JP5636768B2 - 情報入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量の変化により手指の接触又は近接位置を検出することが可能な静電容量センサ及び情報入力装置に関する。

近年、静電容量の変化に基づいて手指の位置を検出し、画面の表示や機器の動作を制御する電子機器が広く普及している。この種の静電容量センサとしては、平面内に配置された複数の電極各々の静電容量変化を検出し、平面内における手指の接触あるいは近接位置を判定する方式が一般的である。

例えば下記特許文献１には、長方形を対角線に沿って分割したような２つの三角形状のタッチ電極からなり、各タッチ電極の斜辺どうしが僅かな間隔をあけて対向するように一軸方向に配列された電極構造を有するタッチスイッチ装置が記載されている。このような電極構造によれば、上記一軸方向に沿った指の位置に応じて各タッチ電極に重なる指の面積が変化するため、これらタッチ電極の静電容量の変化率に基づいて指の接触位置を特定することが可能であるとしている。また、下記特許文献２には、二軸方向に沿って４×４のマトリクス状に一定間隔で配置された複数の矩形状のタッチ電極を有する座標入力装置が記載されており、各タッチ電極の静電容量の変化率に基づいて上記二軸方向における指の接触位置を特定するようにしている。

特開昭５９−１１９６３０号公報（第３頁、第５図） 特開昭５９−１２１４８４号公報（第３頁、第５図）

しかしながら、上記特許文献１に記載の電極構造では、上記一軸方向に沿った電極幅が大きくなると、各タッチ電極の斜辺の角度が緩やかになるため、指の接触位置の検出分解能が低くなるという問題がある。また、上記特許文献２に記載の電極構造では、各々のタッチ電極に接続される信号線は、電極間の隙間を介して引き回されることになる。信号線自体もタッチ電極と同様に指と容量結合するため、信号線の容量結合による検出精度の低下を抑えるためには信号線を細く形成する必要がある。しかしながら、信号線を細くすると信号線の電気抵抗が増大するため、タッチ電極自体の容量変化感度が低下するという問題が生じる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、二軸方向の位置検出精度を高め、検出エリア内での配線の存在に起因する感度の低下を防止することができる静電容量センサ及び情報入力装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る静電容量センサは、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、支持体とを有する。
上記第１の電極は、第１の方向に平行な幅方向に関して上記第１の方向と直交する第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域と、上記幅方向に関して上記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域と、上記第１の領域と上記第２の領域とを相互に対向させる第３の領域とを有する。
上記第２の電極は、上記第１の領域と上記第２の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成される。
上記第３の電極は、上記第２の領域と上記第２の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成される。
上記支持体は、上記第１の電極、上記第２の電極および上記第３の電極で構成される電極群を、上記第３の領域を介して相互に接続された状態で複数支持し、複数の上記電極群を上記第２の方向に沿って配列させる。

上記第１、第２および第３の電極からなる電極群は、上記第１の方向に関して、第１の電極（第１の領域）と第２の電極との面積比、および、第１の電極（第２の領域）と第３の電極との面積比が漸次変化する。そこで、各電極の容量変化率（あるいは容量変化量）を検出することで、電極群上における検出対象の位置が特定される。

そこで上記静電容量センサにおいては、電極群が上記第１の方向に３分割されているため、第１の方向に沿った検出対象の位置変化に基づく各電極の容量変化率を大きくすることができる。これにより、上記第１の方向に沿った検出対象の位置検出精度を高めることができる。
また、上記電極群が支持体の上に上記第２の方向に沿って配列されているため、第２の方向に沿った検出対象の位置変化もこれら電極群を構成する第２の電極及び第３の容量変化率に基づいて高精度に検出することができる。
さらに、各列の電極群を構成する第２の電極及び第３の電極各々を上記第１の方向に関する検出エリアの外側に臨ませることで、これら電極に接続される配線が検出エリアの内部で引き回す必要をなくすことができる。これにより、検出エリア内での配線の存在に起因する検出感度の低下を防止することができる。

上記第１の領域は、上記第２の電極と対向する第１の斜辺を有してもよい。
上記第２の領域は、上記第３の電極と対向する第２の斜辺を有してもよい。

これにより、第１の領域と第２の電極との境界、および、第２の領域と第３の電極との境界を直線的に形成することができるため、上記第１の方向に関する検出対象の位置と電極間における容量比との間に所定の比例関係をもたせて、安定した検出感度を確保することができる。

上記第１の領域及び上記第２の領域は、上記第３の領域との接続部に高さ寸法の最大値を有してもよい。

これにより、中央部に関して第１の電極の形状に対称性をもたせることができ、第１の領域側と第２の領域側との間における検出感度のバラツキの発生を防止することができる。

上記第１の電極は、上記第１の方向に沿った検出対象の検出エリアをカバーする幅寸法を有してもよい。
上記第２の電極および上記第３の電極は、上記第１の方向に関して、第３の領域に対向する第１の端部と、上記検出エリアの外側に臨む第２の端部とをそれぞれ有してもよい。

