JP2010061405A - 静電容量センサ、その検出回路、入力装置および容量センサの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノイズの影響を低減する。
【解決手段】シールド電極5はセンサ電極SEと平行に設けられる。検出回路100は、センサ電極SEが周囲との間に形成する静電容量を検出する。容量電圧変換回路90は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量C1を電圧に変換する。シールド電極駆動部92は、所定のシーケンスと同期して、シールド電極5の電気的状態を切り換える。シールド電極駆動部92は、センサ電極SEの電気的状態に応じて、シールド電極5の電気的状態を切り換える。
【選択図】図3
【解決手段】シールド電極5はセンサ電極SEと平行に設けられる。検出回路100は、センサ電極SEが周囲との間に形成する静電容量を検出する。容量電圧変換回路90は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量C1を電圧に変換する。シールド電極駆動部92は、所定のシーケンスと同期して、シールド電極5の電気的状態を切り換える。シールド電極駆動部92は、センサ電極SEの電気的状態に応じて、シールド電極5の電気的状態を切り換える。
【選択図】図3
Description
本発明は、静電容量を測定するセンサに関する。
近年のコンピュータや携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistant)などの電子機器は、指で圧力を加えることによって電子機器を操作するための入力装置を備えるものが主流となっている。こうした入力装置としては、ジョイスティック、タッチパッドなどが知られている。
こうした入力装置として、電極が押圧されることにより、当該電極とその周囲との間に形成される静電容量が変化することを利用した静電センサが知られている。
特開2001−325858号公報
特表2003−511799号公報
上述の静電容量の変化を利用した入力装置は、静電容量を電圧に変換して検出するための容量電圧変換回路を備える。ここで、2枚の電圧を押圧した際に発生する静電容量の変化は数pFもしくはそれ以下と非常に微小であるため、容量電圧変換回路の検出感度は、入力装置の性能に大きく影響する。静電容量の変化量を大きくするためには、電極の面積を大きくする方法が考えられるが、電極の面積を大きくすれば、入力装置のサイズが大きくなってしまう。この問題は、容量電圧変換回路の感度を上げることにより解消できるが、感度を上げると、周囲からのノイズの影響を受けやすくなる。
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的はノイズの影響を抑制した静電センサの提供にある。
本発明のある態様は、静電容量センサに関する。この静電容量センサは、センサ電極と、センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路と、を備える。検出回路は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路と、所定のシーケンスと同期して、シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、を備える。
この態様によると、シーケンスと同期してシールド電極の状態を切り換えることにより、シールド電極によってセンサ電極に対するノイズの伝搬を遮断することができる。
シールド電極駆動部は、センサ電極の電気的状態に応じて、シールド電極の電気的状態を切り換えてもよい。
シールド電極駆動部は、容量電圧変換回路が、センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングで、シールド電極に固定電圧を印加してもよい。センサ電極がハイインピーダンスのとき、もっとも周囲からのノイズの影響を受けやすい。したがってこのタイミングでシールド電極の電位を固定することにより、ノイズを好適に遮断できる。
固定電圧は接地電圧であってもよい。この場合、回路を簡素化できる。
シールド電極駆動部は、容量電圧変換回路が、センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングと、センサ電極に電圧を印加するタイミングとで、シールド電極に異なる電圧を印加してもよい。センサ電極に印加される電圧に応じて、シールド電極の電位を変化させることにより、シールド電極とセンサ電極の間に形成される容量をキャンセルすることができる。
本発明の別の態様は、入力装置である。この装置は、上述のいずれかの態様の静電容量センサを備える。
