静電容量式近接センサ装置、及びそれを用いた入力装置
【課題】検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力装置を提供すること。
【解決手段】この静電容量式近接センサ装置は、検出領域Ａ１を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列されたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂと、検出領域Ａ１を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列されたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂと、を含む電極群と、駆動電極となる電極に駆動電圧を出力する駆動回路２３と、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路２４と、検出回路２４の検出結果からＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の被検出体位置を演算するＣＰＵ２２と、駆動電極となる電極を駆動回路２３に接続すると共に、検出電極となる電極を検出回路２４に接続するマルチプレクサ２１とを具備する。
【解決手段】この静電容量式近接センサ装置は、検出領域Ａ１を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列されたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂと、検出領域Ａ１を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列されたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂと、を含む電極群と、駆動電極となる電極に駆動電圧を出力する駆動回路２３と、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路２４と、検出回路２４の検出結果からＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の被検出体位置を演算するＣＰＵ２２と、駆動電極となる電極を駆動回路２３に接続すると共に、検出電極となる電極を検出回路２４に接続するマルチプレクサ２１とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出体位置を検出する近接センサ装置に関し、特に、静電容量の変化により被検出体の近接を検出する静電容量式近接センサ装置、及びそれを用いた入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体などの被検出体を検出する装置としては、４辺及び４つの角部を持つ矩形形状のセンサ面（検出領域）の４辺に沿って配置された４つの電極を備えた静電容量型検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる静電容量型検出装置においては、被検出体の接近によって各電極間に形成される静電容量が変化し、この静電容量に応じて出力される信号を介して被検出体を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９３６８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の静電容量型検出装置においては、矩形形状の検出領域の４辺上に配置された４つの電極を用いて被検出体位置を検出するため、検出領域内における被検出体の位置の変化は検出できるものの、絶対位置を正確に検出することは困難であった。また、被検出体が検出領域内を移動した場合において、被検出体の移動方向と平行に配置された電極間では、被検出体と電極との間の相対的な距離の変化が小さくなる。このため、被検出体の移動前後の静電容量の変化が小さくなり、被検出体の移動及び被検出体位置を正確に検出ができない問題がある。また、検出領域への被検出体の接近を多段階に検出することができない問題もあった。
【０００５】
また近年、静電容量型検出装置は、タッチパネルやグライドセンサと共にディスプレイ装置の入力装置などにも用途が拡大している。このような入力装置においては、ディスプレイ装置の汚れを防止する観点から、非接触での入力操作の実現が望まれている。また、装置に対する入力操作への要望も複雑化しており、例えば、人体などの接近を多段階に検出し、被検出体とセンサ面との間の距離に応じて複数の階調での入力操作を実現できる入力装置も望まれている。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みて為されたものであり、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力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】
本発明の静電容量式近接センサ装置は、検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、前記電極群のうち、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続すると共に、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、複数のＸ軸電極及び複数のＹ軸電極を、それぞれ検出電極として切替えて被検出体を検出するので、検出電極として切替えられた各Ｘ軸電極及び各Ｙ軸電極と被検出体との間の距離に応じた出力信号をそれぞれ検出できる。このため、各Ｘ軸電極及び各Ｙ軸電極と被検出体との間の距離を検出でき、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出することが可能となる。このように、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出できるので、被検出体位置に応じて被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置を実現することができる。
【０００９】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｘ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＸ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｘ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｘ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切り替えることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、複数のＸ軸電極内で検出電極対となるＸ軸電極を順次切替えるので、異なる位置に配置された複数の検出電極対を用いてＸ軸方向の被検出体位置を検出でき、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出できる。
【００１１】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｙ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＹ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｙ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｙ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切替えることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、複数のＹ軸電極内で検出電極対となるＹ軸電極を順次切替えるので、異なる位置に配置された複数の検出電極対を用いてＹ軸方向の被検出体位置を検出でき、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出できる。
【００１３】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、Ｚ軸方向の被検出体位置の検出において、少なくとも１つの前記Ｘ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンと、少なくとも１つの前記Ｙ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンとを切替えることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、Ｘ軸電極及びＹ軸電極のそれぞれを検出電極として用いてＺ軸方向の被検出体位置を検出するので、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれからＺ軸方向の被検出体位置を検出でき、精度良く被検出体位置を検出することができる。
【００１５】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＸ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＸ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、Ｘ軸方向に対して異なる位置に配置されたＸ軸電極を２つの検出電極対として被検出体位置を検出するので、それぞれの検出電極対の出力信号を用いた演算処理により、複数の被検出体位置を共に検出することが可能となる。
【００１７】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＹ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＹ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、Ｙ軸方向に対して異なる位置に配置されたＹ軸電極を２つの検出電極対として被検出体位置を検出するので、それぞれの検出電極対の出力信号を用いた演算処理により、複数の被検出体位置を共に検出することが可能となる。
【００１９】
本発明の電子機器は、上記静電容量式近接センサ装置を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、上記静電容量式近接センサ装置を備えることにより、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出することが可能となる。このため、例えば、被検出体と電子機器との間の距離に応じて多段階の入力操作が可能な電子機器を実現できる。
【００２１】
本発明の入力装置は、タッチパネルと、上記静電容量式近接センサ装置とを具備し、前記Ｘ軸電極は、前記タッチパネルを挟んで前記Ｙ軸方向において対向して配列すると共に、前記Ｙ軸電極が前記タッチパネルを挟んで前記Ｘ軸方向において対向して配列したことを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、タッチパネルの周囲にＸ軸電極及びＹ軸電極を対向して配列することにより、タッチパネルに非接触の状態においても被検出体位置の検出が可能となり、タッチパネルに非接触での入力操作が可能となる。
【００２３】
本発明の電極駆動方法は、検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、を具備する静電容量式近接センサ装置の電極駆動方法であって、前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＸ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｘ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｘ軸電極間で順次切替えてＸ軸方向の被検出体位置を検出してから、前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＹ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｙ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｙ軸電極間で順次切替えてＹ軸方向の被検出体位置を検出することを特徴とする。
【００２４】
この方法によれば、検出領域を介して対向配置されたＸ軸電極及びＹ軸電極を、それぞれ一方端側から他方端側に向けて検出電極として切替えて検出領域内の被検出体位置を検出するので、検出領域内での正確な被検出体位置を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部のＡ−Ａ線矢視断面図であり、（ｂ）は、センサ部の遮蔽電極の模式図である。
【図３】は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部の電極切替え制御の概略を示す平面模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のＸ軸方向及びＹ軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の被検出体の動きと静電容量の変化を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のＺ軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。
【図７】本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体位置の演算処理の一例を示すフロー図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンを示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンにおける出力信号の強度を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＹ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンを示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＹ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンにおける出力信号の強度を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置において検出領域内に被検出体が存在する場合の被検出体位置を示す模式図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の出力信号の変化を示す図である。