これにより、これら電極に対して配線を検出エリアの内部で引き回すことなく接続することができるため、検出エリア内での配線の存在に起因する検出感度の低下を防止することができる。

上記第３の領域は、上記第１の領域と上記第２の領域とを相互に接続させた状態で対向させてもよい。

これにより、電極群各々の第１の電極が相互に接続されて一体の第１の電極が構成され、この第１の電極のカウント値を検出することで、検出エリアに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

上記支持体は、複数の上記電極群を上記第３の領域を介して相互に接続された状態で電極群ユニットとして支持し、複数の上記電極群ユニットを上記第２の方向に沿って配列させてもよい。

この構成によれば、複数の電極群ユニットの第１の電極それぞれのカウント値を検出することで、検出エリアの何れの電極群ユニット側に検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

上記第３の領域は、上記電極群各々の上記第１の領域を相互に接続する第１の接続部と、上記第１の接続部と相互に離間した状態で対向され、上記電極群各々の上記第２の領域を相互に接続する第２の接続部とを有してもよい。

これにより、相互に接続された電極群各々の第１の領域及び相互に接続された電極群各々の第２の領域それぞれのカウント値を検出することで、検出エリアの第１の領域側及び第２の領域側の何れに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

上記支持体は、複数の上記電極群を上記第３の領域を介して相互に接続された状態で電極群ユニットとして支持し、複数の上記電極群ユニットを上記第２の方向に沿って配列させてもよい。

この構成によれば、複数の電極群ユニットの相互に接続された電極群各々の第１の領域及び相互に接続された電極群各々の第２の領域それぞれのカウント値を検出することで、検出エリアの何れかの電極群ユニット側の右半分の領域又は左半分の領域の何れに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る情報入力装置は、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極と、支持体と、信号発生部と、制御部とを有する。
上記第１の電極は、第１の方向に平行な幅方向に関して上記第１の方向と直交する第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域と、上記幅方向に関して上記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域と、上記第１の領域と上記第２の領域とを相互に対向させる第３の領域とを有する。
上記第２の電極は、上記第１の領域と上記第２の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成される。
上記第３の電極は、上記第２の領域と上記第２の方向に対向し、上記第１の方向に関して上記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成される。
上記支持体は、上記第１の電極、上記第２の電極および上記第３の電極で構成される電極群を、上記第３の領域を介して相互に接続された状態で複数支持し、複数の上記電極群を上記第２の方向に沿って配列させる。
上記信号発生部は、上記第１の電極、上記第２の電極および上記第３の電極をそれぞれ発振させるための信号電圧を生成する。
上記制御部は、各々の上記電極群の静電容量の変化に基づいて、上記第１の方向および上記第２の方向に関しての検出対象の位置に関する情報を含む制御信号を生成する。

これにより、第１の電極のカウント値を検出することで、検出エリアに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。静電容量の変化をもとに検出対象の近接が検出されるまでは第１の電極のみを発振させ、検出対象の近接が検出されると、第１の電極、第２の電極及び第３の電極が走査される。これにより、検出対象の近接が検出される前にも第１の電極、第２の電極及び第３の電極を走査する場合と比較して、駆動に要する電極の削減を図ることができる。

上記情報入力装置は、上記支持体に対向して配置され、画像の表示面を有する表示素子をさらに有してもよい。
上記制御信号は、上記表示面に表示される画像を制御するための信号を含んでもよい。

上記電極群および上記支持体は、透光性を有する材料で形成されてもよい。

本発明によれば、二軸方向の位置検出精度を高め、検出エリア内での配線の存在に起因する感度の低下を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る静電容量センサを備えた情報入力装置の概略構成を示す分解斜視図である。 静電容量センサの構成を概略的に示す平面図である。 一組の電極群を示す拡大平面図である。 Ｘ軸方向に関する操作位置の検出方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
［情報入力装置］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量センサを備えた情報入力装置の概略構成を示す分解斜視図である。
本実施形態の情報入力装置５は、静電容量センサ１と、表示素子１７と、駆動部１８と、制御部１９とを有する。情報入力装置５は、例えば携帯情報端末や据置型情報表示装置等の電子機器を構成する。なお、静電容量センサ１、表示素子１７等を収容する筐体の図示は省略されている。

［静電容量センサ］
図２は、静電容量センサ１の構成を概略的に示す平面図である。
静電容量センサ１は、幅Ｗ及び高さＨの検出エリアＳＡを有する。静電容量センサ１は、表示素子１７の操作画面１７ａ上に設置され、検出エリアＳＡにおける検出対象（例えば、ユーザの指）の近接あるいは接触を静電容量の変化に基づいて検出するセンサパネルとして構成される。なお、図１及び図２においてＸ軸は操作画面１７ａの横方向に平行な軸、Ｙ軸は操作画面１７ａの縦方向に平行な軸、そしてＺ軸は操作画面１７ａに垂直な軸をそれぞれ示す。