本発明のさらに別の態様は、センサ電極と、センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有するセンサ部と接続され、センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路に関する。この検出回路は、センサ電極に、第1状態において所定の第1固定電圧を印加し、第2状態において第1固定電圧より低い第2固定電圧を印加する第1電圧印加部と、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に、第1状態において第2固定電圧を印加し、第2状態において第1固定電圧を印加する第2電圧印加部と、第1状態にてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第1検出電圧として保持する第1サンプルホールド回路と、第2状態にてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第2検出電圧として保持する第2サンプルホールド回路と、第1検出電圧と第2検出電圧の電位差を増幅する増幅部と、第1、第2電圧印加部および第1、第2サンプルホールド回路の動作と同期して、シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、を備える。
シールド電極駆動部は、第1、第2サンプルホールド回路がそれぞれ、第1、第2検出電圧をサンプリングする期間、シールド電極に第3固定電圧を与えてもよい。
第3固定電圧は接地電圧であってもよい。
シールド電極駆動部は、第1電圧印加部がセンサ電極に第1固定電圧を印加する期間、シールド電極に第4固定電圧を与え、第1電圧印加部がセンサ電極に第2固定電圧を印加する期間、シールド電極に第4固定電圧より低い第5固定電圧を与えてもよい。
第1固定電圧と第4固定電圧は等しく、第2固定電圧と第5固定電圧は等しい。
増幅部は、第1検出電圧と、第2検出電圧が入力された差動増幅器であってもよい。
第1検出電圧と第2検出電圧を差動増幅することによって、同相ノイズを除去することができ、好適に静電容量の差を検出することができる。
第1検出電圧と第2検出電圧を差動増幅することによって、同相ノイズを除去することができ、好適に静電容量の差を検出することができる。
第1、第2サンプルホールド回路は、センサ電極と参照電極を接続することにより、センサ電極と参照電極それぞれに現れる電圧を平均してもよい。この場合2つの電極間で電荷の転送が起こり、2つの電極に現れる電圧の平均値を得ることができる。
第2固定電圧は、接地電圧であってもよい。
検出回路は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
本発明のさらに別の態様は、センサ電極と、センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有する容量センサにおいて、センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する方法に関する。この方法は、以下の処理を実行する。
1. センサ電極に所定の第1固定電圧を印加し、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に第1固定電圧より低い第2固定電圧を印加する第1ステップ
2. センサ電極に第2固定電圧を印加し、参照電極に第1固定電圧を印加する第2ステップ
3. 第1ステップにおいてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第1検出電圧として保持するステップ
4. 第2ステップにおいてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第2検出電圧として保持するステップ
5. 第1検出電圧と第2検出電圧の電位差を増幅するステップ
6. ステップ1〜5の遷移と同期して、シールド電極の電気的状態を切り換える。
1. センサ電極に所定の第1固定電圧を印加し、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に第1固定電圧より低い第2固定電圧を印加する第1ステップ
2. センサ電極に第2固定電圧を印加し、参照電極に第1固定電圧を印加する第2ステップ
3. 第1ステップにおいてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第1検出電圧として保持するステップ
4. 第2ステップにおいてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第2検出電圧として保持するステップ
5. 第1検出電圧と第2検出電圧の電位差を増幅するステップ
6. ステップ1〜5の遷移と同期して、シールド電極の電気的状態を切り換える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様によれば、ノイズの影響を抑制した静電センサが提供される。
