JP6286430B2 - 入力状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、人間の指などの導電性の対象物が接触したことおよび対象物により押し付けられた状態を検出する入力状態検出装置に関するものである。

特許文献１には、静電容量型センサを用いて、人間の指の接近状態と押付状態とを検出することができる装置が記載されている。指が第一電極に接近すると可変容量が増大し、また、指で第一電極が絶縁シートを介して押圧されることで、第一電極と第二電極とが接近すると、可変容量が増大する。第一電極の電位または電流の変化を監視することと、第二電極の電位または電流の変化を監視することによって、指で触れたことの検知と、指で押圧したときの検知とが行われる。

特開２０１０−２１７９６７号公報

ここで、特許文献１に記載の検出回路においては、指で第一電極を押し付けた時に、検出される電位または電流は、第一電極側の電位または電流の変化と、第二電極側の電位または電流の変化の影響を受ける。そのため、押付力の大きさによっては、検出される電位または電流が不安定となるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、対象物の接触と押付状態とを確実に検出できる入力状態検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、定電圧電源装置を用いると共に、定電圧電源装置の印加端子と検出器の検出端子との間に静電容量型センサが介在するように、検出器を静電容量型センサに対して直列接続した。そして、対象物の接触を検出する場合には、検出器の検出端子側の電極すなわち定電圧電源装置の印加端子とは反対側の電極に対象物が接触するような回路とし、対象物による押付を検出する場合には、検出器の検出端子とは反対側の電極すなわち定電圧電源装置の印加端子側の電極を対象物が押し付けるような回路とした。つまり、対象物と静電容量型センサの電極との位置関係が、本発明の回路構成と特許文献１に記載の回路構成とは逆の関係となる。以下に、本手段の詳細について説明する。

本発明に係る入力状態検出装置は、基材に取り付けられる第一電極と、接触する導電性の対象物側に位置する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に配置されると共に前記対象物による前記第二電極への押付力によって圧縮される誘電層とを備える静電容量型センサと、印加端子を前記静電容量型センサ側に接続し、前記静電容量型センサに対して所定電圧を印加する定電圧電源装置と、前記静電容量型センサに直列接続され、検出端子を前記静電容量型センサ側に接続し、前記静電容量型センサの静電容量および前記対象物の静電容量に応じて変化する前記検出端子における電位または前記検出端子から流れる電流を検出する検出器と、前記定電圧電源装置の印加端子を前記第一電極側に接続し、かつ、前記検出器の検出端子を前記第二電極側に接続する第一状態と、前記定電圧電源装置の印加端子を前記第二電極側に接続し、かつ、前記検出器の検出端子を前記第一電極側に接続する第二状態とを切替可能な状態切替部と、前記第一状態における前記検出器の検出値に基づいて前記対象物が前記静電容量型センサにおける前記第二電極側の面に対して非接触状態であるか接触非押付状態であるかを検出すると共に、前記第二状態における前記検出器の検出値に基づいて前記対象物が前記第二電極に対して接触非押付状態であるか押付状態であるかを検出する入力検出部とを備える。

つまり、入力検出部は、第一状態において、対象物が非接触状態であるか接触非押付状態であるかを検出している。第一状態とは、上述したように、定電圧電源装置の印加端子を第一電極側に接続し、かつ、検出器の検出端子を第二電極側に接続する状態である。つまり、対象物は、静電容量型センサに対して直列接続され、かつ、検出器に対して並列接続される。この場合、導電性の対象物の接触によって、回路を流れる電流は、静電容量型センサから、検出器側の経路と対象物側の経路とに分岐される。従って、対象物の接触に伴って、検出器の検出値が確実に減少する。これにより、対象物の非接触状態と接触非押付状態とを確実に判定できる。

一方、入力検出部は、第二状態において、対象物が接触非押付状態であるか押付状態であるかを検出している。第二状態とは、上述したように、定電圧電源装置の印加端子を第二電極側に接続し、かつ、検出器の検出端子を第一電極側に接続する状態である。つまり、対象物は、静電容量型センサ、検出器に対して並列接続される。この場合、導電性の対象物の押付によって、回路を流れる電流は、定電圧電源装置から、静電容量型センサおよび検出器側の経路と、対象物側の経路とに分岐される。このとき、上記並列接続により、対象物による押付とは無関係に、静電容量型センサおよび検出器に印加される電圧は、定電圧電源装置による電圧となる。従って、対象物の押付によって静電容量型センサの静電容量が増加することに伴って、検出器の検出値が増加する。これにより、対象物の接触非押付状態と押付状態とを確実に判定できる。

さらに、前記検出器は、前記検出器の前記検出端子とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタと、前記ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記検出端子の電荷をグランド電位に放電する充放電用スイッチング素子と、前記定電圧電源装置が前記静電容量型センサに対して前記所定電圧を印加していない状態において、前記検出端子の電荷をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記定電圧電源装置により前記所定電圧が印加される状態にすることで、前記静電容量型センサに充電する工程とを実行する充放電用制御装置と、前記充放電用制御装置による前記充電する工程において、前記静電容量型センサの静電容量および前記対象物の静電容量に応じた値として、前記検出端子の電位を検出する電位検出器と、を備える。

このように構成される検出器により検出される検出端子の電位は、静電容量型センサの静電容量および対象物の静電容量に応じた値となる。従って、上記検出器により検出される電位を用いて、対象物の非接触状態、接触非押付状態および押付状態の判定が可能となる。

以下に、本発明に係る入力状態検出装置の好適な実施態様について説明する。
好ましくは、前記入力検出部は、前記第二状態における前記検出器の検出値に基づいて、前記対象物が前記第二電極へ付与した押付力の大きさを検出する。上述したように、第二状態において、検出端子における電位または検出端子から流れる電流は、実質的に、静電容量型センサの静電容量に影響を受ける。そこで、第二状態において、検出器の検出値に基づいて、静電容量型センサの静電容量の相当値を検出できる。そして、静電容量型センサの静電容量は、対象物による押付力の大きさに相当する。つまり、検出器の検出値に基づいて、対象物による押付力の大きさを検出できる。

また、好ましくは、前記入力状態検出装置は、前記状態切替部の状態を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記状態切替部を前記第一状態と前記第二状態とに周期的に切り替え、前記入力検出部は、前記非接触状態であるか前記接触非押付状態であるかの検出と、前記接触非押付状態であるか前記押付状態であるかの検出とを周期的に行う。つまり、第一状態における検出と第二状態における検出とを交互に行うため、対象物の押付状態を早期に検出できる。また、対象物が第二電極への押付状態から非接触状態への変化を、早期に検出できる。

また、好ましくは、前記状態切替部に前記第一状態を継続させるモードは第一モードとし、前記状態切替部に前記第二状態を継続させるモードは第二モードとし、前記状態切替部に前記第一状態と前記第二状態とを周期的に交互に切り替えさせるモードは第三モードとし、前記入力状態検出装置は、前記状態切替部のモードを制御する制御部を備える。

前記制御部は、前記非接触状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第一モードから前記第三モードに切り替え、前記接触非押付状態から前記非接触状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第三モードから前記第一モードに切り替え、前記接触非押付状態から前記押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第三モードから前記第二モードに切り替え、前記押付状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第二モードから前記第三モードに切り替える。

上記のように、非接触状態のときに状態切替部が第一状態を継続する第一モードとされることで、入力検出部は、確実に非接触状態から接触非押付状態へ変化したことを検出できる。また、押付力の大きさを検出する場合において、押付状態のときに状態切替部が第二状態を継続する第二モードとされることで、入力検出部は、押付力の大きさを高精度に検出できる。

ただし、第一モードから第二モードへの移行、および、第二モードから第一モードへの移行の判断は容易ではない。そこで、上記によれば、第一モードと第二モードとの間での移行は、第三モードを介することとする。第三モードは、第一状態と第二状態とを周期的に交互に切り替えるモードである。つまり、第三モードのときには、状態切替部は、第一状態を継続する第一モードへ移行することもスムースとなり、第二状態を継続する第二モードへ移行することもスムースとなる。

