CN110383221A - 输入装置和其控制方法 - Google Patents

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Abstract

周期地向检测电极Y供给电荷以便在检测电极Y中产生第1交流电压V1，并生成与该电荷相对应的检测信号S。对多个驱动电极X分别施加频率及相位与第1交流电压V1相等的第2交流电压V2。对多个驱动电极X的各自施加的第2交流电压V2的振幅的组合、即振幅图案，基于预先所设定的振幅图案的序列来切换。在构成该振幅图案的序列的各个振幅图案中，对除了1个驱动电极X之外的剩余驱动电极X施加具有相同的振幅VD的第2交流电压V2，对该1个驱动电极X施加具有与剩余的驱动电极X不同的振幅VH的第2交流电压V2。

Description

输入装置和其控制方法
技术领域
本发明涉及一种输入与因物体的位置变化引起的静电电容的变化相对应的信息的输入装置及其控制方法，涉及对例如由手指或笔等做出的操作进行检测的触摸屏或触摸板等输入装置。
背景技术
在用于触摸板或触摸屏等的静电电容方式的传感器之中，一般有互电容式和自电容式。就互电容式的传感器而言，要检测驱动电极和检测电极之间的静电电容(互电容)的变化，就自电容式的传感器而言，要检测检测电极和接地(ground)之间的静电电容(自电容)的变化。
对于互电容式的传感器而言，在1个检测电极和多个驱动电极之间形成互电容。因此，其优点为，能够由1个检测电极进行不同的多个位置上的物体的检测，电极布线或检测电路变少。但是，因为检测电极和驱动电极之间的互电容通常为数pF，因手指等的接近引起的互电容的变化是数百fF以下和更小的值，所以互电容式的传感器一般存在检测灵敏度低这样的缺点。
另一方面，因为因手指等的接近引起的自电容的变化比互电容的变化大，所以自电容式的传感器存在与互电容式的传感器相比检测灵敏度高这样的优点。但是，因为无法通过自电容的变化辨别1个检测电极上的物体的接近位置，所以对于自电容式的传感器来说，其缺点为，电极布线或检测电路与检测位置的个数成比例地增多。
这样，在互电容式的传感器和自电容式的传感器之中，双方各有长短。因此，在下述的专利文献1中，记载了一种装置，其为了实现要求高灵敏度的悬停检测和要求多点触摸检测的触摸检测这两种检测，将自电容式的检测和互电容式的检测切换执行。另外，在下述的专利文献2中，记载了一种能够同时进行自电容式的检测和互电容式的检测、并输出包含双方的检测结果的检测信号的输入装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5592948号说明书
专利文献2：日本特开2015-121958号公报
发明内容
发明要解决的课题
对于专利文献1所述的装置而言，因为不能同时进行自电容式的检测和互电容式的检测，所以其缺点为，探知手指的接近的时间或确定手指的接近位置的时间变长。
另外，对于专利文献2所述的装置而言，在1个检测电极上交叉配置多个驱动电极，并且在检测电极和多个驱动电极之间分别形成电容器(互电容)。多个驱动电极之中，对一部分驱动电极施加和检测电极的电压同相的驱动电压，对剩余的驱动电极施加和检测电极的电压反相的驱动电压。对于驱动电压为反相的驱动电极而言，与驱动电压为同相的驱动电极相比，电容器的电压变化增大，给电容器供给的电荷量增大。若施加反相的驱动电压的驱动电极的个数增多，则在手指未接近检测电极的正常状态下给检测电极整体的电容器供给的电荷量增大。正常状态的电荷量越大，作为检测电极的全部电容器的检测结果而得到的检测信号的偏移成分越增大。其缺点为，由于检测信号的偏移成分增大，因而放大检测信号的放大器中的动态范围被限制，检测灵敏度下降。
本发明是鉴于此情况而做出的，其目的在于，提供一种能够同时进行自电容式的检测和互电容式的检测、并且获得良好的检测灵敏度的输入装置和其控制方法。
用于解决课题的手段
