静電検出装置
【課題】 人の指などの物体の接近や位置を検出する静電検出装置において、複数の電極間の静電容量が大きい場合でも、クロストークを抑えて、精度の高い位置検出を可能にする。
【解決手段】 配線が隣接する電極が異なるグループになるようにグルーピングし、他のグループの電極の静電容量を検出している間に、検出していないグループの電極を定電圧に接続するようにした。
【解決手段】 配線が隣接する電極が異なるグループになるようにグルーピングし、他のグループの電極の静電容量を検出している間に、検出していないグループの電極を定電圧に接続するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体固有の静電容量により人の指などの物体の接近や位置を検出する静電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人などの浮遊静電容量を持つ物体が電極に接近すると、電極の見かけの静電容量が増加することが知られている。この原理を応用して、静電検出装置が実用化されている。さらに、接近物体の位置まで検出する場合には、支持基板上の複数の電極の静電容量から物体の接近や位置を検出している。このような従来の静電検出手段について、図２の例を基に説明する。
【０００３】
図２においては、支持基板上に電極１〜９が並んで設けられている。ただし、ここでは電極の配置は説明のため便宜的である。各電極は静電容量検出手段１〜９により静電容量が検出される。ここで、静電容量検出手段は、全電極の検出を同時に行う。あるいは、処理の都合で時分割する場合にも、隣接する電極をグループにまとめて、同一グループの静電容量の検出を同時に行う。
【０００４】
とくに、２次元の位置を検出する場合には２軸の位置に対応して電極を配置するのが一般的であり、電極を同一の支持面に配置することによりコストを削減する方法も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００７−２６７４７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示した例においては、図３に示すように、人の指などがある電極に接近した場合に、接近していない他の電極の静電容量も電極間の静電容量を介して増加するクロストークを発生し、結果として近接演算手段で演算する位置精度を低下させてしまう傾向がある。
【０００６】
２次元の位置を検出する例においては、電極への配線が接近し、電極間の静電容量が大きくなってしまうため、精度の高い位置検出が困難であるという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明による静電検出装置では、複数の電極間の静電容量が大きい場合でも、クロストークを抑えて、精度の高い位置検出を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による静電検出装置は、物体の接近により静電容量を変化させる支持基板上の複数の電極と、前記複数の電極をグループごとに時分割して各電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段の検出する各電極の静電容量から前記物体の接近及び位置を演算する近接演算手段と、全体を制御する制御手段とにより構成し、前記静電容量検出手段は時分割により他のグループの電極の静電容量を検出している間には静電容量を検出していない電極を定電圧に接続するように構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の電極間の静電容量が大きい場合でも、クロストークを抑えて、精度の高い位置検出を可能にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
【実施例】
【００１１】
本発明の好適な実施例を、図１を基に説明する。
【００１２】
本発明による静電検出装置は、物体の接近により静電容量を変化させる支持基板上の複数の電極と、前記複数の電極をグループごとに時分割して各電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段の検出する各電極の静電容量から前記物体の接近及び位置を演算する近接演算手段と、全体を制御する制御手段とにより構成し、前記静電容量検出手段は時分割により他のグループの電極の静電容量を検出している間には静電容量を検出していない電極を定電圧に接続するように構成した。
【００１３】
これより、各構成について、詳細に説明する。
【００１４】
物体の接近を静電容量の変化で検出する複数の電極は、支持基板上に配置される。これらの電極間には、図３に示すように隣接する電極間に電極間容量Ｃｉが存在する。これらの電極は、１軸上に整列して配置しても良いが、図６に示すように、２軸の位置に対応するように配置しても良い。このように２軸の位置に対応した電極を一層で構成する場合には、同一の位置に対応する電極が支持基板上に分散するため、配線基板において同一の位置に対応する電極を並列接続している。
【００１５】
静電容量検出手段は、複数の電極の各々の静電容量を検出する。静電容量検出手段は、クロストークの発生を抑えるために、前記複数の電極をグループごとに時分割して各電極の静電容量を検出するようにした。この場合に、複数の電極は、配線の隣接する電極を異なるグループにグルーピングするようにした。また、時分割により他のグループの電極の静電容量を検出している時に静電容量を検出していない電極を定電圧に接続するようにした。このため、複数の電極の各々について、図５に示すような静電容量検出回路を設けたが、同時に検出しない電極については切り換えることにより兼用化しても良いことは言うまでもない。
【００１６】
