座標検出装置
【課題】高分解能かつ低消費電力で座標特定に掛かる時間を抑制可能な座標検出装置を提供すること。
【解決手段】第１電極（Ｘ１〜Ｘ３）、第２電極（Ｙ１〜Ｙ４）、容量検出回路（１２）、第１電極用スイッチ、第２電極用スイッチ、を備え、第２電極用スイッチにより複数の第２電極の全てを電源に接続すると共に第１電極用スイッチにより複数の第１電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで、第１方向における検出対象物の位置である第１座標を検出し、第１電極用スイッチにより複数の第１電極の全てを電源に接続すると共に第２電極用スイッチにより複数の第２電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで、第２方向における検出対象物の位置である第２座標を検出し、第１座標又は第２座標が複数検出された場合、検出された第１座標と第２座標との組に対応する第１電極と第２電極との容量を測定することで、検出対象物の位置を特定する。
【解決手段】第１電極（Ｘ１〜Ｘ３）、第２電極（Ｙ１〜Ｙ４）、容量検出回路（１２）、第１電極用スイッチ、第２電極用スイッチ、を備え、第２電極用スイッチにより複数の第２電極の全てを電源に接続すると共に第１電極用スイッチにより複数の第１電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで、第１方向における検出対象物の位置である第１座標を検出し、第１電極用スイッチにより複数の第１電極の全てを電源に接続すると共に第２電極用スイッチにより複数の第２電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで、第２方向における検出対象物の位置である第２座標を検出し、第１座標又は第２座標が複数検出された場合、検出された第１座標と第２座標との組に対応する第１電極と第２電極との容量を測定することで、検出対象物の位置を特定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化から検出対象物の近接位置を二次元的に検出する座標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出対象物の近接位置を二次元的に検出する座標検出装置として、マトリクス状に配置された検出電極の交点に形成される静電容量の容量変化を検出する方式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式の座標検出装置は、第１軸方向に配列された第１電極と、これと交差する第２軸方向に配列されると共に第１電極と絶縁された第２電極とを有し、第１電極と第２電極との組によって決まる交点の容量変化を検出することによって検出対象物の近接位置を特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２８９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この座標検出装置は、検出対象物の近接位置を特定するのに第１電極と第２電極との組によって決まる全ての交点の容量変化を検出する。このため、検出感度や分解能を高めることが容易であり、検出対象物が複数の座標において近接した場合であっても複数の近接点の情報を正確に得ることが可能である。
【０００５】
しかしながら、上述した座標検出装置は、第１電極と第２電極との全ての組合せに対して容量変化を検出するため、例えば、第１電極がｍ本、第２電極がｎ本の座標検出装置では、一度の座標特定においてｍ×ｎ回の容量測定を行う必要がある。このため、座標検出装置の分解能を高めるために電極数を増加させると、座標の特定に要する時間が長くなる問題がある。一方、複数の検出回路を用いて複数の交点の容量を並列的に測定することで座標の特定に掛かる時間を短縮可能だが、この場合、回路規模が大きくなり座標検出装置の製造コストが増大してしまう。また、検出回路の規模が大きくなると、その分、座標検出装置の消費電力が増大してしまう。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高分解能かつ低消費電力で、座標特定に要する時間を抑制可能な座標検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の座標検出装置は、検出対象物の近接による容量の変化から前記検出対象物の位置を二次元的に検出する座標検出装置であって、第１方向に配列された複数の第１電極と、第２方向に配列され前記複数の第１電極のそれぞれと交差する複数の第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極と選択的に接続される容量検出回路と、前記第１電極を前記容量検出回路又は所定電圧を供給する電源に接続可能に構成された第１電極用スイッチと、前記第２電極を前記容量検出回路又は前記電源に接続可能に構成された第２電極用スイッチと、を備え、前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第１方向における前記検出対象物の位置である第１座標を検出し、前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第２方向における前記検出対象物の位置である第２座標を検出し、前記第１座標又は前記第２座標が複数検出された場合、検出された前記第１座標と前記第２座標との組に対応する第１電極と第２電極との容量を測定することで、前記検出対象物の位置を特定することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第２電極の全てを電源に接続すると共に第１電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで第１座標を検出し、第１電極の全てを電源に接続すると共に第２電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで第２座標を検出し、第１座標又は第２座標が複数検出された場合、その組み合わせにおいて容量が異なる第１電極と第２電極との組を特定するため、第１電極と第２電極との全ての組み合わせの容量を検出せずにすむ。これにより、容量検出回路の数が少なく抑えても座標特定に掛かる時間を抑制可能である。つまり、高分解能な座標検出装置において、低消費電力で、座標特定に掛かる時間を短く抑えることができる。
【０００９】
本発明の座標検出装置において、前記第１電極用スイッチは前記第１電極をグランドに接続可能に構成され、前記第２電極用スイッチは前記第２電極をグランドに接続可能に構成され、前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極をグランドに接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極をグランドに接続しても良い。
【００１０】
この構成によれば、容量検出回路に接続されない電極をグランドに接続することで不要な輻射を抑制し電磁波ノイズを小さくできるため、座標検出装置の検出精度を高めることができる。
【００１１】
本発明の座標検出装置において、前記第１電極用スイッチは前記第１電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、前記第２電極用スイッチは前記第２電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を他の電気的要素から絶縁し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を他の電気的要素から絶縁しても良い。
【００１２】
この構成によれば、容量検出回路に接続されない電極をフローティングとすることで、容量検出回路に接続される電極の接地容量を低減できる。このため、座標検出装置の検出精度を高めることができる。また、駆動電流が小さくて済むため、さらに消費電力を抑制できる。
【００１３】
本発明の座標検出装置において、前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を電源に接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を電源に接続しても良い。
【００１４】
この構成によれば、容量検出回路に接続されない電極を電源に接続することで、容量検出回路に接続される電極と電源に接続される電極との容量値が増し、電界の刺激を大きくできる。このため、座標検出装置の感度を高めることができるとともに、外来ノイズ耐性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高分解能かつ低消費電力で、座標特定に掛かる時間を抑制可能な座標検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係る座標検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係るセンサの構成例を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係るセンサ及びチョッピングフィルタを簡略化して示す模式図である。
【図４】本実施の形態に係るチョッピングフィルタの動作を示すタイミング図である。
【図５】本実施の形態に係るチョッピングフィルタにより低周波数のノイズが高周波数に変換される様子を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の一態様（第１態様）を示す模式図である。
【図７】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の一態様（第１態様）を示すタイミング図である。
【図８】第１電極と第２電極との交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。
【図９】二つの交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。
【図１０】容量値の再測定ステップを示す模式図である。
【図１１】再測定ステップにおいて測定対象以外の電極に与えられる電圧を示す模式図である。
【図１２】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第２態様）を示す模式図である。
【図１３】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第２態様）を示すタイミング図である。