本发明的第1观点涉及一种输入装置，用来输入与静电电容的变化相对应的信息，上述静电电容的变化是由于物体相对于检测区域的位置的变化而引起的。该输入装置具有：检测电极，配置于上述检测区域；多个驱动电极，配置于上述检测区域，在与上述检测电极之间分别形成电容器；电荷检测部，周期地向上述检测电极供给电荷以便在上述检测电极中产生第1交流电压，并输出与所供给的电荷相对应的检测信号；驱动部，能够将频率及相位与上述第1交流电压相等的第2交流电压分别施加给上述多个驱动电极，并按照每个上述驱动电极对上述第2交流电压的振幅进行变更；以及控制部，切换下述振幅图案，该振幅图案是上述驱动部对上述多个驱动电极的每个驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅的组合。上述控制部基于预先所设定的上述振幅图案的序列，进行上述振幅图案的切换，在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对除了1个上述驱动电极或者一群上述驱动电极之外的剩余的上述驱动电极，施加具有相同的振幅的上述第2交流电压，对上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极，施加具有与上述剩余的驱动电极不同的振幅的上述第2交流电压。
根据该结构，在上述检测电极上，通过周期地从上述电荷检测部供给电荷，而产生上述第1交流电压。另外，对于在与上述检测电极之间分别形成电容器的上述多个驱动电极的每一个驱动电极，通过上述驱动部，施加频率及相位与上述第1交流电压相等的上述第2交流电压。上述振幅图案是对上述多个驱动电极的每一个驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅的组合，基于预先所设定的上述振幅图案的序列，进行上述振幅图案的切换。
若手指等的物体接近了上述检测电极，则在上述检测电极和上述物体之间形成电容器。在按照上述检测电极和上述物体之间的接近程度而该电容器的静电电容(自电容)发生了变化时，从上述电荷检测部向上述检测电极供给的电荷量发生变化，与之相应地上述检测信号发生变化。也就是说，在上述检测信号中，包含与上述检测电极和上述物体之间的自电容相关的成分。基于该与自电容相关的成分，能够检测上述物体对上述检测电极有无接近或接近程度。
另外，在上述物体接近了形成于上述检测电极和上述驱动电极之间的上述电容器时，该电容器的静电电容(互电容)发生变化，按照该互电容的变化，上述检测信号发生变化。也就是说，在上述检测信号中，也包含与上述检测电极和上述物体之间的互电容相关的成分。在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对除了1个上述驱动电极或者一群上述驱动电极之外的剩余的上述驱动电极，施加具有相同的振幅的上述第2交流电压，对上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极，施加具有与上述剩余的驱动电极不同的振幅的上述第2交流电压。因此，在上述物体接近了形成于1个上述驱动电极或者一群上述驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器的情况下，以及上述物体接近了形成于上述剩余的电极与上述检测电极之间的电容器的情况下，与互电容的变化相对应的上述检测信号的变化的大小不同。从而，能够基于上述检测信号中包含的互电容的成分按照上述振幅图案而不同这一情况，来识别上述物体接近了上述检测电极上的哪个部分。
对上述驱动电极施加的上述第2交流电压和产生于上述检测电极的上述第1交流电压因为频率及相位相等，所以与它们的相位是相反的情况相比，形成于上述驱动电极和上述检测电极之间的上述电容器的电压的变化得到抑制。若该电容器的电压变化变小，则不管上述物体有无接近，向上述电容器供给的电荷都变小，所以上述检测信号的偏移成分变小。从而，由自电容或互电容的变化而产生的上述检测信号的动态范围难以被上述检测信号的偏移成分限制，所以变得易于提高检测灵敏度。
优选的是，上述控制部可以在构成上述序列的各个上述振幅图案中，将具有与上述第1交流电压相同的振幅的上述第2交流电压施加给上述剩余的驱动电极。
根据该结构，因为产生于上述检测电极的上述第1交流电压和对上述剩余的驱动电极施加的上述第2交流电压成为相同的振幅，所以向形成于上述剩余的驱动电极与上述检测电极之间的电容器供给的电荷量成为零。从而，不管上述物体有无接近，向上述电容器供给的电荷都变小，所以上述检测信号的偏移成分变小。
优选的是，上述控制部可以在构成上述序列的各个上述振幅图案中，将具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压施加给上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极。
