WO2010055844A1 - 位置検出装置 - Google Patents

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WO2010055844A1
WO2010055844A1 PCT/JP2009/069180 JP2009069180W WO2010055844A1 WO 2010055844 A1 WO2010055844 A1 WO 2010055844A1 JP 2009069180 W JP2009069180 W JP 2009069180W WO 2010055844 A1 WO2010055844 A1 WO 2010055844A1
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武 戸倉
興治 ▲崎▼山
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株式会社フジクラ
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    • H03K2217/960715—Rc-timing; e.g. measurement of variation of charge time or discharge time of the sensor

Definitions

  • the present invention relates to a position detection device that detects the proximity or contact of a detection target such as a human body by a change in capacitance, and determines and detects the position and distance of the detection target.
  • the illumination blinking device disclosed in Patent Document 1 includes an electrode that detects the approach of an object, a capacitive sensor that detects a change in the capacitance of the electrode, and 50 mm of the capacitive sensor.
  • a time selection circuit that responds to an output change having a time width from second to 120 milliseconds, a control circuit that outputs a turn-on / off signal based on the output of the time selection circuit, and an open / close based on the output of the control circuit
  • a switch that responds to the movement of the operator's hand.
  • the capacitive proximity sensor disclosed in Patent Document 2 below outputs a sensor unit whose capacitance changes when a detection target approaches and a detection signal based on the capacitance of the sensor unit.
  • a detection circuit that detects a detection signal corresponding to an initial capacitance value specific to the circuit based on a calibration command when a detection target is not detected, and generates a subtraction voltage from the subtraction voltage generation circuit that cancels the detection signal.
  • the subtraction circuit subtracts the subtraction voltage from the detection signal and outputs a detection signal after calibration.
  • a plurality of detection electrodes 301 to 305 are arranged with high density, and capacitance detection circuits 311 to 315 are provided for the detection electrodes 301 to 305, respectively.
  • switching between the plurality of detection electrodes 301 to 304 and one capacitance detection circuit 311 to reduce the number of circuits is equivalent to the number of electrodes (or smaller than the number of electrodes).
  • Devices (mechanical relays, analog switches, photo MOS relays, etc.) SW1 to SW4 are provided, and the capacitance detection circuit 311 connected to each of the detection electrodes 301 to 304 is scanned and measured. .
  • the increase in the capacitance detection circuit has a problem that the circuit itself is expensive and the wiring is complicated, leading to an increase in cost. Moreover, even if a plurality of switches are provided to reduce the number of capacitance detection circuits, there is no change in the complexity of wiring and the measurement time per detection electrode increases. .
  • the structure of the detection area range is complicated. For example, when a transparent design is applied to the detection area range, the detection electrode becomes visible. The degree of freedom in design cannot be improved, and in order to conceal this detection electrode, there is a problem in that parts for concealment are separately required and the structure becomes complicated, leading to an increase in cost. is there.
  • the present invention can reliably detect the position and distance of a detection object that is close to the detection region with a simple structure at low cost, and has a high degree of freedom in design.
  • An object of the present invention is to provide a position detection device capable of improving the above.
  • a first position detection device is provided in the vicinity of a dielectric having a detection surface that defines a range of a detection region, and an end of the dielectric.
  • a plurality of changeover switches that can be switched to a connection with the detection circuit, or a connection with a ground potential or a predetermined fixed potential, and on the detection surface of the detection object based on a detection result from the detection circuit And a determination detection means for determining and detecting at least one of a position and a distance from the detection surface.
  • a second position detection device is a capacitance provided between a dielectric having a detection surface that delimits a detection area and an end of the dielectric, and a detection object.
  • a plurality of detection electrodes for detecting the detection, a detection circuit for detecting a capacitance value based on a detection signal from the detection electrodes, and dummy detection for applying the same potential to the other detection electrodes as the detection electrodes connected to the detection circuit Based on the detection results from the detection circuit and a plurality of change-over switches that can switch the circuit and each of the plurality of detection electrodes to connection to the detection circuit or connection to the dummy detection circuit And a determination detecting means for determining and detecting at least one of a position of the object on the detection surface and a distance from the detection surface.
  • a third position detection device provides a capacitance between a derivative having a detection surface defining a range of a detection region and an end of the dielectric, and a detection object.
  • determination detection means for determining and detecting at least one of the position on the detection surface of the detection object and the distance from the detection surface.
  • the first to third position detection devices according to the present invention By configuring the first to third position detection devices according to the present invention as described above, it is possible to reliably detect the position and distance of a detection object that is close to the detection area with a simple structure at low cost. be able to.
  • the first position detection device for example, at least one detection electrode among the plurality of detection electrodes is connected to the detection circuit by switching each of the plurality of changeover switches, and another detection electrode is provided. Is connected to the ground potential or the fixed potential, and based on the comparison results of the outputs from the detection circuit when the detection electrodes connected to the detection circuit are sequentially switched, the determination detection means The position on the detection surface of the detection object is determined and detected.
  • the determination detection means determines and detects the distance of the detection object from the detection surface.
  • the determination detection unit includes: The distance from the detection surface of the detection object is determined and detected.
  • the switching state of the plurality of changeover switches is controlled every predetermined time, and the position of the detection object on the detection surface and the distance from the detection surface. You may comprise so that each may be determined and detected.
  • the detection circuit is connected to the plurality of detection electrodes on a one-to-one basis via the plurality of changeover switches, and the static detected by each detection electrode is detected.
  • a plurality of capacitance detection circuits that output information indicating capacitance, and a synchronization unit that synchronizes each capacitance detection circuit; and the determination detection unit includes the plurality of capacitance detection circuits from the plurality of capacitance detection circuits.
  • the detection object is configured to include an arithmetic processing circuit that determines and detects at least one of a position on the detection surface and a distance from the detection surface. May be.
  • the detection circuit is connected to the plurality of detection electrodes through the plurality of changeover switches, and is connected to each detection electrode by switching control of each changeover switch.
  • a capacitance detection circuit that outputs information indicating the capacitance detected at different times, and the determination detection means compares the capacitance values based on the information from the capacitance detection circuit.
  • the calculation processing circuit may be configured to calculate and determine and detect at least one of a position on the detection surface of the detection object and a distance from the detection surface.
  • the second position detection device for example, at least one detection electrode among the plurality of detection electrodes is connected to the detection circuit by switching each of the plurality of changeover switches, and another detection electrode is provided. Is connected to the dummy detection circuit, and based on the comparison results of the outputs from the detection circuit when the detection electrodes connected to the detection circuit are sequentially switched, the determination detection unit is configured to detect the detection object. The position on the detection surface is determined and detected.
  • the determination detection means determines and detects the distance of the detection object from the detection surface.
  • the determination detection unit is configured to detect the detection target. The distance from the detection surface of the object is determined and detected.
  • the switching state of the plurality of changeover switches is controlled every predetermined time, and the position of the detection object on the detection surface and the distance from the detection surface. You may comprise so that each may be determined and detected.
  • the detection circuit is connected to the plurality of detection electrodes on a one-to-one basis via the plurality of changeover switches, and the static detection detected by each detection electrode.
  • a plurality of capacitance detection circuits that output information indicating capacitance, and a synchronization unit that synchronizes each capacitance detection circuit; and the determination detection unit includes the plurality of capacitance detection circuits from the plurality of capacitance detection circuits.
  • the detection object is configured to include an arithmetic processing circuit that determines and detects at least one of a position on the detection surface and a distance from the detection surface. Also good.
  • the detection circuit is connected to the plurality of detection electrodes via the plurality of changeover switches, and is connected to each detection electrode by switching control of each changeover switch.
  • a capacitance detection circuit that outputs information indicating the capacitance detected at different times, and the determination detection means compares the capacitance values based on the information from the capacitance detection circuit.
  • the calculation processing circuit may be configured to calculate and determine and detect at least one of the position of the detection target object on the detection surface and the distance from the detection surface.
  • the determination detection unit determines the position of the detection object on the detection surface. To detect.
  • the determination detection unit determines a distance of the detection object from the detection surface. To detect.
  • At least one of the plurality of detection electrodes may be arranged along a direction intersecting the detection surface.
  • the plurality of detection electrodes may be arranged in a state where the electrode surfaces face each other so as to sandwich the detection surface forming the range of the detection region.
  • the dielectric is made of, for example, a transparent or translucent material, and is formed in a cylindrical shape, a prismatic shape, or a flat plate shape. Thereby, for example, the degree of freedom in design in terms of design can be improved.
  • the plurality of detection electrodes may be two, and may be connected to the pair of side surfaces of the dielectric.
  • the plurality of detection electrodes may be four, and may be connected and arranged on one circumferential side surface of the dielectric.
  • the plurality of detection electrodes may be connected and arranged so that the electrode surfaces are orthogonal to the detection surface, for example.
  • the plurality of detection electrodes may be connected and arranged so that, for example, the respective electrode surfaces form an obtuse angle toward the range of the detection region with respect to the detection surface.
  • a shield electrode is provided around the same plane as the electrode surfaces of the plurality of detection electrodes, for example, insulated from the detection electrodes and driven by a sensor potential to shield the periphery of the plurality of detection electrodes. May be.
  • a position detection device that can reliably detect the position and distance of a detection object that is close to the range of the detection region at a low cost with a simple structure and that can improve the degree of design freedom. Can be provided.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the overall configuration of the position detection device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing another configuration example of a part of the position detection device
  • FIG. 3 and FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the position detection operation of the position detection device
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of the overall configuration of the position detection device.
  • the position detection device 100 mainly includes a capacitance sensor unit 10 disposed at a location where a detection target such as a human finger is detected, and the capacitance sensor unit 10.
  • the detection circuit unit 20 is arranged integrally or separately through a substrate or the like.
  • the electrostatic capacity sensor unit 10 detects the proximity and contact of the detection object by electrostatic capacity.
  • the dielectric 19 has, for example, a detection surface 19a that defines a range L of the detection region on one side surface, and here is made of plastic, ceramic, or other material formed into a transparent or translucent prismatic shape. Further, the dielectric 19 has a relative dielectric constant exceeding 1, and in this example, the relative dielectric constant is sufficiently larger than 1 (for example, 3).
  • the first and second detection electrodes 11 and 12 are disposed within or in the vicinity of the detection region range L by the dielectric 19, and are located in the detection region range L formed on the detection surface 19a.
  • An object to be detected that comes close to or touches is provided so as to be detected by capacitance.
  • the electrode surfaces (not shown) of the first and second detection electrodes 11 and 12 are opposed to each other at the pair of side surfaces in the longitudinal direction of the dielectric 19, and the detection surface 19a is sandwiched between the detection surfaces. It is connected to the dielectric 19 in a state orthogonal to 19a.
  • the detection circuit unit 20 detects the capacitance value based on the detection signals from the detection electrodes 11 and 12 of the capacitance sensor unit 10, and detects the position of the detection object in the range L of the detection region and At least one of the distances from the detection surface 19a of the detection object is determined and detected.
  • the detection circuit unit 20 drives each of the detection electrodes 11 and 12 with a sensor potential.
  • the input from the first detection electrode 11 of the capacitance sensor unit 10 is different from the capacitance detection circuit 21 or the sensor potential.
  • the switch SWA for switching to the ground potential (or a predetermined fixed potential) and the input from the second detection electrode 12 are similarly switched to a ground potential (or a predetermined fixed potential) different from the capacitance detection circuit 22 or the sensor potential.
  • a changeover switch SWB is also used to switch SWB.
  • the detection circuit unit 20 is electrically connected via the changeover switches SWA and SWB, and detects a capacitance value based on detection signals from the detection electrodes 11 and 12. 22, A / D converters 23, 24 that convert analog signal outputs from the capacitance detection circuits 21, 22 into digital signals, respectively, and digital signals from the A / D converters 23, 24. And an arithmetic processing circuit 25 for comparing and calculating the capacitance value based on the above and determining and detecting the position and distance of the detection object as described above.
  • the arithmetic processing circuit 25 functions as a determination detection unit and is provided in the detection circuit unit 20 in this example, but may be provided separately from the detection circuit unit 20.
  • the arithmetic processing circuit 25 controls the entire position detection apparatus 100 and controls the switching operation of the changeover switches SWA and SWB, for example. These switching operations of the switches SWA and SWB are performed sufficiently faster (for example, at a speed of 100 ms or less) than the moving speed of the human finger, for example.
