(57)【要約】【課題】入力操作体と検出電極間の静電容量から検出電極に対する入力操作体の入力操作を検出する静電容量式入力検出方式を提供する。【解決手段】検出電極と入力操作体間の静電容量を介して検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段が、検出電極に表れる交流検出信号を交流検出信号の周期より充分に長い積分動作期間中に積分して出力する積分回路を有し、積分回路の出力の傾きから前記交流検出信号の受信レベルを拡大させて検出し、検出電極と入力操作体間の距離を求める。【選択図】図１
2013021414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ケースに配置される検出電極と、
入力操作体と検出電極との相対電位を変動させる交流検出信号を発信する発信手段と、
検出電極と入力操作体間の静電容量を介して検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段とを備え、
検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルから、検出電極と入力操作体間の距離を求め、入力操作体による入力操作を検出する静電容量式入力検出方式であって、
信号検出手段は、前記検出電極に表れる交流検出信号を交流検出信号の周期より充分に長い積分動作期間中に積分して出力する積分回路を有し、積分回路の出力の傾きから前記交流検出信号の受信レベルを検出することを特徴とする静電容量式入力検出方式。
【請求項２】
積分回路は、検出電極の出力側に接続された積分用抵抗と、非反転入力端子の第１基準電圧に対して、検出電極から積分用抵抗を介して反転入力端子に入力される前記交流検出信号の入力電圧との差分を出力する積分用オペアンプと、積分用オペアンプの反転入力端子と出力端子間に接続された積分用コンデンサとからなり、
信号検出手段は、更に、積分用オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子間に発生するオフセット電圧を相殺するオフセット調整電圧を、積分用オペアンプの反転入力端子若しくは非反転入力端子に加えるオフセット調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力検出方式。
【請求項３】
オフセット調整手段は、所定のオフセット調整期間中に第２基準電圧とした積分用抵抗の入力側に非反転入力端子が接続するとともに、積分用オペアンプの出力に反転入力端子が接続し、オフセット調整期間中に、非反転入力端子の第２基準電圧に対して、反転入力端子に入力される帰還用オペアンプの出力電圧との差分を出力する帰還用オペアンプと、帰還用オペアンプの出力と積分用オペアンプの非反転入力端子間に接続され、オフセット調整期間中に閉じ動作し、積分動作期間中に開動作するスイッチと、積分用オペアンプの非反転入力端子に接続し、オフセット調整期間中に帰還用オペアンプの出力電圧で充電されるオフセット調整電圧を、積分動作期間中に積分用オペアンプの非反転入力端子に加えるホールド用コンデンサとからなることを特徴とする請求項２に記載の静電容量式入力検出方式。
【請求項４】
絶縁ケースに互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、
複数の各検出電極を選択的に信号検出手段へ切り換え接続する切り換え手段とを備え、
前記各検出電極についてそれぞれ信号検出手段が検出した交流検出信号の受信レベルと、各検出電極の配置位置とから、入力操作体の入力操作位置を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電容量式入力検出方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指などの入力操作体が接近して静電容量が増大する検出電極の配置位置から入力操作体の入力操作位置を検出する静電容量式入力検出方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器のディスプレーに表示されたアイコンなどを指示入力するポインティングデバイスとして静電容量式入力検出方式により入力操作や入力操作位置を検出する静電容量式タッチパネルが知られている。この静電容量式入力検出方式は、入力操作する入力操作体が接近する検出電極の浮遊容量（入力操作体と検出電極間の静電容量）が増大することに着目し、入力操作体との静電容量が変化する検出電極の配置位置から入力操作自体や入力操作体の入力操作位置を検出している。【０００３】
しかしながら、入力操作体と検出電極間の静電容量は、例えば、入力操作体が指であるとして、検出電極から１０ｃｍ離れた入力操作位置で約５０ｆＦと極めて微小であり、その静電容量から直接入力操作体の接近を検出することは困難であった。そこで、従来の入力検出方式は、多数のＸ側検出電極とＹ側検出電極を絶縁基板の表裏で交差するようにマトリックス状に形成し、入力操作体がいずれの位置にあっても、いずれかのＸ側検出電極とＹ側検出電極が近接するようにして、各検出電極の静電容量の変化を相対比較して入力操作位置を検出している（特許文献１）。【０００４】
この従来の入力検出方式では、入力操作面に沿って多数のＸ側検出電極とＹ側検出電極を配置し、背面側のディスプレーを目視できるように透明体で形成する必要があり、高価になると共に、入力操作位置の検出分解能を上げるには、より多数のＸ側検出電極とＹ側検出電極を密に配置する必要があり、全ての検出電極についての静電容量の変化を検出する走査時間を要し、短時間に入力位置を検出できなかった。【０００５】
そこで、入力操作面の周囲にのみ検出電極を配置し、入力操作体と検出電極間に高誘電率の誘電体を介在させ、大容量とした入力操作体と検出電極間の静電容量の変化から入力位置を検出する静電容量式入力検出方式が提案されている（特許文献２）。この特許文献２に記載の静電容量式入力検出方式は、高誘電率の誘電体からなる感触部材を入力操作面に沿った全体に配置し、入力操作位置と検出電極間の静電容量を、空気中に比べて誘電率の高い感触部材により拡大し、増大させた静電容量の変化から入力操作面上の入力操作位置を検出している。【０００６】
また、複数の検出電極を各検出電極毎に積分回路を接続し、積分回路の出力の勾配により、入力操作体が接触する検出電極を検出し、その検出電極の配置位置から入力操作位置を検出する位置検出装置も知られている（特許文献３）。この従来の位置検出装置では、積分回路の出力が、検出電極の抵抗値と検出電極についての浮遊容量を乗じた時定数に応じて変化し、入力操作体が接触した検出電極の浮遊容量は増大するので、一定時間後に積分回路の出力が所定値以下となる検出電極を入力操作体が接触した検出電極として、その検出電極の配置位置から入力操作位置を検出する。【０００７】
複数の検出電極の配置方向と直交方向の入力操作位置は、各検出電極の両端にそれぞれ積分回路を接続し、それぞれの積分回路の出力を比較して検出する。検出電極は、その長手方向に沿った距離に抵抗値が比例するように構成され、入力操作体の入力操作位置（接触位置）から各両端までの距離に検出電極の抵抗が比例するようにしている。これにより、それぞれの積分回路の出力も、その積分回路が接続する検出電極の一端から入力操作位置までの距離に応じて緩やかに上昇するので、それぞれの積分回路の出力を相対比較して検出電極の長手方向に沿った入力操作位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３７７７３号公報
【特許文献２】特開平８−１７１４４９号公報
【特許文献３】特許第３８６１３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１により開示されている静電容量式入力検出方式では、入力操作位置の検出精度を上げるために、入力操作面上に多数の検出電極を挟ピッチで配置する必要があり、多数の検出電極について走査する必要があるため、検出時間を要するとともに、背面側にディスプレーを配置する場合には、透明導電材料で形成しても完全な透明体ではないので、その背面側に配置されるディスプレーがみずらいという問題がある。【００１０】