【図１４】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第３態様）を示す模式図である。
【図１５】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第３態様）を示すタイミング図である。
【図１６】本実施の形態に係る座標検出装置の具体的な構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態に係る座標検出装置の構成について説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る座標検出装置の構成例を示すブロック図である。図１に示される座標検出装置１は、複数の電極で構成されたセンサ１１と、その後段の検出回路１２とで構成されている。検出回路１２は、低周波数の外来ノイズを高周波数に変換すると共にノイズ振幅を縮小するように機能するチョッピングフィルタ１２１と、チョッピングフィルタ１２１から転送される電荷を複数回取り込み、アナログ電圧に変換するチャージアンプ１２２と、アナログ電圧を多ビットのディジタル信号に変換するＡＤＣ１２３とを備えている。
【００１９】
センサ１１は、互いに交差する２種類の電極を備え、その交点に近接する検出対象物（例えば、操作者の指）と電極の一方とによる容量が電極間容量Ｃｆに対して並列に付加されることで、見かけの電極間容量が変化するように構成されている。検出対象物の近接による容量変化は、後段の検出回路１２において検出される。
【００２０】
チョッピングフィルタ１２１は、センサ１１から被検出容量を電荷量に変換して取り込む。チャージアンプ１２２はオペアンプなどで構成され、得られた電荷量を複数回分取り込み、必要な電圧レベルに増幅するための積分を行うとともに外来ノイズを抑制するための平均化を行う。ＡＤＣ１２３は増幅、平均化されたアナログ電圧をディジタル信号に変換する。
【００２１】
図２は、図１に示されるセンサ１１の構成例を示す模式図である。図２に示されるように、センサ１１は所定方向に配列された複数の第１電極Ｘ１〜Ｘ３と、第１電極Ｘ１〜Ｘ３と異なる方向に配列され、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと交差する複数の第２電極Ｙ１〜Ｙ４とを備える。なお、ここでは３本の第１電極と４本の第２電極とを備える例について示すが、センサ１１が備える電極の数はこれに限られない。
【００２２】
第１電極Ｘ１〜Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４とは互いに絶縁されており、その交点近傍には電極間容量Ｃｆ＿１１〜Ｃｆ＿３４が形成されている。第１電極Ｘ１〜Ｘ３とグランドとの間には容量Ｃｂ＿ｘ１〜Ｃｂ＿ｘ３が形成されており、第２電極Ｙ１〜Ｙ４とグランドとの間には容量Ｃｂ＿ｙ１〜Ｃｂ＿ｙ４が形成されている。第１電極Ｘ１〜Ｘ３の一端には、後段の検出回路１２との接続を制御するスイッチＳＷ３＿ｘ１〜ＳＷ３＿ｘ３、ＳＷ４＿ｘ１〜ＳＷ４＿ｘ３、電圧Ｖｄｄとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、グランドとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３が設けられている。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えることで、第１電極Ｘ１〜Ｘ３にパルス電圧ＤＲＶが与えられるようになっている。また、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の一端には、検出回路との接続を制御するスイッチＳＷ３＿ｙ１〜ＳＷ３＿ｙ４、ＳＷ４＿ｙ１〜ＳＷ４＿ｙ４、電圧Ｖｄｄとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、グランドとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４が設けられている。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えることで、第２電極Ｙ１〜Ｙ４にパルス電圧ＤＲＶが与えられるようになっている。
【００２３】
図３は、座標検出装置１のセンサ１１及びチョッピングフィルタ１２１を簡略化して示す模式図である。図３に示されるように、センサ１１の第１電極Ｓｘｎ、第２電極Ｓｙｎ間には容量Ｃｆが形成される。一方の電極（図３では第１電極Ｓｘｎ）にパルス電圧ＤＲＶが印加され、他方の電極（図３では第２電極Ｓｙｎ）は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３、又はスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４を介して電圧Ｖｃｏｍに接続される。電圧Ｖｃｏｍの電圧値は、電圧Ｖｄｄとグランド（ＧＮＤ）との間の値になっている。第１電極Ｓｘｎと第２電極Ｓｙｎとに与えられる電圧の関係は、動作に応じて入れ替わることがある。
【００２４】
スイッチＳＷ３には容量Ｃｍｎの一方の端子が接続され、容量Ｃｍｎのもう一方の端子に電圧Ｖｄｄが接続される。また、スイッチＳＷ４には容量Ｃｍｐの一方の端子が接続され、容量Ｃｍｐのもう一方の端子にグランドが接続される。この場合、容量Ｃｍｎ、Ｃｍｐの一端がＶｄｄ、又はグランドに接続されるが、任意の固定電位に接続してもよい。このように構成された座標検出装置１において、指などの検出対象物が一方の電極（図３では第２電極Ｓｙｎ）に近接すると、当該電極と検出対象物とによる容量が電極間容量Ｃｆに対して並列に付加され、見かけの電極間容量は低下する。この容量の低下を検出することで、検出対象物の二次元的な座標を特定できる。
【００２５】
図４は、図３に示されるチョッピングフィルタ１２１の動作を示すタイミング図である。図３に示されるチョッピングフィルタ１２１において、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４をオンすると、チョッピングフィルタ１２１の第１出力ｓｉ＿ｐが電圧Ｖｃｏｍとなる。スイッチＳＷ２をオフした後、パルス電圧ＤＲＶをハイレベルにするとチョッピングフィルタ１２１の第１出力ｓｉ＿ｐがセンサ容量に応じた電圧に上昇して安定化する。その後、スイッチＳＷ４をオフして、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３をオンすると、チョッピングフィルタ１２１の第２出力ｓｉ＿ｎが電圧Ｖｃｏｍとなる。スイッチＳＷ１をオフした後、パルス電圧ＤＲＶをローレベルにすると、チョッピングフィルタ１２１の第２出力ｓｉ＿ｎがセンサ容量に応じた電圧に下降して安定化する。第１出力ｓｉ＿ｐの電圧と第２出力ｓｉ＿ｎの電圧との差を、後段のチャージアンプ１２２で検出する。なお、第１出力ｓｉ＿ｐ及び第２出力ｓｉ＿ｎの出力波形は、容量Ｃｆ、Ｃｂ、Ｃｍｐ、Ｃｍｎなどの大きさに応じて異なる。
【００２６】
図５は、センサ１１からのノイズがチョッピングフィルタ１２１によって高周波に変換される様子を示す模式図である。図５に示されるような低周波数のノイズがチョッピングフィルタ１２１に入力されると仮定する。チョッピングフィルタ１２１によってノイズの振幅が抑制され高周波に変換される。パルス電圧ＤＲＶの極性に応じてチョッピングフィルタ１２１から出力される変換後のノイズの極性が決定されるように構成されているため、チョッピングフィルタ１２１の出力を後段のチャージアンプ１２２において平均化することでノイズの影響を大幅に低減できる。
【００２７】
以下、上述した座標検出装置１の検出動作について、図６〜図１５を参照して説明する。
【００２８】
図６は、座標検出装置１の検出動作の一態様を示す模式図である。図７は、当該検出動作を示すタイミング図である。図６Ａ及び図７Ａに示されるように、まず、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｙ１、ＳＷ４＿ｙ１（図２参照）をオンして第２電極Ｙ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオンして、容量測定に係る第２電極Ｙ１以外の第２電極Ｙ２〜Ｙ４をグランドと接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３の動作はいずれも同じであり、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３の動作はいずれも同じである。当該動作により、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。
【００２９】
次に、図６Ｂ及び図７Ａに示されるように、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。第２電極Ｙ１の場合と同様、スイッチＳＷ３＿ｙ２、ＳＷ４＿ｙ２（図２参照）をオンして第２電極Ｙ２を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオンして、容量測定に係る第２電極Ｙ２以外の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４をグランドと接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３の動作はいずれも同じであり、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３の動作はいずれも同じである。当該動作により、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。その後、第２電極Ｙ１、Ｙ２の場合と同様に、第２電極Ｙ３と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定し（図示せず）、第２電極Ｙ４と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する（図６Ｃ）。
【００３０】
次に、図６Ｄ及び図７Ｂに示されるように、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１（図２参照）をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３をオンして、容量測定に係る第１電極Ｘ１以外の第１電極Ｘ２、Ｘ３をグランドと接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定される。同様に、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定し（図６Ｅ）、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する（図６Ｆ）。