静電容量センサ１は、図２に示すように、複数の電極群１０₁、１０₂、１０₃、１０₄、・・・、１０_Nと、これら電極群を支持する支持体１４とを有する。各電極群は、支持体１４の表面に、Ｙ軸方向（第２の方向）に沿って一定のピッチで配列されている。図２では、各電極群を＋Ｙ方向に沿って順に電極群１０₁、１０₂、１０₃、１０₄、・・・、１０_Nと符示しているが、各電極群はそれぞれ同一の構成を有するため、本明細書においては、個別に説明する場合を除き、各電極群を「電極群１０」と総称する。

図２に示すように、電極群１０は、第１の電極１００と、第２の電極２００と、第３の電極３００とを有する。

図３は、一組の電極群を示す拡大平面図である。
第１の電極１００は、Ｘ軸方向（第１の方向）に平行な底辺を有し、その長さは、検出エリアＳＡの幅Ｗとほぼ同等とされている。すなわち、第１の電極１００は、Ｘ軸方向に沿った検出エリアＳＡの幅寸法をカバーする幅寸法を有している。第１の電極１００は、第１の領域１２０と、第２の領域１３０と、第３の領域１１０とを有する。

第１の領域１２０は、＋Ｘ方向に平行な幅方向に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次大きくなる。具体的には、第１の領域１２０は、第３の領域１１０との接続部（後述）に高さ寸法の最大値としての底辺１２３を形成する２つの斜辺１２１、１２２を有する略二等辺三角形で形成される。

第２の領域１３０は、＋Ｘ方向に平行な幅方向に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次小さくなる。具体的には、第２の領域１３０は、第３の領域１１０との接続部（後述）に高さ寸法の最大値としての底辺１３３を形成する２つの斜辺１３１、１３２を有する略二等辺三角形で形成される。なお、図３には図を分かり易くするため底辺１２３、１３３を示す破線が記載されているが、図２等に示すように、実際の第１の電極１００にはこのような線は存在しない。

第３の領域１１０は、第１の領域１２０と、第２の領域１３０とを接続する。具体的には、第３の領域１１０は、領域接続部１１１と、電極群接続部１１２とを有する。領域接続部１１１は、Ｘ軸方向にて対向する第１の領域１２０と第２の領域１３０とを相互に接続させた状態で対向させる。電極群接続部１１２は、領域接続部１１１にＹ方向にて連続し、領域接続部１１１と等しい幅寸法を有する。電極群接続部１１２は、隣り合う電極群１０、１０同士の領域接続部１１１、１１１をＹ軸方向にて接続する。

第２の電極２００は、第１の領域１２０とＹ軸方向に対向し、＋Ｘ方向（幅方向）に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成されている。具体的には、第２の電極２００は、第３の領域１１０の電極群接続部１１２とＸ軸方向にて対向し、隣り合う２つの電極群１０、１０の第１の領域１２０，１２０とＹ軸方向にて対向する。より具体的には、第２の電極２００は、第３の領域１１０の電極群接続部１１２に対向するＹ軸に平行な辺を上辺２０１とし、上辺２０１の逆側の辺を下辺２０２とし、第１の領域１２０の斜辺１２１と対向する辺を直線状の斜辺２０３とし、隣り合う電極群１０の第１の領域１２０の斜辺１２２と対向する辺を斜辺２０４とする、等脚台形で形成されている。

第１の領域１２０の斜辺１２１と第２の電極２００の斜辺２０３とは、Ｘ軸に関してそれぞれ同一の傾斜角を有しており、これら２つの斜辺１２１、２０３との間には、一定の大きさの間隙が設けられている。第１の領域１２０の斜辺１２２と第２の電極２００の斜辺２０４とは、Ｘ軸に関してそれぞれ同一の傾斜角を有しており、これら２つの斜辺１２２、２０４との間には、一定の大きさの間隙が設けられている。第３の領域１１０の電極群接続部１１２と第２の電極２００の上辺２０１とは、それぞれＹ軸に対して平行であり、電極群接続部１１２と上辺２０１との間には、一定の大きさの間隙が設けられている。上記間隙の大きさは特に限定されず、第１の電極１００と第２の電極２００との間の電気的絶縁を確保できる大きさがあればよい。

第３の電極３００は、第２の領域１３０とＹ軸方向に対向し、＋Ｘ方向（幅方向）に関して、＋Ｙ方向（高さ方向）に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成されている。具体的には、第３の電極３００は、第３の領域１１０の電極群接続部１１２とＸ軸方向にて対向し、隣り合う２つの電極群１０、１０の第２の領域１３０，１３０とＹ軸方向にて対向する。より具体的には、第３の電極３００は、第３の領域１１０の電極群接続部１１２に対向するＹ軸に平行な辺を上辺３０１とし、上辺３０１の逆側の辺を下辺３０２とし、第２の領域１３０の斜辺１３１と対向する辺を直線状の斜辺３０３とし、隣り合う電極群１０の第２の領域１３０の斜辺１３２と対向する辺を斜辺３０４とする、等脚台形で形成されている。