上記問題を解決するために入力操作面上に検出電極を配置しない構成とした特許文献２に開示された静電容量式入力検出方式であっても、入力操作面に平行に高誘電率の感触部材を配置するので、透過率低下の問題は解決できない。【００１１】
また、指などの入力操作体を感触部材に触れて入力操作を行わなければ、入力操作体と検出電極間の静電容量が大幅に変化するので、感触部材に触れて入力操作を行う必要があり、入力操作面に平行な二次元の入力操作位置の検出に限られる。更に、感触部材に触れて入力操作を行うので、操作性が損なわれるとともに、入力操作体により透明体とする感触部材が汚れ、美観が損なわれたり、透過率が低下する問題がある。【００１２】
特許文献３に記載の静電容量式入力検出方式は、入力操作体の入力操作による検出電極の抵抗値や浮遊容量の変化を積分回路の出力に拡大して、その出力から入力操作位置を検出するが、過渡現象によって上昇する積分回路への入力は、検出電極の浮遊容量や抵抗値に比例せず、積分回路の出力から検出電極の浮遊容量や抵抗値を直接得るものではないので、入力操作位置を精度よく検出することはできない。従って、検出電極の浮遊容量の変化から入力操作位置を検出する場合には、多数の検出電極の浮遊容量の変化を相対比較して、特定の検出電極の配置位置から入力操作位置を検出するものであり、特許文献１と同様に検出方向に沿って多数の検出電極を配置する必要がある。【００１３】
また、検出電極についての浮遊容量は、非接触の入力操作体と検出電極間の静電容量が上述の通り極めて微小値であるため、特許文献３に記載の静電容量式検出方式では、これを検出せず、入力操作体が検出電極に接触することを前提とした入力操作体と接地電位間の静電容量を検出電極の浮遊容量として比較するものであり、検出電極に入力操作体を接触させる入力操作しか検出できない。【００１４】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、入力操作体と検出電極間の静電容量から検出電極に対する入力操作体の入力操作を検出する静電容量式入力検出方式を提供することを目的とする。【００１５】
また、入力操作面に接近するだけの非接触の入力操作の入力操作位置を検出可能な静電容量式入力検出方式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】
【００１６】
上述の目的を達成するため、請求項１の静電容量式入力検出方式は、絶縁ケースに配置される検出電極と、入力操作体と検出電極との相対電位を変動させる交流検出信号を発信する発信手段と、検出電極と入力操作体間の静電容量を介して検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段とを備え、検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルから、検出電極と入力操作体間の距離を求め、入力操作体による入力操作を検出する静電容量式入力検出方式であって、信号検出手段は、前記検出電極に表れる交流検出信号を交流検出信号の周期より充分に長い積分動作期間中に積分して出力する積分回路を有し、積分回路の出力の傾きから前記交流検出信号の受信レベルを検出することを特徴とする。【００１７】
検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルは、検出電極と入力操作体間の静電容量Ｃｍに比例し、積分回路は、交流検出信号を交流検出信号の周期より充分に長い積分動作期間中に積分して出力するので、検出電極と入力操作体間の微小な静電容量Ｃｍに比例する受信レベルが、積分回路の出力の傾きに拡大して表される。【００１８】
検出電極と入力操作体間の静電容量Ｃｍは、検出電極と入力操作体間の距離をｄ、真空の誘電率をε０、空気の比誘電率εを約１、入力操作体と検出電極の対向面積をｓとして、Ｃｍ＝ε０・ｓ／ｄで表され、その間の距離ｄに反比例するので、入力位置検出手段は、積分回路の出力の傾きで表される交流検出信号の受信レベルＶｉから検出電極と入力操作体間の距離ｄが得られ、検出電極に入力操作体を接近させる入力操作やその入力操作位置を検出できる。【００１９】
請求項２の静電容量式入力検出方式は、積分回路が、検出電極の出力側に接続された積分用抵抗と、非反転入力端子の第１基準電圧に対して、検出電極から積分用抵抗を介して反転入力端子に入力される前記交流検出信号の入力電圧との差分を出力する積分用オペアンプと、積分用オペアンプの反転入力端子と出力端子間に接続された積分用コンデンサとからなり、信号検出手段は、更に、積分用オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子間に発生するオフセット電圧を相殺するオフセット調整電圧を、積分用オペアンプの反転入力端子若しくは非反転入力端子に加えるオフセット調整手段を有することを特徴とする。【００２０】
信号検出手段は、更に、積分用オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子間に発生するオフセット電圧がオフセット調整電圧により相殺されるので、積分して積分用オペアンプから出力される出力信号にオフセット電圧が含まれず、検出電極と入力操作体間の微小な静電容量を表す交流検出信号のみを積分して積分用オペアンプから拡大した受信レベルとして出力できる。【００２１】
請求項３の静電容量式入力検出方式は、オフセット調整手段が、所定のオフセット調整期間中に第２基準電圧とした積分用抵抗の入力側に非反転入力端子が接続するとともに、積分用オペアンプの出力に反転入力端子が接続し、オフセット調整期間中に、非反転入力端子の第２基準電圧に対して、反転入力端子に入力される帰還用オペアンプの出力電圧との差分を出力する帰還用オペアンプと、帰還用オペアンプの出力と積分用オペアンプの非反転入力端子間に接続され、オフセット調整期間中に閉じ動作し、積分動作期間中に開動作するスイッチと、積分用オペアンプの非反転入力端子に接続し、オフセット調整期間中に帰還用オペアンプの出力電圧で充電されるオフセット調整電圧を、積分動作期間中に積分用オペアンプの非反転入力端子に加えるホールド用コンデンサとからなることを特徴とする。【００２２】
オフセット調整期間中は、積分用オペアンプの非反転入力端子に、第２基準電圧とその直前に積分用オペアンプから出力された出力電圧との差分が入力され、反転入力端子に第２基準電圧が入力される。積分用オペアンプから出力される出力電圧は、非反転入力端子の入力電圧と反転入力端子の入力電圧の差分にオフセット電圧加えた電圧を積分した値であり、帰還用オペアンプで出力電圧が非反転入力端子に負帰還されることにより、出力電圧はオフセット電圧に収束し、定電圧となる。このとき、帰還用オペアンプの出力電圧は、オフセット電圧を加えて積分用オペアンプの非反転入力端子と反転入力端子間の入力電圧の差分が０となるオフセット調整電圧で安定し、ホールド用コンデンサの充電電圧は、オフセット調整電圧となる。【００２３】
積分動作期間中は、帰還用オペアンプの出力と積分用オペアンプの非反転入力端子間が遮断され、積分用オペアンプの非反転入力端子にホールド用コンデンサからオフセット調整電圧が加わる。その結果、積分動作期間中は、積分用オペアンプの出力にオフセット電圧が含まれず、交流検出信号の受信レベルのみが積分され拡大して表される。【００２４】
請求項４の静電容量式入力検出方式は、絶縁ケースに互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、複数の各検出電極を選択的に信号検出手段へ切り換え接続する切り換え手段とを備え、前記各検出電極についてそれぞれ信号検出手段が検出した交流検出信号の受信レベルと、各検出電極の配置位置とから、入力操作体の入力操作位置を検出することを特徴とする。【００２５】
複数の各検出電極について検出した交流検出信号の受信レベルから、各検出電極と入力操作体との距離が得られるので、検出電極から入力操作体が離れた非接触の入力操作であっても、その入力操作位置を検出できる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明によれば、指などの入力操作体を入力操作面へ接近させた微小な静電容量の変化を検出できるので、入力操作体を検出電極へ接近させるだけの入力操作や入力操作位置を検出できる。【００２７】