【図１４】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるセンサ部の検出範囲を示す模式図であり、（ｂ）は、従来の近接センサ装置におけるセンサ部の検出範囲を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極切替えパターンの他の例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。図１に示すように、本実施の形態に係る近接センサ装置は、被検出体の近接を検出するセンサ部１１と、このセンサ部１１によって検出された出力信号を基に被検出体位置を算出する制御回路部１２とを備える。
【００２８】
センサ部１１は、検出基準面としての平面視略矩形形状の基板１３と、基板１３上に配列される複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂとを備える。各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂは、他の電極との間に静電容量が形成されるようにそれぞれ離間して配列されている。Ｘ軸電極１４ａ〜１７ａは、基板１３の一方の長辺に沿って配列され、Ｘ軸電極１４ｂ〜１７ｂが対向辺に沿って配列されている。Ｙ軸電極１８ａ〜２０ａは、基板１３の一方の短辺に沿って配列され、Ｙ軸電極１８ｂ〜２０ｂが対向辺に沿って配列されている。なお、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、基板１３面内が検出領域Ａ１となる、また、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂは、電極間に形成される静電容量により、検出基準面を形成できる範囲に配置されていればよく、必ずしも同一平面に配置されている必要はない。
【００２９】
すなわち、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、略矩形形状の検出領域Ａ１のＸ軸方向に沿ってＸ軸電極１４ａ〜１７ａと、Ｘ軸電極１４ｂ〜１７ｂとが対向して配列され、Ｙ軸方向に沿ってＹ軸電極１８ａ〜２０ａと、Ｙ軸電極１８ｂ〜２０ｂとが対向して配列されている。このように、検出領域Ａ１のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに沿って複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを配列することにより、検出領域Ａ１内の被検出体位置を正確に検出することが可能となる。なお、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、静電容量の変化を検出できる範囲であれば基板１３面外を含む範囲の被検出体を検出できる。
【００３０】
制御回路部１２は、センサ部１１の各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの切替え手段としてのマルチプレクサ２１と、各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂから出力された信号より、被検出体位置を演算する演算手段としてのＣＰＵ２２とを備える。ＣＰＵ２２とマルチプレクサ２１との間には、駆動電極として切替えられた各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂに駆動電圧を印加する駆動回路２３が設けられると共に、検出電極として切替えられた各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を検出する検出回路２４が設けられている。
【００３１】
マルチプレクサ２１は、センサ部１１の各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂに接続されると共に、駆動回路２３及び検出回路２４に接続され、各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの接続を駆動回路２３及び検出回路２４に切替える。また、マルチプレクサ２１は、ＣＰＵ２２と接続され、ＣＰＵ２２からの切替え信号により、各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの接続を切替え制御可能に構成されている。このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、ＣＰＵ２２からの切替え制御信号により、マルチプレクサ２１を介して駆動電極となるＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ（以下、単に駆動電極ともいう）を駆動回路２３に接続すると共に、検出電極となるＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ（以下、単に検出電極ともいう）を検出回路２４に接続するように構成されている。
【００３２】
駆動回路２３は、図示されない発振回路を備え、駆動電極として切替えられたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂに駆動電圧を印加する。駆動電圧の印加は、ＣＰＵ２２によってタイミング制御される。
【００３３】
検出回路２４は、検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を検出する。検出回路２４は、正極端子及び負極端子を備えた増幅回路２５と、増幅回路２５に接続され増幅された出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ２６とを備える。
【００３４】
増幅回路２５の正極端子及び負極端子には、検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが接続される。増幅回路２５は、検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を差動で増幅してＡ／Ｄコンバータ２６へ出力する。
【００３５】
Ａ／Ｄコンバータ２６は、ＣＰＵ２２に接続され、増幅回路２５で増幅された出力信号をフィルタリング処理及びデジタル変換してＣＰＵ２２に出力する。ＣＰＵ２２に入力された出力信号は、検出回路としてのＣＰＵ２２で差分値などが検出される。なお、差分値の検出は、Ａ／Ｄコンバータ２６で行ってもよい。また、演算手段としてのＣＰＵ２２では、検出された出力信号を用いて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の被検出体位置が算出される。
【００３６】
本実施の形態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ２１によって切替えられた一対のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂが検出電極対として増幅回路２５に接続される。この一対の検出電極対の一方の検出電極は増幅回路２５の正極端子に接続され、他方の検出電極が負極端子に接続される。増幅回路２５では、入力された一方の検出電極の出力信号と他方の検出電極の出力信号とが差動で増幅される。
【００３７】
また、Ｚ軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ２１によって少なくとも一つのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが検出電極として切替えられて増幅回路２５の一方の端子に接続される。増幅回路２５の他方の端子には、基準電圧が入力される。増幅回路２５では、入力された検出電極の出力信号と基準電圧との差動で出力信号が増幅される。
【００３８】
このように、本実施の形態では、一つの増幅回路２５において、検出方向に応じて一方の検出電極の出力信号と他方の検出電極の出力信号との差動による増幅と、検出電極の出力信号と基準信号との出力信号の差分による増幅とを時分割で切り替える。これにより、各軸毎に増幅回路２５を設けることなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の検出を行うことができる。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の検出に用いられた一対の検出電極の出力信号の差分値が検出下限となる状態においても、Ｚ軸方向の検出により被検出体を検出することができ、それぞれの増幅特性による不感領域を補完することができる。
【００３９】
次に、図２（ａ）、（ｂ）を参照して本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部１１の構成について詳細に説明する。図２（ａ）は、図１に示したセンサ部１１のＡ−Ａ線矢視断面図であり、図２（ｂ）は、センサ部１１の遮蔽電極３１の模式図である。図２（ａ）に示すように、センサ部１１の基板１３の下面側（裏面側）には遮蔽電極３１が設けられている。遮蔽電極３１は、図２（ｂ）に示すように、矩形枠状の平板形状を有しており、矩形形状の中央部開口３１ａを有する。遮蔽電極３１は、センサ部１１の裏面側からＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂへのノイズを遮蔽するように常時接地されている。遮蔽電極３１の上面側には、遮蔽電極３１の上面を覆うように基板３２が設けられており、この基板３２の両端部に設けられたスペーサ３３を介して基板１３が積層されている。基板１３、３２としては、例えば、アクリル板を用いることができる。
【００４０】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る静電容量式センサ装置の被検出体検出時の電極切替え制御の概略について説明する。図３は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の電極切替え制御の概略を示す平面模式図である。図３においては、センサ部１１の検出範囲をＸ軸方向に対しＸ１〜Ｘ７に区分し、Ｙ軸方向に対してＹ１〜Ｙ５に区分して示している。
【００４１】
本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに対して、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを検出電極及び駆動電極として切替えながら各軸毎に複数回被検出体を検出して検出領域内の被検出体位置を検出する。
【００４２】
Ｘ軸方向の被検出体位置の検出においては、対向して配列されたＸ軸電極１４ａ〜１７ａとＸ軸電極１４ｂ〜１７ｂとを一対の検出電極対として切替える。そして、検出電極対となる電極をＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ内で矢印Ｄ１に示す方向に順次切替えながら、被検出体位置を複数回測定する。
【００４３】
Ｙ軸方向の被検出体位置の検出においては、対向して配列されたＹ軸電極１８ａ〜２０ａとＹ軸電極１８ｂ〜２０ｂとを一対の検出電極対として切替える。そして、検出電極対となる電極をＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ内で矢印Ｄ２に示す方向に順次切替えながら、被検出体位置を複数回測定する。
【００４４】
Ｚ軸方向の被検出体位置検出においては、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂのうち、基板１３の１辺に沿って配列された電極群（例えば、Ｘ軸電極１４ａ〜１７ａ）を検出電極として切替える。そして、検出電極となる電極群を矢印Ｄ３に示すように、基板１３上の１辺沿って配列された電極群間で切替えながら被検出体位置を複数回測定する。
【００４５】
次に、図４（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の被検出体の検出原理について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における検出原理を示す概念図である。なお、同図においては、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び１４Ｂ〜１７Ｂとし、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極１８Ａ〜２０Ａ及び１８Ｂ〜２０Ｂとして模式的に示している。
【００４６】
図４（ａ）は、被検出体４１がＸ軸方向に移動する際の被検出体４１の位置を検出する場合について示している。図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の被検出体４１を検出する場合、Ｘ軸方向において対向する一対の検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び１４Ｂ〜１７Ｂ、及びＹ軸方向において対向する一対の駆動電極１８Ａ〜２０Ａ及び１８Ｂ〜２０Ｂを用いる。この場合、駆動電極１８Ａ〜２０Ａと検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び検出電極１４Ｂ〜１７Ｂとの間には静電容量Ｃｘ１が形成され、駆動電極１８Ｂ〜２０Ｂと検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び検出電極１４Ｂ〜１７Ｂとの間には静電容量Ｃｘ２が形成される。そして、この静電容量Ｃｘ１、Ｃｘ２に応じた検出電極の出力信号の差分をとることにより、被検出体４１の位置を検出することができる。
【００４７】
なお、電極配置は図４（ｂ）に示すようにしてもよい。図４（ｂ）は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサにおける他の電極配置の一例を示す図である。図４（ｂ）に示す例においては、駆動電極１４Ｅが中央となるように電極を配列し、この駆動電極１４Ｅに対して平行に検出電極１４Ｆ、１４Ｇを配列した例を示している。この場合においては、駆動電極１４Ｅと検出電極１４Ｆとの間に容量Ｃ１が形成され、駆動電極１４Ｅと検出電極１４Ｇとの間に容量Ｃ２が形成される。そして、この静電容量Ｃ１、Ｃ２に応じた検出電極の出力信号の差分値を取ることにより、被検出体４１の位置を検出することができる。
