(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する、極めて精度が高く有用な位置検出装置を提供する。【解決手段】受信電極を構成する各々の受信電極を三分割し、中心の電極を差動増幅器のプラス側入力端子に、両脇の電極を差動増幅器のマイナス側入力端子に接続することで、人体の指から混入するノイズを差動増幅器で効果的に相殺することができる。その際、従来技術の静電容量方式の位置検出装置のハードウェア構成はほぼそのままに、ソフトウェアをマトリクス電極に合わせて変更するだけで、容易に実現できる。【選択図】図４
2011008723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の方向及び該第一の方向に直交する第二の方向にそれぞれ複数の導体が配置された導体パターンと、
前記第一の方向に配置された導体に送信信号を供給する送信信号供給回路と、
該送信信号生成回路から出力された送信信号を前記第一の方向に配置された複数の導体のうちの所定の導体に供給する第一の導体選択回路と、
第一及び第二の入力端子を有し、該第一及び第二の入力端子に入力された信号を差動増幅して出力する差動増幅回路と、
前記第二の方向に配置された複数の導体のうちから互いに近傍に位置する少なくとも三つの導体を含む複数の導体を選択し、該選択し複数の導体のうち両端側に位置する導体からの信号を前記差動増幅回路の前記第一の入力端子に供給し、前記両端側に位置する導体を除く他の導体からの信号を前記差動増幅回路の前記第二の入力端子に供給する第二の選択回路と、
を備える位置検出装置。
【請求項２】
前記第二の導体選択回路によって、上記導体パターンにおける互いに隣接する少なくとも三つの導体が選択され、該選択された三つの導体のうち両端側に位置する導体からの信号が前記差動増幅回路の前記第一の入力端子に供給され、該前記両端側に位置する導体からの信号が前記差動増幅回路の前記第二の入力端子に供給されることで、前記導体パターンに対する接触に対応した信号を前記差動増幅回路から出力するようにした、
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
上記導体パターンにおける前記第二の方向に配置された導体は、互いに近傍に位置する少なくとも三つの導体で一単位を構成し、
前記第二の導体選択回路によって前記一単位毎に前記差動増幅回路に信号を供給するようにした、
請求項１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複数の導体は、隣接する少なくとも三つの導体で一単位を構成するとともに、前記一単位を構成する少なくとも一の導体が前記一単位に隣接する単位に含んで構成されるようにした、
請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記選択された三つの導体は、両端側の電極の幅よりも該両端側の電極の間に位置する電極の幅を広くした、
請求項１〜４記載の位置検出装置。
【請求項６】
第一の方向及び該第一の方向に直交する第二の方向にそれぞれ複数の導体が配置された導体パターンのうち、前記第一の方向に配置された導体に送信信号を供給するための送信信号供給回路と、
該送信信号生成回路から出力された送信信号を前記第一の方向に配置された複数の導体のうちから所定の導体に供給するための第一の導体選択回路と、
前記第二の方向に配置された複数の導体のうちから所定の導体を選択するための第二の導体選択回路と、
第一及び第二の入力端子を有し、該第一及び第二の入力端子に入力された信号を差動増幅して出力するための差動増幅回路と、
を備え、
前記第二の導体選択回路によって前記導体パターンにおける互いに近傍に位置する少なくとも三つの導体を含む複数の導体が選択され、該選択された複数の導体のうち両端側に位置する導体からの信号を前記差動増幅回路の前記第一の入力端子に供給され、前記両端側に位置する導体を除く他の導体からの信号を前記差動増幅回路の前記第二の入力端子に供給されることで、前記導体パターンに対する接触に対応した信号を前記差動増幅回路から出力するようにした、
位置検出回路。
【請求項７】
前記第二の導体選択回路によって、上記導体パターンにおける互いに隣接する少なくとも三つの導体が選択され、該選択された三つの導体のうち両端側に位置する導体からの信号が前記差動増幅回路の前記第一の入力端子に供給され、該前記両端側に位置する導体からの信号が前記差動増幅回路の前記第二の入力端子に供給されることで、前記導体パターンに対する接触に対応した信号を前記差動増幅回路から出力するようにした、
請求項６に記載の位置検出回路。
【請求項８】
第一の方向に複数の導体が配置されると共に前記第一の方向に直交する第二の方向に複数の導体が配置された導体パターンの前記第一の方向に配置された導体に送信信号を供給する送信信号生成ステップと、
前記導体パターンの前記第一の方向に配置された所定の導体を選択して前記送信信号生成ステップによって生成された送信信号を選択的に供給するための第一の導体選択ステップと、
前記導体パターンの前記第二の方向に配置された互いに近傍に位置する少なくとも三つの導体を選択するための第二の導体選択ステップと、
前記第二の導体選択ステップによって選択された複数の導体のうち、両端側に位置する導体からの信号と、前記両端側に位置する導体を除く他の導体からの信号とを差動増幅して出力する差動増幅ステップと、
を備え、
前記導体パターンに対する接触に対応した信号を前記差動増幅ステップにて得るようにした、
位置検出方法。
【請求項９】
前記第二の導体選択ステップによって、互いに隣接する少なくとも三つの導体が選択され、該選択された三つの導体のうち両端側に位置する導体から出力される信号と、前記両端側に位置する導体を除く他の導体からの信号とを前記差動増幅ステップで差動増幅して出力するようにした、
請求項８に記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、位置検出回路及び位置検出方法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、電極線をそれぞれ格子状に配線する。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、人体の指を片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】
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】
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、片方の電極線に指が近づいていれば、もう片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。
【０００８】
ところで、周囲の電灯線のハムノイズ等が、人体を介して混入する。
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生じるという問題を生じる。
【０００９】
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する、極めて精度が高く有用な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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、第一の方向及び該第一の方向に直交する第二の方向にそれぞれ複数の導体が配置された導体パターンと、第一の方向に配置された導体に送信信号を供給する送信信号供給回路と、該送信信号生成回路から出力された送信信号を第一の方向に配置された複数の導体のうちの所定の導体に供給する第一の導体選択回路と、第一及び第二の入力端子を有し、該第一及び第二の入力端子に入力された信号を差動増幅して出力する差動増幅回路と、第二の方向に配置された複数の導体のうちから互いに近傍に位置する少なくとも三つの導体を含む複数の導体を選択し、該選択し複数の導体のうち両端側に位置する導体からの信号を差動増幅回路の第一の入力端子に供給し、両端側に位置する導体を除く他の導体からの信号を差動増幅回路の第二の入力端子に供給する第二の選択回路と、を備える。