【００３１】
以上の検出動作によって、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定され、第２電極Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれと第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定され、容量測定の１サイクルが終了する。図６及び図７に示されるように、容量測定に係る電極以外の電極をグランドに接続することで、不要な輻射を抑制し電磁波ノイズを小さくできる。これにより、座標検出装置の検出精度を高めることができるため好ましい。
【００３２】
なお、上述した検出動作では、第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を順に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を順に検出回路１２に接続しているが、検出動作はこれに限られない。第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を選択的に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を選択的に検出回路１２に接続してもよい。すなわち、容量検出は電極の並び順に行う必要はない。また、容量検出は全ての電極について行わずに、所定の電極のみについて行っても良い。
【００３３】
上述した容量測定の結果、各電極において容量値の低下が見られない場合、検出対象物がセンサ１１に近接していないと判定する。
【００３４】
第１電極Ｘ１〜Ｘ３のいずれか一、及び第２電極Ｙ１〜Ｙ４のいずれか一の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と容量値が低下している第２電極との交点から、検出対象物が近接する座標を特定する。図８は、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ２との交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。図８に示されるように、第１電極の配列方向において、第１電極Ｘ２の容量値は他の第１電極Ｘ１、Ｘ３の容量値より低い値になっており、第２電極の配列方向において、第２電極Ｙ２の容量値は他の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４の容量値より低い値になっている。このように、容量値が低下している第１電極Ｘ２及び第２電極Ｙ２の交点から、検出対象物が近接する座標を特定できる。
【００３５】
図９は、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３との交点、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１との交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。このように、複数の検出対象物（ここでは二つ）がセンサ１１に近接し、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、図８に示されるように電極の交点から座標を特定することは難しい。例えば、図９の場合、第１電極Ｘ１、Ｘ３及び第２電極Ｙ１、Ｙ３の容量値は低下するが、その組み合わせによって特定される座標は、検出対象物が近接する座標（Ｘ１、Ｙ３）（Ｘ３、Ｙ１）、及び検出対象物が近接していない座標（Ｘ１、Ｙ１）（Ｘ３、Ｙ３）である。このように、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、第１電極と第２電極との組み合わせによって導き出される座標には、検出対象物が近接していない座標が含まれるため、この方法により検出対象物が近接する座標のみを特定することは難しい。
【００３６】
このような場合において検出対象物が近接する座標のみを特定するため、本実施の形態の座標検出装置１は、容量値が低下している第１電極と第２電極との各組合せに関して容量値を再測定する。図１０は、容量値の再測定ステップを示す模式図である。図１０Ａに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１とによる容量値が測定される。また、図１０Ｂに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ３、ＳＷ４＿ｘ３をオンして第１電極Ｘ３を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１とによる容量値が測定される。また、図１０Ｃに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ３にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３とによる容量値が測定される。また、図１０Ｄに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ３、ＳＷ４＿ｘ３をオンして第１電極Ｘ３を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ３にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ３とによる容量値が測定される。
【００３７】
上述した再測定において、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３とによる容量値、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１とによる容量値は、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１とによる容量値、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ３とによる容量値と比較して低い値となる。これは、検出対象物が、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３との交点の座標（Ｘ１、Ｙ３）、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１との交点の座標（Ｘ３、Ｙ１）に近接しており、その影響が容量値の低下として現れるためである。このように、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と第２電極との各組合せに関して容量値を再測定することで、検出対象物が近接する座標を特定できる。
【００３８】
なお、上述した再測定ステップにおいて、測定対象となる第１電極及び第２電極以外の電極は、図１１Ａに示されるようにグランドに接続されることが好ましい。又は、測定対象となる第１電極及び第２電極以外の電極は、図１１Ｂに示されるように絶縁され、フローティング状態とされることが好ましい。
【００３９】
図１２は、座標検出装置１の検出動作の別の一態様を示す模式図である。図１３は、当該検出動作を示すタイミング図である。図１２Ａ及び図１３Ａに示されるように、まず、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｙ１、ＳＷ４＿ｙ１をオンして第２電極Ｙ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオフして、容量測定に係る第２電極Ｙ１以外の第２電極Ｙ２〜Ｙ４を他の電気的要素から絶縁してフローティング状態とする。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。
【００４０】
次に、図１２Ｂ及び図１３Ａに示されるように、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。第２電極Ｙ１の場合と同様、スイッチＳＷ３＿ｙ２、ＳＷ４＿ｙ２をオンして第２電極Ｙ２を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオフして、容量測定に係る第２電極Ｙ２以外の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４を他の電気的要素から絶縁してフローティング状態とする。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。その後、第２電極Ｙ１、Ｙ２の場合と同様に、第２電極Ｙ３と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定し（図示せず）、第２電極Ｙ４と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する（図１２Ｃ）。
【００４１】
次に、図１２Ｄ及び図１３Ｂに示されるように、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３をオフして、容量測定に係る第１電極Ｘ１以外の第１電極Ｘ２、Ｘ３を他の電気的要素から絶縁してフローティング状態とする。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定される。同様に、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定し（図１２Ｅ）、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する（図１２Ｆ）。
【００４２】
以上の検出動作によって、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定され、第２電極Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれと第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定され、容量測定の１サイクルが終了する。図１２及び図１３に示されるように、検出回路１２に接続されない電極をフローティング状態とすることで、検出回路１２に接続される電極の接地容量を低減できる。このため、座標検出精度を高めることができる。また、駆動電流が小さくて済むため、さらに消費電力を抑制できる。
【００４３】
