(57)【要約】【課題】簡単な構成で人体を介して混入するノイズも効果的に相殺できる、ノイズに強い静電センサセル、静電センサ、静電スイッチ及び位置検出装置を提供する。【解決手段】静電センサセルは、二本の受信電極が完全に対称形状である。このため、センサを基板に実装する際の、寸法の調整等が極めて簡便に実行できるので、差動増幅する際の、同相ノイズのキャンセル効果を最大限有効に発揮できる。更に、一本の送信電極の、片方の受信電極の側に近接するランドを設けた。このため、一本の送信電極が差動増幅器から見ると非対称形状である。したがって、差動増幅する際に、同相ノイズのキャンセル効果を失うことなく、指が近接したか否かを確実に検出できる。【選択図】図１
2011060037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の数のランド部を有する導体パターンが第一の方向に複数配置されるとともに、前記第一の方向に対して交差する第二の方向であって前記ランド部の近傍に少なくとも二本の導体パターンが互いに近接して前記ランド部を有する導体パターンとは電気的に絶縁されてなるセンサと、
前記第一の方向に配置された導体パターンに所定の信号を供給するための信号供給回路と、
前記第二の方向に配置された前記二本の導体パターンからの信号が供給されて両者の差動信号を生成するための差動増幅回路を有する信号検出回路と、
を備えることで、前記センサ上の指示体の位置を前記第一の方向に配置された導体パターンと前記第二の方向に配置された導体との間の静電結合の変化に基づいて求めるようにした、
位置検出装置。
【請求項２】
前記信号供給回路から出力される信号を前記少なくとも二本の導体パターンに選択的に供給するための送信導体選択回路を更に設けた、
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記第二の方向に配置された導体パターンからの信号を前記差動増幅回路に供給するための受信導体選択回路を更に設けた、
請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第二の方向に配置された導体パターンは、所定のパターン形状を有している、
請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記第二の方向に配置された導体パターンは、前記ランド部の外周の少なくとも一部を周回する形状に形成した、
請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項６】
所定数のランド部を有する導体パターンが信号送信用導体として第一の方向に複数配置され、
前記第一の方向に対して交差する第二の方向であって前記ランド部の近傍に少なくとも二本の導体パターンが互いに近接して前記ランド部を有する導体パターンとは電気的に絶縁されて配置されてなる導体パターンが信号受信用導体として配置された、
静電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置及び静電センサに適用して好適な技術に関する。
より詳細には、静電式の位置検出装置の、位置検出平面から混入するノイズを低減し、指の検出精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータに位置情報を与える入力装置には、様々なものがある。その中で、タッチパネルと呼ばれる、二次元位置情報入力装置（以下「位置検出装置」）がある。
タッチパネルは、指や専用のペン等の入力体で検出平面に触れることで、コンピュータ等の操作を行なう入力装置である。指やペンが触れた位置を検知して画面上の位置を指定し、コンピュータに指示を与える。
タッチパネルは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や銀行のＡＴＭ（Automated Teller Machine）、駅の券売機等で広く利用されている。
【０００３】
タッチパネルに採用される位置情報検出技術には、様々なものがある。例えば、圧力の変化で位置検出を行う抵抗膜方式や検出平面の表面の膜の静電容量の変化で位置検出を行う静電容量方式等がある。
【０００４】
静電容量方式の位置検出装置の動作原理を説明する。
長方形等の絶縁シートの表と裏に、電極線を格子状に配線する。片方の面の電極線に交流信号を与え、絶縁シートを介した裏側の面の電極線から電流を検出する。格子状に配線される電極線の交点には、絶縁シートを介してコンデンサが形成されるので、両方の電極線に交流電圧を印加すると、電流が流れる。
この時、交流信号の周波数を例えば２００ｋＨｚに設定し、人体の指を一方の電極線に近づけると、交流電圧によってコンデンサに蓄電される電荷の一部が人体に吸収される現象が生じる。この人体に電荷の一部が吸収されることによって生じるコンデンサの容量変化を、当該コンデンサに流れる電流を通じて検出する。ただし、検出できる電流は極めて微弱であるので、周知のオペアンプによる電流電圧変換回路を介して電圧信号に変換すると共に、電圧増幅を行う。
【０００５】
電流電圧変換処理を施して増幅した信号であっても、元々が微弱な電流であるため、検出した信号には装置の周囲のノイズが混入してしまう。そこで、周知の差動増幅によるノイズキャンセリングを行う。
受信側の電極線から、指を検出できるだけの間隔を空けた二本の電極線を選択し、差動増幅器にそれぞれ受信側の電極線を接続すると、一方の電極線に指が近づいていれば、他方の電極線には指が近づいていないので、それぞれの信号の差をとることで、指の存在を検出できる。また、双方の電極線に同相で混入するノイズ成分は、差動増幅器で相殺される。
なお、本出願人の発明に係る従来技術を、特許文献１に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−０２０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的に電磁波等を受信する機能を備える電子機器をごく一般的な屋内で使用する場合、周囲の電灯線のハムノイズ等が、人体を介して当該電子機器に混入してしまう。
このような人体を解して混入するノイズの場合、前述のような受信側の電極線の構成では、差動増幅器によって相殺することができない、という問題が生じる。その結果、指の位置を正しく検出できなくなったり、位置検出装置自体の誤動作を引き起こすという問題を生じる。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で人体を介して混入するノイズも効果的に相殺できる、ノイズに強い静電センサと、これを用いた位置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、所定の数のランド部を有する導体パターンが第一の方向に複数配置されるとともに、第一の方向に対して交差する第二の方向であってランド部の近傍に少なくとも二本の導体パターンが互いに近接してランド部を有する導体パターンとは電気的に絶縁されてなるセンサと、第一の方向に配置された導体パターンに所定の信号を供給するための信号供給回路と、第二の方向に配置された二本の導体パターンからの信号が供給されて両者の差動信号を生成するための差動増幅回路を有する信号検出回路と、を備えることで、センサ上の指示体の位置を第一の方向に配置された導体パターンと第二の方向に配置された導体との間の静電結合の変化に基づいて求めるようにしたものである。
【００１０】
センサ基板上に送信電極となる所定の数のランド部を有する導体パターンを交互に配置し、この導体パターンに直交する受信電極となる二本の導体パターンを設けて、静電センサを構成した。この静電センサは、不平衡な信号を出力する導体パターン形状を交互に組み合わせて、通常状態で信号が平衡した状態を形成する。本発明の位置検出装置は、この静電センサを用いている。これにより、回路構成がシンプルで、ノイズに強く、スキャン速度が速い、実用的な位置検出装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、簡単な構成で人体を介して混入するノイズも効果的に相殺できる、ノイズに強い静電センサと、これを用いた位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態の例である、静電センサセルの外観斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の例である、静電センサセルを横と上から見た外観図である。