  • the arithmetic processing circuit 25 has a function as an information output means, and displays information related to the position and distance (that is, the determination detection result) of the detection target detected by the determination with an external display device ( (Not shown) is output in a displayable state, is output in a printable state, and is output so that it can be applied to various other forms that can be used.
  • an external display device (Not shown) is output in a displayable state, is output in a printable state, and is output so that it can be applied to various other forms that can be used.
  • operations related to detection of capacitance values of the capacitance detection circuits 21 and 22 will be described later.
  • the capacitance sensor unit 10 may be configured as follows. That is, as shown in FIG. 2A, the capacitance sensor unit 10 is opposite to the electrode surfaces of the first and second detection electrodes 11 and 12 connected to the pair of side surfaces of the dielectric 19. A first shield electrode 15 that is insulated from the detection electrodes 11 and 12 and is driven with a sensor potential and shields detection on the back side of each of the detection electrodes 11 and 12 may be provided on the back surface side.
  • the capacitance sensor unit 10 includes the detection electrode 11 around the electrode surface of each of the detection electrodes 11 and 12 together with the first shield electrode 15 described above. , 12 and a second shield electrode 16 that is driven with a sensor potential and shields the detection around each of the detection electrodes 11, 12.
  • the detection of the detection object by the detection surface 19a of the dielectric 19 is affected not only on the back surface side of each of the detection electrodes 11 and 12, but also around the electrode surface of each of the detection electrodes 11 and 12. It is possible to configure so that there is no.
  • the first and second shield electrodes 15 and 16 are generated through a single amplifier (buffer) with a high input impedance from the sensor potential applied to each of the detection electrodes 11 and 12.
  • the non-inverting input portion of the operational amplifier may be connected to the first and second shield electrodes 15 and 16, for example.
  • the capacitance sensor unit 10 is not only connected and arranged in a state where the electrode surfaces of the first and second detection electrodes 11 and 12 described above are orthogonal to the detection surface 19a, for example, on the detection surface 19a. They may be connected and arranged so as to have an obtuse angle in the direction of the range L of the detection region. This is because it is easy to detect the approach of the human finger F (or palm). For example, the greater the obtuse angle, the easier it is to detect the approach of the human finger F, and therefore the approach of the finger F in the distance determination detection state for detecting the proximity of the finger F to the detection region range L, which will be described later.
  • the angle may be close to 180 °, and when the sensitivity is not so high, the angle may be set to 90 ° or near 90 °. In this way, the sensitivity of the approach of the human finger F can be adjusted by changing the obtuse angle.
  • at least one of the first and second detection electrodes 11, 12 may be arranged along a direction intersecting the detection surface 19a.
  • the electrode surfaces of the first and second detection electrodes 11 and 12 are surfaces directed in the direction of the range L of the detection region.
  • each connection state in the detection circuit unit 20 of the position detection device 100 is as shown in FIG.
  • FIG. 3A when the detection object (finger) is not in proximity to or in contact with the detection surface 19a of the dielectric 19, as described above, Since the back side is shielded by the first shield electrode 15, most of the electric force lines P coming out of the first detection electrode 11 enter the dielectric 19.
  • the dielectric 19 Since the dielectric 19 has a dielectric constant sufficiently larger than 1, as described above, for example, about 3, and is set to a dielectric constant sufficiently larger than the surrounding air, the electric lines of force P in the dielectric 19 are Most of the detection area range L is coupled to the second detection electrode 12 having the ground potential without leaking to the outside. Under such conditions, for example, in the detection region range L, if the position near the first detection electrode 11 is 0 in the X direction, the position near the second detection electrode 12 is the maximum position in the X direction. It can be detected as (maximum amount).
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 21 is larger in the states (b) to (d) than in the state shown in FIG. , The capacitance increases). Therefore, when the finger F is not in proximity to or in non-contact with the detection surface 19a within the detection region range L (in the case of FIG. 3A), for example, when the finger F contacts the detection surface 19a (FIG. 3 ( In the cases of b) to (d)), it can be said that the capacitance value detected is larger than the reference.
  • the arithmetic processing circuit 25 can determine and detect the position of the finger F in the case of the operation 1 by the monotonously decreasing function.
  • each connection state in the detection circuit unit 20 of the position detection device 100 is in a state in which the connection of the changeover switches SWA and SWB is particularly reversed as compared with that shown in FIG.
  • the dielectric 19 Since the dielectric 19 is set to have a relative dielectric constant sufficiently larger than 1 in the same manner as described above, the electric lines of force P in the dielectric 19 are mostly not leaked to the outside over the range L of the detection region. It couple
  • the amount of electric lines of force P ′ to be combined is the case of the above (a). More, but less than in the case of (c) above. For this reason, the detected capacitance value is smaller than in the case (c), and the position of the finger F in the X direction at this time can be regarded as X ⁇ L / 2.
  • the arithmetic processing circuit 25 can determine and detect the position of the finger F in the case of the operation 2 by using this monotonically increasing function.
  • the arithmetic processing circuit 25 compares the detected value in the case of operation 1 with C1 (x) and the detected value in the case of operation 2 with C2 (x).
  • the position in the range L of the detection area on the detection surface 19a of the finger F can be accurately determined and detected.
  • the position of the finger F is, for example, a function of C1 (x) / C2 (x) or C1 (x) / (C1 (x) + C2 (x) as a ratio between C1 (x) and C2 (x). )) Function.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of the overall configuration of the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the same parts as those already described are denoted by the same reference numerals and the description thereof may be omitted, and the parts not particularly related to the present invention may not be specified.
  • the position detection device 100 of this example is the same as the previous example in that the position detection device 100 includes the capacitance sensor unit and the detection circuit unit as described above, but the detection circuit unit 20A. Is different from the detection circuit unit 20 in the previous example.
  • the detection circuit unit 20A is similar in that it includes a plurality of change-over switches SWA and SWB connected to the first and second detection electrodes 11 and 12, respectively, and one arithmetic processing circuit 28.
  • the difference is that the switch SWA, SWB is connected to one capacitance detection circuit 26, and one A / D converter 27 is connected to the switch SWA, SWB.
  • connection of the changeover switches SWA and SWB to the capacitance detection circuit 26 and the connection to the ground potential are alternately performed every predetermined time by the switching control from the arithmetic processing circuit 28 (that is, each The detection electrodes 11 and 12 are not connected to the capacitance detection circuit 26 at the same time), and the detection value C1 (x) in the operation 1 and the detection value C2 (x) in the operation 2 as described above are obtained.
  • the detection value C1 (x) in the operation 1 and the detection value C2 (x) in the operation 2 as described above are obtained.
  • the number of capacitance detection circuits and A / D converters can be reduced as compared with the detection circuit unit 20, so that the position detection of the finger F can be accurately and reliably performed at a lower cost. It can be carried out.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a part of the overall configuration of the position detection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the position detection device 100 ⁇ / b> A of this example includes a capacitance sensor unit and a detection circuit unit (only a part of which is shown), like the position detection device 100 according to the first embodiment.
  • the configurations of the capacitance sensor unit 10A and the detection circuit unit 20B are different, and the position of the finger F is determined and detected not only in the X direction but also in the Y direction, so that it can be positioned two-dimensionally. The point which can be detected is different from the first embodiment.
  • the capacitance sensor unit 10A includes a first detection electrode 11, a second detection electrode 12, and a third detection on the four side surfaces surrounding the detection surface 19a that is the main surface, with the dielectric 19A formed in a flat plate shape.
  • the electrode 13 and the fourth detection electrode 14 are connected to each other.
  • the detection circuit unit 20B includes changeover switches SWA, SWB, SWC, SWD connected to the detection electrodes 11 to 14, respectively, and these are connected to a single capacitance detection circuit 29.
  • the first detection electrode 11 to the fourth detection electrode 14 may be disposed inside each side surface of the dielectric 19.
  • the origin (x0, y0) in the range of the rectangular detection region formed on the detection surface 19a is set by an arithmetic processing circuit (not shown), and the finger F is close to the detection region on the detection surface 19a in the range or
  • switching of each of the change-over switches SWA to SWD is simultaneously controlled at least four times in this case to obtain each detection value.
  • the changeover switch SWA when the changeover switch SWA is switched so as to connect the first detection electrode 11 and the capacitance detection circuit 29, the other changeover switches SWB, SWC, SWD
  • the 12th to 4th detection electrodes 14 are switched to the connection with the ground potential (or a predetermined fixed potential, the same applies hereinafter).
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 29 based on the capacitance from the first detection electrode 11 at this time is stored as a detection value C1 (x, y) by the arithmetic processing circuit.
  • the operation B for example, when the changeover switch SWB is switched so as to connect the second detection electrode and the capacitance detection circuit 29, the other changeover switches SWA, SWC, SWD The third detection electrode 13 and the fourth detection electrode 14 are switched to the connection with the ground potential.
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 29 based on the capacitance from the second detection electrode 12 at this time is stored as a detection value C2 (x, y) by the arithmetic processing circuit.
  • the operation C for example, when the changeover switch SWC is switched so as to connect the third detection electrode 13 and the capacitance detection circuit 29, the other changeover switches SWA, SWB, SWD 11.
  • the second detection electrode 12 and the fourth detection electrode 14 are switched to the connection with the ground potential.
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 29 based on the capacitance from the third detection electrode 13 at this time is stored as a detection value C3 (x, y) by the arithmetic processing circuit.
  • the changeover switch SWD when the changeover switch SWD is switched so as to connect the fourth detection electrode 14 and the capacitance detection circuit 29, the other changeover switches SWA to SWC are switched to the first detection electrode 11.
  • the third detection electrode 13 is switched to the connection with the ground potential.
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 29 based on the capacitance from the fourth detection electrode 14 at this time is stored as a detection value C4 (x, y) by the arithmetic processing circuit.
  • the arithmetic processing circuit compares these detection values C1 to C4 to determine and detect the two-dimensional position of the finger F in the X direction and the Y direction within the detection area on the detection surface 19a. To do. As described above, according to the position detection device 100A according to the second embodiment, the position of the finger F in the range of the detection region on the detection surface 19a can be accurately determined and detected two-dimensionally.
  • the position determination detection state in which the position of the finger F is determined in the detection area has been described.
  • 100A can also implement a distance determination detection state in which the distance from the detection surface 19a of the adjacent finger F in the detection area range is determined.
  • the position determination detection state and the distance determination detection state are switched every predetermined time, for example, the position of the detection object and the distance from the detection surface in the range of the detection area are combined with one position detection device. Can be detected automatically.
  • the detected capacitance is evaluated by C1 (or C2), or the sum C1 + C2, which is both the position of the dielectric 19 in the X direction and the distance to the dielectric 19. Depends on.
  • C1 / C2 and C1 / (C1 + C2) and the like do not substantially depend on the distance to the dielectric 19 but depend only on X, so C1 / C2 and C1 / (C1 + C2) are calculated first. What is necessary is just to obtain
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the overall configuration of the position detection device according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a position determination detection operation of the position detection device.
  • the detection circuit unit 20 of the position detection device 100B according to the third embodiment drives the detection electrodes 11 and 12 with a sensor potential, for example, and detects a capacitance value based on detection signals from the detection electrodes 11 and 12.
  • Capacitance detecting circuits 21 and 22 that perform conversion, analog signal outputs from the capacitance detection circuits 21 and 22 that are converted into digital signals, and A / D converters 23 and 24, respectively, and these A / D conversions And an arithmetic processing circuit 25 that calculates a capacitance value based on digital signals from the devices 23 and 24, and determines and detects the position and distance of the detection object as described above.
  • the arithmetic processing circuit 25 functions as a determination detection unit and is provided in the detection circuit unit 20 in this example, but may be provided separately from the detection circuit unit 20, for example, each static circuit
  • the capacitance detection circuits 21 and 22 are operated in synchronization with each other periodically. That is, the arithmetic processing circuit 25 controls the operation of the capacitance detection circuits 21 and 22 to apply sensor potentials to the detection electrodes 11 and 12 and repeatedly performs resetting when the capacitance is measured.
  • the measurement accuracy (detection accuracy) is improved by averaging the obtained capacitance values.
  • the arithmetic processing circuit 25 controls the operation of the electrostatic capacitance detection circuits 21 and 22 and controls the entire position detection apparatus 100B. Specifically, the arithmetic processing circuit 25 determines and detects the position of the detection object by the above-described comparison calculation, and obtains the sum of the capacitance values from the capacitance detection circuits 21 and 22. Thus, the distance of the detection object from the detection surface 19a is determined and detected.
