JP6430331B2 - 入力装置、入力装置の制御方法および入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラム - Google Patents

Description

本発明は、入力装置、入力装置の制御方法および入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムに関するものである。

検出領域内の複数の検出位置において静電容量などの物理量を計測することにより、指などの操作体の近接状態を検出する入力装置がある。一例としての入力装置は、ある層に配設された平行な複数の駆動電極と、別の層に配設された平行な複数の検出電極とを備え、駆動電極と検出電極との交差位置を検出位置とする。

検出位置の静電容量を取得するための駆動方法として符号化駆動がある。符号化駆動では、例えば、複数の駆動電極に同時に正と負とのいずれかの極性の駆動信号を印加しながら、検出電極で検出信号を測定することを複数回繰り返す。得られた検出信号と駆動信号とを元に検出位置における静電容量が計算される。

国際公開第２００９／１０７４１５号

一般には、複数の駆動電極が等間隔で並べられ、検出電極も等間隔で並べられている。そのため、検出領域が矩形であれば、どの検出電極にも、同じ数の検出位置が付随する。一方で、検出領域を矩形以外の様々な形状にすることが要望されている。検出領域を矩形以外にすると、付随する検出位置の数が、検出電極間で異なる場合がある。この場合、従来の入力装置の符号化駆動では、検出位置の数にかかわらず、全ての検出電極に対して同じ駆動信号パターンを使用する。

検出位置の数が少ない検出電極に対して、検出位置の数が多い検出電極と同じ駆動信号パターンを使用すると、検出信号の正負のバランスが崩れるため、検出位置の数が少ない検出電極の検出信号のレベルが増大する。すなわち、正極性の検出信号の数が負極性の検出信号の数に比べて大きくなると、それらを合成した信号は正の極性で大きな信号レベルを持ち易くなり、負極性の検出信号の数が正極性の検出信号の数に比べて大きくなると、それらを合成した信号は負の極性で大きな信号レベルを持ち易くなる。信号レベルの増大した検出電極にダイナミックレンジを合わせると、信号レベルの小さい検出電極の感度が低下するという不利益がある。また、検出信号のレベルが増大すると、ノイズが増大するという不利益もある。

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、検出領域の形状の自由度を向上しつつ高感度化を実現できる入力装置、入力装置の制御方法および入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することにある。

本発明は、複数の検出位置における物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置であって、一群の検出位置における物体の近接状態をそれぞれ検出し、一群の検出位置について検出の結果として得られる一群の検出信号の和に応じた合成検出信号をそれぞれ生成する複数の検出部を有し、近接状態に応じた信号レベルを持つ検出信号の正負の極性を、個々の検出位置において制御可能なセンサ部と、一群の検出信号に設定する一群の極性である極性パターンを互いに異ならせた合成検出信号からなる一群の合成検出信号であって、一群の検出信号と同数の合成検出信号からなる一群の合成検出信号を、複数の検出部においてそれぞれ生成するようにセンサ部を制御する制御部と、検出部が生成した一群の合成検出信号と、一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の極性パターンとに基づいて、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生する信号再生部とを具備し、複数の検出部の少なくとも一部は、一群の検出位置の数が互いに異なっており、制御部は、１つの検出部において一群の合成検出信号の生成に用いる一群の極性パターンを、各々の極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、一群の検出位置の数に応じて選択することを特徴とする。

この構成によれば、一群の検出位置に含まれる検出位置の数が異なる複数の検出部を有するため、検出位置が分布する検出領域の形状を任意の形状に形成し易くなり、検出領域の形状の自由度が向上する。
また、１つの検出部において一群の合成検出信号の生成に用いられる一群の極性パターンが、各々の極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、前記１つの検出部が持つ一群の検出位置の数に応じて選択される。これにより、複数の検出部のそれぞれにおいて、合成検出信号の元となる正極性の検出信号の数と負極性の検出信号の数との差が小さくなるため、検出信号の数のバランスが一方の極性に偏る場合に比べて、合成検出信号の信号レベルが小さくなる。合成検出信号の信号レベルが小さくなると、合成検出信号を入力する信号再生部において、合成検出信号のダイナミックレンジを十分に確保することが可能になるため、各検出素子において得られる微小な検出信号を高い感度で再生することが可能となる。

好適には本発明の入力装置は、１つの検出部における一群の検出位置がＮ個であり、検出信号に設定される正又は負の極性を「１」又は「−１」で表わし、Ｎ個の検出信号からなる一群の検出信号に設定された極性パターンを、「１」又は「−１」の要素を持つ１行Ｎ列の部分行列で表わし、かつ、Ｎ個の極性パターンからなる一群の極性パターンを、Ｎ個の部分行列からなるＮ行Ｎ列の行列で表わした場合に、信号再生部は、Ｎ行Ｎ列の行列に対する逆行列と、１つの検出部が生成した一群の合成検出信号を要素とするＮ行１列の行列との積に相当する演算により、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生することを特徴とする。

好適には本発明の入力装置は、制御部は、Ｎ行Ｎ列の行列として、行数と列数がＮを超えたペイリー法に基づくアダマール行列から、行方向並びに列方向の要素の合計値の絶対値が最大となる行及び列を除くことにより生成される行列を用いることを特徴とする。