【図３】本発明の第一の実施形態の例である、静電スイッチのブロック図である。
【図４】静電スイッチの原理を説明する図である。
【図５】静電スイッチの原理を説明する図と等価回路である。
【図６】静電スイッチの動作を説明するための波形図である。
【図７】本発明の第二の実施形態の例である、静電スイッチのブロック図である。
【図８】静電スイッチの動作を説明するための波形図である。
【図９】本発明の第三の実施形態の例である、位置検出装置の外観斜視図である。
【図１０】位置検出装置のブロック図である。
【図１１】送信スイッチ部のブロック図である。
【図１２】受信スイッチ部のブロック図である。
【図１３】アナログ信号処理部のブロック図である。
【図１４】制御部のブロック図である。
【図１５】位置検出装置の原理を説明するための等価回路図である。
【図１６】位置検出装置の動作を説明するための波形図である。
【図１７】指を検出する動作原理を説明する説明図である。
【図１８】本発明の第四の実施形態の例である位置検出装置の、指を検出する動作原理を説明する説明図である。
【図１９】センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。
【図２０】センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図２０を参照して説明する。
【００１４】
［単一の静電センサセルで構成される静電スイッチ］
最初に、発明の原理を説明するために、単一の静電センサセルと、これを用いて構成される静電スイッチについて、説明する。
静電センサセルについて、図１及び図２に従って説明する。ここで、図１は本発明の静電センサセルの斜視図、図２（ａ）は本発明の静電センサセルの断面図、図２（ｂ）は本発明の静電センサセルの上面図である。
まず、静電センサセルの概略構成について説明する。図１及び図２に示すように、静電センサセル１０１は、略平板状の絶縁シート２０２と、送信導体１０２と、複数の受信電極１０３と、保護シート２０３とから構成される。
【００１５】
図２（ａ）に示すように、送信導体１０２は、絶縁シート２０２の一方の面に設けられる。この送信導体１０２は、図１に示すように、導体からなる本体部１０２ａと、ランド部１０２ｂとから構成される。本体部１０２ａは、所定の幅を有し、静電センサセル１０１のＸ軸方向（第一の方向）に形成される。ランド部１０２ｂは、本体部１０２ａに設けられ、例えば、静電センサセル１０１のＹ軸方向（第一の方向に対し直交する方向である第二の方向）に形成される。
【００１６】
受信電極１０３は、絶縁シート２０２の他方の面に設けられた導体からなる一対の第一及び第二受信導体１０３ａ、１０３ｂからなる。この第一及び第二受信導体１０３ａ、１０３ｂは、互いに略平行に設けられ、それぞれがＹ軸方向に形成される。
保護シート２０３は、人体の指と受信電極１０３とが直接接触することを防止するための略平板状に形成された絶縁体である。この保護シート２０３は、静電センサセル１０１の他方の面全体を覆うように設けられる。
【００１７】
図３は、静電スイッチのブロック図である。
図３に示すように、静電スイッチ３０１は静電センサセル１０１に所定の回路を接続することで、スイッチとして機能する。静電スイッチ３０１は、静電センサセル１０１の点線で囲まれた領域Ｐ３１４に指を近づけると、論理出力が反転する。
信号源３０２は、交流或はパルス信号等の、一定電圧且つ一定周波数の、周期的な信号を発生する。
この信号源３０２から発される信号が、送信導体１０２に与えられる。
【００１８】
一方、第一受信導体１０３ａと第二受信導体１０３ｂの二本の受信電極には、夫々抵抗Ｒ３０３及びＲ３０４とオペアンプ３０５及び３０６が接続される。抵抗Ｒ３０３とオペアンプ３０５、及び抵抗Ｒ３０４とオペアンプ３０６は、それぞれ周知の電流電圧変換回路を構成する。
オペアンプ３０５及び３０６の出力信号は、それぞれ差動増幅器３０７に入力される。
以上の、信号源３０２、静電センサセル１０１、抵抗Ｒ３０３とオペアンプ３０５、及び抵抗Ｒ３０４とオペアンプ３０６、そして差動増幅器３０７よりなる静電センサ部３０８が、静電スイッチ３０１の基本構成である。
【００１９】
差動増幅器３０７の出力信号は非常に微弱な交流信号である。このままではスイッチとしての機能を果たさない。そこで、後続の回路でスイッチとしての機能を実現する。
乗算器３０９は、差動増幅器３０７の出力信号と信号源３０２の出力信号をアナログ乗算処理する回路である。乗算器３０９によって、信号の負の周期の部分が正の信号に転換され、結果的に全波整流されたものと等しい信号が得られる。なお、この乗算器３０９は同期検波器であっても良い。
乗算器３０９の出力信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１０に供給されると、高周波成分が除去され、平滑化される。
ＬＰＦ３１０で平滑化された信号は、コンパレータ３１１で基準電圧と比較される。その比較結果である論理値（出力電圧の高低）が、スイッチ出力として出力される。
【００２０】
なお、ＬＰＦ３１０の代わりに積分器を用いることもできる。積分器を利用する場合は、周期的にリセットを掛ける必要がある。また、積分器を利用する際には、コンパレータ３１１で電圧比較をする代わりに、Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換して、数値比較をしてもよい。Ａ／Ｄ変換器のサンプリングのタイミングは、積分器にリセットを掛ける直前に行うことが望ましい。
【００２１】
以上説明したように、静電センサ部３０８の後続の回路構成は、様々な変形が可能である。一方、静電センサ部３０８の回路構成は、前述の、信号源３０２、静電センサセル１０１、抵抗Ｒ３０３とオペアンプ３０５、及び抵抗Ｒ３０４、そして差動増幅器３０７という構成から大きく逸脱し難い。特に、静電センサセル１０１の送信導体１０２が非対称であることが、静電センサセル１０１の容量変化を検出するために必要であるので、差動増幅器３０７は必須の構成要素である。
故に、静電センサ部３０８は、対称形の二本の受信電極と、非対称形の一本の送信導体１０２よりなる静電センサセル１０１と、二本の受信電極に接続される差動増幅器３０７が必須である。
【００２２】
図４及び図５を参照して、静電スイッチ３０１の原理と等価回路を説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、静電スイッチ３０１の原理を説明する図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、静電スイッチ３０１の原理を説明する図と等価回路である。図４（ａ）は、静電センサセル１０１の上に指が近接している状態を上から見た図である。図４（ｂ）は、静電センサセル１０１の上に指が近接している状態を横から見た図である。図５（ａ）は、図４（ａ）と同じ、静電センサセル１０１を上から見た図である。但し、指４０２は省略している。図５（ｂ）は、図４（ｄ）と同じ、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態の静電センサセル１０１を横から見た図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）の等価回路である。但し、電流電圧変換回路は省略している。図５（ｄ）は、図４（ｃ）と同じ、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接している状態の静電センサセル１０１を横から見た図である。図５（ｅ）は、図５（ｄ）の等価回路である。但し、電流電圧変換回路は省略している。
【００２３】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、指４０２は静電センサセル１０１の、送信導体１０２のランド部１０２ｂから第一受信導体１０３ａ及び第二受信導体１０３ｂの、二本の受信電極に跨るように覆い被さる。
人体は、電気的に見ると導体と等価とみなすことができる。そこで、指４０２を導体とみなして、図４（ｂ）を電気的に見ると、送信導体１０２と第一受信導体１０３ａと第二受信導体１０３ｂと指４０２との間に、図５（ｄ）に示すようなコンデンサが形成されるものと考えることができる。
指４０２がないときは、図５（ｂ）に示すようなコンデンサが形成されるものと考えることができる。
【００２４】
図５（ｂ）及び（ｃ）の状態を考察する。