なお、第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を選択的に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を選択的に検出回路１２に接続してもよい点については、図６及び図７に示される検出動作と同様である。
【００４４】
各電極において容量値の低下が見られない場合、検出対象物がセンサ１１に近接していないと判定し、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のいずれか一、及び第２電極Ｙ１〜Ｙ４のいずれか一の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と容量値が低下している第２電極との交点から、検出対象物が近接する座標を特定し、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、再測定ステップによって座標を特定する点については同様である。また、再測定ステップは、図１０に示されるステップと同様に行うことができる。
【００４５】
図１４は、座標検出装置１の検出動作の別の一態様を示す模式図である。図１５は、当該検出動作を示すタイミング図である。図１４Ａ及び図１５Ａに示されるように、まず、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｙ１、ＳＷ４＿ｙ１をオンして第２電極Ｙ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、容量測定に係る第２電極Ｙ１以外の第２電極Ｙ２〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。
【００４６】
次に、図１４Ｂ及び図１５Ａに示されるように、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。第２電極Ｙ１の場合と同様、スイッチＳＷ３＿ｙ２、ＳＷ４＿ｙ２をオンして第２電極Ｙ２を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、容量測定に係る第２電極Ｙ２以外の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。その後、第２電極Ｙ１、Ｙ２の場合と同様に、第２電極Ｙ３と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定し（図示せず）、第２電極Ｙ４と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する（図１４Ｃ）。
【００４７】
次に、図１４Ｄ及び図１５Ｂに示されるように、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、容量測定に係る第１電極Ｘ１以外の第１電極Ｘ２、Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定される。同様に、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定し（図１４Ｅ）、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する（図１４Ｆ）。
【００４８】
以上の検出動作によって、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定され、第２電極Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれと第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定され、容量測定の１サイクルが終了する。図１４及び図１５に示されるように、検出回路１２に接続されない電極を電源に接続することで検出回路１２と接続される電極と電源に接続される電極との間の容量値が増し、電界の刺激を大きくでき、座標検出装置の感度を高めることができるとともに、外来ノイズ耐性を向上させることができる。
【００４９】
なお、第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を選択的に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を選択的に検出回路１２に接続してもよい点については、図６及び図７に示される検出動作と同様である。
【００５０】
各電極において容量値の低下が見られない場合、検出対象物がセンサ１１に近接していないと判定し、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のいずれか一、及び第２電極Ｙ１〜Ｙ４のいずれか一の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と容量値が低下している第２電極との交点から、検出対象物が近接する座標を特定し、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、再測定ステップによって座標を特定する点については同様である。また、再測定ステップは、図１０に示されるステップと同様に行うことができる。
【００５１】
図１６は、座標検出装置１の具体的な構成例を示す回路図である。図１６に示される座標検出装置１においてセンサ１１は、検出回路１２との接続をＳＷ３＿ｘ１〜ＳＷ３＿ｘｎ、ＳＷ４＿ｘ１〜ＳＷ４＿ｘｎ（ｎは第１電極の数）を介して行い、センサ１１の電荷量の一部がチョッピングフィルタ１２１に転送される。この動作は図３、図４ですでに説明した通りである。
【００５２】
チャージアンプ１２２は全差動型のオペアンプにより、チョッピングフィルタ１２１の出力ｓｉ＿ｎ、ｓｉ＿ｐの電位差で決まる電荷量をＣｆｎ、Ｃｆｐに転送する。また、チョッピングフィルタからの電荷の転送を複数回行って電荷を積分し、チャージアンプの出力電圧を必要レベルまで増幅してからチャージアンプの出力として確定させてもよい。
【００５３】
ＡＤＣ１２３はチャージアンプ１２２のアナログ電圧出力を多ビットのディジタル値に変換するもので、ΔΣ型や逐次比較型などの方式で構成される。
【００５４】
以上説明したように、本発明の座標検出装置１は、第１電極の全てを電源に接続して第２電極の中から選択的に検出回路１２に接続することで第２電極の配列方向の座標を検出し、第２電極の全てを電源に接続して第１電極の中から選択的に検出回路１２に接続することで第１電極の配列方向の座標を検出し、容量値が異なる第１座標又は第２座標が複数検出された場合のみ再測定ステップを実行するため、第１電極と第２電極との全ての組み合わせの容量測定を行わなくとも座標を特定できる。これにより、検出回路の数が少なくても座標の特定に掛かる時間を短く抑えることができる。つまり、高分解能な座標検出装置において、低消費電力で、座標特定に掛かる時間を抑制できる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。例えば、センサが備える電極の数は、センサ面積や分解能などに応じて変更できる。また、検出回路の数は一つであることに限られず、複数の検出回路を備えても良い。複数の検出回路を備えることにより、座標特定に掛かる時間をさらに短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の座標検出装置は、例えば、タッチパッドなどの入力装置として有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 座標検出装置
１１ センサ
１２ 検出回路
１２１ チョッピングフィルタ
１２２ チャージアンプ
１２３ ＡＤＣ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化から検出対象物の近接位置を二次元的に検出する座標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出対象物の近接位置を二次元的に検出する座標検出装置として、マトリクス状に配置された検出電極の交点に形成される静電容量の容量変化を検出する方式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式の座標検出装置は、第１軸方向に配列された第１電極と、これと交差する第２軸方向に配列されると共に第１電極と絶縁された第２電極とを有し、第１電極と第２電極との組によって決まる交点の容量変化を検出することによって検出対象物の近接位置を特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２８９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この座標検出装置は、検出対象物の近接位置を特定するのに第１電極と第２電極との組によって決まる全ての交点の容量変化を検出する。このため、検出感度や分解能を高めることが容易であり、検出対象物が複数の座標において近接した場合であっても複数の近接点の情報を正確に得ることが可能である。
【０００５】
しかしながら、上述した座標検出装置は、第１電極と第２電極との全ての組合せに対して容量変化を検出するため、例えば、第１電極がｍ本、第２電極がｎ本の座標検出装置では、一度の座標特定においてｍ×ｎ回の容量測定を行う必要がある。このため、座標検出装置の分解能を高めるために電極数を増加させると、座標の特定に要する時間が長くなる問題がある。一方、複数の検出回路を用いて複数の交点の容量を並列的に測定することで座標の特定に掛かる時間を短縮可能だが、この場合、回路規模が大きくなり座標検出装置の製造コストが増大してしまう。また、検出回路の規模が大きくなると、その分、座標検出装置の消費電力が増大してしまう。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高分解能かつ低消費電力で、座標特定に要する時間を抑制可能な座標検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の座標検出装置は、検出対象物の近接による容量の変化から前記検出対象物の位置を二次元的に検出する座標検出装置であって、第１方向に配列された複数の第１電極と、第２方向に配列され前記複数の第１電極のそれぞれと交差する複数の第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極と選択的に接続される容量検出回路と、前記第１電極を前記容量検出回路又は所定電圧を供給する電源に接続可能に構成された第１電極用スイッチと、前記第２電極を前記容量検出回路又は前記電源に接続可能に構成された第２電極用スイッチと、を備え、前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第１方向における前記検出対象物の位置である第１座標を検出し、前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第２方向における前記検出対象物の位置である第２座標を検出し、前記第１座標又は前記第２座標が複数検出された場合、検出された前記第１座標と前記第２座標との組に対応する第１電極と第２電極との容量を測定することで、前記検出対象物の位置を特定することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第２電極の全てを電源に接続すると共に第１電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで第１座標を検出し、第１電極の全てを電源に接続すると共に第２電極の中から選択的に容量検出回路に接続することで第２座標を検出し、第１座標又は第２座標が複数検出された場合、その組み合わせにおいて容量が異なる第１電極と第２電極との組を特定するため、第１電極と第２電極との全ての組み合わせの容量を検出せずにすむ。これにより、容量検出回路の数が少なく抑えても座標特定に掛かる時間を抑制可能である。つまり、高分解能な座標検出装置において、低消費電力で、座標特定に掛かる時間を短く抑えることができる。