また、好ましくは、前記入力検出部は、前記第一モードのときに前記第一状態における前記検出器の検出値が第一閾値を下回ることで前記非接触状態から前記接触非押付状態に変化すると判定し、前記第三モードのときに前記第一状態における前記検出器の検出値が前記第一閾値を上回ることで前記接触非押付状態から前記非接触状態に変化すると判定し、前記第三モードのときに前記第二状態における前記検出器の検出値が第二閾値を上回ることで前記接触非押付状態から前記押付状態に変化すると判定し、前記第二モードのときに前記第二状態における前記検出器の検出値が前記第二閾値を下回ることで前記押付状態から前記接触非押付状態に変化すると判定し、前記制御部は、前記入力検出部による判定に基づいて、前記非接触状態、前記接触非押付状態および前記押付状態の変化を取得する。
入力検出部は、各モードにおいて第一閾値または第二閾値を用いることで、対象物の状態の変化を確実に判定できる。従って、制御部は、各モードの切り替えを適切に行うことができる。

また、好ましくは、前記接触非押付状態のときの前記第一状態における前記検出器の検出値と前記第一閾値との差が、前記接触非押付状態のときの前記第二状態における前記検出器の検出値と前記第二閾値との差より大きくなるように、前記第一閾値および前記第二閾値が設定される。

これにより、制御部は、接触非押付状態のときに、非接触状態に変化したのか、それとも、押付状態に変化したのかを確実に判定できる。その結果、制御部は、さらに、第三モードのときに、第一モードへ切り替えるのか、それとも、第二モードへ切り替えるのかを、確実に判定できる。

また、好ましくは、前記状態切替部に前記第一状態を継続させるモードは第一モードとし、前記状態切替部に前記第二状態を継続させるモードは第二モードとし、前記入力状態検出装置は、前記状態切替部の状態を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記非接触状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第一モードから前記第二モードに切り替え、前記押付状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第二モードから前記第一モードに切り替える。これにより、対象物の非接触状態、接触非押付状態および押付状態を検出できる。このとき、状態切替部による切替動作の回数を少なくすることができ、消費エネルギーを低減できる。

また、好ましくは、前記第一電極および前記第二電極の少なくとも何れか一方を複数備えることにより、複数箇所の静電容量型センサを構成し、前記入力検出部は、前記対象物が存在する位置を検出する。これにより、対象物が接触または押付けている位置を検出できる。

また、好ましくは、前記誘電層はエラストマーまたは樹脂で形成される。また、好ましくは、前記第一電極および前記第二電極は、エラストマーに導電性フィラーを配合させることによって形成される。第一電極および第二電極を上記のように形成することで、第一電極および第二電極は可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。

第一実施形態の入力状態検出装置の構成を示し、静電容量型センサユニットは面法線方向から見た図を示す。 図１の静電容量型センサユニットの断面図を示す。 入力状態検出装置の等価回路を示す。 第一状態における入力状態検出装置の等価回路を示す。 第二状態における入力状態検出装置の等価回路を示す。 第一実施形態におけるタイミングチャートであって、（ａ）は対象物である人間の指の位置を示し、（ｂ）は第一状態における電流計による検出値を示し、（ｃ）は第二状態における電流計による検出値を示し、（ｄ）は制御部による切替タイミングを示す。 第二実施形態の入力状態検出装置の構成を示す。 第二実施形態における制御部による切替タイミングを示す。図８において、Ｔ１〜Ｔ４は、図６と共通である。 第三実施形態における制御部による切替タイミングを示す。図９において、Ｔ１〜Ｔ４は、図６と共通である。 第四実施形態の入力状態検出装置の構成を示す。 第五実施形態の入力状態検出装置の構成を示す。 対象物である人間の指が静電容量型センサに対して非接触状態のときの入力状態検出装置の等価回路を示す。 第五実施形態において、スイッチング素子ＳＷ１０、ＳＷ１１、静電容量型センサの一方の電位Ｖｉｎ１および出力電位Ｖｏｕｔの動作のタイミングチャートである。 第一状態において、対象物である人間の指が静電容量型センサに対して接触非押付状態のときの入力状態検出装置の等価回路を示す。 第二状態において、対象物である人間の指が静電容量型センサに対して押付状態のときの入力状態検出装置の等価回路を示す。

＜第一実施形態＞
（１．入力状態検出装置の概要）
本実施形態の入力状態検出装置は、静電容量型センサユニット１０を備え、導電性の対象物が当該センサユニット１０に接触したこと、および、当該センサユニット１０を押し付けたことを検出する。例えば、導電性の対象物は、人間の指として、人間の指が当該センサユニット１０に接触したこと、および、人間の指によって当該センサユニット１０を押し付けたことを検出する。さらに、人間の指によって当該センサユニット１０を押し付けた状態において、入力状態検出装置は、押付力を検出することもできる。

（２．静電容量型センサの説明）
入力状態検出装置は、上述したように、静電容量型センサユニット１０を備える。まず、静電容量型センサユニット１０について、図１および図２を参照して説明する。静電容量型センサユニット１０は、後述する複数個の静電容量型センサ１を構成する。ただし、静電容量型センサユニット１０は、１個の静電容量型センサ１を構成するようにしてもよい。

図１および図２に示すように、本実施形態の静電容量型センサユニット１０は、基材１４と、第一電極１１と、複数の第二電極１２ａ〜１２ｈと、誘電層１３と、表皮層１５とを備える。基材１４は、図２に示すように、非導電性の樹脂などにより形成され、静電容量型センサユニット１０の裏面側に位置する。第一電極１１は、図２に示すように、基材１４の表面側に取り付けられる。第一電極１１は、図１に示すように、帯状に形成される。

複数の第二電極１２ａ〜１２ｈは、図２に示すように、第一電極１１に対して面法線方向に距離を隔てて対向して設けられる。つまり、複数の第二電極１２ａ〜１２ｈは、第一電極１１に対して、接触する導電性の対象物側に位置する。また、複数の第二電極１２ａ〜１２ｈのそれぞれは、図１に示すように、帯状に形成され相互に平行に配置される。ここで、複数の第二電極１２ａ〜１２ｈは、第一電極１１の延在方向に対して並んで配置される。

従って、第一電極１１と複数の第二電極１２ａ〜１２ｈとが対向する位置は、一列に並んでいる。図１においては、静電容量型センサユニット１０には、８個の対向位置が一列に並んでいる。

ここで、各電極１１，１２ａ〜１２ｈは、例えば、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより成形している。このようにすることで、各電極１１，１２ａ〜１２ｈは、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有することができる。各電極１１，１２ａ〜１２ｈを構成するエラストマーは、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、各電極１１，１２ａ〜１２ｈに配合される導電性フィラーは、導電性を有する粒子であればよく、例えば、炭素材料や金属等の微粒子を適用できる。

誘電層１３は、図２に示すように、第一電極１１と複数の第二電極１２ａ〜１２ｈのそれぞれとの間に配置されると共に、静電容量型センサユニット１０における複数の第二電極１２ａ〜１２ｈ側の面への人間の指による押付力によって圧縮される。誘電層１３は、エラストマーまたは樹脂により成形され、第一，第二電極１１，１２ａ〜１２ｈと同様に、可撓性を有する。誘電層１３を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、誘電層１３を構成する樹脂には、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂（架橋発泡ポリスチレン樹脂を含む）、ポリ塩化ビニル−ポリ塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸共重合体などが適用できる。より好ましくは、誘電層１３には、圧縮時に大きな弾性変形が可能なエラストマーが好適である。大きな圧縮変形は大きな静電容量変化を誘起するためである。

表皮層１５は、図２に示すように、複数の第二電極１２ａ〜１２ｈの表面側を被覆するように配置される。表皮層１５は、非導電性の材料により形成され、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。つまり、人間の指によって表皮層１５（「静電容量型センサにおける第二電極側の面」に相当）が押し付けられて誘電層１３が圧縮変形した場合に、表皮層１５は誘電層１３の変形に追従可能である。表皮層１５は、例えば、誘電層１３を構成するエラストマーまたは樹脂として記載した材料により形成される。