【００４８】
さらに、図５を参照して、被検出体４１の動きと静電容量の変化について説明する。図５は、図４に示した例において、被検出体４１が左右に動いた場合の静電容量の差分の変化を示した図である。図５に示すように、被検出体４１がＸ軸方向（左右方向）のいずれかの方向に動いた場合、検出電極１４Ａ〜１７Ａ間に形成される電気力線（不図示）が被検出体４１に吸収され、静電容量Ｃｘ１，Ｃｘ２が変化する。例えば、被検出体４１が左側に動くと、静電容量Ｃｘ１が増加して、静電容量Ｃｘ２が減少する。このため、被検出体４１がＸ軸方向（左右方向）に移動した場合、静電容量値の差分（Ｃｘ２−Ｃｘ１）をとることにより、図５に示すように、静電容量の変化量から被検出体のＸ軸方向（左右方向）の被検出体４１の位置情報及び動き（モーション）を検出することが可能となる。なお、Ｙ軸方向の被検出体４１を検出する場合、駆動電極１８Ａ〜２０Ａ及び駆動電極１８Ｂ〜２０Ｂを駆動電極とし、検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び１４Ｂ〜１７Ｂを検出電極とすることにより、Ｘ軸方向と同様の原理で被検出体を検出することができる。
【００４９】
次に、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのＺ軸方向における被検出体の検出原理について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのＺ軸方向における被検出体の検出原理を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）においては、基板４０上に検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び駆動電極１４Ｂ〜１７Ｂ並びに駆動電極１８Ａ〜２０Ａ（不図示の駆動電極１８Ｂ〜２０Ｂも含む）が配置され、各電極間に静電容量ＣＸ３が形成され、その周囲に電気力線４２が形成された状態を示している。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、基板４０と被検出体４１との間のＺ軸方向の距離が大きい場合には、被検出体４１による電気力線４２の吸収が一部のみとなるので、静電容量ＣＸ３は大きくなる。一方、図６（ｂ）に示すように、基板４０と被検出体４１との距離が小さい場合には、被検出体４１によって電気力線４２の大半が吸収されるので、静電容量ＣＸ３が小さくなる。このように、本実施の形態においては、基板４０と被検出体４１との間の距離が小さい場合には、静電容量ＣＸ３が減少して検出電極１４Ａ〜１７Ａの出力信号が大きくなる。また、基板４０と被検出体４１との間の距離が大きい場合には、静電容量ＣＸ３が増大して検出電極１４Ａ〜１７Ａの出力信号が小さくなる。以上のようにして、被検出体４１のＺ軸方向の位置を検出することができる。
【００５１】
次に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法（電極切替えパターン）について詳細に説明する。下記表１に本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の検出に用いられる電極切替えパターンを示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
Ｘ軸方向の被検出体位置の検出においては、Ｘ軸方向に沿って対向して配列されたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂから一対の電極を検出電極対として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える。そして、検出電極対となる電極を順次切替えながら被検出体位置を検出する。まず、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂを検出電極対とし、残りのＸ軸電極１５ａ、１５ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ１）。次いで、電極１５ａ、１５ｂを検出電極対とし、残りの電極１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ２）。次に、Ｘ軸電極１６ａ、１６ｂを検出電極対とし、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ、及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ３）。次いで、Ｘ軸電極１７ａ、１７ｂを検出電極対とし、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１６ａ、１６ｂ、及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ４）。
【００５４】
Ｙ軸方向の被検出体位置の検出の際には、Ｙ軸方向に沿って対向して配置されたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂから一対の電極を検出電極として切替え、残りのＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極として切替える。まず、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂを検出電極対とし、残りのＹ軸電極１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＹ１）。次いで、Ｙ軸電極１９ａ、１９ｂを検出電極対とし、残りのＹ軸電極１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＹ２）。次に、Ｙ軸電極２０ａ、２０ｂを検出電極対とし、残りのＹ軸電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＹ３）。
【００５５】
Ｚ軸方向の被検出体位置の検出の際には、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂのうち基板１３の１辺に沿って配列された電極を検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える。まず、Ｘ軸電極１４ａ〜１７ａを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ｂ〜１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ１）。次に、Ｙ軸電極１８ａ〜２０ａを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ｂ〜２０ｂを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ２）。次いで、Ｘ軸電極１４ｂ〜１７ｂを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ〜１７ａ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ３）。次に、Ｙ軸電極１８ｂ〜２０ｂを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ〜２０ａを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ４）。
【００５６】
次に、図７を参照して本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の演算処理について詳細に説明する。図７は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体の演算処理の一例を示すフロー図である。
【００５７】
図７に示すように、まず、上記表１に示した電極パターンＸ１〜Ｘ４で被検出体を検出し、出力信号が最大の電極パターンにおいて検出電極対として用いたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂの位置を決定する（ステップＳ１）。次いで、上記表１に示した電極パターンＹ１〜Ｙ３で被検出体を検出し、出力信号が最大の電極パターンにおいて検出電極対として用いたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの位置を決定する（ステップＳ２）。以上より、最大出力が得られたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを特定し、被検出体存在領域を図３に示したＸ１〜Ｘ７及びＹ１〜Ｙ５の範囲で判別する（ステップＳ３）。
【００５８】
次に、上記表１に示した電極パターンＺ１〜Ｚ４で被検出体を検出し、電極パターンＺ１〜Ｚ４の検出電極の出力信号と、上記ステップＳ１で得られたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂの出力信号とを用いてＸ軸方向の被検出体位置を判別する（ステップＳ４）。次いで、上記ステップＳ１で得られたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を用いてＹ軸方向の被検出体位置を判別する（ステップＳ５）。
【００５９】
最後にステップＳ４及びステップＳ５で得られたＸ軸方向及びＹ軸方向の被検出体位置を基に被検出体位置を判別する（ステップＳ６）。以上のようにして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに対して検出電極となる電極をそれぞれ切替えながら複数回測定することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸方向の被検出体位置を検出する。
【００６０】
次に、図８〜図１１を参照して、検出領域に被検出体が存在しない状態における各電極パターンＸ１〜Ｘ４及び電極パターンＹ１〜Ｙ３の出力信号について説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、Ｘ軸方向の被検出体位置検出時の各電極パターンＸ１〜Ｘ４を示す図であり、図９（ａ）〜（ｄ）は、図８（ａ）〜（ｄ）における出力信号の強度を示す図である。
【００６１】
図８（ａ）に示すＸ軸電極１４ａ、１４ｂを検出電極対とする電極パターンＸ１では、Ｘ軸電極１４ａ（Ｘ２．５、Ｙ１）近傍の出力信号が最大となり、Ｘ軸電極１４ｂ（Ｘ２．５、Ｙ５）近傍の出力が最小となる（図９（ａ））。また、Ｘ軸電極１４ａから離れるにつれて信号強度が０に向けて減少し、Ｘ軸電極１４ｂから離れるにつれて信号強度が０に向けて増大する。このように、電極パターンＸ１では、検出電極対となるＸ軸電極１４ａ、１４ｂ近傍では出力信号が大きく変化し、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂから離れるにつれて出力信号の変化が減少する。この結果から、被検出体がＸ軸電極１４ａ、１４ｂ近傍に存在する場合には、出力信号の変化が大きくなることが分かる。
【００６２】
図８（ｂ）〜（ｄ）に示す電極パターンＸ２〜Ｘ４では、電極パターンＸ１と同様に検出電極対となるＸ軸電極１５ａ（Ｘ３．５、Ｙ１）、１６ａ（Ｘ４．５、Ｙ１）、１７ａ（Ｘ５．５、Ｙ１）近傍の出力信号が最大となり、Ｘ軸電極１５ｂ（Ｘ３．５、Ｙ５）、１６ｂ（Ｘ４．５、Ｙ５）、１７ｂ（Ｘ５．５、Ｙ５）近傍の出力が最小となる（図９（ｂ）〜（ｄ））。これらの結果から、電極パターンＸ１〜Ｘ４を順次切り替えて被検出体位置を検出することにより、被検出体の存在領域近傍のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂが検出電極対として切替えられた場合に出力信号の変化が最も大きくなり、Ｘ軸方向における被検出体位置の検出が可能となることが分かる。
【００６３】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、Ｙ軸方向の被検出体位置検出時の各電極パターンＹ１〜Ｙ３を示す図であり、図１１（ａ）〜（ｃ）は、図１０（ａ）〜（ｃ）における出力信号の強度を示す図である。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂを検出電極対とする電極パターンＹ１では、Ｙ軸電極１８ａ（Ｘ１．５、Ｙ１）近傍の出力信号が最小となり、Ｙ軸電極１８ｂ（Ｘ６、Ｙ１）近傍の出力信号が最大となる（図１１（ａ））。また、Ｙ軸電極１８ａから離れるにつれて信号強度が０に向けて増大し、Ｙ軸電極１８ｂから離れるにつれて信号強度が０に向けて減少する。このように、電極パターンＹ１では、検出電極対となるＹ軸電極１８ａ、１８ｂ近傍では出力信号が大きく変化し、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂから離れるにつれて出力信号の変化が減少する。この結果から、被検出体がＹ軸電極１８ａ、１８ｂ近傍に存在する場合には、出力信号の変化が大きくなることが分かる。
【００６５】
図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、電極パターンＹ２、Ｙ３に順次切り替えた場合、電極パターンＹ１と同様に検出電極対となるＹ軸電極１９ａ（Ｘ１．５、Ｙ３）、２０ａ（Ｘ１．５、Ｙ５）近傍の出力信号が最小となり、Ｙ軸電極１９ｂ（Ｘ６、Ｙ３）、２０ｂ（Ｘ６、Ｙ５）近傍の出力信号が最大となる（図１１（ｂ）、（ｃ））。これらの結果から、電極パターンＹ１〜Ｙ３を順次切り替えて被検出体位置を検出することにより、被検出体の存在領域近傍のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが検出電極対として切替えられた場合に出力信号の変化が最も大きくなり、Ｙ軸方向における被検出体位置の検出が可能となることが分かる。
【００６６】
次に、図１２及び図１３を参照して検出領域内に被検出体が存在する場合における検出電極対の出力信号の変化について説明する。図１２は、検出領域内（Ｘ２、Ｙ５）に被検出体が存在する場合の被検出体位置を示す模式図であり、図１３（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の出力信号の変化を示す図である。図１３（ａ）においては、図１２に示す領域に被検出体４１が存在する場合における図９（ａ）〜（ｄ）に示した出力信号値からの出力信号の変化量を示し、図１３（ｂ）においては、図１２に示す領域に被検出体４１が存在する場合における図１１（ａ）〜（ｃ）に示した出力信号値からの出力信号の変化量を示している。