第２の領域１３０の斜辺１３１と第３の電極３００の斜辺３０３とは、Ｘ軸に関してそれぞれ同一の傾斜角を有しており、これら２つの斜辺１３１、３０３との間には、一定の大きさの間隙が設けられている。第２の領域１３０の斜辺１３２と第３の電極３００の斜辺３０４とは、Ｘ軸に関してそれぞれ同一の傾斜角を有しており、これら２つの斜辺１３２、３０４との間には、一定の大きさの間隙が設けられている。第３の領域１１０の電極群接続部１１２と第３の電極３００の上辺３０１とは、それぞれＹ軸に対して平行であり、電極群接続部１１２と上辺３０１との間には、一定の大きさの間隙が設けられている。上記間隙の大きさは特に限定されず、第１の電極１００と第３の電極３００との間の電気的絶縁を確保できる大きさがあればよい。

第２の電極２００と第３の電極３００とは、第１の電極１００の第３の領域１１０を介してＸ軸方向に相互に対向しており、第１の電極１００の中央部を通るＹ軸方向に平行な直線に関して対称な形状を有している。

なお、図２に示すように、Ｙ軸方向両端に位置する第１の電極１００、１００はその他の第１の電極１００と異なる形状を有するが、その機能等はその他の第１の電極１００と同様である。

本実施形態によれば、第１の電極１００の第１の領域１２０と第２の電極２００との境界と、第１の電極１００の第２の領域１３０と第３の電極３００との境界とをそれぞれ直線的に形成するため、Ｘ軸方向に関する検出対象の位置と電極間における容量比との間に所定の比例関係をもたせて、安定した検出感度を確保することができる。

また、第１の電極１００全体として、第３の領域１１０の中央部を対称軸としてＸ軸方向にて対称性を有するので、第１の領域１２０及び第２の電極２００側と第２の領域１３０及び第３の電極３００側との間における検出感度のバラツキの発生を防止することができる。

支持体１４は、表示素子１７の画像表示面（操作画面１７ａ）に対向して配置される。支持体１４は、上述のように構成される電極群１０を、第３の領域１１０を介して相互に接続された状態で複数支持し、各電極群１０がＹ軸方向に所定ピッチで配列された状態を維持する。なお、以下の説明において、支持体１４が支持する第３の領域１１０を介して相互に接続された複数の電極群１０を、「電極群ユニット20」と呼ぶことがある。支持体１４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のフレキシブルな電気絶縁性のプラスチックフィルムで形成される。なお、これ以外にも、ガラス、セラミックス等のリジッドな材料が用いられてもよい。

電極群１０（第１〜第３の電極１００〜３００）及び支持体１４は、それぞれ透光性を有する材料で形成される。例えば、電極群１０は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＳｎＯ、ＺｎＯ等の透明導電酸化物で形成され、支持体１４は、ＰＥＴやＰＥＮ等の透明樹脂フィルムで形成される。これにより、静電容量センサ１を介して操作画面１７ａの表示画像が外部から視認可能とされる。

電極群１０の形成方法は、特に限定されない。例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手法を用いることで、電極群１０を形成する導電膜が支持体１４上に形成される。この場合、基板上に導電膜を形成した後、導電膜を所定形状にパターニングしてもよいし、レジストマスクが形成された基板の表面に導電膜を形成した後、レジストマスクとともに余分な導電膜を基板から除去（リフトオフ）してもよい。これ以外にも、めっき法、スクリーン印刷等の印刷法を用いて基板上に電極パターンを形成してもよい。

電極群１０はさらに、第１〜第３の電極１００〜３００を駆動部１８に接続するための信号線（配線）を有する。本実施形態では、第１の電極１００のＹ軸方向の一端部に信号線１００ｓが接続され、第２の電極２００及び第３の電極３００の検出エリアＳＡの外側に臨む下辺２０２，３０２に信号線２００ｓ，３００ｓがそれぞれ接続されている。

信号線１００ｓ〜３００ｓは、支持体１４上において検出エリアＳＡの外側の領域でそれ引き回され、図示しないコネクタ等の外部接続端子を介して駆動部１８へ接続される。

信号線１００ｓ〜３００ｓは、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００の構成材料によって形成されてもよい。この場合、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００の形成と同時に信号線１００ｓ〜３００ｓを形成することができる。一方、信号線１００ｓ〜３００ｓは、非透光性の導電材料、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの金属配線で形成されてもよい。この場合、比抵抗の低い材料で配線層を構成できるため、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００の静電容量変化を高感度で検出することが可能となる。更にこの場合、信号線１００ｓ〜３００ｓが検出エリアＳＡの外側に位置しているため、検出エリアＳＡの外側が操作画面１７ａの有効画素領域外にある場合には、画像の視認性が信号線１００ｓ〜３００ｓによって阻害されることはない。