  • the position determination detection operation of the position detection device 100B configured as described above will be described.
  • an operation when the human finger F described above is not in the vicinity of the detection area range L will be described.
  • the back surfaces of the detection electrodes 11 and 12 are shielded by the first shield electrode 15 and the detection electrodes 11 and 12 are synchronized. Is only weakly coupled to the surrounding ground (GND: ground), and both ends in the longitudinal direction of the dielectric 19 have the same potential. For this reason, the electric lines of force P1 and P2 coming out of the first and second detection electrodes 11 and 12 come out to the outside and become almost in the dielectric 19.
  • the operation when the finger F is in the detection area range L is as shown in FIGS. That is, when the finger F of the human body comes into contact with an arbitrary position on the detection surface 19a of the dielectric 19, the finger F can be regarded as being equivalent to the ground. Therefore, at least a part of the electric force lines P1 and P2 respectively.
  • the lines P1 ′ and P2 ′ are coupled to the finger F, and the capacitance values detected by the capacitance detection circuits 21 and 22 are larger than the state shown in FIG. To increase).
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 22 is large.
  • the position near the first detection electrode 11 is 0 (zero) in the X direction
  • the position near the second detection electrode 12 is detected as the maximum position (maximum amount) in the X direction. Therefore, the position of the finger F in the X direction can be regarded as X> L / 2.
  • the position of the finger F in the X direction can be regarded as, for example, X ⁇ L / 2, assuming that the position in the X direction is substantially in the middle of the detection area range L.
  • the relationship between the position in the X direction of the finger F in contact with the detection surface 19a and the detected capacitance value is related by a monotonically increasing function.
  • the arithmetic processing circuit 25 can determine and detect the position of the finger F using this monotonically increasing function. For example, the detection value (capacitance increase amount when the finger F is not in the vicinity of the detection area range L) in the capacitance detection circuit 21 in the case shown in FIG. If the detection value in the capacitance detection circuit 22 is also C2 (x), the position of the finger F on the detection surface 19a is calculated by comparing the calculation processing circuit 25 with C1 (x) and C2 (x). Can be obtained.
  • the function formula at this time can be expressed as C1 (x) / C2 (x) or C1 (x) / ⁇ C1 (x) + C2 (x) ⁇ , for example.
  • the distance from the detection surface 19a of the finger F that is not in contact with the detection surface 19a in the range L of the detection region in the distance determination detection operation is calculated by the arithmetic processing circuit 25 as the detection value C1 (x). If the sum of C2 (x) is obtained, it can be determined and detected.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the overall configuration of the position detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the position detection device 100C according to the fourth embodiment is similar to the previous example in that the position detection device 100C includes the capacitance sensor unit and the detection circuit unit as described above.
  • the configuration of the circuit unit 20A and the operation of the capacitance sensor unit 10 are different from the detection circuit unit 20 of the previous example.
  • the detection circuit unit 20A includes a plurality of change-over switches SWA and SWB connected to the first and second detection electrodes 11 and 12, respectively, a single capacitance detection circuit 26 and an A / D converter 27, The difference is that a capacitance detection circuit 26 and a dummy detection circuit 28 having the same potential are provided.
  • connection of the switches SWA and SWB to the capacitance detection circuit 26 and the connection to the dummy detection circuit 28 are alternately performed at predetermined intervals by, for example, switching control from the arithmetic processing circuit 25 ( That is, the detection electrodes 11 and 12 are connected to the capacitance detection circuit 26 and the dummy detection circuit 28 at different times).
  • Detection value obtained when C1 (x) and detection electrode 11 are connected to dummy detection circuit 28 by changeover switch SWA and detection electrode 12 is connected to capacitance detection circuit 26 by changeover switch SWB If the arithmetic processing circuit 25 performs the above-described processing based on C2 (x), the position of the detection region on the detection surface 19a of the finger F in the range L can be determined and detected.
  • the finger F is within the detection area range.
  • capacitance coupling is caused with each of the detection electrodes 11 and 12 through the dielectric 19, so that the detection from the detection surface 19a of the finger F based on the capacitance value (detection value) at this time.
  • the distance can also be determined and detected.
  • the number of capacitance detection circuits and A / D converters can be reduced as compared with the detection circuit unit 20 of the third embodiment described above.
  • the position determination detection and the distance determination detection of the finger F can be performed accurately and reliably.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a part of the overall configuration of the position detection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the position detection device 100 ⁇ / b> D of the fifth embodiment includes a capacitance sensor unit and a detection circuit unit (only a part of which is shown) according to the third and fourth embodiments.
  • the configurations of the capacitance sensor unit 10A and the detection circuit unit 20B are different, and the position of the finger F is determined not only in the X direction described above but also in the Y direction intersecting with the X direction. This is different from the first and second embodiments in that the position determination detection and the distance determination detection can be performed two-dimensionally.
  • the capacitance sensor unit 10A includes a first detection electrode 11, a second detection electrode 12, and a third detection on the four side surfaces surrounding the detection surface 19a that is the main surface, with the dielectric 19A formed in a flat plate shape.
  • the electrode 13 and the fourth detection electrode 14 are connected to each other.
  • the detection circuit unit 20B includes changeover switches SWA, SWB, SWC, SWD connected to the detection electrodes 11 to 14, respectively, and these are connected to one capacitance detection circuit 29 and the dummy detection circuit 28. ing.
  • the first detection electrode 11 to the fourth detection electrode 14 may be disposed inside each side surface of the dielectric 19.
  • the origin (x0, y0) in the range of the rectangular detection area formed on the detection surface 19a is set by an arithmetic processing circuit (not shown), and the finger F (not shown) is set in the detection area range on the detection surface 19a.
  • the detection values are obtained at least four times by simultaneously controlling the switching of the change-over switches SWA to SWD.
  • the changeover switch SWA when the changeover switch SWA is switched so as to connect the first detection electrode 11 and the capacitance detection circuit 29 as the operation 1, the other changeover switches SWB, SWC, SWD The 12th to 4th detection electrodes 14 are switched to the connection with the dummy detection circuit 28.
  • the capacitance value detected by the capacitance detection circuit 29 based on the capacitance from the first detection electrode 11 at this time is stored as a detection value C1 (x, y) by the arithmetic processing circuit.
  • the arithmetic processing circuit compares these detection values C1 to C4 to determine and detect the two-dimensional position of the finger F in the X direction and the Y direction within the detection area on the detection surface 19a. To do. As described above, according to the position detection device 100D according to the fifth embodiment, the position of the finger F in the range of the detection area on the detection surface 19a can be accurately determined and detected two-dimensionally.
  • the position detection apparatus 100D it is possible to perform distance determination detection of the finger F from the detection surface 19a in the range of the detection region. That is, at the time of distance determination detection, the position detection device 100D sets all the change-over switches SWA to SWD of the detection circuit unit 20B to all the detection electrodes 11 to 14 of the capacitance sensor unit 10A by switching control of the arithmetic processing circuit. Is connected to the capacitance detection circuit 29 so that the capacitance of the finger F coupled to each of the detection electrodes 11 to 14 through the dielectric 19A detected by all of the detection electrodes 11 to 14 is increased.
  • An arithmetic processing circuit is used to calculate the distance of the finger F (detection target) from the detection surface 19a by using the electrostatic capacitance value based on it. Since this distance calculation method is a known technique, a description thereof is omitted here.
  • the position determination detection and the distance determination detection are switched at predetermined time intervals, for example, the position of the detection object and the distance from the detection surface in the range of the detection region are set to one position detection device. It becomes possible to detect in combination.
  • evaluation is performed based on the detected capacitance value (detection value), which depends on both the position of the dielectric in the X direction and the distance to the dielectric.
  • C1 / C2, C1 / (C1 + C2), etc. are almost independent of the distance to the dielectric, and depend only on X, etc., so that X, etc. is obtained by calculation first, and then the X, etc. is supported. Find the distance you did.
  • the position detection device since the number of detection electrodes is small and the configuration of the detection circuit unit is simple, the detection object close to the range of the detection region with a simple structure at low cost can be obtained. The position and distance can be detected reliably.
  • the dielectric is made of a transparent or translucent material, and the space for arranging the sensing electrodes is almost unnecessary (because it is connected to or built in the dielectric), the degree of freedom in designing the position detection device Can be improved.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the capacitance detection circuit
  • FIG. 12 is an operation waveform diagram showing an example of the operation waveform of the capacitance detection circuit.
  • the capacitance detection circuit 21 uses the capacitance (Capacitance) detected by the first detection electrode 11 or the like as a voltage (Voltage). It consists of a so-called CV conversion type circuit for conversion.
  • the capacitance detection circuit 21 has a duty ratio that changes according to the capacitance C.
  • a trigger signal generation circuit 101 that outputs a trigger signal TG having a constant period;
  • a timer circuit 102 that outputs a pulse signal Po whose duty ratio changes depending on the magnitude of the capacitance C connected to the input terminal, and a low-pass filter (LPF) 103 that smoothes the pulse signal are configured.
  • LPF low-pass filter
  • the timer circuit 102 includes, for example, two comparators 201 and 202 and an RS flip-flop circuit (hereinafter referred to as “RS-FF”) in which outputs of the two comparators 201 and 202 are input to a reset terminal R and a set terminal S, respectively. 203), a buffer 204 that outputs the output DIS of the RS-FF 203 to the LPF 103, and a transistor 205 that is turned on / off by the output DIS of the RS-FF 203.
  • RS-FF RS flip-flop circuit
  • the comparator 202 compares the trigger signal TG output from the trigger signal generation circuit 101 as shown in FIG. 12 with a predetermined threshold value Vth2 divided by the resistors R1, R2, and R3, and generates a trigger signal TG. Output synchronized set pulse. This set pulse sets the Q output of the RS-FF 203.
  • This Q output turns off the transistor 205 as a discharge signal DIS, and connects between each detection electrode 11 and the like and the ground (ground) between the ground capacitance C of each detection electrode 11 and the input terminal and the power supply line. Charging is performed at a speed determined by a time constant by a resistor R4 connected therebetween. As a result, the potential of the input signal Vin increases at a speed determined by the capacitance C.
  • the output of the comparator 201 is inverted and the output of the RS-FF 203 is inverted.
  • the transistor 205 is turned on, and, for example, charges accumulated in the detection electrode 11 are discharged through the transistor 205.
  • the timer circuit 102 outputs a pulse signal Po that oscillates at a duty ratio based on the capacitance C between the detection electrode 11 and the like.
  • the LPF 103 smoothes the output to output a DC detection signal Vout as shown in FIG.
  • the detection signal Vout output from the capacitance detection circuit 21 is converted into a digital signal by the A / D converter 23 or the like as described above.
  • a waveform indicated by a solid line and a waveform indicated by a dotted line indicate that the former has a smaller capacitance than the latter, and for example, the latter indicates an object approaching state.
  • the capacitance detection circuit 21 and the like are output by resistors and capacitors in a CV conversion type.
  • a description has been given of the use of a known timer IC in which the duty ratio of the pulse changes the present invention is not limited to this. That is, in addition to the method of measuring the charging time of the CR series circuit, the following is known in the capacitance detection circuit 21 and the like.
  • a method in which a sine wave is applied to directly measure the impedance from a voltage change or current value due to a capacitance value a method in which an oscillation circuit is configured to include the capacitance to be measured, and a oscillation frequency is measured, RC charge / discharge Configure the circuit to measure the charge / discharge time, move the charge charged at a known voltage to a known capacity and measure the voltage, or charge an unknown capacity at a known voltage and know the charge
  • There is a method of measuring the number of times until the known capacity is charged to a predetermined voltage by performing the movement to the capacity a plurality of times. Then, set a threshold value for the detected capacitance value, or analyze the capacitance signal waveform and use it as a trigger when the corresponding capacitance waveform is reached. Also good.
  • the capacitance detection circuit 21 of the detection circuit units 20, 20A, 20B converts the capacitance into voltage, it is only necessary to be able to convert it into data that can be handled electrically or as software.
  • the capacitance may be converted into a pulse width or directly converted into a digital value.
  • the first detection electrode 11, the second detection electrode 12, and the like are arranged on the dielectric 19 and the like, and the detection value C1 and the detection value C2 are compared.
  • the detection target object is determined and detected as an example, but the following may be used, for example.
  • FIG. 13 is a block diagram showing another example of the internal configuration of the capacitance detection circuit.
  • the capacitance detection circuit 21 (22, 26, 29; the same applies hereinafter) of this example includes a differential amplifier circuit 21a and is configured to perform a differential operation.
