지전극에서 각각 이시적으로 검지된 정전용량을 나타내는 정보를 출력하는 정전용량 검지회로를 구비하고,
    상기 판정검출수단은, 상기 정전용량 검지회로로부터의 상기 정보에 기초하는 정전용량값을 비교 연산하여, 상기 검지 대상물의 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 연산처리회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  15. 검지영역의 범위를 획정하는 검지면을 가지는 유도체와,
    상기 유전체의 단부 근방에 마련되며, 검지 대상물과의 사이의 정전용량을 검지하는 복수의 검지전극과,
    상기 복수의 검지전극 각각으로부터의 검지신호에 기초하는 정전용량값을 검출하는 동시에, 주기적으로 동기되는 복수의 검출회로와,
    상기 복수의 검출회로로부터의 출력에 기초하여, 상기 검지 대상물의 검지면상의 위치 및 상기 검지면으로부터의 거리 중 적어도 하나를 판정하여 검출하는 판정검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 검출회로로부터의 각 출력의 비교 결과에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면상의 위치를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 복수의 검출회로로부터의 각 출력의 합에 기초하여,
    상기 판정검출수단은 상기 검지 대상물의 상기 검지면으로부터의 거리를 판정하여 검출하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극 중 적어도 하나의 검지전극은 상기 검지면에 대하여 교차하는 방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극은 상기 검지영역의 범위를 형성하는 상기 검지면을 사이에 끼우도록 그 전극면이 각각 대향하는 상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체는 투명 또는 반투명재료로 이루어지며, 원기둥형상, 각기둥형상 또는 평판형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극은 2개이며, 상기 유전체의 한쌍의 측면에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  22. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극은 4개이며, 상기 유전체의 하나의 둘레방향의 측면에 각각 접속 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극은 상기 검지면에 대하여 각각의 전극면이 직교하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극은 상기 검지면에 대하여 각각의 전극면이 상기 검지영역 범위의 방향을 향해 둔각이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극의 전극면과는 반대측의 이면측에, 각각 검지전극에 대하여 절연된 뒤에 센서전위로 구동되며, 상기 복수의 검지전극의 이면측의 검지를 쉴드하는 쉴드전극을 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 검지전극의 전극면과 동일 평면상의 주위에, 각각 검지전극에 대하여 절연된 뒤에 센서전위로 구동되며, 상기 복수의 검지전극의 주위의 검지를 쉴드하는 쉴드전극을 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출장치.
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