電極群１０の幅は、検出エリアＳＡの幅Ｗに合わせて設定される。電極群１０の幅（Ｘ軸方向の寸法）は、検出エリアＳＡの幅Ｗと同等であってもよいし、幅Ｗよりも大きくても小さくてもよい。要は、電極群１０によって、検出エリアＳＡの全幅をカバーできる大きさに形成されている。

一方、電極群１０の高さ（Ｙ軸方向の寸法）は、検出エリアＳＡの高さＨ、検出対象の大きさ、Ｙ軸方向の検出分解能などに応じて適宜設定される。本実施形態では、検出対象にユーザの指が想定されており、上記操作面に接触する指の大きさを考慮して、例えば、第１の電極１００の第１の領域１２０の底辺１２３、第１の電極１００の第２の領域１３０の底辺１３３、第２の電極２００の下辺２０２、第３の電極３００の下辺３０２がそれぞれ５ｍｍ〜１０ｍｍに設定されている。同様に、Ｙ軸方向に沿った電極群１０の配列数（個数）も特に限定されず、検出エリアＳＡの高さ、検出対象の大きさ、Ｙ軸方向の検出分解能などに応じて適宜設定される。

また、第１の電極１００の高さ寸法と第２及び第３の電極２００，３００の高さ寸法との総和は、＋Ｘ方向に関して一定である。これにより、電極群全体の高さ寸法を一定とすることができるため、Ｘ軸方向に関する検出対象の位置に応じた検出感度のバラツキの発生を抑えることができる。

さらに、図１に示すように、静電容量センサ１は、各列の電極群１０の表面を被覆する保護層１５を有する。保護層１５は、透光性を有するＰＥＴやＰＥＮ等の樹脂フィルムのほか、プラスチックプレート、ガラス板などで構成される。そして、保護層１５の最表面が、ユーザによってタッチ操作される操作面を構成する。

本実施形態によれば、第２の電極２００及び第３の電極３００各々をＸ軸方向に関する検出エリアＳＡの外側に臨ませることで、第２の電極２００及び第３の電極３００各々に接続される信号線２００ｓ，３００ｓが検出エリアＳＡの内部で引き回す必要をなくすことができる。これにより、検出エリアＳＡ内での配線の存在に起因する検出感度の低下を防止することができる。

［駆動部］
電極群１０を駆動する駆動部１８は、各電極１００〜３００へ供給される信号電圧を発生する信号発生回路と、電極１００〜３００の静電容量およびその変化を算出する演算回路とを含む。信号電圧は、電極１００〜３００を発振できる信号であれば特に限定されず、例えば、所定周波数のパルス信号、高周波信号、交流信号、さらには直流信号などを用いることができる。演算回路は、発振電極の静電容量あるいはその変化量を検出できる回路であれば特に限定されない。本実施形態の演算回路は、容量変化量を整数値（カウント値）に変換し、制御部１９へ出力する。

本実施形態では、いわゆるセルフキャパシタンス方式で各電極１００〜３００の静電容量及びその変化が検出される。セルフキャパシタンス方式は、単電極方式とも呼ばれ、センシングに用いる電極は１つである。センシング用の電極は、接地電位に対して浮遊容量をもっており、人体（手指）などの接地された検出対象物が近づくと、当該電極の浮遊容量は増加する。上記演算回路は、この容量増加を検出することで、手指の近接や位置座標を算出する。

電極１００〜３００の発振順序すなわち走査方式は特に限定されず、幅方向（＋Ｘ方向）に順次発振してもよいし、その逆方向（−Ｘ方向）に順次発振してもよい。また、各列の電極群の間においては、各列同時に発振する方式が採用されてもよいし、各列を順次（例えばＹ方向に）発振する方式が採用されてもよい。

さらに、電極１００〜３００すべてを常に発振する方式に限られず、所定の電極を間引いて発振することも可能である。例えば、検出対象（ユーザの指など）の近接を検出するまでは各列の（または所定の間隔をおいて）第１の電極１００のみを発振させ、検出対象が近接するに従って発振電極数を増加させてもよい。また、操作画面１７ａの表示形態によって、発振電極を選択することも可能である。例えば、指による入力操作が必要な画像が画面の左側に偏在している場合には、第２の電極２００のみ走査してもよいし、上記画像が画面の右側に偏在している場合には、第３の電極３００のみ走査してもよい。これにより、全ての電極を走査する場合と比較して、駆動に要する電極の削減を図ることができる。

［制御部］
制御部１９は、駆動部１８の出力に基づいて、表示素子１７の操作画面１７ａに表示される画像を制御するための制御信号を生成し、表示素子１７へ出力する。制御部１９は、典型的にはコンピュータで構成され、検出エリアＳＡにおける指の操作位置、操作方向等を特定し、これらに応じた所定の画像制御を行う。例えば、操作位置に対応して画面上の画像を変更したり、操作方向に沿って画像を移動させたり等、ユーザの意図に即した画面の制御が実行される。