  • the electrostatic capacitance detection circuit 21 employs a method in which the charge charged at a known voltage as described above is transferred to a known capacitance and the voltage is measured.
  • the detection electrodes will be described by taking the first and second detection electrodes 11 and 12 as examples.
  • the first detection electrode 11 is connected to the negative input end of the differential amplifier circuit 21 a, and the second detection electrode 12 is connected to the positive input end.
  • the value of the capacitance C1 is subtracted from the value of the capacitance C2, and the output value is compared with a threshold value by a comparator or the like to determine and detect the detection target.
  • V / Vr ⁇ (Cf + C1) / Cf ⁇ ⁇ ⁇ (Cf + C2) / Cf ⁇ , and a voltage corresponding to the ratio between the capacitance C2 and the capacitance C1 is output.
  • the capacitance detection circuit 21 by configuring the capacitance detection circuit 21 to perform a differential operation, it is possible to cancel the temperature characteristics of the circuit and reduce common mode noise.
  • the detection object is a human body
  • one of the first and second detection electrodes 11 and 12 is used as the detection electrode for detecting the human body, and the other is on the range side of the detection region of the detection electrode.
  • a shield electrode (not shown) on the detection surface 19a side (ie, on the detection surface 19a side)
  • the sensitivity with the human body is eliminated, and the capacitive coupling with the human body is configured so that only one detection electrode is present. Good.
  • the above-described changeover switch SWA and the like may be any structure as long as the electrical connection can be changed.
  • an electronic circuit switch such as an FET or a photo MOS relay or a mechanical switch such as a contact changer may be employed. it can.
  • the shape of the dielectrics 19 and 19A is not limited to a prismatic shape or a flat plate shape, but may be a cylindrical shape, a triangular prism shape or a pentagonal prism shape, or a shape such as a triangle, a polygon, a circle, or an ellipse. Good.
  • the cross-sectional shape of the dielectrics 19 and 19A may not be formed by parallel rectangular sides but may be formed by inclined sides or curved surfaces. In this case, the position detection and the profile for each shape are taken in advance. This may be reflected in the operation settings such as position determination detection.
  • the number of detection electrodes has been described as two or four, the above-described position detection operation can be realized by a different number such as three or five.
  • the dielectrics 19 and 19A may be made of a transparent or translucent material such as acrylic or glass. In this case, the range of the detection region constituted by the detection electrodes 11 and the like is difficult to visually recognize from the outside. Therefore, it is advantageous in design and freedom of design.

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Abstract

　簡単な構造で安価に検知領域の範囲に近接等する検知対象物の位置や距離を確実に検出し、設計自由度を向上させる。位置検出装置１００は、静電容量センサ部１０および検出回路部２０を備え、静電容量センサ部１０は、第１および第２検知電極１１，１２と、これらの間に配置された誘電体１９とからなる。誘電体１９は検知面１９ａ上に検知領域の範囲Ｌを形成する。検出回路部２０は、切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢと、静電容量検知回路２１，２２と、Ａ／Ｄ変換器２３，２４と、演算処理回路２５とを備え、切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢの切替制御により、第１検知電極１１で検知された静電容量の検出値Ｃ１と第２検知電極１２で検知された静電容量の検出値Ｃ２とから、演算処理回路２５によって検知領域の範囲Ｌにおける検知対象物の位置を判定して検出する。

Description

位置検出装置
　この発明は、静電容量変化によって人体などの検知対象物の近接あるいは接触を検知して、検知対象物の位置や距離を判定し検出する位置検出装置に関する。
　人体などの検知対象物の近接等を検知するものとして、例えば次のようなものが知られている。下記特許文献１に開示されている照明点滅装置は、物体の接近を検知する電極と、この電極の静電容量の変化を検知する静電容量型センサと、この静電容量型センサの５０ミリ秒から１２０ミリ秒までの時間幅を有する出力変化に応答する時間選択回路と、この時間選択回路の出力に基づいて点灯および消灯信号を出力する制御回路と、この制御回路の出力に基づいて開閉する開閉器とを有し、操作者の手の動きに反応するとされている。
　また、下記特許文献２に開示されている静電容量式近接センサは、被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路とを備え、被検出体の非検出時に、較正命令に基づいて回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を観測し、これを相殺する減算電圧を減算電圧発生回路から発生させ、減算回路は、減算電圧を検知信号から減算して較正後検知信号を出力するとされている。
　そして、これら特許文献１および２の静電容量型センサ（あるいは静電容量式センサ）にて、物体（被検出体）の位置検出分解能を向上するためには、次のような構成が考えられる。すなわち、図１４（ａ）に示すように、複数の検知電極３０１～３０５を高密度で配置し、各検知電極３０１～３０５に対してそれぞれ静電容量検知回路３１１～３１５を設けたり、同図（ｂ）に示すように、回路数を減らすために複数の検知電極３０１～３０４と一つの静電容量検知回路３１１との間に、電極数と同等（あるいは電極数よりも少ない数）の切替器（メカニカルリレー、アナログスイッチ、フォトＭＯＳリレー等）ＳＷ１～ＳＷ４を設けて、各検知電極３０１～３０４に接続される静電容量検知回路３１１を走査（スキャン）して測定することなどが行われる。
特開平８－６４３６４号公報 特開２００６－１７７８３８号公報
　しかしながら、上述したような構成のセンサでは、静電容量検知回路の増加は回路自体が高価であり配線等も複雑になることから、コストアップに繋がってしまうという問題がある。また、切替器を複数設けて静電容量検知回路の数を減らしても、配線等が複雑になることに変わりはなく、かつ一つの検知電極あたりの測定時間が増加してしまうという問題がある。
　また、検知領域の範囲の下方にセンサが配置されるため、検知領域の範囲の構造が複雑となり、例えば検知領域の範囲に透明性のあるデザインを施した場合には検知電極が可視状態となってしまい設計自由度を向上させることができず、この検知電極を隠すためには隠蔽するための部品が別途必要となったり構造が複雑化したりして、やはりコストアップに繋がってしまうという問題がある。
　この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構造で安価に検知領域の範囲に近接等する検知対象物の位置や距離を確実に検出することができるとともに、設計自由度を向上させることができる位置検出装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明に係る第１の位置検出装置は、検知領域の範囲を画定する検知面を有する誘電体と、前記誘電体の端部近傍に設けられ、検知対象物との間の静電容量を検知する複数の検知電極と、前記複数の検知電極からの検知信号に基づく静電容量値を検出する検出回路と、前記複数の検知電極のそれぞれを、前記検出回路との接続、または接地電位あるいは所定の固定電位との接続に切り替え可能な複数の切替スイッチと、前記検出回路からの検出結果に基づいて、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する判定検出手段とを備えたことを特徴とする。
　また、この発明に係る第２の位置検出装置は、検知領域の範囲を画定する検知面を有する誘電体と、前記誘電体の端部近傍に設けられ、検知対象物との間の静電容量を検知する複数の検知電極と、前記検知電極からの検知信号に基づく静電容量値を検出する検出回路と、前記検出回路に接続された検知電極と同電位を他の検知電極に与えるダミー検出回路と、前記複数の検知電極のそれぞれを、前記検出回路との接続、またはダミー検出回路との接続に切り替え可能な複数の切替スイッチと、前記検出回路からの検出結果に基づいて、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する判定検出手段とを備えたことを特徴とする。
　さらに、この発明に係る第３の位置検出装置は、検知領域の範囲を画定する検知面を有する誘導体と、前記誘電体の端部近傍に設けられ、検知対象物との間の静電容量を検知する複数の検知電極と、前記複数の検知電極それぞれからの検知信号に基づく静電容量値を検出するとともに、周期的に同期される複数の検出回路と、前記複数の検出回路からの出力に基づいて、前記検知対象物の検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する判定検出手段とを備えたことを特徴とする。
　この発明に係る第１～第３の位置検出装置は、上記のように構成することにより、簡単な構造で安価に検知領域の範囲に近接等する検知対象物の位置や距離を確実に検出することができる。
　この発明に係る第１の位置検出装置においては、例えば前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検出回路に接続させるとともに、他の検知電極を前記接地電位あるいは前記固定電位に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の比較結果に基づいて、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面上の位置を判定して検出する。
　また、この発明に係る第１の位置検出装置においては、例えば前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のそれぞれを前記検出回路と接続したときの、前記検出回路からの出力に基づき、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出する。
　また、この発明に係る第１の位置検出装置においては、例えば前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検知電極に接続させるとともに、他の検知電極を前記接地電位あるいは前記固定電位に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の和に基づいて、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出する。
　なお、この発明に係る第１の位置検出装置においては、前記複数の切替スイッチの切替状態を所定時間ごとに制御して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離それぞれを判定して検出するように構成されていてもよい。
　そして、この発明に係る第１の位置検出装置においては、例えば前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して一対一に接続され、各検知電極により検知された静電容量を示す情報を出力する複数の静電容量検知回路と、各静電容量検知回路の同期をとる同期手段とを備え、前記判定検出手段は、前記複数の静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなる構成とされていてもよい。