【００１１】
受信電極を構成する各々の受信電極線を三分割し、中心の電極線を差動増幅器のプラス側入力端子に、両脇の電極線を差動増幅器のマイナス側入力端子に接続することで、人体の指から混入するノイズを差動増幅器で効果的に相殺することができる。
【発明の効果】
【００１２】
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する、極めて精度が高く有用な位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の例である表示機能付入力装置の外観斜視図及び分解斜視図である。
【図２】表示機能付入力装置の断面図である。
【図３】センサ基板を分解した状態を示す模式図である。
【図４】センサ基板の一部断面図と、動作原理を示す一部回路図である。
【図５】従来技術と比較した本実施形態の位置検出装置の受信電極の動作原理を示す概略図である。
【図６】本実施形態の位置検出装置の全体ブロック図である。
【図７】受信電極選択スイッチ及びアナログ信号処理部のブロック図である。
【図８】制御部のブロック図である。
【図９】各種信号のタイムチャートである。
【図１０】バッファメモリとアドレスの関係を示す概略図である。
【図１１】別の受信電極及び受信電極選択スイッチの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１１を参照して説明する。
【００１５】
［表示機能付入力装置の外観］
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の例である表示機能付入力装置の外観斜視図及び分解斜視図である。
表示機能付入力装置１０１は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）と静電型位置検出装置が組み合わされ、一体化した装置である。
この表示機能付入力装置１０１は、液晶モジュール部１０２が、ケース部１０３に収納されている。液晶モジュール部１０２の表面とケース部１０３の周縁部分は、ユーザが描画操作をする際に自然な描画ができるように、同じ高さに形成されている。
【００１６】
図１（ｂ）は、表示機能付入力装置１０１の分解斜視図である。
液晶モジュール部１０２は、その表面に透明アクリル板よりなる保護板１０４を有する。保護板１０４の裏側には樹脂フレーム１０５が接着剤によって接着されている。樹脂フレーム１０５の下側には、金属ベゼル１０６が図示しないねじによってねじ止めされている。
ケース部１０３は上ケース１０７と下ケース１０８が積層されて形成されている。上ケース１０７には、その上面の内周部分に、液晶モジュール部１０２の保護板１０４の周縁部分が嵌る凹部１０９が形成されている。一方、下ケース１０８は後述する図２で示すが、液晶モジュール部１０２の裏側を保護する密閉構造となっている。
【００１７】
［表示機能付入力装置の内部構造］
図２は、表示機能付入力装置１０１の、図１（ａ）のａ−ａ’線における断面図である。
液晶モジュール部１０２を構成する保護板１０４の周縁には、樹脂フレーム１０５との接着面を遮蔽して美観を向上させるための、シルク印刷面２０２が設けられている。
樹脂フレーム１０５は保護板１０４の面と比べて一回り小さく作られている枠である。樹脂フレーム１０５の一端は接着剤によって保護板１０４の周縁に設けられるシルク印刷面２０２に接着される。
樹脂フレーム１０５には、保護板１０４の直下から順番に、センサ基板２０６、液晶セル２０３、導光板２０４及びバックライト２０５、そして支持板２０７が積層された状態で収納される。
支持板２０７の周縁は、センサ基板２０６、液晶セル２０３、導光板２０４及びバックライト２０５、そして支持板２０７が樹脂フレーム１０５から外れないように、金属ベゼル１０６が樹脂フレーム１０５にねじ止めされることによって押さえ込まれている。
【００１８】
液晶セル２０３は、ＬＣＤそのものである。
バックライト２０５は、蛍光灯や白色ＬＥＤ等、低電力で高輝度の発光を実現する光源である。
導光板２０４は、バックライト２０５の光を液晶セル２０３に導き、透過させるための、乱反射を実現する透明アクリル板である。
【００１９】
センサ基板２０６は、静電型位置検出装置のセンサを構成する送信電極及び受信電極のパターンが印刷された、シート状の透明フレキシブルプリント基板である。
センサ基板２０６は、ＬＣＤの視認性を確保するため、周知のＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）膜等の、透明な配線パターンが用いられる。
なお、センサ基板２０６は透明のプリント基板でもよい。
【００２０】
次に、センサ基板２０６の構造について、図３に従って説明する。
センサ基板２０６は、二層の導電層を備えるフレキシブルプリント基板である。このセンサ基板２０６は、例えば周知のポリイミド等の絶縁フィルム３０２の一方の面に線状の導体からなる受信電極３０３が、他方の面に線状の導体からなる送信電極３０４が、配線パターンとして形成されている。
受信電極３０３の更に保護板１０４側には、絶縁フィルム３０５が設けられている。
送信電極３０４の更に液晶セル２０３側には、絶縁フィルム３０６が設けられている。
これら、絶縁フィルム３０５、受信電極３０３、絶縁フィルム３０２、送信電極３０４、そして絶縁フィルム３０６の積層状態は、図４（ａ）に断面図として示している。
【００２１】
受信電極３０３は長方形を成すセンサ基板２０６の長辺方向（第二の方向）に平行なプリントパターンにて形成されている。
受信電極３０３のパターンは、太い電極線と、その両脇に細い電極線が配されており、この三本の電極の組が複数並んでいる。この三本の電極の組は、従来技術の受信電極の一本分に相当する。
送信電極３０４はセンサ基板２０６の短辺方向（第一の方向）に平行なプリントパターンにて形成されており、受信電極３０３とは直交関係にある。
【００２２】
図４（ａ）及び（ｂ）は、センサ基板２０６の一部断面図と、動作原理を示す一部回路図である。なお、説明を簡単にするために、保護板１０４を省略して図示している。
プラス側電極４０２は幅が広い電極線である。
マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂは、プラス側電極４０２の両脇に配される、プラス側電極４０２よりも幅が狭い電極線である。
図４（ｂ）は、受信電極３０３とその直後に接続される信号処理回路を示す回路図である。
プラス側電極４０２は、電流電圧変換回路４０５ａを介して、差動増幅器４０６のプラス側入力端子に接続される。
マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂは、両方共、電流電圧変換回路４０５ｂを介して、差動増幅器４０６のマイナス側入力端子に接続される。
【００２３】
次に、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を用いて、本実施形態の位置検出装置の受信電極３０３の動作原理を従来技術と比較して説明する。
図５（ａ）は、従来技術の静電方式の位置検出装置の動作原理を示す概略図である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）の静電方式の位置検出装置の動作原理を示す回路図である。なお、説明を簡略化するために、電流電圧変換回路４０５ａ及び４０５ｂは省略している。
【００２４】
受信電極３０３と送信電極３０４は、その各交点にはコンデンサが形成される。そこで、送信電極３０４に交流電圧を印加して、受信電極３０３で電流を検出する。