制御部１９は、さらに、情報入力装置５の他の機能を制御するための他の制御信号を生成してもよい。例えば、操作画面１７ａ上の操作位置に応じて、通話機能、回線切替機能、辞書機能、文字情報等の入力機能、ゲーム機能等の各種機能の実行が挙げられる。

制御部１９は、駆動部１８と別回路で構成される例に限られず、駆動部１８と一体化された回路で構成されてもよい。例えば、制御部１９及び駆動部１８は、単一の半導体チップ（ＩＣチップ）で構成可能である。

［情報入力装置の動作例］
次に、静電容量センサ１の動作例について説明する。ここでは、静電容量センサ１を用いた指の入力操作位置（ＸＹ座標）の検出方法について説明する。なお、上述のように入力操作位置は、制御部１９によって判定される。

（Ｙ軸方向の検出）
次に、静電容量センサ１を用いた指の入力操作位置（ＸＹ座標）の検出方法について説明する。なお、上述のように入力操作位置は、制御部１９によって判定される。

まず、操作画面１７ａ上のＹ軸方向に関する操作位置の検出方法を説明する。Ｙ軸方向に関する操作位置の検出では、第２の電極２００の静電容量の変化又は第３の電極３００の静電容量の変化が参照される。具体的には、Ｙ軸方向の検出に際して、複数の第２の電極２００それぞれの静電容量の変化及び複数の第３の電極３００それぞれの静電容量の変化が検出され、そのレベルの大きさからＹ方向に関する指の接触位置が特定される。

セルフキャパシタンス方式の静電容量検出では、指が近づくほど静電容量（浮遊容量）の増加量が大きい。したがって、複数の第２の電極２００及び複数の第３の電極３００のうち最大の静電容量変化量が検出された１つの電極の直上位置に指が近接あるいは接触していると特定することができる。あるいは、隣り合う２つの第２の電極２００，２００又は隣り合う２つの第３の電極３００，３００から略等しい値の最大の静電容量変化量が検出された場合には、この隣り合う２つの電極の直上位置に指が近接あるいは接触していると特定することができる。あるいは、隣り合う２つの第２の電極２００，２００又は隣り合う２つの第３の電極３００，３００から最大の静電容量変化量及びその次に大きい静電容量変化量が検出された場合には、この隣り合う２つの電極の直上から一方の電極にずれた位置に指が近接あるいは接触していると特定することができる。

また、カウント値に適宜の閾値を設定することで、静電容量センサ１に対する指の近接距離を判定することができる。すなわち、カウント値に第１の閾値（タッチ閾値）を設定し、当該閾値を超える場合に指による操作画面１７ａに対するタッチ操作が判定される。また、第１の閾値よりも小さい第２の閾値がさらに設定されてもよい。これにより、タッチ操作前の指の近接を判定することが可能となり、非接触での指の入力操作を検出することが可能となる。

本実施形態によれば、第２の電極２００及び第３の電極３００がＹ軸方向に沿って配列されているため、Ｙ軸方向に沿った検出対象の位置変化を第２の電極２００及び第３の電極３００の容量変化率に基づいて高精度に検出することができる。

（Ｘ軸方向の検出）
次に、操作画面１７ａ上のＸ軸方向に関する操作位置の検出方法を説明する。Ｘ軸方向に関する操作位置の検出では、第１の電極１００の静電容量の変化と、第２の電極２００又は第３の電極３００の静電容量の変化とが参照される。具体的には、Ｘ軸方向の検出に際して、第１の電極１００の静電容量の変化と、複数の第２の電極２００それぞれの静電容量の変化及び複数の第３の電極３００それぞれの静電容量の変化とが検出され、そのレベルの大きさからＸ方向に関する指の接触位置が特定される。

図４は、Ｘ軸方向に関する操作位置の検出方法を説明するための図である。
同図に示すように、１本の指が操作画面１７ａ上の、Ｘ軸方向に等しく（距離Ａ）、Ｙ軸方向に異なる複数の位置Ｂ，Ｃ，Ｄに接触する場合、第１の電極１００の静電容量変化量（カウント変化量）は、原理的には等しい。ここで、第１の電極１００のカウント変化量をΔＣ１、複数の第２の電極２００のカウント変化量をΔＣ２、複数の第３の電極３００のカウント変化量をΔＣ３とすると、操作画面１７ａ上のＸ軸方向に関する操作位置は、操作位置が第２の電極２００側の場合、ΔＣ２／（ΔＣ１＋ΔＣ２）×定数で求めることができ、操作位置が第３の電極３００側の場合、ΔＣ３／（ΔＣ１＋ΔＣ３）×定数で求めることができる。