静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態では、送信導体１０２のランド部１０２ｂが、第二受信導体１０３ｂの長手方向と対向しているので、ランド部１０２ｂと第二受信導体１０３ｂの長手方向との対向部分に、コンデンサＣｐａが形成される。
一方、第一受信導体１０３ａと、送信導体１０２とが対向している箇所の長さはランド部１０２ｂと第二受信導体１０３ｂの名が手方向との対向部分より短い。送信導体１０２と第一受信導体１０３ａの長手方向との対向部分には、コンデンサＣｐａよりも静電容量が小さいコンデンサＣｍａが形成される。
【００２５】
図３で説明したように、差動増幅器３０７は、プラス側の受信電極である第二受信導体１０３ｂに流れる電流に応じた電圧と、マイナス側の受信電極である第一受信導体１０３ａに流れる電流に応じた電圧との差を出力する。
図５（ｃ）において、第二受信導体１０３ｂに流れる電流は、コンデンサＣｐ１とＣｐ２の合成容量に流れる電流である。同様に、第一受信導体１０３ａに流れる電流は、コンデンサＣｍ１とＣｍ２の合成容量に流れる電流である。
周知のように、コンデンサの静電容量は、近接する電極の距離に反比例し、電極の重なる面積に比例する。
【００２６】
図５（ａ）を見ると、第二受信導体１０３ｂには、送信導体１０２のランド部１０２ｂが近接している。このため、第一受信導体１０３ａと比べると、第二受信導体１０３ｂは、その長手方向とランド部１０２ｂの辺が近接している箇所で、静電容量が増加している。つまり、指４０２が近接していない状態では、Ｃｐ２＞Ｃｍ２という関係が成り立っている。
コンデンサに流れる電流はコンデンサの静電容量に反比例するので、図５（ｃ）では差動増幅器３０７のプラス側端子に偏った検出結果が得られる。
【００２７】
これに対し、図５（ｄ）及び（ｅ）の、指４０２が近接している状態の等価回路を考察する。なお、図５（ｅ）中、Ｃｆとは、人体自身の静電容量である。
図５（ｅ）において、第二受信導体１０３ｂに流れる電流は、コンデンサＣｐ１に流れる電流と、Ｃｐｂに流れる電流の和である。Ｃｐｂに流れる電流は、ＣｐａとＣｍａの合成容量（Ｃｐａ＋Ｃｍａ）と、ＣｐｂとＣｍｂとＣｆの合成容量（Ｃｐｂ＋Ｃｍｂ＋Ｃｆ）との合成容量から、Ｃｐｂに流れる電流を計算することとなる。
以上の考察より導かれる、コンデンサＣｐ１と、Ｃｐａ、Ｃｍａ、Ｃｐｂ、Ｃｍｂ及びＣｆの合成容量は、以下の式になる。
【００２８】
【数１】
2011060037.tif 000003
【００２９】
同様に、第一受信導体１０３ａに流れる電流は、コンデンサＣｍ１と、Ｃｐａ、Ｃｍａ、そしてＣｍｂ、Ｃｐｂ及びＣｆの合成容量である。
以上の考察より導かれる、コンデンサＣｍ１と、Ｃｍａ、Ｃｐａ、Ｃｍｂ、Ｃｐｂ及びＣｆの合成容量は、以下の式になる。
【００３０】
【数２】
2011060037.tif 000004
【００３１】
次に、上述の二つの式の、合成容量を引き算する。引き算して得られる静電容量の値が、最終的に差動増幅器３０７で得られる電流値を決定する。
第二受信導体１０３ｂと第一受信導体１０３ａの太さ、高さ等のサイズが全く等しいことを考慮すると、
Ｃｐ１≒Ｃｍ１
Ｃｐｂ≒Ｃｍｂ
が導ける。
すると、以下のように、式の結果はほぼゼロとなる。
【００３２】
【数３】
2011060037.tif 000005
【００３３】
以上の考察により言えることは、導体である指４０２が静電センサセル１０１を覆うと、プラス側受信電極とマイナス側受信電極の静電容量の差が殆どなくなる、ということである。
【００３４】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）は、静電スイッチ３０１の動作を説明するための波形図である。図５に基づく各種波形の考察である。なお、図６では、説明を判り易くするため、第一受信導体１０３ａをマイナス側受信電極と、第二受信導体１０３ｂをプラス側受信電極と読み替える。図６（ａ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態で、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図６（ｂ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態で、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図６（ｃ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態で、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図６（ｄ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接している状態で、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図６（ｅ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接している状態で、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図６（ｆ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接している状態で、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図６（ｇ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態で、乗算器３０９に現れる電圧波形である。図６（ｈ）は、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接している状態で、乗算器３０９に現れる電圧波形である。
【００３５】
静電センサセル１０１の上に指４０２が近接していない状態の、静電センサ部３０８の動作を説明する。
図６（ａ）と（ｂ）を比較すると、前述のＣｐ２＞Ｃｍ２という関係から、プラス側受信電極に現れる電流の波形の振幅の方が、マイナス側受信電極に現れる電流の波形の振幅より大きい。
したがって、図６（ａ）の波形の信号から（ｂ）の波形の信号を差し引いた結果である、差動増幅器３０７の出力信号は、図６（ｃ）のようになる。
【００３６】
次に、静電センサセル１０１の上に指４０２が近接している状態の、静電センサ部３０８の動作を説明する。
指４０２が静電センサセル１０１の上に近接すると、プラス側受信電極及びマイナス側受信電極から見た静電センサセル１０１の静電容量が増加する。このため、図６（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ図６（ａ）と（ｂ）と比べて、波形の振幅が大きくなっている。また、前述の式にて説明したように、図６（ｄ）と（ｅ）の波形の振幅は殆ど同じである。
したがって、図６（ｄ）の波形の信号から（ｅ）の波形の信号を差し引いた結果である、差動増幅器３０７の出力信号は、図６（ｆ）のようになる。図６（ｃ）の波形と比べると、その振幅は非常に小さい。
【００３７】
図６（ｃ）の信号を乗算器３０９に入力すると、図６（ｇ）のように所定の振幅を持つ脈流が得られる。図６（ｆ）の信号を乗算器３０９に入力すると、図６（ｈ）のように図６（ｇ）より振幅の小さい脈流が得られる。
つまり、指４０２が静電センサセル１０１に近づくと、出力信号の振幅が小さくなる。静電スイッチ３０１はこの出力信号の振幅の変化を認識する。
【００３８】
［二つの静電センサセル１０１で構成される静電スイッチ］
次に、先に説明した単一の静電センサセルを二つ互い違いに組み合わせたものを用いて構成される静電スイッチについて説明する。
図７は、静電スイッチのブロック図である。なお、図７に示す構成要素のうち、図３と同じものには同じ符号を付している。
図７の静電スイッチ７０１は、図３に示した静電スイッチ３０１と比べると、回路部分の構成は全く同じである。唯一異なるのは、静電センサセル１０１が二つ組み合わされている点である。これ以降、二つの静電センサセル１０１が互い違いに組み合わされているものを、静電センサユニット７０２と呼ぶ。静電センサユニット７０２は、第一受信導体１０３ａ及び第二受信導体１０３ｂを共通する、二つの静電センサセル１０１を互い違いに組み合わせた集合体である。
【００３９】
第一受信導体１０３ａ及び第二受信導体１０３ｂの、二本の受信電極の下側には、第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４の、二本の送信電極が互い違いに、且つ受信電極と直交する向きに並べられている。