　また、この発明に係る第１の位置検出装置においては、例えば前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して接続され、各切替スイッチの切替制御により各検知電極にてそれぞれ異時的に検知された静電容量を示す情報を出力する静電容量検知回路を備え、前記判定検出手段は、前記静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなる構成とされていてもよい。
　この発明に係る第２の位置検出装置においては、例えば前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検出回路に接続させるとともに、他の検知電極を前記ダミー検出回路に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の比較結果に基づいて、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面上の位置を判定して検出する。
　また、この発明に係る第２の位置検出装置においては、例えば前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のそれぞれを前記検出回路と接続したときの、前記検出回路からの出力に基づき、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出する。
　また、この発明に係る第２の位置検出装置においては、例えば前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検知電極に接続させるとともに、他の検知電極を前記ダミー検出回路に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の和に基づいて、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出する。
　なお、この発明に係る第２の位置検出装置においては、前記複数の切替スイッチの切替状態を所定時間ごとに制御して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離それぞれを判定して検出するように構成されていてもよい。
　そして、この発明に係る第２の位置検出装置においては、例えば前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して一対一に接続され、各検知電極により検知された静電容量を示す情報を出力する複数の静電容量検知回路と、各静電容量検知回路の同期をとる同期手段とを備え、前記判定検出手段は、前記複数の静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなる構成とされていてもよい。
　また、この発明に係る第２の位置検出装置においては、例えば前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して接続され、各切替スイッチの切替制御により各検知電極にてそれぞれ異時的に検知された静電容量を示す情報を出力する静電容量検知回路を備え、前記判定検出手段は、前記静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなる構成とされていてもよい。
　この発明に係る第３の位置検出装置においては、前記複数の検出回路からの各出力の比較結果に基づいて、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面上の位置を判定して検出する。
　また、この発明に係る第３の位置検出装置においては、前記複数の検出回路からの各出力の和に基づいて、前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出する。
　この発明に係る第１～第３の位置検出装置においては、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極は、前記検知面に対して交差する方向に沿って配置されているとよい。
　また、前記複数の検知電極は、前記検知領域の範囲を形成する前記検知面を間に挟むようにその電極面がそれぞれ対向する状態で配置されているとよい。
　また、前記誘電体は、例えば透明または半透明材料からなり、円柱状、角柱状または平板状に形成される。これにより、例えばデザイン面などにおける設計自由度を向上させることができる。
　例えば、前記複数の検知電極は２つであり、前記誘電体の一対の側面にそれぞれ接続配置されるとよい。
　また、例えば、前記複数の検知電極は４つであり、前記誘電体の一の周方向の側面にそれぞれ接続配置されるとよい。
　前記複数の検知電極は、例えば前記検知面に対してそれぞれの電極面が直交するように接続配置されてもよい。
　また、前記複数の検知電極は、例えば前記検知面に対してそれぞれの電極面が前記検知領域の範囲の方向に向けて鈍角となるように接続配置されてもよい。
　前記複数の検知電極の電極面とは反対側の裏面側に、例えばそれぞれ検知電極に対して絶縁された上でセンサ電位で駆動され、前記複数の検知電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極を備えてもよい。
　また、前記複数の検知電極の電極面と同一平面上の周囲に、例えばそれぞれ検知電極に対して絶縁された上でセンサ電位で駆動され、前記複数の検知電極の周囲をシールドするシールド電極を備えてもよい。
　この発明によれば、簡単な構造で安価に検知領域の範囲に近接等する検知対象物の位置や距離を確実に検出することができるとともに、設計自由度を向上させることができる位置検出装置を提供することができる。
　以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る位置検出装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の全体構成の例を示す説明図、図２は同位置検出装置の一部の他の構成例を示す斜視図、図３および図４は同位置検出装置の位置検出動作を説明するための説明図、図５は同位置検出装置の全体構成の他の例を示す説明図である。
　図１に示すように、位置検出装置１００は、主に人体の指などの検知対象物を検知する箇所などに配置される静電容量センサ部１０と、この静電容量センサ部１０と図示しない基板などを介して一体に、あるいは別体に配置される検出回路部２０とから構成されている。
　静電容量センサ部１０は、検知対象物の近接や接触を静電容量により検知するものであり、例えば第１検知電極１１および第２検知電極１２の複数の検知電極と、これら第１および第２検知電極１１，１２間に配置された誘電体１９とを備えて構成されている。誘電体１９は、例えば一の側面に検知領域の範囲Ｌを画定する検知面１９ａを有し、ここでは透明または半透明性の角柱状に成形されたプラスチックやセラミック、その他の材料からなる。また、誘電体１９は、比誘電率が１を超えるものであり、本例では比誘電率は１より十分大きく（例えば３に）なっている。
　第１および第２検知電極１１，１２は、誘電体１９による検知領域の範囲Ｌ内やその近傍に配置され、検知面１９ａ上に形成された検知領域の範囲Ｌに存して誘電体１９に近接あるいは接触する検知対象物を静電容量により検知可能に設けられている。ここでは、第１および第２検知電極１１，１２の電極面（図示せず）が誘電体１９の長手方向の一対の側面にてそれぞれ対向し、かつ検知面１９ａを間に挟むとともにこの検知面１９ａと直交する状態で誘電体１９と接続されて配置されている。
　一方、検出回路部２０は、ここでは、静電容量センサ部１０の各検知電極１１，１２からの検知信号に基づく静電容量値を検出し、検知領域の範囲Ｌにおける検知対象物の位置および検知対象物の検知面１９ａからの距離の少なくとも一つを判定して検出するものである。
　この検出回路部２０は、各検知電極１１，１２をセンサ電位にて駆動し、例えば静電容量センサ部１０の第１検知電極１１からの入力を静電容量検知回路２１またはセンサ電位とは異なる接地電位（あるいは所定の固定電位）に切り替える切替スイッチＳＷＡと、第２検知電極１２からの入力を同様に静電容量検知回路２２またはセンサ電位とは異なる接地電位（あるいは所定の固定電位）に切り替える切替スイッチＳＷＢとを備える。
　また、検出回路部２０は、これら切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢを介してそれぞれ電気的に接続され、各検知電極１１，１２からの検知信号に基づく静電容量値を検出する静電容量検知回路２１，２２と、これら静電容量検知回路２１，２２からのアナログ信号出力をそれぞれディジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器２３，２４と、これらＡ／Ｄ変換器２３，２４からのディジタル信号に基づいて静電容量値を比較演算し、上述したように検知対象物の位置や距離を判定して検出する演算処理回路２５とを備えて構成されている。
　なお、演算処理回路２５は、判定検出手段として機能し、本例では検出回路部２０内に備えられているが、この検出回路部２０とは別体に設けられていてもよい。また、演算処理回路２５は、位置検出装置１００全体の制御を司るとともに、例えば各切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢの切替動作を制御する。これら切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢの切替動作は、例えば人体の指の動く速さよりも十分に速く（例えば、１００ｍｓ以下の速さで）行われる。
　さらに、演算処理回路２５は、ここでは、情報出力手段としての機能を有し、判定して検出された検知対象物の位置や距離（すなわち、判定検出結果）に関する情報を、外部の表示装置（図示せず）にて表示可能な状態で出力したり、印刷可能な状態で出力したり、その他、利用可能な種々の形態に適用できるように出力する。また、各静電容量検知回路２１，２２の静電容量値の検出に関する動作等については、後述する。
　ここで、静電容量センサ部１０は、次のように構成されていてもよい。すなわち、図２（ａ）に示すように、静電容量センサ部１０は、誘電体１９の一対の側面にそれぞれ接続配置された第１および第２検知電極１１，１２の電極面とは反対側の裏面側に、それぞれ検知電極１１，１２に対して絶縁された上でセンサ電位で駆動され、各検知電極１１，１２の裏面側の検知をシールドする第１シールド電極１５を備えてもよい。
　このようにすれば、各検知電極１１，１２の裏面側に人体の指Ｆなどが近接しても、誘電体１９の検知面１９ａによる検知対象物の検知には影響を与えないようにすることが可能となる。
　また、図２（ｂ）に示すように、静電容量センサ部１０は、上述した第１シールド電極１５とともに、各検知電極１１，１２の電極面と同一平面上の周囲に、それぞれ検知電極１１，１２に対して絶縁された上でセンサ電位で駆動され、各検知電極１１，１２の周囲の検知をシールドする第２シールド電極１６を備えてもよい。
　このようにすれば、各検知電極１１，１２の裏面側のみならず、各検知電極１１，１２の電極面の周囲においても誘電体１９の検知面１９ａによる検知対象物の検知には影響を与えないように構成することが可能となる。
　なお、第１および第２シールド電極１５，１６をセンサ電位で駆動するためには、例えば各検知電極１１，１２に与えられるセンサ電位から高い入力インピーダンスで１倍のアンプ（バッファ）を通して生成したものを与えたり、各静電容量検知回路２１，２２が差動動作するタイプのものであれば、例えばオペアンプの非反転入力部分を第１および第２シールド電極１５，１６に接続したりすればよい。
　さらに、静電容量センサ部１０は、上述した第１および第２検知電極１１，１２の電極面が検知面１９ａに対してそれぞれ直交する状態で接続配置されるのみならず、例えば検知面１９ａ上の検知領域の範囲Ｌの方向に向けてそれぞれ鈍角となるように接続配置されていてもよい。このようにすれば、人体の指Ｆ（または掌）の接近を検出し易くなるからである。例えば、鈍角の角度が大きくなればなるほど、人体の指Ｆの接近を検出し易くなるため、後述する検知領域の範囲Ｌへの指Ｆの近接を検出する距離判定検出状態において、指Ｆの接近の感度を上げたいときは角度を１８０°に近くし、感度をあまり上げたくないときは角度を９０°もしくは９０°付近にすればよい。このようにして、鈍角の角度を変えることで人体の指Ｆの接近の感度を調整することができる。なお、第１および第２検知電極１１，１２のうちの少なくとも一の検知電極は、検知面１９ａに対して交差する方向に沿って配置されていてもよい。また、第１および第２検知電極１１，１２の電極面とは、検知領域の範囲Ｌの方向に向けられた面のことをいう。
　次に、このように構成された位置検出装置１００の動作について説明する。まず、演算処理回路２５の切替制御により、切替スイッチＳＷＡによって第１検知電極１１と静電容量検知回路２１とが接続され、切替スイッチＳＷＢによって第２検知電極１２が接地電位となった場合の動作（動作１）について説明する。
　この動作１の場合、位置検出装置１００の検出回路部２０内における各接続状態は図１に示すような状態となる。ここで、図３（ａ）に示すように、検知対象物（指）が誘電体１９の検知面１９ａ上に近接あるいは接触していない場合は、上述したように、各検知電極１１，１２の裏面側が第１シールド電極１５によってシールドされているため、第１検知電極１１から出る電気力線Ｐはそのほとんどが誘電体１９内へ入る。
　この誘電体１９は、上述したように比誘電率が１より十分大きく、例えば３程度で、周囲の空気よりも十分大きい誘電率に設定されているため、誘電体１９内の電気力線Ｐは検知領域の範囲Ｌにわたって大部分が外部へ漏れずに、接地電位となった第２検知電極１２に結合する。なお、このような条件で、例えばこの検知領域の範囲Ｌにおいて、第１検知電極１１の近傍位置をＸ方向の０（ゼロ）とすると、第２検知電極１２の近傍位置がＸ方向の最大位置（最大量）として検出することができる。
　そして、このような状態で同図（ｂ）～（ｄ）に示すように、指Ｆによって誘電体１９の検知面１９ａ上の任意の位置を接触すると、指Ｆ（人体）は接地（グランド：ＧＮＤ）と同等とみなせるため、電気力線Ｐのうちの少なくとも一部の電気力線Ｐ’は指Ｆにも結合することとなる。
　この場合、同図（ａ）のときの状態よりもこれら（ｂ）～（ｄ）の状態のときの方が、静電容量検知回路２１にて検出される静電容量値は大きくなる（すなわち、静電容量が増加する）。したがって、指Ｆが検知領域の範囲Ｌ内にて検知面１９ａに非近接あるいは非接触のとき（図３（ａ）のとき）を基準にすると、例えば検知面１９ａに接触したとき（図３（ｂ）～（ｄ））のときは基準よりも検出される静電容量値が大きくなるように設定されているといえる。
　まず、図３（ｂ）の場合は、指Ｆが第２検知電極１２に近い側の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ’の量が少なく、増加する静電容量も小さいため、検出される静電容量値は上記基準よりは大きいが小さいこととなる。このとき、指ＦのＸ方向の位置は、Ｘ＞Ｌ／２とみることができる。
　また、図３（ｃ）の場合は、指Ｆが第１および第２検知電極１１，１２の中間近傍の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ’の量は上記（ａ）の場合より多く、増加する静電容量も大きくなる。このため、検出される静電容量値は上記（ａ）の場合よりも大きくなり、このときの指ＦのＸ方向の位置は、検知領域の範囲Ｌのほぼ中間であるため、例えばＸ≒Ｌ／２とみることができる。