【０００９】
本発明の座標検出装置において、前記第１電極用スイッチは前記第１電極をグランドに接続可能に構成され、前記第２電極用スイッチは前記第２電極をグランドに接続可能に構成され、前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極をグランドに接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極をグランドに接続しても良い。
【００１０】
この構成によれば、容量検出回路に接続されない電極をグランドに接続することで不要な輻射を抑制し電磁波ノイズを小さくできるため、座標検出装置の検出精度を高めることができる。
【００１１】
本発明の座標検出装置において、前記第１電極用スイッチは前記第１電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、前記第２電極用スイッチは前記第２電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を他の電気的要素から絶縁し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を他の電気的要素から絶縁しても良い。
【００１２】
この構成によれば、容量検出回路に接続されない電極をフローティングとすることで、容量検出回路に接続される電極の接地容量を低減できる。このため、座標検出装置の検出精度を高めることができる。また、駆動電流が小さくて済むため、さらに消費電力を抑制できる。
【００１３】
本発明の座標検出装置において、前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を電源に接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を電源に接続しても良い。
【００１４】
この構成によれば、容量検出回路に接続されない電極を電源に接続することで、容量検出回路に接続される電極と電源に接続される電極との容量値が増し、電界の刺激を大きくできる。このため、座標検出装置の感度を高めることができるとともに、外来ノイズ耐性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高分解能かつ低消費電力で、座標特定に掛かる時間を抑制可能な座標検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係る座標検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係るセンサの構成例を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係るセンサ及びチョッピングフィルタを簡略化して示す模式図である。
【図４】本実施の形態に係るチョッピングフィルタの動作を示すタイミング図である。
【図５】本実施の形態に係るチョッピングフィルタにより低周波数のノイズが高周波数に変換される様子を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の一態様（第１態様）を示す模式図である。
【図７】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の一態様（第１態様）を示すタイミング図である。
【図８】第１電極と第２電極との交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。
【図９】二つの交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。
【図１０】容量値の再測定ステップを示す模式図である。
【図１１】再測定ステップにおいて測定対象以外の電極に与えられる電圧を示す模式図である。
【図１２】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第２態様）を示す模式図である。
【図１３】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第２態様）を示すタイミング図である。
【図１４】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第３態様）を示す模式図である。
【図１５】本実施の形態に係る座標検出装置の検出動作の別の一態様（第３態様）を示すタイミング図である。
【図１６】本実施の形態に係る座標検出装置の具体的な構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態に係る座標検出装置の構成について説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る座標検出装置の構成例を示すブロック図である。図１に示される座標検出装置１は、複数の電極で構成されたセンサ１１と、その後段の検出回路１２とで構成されている。検出回路１２は、低周波数の外来ノイズを高周波数に変換すると共にノイズ振幅を縮小するように機能するチョッピングフィルタ１２１と、チョッピングフィルタ１２１から転送される電荷を複数回取り込み、アナログ電圧に変換するチャージアンプ１２２と、アナログ電圧を多ビットのディジタル信号に変換するＡＤＣ１２３とを備えている。
【００１９】
センサ１１は、互いに交差する２種類の電極を備え、その交点に近接する検出対象物（例えば、操作者の指）と電極の一方とによる容量が電極間容量Ｃｆに対して並列に付加されることで、見かけの電極間容量が変化するように構成されている。検出対象物の近接による容量変化は、後段の検出回路１２において検出される。
【００２０】
チョッピングフィルタ１２１は、センサ１１から被検出容量を電荷量に変換して取り込む。チャージアンプ１２２はオペアンプなどで構成され、得られた電荷量を複数回分取り込み、必要な電圧レベルに増幅するための積分を行うとともに外来ノイズを抑制するための平均化を行う。ＡＤＣ１２３は増幅、平均化されたアナログ電圧をディジタル信号に変換する。
【００２１】
図２は、図１に示されるセンサ１１の構成例を示す模式図である。図２に示されるように、センサ１１は所定方向に配列された複数の第１電極Ｘ１〜Ｘ３と、第１電極Ｘ１〜Ｘ３と異なる方向に配列され、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと交差する複数の第２電極Ｙ１〜Ｙ４とを備える。なお、ここでは３本の第１電極と４本の第２電極とを備える例について示すが、センサ１１が備える電極の数はこれに限られない。
【００２２】
第１電極Ｘ１〜Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４とは互いに絶縁されており、その交点近傍には電極間容量Ｃｆ＿１１〜Ｃｆ＿３４が形成されている。第１電極Ｘ１〜Ｘ３とグランドとの間には容量Ｃｂ＿ｘ１〜Ｃｂ＿ｘ３が形成されており、第２電極Ｙ１〜Ｙ４とグランドとの間には容量Ｃｂ＿ｙ１〜Ｃｂ＿ｙ４が形成されている。第１電極Ｘ１〜Ｘ３の一端には、後段の検出回路１２との接続を制御するスイッチＳＷ３＿ｘ１〜ＳＷ３＿ｘ３、ＳＷ４＿ｘ１〜ＳＷ４＿ｘ３、電圧Ｖｄｄとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、グランドとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３が設けられている。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えることで、第１電極Ｘ１〜Ｘ３にパルス電圧ＤＲＶが与えられるようになっている。また、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の一端には、検出回路との接続を制御するスイッチＳＷ３＿ｙ１〜ＳＷ３＿ｙ４、ＳＷ４＿ｙ１〜ＳＷ４＿ｙ４、電圧Ｖｄｄとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、グランドとの接続を制御するスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４が設けられている。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えることで、第２電極Ｙ１〜Ｙ４にパルス電圧ＤＲＶが与えられるようになっている。
【００２３】
図３は、座標検出装置１のセンサ１１及びチョッピングフィルタ１２１を簡略化して示す模式図である。図３に示されるように、センサ１１の第１電極Ｓｘｎ、第２電極Ｓｙｎ間には容量Ｃｆが形成される。一方の電極（図３では第１電極Ｓｘｎ）にパルス電圧ＤＲＶが印加され、他方の電極（図３では第２電極Ｓｙｎ）は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３、又はスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４を介して電圧Ｖｃｏｍに接続される。電圧Ｖｃｏｍの電圧値は、電圧Ｖｄｄとグランド（ＧＮＤ）との間の値になっている。第１電極Ｓｘｎと第２電極Ｓｙｎとに与えられる電圧の関係は、動作に応じて入れ替わることがある。
【００２４】