図1は、実施の形態に係る入力装置2を備える電子機器1の構成を示すブロック図である。入力装置2は、たとえばLCD(Liquid Crystal Display)9の表層に配置され、タッチパネルとして機能する。
入力装置2は、センサ部4、検出回路100、DSP(Digital Signal Processor)6を備える。ユーザが指8でセンサ部4の表面を押圧すると、センサ部4の内部に配置されたセンサ電極(不図示)が変形もしくは変位し、電極が周囲との間で形成する静電容量が変化する。センサ部4は、単一のセンサ電極を備えるスイッチであってもよいし、マトリクス状に配置された複数のセンサ電極のアレイであってもよい。
検出回路100は、センサ電極の静電容量の変化を検出し、検出結果に応じたデータをDSP6に出力する。DSP6は、検出回路100からのデータを解析し、ユーザの入力動作の有無、種類を判定する。たとえばユーザの指8が、センサ部4に圧力を加えることにより、LCD9上に表示された項目、オブジェクトを選択が選択され、あるいは文字入力が補助される。
検出回路100は、センサ電極が形成する静電容量の極めて微小な変化量を検出する。センサ部4は、LCD9の表層に設けられるため、センサ部4の内部のセンサ電極は、LCD9からのノイズ輻射Nの影響を受けやすく、静電容量の変化量にノイズが重畳されると、ユーザからの正確な操作情報を判別できなくなる。センサ部がLCD9の表層に設けられない場合であっても、電子機器1の内部のその他の回路ブロックからのノイズ輻射Nの影響を受けることが想定される。
以下では、ノイズ輻射Nの影響を受けにくい入力装置2について詳細に説明する。
図2(a)、(b)は、センサ部4の構成を示す平面図および断面図である。図2(a)は上方からみた平面図である。センサ部4は、複数のセンサ電極SEを備える。センサ電極SEは、行方向の入力位置を検出するために、行方向に配置された5行のロウ電極(黒)SEROWと、列方向の入力位置を検出するため、列方向に配置された4本のカラム電極(グレイ)SECOLで構成される。行および列の個数は例示に過ぎず、任意の数でよい。
i行目(iは整数)のロウ電極SEROWからは、信号線Yiが引き出されており、j列目のカラム電極SECOLからは、信号線Xiが引き出される。また、シールド電極5からは、信号線SLDが引き出されている。
図2(b)は、図2(a)のセンサ部4の断面図を示す。ロウ電極SEROWは、第1配線層ML1に形成され、カラム電極SECOLは、第2配線層ML2に形成され、シールド電極5は、第3配線層ML3に形成される。
配線層ML1〜ML3はITO(酸化インジウムスズ)などの透明電極であり、対応するベース層BL1〜BL3それぞれの表面に、スパッタリング法、もしくはインク化したITOをベース層に塗布、加熱、融着させる手法などによって形成される。ベース層BL1〜BL3としては、PET(ポリエチレンテレフタラート)やガラス、その他のフィルム剤が利用できる。なお配線層ML1〜ML3には、ITO以外の材料を用いてもよい。あるベース層BLとそれに隣接する配線層MLは、接着剤60によって接着されている。
以上がセンサ部4の構成である。実施の形態に係る検出回路100は、センサ電極SEと、センサ電極SEの近傍に設けられたシールド電極5と、を備えるセンサ部4と協働して、ノイズの影響を低減する。
図3は、実施の形態に係る検出回路100の構成を示す回路図である。検出回路100は、センサ部4と接続されており、センサ電極SEが周囲との間に形成する静電容量C1を検出する。図3には、説明の簡略化および理解の容易化を目的として、単一のセンサ電極SEのみが示される。
検出回路100は、容量電圧変換回路90およびシールド電極駆動部92を備える。
容量電圧変換回路90は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量C1を電圧Voutに変換する。容量電圧変換回路としては、種々の技術が提案されており、そのいずれかを採用すればよい。
容量電圧変換回路90は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量C1を電圧Voutに変換する。容量電圧変換回路としては、種々の技術が提案されており、そのいずれかを採用すればよい。
シールド電極駆動部92は、所定のシーケンスと同期して、シールド電極5の電気的状態を切り換える。別の観点からいえば、シールド電極駆動部92は、センサ電極SEの電気的状態に応じて、シールド電極5の電気的状態を切り換える。電気的状態とは、電位やインピーダンスを意味する。シールド電極駆動部92は、センサ電極SEの状態に応じて、センサ電極SEが外部からのノイズの影響を受けやすいときに、シールド電極5を、ノイズが最も低減される状態に設定する。
たとえばシールド電極駆動部92は、以下のようにシールド電極5の状態を制御する。