上記のように構成される静電容量型センサユニット１０は、一列に並んだ８箇所にて、第一電極１１と複数の第二電極１２ａ〜１２ｈのそれぞれとが対向するように構成されている。ここで、当該対向位置を構成する第一電極１１、複数の第二電極１２ａ〜１２ｈの何れか、およびこれらの間に介在する誘電層１３によって、１つの静電容量型センサ１（図３に示す）を形成する。つまり、静電容量型センサユニット１０は、８個の静電容量型センサ１を有する。

そして、表皮層１５が人間の指によって静電容量型センサユニット１０の面法線方向に押付力Ｆにて押し付けられた場合には、誘電層１３が当該面法線方向に圧縮変形することにより、当該部位に位置する静電容量型センサ１を構成する電極間距離が短くなる。その結果、当該部位に位置する静電容量型センサ１の静電容量が大きくなる。一方、人間の指が表皮層１５に接触しているが押し付けられていない場合には、誘電層１３が圧縮変形しないため、全ての静電容量型センサ１の静電容量は変化しない。

ここで、各電極１１，１２ａ〜１２ｈは、上記のように可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する材料により形成する。そのため、各電極１１，１２ａ〜１２ｈは、単なる導電性金属板などにより形成される電極に比べると、高い抵抗を有する。従って、例えば、第一電極１１と第二電極１２ａとの対向位置を対象位置の静電容量型センサ１とした場合に、当該位置までの第一電極１１および第二電極１２ａは、対象位置における静電容量型センサ１に対して直列接続された抵抗３，４（図３に示す）として機能する。つまり、静電容量型センサユニット１０は、静電容量型センサ１とそれの両側それぞれに直列接続された抵抗３，４とを有する。

（３．入力状態検出装置における他の構成の説明）
次に、入力状態検出装置において、静電容量型センサユニット１０以外の構成について図１を参照して説明する。入力状態検出装置は、図１に示すように、静電容量型センサユニット１０の他に、定電圧電源装置２０、電流計３０、電極側切替部４０、状態切替部５０、制御部６０、入力検出部７０を備える。

定電圧電源装置２０は、印加端子２１を静電容量型センサ１側に接続し、静電容量型センサ１に対して周期的な電圧（交流電圧、矩形波電圧など）を印加する電源である。定電圧電源装置２０の接地端子２２は、グランド電位に接続される。

電流計３０（検出器）は、静電容量型センサ１に直列接続される。特に、電流計３０の検出端子３１が、静電容量型センサ１側に接続され、電流計３０の接地端子３２がグランド電位側に接続される。すなわち、静電容量型センサ１は、定電圧電源装置２０の印加端子２１と電流計３０の検出端子３１との間に接続される。また、電流計３０の接地端子３２は、定電圧電源装置２０の接地端子２２に接続される。電流計３０は、検出端子３１から流れる電流を検出する。ここで、電流計３０により検出される電流は、静電容量型センサ１の静電容量および対象物である人間の指の静電容量に応じて変化する。

電極側切替部４０の一端が定電圧電源装置２０の印加端子２１側または電流計３０の検出端子３１側に接続され、他端が各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの一端（図１の下端）に接続されている。そして、電極側切替部４０は、各スイッチ４０ａ〜４０ｈを備えており、各計測対象に応じて予め設定された第二電極１２ａ〜１２ｈの１つに接続されるスイッチが閉成（ＯＮ）し、残りのスイッチは開成（ＯＦＦ）する。図１においては、ハッチングを付した静電容量型センサ１を計測対象とした場合には、第二電極１２ａに接続されているスイッチ４０ａが閉成し、残りのスイッチ４０ｂ〜４０ｈは開成している。

状態切替部５０は、第一スイッチ５１および第二スイッチ５２を備える。第一スイッチ５１の一端は第一電極１１に接続される。第一スイッチ５１の他端は、定電圧電源装置２０の印加端子２１への接続と電流計３０の検出端子３１への接続とを選択的に切替可能である。また、第二スイッチ５２の一端は、電極側切替部４０を介して第二電極１２ａ〜１２ｈに接続される。第二スイッチ５２の他端は、定電圧電源装置２０の印加端子２１への接続と電流計３０の検出端子３１への接続とを選択的に切替可能である。

状態切替部５０の第一，第二スイッチ５１，５２の切替動作は、制御部６０によって制御される。制御部６０は、第一スイッチ５１と第二スイッチ５２とが連動して動作するように制御する。具体的には、第一スイッチ５１が定電圧電源装置２０の印加端子２１側に接続されている場合には、第二スイッチ５２は電流計３０の検出端子３１側に接続される。一方、第一スイッチ５１が電流計３０の検出端子３１側に接続されている場合には、第二スイッチ５２は定電圧電源装置２０の印加端子２１側に接続される。つまり、制御部６０は、定電圧電源装置２０の印加端子２１と電流計３０の検出端子３１の一方が第一電極１１に接続されるようにし、他方が第二電極１２ａ〜１２ｈの中から選択された何れかに接続されるようにする。

ここで、第一スイッチ５１が定電圧電源装置２０の印加端子２１側に接続され、第二スイッチ５２が電流計３０の検出端子３１側に接続されている状態を、第一状態と称する。一方、第一スイッチ５１が電流計３０の検出端子３１側に接続され、第二スイッチ５２が定電圧電源装置２０の印加端子２１側に接続されている状態を、第二状態と称する。

つまり、状態切替部５０は、定電圧電源装置２０の印加端子２１を第一電極１１側に接続し、且つ、電流計３０の検出端子３１を第二電極１２ａ〜１２ｈ側に接続する第一状態と、定電圧電源装置２０の印加端子２１を第二電極１２ａ〜１２ｈ側に接続し、且つ、電流計３０の検出端子３１を第一電極１１側に接続する第二状態とを切替可能である。

入力検出部７０は、電流計３０の検出値に基づいて、対象物である人間の指が静電容量型センサユニット１０における第二電極１２ａ〜１２ｈ側の面に接触し且つ非押付状態（以下、「接触非押付状態」と称する）であるか否かを検出する。つまり、入力検出部７０は、静電容量型センサユニット１０に対して人間の指が非接触状態であるか、接触非押付状態であるかを検出する。また、入力検出部７０は、電流計３０の検出値に基づいて、対象物である人間の指が静電容量型センサユニット１０に押付力を付与したことを検出する。つまり、入力検出部７０は、静電容量型センサユニット１０に対して人間の指が接触非押付状態であるか、それとも押付状態であるかを検出する。

より詳細には、入力検出部７０は、第一状態における電流計３０の検出値に基づいて、対象物である人間の指が非接触状態であるか、それとも接触非押付状態であるかを検出する。また、入力検出部７０は、第二状態における電流計３０の検出値に基づいて、対象物である人間の指が接触非押付状態であるか、それとも押付状態であるかを検出する。さらには、入力検出部７０は、押付力が付与されている場合に、第二状態における電流計３０の検出値に基づいて押付力の大きさを検出する。

（４．入力状態検出装置の等価回路の説明）
次に、上述した入力状態検出装置の等価回路について、図３を参照して説明する。図３は、静電容量型センサユニット１０の任意の静電容量型センサ１を計測対象とした場合の等価回路を示す。

図３に示すように、静電容量型センサ１が可変となり、静電容量型センサ１の第一電極１１側に抵抗３が直列接続され、静電容量型センサ１の第二電極１２ａ〜１２ｈ側に抵抗４が直列接続される。第一状態（図３のスイッチ５１，５２の実線で示す）では、定電圧電源装置２０の印加端子２１が静電容量型センサ１の第一電極１１側に接続され、電流計３０の検出端子３１が静電容量型センサ１の第二電極１２ａ〜１２ｈ側に直列接続される。第二状態（図３のスイッチ５１，５２の破線で示す）では、定電圧電源装置２０の印加端子２１が静電容量型センサ１の第二電極１２ａ〜１２ｈ側に接続され、電流計３０の検出端子３１が静電容量型センサ１の第一電極１１側に直列接続される。

ここで、対象物である人間の指２の等価回路について説明する。図３の二点鎖線枠にて示すように、人間の指２は、例えば２２００ｐＦのキャパシタと、１〜１０ｋΩの抵抗と、１００ｐＦのキャパシタとの直列回路により表される。つまり、人間の指２を表皮層１５に接触する状態または表皮層１５を押し付ける状態において、当該対象物の等価回路が、第二電極１２ａ〜１２ｈ側に接続されることになる。