指４０２の存在を検出する際には、指４０２は点線で囲まれた領域Ｐ７０５に近づける。領域Ｐ７０５は、静電センサユニット７０２を構成する二つの静電センサセル１０１のうちの、片方を覆う領域である。
【００４０】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、静電スイッチ７０１の動作を説明するための波形図である。図８（ａ）は、領域Ｐ７０５の上に指４０２が近接していない状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源３０２を接続したと仮定した場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図８（ｂ）は、領域Ｐ７０５の上に指４０２が近接していない状態で、第二送信電極７０４にのみ信号源３０２を接続したと仮定した場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図８（ｃ）は、領域Ｐ７０５の上に指４０２が近接していない状態で、第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４に信号源３０２を接続している場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図８（ｄ）は、領域Ｐ７０５の上に指４０２が近接している状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源３０２を接続したと仮定した場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図８（ｅ）は、領域Ｐ７０５の上に指４０２が近接している状態で、第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４に信号源３０２を接続している場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。
【００４１】
図８（ａ）の波形は、図６（ｃ）の波形と同じである。つまり、指４０２が領域Ｐ７０５に近づいていない状態で、静電センサセル１０１が一つだけの状態の、差動増幅器３０７の出力信号である。
図８（ｂ）の波形は、図６（ｃ）の波形の、位相が１８０°反転している。第二送信電極７０４の方向が第一送信電極７０３とは反対だからである。
図８（ｃ）は、振幅が同じで、位相が１８０°反転している関係にある、図８（ａ）と（ｂ）の波形を合成した結果である。つまり、指４０２が領域Ｐ７０５に近づいていない状態では、互い違いに配された静電センサセル１０１同士から得られる信号は、それぞれが打ち消し合ってゼロになる。
【００４２】
これに対し、図８（ｄ）の波形は、図６（ｆ）の波形と同じである。つまり、指４０２が領域Ｐ７０５に近づいている状態の、差動増幅器３０７の出力信号である。
図８（ｅ）は、図８（ｄ）と（ｂ）の波形を合成した結果である。つまり、指４０２が領域Ｐ７０５に近づいている状態では、互い違いに配された静電センサセル１０１同士から得られる信号は、片方の振幅が小さくなったために完全に打ち消し合わされず、差動増幅器３０７から信号が現れる。
【００４３】
前述の第一の実施形態では、指４０２が静電センサセル１０１を覆うことで、プラス側受信電極に現れる静電容量と、マイナス側受信電極に現れる静電容量の差が殆どなくなる現象を利用した、静電スイッチを開示した。
しかしながら、図６（ｉ）で示したように、実際には指４０２が静電センサセル１０１にかかっても静電容量の差が完全にゼロになる訳ではない。様々な要因により、ある程度の差が生じる。また、ノイズによって誤差が生じる余地もある。
【００４４】
スイッチに求められる性能は、オンの状態とオフの状態が明確であることである。つまり、指４０２が近接している状態、或は近接していない状態のどちらかで、完全にゼロの状態が得られることが望ましい。そこで、非対称に形成されている送信導体１０２を、もう一つ、反対方向に設ける。つまり、第一の実施形態の静電センサセルの対称形となるもう一つの静電センサセルを、組み合わせる。すると、相互に非対称の信号が打ち消しあって、指４０２がない状態でゼロの状態を、差動増幅器３０７から得ることができる。
【００４５】
［静電センサセルを用いた位置検出装置］
非対称形状の静電センサセル１０１を交互に組み合わせてなる静電センサユニット７０２を、平面上に多数展開したセンサ基板を構成すると、位置検出装置が実現できる。
前述の第一の実施形態と、第二の実施形態は、この第三の実施形態の位置検出装置の動作原理の説明でもある。
【００４６】
本発明が適用される位置検出装置の概略構成を図９に従って説明する。図９は、本発明が適用される位置検出装置を示す斜視図である。
本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）である位置検出装置９０１は、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の図示しない外部装置に接続して、これら外部装置の入力装置として用いられるものである。なお、特に図示して説明していないが、かかる位置検出装置９０１をパーソナルコンピュータ等に内蔵しても良い。
【００４７】
本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）である位置検出装置９０１は、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の図示しない外部装置に接続することで、これら外部装置の入力装置として用いられるものである。なお、特に図示して説明していないが、かかる位置検出装置９０１をパーソナルコンピュータ等に内蔵しても良い。
この位置検出装置９０１は、指示体である人体（手指）や専用のペン（図示せず）を検出する位置検出平面９０２と、この位置検出平面９０２を有する中空の薄い略直方体をなす筐体等から構成されている。
そして、使用者がこの位置検出平面９０２上を指示体である人体（手指）や専用のペン（図示せず）を介してポインティング操作による文字や図等の入力や、各種操作が行われる。
【００４８】
この位置検出装置９０１の位置検出平面９０２の直下には、図１０で後述する静電センサが埋め込まれている。
【００４９】
次に、本発明の位置検出装置の回路構成を図１０に従って説明する。
位置検出装置９０１は、静電センサ１００２と、送信スイッチ部１００３と、受信スイッチ部１００４と、アナログ信号処理部１００５と、Ａ／Ｄ変換器１００６と、制御部１００７とから構成されている。
静電センサ１００２は、略平板状の絶縁体の両面に導体からなる送信導体１０２と受信電極１０３とを複数設けて構成したセンサである。この複数の送信導体１０２は送信スイッチ部１００３に接続され、複数の受信電極１０３は受信スイッチ部１００４に接続されている。
【００５０】
受信スイッチ部１００４は、検出しようとする受信電極１０３を選択するためのスイッチである。この受信スイッチ部１００４は、後述する制御部１００７からの制御信号が入力されるようになっており、この制御信号に基づいて任意の受信電極１０３を選択する。この受信スイッチ部１００４の出力端子にはアナログ信号処理部１００５が接続されている。受信スイッチ部１００４の出力信号はアナログ信号処理部１００５に供給される。
アナログ信号処理部１００５は、受信スイッチ部１００４からの出力信号に所定の処理を施すためのものである。このアナログ信号処理部１００５に入力された信号は、所定の処理が施されて出力される。なお、この信号処理については後述する。
【００５１】
アナログ信号処理部１００５から出力された出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１００６に供給され、入力信号の電圧がデジタルデータに変換される。
Ａ／Ｄ変換器１００６の出力データは、例えばマイコンよりなる制御部１００７に供給される。
制御部１００７は送信スイッチ部１００３、受信スイッチ部１００４及びＡ／Ｄ変換器１００６を制御すると共に、Ａ／Ｄ変換器１００６の出力データを基に、静電センサ１００２上の指４０２の存在の有無とその位置を示す情報を出力する。
【００５２】
次に、静電センサ１００２の詳細について、図１０と、図１及び図２を参照して説明する。