【００６７】
図１３（ａ）に示すように、被検出体４１が（Ｘ２、Ｙ５）に存在する場合において、被検出体４１近傍のＸ軸電極１４ａ、１４ｂが検出電極対となる電極パターンＸ１で出力信号の変化量が最大となる。また、被検出体４１と検出電極対となる電極との距離が離れるにつれて出力信号の変化量が小さくなる（電極パターンＸ２〜Ｘ４参照）。また、図１３（ｂ）に示すように、被検出体４１近傍のＹ軸電極１８ａ、１８ｂが検出電極対となる電極パターンＹ１で出力信号が最大となる。また、被検出体４１と検出電極対となる電極との距離が離れるにつれて出力信号の変化量が小さくなることが分かる（電極パターンＹ２、Ｙ３参照）。
【００６８】
以上の結果から、電極パターンＸ１〜Ｘ４及び電極パターンＹ１〜Ｙ３を順次切替えて検出領域内の被検出体位置を検出することにより、被検出体４１の存在領域近傍のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを検出電極対とした場合の出力信号の変化量が大きくなることが分かる。このため、出力信号の変化量を検出することにより、検出領域内の被検出体位置を正確に検出することができる。
【００６９】
次に、再び図１を参照して、以上のように構成された本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の動作について説明する。まず、マルチプレクサ２１によって、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが駆動電極及び検出電極として切替えられる。次いで、ＣＰＵ２２よりタイミング制御された駆動電圧が、駆動回路２３から駆動電極として切替えられたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂに印加される。ここで、被検出体が検出領域Ａ１内に存在する場合、電極間に形成される静電容量が変化するので、それぞれの静電容量に応じた信号が検出電極から出力される。
【００７０】
検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂから出力された信号は、検出回路２４の増幅回路２５に入力されて増幅される。増幅回路２５で増幅された出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ２６でフィルタリング処理及びＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ２２に入力される。ＣＰＵ２２では、入力された出力信号を基にＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂによって検出された被検出体位置を算出する。以上のようにして、本実施の形態に係る近接センサ装置においては、検出方向に応じて電極群パターンを切替えながら被検出体の接近によって生じるセンサ部１１の静電容量の変化に基づいて、被検出体位置を検出する。
【００７１】
このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、検出領域Ａ１を挟んでＸ軸方向に沿って複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを対向して配列し、Ｙ軸方向に沿って複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを対向して配列したので、被検出体の正確な位置を測定することができる。例えば、図１４（ａ）に示すように、被検出体が領域Ａ２に存在する場合においては、Ｘ軸電極１６ａ、１６ｂを検出電極対とする電極パターンＸ３及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂを検出電極対とする電極パターンＹ１の出力信号が最大となるので、被検出体の存在領域を精度良く特定することが可能となる。
【００７２】
これに対し、従来の近接センサ装置においては、図１４（ｂ）に示すように、被検出体が領域Ａ３に存在する場合、電極１００ａ〜１００ｄのうち、１００ａ近傍の静電容量が最も大きく減少する。このため、例えば、電極１００ａ及び１００ｃを検出電極として被検出体を検出することにより、センサの中心点Ｐ１からみて矢印Ｄ４方向に被検出体が存在することは判別できるが、被検出体位置を正確に検出することは困難となる。
【００７３】
なお、上記実施の形態においては、検出電極対として対向配置された一対のＸ軸電極及びＹ軸電極を検出電極対として用いる実施の形態について説明したが、複数のＸ軸電極及びＹ軸電極を複数の検出電極対として共に切替えて用いてもよい。図１５に本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極切替えパターンの他の例を示す。図１５に示すように、Ｘ軸方向の被検出体の検出時において、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ及びＸ軸電極１７ａ、１７ｂをそれぞれ検出電極対として用いてもよい。このように、Ｘ軸方向に対して２対の検出電極対を用いて被検出体位置を検出することにより、複数の被検出体を検出することも可能となる。なお、Ｙ軸方向においても同様にして複数の検出電極対を用いる構成としてもよい。
【００７４】
次に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の応用例について説明する。図１６は、上記実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置の一例を示す図である。この入力装置は、上記静電容量式近接センサ装置５０と、タッチパネル５１と、を備える。静電容量式近接センサ５０は、平面視略矩形形状の基板５２の四辺上に複数の電極５３〜５９が配列され、基板５２中央部に基板５２と相似形状を有するタッチパネル５１が配置されている。各電極５３〜５９は、タッチパネル５１の外周面に沿って設けられており、Ｘ軸電極５３ａ〜５６ａとＸ軸電極５３ｂ〜５６ｂとが対向して配列され、Ｙ軸電極５７ａ〜５９ａとＹ軸電極５７ｂ〜５９ｂとが対向して配列されている。このように、タッチパネル５１と静電容量式近接センサ装置５０とを組み合わせて入力装置として用いることにより、タッチパネル５０に接触する前に被検出体としてのオペレータの手を検出できるため、非接触での入力操作を実現することができる。また、タッチパネル５１上でのオペレータの手の位置に応じてタッチパネル５１の入力モードを変更するように構成することも可能となる。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、検出領域を挟んでＸ軸方向に沿って複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを対向配置し、Ｙ軸方向に沿って複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを対向配置したので、被検出体の位置を精度良く検出することが可能となる。
【００７６】
特に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに対して、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ内で検出電極対を順次切替えることにより、各検出電極対と被検出体との間の距離に応じた出力信号を検出できるので、検出範囲内での被検出体の位置を精度よく検出することが可能となる。このため、被検出体位置に応じて多段階の入力操作や非接触においても入力操作可能な静電容量式近接センサ装置を実現することができる。
【００７７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、４対のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び３対のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを用いる構成としたが、Ｘ軸電極及びＹ軸電極の数は、検出範囲内の被検出体位置を検出できる数であれば特に限定されず適時変更可能である。
【００７８】
また、上記実施の形態の静電容量式近接センサ装置においては、Ｘ軸電極及びＹ軸電極を略矩形形状の基板の４辺上に配置する構成としたが、Ｘ軸電極及びＹ軸電極の配置は、検出範囲内の被検出体位置を検出できるものであればこの構成に限定されず適時変更可能である。例えば、円形、楕円、菱形などの電極配置としてもよい。
【００７９】
また、上記実施の形態の静電容量式近接センサ装置においては、対向配置されたＸ軸電極１４ａ、１４ｂを検出電極対としてＸ軸方向の被検出体位置を検出する構成としたが、検出電極対は、被検出体位置を検出できれば必ずしも対向配置されたＸ軸電極を検出電極対とする必要はない。例えば、Ｘ軸電極１４ａ、１５ｂを検出電極対として用いてもよく、Ｘ軸電極１５ａ、１４ｂを検出電極対として用いてもよい。同様にしてＹ軸方向の被検出体位置の検出においても検出電極対は、適時変更可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えば、携帯機器、デジタルフォトフレーム、ＰＣ、オーディオの操作パネルなど、各種入力デバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１１ センサ部
１２ 制御回路部
１３、３２、４０、５２ 基板
１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ、５３ａ、５３ｂ〜５６ａ、５６ｂ Ｘ軸電極
１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ、５７ａ、５７ｂ〜５９ａ、５９ｂ Ｙ軸電極
１４Ａ〜１７Ａ、１４Ｂ〜１７Ｂ、１４Ｆ、１４Ｇ 検出電極
１４Ｅ、１８Ａ〜２０Ａ、１８Ｂ〜２０Ｂ 駆動電極
２１ マルチプレクサ
２２ ＣＰＵ
２３ 駆動回路
２４ 検出回路
２５ 増幅回路
２６ Ａ／Ｄコンバータ
３１ 遮蔽電極
３３ スペーサ
５０ 静電容量式近接センサ装置
５１ タッチパネル
１００ａ〜１００ｄ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出体位置を検出する近接センサ装置に関し、特に、静電容量の変化により被検出体の近接を検出する静電容量式近接センサ装置、及びそれを用いた入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体などの被検出体を検出する装置としては、４辺及び４つの角部を持つ矩形形状のセンサ面（検出領域）の４辺に沿って配置された４つの電極を備えた静電容量型検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる静電容量型検出装置においては、被検出体の接近によって各電極間に形成される静電容量が変化し、この静電容量に応じて出力される信号を介して被検出体を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９３６８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の静電容量型検出装置においては、矩形形状の検出領域の４辺上に配置された４つの電極を用いて被検出体位置を検出するため、検出領域内における被検出体の位置の変化は検出できるものの、絶対位置を正確に検出することは困難であった。また、被検出体が検出領域内を移動した場合において、被検出体の移動方向と平行に配置された電極間では、被検出体と電極との間の相対的な距離の変化が小さくなる。このため、被検出体の移動前後の静電容量の変化が小さくなり、被検出体の移動及び被検出体位置を正確に検出ができない問題がある。また、検出領域への被検出体の接近を多段階に検出することができない問題もあった。
【０００５】
また近年、静電容量型検出装置は、タッチパネルやグライドセンサと共にディスプレイ装置の入力装置などにも用途が拡大している。このような入力装置においては、ディスプレイ装置の汚れを防止する観点から、非接触での入力操作の実現が望まれている。また、装置に対する入力操作への要望も複雑化しており、例えば、人体などの接近を多段階に検出し、被検出体とセンサ面との間の距離に応じて複数の階調での入力操作を実現できる入力装置も望まれている。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みて為されたものであり、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力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】
本発明の静電容量式近接センサ装置は、検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、前記電極群のうち、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続すると共に、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、複数のＸ軸電極及び複数のＹ軸電極を、それぞれ検出電極として切替えて被検出体を検出するので、検出電極として切替えられた各Ｘ軸電極及び各Ｙ軸電極と被検出体との間の距離に応じた出力信号をそれぞれ検出できる。このため、各Ｘ軸電極及び各Ｙ軸電極と被検出体との間の距離を検出でき、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出することが可能となる。このように、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出できるので、被検出体位置に応じて被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置を実現することができる。
【０００９】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｘ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＸ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｘ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｘ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切り替えることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、複数のＸ軸電極内で検出電極対となるＸ軸電極を順次切替えるので、異なる位置に配置された複数の検出電極対を用いてＸ軸方向の被検出体位置を検出でき、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出できる。