この構成によれば、一群の検出位置で駆動電極に同時に与えられる駆動信号の正と負との極性の数が近くなるので、駆動電極からの輻射ノイズが低減する。

好適には本発明の入力装置は、信号再生部は、逆行列とＮ行一列の行列との積に相当する演算により、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生する第１信号再生処理、逆行列における「０」の要素を「０」でない要素とは逆の極性をもつ値に置換した行列である拡張逆行列とＮ行一列の行列との積に相当する演算により、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生する第２信号再生処理、第１信号再生処理において再生された一群の検出信号の信号レベルと、第２信号再生処理において再生された一群の検出信号の信号レベルとの差の平均値をオフセットとして算出するオフセット算出処理、及び、第２信号再生処理において再生された一群の検出信号の信号レベルにそれぞれオフセットを加算するオフセット加算処理を行うことを特徴とする。

この構成によれば、拡張逆行列を使用することで、逆行列をそのまま使用するよりも多くの検出信号を使用して信号レベルを算出するので、ノイズ低減効果が大きくなる。さらに、オフセットを使用することにより、拡張逆行列の使用によるノイズ低減効果を維持したまま、逆行列を使用して算出される信号レベルとの差が小さくなる。

好適には本発明の入力装置は、センサ部は、複数の検出位置に対応して設けられた複数の検出素子であって、物体の近接状態に応じた信号レベルを持ち、入力される駆動信号に応じて極性が正又は負に設定される検出信号をそれぞれ発生する複数の検出素子と、制御部の制御に従って、複数の検出素子にそれぞれ駆動信号を供給する駆動部とを有し、検出部は、一群の検出位置に対応した一群の検出素子を含んでおり、一群の検出素子が発生する一群の検出信号の和に応じた合成検出信号を生成することを特徴とする。

好適には本発明の入力装置は、センサ部は、複数の検出電極と、複数の検出電極に交差する複数の駆動電極と、合成検出信号生成部とを有し、検出素子は、検出電極と駆動電極との交差部に形成されるキャパシタであり、駆動部は、複数の駆動電極にそれぞれ駆動信号を供給し、１つの検出電極と複数の駆動電極との間には、一群の検出素子としての一群のキャパシタが形成されており、合成検出信号生成部は、一群のキャパシタの静電容量を正と負とのいずれかの極性で表す前記一群の検出信号の和に応じた合成検出信号を、複数の検出電極の各々について生成することを特徴とする。

好適には本発明の入力装置は、検出電極に交差する駆動電極の本数が素数であることを特徴とする。

この構成によれば、検出位置の数に合った一群の極性パターンが、ペイリー法を使用して生成したアダマール行列から確実に導出される。

本発明は、複数の検出位置における物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置の制御方法であって、入力装置は、一群の検出位置における物体の近接状態をそれぞれ検出し、一群の検出位置について検出の結果として得られる一群の検出信号の和に応じた合成検出信号をそれぞれ生成する複数の検出部を有し、近接状態に応じた信号レベルを持つ検出信号の正負の極性を、個々の検出位置において制御可能なセンサ部を具備しており、複数の検出部の少なくとも一部は、一群の検出位置の数が互いに異なっており、制御方法は、一群の検出信号に設定する一群の極性である極性パターンを互いに異ならせた合成検出信号からなる一群の合成検出信号であって、一群の検出信号と同数の合成検出信号からなる一群の合成検出信号を、複数の検出部においてそれぞれ生成するようにセンサ部を制御する第１ステップと、検出部が生成した一群の合成検出信号と、一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の極性パターンとに基づいて、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生する第２ステップと、を含み第１ステップでは、１つの検出部において一群の合成検出信号の生成に用いる一群の極性パターンが、各々の極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、一群の検出位置の数に応じて選択されることを特徴とする。

本発明は、複数の検出位置における物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、入力装置は、一群の検出位置における物体の近接状態をそれぞれ検出し、一群の検出位置について検出の結果として得られる一群の検出信号の和に応じた合成検出信号をそれぞれ生成する複数の検出部を有し、近接状態に応じた信号レベルを持つ検出信号の正負の極性を、個々の検出位置において制御可能なセンサ部を具備しており、複数の検出部の少なくとも一部は、一群の検出位置の数が互いに異なっており、制御方法が、一群の検出信号に設定する一群の極性である極性パターンを互いに異ならせた合成検出信号からなる一群の合成検出信号であって、一群の検出信号と同数の合成検出信号からなる一群の合成検出信号を、複数の検出部においてそれぞれ生成するようにセンサ部を制御する第１ステップと、検出部が生成した一群の合成検出信号と、一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の極性パターンとに基づいて、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生する第２ステップと、を含み第１ステップでは、１つの検出部において一群の合成検出信号の生成に用いる一群の極性パターンが、各々の極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、一群の検出位置の数に応じて選択されることを特徴とする。

本発明によれば、検出領域の形状の自由度を向上しつつ高感度化を実現できる。

本発明の実施形態の入力装置の構成図である。 図１に示す入力装置で算出される静電容量および中間値の例を示す図である。 図１に示す制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示す信号再生部の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る、複数の検出位置における物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の入力装置１００は、センサ部２００と処理部３００と記憶部３３０とを備える。

センサ部２００は、物体の近接状態を検出する装置であり、複数の検出部２６０を備える。１つの検出部２６０は、一群の検出位置２３５における物体の近接状態をそれぞれ検出する。検出部２６０は、一群の検出位置２３５について物体の近接状態の検出することにより、その検出結果として一群の検出信号が得られると、当該一群の検出信号の和に応じた合成検出信号を生成する。各検出位置２３５において得られる検出信号は、物体の近接状態に応じた信号レベルを持つとともに、正負の極性を持つ。センサ部２００は、処理部３００の後述する制御部３１０から与えられる極性パターンの情報に従って、個々の検出位置において得られる検出信号の極性（正又は負）を制御することができる。

