特許 6736758 入力装置とその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6736758

(24)【登録日】2020年7月17日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】入力装置とその制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20200728BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 512

   G06F3/041 470

【請求項の数】12

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2019-502939(P2019-502939)

(86)(22)【出願日】2018年2月22日

(86)【国際出願番号】JP2018006537

(87)【国際公開番号】WO2018159460

(87)【国際公開日】20180907

【審査請求日】2019年3月5日

(31)【優先権主張番号】特願2017-40812(P2017-40812)

(32)【優先日】2017年3月3日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(72)【発明者】

【氏名】藤由 達巳

【審査官】 ▲高▼瀬 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１２１９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２８３９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出領域に対する物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
前記検出領域に配置された検出電極と、
前記検出領域に配置され、前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記検出電極において第１交流電圧が生じるように前記検出電極へ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号を出力する電荷検出部と、
周波数及び位相が前記第１交流電圧と等しい第２交流電圧を前記複数の駆動電極の各々に印加し、前記第２交流電圧の振幅を前記駆動電極ごとに変更可能な駆動部と、
前記駆動部が前記複数の駆動電極の各々に印加する前記第２交流電圧の振幅の組み合わせである振幅パターンを切り替える制御部とを有し、
前記制御部は、
予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて前記振幅パターンの切り替えを行い、
前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、１つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極に同一の振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第２交流電圧を印加する、
入力装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記第１交流電圧と同じ振幅を持った前記第２交流電圧を前記残りの駆動電極に印加する、
請求項１に記載の入力装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧を前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極に印加する、
請求項２に記載の入力装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記一群の駆動電極に含まれる一部の前記駆動電極に前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、前記一群の駆動電極に含まれる他の一部の前記駆動電極に前記第１交流電圧より小さい振幅を持った前記第２交流電圧を印加する、
請求項２に記載の入力装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記キャパシタの位置が隣接する２つの前記駆動電極の一方に前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、当該２つの駆動電極の他方に前記第１交流電圧より小さい振幅を持った前記第２交流電圧を印加する、
請求項４に記載の入力装置。

【請求項6】

前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記一群の駆動電極の数と前記残りの駆動電極の数とを一致させ、前記一群の駆動電極に印加する前記第２交流電圧の振幅を前記第１交流電圧の振幅より大きくし、前記残りの駆動電極に印加する前記第２交流電圧の振幅を前記第１交流電圧の振幅より小さくする、
請求項１に記載の入力装置。

【請求項7】

前記系列を構成する各々の前記振幅パターンは、第１振幅パターン又は第２振幅パターンのいずれかであり、
前記制御部は、
前記第１振幅パターンにおいて、第１振幅を持った前記第２交流電圧を前記１つの駆動電極に印加するとともに、第３振幅を持った前記第２交流電圧を前記残りの駆動電極に印加し、
前記第２振幅パターンにおいて、前記第１振幅より小さい第２振幅を持った前記第２交流電圧を前記１つの駆動電極に印加するとともに、前記第３振幅を持った前記第２交流電圧を前記残りの駆動電極に印加し、
前記第１振幅パターンにおいて前記１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタと、前記第２振幅パターンにおいて前記１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタとが、前記検出領域において交互に並んでいる、
請求項１又は２に記載の入力装置。

【請求項8】

前記検出電極に隣接して配置されたシールド電極と、
前記第１交流電圧を発生して前記シールド電極に印加する電圧発生部とを有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の入力装置。

【請求項9】

前記電荷検出部は、前記検出電極の電圧と前記シールド電極の電圧とが等しくなるように前記検出電極へ電荷を供給し、供給した電荷に応じた前記検出信号を出力する、
請求項８に記載の入力装置。

【請求項10】

複数の前記検出電極を有する、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の入力装置。

【請求項11】

前記検出領域の表面は、操作者によって操作される操作面を含む、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の入力装置。

【請求項12】

検出領域に対する物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置の制御方法であって、
前記入力装置は、
前記検出領域に配置された検出電極と、
前記検出領域に配置され、前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記検出電極において第１交流電圧が生じるように前記検出電極へ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号を出力する電荷検出部と、
周波数及び位相が前記第１交流電圧と等しい第２交流電圧を前記複数の駆動電極の各々に印加し、前記第２交流電圧の振幅を前記駆動電極ごとに変更可能な駆動部とを有し、
前記制御方法は、
前記駆動部が前記複数の駆動電極の各々に印加する前記第２交流電圧の振幅の組み合わせである振幅パターンを、予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて切り替えることと、
前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、１つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極に同一の振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第２交流電圧を印加することとを有する、
入力装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置とその制御方法に係り、例えば指やペンなどによる操作を検出するタッチパネルやタッチパッドなどの入力装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

タッチパッドやタッチパネルなどに用いられる静電容量方式のセンサには、一般に相互容量型と自己容量型がある。相互容量型のセンサでは、駆動電極と検出電極の間における静電容量（相互容量）の変化が検出され、自己容量型のセンサでは、検出電極と接地（グランド）の間における静電容量（自己容量）の変化が検出される。

【0003】

相互容量型のセンサでは、１つの検出電極と複数の駆動電極との間に相互容量が形成される。そのため、異なる複数の位置における物体の検出を１つの検出電極で行うことが可能であり、電極配線や検出回路が少なくなるという利点がある。しかしながら、検出電極と駆動電極との間の相互容量は通常数ｐＦであり、指などの近接による相互容量の変化は数１００ｆＦ以下と更に小さな値であることから、相互容量型のセンサは一般に検出感度が低いという不利益がある。

【0004】

他方、指などの近接による自己容量の変化は相互容量の変化に比べて大きいため、自己容量型のセンサは相互容量型のセンサに比べて検出感度が高いという利点がある。しかしながら、１つの検出電極上における物体の近接位置を自己容量の変化によって見分けることができないことから、自己容量型のセンサでは検出位置の数に比例して電極配線や検出回路が多くなるという不利益がある。

【0005】

このように、相互容量型のセンサと自己容量型のセンサには一長一短がある。そこで、下記の特許文献１には、高い感度が要求されるホバー検出と、マルチタッチの検出が要求されるタッチ検出との両方を実現するために、自己容量型の検出と相互容量型の検出とを切り換えて実行する装置が記載されている。また、下記の特許文献２には、自己容量型の検出と相互容量型の検出を同時に行い、両方の検出結果が含まれた検出信号を出力することが可能な入力装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５５９２９４８号明細書

【特許文献2】特開２０１５−１２１９５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載される装置では、自己容量型の検出と相互容量型の検出とを同時に行うことができないため、指の近接を検知する時間や、指の近接位置を特定する時間が長くなるという不利益がある。

【0008】

また特許文献２に記載される装置では、１つの検出電極に複数の駆動電極が交差して配置されており、検出電極と複数の駆動電極との間にはそれぞれキャパシタ（相互容量）が形成される。複数の駆動電極のうち、一部の駆動電極には検出電極の電圧と同相の駆動電圧が印加され、残りの駆動電極には検出電極の電圧と逆相の駆動電圧が印加される。駆動電圧が逆相の駆動電極では、駆動電圧が同相の駆動電極に比べてキャパシタの電圧変化が大きくなり、キャパシタに供給される電荷量が大きくなる。逆相の駆動電圧が印加される駆動電極の数が多くなると、検出電極に指が近接していない定常状態で検出電極の全体のキャパシタに供給される電荷量が大きくなる。定常状態の電荷量が大きいほど、検出電極の全キャパシタの検出結果として得られる検出信号のオフセット成分が大きくなる。検出信号のオフセット成分が大きくなることにより、検出信号を増幅するアンプにおけるダイナミックレンジが制限されてしまい、検出感度が低下するという不利益がある。

【0009】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自己容量型の検出と相互容量型の検出とを同時に行うことが可能であり、良好な検出感度が得られる入力装置とその制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１の観点は、検出領域に対する物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置に関する。この入力装置は、前記検出領域に配置された検出電極と、前記検出領域に配置され、前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、前記検出電極において第１交流電圧が生じるように前記検出電極へ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号を出力する電荷検出部と、周波数及び位相が前記第１交流電圧と等しい第２交流電圧を前記複数の駆動電極の各々に印加し、前記第２交流電圧の振幅を前記駆動電極ごとに変更可能な駆動部と、前記駆動部が前記複数の駆動電極の各々に印加する前記第２交流電圧の振幅の組み合わせである振幅パターンを切り替える制御部とを有する。前記制御部は、予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて前記振幅パターンの切り替えを行い、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、１つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極に同一の振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第２交流電圧を印加する。

【0011】

この構成によれば、前記検出電極には、前記電荷検出部から周期的に電荷が供給されることにより、前記第１交流電圧が生じる。また前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される前記複数の駆動電極の各々には、前記駆動部により、周波数及び位相が前記第１交流電圧と等しい前記第２交流電圧が印加される。前記振幅パターンは、前記複数の駆動電極の各々に印加される前記第２交流電圧の振幅の組み合わせであり、予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて、前記振幅パターンの切り替えが行われる。

【0012】

前記検出電極に指等の物体が近接すると、前記検出電極と前記物体との間にキャパシタが形成される。前記検出電極と前記物体との近接の度合いに応じて当該キャパシタの静電容量（自己容量）が変化すると、前記電荷検出部から前記検出電極へ供給される電荷量が変化し、これに応じて前記検出信号が変化する。すなわち、前記検出信号には、前記検出電極と前記物体との間の自己容量に関わる成分が含まれる。この自己容量に関わる成分に基づいて、前記検出電極に対する前記物体の近接の有無や近接度合いを検出することが可能となる。

【0013】

また、前記検出電極と前記駆動電極との間に形成される前記キャパシタに前記物体が近接した場合、当該キャパシタの静電容量（相互容量）が変化し、この相互容量の変化に応じて前記検出信号が変化する。すなわち、前記検出信号には、前記検出電極と前記物体との間の相互容量に関わる成分も含まれる。前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、１つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極には、同一の振幅を持った前記第２交流電圧が印加され、前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には、前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第２交流電圧が印加される。そのため、１つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタに前記物体が近接した場合と、前記残りの電極と前記検出電極との間に形成されるキャパシタに前記物体が近接した場合とでは、相互容量の変化に応じた前記検出信号の変化の大きさが異なる。従って、前記検出信号に含まれる相互容量の成分が前記振幅パターンに応じて異なることに基づいて、前記検出電極上のどの部分に前記物体が近接しているかを識別することが可能となる。

