平面入力装置
【課題】 ノイズ、温度、湿度などの環境変化の影響を受けることなく、座標位置や加重の大きさを高精度に検出できる平面入力装置を提供する。
【解決手段】 指などの操作体ｆが入力パネル１１を加圧すると、入力パネル１１と突起４０を介して加圧されるプレート２６とは一緒に変形する反面、共通電極２３は変形しない。このため、第１の静電容量Ｃ１は増大するが、第２の静電容量Ｃ２は減少する。第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２は薄い板厚寸法内に重ねて配置されているため、温度や湿度などから受ける影響を小さくできる。またノイズは、第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２に対して同じように作用するが、直列接続された両者の容量分圧比から静電容量の変化量を求めることにより、これらの影響を無視することができる。このため、座標位置や加重の大きさを高精度に検出することが可能となる。
【解決手段】 指などの操作体ｆが入力パネル１１を加圧すると、入力パネル１１と突起４０を介して加圧されるプレート２６とは一緒に変形する反面、共通電極２３は変形しない。このため、第１の静電容量Ｃ１は増大するが、第２の静電容量Ｃ２は減少する。第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２は薄い板厚寸法内に重ねて配置されているため、温度や湿度などから受ける影響を小さくできる。またノイズは、第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２に対して同じように作用するが、直列接続された両者の容量分圧比から静電容量の変化量を求めることにより、これらの影響を無視することができる。このため、座標位置や加重の大きさを高精度に検出することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルなどの平面入力装置に係わり、特に静電容量式の平面入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、パネルの四隅に可変キャパシタを設けた力検知タッチセンサパッドに関する発明が記載されている。この力検知タッチセンサパッドでは、操作者がタッチ面を加圧すると、四隅に設けられた前記可変キャパシタの静電容量が変化する。各静電容量の変化を検出することにより、タッチ面に対する加圧の位置及び大きさを検出できるようになっている。
【特許文献１】特開平１０−１９８５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献1に記載された発明の各可変キャパシタで形成される静電容量の変化量は、通常pＦ（＝１０−１２Ｆ）ないしはfＦ（＝１０−１５Ｆ）と極めて小さい。このため、ノイズや温度や湿度の変化などの影響を受けると、前記静電容量の変化量の検出精度が低下しやすいという問題がある。特に、四隅に設けられた可変キャパシタの誘電率は、温度の影響を受け易いため、同じ平面内でも場所ごとに変化しやすい。このため、従来においては温度補償回路や湿度補償回路を設ける必要があり、制御回路系が複雑化するとう問題がある。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、異なる位置に配置された複数の可変キャパシタの静電容量の変化から座標位置や加重の大きさを検出することが可能な平面入力装置において、ノイズや温度などの環境変化の影響を受けることなく、高精度な検出を可能とした平面入力装置を提供することを目的としている。
【０００５】
また本発明は、制御系の回路構成を簡易化できるようにした平面入力装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、入力された加圧力に応じて撓み変形する入力パネルと、前記入力パネルが設けられたケースと、前記入力パネルと前記ケースとの間に設けられた可変容量部と、を備えた平面入力装置において、
前記可変容量部は、前記入力パネルの下面側に設けられた上部電極と、前記ケースの上面側に設けられた下部電極と、前記上部電極と前記下部電極とが対向し合うスペースの中間位置に前記上部電極と前記下部電極の双方に対向させて配置された共通電極と、が設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
上記においては、前記上部電極と前記共通電極との間に第１の静電容量が形成され、前記下部電極と前記共通電極との間に第２の静電容量が形成され、前記第１の静電容量と前記第２の静電容量との比から前記入力パネルに対する入力位置および加圧力の大きさが検出されるものである。
【０００８】
本発明の平面入力装置では、第１の静電容量と第２の静電容量とは薄い板厚寸法内に重ねて配置されているため、温度や湿度から受ける影響を小さくできる。また温度や湿度、さらにはノイズなどの影響は、第１の静電容量と第２の静電容量に対して同じように作用するが、直列接続された第１の静電容量と第２の静電容量の容量分圧比から静電容量の変化量を求めることにより、これらの影響を無視できる程度に小さくすることが可能となる。すなわち、温度や湿度、さらにはノイズなどの影響を受け難くすることができ、従来必要とされていた温度補償回路や湿度補償回路を不要とすることができる。
【０００９】
上記においては、前記ケースの上に可撓領域を介して前記下部電極を保持し、前記下部電極の上に下部絶縁層を介して前記共通電極を保持し、さらに前記共通電極上に上部絶縁層を介して前記上部電極を保持するスペーサが設けられているものが好ましい。
【００１０】
上記手段では、上部電極と共通電極との間に第１の静電容量を形成し、共通電極と下部電極との間に第２の静電容量を形成することができる。
【００１１】
さらに上記においては、前記共通電極には大穴が形成されており、この大穴内には前記上部電極と前記下部電極との対向距離を一定の寸法に維持する突起が配置されているものが好ましい。
【００１２】
上記手段では、加圧力が与えられた入力パネルが変形すると、第１の静電容量の大きさを増大させることができるとともに第２の静電容量の大きさを減少させることができる。すなわち、第１の静電容量と第２の静電容量の大きさを相対的に変化させることができる。しかも、第１の静電容量と第２の静電容量との和については、ほぼ一定の大きさを維持することができる。よって、容量分割比から求める座標位置や加圧力の検出精度を高めることができる。
【００１３】
また前記下部電極が可撓性を有するプレートに設けられているものが好ましい。
上記手段では、下部電極がプレートとともに一体となって変形することができる。
【００１４】
上記においては、前記可変容量部で生成された静電容量を検出する検出回路が設けられており、前記検出回路は前記第１の静電容量からの出力と前記第２の静電容量からの出力との差動出力を検出するものが好ましい。
上記手段では、通常の出力に比較して、差動出力の大きさを２倍にすることができる。
【００１５】
さらには、前記可変容量部が、前記入力パネルの周縁部に配置されているものが好ましい。
【００１６】
上記手段では、入力パネルの中央部分に表示部材などを設けたときに、前記表示部材の視認性の低下を避けることができる。
【００１７】
また前記入力パネルが４つの隅部を有しており、１つの前記隅部にはＸ方向を長手方向とするＸ可変容量部とＹ方向を長手方向とするＹ可変容量部が設けられているものが好ましい。
【００１８】
上記手段では、操作体の互いに直交するＸ、Ｙ方向への移動をそれぞれ高精度に検出することができる。
【００１９】
操作体の座標位置は、例えば、前記入力パネルの、右上を第１の隅部と、右下を第２の隅部と、左下を第３の隅部と、左上を第４の隅部としたときに、
前記第１の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１’との比であるＸ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ２と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力との比ｘ２’であるＸ方向の第２出力比と、
前記第１の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１と前記第２の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１’との比であるＹ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２’と前記第４の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２との比であるＹ方向の第２出力比と、
から前記入力位置の座標が検出されるものである。
【００２０】
より具体的には、入力位置の座標を（Ｘ，Ｙ）としたときに、
前記座標Ｘが、前記出力ｘ１＞前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１’／ｘ１＋ｘ２’／ｘ２）／２として算出され、前記出力ｘ１≦前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１／ｘ１’＋ｘ２／ｘ２’）／２として算出され、
前記座標Ｙが、前記出力ｙ１＞前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１’／ｙ１＋ｙ２’／ｙ２）／２として算出され、前記出力ｙ１≦前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１／ｙ１’＋ｙ２／ｙ２’）／２として算出される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、薄い板厚内に第１，第２の静電容量を配置し、これら２つの静電容量の変化量から座標位置や加重の大きさを検出する構成としたことから、温度変化、湿度変化、さらには電磁ノイズなどの周囲の環境変化に強く、これらの影響を排除した検出精度の高い平面入力装置とすることができる。
【００２２】
またＸ可変容量部およびＹ可変容量部を入力パネルの周辺部に配置し、中央部分への配置を避けることができるため、中央部分に表示部材を配置したときに前記表示部材の視認性の低下を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態としての平面入力装置を示す斜視図、図２は図１に示す平面入力装置の平面図、図３Ａおよび図３Ｂは図１に示す平面入力装置の一の隅部の断面図であり、図３Ａは変形前の状態、図３Ｂは変形時の状態を示している。また図４は平面入力装置に設けられた各静電容量部の配置を示す平面図である。
【００２４】
図１に本発明の実施の形態として示す平面入力装置１０は、例えば携帯電話機、携帯型のオーディオプレーヤ、映像プレーヤ、ＰＤＡなどをはじめとする各種の電子機器に使用される。この平面入力装置１０は、指やペンなどの操作体ｆを用いての座標入力は勿論のこと、前記操作体ｆによる加圧力の大きさをも検出することが可能とされている。
【００２５】
図１および図２に示すように、平面入力装置１０は最上部に入力パネル１１を有している。また平面入力装置１０の最下部にはケース１２が設けられている。入力パネル１１はＰＥＴやポリカーボネイトなど透明な合成樹脂で形成されている。また入力パネル１１は可撓性を有しており、面に垂直方向の力を受けると前記図示Ｚ方向に撓み変形する。
【００２６】
本実施の形態に示す入力パネル１１はＸ方向を長辺、Ｙ方向に短辺を有する長方形をしている。そして、長方形からなる前記入力パネル１１の四隅の領域には、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤが設けられている。以下の説明においては、図１において、図示右上の隅部を基準としてこれを第１の隅部Ａとし、以下右回り方向に、右下を第２の隅部Ｂ、左下を第３の隅部Ｃ、左上を第４の隅部Ｄとして説明する。
【００２７】
入力パネル１１の外周側の縁部は前記ケース１２の上縁端１２ａに支持されている。図３Ａに示すように、ケース１２の下端には断面Ｌ字形状で示される底部１２ｂを有している。この底部１２ｂの内側には開口部１２Ａが形成されている。そして、この開口部１２Ａには、後述するような複数の可変容量部２０が設けられる。さらには各可変容量部２０を入力パネル１１の端部に配置することができるため、入力パネル１１の透明性を確保することができる。よって、開口部１２Ａには、液晶表示装置などの表示部材を設けることも可能であり（図示せず）特に携帯電話機などに用いることが可能である。この場合には、前記表示部材の視認性の低下を避けることができる。
【００２８】
図２および図３Ａに示すように、前記可変容量部２０は図示Ｚ（＋）方向の上層側から図示Ｚ（−）方向の下層側へかけて順に、上部シート２１、上部電極２２、共通電極２３、下部電極２４、下部シート２５およびプレート２６を有している。