シールド電極駆動部92は、容量電圧変換回路90が、センサ電極SEをハイインピーダンス状態とするタイミングで、シールド電極5に固定電圧を印加する。好ましくは固定電圧は、接地電圧0Vであるが、その他の電源電圧Vddあるいは中点電圧Vdd/2でもよく、ノイズが最も低減される値に設定すればよい。ハイインピーダンスのとき、外部からのノイズの影響を最も受けやすい。従ってこのタイミングで、シールド電極5の電位を固定すれば、ノイズを好適に遮断できる。
さらに、シールド電極駆動部92は、容量電圧変換回路90が、センサ電極SEをハイインピーダンス状態とするタイミングと、センサ電極SEに電圧を印加するタイミングとで、シールド電極5に異なる電圧を印加するとよい。センサ電極SEに印加される電圧に応じて、シールド電極5の電位を変化させることにより、シールド電極5とセンサ電極SEの間に形成される容量をキャンセルすることができる。
図4は、図3の検出回路100の構成例を示す回路図である。検出回路100は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化された機能ICであり、第1端子102、第2端子104、出力端子106を備える。第1端子102には、センサ電極SEが接続されている。
第2端子104には、参照電極7が接続される。参照電極7は、センス電極SEと同様に、その周囲と静電容量C2を形成する。静電容量C2は変化しない固定的な値をとるため、参照容量C2とも称する。
容量電圧変換回路90は、センサ電極SEが形成する静電容量C1の変化を検出し、容量変化に応じたデータを出力端子106から外部へと出力する。
容量電圧変換回路90は、第1電圧印加部10、第2電圧印加部12、第1サンプルホールド回路14、第2サンプルホールド回路16、増幅部20、処理部22、キャパシタC12、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2を備える。本実施の形態において、第1スイッチSW1から第6スイッチSW6は、トランジスタを用いたトランスファーゲートにより構成される。
第1電圧印加部10は、センサ電極SEに対して、第1状態において所定の第1固定電圧を印加し、第2状態において第1固定電圧より低い第2固定電圧を印加する。具体的に第1電圧印加部10は、第1制御信号SIG1がハイレベルの間、入力された第1駆動電圧Vdrv1を出力し、第1制御信号SIG1がローレベルの間、出力端子をハイインピーダンスとする。第1駆動電圧Vdrvは、第1状態において、所定の第1固定電圧となり、第2状態においては、第1固定電圧より低い第2固定電圧に切り替わる。本実施の形態において、第1固定電圧は、電源電圧Vddに、第2固定電圧は接地電圧0Vに設定される。
第2電圧印加部12は参照電極7に対し、第1状態において第2固定電圧(接地電圧0V)を印加し、第2状態において第1固定電圧(電源電圧Vdd)を印加する。具体的には、第2電圧印加部12は、第2制御信号SIG2がハイレベルの間、入力された第2駆動電圧Vdrv2を出力し、第2制御信号SIG2がローレベルの間、出力端子をハイインピーダンスとする。第2駆動電圧Vdrvは、第1状態において、第2固定電圧の接地電圧0Vとなり、第2状態においては、第1固定電圧の電源電圧Vddとなる。
すなわちセンサ電極SEには、第1電圧印加部10によって、第1状態において第1固定電圧が印加され、第2状態において第2固定電圧が印加される一方、参照電極7には、第2電圧印加部12によって、第1状態において第2固定電圧が印加され、第2状態において第1固定電圧が印加される。このように、第1端子102、第2端子104に接続されるセンサ電極SEおよび参照電極7には、第1、第2状態において高低が逆となる電圧が相補的に印加される。
第1端子102と第2端子104の間には、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2が設けられる。第1スイッチSW1、第2スイッチSW2がともにオンすると、センサ電極SEおよび参照電極7が互いに接続される。その結果、センサ電極SEおよび参照電極7に蓄えられた電荷が2つの電極間で転送され、それぞれの電極に現れる電圧Vx1、Vx2が平均される。
第1サンプルホールド回路14は、第1状態において、センサ電極SEおよび参照電極7それぞれに現れる電圧Vx1、Vx2を平均し、第1検出電圧Vdet1として保持する。
第1サンプルホールド回路14は、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4、キャパシタC10を含み、第3スイッチSW3がオンすると電圧Vx1、Vx2の平均電圧が、第1検出電圧Vdet1としてサンプリングされ、第3スイッチSW3がオフすると、第1検出電圧Vdet1が保持される。
第1サンプルホールド回路14は、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4、キャパシタC10を含み、第3スイッチSW3がオンすると電圧Vx1、Vx2の平均電圧が、第1検出電圧Vdet1としてサンプリングされ、第3スイッチSW3がオフすると、第1検出電圧Vdet1が保持される。