　そして、図３（ｄ）の場合は、指Ｆが第１検知電極１１に近い側の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ’の量は多く、増加する静電容量も大きいため、検出される静電容量値は最も大きいこととなる。このとき、指ＦのＸ方向の位置は、Ｘ＜Ｌ／２とみることができる。
　このように、図３に示した動作１の場合では、検知面１９ａに接触した指ＦのＸ方向の位置と検出された静電容量値との関係は、単調減少関数により関係づけられているため、演算処理回路２５は、この単調減少関数により動作１の場合の指Ｆの位置を判定し検出することができる。
　次に、演算処理回路２５の切替制御により、切替スイッチＳＷＡによって第１検知電極が接地電位となり、切替スイッチＳＷＢによって第２検知電極１２と静電容量検知回路２２とが接続された場合の動作（動作２）について説明する。この動作２の場合、位置検出装置１００の検出回路部２０内における各接続状態は図１に示したものと比べると、特に切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢの接続が逆となった状態となる。
　ここで、図４（ａ）に示すように、検知対象物（指）が誘電体１９の検知面１９ａ上に近接あるいは接触していない場合は、各検知電極１１，１２の裏面側が第１シールド電極１５によってシールドされているため、第２検知電極１２から出る電気力線Ｐはそのほとんどが誘電体１９内へ入る。
　この誘電体１９は、上記と同様に比誘電率が１より十分大きく設定されているため、誘電体１９内の電気力線Ｐは検知領域の範囲Ｌにわたって大部分が外部へ漏れずに、接地電位となった第１検知電極１１に結合する。なお、ここでも検知領域の範囲Ｌにおいて、第１検知電極１１の近傍位置をＸ方向の０（ゼロ）とし、第２検知電極１２の近傍位置をＸ方向の最大位置としておく。
　そして、このような状態で同図（ｂ）～（ｄ）に示すように、指Ｆによって誘電体１９の検知面１９ａ上の任意の位置を接触すると、上記と同様に電気力線Ｐのうちの少なくとも一部の電気力線Ｐ’は指Ｆにも結合し、この場合も同図（ａ）のときの状態よりもこれら（ｂ）～（ｄ）の状態のときの方が静電容量検知回路２２にて検出される静電容量値は大きくなる。
　まず、図４（ｂ）の場合は、指Ｆが第２検知電極１２に近い側の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ’の量は多く、増加する静電容量も大きいため、検出される静電容量値は最も大きいこととなる。このとき、指ＦのＸ方向の位置は、Ｘ＞Ｌ／２とみることができる。
　また、図４（ｃ）の場合は、指Ｆが第１および第２検知電極１１，１２の中間近傍の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ’の量は上記（ａ）の場合よりは多いが上記（ｂ）の場合よりは少なくなる。このため、検出される静電容量値は上記（ｂ）の場合よりも小さくなり、このときの指ＦのＸ方向の位置は、検知領域の範囲Ｌのほぼ中間であるため、例えばＸ≒Ｌ／２とみることができる。
　そして、図４（ｄ）の場合は、指Ｆが第１検知電極１１に近い側の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ’の量は上記（ａ）の場合よりは多いが上記（ｃ）の場合よりもさらに少なくなる。このため、検出される静電容量値は上記（ｃ）の場合よりも小さくなり、このときの指ＦのＸ方向の位置は、Ｘ＜Ｌ／２とみることができる。
　このように、図４に示した動作２の場合では、検知面１９ａに接触した指ＦのＸ方向の位置と検出された静電容量値との関係は、単調増加関数により関係づけられているため、演算処理回路２５は、この単調増加関数により動作２の場合の指Ｆの位置を判定し検出することができる。
　そして、より具体的には、演算処理回路２５は、動作１の場合の検出値をＣ１（ｘ）とし、動作２の場合の検出値をＣ２（ｘ）とすると、これらを比較演算することによって指Ｆの検知面１９ａ上の検知領域の範囲Ｌにおける位置を正確に判定し検出することができる。この場合、指Ｆの位置は、例えばＣ１（ｘ）とＣ２（ｘ）との比として、Ｃ１（ｘ）／Ｃ２（ｘ）の関数や、Ｃ１（ｘ）／（Ｃ１（ｘ）＋Ｃ２（ｘ））の関数で表わすことができる。
　図５は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の全体構成の他の例を示す説明図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略することがあるとし、本発明に特に関係しない部分については明記しないことがあるとする。
　図５に示すように、この例の位置検出装置１００は、上述したように静電容量センサ部と検出回路部とから構成されている点は先の例と同様であるが、検出回路部２０Ａの構成が異なっている点が先の例の検出回路部２０と相違している。
　すなわち、この検出回路部２０Ａは、第１および第２検知電極１１，１２とそれぞれ接続される複数の切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢと、一つの演算処理回路２８を備える点は同様であるが、これら切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢの接続先が一つの静電容量検知回路２６であり、その先に一つのＡ／Ｄ変換器２７が接続されている点が相違している。
　この場合、切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢの静電容量検知回路２６との接続、および接地電位との接続の切り替えは、演算処理回路２８からの切替制御により所定時間ごとに交互に行われ（すなわち、各検知電極１１，１２が同時に静電容量検知回路２６に接続されないように行われ）、上述したような動作１のときの検出値Ｃ１（ｘ）および動作２のときの検出値Ｃ２（ｘ）を得て、指Ｆの検知面１９ａ上の検知領域の範囲Ｌにおける位置を正確に判定し検出することができる。
　そして、この構成によれば、検出回路部２０と比べて静電容量検知回路およびＡ／Ｄ変換器の数を少なく構成することができるので、さらに安価に指Ｆの位置検出を正確かつ確実に行うことができる。
　図６は、本発明の第２実施形態に係る位置検出装置の全体構成の一部の例を示す説明図である。図６に示すように、この例の位置検出装置１００Ａは、第１実施形態に係る位置検出装置１００と同様に、静電容量センサ部と検出回路部（一部のみ図示）とから構成されている点は同じであるが、静電容量センサ部１０Ａおよび検出回路部２０Ｂの構成が異なっており、指Ｆの位置をＸ方向のみならずＹ方向でも判定し検出して、二次元的に位置検出ができるようになっている点が第１実施形態と相違している。
　すなわち、静電容量センサ部１０Ａは、誘電体１９Ａが平板状に形成されて、主面である検知面１９ａを囲む４つの側面にそれぞれ第１検知電極１１、第２検知電極１２、第３検知電極１３および第４検知電極１４が接続配置された構成からなる。そして、検知回路部２０Ｂは、これらの検知電極１１～１４とそれぞれ接続された切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣ，ＳＷＤを備え、これらは一つの静電容量検知回路２９に接続されている。なお、デザイン性などを考えて、第１検知電極１１～第４検知電極１４は、誘電体１９の各側面の内部に配置されていてもよい。
　このように構成された位置検出装置１００Ａでは、例えば次のような動作が行われる。まず、図示しない演算処理回路によって、検知面１９ａ上に形成された矩形状の検知領域の範囲における原点（ｘ０，ｙ０）を設定し、検知面１９ａ上の検知領域に範囲において指Ｆが近接あるいは接触した場合に、各切替スイッチＳＷＡ～ＳＷＤの切り替えを同時に制御することをこの場合であれば少なくとも４回行って、各検出値を得る。
　すなわち、動作Ａとして、例えば切替スイッチＳＷＡが第１検知電極１１と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＢ，ＳＷＣ，ＳＷＤは、第２検知電極１２～第４検知電極１４を接地電位（あるいは所定の固定電位、以下同じ。）との接続に切り替える。このときの第１検知電極１１からの静電容量に基づき静電容量検知回路２９にて検出された静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ１（ｘ，ｙ）として記憶される。
　次に、動作Ｂとして、例えば切替スイッチＳＷＢが第２検知電極と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＣ，ＳＷＤは、第１検知電極、第３検知電極１３および第４検知電極１４を接地電位との接続に切り替える。このときの第２検知電極１２からの静電容量に基づき静電容量検知回路２９にて検出された静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ２（ｘ，ｙ）として記憶される。
　さらに、動作Ｃとして、例えば切替スイッチＳＷＣが第３検知電極１３と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＤは、第１検知電極１１、第２検知電極１２および第４検知電極１４を接地電位との接続に切り替える。このときの第３検知電極１３からの静電容量に基づき静電容量検知回路２９にて検出された静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ３（ｘ，ｙ）として記憶される。
　最後に、動作Ｄとして、例えば切替スイッチＳＷＤが第４検知電極１４と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＡ～ＳＷＣは、第１検知電極１１～第３検知電極１３を接地電位との接続に切り替える。このときの第４検知電極１４からの静電容量に基づき静電容量検知回路２９にて検出された静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ４（ｘ、ｙ）として記憶される。
　そして、演算処理回路にて、これらの検出値Ｃ１～Ｃ４を比較演算することによって、検知面１９ａ上の検知領域の範囲における指ＦのＸ方向およびＹ方向の二次元的な位置を判定し検出する。このように、第２実施形態に係る位置検出装置１００Ａによれば、指Ｆの検知面１９ａ上の検知領域の範囲における位置を二次元的に正確に判定し検出することができる。
　なお、上述した第１および第２実施形態に係る位置検出装置１００，１００Ａおいては、検知領域の範囲における指Ｆの位置の判定を行う位置判定検出状態について説明したが、これら位置検出装置１００，１００Ａでは、検知領域の範囲における近接する指Ｆの検知面１９ａからの距離の判定を行う距離判定検出状態をも実施することができる。
　すなわち、位置検出装置１００，１００Ａは、距離判定検出状態のときは、演算処理回路２５等の切替制御によって、検出回路部２０，２０Ａ，２０Ｂのすべての切替スイッチＳＷＡ等を静電容量センサ部１０，１０Ａのすべての検知電極１１等がすべての静電容量検知回路２１等に接続されるようにして、これらすべての検知電極１１等で検知された誘電体１９，１９Ａを介して検知電極１１等と結合した指Ｆとの静電容量に基づく静電容量値を利用して演算処理回路２５等で比較演算し、検知面１９ａからの指Ｆ（検知対象物）の距離を算出する。この距離に関する静電容量を用いた算出方法については公知技術であるため、ここでは説明を省略する。
　そして、上記位置判定検出状態と距離判定検出状態とを、例えば所定時間ごとに切り替えて行えば、検知領域の範囲における検知対象物の位置と検知面からの距離を一つの位置検出装置にて複合的に検出することが可能となる。次に、距離判定検出状態の別の距離の判別方法を説明する。図１または図５の形態では検出される静電容量はＣ１（あるいはＣ２）、またはこれらの和Ｃ１＋Ｃ２で評価するが、これは誘電体１９のＸ方向の位置と誘電体１９までの距離の両方に依存する。このとき、は、Ｃ１／Ｃ２やＣ１／（Ｃ１＋Ｃ２）などは誘電体１９までの距離にほぼ依存せず、Ｘのみに依存するので、先にＣ１／Ｃ２やＣ１／（Ｃ１＋Ｃ２）を算出してＸを求めておいてから、そのＸに対応した距離を求めればよい。
　図７は、本発明の第３実施形態に係る位置検出装置の全体構成の例を示す説明図、図８は同位置検出装置の位置判定検出動作を説明するための説明図である。第３実施形態に係る位置検出装置１００Ｂの検出回路部２０は、例えば各検知電極１１，１２をセンサ電位にて駆動し、各検知電極１１，１２からの検知信号に基づく静電容量値を検出する静電容量検知回路２１，２２と、これら静電容量検知回路２１，２２からのアナログ信号出力をそれぞれディジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器２３，２４と、これらＡ／Ｄ変換器２３，２４からのディジタル信号に基づいて静電容量値を演算し、上述したように検知対象物の位置や距離を判定して検出する演算処理回路２５とを備えて構成されている。
　なお、演算処理回路２５は、判定検出手段として機能し、本例では検出回路部２０内に備えられているが、この検出回路部２０とは別体に設けられていてもよく、例えば各静電容量検知回路２１，２２を周期的に同期させて動作させる。すなわち、演算処理回路２５は、各静電容量検知回路２１，２２の動作を制御して、各検知電極１１，１２にセンサ電位を与え、静電容量を測定したらリセットすることを繰り返し行って得られた静電容量値を平均化することで測定精度（検知精度）を向上させる。
　このように、演算処理回路２５は、各静電容量検知回路２１，２２の動作を制御するとともに位置検出装置１００Ｂ全体の制御を司る。そして、演算処理回路２５は、具体的には、検知対象物の位置を上述した比較演算により判定し検出するとともに、各静電容量検知回路２１，２２からの静電容量値の和を求めることにより、検知対象物の検知面１９ａからの距離を判定し検出する。
　次に、このように構成された位置検出装置１００Ｂの位置判定検出の動作について説明する。まず、上述した人体の指Ｆが検知領域の範囲Ｌの近傍にない場合の動作について説明する。この場合、図８（ａ）に示すように、各検知電極１１，１２の裏面側が第１シールド電極１５によってシールドされ、各検知電極１１，１２は同期しているため、各検知電極１１，１２は周囲のグランド（ＧＮＤ：接地）と弱く結合しているのみであり、誘電体１９の長手方向両端は同電位となる。このため、第１および第２検知電極１１，１２から出る電気力線Ｐ１，Ｐ２は外部に出てしまい誘電体１９内にほとんどない状態となる。
　次に、指Ｆが検知領域の範囲Ｌ内にある場合の動作は、図８（ｂ）～（ｄ）に示すようになる。すなわち、人体の指Ｆが誘電体１９の検知面１９ａ上の任意の位置に接触すると、指Ｆはグランドと同等とみなせるため、各電気力線Ｐ１，Ｐ２それぞれのうちの少なくとも一部の電気力線Ｐ１’，Ｐ２’は指Ｆに結合し、図８（ａ）に示す状態よりも各静電容量検知回路２１，２２で検出される静電容量値は大きくなる（すなわち、静電容量が増加する）。
　したがって、指Ｆが検知領域の範囲Ｌ内にて検知面１９ａに非近接あるいは非接触のとき（図８（ａ）のとき）を基準にすると、例えば指Ｆが検知面１９ａに接触したとき（図８（ｂ）～（ｄ）のとき）は、前提として基準よりも検出される静電容量値が大きくなる。
　まず、図８（ｂ）の場合は、指Ｆが第２検知電極１２に近い側の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ１’よりも電気力線Ｐ２’の量が多く、静電容量検知回路２２で検出される静電容量値が大きいこととなる。このとき、例えば検知領域の範囲Ｌにおいて、第１検知電極１１の近傍位置をＸ方向の０（ゼロ）とすると、第２検知電極１２の近傍位置がＸ方向の最大位置（最大量）として検出することができるので、指ＦのＸ方向の位置は、Ｘ＞Ｌ／２とみることができる。