スイッチＳＷ３には容量Ｃｍｎの一方の端子が接続され、容量Ｃｍｎのもう一方の端子に電圧Ｖｄｄが接続される。また、スイッチＳＷ４には容量Ｃｍｐの一方の端子が接続され、容量Ｃｍｐのもう一方の端子にグランドが接続される。この場合、容量Ｃｍｎ、Ｃｍｐの一端がＶｄｄ、又はグランドに接続されるが、任意の固定電位に接続してもよい。このように構成された座標検出装置１において、指などの検出対象物が一方の電極（図３では第２電極Ｓｙｎ）に近接すると、当該電極と検出対象物とによる容量が電極間容量Ｃｆに対して並列に付加され、見かけの電極間容量は低下する。この容量の低下を検出することで、検出対象物の二次元的な座標を特定できる。
【００２５】
図４は、図３に示されるチョッピングフィルタ１２１の動作を示すタイミング図である。図３に示されるチョッピングフィルタ１２１において、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４をオンすると、チョッピングフィルタ１２１の第１出力ｓｉ＿ｐが電圧Ｖｃｏｍとなる。スイッチＳＷ２をオフした後、パルス電圧ＤＲＶをハイレベルにするとチョッピングフィルタ１２１の第１出力ｓｉ＿ｐがセンサ容量に応じた電圧に上昇して安定化する。その後、スイッチＳＷ４をオフして、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ３をオンすると、チョッピングフィルタ１２１の第２出力ｓｉ＿ｎが電圧Ｖｃｏｍとなる。スイッチＳＷ１をオフした後、パルス電圧ＤＲＶをローレベルにすると、チョッピングフィルタ１２１の第２出力ｓｉ＿ｎがセンサ容量に応じた電圧に下降して安定化する。第１出力ｓｉ＿ｐの電圧と第２出力ｓｉ＿ｎの電圧との差を、後段のチャージアンプ１２２で検出する。なお、第１出力ｓｉ＿ｐ及び第２出力ｓｉ＿ｎの出力波形は、容量Ｃｆ、Ｃｂ、Ｃｍｐ、Ｃｍｎなどの大きさに応じて異なる。
【００２６】
図５は、センサ１１からのノイズがチョッピングフィルタ１２１によって高周波に変換される様子を示す模式図である。図５に示されるような低周波数のノイズがチョッピングフィルタ１２１に入力されると仮定する。チョッピングフィルタ１２１によってノイズの振幅が抑制され高周波に変換される。パルス電圧ＤＲＶの極性に応じてチョッピングフィルタ１２１から出力される変換後のノイズの極性が決定されるように構成されているため、チョッピングフィルタ１２１の出力を後段のチャージアンプ１２２において平均化することでノイズの影響を大幅に低減できる。
【００２７】
以下、上述した座標検出装置１の検出動作について、図６〜図１５を参照して説明する。
【００２８】
図６は、座標検出装置１の検出動作の一態様を示す模式図である。図７は、当該検出動作を示すタイミング図である。図６Ａ及び図７Ａに示されるように、まず、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｙ１、ＳＷ４＿ｙ１（図２参照）をオンして第２電極Ｙ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオンして、容量測定に係る第２電極Ｙ１以外の第２電極Ｙ２〜Ｙ４をグランドと接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３の動作はいずれも同じであり、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３の動作はいずれも同じである。当該動作により、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。
【００２９】
次に、図６Ｂ及び図７Ａに示されるように、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。第２電極Ｙ１の場合と同様、スイッチＳＷ３＿ｙ２、ＳＷ４＿ｙ２（図２参照）をオンして第２電極Ｙ２を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオンして、容量測定に係る第２電極Ｙ２以外の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４をグランドと接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３の動作はいずれも同じであり、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３の動作はいずれも同じである。当該動作により、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。その後、第２電極Ｙ１、Ｙ２の場合と同様に、第２電極Ｙ３と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定し（図示せず）、第２電極Ｙ４と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する（図６Ｃ）。
【００３０】
次に、図６Ｄ及び図７Ｂに示されるように、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１（図２参照）をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３をオンして、容量測定に係る第１電極Ｘ１以外の第１電極Ｘ２、Ｘ３をグランドと接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定される。同様に、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定し（図６Ｅ）、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する（図６Ｆ）。
【００３１】
以上の検出動作によって、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定され、第２電極Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれと第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定され、容量測定の１サイクルが終了する。図６及び図７に示されるように、容量測定に係る電極以外の電極をグランドに接続することで、不要な輻射を抑制し電磁波ノイズを小さくできる。これにより、座標検出装置の検出精度を高めることができるため好ましい。
【００３２】
なお、上述した検出動作では、第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を順に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を順に検出回路１２に接続しているが、検出動作はこれに限られない。第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を選択的に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を選択的に検出回路１２に接続してもよい。すなわち、容量検出は電極の並び順に行う必要はない。また、容量検出は全ての電極について行わずに、所定の電極のみについて行っても良い。
【００３３】
上述した容量測定の結果、各電極において容量値の低下が見られない場合、検出対象物がセンサ１１に近接していないと判定する。
【００３４】
第１電極Ｘ１〜Ｘ３のいずれか一、及び第２電極Ｙ１〜Ｙ４のいずれか一の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と容量値が低下している第２電極との交点から、検出対象物が近接する座標を特定する。図８は、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ２との交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。図８に示されるように、第１電極の配列方向において、第１電極Ｘ２の容量値は他の第１電極Ｘ１、Ｘ３の容量値より低い値になっており、第２電極の配列方向において、第２電極Ｙ２の容量値は他の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４の容量値より低い値になっている。このように、容量値が低下している第１電極Ｘ２及び第２電極Ｙ２の交点から、検出対象物が近接する座標を特定できる。
【００３５】
図９は、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３との交点、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１との交点に検出対象物が近接した様子を示す模式図である。このように、複数の検出対象物（ここでは二つ）がセンサ１１に近接し、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、図８に示されるように電極の交点から座標を特定することは難しい。例えば、図９の場合、第１電極Ｘ１、Ｘ３及び第２電極Ｙ１、Ｙ３の容量値は低下するが、その組み合わせによって特定される座標は、検出対象物が近接する座標（Ｘ１、Ｙ３）（Ｘ３、Ｙ１）、及び検出対象物が近接していない座標（Ｘ１、Ｙ１）（Ｘ３、Ｙ３）である。このように、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、第１電極と第２電極との組み合わせによって導き出される座標には、検出対象物が近接していない座標が含まれるため、この方法により検出対象物が近接する座標のみを特定することは難しい。
【００３６】
このような場合において検出対象物が近接する座標のみを特定するため、本実施の形態の座標検出装置１は、容量値が低下している第１電極と第２電極との各組合せに関して容量値を再測定する。図１０は、容量値の再測定ステップを示す模式図である。図１０Ａに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１とによる容量値が測定される。また、図１０Ｂに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ３、ＳＷ４＿ｘ３をオンして第１電極Ｘ３を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１とによる容量値が測定される。また、図１０Ｃに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ３にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３とによる容量値が測定される。また、図１０Ｄに示されるように、スイッチＳＷ３＿ｘ３、ＳＷ４＿ｘ３をオンして第１電極Ｘ３を検出回路１２に接続する。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ３にパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ３とによる容量値が測定される。