受信電極３０３に指が近づくと、電気力線（電荷）の一部が指に吸い取られる現象が発生する。すると、コンデンサの静電容量が小さくなり、結果的に当該コンデンサにおいて検出される電流が少なくなる。静電方式の位置検出装置は、この現象を検出するものである。
実際の装置では、検出できる電流が極めて微弱なので、オペアンプよりなる周知の電流電圧変換回路を介して電圧に変換した上で増幅する。
【００２５】
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する。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。
指が近接している受信電極５０３ａの信号と、指が近接していない受信電極５０３ｂの信号とを、差動増幅する。
図５（ａ）では、プラス側である受信電極５０３ａに指が近接している一方で、マイナス側である受信電極５０３ｂには指が近接していない。このように、受信電極５０３ａと受信電極５０３ｂを、ある程度以上の距離だけ離して、図５（ｂ）に示すように差動増幅を行う。すると、受信電極５０３ａと受信電極５０３ｂに同相にて混入するノイズ成分は、オペアンプによる差動増幅器４０６によって相殺される。
【００２６】
しかしながら、例えば、周囲の電灯線のハムノイズ等が、人体を介して受信電極３０３に混入してしまう。
このような人体を介して混入するノイズは、図５（ａ）に示すような受信電極３０３の構成では、人体に近接する受信電極５０３ａのみにノイズが混入するから、差動増幅器４０６によって相殺することができない。
そこで、本実施形態では、受信電極３０３自体にノイズキャンセリングの機能を持たせる構成とした。
【００２７】
図５（ｃ）は、本実施形態の位置検出装置の動作原理を示す概略図である。
図５（ｄ）は、図５（ｃ）の位置検出装置の動作原理を示す回路図である。
本実施形態の受信電極３０３は、従来技術の受信電極３０３の一本分の電極線を、三本に分割した。
中心にはプラス側電極４０２を、その両脇にはマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂを設けている。
【００２８】
プラス側電極４０２の幅と、マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの幅の比は、例えば２：１に構成される。つまり、プラス側電極４０２と送信電極３０４との交点が形成するコンデンサの静電容量と、二本のマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂと送信電極３０４との交点が形成するコンデンサの静電容量とが、等しくなるように構成されている。
指によって吸収される電気力線は、プラス側電極４０２の両脇に配置されている二本のマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂからのみ生じる。
【００２９】
図５（ｃ）に示すように、従来技術の受信電極３０３の一本分の電極線が、プラス側電極４０２とマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂとで構成されているので、図５（ｄ）に示すように、このまま差動増幅が可能である。
このような構成の受信電極３０３であるので、人体の指４０７を介在して混入するノイズも、差動増幅器４０６によって相殺することができる。
【００３０】
以上のような受信電極３０３の、サイズについて説明する。
実際に位置検出装置を設計する際には、指４０７を的確に検出するために、受信電極３０３の幅を考慮しなければならない。
一般的な小指で接触したときの面積を想定すると、直径で７〜８ｍｍ程度の大きさが検出できれば良いと考えられる。そこで、その半分以下の数値で、プラス側電極４０２とマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの合計の幅が３．２ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００３１】
プラス側電極４０２とマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの合計の幅が３．２ｍｍの場合、
・プラス側電極４０２の幅は３．２ｍｍ÷２＝１．６ｍｍ
・マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの幅は１．６ｍｍ÷２＝０．８ｍｍ
となり、これらの値から更に絶縁を確保するための溝の幅を減じた幅となる。
【００３２】
一本のプラス側電極４０２と、その両脇に配置されるマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの組を、「受信電極線の組」と定義する。つまり、受信電極線の組一組は、従来技術の受信電極一本分に相当する。図５（ｂ）の受信電極５０３ａ及び８０３ｂがこれに該当する。
受信電極線の組同士の間隔は、従来技術とほぼ同じと考えてよい。つまり、密集していれば分解能は向上するが、その分受信電極線の組の数が増えるので、センサ基板２０６の位置検出面全体をスキャンする際に、時間がかかってしまう。
従来技術でも、電極と電極の間は後述する重心演算による補完で分解能を向上できるので、この分解能が十分確保できる間隔であればよい。
【００３３】
［位置検出装置の構成と動作］
これより、図６から図１０まで、本実施形態の位置検出装置の構成と動作を説明する。
図６は本実施形態の位置検出装置６０１の全体ブロック図である。
【００３４】
位置検出装置６０１は、信号供給回路６０２と、送信電極選択スイッチ６０３と、受信電極選択スイッチ６０４と、アナログ信号処理部６０５と、Ａ／Ｄ変換器６０６と、制御部６０７と、複数の送信電極３０４及び受信電極とからなるマトリクス電極６１９とから構成される。
信号供給回路５０２は交流信号を送信電極３０４に与える回路である。
送信電極選択スイッチ５０３は、後述する制御部６０７の制御により信号供給回路５０２が生成した交流電圧信号を、送信電極３０４を構成する各電極線に順番に印加するスイッチである。
受信電極選択スイッチ５０４は、後述する制御部６０７の制御により受信電極３０３を構成する各電極線を後段のアナログ処理部６０５に順番に接続するスイッチである。
この受信電極選択スイッチ５０４の後続にはアナログ信号処理部５０５が接続され、受信電極選択スイッチ５０４を通じて検出した微弱な電流信号を大きな電圧信号に変換して出力する。
Ａ／Ｄ変換器５０６はアナログ信号処理部５０５が出力する信号の電圧をデジタル値に変換する。
制御部５０７は例えばマイコンよりなり、Ａ／Ｄ変換器５０６が出力するデジタルデータに基づいて、指を検出した位置のデータを算出し、これを出力する。
【００３５】
信号供給回路５０２の内部を説明する。
信号供給回路６０２は、サイン波ＲＯＭ６１２と、読み出し部６１３と、クロック生成期６１４と、Ｄ／Ａ変換器６１５と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１６と、増幅器６１７と、送信制御スイッチ６１８とから構成される。
サイン波ＲＯＭ５１２は、サイン波形のデジタルデータがアドレスを伴って記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）である。
読み出し部５１３は、クロック生成器５１４が生成するクロックに基づいて、サイン波ＲＯＭ５１２を読み出し、サイン波に類似するデジタルデータを出力する。
この読み出し部６１３から出力されたデジタルデータは、Ｄ／Ａ変換器５１５によってアナログ信号に変換される。
Ｄ／Ａ変換器５１５から出力されたアナログ信号はＬＰＦ５１６で不要な高周波成分が除去され、より滑らかなサイン波に整形される。
ＬＰＦ５１６から出力されるサイン波アナログ信号は増幅器５１７で電圧増幅された後、送信制御スイッチ５１８を通じて送信電極選択スイッチ５０３に出力される。この送信制御スイッチ５１８は、制御部６０７の制御により受信側のアナログ信号処理部５０５及びＡ／Ｄ変換器５０６の動作タイミングに合わせてオン・オフされる。