　また、図８（ｃ）の場合は、指Ｆが第１および第２検知電極１１，１２の中間近傍の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ１’，Ｐ２’の量は上記（ａ）の場合より多くなるとともに、各静電容量検知回路２１，２２にて検出される静電容量値はほぼ同等となる。このため、指ＦのＸ方向の位置は、検知領域の範囲Ｌのほぼ中間であるとして、例えばＸ≒Ｌ／２とみなせる。
　そして、図８（ｄ）の場合は、指Ｆが第１検知電極１１に近い側の検知面１９ａ上に接触しているため、結合する電気力線Ｐ２’よりも電気力線Ｐ１’の量が多く、静電容量検知回路２１で検出される静電容量値が大きいこととなる。このとき、指ＦのＸ方向の位置は、Ｘ＜Ｌ／２とみることができる。
　このように、図８に示した動作においては、検知面１９ａに接触した指ＦのＸ方向の位置と検出された静電容量値との関係は、単調増加関数により関係づけられているため、演算処理回路２５は、この単調増加関数により指Ｆの位置を判定し検出することができる。例えば、図８に示した場合の静電容量検知回路２１での検出値（指Ｆが検知領域の範囲Ｌの近傍にないときからの静電容量の増加量）をＣ１（ｘ）とし、静電容量検知回路２２での同じく検出値をＣ２（ｘ）とすると、指Ｆの検知面１９ａ上での位置は、演算処理回路２５にてＣ１（ｘ）とＣ２（ｘ）を比較演算することで求めることができる。このときの関数式は、例えばＣ１（ｘ）／Ｃ２（ｘ）やＣ１（ｘ）／｛Ｃ１（ｘ）＋Ｃ２（ｘ）｝と表わすことができる。
　なお、距離判定検出の動作にて検知領域の範囲Ｌ内において検知面１９ａに非接触状態にある指Ｆの検知面１９ａからの距離は、演算処理回路２５にて上記検出値Ｃ１（ｘ）とＣ２（ｘ）の和を求めれば、判定して検出することができる。
　図９は、本発明の第４実施形態に係る位置検出装置の全体構成の例を示す説明図である。図９に示すように、第４実施形態に係る位置検出装置１００Ｃは、上述したように静電容量センサ部と検出回路部とから構成されている点は先の例と同様であるが、検出回路部２０Ａの構成および静電容量センサ部１０の動作が異なっている点が先の例の検出回路部２０と相違している。
　すなわち、この検出回路部２０Ａは、第１および第２検知電極１１，１２とそれぞれ接続される複数の切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢと、一つの静電容量検知回路２６およびＡ／Ｄ変換器２７と、静電容量検知回路２６と同電位のダミー検出回路２８とを備える点が相違している。
　この場合、切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢにおける静電容量検知回路２６との接続、およびダミー検出回路２８との接続の切り替えは、例えば演算処理回路２５からの切替制御により所定時間ごとに交互に行われる（すなわち、各検知電極１１，１２がそれぞれ異時的に静電容量検知回路２６およびダミー検出回路２８に接続されるように行われる）。
　具体的には、例えば切替スイッチＳＷＡにより検知電極１１が静電容量検知回路２６と接続されるとともに、切替スイッチＳＷＢにより検知電極１２がダミー検出回路２８と接続されているときに得られた検出値Ｃ１（ｘ）と、切替スイッチＳＷＡにより検知電極１１がダミー検出回路２８と接続されるとともに、切替スイッチＳＷＢにより検知電極１２が静電容量検知回路２６と接続されているときに得られた検出値Ｃ２（ｘ）とに基づいて、演算処理回路２５が上述したような処理を行えば、指Ｆの検知面１９ａ上の検知領域の範囲Ｌにおける位置を判定し検出することができる。
　また、演算処理回路２５の切替制御により、例えば各切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢにてそれぞれ各検知電極１１，１２が静電容量検知回路２６と接続されるようにすれば、指Ｆが検知領域の範囲Ｌ内において近接してくると誘電体１９を介して各検知電極１１，１２と静電容量結合を起こすので、このときの静電容量値（検出値）に基づき指Ｆの検知面１９ａからの距離を判定し検出することもできる。
　そして、この第４実施形態の構成によれば、上述した第３実施形態の検出回路部２０と比べて静電容量検知回路およびＡ／Ｄ変換器の数を少なくすることができるので、さらに安価に指Ｆの位置判定検出や距離判定検出を正確かつ確実に行うことができる。
　図１０は、本発明の第５実施形態に係る位置検出装置の全体構成の一部の例を示す説明図である。図１０に示すように、第５実施形態の位置検出装置１００Ｄは、第３実施形態および第４実施形態に係る静電容量センサ部と検出回路部（一部のみ図示）とから構成されている点は同様であるが、静電容量センサ部１０Ａおよび検出回路部２０Ｂの構成がそれぞれ異なっており、指Ｆの位置を上述したＸ方向のみならずこのＸ方向と交差するＹ方向においても判定して検出し、二次元的に位置判定検出および距離判定検出ができるようになっている点が、第１および第２実施形態とは相違している。
　すなわち、静電容量センサ部１０Ａは、誘電体１９Ａが平板状に形成されて、主面である検知面１９ａを囲む４つの側面にそれぞれ第１検知電極１１、第２検知電極１２、第３検知電極１３および第４検知電極１４が接続配置された構成からなる。そして、検知回路部２０Ｂは、これらの検知電極１１～１４とそれぞれ接続された切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣ，ＳＷＤを備え、これらは一つの静電容量検知回路２９およびダミー検出回路２８に接続されている。なお、デザイン性などを考慮して、第１検知電極１１～第４検知電極１４は、誘電体１９の各側面の内部に配置されていてもよい。
　このように構成された位置検出装置１００Ｄでは、例えば次のような動作が行われる。まず、図示しない演算処理回路によって、検知面１９ａ上に形成された矩形状の検知領域の範囲における原点（ｘ０，ｙ０）を設定し、検知面１９ａ上の検知領域の範囲において指Ｆ（図示せず）が接触した場合に、各切替スイッチＳＷＡ～ＳＷＤの切り替えを同時に制御することを、この場合であれば少なくとも４回行って各検出値を得る。
　すなわち、例えば動作１として、切替スイッチＳＷＡが第１検知電極１１と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＢ，ＳＷＣ，ＳＷＤは、第２検知電極１２～第４検知電極１４をダミー検出回路２８との接続に切り替える。このときの第１検知電極１１からの静電容量に基づき静電容量検知回路２９にて検出された静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ１（ｘ，ｙ）として記憶される。
　次に、動作２として、切替スイッチＳＷＢが第２検知電極１２と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＣ，ＳＷＤは、第１検知電極１１、第３検知電極１３および第４検知電極１４をダミー検出回路２８との接続に切り替える。このときの第２検知電極１２からの静電容量に基づく静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ２（ｘ，ｙ）として記憶される。
　さらに、動作３として、切替スイッチＳＷＣが第３検知電極１３と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＤは、第１検知電極１１、第２検知電極１２および第４検知電極１４をダミー検出回路２８との接続に切り替える。このときの第３検知電極１３からの静電容量に基づく静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ３（ｘ，ｙ）として記憶される。
　最後に、動作４として、切替スイッチＳＷＤが第４検知電極１４と静電容量検知回路２９とを接続するように切り替えられた場合は、他の切替スイッチＳＷＡ～ＳＷＣは、第１検知電極１１～第３検知電極１３をダミー検出回路２８との接続に切り替える。このときの第４検知電極１４からの静電容量に基づく静電容量値は、演算処理回路にて検出値Ｃ４（ｘ，ｙ）として記憶される。
　そして、演算処理回路にて、これらの検出値Ｃ１～Ｃ４を比較演算することによって、検知面１９ａ上の検知領域の範囲における指ＦのＸ方向およびＹ方向の二次元的な位置を判定し検出する。このように、第５実施形態に係る位置検出装置１００Ｄによれば、指Ｆの検知面１９ａ上の検知領域の範囲における位置を二次元的に正確に判定して検出することができる。
　なお、この第５実施形態に係る位置検出装置１００Ｄにおいても、検知領域の範囲における指Ｆの検知面１９ａからの距離判定検出を行うことができる。すなわち、位置検出装置１００Ｄは、距離判定検出のときは、演算処理回路の切替制御によって、検出回路部２０Ｂのすべての切替スイッチＳＷＡ～ＳＷＤを静電容量センサ部１０Ａのすべての検知電極１１～１４が静電容量検知回路２９と接続されるようにして、これらすべての検知電極１１～１４で検知された誘電体１９Ａを介して各検知電極１１～１４と結合した指Ｆとの静電容量に基づく静電容量値を利用して演算処理回路で演算を行い、検知面１９ａからの指Ｆ（検知対象物）の距離を算出する。この距離の算出方法については公知技術であるため、ここでは説明を省略する。
　そして、上述した実施形態では、位置判定検出と距離判定検出を、例えば所定時間ごとに切り替えて行えば、検知領域の範囲における検知対象物の位置と検知面からの距離を一つの位置検出装置にて複合的に検出することが可能となる。なお、距離判定検出においては、検出される静電容量値（検出値）で評価するが、これは誘電体のＸ方向等の位置と誘電体までの距離の両方に依存する。このとき、Ｃ１／Ｃ２やＣ１／（Ｃ１＋Ｃ２）などは誘電体までの距離にほぼ依存せず、Ｘ等のみに依存するので、先に演算によりＸ等を求めておいてからそのＸ等に対応した距離を求めてやればよい。
　このように、本発明に係る位置検出装置によれば、検知電極の数が少なく検出回路部の構成が簡素であるため、簡単な構造で安価に検知領域の範囲に近接等する検知対象物の位置や距離を確実に検出することができる。また、誘電体を透明あるいは半透明性の材料にて構成したり、検知電極の配置スペースがほぼ不要となるため（誘電体に接続あるいは内蔵配置されているため）、位置検出装置の設計自由度を向上させることができる。
　図１１は、静電容量検知回路の内部構成の例を示すブロック図、図１２は同静電容量検知回路の動作波形の例を示す動作波形図である。図１１に示すように、静電容量検知回路２１（２２，２６，２９、以下同じ。）は、ここでは第１検知電極１１等によって検知された静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換する、いわゆるＣ－Ｖ変換型回路からなる。
　この静電容量検知回路２１は、例えば図１１に示すように、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路１０１と、入力端に接続された静電容量Ｃの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐｏを出力するタイマー回路１０２と、このパルス信号を平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３とを備えて構成されている。
　タイマー回路１０２は、例えば２つの比較器２０１，２０２と、これら２つの比較器２０１，２０２の出力がそれぞれリセット端子Ｒおよびセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ回路（以下、「ＲＳ－ＦＦ」と呼ぶ。）２０３と、このＲＳ－ＦＦ２０３の出力ＤＩＳをＬＰＦ１０３に出力するバッファ２０４と、ＲＳ－ＦＦ２０３の出力ＤＩＳでオン／オフ制御させるトランジスタ２０５とを備えて構成されている。
　比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図１２に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖｔｈ２と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ－ＦＦ２０３のＱ出力をセットする。
　このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ２０５をオフ状態にし、各検知電極１１等および接地（グランド）の間を、各検知電極１１等の対接地静電容量Ｃおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Ｖｉｎの電位が静電容量Ｃによって決まる速度で上昇する。
　入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器２０１の出力が反転してＲＳ－ＦＦ２０３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２０５がオン状態となって、例えば検知電極１１に蓄積された電荷がこのトランジスタ２０５を介して放電される。
　したがって、このタイマー回路１０２は、図１２に示すように、検知電極１１等との間の静電容量Ｃに基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐｏを出力する。ＬＰＦ１０３は、この出力を平滑化することにより、図１２に示すような直流の検知信号Ｖｏｕｔを出力する。
　こうして、静電容量検知回路２１から出力された検知信号Ｖｏｕｔは、上述したようにＡ／Ｄ変換器２３等にてディジタル信号に変換される。なお、図１２中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。
　なお、上述した位置検出装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおいて、検出回路部２０，２０Ａ，２０Ｂの構成として、静電容量検知回路２１等がＣ－Ｖ変換型にて抵抗とコンデンサにより出力パルスのデューティー比が変化する周知のタイマーＩＣを利用するものを説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、ＣＲ直列回路の充電時間を測定する方式の他に、静電容量検知回路２１等では、次のようなものが知られている。
　例えば、正弦波を印加して静電容量値による電圧変化あるいは電流値から直接インピーダンスを測定する方式、測定する静電容量を含めて発振回路を構成して発振周波数を測定する方式、ＲＣ充放電回路を構成して充放電時間を測定する方式、既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方式、または未知の容量に既知電圧で充電し、その電荷を既知容量に移動させることを複数回行い、既知容量が所定電圧に充電されるまでの回数を測定する方式などがある。そして、検出した静電容量値にしきい値を設け、または静電容量の信号波形を解析して該当する静電容量波形になったときにトリガとするなどの処理を行ってスイッチとして機能させてもよい。
　また、検知回路部２０，２０Ａ，２０Ｂの静電容量検知回路２１等が静電容量を電圧に変換することを前提としたが、電気的にあるいはソフトウェアとして扱いやすいデータに変換できればよく、例えば静電容量をパルス幅に変換したり直接ディジタル値に変換したりしてもよい。
　さらに、上述した位置検出装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、第１検知電極１１や第２検知電極１２等を誘電体１９等に配置して、検出値Ｃ１と検出値Ｃ２とを比較等して検知対象物を判定し検出するものを例に挙げて説明したが、例えば次のようなものであってもよい。
　図１３は、静電容量検知回路の内部構成の他の例を示すブロック図である。図１３に示すように、この例の静電容量検知回路２１（２２，２６，２９、以下同じ。）には、差動増幅回路２１ａが含まれて差動動作するものとして構成されている。この静電容量検知回路２１では、上述したような既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方式が採用される。なお、検知電極は第１および第２検知電極１１，１２を例に挙げて説明する。