本実施形態によれば、電極群１０は、Ｘ軸方向に関して、第１の電極１００の第１の領域１２０と第２の電極２００との面積比、第１の電極１００の第２の領域１３０と第３の電極３００との面積比が漸次変化する。そこで、各電極１００〜３００の容量変化率（あるいは容量変化量）を検出することで、電極群１０上における検出対象の位置が特定される。

また、電極群１０がＸ軸方向に３分割されているため、Ｘ軸方向に沿った検出対象の位置変化に基づく各電極１００〜３００の容量変化率を大きくすることができる。これにより、Ｘ軸方向に沿った検出対象の位置検出精度を高めることができる。

［情報入力装置の動作例］
次に、静電容量センサ１の動作例について説明する。
まず、駆動部１８の信号発生回路は、制御部１９に制御され、信号電圧を発生して第１の電極１００へ供給し、第１の電極１００を発振する。駆動部１８の演算回路は、第１の電極１００の静電容量の変化を検出すると、第１の電極１００の容量変化量を整数値（カウント値）に変換し、制御部１９へ出力する。演算回路からの出力を受けて、制御部１９は、操作画面１７ａへの検出対象の近接又は接触を判定し、信号電圧を第１の電極１００に加えて第２の電極２００及び第３の電極３００にも供給し、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００を発振する。

駆動部１８の演算回路は、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００の静電容量の変化を検出すると、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００の容量変化量を整数値（カウント値）に変換し、制御部１９へ出力する。演算回路からの出力を受けて、制御部１９は、検出対象の操作画面１７ａにおける近接又は接触位置（ＸＹ座標）を判定する。

本動作例によれば、静電容量の変化をもとに検出対象の近接が検出されるまでは第１の電極１００のみを発振させ、検出対象の近接が検出されると、第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００が走査される。
これにより、検出対象の近接が検出される前にも第１の電極１００、第２の電極２００及び第３の電極３００を走査する場合と比較して、駆動に要する電極の削減を図ることができる。

＜第２の実施形態＞
上記の第１の実施形態では、第１の電極１００が一体的に構成され、１本の信号線１００ｓが接続された静電容量センサ１について説明した。以下に説明する実施形態では、第１の実施形態と異なる構成を有する第１の電極を有する静電容量センサについて説明する。

以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成及び機能等については説明を省略又は簡略し、異なる点を中心に説明する。本実施形態において、第１の実施形態の静電容量センサ１の各部と同様の構成をもつ静電容量センサの各部については対応する符号（第１の電極につき４００番台、電極群４０、電極群ユニット５０）を付し、重複する説明は省略する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。
静電容量センサ２の支持体１４は、複数の第１の実施形態の電極群１０を第３の領域１１０を介して相互に接続された状態で電極群ユニット２０として支持し、複数（例えば２つ）の電極群ユニット２０をＹ軸方向に沿って配列させる。複数の電極群ユニット２０は、電気的に絶縁されている。複数の電極群ユニット２０の第１の電極１００には、それぞれ信号線１００ｓが接続されている。

この構成によれば、複数（例えば２つ）の電極群ユニット２０の第１の電極１００それぞれのカウント値を検出することで、検出エリアＳＡの上半分の領域又は下半分の領域の何れに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。
静電容量センサ３の電極群４０は、第１の電極４００と、第１の実施形態と同様の第２の電極２００及び第３の電極３００とを有する。第１の電極４００の第３の領域４１０は、第１の領域４２０と第２の領域４３０とを相互に離間した状態で対向させる領域であり、相互に離間した第１の接続部４１１と第２の接続部４１２とを有する。第３の領域４１０の第１の接続部４１１及び第２の接続部４１２は、第１の実施形態の第１の電極１００の第３の領域１１０がＸ軸方向中央部よりＸ軸方向に分割された形状を有する。第１の接続部４１１は、複数の電極群４０各々の第１の領域４２０をＹ軸方向にて相互に接続する。第２の接続部４１２は、複数の電極群４０各々の第２の領域４３０をＹ軸方向にて相互に接続する。第１の電極４００の第１の接続部４１１及び第２の接続部４１２のＹ軸方向の一端部には、それぞれ信号線４１１ｓ、４１２ｓが接続されている。

この構成によれば、複数の電極群４０各々の第１の領域４２０が第１の接続部４１１により接続された部分及び複数の電極群４０各々の第２の領域４３０が第２の接続部４１２により接続された部分それぞれのカウント値を検出することで、検出エリアＳＡの右半分の領域又は左半分の領域の何れに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態に係る静電容量センサを示す概略平面図である。
静電容量センサ４の支持体１４は、複数の第３の実施形態の電極群４０を第３の領域４１０の第１の接続部４１１及び第２の接続部４１２を介して相互に接続された状態で電極群ユニット５０として支持し、複数（例えば２つ）の電極群ユニット５０をＹ軸方向に沿って配列させる。複数の電極群ユニット５０は、電気的に絶縁されている。複数の電極群ユニット５０の第１の電極４００の第１の接続部４１１及び第２の接続部４１２のＹ軸方向の一端部には、それぞれ信号線４１１ｓ、４１２ｓが接続されている。