（５．第一状態における接触検出）
次に、第一状態において、対象物である人間の指２が表皮層１５に接触した場合を考える。このときの回路は、図４に示すようになる。つまり、第一電極１１側に定電圧電源装置２０により周期的な電圧が印加される。一方、第二電極１２ａ〜１２ｈが、抵抗４を介して電流計３０の検出端子３１に接続される。そして、人間の指２は、第二電極１２ａ〜１２ｈと電流計３０の検出端子３１との間に接続される。つまり、人間の指２の等価回路が、静電容量型センサ１に直列接続され、且つ、電流計３０および抵抗４の直列回路に対して並列接続される。

このとき、定電圧電源装置２０により供給される電流は、静電容量型センサ１を通過した後に、電流計３０および抵抗４側の経路と、人間の指２の等価回路側の経路とに分岐される。従って、第二電極１２ａ〜１２ｈから人間の指２側へ電流が流れた瞬間において、電流計３０に流れる電流は減少する。ここで、第二電極１２ａ〜１２ｈから人間の指２側へ電流が流れる瞬間は、指２が第二電極１２ａ〜１２ｈと抵抗４との間に電気的に接続されていなければならず、実質的に表皮層１５に人間の指２が接触した瞬間に等しい。

このように、第一状態において、対象物である人間の指２が表皮層１５に接触した場合には、電流計３０による検出値は、その直前に比べて減少する。そこで、入力検出部７０は、第一状態における電流計３０による検出値に基づいて、人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態であるか、それとも接触非押付状態であるかを検出する。

なお、第一状態において、人間の指２によって表皮層１５が押し付けられた場合には、第一電極１１と第二電極１２ａ〜１２ｈとの距離が短くなるため静電容量型センサ１の静電容量が大きくなる。そのため、静電容量型センサ１を流れる電流が大きくなる。その結果、電流計３０を流れる電流も大きくなる。そして、第一状態における電流計３０による検出値は、人間の指２が表皮層１５に接触したか否かを検出するために用いるが、人間の指が押付力を付与したか否かを検出するためには用いない。

（６．第二状態における押付力付与の検出）
次に、第二状態において、対象物である人間の指２が表皮層１５に対して押付力を付与した場合を考える。このときの回路は、図５に示すようになる。つまり、第二電極１２ａ〜１２ｈ側に定電圧電源装置２０により周期的な定電圧が印加される。一方、第一電極１１が、抵抗３を介して電流計３０の検出端子３１に接続される。そして、人間の指２は、静電容量型センサ１と定電圧電源装置２０の印加端子２１との間に接続される。つまり、人間の指２の等価回路が、静電容量型センサ１、電流計３０および抵抗３の直列回路に対して並列接続される。

このとき、定電圧電源装置２０により供給される電流は、静電容量型センサ１、抵抗３および電流計３０側の経路と、人間の指２の等価回路側の経路とに分岐される。しかし、定電圧電源装置２０であることに加えて、静電容量型センサ１と人間の指２とは並列接続されるため、人間の指２の等価回路側の経路に流れる電流の分、静電容量型センサ１側の経路に流れる電流は元の大きさと同程度となるように、定電圧電源装置２０が電流を供給することになる。従って、第二状態において、人間の指２が表皮層１５に接触しているとしても、静電容量型センサ１側の経路に流れる電流にはほとんど影響を及ぼさない。

一方、人間の指２による押付力によって、第一電極１１と第二電極１２ａ〜１２ｈとの距離が短くなるため静電容量型センサ１の静電容量が変化する。具体的には、押付力が大きくなるほど、静電容量が大きくなるように変化する。つまり、静電容量型センサ１の静電容量が増加すると、静電容量型センサ１、抵抗３および電流計３０側の経路に流れる電流は増加する。つまり、第二状態において押付力が大きいほど、電流計３０の検出値は大きくなる。

このように、第二状態において、対象物である人間の指２が表皮層１５に押付力を付与した場合には、電流計３０による検出値は、押付力の大きさに応じて変化する。そこで、入力検出部７０は、第二状態における電流計３０による検出値に基づいて、人間の指２が表皮層１５に対して押付力を付与したか否かを検出する。つまり、入力検出部７０は、第二状態において人間の指が表皮層１５に対して接触非押付状態であるか、それとも押付状態であるかを検出する。さらに、入力検出部７０は、表皮層１５に対して付与した押付力の大きさを検出する。

なお、第二状態において、人間の指２が表皮層１５に接触しただけで押付力を付与していない場合には、静電容量型センサ１側に流れる電流はほとんど変化しない。従って、第二状態における電流計３０による検出値は、人間の指２が表皮層１５に対して押付力を付与したか否かを検出するために用いるが、接触したか否かを検出するためには用いない。

（７．制御部による動作）
次に、制御部６０により状態切替部５０の第一，第二スイッチ５１，５２の切替タイミングについて、図６を参照して説明する。

図６（ａ）に、人間の指２の先端位置を示す。人間の指２が、静電容量型センサユニット１０の表皮層１５に近づき（時刻Ｔ１より前）、表皮層１５に接触した後（時刻Ｔ１−Ｔ２）に表皮層１５を押付け（時刻Ｔ２ーＴ３）、その後に表皮層１５に対して非接触状態（時刻Ｔ４より後）となる場合とする。このとき、第一状態において、電流計３０に流れる電流は図６（ｂ）に示す挙動を示し、第二状態において、電流計３０に流れる電流は図６（ｃ）に示す挙動を示す。

ただし、第一状態と第二状態とは切り替えられるため、図６（ｂ）は、仮に第一状態が継続された場合に電流計３０に流れる電流である。図６（ｃ）も同様に、仮に第二状態が継続された場合に電流計３０に流れる電流である。従って、図６（ｂ）（ｃ）は、実際に電流計３０によって検出される電流ではない。

第一状態における電流計３０の検出値は、図６（ｂ）に示すように、人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態から接触した瞬間に減少し、接触非押付状態から押付力を付与することによって僅かに増加し、押付状態から接触非押付状態になった瞬間に僅かに減少し、接触非押付状態から非接触状態になることで増加して再び初期値に戻る。

一方、第二状態における電流計３０の検出値は、図６（ｃ）に示すように、人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態および接触非押付状態においては、ほとんど変化しない。そこで、このときの電流計３０の検出値が基準値として規定される。続いて、表皮層１５に対して接触非押付状態から押付力が付与されると、押付力の大きさが増加するに従って、電流計３０による検出値が増加する。ここで、電流計３０による検出値と基準値に対する差とが、押付力の大きさに対応する。続いて、押付状態から押付力がゼロになり非接触になると、電流計３０による検出値は初期値（基準値に相当）に戻る。

上記のように、人間の指２の先端位置、第一状態における電流計３０の検出値、および、第二状態における電流計３０の検出値は変化する。このとき、制御部６０により、状態切替部５０のスイッチ５１，５２の切替タイミングは、以下のように行われる。

スイッチ５１，５２の切替タイミングは、図６（ｄ）に示すように行う。つまり、制御部６０は、状態切替部５０のスイッチ５１，５２を第一状態と第二状態とに周期的に切り替える。周期は、人間の指２が表皮層１５に接触してから非接触となるまでの平均的な時間に比べて十分に短い時間に設定される。

このとき、入力検出部７０は、第一状態において対象物である人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態であるか接触非押付状態であるかの検出と、第二状態において接触非押付状態であるか押付状態であるかの検出とを、周期的に行う。もちろん、第二状態においては、入力検出部７０は、押付力の大きさも検出する。

具体的には、入力検出部７０は、第一状態のときに、電流計３０による検出値が第一閾値Ｔｈ１を下回ったことを判定することで、人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態から接触非押付状態に変化したことを検出する。図６（ｄ）では、時刻Ｔ１より僅かに後の第一状態のときに、入力検出部７０は、人間の指２が表皮層１５に接触したことを検出する。