図５に示す静電容量検出回路は、初期化としてスイッチＳＷ１により蓄積コンデンサＣａｐの電荷をゼロにした後に、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３を交互にオンすることにより、電極に充電した電荷を蓄積コンデンサに放電して蓄積する。所定回数の充放電による蓄積の後に蓄積コンデンサの電圧をＡＤ変換手段によりデジタル値に変換し、静電容量に対応したデジタル値を得るようにした。また、他のグループの電極の静電容量を検出している間は、スイッチＳＷ２をオンして定電圧電源Ｖｄｄに接続する。
【００１７】
例えば、図１の場合の例では、配線が隣接した電極が同じグループにならないように、電極１，３，５，７，９をグループＡ、電極２，４，６，８をグループＢとする。電極１，３，５，７，９に接続された静電容量検出手段をそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５とし、電極２，４，６，８に接続された静電容量検出手段をそれぞれＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。グループＡの電極の静電容量を検出している間はグループＢの電極を定電圧源に接続し、グループＢの電極の静電容量を検出している間はグループＡの電極を定電圧源に接続するようにした。こうすることにより、例えばグループＡの電極1や電極３の静電容量を検出している間はグループＢの電極２が定電圧源に接続されているため、図３に示すように静電容量Ｃｈを持つ人体の指がグループＢの電極２に接近して電極２と静電容量Ｃｃで結合した場合でも、グループＡの電極１や電極３の静電容量の検出に影響しないようにすることが出来るためクロストークの発生を抑えることが可能である。
【００１８】
以上に、グループを２分割する場合の例を示したが、例えば図６に示す電極では、３つのグループに分けて検出するようにした。図６の例は、電極を同一の支持面に配置して２次元の位置を検出するためのもので、電極への配線が接近し、電極間の静電容量が大きくなしまうため、隣接する電極の静電容量を同時に検出する従来の方法では、ある電極に物体が接近すると、他の電極も見かけの静電容量が大きくなるクロストークにより接近位置の精度を高くすることが困難である。そこで本実施例では、縦方向の位置を検出するＹ１〜６をグループＡ、Ｘ方向の位置を検出する電極Ｘ１，３をグループＢ、電極Ｘ２，４をグループＣにグルーピングし、図４に示すように、グループＡの電極の静電容量を検出している間グループＢ，Ｃの電極を定電圧源に接続し、グループＢの電極の静電容量を検出している間グループＡ，Ｃの電極を定電圧源に接続し、グループＣの電極の静電容量を検出している間グループＡ，Ｂの電極を定電圧源に接続するようにした。こうすることにより、図１のＡ，Ｂの２グループにグルーピングする場合と同様に、配線の隣接する電極に物体が接近してもクロストークの発生を排除することが出来る。
【００１９】
近接演算手段では、静電容量検出手段で検出したそれぞれの電極の静電容量から、物体の接近及び位置を検出する。このため、近接演算手段では、それぞれの電極の静電容量のいずれかが予め定められた値より大きくなった場合に物体の接近を検出するようにしたが、この限りではない。
【００２０】
また、物体の接近を検出した場合には、位置を求める。位置の求め方は、最も大きい静電容量の電極の位置を接近した物体の検出位置としても良いが、さらに補正量を加算して検出位置精度を上げることも出来る。そのための補正量は、例えば、最も大きい静電容量の電極の上側に隣り合う電極と下側に隣り合う電極の静電容量を最も大きい静電容量で割って正規化して得られた値による２次元補正量テーブルを参照するようにした。ここで用いる２次元補正量テーブルは、実験により予め定められた値を格納しておけば良い。
【００２１】
また、近接演算手段は、この例以外にも、複数の電極の位置と静電容量から物体の接近及び位置を求めることの出来る手段であれば、どのような手段を用いても良い。
【００２２】
制御手段は、静電検出装置全体のステータス及びシーケンスを管理する。
【００２３】
以上に示したように、本発明による静電検出装置では、各電極の静電容量を検出する際に、隣接する電極が定電圧源に接続されているので、隣接する電極への物体の接近の影響を排除することが出来るため、クロストークの少ない静電容量を検出することが可能であり、電極間の静電容量が大きい場合でも、接近物体の位置精度を低下させずに検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る静電検出装置の第１の実施例を示すブロック図
【図２】従来の静電検出装置のブロック図
【図３】電極の動作を示す接続図
【図４】本発明に係る静電容量検出手段のステップ図
【図５】本発明に係る静電容量検出手段の接続例を示す構成図
【図６】本発明に係る電極の構成図
【符号の説明】
【００２５】
１〜９ 電極
Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ４ 静電容量検出手段
２０ 近接演算手段
３０ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体固有の静電容量により人の指などの物体の接近や位置を検出する静電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人などの浮遊静電容量を持つ物体が電極に接近すると、電極の見かけの静電容量が増加することが知られている。この原理を応用して、静電検出装置が実用化されている。さらに、接近物体の位置まで検出する場合には、支持基板上の複数の電極の静電容量から物体の接近や位置を検出している。このような従来の静電検出手段について、図２の例を基に説明する。
【０００３】
図２においては、支持基板上に電極１〜９が並んで設けられている。ただし、ここでは電極の配置は説明のため便宜的である。各電極は静電容量検出手段１〜９により静電容量が検出される。ここで、静電容量検出手段は、全電極の検出を同時に行う。あるいは、処理の都合で時分割する場合にも、隣接する電極をグループにまとめて、同一グループの静電容量の検出を同時に行う。