【0014】

前記駆動電極に印加される前記第２交流電圧と前記検出電極に生じる前記第１交流電圧とは、周波数及び位相が等しいため、これらの位相が逆の場合に比べて、前記駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタの電圧の変化が抑制される。このキャパシタの電圧変化が小さくなると、前記物体の近接の有無に関わらず前記キャパシタへ供給される電荷が小さくなるため、前記検出信号のオフセット成分が小さくなる。従って、自己容量や相互容量の変化による前記検出信号のダイナミックレンジが、前記検出信号のオフセット成分によって制限され難くなるため、検出感度を高め易くなる。

【0015】

好適に、前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記第１交流電圧と同じ振幅を持った前記第２交流電圧を前記残りの駆動電極に印加してよい。

【0016】

この構成によれば、前記検出電極に生じる前記第１交流電圧と前記残りの駆動電極に印加される前記第２交流電圧とが同じ振幅になるため、前記残りの駆動電極と前記検出電極との間に形成されるキャパシタへ供給される電荷量がゼロになる。従って、前記物体の近接の有無に関わらず前記キャパシタへ供給される電荷が小さくなるため、前記検出信号のオフセット成分が小さくなる。

【0017】

好適に、前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧を前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極に印加してよい。

【0018】

この構成によれば、前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧が前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極に印加される。そのため、前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極と前記検出電極との間における相互容量の変化に応じて前記検出電極に供給される電荷の極性と、前記検出電極と前記物体との間における自己容量の変化に応じて前記検出電極に供給される電荷の極性とが逆になる。また、前記物体と前記検出電極との距離が変化した場合、相互容量の変化の方向と自己容量の変化の方向とが逆になる（一方が大きくなると他方が小さくなる）。従って、前記物体と前記検出電極との距離が変化した場合、相互容量の変化に応じて前記検出電極に供給される電荷が変化する方向と、自己容量の変化に応じて前記検出電極に供給される電荷が変化する方向とが一致する。これにより、両者の電荷の変化が打ち消し合うことがないため、前記物体と前記検出電極との距離に対する前記検出信号の線形性の劣化が抑制される。

【0019】

好適に、前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記一群の駆動電極に含まれる一部の前記駆動電極に前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、前記一群の駆動電極に含まれる他の一部の前記駆動電極に前記第１交流電圧より小さい振幅を持った前記第２交流電圧を印加してよい。
例えば、前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記キャパシタの位置が隣接する２つの前記駆動電極の一方に前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、当該２つの駆動電極の他方に前記第１交流電圧より小さい振幅を持った前記第２交流電圧を印加してよい。

【0020】

この構成によれば、前記第１交流電圧より大きい振幅を持った前記第２交流電圧が印加される前記一部の駆動電極と、前記第１交流電圧より小さい振幅を持った前記第２交流電圧が印加される前記他の一部の駆動電極とにおいて、相互容量の変化に応じた電荷の変化の極性が逆になっている。そのため、相互容量の変化に応じた電荷の変化の極性が異なる前記振幅パターンを用いて、１つの前記駆動電極についての異なる前記検出信号を得ることが可能になる。従って、前記異なる検出信号により、前記１つの駆動電極における相互容量の変化が感度良く検出される。
また、前記一部の駆動電極と前記他の一部の駆動電極とにおいて、相互容量の変化に応じた電荷の変化の極性が逆になっているため、両者の電荷の変化が打ち消し合い、前記検出電極へ供給される全体の電荷が小さくなる。そのため、前記検出信号のオフセット成分が小さくなる。

【0021】

好適に、前記制御部は、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、前記一群の駆動電極の数と前記残りの駆動電極の数とを一致させ、前記一群の駆動電極に印加する前記第２交流電圧の振幅を前記第１交流電圧の振幅より大きくし、前記残りの駆動電極に印加する前記第２交流電圧の振幅を前記第１交流電圧の振幅より小さくしてよい。

【0022】

この構成によれば、前記一群の駆動電極に印加する前記第２交流電圧の振幅が前記第１交流電圧の振幅より大きくなり、前記残りの駆動電極に印加する前記第２交流電圧の振幅が前記第１交流電圧の振幅より小さくなる。これにより、前記一群の駆動電極における１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成されるキャパシタに供給される電荷の極性と、前記残りの駆動電極における１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成されるキャパシタに供給される電荷の極性とが逆になり、これらの電荷が互いに打ち消し合う。更に、前記一群の駆動電極の数と前記残りの駆動電極の数とが等しいため、前記一群の駆動電極の全体と前記検出電極との間に形成されるキャパシタに供給される電荷の量と、前記残りの駆動電極の全体と前記検出電極との間に形成されるキャパシタの供給される電荷の量とが近くなり、両者の電荷の和が小さくなる。従って、前記物体の近接の有無に関わらず前記キャパシタへ供給される全体の電荷が小さくなるため、前記検出信号のオフセット成分が小さくなる。

【0023】

好適に、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンは、第１振幅パターン又は第２振幅パターンのいずれかであってよい。前記制御部は、前記第１振幅パターンの場合、第１振幅を持った前記第２交流電圧を前記１つの駆動電極に印加するとともに、第３振幅を持った前記第２交流電圧を前記残りの駆動電極に印加し、前記第２振幅パターンの場合、前記第１振幅より小さい第２振幅を持った前記第２交流電圧を前記１つの駆動電極に印加するとともに、前記第３振幅を持った前記第２交流電圧を前記残りの駆動電極に印加してよい。前記第１振幅パターンにおいて前記１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタと、前記第２振幅パターンにおいて前記１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタとが、前記検出領域において交互に並んでいてよい。

【0024】

この構成によれば、前記第１振幅パターンにおいて前記１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタ（以下、第１キャパシタと記す場合がある。）と、前記第２振幅パターンにおいて前記１つの駆動電極と前記検出電極との間に形成される前記キャパシタ（以下、第２キャパシタと記す場合がある。）とでは、印加される前記第２交流電圧の振幅が異なるため、それぞれの静電容量（相互容量）の変化に応じた電荷の変化量が異なる。また、前記検出領域において前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとが交互に並んでいるため、前記検出領域には、互いに隣接する位置関係にある前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとが存在する。従って、前記検出領域において前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとが隣接関係にある前記第１振幅パターンの検出信号と前記第２振幅パターンの検出信号との違いに基づいて、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとが隣接する位置における前記物体の近接の度合いに関する情報が得られる。

【0025】

好適に、上記入力装置は、前記検出電極に隣接して配置されたシールド電極と、前記第１交流電圧を発生して前記シールド電極に印加する電圧発生部とを有してよい。

【0026】

この構成によれば、前記検出電極に隣接して前記シールド電極が配置されるため、前記検出電極に対する不要な静電結合が減少する。また、前記シールド電極と前記検出電極とが同じ電圧になるため、前記シールド電極と前記検出電極との間に形成される寄生キャパシタには電荷が供給されない。

【0027】

好適に、前記電荷検出部は、前記検出電極の電圧と前記シールド電極の電圧とが等しくなるように前記検出電極へ電荷を供給し、供給した電荷に応じた前記検出信号を出力してよい。

【0028】

好適に、前記入力装置は複数の前記検出電極を有してよい。

【0029】

好適に、前記検出領域の表面は、操作者によって操作される操作面を含んでよい。

【0030】

本発明の第２の観点は、検出領域に対する物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する入力装置の制御方法に関する。前記入力装置は、前記検出領域に配置された検出電極と、前記検出領域に配置され、前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、前記検出電極において第１交流電圧が生じるように前記検出電極へ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号を出力する電荷検出部と、周波数及び位相が前記第１交流電圧と等しい第２交流電圧を前記複数の駆動電極の各々に印加し、前記第２交流電圧の振幅を前記駆動電極ごとに変更可能な駆動部とを有する。前記制御方法は、前記駆動部が前記複数の駆動電極の各々に印加する前記第２交流電圧の振幅の組み合わせである振幅パターンを、予め定められた前記振幅パターンの系列に基づいて切り替えることと、前記系列を構成する各々の前記振幅パターンにおいて、１つの前記駆動電極又は一群の前記駆動電極を除いた残りの前記駆動電極に同一の振幅を持った前記第２交流電圧を印加し、前記１つの駆動電極又は前記一群の駆動電極には前記残りの駆動電極とは異なる振幅を持った前記第２交流電圧を印加することとを有する。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、自己容量型の検出と相互容量型の検出とを同時に行うことが可能であり、良好な検出感度が得られる入力装置とその制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図１の点線Ｐ−Ｐ’におけるセンサ部の断面を例示する図である。

【図3】センサ部と静電容量検出部の構成の一例を示す図である。

【図4】電荷検出部の構成の一例を示す図である。

【図5】センサ部の検出電極に指が接近した場合の等価回路を示す図である。

【図6】第１の実施形態における第２交流電圧の振幅パターンの例を示す図である。

【図7】センサ部に指が近接していない状態の等価回路を示す図である。

【図8】図６の「Ａ」の部分に指が近接する状態の等価回路を示す図である。

【図9】図６の「Ｂ」の部分に指が近接する状態の等価回路を示す図である。

【図10】指の近接による相互容量の減少を説明するための図である。

【図11】図６の振幅パターンの次に切り替わる振幅パターンの例を示す図である。

【図12】第１の実施形態における振幅パターンの他の例を示す図である。

【図13】第２の実施形態における振幅パターンの例を示す図である。

【図14】図１３の振幅パターンの次に切り替わる振幅パターンの例を示す図である。

【図15】振幅パターンに応じて変化する検出値の例を示す図である。

【図16】第３の実施形態における振幅パターンの例を示す図である。

【図17】図１６の振幅パターンの次に切り替わる振幅パターンの例を示す図である。

【図18】振幅パターンに応じて変化する検出値の例を示す図である。

【図19】第４の実施形態における振幅パターンの例を示す図である。

【図20】第５の実施形態における振幅パターンの例を示す図である。

【図21】振幅パターンに応じて変化する検出値の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態に係る入力装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。図１に示す入力装置は、指やペンなどの物体が近接することで静電容量が変化するセンサ部１０と、センサ部１０の静電容量の変化を検出する静電容量検出部２０と、処理部３０とを有する。本実施形態に係る入力装置は、センサ部１０の検出領域ＡＲに対する物体の位置の変化による静電容量の変化を静電容量検出部２０において検出し、検出した静電容量の変化に応じた情報を入力する装置である。例えば入力装置は、タッチパッドやタッチパネルなどのユーザインターフェース装置である。検出領域ＡＲの表面には、操作者によって操作される操作面が設けられている。