【００２９】
上部シート２１は、例えばポリイミドなどの絶縁フィルムにより平面「口」形状に形成されている。上部シート２１は、接着剤などを介して入力パネル１１の下面に固定されている。
【００３０】
前記上部電極２２は、前記上部シート２１の下面に銅や銀などの導電材料により薄膜形成されている。この実施の形態では、前記上部電極２２が前記上部シート２１の８箇所の位置に形成されている。すなわち、図２に示すように、前記第１の隅部Ａの近傍には、長手方向をＸ方向とする上部電極２２ｘ１と、同じく長手方向をＹ方向とする上部電極２２ｙ１とが設けられている。以下同様に、第２ないし第３の隅部Ｂ，Ｃ，Ｄの近傍には、長手方向をＸ方向とする上部電極２２ｘ２，２２ｘ３，２２ｘ４と、同じく長手方向をＹ方向とする上部電極２２ｙ２，２２ｙ３，２２ｙ４がそれぞれ設けられている。
【００３１】
上部シート２１の表面には複数のパターン線（図示せず）が配線されており、各パターン線の一端は各上部電極２２ｘ１，２２ｘ２，２２ｘ３，２２ｘ４，２２ｙ１，２２ｙ２，２２ｙ３，２２ｙ４にそれぞれ接続され、他端は上部シート２１の一部に設けられた延出部２１Ａを介して外部に引き出されている。なお、入力パネル１１が面と垂直な方向（Ｚ方向）に撓み変形するときには、前記上部シート２１および上部電極２２も前記入力パネル１１と一体となって変形することが可能である。
【００３２】
共通電極２３も薄い銅を主体とする導電性の板材で形成され、その外形は平面「口」形状である。共通電極２３の一部には延出部２３Ａが形成されており、共通電極２３はこの延出部２３Ａを介して外部の回路に接続される。
【００３３】
下部電極２４および下部シート２５は、前記上部電極２２および前記上部シート２１と同様の構成である。すなわち、図２に示すように、下部電極２４は、前記下部シート２５の表面（図２ではＺ（＋）側の面）の８箇所の位置に設けられた下部電極２４ｘ１，２４ｘ２，２４ｘ３，２４ｘ４と下部部電極２４ｙ１，２４ｙ２，２４ｙ３，２４ｙ４とにより形成されている。また下部シート２５には複数のパターン線（図示せず）と延出部２５Ａが設けられている。個々の下部電極は各パターン線および延出部２５Ａを介して外部に引き出されている。なお、下部電極２４の面積と上部電極２２の面積は等しい。
【００３４】
プレート２６は、面と垂直を成す方向（Ｚ方向）に変形可能な可撓性を有する金属板または合成樹脂板なので形成され、その外形は平面「口」形状である。下部電極２４を有する下部シート２５は、前記プレート２６の表面に接着剤などを介して固着される。このため、下部電極２４はプレート２６とともに一体で撓み変形することが可能な状態にある（図３Ｂ参照）。
【００３５】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１ないし第４の隅部ＡないしＤにはスペーサ３０がそれぞれ設けられている。前記スペーサ３０は、直径の異なる底部３１、中腹部３２および頭部３３が一体に形成されている。そして、底部３１と前中腹部３２との間には第１の段差部３４が設けられ、中腹部３２と頭部３３との間には第２の段差部３５が設けられている。
【００３６】
図２に示すように、共通電極２３、下部シート２５およびプレート２６のそれぞれ４つの隅部ＡないしＤには、貫通孔２３ａ、２５ａおよび２６ａがそれぞれ形成されている。第１ないし第４の隅部ＡないしＤに設けられた各貫通孔２１ａ，２３ａ、２５ａおよび２６ａは、それぞれ図示Ｚ方向に延びる同一の軸上に位置している。
【００３７】
図３Ａに示すように、下部シート２５およびプレート２６に形成された各貫通孔２５ａ，２６ａの直径は、前記スペーサ３０の底部３１の直径より大きく且つ前記中腹部３２の直径よりも小さい。また前記共通電極２３に形成された各貫通孔２３ａの直径は、前記スペーサ３０の中腹部３２の直径よりも大きく且つ前記頭部３３の直径よりも小さい。このため、下部シート２５を有するプレート２６はスペーサ３０の第１の段差部３４に支持され、共通電極２３はスペーサ３０の第２の段差部３５に支持されている。
【００３８】
図２および図３Ｂに示すように、上部電極２２および下部電極２４の近傍で、且つスペーサ３０が設けられた位置と逆側となる位置には突起４０が設けられている。前記突起４０は、下部シート２５の上に別体に形成された凸状の合成樹脂などを固着する構成でもよいし、前記プレート２６の表面を、凸状にプレス加工することにより一体的に形成したものであってもよい。突起４０がプレート２６の表面に一体的に形成される構成の場合には、突起４０は前記下部シート２５に形成された貫通孔２５ｂを通じて図示上方に露出される。
【００３９】
図３Ａに示すように、共通電極２３には、突起４０の直径よりも十分に大きな内径寸法を有する大穴２３ｂが形成されている。突部４０の先端側は、前記大穴２３ｂを通じて図示上方に突出され、さらにその頂点４１は前記上部シート２１の下面に当接している。すなわち、上部電極２２と下部電極２４との間の対向距離Ｈ１、ひいては入力パネル１１の下面とプレート２６の上面との間の対向距離Ｈ２は、常に一定の寸法（突起４０の高さ寸法）が維持される。
【００４０】
この状態では、共通電極２３が上部電極２２および下部電極２４の中間に挟み込まれた状態で対向配置される。そして、図３Ａに示すように、プレート２６の下部位置に空気層からなる可撓領域２７が形成されている。また下部電極２４と共通電極の下面との間には空気層からなる下部絶縁層２８が形成され、上部電極２２と共通電極２３の上面との間には空気層からなる上部絶縁層２９が形成される。プレート２６は、可撓領域２７および開口部１２Ａ内で弾性変形することが可能である（図３Ｂ参照）。
【００４１】
図３Ａに示す変形前の状態（初期状態）では、上部絶縁層２９内に設けられた上部電極２２と共通電極２３の上面との間は対向距離ｄ１に設定されている。また下部絶縁層２８内に設けられた下部電極２４と共通電極２３の下面との間は対向距離ｄ２に設定されている。なお、対向距離ｄ１と対向距離ｄ２とは、変形前の初期状態においてはｄ１＝ｄ２であることが好ましい。ただし、たとえｄ１≠ｄ２であったとしてもキャリブレーションすることにより、ｄ１＝ｄ２として取り扱うことが可能である。
【００４２】
上部電極２２と共通電極２３の上面との間には第１の静電容量Ｃ１が形成され、下部電極２４と共通電極２３の下面との間には第２の静電容量Ｃ２が形成される。第１の静電容量Ｃ１の大きさは対向距離ｄ１に反比例し、第２の静電容量Ｃ２の大きさは対向距離ｄ２に反比例する。
【００４３】
すなわち、前記上部絶縁層２９および下部絶縁層２８の誘電率（空気の誘電率）をεとし、上部電極２２と共通電極２３との対向面積および下部電極２４と共通電極２３との対向面積をそれぞれＳとすると、第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２はそれぞれＣ１＝ε（Ｓ／ｄ１）、Ｃ２＝ε（Ｓ／ｄ２）である。
【００４４】
第１の隅部Ａの上部側においては、上部電極２２ｘ１と共通電極２３との間に第１の静電容量Ｃ１ｘが形成され、上部電極２２ｙ１と共通電極２３との間に第１の静電容量Ｃ１ｙが形成される。同様に、第１の隅部Ａの下部側においては、下部電極２４ｘ１と共通電極２３との間に第２の静電容量Ｃ２ｘが形成され、下部電極２４ｙ１と共通電極２３との間に第２の静電容量Ｃ２ｙが形成される。すなわち、１つの隅部には第１の静電容量Ｃ１ｘ、Ｃ１ｙと第２の静電容量Ｃ２ｘおよびＣ２ｙからなる４つの静電容量が形成される。したがって、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤからなる４箇所の隅部には、合計１６の第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２が形成されることになる。
【００４５】
そして、例えば第１の隅部Ａでは、第１の静電容量Ｃ１ｘと第２の静電容量Ｃ２ｘとが１つのＸ可変容量部を形成し、同じく第１の静電容量Ｃ１ｙと第２の静電容量Ｃ２ｙとが１つのＹ可変容量部を形成している。そして、この平面入力装置１０では、このようなＸ可変容量部およびＹ可変容量部が、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤにそれぞれ１組ずつ、合計８組設けられている。
【００４６】
図３Ｂに示すように、入力パネル１１が図示下方（Ｚ（−）方向）に変形するとき、加圧力は入力パネル１１の下面から突起４０を介してプレート２６に伝えられる。このため、プレート２６は、前記入力パネル１１の変形動作に追従して図示下方に変形させられる。突起４０の周囲と貫通孔２３ａの縁部との間には十分な隙間余裕が形成されている。このため、前記加圧力は共通電極２３には伝わらず、共通電極２３は変形せずにそのままの状態が維持される。
【００４７】
図５は、第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２を検出するための検出回路の原理を説明するためのブロック図である。なお、このブロック図は、複数のＸ可変容量部およびＹ可変容量部のうち、１つの可変容量部を構成する第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の場合を示している。
【００４８】
平面入力装置１０は、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤに設けられた１組の可変容量部（第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２）２０を検出するための検出回路５０を有している。なお、可変容量部２０を形成する個々の上部電極２２、共通電極２３および個々の下部電極２４は、上部シート２１、共通電極２３、下部シート２５の各延出部２１Ａ，２３Ａおよび２５Ａに形成された前記パターン線を介して前記検出回路５０を構成する電子部品に接続されている。
【００４９】
図５に示すように、前記検出回路５０は発振部（ＯＳＣ）５１、可変容量部２０、容量／電圧変換部（Ｃ／Ｖ）５３、平滑部５４およびアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５５を有している。
【００５０】
発振部５１は、所定の周波数からなるパルス信号Ｓ１を出力する発振器５１Ａと、パルス信号の位相を１８０度反転させた反転パルス信号を生成する反転回路（インバータ）５１Ｂとを有している。この発振部５１では、発振器５１Ａから出力されたパルス信号Ｓ１および反転回路５１Ｂで反転させられた後の反転パルス信号Ｓ１バーの２つが生成され可変容量部２０に与えられる。
【００５１】
すなわち、一方のパルス信号Ｓ１は上部電極２２と共通電極２３との間に形成される各第１の静電容量Ｃ１の上部電極２２に与えられ、他方の反転パルス信号Ｓ１バーは下部電極２４と共通電極２３との間に形成される各第２の静電容量Ｃ２の前記下部電極２４に与えられる。
【００５２】
可変容量部２０は、第１の静電容量Ｃ１および第２の静電容量Ｃ２を有して形成される。なお、実際の可変容量部２０は、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤに８組のＸ可変容量部とＹ可変容量部を有する。すなわち、図４に示すように、可変容量部２０はＸ１可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ２’可変容量部、Ｙ１可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部から構成される。
【００５３】
容量／電圧変換部５３は、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量分圧比（（１／Ｃ２）／（１／Ｃ１＋１／Ｃ２））を電圧に変換して出力ＶＣとする。ここで変換後の出力ＶＣは、図６のＡおよびＢに示すような前記パルス信号Ｓ１と反転パルス信号Ｓ１バーが、入力として第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の両端にそれぞれ与えられることにより出力されるものであり、共通電極２３の出力Ｖは例えば図６のＣないしＥに示すような波形となる。図６のＡないしＣは、容量／電圧変換部への入力と出力との関係を示す波形図であり、図６のＡは一方の入力であるパルス信号Ｓ１、図６のＢは他方の入力であるパルス信号Ｓ１バー、図６のＣはＣ１＝Ｃ２時における出力ＶＣ、図６のＤは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが小さい場合（Ｃ１＞Ｃ２時）における出力ＶＣ、図６のＥは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが大きい場合（Ｃ１＞＞Ｃ２）における出力ＶＣを示している。
【００５４】