そして、入力検出部７０は、第二状態のときに、電流計３０による検出値が第二閾値Ｔｈ２を上回ったことを判定することで、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態から押付状態に変化したことを検出する。図６（ｄ）では、時刻Ｔ２に第二状態であるため、時刻Ｔ２の時点で、入力検出部７０は、人間の指２が表皮層１５に押付力を付与したことを検出する。さらに、入力検出部７０は、第二状態において、押付力の大きさも検出する。

さらに、入力検出部７０は、第二状態のときに、電流計３０による検出値が第二閾値Ｔｈ２を下回ったことを判定することで、人間の指２が表皮層１５に対して押付状態から接触非押付状態に変化したことを検出する。図６（ｄ）では、時刻Ｔ３付近で、入力検出部７０は、人間の指２が表皮層１５に対する押付力を解除したことを検出する。

また、入力検出部７０は、第一状態のときに、電流計３０による検出値が第一閾値Ｔｈ１を上回ったことを判定することで、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態から非接触状態に変化したことを検出する。図６（ｄ）では、時刻Ｔ４より僅かに後の第一状態のときに、入力検出部７０は、人間の指２が表皮層１５から非接触状態になったことを検出する。

つまり、人間の指２の接触の検出と指２が押付力を付与したことの検出とを交互に行うため、人間の指２の押付状態を早期に検出できる。また、人間の指２が第二電極１２ａ〜１２ｈへの押付状態から第二電極１２ａ〜１２ｈから離間したことを早期に検出できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の入力状態検出装置について、図７および図８を参照して説明する。本実施形態の入力状態検出装置は、第一実施形態の入力状態検出装置に対して、制御部１６０および入力検出部１７０が相違する。他の構成は、同一符号を付して、説明を省略する。

制御部１６０は、図７に示すように、入力検出部１７０による判定に基づいて、非接触状態、接触非押付状態および押付状態の変化を取得する。そして、制御部１６０は、入力検出部１７０から取得する情報に基づいて、状態切替部５０の第一，第二スイッチ５１，５２の切替動作を制御する。状態切替部５０は、制御部１６０により、以下の第一モード、第二モードおよび第三モードの何れかとされる。第一モードは、状態切替部５０に第一状態を継続させるモードである。第二モードは、状態切替部５０に第二状態を継続させるモードである。第三モードは、状態切替部５０に第一状態と第二状態とを周期的に交互に切り替えさせるモードである。

制御部１６０による動作および入力検出部１７０による各状態の検出について、図８を参照して説明する。ここで、本実施形態における人間の指２の先端位置（図８（ａ））、第一状態における電流計３０の検出値（図８（ｂ））および第二状態における電流計３０の検出値（図８（ｃ））は、第一実施形態とほぼ同様の挙動を示す。従って、図８において、時刻Ｔ１〜Ｔ４は、第一実施形態の図６におけるＴ１〜Ｔ４と同様の意味である。

ただし、図８のＴ２〜Ｔ３に示すように、人間の指２による表皮層１５への押付力が大きいため、人間の指２の先端位置、第一状態における電流計３０の検出値および第二状態における電流計３０の検出値が、第一実施形態に比べて大きく変位している。

ここで、図８（ｂ）に示すように、接触非押付状態のときの第一状態における電流計３０の検出値（Ｔ１〜Ｔ２の最小値）と、押付状態のときの第一状態における電流計３０の検出値（Ｔ２〜Ｔ３の最大値）との差は、ΔＡ１とする。また、図８（ｃ）に示すように、接触非押付状態のときの第一状態における電流計３０の検出値（Ｔ１〜Ｔ２の最小値）と、第一閾値Ｔｈ１との差は、ΔＡ２とする。

また、図８（ｂ）に示すように、接触非押付状態のときの第二状態における電流計３０の検出値（Ｔ１〜Ｔ２の最小値）と、押付状態のときの第二状態における電流計３０の検出値（Ｔ２〜Ｔ３の最大値）との差は、ΔＢ１とする。また、図８（ｃ）に示すように、接触非押付状態のときの第二状態における電流計３０の検出値（Ｔ１〜Ｔ２の最小値）と、第二閾値Ｔｈ２との差は、ΔＢ２とする。

第一閾値Ｔｈ１および第二閾値Ｔｈ２は、式（１）の関係を満たすように設定される。つまり、ΔＡ１に対するΔＡ２の比が、ΔＢ１に対するΔＢ２の比より大きくなるように、第一閾値Ｔｈ１および第二閾値Ｔｈ２が設定される。

従って、接触非押付状態から押付状態へ変化するときに、第二状態における電流計３０の検出値が第二閾値Ｔｈ２を上回る時刻が、第一状態における電流計３０の検出値が第一閾値Ｔｈ１を上回る時刻よりも先となる。ここで、上記の関係が満たされるようにするために、簡易的には、第一閾値Ｔｈ１および第二閾値Ｔｈ２は以下のように設定される。すなわち、接触非押付状態のときの第一状態における電流計３０の検出値と第一閾値Ｔｈ１との差ΔＡ２が、接触非押付状態のときの第二状態における電流計３０の検出値と第二閾値Ｔｈ２との差ΔＢ２より大きくなるように、第一閾値Ｔｈ１および第二閾値Ｔｈ２が設定される。

図８（ｄ）の時刻Ｔ１より前に示すように、制御部１６０は、初期状態として、すなわち入力検出部１７０にて非接触状態であると判定される場合には、状態切替部５０を第一モードとする。ここで、入力検出部１７０は、第一モードのときに、第一状態における電流計３０の検出値が第一閾値Ｔｈ１を下回ることで、非接触状態から接触非押付状態に変化すると判定する。従って、図８（ｂ）から分かるように、入力検出部１７０は、時刻Ｔ１のときに非接触状態から接触非押付状態に変化したと判定する。

そうすると、図８（ｄ）に示すように、制御部１６０は、時刻Ｔ１にて、状態切替部５０を第一モードから第三モードへ切り替える。つまり、状態切替部５０は、第一状態と第二状態とを交互に周期的に切り替えられる。この状態で、入力検出部１７０は、接触非押付状態から押付状態へ変化するか、それとも、接触非押付状態から非接触状態へ変化するかを検出する。

続いて、図８（ａ）に示すように、時刻Ｔ２にて、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態から押付状態へ変化するとする。そうすると、図８（ｂ）（ｃ）の時刻Ｔ２付近に示すように、第一状態における電流計３０の検出値は増加すると共に、第二状態における電流計の３０の検出値も増加する。

ただし、第一閾値Ｔｈ１および第二閾値Ｔｈ２は、上述したように、式（１）を満たすように設定される。そのため、接触非押付状態から押付状態へ変化するときに、第二状態における電流計３０の検出値が第二閾値Ｔｈ２を上回る時刻Ｔ２が、第一状態における電流計３０の検出値が第一閾値Ｔｈ１を上回る時刻Ｔ１０よりも先となる。そして、入力検出部１７０は、第三モードのときに第二状態における電流計３０の検出値が第二閾値Ｔｈ２を上回ることで、接触非押付状態から前記押付状態に変化すると判定する。従って、図８（ｃ）から分かるように、入力検出部１７０は、時刻Ｔ２のときに接触非押付状態から押付状態に変化したと判定する。

そうすると、図８（ｄ）に示すように、制御部１６０は、時刻Ｔ２にて、状態切替部５０を第三モードから第二モードへ切り替える。つまり、状態切替部５０は、第二状態を継続する。この状態で、入力検出部１７０は、押付状態から接触非押付状態に変化することを検出する。

続いて、図８（ａ）に示すように、時刻Ｔ３にて、人間の指２が表皮層１５に対して押付状態から接触非押付状態へ変化するとする。そうすると、図８（ｃ）の時刻Ｔ３付近に示すように、第二状態における電流計３０の検出値は減少する。ここで、入力検出部１７０は、第二モードのときに第二状態における電流計３０の検出値が第二閾値Ｔｈ２を下回ることで、押付状態から接触非押付状態に変化すると判定する。従って、図８（ｃ）から分かるように、入力検出部１７０は、時刻Ｔ３のときに押付状態から接触非押付状態に変化したと判定する。