図１の例において、センサ部２００は、複数の第１の駆動電極２１０ａ〜第１１の駆動電極２１０ｋ（以下、区別せずに駆動電極２１０と呼ぶ場合もある）と、第１の検出電極２２０ａおよび第２の検出電極２２０ｂ（以下、区別せずに検出電極２２０と呼ぶ場合もある）とを含む。駆動電極２１０は、すべて同一層において、互いに概ね平行に並んでいる。検出電極２２０は、すべて同一層において、互いに概ね平行に並んでいる。駆動電極２１０と検出電極２２０とは、互いに異なる層に配設されており、これらの層に直交する方向から見たときに図１のように互いに交差するように見える。本明細書で駆動電極２１０と検出電極２２０とが交差しているという場合、駆動電極２１０と検出電極２２０とは接触せず、近接していることを指す。

１つの駆動電極２１０と１つの検出電極２２０とが交差する位置が、上述した検出位置２３０である。各検出位置２３０に、駆動電極２１０と検出電極２２０とを構成要素にもつキャパシタとしての検出素子２４０が形成されている。なお、図を簡潔にするため、図１では第１の駆動電極２１０ａと第１の検出電極２２０ａとが交差する位置にのみ、検出位置２３０および検出素子２４０を示しているが、駆動電極２１０と検出電極２２０が交差する全ての位置が検出位置２３０となり、各検出位置２３０に検出素子２４０が形成される。各検出素子２４０は、検出位置２３０と指などの操作体との距離に応じて信号レベルが変化する検出信号を生成する。この検出信号は、具体的には、検出素子２４０としてのキャパシタに蓄積される電荷である。１つの駆動電極２１０と１つの検出電極２２０との間には、後述する駆動部２７０によって所定の駆動電圧が与えられるため、検出素子２４０としてのキャパシタに蓄積される電荷の量（検出信号の信号レベル）は、１つの駆動電極２１０と１つの検出電極２２０との間の静電容量を表わす。また、検出素子２４０としてのキャパシタに蓄積される電荷の極性（検出信号の極性）は、駆動部２７０によって与えられる駆動電圧の極性に応じて制御される。

第１の検出電極２２０ａは、第１の駆動電極２１０ａ〜第１１の駆動電極２１０ｋと交差する。第２の検出電極２２０ｂは、第３の駆動電極２１０ｃ〜第９の駆動電極２１０ｉと交差する。第１の検出電極２２０ａに属する１１個の検出位置２３０を、まとめて第１の一群の検出位置２３５ａと呼ぶ。第２の検出電極２２０ｂに属する７個の検出位置２３０を、まとめて第２の一群の検出位置２３５ｂと呼ぶ。第１の一群の検出位置２３５ａと第２の一群の検出位置２３５ｂが、それぞれ、上述した一群の検出位置２３５に相当する。

なお、本実施形態の駆動電極２１０および検出電極２２０は、あくまで例示であり、駆動電極２１０および検出電極２２０の数、形状および配置は本実施形態に示すものに限らない。複数の検出電極２２０間で、それぞれの検出電極２２０に属する検出位置２３０の数が異なるものが含まれていればよい。１つの検出電極２２０に属する検出位置２３０の数は、素数である。なお、１つの検出電極２２０に属する検出位置２３０のうち、一部に信号を送らないことにより、使用する検出位置２３０の数を素数としてもよい。複数の検出電極２２０の少なくとも２つ以上に、同数の検出位置２３０が属していてもよい。

センサ部２００は、さらに、第１の合成検出信号生成部２５０ａと第２の合成検出信号生成部２５０ｂと（以下、区別せずに合成検出信号生成部２５０と呼ぶ場合がある）を含む。第１の合成検出信号生成部２５０ａは、第１の検出電極２２０ａの一端に接続されており、第１の検出電極２２０ａ上の検出信号を合成して合成検出信号を生成する。本実施形態で、合成とは、極性をもつ検出信号を加算することを指す。第２の合成検出信号生成部２５０ｂは、第２の検出電極２２０ｂの一端に接続されており、第２の検出電極２２０ｂ上の検出信号を合成して合成検出信号を生成する。

例えば合成検出信号生成部２５０は、検出電極２２０を通じて各検出素子２４０から転送される電荷（検出信号）の和に応じた合成検出信号を出力するチャージアンプと、チャージアンプから出力される合成検出信号をデジタル信号に変換して処理部３００に出力するＡＤ変換器を含む。この場合、ＡＤ変換器はチャージアンプ毎に設けてもよいし、複数のチャージアンプの出力信号を１つのＡＤ変換器においてそれぞれデジタル信号に変換してもよい。

第１の検出電極２２０ａに属する複数の検出位置２３０に対応した複数の検出素子２４０と、第１の合成検出信号生成部２５０ａとを合わせて第１の検出部２６０ａと呼ぶ。第２の検出電極２２０ｂに属する複数の検出位置２３０に対応した複数の検出素子２４０と、第２の合成検出信号生成部２５０ｂとを合わせて第２の検出部２６０ｂと呼ぶ。第１の検出部２６０ａと第２の検出部２６０ｂは、それぞれ、上述した検出部２６０に相当する。なお、センサ部２００は、３つ以上の検出部２６０を含んでいてもよい。１つの検出部２６０に含まれる検出位置２３０の数が、他の１つの検出部２６０に含まれる検出位置２３０の数と異なっていても、同じでもよい。本実施形態では、１つの検出電極２２０に１つの合成検出信号生成部２５０が含まれているが、１つの合成検出信号生成部２５０に複数の検出電極２２０を接続して、マルチプレクサで切り替えてもよい。