また、検出電極と入力操作体間の静電容量から両者の距離が得られるので、少ない検出電極で二次元若しくは三次元の入力操作位置を検出できる。【００２８】
請求項２の発明によれば、入力操作体と検出電極間の数１０ｆＦ程度の微小な静電容量に比例する交流検出信号の受信レベルを拡大させて検出でき、高誘電率の接触部材を介在させることなく、非接触で検出電極に接近する入力操作体との距離を検出できる。【００２９】
請求項３の発明によれば、積分用アンプのオフセット電圧の影響を受けずに、交流検出信号の受信レベルを拡大させてその出力電圧波形の傾きに表すことができる。【００３０】
請求項４の発明によれば、複数の各検出電極について検出した交流検出信号の受信レベルから、各検出電極と入力操作体との距離が得られるので、限られた数の検出電極が平面上若しくは立体上の入力操作位置を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る静電容量式入力検出方式１を示す回路図である。
【図２】指示入力装置５０の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】静電容量式入力検出方式１を利用した指示入力装置５０のブロック図である。
【図５】指示入力装置５０の電源回路の等価回路図である。
【図６】交流検出信号ＳＧが流れる検出電極１１の周囲の等価回路図である。
【図７】積分処理回路１４のオフセット調整期間中の動作を示すブロック図である。
【図８】オフセット期間中のオフセット電圧ΔＶと帰還用オペアンプ２６の出力電圧Ｖｆの算定値を示す説明図である。
【図９】図１の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各部の電圧波形図である。
【図１０】本発明の第２実施の形態に係る静電容量式入力検出方式の積分処理回路４０を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の第１実施の形態に係る静電容量式入力検出方式１を、図１乃至図９を用いて説明する。本実施の形態にかかる入力検出方式１は、入力操作データとなる入力操作体３０の入力操作位置を検出するもので、検出した入力操作位置を含む操作データを上位処理装置へ出力し、ディスプレーに表示されるカーソルを移動制御する指示入力装置５０に用いられる。
【００３３】
指示入力装置５０の入力操作部は、図２に示すように、長方形枠状の絶縁ケース２０の内方に横長長方形の窓孔２１が形成され、窓孔２１の開口面を操作体である指３０を接近させて入力操作を行う入力操作面２１ａとしている。窓孔２１に隣接する絶縁ケース２０の内縁２０ａは、図３に示すように、窓孔２１の中心に向かって下方に傾斜する傾斜面となっていて、互いに直交する４辺の内縁２０ａの表面に、それぞれＸ方向で対向する一組の検出電極Ｘ０、Ｘ１とＹ方向で対向する一組の検出電極Ｙ０、Ｙ１が一体に取り付けられている。
【００３４】
各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）は、それぞれ細長帯状に形成され、取り付けられる内縁２０ａに沿ったほぼ全体に配置される。これにより、入力操作面２１ａのいずれの位置に指３０をおいても、指３０が全ての検出電極１１に対向するようになっている。ここでは、各検出電極１１を上方に傾斜する内縁２０ａに沿って配置することにより、入力操作面２１ａの上方に指３０が配置された際に、指３０との対向面積が最大となり、後述する静電容量Ｃｍを大きな値となるようにしている。
【００３５】
図４に示すように、各検出電極１１を含む入力検出方式１を構成する主要回路部品は、２種類の非振動側回路基板２と振動側回路基板３に分けて搭載されている。非振動回路基板２には、接地電位とした低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣとからなる基準電源回路４が配線され、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間に直流電圧Ｖｃｃを印加するＤＣ電源５が接続されている。これにより、非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６等の各回路部品を基準電源回路４に接続し、ＤＣ電源５の出力電圧Ｖｃｃにより駆動させている。
【００３６】
また、振動側回路基板３には、低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣとからなる振動電源回路７が配線されている。低圧振動電源線ＳＧＮＤは低圧基準電源線ＧＮＤと、高圧振動電源線ＳＶＣＣは高圧基準電源線ＶＣＣと、それぞれコイル８、９を介して接続している。コイル８とコイル９のインダクタンスは、いずれも後述する固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧに対してハイインピーダンスとなる値に設定され、ここでは、同一のインダクタンスＬのコイル８、９を用いている。
【００３７】
交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを発信する発信手段となる発振回路１５は、振動側回路基板３に搭載され、二股に分岐してそれぞれ直流電圧を遮断するキャパシタンスＣ’のコンデンサ１７、１８を介して交流検出信号ＳＧを基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに接続している。これにより、図４に示すように、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣへ、固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧを同期させて出力すると、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤが接地されて安定した電位にあるので、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣの電位が同期して固有周波数ｆで変動し、両者間の電圧は、基準電源回路４と同じ直流出力電圧Ｖｃｃとなる。交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆは、任意に調整することができるが、ここでは、１８７ｋＨｚの固有発振周波数の交流検出信号ＳＧを出力する。
【００３８】
固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧが基準電源回路４と振動電源回路７に流れる場合に、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間及び低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣ間が近接して配線され、固有周波数ｆの帯域でこれらの電源線間は短絡しているとすれば、基準電源回路４と振動電源回路７は、図５の等価回路図で示される。
【００３９】
図５に示すように、振動電源回路７側の発振回路１５の出力と基準電源回路４間には、並列にキャパシタンスＣ’のコンデンサ１７、１８が接続されているので、その合成キャパシタンスは、２Ｃ’であり、また、基準電源回路４と振動電源回路７間に並列に接続されるコイル８、９の合成インダクタンスは、Ｌ／２となる。これらのキャパシタとインダクタは、固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧが流れる閉回路において直列に接続され、交流検出信号ＳＧの振幅（レベル）をＶｓｇ、コイル８、９両端の基準電源回路４と振動電源回路７間の電圧をＶｓ、２πｆで表される角速度をω（ｒａｄ／ｓｅｃ）とすれば、
【００４０】
【数１】
2013021414.tif 000003
【００４１】
で表される。
ここで、図４に示す回路は、ω２ＬＣ’＝１で直列共振し、そのときの周波数ｆ０は、
【００４２】
【数２】
2013021414.tif 000004
【００４３】
となる。
【００４４】