図６のＡないしＣでは最小電圧０[ｖ]と最大電圧Ｖ[ｖ]の中間である中点電圧Ｖ／２[ｖ]を基準としており、後述するようにＣ１＝Ｃ２のときに、前記出力ＶＣが中点電圧Ｖ／２[ｖ]となるように設定される（図６のＣ参照）。入力パネル１１が加圧されて第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との間に容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）が生じると、出力ＶＣは前記中点電圧Ｖ／２[ｖ]を中心として上下に振れるパルス状の波形となる（図６のＤ参照）。そして、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との間の容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）が大きくなると、出力ＶＣは、その振幅が前記容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）分に比例して大きくなる。
【００５５】
平滑部５４は、前記出力ＶＣを積分する。これにより、測定点（検出の対象なった可変容量部）に加えられた加圧力の大きさが直流電圧（アナログ値）として算出される。
【００５６】
アナログ／デジタル変換部５５は、平滑部５４から出力された直流電圧（アナログ値）を所定の分解能でデジタル信号Ｄ１に変換し、図示しない制御部に向けて出力する。
【００５７】
ここで、図３Ａに示すように、上部電極２２と共通電極２３との対向距離ｄ１と下部電極２４と共通電極２３との対向距離ｄ２とが一致（ｄ１＝ｄ２）しているとして扱える変形前の初期状態においては、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の比が１：１の関係（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃの関係）が成立するため、前記共通電極２３の出力ＶＣは中点電圧Ｖ／２[ｖ]となる。
【００５８】
そして、図３Ｂに示すように加圧力が加えられて、前記入力パネル１１とプレート２６とが一緒に図示下方に変形すると、上部電極２２と共通電極２３との対向距離ｄ１は狭まる反面、下部電極２４と共通電極２３との対向距離ｄ２が広がる。よって、上部電極２２と共通電極２３との間の第１の静電容量Ｃ１は増大するが、下部電極２４と共通電極２３との間の第２の静電容量Ｃ２は減少する。
【００５９】
前記上部電極２２と下部電極２４の間の対向距離Ｈ１は常に一定である。よって、第１の静電容量Ｃ１が最初の静電容量Ｃから変化量ΔＣだけ増大すると、相対的に第２の静電容量Ｃ２は最初の静電容量Ｃから変化量ΔＣだけ減少する。このため、共通電極２３の出力ＶＣは、直列接続されたコンデンサの容量分圧比として以下の数１で定められる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
このため、上記検出回路５０を用いて共通電極２３の出力ＶＣを検出することにより、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との変形の有無、すなわち入力パネル１１に加圧力が加えられたか否かを検出することが可能である。
【００６２】
次に、上記原理を用いて８組のＸ可変容量部およびＹ可変容量部を有する場合について説明する。
【００６３】
図７は本発明の実施の形態に係る検出回路の構成を示すブロック図、図８のＡないしＥは加圧力が与えられた場合（Ｃ１＞Ｃ２）における各出力を示しており、Ａはパルス信号Ｓ１に対する出力ＶＣ、ＢはＡを平滑した後の出力、Ｃは反転パルス信号Ｓ１バーに対する出力ＶＣ、ＤはＣを平滑した後の出力、ＥはＢとＤとの差動出力を示す図である。
【００６４】
図７に示す検出回路５０Ａは、図５同様の機能を有する発振部（ＯＳＣ）５１、可変容量部２０、容量／電圧変換部（Ｃ／Ｖ）５３、平滑部５４およびアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部５５を有している。
【００６５】
ただし、図７に示す検出回路５０Ａは、以下の点で上記図５の回路と相違している。
この実施の形態は、可変容量部２０が、Ｘ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、およびＹ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２’可変容量部からなる８組の可変容量部（Ｘ可変容量部とＹ可変容量部）を有するものとして構成されている。各可動容量部は、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２とをそれぞれ有している。なお、Ｘ可変容量部とＹ可変容量部のそれぞれの配置は図４同様である。
【００６６】
また各可変容量部の第１の静電容量Ｃ１を形成する各上部電極２２と発振器５１Ａとの間に切換部材（マルチプレクサ）５６Ａが設けられ、各可変容量部の第２の静電容量Ｃ２を形成する各下部電極２４と反転回路（インバータ）５１Ｂとの間に切換部材５６Ｂが設けられている。この実施の形態に示す切換部材（マルチプレクサ）５６Ａ，５６Ｂは、１つの入力端子５６ａに対して８つの出力端子５６ｂが設けられている。前記入力端子５６ａには発振器５１Ａまたは反転回路（インバータ）５１Ｂが接続され、８つの出力端子５６ｂには各可変容量部の第１の静電容量Ｃ１を形成する上部電極２２または第２の静電容量Ｃ２を形成する上部電極２４がそれぞれ接続されている。
【００６７】
前記切換部材５６Ａ，５６Ｂは制御端子（図示せず）を有している。前記切換部材５６Ａ，５６Ｂは、図示しない制御部からの制御信号を受けると、入力端子５６ａと８つの出力端子５６ｂのうちのいずれか一つとの間が前記制御信号に同期して接続される。入力端子５６ａと８つの出力端子５６ｂとの間の接続の切り換えは、前記制御信号に基づいて所定の時間間隔で選択的に行われる。
【００６８】
またこの実施の形態では、いずれかの可動容量部の第１の静電容量Ｃ１にパルス信号Ｓ１が入力されるときには、これと同じ可動容量部の第２の静電容量Ｃ２にパルス信号Ｓ１バーが入力されるように切換部材５６Ａと切換部材５６Ｂとが同期して駆動される。さらに１つの入力端子５６ａと８つの出力端子５６ｂとの間の切り換え動作は、例えばＸ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、およびＹ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２’可変容量部からなる順番が、所定の時間間隔で繰り返される。
【００６９】
すなわち、Ｘ１可変容量部の第１の静電容量Ｃ１に一定時間Ｔ（１周期に相当）だけパルス信号Ｓ１が与えられるときには、Ｘ１可変容量部の第２の静電容量Ｃ２に反転パルス信号Ｓ１バーが同時に与えられる。そして、次の１周期にＸ２可変容量部の第１の静電容量Ｃ１にパルス信号Ｓ１が与えられるときには、同時に第２の静電容量Ｃ２に反転パルス信号Ｓ１バーが与えられる。さらに次の１周期にＸ１’可変容量部の第１の静電容量Ｃ１にパルス信号Ｓ１が与えられるときには、同時にＸ１’可変容量部の第１の第２の静電容量Ｃ２に反転パルス信号Ｓ１バーが与えられる。そして、このような処理動作がＹ２’可変容量部まで繰り返されると、再び最初に戻ってＸ１可変容量部に対し同様の処理動作が行われる。
【００７０】
したがって、８つの可変容量部に対する出力ＶＣが、一定時間Ｔ（１周期）ごとに共通電極２３を介して容量／電圧変換部５３に次々に出力される。
【００７１】
また本実施の形態では、２つの容量／電圧変換部５３Ａ，５３Ｂが設けられている。さらにこれらに続いて２つの平滑部５４Ａ，５４Ｂがそれぞれ設けられている。平滑部５４Ａ，５４Ｂでは、容量／電圧変換部５３Ａ，５３Ｂで変換された変換後の電圧を、それぞれパルス信号の１周期の時間で平滑化した直流電圧にそれぞれ変換する。
【００７２】
前記平滑部５４Ａ，５４Ｂの後段には差動増幅部５８が設けられている。差動増幅部５８は、平滑部５４Ａの出力と平滑部５４Ｂの出力との差信号を生成するとともに必要に応じて増幅して出力（差動出力）する。そして、アナログ／デジタル変換部５５は前記差動出力をデジタル信号Ｄ１に変換する。
【００７３】
図７に示すように、共通電極２３と一方の容量／電圧変換部５３Ａとの間にはパルス信号Ｓ１によってオン・オフ制御されるスイッチ部５７Ａが設けられ、共通電極２３と他方の容量／電圧変換部５３Ｂとの間には反転パルス信号Ｓ１バーによってオン・オフ制御されるスイッチ部５７Ｂが設けられている。前記スイッチ部５７Ａとスイッチ部５７Ｂはともに、パルス信号Ｓ１又は反転パルス信号Ｓ１バーが「１」のときにオン状態に設定され、「０」のときにオフ状態に設定される。前記パルス信号Ｓ１と反転パルス信号Ｓ１バーとは、互いに位相が１８０度異なる。このため、前記パルス信号Ｓ１が「１」のとき（この間、反転パルス信号Ｓ１バーは「０」）にはスイッチ部５７Ａはオン、スイッチ部５７Ｂはオフであり、前記パルス信号Ｓ１が「０」のとき（この間、反転パルス信号Ｓ１バーは「１」）にはスイッチ部５７Ａはオフ、スイッチ部５７Ｂはオンである。すなわち、両スイッチ部５７Ａ，５７Ｂは交互に駆動させられる。
【００７４】
このため、パルス信号Ｓ１が「１」（反転パルス信号Ｓ１バーは「０」）の区間（１周期の前半Ｔ／２）、スイッチ部５７Ａはオン状態（スイッチ部５７Ｂはオフ状態）に設定される。この間、前記切換部材５６Ａにおいて選択されたいずれかの可変容量部の出力が、一方の容量／電圧変換部５３Ａで電圧ＶＣ１に変換され（図８のＡ参照）る。さらに電圧ＶＣ１は一方の平滑部５４Ａにおいて前半の半周期Ｔ／２で平滑され、これを１周期Ｔ分とする直流電圧Ｖ／２＋ΔＶ１に変換される（図８のＢ参照）。
【００７５】
次に、パルス信号Ｓ１バーが「０」に反転（反転パルス信号Ｓ１バーは「１」に反転）した区間（１周期の後半Ｔ／２）においては、スイッチ部５７Ｂがオン状態（スイッチ部５７Ａはオフ状態）に設定される。そして、この間、前記同じ可変容量部の出力が、他方の容量／電圧変換部５３Ｂで電圧ＶＣ２に変換され（図８のＣ参照）。さらに電圧ＶＣ２は他方の平滑部５４Ｂにおいて後半の半周期Ｔ／２で平滑され、１周期Ｔ分に相当する区間として直流電圧Ｖ／２−ΔＶ２に変換される（図８のＤ参照）。
【００７６】
差動増幅部５８では、平滑部５４Ａで直流電圧に変換された電圧Ｖ／２＋ΔＶ１と、平滑部５４Ｂで直流電圧に変換された電圧Ｖ／２−ΔＶ２との電圧差２ΔＶ（＝ΔＶ１−（−ΔＶ２），ただしΔＶ１＝ΔＶ２＝ΔＶ）が求められ、さらに必要に応じて増幅される（図８Ｅ参照）。
【００７７】
ここで求められた電圧差２ΔＶが１つの可変容量部の変化量ΔＣに相当し、これがこの可変容量部を有する測定点において検出された加圧力の大きさとなる。
【００７８】
そして、前記電圧差２ΔＶを、Ｘ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、およびＹ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２’可変容量部について順番に電圧差２ΔＶ（変化量ΔＣ）を検出することにより、個々の可変容量部に分散して与えられた各加圧力ΔＦの大きさがそれぞれ求められる。そして、すべての測定点における加圧力ΔＦ、すなわち電圧差２ΔＶを加算することにより、入力パネル１１全体に与えられた加圧力（操作体からの加圧力）Ｆ（＝ΣΔＦ）を求めることができる。
【００７９】
このように、本願発明では各測定点の加圧力ΔＦの大きさ（加圧量）を、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量分圧比と１周期内の電圧差２ΔＶ（差動出力）から求めることができる。このため、例えインパルス状のノイズが発生しても、これらのノイズは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の双方に同時に重畳することになる。そして、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量分圧比を求めることにより、前記ノイズを相殺することができる。すなわち、ノイズの影響を受け難い平面入力装置とすることができる。
【００８０】
また第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２とは、数ｍｍ以内の薄い高さ寸法内に重なる状態で近接配置される。このため、１つの静電容量部内で、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２を形成する誘電率εが温度や湿度による環境変化などの影響を受けて変化したとしても、前記第１の静電容量Ｃ１と前記第２の静電容量Ｃ２との容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）を差動出力として求めることによってこれらの影響をキャンセルすることができる。
【００８１】