この構成によれば、複数（例えば２つ）の電極群ユニット５０の複数の電極群４０各々の第１の領域４２０が第１の接続部４１１により接続された部分及び複数の電極群４０各々の第２の領域４３０が第２の接続部４１２により接続された部分それぞれのカウント値を検出することで、検出エリアＳＡの右上半分の領域、左上半分の領域、右下半分の領域又は左下半分の領域の何れに検出対象が近接又は接触したかを判別することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、静電容量センサが操作画面上に配置される例を説明したが、これに限られず、例えばタッチパッド等のようにセンサ単独で電子機器の筐体に設置されてもよい。この場合、静電容量センサに透光性を必ずしも要しないため、各電極は金属等の非透光性材料で形成されてもよい。

また、以上の実施形態では、電極群を構成する電極各々の境界部を直線的な斜辺で形成したが、これに限られず、例えば段階的に各電極の高さ寸法が変化するようなジグザグ形状であってもよい。また、上記境界部を曲線的に傾斜させてもよく、この場合、例えば幅方向中央部側の検出分解能が外側のそれよりも高いセンサを構成することができる。

また、以上の実施形態では、第１の電極の最大高さ寸法を幅方向中央部あるいは幅方向の両端部に設定する構成例を説明したが、これに限られず、機器の仕様に応じて要求される検出分解能に応じて適宜の変更が可能である。

１、２、３、４…静電容量センサ
１０、４０…電極群
１４…支持体
２０、５０…電極群ユニット
１００、４００…第１の電極
１１０…第３の領域
１２０…第１の領域
１３０…第２の領域
２００…第２の電極
３００…第３の電極

Claims (10)

1. 第１の方向に平行な幅方向に関して前記第１の方向と直交する第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなる第１の領域と、前記幅方向に関して前記高さ寸法が漸次小さくなる第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域とを接続する第３の領域とを有する第１の電極と、
   前記第１の領域と前記第２の方向に対向し、前記第１の方向に関して前記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次小さくなるように形成された第２の電極と、
   前記第２の領域と前記第２の方向に対向し、前記第１の方向に関して前記第２の方向に平行な高さ寸法が漸次大きくなるように形成された第３の電極と、
   前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極で構成される電極群を、前記第３の領域を介して相互に接続された状態で複数支持し、複数の前記電極群を前記第２の方向に沿って配列させる支持体と、
   前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極をそれぞれ個別に発振させるための信号電圧を生成する信号発生部と、
   各々の前記電極群の静電容量の変化に基づいて、前記第１の方向および前記第２の方向に関しての検出対象の位置に関する情報を含む制御信号を生成する制御部と
   を具備する情報入力装置。
2. 請求項１に記載の情報入力装置であって、
   前記第１の領域は、前記第２の電極と対向する第１の斜辺を有し、
   前記第２の領域は、前記第３の電極と対向する第２の斜辺を有する
   情報入力装置。
3. 請求項２に記載の情報入力装置であって、
   前記第１の領域及び前記第２の領域は、前記第３の領域との接続部に高さ寸法の最大値を有する
   情報入力装置。
4. 請求項３に記載の情報入力装置であって、
   前記第１の電極は、前記第１の方向に沿った検出対象の検出エリアをカバーする幅寸法を有し、
   前記第２の電極および前記第３の電極は、前記第１の方向に関して、前記第３の領域に対向する第１の端部と、前記検出エリアの外側に臨む第２の端部とをそれぞれ有する
   情報入力装置。
5. 請求項４に記載の情報入力装置であって、
   前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第２の領域とを相互に接続させた状態で対向させる
   情報入力装置。
6. 請求項５に記載の情報入力装置であって、
   前記支持体は、複数の前記電極群を前記第３の領域を介して相互に接続させた状態で電極群ユニットとして支持し、複数の前記電極群ユニットを前記第２の方向に沿って配列させる
   情報入力装置。
7. 請求項４に記載の情報入力装置であって、
   前記第３の領域は、前記電極群各々の前記第１の領域を相互に接続する第１の接続部と、前記第１の接続部と相互に離間した状態で対向され、前記電極群各々の前記第２の領域を相互に接続する第２の接続部とを有する
   情報入力装置。
8. 請求項７に記載の情報入力装置であって、
   前記支持体は、複数の前記電極群を前記第３の領域を介して相互に接続させた状態で電極群ユニットとして支持し、複数の前記電極群ユニットを前記第２の方向に沿って配列させる
   情報入力装置。
9. 請求項１に記載の情報入力装置であって、
   前記支持体に対向して配置され、画像の表示面を有する表示素子をさらに具備し、
   前記制御信号は、前記表示面に表示される画像を制御するための信号を含む
   情報入力装置。
10. 請求項９に記載の情報入力装置であって、
    前記電極群および前記支持体は、透光性を有する材料で形成される
    情報入力装置。

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