また、第2サンプルホールド回路16は、第2状態において、センサ電極SEおよび参照電極7それぞれに現れる電圧Vx1、Vx2を平均し、第2検出電圧Vdet2として保持する。第2サンプルホールド回路16の構成は第1サンプルホールド回路14と同様である。
増幅部20は、第1検出電圧Vdet1と、第2検出電圧Vdet2が入力され、2つの電圧を差動増幅する差動増幅器である。増幅部20の差動入力端子間には、キャパシタC12が設けられている。増幅部20により増幅された電圧は、処理部22へと入力される。
処理部22は、増幅部20から出力された検出電圧Voutをアナログデジタル変換し、所定の信号処理を行った後、デジタルデータとして出力端子106から出力する。検出電圧Voutをアナログ電圧としてそのまま出力する場合、処理部22は不要である。
シールド電極駆動部92は容量電圧変換回路90のシーケンスと同期して、シールド電極5を駆動する。
シールド電極駆動部92は、第1サンプルホールド回路14、第2サンプルホールド回路16がそれぞれ、第1検出電圧Vdet1、第2検出電圧Vdet2をサンプリングする期間、シールド電極5に接地電圧(0V)を与える。
シールド電極駆動部92は、第1電圧印加部10がセンサ電極SEに第1固定電圧(Vdd)を印加する期間、シールド電極5に第4固定電圧を与え、第1電圧印加部10がセンサ電極SEに第2固定電圧(0V)を印加する期間、シールド電極5に第4固定電圧より低い第5固定電圧を与える。
好ましくは、第4固定電圧は第1固定電圧と等しく設定される。すなわち第4固定電圧は電源電圧Vddである。また、第5固定電圧は、第2固定電圧と等しく設定される。すなわち第5固定電圧は接地電圧0Vである。
以上のように構成された検出回路100の動作について説明する。図5は、検出回路100の動作波形図である。図5の波形図は、上から順に、第1駆動電圧Vdrv1、第2駆動電圧Vdrv2、第1制御信号SIG1、第2制御信号SIG2、第1スイッチSW1から第6スイッチSW6のオンオフ状態、およびシールド電極5に印加される電圧VSLDを示す。
図5において、第1スイッチSW1から第6スイッチSW6は、ハイレベルがオンに、ローレベルがオフに対応する。図5において、時刻T0〜T2までが第1状態、時刻T2〜T4までが第2状態を表す。
第1状態の時刻T0〜T2の期間、第1電圧印加部10に入力される第1駆動電圧Vdrv1は電源電圧Vddであり、第2電圧印加部12に入力される第2駆動電圧Vdrv2は接地電圧0Vである。
時刻T0〜T1の間、第1制御信号SIG1、第2制御信号SIG2はいずれもハイレベルとなる。その結果、センサ電極SEは、第1駆動電圧Vdrv1=Vddで充電され、参照電極7は、第2駆動電圧Vdrv2=0Vで充電される。
この間、シールド電極駆動部92はシールド電極5の電位VSLDをセンサ電極SEと同電位、すなわち電源電圧Vddとする。その結果、シールド電極5とセンサ電極SEの間の寄生容量の影響が低減できる。
この間、シールド電極駆動部92はシールド電極5の電位VSLDをセンサ電極SEと同電位、すなわち電源電圧Vddとする。その結果、シールド電極5とセンサ電極SEの間の寄生容量の影響が低減できる。
時刻T1に第1制御信号SIG1、第2制御信号SIG2がローレベルとなると、センサ電極SE、参照電極7への電圧印加が停止される。
次に、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2がオンし、センサ電極SE、参照電極7間で蓄えられた電荷が転送され、センサ電極SEおよび参照電極7に現れる電圧Vx1、Vx2が平均化される。
第1スイッチSW1、第2スイッチSW2と同時に第3スイッチSW3がオンとなり、第1サンプルホールド回路14は、平均化された電圧Vxを第1検出電圧Vdet1としてサンプルホールドする。
時刻T1〜T2の間、第1電圧印加部10および第2電圧印加部12の出力インピーダンスはいずれもハイインピーダンスとなり、センサ電極SEのインピーダンスが高くなる。この間、シールド電極駆動部92はシールド電極5に接地電圧0Vを印加し、ノイズを遮断する。
時刻T2に第2状態に遷移する。第2状態の時刻T2〜T4の期間、第1電圧印加部10に入力される第1駆動電圧Vdrv1は接地電圧0Vであり、第2電圧印加部12に入力される第2駆動電圧Vdrv2は電源電圧Vddである。
時刻T2〜T3の間、第1制御信号SIG1、第2制御信号SIG2は再びハイレベルとなる。その結果、センサ電極SEは、第1駆動電圧Vdrv1=0Vで充電され、参照電極7は、第2駆動電圧Vdrv2=Vddで充電される。この充電の結果、センサ電極SE、参照電極7それぞれに現れる電圧はそれぞれVx1=0、Vx2=Vddとなる。
時刻T2〜T3の間、第1制御信号SIG1、第2制御信号SIG2は再びハイレベルとなる。その結果、センサ電極SEは、第1駆動電圧Vdrv1=0Vで充電され、参照電極7は、第2駆動電圧Vdrv2=Vddで充電される。この充電の結果、センサ電極SE、参照電極7それぞれに現れる電圧はそれぞれVx1=0、Vx2=Vddとなる。