しかも、本願発明では、各静電容量部における静電容量Ｃの変化量ΔＣを検出する構成である。このため、例え前記第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤの場所ごとに誘電率εの大きさが相違したとしても、検出される静電容量Ｃの変化量ΔＣについては、前記場所ごとの誘電率εの相違による影響を受け難くすることができる。すなわち、温度や湿度による環境変化の影響を受け難く、検出精度の高い平面入力装置とすることができる。
【００８２】
次に、上記構成の平面入力装置を用いた座標位置の検出方法について説明する。
図９は本発明における平面入力装置を用いて加重位置の中心点と４つの可変容量部に形成される静電容量Ｃ１との関係を示すグラフである。
【００８３】
入力パネル１１を加圧する操作体ｆの座標位置の検出は、上記のＸ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、Ｙ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部およびＹ２’可変容量部から出力される各出力のバランス、すなわち操作体ｆが各可変容量部に与える加圧力ΔＦのバランスを考慮して求められる。
【００８４】
図９は、入力パネル１１の中心点を通る縦横の２本の仮想的な中央線ＭＬ，ＭＳを用いて４つのエリアＲａ、Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄに４分割したときの（図４参照）、第１の隅部Ａを含むエリアＲａについての結果を示している。また図９は入力パネル１１の表面を、指やペン先などの操作体ｆを用いて一定の加重（例えば１００ｇｆ）で加圧した場合である。そして、図４に示すように操作体ｆを移動直線ｓｍ１に沿って、Ｘ（＋）側の端部から中心部ＯまでＸ（−）方向に所定のステップ（例えば５ｍｍ単位）で間欠的に移動させたときに、前記操作体ｆの各加重位置ａ０ないしａｎと、第１ないし第４の隅部ＡないしＤに設けられたＹ１可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部を構成する各第１の静電容量の大きさとの関係を示している。
【００８５】
図４に示すものでは、操作体ｆは、エリアＲａ内を右端側の加重位置（始点）ａ０と中心部Ｏ側の加重位置（終点）ａｎとの間をＸ（−）方向に移動している。図９に示すように、操作体ｆが加重位置（始点）ａ０に位置するときには、前記加重位置（始点）ａ０での変形量は大きく、加重位置（終点）ａｎ側の変形量は小さい。このため、加重位置（始点）ａ０側に位置するＹ１可変容量部およびＹ１’可変容量部の出力は大きく、加重位置（終点）ａｎ側のＹ２可変容量部およびＹ２’可変容量部の出力は小さい。
【００８６】
一方、操作体ｆが加重位置（終点）ａｎに近づくと、前記加重位置（始点）ａ０での変形量は徐々に小さくなり、加重位置（終点）ａｎでの変形量は徐々に大きくなる。このため、加重位置（始点）ａ０側に位置するＹ１可変容量部およびＹ１’可変容量部の出力が徐々に小さくなる代わりに、加重位置（終点）ａｎ側のＹ２可変容量部およびＹ２’可変容量部の出力が徐々に大きくなる。
【００８７】
すなわち、図９に示すように、Ｙ１可変容量部およびＹ１’可変容量部の静電容量は操作体ｆの移動に伴って減少する傾向を示すが、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部は前記操作体ｆの移動に伴って静電容量が増加する傾向を示す。
【００８８】
同時に、図４に示すものでは操作体ｆは横の中心線ＭＳより上側（Ｘ（＋））の位置で、端部側の始点ａ０と中心部側の終点ａｎとの間をＸ（−）方向に移動している。このため、図９に示すように。このときの静電容量の大きさは、操作体ｆと同じ上側（Ｘ（＋））に位置するＹ１可変容量部およびＹ２可変容量部の方が、操作体ｆとは異なる下側（Ｘ（−））に位置するＹ１’可変容量部およびＹ２’可変容量部よりも大きな値を示す。
【００８９】
なお、操作体ｆがその他のエリアＲｂ、ＲｃおよびＲｄにおいて、上記同様に入力パネル１１の端部側から中心部に向かってＸ方向に移動する場合には、Ｙ１可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部と検出回路５０を用いて検出することによりエリアＲａの場合同様の結果を得ることができる。
【００９０】
また操作体ｆがエリアＲａ、Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄにおいて、入力パネル１１の端部側から中心部に向かってＹ方向に移動する場合には、Ｘ１可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２可変容量部およびＸ２’可変容量部と検出回路５０を用いて検出することにより、上記同様の結果を得る。
【００９１】
このため、操作体ｆの座標位置は以下のように計算方法を用いることにより求めることができる。
【００９２】
まず、第１の隅部Ａに設けられたＹ１可変容量部の出力をｙ１、第２の隅部Ｂに設けられたＹ’１可変容量部の出力をｙ１’、第３の隅部Ｃに設けられたＹ’２可変容量部の出力をｙ’２、前記第４の隅部Ｄに設けられたＹ２可変容量部の出力をｙ２’とする。
【００９３】
また第１の隅部Ａに設けられたＸ１可変容量部の出力をｘ１、第２の隅部Ｂに設けられたＸ２可変容量部の出力をｘ２、第３の隅部Ｃに設けられたＸ２’可変容量部の出力をｘ２’、前記第４の隅部Ｄに設けられたＸ１’可変容量部の出力をｘ１’とする。そして、操作体ｆの加重位置の座標を（Ｘ，Ｙ）とすると、前記座標（Ｘ，Ｙ）は以下数式より求まる。
【００９４】
【数２】
【００９５】
【数３】
【００９６】
【数４】
【００９７】
【数５】
【００９８】
なお、操作体ｆが第２の隅部Ｂを含むエリア内Ｒｂにおいて、上記同様に右側の端部側から中心部に向かってＸ（−）方向に移動する場合のグラフは、図９のグラフにおいて、出力ｙ１と出力ｙ１’とを交換し、出力ｙ２と出力ｙ２’とを交換したものとなる。
【００９９】
また操作体ｆが第４の隅部Ｄを含むエリア内Ｒｄにおいて、上記同様に左側の端部側から中心部に向かってＸ（＋）方向に移動する場合には、出力ｙ１と出力ｙ１’については端部側から中心部に向かうに伴って容量が増大する右肩上がりのグラフとなり、出力ｙ２と出力ｙ２’については右肩下がりのグラフとなる。さらに第３の隅部Ｃを含むエリア内Ｒｃについては、前記エリアＲｂとエリアＲｄとを合わせたようなグラフとなる。
【０１００】
上記実施の形態では、入力パネルの各隅部に２組の可変容量部づつ、４つの隅部に合計８の可変容量部を配置して座標位置および加圧力を検出する平面入力装置１０を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、各隅部に１組の可変容量部を備える構成であってもよい。ただし、各隅部に２組の可変容量部を備えた構成の方が検出精度を高める上では有利である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態としての平面入力装置を示す斜視図、
【図２】図１に示す平面入力装置の平面図、
【図３Ａ】図１に示す平面入力装置の一の隅部の変形前の状態を示す断面図、
【図３Ｂ】図１に示す平面入力装置の一の隅部の変形後の状態を示す断面図、
【図４】平面入力装置に設けられた各静電容量部の配置を示す平面図、
【図５】第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２を検出するための検出回路の原理を説明するためのブロック図、
【図６】容量／電圧変換部への入力と出力との関係を示す波形図であり、Ａは一方の入力であるパルス信号Ｓ１、Ｂは他方の入力であるパルス信号Ｓ１バー、ＣはＣ１＝Ｃ２時における出力ＶＣ、Ｄは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが小さい場合（Ｃ１＞Ｃ２時）における出力ＶＣ、Ｅは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが大きい場合（Ｃ１＞＞Ｃ２）における出力ＶＣ、
【図７】本発明の実施の形態に係る検出回路の構成を示すブロック図、
【図８】加圧力が与えられた場合（Ｃ１＞Ｃ２）における各出力を示しており、Ａはパルス信号Ｓ１に対する出力ＶＣ、ＢはＡを平滑した後の出力、Ｃは反転パルス信号Ｓ１バーに対する出力ＶＣ、ＤはＣを平滑した後の出力、ＥはＢとＤとの差動出力を示す図、
【図９】本発明における平面入力装置を用いて加重位置の中心点と４つの可変容量部に形成される静電容量Ｃ１との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１０２】
１０ 平面入力装置
１１ 入力パネル
１２ ケース
２０ 可変容量部
２１ 上部シート
２２ 上部電極
２３ 共通電極
２４ 下部電極
２５ 下部シート
２６ プレート
２７ 可撓領域
２８ 下部絶縁層
２９ 上部絶縁層
３０ スペーサ
４０ 突起
５０，５０Ａ 検出回路
５１ 発振部（ＯＳＣ）
５３，５３Ａ，５３Ｂ 容量／電圧変換部（Ｃ／Ｖ）
５４，５４Ａ，５４Ｂ 平滑部
５５ アナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）
５６Ａ 切換部材（マルチプレクサ）
５７Ａ，５７Ｂ スイッチ部
５８ 差動増幅部
Ａ 第１の隅部
Ｂ 第２の隅部
Ｃ 第３の隅部
Ｄ 第４の隅部
ｆ 操作体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルなどの平面入力装置に係わり、特に静電容量式の平面入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、パネルの四隅に可変キャパシタを設けた力検知タッチセンサパッドに関する発明が記載されている。この力検知タッチセンサパッドでは、操作者がタッチ面を加圧すると、四隅に設けられた前記可変キャパシタの静電容量が変化する。各静電容量の変化を検出することにより、タッチ面に対する加圧の位置及び大きさを検出できるようになっている。
【特許文献１】特開平１０−１９８５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献1に記載された発明の各可変キャパシタで形成される静電容量の変化量は、通常pＦ（＝１０−１２Ｆ）ないしはfＦ（＝１０−１５Ｆ）と極めて小さい。このため、ノイズや温度や湿度の変化などの影響を受けると、前記静電容量の変化量の検出精度が低下しやすいという問題がある。特に、四隅に設けられた可変キャパシタの誘電率は、温度の影響を受け易いため、同じ平面内でも場所ごとに変化しやすい。このため、従来においては温度補償回路や湿度補償回路を設ける必要があり、制御回路系が複雑化するとう問題がある。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、異なる位置に配置された複数の可変キャパシタの静電容量の変化から座標位置や加重の大きさを検出することが可能な平面入力装置において、ノイズや温度などの環境変化の影響を受けることなく、高精度な検出を可能とした平面入力装置を提供することを目的としている。
【０００５】
また本発明は、制御系の回路構成を簡易化できるようにした平面入力装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、入力された加圧力に応じて撓み変形する入力パネルと、前記入力パネルが設けられたケースと、前記入力パネルと前記ケースとの間に設けられた可変容量部と、を備えた平面入力装置において、
前記可変容量部は、前記入力パネルの下面側に設けられた上部電極と、前記ケースの上面側に設けられた下部電極と、前記上部電極と前記下部電極とが対向し合うスペースの中間位置に前記上部電極と前記下部電極の双方に対向させて配置された共通電極と、が設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
上記においては、前記上部電極と前記共通電極との間に第１の静電容量が形成され、前記下部電極と前記共通電極との間に第２の静電容量が形成され、前記第１の静電容量と前記第２の静電容量との比から前記入力パネルに対する入力位置および加圧力の大きさが検出されるものである。
【０００８】
本発明の平面入力装置では、第１の静電容量と第２の静電容量とは薄い板厚寸法内に重ねて配置されているため、温度や湿度から受ける影響を小さくできる。また温度や湿度、さらにはノイズなどの影響は、第１の静電容量と第２の静電容量に対して同じように作用するが、直列接続された第１の静電容量と第２の静電容量の容量分圧比から静電容量の変化量を求めることにより、これらの影響を無視できる程度に小さくすることが可能となる。すなわち、温度や湿度、さらにはノイズなどの影響を受け難くすることができ、従来必要とされていた温度補償回路や湿度補償回路を不要とすることができる。