センサ部２００は、さらに、駆動部２７０を備える。駆動部２７０は、処理部３００の後述する制御部３１０から入力される極性パターンに基づいて、各駆動電極２１０にマルチ駆動方式により駆動信号を印加する。マルチ駆動方式では、複数の駆動電極２１０に同時に駆動信号が印加される。極性パターンとは、検出信号が正と負とのいずれの極性で生成されるかを、駆動電極２１０ごとに指定する情報である。「１」に指定された駆動電極２１０上の検出位置２３０では、検出信号が正の極性で出力される。「−１」に指定された駆動電極２１０上の検出位置２３０では、検出信号が負の極性で出力される。例えば、駆動電極２１０と検出電極２２０とのいずれを高電位にするかによって検出信号の極性を選択する。なお、検出信号の極性を設定できれば、他の設定方法を使用してもよい。

処理部３００は、中央演算装置であり、記憶部３３０に記憶されたプログラムおよびデータを読み出して実行することにより、制御部３１０および信号再生部３２０を含む様々な機能を実現する。処理部３００は、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）等の専用ロジック回路により実現されてもよい。

図１の例において、処理部３００は、制御部３１０と信号再生部３２０を有する。
制御部３１０は、複数の検出部２６０においてそれぞれ一群の合成検出信号を生成するように、センサ部２００を制御する。個々の検出部２６０において生成する一群の合成検出信号は、検出パターン（合成検出信号の元となる一群の検出信号に設定する一群の極性）を互いに異ならせた複数の合成検出信号からなる。一群の合成検出信号を構成する合成検出信号の数は、合成検出信号の元となる一群の検出信号と同数である。例えば、制御部３１０は、１１個の検出信号が得られる１１個の検出位置２３０を持った第１の検出部２６０ａにおいては、互いに極性パターンが異なる１１個の合成検出信号を生成するようにセンサ部２００を制御する。同様に、制御部３１０は、７個の検出信号が得られる７個の検出位置２３０を持った第２の検出部２６０ｂにおいては、互いに極性パターンが異なる７個の合成検出信号を生成するようにセンサ部２００を制御する。

また、制御部３１０は、１つの検出部２６０において一群の合成検出信号の生成に用いる一群の極性パターンを、各々の極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、一群の検出位置の数に応じて選択する。例えば、第１の検出部２６０ａは１１個の検出位置２３０を持つため、制御部３１０は、その検出位置２３０の個数（＝１１個）に関して、各極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように決められた１１個の極性パターン（後述の式６）を選択する。また、第２の検出部２６０ｂは７個の検出位置２３０を持つため、その検出位置２３０の個数（＝７個）に関して決められた７個の極性パターン（後述の式１４）を選択する。

信号再生部３２０は、検出部２６０が生成した一群の合成検出信号と、当該一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の極性パターンとに基づいて、合成検出信号の元となる一群の検出信号の信号レベルを再生する。例えば、信号再生部３２０は、第１の検出部２６０ａが生成した１１個の合成検出信号と、この１１個の合成検出信号を生成するために使用した１１個の極性パターン（後述の式６）とに基づいて、合成検出信号の元となる１１個の検出信号の信号レベルを再生する。また、信号再生部３２０は、第２の検出部２６０ｂが生成した７個の合成検出信号と、この７個の合成検出信号を生成するために使用した７個の極性パターン（後述の式１４）とに基づいて、合成検出信号の元となる７個の検出信号の信号レベルを再生する。

記憶部３３０は、処理部３００における中央演算装置（コンピュータ）において実行されるプログラムの命令コードや、処理部３００の処理過程において一時的に記憶される変数データ（各検出部２６０において生成される一群の合成検出信号など）、処理部３００の処理に使用される定数データ（駆動部２７０に供給する極性パターン、検出信号の再生に使用する後述の逆行列など）を記憶する。記憶部３３０は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリなどを含んで構成される。

次に、極性パターンについて説明する。一群の検出位置２３５を構成する検出位置２３０の数をＮとする。Ｎ個の検出位置２３０の静電容量は、式１のようにＮ行１列の静電容量行列Ｃで表される。静電容量行列Ｃの要素の添え字は、各要素がどの検出位置２３０の静電容量であるかを示す。
Ｎ回の駆動で得られるＮ個の合成検出信号は、式２のようにＮ行１列の合成検出信号行列Ａで表される。合成検出信号行列Ａの要素の添え字は、各要素が何番目の駆動で得られた合成検出信号であるかを示す。合成検出信号行列Ａの要素数は静電容量行列Ｃの要素数に等しい。すなわち、検出位置２３０の数に等しい回数だけ駆動が行われる。
各検出位置２３０の検出信号が正と負とのいずれの極性で生成されるかを示すＮ行Ｎ列の駆動行列Ｄを用いることにより、静電容量行列Ｃと合成検出信号行列Ａとの関係が式３のように表記される。