【０００４】
とくに、２次元の位置を検出する場合には２軸の位置に対応して電極を配置するのが一般的であり、電極を同一の支持面に配置することによりコストを削減する方法も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００７−２６７４７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示した例においては、図３に示すように、人の指などがある電極に接近した場合に、接近していない他の電極の静電容量も電極間の静電容量を介して増加するクロストークを発生し、結果として近接演算手段で演算する位置精度を低下させてしまう傾向がある。
【０００６】
２次元の位置を検出する例においては、電極への配線が接近し、電極間の静電容量が大きくなってしまうため、精度の高い位置検出が困難であるという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明による静電検出装置では、複数の電極間の静電容量が大きい場合でも、クロストークを抑えて、精度の高い位置検出を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による静電検出装置は、物体の接近により静電容量を変化させる支持基板上の複数の電極と、前記複数の電極をグループごとに時分割して各電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段の検出する各電極の静電容量から前記物体の接近及び位置を演算する近接演算手段と、全体を制御する制御手段とにより構成し、前記静電容量検出手段は時分割により他のグループの電極の静電容量を検出している間には静電容量を検出していない電極を定電圧に接続するように構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の電極間の静電容量が大きい場合でも、クロストークを抑えて、精度の高い位置検出を可能にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
【実施例】
【００１１】
本発明の好適な実施例を、図１を基に説明する。
【００１２】
本発明による静電検出装置は、物体の接近により静電容量を変化させる支持基板上の複数の電極と、前記複数の電極をグループごとに時分割して各電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段の検出する各電極の静電容量から前記物体の接近及び位置を演算する近接演算手段と、全体を制御する制御手段とにより構成し、前記静電容量検出手段は時分割により他のグループの電極の静電容量を検出している間には静電容量を検出していない電極を定電圧に接続するように構成した。
【００１３】
これより、各構成について、詳細に説明する。
【００１４】
物体の接近を静電容量の変化で検出する複数の電極は、支持基板上に配置される。これらの電極間には、図３に示すように隣接する電極間に電極間容量Ｃｉが存在する。これらの電極は、１軸上に整列して配置しても良いが、図６に示すように、２軸の位置に対応するように配置しても良い。このように２軸の位置に対応した電極を一層で構成する場合には、同一の位置に対応する電極が支持基板上に分散するため、配線基板において同一の位置に対応する電極を並列接続している。
【００１５】
静電容量検出手段は、複数の電極の各々の静電容量を検出する。静電容量検出手段は、クロストークの発生を抑えるために、前記複数の電極をグループごとに時分割して各電極の静電容量を検出するようにした。この場合に、複数の電極は、配線の隣接する電極を異なるグループにグルーピングするようにした。また、時分割により他のグループの電極の静電容量を検出している時に静電容量を検出していない電極を定電圧に接続するようにした。このため、複数の電極の各々について、図５に示すような静電容量検出回路を設けたが、同時に検出しない電極については切り換えることにより兼用化しても良いことは言うまでもない。
【００１６】
図５に示す静電容量検出回路は、初期化としてスイッチＳＷ１により蓄積コンデンサＣａｐの電荷をゼロにした後に、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３を交互にオンすることにより、電極に充電した電荷を蓄積コンデンサに放電して蓄積する。所定回数の充放電による蓄積の後に蓄積コンデンサの電圧をＡＤ変換手段によりデジタル値に変換し、静電容量に対応したデジタル値を得るようにした。また、他のグループの電極の静電容量を検出している間は、スイッチＳＷ２をオンして定電圧電源Ｖｄｄに接続する。
【００１７】
例えば、図１の場合の例では、配線が隣接した電極が同じグループにならないように、電極１，３，５，７，９をグループＡ、電極２，４，６，８をグループＢとする。電極１，３，５，７，９に接続された静電容量検出手段をそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５とし、電極２，４，６，８に接続された静電容量検出手段をそれぞれＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。グループＡの電極の静電容量を検出している間はグループＢの電極を定電圧源に接続し、グループＢの電極の静電容量を検出している間はグループＡの電極を定電圧源に接続するようにした。こうすることにより、例えばグループＡの電極1や電極３の静電容量を検出している間はグループＢの電極２が定電圧源に接続されているため、図３に示すように静電容量Ｃｈを持つ人体の指がグループＢの電極２に接近して電極２と静電容量Ｃｃで結合した場合でも、グループＡの電極１や電極３の静電容量の検出に影響しないようにすることが出来るためクロストークの発生を抑えることが可能である。