【００１１】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｙ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＹ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｙ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｙ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切替えることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、複数のＹ軸電極内で検出電極対となるＹ軸電極を順次切替えるので、異なる位置に配置された複数の検出電極対を用いてＹ軸方向の被検出体位置を検出でき、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出できる。
【００１３】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、Ｚ軸方向の被検出体位置の検出において、少なくとも１つの前記Ｘ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンと、少なくとも１つの前記Ｙ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンとを切替えることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、Ｘ軸電極及びＹ軸電極のそれぞれを検出電極として用いてＺ軸方向の被検出体位置を検出するので、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれからＺ軸方向の被検出体位置を検出でき、精度良く被検出体位置を検出することができる。
【００１５】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＸ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＸ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、Ｘ軸方向に対して異なる位置に配置されたＸ軸電極を２つの検出電極対として被検出体位置を検出するので、それぞれの検出電極対の出力信号を用いた演算処理により、複数の被検出体位置を共に検出することが可能となる。
【００１７】
本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＹ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＹ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、Ｙ軸方向に対して異なる位置に配置されたＹ軸電極を２つの検出電極対として被検出体位置を検出するので、それぞれの検出電極対の出力信号を用いた演算処理により、複数の被検出体位置を共に検出することが可能となる。
【００１９】
本発明の電子機器は、上記静電容量式近接センサ装置を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、上記静電容量式近接センサ装置を備えることにより、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出することが可能となる。このため、例えば、被検出体と電子機器との間の距離に応じて多段階の入力操作が可能な電子機器を実現できる。
【００２１】
本発明の入力装置は、タッチパネルと、上記静電容量式近接センサ装置とを具備し、前記Ｘ軸電極は、前記タッチパネルを挟んで前記Ｙ軸方向において対向して配列すると共に、前記Ｙ軸電極が前記タッチパネルを挟んで前記Ｘ軸方向において対向して配列したことを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、タッチパネルの周囲にＸ軸電極及びＹ軸電極を対向して配列することにより、タッチパネルに非接触の状態においても被検出体位置の検出が可能となり、タッチパネルに非接触での入力操作が可能となる。
【００２３】
本発明の電極駆動方法は、検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、を具備する静電容量式近接センサ装置の電極駆動方法であって、前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＸ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｘ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｘ軸電極間で順次切替えてＸ軸方向の被検出体位置を検出してから、前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＹ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｙ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｙ軸電極間で順次切替えてＹ軸方向の被検出体位置を検出することを特徴とする。
【００２４】
この方法によれば、検出領域を介して対向配置されたＸ軸電極及びＹ軸電極を、それぞれ一方端側から他方端側に向けて検出電極として切替えて検出領域内の被検出体位置を検出するので、検出領域内での正確な被検出体位置を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部のＡ−Ａ線矢視断面図であり、（ｂ）は、センサ部の遮蔽電極の模式図である。
【図３】は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部の電極切替え制御の概略を示す平面模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のＸ軸方向及びＹ軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の被検出体の動きと静電容量の変化を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のＺ軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。
【図７】本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体位置の演算処理の一例を示すフロー図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンを示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンにおける出力信号の強度を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＹ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンを示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＹ軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンにおける出力信号の強度を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置において検出領域内に被検出体が存在する場合の被検出体位置を示す模式図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の出力信号の変化を示す図である。
【図１４】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるセンサ部の検出範囲を示す模式図であり、（ｂ）は、従来の近接センサ装置におけるセンサ部の検出範囲を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極切替えパターンの他の例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。図１に示すように、本実施の形態に係る近接センサ装置は、被検出体の近接を検出するセンサ部１１と、このセンサ部１１によって検出された出力信号を基に被検出体位置を算出する制御回路部１２とを備える。
【００２８】
センサ部１１は、検出基準面としての平面視略矩形形状の基板１３と、基板１３上に配列される複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂとを備える。各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂは、他の電極との間に静電容量が形成されるようにそれぞれ離間して配列されている。Ｘ軸電極１４ａ〜１７ａは、基板１３の一方の長辺に沿って配列され、Ｘ軸電極１４ｂ〜１７ｂが対向辺に沿って配列されている。Ｙ軸電極１８ａ〜２０ａは、基板１３の一方の短辺に沿って配列され、Ｙ軸電極１８ｂ〜２０ｂが対向辺に沿って配列されている。なお、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、基板１３面内が検出領域Ａ１となる、また、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂは、電極間に形成される静電容量により、検出基準面を形成できる範囲に配置されていればよく、必ずしも同一平面に配置されている必要はない。
【００２９】
すなわち、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、略矩形形状の検出領域Ａ１のＸ軸方向に沿ってＸ軸電極１４ａ〜１７ａと、Ｘ軸電極１４ｂ〜１７ｂとが対向して配列され、Ｙ軸方向に沿ってＹ軸電極１８ａ〜２０ａと、Ｙ軸電極１８ｂ〜２０ｂとが対向して配列されている。このように、検出領域Ａ１のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに沿って複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを配列することにより、検出領域Ａ１内の被検出体位置を正確に検出することが可能となる。なお、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、静電容量の変化を検出できる範囲であれば基板１３面外を含む範囲の被検出体を検出できる。
【００３０】
制御回路部１２は、センサ部１１の各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの切替え手段としてのマルチプレクサ２１と、各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂから出力された信号より、被検出体位置を演算する演算手段としてのＣＰＵ２２とを備える。ＣＰＵ２２とマルチプレクサ２１との間には、駆動電極として切替えられた各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂに駆動電圧を印加する駆動回路２３が設けられると共に、検出電極として切替えられた各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を検出する検出回路２４が設けられている。
【００３１】
マルチプレクサ２１は、センサ部１１の各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂに接続されると共に、駆動回路２３及び検出回路２４に接続され、各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの接続を駆動回路２３及び検出回路２４に切替える。また、マルチプレクサ２１は、ＣＰＵ２２と接続され、ＣＰＵ２２からの切替え信号により、各Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び各Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの接続を切替え制御可能に構成されている。このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、ＣＰＵ２２からの切替え制御信号により、マルチプレクサ２１を介して駆動電極となるＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ（以下、単に駆動電極ともいう）を駆動回路２３に接続すると共に、検出電極となるＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ（以下、単に検出電極ともいう）を検出回路２４に接続するように構成されている。
【００３２】
駆動回路２３は、図示されない発振回路を備え、駆動電極として切替えられたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂに駆動電圧を印加する。駆動電圧の印加は、ＣＰＵ２２によってタイミング制御される。
【００３３】
検出回路２４は、検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を検出する。検出回路２４は、正極端子及び負極端子を備えた増幅回路２５と、増幅回路２５に接続され増幅された出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ２６とを備える。
【００３４】
増幅回路２５の正極端子及び負極端子には、検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが接続される。増幅回路２５は、検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を差動で増幅してＡ／Ｄコンバータ２６へ出力する。
【００３５】