まず、静電センサ１００２の概略構成について説明する。図１及び図２（ａ）に示すように、静電センサ１００２は、略平板状の絶縁シート２０２と、互いに略平行に設けられた複数の送信導体１０２と、複数の受信電極１０３と、保護シート２０３とから構成される。図１０と、図１及び図２を参照してわかるように、静電センサ１００２は、静電センサセルの集合体である。静電センサ１００２は、周知のガラスエポキシ基板或はフレキシブルプリント基板等で形成される。
【００５３】
図２（ａ）に示すように、送信導体１０２は、絶縁シート２０２の一方の面に設けられる。この送信導体１０２は、図１と図１０を参照してわかるように、導体からなる本体部１０２ａと、複数のランド部１０２ｂとから構成される。本体部１０２ａは、所定の幅を有し、静電センサ１００２のＸ軸方向（第一の方向）に延伸して形成される。ランド部１０２ｂは、本体部１０２ａに設けられ、例えば、静電センサ１００２のＸ軸方向（第一の方向に対し直交する方向である第二の方向）に延伸して形成される。そして、このランド部１０２ｂは、図１０に示すように、本体部１０２ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に、等間隔に設けられる。
【００５４】
受信電極１０３は、絶縁シート１０２の他方の面に設けられた導体からなる一対の第一及び第二受信導体１０３ａ、１０３ｂからなる。この第一及び第二受信導体１０３ａ、１０３ｂは、互いに略平行に設けられ、それぞれがＹ軸方向に延伸して形成される。
保護シート２０３は、人体の指と受信電極１０３とが直接接触することを防止するための略平板状に形成された絶縁体である。この保護シート２０３は、静電センサ１００２の他方の面全体をを覆うように設けられる。
【００５５】
次に、静電センサ１００２を構成する送信導体１０２と受信電極１０３との配置関係について、図１及び図１０を参照して詳述する。絶縁シート２０２の一方の面に設けられた複数の送信導体１０２は、Ｙ軸方向へ互いに略平行に配置される。図１と図１０を参照してわかるように、送信導体１０２は、一の送信導体１０２のランド部１０２ｂと、この送信導体１０２に対しＹ軸方向に隣接する二本の送信導体１０２とが、この隣接する二本の送信導体１０２のそれぞれの本体部１０２ａとが互いに隣接して設けられる。すなわち、この送信導体１０２の任意の一のランド部１０２ｂに着目すると、Ｙ軸方向に向かって本体部１０２ａとランド部１０２ｂとが交互に並ぶように配置される。
【００５６】
絶縁シート１０２の他方の面に設けられた一対の受信導体１０３ａ、１０３ｂからなる一の受信電極は、隣接する二本の送信導体１０２のランド部１０２ｂの間に位置するように設けられる。すなわち、二本の受信導体１０３ａ、１０３ｂは、送信導体１０２の本体部１０２ａと直交して配置される。ここで、任意の一の受信電極１０３を構成する一対の受信導体１０３ａ、１０３ｂと任意の一の送信導体１０２とに着目すると、一対の受信導体１０３ａ、１０３ｂと送信導体１０２とは、この送信導体１０２の本体部１０２ａにおいて直交すると共に、一方の第一受信導体１０３ａと送信導体１０２の一のランド部１０２ｂとが近接し、他方の第二受信導体１０３ｂと他の一のランド部１０２ｂとが近接することになる。
【００５７】
次に、送信スイッチ部１００３について図１１を参照して説明する。この送信スイッチ部１００３は、シフトレジスタ１１０２と、複数のＮＯＴゲート１１０３とから構成される。
シフトレジスタ１１０２は、送信導体１０２と同数の複数のビットセル１１０２ａから構成される。このビットセル１１０２ａは、それぞれＮＯＴゲート１１０３を介して各送信導体１０２に接続されている。そして、このシフトレジスタ１１０２には、制御部１００７から、クロックパルス、リセットパルス、送信側スイッチデータが入力される。
【００５８】
次に、受信スイッチ部１００４の構成を図１２を参照して説明する。この受信スイッチ部１００４は、複数のアナログスイッチ１２０３と、シフトレジスタ１２０２とから構成される。
【００５９】
アナログスイッチ１２０３は、一対のアナログマルチプレクサよりなるスイッチ１２０３ａ、１２０３ｂからなる。受信スイッチ部１００４にはこのアナログスイッチ１２０３が受信電極１０３と同数設けられている。また、このアナログスイッチ１２０３は、後述するシフトレジスタ１２０２からの制御信号が入力されるようになっており、この制御信号に基づいてオンオフ動作するようになっている。
そして、このアナログスイッチ１２０３を構成する一対のスイッチ１２０３ａ、１２０３ｂの入力端子は、それぞれ受信導体１０３ａ及び１０３ｂに接続され、出力端子はプラス側出力ライン１２０４又はマイナス側出力ライン１２０５に接続される。
【００６０】
シフトレジスタ１２０２は、受信電極１０３と同数の複数のビットセル１２０２ａから構成される。このビットセル１２０２ａは、それぞれアナログスイッチ１２０３と接続されている。このシフトレジスタ１２０２には、制御部１００７から出力されたクロックパルス、リセットパルス及びデータ信号が入力される。
【００６１】
次に、アナログ信号処理部１１０５について図１３を参照して説明する。
アナログ信号処理部１１０５は、２つの電流電圧変換部１１０５ａ、１１０５ｂと、差動増幅器３０７と、ローパスフィルタ１３０２（以下、ＬＰＦと略す）とから構成される。
電流電圧変換部１１０５ａは、抵抗Ｒ３０３とオペアンプ３０５とから構成され、同様に、電流電圧変換部１１０５ｂは、抵抗Ｒ３０４とオペアンプ３０６とから構成される。これら電流電圧変換部１１０５ａ及び１１０５ｂは、それぞれマイナス側出力ライン１２０５及びプラス側出力ライン１２０６に接続され、これらの出力ラインから出力される電流を電圧に変換すると共に増幅して、後段の差動増幅器３０７に出力する。
【００６２】
差動増幅器３０７は、電流電圧変換部１１０５ａ及び１１０６ｂの出力端子に接続されており、これらの電流電圧変換部１１０５ａ及び１１０６ｂから出力された電圧信号を差動増幅して出力する。
差動増幅器３０７から出力された信号は、ＬＰＦ１３０２を介してＡ／Ｄ変換器１００６に出力される。
【００６３】
次に、制御部１００７の構成及び動作を図１４に従って説明する。
この制御部１００７は、クロック生成部１４０２と、送信側アドレスカウンタ１４０３と、送信側スイッチデータ生成部１４０４と、受信側アドレスカウンタ１４０５と、受信側スイッチデータ生成部１４０６と、バッファメモリ１４０７と、重心演算部１４０８とから構成される。
【００６４】
クロック生成部１４０２は、送信導体１０２に供給する所定周波数のクロックパルスを発生する。このクロックパルスは、後段の送信側アドレスカウンタ１４０３と、送信側スイッチデータ生成部１４０４とに供給される。このクロックパルスは、Ａ／Ｄ変換器１００６に供給されてこのＡ／Ｄ変換回路のタイミングパルスとして用いられると共に、送信スイッチ部１００３を介して送信導体１０２に供給されて、送信信号として用いられる。
送信クロックパルスは送信側アドレスカウンタ１４０３と送信側スイッチデータ生成部１４０４に供給される。
【００６５】
送信側アドレスカウンタ１４０３は、送信電極１００８の数を最大数として数えるループカウンタである。この送信側アドレスカウンタ１４０３の桁溢れ（オーバフロー）端子の出力パルス信号は、送信側スイッチデータ生成部１４０４及び送信スイッチ部１００３のリセットパルスとして出力される。また、このリセットパルスは、受信側アドレスカウンタ１４０５、受信側スイッチデータ生成部１４０６及び受信スイッチ部１００４のクロックパルスとして、供給される。これ以降、このクロックパルスを受信クロックパルスと称す。
【００６６】
受信側アドレスカウンタ１４０５は、受信電極の組の数を最大数として数えるループカウンタである。受信側アドレスカウンタ１４０５の桁溢れ（オーバフロー）端子の出力信号が、受信側スイッチデータ生成部１４０６及び受信スイッチ部１００４のリセットパルスとして出力される。
【００６７】
送信側スイッチデータ生成部１４０４は、送信側アドレスカウンタ１４０３が生成するリセットパルス（受信クロックパルス）と送信クロックパルスで起動し、送信側スイッチデータを生成して、送信スイッチ部１００３に送出する。
この送信側スイッチデータは、送信クロックパルスの半周期の整数倍の矩形波信号である。送信側スイッチデータ生成部１４０４は、リセットパルスが入ったタイミングから送信クロックパルスのアップエッジ及びダウンエッジを所定の数だけ計数し、その間、論理の真（高電位）の状態を維持する。そして、計数値がその所定の数に達したら論理の偽（低電位）の状態に戻り、以後再びリセットパルスが入るまで論理の偽の状態を維持する。
なお、このアップエッジ及びダウンエッジの「所定の数」を「４」とする。
【００６８】