【０００９】
上記においては、前記ケースの上に可撓領域を介して前記下部電極を保持し、前記下部電極の上に下部絶縁層を介して前記共通電極を保持し、さらに前記共通電極上に上部絶縁層を介して前記上部電極を保持するスペーサが設けられているものが好ましい。
【００１０】
上記手段では、上部電極と共通電極との間に第１の静電容量を形成し、共通電極と下部電極との間に第２の静電容量を形成することができる。
【００１１】
さらに上記においては、前記共通電極には大穴が形成されており、この大穴内には前記上部電極と前記下部電極との対向距離を一定の寸法に維持する突起が配置されているものが好ましい。
【００１２】
上記手段では、加圧力が与えられた入力パネルが変形すると、第１の静電容量の大きさを増大させることができるとともに第２の静電容量の大きさを減少させることができる。すなわち、第１の静電容量と第２の静電容量の大きさを相対的に変化させることができる。しかも、第１の静電容量と第２の静電容量との和については、ほぼ一定の大きさを維持することができる。よって、容量分割比から求める座標位置や加圧力の検出精度を高めることができる。
【００１３】
また前記下部電極が可撓性を有するプレートに設けられているものが好ましい。
上記手段では、下部電極がプレートとともに一体となって変形することができる。
【００１４】
上記においては、前記可変容量部で生成された静電容量を検出する検出回路が設けられており、前記検出回路は前記第１の静電容量からの出力と前記第２の静電容量からの出力との差動出力を検出するものが好ましい。
上記手段では、通常の出力に比較して、差動出力の大きさを２倍にすることができる。
【００１５】
さらには、前記可変容量部が、前記入力パネルの周縁部に配置されているものが好ましい。
【００１６】
上記手段では、入力パネルの中央部分に表示部材などを設けたときに、前記表示部材の視認性の低下を避けることができる。
【００１７】
また前記入力パネルが４つの隅部を有しており、１つの前記隅部にはＸ方向を長手方向とするＸ可変容量部とＹ方向を長手方向とするＹ可変容量部が設けられているものが好ましい。
【００１８】
上記手段では、操作体の互いに直交するＸ、Ｙ方向への移動をそれぞれ高精度に検出することができる。
【００１９】
操作体の座標位置は、例えば、前記入力パネルの、右上を第１の隅部と、右下を第２の隅部と、左下を第３の隅部と、左上を第４の隅部としたときに、
前記第１の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１’との比であるＸ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ２と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力との比ｘ２’であるＸ方向の第２出力比と、
前記第１の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１と前記第２の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１’との比であるＹ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２’と前記第４の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２との比であるＹ方向の第２出力比と、
から前記入力位置の座標が検出されるものである。
【００２０】
より具体的には、入力位置の座標を（Ｘ，Ｙ）としたときに、
前記座標Ｘが、前記出力ｘ１＞前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１’／ｘ１＋ｘ２’／ｘ２）／２として算出され、前記出力ｘ１≦前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１／ｘ１’＋ｘ２／ｘ２’）／２として算出され、
前記座標Ｙが、前記出力ｙ１＞前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１’／ｙ１＋ｙ２’／ｙ２）／２として算出され、前記出力ｙ１≦前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１／ｙ１’＋ｙ２／ｙ２’）／２として算出される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、薄い板厚内に第１，第２の静電容量を配置し、これら２つの静電容量の変化量から座標位置や加重の大きさを検出する構成としたことから、温度変化、湿度変化、さらには電磁ノイズなどの周囲の環境変化に強く、これらの影響を排除した検出精度の高い平面入力装置とすることができる。
【００２２】
またＸ可変容量部およびＹ可変容量部を入力パネルの周辺部に配置し、中央部分への配置を避けることができるため、中央部分に表示部材を配置したときに前記表示部材の視認性の低下を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態としての平面入力装置を示す斜視図、図２は図１に示す平面入力装置の平面図、図３Ａおよび図３Ｂは図１に示す平面入力装置の一の隅部の断面図であり、図３Ａは変形前の状態、図３Ｂは変形時の状態を示している。また図４は平面入力装置に設けられた各静電容量部の配置を示す平面図である。
【００２４】
図１に本発明の実施の形態として示す平面入力装置１０は、例えば携帯電話機、携帯型のオーディオプレーヤ、映像プレーヤ、ＰＤＡなどをはじめとする各種の電子機器に使用される。この平面入力装置１０は、指やペンなどの操作体ｆを用いての座標入力は勿論のこと、前記操作体ｆによる加圧力の大きさをも検出することが可能とされている。
【００２５】
図１および図２に示すように、平面入力装置１０は最上部に入力パネル１１を有している。また平面入力装置１０の最下部にはケース１２が設けられている。入力パネル１１はＰＥＴやポリカーボネイトなど透明な合成樹脂で形成されている。また入力パネル１１は可撓性を有しており、面に垂直方向の力を受けると前記図示Ｚ方向に撓み変形する。
【００２６】
本実施の形態に示す入力パネル１１はＸ方向を長辺、Ｙ方向に短辺を有する長方形をしている。そして、長方形からなる前記入力パネル１１の四隅の領域には、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤが設けられている。以下の説明においては、図１において、図示右上の隅部を基準としてこれを第１の隅部Ａとし、以下右回り方向に、右下を第２の隅部Ｂ、左下を第３の隅部Ｃ、左上を第４の隅部Ｄとして説明する。
【００２７】
入力パネル１１の外周側の縁部は前記ケース１２の上縁端１２ａに支持されている。図３Ａに示すように、ケース１２の下端には断面Ｌ字形状で示される底部１２ｂを有している。この底部１２ｂの内側には開口部１２Ａが形成されている。そして、この開口部１２Ａには、後述するような複数の可変容量部２０が設けられる。さらには各可変容量部２０を入力パネル１１の端部に配置することができるため、入力パネル１１の透明性を確保することができる。よって、開口部１２Ａには、液晶表示装置などの表示部材を設けることも可能であり（図示せず）特に携帯電話機などに用いることが可能である。この場合には、前記表示部材の視認性の低下を避けることができる。
【００２８】
図２および図３Ａに示すように、前記可変容量部２０は図示Ｚ（＋）方向の上層側から図示Ｚ（−）方向の下層側へかけて順に、上部シート２１、上部電極２２、共通電極２３、下部電極２４、下部シート２５およびプレート２６を有している。
【００２９】
上部シート２１は、例えばポリイミドなどの絶縁フィルムにより平面「口」形状に形成されている。上部シート２１は、接着剤などを介して入力パネル１１の下面に固定されている。
【００３０】
前記上部電極２２は、前記上部シート２１の下面に銅や銀などの導電材料により薄膜形成されている。この実施の形態では、前記上部電極２２が前記上部シート２１の８箇所の位置に形成されている。すなわち、図２に示すように、前記第１の隅部Ａの近傍には、長手方向をＸ方向とする上部電極２２ｘ１と、同じく長手方向をＹ方向とする上部電極２２ｙ１とが設けられている。以下同様に、第２ないし第３の隅部Ｂ，Ｃ，Ｄの近傍には、長手方向をＸ方向とする上部電極２２ｘ２，２２ｘ３，２２ｘ４と、同じく長手方向をＹ方向とする上部電極２２ｙ２，２２ｙ３，２２ｙ４がそれぞれ設けられている。
【００３１】
上部シート２１の表面には複数のパターン線（図示せず）が配線されており、各パターン線の一端は各上部電極２２ｘ１，２２ｘ２，２２ｘ３，２２ｘ４，２２ｙ１，２２ｙ２，２２ｙ３，２２ｙ４にそれぞれ接続され、他端は上部シート２１の一部に設けられた延出部２１Ａを介して外部に引き出されている。なお、入力パネル１１が面と垂直な方向（Ｚ方向）に撓み変形するときには、前記上部シート２１および上部電極２２も前記入力パネル１１と一体となって変形することが可能である。
【００３２】
共通電極２３も薄い銅を主体とする導電性の板材で形成され、その外形は平面「口」形状である。共通電極２３の一部には延出部２３Ａが形成されており、共通電極２３はこの延出部２３Ａを介して外部の回路に接続される。
【００３３】
下部電極２４および下部シート２５は、前記上部電極２２および前記上部シート２１と同様の構成である。すなわち、図２に示すように、下部電極２４は、前記下部シート２５の表面（図２ではＺ（＋）側の面）の８箇所の位置に設けられた下部電極２４ｘ１，２４ｘ２，２４ｘ３，２４ｘ４と下部部電極２４ｙ１，２４ｙ２，２４ｙ３，２４ｙ４とにより形成されている。また下部シート２５には複数のパターン線（図示せず）と延出部２５Ａが設けられている。個々の下部電極は各パターン線および延出部２５Ａを介して外部に引き出されている。なお、下部電極２４の面積と上部電極２２の面積は等しい。
【００３４】
プレート２６は、面と垂直を成す方向（Ｚ方向）に変形可能な可撓性を有する金属板または合成樹脂板なので形成され、その外形は平面「口」形状である。下部電極２４を有する下部シート２５は、前記プレート２６の表面に接着剤などを介して固着される。このため、下部電極２４はプレート２６とともに一体で撓み変形することが可能な状態にある（図３Ｂ参照）。
【００３５】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１ないし第４の隅部ＡないしＤにはスペーサ３０がそれぞれ設けられている。前記スペーサ３０は、直径の異なる底部３１、中腹部３２および頭部３３が一体に形成されている。そして、底部３１と前中腹部３２との間には第１の段差部３４が設けられ、中腹部３２と頭部３３との間には第２の段差部３５が設けられている。
【００３６】
図２に示すように、共通電極２３、下部シート２５およびプレート２６のそれぞれ４つの隅部ＡないしＤには、貫通孔２３ａ、２５ａおよび２６ａがそれぞれ形成されている。第１ないし第４の隅部ＡないしＤに設けられた各貫通孔２１ａ，２３ａ、２５ａおよび２６ａは、それぞれ図示Ｚ方向に延びる同一の軸上に位置している。
【００３７】
図３Ａに示すように、下部シート２５およびプレート２６に形成された各貫通孔２５ａ，２６ａの直径は、前記スペーサ３０の底部３１の直径より大きく且つ前記中腹部３２の直径よりも小さい。また前記共通電極２３に形成された各貫通孔２３ａの直径は、前記スペーサ３０の中腹部３２の直径よりも大きく且つ前記頭部３３の直径よりも小さい。このため、下部シート２５を有するプレート２６はスペーサ３０の第１の段差部３４に支持され、共通電極２３はスペーサ３０の第２の段差部３５に支持されている。
【００３８】
図２および図３Ｂに示すように、上部電極２２および下部電極２４の近傍で、且つスペーサ３０が設けられた位置と逆側となる位置には突起４０が設けられている。前記突起４０は、下部シート２５の上に別体に形成された凸状の合成樹脂などを固着する構成でもよいし、前記プレート２６の表面を、凸状にプレス加工することにより一体的に形成したものであってもよい。突起４０がプレート２６の表面に一体的に形成される構成の場合には、突起４０は前記下部シート２５に形成された貫通孔２５ｂを通じて図示上方に露出される。
【００３９】
図３Ａに示すように、共通電極２３には、突起４０の直径よりも十分に大きな内径寸法を有する大穴２３ｂが形成されている。突部４０の先端側は、前記大穴２３ｂを通じて図示上方に突出され、さらにその頂点４１は前記上部シート２１の下面に当接している。すなわち、上部電極２２と下部電極２４との間の対向距離Ｈ１、ひいては入力パネル１１の下面とプレート２６の上面との間の対向距離Ｈ２は、常に一定の寸法（突起４０の高さ寸法）が維持される。
【００４０】