【００１８】
以上に、グループを２分割する場合の例を示したが、例えば図６に示す電極では、３つのグループに分けて検出するようにした。図６の例は、電極を同一の支持面に配置して２次元の位置を検出するためのもので、電極への配線が接近し、電極間の静電容量が大きくなしまうため、隣接する電極の静電容量を同時に検出する従来の方法では、ある電極に物体が接近すると、他の電極も見かけの静電容量が大きくなるクロストークにより接近位置の精度を高くすることが困難である。そこで本実施例では、縦方向の位置を検出するＹ１〜６をグループＡ、Ｘ方向の位置を検出する電極Ｘ１，３をグループＢ、電極Ｘ２，４をグループＣにグルーピングし、図４に示すように、グループＡの電極の静電容量を検出している間グループＢ，Ｃの電極を定電圧源に接続し、グループＢの電極の静電容量を検出している間グループＡ，Ｃの電極を定電圧源に接続し、グループＣの電極の静電容量を検出している間グループＡ，Ｂの電極を定電圧源に接続するようにした。こうすることにより、図１のＡ，Ｂの２グループにグルーピングする場合と同様に、配線の隣接する電極に物体が接近してもクロストークの発生を排除することが出来る。
【００１９】
近接演算手段では、静電容量検出手段で検出したそれぞれの電極の静電容量から、物体の接近及び位置を検出する。このため、近接演算手段では、それぞれの電極の静電容量のいずれかが予め定められた値より大きくなった場合に物体の接近を検出するようにしたが、この限りではない。
【００２０】
また、物体の接近を検出した場合には、位置を求める。位置の求め方は、最も大きい静電容量の電極の位置を接近した物体の検出位置としても良いが、さらに補正量を加算して検出位置精度を上げることも出来る。そのための補正量は、例えば、最も大きい静電容量の電極の上側に隣り合う電極と下側に隣り合う電極の静電容量を最も大きい静電容量で割って正規化して得られた値による２次元補正量テーブルを参照するようにした。ここで用いる２次元補正量テーブルは、実験により予め定められた値を格納しておけば良い。
【００２１】
また、近接演算手段は、この例以外にも、複数の電極の位置と静電容量から物体の接近及び位置を求めることの出来る手段であれば、どのような手段を用いても良い。
【００２２】
制御手段は、静電検出装置全体のステータス及びシーケンスを管理する。
【００２３】
以上に示したように、本発明による静電検出装置では、各電極の静電容量を検出する際に、隣接する電極が定電圧源に接続されているので、隣接する電極への物体の接近の影響を排除することが出来るため、クロストークの少ない静電容量を検出することが可能であり、電極間の静電容量が大きい場合でも、接近物体の位置精度を低下させずに検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る静電検出装置の第１の実施例を示すブロック図
【図２】従来の静電検出装置のブロック図
【図３】電極の動作を示す接続図
【図４】本発明に係る静電容量検出手段のステップ図
【図５】本発明に係る静電容量検出手段の接続例を示す構成図
【図６】本発明に係る電極の構成図
【符号の説明】
【００２５】
１〜９ 電極
Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ４ 静電容量検出手段
２０ 近接演算手段
３０ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接近する物体の接近及び位置を検出する静電検出装置であって、
前記物体の接近により静電容量を変化させる複数の電極と、
グルーピングして複数のグループとされた前記複数の電極を前記グループごとに時分割して各電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段の検出する前記各電極の前記静電容量から前記物体の接近及び位置を演算する近接演算手段と、
前記静電容量検出手段と前記近接演算手段とを制御する制御手段とを有し、
前記静電検出手段は時分割により特定のグループの電極の静電容量を検出している間静電容量を検出していないグループの電極を定電圧に接続することを特徴とする静電検出装置。
【請求項２】
前記複数の電極は、配線の隣接する電極を異なるグループにグルーピングすることを特徴とする請求項１に示す静電容量検出装置。
【請求項１】
接近する物体の接近及び位置を検出する静電検出装置であって、
前記物体の接近により静電容量を変化させる複数の電極と、
グルーピングして複数のグループとされた前記複数の電極を前記グループごとに時分割して各電極の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段の検出する前記各電極の前記静電容量から前記物体の接近及び位置を演算する近接演算手段と、
前記静電容量検出手段と前記近接演算手段とを制御する制御手段とを有し、
前記静電検出手段は時分割により特定のグループの電極の静電容量を検出している間静電容量を検出していないグループの電極を定電圧に接続することを特徴とする静電検出装置。
【請求項２】
前記複数の電極は、配線の隣接する電極を異なるグループにグルーピングすることを特徴とする請求項１に示す静電容量検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１５６７３１（Ｐ２００９−１５６７３１Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３５８０７（Ｐ２００７−３３５８０７）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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