そうすると、図８（ｄ）に示すように、制御部１６０は、時刻Ｔ３にて、状態切替部５０を第二モードから第三モードに切り替える。つまり、状態切替部５０は、再び、第一状態と第二状態とを交互に周期的に切り替えられる。

続いて、図８（ａ）に示すように、時刻Ｔ４にて、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態から非接触状態へ変化するとする。そうすると、図８（ｂ）の時刻Ｔ４付近に示すように、第一状態における電流計３０の検出値は増加するのに対して、図８（ｃ）の時刻Ｔ４付近に示すように、第二状態における電流計３０の検出値は変化しない。

そして、入力検出部１７０は、第三モードのときに第一状態における電流計３０の検出値が第一閾値Ｔｈ１を上回ることで、接触非押付状態から非接触状態に変化すると判定する。従って、図８（ｂ）から分かるように、入力検出部１７０は、時刻Ｔ４のときに接触非押付状態から非接触状態に変化したと判定する。

そうすると、図８（ｄ）に示すように、制御部１６０は、時刻Ｔ４にて、状態切替部５０を第三モードから第一モードに切り替える。つまり、状態切替部５０は、第一状態を継続する。この状態で、入力検出部１７０は、再び、非接触状態から接触非押付状態に変化することを検出する。

上記のように、非接触状態のときに状態切替部５０が第一状態を継続する第一モードとされることで、入力検出部１７０は、確実に非接触状態から接触非押付状態へ変化したことを検出できる。また、押付力の大きさを検出する場合において、押付状態のときに状態切替部５０が第二状態を継続する第二モードとされることで、入力検出部１７０は、押付力の大きさを高精度に検出できる。

ただし、第一モードから第二モードへの移行、および、第二モードから第一モードへの移行の判断は容易ではない。そこで、上記によれば、第一モードと第二モードとの間での移行は、第三モードを介することとする。第三モードは、第一状態と第二状態とを周期的に交互に切り替えるモードである。つまり、第三モードのときには、状態切替部５０は、第一状態を継続する第一モードへ移行することもスムースとなり、第二状態を継続する第二モードへ移行することもスムースとなる。

さらに、入力検出部１７０は、各モードにおいて第一閾値Ｔｈ１または第二閾値Ｔｈ２を用いることで、人間の指２による状態の変化を確実に判定できる。従って、制御部１６０は、各モードの切り替えを適切に行うことができる。さらに、上記のように第一閾値Ｔｈ１および第二閾値Ｔｈ２が設定される。これにより、制御部１６０は、接触非押付状態のときに、非接触状態に変化したのか、それとも、押付状態に変化したのかを確実に判定できる。その結果、制御部１６０は、さらに、第三モードのときに、第一モードへ切り替えるのか、それとも、第二モードへ切り替えるのかを、確実に判定できる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態の入力状態検出装置における制御部１６０の動作について、図９を参照して説明する。本実施形態の入力状態検出装置は、第二実施形態の入力状態検出装置と実質的に同様の構成となる。

ここで、制御部１６０は、入力検出部１７０から取得する情報に基づいて、状態切替部５０の第一，第二スイッチ５１，５２の切替動作を制御する。ただし、状態切替部５０は、制御部１６０により、第一状態を継続する第一モードと、第二状態を継続する第二モードの何れかとされる。また、本実施形態における人間の指２の先端位置、第一状態における電流計３０の検出値および第二状態における電流計３０の検出値は、第一実施形態における各挙動を示す図６の（ａ）〜（ｃ）と同一の挙動であるとする。

制御部１６０による動作は、図９を参照して説明する。図９の時刻Ｔ１より前に示すように、制御部１６０は、初期状態として、すなわち入力検出部１７０にて非接触状態であると判定される場合には、状態切替部５０を第一モードとする。ここで、入力検出部１７０は、第一モードのときに、第一状態における電流計３０の検出値が第一閾値Ｔｈ１を下回ることで、非接触状態から接触非押付状態に変化すると判定する。

図９の時刻Ｔ１のときに、入力検出部１７０は、人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態から接触非押付状態に変化したとことを検出する。具体的には、入力検出部１７０は、第一状態における電流計３０による検出値が第一閾値Ｔｈ１を下回ったことを判定することで、人間の指２が表皮層１５に接触したことを検出する。

そして、制御部１６０は、人間の指２が表皮層１５に接触したと判定したタイミングで、状態切替部５０のスイッチ５１，５２を第一モードから第二モードに切り替える。この状態で、入力検出部１７０は、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態から押付状態に変化したことを検出すると共に、押付状態において押付力の大きさを検出する。具体的には、入力検出部１７０は、第二状態における電流計３０による検出値が第二閾値Ｔｈ２を上回ったか否かを判定することで、人間の指２が表皮層１５に押付力を付与したことを検出する。図９では、時刻Ｔ２のときに、入力検出部１７０は、人間の指２が表皮層１５に押付力を付与したことを検出する。

さらに続いて、入力検出部１７０は、人間の指２により押付力が減少したとき、第二状態における電流計３０による検出値が第二閾値Ｔｈ２を下回ったか否かを判定する。入力検出部１７０は、検出値が第二閾値Ｔｈ２を下回ったことを判定することで、人間の指２による表皮層１５に対する押付力が実質的になくなり、単なる表皮層１５に接触している状態になったと判定する。つまり、入力検出部１７０は、時刻Ｔ３のときに、押付状態から接触非押付状態に変化したことを検出する。このタイミングで、制御部１６０は、状態切替部５０のスイッチ５１，５２を第二モードから第一モードに切り替える。図９では、時刻Ｔ３のときに、入力検出部１７０は、人間の指２が表皮層１５に対する押付力を解除したことを検出する。

そして、入力検出部１７０は、第一モードに切り替えられた後に、電流計３０による検出値が第一閾値Ｔｈ１を上回ったことを判定することで、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態から非接触状態に変化したことを検出する。図９では、時刻Ｔ４のときに、入力検出部１７０は、人間の指２が表皮層１５から非接触状態になったことを検出する。

そして、再び、人間の指２によって表皮層１５に対して非接触状態から接触非押付状態に変化するときまで、制御部１６０は、状態切替部５０を第一モードとする。これにより、確実に、人間の指２の表皮層１５への接触および押付状態を検出できる。このとき、状態切替部５０による切替動作の回数を少なくすることができ、消費エネルギーを低減できる。

＜第四実施形態＞
第一〜第三実施形態においては、複数の静電容量型センサ１が一列に並んで構成される。図１０に示すように、入力状態検出装置は、複数の静電容量型センサユニット１０，１０と、それぞれに対応する複数の定電圧電源装置２０，２０、複数の電流計３０，３０、複数の電極側切替部４０，４０、複数の状態切替部５０，５０と、共通の制御部６０、共通の入力検出部７０を備える。

検出範囲５は、複数の静電容量型センサユニット１０，１０を含む範囲となる。従って、入力状態検出装置は、広範囲に亘って、人間の指２が表皮層１５に対して、非接触状態、接触非押付状態および押付状態の検出が可能となる。

＜第五実施形態＞
上記実施形態においては、入力状態検出装置は、電流計３０を用いて検出端子３１に流れる電流を検出することで、非接触状態、接触非押付状態および押付状態を検出した。この他に、入力状態検出装置は、以下の検出器２３０を用いて、検出端子２３１における電位を検出することで、入力状態を検出することができる。

（入力状態検出装置の構成）
検出器２３０を用いる入力状態検出装置について、図１１を参照して説明する。入力状態検出装置は、静電容量型センサユニット１０、定電圧電源装置２２０、検出器２３０、電極側切替部４０、状態切替部５０、制御部１６０、入力検出部１７０を備える。ここで、本実施形態における定電圧電源装置２２０および検出器２３０以外の構成は、第一実施形態または第二実施形態において同一符号を付す構成と同様である。

定電圧電源装置２２０は、定電圧電源２２３と、入力用スイッチング素子ＳＷ１１とを備える。定電圧電源２２３は、一定の電圧である入力電圧Ｖｉｎを印加可能な電源である。入力用スイッチング素子ＳＷ１１の一端側である印加端子２２１は、静電容量型センサ１側に接続される。入力用スイッチング素子ＳＷ１１の他端側は、定電圧電源２２３とグランド電位側の接地端子２２２との一方に切り替え可能に接続される。つまり、入力用スイッチング素子ＳＷ１１が定電圧電源２２３側に接続されている場合には、静電容量型センサ１に入力電圧Ｖｉｎが印加される状態となる。一方、入力用スイッチング素子ＳＷ１１がグランド電位側に接続されている場合には、静電容量型センサ１には入力電圧Ｖｉｎが印加されない状態となる。