この状態では、共通電極２３が上部電極２２および下部電極２４の中間に挟み込まれた状態で対向配置される。そして、図３Ａに示すように、プレート２６の下部位置に空気層からなる可撓領域２７が形成されている。また下部電極２４と共通電極の下面との間には空気層からなる下部絶縁層２８が形成され、上部電極２２と共通電極２３の上面との間には空気層からなる上部絶縁層２９が形成される。プレート２６は、可撓領域２７および開口部１２Ａ内で弾性変形することが可能である（図３Ｂ参照）。
【００４１】
図３Ａに示す変形前の状態（初期状態）では、上部絶縁層２９内に設けられた上部電極２２と共通電極２３の上面との間は対向距離ｄ１に設定されている。また下部絶縁層２８内に設けられた下部電極２４と共通電極２３の下面との間は対向距離ｄ２に設定されている。なお、対向距離ｄ１と対向距離ｄ２とは、変形前の初期状態においてはｄ１＝ｄ２であることが好ましい。ただし、たとえｄ１≠ｄ２であったとしてもキャリブレーションすることにより、ｄ１＝ｄ２として取り扱うことが可能である。
【００４２】
上部電極２２と共通電極２３の上面との間には第１の静電容量Ｃ１が形成され、下部電極２４と共通電極２３の下面との間には第２の静電容量Ｃ２が形成される。第１の静電容量Ｃ１の大きさは対向距離ｄ１に反比例し、第２の静電容量Ｃ２の大きさは対向距離ｄ２に反比例する。
【００４３】
すなわち、前記上部絶縁層２９および下部絶縁層２８の誘電率（空気の誘電率）をεとし、上部電極２２と共通電極２３との対向面積および下部電極２４と共通電極２３との対向面積をそれぞれＳとすると、第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２はそれぞれＣ１＝ε（Ｓ／ｄ１）、Ｃ２＝ε（Ｓ／ｄ２）である。
【００４４】
第１の隅部Ａの上部側においては、上部電極２２ｘ１と共通電極２３との間に第１の静電容量Ｃ１ｘが形成され、上部電極２２ｙ１と共通電極２３との間に第１の静電容量Ｃ１ｙが形成される。同様に、第１の隅部Ａの下部側においては、下部電極２４ｘ１と共通電極２３との間に第２の静電容量Ｃ２ｘが形成され、下部電極２４ｙ１と共通電極２３との間に第２の静電容量Ｃ２ｙが形成される。すなわち、１つの隅部には第１の静電容量Ｃ１ｘ、Ｃ１ｙと第２の静電容量Ｃ２ｘおよびＣ２ｙからなる４つの静電容量が形成される。したがって、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤからなる４箇所の隅部には、合計１６の第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２が形成されることになる。
【００４５】
そして、例えば第１の隅部Ａでは、第１の静電容量Ｃ１ｘと第２の静電容量Ｃ２ｘとが１つのＸ可変容量部を形成し、同じく第１の静電容量Ｃ１ｙと第２の静電容量Ｃ２ｙとが１つのＹ可変容量部を形成している。そして、この平面入力装置１０では、このようなＸ可変容量部およびＹ可変容量部が、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤにそれぞれ１組ずつ、合計８組設けられている。
【００４６】
図３Ｂに示すように、入力パネル１１が図示下方（Ｚ（−）方向）に変形するとき、加圧力は入力パネル１１の下面から突起４０を介してプレート２６に伝えられる。このため、プレート２６は、前記入力パネル１１の変形動作に追従して図示下方に変形させられる。突起４０の周囲と貫通孔２３ａの縁部との間には十分な隙間余裕が形成されている。このため、前記加圧力は共通電極２３には伝わらず、共通電極２３は変形せずにそのままの状態が維持される。
【００４７】
図５は、第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２を検出するための検出回路の原理を説明するためのブロック図である。なお、このブロック図は、複数のＸ可変容量部およびＹ可変容量部のうち、１つの可変容量部を構成する第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の場合を示している。
【００４８】
平面入力装置１０は、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤに設けられた１組の可変容量部（第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２）２０を検出するための検出回路５０を有している。なお、可変容量部２０を形成する個々の上部電極２２、共通電極２３および個々の下部電極２４は、上部シート２１、共通電極２３、下部シート２５の各延出部２１Ａ，２３Ａおよび２５Ａに形成された前記パターン線を介して前記検出回路５０を構成する電子部品に接続されている。
【００４９】
図５に示すように、前記検出回路５０は発振部（ＯＳＣ）５１、可変容量部２０、容量／電圧変換部（Ｃ／Ｖ）５３、平滑部５４およびアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）５５を有している。
【００５０】
発振部５１は、所定の周波数からなるパルス信号Ｓ１を出力する発振器５１Ａと、パルス信号の位相を１８０度反転させた反転パルス信号を生成する反転回路（インバータ）５１Ｂとを有している。この発振部５１では、発振器５１Ａから出力されたパルス信号Ｓ１および反転回路５１Ｂで反転させられた後の反転パルス信号Ｓ１バーの２つが生成され可変容量部２０に与えられる。
【００５１】
すなわち、一方のパルス信号Ｓ１は上部電極２２と共通電極２３との間に形成される各第１の静電容量Ｃ１の上部電極２２に与えられ、他方の反転パルス信号Ｓ１バーは下部電極２４と共通電極２３との間に形成される各第２の静電容量Ｃ２の前記下部電極２４に与えられる。
【００５２】
可変容量部２０は、第１の静電容量Ｃ１および第２の静電容量Ｃ２を有して形成される。なお、実際の可変容量部２０は、第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤに８組のＸ可変容量部とＹ可変容量部を有する。すなわち、図４に示すように、可変容量部２０はＸ１可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ２’可変容量部、Ｙ１可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部から構成される。
【００５３】
容量／電圧変換部５３は、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量分圧比（（１／Ｃ２）／（１／Ｃ１＋１／Ｃ２））を電圧に変換して出力ＶＣとする。ここで変換後の出力ＶＣは、図６のＡおよびＢに示すような前記パルス信号Ｓ１と反転パルス信号Ｓ１バーが、入力として第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の両端にそれぞれ与えられることにより出力されるものであり、共通電極２３の出力Ｖは例えば図６のＣないしＥに示すような波形となる。図６のＡないしＣは、容量／電圧変換部への入力と出力との関係を示す波形図であり、図６のＡは一方の入力であるパルス信号Ｓ１、図６のＢは他方の入力であるパルス信号Ｓ１バー、図６のＣはＣ１＝Ｃ２時における出力ＶＣ、図６のＤは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが小さい場合（Ｃ１＞Ｃ２時）における出力ＶＣ、図６のＥは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが大きい場合（Ｃ１＞＞Ｃ２）における出力ＶＣを示している。
【００５４】
図６のＡないしＣでは最小電圧０[ｖ]と最大電圧Ｖ[ｖ]の中間である中点電圧Ｖ／２[ｖ]を基準としており、後述するようにＣ１＝Ｃ２のときに、前記出力ＶＣが中点電圧Ｖ／２[ｖ]となるように設定される（図６のＣ参照）。入力パネル１１が加圧されて第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との間に容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）が生じると、出力ＶＣは前記中点電圧Ｖ／２[ｖ]を中心として上下に振れるパルス状の波形となる（図６のＤ参照）。そして、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との間の容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）が大きくなると、出力ＶＣは、その振幅が前記容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）分に比例して大きくなる。
【００５５】
平滑部５４は、前記出力ＶＣを積分する。これにより、測定点（検出の対象なった可変容量部）に加えられた加圧力の大きさが直流電圧（アナログ値）として算出される。
【００５６】
アナログ／デジタル変換部５５は、平滑部５４から出力された直流電圧（アナログ値）を所定の分解能でデジタル信号Ｄ１に変換し、図示しない制御部に向けて出力する。
【００５７】
ここで、図３Ａに示すように、上部電極２２と共通電極２３との対向距離ｄ１と下部電極２４と共通電極２３との対向距離ｄ２とが一致（ｄ１＝ｄ２）しているとして扱える変形前の初期状態においては、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の比が１：１の関係（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃの関係）が成立するため、前記共通電極２３の出力ＶＣは中点電圧Ｖ／２[ｖ]となる。
【００５８】
そして、図３Ｂに示すように加圧力が加えられて、前記入力パネル１１とプレート２６とが一緒に図示下方に変形すると、上部電極２２と共通電極２３との対向距離ｄ１は狭まる反面、下部電極２４と共通電極２３との対向距離ｄ２が広がる。よって、上部電極２２と共通電極２３との間の第１の静電容量Ｃ１は増大するが、下部電極２４と共通電極２３との間の第２の静電容量Ｃ２は減少する。
【００５９】
前記上部電極２２と下部電極２４の間の対向距離Ｈ１は常に一定である。よって、第１の静電容量Ｃ１が最初の静電容量Ｃから変化量ΔＣだけ増大すると、相対的に第２の静電容量Ｃ２は最初の静電容量Ｃから変化量ΔＣだけ減少する。このため、共通電極２３の出力ＶＣは、直列接続されたコンデンサの容量分圧比として以下の数１で定められる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
このため、上記検出回路５０を用いて共通電極２３の出力ＶＣを検出することにより、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との変形の有無、すなわち入力パネル１１に加圧力が加えられたか否かを検出することが可能である。
【００６２】
次に、上記原理を用いて８組のＸ可変容量部およびＹ可変容量部を有する場合について説明する。
【００６３】
図７は本発明の実施の形態に係る検出回路の構成を示すブロック図、図８のＡないしＥは加圧力が与えられた場合（Ｃ１＞Ｃ２）における各出力を示しており、Ａはパルス信号Ｓ１に対する出力ＶＣ、ＢはＡを平滑した後の出力、Ｃは反転パルス信号Ｓ１バーに対する出力ＶＣ、ＤはＣを平滑した後の出力、ＥはＢとＤとの差動出力を示す図である。
【００６４】
図７に示す検出回路５０Ａは、図５同様の機能を有する発振部（ＯＳＣ）５１、可変容量部２０、容量／電圧変換部（Ｃ／Ｖ）５３、平滑部５４およびアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部５５を有している。
【００６５】
ただし、図７に示す検出回路５０Ａは、以下の点で上記図５の回路と相違している。
この実施の形態は、可変容量部２０が、Ｘ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、およびＹ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２’可変容量部からなる８組の可変容量部（Ｘ可変容量部とＹ可変容量部）を有するものとして構成されている。各可動容量部は、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２とをそれぞれ有している。なお、Ｘ可変容量部とＹ可変容量部のそれぞれの配置は図４同様である。
【００６６】
また各可変容量部の第１の静電容量Ｃ１を形成する各上部電極２２と発振器５１Ａとの間に切換部材（マルチプレクサ）５６Ａが設けられ、各可変容量部の第２の静電容量Ｃ２を形成する各下部電極２４と反転回路（インバータ）５１Ｂとの間に切換部材５６Ｂが設けられている。この実施の形態に示す切換部材（マルチプレクサ）５６Ａ，５６Ｂは、１つの入力端子５６ａに対して８つの出力端子５６ｂが設けられている。前記入力端子５６ａには発振器５１Ａまたは反転回路（インバータ）５１Ｂが接続され、８つの出力端子５６ｂには各可変容量部の第１の静電容量Ｃ１を形成する上部電極２２または第２の静電容量Ｃ２を形成する上部電極２４がそれぞれ接続されている。