Ａ／Ｄコンバータ２６は、ＣＰＵ２２に接続され、増幅回路２５で増幅された出力信号をフィルタリング処理及びデジタル変換してＣＰＵ２２に出力する。ＣＰＵ２２に入力された出力信号は、検出回路としてのＣＰＵ２２で差分値などが検出される。なお、差分値の検出は、Ａ／Ｄコンバータ２６で行ってもよい。また、演算手段としてのＣＰＵ２２では、検出された出力信号を用いて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の被検出体位置が算出される。
【００３６】
本実施の形態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ２１によって切替えられた一対のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂが検出電極対として増幅回路２５に接続される。この一対の検出電極対の一方の検出電極は増幅回路２５の正極端子に接続され、他方の検出電極が負極端子に接続される。増幅回路２５では、入力された一方の検出電極の出力信号と他方の検出電極の出力信号とが差動で増幅される。
【００３７】
また、Ｚ軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ２１によって少なくとも一つのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが検出電極として切替えられて増幅回路２５の一方の端子に接続される。増幅回路２５の他方の端子には、基準電圧が入力される。増幅回路２５では、入力された検出電極の出力信号と基準電圧との差動で出力信号が増幅される。
【００３８】
このように、本実施の形態では、一つの増幅回路２５において、検出方向に応じて一方の検出電極の出力信号と他方の検出電極の出力信号との差動による増幅と、検出電極の出力信号と基準信号との出力信号の差分による増幅とを時分割で切り替える。これにより、各軸毎に増幅回路２５を設けることなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の検出を行うことができる。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の検出に用いられた一対の検出電極の出力信号の差分値が検出下限となる状態においても、Ｚ軸方向の検出により被検出体を検出することができ、それぞれの増幅特性による不感領域を補完することができる。
【００３９】
次に、図２（ａ）、（ｂ）を参照して本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部１１の構成について詳細に説明する。図２（ａ）は、図１に示したセンサ部１１のＡ−Ａ線矢視断面図であり、図２（ｂ）は、センサ部１１の遮蔽電極３１の模式図である。図２（ａ）に示すように、センサ部１１の基板１３の下面側（裏面側）には遮蔽電極３１が設けられている。遮蔽電極３１は、図２（ｂ）に示すように、矩形枠状の平板形状を有しており、矩形形状の中央部開口３１ａを有する。遮蔽電極３１は、センサ部１１の裏面側からＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂへのノイズを遮蔽するように常時接地されている。遮蔽電極３１の上面側には、遮蔽電極３１の上面を覆うように基板３２が設けられており、この基板３２の両端部に設けられたスペーサ３３を介して基板１３が積層されている。基板１３、３２としては、例えば、アクリル板を用いることができる。
【００４０】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る静電容量式センサ装置の被検出体検出時の電極切替え制御の概略について説明する。図３は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の電極切替え制御の概略を示す平面模式図である。図３においては、センサ部１１の検出範囲をＸ軸方向に対しＸ１〜Ｘ７に区分し、Ｙ軸方向に対してＹ１〜Ｙ５に区分して示している。
【００４１】
本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに対して、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを検出電極及び駆動電極として切替えながら各軸毎に複数回被検出体を検出して検出領域内の被検出体位置を検出する。
【００４２】
Ｘ軸方向の被検出体位置の検出においては、対向して配列されたＸ軸電極１４ａ〜１７ａとＸ軸電極１４ｂ〜１７ｂとを一対の検出電極対として切替える。そして、検出電極対となる電極をＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ内で矢印Ｄ１に示す方向に順次切替えながら、被検出体位置を複数回測定する。
【００４３】
Ｙ軸方向の被検出体位置の検出においては、対向して配列されたＹ軸電極１８ａ〜２０ａとＹ軸電極１８ｂ〜２０ｂとを一対の検出電極対として切替える。そして、検出電極対となる電極をＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ内で矢印Ｄ２に示す方向に順次切替えながら、被検出体位置を複数回測定する。
【００４４】
Ｚ軸方向の被検出体位置検出においては、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂのうち、基板１３の１辺に沿って配列された電極群（例えば、Ｘ軸電極１４ａ〜１７ａ）を検出電極として切替える。そして、検出電極となる電極群を矢印Ｄ３に示すように、基板１３上の１辺沿って配列された電極群間で切替えながら被検出体位置を複数回測定する。
【００４５】
次に、図４（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の被検出体の検出原理について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における検出原理を示す概念図である。なお、同図においては、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び１４Ｂ〜１７Ｂとし、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極１８Ａ〜２０Ａ及び１８Ｂ〜２０Ｂとして模式的に示している。
【００４６】
図４（ａ）は、被検出体４１がＸ軸方向に移動する際の被検出体４１の位置を検出する場合について示している。図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の被検出体４１を検出する場合、Ｘ軸方向において対向する一対の検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び１４Ｂ〜１７Ｂ、及びＹ軸方向において対向する一対の駆動電極１８Ａ〜２０Ａ及び１８Ｂ〜２０Ｂを用いる。この場合、駆動電極１８Ａ〜２０Ａと検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び検出電極１４Ｂ〜１７Ｂとの間には静電容量Ｃｘ１が形成され、駆動電極１８Ｂ〜２０Ｂと検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び検出電極１４Ｂ〜１７Ｂとの間には静電容量Ｃｘ２が形成される。そして、この静電容量Ｃｘ１、Ｃｘ２に応じた検出電極の出力信号の差分をとることにより、被検出体４１の位置を検出することができる。
【００４７】
なお、電極配置は図４（ｂ）に示すようにしてもよい。図４（ｂ）は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサにおける他の電極配置の一例を示す図である。図４（ｂ）に示す例においては、駆動電極１４Ｅが中央となるように電極を配列し、この駆動電極１４Ｅに対して平行に検出電極１４Ｆ、１４Ｇを配列した例を示している。この場合においては、駆動電極１４Ｅと検出電極１４Ｆとの間に容量Ｃ１が形成され、駆動電極１４Ｅと検出電極１４Ｇとの間に容量Ｃ２が形成される。そして、この静電容量Ｃ１、Ｃ２に応じた検出電極の出力信号の差分値を取ることにより、被検出体４１の位置を検出することができる。
【００４８】
さらに、図５を参照して、被検出体４１の動きと静電容量の変化について説明する。図５は、図４に示した例において、被検出体４１が左右に動いた場合の静電容量の差分の変化を示した図である。図５に示すように、被検出体４１がＸ軸方向（左右方向）のいずれかの方向に動いた場合、検出電極１４Ａ〜１７Ａ間に形成される電気力線（不図示）が被検出体４１に吸収され、静電容量Ｃｘ１，Ｃｘ２が変化する。例えば、被検出体４１が左側に動くと、静電容量Ｃｘ１が増加して、静電容量Ｃｘ２が減少する。このため、被検出体４１がＸ軸方向（左右方向）に移動した場合、静電容量値の差分（Ｃｘ２−Ｃｘ１）をとることにより、図５に示すように、静電容量の変化量から被検出体のＸ軸方向（左右方向）の被検出体４１の位置情報及び動き（モーション）を検出することが可能となる。なお、Ｙ軸方向の被検出体４１を検出する場合、駆動電極１８Ａ〜２０Ａ及び駆動電極１８Ｂ〜２０Ｂを駆動電極とし、検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び１４Ｂ〜１７Ｂを検出電極とすることにより、Ｘ軸方向と同様の原理で被検出体を検出することができる。
【００４９】
次に、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのＺ軸方向における被検出体の検出原理について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのＺ軸方向における被検出体の検出原理を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）においては、基板４０上に検出電極１４Ａ〜１７Ａ及び駆動電極１４Ｂ〜１７Ｂ並びに駆動電極１８Ａ〜２０Ａ（不図示の駆動電極１８Ｂ〜２０Ｂも含む）が配置され、各電極間に静電容量ＣＸ３が形成され、その周囲に電気力線４２が形成された状態を示している。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、基板４０と被検出体４１との間のＺ軸方向の距離が大きい場合には、被検出体４１による電気力線４２の吸収が一部のみとなるので、静電容量ＣＸ３は大きくなる。一方、図６（ｂ）に示すように、基板４０と被検出体４１との距離が小さい場合には、被検出体４１によって電気力線４２の大半が吸収されるので、静電容量ＣＸ３が小さくなる。このように、本実施の形態においては、基板４０と被検出体４１との間の距離が小さい場合には、静電容量ＣＸ３が減少して検出電極１４Ａ〜１７Ａの出力信号が大きくなる。また、基板４０と被検出体４１との間の距離が大きい場合には、静電容量ＣＸ３が増大して検出電極１４Ａ〜１７Ａの出力信号が小さくなる。以上のようにして、被検出体４１のＺ軸方向の位置を検出することができる。
【００５１】
次に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法（電極切替えパターン）について詳細に説明する。下記表１に本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の検出に用いられる電極切替えパターンを示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
Ｘ軸方向の被検出体位置の検出においては、Ｘ軸方向に沿って対向して配列されたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂから一対の電極を検出電極対として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える。そして、検出電極対となる電極を順次切替えながら被検出体位置を検出する。まず、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂを検出電極対とし、残りのＸ軸電極１５ａ、１５ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ１）。次いで、電極１５ａ、１５ｂを検出電極対とし、残りの電極１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ２）。次に、Ｘ軸電極１６ａ、１６ｂを検出電極対とし、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ、及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ３）。次いで、Ｘ軸電極１７ａ、１７ｂを検出電極対とし、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１６ａ、１６ｂ、及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＸ４）。
【００５４】
Ｙ軸方向の被検出体位置の検出の際には、Ｙ軸方向に沿って対向して配置されたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂから一対の電極を検出電極として切替え、残りのＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極として切替える。まず、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂを検出電極対とし、残りのＹ軸電極１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＹ１）。次いで、Ｙ軸電極１９ａ、１９ｂを検出電極対とし、残りのＹ軸電極１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＹ２）。次に、Ｙ軸電極２０ａ、２０ｂを検出電極対とし、残りのＹ軸電極１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ及びＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを駆動電極とする（表１：電極パターンＹ３）。
【００５５】