検出器２３０は、ブリッジ用キャパシタ２３３、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０、充放電用制御装置２３４、電位検出器２３５を備える。ブリッジ用キャパシタ２３３は、静電容量型センサ１の他方（定電圧電源装置２２０とは異なる側）に対して直列接続され、静電容量型センサ１とグランド電位との間に接続される。つまり、静電容量型センサ１とブリッジ用キャパシタ２３３とが、ブリッジ回路を構成する。ここで、ブリッジ用キャパシタ２３３の静電容量は、Ｃｂである。

充放電用スイッチング素子ＳＷ１０は、静電容量型センサ１の他方に対して直列接続されると共に、ブリッジ用キャパシタ２３３に対して並列接続される。さらに、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０は、閉状態時に静電容量型センサ１の他方の電荷をグランド電位に放電する。

充放電用制御装置２３４は、以下に示す放電工程と充電工程とを交互に実行する。すなわち、充放電用制御装置２３４は、入力用スイッチング素子ＳＷ１１をグランド電位側に接続した状態にし、且つ、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることで、静電容量型センサ１の電荷をグランド電位に放電する（放電工程）。ここで、入力用スイッチング素子ＳＷ１１をグランド電位側に接続した状態とは、静電容量型センサ１に対して入力電圧Ｖｉｎを印加していない状態に相当する。上記放電工程により、静電容量型センサ１の電荷を基準状態としてのグランド電位に設定することで、キャリブレーションを行うことができる。

また、充放電用制御装置２３４は、上記放電工程の後に、入力用スイッチング素子ＳＷ１１を定電圧電源２２３側に接続した状態にし、且つ、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にすることで、静電容量型センサ１に充電する（充電工程）。ここで、入力用スイッチング素子ＳＷ１１を定電圧電源２２３側に接続した状態とは、静電容量型センサ１に対して入力電圧Ｖｉｎを印加する状態に相当する。

電位検出器２３５は、充放電用制御装置２３４が充電工程を実行する場合において、静電容量型センサ１とブリッジ用キャパシタ２３３との間の電位Ｖｏｕｔ（以下、「出力電位」とも称する）を検出する。なお、出力電位Ｖｏｕｔは、静電容量型センサ１の他方の電位に相当する。

（非接触状態のときの等価回路）
人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態のときの入力状態検出装置の等価回路は、図１２に示すような回路となる。入力用スイッチング素子ＳＷ１１が定電圧電源２２３側に接続される状態において、出力電位Ｖｏｕｔ０は、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ０、ブリッジ用キャパシタ２３３の静電容量Ｃｂ、入力電圧Ｖｉｎによって、式（２）のように表される。

ここで、ブリッジ用キャパシタ２３３の静電容量Ｃｂおよび入力電圧Ｖｉｎは、既知である。従って、式（２）により、電位検出器２３５により検出される出力電位Ｖｏｕｔ０は、静電容量型センサ１の静電容量に相当する値となる。

（充放電用制御装置の動作）
次に、人間の指２が表皮層１５に対して非接触状態のときにおいて、充放電用制御装置２３４が実行する充放電用スイッチング素子ＳＷ１０の開閉のタイミングと、静電容量型センサ１の一方の電位Ｖｉｎ１および出力電位Ｖｏｕｔの関係について、図１３を参照して説明する。Ｔ１１〜Ｔ１２において、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０がＯＮ（閉状態）とされる。また、入力用スイッチング素子ＳＷ１１がグランド電位側に接続される。従って、静電容量型センサ１の一方の電位Ｖｉｎ１が、グランド電位となる。

上記動作によって、静電容量型センサ１の電荷が、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を介して、放電される。その結果、静電容量型センサ１とブリッジ用キャパシタ２３３との間の出力電位Ｖｏｕｔが基準状態としてのグランド電位となる。つまり、上記動作前においては、出力電位Ｖｏｕｔが不定であったが、上記動作によって、出力電位Ｖｏｕｔがグランド電位に設定される。

続いて、Ｔ１２〜Ｔ１４において、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０がＯＦＦ（開状態）とされ、入力用スイッチング素子ＳＷ１１が定電圧電源２２３側に接続される。従って、静電容量型センサ１の一方の電位Ｖｉｎ１が、入力電圧Ｖｉｎとなる。上記動作によって、静電容量型センサ１に電荷が充電される。充電に要する時間を経過した後に（図２のＴ１３〜Ｔ１４）において、電位検出器２３５が、出力電位Ｖｏｕｔを検出する。電位検出器２３５が検出する出力電位Ｖｏｕｔが、検出対象である出力電位Ｖｏｕｔ０である。

続いて、Ｔ１４〜Ｔ１５において、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０はＯＮ（閉状態）とされ、入力用スイッチング素子ＳＷ１１がグランド電位側に接続される。この動作によって、静電容量型センサ１の一方の電位Ｖｉｎ１はグランド電位となり、静電容量型センサ１の電荷が放電される。すなわち、上記出力電位Ｖｏｕｔがグランド電位になる。続いて、Ｔ１５〜Ｔ１９は、上述したＴ１１〜Ｔ１５と同様の動作を繰り返す。

上記のとおり、ブリッジ用キャパシタ２３３が静電容量型センサ１に対して直列接続されており、電位検出器２３５が、静電容量型センサ１の他方の電位、すなわち静電容量型センサ１とブリッジ用キャパシタ２３３との間の出力電位Ｖｏｕｔを検出する。ここで、単なる２つのキャパシタの中間電位は不定であるため、当該中間電位を用いて検出された静電容量は高精度ではない。

しかし、上記の通り、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることで、静電容量型センサ１の電荷が放電される。すなわち、上記中間電位としての出力電位Ｖｏｕｔが基準状態としてのグランド電位になる。つまり、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることによって、出力電位Ｖｏｕｔのキャリブレーションが行われる。

そして、電位検出器２３５は、放電された後に、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にし、且つ、静電容量型センサ１の一方に入力電圧Ｖｉｎを印加した状態にされた時に、静電容量型センサ１の他方の電位を検出する。つまり、電位検出器２３５が検出する電位は、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ０に応じた電位となる。

（接触非押付状態および押付状態の出力電位）
第一状態において、人間の指２が表皮層１５に対して接触非押付状態のときの入力状態検出装置の等価回路は、図１４に示すような回路となる。ここで、便宜上、人間の指２の静電容量をＣｙとする。入力用スイッチング素子ＳＷ１１が定電圧電源２２３側に接続される状態において、出力電位Ｖｏｕｔ１は、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ０、ブリッジ用キャパシタ２３３の静電容量Ｃｂ、入力電圧Ｖｉｎ、人間の指２の静電容量Ｃｙによって、式（３）のように表される。ここで、接触非押付状態においては、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ０は、実質上、一定値である。

式（３）と式（２）とを比較すると、人間の指２の静電容量Ｃｙの影響により、接触非押付状態の出力電位Ｖｏｕｔ１は、非接触状態の出力電位Ｖｏｕｔ０より小さくなる。つまり、出力電位Ｖｏｕｔ０，Ｖｏｕｔ１は、第一〜第三実施形態にて示したように、電流計３０による検出値と同様の挙動となる。

また、第二状態において、人間の指２が表皮層１５に対して押付状態のときの入力状態検出装置の等価回路は、図１５に示すような回路となる。入力用スイッチング素子ＳＷ１１が定電圧電源２２３側に接続される状態において、出力電位Ｖｏｕｔ２は、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ１、ブリッジ用キャパシタ２３３の静電容量Ｃｂ、入力電圧Ｖｉｎ、人間の指２の静電容量Ｃｙによって、式（４）のように表される。ここで、押付状態においては、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ１は、押付力に応じて変化する。