【００６７】
前記切換部材５６Ａ，５６Ｂは制御端子（図示せず）を有している。前記切換部材５６Ａ，５６Ｂは、図示しない制御部からの制御信号を受けると、入力端子５６ａと８つの出力端子５６ｂのうちのいずれか一つとの間が前記制御信号に同期して接続される。入力端子５６ａと８つの出力端子５６ｂとの間の接続の切り換えは、前記制御信号に基づいて所定の時間間隔で選択的に行われる。
【００６８】
またこの実施の形態では、いずれかの可動容量部の第１の静電容量Ｃ１にパルス信号Ｓ１が入力されるときには、これと同じ可動容量部の第２の静電容量Ｃ２にパルス信号Ｓ１バーが入力されるように切換部材５６Ａと切換部材５６Ｂとが同期して駆動される。さらに１つの入力端子５６ａと８つの出力端子５６ｂとの間の切り換え動作は、例えばＸ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、およびＹ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２’可変容量部からなる順番が、所定の時間間隔で繰り返される。
【００６９】
すなわち、Ｘ１可変容量部の第１の静電容量Ｃ１に一定時間Ｔ（１周期に相当）だけパルス信号Ｓ１が与えられるときには、Ｘ１可変容量部の第２の静電容量Ｃ２に反転パルス信号Ｓ１バーが同時に与えられる。そして、次の１周期にＸ２可変容量部の第１の静電容量Ｃ１にパルス信号Ｓ１が与えられるときには、同時に第２の静電容量Ｃ２に反転パルス信号Ｓ１バーが与えられる。さらに次の１周期にＸ１’可変容量部の第１の静電容量Ｃ１にパルス信号Ｓ１が与えられるときには、同時にＸ１’可変容量部の第１の第２の静電容量Ｃ２に反転パルス信号Ｓ１バーが与えられる。そして、このような処理動作がＹ２’可変容量部まで繰り返されると、再び最初に戻ってＸ１可変容量部に対し同様の処理動作が行われる。
【００７０】
したがって、８つの可変容量部に対する出力ＶＣが、一定時間Ｔ（１周期）ごとに共通電極２３を介して容量／電圧変換部５３に次々に出力される。
【００７１】
また本実施の形態では、２つの容量／電圧変換部５３Ａ，５３Ｂが設けられている。さらにこれらに続いて２つの平滑部５４Ａ，５４Ｂがそれぞれ設けられている。平滑部５４Ａ，５４Ｂでは、容量／電圧変換部５３Ａ，５３Ｂで変換された変換後の電圧を、それぞれパルス信号の１周期の時間で平滑化した直流電圧にそれぞれ変換する。
【００７２】
前記平滑部５４Ａ，５４Ｂの後段には差動増幅部５８が設けられている。差動増幅部５８は、平滑部５４Ａの出力と平滑部５４Ｂの出力との差信号を生成するとともに必要に応じて増幅して出力（差動出力）する。そして、アナログ／デジタル変換部５５は前記差動出力をデジタル信号Ｄ１に変換する。
【００７３】
図７に示すように、共通電極２３と一方の容量／電圧変換部５３Ａとの間にはパルス信号Ｓ１によってオン・オフ制御されるスイッチ部５７Ａが設けられ、共通電極２３と他方の容量／電圧変換部５３Ｂとの間には反転パルス信号Ｓ１バーによってオン・オフ制御されるスイッチ部５７Ｂが設けられている。前記スイッチ部５７Ａとスイッチ部５７Ｂはともに、パルス信号Ｓ１又は反転パルス信号Ｓ１バーが「１」のときにオン状態に設定され、「０」のときにオフ状態に設定される。前記パルス信号Ｓ１と反転パルス信号Ｓ１バーとは、互いに位相が１８０度異なる。このため、前記パルス信号Ｓ１が「１」のとき（この間、反転パルス信号Ｓ１バーは「０」）にはスイッチ部５７Ａはオン、スイッチ部５７Ｂはオフであり、前記パルス信号Ｓ１が「０」のとき（この間、反転パルス信号Ｓ１バーは「１」）にはスイッチ部５７Ａはオフ、スイッチ部５７Ｂはオンである。すなわち、両スイッチ部５７Ａ，５７Ｂは交互に駆動させられる。
【００７４】
このため、パルス信号Ｓ１が「１」（反転パルス信号Ｓ１バーは「０」）の区間（１周期の前半Ｔ／２）、スイッチ部５７Ａはオン状態（スイッチ部５７Ｂはオフ状態）に設定される。この間、前記切換部材５６Ａにおいて選択されたいずれかの可変容量部の出力が、一方の容量／電圧変換部５３Ａで電圧ＶＣ１に変換され（図８のＡ参照）る。さらに電圧ＶＣ１は一方の平滑部５４Ａにおいて前半の半周期Ｔ／２で平滑され、これを１周期Ｔ分とする直流電圧Ｖ／２＋ΔＶ１に変換される（図８のＢ参照）。
【００７５】
次に、パルス信号Ｓ１バーが「０」に反転（反転パルス信号Ｓ１バーは「１」に反転）した区間（１周期の後半Ｔ／２）においては、スイッチ部５７Ｂがオン状態（スイッチ部５７Ａはオフ状態）に設定される。そして、この間、前記同じ可変容量部の出力が、他方の容量／電圧変換部５３Ｂで電圧ＶＣ２に変換され（図８のＣ参照）。さらに電圧ＶＣ２は他方の平滑部５４Ｂにおいて後半の半周期Ｔ／２で平滑され、１周期Ｔ分に相当する区間として直流電圧Ｖ／２−ΔＶ２に変換される（図８のＤ参照）。
【００７６】
差動増幅部５８では、平滑部５４Ａで直流電圧に変換された電圧Ｖ／２＋ΔＶ１と、平滑部５４Ｂで直流電圧に変換された電圧Ｖ／２−ΔＶ２との電圧差２ΔＶ（＝ΔＶ１−（−ΔＶ２），ただしΔＶ１＝ΔＶ２＝ΔＶ）が求められ、さらに必要に応じて増幅される（図８Ｅ参照）。
【００７７】
ここで求められた電圧差２ΔＶが１つの可変容量部の変化量ΔＣに相当し、これがこの可変容量部を有する測定点において検出された加圧力の大きさとなる。
【００７８】
そして、前記電圧差２ΔＶを、Ｘ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、およびＹ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２’可変容量部について順番に電圧差２ΔＶ（変化量ΔＣ）を検出することにより、個々の可変容量部に分散して与えられた各加圧力ΔＦの大きさがそれぞれ求められる。そして、すべての測定点における加圧力ΔＦ、すなわち電圧差２ΔＶを加算することにより、入力パネル１１全体に与えられた加圧力（操作体からの加圧力）Ｆ（＝ΣΔＦ）を求めることができる。
【００７９】
このように、本願発明では各測定点の加圧力ΔＦの大きさ（加圧量）を、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量分圧比と１周期内の電圧差２ΔＶ（差動出力）から求めることができる。このため、例えインパルス状のノイズが発生しても、これらのノイズは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の双方に同時に重畳することになる。そして、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量分圧比を求めることにより、前記ノイズを相殺することができる。すなわち、ノイズの影響を受け難い平面入力装置とすることができる。
【００８０】
また第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２とは、数ｍｍ以内の薄い高さ寸法内に重なる状態で近接配置される。このため、１つの静電容量部内で、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２を形成する誘電率εが温度や湿度による環境変化などの影響を受けて変化したとしても、前記第１の静電容量Ｃ１と前記第２の静電容量Ｃ２との容量差（｜Ｃ１−Ｃ２｜）を差動出力として求めることによってこれらの影響をキャンセルすることができる。
【００８１】
しかも、本願発明では、各静電容量部における静電容量Ｃの変化量ΔＣを検出する構成である。このため、例え前記第１ないし第４の隅部Ａ，Ｂ，ＣおよびＤの場所ごとに誘電率εの大きさが相違したとしても、検出される静電容量Ｃの変化量ΔＣについては、前記場所ごとの誘電率εの相違による影響を受け難くすることができる。すなわち、温度や湿度による環境変化の影響を受け難く、検出精度の高い平面入力装置とすることができる。
【００８２】
次に、上記構成の平面入力装置を用いた座標位置の検出方法について説明する。
図９は本発明における平面入力装置を用いて加重位置の中心点と４つの可変容量部に形成される静電容量Ｃ１との関係を示すグラフである。
【００８３】
入力パネル１１を加圧する操作体ｆの座標位置の検出は、上記のＸ１可変容量部、Ｘ２可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２’可変容量部、Ｙ１可変容量部、Ｙ２可変容量部、Ｙ１’可変容量部およびＹ２’可変容量部から出力される各出力のバランス、すなわち操作体ｆが各可変容量部に与える加圧力ΔＦのバランスを考慮して求められる。
【００８４】
図９は、入力パネル１１の中心点を通る縦横の２本の仮想的な中央線ＭＬ，ＭＳを用いて４つのエリアＲａ、Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄに４分割したときの（図４参照）、第１の隅部Ａを含むエリアＲａについての結果を示している。また図９は入力パネル１１の表面を、指やペン先などの操作体ｆを用いて一定の加重（例えば１００ｇｆ）で加圧した場合である。そして、図４に示すように操作体ｆを移動直線ｓｍ１に沿って、Ｘ（＋）側の端部から中心部ＯまでＸ（−）方向に所定のステップ（例えば５ｍｍ単位）で間欠的に移動させたときに、前記操作体ｆの各加重位置ａ０ないしａｎと、第１ないし第４の隅部ＡないしＤに設けられたＹ１可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部を構成する各第１の静電容量の大きさとの関係を示している。
【００８５】
図４に示すものでは、操作体ｆは、エリアＲａ内を右端側の加重位置（始点）ａ０と中心部Ｏ側の加重位置（終点）ａｎとの間をＸ（−）方向に移動している。図９に示すように、操作体ｆが加重位置（始点）ａ０に位置するときには、前記加重位置（始点）ａ０での変形量は大きく、加重位置（終点）ａｎ側の変形量は小さい。このため、加重位置（始点）ａ０側に位置するＹ１可変容量部およびＹ１’可変容量部の出力は大きく、加重位置（終点）ａｎ側のＹ２可変容量部およびＹ２’可変容量部の出力は小さい。
【００８６】
一方、操作体ｆが加重位置（終点）ａｎに近づくと、前記加重位置（始点）ａ０での変形量は徐々に小さくなり、加重位置（終点）ａｎでの変形量は徐々に大きくなる。このため、加重位置（始点）ａ０側に位置するＹ１可変容量部およびＹ１’可変容量部の出力が徐々に小さくなる代わりに、加重位置（終点）ａｎ側のＹ２可変容量部およびＹ２’可変容量部の出力が徐々に大きくなる。
【００８７】
すなわち、図９に示すように、Ｙ１可変容量部およびＹ１’可変容量部の静電容量は操作体ｆの移動に伴って減少する傾向を示すが、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部は前記操作体ｆの移動に伴って静電容量が増加する傾向を示す。
【００８８】
同時に、図４に示すものでは操作体ｆは横の中心線ＭＳより上側（Ｘ（＋））の位置で、端部側の始点ａ０と中心部側の終点ａｎとの間をＸ（−）方向に移動している。このため、図９に示すように。このときの静電容量の大きさは、操作体ｆと同じ上側（Ｘ（＋））に位置するＹ１可変容量部およびＹ２可変容量部の方が、操作体ｆとは異なる下側（Ｘ（−））に位置するＹ１’可変容量部およびＹ２’可変容量部よりも大きな値を示す。
【００８９】
なお、操作体ｆがその他のエリアＲｂ、ＲｃおよびＲｄにおいて、上記同様に入力パネル１１の端部側から中心部に向かってＸ方向に移動する場合には、Ｙ１可変容量部、Ｙ１’可変容量部、Ｙ２可変容量部およびＹ２’可変容量部と検出回路５０を用いて検出することによりエリアＲａの場合同様の結果を得ることができる。
【００９０】
また操作体ｆがエリアＲａ、Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄにおいて、入力パネル１１の端部側から中心部に向かってＹ方向に移動する場合には、Ｘ１可変容量部、Ｘ１’可変容量部、Ｘ２可変容量部およびＸ２’可変容量部と検出回路５０を用いて検出することにより、上記同様の結果を得る。
【００９１】
このため、操作体ｆの座標位置は以下のように計算方法を用いることにより求めることができる。
【００９２】
まず、第１の隅部Ａに設けられたＹ１可変容量部の出力をｙ１、第２の隅部Ｂに設けられたＹ’１可変容量部の出力をｙ１’、第３の隅部Ｃに設けられたＹ’２可変容量部の出力をｙ’２、前記第４の隅部Ｄに設けられたＹ２可変容量部の出力をｙ２’とする。
【００９３】
また第１の隅部Ａに設けられたＸ１可変容量部の出力をｘ１、第２の隅部Ｂに設けられたＸ２可変容量部の出力をｘ２、第３の隅部Ｃに設けられたＸ２’可変容量部の出力をｘ２’、前記第４の隅部Ｄに設けられたＸ１’可変容量部の出力をｘ１’とする。そして、操作体ｆの加重位置の座標を（Ｘ，Ｙ）とすると、前記座標（Ｘ，Ｙ）は以下数式より求まる。
【００９４】
【数２】
【００９５】
【数３】
【００９６】
【数４】