ここで、駆動行列Ｄは、ペイリー法によって生成されるアダマール行列Ｈの部分行列である。アダマール行列Ｈは、要素が１と−１とのいずれかであり、各行が互いに直交である正方行列である。アダマール行列Ｈの任意の２つの行は、互いに垂直なベクトルを表し、ｎ次のアダマール行列Ｈは、ｎ×ｎの単位行列Ｉ_ｎを用いると、式４の性質を満たす。
ペイリー法は、任意の素数ｑに対して（ｑ＋１）次のアダマール行列Ｈを生成する方法である。本実施形態では、使用されるアダマール行列Ｈは、行数および列数のいずれもＮより大きく、Ｎに最も近いものが選ばれる。アダマール行列Ｈから、行内の和の絶対値が最も大きい行と、列内の和の絶対値が最も大きい列とを除いた部分行列が、駆動行列Ｄである。本実施形態では、一群の検出位置２３５を構成する検出位置２３０の個数が素数であるので、ペイリー法によって生成されるアダマール行列Ｈから１つの行と１つの列とを除去することにより、駆動行列Ｄが作成される。

例えば、Ｎ＝１１の場合、式５に示す１２次のアダマール行列Ｈが使用される。
行内の和の絶対値が最大となる第１行目と、列内の和の絶対値が最大となる第１列目とを除くと、式６に示す駆動行列Ｄが得られる。

駆動行列Ｄの第ｍ行目は、第ｍ回目の駆動における極性パターンを示す。駆動行列Ｄは、個々の行が１つの合成検出信号を生成するために使用される１つの極性パターンを表わし、全体として一群の極性パターンを構成する。駆動行列Ｄの列は、極性パターンを構成する各極性が、どの駆動電極２１０に適用されるかを示す。駆動行列Ｄを式３に代入するとわかるように、各合成検出信号は、極性パターンで示される正と負とのいずれかの極性を一群の検出位置２３０の静電容量に設定して得られる一群の検出信号の和として表される。極性が１に設定される駆動電極上では、検出信号の絶対値が静電容量に等しくなり、極性が正となる。極性が−１に設定される駆動電極上では、検出信号の絶対値が静電容量に等しくなり、極性が負となる。

式７に示すように、駆動行列Ｄの逆行列Ｄ^−１と、合成検出信号行列Ａとの積によって、各検出位置２３０の静電容量が算出される。駆動行列Ｄの各極性パターンの要素は、正極性の数と負極性の数が近い値となる。例えばＮが７の場合、駆動行列Ｄの各極性パターンの要素における正極性の数は４、負極性の数は３である。Ｎが１１の場合は正極性の数が６、負極性の数が５となり、Ｎが１３の場合は正極性の数が７、負極性の数が６となる。正極性の「１」と負極性の「−１」とを足し合わせた和は、Ｎが７，１１，１３の何れの場合においても１となる。すなわち、どの極性パターンにおいても、正極性の数が負極性の数に比べて１だけ大きくなる。このように、極性パターンに含まれる正極性の数と負極性の数が近いことから、駆動部２７０から出力される駆動信号の極性（駆動電極２１０と検出電極２２０との間に与えられる電圧の極性）の偏りが小さいくなる。そのため、駆動電極２１０および検出電極２２０からの輻射ノイズが従来に比べて低減する。また、合成検出信号の元となる一群の検出信号における極性の偏りが小さくなるため、一群の検出信号に正の検出信号ばかりが含まれる場合や負の検出信号ばかりが含まれる場合に比べて、合成検出信号の信号レベルが小さくなる。

なお、逆行列Ｄ^−１は要素に分数を含むので、式８に示すように、その分母の数字ｋを両辺にかけると、計算が簡単化される。
例えば、Ｎ＝１１の場合、式９のように各辺に６を乗じる。その結果、０と１とのみを要素とする行列と、Ａとの積によって、６Ｃが求まる。すなわち、合成検出信号そのものの和だけで静電容量の整数倍の値を算出できるので、計算が簡略化される。

この時点で算出される静電容量を最終的な静電容量として採用してもよい。ただし、逆行列Ｄ^−１は０を含むので、０を乗じた検出信号が計算に使用されない。符号化駆動では、計算に使用されない検出信号が多いと、ノイズ低減効果が減る。そこで、Ｄの逆行列をｋ倍したｋＤ^−１に含まれる要素０を−１で置き換えて、拡張逆行列Ｅ^−１を作成する。例えば、Ｎ＝１１の場合、拡張逆行列Ｅ^−１は式１０のように表される。
拡張逆行列Ｅ^−１を使用すると、式１１のように、中間値を要素とするＮ行１列の中間値行列Ｂが算出される。中間値行列Ｂの各要素は、同じ添え字をもつ静電容量の中間値を表す。

図２は、Ｎ＝１１の場合の、式７のように逆行列Ｄ^−１を使用して算出された例示的な静電容量のグラフ４０１と、式１１のように拡張逆行列Ｅ^−１を使用して算出された例示的な中間値のグラフ４０２とを示す。横軸は、検出位置２３０の違いを示す。理論上、逆行列Ｄ^−１を使用して算出された静電容量は、実際の静電容量を直接表すが、ノイズを多く含む。一方、拡張逆行列Ｅ^−１を使用して算出された中間値は、静電容量を直接表すものではないが、ノイズが少ない。ここで、グラフ４０２を上下方向に移動させるとグラフ４０１に近い形状となることが経験的にわかっている。