【0034】

（センサ部１０）
センサ部１０は、検出領域ＡＲの複数の検出位置において、指やペンなどの物体が近接することによる静電容量の変化を生じるように構成される。例えばセンサ部１０は、検出領域ＡＲに配置された複数の検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）及び複数の駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）と、検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）に隣接して配置されたシールド電極ＡＳを有する。図１の例において、各検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）は横方向に延びており、各駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）は縦方向に延びている。複数の検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）は縦方向へ平行に配列され、複数の駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）は横方向へ平行に配列される。複数の検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）と複数の駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）とが格子状に交差して配置されており、その交差点の付近において検出電極と駆動電極の間にキャパシタが形成される。図１の例では、検出領域ＡＲに対する物体の位置の変化に応じた静電容量の変化を生じ易くするため、検出電極及び駆動電極の交差点の近くには、ひし形状に膨らんだ部分が設けられている。検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）と駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）は、それぞれ配線を介して静電容量検出部２０に接続される。

【0035】

図２は、図１の点線Ｐ−Ｐ’におけるセンサ部１０の断面を例示する図である。
図２の例において、センサ部１０は７つの層（Ｌ１〜Ｌ７）を有しており、白塗りの部分は絶縁体を表す。物体の接触を考慮して、検出領域ＡＲの操作面となる最上層Ｌ１は絶縁体で覆われる。駆動電極Ｘ３、検出電極Ｙ４及びシールド電極ＡＳは、この順番で上層から下層に向かって配置される。駆動電極Ｘ３、検出電極Ｙ４及びシールド電極ＡＳの層間には、各電極が電気的に独立の電位を取り得るように、絶縁体の層が設けられている。なお、図１の例において、駆動電極Ｘ３は検出電極Ｙ４より上層（検出領域ＡＲの操作面に近い側）に配置されているが、逆の配置でもよい。また、図１の例では、検出領域ＡＲの全体において駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）が検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）より上層に配置されているが、これらの電極の上下関係は部分的に入れ替わってもよい。いずれの場合においても、シールド電極ＡＳは検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）及び駆動電極（Ｘ１〜Ｘ５）より下層（検出領域ＡＲの操作面から離れた側）に配置される。

【0036】

図３は、本実施形態に係る入力装置におけるセンサ部１０と静電容量検出部２０の構成の一例を示す図であり、１つの検出電極Ｙと１つの駆動電極Ｘについて静電容量の検出を行う回路を示す。なお、符号「Ｙ」は複数の検出電極（Ｙ１〜Ｙ４）における任意の１つを示し、符号「Ｘ」は複数の駆動電極（Ｙ１〜Ｙ５）における任意の１つを示す。

【0037】

図３において、符号「Ｃｘｙ」は、駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部付近に形成される駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間のキャパシタ、若しくは当該キャパシタの静電容量である相互容量を示す。符号「Ｃａｓ」は、検出電極Ｙとシールド電極ＡＳとの間に形成されるキャパシタ、若しくは、当該キャパシタの静電容量であるシールド容量を示す。なお、これらのキャパシタの他に、検出電極ＹとグランドＧＮＤとの間には、指などの物体の近接によるキャパシタＣｆｓが形成される。キャパシタＣｆｓの静電容量である自己容量も符号「Ｃｆｓ」で表す。

【0038】

（静電容量検出部２０）
静電容量検出部２０は、シールド電極ＡＳに第１交流電圧Ｖ１を印加する電圧発生部２５と、複数の駆動電極Ｘの各々に第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動部２４と、検出電極Ｙに接続される電荷検出部２２と、アナログ−デジタル変換器２３と、制御部２１を有する。

【0039】

電圧発生部２５は、周期的にレベルが変化する第１交流電圧Ｖ１を発生し、シールド電極ＡＳに印加する。以下では例として、第１交流電圧Ｖ１の波形は、基準電圧Ｖｒｅｆを中心として周期的に振動する矩形波とする。

【0040】

駆動部２４は、周波数と位相が概ね第１交流電圧Ｖ１と等しい第２交流電圧Ｖ２を複数の駆動電極Ｘの各々に印加する。以下では例として、第２交流電圧Ｖ２の波形も第１交流電圧Ｖ１と同様に、基準電圧Ｖｒｅｆを中心として周期的に振動する矩形波とする。駆動部２４は、後述する制御部２１の制御に従って、第２交流電圧Ｖ２の振幅を駆動電極Ｘごとに変更することができる。

【0041】

なお、第１交流電圧Ｖ１、第２交流電圧Ｖ２の波形は矩形波に限らず、正弦波などの他の周期的な波形でもよい。

【0042】

電荷検出部２２は、シールド電極ＡＳと同じ第１交流電圧Ｖ１が検出電極Ｙにおいて生じるように検出電極Ｙへ周期的に電荷を供給し、供給した電荷に応じた検出信号Ｓを出力する。

【0043】

シールド電極ＡＳと検出電極Ｙとの間や、駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間には、図３において示すようにキャパシタ（Ｃａｓ、Ｃｘｙ等）が形成される。そのため、交流電圧（第１交流電圧Ｖ１、第２交流電圧Ｖ２）の印加によってシールド電極ＡＳの電圧や駆動電極Ｘの電圧が変化すると、検出電極Ｙの電圧も変化する。電荷検出部２２は、この検出電極Ｙの電圧の変化とシールド電極ＡＳの電圧の変化とが一致するように、検出電極Ｙへ正又は負の電荷を供給する。

【0044】

シールド電極ＡＳに印加される第１交流電圧Ｖ１の振幅は一定であり、駆動電極Ｘに印加される第２交流電圧Ｖ２の振幅は制御部２１の制御に従って設定される。そのため、交流電圧（第１交流電圧Ｖ１、第２交流電圧Ｖ２）の一回のレベル変化に伴って電荷検出部２２から検出電極Ｙに供給される電荷は、検出電極Ｙに形成されるキャパシタ（Ｃｘｙ、Ｃｆｓ等）の静電容量に応じた大きさを持つ。従って、この電荷に応じた電荷検出部２２の検出信号Ｓは、検出電極Ｙに形成されるキャパシタ（Ｃｘｙ、Ｃｆｓ等）の静電容量に応じた信号となる。

【0045】

図４は、電荷検出部２２の構成の一例を示す図である。図４に示す電荷検出部２２は、演算増幅器２２１と、電荷リセット回路２２２と、キャパシタＣｉｎｔとを有する。演算増幅器２２１の非反転入力端子はシールド電極ＡＳに接続され、反転入力端子は検出電極Ｙに接続される。キャパシタＣｉｎｔは、演算増幅器２２１の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられる。演算増幅器２２１の出力端子から検出信号Ｓが出力される。

【0046】

電荷リセット回路２２２は、後述する振幅パターンの切り替えを行う際、キャパシタＣｉｎｔに蓄積される電荷をリセットする回路であり、キャパシタＣｉｎｔと並列接続されたスイッチＳＷを含む。スイッチＳＷは、キャパシタＣｉｎｔに蓄積された電荷をリセットする場合にオンし、検出信号Ｓを出力する期間においてオフする。

【0047】

電荷検出部２２は、複数の検出電極Ｙにそれぞれ１つずつ設けられてもよいし、切り替え回路を用いて複数の検出電極Ｙを１つの電荷検出部２２に接続してもよい。電荷検出部２２が複数の場合、アナログ−デジタル変換器２３は、複数の電荷検出部２２の後段に１つずつ設けられてもよいし、切り替え回路を用いて複数の電荷検出部２２を１つのアナログ−デジタル変換器２３に接続してもよい。

【0048】

アナログ−デジタル変換器２３は、電荷検出部２２から出力される検出信号Ｓをデジタル信号Ｄに変換する。アナログ−デジタル変換器２３は、例えば、制御部２１から供給されるタイミング信号に同期したタイミングでアナログ−デジタル変換を行う。

【0049】

制御部２１は、入力装置における各部の動作を制御する。制御部２１は、例えば、特定の処理を実行するように構成されたハードウェア（ロジック回路）を含んでもよいし、ソフトウェア（プログラム）に基づいて処理を実行するコンピュータを含んでもよい。制御部２１は、全ての処理をハードウェアで実行してもよいし、少なくとも一部の処理をコンピュータとソフトウェアによって実行してもよい。

【0050】

制御部２１は、駆動部２４が複数の駆動電極Ｘの各々に印加する第２交流電圧Ｖ２の振幅の制御を行う。ここで、駆動部２４が複数の駆動電極Ｘの各々に印加する第２交流電圧Ｖ２の振幅の組み合わせを「振幅パターン」と呼ぶことにすると、制御部２１は、この振幅パターンを、予め決められた振幅パターンの系列に基づいて順に切り替える。

【0051】

制御部２１は、振幅パターンの系列を構成する各々の振幅パターンにおいて、１つの駆動電極Ｘを除いた残りの駆動電極Ｘに同一の振幅を持った第２交流電圧Ｖ２を印加し、当該１つの駆動電極Ｘには残りの駆動電極Ｘと異なる振幅を持った第２交流電圧Ｖ２を印加する。具体的には、制御部２１は、各々の振幅パターンにおいて、１つの駆動電極Ｘに第１交流電圧Ｖ１より大きい振幅ＶＨを持った第２交流電圧Ｖ２を印加し、残りの駆動電極Ｘには第１交流電圧Ｖ１と同じ振幅ＶＤを持った第２交流電圧Ｖ２を印加する。制御部２１は、振幅パターンを切り替えることにより、全ての駆動電極Ｘへ振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を順に印加する。