　具体的には、図１３に示すように、例えば差動増幅回路２１ａのマイナス側入力端に第１検知電極１１を接続し、プラス側入力端に第２検知電極１２を接続して、静電容量Ｃ２の値から静電容量Ｃ１の値を減算し、その出力値をコンパレータなどでしきい値と比較して検知対象物を判定し検出するようにしたものである。
　このような静電容量検知回路２１の動作としては、例えばスイッチＳ１がオープン（ＯＦＦ）で、スイッチＳ２が接地（ＧＮＤ）され、スイッチＳ３がクローズ（ＯＮ）となっているときに、スイッチＳ３をオープン（ＯＦＦ）にし、スイッチＳ２をＶｒに切り替え、スイッチＳ１をオペアンプの反転入力に接続すると、静電容量Ｃ２とＣｆにＣ２Ｖｒが充電され、静電容量Ｃ１とＣｆにＣ１Ｖｒが充電される。
　次に、スイッチＳ１をオープン（ＯＦＦ）およびスイッチＳ２を接地（ＧＮＤ）した後に、スイッチＳ１を接地（ＧＮＤ）したときの出力電圧Ｖを測定する。このときの電圧は、Ｖ／Ｖｒ＝｛（Ｃｆ＋Ｃ１）／Ｃｆ｝－｛（Ｃｆ＋Ｃ２）／Ｃｆ｝となり、静電容量Ｃ２と静電容量Ｃ１の割合に応じた電圧が出力される。
　このように、静電容量検知回路２１を差動動作する構成とすることにより、回路の温度特性を相殺したりコモンモードノイズを低減したりすることができる。なお、検知対象物が人体である場合、この人体を検出する検知電極として利用するのは、第１および第２検知電極１１，１２のうちの一方とし、他方は検知電極の検知領域の範囲側（すなわち、検知面１９ａ側）にシールド電極（図示せず）を配置することで、人体との感度をなくし、人体との静電容量の結合が一方の検知電極のみになるように構成すればよい。
　また、上述した切替スイッチＳＷＡ等は、電気的な接続を切り替えられる構造であればよく、例えばＦＥＴやフォトＭＯＳリレーなどの電子回路スイッチでも、接点切替器などの機械的なスイッチでも採用することができる。また、誘電体１９，１９Ａの形状は、角柱状、平板状のみならず、円柱状でもよく、三角柱状や五角柱状に形成されたり、三角形や多角形、円、楕円などの形状であってもよい。さらに、誘電体１９，１９Ａの断面形状は平行な矩形辺で構成されていることなく、傾いた辺や曲面により構成されていてもよく、この場合はあらかじめ形状ごとのプロファイルをとって位置検出や位置判定検出等の動作の設定に反映しておけばよい。
　また、検知電極の数を２つあるいは４つとして説明したが、例えば３つや５つなどの異なる数によっても上述した位置検出動作を実現することができる。さらに、誘電体１９，１９Ａは、アクリルやガラスなどの透明性あるいは半透明性材料により構成してもよく、この場合は検知電極１１等により構成される検知領域の範囲が外部から視認し難い構成とすることができるため、デザイン性や設計自由度において有利である。
本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の全体構成の例を示す説明図である。 同位置検出装置の一部の他の構成例を示す斜視図である 同位置検出装置の位置検出動作を説明するための説明図である。 同位置検出装置の位置検出動作を説明するための説明図である。 同位置検出装置の全体構成の他の例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る位置検出装置の全体構成の一部の例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る位置検出装置の全体構成の例を示す説明図である。 同位置検出装置の位置判定検出動作を説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態に係る位置検出装置の全体構成の例を示す説明図である。 本発明の第５実施形態に係る位置検出装置の全体構成の一部の例を示す説明図である。 静電容量検知回路の内部構成の例を示すブロック図である。 同静電容量検知回路の動作波形の例を示す動作波形図である。 静電容量検知回路の内部構成の他の例を示すブロック図である。 従来の静電容量型センサの一部の構成例を示す説明図である。
　１０，１０Ａ…静電容量センサ部、１１…第１検知電極、１２…第２検知電極、１３…第３検知電極、１４…第４検知電極、１５…第１シールド電極、１６…第２シールド電極、１９，１９Ａ…誘電体、１９ａ…検知面、２０，２０Ａ，２０Ｂ…検出回路部、２１，２２，２６，２９…静電容量検知回路、２３，２４，２７…Ａ／Ｄ変換器、２５，２８…演算処理回路、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ…位置検出装置、ＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣ，ＳＷＤ…切替スイッチ。

Claims (26)

  1. 　検知領域の範囲を画定する検知面を有する誘電体と、
    　前記誘電体の端部近傍に設けられ、検知対象物との間の静電容量を検知する複数の検知電極と、
    　前記複数の検知電極からの検知信号に基づく静電容量値を検出する検出回路と、
    　前記複数の検知電極のそれぞれを、前記検出回路との接続、または接地電位あるいは所定の固定電位との接続に切り替え可能な複数の切替スイッチと、
    　前記検出回路からの検出結果に基づいて、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する判定検出手段と
    を備えたことを特徴とする位置検出装置。
  2. 　前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検出回路に接続させるとともに、他の検知電極を前記接地電位あるいは前記固定電位に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の比較結果に基づいて、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面上の位置を判定して検出することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
  3. 　前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のそれぞれを前記検出回路と接続したときの、前記検出回路からの出力に基づき、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出することを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
  4. 　前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検知電極に接続させるとともに、他の検知電極を前記接地電位あるいは前記固定電位に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の和に基づいて、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出することを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
  5. 　前記複数の切替スイッチの切替状態を所定時間ごとに制御して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離それぞれを判定して検出することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の位置検出装置。
  6. 　前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して一対一に接続され、各検知電極により検知された静電容量を示す情報を出力する複数の静電容量検知回路と、各静電容量検知回路の同期をとる同期手段とを備え、
    　前記判定検出手段は、前記複数の静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなることを特徴とする請求項１、２、４及び５のいずれか１項記載の位置検出装置。
  7. 　前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して接続され、各切替スイッチの切替制御により各検知電極にてそれぞれ異時的に検知された静電容量を示す情報を出力する静電容量検知回路を備え、
    　前記判定検出手段は、前記静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の位置検出装置。
  8. 　検知領域の範囲を画定する検知面を有する誘電体と、
    　前記誘電体の端部近傍に設けられ、検知対象物との間の静電容量を検知する複数の検知電極と、
    　前記検知電極からの検知信号に基づく静電容量値を検出する検出回路と、
    　前記検出回路に接続された検知電極と同電位を他の検知電極に与えるダミー検出回路と、
    　前記複数の検知電極のそれぞれを、前記検出回路との接続、またはダミー検出回路との接続に切り替え可能な複数の切替スイッチと、
    　前記検出回路からの検出結果に基づいて、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する判定検出手段と
    を備えたことを特徴とする位置検出装置。
  9. 　前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検出回路に接続させるとともに、他の検知電極を前記ダミー検出回路に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の比較結果に基づいて、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面上の位置を判定して検出することを特徴とする請求項８記載の位置検出装置。
  10. 　前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のそれぞれを前記検出回路と接続したときの、前記検出回路からの出力に基づき、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出することを特徴とする請求項８または９記載の位置検出装置。
  11. 　前記複数の切替スイッチの各切り替えにより、前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極を前記検知電極に接続させるとともに、他の検知電極を前記ダミー検出回路に接続させて、前記検出回路に接続される検知電極を順次切り替えたときの、前記検出回路からの各出力の和に基づいて、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出することを特徴とする請求項８または９記載の位置検出装置。
  12. 　前記複数の切替スイッチの切替状態を所定時間ごとに制御して、前記検知対象物の前記検知面上の位置および前記検知面からの距離それぞれを判定して検出することを特徴とする請求項８～１１のいずれか１項記載の位置検出装置。
  13. 　前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して一対一に接続され、各検知電極により検知された静電容量を示す情報を出力する複数の静電容量検知回路と、各静電容量検知回路の同期をとる同期手段とを備え、
    　前記判定検出手段は、前記複数の静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなることを特徴とする請求項８、９、１１及び１２のいずれか１項記載の位置検出装置。
  14. 　前記検出回路は、前記複数の検知電極とそれぞれ前記複数の切替スイッチを介して接続され、各切替スイッチの切替制御により各検知電極にてそれぞれ異時的に検知された静電容量を示す情報を出力する静電容量検知回路を備え、
    　前記判定検出手段は、前記静電容量検知回路からの前記情報に基づく静電容量値を比較演算して、前記検知対象物の検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する演算処理回路からなることを特徴とする請求項８～１２のいずれか１項記載の位置検出装置。
  15. 　検知領域の範囲を画定する検知面を有する誘導体と、
    　前記誘電体の端部近傍に設けられ、検知対象物との間の静電容量を検知する複数の検知電極と、
    　前記複数の検知電極それぞれからの検知信号に基づく静電容量値を検出するとともに、周期的に同期される複数の検出回路と、
    　前記複数の検出回路からの出力に基づいて、前記検知対象物の検知面上の位置および前記検知面からの距離の少なくとも一つを判定して検出する判定検出手段と
    を備えたことを特徴とする位置検出装置。
  16. 　前記複数の検出回路からの各出力の比較結果に基づいて、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面上の位置を判定して検出することを特徴とする請求項１５記載の位置検出装置。
  17. 　前記複数の検出回路からの各出力の和に基づいて、
    　前記判定検出手段は、前記検知対象物の前記検知面からの距離を判定して検出することを特徴とする請求項１５または１６記載の位置検出装置。
  18. 　前記複数の検知電極のうち、少なくとも一の検知電極は、前記検知面に対して交差する方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１～１７のいずれか１項記載の位置検出装置。
  19. 　前記複数の検知電極は、前記検知領域の範囲を形成する前記検知面を間に挟むようにその電極面がそれぞれ対向する状態で配置されていることを特徴とする請求項１～１８のいずれか１項記載の位置検出装置。
  20. 　前記誘電体は、透明または半透明材料からなり、円柱状、角柱状または平板状に形成されていることを特徴とする請求項１～１９のいずれか１項記載の位置検出装置。
  21. 　前記複数の検知電極は２つであり、前記誘電体の一対の側面にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１８～２０のいずれか１項記載の位置検出装置。
  22. 　前記複数の検知電極は４つであり、前記誘電体の一の周方向の側面にそれぞれ接続配置されていることを特徴とする請求項１８～２０のいずれか１項記載の位置検出装置。
  23. 　前記複数の検知電極は、前記検知面に対してそれぞれの電極面が直交するように配置されていることを特徴とする請求項２１または２２記載の位置検出装置。
  24. 　前記複数の検知電極は、前記検知面に対してそれぞれの電極面が前記検知領域の範囲の方向に向けて鈍角となるように配置されていることを特徴とする請求項２１または２２記載の位置検出装置。
  25. 　前記複数の検知電極の電極面とは反対側の裏面側に、それぞれ検知電極に対して絶縁された上でセンサ電位で駆動され、前記複数の検知電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極を備えたことを特徴とする請求項１～２４のいずれか１項記載の位置検出装置。
  26. 　前記複数の検知電極の電極面と同一平面上の周囲に、それぞれ検知電極に対して絶縁された上でセンサ電位で駆動され、前記複数の検知電極の周囲の検知をシールドするシールド電極を備えたことを特徴とする請求項１～２５のいずれか１項記載の位置検出装置。
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