そこで、式１２のように、各検出位置２３０に対応した静電容量と中間値との差の平均を表すオフセットｆを求める。
さらに、式１３のようにオフセットｆを中間値行列Ｂの各要素に加算することで、補正後の静電容量行列Ｚを算出する。オフセットｆの加算は、図２のグラフ４０２を平行移動させてグラフ４０１に近づけることに対応する。
補正後の静電容量行列Ｚの各要素は、同じ添え字をもつ中間値に対応した補正後の静電容量を表す。補正後の静電容量は、実際の静電容量に近く、さらに、逆行列Ｄ^−１を使用した場合よりもノイズの少ない値を表す。なお、中間値が静電容量の代わりに使用されてもよい。

なお、Ｎ＝７の場合の駆動行列Ｄは、式１４のように表される。
Ｎ＝７の場合、駆動行列Ｄの逆行列Ｄ^−１の要素を０または１にするための係数ｋは４であり、４倍の逆行列Ｄ^−１は、式１５のように表される。
Ｎ＝７の場合の拡張逆行列Ｅ^−１は、式１６のように表される。

また、Ｎ＝１３の場合の駆動行列Ｄは、式１７のように表される。
Ｎ＝１３の場合、駆動行列Ｄの逆行列Ｄ^−１の要素を０または１にするための係数ｋは６であり、６倍の逆行列Ｄ^−１は、式１８のように表される。
Ｎ＝１３の場合の拡張逆行列Ｅ^−１は、式１９のように表される。

次に、図３のフロー５００を参照して、制御部３１０の制御による合成検出信号の生成処理について説明する。

まず、制御部３１０は、ステップ５０１において、同数の検出位置２３０をもつ１以上の一群の検出位置２３５に対応した一群の合成検出信号を生成するように、センサ部２００を制御する。

制御部３１０は、まず、図１の第１の検出部２６０ａにおいて、一群の合成検出信号を生成させる。第１の検出部２６０ａに属する検出位置２３０の数Ｎは１１であるので、極性パターンは、式６に示すＮ＝１１の場合の駆動行列Ｄに基づいて決定される。制御部３１０は、式６に示す駆動行列Ｄの、第１行目により示される極性パターンから、第１１行目により示される極性パターンまでを、順に駆動部２７０に伝達する。式６に示す駆動行列Ｄの列において、第１列目から第１１列目が、順に、図１の第１の駆動電極２１０ａから第１１の駆動電極２１０ｋに対応する。駆動部２７０は、１つの極性パターンごとに１回の駆動を行い、合計１１回の駆動を行う。信号再生部３２０は、１回の駆動ごとに、１回分の合成検出信号を記憶部３３０に記憶させ、合計１１個の合成検出信号を記憶部３３０に記憶させる。

次に、制御部３１０は、ステップ５０２において、一群の合成検出信号を生成していない一群の検出位置が残っていると判定した場合、ステップ５０１に戻って、残っている一群の検出位置のいずれかに対して、一群の合成検出信号を生成させる。制御部３１０は、ステップ５０２において、一群の合成検出信号を生成していない一群の検出位置が残っていないと判定した場合、処理を終える。

制御部３１０は、第１の検出部２６０ａにおいて一群の合成検出信号を生成させた後、第２の検出部２６０ｂにおいて一群の合成検出信号を生成させる。第２の検出部２６０ｂに属する検出位置２３０の数Ｎは７であるので、極性パターンは、式１４に示すＮ＝７の場合の駆動行列Ｄに基づいて決定される。制御部３１０は、式１４に示す駆動行列Ｄの、第１行目により示される極性パターンから、第７行目により示される極性パターンまでを、順に駆動部２７０に伝達する。式１４に示す駆動行列Ｄの列において、第１列目から第７列目が、順に、図１の第３の駆動電極２１０ｃから第９の駆動電極２１０ｉに対応する。駆動部２７０は、１つの極性パターンごとに１回の駆動を行い、合計７回の駆動を行う。信号再生部３２０は、１回の駆動ごとに、１回分の合成検出信号を記憶部３３０に記憶させ、合計７個の合成検出信号を記憶部３３０に記憶させる。

検出部２６０の数は３以上であってもよい。複数の検出部２６０が同数の検出位置２３０をもっていてもよい。１つの検出部２６０に属する検出位置２３０は、本実施形態に示す数以外であってもよい。同数の検出位置２３０をもつ複数の一群の検出位置２３５に、同時に一群の合成検出信号を生成させてもよいし、別々に一群の合成検出信号を生成させてもよい。

次に、図４のフロー６００を参照して、信号再生部３２０の信号再生処理について説明する。信号再生処理は、一群の検出位置２３５ごとに行われる。信号再生処理により、１つの一群の検出位置２３５に含まれる各検出位置２３０の静電容量が算出される。図１に示す入力装置１００では、第１の合成検出信号生成部２５０ａから出力される一群の合成検出信号に基づいて、第１の一群の検出位置２３５ａに含まれる各検出位置２３０の静電容量が算出され、次に、第２の合成検出信号生成部２５０ｂから出力される一群の合成検出信号に基づいて、第２の一群の検出位置２３５ｂに含まれる各検出位置２３０の静電容量が算出される。なお、複数の一群の合成検出信号に対してどのような順番で信号再生処理を適用してもよい。

まず、信号再生部３２０は、ステップ６０１において、制御部３１０の制御によって生成された一群の合成検出信号を、記憶部３３０から取得する。

次に、信号再生部３２０は、ステップ６０２において、第１信号再生処理を行う。第１信号再生処理では、式７に示すように、駆動行列Ｄの逆行列Ｄ^−１と、記憶された一群の合成検出信号で構成される合成検出信号行列Ａとの積により、静電容量行列Ｃが算出される。静電容量行列Ｃの算出には、計算を簡単にするため式８を使用してもよい。静電容量行列Ｃの各要素は、理論上、各検出位置２３０の静電容量を表すが、前述のとおりノイズが多く含まれる。