【0052】

また制御部２１は、各振幅パターンにおいて電荷検出部２２から検出信号Ｓを出力させ、アナログ−デジタル変換器２３において検出信号Ｓをデジタル信号Ｄに変換するための制御を行う。制御部２１は、１つの振幅パターンを別の振幅パターンへ切り替える場合、電荷検出部２２のキャパシタＣｉｎｔに蓄積される電荷を電荷リセット回路２２２によってリセットする。そして制御部２１は、新たな振幅パターンに切り替わった後、リセット状態のキャパシタＣｉｎｔにおいて電荷を蓄積させる。制御部２１は、各振幅パターンにおいて電荷検出部２２から出力される検出信号Ｓを、アナログ−デジタル変換器２３においてデジタル信号Ｄに変換する。

【0053】

（処理部３０）
処理部３０は、静電容量検出部２０の検出結果（デジタル信号Ｄ）に基づいて、各振幅パターンにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙに供給される電荷に応じた検出値ＳＤを取得する。例えば処理部３０は、振幅パターンごとに静電容量検出部２０から出力される交流のデジタル信号Ｄと第１交流電圧Ｖ１に同期した交流の基準信号とを乗算し、その乗算結果の信号に含まれる高周波成分をローパスフィルタによって減衰させることにより、デジタル信号Ｄの振幅に応じた検出値ＳＤを取得する。処理部３０は、振幅パターンごとに得られる検出値ＳＤに基づいて、例えば物体が近接した位置の座標や、物体の大きさ（接触範囲）などを算出する。処理部３０は、例えば、ソフトウェアに基づいて処理を実行するコンピュータを含む。処理部３０の処理は、全てコンピュータとソフトウェアによって実行してもよいし、少なくとも一部を専用のハードウェアによって実行してもよい。

【0054】

（入力装置の動作）
ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る入力装置の動作を説明する。

【0055】

図５は、センサ部１０に指が接近した場合の等価回路を示す図である。この図では簡単化のため、アナログ−デジタル変換器２３以降を省略して図示している。また、理解を容易にするため、検出電極Ｙ１におけるキャパシタのみを図解している。符号「Ｃｘ１ｙ１」は駆動電極Ｘ１と検出電極Ｙ１との間に形成されるキャパシタとその静電容量を示し、符号「Ｃｘｎｙ１」は駆動電極Ｘｎと検出電極Ｙ１との間に形成されるキャパシタとその静電容量を示す。

【0056】

通常、人体は、センサに近接したときのセンサとの静電容量に比べて十分に大きな静電容量でグランドＧＮＤと結合していることから、指などの人体は実質的にグランドＧＮＤとみなせる。そのため、検出電極Ｙ１に指が近接すると、図５に示すように、指の自己容量ＣｆｓがグランドＧＮＤと検出電極Ｙ１との間に形成されることになる。指の自己容量Ｃｆｓの大きさは、指が検出電極Ｙ１に近接するときの距離によって変化し、距離が短いほど自己容量Ｃｆｓは大きくなる。

【0057】

図６は、本実施形態における第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンの例を示す図である。この図の例では、ｎ本の駆動電極Ｘ１〜Ｘｎが検出電極Ｙ１と交差するように配置され、それらの下層にシールド電極ＡＳが配置されている。駆動電極Ｘと検出電極Ｙは模式的に短冊状に示されているが、この形状に限定されない。図６に示す振幅パターンでは、第１交流電圧Ｖ１より大きな振幅ＶＨを持つ第２交流電圧Ｖ２が駆動電極Ｘ１に印加され、他の駆動電極Ｘ２〜Ｘｎには第１交流電圧Ｖ１と同じ振幅ＶＤを持つ第２交流電圧Ｖ２が印加される。また、シールド電極ＡＳには、振幅ＶＤの第１交流電圧Ｖ１が印加される。駆動電極Ｘ２〜Ｘｎに印加される第２交流電圧Ｖ２は、シールド電極ＡＳに印加される第１交流電圧Ｖ１とほぼ同じ周波数及び位相を持つ。

【0058】

この図６の例において、センサ部１０に指が全く近接していない場合と、二重丸で示す「Ａ」の部分に指が近接する場合と、二重丸で示す「Ｂ」の部分に指が近接する場合について、それぞれ図７〜図９を参照して説明する。

【0059】

まず初めに、指が検出領域ＡＲに近接していない状態の等価回路を図７に示す。駆動電極Ｘ２〜Ｘｎには同一振幅の第２交流電圧Ｖ２が印加されるため、図７では、駆動電極Ｘ２〜Ｘｎと検出電極Ｙ１との間に形成されるｎ−１個のキャパシタを１つのキャパシタＣｒｘｙで表している。検出電極Ｙ１とシールド電極ＡＳとの間には、キャパシタＣａｓが形成される。検出電極Ｙ１とシールド電極ＡＳは、破線で囲まれた電荷検出部２２に接続される。電荷検出部２２は、検出電極Ｙ１とシールド電極ＡＳとの電圧がほぼ等しくなるように検出信号Ｓを出力し、キャパシタＣｉｎｔを介して検出電極Ｙ１に電荷を供給する。電荷検出部２２は、検出電極Ｙ１に供給する電荷に応じた検出信号Ｓを出力する。

【0060】

図７に示すように、駆動電極Ｘ１には振幅ＶＨの矩形波の第２交流電圧Ｖ２が印加され、駆動電極Ｘ２〜Ｘｎには振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が印加され、シールド電極ＡＳには振幅ＶＤの第１交流電圧Ｖ１が印加される。図７における矩形波の上向きの矢印は、同一のタイミングを示す。これらの矩形波の電圧が各電極に印加されるとき、上向きの矢印で示す１つのエッジのタイミングにおいて（ただし、それ以前の動作が収束していると仮定する）、電荷検出部２２のキャパシタＣｉｎｔから検出電極Ｙ１に向かって流入する正の電荷を「Ｑｙ１」とする。この場合、電荷検出部２２の負帰還動作により、検出電極Ｙ１とシールド電極ＡＳはほぼ同じ電圧となるため、シールド容量Ｃａｓに対する電荷の流入はゼロとなる。また、駆動電極Ｘ２〜Ｘｎとシールド電極ＡＳには同相で同じ振幅の交流電圧が印加されるため、キャパシタＣｒｘｙに対する電荷の流入もゼロとなる。従って、電荷検出部２２から検出電極Ｙに供給される電荷Ｑｙ１は、キャパシタＣｘ１ｙ１の静電容量によって、次の式で表される。

【0061】

Ｑｙ１＝−（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｘ１ｙ１ … （１）

【0062】

電荷検出部２２は、この式（１）で表される電荷Ｑｙ１に応じた検出信号Ｓを出力する。

【0063】

次に、図６の「Ａ」の部分に指が近接する状態の等価回路を図８に示す。この場合は、検出電極Ｙ１とグランドＧＮＤとの間に指の自己容量Ｃｆｓが形成される。また、「Ａ」の部分は駆動電極Ｘ１の上であるため、駆動電極Ｘ１と検出電極Ｙ１との間の相互容量は、指が近接していないときの相互容量Ｃｘ１ｙ１に比べて若干減少する。

【0064】

図１０は、指の近接による相互容量の減少を説明するための図である。図１０Ａは、指が近接していない状態で駆動電極Ｘと検出電極Ｙに電位差がある場合の電気力線ＦＬを模式的に表す。この２つの電極は、空間的に絶縁体を介して並んでいるため、静電容量の等価回路は図１０Ｂに示すように相互容量Ｃｘｙとして表すことができる。

【0065】

一方、図１０Ｃは、指が近接した状態を表す図である。この場合は、図１０Ｃに示すように、駆動電極Ｘと検出電極Ｙの間の空間にグランドＧＮＤの電位を持つ導体が存在することになる。そのため、駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間を渡る電気力線ＦＬの一部が、グランドＧＮＤの電位を持つ導体によって遮蔽された状態になる。この場合の等価回路は、図１０Ｄに示すように、駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間の相互容量ＣＭｘｙ、駆動電極ＸとグランドＧＮＤとの間の静電容量Ｃｆｄ、及び、検出電極ＹとグランドＧＮＤとの間の静電容量Ｃｆｓに分割される。従って、指が近接する場合の相互容量ＣＭｘｙは、指が近接していない場合の相互容量Ｃｘｙに比べて小さくなる。すなわち、「Ｃｘｙ＞ＣＭｘｙ」の関係が成立する。

【0066】

相互容量Ｃｘｙと相互容量ＣＭｘｙとの差を「Ｃｐ」（＝Ｃｘｙ−ＣＭｘｙ）とすると、指が近接する場合の相互容量ＣＭｘ１ｙ１は、「Ｃｘ１ｙ１−Ｃｐ」と表せる。このとき、「Ａ」以外の場所では指が近接していないため、駆動電極Ｘ２〜Ｘｎと検出電極Ｙ１との間の相互容量は「Ｃｒｘｙ」で変わらない。駆動電極Ｘ１、Ｘ２〜Ｘｎ及びシールド電極ＡＳに図示するような振幅を持つ矩形波の交流電圧を印加する場合、矢印で示す１つのエッジのタイミングにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１へ流入する正の電荷を「Ｑｙ１’」とすると、電荷Ｑｙ１’は次の式で表される。

【0067】

Ｑｙ１’＝−（ＶＨ−ＶＤ）・（Ｃｘ１ｙ１−Ｃｐ）＋ＶＤ・Ｃｆｓ
… （２）

【0068】

次に、図６の「Ｂ」の部分に指が近接する状態の等価回路を図９に示す。
この場合も、検出電極Ｙ１上に指が近接することによって、その場所における相互容量が減少する。ただし、図８の場合と異なり、駆動電極Ｘ１とは別の駆動電極Ｘ２に指が近接するため、駆動電極Ｘ２〜Ｘｎと検出電極Ｙ１との間に形成される相互容量ＣＭｒｘｙは、図８の場合における相互容量Ｃｒｘｙに比べて「Ｃｐ」だけ小さくなる（ＣＭｒｘｙ＝Ｃｒｘｙ−Ｃｐ）。駆動電極Ｘ１、Ｘ２〜Ｘｎ及びシールド電極ＡＳに図示するような振幅を持つ矩形波の交流電圧を印加する場合、矢印で示す１つのエッジのタイミングにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１へ流入する正の電荷を「Ｑｙ１’’」とすると、この電荷Ｑｙ１’’は次の式で表される。