つまり、（２）式関係から得られる共振周波数ｆ０を、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆとすれば、交流検出信号ＳＧのレベルに対して、（１）式から理論上振動電源回路７の電位が無限大で振動し、振動電源回路７に接続する各検出電極１１の電位も無限大に振動させることができる。実際の入力検出方式１では、基準電源回路４と振動電源回路７のインダクタンス、浮遊容量などの影響から、（２）式から得る周波数ｆ０で共振せず、また、基準電源回路４と振動電源回路７に交流検出信号ＳＧが流れる際のエネルギーロス等により、振動電源回路７は、交流検出信号ＳＧのレベルＶｓｇに対して有限倍率に拡大された振幅Ｖｓで振動する。
【００４５】
更に、操作者の指３０が触れることのある各検出電極１１に大電圧を加えることはできないので、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを共振周波数ｆ０の近傍で調整し、各検出電極１１が相対的に振動する交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓを任意に設定しでき、ここでは、出力レベルＶｓを５Ｖとしている。
【００４６】
また、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆについても、任意の周波数とすることができるが、商用交流電源線の周囲では、入力操作体３０が定電位ではなく商用交流電源の周波数のコモンモードノイズが重畳することがあるので、各検出電極１１から商用交流電源の周波数と識別して固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧを検出する必要があり、商用交流電源の周波数とその高調波を除く周波数とすることが好ましい。
【００４７】
上述の各検出電極１１は、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣのいずれかの、ここでは高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続している。全ての各検出電極１１が高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続することによって、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで固有周波数ｆで振動する一方、足下などの一部が接地している操作者の指３０の電位は定電位であるので、両者の間には、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓの電圧が発生し、指３０が接近して指３０との静電容量Ｃｍが増大する検出電極１１では、検出電極１１から指３０へ静電容量Ｃｍを介して固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧがあらわれる。これを、固有周波数ｆで振動する振動電源回路７からみれば、定電位の検出電極１１に対して入力操作体である指３０が交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆで振動する。
【００４８】
各検出電極１１と入力操作体３０間の静電容量Ｃｍは、検出電極と入力操作体間の距離をｄ、真空の誘電率をε０、空気の比誘電率εを約１、入力操作体３０と検出電極１１の対向面積をｓとして、Ｃｍ＝ε０・εｒ・ｓ／ｄで表され、この静電容量Ｃｍの交流検出信号に対するリアクタンスＸｃは、交流検出信号の固有周波数がｆであるので、
【００４９】
【数３】
2013021414.tif 000005
から、
【００５０】
【数４】
2013021414.tif 000006
【００５１】
で表される。
【００５２】
図６は、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを検出する信号検出回路部全体の等価回路図であり、図中、Ｃｐは、検出電極１１と低圧振動電源線ＳＧＮＤ間の浮遊容量、ｒｐは、検出電極１１の内部抵抗値、Ｒ４は、出力抵抗の抵抗値である。  図中の等価回路図では、
【００５３】
【数５】
2013021414.tif 000007
【００５４】
【数６】
2013021414.tif 000008
【００５５】
【数７】
2013021414.tif 000009
【００５６】
【数８】
2013021414.tif 000010
【００５７】
の関係が成り立ち、（３）式乃至（６）式から、
【００５８】
【数９】
2013021414.tif 000011
【００５９】
の関係が得られる。
【００６０】
内部抵抗ｒｐを０とし、Ｒ４がマルチプレクサ１２と信号処理回路１３を介して後述する積分用オペアンプＡ／Ｄ２５に接続されるので無限大とすれば、（７）式は、
【００６１】
【数１０】
2013021414.tif 000012
【００６２】
と置き換えられ、更に
数１０ｐＦの浮遊容量Ｃｐに比べて静電容量Ｃｍは数１０ｆＦと極めて小さいので、（７）式は、更に
【００６３】
【数１１】
2013021414.tif 000013
【００６４】
で表され、受信レベルＶｉは静電容量Ｃｍに比例する。
【００６５】
上述の通り、入力操作体３０と検出電極１１のＣｍは、
【００６６】
【数１２】
2013021414.tif 000014
【００６７】
で表されるので、これを（８）式に代入して変形すれば、
【００６８】
【数１３】
2013021414.tif 000015
となり、入力操作中に指３０と検出電極１１との対向面積ｓがほぼ変化しないものとして、（９）式中の（ε０・εｒ・ｓ／Ｃｐ）は、定数であるので、これを１／ｋとおけば、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、
【００６９】
【数１４】
2013021414.tif 000016
【００７０】
で表され、指３０との距離ｄが近い検出電極１１ほど、受信レベルＶｉが交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓに近づく大きな値となる。ただし、指３０が検出電極１１に近接し、その間の静電容量Ｃｍが数１０ｐＦの浮遊容量Ｃｐに比べて無視できない程度に大きくなった場合には（１０）式を適用できず、受信レベルＶｉは最大で出力レベルＶｓとなる。
【００７１】
（１０）式を用いれば、複数の各検出電極１１に表れる交流検出信号の受信レベルＶｉを比較して、指３０と各検出電極１１間の距離を比較することができ、本実施の形態では、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）の配置位置と、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）の受信レベルＶｉとから、入力操作面２１ａに平行なＸＹ方向の入力操作位置（ｘ、ｙ）と入力操作面２１ａに直交するＺ方向の入力操作位置ｚの３次元の入力操作位置を検出する。
【００７２】
入力操作体である指３０を検出電極１１から１０ｃｍ離れた位置へ入力操作を行ったとしたときの指３０と検出電極１１間の静電容量Ｃｍは、指３０と検出電極１１との対向面積ｓを５・１０−４（ｍ２）、真空の誘電率ε０を、８．８５４・１０−１２（Ｆ／ｍ）、空気の比誘電率εを約１として、約４４．２７・１０−１５Ｆすなわち、４４．２７ｆＦと極めて微小な値となる。
【００７３】
このとき、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、（１０）式において、比例定数ｋが、Ｃｐ／（ε０・εｒ・ｓ）であることから、浮遊容量Ｃｐを５０ｐＦとして１．１３・１０４であり、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓを５Ｖ、ｄを１０−１とすると、４．４ｍＶ程度と極めて微小な電圧変化で表される。
【００７４】
そこで、静電容量式入力検出方式１によって、この微小な受信レベルＶｉを拡大し、拡大して表される受信レベルＶｏｕｔから各検出電極１１と指３０との距離ｄを求め、入力操作位置（ｘ、ｙ、ｚ）を検出する。
【００７５】
振動側回路基板３には、図１に示す静電容量式入力検出方式１を構成するアナログマルチプレクサ１２、信号処理回路１３、積分処理回路１４、Ａ／Ｄコンバータ１９、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１０及び発振回路１５の各回路素子が搭載され、いずれも振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続し、ＤＣ電源５から出力電圧Ｖｃｃを受けて動作している。