受信側スイッチデータ生成部１４０６は、受信側アドレスカウンタ１４０５が生成するリセットパルスと受信クロックパルスで起動し、受信側スイッチデータを生成して、受信スイッチ部１００４に送出する。
この受信側スイッチデータは、受信クロックパルスの半周期の整数倍の矩形波信号である。受信側スイッチデータ生成部１４０６は、リセットパルスが入ったタイミングから受信クロックパルスのアップエッジ及びダウンエッジを所定の数だけ計数し、その間、論理の真（高電位）の状態を維持する。そして、計数値がその所定の数に達したら論理の偽（低電位）の状態に戻り、以後再びリセットパルスが入るまで論理の偽の状態を維持する。
なお、このアップエッジ及びダウンエッジの「所定の数」を「２」とする。
【００６９】
送信側アドレスカウンタ１４０３が出力する送信アドレスデータと、受信側アドレスカウンタ１４０５が出力する受信アドレスデータは、バッファメモリ１４０７に供給される。バッファメモリ１４０７は、Ａ／Ｄ変換器１００６の出力データを一時的に記憶するためのメモリである。このバッファメモリ１４０７は、Ａ／Ｄ変換器１００６の出力データが供給され、送信アドレスデータと受信アドレスデータで定められたアドレスにＡ／Ｄ変換器１００６の出力データを記憶する。
重心演算部１４０８はバッファメモリ１４０７に記憶されたデータを読み込んで重心演算を行い、指の存在の有無と位置情報を出力する。
【００７０】
次に、位置検出装置９０１の動作原理を図１５に従って説明する。図１５は、位置検出装置９０１の原理を説明するための等価回路である。この図１５に示すように、位置検出装置９０１の送信スイッチ部１００３は、矩形波信号源１５０２と等価となる。以下、任意の第一送信電極７０３及びこの第一送信電極７０３に隣接する第二送信電極７０４と、任意の第一及び第二受信導体１０３ａ、１０３ｂからなる受信電極１０３に指４０２が領域Ｐ１５０３が近接した場合を例示して説明する。
矩形波信号源１５０２は、送信スイッチ部１００３を等価的に表す仮想的な回路である。矩形波信号源１５０２はその名の通り、矩形波信号を生成する。
【００７１】
図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）及び（ｌ）は、位置検出装置９０１の動作を説明するための、図１５の等価回路図に基づく波形図である。指４０２が図１５の領域Ｐ１５０３に近づいている状態と、近づいていない状態を想定する。図１６（ａ）は、矩形波信号源１５０２から出力される電圧波形である。図１６（ｂ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図１６（ｃ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図１６（ｄ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図１６（ｅ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、第二送信電極７０４にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図１６（ｆ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、第二送信電極７０４にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図１６（ｇ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、第二送信電極７０４にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図１６（ｈ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接していない状態で、且つ、第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４に信号源を接続した状態で、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図１６（ｉ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接している状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、プラス側受信電極に現れる電流の波形である。図１６（ｊ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接している状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、マイナス側受信電極に現れる電流の波形である。図１６（ｋ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接している状態で、第一送信電極７０３にのみ信号源を接続したと仮定した場合に、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。図１６（ｌ）は、領域Ｐ１５０３の上に指４０２が近接している状態で、且つ、第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４に信号源を接続した状態で、差動増幅器３０７に現れる電圧波形である。
【００７２】
図１６（ａ）に示すように、矩形波電圧源は、低電位から高電位に転換する、ステップ関数に類似する波形の信号を生成する。
先ず、指４０２が領域Ｐ１５０３に近づいていない状態で、静電センサセル１０１及び差動増幅器３０７に現れる波形を考察する。
第一送信電極７０３とプラス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図１６（ｂ）に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
【００７３】
次に、第一送信電極７０３とマイナス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図１６（ｃ）に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
周知のように、コンデンサに流れる電流は、コンデンサの容量に比例する。したがって、図６（ａ）と（ｂ）の関係と同様に、プラス側受信電極に現れる電流の波形の振幅の方が、マイナス側受信電極に現れる電流の波形の振幅より大きい。
図１６（ｂ）の電流と、（ｃ）の電流波形がそれぞれ電流電圧変換されて、差動増幅器３０７で差を取ると、図１６（ｄ）のような電圧波形が得られる。
【００７４】
更に、第二送信電極７０４とプラス側受信電極、及びマイナス側受信電極を注目する。
図１６（ｅ）は、第二送信電極７０４とプラス側受信電極が形成するコンデンサに流れる電流の波形である。図１６（ｃ）と同じである。
図１６（ｆ）は、第二送信電極７０４とマイナス側受信電極が形成するコンデンサに流れる電流の波形である。図１６（ｂ）と同じである。
つまり、第二送信電極７０４は、プラス側受信電極及びマイナス側受信電極に対し、第一送信電極７０３と対称に配置されているので、波形の振幅も逆の関係となる。
図１６（ｅ）の電流と、（ｆ）の電流波形がそれぞれ電流電圧変換されて、差動増幅器３０７で差を取ると、図１６（ｇ）のような電圧波形が得られる。この波形は、図１６（ｄ）の、電圧極性が逆になった電圧波形である。
【００７５】
以上を踏まえて、指４０２が領域Ｐ１５０３に近づいていない状態で、矩形波電圧源から第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４に同じ波形の信号が与えられた場合の、差動増幅器３０７から出力される電圧波形は、図１６（ｄ）と図１６（ｇ）の合成波形となる。これが、図１６（ｈ）である。図８（ｃ）の電圧波形と同様に、指４０２が領域Ｐ１５０３に近づいていない状態では、互い違いに配された静電センサセル１０１同士から得られる信号は、それぞれが打ち消し合ってゼロになる。
【００７６】
次に、指４０２が領域Ｐ１５０３に近づいている状態の、静電センサセル１０１及び差動増幅器３０７に現れる波形を考察する。
第一送信電極７０３とプラス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図１６（ｉ）に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
【００７７】