【0069】

Ｑｙ１’’＝−（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｘ１ｙ１＋ＶＤ・Ｃｆｓ … （３）

【0070】

指の自己容量Ｃｆｓは、指の近接の有無による相互容量の差Ｃｐに比べて大きく、自己容量Ｃｆｓは相互容量の差Ｃｐの３倍以上であることが知られている。

【0071】

Ｃｆｓ＞Ｃｐ … （４）

【0072】

また、振幅ＶＨは振幅ＶＤより大きいため（ＶＨ＞ＶＤ）、式（１）〜（３）における「ＶＨ−ＶＤ」の項は正である。そのため、指が近接していない状態（図７）、「Ａ」の部分に指が近接した状態（図８）、及び、「Ｂ」の部分に指が近接した状態（図９）のそれぞれにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１に流入する正の電荷には、次の関係が成立する。

【0073】

Ｑｙ１’＞Ｑｙ１’’＞Ｑｙ１ … （５）

【0074】

式（５）の関係が成立することから、検出電極Ｙ１へ供給される電荷に応じた電荷検出部２２の検出信号Ｓに基づいて、検出電極Ｙ１に指が近接しているか否かを識別できるとともに、指が駆動電極Ｘ１に近接しているのか、あるいは駆動電極Ｘ２〜Ｘｎに近接しているのかを識別することも可能となる。

【0075】

図１１は、図６の振幅パターンの次に切り替わる振幅パターンの例を示す図である。図１１に示す振幅パターンの例では、第１交流電圧Ｖ１より大きな振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が駆動電極Ｘ２に印加され、他の駆動電極（Ｘ１、Ｘ３〜Ｘｎ）には第１交流電圧Ｖ１と同じ振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が印加される。すなわち、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加される駆動電極Ｘが横へ１つシフトする。図１１の振幅パターンでは、駆動電極Ｘ２に指が近接しているのか、それとも駆動電極Ｘ１、Ｘ３〜Ｘｎに指が近接しているのかを識別することが可能となる。以下同様に、振幅パターンが切り替わる度に、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加される駆動電極Ｘが横へずれていく。各振幅パターンにおいて得られる検出信号Ｓに基づいて、検出電極Ｙ１上の指の近接位置を特定することが可能となる。また、「Ｙ１」と平行に複数本の検出電極Ｙが縦方向へ配列される図１の構成によって、検出領域ＡＲに対する２次元的な指の近接位置を特定することが可能となる。

【0076】

（特許文献２の方式との比較）
次に、特許文献２の方式との比較について述べる。仮に、特許文献２と同様の方式で各駆動電極Ｘに印加する交流電圧を発生させたとすると、１つの駆動電極Ｘに印加する交流電圧は検出電極Ｙの交流電圧と同相かつ同振幅（振幅ＶＤ）であり、残りの駆動電極Ｘに印加する交流電圧は検出電極Ｙの交流電圧と逆相かつ同振幅（振幅ＶＤ）である。この場合、指が近接していない状態でも定常的に検出電極Ｙへ供給される電荷の絶対値Ｑｏｆｆ１は、次の式で表される。

【0077】

Ｑｏｆｆ１＝２・ＶＤ・Ｃｒｘｙ … （６）

【0078】

これに対し、上述した実施形態において、指が近接していない状態でも定常的に検出電極Ｙへ供給される電荷の絶対値Ｑｏｆｆ２は、次の式で表される。

【0079】

Ｑｏｆｆ２＝（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｘｙ … （７）

【0080】

式（６）と式（７）とを比較して判るように、特許文献２の方式におけるキャパシタＣｒｘｙの電圧変化は「２・ＶＤ」であり、各電極に印加する交流電圧の振幅ＶＤに比べて２倍となる。また、特許文献２の方式におけるキャパシタＣｒｘｙの静電容量はキャパシタＣｘｙの静電容量に比べて大きい（通常１０倍以上）。従って、特許文献２の入力装置は、本実施形態の入力装置に比べて検出信号Ｓのオフセット成分が大きくなり、検出信号Ｓのダイナミックレンジが小さくなる。

【0081】

また、上述した特許文献２と同様の方式で各駆動電極Ｘに印加する交流電圧を発生させた場合において、検出電極Ｙの交流電圧と逆相かつ同振幅（振幅ＶＤ）の交流電圧を印加した駆動電極Ｘに指が近接したとする。この場合、その駆動電極Ｘの相互容量Ｃｒｘｙが指の近接に伴って減少することによる電荷の変化と、検出電極Ｙの自己容量Ｃｆｓが指の近接に伴って増大することによる電荷の変化とが打ち消し合う。そのため、指の近接度合いと検出信号Ｓとの関係における線形性が劣化する。本実施形態の入力装置では、式（２）から分かるように、指の近接時において駆動電極Ｘの相互容量Ｃｒｘｙが減少することによる電荷の変化と、検出電極Ｙの自己容量Ｃｆｓが増大することによる電荷の変化とが同じ方向になるため、上述した線形性の劣化が抑制される。

【0082】

（振幅ＶＨと振幅ＶＤとの関係）
自己容量Ｃｆｓ、相互容量Ｃｘ１ｙ１、及び、相互容量の変化分Ｃｐについて、それぞれ実測定に基づいた値を以下のように設定する。
Ｃｆｓ＝２００［ｆＦ］、 Ｃｘ１ｙ１＝４００［ｆＦ］、 Ｃｐ＝５０［ｆＦ］

【0083】

各静電容量が上記の値を持つ場合において、振幅ＶＨが振幅ＶＤの１．５倍であるとすると、式（１）〜式（３）はそれぞれ次の式のようになる。

【0084】

Ｑｙ１＝−ＶＤ×（２００［ｆＦ］） … （８）
Ｑｙ１’＝ＶＤ×（２５［ｆＦ］） … （９）
Ｑｙ１’’＝０ … （１０）

【0085】

電荷の最大値（Ｑｙ１’）と最小値（Ｑｙ１）との差は、式（８）及び式（９）から次式で表される。

【0086】

Ｑｙ１’−Ｑｙ１＝ＶＤ×（２２５［ｆＦ］） … （１１）

【0087】

他方、各静電容量が上記の値を持つ場合において、振幅ＶＨが振幅ＶＤの２倍であるとすると、式（１）〜式（３）はそれぞれ次の式のようになる。

【0088】

Ｑｙ１＝−ＶＤ×（４００［ｆＦ］） … （１２）
Ｑｙ１’＝−ＶＤ×（１５０［ｆＦ］） … （１３）
Ｑｙ１’’＝−ＶＤ×（２００［ｆＦ］） … （１４）

【0089】

電荷の最大値（Ｑｙ１’）と最小値（Ｑｙ１）との差は、式（１１）及び式（１２）から次式で表される。

【0090】

Ｑｙ１’−Ｑｙ１＝ＶＤ×（２５０［ｆＦ］） … （１５）

【0091】

式（１１）と式（１５）を比較して分るように、振幅ＶＨを大きくすることによって感度を増大させることができる。例えば、振幅ＶＨを振幅ＶＤの１．５倍にした場合（ＶＨ＝１．５ＶＤ）、キャパシタＣｘｙ（相互容量）に加わる交流電圧の振幅は「０．５ＶＤ」となり、振幅ＶＨを振幅ＶＤの２倍にした場合（ＶＨ＝２ＶＤ）、キャパシタＣｘｙ（相互容量）に加わる交流電圧の振幅は「ＶＤ」となるため、前者より後者の方の感度が高くなる。

【0092】

相互容量の駆動電圧は、経験的に２．５［Ｖ］以上あれば、静電容量検出回路での必要なＳ／Ｎを確保できる。また、相互容量の静電容量検出回路では一般に３．０〜３．３［Ｖ］の電源電圧が用いられており、それよりも高い標準的な電源電圧は５．０［Ｖ］である。故に、典型的な用途において、振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２を発生するための電源電圧は３．０〜３．３［Ｖ］、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を発生するための電源電圧は５．０［Ｖ］であることが望ましい。従って、振幅ＶＨは振幅ＶＤの１．５倍から２倍までの範囲であることが望ましい。

【0093】

（第１の実施形態の変形例）
図６、図１１の例では、１つの駆動電極Ｘに第１交流電圧Ｖ１よりも大きな振幅ＶＨを持つ第２交流電圧Ｖ２を印加し、残りの駆動電極Ｘに第１交流電圧Ｖ１と同じ振幅ＶＤを持つ第２交流電圧Ｖ２を印加していたが、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘは２本以上でもよい。図１２は、複数の駆動電極Ｘに振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する例を示す図である。例えば、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘの数と、振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘの数とは等しくしてもよい。各振幅パターンにおいて、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘと振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘとの境界は、１か所若しくは２か所に設定される。この場合においても、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘと振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘとの境界が１つずつずれた振幅パターンの系列を用いて振幅パターンの切り替えを行うことにより、指の近接位置を特定することが可能である。

【0094】

（第１の実施形態のまとめ）
本実施形態に係る入力装置によれば、検出電極Ｙには電荷検出部２２から周期的に電荷が供給されることにより第１交流電圧Ｖ１が生じる。また検出電極Ｙとの間にそれぞれキャパシタＣｘｙが形成される複数の駆動電極Ｘの各々には、駆動部２４により、周波数及び位相が第１交流電圧Ｖ１と等しい第２交流電圧Ｖ２が印加される。複数の駆動電極Ｘの各々に印加される第２交流電圧Ｖ２の振幅の組み合わせである振幅パターンは、予め定められた振幅パターンの系列に基づいて順に切り替えられる。検出電極Ｙに指等の物体が近接すると、検出電極Ｙと物体との間にキャパシタＣｆｓが形成される。検出電極Ｙと物体との近接の度合いに応じてキャパシタＣｆｓの静電容量（自己容量）が変化すると、電荷検出部２２から検出電極Ｙへ供給される電荷量が変化し、これに応じて検出信号Ｓが変化する。すなわち、検出信号Ｓには、検出電極Ｙと物体との間の自己容量に関わる成分が含まれる。この自己容量に関わる成分に基づいて、検出電極Ｙに対する物体の近接の有無や近接度合いを検出することが可能となる。