【００７６】
アナログマルチプレクサ１２は、ＭＰＵ１０からの切り替え制御により、一定の周期、ここでは２００ｍｓｅｃ毎に、各検出電極１１を信号処理回路１３へ切り換え接続し、各検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧを順に信号処理回路１３へ出力している。
【００７７】
信号処理回路１３は、交流検出信号の固有周波数ｆを中心とする周波数帯域の信号を通過させる共振回路２３と、インピーダンス変換用の増幅回路２４と、これらの間に直列に接続される第１アナログスイッチＡＳＷ１とからなっている。共振回路２３は、アナログマルチプレクサ１２を介して接続する検出電極１１に表れる信号から、直流信号等の低周波成分とコモンモードノイズ等の高周波ノイズをカットし、交流検出信号ＳＧを後段の増幅回路２４へ出力する。増幅回路２４は、入力インピーダンスが無限大に近く、出力インピーダンスが微小値であるインピーダンス変換素子で、検出電極１１に表れる微弱な交流検出信号ＳＧであっても、その出力側に接続される積分処理回路１４が動作するようにしている。
【００７８】
第１アナログスイッチＡＳＷ１は、ＭＰＵ１０により開閉制御され、積分処理回路１４が後述する積分動作を行っている積分動作期間（Ｔｉｎｔ）中に共振回路２３と増幅回路２４間を接続し、後述するオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に遮断する。これにより、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に、交流検出信号ＳＧが積分処理回路１４に出力されないようにしている。
【００７９】
積分処理回路１４は、図１に示すように、積分用オペアンプ２５と、信号処理回路１４の出力と積分用オペアンプ２５の反転入力端子間に接続された積分用抵抗Ｒ１と、積分用オペアンプ２５の反転入力端子と出力端子間に接続された積分用コンデンサＣ１と、積分用コンデンサＣ１に並列に接続され、ＭＰＵ１０により開閉制御される第２アナログスイッチＡＳＷ２を備えている。
【００８０】
積分用オペアンプ２５の反転入力端子に接続する積分用抵抗Ｒに入力される交流検出信号の電圧をＶｉｎ、積分用オペアンプ２５の出力端子から出力される電圧をＶｏｕｔ、積分用抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ、積分用コンデンサＣ１の容量をＣとすれば、
【００８１】
【数１５】
2013021414.tif 000017
【００８２】
で表され、積分用オペアンプ２５の出力端子から入力電圧Ｖｉｎを積分した電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００８３】
第２アナログスイッチＡＳＷ２は、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）開始後のわずかな時間、ＭＰＵ１０により閉じ制御され、積分処理回路１４の積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に積分用コンデンサＣ１に蓄積された電荷を速やかに放電させるもので、その直前の積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に積分用コンデンサＣ１に充電された充電電圧が、後述する積分処理回路１４のオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）のオフセット動作に影響しないようにしている。
【００８４】
この積分用オペアンプ２５の反転入力端子と非反転入力端子間には、積分用オペアンプ２５のオフセット電圧やその他の要因による直流成分の誤差があり、これらを合わせた誤差電圧をオフセット電圧Δｖで表すと、（１１）式は、
【００８５】
【数１６】
2013021414.tif 000018
【００８６】
で表され、オフセット電圧Δｖは直流成分であるので、（１２）式は、
【００８７】
【数１７】
2013021414.tif 000019
【００８８】
で表され、時間ｔの経過と共に、出力電圧Ｖｏｕｔ中のオフセット電圧Δｖによる誤差が積分時間に比例して拡大する。
【００８９】
そこで、本実施の形態では、上記オフセット電圧Δｖによる影響を実質的に解消させる目的で積分処理回路１４に更にオフセット調整手段となるフィードバック回路部を設けている。このフィードバック回路部は、図１に示すように、帰還用オペアンプ２６と、帰還用オペアンプ２６の出力と積分用オペアンプ２５の非反転入力端子間に接続された第３アナログスイッチＡＳＷ３と、積分用オペアンプ２５の非反転入力端子と接地間に接続され、帰還用オペアンプ２６の出力電圧で充電されるホールド用コンデンサ２７とから構成される。
【００９０】
帰還用オペアンプ２６の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して積分用オペアンプ２５の出力に接続され、反転入力端子は、積分用抵抗Ｒ１の入力側に接続している。帰還用オペアンプ２６の反転入力端子と出力端子間に接続された抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２の抵抗値は等しく、従って、帰還用オペアンプ２６は、第３アナログスイッチＡＳＷ３が閉じ制御されている間、積分用オペアンプ２５の反転入力端子に接続する積分用抵抗Ｒの入力側の電位を入力電圧Ｖｉｎとし、入力電圧Ｖｉｎに対する積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔの差分をゲイン−１で増幅し積分用オペアンプ２５の非反転入力端子へ帰還するように作用する。
【００９１】
ＭＰＵ１０により制御されるオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に、第３アナログスイッチＡＳＷ３が閉じ制御されるとともに、積分用抵抗Ｒ１の入力と各検出電極１１とは開制御される第１アナログスイッチＡＳＷ１により遮断されるので、積分用抵抗Ｒ１の入力側には、交流検出信号ＳＧが入力されることなく、積分用オペアンプ２５の反転入力端子の電位は、一定の基準電圧である入力電圧Ｖｉｎに保たれる。
【００９２】
第１アナログスイッチＡＳＷ１を開制御し、第３アナログスイッチＡＳＷ３が閉じ制御したオフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中のフィードバック回路部は、図７に示すブロック図で示される。図７のＶｉ（ｓ）、Ｖｏ（ｓ）、Ｖｆ（ｓ）は、積分用オペアンプ２５の入力電圧Ｖｉｎ、積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔ及び帰還用オペアンプ２６の出力電圧Ｖｆを、それぞれ経過時間ｔの関数Ｖｉ（ｔ）、Ｖｏ（ｔ）、Ｖｆ（ｔ）で表したそのラプラス変換値、Ｇ（ｓ）、Ｈ（ｓ）は、積分用オペアンプ２５と帰還用オペアンプ２６を含む各ブロックの伝達関数である。尚、ｓは、ラプラス演算子である。
【００９３】
図７において、
【００９４】
【数１８】
2013021414.tif 000020
【００９５】
及び
【００９６】
【数１９】
2013021414.tif 000021
【００９７】
であるので、
フィードバック回路部全体の伝達関数Ｖｏ（ｓ）／Ｖｉ（ｓ）は、
（１４）式と（１５）式から
【００９８】
【数２０】
2013021414.tif 000022
【００９９】
となる。
【０１００】
ここで伝達関数Ｇ（ｓ）は、（１１）式から、Ｇ（ｓ）＝−１／ｓＣＲ
であり、伝達関数Ｈ（ｓ）は、帰還用オペアンプ２６のゲインＡｆであるので、（１６）式は、
【０１０１】
【数２１】
2013021414.tif 000023
【０１０２】
で表され、システム安定性の定理より伝達関数の極Ａｆ／ＣＲが負になれば、フィードバック回路部全体の制御系が安定する。
【０１０３】
オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に一定の基準電圧とした入力電圧Ｖｉｎを０Ｖとして、この制御系に積分用オペアンプ２５により発生するオフセット電圧ΔＶが入力されたものとすると、オフセット電圧ΔＶ（ｔ）は、ステップ関数であるので、ラプラス変換すると、
【０１０４】
【数２２】
2013021414.tif 000024
【０１０５】
となり、これを（１７）式のＶｉ（ｓ）として代入すると、
【０１０６】
【数２３】
2013021414.tif 000025
【０１０７】
となる。
【０１０８】
これを部分分数に展開すると、
【０１０９】
【数２４】
2013021414.tif 000026
【０１１０】
となるので、等プラス逆変換すると、Ｖｏ（ｔ）は、
【０１１１】
【数２５】
2013021414.tif 000027
【０１１２】
となる。
【０１１３】
ここで、例えば、積分用抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒを１０ｋΩ、積分用コンデンサＣ１の容量Ｃを１０００ｐＦ、積分用オペアンプ２５のオフセット電圧ΔＶを１００ｍＶ、帰還用オペアンプ２６のゲインＡｆを−１として、（１５）式と（２１）式を用いて、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）開始後の経過時間ｔについて、積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔと帰還用オペアンプ２６の出力電圧Ｖｆを算出すると、図８に示すように、約３０μｓ後に積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔは、オフセット電圧Δｖと逆極性の電圧に収束して安定する。この状態で、帰還用オペアンプ２６の出力電圧Ｖｆ、すなわち積分用オペアンプ２５の反転入力端子の入力電圧は、非反転入力端子の入力電圧Ｖｉｎにオフセット電圧Δｖを加えた電位に等しくなり、積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔにオフセット電圧Δｖを積分した値が表れない。
【０１１４】
（２１）式は、帰還用オペアンプ２６のゲインＡｆが大きいほど収束するまでの経過時間ｔが早くなることを示しているが、ゲインＡｆを大きくすると、積分用抵抗Ｒ１と積分用コンデンサＣ１による時定数ＲＣより収束するまでの時間が大幅に短くなり、積分用オペアンプ２５自体の遅延時間が無視できなくなる。
【０１１５】
従って、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）は、帰還用オペアンプ２６のゲインＡｆと、積分用抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ及び積分用コンデンサＣ１の容量Ｃを考慮し、出力電圧Ｖｏｕｔが安定して収束するまでの経過時間より充分に長い期間に設定する。
【０１１６】
オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）に、ホールド用コンデンサ２７は帰還用オペアンプ２６の出力電圧Ｖｆで充電され、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔが安定した収束時のホールド用コンデンサ２７の充電電圧は、その時の帰還用オペアンプ２６の出力電圧Ｖｆ、すなわち、オフセット電圧Δｖの影響を含めて非反転入力端子と反転入力端子間の差電圧を０とするオフセット調整電圧となっている。従って、ホールド用コンデンサ２７は、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔが安定して収束する時に、少なくとも飽和するキャパシタのコンデンサを用いる。
【０１１７】
オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）の経過後、ＭＰＵ１０は、第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御すると共に、第３アナログスイッチＡＳＷ３を開制御して、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に移行する。積分動作期間（Ｔｉｎｔ）では、第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御されることにより、アナログマルチプレクサ１２で選択接続した検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧが積分用オペアンプ２５の反転入力端子に入力される。また、第３アナログスイッチＡＳＷ３が開制御されるので、オフセット調整期間（Ｔｓｅｔ）中に、ホールド用コンデンサ２７に充電された上記オフセット調整電圧が積分用オペアンプ２５の非反転入力端子に入力され、オフセット電圧Δｖを含めた積分用オペアンプ２５の非反転入力端子と反転入力端子間の差電圧が０となり、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔに（１３）式に示すオフセット電圧Δｖを積分した誤差−Δｖ・ｔ／ＣＲが含まれない。
【０１１８】
その結果、微小な交流検出信号ＳＧの電圧Ｖｉｎのみが積分して拡大され、積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔとして表れる。ＭＰＵ１０は、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）の開始時から各検出電極１１について同一経過時間とした経過時間後であって、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）が終了する直前の判定時ｔ１に、判定時ｔ１の出力Ｖｏｕｔを後段に接続されたＡ／Ｄコンバータ１９へ出力し、Ａ／Ｄコンバータ１９は、検出電極１１毎に、判定時ｔ１の積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔを量子化してＭＰＵ１０へ出力する。
【０１１９】
Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される量子化データは、その積分動作期間（Ｔｉｎｔ）中にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉに比例するので、入力位置検出手段として作用するＭＰＵ１０は、Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される量子化データを検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉとし、その検出電極１１と指３０との距離ｄを求める。また、交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、信号処理回路１３と積分回路１４を通して量子化データが受信レベルＶｉのｎ倍に増幅されるので、ＭＰＵ１０は、Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される量子化データを１／ｎとして交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉとし、検出電極１１と指３０との距離ｄを求めてもよい。
【０１２０】
以下、上述の入力検出方式１により、各検出電極Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１についての交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｘ０、Ｖｘ１、Ｖｙ０、Ｖｙ１を検出し、指３０の入力操作位置（ｘ、ｙ、ｚ）を検出する方法を説明する。
【０１２１】