次に、信号再生部３２０は、ステップ６０３において、第２信号再生処理を行う。第２信号再生処理では、式１１に示すように、拡張逆行列Ｅ^−１と、合成検出信号行列Ａとの積により、中間値行列Ｂが算出される。

次に、信号再生部３２０は、ステップ６０４において、オフセット算出処理を行う。オフセット算出処理では、式１２に示すように、第１信号再生処理において再生された静電容量行列Ｃと、第２信号再生処理において再生された中間値行列Ｂとの差の平均を表すオフセットｆが算出される。

次に、信号再生部３２０は、ステップ６０５において、オフセット加算処理を行う。オフセット加算処理では、式１３に示すように、第２信号再生処理において再生された中間値行列Ｂの各要素に、オフセット算出処理で算出されたオフセットｆが加算されて、補正後の静電容量行列Ｚが算出される。

本実施形態によれば、一群の検出位置２３５に含まれる検出位置２３０の数が異なる複数の検出部２６０を有するため、検出位置２３０が分布する検出領域の形状を矩形以外の任意の形状（円形、多角形など）に形成し易くなり、検出領域の形状の自由度を向上させることができる。
また、検出部２６０において一群の合成検出信号の生成に用いられる一群の極性パターンが、この検出部１６０が持つ検出位置２３０の数に応じて、各々の極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように選択される。これにより、複数の検出部２６０のそれぞれにおいて、合成検出信号の元となる正極性の検出信号の数と負極性の検出信号の数との差が小さくなるため、検出信号の数のバランスが一方の極性に偏る場合に比べて、合成検出信号の信号レベルを小さくすることができる。合成検出信号の信号レベルが小さくなると、合成検出信号を入力する処理部３００において、合成検出信号のダイナミックレンジを十分に確保することができるため、各検出素子２４０において得られる微小な検出信号を高い感度で再生することが可能となる。
従って、検出位置２３０が分布する検出領域の形状の自由度を向上しつつ高感度化を実現できる。

また、極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似することにより、駆動部２７０から出力される駆動信号の極性の偏りが小さくなるため、駆動電極２１０および検出電極２２０からの輻射ノイズを低減できる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

例えば、上述した実施形態では、物体の近接状態に応じて静電容量が変化する一群の検出素子２４０（キャパシタ）の電荷を合成し、合成検出信号として出力する静電容量方式のセンサ部が用いられているが、本発明はこの例に限定されない。すなわち、本発明は、物体の近接状態に応じて物理量が変化する様々な方式の検出素子を備えた入力装置に適用可能である。

本発明は、様々な入力装置に適用可能である。例えば、検出位置の配置される検出領域が矩形ではない入力装置に適用できる。

１００…入力装置
２００…センサ部
２１０ａ〜ｋ…第１〜第１１の駆動電極
２２０ａ〜ｂ…第１〜第２の検出電極
２３０…検出位置
２３５ａ〜ｂ…第１〜第２の一群の検出位置
２４０…検出素子
２５０ａ〜ｂ…第１〜第２の合成検出信号生成部
２６０ａ〜ｂ…第１〜第２の検出部
３００…処理部
３１０…制御部
３２０…信号再生部
３３０…記憶部
４０１…静電容量のグラフ
４０２…中間値のグラフ

Claims (9)