【００３６】
次に、図７を参照して受信電極選択スイッチ６０４及びアナログ信号処理部６０５について詳述する。
受信電極選択スイッチ６０４は、二つのアナログデマルチプレクサ７０２ａ及び７０２ｂから構成されている。
一方のアナログデマルチプレクサ７０２ａは、各受信電極３０３を構成するプラス電極線４０２を選択的にアナログ信号処理部６０５に接続するためのスイッチである。他方のアナログデマルチプレクサ７０２ｂは、各受信電極３０３を構成するマイナス電極線４０３ａを選択的にアナログ信号処理部６０５に接続するためのスイッチである。
二つのアナログデマルチプレクサ６０２ａ及び６０２ｂは同数の端子を備え、同じアドレス指定データで切替駆動される。このアドレス指定データは制御部５０７から供給される。
【００３７】
アナログ信号処理部６０５は、二つの電流／電圧変換回路４０５ａ、４０５ｂと、二つの差動増幅器４０６、７０４と、同期検波器７０３と、リセットスイッチ７０６とから構成される。プラス側電極４０２の出力信号と、マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの出力信号は、それぞれ電流電圧変換回路４０５ａ及び４０５ｂに入力される。
電流電圧変換回路４０５ａ及び４０５ｂは、マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの出力信号を電圧信号に変換して、それぞれ差動増幅器４０６に入力される。
差動増幅器４０６は周知のオペアンプよりなる差動増幅器である。差動増幅器４０６は、電流電圧変換回路４０５ａ及び４０５ｂから入力された電圧信号を差動増幅して出力する。この差動増幅器４０６による差動増幅により、プラス側電極４０２及びマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂのそれぞれに混入する同相ノイズ成分は相殺される。
【００３８】
差動増幅器４０６の出力信号は、同期検波器７０３に入力される。
同期検波器７０３は、例えば、周知のオペアンプからなるアナログ乗算器である。この同期検波器７０３には、信号供給回路６０２から入力されたサイン波電圧信号（検波信号）と差動増幅器４０６の出力信号とが入力される。そして、この同期検波器７０３は、差動増幅器４０６からの出力信号を同期検波して出力する。この同期検波器７０３から出力された信号は、積分器７０７に入力される。
積分器７０７は、オペアンプ７０４ａとコンデンサＣ７０５とから構成される。この積分器７０７には、リセットスイッチ７０６が接続されている。
リセットスイッチ７０６は、制御部６０７の制御によりオン・オフ制御されるスイッチで、コンデンサＣ７０５と並列に接続されている。そして、このリセットスイッチ７０６のオン・オフにより、コンデンサＣ７０５に蓄積された電荷が充放電されるようになっている。
そして、同期検波器７０３から出力された信号は、この積分器７０７において積分処理されて出力される。
【００３９】
積分器の出力信号はＡ／Ｄ変換器５０６に入力されアナログ−デジタル変換されて出力される。なおＡ／Ｄ変換器５０６の変換タイミングは制御部５０７によって制御される。
このＡ／Ｄ変換器５０６の出力データは制御部５０７に入力される。制御部５０７は、Ａ／Ｄ変換器５０６から得られたデータを基に、センサ基板２０６に指が近づいているか否かを示す状態情報と、近づいているとしたらどの位置に指が位置しているのかを示す位置情報を出力する。
【００４０】
次に、制御部６０７の構成と動作とを図８に従って説明する。ここで、図８は、制御部６０７のブロック図である。この制御部６０７は、タイミング生成部８０２と、送信電極アドレスカウンタ８０３と、バッファメモリ８０４と、受信電極アドレスカウンタ８０５と、重心演算部８０６とから構成される。
タイミング信号生成部７０２は、信号供給回路５０２とアナログ信号処理部５０５とＡ／Ｄ変換器５０６に、それぞれタイミング信号を出力すると共に、送信電極アドレスカウンタ７０３にクロックを供給する。
送信電極アドレスカウンタ７０３は、タイミング信号生成部７０２から供給されるクロックを計数し、この計数値を送信電極側アドレスとして送信電極選択スイッチ５０３とバッファメモリ７０４に供給する。
送信電極アドレスカウンタ７０３は送信電極３０４の数と同数の最大値まで計数できるカウンタであり、計数値が送信電極３０４の数、すなわち最大値を超えると１に戻るループカウンタを構成している。そして、この送信電極アドレスカウンタ８０３は、最大値から更に係数を進めて１に戻る際、オーバーフロービットが１になる。このオーバーフロービットが出力されて、受信電極アドレスカウンタ７０５に供給される。
【００４１】
受信電極アドレスカウンタ７０５は、送信電極アドレスカウンタ７０３から供給されるオーバーフロービットを計数し、この計数値を受信電極側アドレスとして受信電極選択スイッチ５０４とバッファメモリ７０４に供給する。
この受信電極アドレスカウンタ７０５は受信電極３０３の数と同数の最大値まで計数できるカウンタであり、計数値が受信電極３０３の数を超えると１に戻る、ループカウンタを構成している。そして、この受信電極アドレスカウンタ８０５は最大値から更に係数を進めて１に戻る際、オーバーフロービットが１になる。このオーバーフロービットが出力されて、重心演算部７０６に供給される。
【００４２】
バッファメモリ７０４はＡ／Ｄ変換器５０６から得られたデータを一時的に記憶するメモリである。このバッファメモリ７０４に記憶されるデータのアドレスは、送信電極アドレスカウンタ７０３から出力される送信電極側アドレスと、受信電極アドレスカウンタ７０５から出力される受信電極側アドレスとによって決定される。
【００４３】
重心演算部７０６は、バッファメモリ７０４内のデータを参照して、指の存在の有無とその位置を演算する。
【００４４】
次に、図６に示す位置検出装置６０１の動作を、図９に示すタイムチャートを用いて説明する。
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は各種信号のタイムチャートである。
送信電極側アドレス（図９（ｂ））は１から始まり値ｎ（ｎは自然数）が最大値である。この値ｎは送信電極３０４を構成する電極の数と等しい。送信電極側アドレスがｎに達すると、受信電極側アドレスが１インクリメントする（図９（ａ））。
受信電極側アドレス（図９（ａ））は１から始まり値ｍ（ｍは自然数）が最大値である。この値ｍは受信電極３０３を構成するプラス側電極４０２とその両脇に配線されるマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの組の数、すなわち受信電極線の組と等しい。
【００４５】
図９（ｃ）は、送信電極側アドレスを示すタイムチャートであり、図９（ｂ）の一部分の時間軸を拡大した状態を示す図である。図９（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は図９（ｃ）のタイムチャートと同じ時間軸にて示すタイムチャートである。
図９（ｄ）は、信号供給回路６０２の出力信号の波形である。
図９（ｅ）は、制御部５０７から信号供給回路５０２の送信制御スイッチ５１８に与えられる、送信制御信号の波形である。送信制御スイッチ５１８は送信制御信号が高電位の時（ｔ１〜ｔ２、ｔ６〜ｔ７及びｔ１１〜ｔ１２）にオン状態となり、低電位（ｔ２〜ｔ６及びｔ７〜ｔ１１）の時にオフ状態となる。したがって、信号供給回路６０２の出力信号（図９（ｄ））は、送信制御信号が高電位の時にのみサイン波の信号が出力される。
【００４６】
図９（ｆ）は差動増幅器４０６から得られる出力信号である。指が存在しない箇所では波形は現れない（ｔ１〜ｔ２）が、指が受信電極３０３の電極線に近い箇所では駆動部から出力された交流電圧信号と同じ波形の信号が現れる（ｔ６〜ｔ７）。受信電極３０３の電極に指が近ければ近いほど、その波形の電位は高くなる（ｔ１１〜ｔ１２）。
【００４７】
図９（ｇ）は積分器７０７の出力信号の波形である。