次に、第一送信電極７０３とマイナス側受信電極を注目する。この二つの電極が形成するコンデンサには、図１６（ｊ）に示すように、矩形波電圧源の低電位から高電位に転換する瞬間に電流が流れ、その後は時間と共に減衰する。
図６（ｄ）及び（ｅ）で説明したように、指４０２が領域Ｐ１５０３の上に近接すると、プラス側受信電極及びマイナス側受信電極から見た静電センサセル１０１の静電容量が増加する。このため、図１６（ｉ）と（ｊ）は、それぞれ図１６（ｂ）と（ｃ）と比べて、波形の振幅が大きくなっている。また、前述の式にて説明したように、図１６（ｉ）と（ｊ）の波形の振幅は殆ど同じである。
【００７８】
以上を踏まえて、指４０２が領域Ｐ１５０３に近づいている状態で、矩形波電圧源から第一送信電極７０３及び第二送信電極７０４に同じ波形の信号が与えられた場合の、差動増幅器３０７から出力される電圧波形は、図１６（ｋ）と図１６（ｇ）の合成波形となる。これが、図１６（ｌ）である。図８（ｅ）の電圧波形と同様に、指４０２が領域Ｐ１５０３に近づいている状態では、互い違いに配された静電センサセル１０１同士から得られる信号は、片方の振幅が小さくなったために打ち消し合わされず、差動増幅器３０７から信号が現れる。
【００７９】
図１７は、指４０２を検出する動作原理を説明する説明図である。
図１７の右側には、左側に示される複数の送信電極に入力される、シフトレジスタ１１０２によって出力タイミングがずらされた電圧波形が表示されている。なお、偶数番目の電圧波形は、ＮＯＴゲート１１０３で反転された波形である。
【００８０】
時刻ｔ１７０１では、第一送信電極１７１１及び第四送信電極１７１４に、矩形波のダウンエッジが印加される。第一送信電極１７１１及び第四送信電極１７１４には指４０２に覆われていないので、静電容量の変化は起きていない。したがって、差動増幅器３０７から出力される電圧はゼロのままである。
【００８１】
時刻ｔ１７０２では、第二送信電極１７１２及び第五送信電極１７１５に、矩形波のアップエッジが印加される。第二送信電極１７１２は指４０２に覆われていないが、第五送信電極１７１５には指４０２に覆われているので、第五送信電極１７１５と二つの受信電極同士で形成されるコンデンサの静電容量の変化が起きている。したがって、差動増幅器３０７から出力される電圧がプラスに転化する。
【００８２】
時刻ｔ１７０３では、第三送信電極１７１３及び第六送信電極１７１６に、矩形波のダウンエッジが印加される。第三送信電極１７１３は指４０２に覆われていないが、第六送信電極１７１６には指４０２に覆われているので、第六送信電極１７１６と二つの受信電極同士で形成されるコンデンサの静電容量の変化が起きている。したがって、差動増幅器３０７から出力される電圧がプラスに転化する。
以下、同様の効果が重複していく。
各時点で発生する電流の波形が点線で示される。この電流の波形の合成波形が、実線で示される。
【００８３】
図１６で説明したように、二本の受信電極を共通にして、送信導体１０２が互い違いに配されている二つの静電センサセル１０１で、指４０２の存在を検出するには、二本の送信導体１０２に同じ位相の信号を与える必要がある。
図１１に示されるように、各送信導体１０２にはシフトレジスタ１１０２でクロックのタイミングでずらされた矩形波信号が与えられる。矩形波信号の立ち上がりと立ち下りを二本の送信導体１０２に与える際、片方をＮＯＴゲート１１０３で反転させないと、二本の送信導体１０２に同じ位相の信号を与えることができない。
【００８４】
図１７で判るように、第三の実施形態の位置検出装置９０１では、位相をずらした矩形波を複数の送信導体１０２に順番に与える。矩形波の半波長を印加するだけであり、また位相をずらしつつ複数の送信導体１０２に同時に矩形波を印加するので、極めて高速な位置検出を実現できる。
【００８５】
［静電センサセル１０１を用いた位置検出装置］
図１８は、位置検出装置の、指４０２を検出する動作原理を説明する説明図である。
本実施形態の位置検出装置は、ハードウェアの構成は図９に示した実施形態と全く変わらない。違う点は、制御部１００７から出力される信号、それも受信側スイッチデータ生成部１４０６が出力する受信側スイッチデータである。
受信側スイッチデータ生成部１４０６は、受信側アドレスカウンタ１４０５が生成するリセットパルスと受信クロックパルスで起動し、受信側スイッチデータを生成して、受信スイッチ部１００４に送出する。
受信側スイッチデータは、受信クロックパルスの半周期の整数倍の矩形波信号である。受信側スイッチデータ生成部１４０６は、リセットパルスが入ったタイミングから受信クロックパルスのアップエッジ及びダウンエッジを所定の数だけ計数し、その間、論理の真（高電位）の状態を維持する。そして、その所定の数に達したら論理の偽（低電位）の状態に戻り、以後再びリセットパルスが入るまで論理の偽の状態を維持する。
第四の実施形態では、このアップエッジ及びダウンエッジの「所定の数」を「３」とする。
つまり、図９の位置検出装置９０１では、受信スイッチ部１００４でオン制御信号を出力するシフトレジスタ１２０２のセルは一つだけであったが、図１８の位置検出装置では、受信スイッチ部１００４でオン制御信号を出力するシフトレジスタ１２０２のセルが二つになる。
【００８６】
第一受信電極１８１１と第二受信電極１８１２は、図示しない第一シフトレジスタセルによって同時にオン／オフ制御される。
第三受信電極１８１３と第四受信電極１８１４は、図示しない第二シフトレジスタセルによって同時にオン／オフ制御される。
第五受信電極１８１５と第六受信電極１８１６は、図示しない第三シフトレジスタセルによって同時にオン／オフ制御される。
第七受信電極１８１７と第八受信電極１８１８は、図示しない第四シフトレジスタセルによって同時にオン／オフ制御される。
第九受信電極１８１９と第十受信電極１８２０は、図示しない第五シフトレジスタセルによって同時にオン／オフ制御される。
第一受信電極１８１１、第四受信電極１８１４、第五受信電極１８１５、第八受信電極１８１８及び第九受信電極１８１９は、プラス側受信電極として後続のアナログ信号処理部１００５に接続される。
第二受信電極１８１２、第三受信電極１８１３、第六受信電極１８１６、第七受信電極１８１７及び第十受信電極１８２０は、マイナス側受信電極として後続のアナログ信号処理部１００５に接続される。
【００８７】
以下、図１８を参照して、第四の実施形態に係る位置検出装置９０１の動作を説明する。
受信側スイッチデータ生成部１４０６から生成される受信側スイッチデータは、隣接する二つのシフトレジスタセルをオン制御する。このため、時刻ｔ１８０１では、第一シフトレジスタセルと第二シフトレジスタセルが論理の真の信号を出力し、第一受信電極１８１１と第二受信電極１８１２、そして第三受信電極１８１３と第四受信電極１８１４が同時にオン制御される。
【００８８】
第一受信電極１８１１と第四受信電極１８１４の合成信号が、プラス側出力ライン１２０４を通じて（プラス側受信電極の信号として）、アナログ信号処理部１００５へ出力される。
第二受信電極１８１２と第三受信電極１８１３の合成信号が、マイナス側出力ライン１２０５を通じて（マイナス側受信電極の信号として）、アナログ信号処理部１００５へ出力される。
この、時刻ｔ１８０１の時点では、第一受信電極１８１１乃至第四受信電極１８１４が指４０２によって覆われていないので、コンデンサの容量変化は生じておらず、出力波形は現れない。
【００８９】
時刻ｔ１８０２では、第二シフトレジスタセルと第三シフトレジスタセルが論理の真の信号を出力し、第三受信電極１８１３と第四受信電極１８１４、そして第五受信電極１８１５と第六受信電極１８１６が同時にオン制御される。
第四受信電極１８１４と第五受信電極１８１５の合成信号が、プラス側出力ライン１２０４を通じて（プラス側受信電極の信号として）、アナログ信号処理部１００５へ出力される。
第三受信電極１８１３と第六受信電極１８１６の合成信号が、マイナス側出力ライン１２０５を通じて（マイナス側受信電極の信号として）、アナログ信号処理部１００５へ出力される。
この、時刻ｔ１８０２の時点では、第五受信電極１８１５及び第六受信電極１８１６が指４０２によって覆われているので、コンデンサの容量変化が生じ、出力波形が現れる。
【００９０】
時刻ｔ１８０３では、第三シフトレジスタセルと第四シフトレジスタセルが論理の真の信号を出力し、第五受信電極１８１５と第六受信電極１８１６、そして第七受信電極１８１７と第八受信電極１８１８が同時にオン制御される。
第五受信電極１８１５と第八受信電極１８１８の合成信号が、プラス側出力ライン１２０４を通じて（プラス側受信電極の信号として）、アナログ信号処理部１００５へ出力される。