【００９７】
【数５】
【００９８】
なお、操作体ｆが第２の隅部Ｂを含むエリア内Ｒｂにおいて、上記同様に右側の端部側から中心部に向かってＸ（−）方向に移動する場合のグラフは、図９のグラフにおいて、出力ｙ１と出力ｙ１’とを交換し、出力ｙ２と出力ｙ２’とを交換したものとなる。
【００９９】
また操作体ｆが第４の隅部Ｄを含むエリア内Ｒｄにおいて、上記同様に左側の端部側から中心部に向かってＸ（＋）方向に移動する場合には、出力ｙ１と出力ｙ１’については端部側から中心部に向かうに伴って容量が増大する右肩上がりのグラフとなり、出力ｙ２と出力ｙ２’については右肩下がりのグラフとなる。さらに第３の隅部Ｃを含むエリア内Ｒｃについては、前記エリアＲｂとエリアＲｄとを合わせたようなグラフとなる。
【０１００】
上記実施の形態では、入力パネルの各隅部に２組の可変容量部づつ、４つの隅部に合計８の可変容量部を配置して座標位置および加圧力を検出する平面入力装置１０を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、各隅部に１組の可変容量部を備える構成であってもよい。ただし、各隅部に２組の可変容量部を備えた構成の方が検出精度を高める上では有利である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態としての平面入力装置を示す斜視図、
【図２】図１に示す平面入力装置の平面図、
【図３Ａ】図１に示す平面入力装置の一の隅部の変形前の状態を示す断面図、
【図３Ｂ】図１に示す平面入力装置の一の隅部の変形後の状態を示す断面図、
【図４】平面入力装置に設けられた各静電容量部の配置を示す平面図、
【図５】第１，第２の静電容量Ｃ１，Ｃ２を検出するための検出回路の原理を説明するためのブロック図、
【図６】容量／電圧変換部への入力と出力との関係を示す波形図であり、Ａは一方の入力であるパルス信号Ｓ１、Ｂは他方の入力であるパルス信号Ｓ１バー、ＣはＣ１＝Ｃ２時における出力ＶＣ、Ｄは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが小さい場合（Ｃ１＞Ｃ２時）における出力ＶＣ、Ｅは第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが大きい場合（Ｃ１＞＞Ｃ２）における出力ＶＣ、
【図７】本発明の実施の形態に係る検出回路の構成を示すブロック図、
【図８】加圧力が与えられた場合（Ｃ１＞Ｃ２）における各出力を示しており、Ａはパルス信号Ｓ１に対する出力ＶＣ、ＢはＡを平滑した後の出力、Ｃは反転パルス信号Ｓ１バーに対する出力ＶＣ、ＤはＣを平滑した後の出力、ＥはＢとＤとの差動出力を示す図、
【図９】本発明における平面入力装置を用いて加重位置の中心点と４つの可変容量部に形成される静電容量Ｃ１との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１０２】
１０ 平面入力装置
１１ 入力パネル
１２ ケース
２０ 可変容量部
２１ 上部シート
２２ 上部電極
２３ 共通電極
２４ 下部電極
２５ 下部シート
２６ プレート
２７ 可撓領域
２８ 下部絶縁層
２９ 上部絶縁層
３０ スペーサ
４０ 突起
５０，５０Ａ 検出回路
５１ 発振部（ＯＳＣ）
５３，５３Ａ，５３Ｂ 容量／電圧変換部（Ｃ／Ｖ）
５４，５４Ａ，５４Ｂ 平滑部
５５ アナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）
５６Ａ 切換部材（マルチプレクサ）
５７Ａ，５７Ｂ スイッチ部
５８ 差動増幅部
Ａ 第１の隅部
Ｂ 第２の隅部
Ｃ 第３の隅部
Ｄ 第４の隅部
ｆ 操作体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された加圧力に応じて撓み変形する入力パネルと、前記入力パネルが設けられたケースと、前記入力パネルと前記ケースとの間に設けられた可変容量部と、を備えた平面入力装置において、
前記可変容量部は、前記入力パネルの下面側に設けられた上部電極と、前記ケースの上面側に設けられた下部電極と、前記上部電極と前記下部電極とが対向し合うスペースの中間位置に前記上部電極と前記下部電極の双方に対向させて配置された共通電極と、が設けられていることを特徴とする平面入力装置。
【請求項２】
前記上部電極と前記共通電極との間に第１の静電容量が形成され、前記下部電極と前記共通電極との間に第２の静電容量が形成され、前記第１の静電容量と前記第２の静電容量との比から前記入力パネルに対する入力位置および加圧力の大きさが検出される請求項１記載の平面入力装置。
【請求項３】
前記ケースの上に可撓領域を介して前記下部電極を保持し、前記下部電極の上に下部絶縁層を介して前記共通電極を保持し、さらに前記共通電極上に上部絶縁層を介して前記上部電極を保持するスペーサが設けられている請求項１または２記載の平面入力装置。
【請求項４】
前記共通電極には大穴が形成されており、この大穴内には前記上部電極と前記下部電極との対向距離を一定の寸法に維持する突起が配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項５】
前記下部電極が可撓性を有するプレートに設けられている請求項３または４記載の平面入力装置。
【請求項６】
前記可変容量部で生成された静電容量を検出する検出回路が設けられており、前記検出回路は前記第１の静電容量からの出力と前記第２の静電容量からの出力との差動出力を検出するものである請求項２ないし５のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項７】
前記可変容量部が、前記入力パネルの周縁部に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項８】
前記入力パネルが４つの隅部を有しており、１つの前記隅部にはＸ方向を長手方向とするＸ可変容量部とＹ方向を長手方向とするＹ可変容量部が設けられている請求項１ないし７記載の平面入力装置。
【請求項９】
前記入力パネルの、右上を第１の隅部と、右下を第２の隅部と、左下を第３の隅部と、左上を第４の隅部としたときに、
前記第１の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１’との比であるＸ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ２と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力との比ｘ２’であるＸ方向の第２出力比と、
前記第１の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１と前記第２の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１’との比であるＹ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２’と前記第４の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２との比であるＹ方向の第２出力比と、
から前記入力位置の座標が検出される請求項２ないし８のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項１０】
入力位置の座標を（Ｘ，Ｙ）としたときに、
前記座標Ｘが、前記出力ｘ１＞前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１’／ｘ１＋ｘ２’／ｘ２）／２として算出され、前記出力ｘ１≦前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１／ｘ１’＋ｘ２／ｘ２’）／２として算出され、
前記座標Ｙが、前記出力ｙ１＞前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１’／ｙ１＋ｙ２’／ｙ２）／２として算出され、前記出力ｙ１≦前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１／ｙ１’＋ｙ２／ｙ２’）／２として算出される請求項９記載の記載の平面入力装置。
【請求項１】
入力された加圧力に応じて撓み変形する入力パネルと、前記入力パネルが設けられたケースと、前記入力パネルと前記ケースとの間に設けられた可変容量部と、を備えた平面入力装置において、
前記可変容量部は、前記入力パネルの下面側に設けられた上部電極と、前記ケースの上面側に設けられた下部電極と、前記上部電極と前記下部電極とが対向し合うスペースの中間位置に前記上部電極と前記下部電極の双方に対向させて配置された共通電極と、が設けられていることを特徴とする平面入力装置。
【請求項２】
前記上部電極と前記共通電極との間に第１の静電容量が形成され、前記下部電極と前記共通電極との間に第２の静電容量が形成され、前記第１の静電容量と前記第２の静電容量との比から前記入力パネルに対する入力位置および加圧力の大きさが検出される請求項１記載の平面入力装置。
【請求項３】
前記ケースの上に可撓領域を介して前記下部電極を保持し、前記下部電極の上に下部絶縁層を介して前記共通電極を保持し、さらに前記共通電極上に上部絶縁層を介して前記上部電極を保持するスペーサが設けられている請求項１または２記載の平面入力装置。
【請求項４】
前記共通電極には大穴が形成されており、この大穴内には前記上部電極と前記下部電極との対向距離を一定の寸法に維持する突起が配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項５】
前記下部電極が可撓性を有するプレートに設けられている請求項３または４記載の平面入力装置。
【請求項６】
前記可変容量部で生成された静電容量を検出する検出回路が設けられており、前記検出回路は前記第１の静電容量からの出力と前記第２の静電容量からの出力との差動出力を検出するものである請求項２ないし５のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項７】
前記可変容量部が、前記入力パネルの周縁部に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項８】
前記入力パネルが４つの隅部を有しており、１つの前記隅部にはＸ方向を長手方向とするＸ可変容量部とＹ方向を長手方向とするＹ可変容量部が設けられている請求項１ないし７記載の平面入力装置。
【請求項９】
前記入力パネルの、右上を第１の隅部と、右下を第２の隅部と、左下を第３の隅部と、左上を第４の隅部としたときに、
前記第１の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ１’との比であるＸ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力ｘ２と前記第４の隅部に設けられたＸ可変容量部の出力との比ｘ２’であるＸ方向の第２出力比と、
前記第１の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１と前記第２の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ１’との比であるＹ方向の第１出力比と、
前記第３の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２’と前記第４の隅部に設けられたＹ可変容量部の出力ｙ２との比であるＹ方向の第２出力比と、
から前記入力位置の座標が検出される請求項２ないし８のいずれかに記載の平面入力装置。
【請求項１０】
入力位置の座標を（Ｘ，Ｙ）としたときに、
前記座標Ｘが、前記出力ｘ１＞前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１’／ｘ１＋ｘ２’／ｘ２）／２として算出され、前記出力ｘ１≦前記出力ｘ１’のときにはＸ＝（ｘ１／ｘ１’＋ｘ２／ｘ２’）／２として算出され、
前記座標Ｙが、前記出力ｙ１＞前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１’／ｙ１＋ｙ２’／ｙ２）／２として算出され、前記出力ｙ１≦前記出力ｙ１’のときにはＹ＝（ｙ１／ｙ１’＋ｙ２／ｙ２’）／２として算出される請求項９記載の記載の平面入力装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１４６４６４（Ｐ２００８−１４６４６４Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４５７１（Ｐ２００６−３３４５７１）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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