図９（ｈ）は制御部５０７からＡ／Ｄ変換器５０６に供給されるトリガ信号の波形である。
図９（ｉ）は制御部５０７から積分器７０７のリセットスイッチ６０６に与えられる、リセット信号の波形である。
【００４８】
トリガ信号（図９（ｈ））は、送信制御信号が低電位の時（ｔ２、ｔ７及びｔ１２）、つまり送信制御スイッチ５１８がオフの時に高電位になる。このトリガ信号はＡ／Ｄ変換器５０６に対する起動パルスであるので、所定の時間を経過したらトリガ信号はオフ制御される（ｔ３、ｔ８及びｔ１３）。
【００４９】
そして、Ａ／Ｄ変換器５０６が入力電圧のアナログ／デジタル変換処理を完了するのに十分な時間が経過したら、積分器７０７のコンデンサＣ６０５に蓄積されている電荷を放電させるために、リセット信号（図９（ｉ））を高電位にする（ｔ４、ｔ９及びｔ１４）。すると、リセットスイッチ６０６がオン制御され、コンデンサＣ６０５の電荷は放電される。コンデンサＣ６０５に溜まった電荷を放電する時間はごく僅かで済むので、程なくしてリセット信号はオフ制御される（ｔ５、ｔ９及びｔ１５）。
【００５０】
図１０はバッファメモリ７０４とアドレスの関係を示す概略図である。
バッファメモリ７０４は、マトリクス電極６１９の交点の数と等しいバイト数のメモリである。マトリクス電極６１９の各交点は、送信電極側アドレスと受信電極側アドレスの組で特定される。
各交点で検出された信号強度は、バッファメモリ７０４に記憶される。
全ての交点の信号強度を検出したら、バッファメモリ７０４には全ての交点の信号強度の値が格納されている。図１０は、その時の状態を模式的に示すものである。
バッファメモリ７０４の、指が存在する範囲では、信号強度の値が指の中心に向かって大きくなっている。重心演算部７０６は、このような信号強度の値の分布を検出し、その中心点、つまり重心を演算する。
【００５１】
以上、図６乃至図１０で説明した位置検出装置６０１は、マトリクス電極６１９の構成を除き、従来技術の静電式位置検出装置の信号処理と殆ど変わらない。特に、ハードウェアとして構成される信号供給回路５０２、アナログ信号処理部５０５及びＡ／Ｄ変換器５０６は、殆ど設計変更を要しない。
プログラムにて実現される制御部５０７の、タイミング信号生成部７０２、送信電極アドレスカウンタ７０３、受信電極アドレスカウンタ７０５、そして重心演算部７０６を、マトリクス電極６１９に合わせて変更するだけでよい。
つまり、本実施形態の位置検出装置６０１は、従来技術の静電式位置検出装置のハードウェア構成はほぼそのままに、ソフトウェアをマトリクス電極６１９に合わせて変更するだけで、容易に実現できる。そして、出来上がった位置検出装置６０１は、従来技術の静電式位置検出装置と比べると、人体の指から混入するノイズを差動増幅器４０６で効果的に相殺することができる。
【００５２】
本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
（１）プラス側電極４０２の幅と、マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂとの幅の比は、必ずしも厳密に２：１でなくてもよい。入力信号のレベルのばらつきは差動増幅器４０６の調整で吸収できる。
【００５３】
（２）受信電極３０３を構成する各電極は、中央に配置した電極ををプラス側電極４０２とし、その両脇に配置した電極をマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂと定義したが、必ずしも差動増幅器４０６のプラス側入力端子が電極の中心に位置する電極をプラス側電極４０２にしなくてもよい。つまり、差動増幅器４０６と電極線の極性は逆であっても良く、例えば、中央の電極を「マイナス側電極」とし、その両脇の電極を「プラス側電極」として、差動増幅器４０６に接続してもよい。
【００５４】
（３）送信電極は、その中央に位置するプラス側電極４０２が、その両脇に配置されるマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂよりも太い構成でなくてもよい。
図１１は、別の受信電極及び受信電極選択スイッチの構成を示す概略図である。
受信電極１１０３は、均等な太さの導体が並んでいる。
受信電極選択スイッチ１１０４は、受信電極１１０３の複数の導体を、アナログ信号処理部５０５のプラス側端子に、更にその両脇に存在する導体を、アナログ信号処理部５０５のマイナス側端子に、それぞれ接続している。つまり、受信電極選択スイッチ１１０４がアナログ信号処理部５０５のプラス側端子或はマイナス側端子に接続する導体の本数で、送信電極の太さと実質的に等価な電気的特性を実現する。
図１１に示す受信電極１１０３及び受信電極選択スイッチ１１０４の構成を採る場合、受信電極選択スイッチ１１０４の接続状態で、一本の導体をアナログ信号処理部５０５のプラス側端子或はマイナス側端子のどちらにも、自由に接続することができる。したがって、受信電極選択スイッチ１１０４の接続パターンを、受信電極１１０３を構成する導体の一本単位で移動できるので、指の位置を検出するための分解能を向上させることができる。
【００５５】
本実施形態においては、位置検出装置を開示した。
受信電極を構成する各々の受信電極線を三分割し、中心の電極線を差動増幅器のプラス側入力端子に、両脇の電極線を差動増幅器のマイナス側入力端子に接続することで、人体の指から混入するノイズを差動増幅器で効果的に相殺することができる。その際、従来技術の静電式位置検出装置のハードウェア構成はほぼそのままに、ソフトウェアをマトリクス電極に合わせて変更するだけで、容易に実現できる。
【００５６】
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】
【００５７】
１０１…表示機能付入力装置、１０２…液晶モジュール部、１０３…ケース部、１０４…保護板、１０５…樹脂フレーム、１０６…金属ベゼル、１０７…上ケース、１０８…下ケース、１０９…凹部、２０２…シルク印刷面、２０３…液晶セル、２０４…導光板、２０５…バックライト、２０６…センサ基板、２０７…支持板、３０２…絶縁フィルム、３０３…受信電極、３０４…送信電極、３０５…絶縁フィルム、３０６…絶縁フィルム、４０２…プラス側電極、４０３ａ…マイナス側電極、４０５ａ、４０５ｂ…電流電圧変換回路、４０６…差動増幅器、４０７…指、５０３ａ、５０３ｂ…受信電極、６０２…信号供給回路、６０３…送信電極選択スイッチ、６０４…受信電極選択スイッチ、６０５…アナログ信号処理部、６０６…Ａ／Ｄ変換器、６０７…制御部、６１２…サイン波ＲＯＭ、６１３…読み出し部、６１４…クロック生成器、６１５…Ｄ／Ａ変換器、６１６…ＬＰＦ、６１７…増幅器、６１８…送信制御スイッチ、７０１…位置検出装置、７０２ａ、７０２ｂ…アナログデマルチプレクサ、７０３…同期検波器、７０４…オペアンプ、Ｃ７０５…コンデンサ、７０６…リセットスイッチ、７１９…マトリクス電極、８０２…タイミング信号生成部、８０３…送信電極アドレスカウンタ、８０４…バッファメモリ、８０５…受信電極アドレスカウンタ、８０６…重心演算部、１１０３…受信電極、１１０４…受信電極選択スイッチ
【図１】
2011008723.tif 000003
【図２】
2011008723.tif 000004
【図３】
2011008723.tif 000005
【図４】
2011008723.tif 000006
【図５】
2011008723.tif 000007
【図６】
2011008723.tif 000008
【図７】
2011008723.tif 000009
【図８】
2011008723.tif 000010
【図９】
2011008723.tif 000011
【図１０】
2011008723.tif 000012
【図１１】