【００３７】
上述した再測定において、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３とによる容量値、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１とによる容量値は、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１とによる容量値、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ３とによる容量値と比較して低い値となる。これは、検出対象物が、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ３との交点の座標（Ｘ１、Ｙ３）、及び第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１との交点の座標（Ｘ３、Ｙ１）に近接しており、その影響が容量値の低下として現れるためである。このように、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と第２電極との各組合せに関して容量値を再測定することで、検出対象物が近接する座標を特定できる。
【００３８】
なお、上述した再測定ステップにおいて、測定対象となる第１電極及び第２電極以外の電極は、図１１Ａに示されるようにグランドに接続されることが好ましい。又は、測定対象となる第１電極及び第２電極以外の電極は、図１１Ｂに示されるように絶縁され、フローティング状態とされることが好ましい。
【００３９】
図１２は、座標検出装置１の検出動作の別の一態様を示す模式図である。図１３は、当該検出動作を示すタイミング図である。図１２Ａ及び図１３Ａに示されるように、まず、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｙ１、ＳＷ４＿ｙ１をオンして第２電極Ｙ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオフして、容量測定に係る第２電極Ｙ１以外の第２電極Ｙ２〜Ｙ４を他の電気的要素から絶縁してフローティング状態とする。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。
【００４０】
次に、図１２Ｂ及び図１３Ａに示されるように、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。第２電極Ｙ１の場合と同様、スイッチＳＷ３＿ｙ２、ＳＷ４＿ｙ２をオンして第２電極Ｙ２を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４をオフして、容量測定に係る第２電極Ｙ２以外の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４を他の電気的要素から絶縁してフローティング状態とする。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。その後、第２電極Ｙ１、Ｙ２の場合と同様に、第２電極Ｙ３と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定し（図示せず）、第２電極Ｙ４と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する（図１２Ｃ）。
【００４１】
次に、図１２Ｄ及び図１３Ｂに示されるように、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３をオフし、スイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３をオフして、容量測定に係る第１電極Ｘ１以外の第１電極Ｘ２、Ｘ３を他の電気的要素から絶縁してフローティング状態とする。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定される。同様に、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定し（図１２Ｅ）、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する（図１２Ｆ）。
【００４２】
以上の検出動作によって、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定され、第２電極Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれと第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定され、容量測定の１サイクルが終了する。図１２及び図１３に示されるように、検出回路１２に接続されない電極をフローティング状態とすることで、検出回路１２に接続される電極の接地容量を低減できる。このため、座標検出精度を高めることができる。また、駆動電流が小さくて済むため、さらに消費電力を抑制できる。
【００４３】
なお、第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を選択的に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を選択的に検出回路１２に接続してもよい点については、図６及び図７に示される検出動作と同様である。
【００４４】
各電極において容量値の低下が見られない場合、検出対象物がセンサ１１に近接していないと判定し、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のいずれか一、及び第２電極Ｙ１〜Ｙ４のいずれか一の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と容量値が低下している第２電極との交点から、検出対象物が近接する座標を特定し、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、再測定ステップによって座標を特定する点については同様である。また、再測定ステップは、図１０に示されるステップと同様に行うことができる。
【００４５】
図１４は、座標検出装置１の検出動作の別の一態様を示す模式図である。図１５は、当該検出動作を示すタイミング図である。図１４Ａ及び図１５Ａに示されるように、まず、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｙ１、ＳＷ４＿ｙ１をオンして第２電極Ｙ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ２〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、容量測定に係る第２電極Ｙ１以外の第２電極Ｙ２〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ１と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。
【００４６】
次に、図１４Ｂ及び図１５Ａに示されるように、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する。第２電極Ｙ１の場合と同様、スイッチＳＷ３＿ｙ２、ＳＷ４＿ｙ２をオンして第２電極Ｙ２を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ３、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、容量測定に係る第２電極Ｙ２以外の第２電極Ｙ１、Ｙ３、Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、第１電極Ｘ１〜Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第２電極Ｙ２と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定される。その後、第２電極Ｙ１、Ｙ２の場合と同様に、第２電極Ｙ３と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定し（図示せず）、第２電極Ｙ４と第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量を測定する（図１４Ｃ）。
【００４７】
次に、図１４Ｄ及び図１５Ｂに示されるように、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する。スイッチＳＷ３＿ｘ１、ＳＷ４＿ｘ１をオンして第１電極Ｘ１を検出回路１２に接続する。スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｖ＿ｘ３、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ２、ＤＲＶ＿Ｇ＿ｘ３のオンとオフとを交互に切り替えて、容量測定に係る第１電極Ｘ１以外の第１電極Ｘ２、Ｘ３に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。また、スイッチＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｖ＿ｙ４、及びスイッチＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ１〜ＤＲＶ＿Ｇ＿ｙ４のオンとオフとを交互に切り替えて、第２電極Ｙ１〜Ｙ４に同じパルス電圧ＤＲＶを与える。当該動作により、第１電極Ｘ１と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定される。同様に、第１電極Ｘ２と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定し（図１４Ｅ）、第１電極Ｘ３と第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量を測定する（図１４Ｆ）。
【００４８】