ここで、押付状態における静電容量Ｃｎ１は、接触非押付状態における静電容量Ｃｎ０より大きい。従って、式（４）と式（３）とを比較すると、静電容量型センサ１の静電容量Ｃｎ１の変化により、押付状態の出力電位Ｖｏｕｔ２は、接触非押付状態の出力電位Ｖｏｕｔ１より大きくなる。つまり、出力電位Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、第一〜第三実施形態にて示したように、電流計３０による検出値と同様の挙動となる。以上より、電流計３０を検出器２３０に代えた場合であっても、人間の指２による入力状態が確実に検出される。

（その他）
上記において、入力状態検出装置は、常に、第一状態による検出と第二状態の検出の何れかを行うこととした。つまり、入力状態検出装置は、第一状態と第二状態の何れかによる検出を連続的に行った。この他に、入力状態検出装置は、第一状態と第二状態の何れかによる検出を所定の周期で断続的に行ってもよい。このようにすることで、状態切替部５０による切替動作の回数がさらに少なくなり、より消費エネルギーが低減する。

また、上述したように、静電容量型センサユニット１０は、第一電極１１および複数の第二電極１２ａ〜１２ｈを備えることにより、８個の静電容量型センサ１を構成している。従って、入力検出部７０は、対象物である人間の指２が、複数箇所の静電容量型センサ１のどの位置に存在するか、さらには表皮層１５に接触または押付力の付与がされているかを検出する。この他に、静電容量型センサユニット１０が、１個の静電容量型センサ１を構成するようにしてもよい。この場合、静電容量型センサユニット１０は、１個の第一電極と１個の第二電極を備えることになる。このとき、電極側切替部４０は不要となる。

１：静電容量型センサ、 ２：人間の指（対象物）、 ３，４：抵抗、 １０：静電容量型センサユニット、 １１：第一電極、 １２ａ−１２ｈ：第二電極、 １３：誘電層、 １４：基材、 １５：表皮層、 ２０，２２０：定電圧電源装置、 ２１，２２１：印加端子、 ２２，２２２：接地端子、 ３０：電流計（検出器）、 ３１，２３１：検出端子、 ３２，２３２：接地端子、 ４０：電極側切替部、 ５０：状態切替部、 ５１：第一スイッチ、 ５２：第二スイッチ、 ６０，１６０，２６０：制御部、 ７０，１７０，２７０：入力検出部、 ２２３：定電圧電源、 ２３０：検出器、 ２３３：ブリッジ用キャパシタ、 ２３４：充放電用制御装置、 ２３５：電位検出器、 ＳＷ１０：充放電用スイッチング素子、 ＳＷ１１：入力用スイッチング素子、 Ｔｈ１：第一閾値、 Ｔｈ２：第二閾値、 Ｖｉｎ：入力電圧、 Ｖｏｕｔ、Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３：出力電位

Claims (10)

1. 基材に取り付けられる第一電極と、接触する導電性の対象物側に位置する第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に配置されると共に前記対象物による前記第二電極への押付力によって圧縮される誘電層とを備える静電容量型センサと、
   印加端子を前記静電容量型センサ側に接続し、前記静電容量型センサに対して所定電圧を印加する定電圧電源装置と、
   前記静電容量型センサに直列接続され、検出端子を前記静電容量型センサ側に接続し、前記静電容量型センサの静電容量および前記対象物の静電容量に応じて変化する前記検出端子における電位または前記検出端子から流れる電流を検出する検出器と、
   前記定電圧電源装置の印加端子を前記第一電極側に接続し、かつ、前記検出器の検出端子を前記第二電極側に接続する第一状態と、前記定電圧電源装置の印加端子を前記第二電極側に接続し、かつ、前記検出器の検出端子を前記第一電極側に接続する第二状態とを切替可能な状態切替部と、
   前記第一状態における前記検出器の検出値に基づいて前記対象物が前記静電容量型センサにおける前記第二電極側の面に対して非接触状態であるか接触非押付状態であるかを検出すると共に、前記第二状態における前記検出器の検出値に基づいて前記対象物が前記第二電極に対して接触非押付状態であるか押付状態であるかを検出する入力検出部と、
   を備え、
   前記検出器は、
   前記検出器の前記検出端子とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタと、
   前記ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記検出端子の電荷をグランド電位に放電する充放電用スイッチング素子と、
   前記定電圧電源装置が前記静電容量型センサに対して前記所定電圧を印加していない状態において、前記検出端子の電荷をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記定電圧電源装置により前記所定電圧が印加される状態にすることで、前記静電容量型センサに充電する工程とを実行する充放電用制御装置と、
   前記充放電用制御装置による前記充電する工程において、前記静電容量型センサの静電容量および前記対象物の静電容量に応じた値として、前記検出端子の電位を検出する電位検出器と、
   を備える、入力状態検出装置。
2. 前記入力検出部は、前記第二状態における前記検出器の検出値に基づいて、前記対象物が前記第二電極へ付与した押付力の大きさを検出する、請求項１に記載の入力状態検出装置。
3. 前記入力状態検出装置は、前記状態切替部の状態を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記状態切替部を前記第一状態と前記第二状態とに周期的に切り替え、
   前記入力検出部は、前記非接触状態であるか前記接触非押付状態であるかの検出と、前記接触非押付状態であるか前記押付状態であるかの検出とを周期的に行う、請求項１または２に記載の入力状態検出装置。
4. 前記状態切替部に前記第一状態を継続させるモードは第一モードとし、前記状態切替部に前記第二状態を継続させるモードは第二モードとし、前記状態切替部に前記第一状態と前記第二状態とを周期的に交互に切り替えさせるモードは第三モードとし、
   前記入力状態検出装置は、前記状態切替部のモードを制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記非接触状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第一モードから前記第三モードに切り替え、
   前記接触非押付状態から前記非接触状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第三モードから前記第一モードに切り替え、
   前記接触非押付状態から前記押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第三モードから前記第二モードに切り替え、
   前記押付状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第二モードから前記第三モードに切り替える、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の入力状態検出装置。
5. 前記入力検出部は、
   前記第一モードのときに前記第一状態における前記検出器の検出値が第一閾値を下回ることで前記非接触状態から前記接触非押付状態に変化すると判定し、
   前記第三モードのときに前記第一状態における前記検出器の検出値が前記第一閾値を上回ることで前記接触非押付状態から前記非接触状態に変化すると判定し、
   前記第三モードのときに前記第二状態における前記検出器の検出値が第二閾値を上回ることで前記接触非押付状態から前記押付状態に変化すると判定し、
   前記第二モードのときに前記第二状態における前記検出器の検出値が前記第二閾値を下回ることで前記押付状態から前記接触非押付状態に変化すると判定し、
   前記制御部は、前記入力検出部による判定に基づいて、前記非接触状態、前記接触非押付状態および前記押付状態の変化を取得する、
   請求項４に記載の入力状態検出装置。
6. 前記接触非押付状態のときの前記第一状態における前記検出器の検出値と前記第一閾値との差が、前記接触非押付状態のときの前記第二状態における前記検出器の検出値と前記第二閾値との差より大きくなるように、
   前記第一閾値および前記第二閾値が設定される、
   請求項５に記載の入力状態検出装置。
7. 前記状態切替部に前記第一状態を継続させるモードは第一モードとし、前記状態切替部に前記第二状態を継続させるモードは第二モードとし、
   前記入力状態検出装置は、前記状態切替部の状態を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記非接触状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第一モードから前記第二モードに切り替え、
   前記押付状態から前記接触非押付状態に変化するときに、前記状態切替部を前記第二モードから前記第一モードに切り替える、
   請求項１または２に記載の入力状態検出装置。
8. 前記第一電極および前記第二電極の少なくとも何れか一方を複数備えることにより、複数個の静電容量型センサを構成し、
   前記入力検出部は、前記対象物が存在する位置を検出する、請求項１〜７の何れか一項に記載の入力状態検出装置。
9. 前記誘電層はエラストマーまたは樹脂で形成される、請求項１〜８の何れか一項に記載の入力状態検出装置。
10. 前記第一電極および前記第二電極は、エラストマーに導電性フィラーを配合させることによって形成される、請求項１〜９の何れか一項に記載の入力状態検出装置。

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