【0095】

また、本実施形態に係る入力装置によれば、検出電極Ｙと駆動電極Ｘとの間に形成されるキャパシタＣｘｙに物体が近接した場合、キャパシタＣｘｙの静電容量（相互容量）が変化し、この相互容量の変化に応じて検出信号Ｓが変化する。すなわち、検出信号Ｓには、検出電極Ｙと物体との間の相互容量に関わる成分も含まれる。振幅パターンの系列を構成する各々の振幅パターンにおいて、１つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）を除いた残りの駆動電極Ｘには、同一の振幅を持った第２交流電圧Ｖ２が印加され、この１つの駆動電極には、残りの駆動電極Ｘとは異なる振幅を持った第２交流電圧Ｖ２が印加される。そのため、１つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）と検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタＣｘｙに物体が近接した場合と、残りの電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタに物体が近接した場合とでは、相互容量の変化に応じた検出信号Ｓの変化の大きさが異なる。従って、検出信号Ｓに含まれる相互容量の成分が振幅パターンに応じて異なることに基づいて、検出電極Ｙ上のどの部分に物体が近接しているかを識別することが可能となる。

【0096】

従って、本実施形態に係る入力装置では、自己容量型の検出と相互容量型の検出とを同時に行うことが可能である。

【0097】

また、本実施形態に係る入力装置によれば、駆動電極Ｘに印加される第２交流電圧Ｖ２と検出電極Ｙに生じる第１交流電圧Ｖ１とは、周波数及び位相が等しいため、これらの位相が逆の場合に比べて、駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタＣｘｙの電圧の変化が抑制される。このキャパシタＣｘｙの電圧変化が小さくなると、物体の近接の有無に関わらずキャパシタＣｘｙへ供給される電荷が小さくなるため、検出信号Ｓのオフセット成分が小さくなる。従って、自己容量や相互容量の変化による検出信号Ｓのダイナミックレンジが、検出信号Ｓのオフセット成分によって制限され難くなるため、検出感度を高め易くなる。

【0098】

更に、本実施形態に係る入力装置によれば、検出電極Ｙに生じる第１交流電圧Ｖ１と、残りの駆動電極Ｘに印加される第２交流電圧Ｖ２とが同じ振幅になるため、残りの駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタＣｘｙへ供給される電荷量がゼロになる。従って、物体の近接の有無に関わらずキャパシタＣｘｙへ供給される電荷が小さくなるため、検出信号Ｓのオフセット成分が小さくなる。

【0099】

また、本実施形態に係る入力装置によれば、第１交流電圧Ｖ１より大きい振幅ＶＨを持った第２交流電圧Ｖ２が１つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）に印加される。そのため、この１つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）と検出電極Ｙとの間における相互容量の変化に応じて検出電極Ｙに供給される電荷の極性と、検出電極Ｙと物体との間における自己容量の変化に応じて検出電極Ｙに供給される電荷の極性とが逆になる（式（２））。また、物体と検出電極Ｙとの距離が変化した場合、相互容量の変化の方向と自己容量の変化の方向とが逆になる（一方が大きくなると他方が小さくなる）。従って、物体と検出電極Ｙとの距離が変化した場合、相互容量の変化に応じて検出電極Ｙに供給される電荷が変化する方向と、自己容量の変化に応じて検出電極Ｙに供給される電荷が変化する方向とが一致する。これにより、両者の電荷の変化が打ち消し合うことがないため、物体と検出電極Ｙとの距離に対する検出信号Ｓの線形性の劣化を抑制できる。

【0100】

更に、本実施形態に係る入力装置によれば、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が印加される１つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）と検出電極Ｙとの間における相互容量に応じて検出電極Ｙに供給される電荷の極性と、検出電極ＹとグランドＧＮＤとの間における寄生容量に応じて検出電極Ｙに供給される電荷の極性とが逆になる。そのため、寄生容量に応じた電荷が打ち消されて小さくなるため、寄生容量に起因する検出信号Ｓのオフセット成分を低減できる。

【0101】

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る入力装置は、第１の実施形態に係る入力装置（図１〜図４）と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部２１によって設定される第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンにある。

【0102】

図１３は、本実施形態に係る入力装置における第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンの例を示す図である。この図に示す振幅パターンＰ１において、制御部２１は、第１交流電圧Ｖ１より大きな振幅ＶＨを持つ第２交流電圧Ｖ２を駆動電極Ｘ１に印加し、第１交流電圧Ｖ１より小さな振幅ＶＬを持つ第２交流電圧Ｖ２を駆動電極Ｘ２に印加し、残りの駆動電極Ｘ３〜Ｘｎに第１交流電圧Ｖ１と同じ振幅ＶＤを持つ第２交流電圧Ｖ２を印加する。振幅ＶＨと振幅ＶＤと振幅ＶＬとは「ＶＨ＞ＶＤ＞ＶＬ」の関係にある。振幅ＶＨ、ＶＬの第２交流電圧Ｖ２を印加する２つの駆動電極Ｘ（Ｘ１、Ｘ２）は、本発明における「一群の駆動電極」の一例である。駆動電極Ｘ１と検出電極Ｙ１との間に形成されるキャパシタＣｘ１ｙ１は、駆動電極Ｘ２と検出電極Ｙ１との間に形成されるキャパシタＣｘ２ｙ１に隣接する。

【0103】

振幅パターンＰ１において指が検出領域ＡＲに近接していない場合、交流電圧（第１交流電圧Ｖ１、第２交流電圧Ｖ２）の１つの立ち上がりエッジにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１へ流入する正の電荷ＱＡｙ１は次の式で表される。

【0104】

ＱＡｙ１＝−（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｘ１ｙ１−（ＶＬ−ＶＤ）・Ｃｘ２ｙ１
…（１６）

【0105】

振幅パターンＰ１において指が「Ａ」（駆動電極Ｘ１と検出電極Ｙ１との交差部）に近接する場合、交流電圧の１つの立ち上がりエッジにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１へ流入する正の電荷ＱＡｙ１’は次の式で表される。

【0106】

ＱＡｙ１’＝−（ＶＨ−ＶＤ）・（Ｃｘ１ｙ１−Ｃｐ）
−（ＶＬ−ＶＤ）・Ｃｘ２ｙ１＋ＶＤ・Ｃｆｓ …（１７）

【0107】

振幅パターンＰ１において指が「Ｂ」（駆動電極Ｘ３と検出電極Ｙ１との交差部）に近接する場合、交流電圧の１つの立ち上がりエッジにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１へ流入する正の電荷ＱＡｙ１’’は次の式で表される。

【0108】

ＱＡｙ１’’＝−（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｘ１ｙ１
−（ＶＬ−ＶＤ）・Ｃｘ２ｙ１＋ＶＤ・Ｃｆｓ …（１８）

【0109】

振幅パターンＰ１において指が「Ｃ」（駆動電極Ｘ２と検出電極Ｙ１との交差部）に近接する場合、交流電圧の１つの立ち上がりエッジにおいて電荷検出部２２から検出電極Ｙ１へ流入する正の電荷ＱＡｙ１’’’は次の式で表される。

【0110】

ＱＡｙ１’’’＝−（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｘ１ｙ１
−（ＶＬ−ＶＤ）・（Ｃｘ２ｙ１−Ｃｐ）＋ＶＤ・Ｃｆｓ … （１９）

【0111】

式（１６）、式（１７）及び式（１８）は、式（１）、式（２）及び式（３）の右辺に「−（ＶＬ−ＶＤ）・Ｃｘ２ｙ１」の項が加算されたものに等しい。振幅ＶＬは振幅ＶＤより小さいため、この項は正の値を持つ。従って、「Ｃ」に指が近接していない場合の電荷（ＱＡｙ１、ＱＡｙ１’、ＱＡｙ１’’）は、第１の実施形態に係る入力装置において得られる電荷に固定のオフセット成分が加わったものと概ね等しい。

【0112】

他方、「Ｃ」に指が近接している場合の式（１９）は、式（１８）の右辺の第２項における相互容量を「Ｃｘ２ｙ１」から「Ｃｘ２ｙ１−Ｃｐ」へ減少させたものであるため、電荷ＱＡｙ１’’’は電荷ＱＡｙ１’’よりも小さい。また、自己容量「Ｃｆｓ」は相互容量「Ｃｘ２ｙ１」より十分大きいため、電荷ＱＡｙ１’’’は電荷ＱＡｙ１よりも大きい。従って、各状態において電荷検出部２２から検出電極Ｙ１に流入する正の電荷には、次の関係が成立する。

【0113】

ＱＡｙ１’＞ＱＡｙ１’’＞ＱＡｙ１’’’＞ＱＡｙ１ … （２０）

【0114】

図１４は、図１３の振幅パターンＰ１の次に切り替わる振幅パターンＰ２の例を示す図である。振幅パターンＰ２では、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が駆動電極Ｘ２に印加され、振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２が駆動電極Ｘ３に印加され、振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が残りの駆動電極Ｘ１、Ｘ４〜Ｘｎに印加される。すなわち、振幅パターンＰ１からＰ２への切り替えによって、振幅ＶＨ、ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が印加される２つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）が横へ１つシフトする。相互容量Ｃｘｙとその変化分Ｃｐが概ね均一であるものとすると、振幅パターンＰ２において「Ｃ」に指が近接する場合の電荷は、振幅パターンＰ１において「Ａ」に指が近接する場合の電荷ＱＡｙ１’（式（１７））に近い値になる。以下同様に、振幅パターンが切り替わる度に、一群の駆動電極Ｘが横へずれていく。