時刻T2〜T3の間、シールド電極駆動部92はシールド電極5の電位VSLDをセンサ電極SEと同電位、すなわち接地電圧0Vとする。その結果、シールド電極5とセンサ電極SEの間の寄生容量の影響が低減できる。
時刻T3に第1制御信号SIG1、第2制御信号SIG2がローレベルとなると、センサ電極SE、参照電極7への電圧印加が停止される。
次に、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2がオンし、センサ電極SE、参照電極7間で、蓄えられた電荷が転送され、各電極に現れる電圧Vx1、Vx2が平均化される。
第1スイッチSW1、第2スイッチSW2と同時に第5スイッチSW5がオンとなり、第2サンプルホールド回路16は、平均化された電圧Vxを第2検出電圧Vdet2としてサンプルホールドする。
時刻T3〜T4の間も、第1電圧印加部10および第2電圧印加部12の出力インピーダンスはいずれもハイインピーダンスとなり、センサ電極SEのインピーダンスが高くなる。この間、シールド電極駆動部92はシールド電極5に接地電圧0Vを印加し、ノイズを遮断する。
時刻T4に、第4スイッチSW4、第6スイッチSW6がオンすると、第1サンプルホールド回路14、第2サンプルホールド回路16はそれぞれサンプルホールドした第1検出電圧Vdet1、第2検出電圧Vdet2を増幅部20へと出力する。
この第1検出電圧Vdet1、第2検出電圧Vdet2は、増幅部20によって差動増幅される。増幅部20の差動増幅利得をAvとすると、増幅部20の出力電圧Voutは、Vout=Av×(Vdet1−Vdet2)
となる。
時刻T5に再び第1状態へ戻り、同様の処理を繰り返す。
となる。
時刻T5に再び第1状態へ戻り、同様の処理を繰り返す。
このシーケンスを経て、外部からのセンサ電極SEに対するノイズを好適に遮断し、静電容量C1の変化を高感度で検出することができる。
実施の形態に係る検出回路100の特徴は、以下のように捉えることも可能である。すなわち、検出回路100は、シールド電極5の電位を、任意の値に固定可能なシールド電極駆動部92を備える。その結果、センサ電極SEに対するノイズの影響が最も低減されるように、シールド電極の電位を設定することができる。
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
1…電子機器、2…入力装置、4…センサ部、5…シールド電極、6…DSP、7…参照電極、8…指、9…LCD、90…容量電圧変換回路、92…シールド電極駆動部、100…検出回路、SE…センサ電極、10…第1電圧印加部、12…第2電圧印加部、14…第1サンプルホールド回路、16…第2サンプルホールド回路、20…増幅部、22…処理部、100…検出回路、102…第1端子、104…第2端子、106…出力端子、SW1…第1スイッチ、SW2…第2スイッチ、SW3…第3スイッチ、SW4…第4スイッチ、SW5…第5スイッチ、SW6…第6スイッチ、C1…静電容量、C2…参照容量。
Claims (16)
- センサ電極と、
前記センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、
前記センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路と、
を備え、
前記検出回路は、
所定のシーケンスを繰り返すことにより、前記静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路と、
前記所定のシーケンスと同期して、前記シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、
を備えることを特徴とする静電容量センサ。 - 前記シールド電極駆動部は、前記センサ電極の電気的状態に応じて、前記シールド電極の電気的状態を切り換えることを特徴とする請求項1に記載の静電容量センサ。
- 前記シールド電極駆動部は、前記容量電圧変換回路が、前記センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングで、前記シールド電極に固定電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の静電容量センサ。
- 前記固定電圧は接地電圧であることを特徴とする請求項3に記載の静電容量センサ。
- 前記シールド電極駆動部は、前記容量電圧変換回路が、前記センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングと、前記センサ電極に電圧を印加するタイミングとで、前記シールド電極に異なる電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の静電容量センサ。
- 請求項1から5のいずれかに記載の静電容量センサを備えることを特徴とする入力装置。