2011008723.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、位置検出装置、位置検出回路及び位置検出方法に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、静電容量方式の位置検出装置における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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ところで、周囲の電灯線のハムノイズ等が、人体を介して混入する。
このような人体を介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生じるという問題を生じる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
導体パターンにおける第二の方向に配置された導体は、互いに近傍に位置する少なくとも三つの導体で一単位を構成し、第二の導体選択回路によって一単位毎に差動増幅回路に信号を供給することで、人体の指から混入するノイズを差動増幅器で効果的に相殺することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
受信電極３０３は長方形を成すセンサ基板２０６の長辺方向（第二の方向）に平行なプリントパターンにて形成されている。
受信電極３０３のパターンは、太い電極と、その両脇に細い電極が配されており、この三本の電極の組が複数並んでいる。この三本の電極の組は、従来技術の受信電極の一本分に相当する。
送信電極３０４はセンサ基板２０６の短辺方向（第一の方向）に平行なプリントパターンにて形成されており、受信電極３０３とは直交関係にある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図４（ａ）及び（ｂ）は、センサ基板２０６の一部断面図と、動作原理を示す一部回路図である。なお、説明を簡単にするために、保護板１０４を省略して図示している。
プラス側電極４０２は幅が広い電極である。
マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂは、プラス側電極４０２の両脇に配される、プラス側電極４０２よりも幅が狭い電極である。
図４（ｂ）は、受信電極３０３とその直後に接続される信号処理回路を示す回路図である。
プラス側電極４０２は、電流電圧変換回路４０５ａを介して、差動増幅器４０６のプラス側入力端子に接続される。
マイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂは、両方共、電流電圧変換回路４０５ｂを介して、差動増幅器４０６のマイナス側入力端子に接続される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
次に、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を用いて、本実施形態の位置検出装置の受信電極３０３の動作原理を従来技術と比較して説明する。
図５（ａ）は、従来技術の静電容量方式の位置検出装置の動作原理を示す概略図である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）の静電容量方式の位置検出装置の動作原理を示す回路図である。なお、説明を簡略化するために、電流電圧変換回路４０５ａ及び４０５ｂは省略している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
受信電極３０３と送信電極３０４は、その各交点にはコンデンサが形成される。そこで、送信電極３０４に交流電圧を印加して、受信電極３０３で電流を検出する。
受信電極３０３に指が近づくと、電気力線（電荷）の一部が指に吸い取られる現象が発生する。すると、コンデンサの静電容量が小さくなり、結果的に当該コンデンサにおいて検出される電流が少なくなる。静電容量方式の位置検出装置は、この現象を検出するものである。
実際の装置では、検出できる電流が極めて微弱なので、オペアンプよりなる周知の電流電圧変換回路を介して電圧に変換した上で増幅する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図５（ｃ）に示すように、従来技術の受信電極３０３の一本分の電極が、プラス側電極４０２とマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂとで構成されているので、図５（ｄ）に示すように、このまま差動増幅が可能である。
このような構成の受信電極３０３であるので、人体の指４０７を介在して混入するノイズも、差動増幅器４０６によって相殺することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
一本のプラス側電極４０２と、その両脇に配置されるマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの組を、「受信電極の組」と定義する。つまり、受信電極の組一組は、従来技術の受信電極一本分に相当する。図５（ｂ）の受信電極５０３ａ及び８０３ｂがこれに該当する。
受信電極の組同士の間隔は、従来技術とほぼ同じと考えてよい。つまり、密集していれば分解能は向上するが、その分受信電極の組の数が増えるので、センサ基板２０６の位置検出面全体をスキャンする際に、時間がかかってしまう。
従来技術でも、電極と電極の間は後述する重心演算による補完で分解能を向上できるので、この分解能が十分確保できる間隔であればよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
位置検出装置６０１は、信号供給回路６０２と、送信電極選択スイッチ６０３と、受信電極選択スイッチ６０４と、アナログ信号処理部６０５と、Ａ／Ｄ変換器６０６と、制御部６０７と、複数の送信電極３０４及び受信電極とからなるマトリクス電極６１９とから構成される。
信号供給回路５０２は交流信号を送信電極３０４に与える回路である。
送信電極選択スイッチ６０３は、後述する制御部６０７の制御により信号供給回路６０２が生成した交流電圧信号を、送信電極３０４を構成する各電極に順番に印加するスイッチである。
受信電極選択スイッチ６０４は、後述する制御部６０７の制御により受信電極３０３を構成する各電極を後段のアナログ信号処理部６０５に順番に接続するスイッチである。
この受信電極選択スイッチ６０４の後続にはアナログ信号処理部６０５が接続され、受信電極選択スイッチ６０４を通じて検出した微弱な電流信号を大きな電圧信号に変換して出力する。
Ａ／Ｄ変換器６０６はアナログ信号処理部６０５が出力する信号の電圧をデジタル値に変換する。
制御部６０７は例えばマイコンよりなり、Ａ／Ｄ変換器６０６が出力するデジタルデータに基づいて、指を検出した位置のデータを算出し、これを出力する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
信号供給回路６０２の内部を説明する。
信号供給回路６０２は、サイン波ＲＯＭ６１２と、読み出し部６１３と、クロック生成器６１４と、Ｄ／Ａ変換器６１５と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１６と、増幅器６１７と、送信制御スイッチ６１８とから構成される。
サイン波ＲＯＭ６１２は、サイン波形のデジタルデータがアドレスを伴って記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）である。
読み出し部６１３は、クロック生成器６１４が生成するクロックに基づいて、サイン波ＲＯＭ６１２を読み出し、サイン波に類似するデジタルデータを出力する。
この読み出し部６１３から出力されたデジタルデータは、Ｄ／Ａ変換器６１５によってアナログ信号に変換される。
Ｄ／Ａ変換器６１５から出力されたアナログ信号はＬＰＦ６１６で不要な高周波成分が除去され、より滑らかなサイン波に整形される。