入力操作位置を検出する間、ＭＰＵ１９は、図９に示す約２００ｍｓｅｃの周期でアナログマルチプレクサ１２の接続を切り換え制御し、検出電極Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１の順に各検出電極１１を信号処理回路１３へ接続し、全ての検出電極Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１を個別に切り換え接続する一周期を繰り返す。各検出電極１１毎に信号処理回路１３へ接続する一期間は、上述のオフセット調整期間Ｔｓｅｔと積分動作期間Ｔｉｎｔとからなり、ＭＰＵ１９は、オフセット調整期間Ｔｓｅｔの開始直後から一定期間、第２アナログスイッチＡＳＷ２を閉じ制御し、その直前の積分動作期間Ｔｉｎｔ中に積分用コンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電させる。
【０１２２】
オフセット調整期間Ｔｓｅｔ中は、第１アナログスイッチＡＳＷ１が開制御、第３アナログスイッチＡＳＷ３が閉じ制御され、これにより、積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏ（ｃ）は、ＡＳＷ１が開制御され一定の基準電圧となる反転入力端子の入力電圧（ａ）とオフセット電圧Δｖの電位差での電位に収束して安定し、一定電圧に安定したオフセット調整期間Ｔｓｅｔの終了時に、ホールド用コンデンサ２７の充電電圧は、積分用オペアンプ２５のオフセット電圧Δｖを相殺するオフセット調整電圧となる。
【０１２３】
続いて、ＭＰＵ１９は、第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御、第３アナログスイッチＡＳＷ３を開制御し、積分動作期間Ｔｉｎｔに移行する。第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御されることにより、その期間内にアナログマルチプレクサ１２を介して接続された検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧが信号処理回路１３から積分処理回路１４へ入力される。また、第３アナログスイッチＡＳＷ３が開制御されることにより、積分用オペアンプ２５の非反転入力端子から、帰還用オペアンプ２６の出力が切り離されると共に、ホールド用コンデンサ２７の充電電圧が加わり、オフセット電圧Δｖを加えた非反転入力端子と反転入力端子間の差電圧が０となる。
【０１２４】
図９に示すように、積分動作期間Ｔｉｎｔ中は、積分用オペアンプ２５の非反転入力端子にオフセット電圧Δｖを反転入力端子との差電圧から相殺するホールド用コンデンサ２７のオフセット調整電圧（ｂ）が入力され、反転入力端子に入力される固有周波数１８７ｋＨｚの交流検出信号ＳＧの入力電圧Ｖｉ（ａ）のみが経過時間ｔで積分され、反転して積分用オペアンプ２５から出力（ｃ）される。図中、反転入力端子に入力される交流検出信号ＳＧは、その入力電圧Ｖｉが高くなるほど、階段状に表れる積分用オペアンプ２５の出力波形の傾斜が大きくなる。
【０１２５】
本実施の形態では、積分動作期間Ｔｉｎｔが終了する直前であって、積分動作期間Ｔｉｎｔの開始時からの経過時間Ｔｃが各検出電極１１について同一となる判定時ｔ１を設定し、この判定時ｔ１の積分用オペアンプ２５の出力Ｖｏｕｔを、接続した検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｘ０、Ｖｘ１、Ｖｙ０、Ｖｙ１として、Ａ／Ｄコンバータ１９へ出力する。
【０１２６】
積分動作期間Ｔｉｎｔの終了後、ＭＰＵ１０は、次の検出電極１１を信号処理回路１３へ接続するようにアナログマルチプレクサ１２を切り換え制御し、その検出電極１１について、同様にオフセット調整期間Ｔｓｅｔと積分動作期間Ｔｉｎｔの制御を繰り返す。Ａ／Ｄコンバータ１９から入力された出力電圧Ｖｏｕｔは、各検出電極に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを同倍率で拡大したものなので、ＭＰＵ１０は、全ての検出電極Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１を接続した一周期の経過後に、各検出電極１１についてＡ／Ｄコンバータ１９から入力された出力電圧Ｖｏｕｔを、その検出電極１１についての交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉとして、指３０の二次元の入力操作位置（ｘ、ｙ）若しくは三次元の入力操作位置（ｘ、ｙ、ｚ）を検出する。
【０１２７】
検出電極Ｘ０、Ｘ１をアナログマルチプレクサ１２が接続した際に、Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉをそれぞれＶｘ０、Ｖｘ１、Ｘ方向で対向する一組の検出電極Ｘ０、Ｘ１間の距離をＬｘとし、指３０が図３に示す入力操作位置Ｐ（ｘ、ｚ）にあったとすると、（１０）式から、
検出電極Ｘ０について、
【０１２８】
【数２６】
2013021414.tif 000028
【０１２９】
と、検出電極Ｘ１について、
【０１３０】
【数２７】
2013021414.tif 000029
【０１３１】
が成り立ち、ｋ、Ｌｘ、Ｖｓが既知の値であるので、検出したＶｘ０、Ｖｘ１を（２２）式と（２３）式に代入して、Ｌｘ−ｘ、ｚが負ではないとの条件から、
検出電極Ｘ０からＸ方向の位置ｘと、入力操作面２１ａに直交するＺ方向の位置ｚが得られる。
【０１３２】
交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓの検出が困難である場合には、例えば、検出電極Ｘ０の入力操作位置（ｘ（０）、ｚ（０））で検出電極Ｘ１についての交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｘ１（０、０）を検出し、（１０）式に代入し、
【０１３３】
【数２８】
2013021414.tif 000030
【０１３４】
から得てもよい。
【０１３５】
同様に、Ｙ方向についても、検出電極Ｙ０、Ｙ１をアナログマルチプレクサ１２が接続した際に、Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉをそれぞれＶｙ０、Ｖｙ１、Ｙ方向で対向する一組の検出電極Ｙ０、Ｙ１間の距離をＬｙとし、指３０が入力操作位置Ｐ（ｙ、ｚ）にあったとすると、（１０）式から、
検出電極Ｙ０について、
【０１３６】
【数２９】
2013021414.tif 000031
【０１３７】
と、検出電極Ｙ１について、
【０１３８】
【数３０】
2013021414.tif 000032
【０１３９】
が成り立ち、検出したＶｙ０、Ｖｙ１を（２４）式と（２５）式に代入して、Ｌｙ−ｙ、ｚが負ではないとの条件から、検出電極Ｙ０からＹ方向の位置ｙと、入力操作面２１ａに直交するＺ方向の位置ｚが得られる。
【０１４０】
各検出電極Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１は、それぞれ矩形状の窓孔２１の内縁の各辺全体に渡って配置されているので、少なくとも入力操作面２１ａの鉛直方向のいずれかを入力操作した指３０は、Ｘ方向で検出電極Ｘ０、Ｘ１と、Ｙ方向で検出電極Ｙ０、Ｙ１と対向するので、（２２）式乃至（２５）式から、指３０の三次元の入力操作位置（ｘ、ｙ、ｚ）を検出できる。
【０１４１】
特に、入力操作面２１ａへの入力操作に限り、二次元の入力操作位置（ｘ、ｙ）を検出する入力検出方式１とする場合には、Ｘ方向について、ｚ＝０とした（２２）式と（２３）式から、出力レベルＶｓを消去すれば、０≦ｘ≦Ｌｘから
【０１４２】
【数３１】
2013021414.tif 000033
【０１４３】
が得られ、（２６）式をｘについて解けば、
【０１４４】
【数３２】
2013021414.tif 000034
【０１４５】
となる。
【０１４６】
同様に、Ｙ方向についても、（２４）式、（２５）式から、
【０１４７】
【数３３】
2013021414.tif 000035
【０１４８】
が得られ、Ｖｘ０、Ｖｘ１、Ｖｙ０、Ｖｙ１から入力操作面２１ａ上のＸＹ方向の入力位置（ｘ、ｙ）が容易に得られる。
【０１４９】
ＭＰＵ１０で検出した入力操作位置（ｘ、ｙ、ｚ）を含む入力操作データは、直流が絶縁された信号線１６を介して、非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６に出力され、インターフェース回路６からＵＳＢ通信、Ｉ２Ｃ通信等で入力操作データを利用する上位機器に出力される。
【０１５０】