- センサ電極と、前記センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有するセンサ部と接続され、前記センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路であって、
前記センサ電極に、第1状態において所定の第1固定電圧を印加し、第2状態において前記第1固定電圧より低い第2固定電圧を印加する第1電圧印加部と、
周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に、前記第1状態において前記第2固定電圧を印加し、第2状態において前記第1固定電圧を印加する第2電圧印加部と、
前記第1状態にて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第1検出電圧として保持する第1サンプルホールド回路と、
前記第2状態にて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第2検出電圧として保持する第2サンプルホールド回路と、
前記第1検出電圧と前記第2検出電圧の電位差を増幅する増幅部と、
前記第1、第2電圧印加部および前記第1、第2サンプルホールド回路の動作と同期して、前記シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、
を備えることを特徴とする検出回路。 - 前記シールド電極駆動部は、前記第1、第2サンプルホールド回路がそれぞれ、前記第1、第2検出電圧をサンプリングする期間、前記シールド電極に第3固定電圧を与えることを特徴とする請求項7に記載の検出回路。
- 前記第3固定電圧は接地電圧であることを特徴とする請求項8に記載の検出回路。
- 前記シールド電極駆動部は、前記第1電圧印加部が前記センサ電極に前記第1固定電圧を印加する期間、前記シールド電極に第4固定電圧を与え、前記第1電圧印加部が前記センサ電極に前記第2固定電圧を印加する期間、前記シールド電極に前記第4固定電圧より低い第5固定電圧を与えることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の検出回路。
- 前記第1固定電圧と前記第4固定電圧は等しく、前記第2固定電圧と前記第5固定電圧は等しいことを特徴とする請求項10に記載の検出回路。
- 前記増幅部は、前記第1検出電圧と、前記第2検出電圧が入力された差動増幅器であることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の検出回路。
- 前記第1、第2サンプルホールド回路は、前記センサ電極と前記参照電極を接続することにより、前記センサ電極と前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均することを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の検出回路。
- 前記第2固定電圧は、接地電圧であることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の検出回路。
- ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されたことを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の検出回路。
- センサ電極と、前記センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有する容量センサにおいて、前記センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する方法であって、
前記センサ電極に所定の第1固定電圧を印加し、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に前記第1固定電圧より低い第2固定電圧を印加する第1ステップと、
前記センサ電極に前記第2固定電圧を印加し、前記参照電極に前記第1固定電圧を印加する第2ステップと、
前記第1ステップにおいて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第1検出電圧として保持するステップと、
前記第2ステップにおいて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第2検出電圧として保持するステップと、
前記第1検出電圧と前記第2検出電圧の電位差を増幅するステップと、
各ステップの遷移と同期して、前記シールド電極の電気的状態を切り換えるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
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