ＬＰＦ６１６から出力されるサイン波アナログ信号は増幅器６１７で電圧増幅された後、送信制御スイッチ６１８を通じて送信電極選択スイッチ６０３に出力される。この送信制御スイッチ６１８は、制御部６０７の制御により受信側のアナログ信号処理部６０５及びＡ／Ｄ変換器６０６の動作タイミングに合わせてオン・オフされる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、図７を参照して受信電極選択スイッチ６０４及びアナログ信号処理部６０５について詳述する。
受信電極選択スイッチ６０４は、二つのアナログデマルチプレクサ７０２ａ及び７０２ｂから構成されている。
一方のアナログデマルチプレクサ７０２ａは、各受信電極３０３を構成するプラス電極４０２を選択的にアナログ信号処理部６０５に接続するためのスイッチである。他方のアナログデマルチプレクサ７０２ｂは、各受信電極３０３を構成するマイナス電極４０３ａを選択的にアナログ信号処理部６０５に接続するためのスイッチである。
二つのアナログデマルチプレクサ７０２ａ及び７０２ｂは同数の端子を備え、同じアドレス指定データで切替駆動される。このアドレス指定データは制御部６０７から供給される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
差動増幅器４０６の出力信号は、同期検波器７０３に入力される。
同期検波器７０３は、例えば、周知のオペアンプからなるアナログ乗算器である。この同期検波器７０３には、信号供給回路６０２から入力されたサイン波電圧信号（検波信号）と差動増幅器４０６の出力信号とが入力される。そして、この同期検波器７０３は、差動増幅器４０６からの出力信号を同期検波して出力する。この同期検波器７０３から出力された信号は、積分器７０７に入力される。
積分器７０７は、オペアンプ７０４ａとコンデンサＣ７０５とから構成される。この積分器７０７には、リセットスイッチ７０６が接続されている。
リセットスイッチ７０６は、制御部６０７の制御によりオン・オフ制御されるスイッチで、コンデンサＣ７０５と並列に接続されている。そして、このリセットスイッチ７０６のオン・オフにより、コンデンサＣ７０５に電荷が充放電されるようになっている。
そして、同期検波器７０３から出力された信号は、この積分器７０７において積分処理されて出力される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
積分器７０７の出力信号はＡ／Ｄ変換器６０６に入力されアナログ−デジタル変換されて出力される。なおＡ／Ｄ変換器６０６の変換タイミングは制御部６０７によって制御される。
このＡ／Ｄ変換器６０６の出力データは制御部６０７に入力される。制御部６０７は、Ａ／Ｄ変換器６０６から得られたデータを基に、センサ基板２０６に指が近づいているか否かを示す状態情報と、近づいているとしたらどの位置に指が位置しているのかを示す位置情報を出力する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
次に、制御部６０７の構成と動作とを図８に従って説明する。ここで、図８は、制御部６０７のブロック図である。この制御部６０７は、タイミング生成部８０２と、送信電極アドレスカウンタ８０３と、バッファメモリ８０４と、受信電極アドレスカウンタ８０５と、重心演算部８０６とから構成される。
タイミング信号生成部８０２は、信号供給回路６０２とアナログ信号処理部６０５とＡ／Ｄ変換器６０６に、それぞれタイミング信号を出力すると共に、送信電極アドレスカウンタ８０３にクロックを供給する。
送信電極アドレスカウンタ８０３は、タイミング信号生成部８０２から供給されるクロックを計数し、この計数値を送信電極側アドレスとして送信電極選択スイッチ６０３とバッファメモリ８０４に供給する。
送信電極アドレスカウンタ８０３は送信電極３０４の数と同数の最大値まで計数できるカウンタであり、計数値が送信電極３０４の数、すなわち最大値を超えると１に戻るループカウンタを構成している。そして、この送信電極アドレスカウンタ８０３は、最大値から更に係数を進めて１に戻る際、オーバーフロービットが１になる。このオーバーフロービットが出力されて、受信電極アドレスカウンタ８０５に供給される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
受信電極アドレスカウンタ８０５は、送信電極アドレスカウンタ８０３から供給されるオーバーフロービットを計数し、この計数値を受信電極側アドレスとして受信電極選択スイッチ６０４とバッファメモリ８０４に供給する。
この受信電極アドレスカウンタ８０５は受信電極３０３の数と同数の最大値まで計数できるカウンタであり、計数値が受信電極３０３の数を超えると１に戻る、ループカウンタを構成している。そして、この受信電極アドレスカウンタ８０５は最大値から更に係数を進めて１に戻る際、オーバーフロービットが１になる。このオーバーフロービットが出力されて、重心演算部８０６に供給される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
バッファメモリ８０４はＡ／Ｄ変換器６０６から得られたデータを一時的に記憶するメモリである。このバッファメモリ８０４に記憶されるデータのアドレスは、送信電極アドレスカウンタ８０３から出力される送信電極側アドレスと、受信電極アドレスカウンタ８０５から出力される受信電極側アドレスとによって決定される。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
重心演算部８０６は、バッファメモリ８０４内のデータを参照して、指の存在の有無とその位置を演算する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
次に、図６に示す位置検出装置６０１の動作を、図９に示すタイムチャートを用いて説明する。
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は各種信号のタイムチャートである。
送信電極側アドレス（図９（ｂ））は１から始まり値ｎ（ｎは自然数）が最大値である。この値ｎは送信電極３０４を構成する電極の数と等しい。送信電極側アドレスがｎに達すると、受信電極側アドレスが１インクリメントする（図９（ａ））。
受信電極側アドレス（図９（ａ））は１から始まり値ｍ（ｍは自然数）が最大値である。この値ｍは受信電極３０３を構成するプラス側電極４０２とその両脇に配線されるマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂの組の数、すなわち受信電極の組と等しい。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図９（ｃ）は、送信電極側アドレスを示すタイムチャートであり、図９（ｂ）の一部分の時間軸を拡大した状態を示す図である。図９（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は図９（ｃ）のタイムチャートと同じ時間軸にて示すタイムチャートである。
図９（ｄ）は、信号供給回路６０２の出力信号の波形図である。
図９（ｅ）は、制御部６０７から信号供給回路６０２の送信制御スイッチ６１８に与えられる、送信制御信号の波形図である。送信制御スイッチ６１８は送信制御信号が高電位の時（ｔ１〜ｔ２、ｔ６〜ｔ７及びｔ１１〜ｔ１２）にオン状態となり、低電位（ｔ２〜ｔ６及びｔ７〜ｔ１１）の時にオフ状態となる。したがって、信号供給回路６０２の出力信号（図９（ｄ））は、送信制御信号が高電位の時にのみサイン波の信号を出力する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図９（ｆ）は差動増幅器４０６から得られる出力信号の波形図である。指が存在しない箇所では波形は現れない（ｔ１〜ｔ２）が、指が受信電極３０３に近い箇所では信号供給回路６０２から出力された交流電圧信号と同じ波形の信号が現れる（ｔ６〜ｔ７）。受信電極３０３の電極に指が近ければ近いほど、その波形の電位は高くなる（ｔ１１〜ｔ１２）。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図９（ｇ）は積分器７０７の出力信号の波形図である。