図１０は、上述の積分処理回路１４のフィードバック回路部を他の構成とした第２の実施の形態にかかる積分処理回路４０のブロック図であり、以下、図１０に示す他の実施の形態では、フィードバック回路部の構成のみが異なるので、図中の第１実施の形態と共通する構成は同一番号を付してその説明を省略する。
【０１５１】
積分処理回路４０のフィードバック回路部は、非反転入力端子を積分用オペアンプ２５の出力に、反転入力端子を基準電位（ここでは接地電位）とした帰還用オペアンプ４１と、一側を基準電位とし、他側を第４アナログスイッチＡＳＷ４を介して帰還用オペアンプ４１の出力に接続させたホールド用コンデンサ４２と、ホールド用コンデンサ４２と第４アナログスイッチＡＳＷ４の接続点を非反転入力端子に接続させた電圧フォロア４３と、電圧フォロア４３の出力と積分用オペアンプ２５の反転入力端子間に接続された第２積分用抵抗Ｒ５で構成される。
【０１５２】
すなわち、この第２の実施の形態にかかる積分処理回路４０では、フィードバック回路部の出力を、第２積分用抵抗Ｒ５を介して積分用オペアンプ２５の反転入力端子側に帰還させたもので、第２積分用抵抗Ｒ５を流れる帰還用オペアンプ４１の出力で積分用オペアンプ２５が安定動作させるように、出力インピーダンスがほぼ０の電圧フォロア４３を介在させている。
【０１５３】
オフセット調整期間Ｔｓｅｔ中に、第１アナログスイッチＡＳＷ１を開制御、第４アナログスイッチＡＳＷ４を閉じ制御すると、帰還用オペアンプ４１の出力をＶｆ、積分用抵抗Ｒ５の抵抗値をＲとして、積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔは、
【０１５４】
【数３４】
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【０１５５】
で表され、積分用オペアンプ２５は、入力電圧Ｖｆを積分した電圧Ｖｏｕｔを出力するように動作する。その結果、積分用オペアンプ２５の出力電圧Ｖｏｕｔは、反転入力端子の入力電圧、すなわち帰還用オペアンプ４１の出力電圧Ｖｆに収束して安定し、出力電圧Ｖｏｕｔが安定したオフセット調整期間Ｔｓｅｔの終了時に、ホールド用コンデンサ４２の充電電圧は、積分用オペアンプ２５のオフセット電圧Δｖを相殺するオフセット調整電圧となる。
【０１５６】
第１アナログスイッチＡＳＷ１を閉じ制御すると共に、第４アナログスイッチＡＳＷ４を開制御して、積分動作期間（Ｔｉｎｔ）に移行すると、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧにオフセット電圧Δｖを相殺するオフセット調整電圧がホールド用コンデンサ４２から加えられ、積分用オペアンプ２５の反転入力端子に入力される。従って、非反転入力端子の基準電圧（接地電位）との差電圧には、オフセット電圧Δｖが含まれず、交流検出信号ＳＧの入力電圧Ｖｉｎを積分した出力電圧Ｖｏｕｔのみが出力される。
【０１５７】
上述の実施の形態では、検出電極１１を入力操作体３０に対して交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで振動させ、両者の間に出力レベルＶｓの相対電位を発生させたが、検出電極１１側を定電位として、入力操作体３０の電位を交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで変動させてもよい。
【０１５８】
また、入力操作体３０は、操作者が入力操作を行う指３０で説明したが、操作者が握る専用入力ペンなど操作者と別の操作体であってもよい。
【０１５９】
積分回路の出力電圧Ｖｏｕｔの傾きから交流検出信号の受信レベルＶｉを得る方法として、上述の実施の形態では、一定の積分時間が経過した時点での出力電圧Ｖｏｕｔから受信レベルＶｉを得たが、出力電圧Ｖｏｕｔが一定値となるまでの積分時間から受信レベルＶｉを得てもよい。
【０１６０】
また、上述の実施の形態では、複数の検出電極１１についての受信レベルＶｉを比較して入力操作体３０の入力操作位置を検出する例で説明したが、特定の検出電極１１についての受信レベルＶｉが一定レベルを越えることから、その検出電極１１に入力操作体３０を接近させる入力操作を検出する用途にも採用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、非接触で入力操作を検出する静電容量式タッチパネルに用いる入力検出方式に適している。
【符号の説明】
【０１６２】
１        静電容量式入力検出方式
１０      ＭＰＵ
１１      検出電極
１４      積分処理回路（信号検出手段）
１５      発振回路（発信手段）
３０      指（入力操作体）
Ｃｍ      静電容量
ＳＧ      交流検出信号
Ｖｓ      交流検出信号の出力レベル
Ｖｉ      交流検出信号の受信レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年10月14日(2011.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ケースに配置される検出電極と、
入力操作体と検出電極との相対電位を変動させる交流検出信号を発信する発信手段と、
検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段と、
検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルから、入力操作体による入力操作を検出する入力操作検出手段とを備えた静電容量式入力検出方式であって、
信号検出手段は、前記検出電極に表れる交流検出信号を交流検出信号の周期より充分に長い積分動作期間中に積分して出力する積分回路を有し、積分回路の出力の傾きから前記交流検出信号の受信レベルを検出し、
入力操作検出手段は、検出電極と入力操作体間の静電容量に応じて増加する交流検出信号の受信レベルから、検出電極と入力操作体間の距離を求め、入力操作体による入力操作を検出することを特徴とする静電容量式入力検出方式。
【請求項２】
積分回路は、検出電極の出力側に接続された積分用抵抗と、非反転入力端子の第１基準電圧に対して、検出電極から積分用抵抗を介して反転入力端子に入力される前記交流検出信号の入力電圧との差分を出力する積分用オペアンプと、積分用オペアンプの反転入力端子と出力端子間に接続された積分用コンデンサとからなり、
信号検出手段は、更に、積分用オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子間に発生するオフセット電圧を相殺するオフセット調整電圧を、積分用オペアンプの反転入力端子若しくは非反転入力端子に加えるオフセット調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力検出方式。
【請求項３】
オフセット調整手段は、所定のオフセット調整期間中に第２基準電圧とした積分用抵抗の入力側に非反転入力端子が接続するとともに、積分用オペアンプの出力に反転入力端子が接続し、オフセット調整期間中に、非反転入力端子の第２基準電圧に対して、反転入力端子に入力される帰還用オペアンプの出力電圧との差分を出力する帰還用オペアンプと、帰還用オペアンプの出力と積分用オペアンプの非反転入力端子間に接続され、オフセット調整期間中に閉じ動作し、積分動作期間中に開動作するスイッチと、積分用オペアンプの非反転入力端子に接続し、オフセット調整期間中に帰還用オペアンプの出力電圧で充電されるオフセット調整電圧を、積分動作期間中に積分用オペアンプの非反転入力端子に加えるホールド用コンデンサとからなることを特徴とする請求項２に記載の静電容量式入力検出方式。
【請求項４】
絶縁ケースに互いに絶縁して配置される複数の検出電極と、
複数の各検出電極を選択的に信号検出手段へ切り換え接続する切り換え手段とを備え、
入力操作検出手段は、前記各検出電極についてそれぞれ信号検出手段が検出した交流検出信号の受信レベルと、各検出電極の配置位置とから、入力操作体の入力操作位置を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静電容量式入力検出方式。
【国際調査報告】
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