Ｚ軸方向の被検出体位置の検出の際には、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂのうち基板１３の１辺に沿って配列された電極を検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える。まず、Ｘ軸電極１４ａ〜１７ａを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ｂ〜１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ１）。次に、Ｙ軸電極１８ａ〜２０ａを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ｂ〜２０ｂを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ２）。次いで、Ｘ軸電極１４ｂ〜１７ｂを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ〜１７ａ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ３）。次に、Ｙ軸電極１８ｂ〜２０ｂを検出電極群として切替え、残りのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ〜２０ａを駆動電極として切替える（表１：電極パターンＺ４）。
【００５６】
次に、図７を参照して本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の演算処理について詳細に説明する。図７は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体の演算処理の一例を示すフロー図である。
【００５７】
図７に示すように、まず、上記表１に示した電極パターンＸ１〜Ｘ４で被検出体を検出し、出力信号が最大の電極パターンにおいて検出電極対として用いたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂの位置を決定する（ステップＳ１）。次いで、上記表１に示した電極パターンＹ１〜Ｙ３で被検出体を検出し、出力信号が最大の電極パターンにおいて検出電極対として用いたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの位置を決定する（ステップＳ２）。以上より、最大出力が得られたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを特定し、被検出体存在領域を図３に示したＸ１〜Ｘ７及びＹ１〜Ｙ５の範囲で判別する（ステップＳ３）。
【００５８】
次に、上記表１に示した電極パターンＺ１〜Ｚ４で被検出体を検出し、電極パターンＺ１〜Ｚ４の検出電極の出力信号と、上記ステップＳ１で得られたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂの出力信号とを用いてＸ軸方向の被検出体位置を判別する（ステップＳ４）。次いで、上記ステップＳ１で得られたＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂの出力信号を用いてＹ軸方向の被検出体位置を判別する（ステップＳ５）。
【００５９】
最後にステップＳ４及びステップＳ５で得られたＸ軸方向及びＹ軸方向の被検出体位置を基に被検出体位置を判別する（ステップＳ６）。以上のようにして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに対して検出電極となる電極をそれぞれ切替えながら複数回測定することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸方向の被検出体位置を検出する。
【００６０】
次に、図８〜図１１を参照して、検出領域に被検出体が存在しない状態における各電極パターンＸ１〜Ｘ４及び電極パターンＹ１〜Ｙ３の出力信号について説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、Ｘ軸方向の被検出体位置検出時の各電極パターンＸ１〜Ｘ４を示す図であり、図９（ａ）〜（ｄ）は、図８（ａ）〜（ｄ）における出力信号の強度を示す図である。
【００６１】
図８（ａ）に示すＸ軸電極１４ａ、１４ｂを検出電極対とする電極パターンＸ１では、Ｘ軸電極１４ａ（Ｘ２．５、Ｙ１）近傍の出力信号が最大となり、Ｘ軸電極１４ｂ（Ｘ２．５、Ｙ５）近傍の出力が最小となる（図９（ａ））。また、Ｘ軸電極１４ａから離れるにつれて信号強度が０に向けて減少し、Ｘ軸電極１４ｂから離れるにつれて信号強度が０に向けて増大する。このように、電極パターンＸ１では、検出電極対となるＸ軸電極１４ａ、１４ｂ近傍では出力信号が大きく変化し、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂから離れるにつれて出力信号の変化が減少する。この結果から、被検出体がＸ軸電極１４ａ、１４ｂ近傍に存在する場合には、出力信号の変化が大きくなることが分かる。
【００６２】
図８（ｂ）〜（ｄ）に示す電極パターンＸ２〜Ｘ４では、電極パターンＸ１と同様に検出電極対となるＸ軸電極１５ａ（Ｘ３．５、Ｙ１）、１６ａ（Ｘ４．５、Ｙ１）、１７ａ（Ｘ５．５、Ｙ１）近傍の出力信号が最大となり、Ｘ軸電極１５ｂ（Ｘ３．５、Ｙ５）、１６ｂ（Ｘ４．５、Ｙ５）、１７ｂ（Ｘ５．５、Ｙ５）近傍の出力が最小となる（図９（ｂ）〜（ｄ））。これらの結果から、電極パターンＸ１〜Ｘ４を順次切り替えて被検出体位置を検出することにより、被検出体の存在領域近傍のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂが検出電極対として切替えられた場合に出力信号の変化が最も大きくなり、Ｘ軸方向における被検出体位置の検出が可能となることが分かる。
【００６３】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、Ｙ軸方向の被検出体位置検出時の各電極パターンＹ１〜Ｙ３を示す図であり、図１１（ａ）〜（ｃ）は、図１０（ａ）〜（ｃ）における出力信号の強度を示す図である。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂを検出電極対とする電極パターンＹ１では、Ｙ軸電極１８ａ（Ｘ１．５、Ｙ１）近傍の出力信号が最小となり、Ｙ軸電極１８ｂ（Ｘ６、Ｙ１）近傍の出力信号が最大となる（図１１（ａ））。また、Ｙ軸電極１８ａから離れるにつれて信号強度が０に向けて増大し、Ｙ軸電極１８ｂから離れるにつれて信号強度が０に向けて減少する。このように、電極パターンＹ１では、検出電極対となるＹ軸電極１８ａ、１８ｂ近傍では出力信号が大きく変化し、Ｙ軸電極１８ａ、１８ｂから離れるにつれて出力信号の変化が減少する。この結果から、被検出体がＹ軸電極１８ａ、１８ｂ近傍に存在する場合には、出力信号の変化が大きくなることが分かる。
【００６５】
図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、電極パターンＹ２、Ｙ３に順次切り替えた場合、電極パターンＹ１と同様に検出電極対となるＹ軸電極１９ａ（Ｘ１．５、Ｙ３）、２０ａ（Ｘ１．５、Ｙ５）近傍の出力信号が最小となり、Ｙ軸電極１９ｂ（Ｘ６、Ｙ３）、２０ｂ（Ｘ６、Ｙ５）近傍の出力信号が最大となる（図１１（ｂ）、（ｃ））。これらの結果から、電極パターンＹ１〜Ｙ３を順次切り替えて被検出体位置を検出することにより、被検出体の存在領域近傍のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが検出電極対として切替えられた場合に出力信号の変化が最も大きくなり、Ｙ軸方向における被検出体位置の検出が可能となることが分かる。
【００６６】
次に、図１２及び図１３を参照して検出領域内に被検出体が存在する場合における検出電極対の出力信号の変化について説明する。図１２は、検出領域内（Ｘ２、Ｙ５）に被検出体が存在する場合の被検出体位置を示す模式図であり、図１３（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の出力信号の変化を示す図である。図１３（ａ）においては、図１２に示す領域に被検出体４１が存在する場合における図９（ａ）〜（ｄ）に示した出力信号値からの出力信号の変化量を示し、図１３（ｂ）においては、図１２に示す領域に被検出体４１が存在する場合における図１１（ａ）〜（ｃ）に示した出力信号値からの出力信号の変化量を示している。
【００６７】
図１３（ａ）に示すように、被検出体４１が（Ｘ２、Ｙ５）に存在する場合において、被検出体４１近傍のＸ軸電極１４ａ、１４ｂが検出電極対となる電極パターンＸ１で出力信号の変化量が最大となる。また、被検出体４１と検出電極対となる電極との距離が離れるにつれて出力信号の変化量が小さくなる（電極パターンＸ２〜Ｘ４参照）。また、図１３（ｂ）に示すように、被検出体４１近傍のＹ軸電極１８ａ、１８ｂが検出電極対となる電極パターンＹ１で出力信号が最大となる。また、被検出体４１と検出電極対となる電極との距離が離れるにつれて出力信号の変化量が小さくなることが分かる（電極パターンＹ２、Ｙ３参照）。
【００６８】
以上の結果から、電極パターンＸ１〜Ｘ４及び電極パターンＹ１〜Ｙ３を順次切替えて検出領域内の被検出体位置を検出することにより、被検出体４１の存在領域近傍のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを検出電極対とした場合の出力信号の変化量が大きくなることが分かる。このため、出力信号の変化量を検出することにより、検出領域内の被検出体位置を正確に検出することができる。
【００６９】
次に、再び図１を参照して、以上のように構成された本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の動作について説明する。まず、マルチプレクサ２１によって、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂが駆動電極及び検出電極として切替えられる。次いで、ＣＰＵ２２よりタイミング制御された駆動電圧が、駆動回路２３から駆動電極として切替えられたＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂに印加される。ここで、被検出体が検出領域Ａ１内に存在する場合、電極間に形成される静電容量が変化するので、それぞれの静電容量に応じた信号が検出電極から出力される。
【００７０】
検出電極としてのＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂから出力された信号は、検出回路２４の増幅回路２５に入力されて増幅される。増幅回路２５で増幅された出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ２６でフィルタリング処理及びＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ２２に入力される。ＣＰＵ２２では、入力された出力信号を基にＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂによって検出された被検出体位置を算出する。以上のようにして、本実施の形態に係る近接センサ装置においては、検出方向に応じて電極群パターンを切替えながら被検出体の接近によって生じるセンサ部１１の静電容量の変化に基づいて、被検出体位置を検出する。
【００７１】
このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、検出領域Ａ１を挟んでＸ軸方向に沿って複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを対向して配列し、Ｙ軸方向に沿って複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを対向して配列したので、被検出体の正確な位置を測定することができる。例えば、図１４（ａ）に示すように、被検出体が領域Ａ２に存在する場合においては、Ｘ軸電極１６ａ、１６ｂを検出電極対とする電極パターンＸ３及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂを検出電極対とする電極パターンＹ１の出力信号が最大となるので、被検出体の存在領域を精度良く特定することが可能となる。
【００７２】
これに対し、従来の近接センサ装置においては、図１４（ｂ）に示すように、被検出体が領域Ａ３に存在する場合、電極１００ａ〜１００ｄのうち、１００ａ近傍の静電容量が最も大きく減少する。このため、例えば、電極１００ａ及び１００ｃを検出電極として被検出体を検出することにより、センサの中心点Ｐ１からみて矢印Ｄ４方向に被検出体が存在することは判別できるが、被検出体位置を正確に検出することは困難となる。
【００７３】
なお、上記実施の形態においては、検出電極対として対向配置された一対のＸ軸電極及びＹ軸電極を検出電極対として用いる実施の形態について説明したが、複数のＸ軸電極及びＹ軸電極を複数の検出電極対として共に切替えて用いてもよい。図１５に本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極切替えパターンの他の例を示す。図１５に示すように、Ｘ軸方向の被検出体の検出時において、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ及びＸ軸電極１７ａ、１７ｂをそれぞれ検出電極対として用いてもよい。このように、Ｘ軸方向に対して２対の検出電極対を用いて被検出体位置を検出することにより、複数の被検出体を検出することも可能となる。なお、Ｙ軸方向においても同様にして複数の検出電極対を用いる構成としてもよい。
【００７４】
次に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の応用例について説明する。図１６は、上記実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置の一例を示す図である。この入力装置は、上記静電容量式近接センサ装置５０と、タッチパネル５１と、を備える。静電容量式近接センサ５０は、平面視略矩形形状の基板５２の四辺上に複数の電極５３〜５９が配列され、基板５２中央部に基板５２と相似形状を有するタッチパネル５１が配置されている。各電極５３〜５９は、タッチパネル５１の外周面に沿って設けられており、Ｘ軸電極５３ａ〜５６ａとＸ軸電極５３ｂ〜５６ｂとが対向して配列され、Ｙ軸電極５７ａ〜５９ａとＹ軸電極５７ｂ〜５９ｂとが対向して配列されている。このように、タッチパネル５１と静電容量式近接センサ装置５０とを組み合わせて入力装置として用いることにより、タッチパネル５０に接触する前に被検出体としてのオペレータの手を検出できるため、非接触での入力操作を実現することができる。また、タッチパネル５１上でのオペレータの手の位置に応じてタッチパネル５１の入力モードを変更するように構成することも可能となる。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、検出領域を挟んでＸ軸方向に沿って複数のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂを対向配置し、Ｙ軸方向に沿って複数のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを対向配置したので、被検出体の位置を精度良く検出することが可能となる。