【0115】

図１５は、振幅パターンに応じて変化する検出値ＳＤの例を示す図であり、図１３、図１４における「Ｃ」の位置に指が近接している場合の検出値ＳＤを示す。検出値ＳＤは、処理部３０において静電容量検出部２０の検出結果に基づいて取得されるデータ値であり、電荷検出部２２から検出電極Ｙへ供給される電荷に応じた値を持つ。

【0116】

図１５における「Ｓｆｓ」は、振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が印加された駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部（キャパシタ）に指が近接した場合の検出値ＳＤを示しており、式（１８）の電荷ＱＡｙ１’’に対応する。振幅パターンＰ３以降において、検出値ＳＤは概ね「Ｓｆｓ」に近い値となる。

【0117】

図１５における「Ｓｆｓ−ΔＳｎ」は、振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２が印加された駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部（キャパシタ）に指が近接した場合の検出値ＳＤを示しており、式（１９）の電荷ＱＡｙ１’’’に対応する。「ΔＳｎ」は、電荷ＱＡｙ１’’と電荷ＱＡｙ１’’’との差に対応する。振幅パターンＰ１において、検出値ＳＤは「Ｓｆｓ−ΔＳｎ」となる。

【0118】

図１５における「Ｓｆｓ＋ΔＳｐ」は、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が印加された駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部（キャパシタ）に指が近接した場合の検出値ＳＤを示しており、式（１７）の電荷ＱＡｙ１’に対応する。「ΔＳｐ」は、電荷ＱＡｙ１’と電荷ＱＡｙ１’’との差に対応する。振幅パターンＰ２において、検出値ＳＤは「Ｓｆｓ＋ΔＳｐ」となる。

【0119】

図１５における点線は、振幅ＶＬと振幅ＶＤとの差がゼロ（ＶＬ＝ＶＤ）の場合を示しており、この場合は、振幅パターンＰ１と振幅パターンＰ２とにおける検出値ＳＤの差が「ΔＳｐ」になる。振幅ＶＬを振幅ＶＤよりも小さくすることで、図１５の実線が示すように、振幅パターンＰ１と振幅パターンＰ２とにおける検出値ＳＤの差が「ΔＳｐ＋ΔＳｎ」へ広がる。すなわち、指が近接している箇所がある場合に、振幅パターンの切り替わりに伴う検出値ＳＤの変化が強調される。

【0120】

以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、第１交流電圧Ｖ１と異なる振幅を持つ第２交流電圧Ｖ２が印加された一群の駆動電極Ｘのうち、一部の駆動電極Ｘには、第１交流電圧Ｖ１より大きい振幅ＶＨを持った第２交流電圧Ｖ２が印加され、他の一部の駆動電極Ｘには、第１交流電圧Ｖ１より小さい振幅ＶＬを持った第２交流電圧Ｖ２が印加される。これにより、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が印加された一部の駆動電極Ｘと、振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２が印加された他の一部の駆動電極Ｘとにおいて、相互容量Ｃｘｙの変化に応じた電荷の変化の極性が逆になる（式（１７）と式（１９））。そのため、相互容量Ｃｘｙの変化に応じた電荷の変化の極性が異なる振幅パターンを用いて、１つの駆動電極Ｘについての異なる検出信号Ｓ（検出値ＳＤ）を得ることが可能になる。従って、この異なる検出信号Ｓ（検出値ＳＤ）を比較することにより、物体の近接による相互容量Ｃｘｙの変化を感度良く検出することが可能となり、物体の位置の検出精度を高めることができる。

【0121】

また、本実施形態に係る入力装置によれば、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が印加された一部の駆動電極Ｘと、振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２が印加された他の一部の駆動電極Ｘとにおいて、相互容量Ｃｘｙの変化に応じた電荷の変化の極性が逆になっているため、両者の電荷の変化が打ち消し合い、検出電極Ｙへ供給される全体の電荷が小さくなる。そのため、検出信号Ｓのオフセット成分を小さくすることができる。

【0122】

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係る入力装置も、第１の実施形態に係る入力装置（図１〜図４）と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部２１によって設定される第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンにある。

【0123】

図１６は、本実施形態に係る入力装置における第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンの例を示す図である。この図１６に示す振幅パターンＰ１において、制御部２１は、第１交流電圧Ｖ１より大きな振幅ＶＨを持つ第２交流電圧Ｖ２を駆動電極Ｘ２に印加し、第１交流電圧Ｖ１より小さな振幅ＶＬを持つ第２交流電圧Ｖ２を駆動電極Ｘ１及びＸ３に印加し、残りの駆動電極Ｘ４〜Ｘｎに第１交流電圧Ｖ１と同じ振幅ＶＤを持つ第２交流電圧Ｖ２を印加する。振幅ＶＨ、ＶＬの第２交流電圧Ｖ２を印加する３つの駆動電極Ｘ（Ｘ１〜Ｘ３）は、本発明における「一群の駆動電極」の一例である。この３つの駆動電極Ｘ１〜Ｘ３と検出電極Ｙ１との間に形成される３つキャパシタは、検出電極Ｙ１上で並んでいる。

【0124】

図１７は、図１６の振幅パターンＰ１の次に切り替わる振幅パターンＰ２の例を示す図である。図１７の振幅パターンＰ２では、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が駆動電極Ｘ３に印加され、振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２が駆動電極Ｘ２及びＸ４に印加され、振幅ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が残りの駆動電極Ｘ１、Ｘ５〜Ｘｎに印加される。すなわち、振幅パターンＰ１からＰ２への切り替えにより、振幅ＶＨ、ＶＤの第２交流電圧Ｖ２が印加される３つの駆動電極Ｘ（一群の駆動電極Ｘ）が横へ１つシフトする。以下同様に、振幅パターンが切り替わる度に、一群の駆動電極Ｘが横へずれていく。

【0125】

図１８は、振幅パターンに応じて変化する検出値ＳＤの例を示す図であり、図１６、図１７における「Ｄ」の位置に指が近接している場合の検出値ＳＤを示す。

【0126】

図１８における「Ｓｆｓ」、「Ｓｆｓ−ΔＳｎ」、「Ｓｆｓ＋ΔＳｐ」は、図１５における同一符号が示すものと同じ検出値ＳＤを示す。振幅パターンＰ１において検出値ＳＤは「Ｓｆｓ」より小さい値（Ｓｆｓ−ΔＳｎ）となり、振幅パターンＰ２において検出値ＳＤは「Ｓｆｓ」より大きい値（Ｓｆｓ＋ΔＳｐ）となり、振幅パターンＰ３において検出値ＳＤは再び「Ｓｆｓ」より小さい値（Ｓｆｓ−ΔＳｎ）となり、振幅パターンＰ４以降において、検出値ＳＤは概ね「Ｓｆｓ」に近い値となる。

【0127】

以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、既に説明した第２の実施形態と同様に、相互容量Ｃｘｙの変化に応じた電荷の変化の極性が異なる振幅パターンを用いて、１つの駆動電極Ｘについての異なる検出信号Ｓを得ることが可能になる。従って、この異なる検出信号Ｓを比較することにより、物体の近接による相互容量Ｃｘｙの変化を感度良く検出することが可能となり、物体の位置の検出精度を高めることができる。

【0128】

また、本実施形態に係る入力装置によれば、１つの振幅パターンにおいて１つの駆動電極Ｘに振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が印加される場合に、その前後の振幅パターンにおいて当該１つの駆動電極Ｘに振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２が印加される。そのため、当該１つの駆動電極Ｘと検出電極Ｙとのキャパシタに物体が近接している場合に、振幅パターンの切り替えによる検出信号Ｓの変化を際立たせることが可能となる。

【0129】

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態に係る入力装置も、第１の実施形態に係る入力装置（図１〜図４）と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部２１によって設定される第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンにある。

【0130】

図１９は、本実施形態に係る入力装置における第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンの例を示す図である。図１９に示すように、制御部２１は、検出領域ＡＲに指等の物体が近接していないときに電荷検出部２２から検出電極Ｙへ周期的に供給される電荷が最小となるように、各々の振幅パターンにおいて、駆動電極Ｘ１〜Ｘｋに振幅ＶＨ（＞ＶＤ）の第２交流電圧Ｖ２を印加し、残りの駆動電極Ｘｋ＋１〜Ｘｎに振幅ＶＬ（＜ＶＤ）の第２交流電圧Ｖ２を印加する。また制御部２１は、各々の振幅パターンにおいて、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘ１〜Ｘｋの数と、振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘｋ＋１〜Ｘｎの数とを一致させる。例えば制御部２１は、各々の振幅パターンにおいて、振幅ＶＨと振幅ＶＬとの中間値を、第１交流電圧Ｖ１の振幅ＶＤに一致させる。

【0131】

各振幅パターンにおいて、振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘと振幅ＶＬの第２交流電圧Ｖ２を印加する駆動電極Ｘとの境界は、１か所若しくは２か所に設定される。制御部２１は、振幅パターンを切り替えることによって、上記の境界の位置をずらしていきながら、電荷検出部２２による検出信号Ｓの生成を行う。検出電極Ｙ上における物体の近接位置は、上記の境界の位置と検出信号Ｓとの関係に基づいて特定される。

【0132】

本実施形態に係る入力装置によれば、一群の駆動電極に印加する第２交流電圧Ｖ２の振幅ＶＨが第１交流電圧Ｖ１の振幅ＶＤより大きくなり、残りの駆動電極Ｘに印加する第２交流電圧Ｖ２の振幅ＶＬが第１交流電圧Ｖ１の振幅ＶＤより小さくなる。これにより、一群の駆動電極における１つの駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタ（相互容量）に供給される電荷の極性と、残りの駆動電極における１つの駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタ（相互容量）に供給される電荷の極性とが逆になる。そのため、これらの電荷が互いに打ち消し合う。更に、一群の駆動電極Ｘの数と残りの動電極Ｘの数とが等しいため、一群の駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタに供給される全体の電荷の量と、残りの駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタの供給される全体の電荷の量とが近くなり、両者の電荷の和が小さくなる。従って、物体の近接の有無に関わらずこれらのキャパシタへ供給される電荷の総和が小さくなるため、検出信号Ｓのオフセット成分を微小にすることができる。