図９（ｈ）は制御部６０７からＡ／Ｄ変換器５０６に供給されるトリガ信号の波形図である。
図９（ｉ）は制御部６０７から積分器７０７のリセットスイッチ６０６に与えられる、リセット信号の波形図である。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
トリガ信号（図９（ｈ））は、送信制御信号が低電位の時（ｔ２、ｔ７及びｔ１２）、つまり送信制御スイッチ６１８がオフの時に高電位になる。このトリガ信号はＡ／Ｄ変換器６０６に対する起動パルスであるので、所定の時間を経過したらトリガ信号はオフ制御される（ｔ３、ｔ８及びｔ１３）。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
そして、Ａ／Ｄ変換器６０６が入力電圧のアナログ／デジタル変換処理を完了するのに十分な時間が経過したら、積分器７０７のコンデンサＣ７０５に蓄積されている電荷を放電させるために、リセット信号（図９（ｉ））を高電位にする（ｔ４、ｔ９及びｔ１４）。すると、リセットスイッチ７０６がオン制御され、コンデンサＣ７０５の電荷は放電される。コンデンサＣ７０５に溜まった電荷を放電する時間はごく僅かで済むので、程なくしてリセット信号はオフ制御される（ｔ５、ｔ９及びｔ１５）。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図１０はバッファメモリ８０４とアドレスの関係を示す概略図である。
バッファメモリ８０４は、マトリクス電極６１９の交点の数と等しいバイト数のメモリである。マトリクス電極６１９の各交点は、送信電極側アドレスと受信電極側アドレスの組で特定される。
各交点で検出された信号強度は、バッファメモリ８０４に記憶される。
全ての交点の信号強度を検出したら、バッファメモリ８０４には全ての交点の信号強度の値が格納されている。図１０は、その時の状態を模式的に示すものである。
バッファメモリ８０４の、指が存在する範囲では、信号強度の値が指の中心に向かって大きくなっている。重心演算部７０６は、このような信号強度の値の分布を検出し、その中心点、つまり重心を演算する。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
以上、図６乃至図１０で説明した位置検出装置６０１は、マトリクス電極６１９の構成を除き、従来技術の静電容量方式の位置検出装置の信号処理と殆ど変わらない。特に、ハードウェアとして構成される信号供給回路６０２、アナログ信号処理部６０５及びＡ／Ｄ変換器６０６は、殆ど設計変更を要しない。
プログラムにて実現される制御部６０７の、タイミング信号生成部８０２、送信電極アドレスカウンタ８０３、受信電極アドレスカウンタ８０５、そして重心演算部８０６を、マトリクス電極６１９に合わせて変更するだけでよい。
つまり、本実施形態の位置検出装置６０１は、従来技術の静電容量方式の位置検出装置のハードウェア構成はほぼそのままに、ソフトウェアをマトリクス電極６１９に合わせて変更するだけで、容易に実現できる。そして、出来上がった位置検出装置６０１は、従来技術の静電容量方式の位置検出装置と比べると、人体の指から混入するノイズを差動増幅器４０６で効果的に相殺することができる。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
（２）受信電極３０３を構成する各電極は、中央に配置した電極をプラス側電極４０２とし、その両脇に配置した電極をマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂと定義したが、必ずしも差動増幅器４０６のプラス側入力端子が電極の中心に位置する電極をプラス側電極４０２にしなくてもよい。つまり、差動増幅器４０６と電極の極性は逆であっても良く、例えば、中央の電極を「マイナス側電極」とし、その両脇の電極を「プラス側電極」として、差動増幅器４０６に接続してもよい。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
（３）送信電極は、その中央に位置するプラス側電極４０２が、その両脇に配置されるマイナス側電極４０３ａ及び４０３ｂよりも太い構成でなくてもよい。
図１１は、別の受信電極及び受信電極選択スイッチの構成を示す概略図である。
受信電極１１０３は、均等な太さの導体が並んでいる。
受信電極選択スイッチ１１０４は、受信電極１１０３の複数の導体を、アナログ信号処理部６０５のプラス側端子に、更にその両脇に存在する導体を、アナログ信号処理部６０５のマイナス側端子に、それぞれ接続している。つまり、受信電極選択スイッチ１１０４がアナログ信号処理部６０５のプラス側端子或はマイナス側端子に接続する導体の本数で、送信電極の太さと実質的に等価な電気的特性を実現する。
図１１に示す受信電極１１０３及び受信電極選択スイッチ１１０４の構成を採る場合、受信電極選択スイッチ１１０４の接続状態で、一本の導体をアナログ信号処理部６０５のプラス側端子或はマイナス側端子のどちらにも、自由に接続することができる。したがって、受信電極選択スイッチ１１０４の接続パターンを、受信電極１１０３を構成する導体の一本単位で移動できるので、指の位置を検出するための分解能を向上させることができる。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本実施形態においては、位置検出装置を開示した。
受信電極を構成する各々の受信電極を三分割し、中心の電極を差動増幅器のプラス側入力端子に、両脇の電極を差動増幅器のマイナス側入力端子に接続することで、人体の指から混入するノイズを差動増幅器で効果的に相殺することができる。その際、従来技術の静電容量方式の位置検出装置のハードウェア構成はほぼそのままに、ソフトウェアをマトリクス電極に合わせて変更するだけで、容易に実現できる。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
１０１…表示機能付入力装置、１０２…液晶モジュール部、１０３…ケース部、１０４…保護板、１０５…樹脂フレーム、１０６…金属ベゼル、１０７…上ケース、１０８…下ケース、１０９…凹部、２０２…シルク印刷面、２０３…液晶セル、２０４…導光板、２０５…バックライト、２０６…センサ基板、２０７…支持板、３０２…絶縁フィルム、３０３…受信電極、３０４…送信電極、３０５…絶縁フィルム、３０６…絶縁フィルム、４０２…プラス側電極、４０３ａ、４０３ｂ…マイナス側電極、４０５ａ、４０５ｂ…電流電圧変換回路、４０６…差動増幅器、４０７…指、５０３ａ、５０３ｂ…受信電極、６０１…位置検出装置、６０２…信号供給回路、６０３…送信電極選択スイッチ、６０４…受信電極選択スイッチ、６０５…アナログ信号処理部、６０６…Ａ／Ｄ変換器、６０７…制御部、６１２…サイン波ＲＯＭ、６１３…読み出し部、６１４…クロック生成器、６１５…Ｄ／Ａ変換器、６１６…ＬＰＦ、６１７…増幅器、６１８…送信制御スイッチ、６１９…マトリクス電極、７０２ａ、７０２ｂ…アナログデマルチプレクサ、７０３…同期検波器、７０４…オペアンプ、Ｃ７０５…コンデンサ、７０６…リセットスイッチ、８０２…タイミング信号生成部、８０３…送信電極アドレスカウンタ、８０４…バッファメモリ、８０５…受信電極アドレスカウンタ、８０６…重心演算部、１１０３…受信電極、１１０４…受信電極選択スイッチ
【手続補正３２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2011008723.tif 000014
【手続補正３３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2011008723.tif 000015
【手続補正３４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2011008723.tif 000016