【００７６】
特に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに対して、Ｘ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及びＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ内で検出電極対を順次切替えることにより、各検出電極対と被検出体との間の距離に応じた出力信号を検出できるので、検出範囲内での被検出体の位置を精度よく検出することが可能となる。このため、被検出体位置に応じて多段階の入力操作や非接触においても入力操作可能な静電容量式近接センサ装置を実現することができる。
【００７７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、４対のＸ軸電極１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ及び３対のＹ軸電極１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂを用いる構成としたが、Ｘ軸電極及びＹ軸電極の数は、検出範囲内の被検出体位置を検出できる数であれば特に限定されず適時変更可能である。
【００７８】
また、上記実施の形態の静電容量式近接センサ装置においては、Ｘ軸電極及びＹ軸電極を略矩形形状の基板の４辺上に配置する構成としたが、Ｘ軸電極及びＹ軸電極の配置は、検出範囲内の被検出体位置を検出できるものであればこの構成に限定されず適時変更可能である。例えば、円形、楕円、菱形などの電極配置としてもよい。
【００７９】
また、上記実施の形態の静電容量式近接センサ装置においては、対向配置されたＸ軸電極１４ａ、１４ｂを検出電極対としてＸ軸方向の被検出体位置を検出する構成としたが、検出電極対は、被検出体位置を検出できれば必ずしも対向配置されたＸ軸電極を検出電極対とする必要はない。例えば、Ｘ軸電極１４ａ、１５ｂを検出電極対として用いてもよく、Ｘ軸電極１５ａ、１４ｂを検出電極対として用いてもよい。同様にしてＹ軸方向の被検出体位置の検出においても検出電極対は、適時変更可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えば、携帯機器、デジタルフォトフレーム、ＰＣ、オーディオの操作パネルなど、各種入力デバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１１ センサ部
１２ 制御回路部
１３、３２、４０、５２ 基板
１４ａ、１４ｂ〜１７ａ、１７ｂ、５３ａ、５３ｂ〜５６ａ、５６ｂ Ｘ軸電極
１８ａ、１８ｂ〜２０ａ、２０ｂ、５７ａ、５７ｂ〜５９ａ、５９ｂ Ｙ軸電極
１４Ａ〜１７Ａ、１４Ｂ〜１７Ｂ、１４Ｆ、１４Ｇ 検出電極
１４Ｅ、１８Ａ〜２０Ａ、１８Ｂ〜２０Ｂ 駆動電極
２１ マルチプレクサ
２２ ＣＰＵ
２３ 駆動回路
２４ 検出回路
２５ 増幅回路
２６ Ａ／Ｄコンバータ
３１ 遮蔽電極
３３ スペーサ
５０ 静電容量式近接センサ装置
５１ タッチパネル
１００ａ〜１００ｄ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、
前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、
前記電極群のうち、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続すると共に、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段とを具備することを特徴とする静電容量式近接センサ装置。
【請求項２】
前記切替え手段は、
前記Ｘ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＸ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｘ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｘ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切り替えることを特徴とする請求項１記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項３】
前記切替え手段は、
前記Ｙ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＹ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｙ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｙ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項４】
前記切替え手段は、
Ｚ軸方向の被検出体位置の検出において、少なくとも１つの前記Ｘ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンと、少なくとも１つの前記Ｙ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンとを切替えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項５】
前記切替え手段は、前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＸ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、
前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＸ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項６】
前記切替え手段は、前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＹ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、
前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＹ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
タッチパネルと、請求項１から請求項６のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置とを具備し、前記Ｘ軸電極は、前記タッチパネルを挟んで前記Ｙ軸方向において対向して配列すると共に、前記Ｙ軸電極が前記タッチパネルを挟んで前記Ｘ軸方向において対向して配列したことを特徴とする入力装置。
【請求項９】
検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、
前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、を具備する静電容量式近接センサ装置の電極駆動方法であって、
前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＸ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｘ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｘ軸電極間で順次切替えてＸ軸方向の被検出体位置を検出してから、
前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＹ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｙ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｙ軸電極間で順次切替えてＹ軸方向の被検出体位置を検出することを特徴とする電極駆動方法。
【請求項１】
検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、
前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、
前記電極群のうち、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続すると共に、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段とを具備することを特徴とする静電容量式近接センサ装置。
【請求項２】
前記切替え手段は、
前記Ｘ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＸ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｘ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｘ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切り替えることを特徴とする請求項１記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項３】
前記切替え手段は、
前記Ｙ軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のＹ軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Ｙ軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Ｙ軸電極内で検出電極対となる電極を順次切替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項４】
前記切替え手段は、
Ｚ軸方向の被検出体位置の検出において、少なくとも１つの前記Ｘ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンと、少なくとも１つの前記Ｙ軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンとを切替えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項５】
前記切替え手段は、前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＸ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、
前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＸ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項６】
前記切替え手段は、前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも２対のＹ軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、
前記演算手段は、前記少なくとも２つの検出電極対から出力された信号から少なくとも２つのＹ軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
タッチパネルと、請求項１から請求項６のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置とを具備し、前記Ｘ軸電極は、前記タッチパネルを挟んで前記Ｙ軸方向において対向して配列すると共に、前記Ｙ軸電極が前記タッチパネルを挟んで前記Ｘ軸方向において対向して配列したことを特徴とする入力装置。
【請求項９】
検出領域を挟んでそれぞれＸ軸方向に沿って対向して配列された複数のＸ軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれＹ軸方向に沿って対向して配列された複数のＹ軸電極と、を含む電極群と、
前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び検出基準面に垂直なＺ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、を具備する静電容量式近接センサ装置の電極駆動方法であって、
前記Ｘ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＸ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｘ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｘ軸電極間で順次切替えてＸ軸方向の被検出体位置を検出してから、
前記Ｙ軸電極のうち、対向配置された少なくとも１対のＹ軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Ｙ軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Ｙ軸電極間で順次切替えてＹ軸方向の被検出体位置を検出することを特徴とする電極駆動方法。
【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】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−３５５４（Ｐ２０１２−３５５４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８６６０（Ｐ２０１０−１３８６６０）
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【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１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【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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