【0133】

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態に係る入力装置も、第１の実施形態に係る入力装置（図１〜図４）と同様の構成を有しており、両者の違いは、制御部２１によって設定される第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンと、処理部３０（図１）の動作にある。

【0134】

図２０は、本実施形態に係る入力装置における第２交流電圧Ｖ２の振幅パターンの例を示す図である。本実施形態において、振幅パターンは「第１振幅パターン」と「第２振幅パターン」の２種類に分類される。図２０の例では、符号の数字が奇数の振幅パターンＰ１、Ｐ３、Ｐ５、…を第１振幅パターンとし、符号の数字が偶数の振幅パターンＰ２、Ｐ４、Ｐ６、…を第２振幅パターンとしている。図２０Ａ、図２０Ｃ、図２０Ｅは、第１振幅パターンＰ１、Ｐ３、Ｐ５を示す。図２０Ｂ、図２０Ｄ、図２０Ｆは、第２振幅パターンＰ２、Ｐ４、Ｐ６を示す。

【0135】

制御部２１は、第１振幅パターンの場合、第１振幅を持った第２交流電圧Ｖ２を１つの駆動電極Ｘに印加するとともに、第３振幅を持った第２交流電圧Ｖ２を残りの駆動電極Ｘに印加する。他方、制御部２１は、第２振幅パターンの場合、第１振幅より小さい第２振幅を持った第２交流電圧Ｖ２を１つの駆動電極Ｘに印加するとともに、第１振幅パターンと同じ第３振幅を持った第２交流電圧Ｖ２を残りの駆動電極Ｘに印加する。図２０の例において、第１振幅は「ＶＨ」、第２振幅は「ＶＬ」、第３振幅は「ＶＤ」である。これらの振幅は、先に説明した実施形態と同じであり、「ＶＨ＞ＶＤ＞ＶＬ」の関係にある。第３振幅は第１交流電圧Ｖ１の振幅ＶＤと等しいことが好ましい。

【0136】

ここでは、第１振幅パターンにおいて第１振幅ＶＨの第２交流電圧Ｖ２が印加される１つの駆動電極Ｘを「第１駆動電極Ｘ」と呼び、第１駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタを「第１キャパシタ」と呼ぶ。また、第２振幅パターンにおいて第２振幅ＶＬを持つ第２交流電圧Ｖ２が印加される１つの駆動電極Ｘを「第２駆動電極Ｘ」と呼び、第２駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成されるキャパシタを「第２キャパシタ」と呼ぶ。図２０において示すように、第１駆動電極Ｘ（駆動電極Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５、…）と第２駆動電極Ｘ（駆動電極Ｘ２、Ｘ４、Ｘ６、…）とは、検出電極Ｙの延伸方向において交互に並んでいる。そのため、第１キャパシタと第２キャパシタとは、検出領域ＡＲにおいて交互に並んでいる。すなわち、検出領域ＡＲには、互いに隣接した位置関係にある第１キャパシタと第２キャパシタとが存在する。

【0137】

処理部３０は、検出領域ＡＲにおいて第１キャパシタと第２キャパシタとが隣接関係にある第１振幅パターンの検出信号Ｓ（検出値ＳＤ）と第２振幅パターンの検出信号Ｓ（検出値ＳＤ）との差に基づいて、第１キャパシタと第２キャパシタとが隣接する位置における物体の近接の度合いを算出する。例えば処理部３０は、検出領域ＡＲにおいて第１キャパシタと第２キャパシタとが隣接関係にある第１振幅パターン及び第２振幅パターンのペアごとに、検出値ＳＤの差を算出する。

【0138】

図２１は、振幅パターンに応じて変化する検出値の例を示す図であり、図２０における「Ｅ」の位置に指が近接している場合の検出値を示す。図２１Ａは、第１振幅パターン（Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、…）の検出値ＳＤ１を示す。図２１Ｂは、第２振幅パターン（Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、…）の検出値ＳＤ２を示す。図２１Ｃは、検出領域ＡＲにおいて第１キャパシタと第２キャパシタとが隣接関係にある第１振幅パターン及び第２振幅パターンのペアごとに算出された検出値ＳＤ２と検出値ＳＤ１との差「ＳＤ２−ＳＤ１」を示す。

【0139】

図２１Ａにおける「ＳＡ」は、第１振幅パターンにおいて第３振幅「ＶＤ」が印加された駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部に物体が近接している場合の検出値ＳＤを示しており、式（３）の電荷Ｑｙ１’’に対応する。また、図２１Ａにおける「ＳＡ＋ΔＳＡ」は、第１振幅パターンにおいて第１振幅「ＶＨ」が印加された第１駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部（第１キャパシタ）に物体が近接している場合の検出値ＳＤを示しており、式（２）の電荷Ｑｙ１’に対応する。従って、図２１Ａにおける「ΔＳＡ」は、式（２）の電荷Ｑｙ１’と式（３）の電荷Ｑｙ１’’との差である電荷「（ＶＨ−ＶＤ）・Ｃｐ」に対応する。

【0140】

他方、図２１Ｂにおける「ＳＢ」は、第２振幅パターンにおいて第３振幅「ＶＤ」が印加された駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部に物体が近接している場合の検出値ＳＤを示しており、式（３）における「ＶＨ」を「ＶＬ」に置き換えた電荷ＱＢｙ１’’に対応する。電荷ＱＢｙ１’’は、次式で表される。

【0141】

ＱＢｙ１’’＝（ＶＤ−ＶＬ）・Ｃｘ１ｙ１＋ＶＤ・Ｃｆｓ …（２１）

【0142】

式（３）と式（２１）とを比較して分るように、「ＳＢ」は「ＳＡ」に比べて大きい。

【0143】

図２１Ａにおける「ＳＢ−ΔＳＢ」は、第２振幅パターンにおいて第２振幅「ＶＬ」が印加された第２駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの交差部（第２キャパシタ）に物体が近接している場合の検出値ＳＤを示しており、式（２）における「ＶＨ」を「ＶＬ」に置き換えた電荷ＱＢｙ１’に対応する。電荷ＱＢｙ１’は、次式で表される。

【0144】

ＱＢｙ１’＝（ＶＤ−ＶＬ）・（Ｃｘ１ｙ１−Ｃｐ）＋ＶＤ・Ｃｆｓ
… （２２）

【0145】

従って、図２１Ｂにおける「ΔＳＢ」は、式（２１）の電荷ＱＢｙ１’’と式（２２）の電荷ＱＢｙ１’との差である電荷「（ＶＤ−ＶＬ）・Ｃｐ」に対応する。

【0146】

図２１Ｃに示すように、第１キャパシタ及び第２キャパシタの両方に物体が近づいていない振幅パターンのペアにおいて、検出値の差「ＳＤ２−ＳＤ１」は概ね「ＳＢ−ＳＡ」となるが、第１キャパシタ及び第２キャパシタの少なくとも一方に物体が近づいている振幅パターンのペアにおいて、検出値の差「ＳＤ２−ＳＤ１」は「ＳＢ−ＳＡ」より小さくなる。「ＳＢ−ＳＡ」に対する減少分は、振幅パターンのペア（Ｐ２，Ｐ３）において「ΔＳＡ」となり、振幅パターンのペア（Ｐ４，Ｐ３）において「ΔＳＡ＋ΔＳＢ」となり、振幅パターンのペア（Ｐ４，Ｐ５）において「ΔＳＢ」となっている。第１キャパシタと第２キャパシタとの両方に指が近接している状態にある振幅パターンのペア（Ｐ４，Ｐ３）では、それぞれの相互容量の変化が合わさるため、検出値の差「ＳＤ２−ＳＤ１」が「ＳＢ−ＳＡ」より大幅に減少している。従って、物体の近接による相互容量の変化が高い感度で検出される。

【0147】

以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、第１振幅パターンにおいて第１駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成される第１キャパシタと、第２振幅パターンにおいて第２駆動電極Ｘと検出電極Ｙとの間に形成される第２キャパシタとでは、印加される第２交流電圧Ｖ２の振幅が異なるため、それぞれの静電容量（相互容量）の変化に応じた電荷の変化量が異なる。また、検出領域ＡＲにおいて第１キャパシタと第２キャパシタとが交互に並んでいるため、検出領域ＡＲにおいて隣接する関係にある第１キャパシタと第２キャパシタとが存在する。従って、検出領域ＡＲにおいて第１キャパシタと第２キャパシタとが隣接関係にある第１振幅パターンの検出信号Ｓ（検出値ＳＤ）と第２振幅パターンの検出信号Ｓ（検出値ＳＤ）との違いに基づいて、第１キャパシタと第２キャパシタとが隣接する位置における指などの物体の近接の度合いを算出することができる。

【0148】

なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

【0149】

上述した実施形態において例として挙げた各部材（駆動電極、検出電極、シールド電極など）の数や、これらの部材の形状、大きさ、位置関係などは一例であり、本発明はこの例に限定されない。例えば検出電極は１つでもよい。また、シールド電極は省略してもよい。

【0150】

上述した実施形態において例として挙げた電子回路などの構成は一例であり、同様な動作を実現できる他の様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらの結合などにより具現可能である。ハードウェアにおいては、例えば、一つ又はそれ以上の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどにより具現可能である。

【0151】

上述した実施形態では、入力装置の例としてユーザインターフェース装置が挙げられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、物体の位置の変化による静電容量の変化に応じた情報を入力する様々な装置（例えば物体の位置を検査する検査装置など）に広く適用可能である。

【符号の説明】

【0152】

１０…センサ部、２０…静電容量検出部、２１…制御部、２２…電荷検出部、２２１…演算増幅器、２２２…電荷リセット回路、２３…アナログ−デジタル変換器、２４…駆動部、２５…電圧発生部、３０…処理部、Ｃｉｎｔ…キャパシタ、Ｃｆｓ…自己容量、Ｃｘｙ…相互容量、Ｃａｓ…シールド容量、ＡＳ…シールド電極、Ｙ…検出電極、Ｘ…駆動電極。

【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17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】