1. 複数の検出位置における物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置であって、
   一群の前記検出位置における物体の近接状態をそれぞれ検出し、前記一群の検出位置について前記検出の結果として得られる一群の検出信号の和に応じた合成検出信号をそれぞれ生成する複数の検出部を有し、前記近接状態に応じた信号レベルを持つ前記検出信号の正負の極性を、個々の前記検出位置において制御可能なセンサ部と、
   前記一群の検出信号に設定する一群の前記極性である極性パターンを互いに異ならせた前記合成検出信号からなる一群の前記合成検出信号であって、前記一群の検出信号と同数の前記合成検出信号からなる一群の前記合成検出信号を、前記複数の検出部においてそれぞれ生成するように前記センサ部を制御する制御部と、
   前記検出部が生成した前記一群の合成検出信号と、当該一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の前記極性パターンとに基づいて、当該合成検出信号の元となる前記一群の検出信号の信号レベルを再生する信号再生部とを具備し、
   前記複数の検出部の少なくとも一部は、前記一群の検出位置の数が互いに異なっており、
   前記制御部は、１つの前記検出部において前記一群の合成検出信号の生成に用いる前記一群の極性パターンを、各々の前記極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、前記一群の検出位置の数に応じて選択する
   ことを特徴とする入力装置。
2. １つの前記検出部における前記一群の検出位置がＮ個であり、
   前記検出信号に設定される正又は負の前記極性を「１」又は「−１」で表わし、
   Ｎ個の前記検出信号からなる前記一群の検出信号に設定された前記極性パターンを、「１」又は「−１」の要素を持つ１行Ｎ列の部分行列で表わし、かつ、
   Ｎ個の前記極性パターンからなる前記一群の極性パターンを、Ｎ個の前記部分行列からなるＮ行Ｎ列の行列で表わした場合に、
   前記信号再生部は、前記Ｎ行Ｎ列の行列に対する逆行列と、前記１つの検出部が生成した前記一群の合成検出信号を要素とするＮ行１列の行列との積に相当する演算により、当該合成検出信号の元となる前記一群の検出信号の信号レベルを再生する
   ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記制御部は、前記Ｎ行Ｎ列の行列として、行数と列数がＮを超えたペイリー法に基づくアダマール行列から、行方向並びに列方向の要素の合計値の絶対値が最大となる行及び列を除くことにより生成される行列を用いる
   ことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
4. 前記信号再生部は、
   前記逆行列と前記Ｎ行一列の行列との積に相当する演算により、前記合成検出信号の元となる前記一群の検出信号の信号レベルを再生する第１信号再生処理、
   前記逆行列における「０」の要素を「０」でない要素とは逆の極性をもつ値に置換した行列である拡張逆行列と前記Ｎ行一列の行列との積に相当する演算により、前記合成検出信号の元となる前記一群の検出信号の信号レベルを再生する第２信号再生処理、
   前記第１信号再生処理において再生された前記一群の検出信号の信号レベルと、前記第２信号再生処理において再生された前記一群の検出信号の信号レベルとの差の平均値をオフセットとして算出するオフセット算出処理、及び、
   前記第２信号再生処理において再生された前記一群の検出信号の信号レベルにそれぞれ前記オフセットを加算するオフセット加算処理を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
5. 前記センサ部は、
   前記複数の検出位置に対応して設けられた複数の検出素子であって、物体の近接状態に応じた信号レベルを持ち、入力される駆動信号に応じて前記極性が正又は負に設定される前記検出信号をそれぞれ発生する複数の検出素子と、
   前記制御部の制御に従って、前記複数の検出素子にそれぞれ前記駆動信号を供給する駆動部とを有し、
   前記検出部は、前記一群の検出位置に対応した一群の前記検出素子を含んでおり、当該一群の検出素子が発生する前記一群の検出信号の和に応じた前記合成検出信号を生成する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の入力装置。
6. 前記センサ部は、
   複数の検出電極と、
   前記複数の検出電極に交差する複数の駆動電極と、
   合成検出信号生成部とを有し、
   前記検出素子は、前記検出電極と前記駆動電極との交差部に形成されるキャパシタであり、
   前記駆動部は、前記複数の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号を供給し、
   １つの前記検出電極と前記複数の駆動電極との間には、前記一群の検出素子としての一群の前記キャパシタが形成されており、
   前記合成検出信号生成部は、前記一群のキャパシタの静電容量を正と負とのいずれかの極性で表す前記一群の検出信号の和に応じた前記合成検出信号を、前記複数の検出電極の各々について生成する
   ことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
7. 前記検出電極に交差する前記駆動電極の本数が素数である
   ことを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
8. 複数の検出位置における物体の近接状態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、一群の前記検出位置における物体の近接状態をそれぞれ検出し、前記一群の検出位置について前記検出の結果として得られる一群の検出信号の和に応じた合成検出信号をそれぞれ生成する複数の検出部を有し、前記近接状態に応じた信号レベルを持つ前記検出信号の正負の極性を、個々の前記検出位置において制御可能なセンサ部を具備しており、
   前記複数の検出部の少なくとも一部は、前記一群の検出位置の数が互いに異なっており、
   前記制御方法は、
   前記一群の検出信号に設定する一群の前記極性である極性パターンを互いに異ならせた前記合成検出信号からなる一群の前記合成検出信号であって、前記一群の検出信号と同数の前記合成検出信号からなる一群の前記合成検出信号を、前記複数の検出部においてそれぞれ生成するように前記センサ部を制御する第１ステップと、
   前記検出部が生成した前記一群の合成検出信号と、当該一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の前記極性パターンとに基づいて、当該合成検出信号の元となる前記一群の検出信号の信号レベルを再生する第２ステップと、を含み
   前記第１ステップでは、１つの前記検出部において前記一群の合成検出信号の生成に用いる前記一群の極性パターンが、各々の前記極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、前記一群の検出位置の数に応じて選択される
   ことを特徴とする入力装置の制御方法。
9. 複数の検出位置における物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記入力装置は、一群の前記検出位置における物体の近接状態をそれぞれ検出し、前記一群の検出位置について前記検出の結果として得られる一群の検出信号の和に応じた合成検出信号をそれぞれ生成する複数の検出部を有し、前記近接状態に応じた信号レベルを持つ前記検出信号の正負の極性を、個々の前記検出位置において制御可能なセンサ部を具備しており、
   前記複数の検出部の少なくとも一部は、前記一群の検出位置の数が互いに異なっており、
   前記制御方法が、
   前記一群の検出信号に設定する一群の前記極性である極性パターンを互いに異ならせた前記合成検出信号からなる一群の前記合成検出信号であって、前記一群の検出信号と同数の前記合成検出信号からなる一群の前記合成検出信号を、前記複数の検出部においてそれぞれ生成するように前記センサ部を制御する第１ステップと、
   前記検出部が生成した前記一群の合成検出信号と、当該一群の合成検出信号の生成に用いられた一群の前記極性パターンとに基づいて、当該合成検出信号の元となる前記一群の検出信号の信号レベルを再生する第２ステップと、を含み
   前記第１ステップでは、１つの前記検出部において前記一群の合成検出信号の生成に用いる前記一群の極性パターンが、各々の前記極性パターンに含まれる正の極性の数と負の極性の数とが近似するように、前記一群の検出位置の数に応じて選択される
   ことを特徴とするプログラム。