第六受信電極１８１６と第七受信電極１８１７の合成信号が、マイナス側出力ライン１２０５を通じて（マイナス側受信電極の信号として）、アナログ信号処理部１００５へ出力される。
この、時刻ｔ１８０３の時点では、第五受信電極１８１５及び第六受信電極１８１６のみならず、第七受信電極１８１７及び第八受信電極１８１８も指４０２によって覆われているので、コンデンサの容量変化が生じ、時刻ｔ１８０２よりも大きな振幅の出力波形が現れる。
【００９１】
図１８の位置検出装置は、図９の位置検出装置９０１と比べると、複数の受信電極の合成信号を得ることで、より大きな振幅の信号波形を得ることができる。
【００９２】
本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
（１）受信電極と送信電極との間に形成されるコンデンサの容量をより大きくするために、受信電極を送信電極のランドに沿って蛇行させるパターンを形成することができる。
図１９は、センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。
送信電極１９０２のランド１９０２ａは菱形の形状になり、受信電極１９０３はこの菱形を蛇行するべく形成されている。このようにパターンを形成すると、ランド１９０２ａのある側のコンデンサの静電容量は、菱形の辺の長さだけ、図１等に示した静電センサセル１０１よりも大きくすることができる。ランド１９０２ａのある側のコンデンサの静電容量が大きくなる、ということは、ランド１９０２ａのない側のコンデンサの静電容量と大きく差をつけることができることを意味する。すなわち、静電センサ１００２のＳ／Ｎ比が向上し、より強い感度を得ることができる。
また、ランド１９０２ａの形状は菱形に限定されるものではなく、円形にする等の応用も可能である。
【００９３】
（２）受信電極と送信電極との間に形成されるコンデンサの容量をより大きくするために、受信電極と送信電極のランドとの間に凹凸を設けたパターンを形成することができる。
図２０は、センサ基板の配線パターンの一例を示す概略図である。
送信電極２００２のランド２００２ａは櫛状の切り込みが設けられ、受信電極２００３にはこの切り込みに対向する突起が設けられる。このようにパターンを形成すると、ランド２００２ａのある側のコンデンサの静電容量は、切り込みと突起の周辺の長さだけ、図１等に示した静電センサセル１０１よりも大きくすることができる。
図２０の配線パターンも、図１９と同様の効果、すなわち静電センサ１００２のＳ／Ｎ比が向上し、より強い感度を得ることができる。
【００９４】
上述の（１）及び（２）で説明した、図１９の受信電極１９０３と、図２０の受信電極２００３は、これまで図１乃至図１８で説明した第一受信電極及び第二受信電極のような、第一受信電極及び第二受信電極の間の線を中心とする線対称の関係にはない。むしろ、二つの静電センサセルを構成する共通の第一受信電極及び第二受信電極の中点を中心とする、回転対称の関係にあるものと解することができる。
【００９５】
なお、上述の（１）及び（２）で説明した、図１９の受信電極１９０３と、図２０の受信電極２００３は、これまで図１乃至図１８で説明した第一受信電極及び第二受信電極のような、直線状に形成された受信電極ではない。このため、静電センサセル単体では受信電極の対称性を確保できない。つまり、図１９の受信電極１９０３や、図２０の受信電極２００３等の、特殊形状を備える受信電極を採用する場合は、回転対象性を維持するために静電センサセルを二つ組み合わせる必要がある。
【００９６】
本実施形態においては、静電センサセルと、これの集合体である静電スイッチと、これを応用した位置検出装置を開示した。
本実施形態の静電センサセルは、二本の受信電極が完全に対称形状である。このため、センサを基板に実装する際の、寸法の調整等が極めて簡便に実行できるので、差動増幅器を接続した際の、同相ノイズのキャンセル効果を最大限有効に発揮できる。
更に、本実施形態の静電センサセルは、一本の送信電極の、片方の受信電極の側に近接するランドを設けた。このため、一本の送信電極が差動増幅器から見ると非対称形状である。したがって、差動増幅器を接続した際に、同相ノイズのキャンセル効果を失うことなく、指が近接したか否かを確実に検出できる。
【００９７】
本実施形態の静電スイッチは、前述の静電センサセルを、二本の受信電極を共通にしつつ、二本の送信電極を、ランドを互い違いに設けた。受信電極側から見ると、非対称形状の送信電極が、二本対称に並んでいる。このため、指が近づいていない時は送信電極の非対称形状に由来する信号同士が打ち消し合うので、差動増幅器に信号が現れない。つまり、検出信号が平衡状態を保っている。そして、片方の静電センサセルに指を近づけると、この平衡状態が崩れ、差動増幅器に信号が現れる。したがって、指が近づいていない時は「ゼロ」状態であり、指が近づいている時は「非ゼロ」状態になるので、単一の静電センサセルを用いる場合よりも、より明確且つ確実に論理の真偽を出力することができる。つまり、ノイズに強い静電スイッチを実現できる。
【００９８】
本実施形態の位置検出装置は、センサ基板上に前述の静電センサセルを縦横に展開した。そして、クロックパルスの半周期の整数倍のワンショットパルスを、クロックパルスの半周期単位で位相を遅らせて、送信電極に順番に印加する。その際、一本飛ばしでＮＯＴゲートを介在させ、一本の受信電極に同時に二本の送信電極から立ち上がり或は立ち下りのエッジが印加されるように、送信スイッチ部を構成した。
以上の構成により、ノイズに強い静電スイッチを応用した、回路構成がシンプルで、ノイズに強く、スキャン速度が速い、実用的な位置検出装置を提供できる。
【００９９】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【０１００】
１０１…静電センサセル、１０２…送信導体、１０３…受信電極、２０２…絶縁シート、２０３…保護シート、３０１…静電スイッチ、３０２…信号源、Ｒ３０３…抵抗、Ｒ３０４…抵抗、３０５…オペアンプ、３０６…オペアンプ、３０７…差動増幅器、３０８…静電センサ部、３０９…乗算器、３１０…ＬＰＦ、３１０…ローパスフィルタ、３１１…コンパレータ、４０２…指、Ｃｍ１…コンデンサ、Ｃｍａ…コンデンサ、Ｃｐ１…コンデンサ、Ｃｐａ…コンデンサ、７０１…静電スイッチ、７０２…静電センサユニット、７０３…第一送信電極、７０４…第二送信電極、９０１…位置検出装置、９０２…位置検出平面、１００２…静電センサ、１００３…送信スイッチ部、１００４…受信スイッチ部、１００５…アナログ信号処理部、１００６…Ａ／Ｄ変換器、１００７…制御部、１００８…送信電極、１１０２…シフトレジスタ、１１０２ａ…ビットセル、１１０３…ＮＯＴゲート、１１０５…アナログ信号処理部、１１０５ａ…電流電圧変換部、１１０５ｂ…電流電圧変換部、１２０２…シフトレジスタ、１２０２ａ…ビットセル、１２０３…アナログスイッチ、１２０３ａ…スイッチ、１２０４…プラス側出力ライン、１２０５…マイナス側出力ライン、１２０６…プラス側出力ライン、１３０２…ＬＰＦ、１４０２…クロック生成部、１４０３…送信側アドレスカウンタ、１４０４…送信側スイッチデータ生成部、１４０５…受信側アドレスカウンタ、１４０６…受信側スイッチデータ生成部、１４０７…バッファメモリ、１４０８…重心演算部、１５０２…矩形波信号源、１７１１…第一送信電極、１７１２…第二送信電極、１７１３…第三送信電極、１７１４…第四送信電極、１７１５…第五送信電極、１７１６…第六送信電極、１８１１…第一受信電極、１８１２…第二受信電極、１８１３…第三受信電極、１８１４…第四受信電極、１８１５…第五受信電極、１８１６…第六受信電極、１８１７…第七受信電極、１８１８…第八受信電極、１８１９…第九受信電極、１８２０…第十受信電極、１９０２…送信電極、１９０２ａ…ランド、１９０３…受信電極、２００２…送信電極、２００２ａ…ランド、２００３…受信電極
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2011060037.tif 000019
【図１５】
2011060037.tif 000020
【図１６】
2011060037.tif 000021
【図１７】
2011060037.tif 000022
【図１８】
2011060037.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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