以上の検出動作によって、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれと第２電極Ｙ１〜Ｙ４との容量値が測定され、第２電極Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれと第１電極Ｘ１〜Ｘ３との容量値が測定され、容量測定の１サイクルが終了する。図１４及び図１５に示されるように、検出回路１２に接続されない電極を電源に接続することで検出回路１２と接続される電極と電源に接続される電極との間の容量値が増し、電界の刺激を大きくでき、座標検出装置の感度を高めることができるとともに、外来ノイズ耐性を向上させることができる。
【００４９】
なお、第１電極Ｘ１〜Ｘ３の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第２電極Ｙ１〜Ｙ４を選択的に検出回路１２に接続し、第２電極Ｙ１〜Ｙ４の全てにパルス電圧ＤＲＶを与えて第１電極Ｘ１〜Ｘ３を選択的に検出回路１２に接続してもよい点については、図６及び図７に示される検出動作と同様である。
【００５０】
各電極において容量値の低下が見られない場合、検出対象物がセンサ１１に近接していないと判定し、第１電極Ｘ１〜Ｘ３のいずれか一、及び第２電極Ｙ１〜Ｙ４のいずれか一の容量値が低下している場合、容量値が低下している第１電極と容量値が低下している第２電極との交点から、検出対象物が近接する座標を特定し、複数の第１電極又は複数の第２電極の容量値が低下している場合、再測定ステップによって座標を特定する点については同様である。また、再測定ステップは、図１０に示されるステップと同様に行うことができる。
【００５１】
図１６は、座標検出装置１の具体的な構成例を示す回路図である。図１６に示される座標検出装置１においてセンサ１１は、検出回路１２との接続をＳＷ３＿ｘ１〜ＳＷ３＿ｘｎ、ＳＷ４＿ｘ１〜ＳＷ４＿ｘｎ（ｎは第１電極の数）を介して行い、センサ１１の電荷量の一部がチョッピングフィルタ１２１に転送される。この動作は図３、図４ですでに説明した通りである。
【００５２】
チャージアンプ１２２は全差動型のオペアンプにより、チョッピングフィルタ１２１の出力ｓｉ＿ｎ、ｓｉ＿ｐの電位差で決まる電荷量をＣｆｎ、Ｃｆｐに転送する。また、チョッピングフィルタからの電荷の転送を複数回行って電荷を積分し、チャージアンプの出力電圧を必要レベルまで増幅してからチャージアンプの出力として確定させてもよい。
【００５３】
ＡＤＣ１２３はチャージアンプ１２２のアナログ電圧出力を多ビットのディジタル値に変換するもので、ΔΣ型や逐次比較型などの方式で構成される。
【００５４】
以上説明したように、本発明の座標検出装置１は、第１電極の全てを電源に接続して第２電極の中から選択的に検出回路１２に接続することで第２電極の配列方向の座標を検出し、第２電極の全てを電源に接続して第１電極の中から選択的に検出回路１２に接続することで第１電極の配列方向の座標を検出し、容量値が異なる第１座標又は第２座標が複数検出された場合のみ再測定ステップを実行するため、第１電極と第２電極との全ての組み合わせの容量測定を行わなくとも座標を特定できる。これにより、検出回路の数が少なくても座標の特定に掛かる時間を短く抑えることができる。つまり、高分解能な座標検出装置において、低消費電力で、座標特定に掛かる時間を抑制できる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。例えば、センサが備える電極の数は、センサ面積や分解能などに応じて変更できる。また、検出回路の数は一つであることに限られず、複数の検出回路を備えても良い。複数の検出回路を備えることにより、座標特定に掛かる時間をさらに短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の座標検出装置は、例えば、タッチパッドなどの入力装置として有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 座標検出装置
１１ センサ
１２ 検出回路
１２１ チョッピングフィルタ
１２２ チャージアンプ
１２３ ＡＤＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物の近接による容量の変化から前記検出対象物の位置を二次元的に検出する座標検出装置であって、
第１方向に配列された複数の第１電極と、第２方向に配列され前記複数の第１電極のそれぞれと交差する複数の第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極と選択的に接続される容量検出回路と、前記第１電極を前記容量検出回路又は所定電圧を供給する電源に接続可能に構成された第１電極用スイッチと、前記第２電極を前記容量検出回路又は前記電源に接続可能に構成された第２電極用スイッチと、を備え、
前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第１方向における前記検出対象物の位置である第１座標を検出し、
前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第２方向における前記検出対象物の位置である第２座標を検出し、
前記第１座標又は前記第２座標が複数検出された場合、検出された第１座標と第２座標との組に対応する第１電極と第２電極との容量を測定することで、前記検出対象物の位置を特定することを特徴とする座標検出装置。
【請求項２】
前記第１電極用スイッチは前記第１電極をグランドに接続可能に構成され、
前記第２電極用スイッチは前記第２電極をグランドに接続可能に構成され、
前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極をグランドに接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極をグランドに接続することを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項３】
前記第１電極用スイッチは前記第１電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、
前記第２電極用スイッチは前記第２電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、
前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を他の電気的要素から絶縁し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を他の電気的要素から絶縁することを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を電源に接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を電源に接続することを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項１】
検出対象物の近接による容量の変化から前記検出対象物の位置を二次元的に検出する座標検出装置であって、
第１方向に配列された複数の第１電極と、第２方向に配列され前記複数の第１電極のそれぞれと交差する複数の第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極と選択的に接続される容量検出回路と、前記第１電極を前記容量検出回路又は所定電圧を供給する電源に接続可能に構成された第１電極用スイッチと、前記第２電極を前記容量検出回路又は前記電源に接続可能に構成された第２電極用スイッチと、を備え、
前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第１方向における前記検出対象物の位置である第１座標を検出し、
前記第１電極用スイッチにより前記複数の第１電極の全てを前記電源に接続すると共に前記第２電極用スイッチにより前記複数の第２電極の中から選択的に前記容量検出回路に接続することで、前記第２方向における前記検出対象物の位置である第２座標を検出し、
前記第１座標又は前記第２座標が複数検出された場合、検出された第１座標と第２座標との組に対応する第１電極と第２電極との容量を測定することで、前記検出対象物の位置を特定することを特徴とする座標検出装置。
【請求項２】
前記第１電極用スイッチは前記第１電極をグランドに接続可能に構成され、
前記第２電極用スイッチは前記第２電極をグランドに接続可能に構成され、
前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極をグランドに接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極をグランドに接続することを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項３】
前記第１電極用スイッチは前記第１電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、
前記第２電極用スイッチは前記第２電極を他の電気的要素から絶縁可能に構成され、
前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を他の電気的要素から絶縁し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を他の電気的要素から絶縁することを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記第１座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第１電極以外の第１電極を電源に接続し、前記第２座標の検出において、前記容量検出回路に接続される第２電極以外の第２電極を電源に接続することを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２２１０１３（Ｐ２０１２−２２１０１３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３３２０（Ｐ２０１１−８３３２０）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【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２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【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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