根据该结构，具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压被施加给上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极。因此，按照上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极与上述检测电极之间的互电容的变化而向上述检测电极供给的电荷的极性、和按照上述检测电极与上述物体之间的自电容的变化而向上述检测电极供给的电荷的极性是相反的。另外，在上述物体与上述检测电极之间的距离发生了变化时，互电容的变化的方向和自电容的变化的方向是相反的(若一个增大则另一个减小)。从而，在上述物体与上述检测电极之间的距离发生了变化时，按照互电容的变化而向上述检测电极供给的电荷变化的方向、和按照自电容的变化而向上述检测电极供给的电荷变化的方向，一致。由此，因为不存在双方的电荷的变化相互抵消的情况，所以上述检测信号相对于上述物体与上述检测电极之间的距离的线性劣化得到抑制。
优选的是，上述控制部可以在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对上述一群驱动电极中包含的一部分的上述驱动电极施加具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压，对上述一群驱动电极中包含的另一部分的上述驱动电极施加具有比上述第1交流电压小的振幅的上述第2交流电压。
例如，上述控制部可以在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对上述电容器的位置邻接的2个上述驱动电极中的一个驱动电极施加具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压，对该2个驱动电极中的另一个驱动电极施加具有比上述第1交流电压小的振幅的上述第2交流电压。
根据该结构，在被施加具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压的上述一部分驱动电极、和被施加具有比上述第1交流电压小的振幅的上述第2交流电压的上述另一部分的驱动电极上，与互电容的变化相对应的电荷的变化的极性是相反的。因此，能够利用与互电容的变化相对应的电荷的变化的极性不同的上述振幅图案，获得对于1个上述驱动电极的不同的上述检测信号。从而，通过上述不同的检测信号，可以灵敏度良好地检测上述1个驱动电极的互电容的变化。
另外，因为在上述一部分的驱动电极和上述另一部分的驱动电极上，与互电容的变化相对应的电荷的变化的极性是相反的，所以双方的电荷的变化相互抵消，向上述检测电极供给的整体电荷变小。由此，上述检测信号的偏移成分变小。
优选的是，上述控制部可以在构成上述序列的各个上述振幅图案中，使上述一群驱动电极的个数和上述剩余的驱动电极的个数相一致，使对上述一群驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅比上述第1交流电压的振幅增大，并使对上述剩余的驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅比上述第1交流电压的振幅减小。
根据该结构，对上述一群驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅变得比上述第1交流电压的振幅大，对上述剩余的驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅变得比上述第1交流电压的振幅小。由此，向上述一群驱动电极中的1个驱动电极与上述检测电极之间形成的电容器供给的电荷的极性、和向上述剩余的驱动电极中的1个驱动电极与上述检测电极之间形成的电容器供给的电荷的极性是相反的，并且这些电荷相互抵消。再者，因为上述一群驱动电极的个数和上述剩余的驱动电极的个数相等，所以向形成于上述一群驱动电极的整体与上述检测电极之间的电容器供给的电荷的量、和向形成于上述剩余的驱动电极的整体与上述检测电极之间的电容器供给的电荷的量接近，双方的电荷之和变小。从而，不管上述物体有无接近，向上述电容器供给的整体的电荷都变小，所以上述检测信号的偏移成分变小。
优选的是，构成上述序列的各个上述振幅图案可以是第1振幅图案或者第2振幅图案的任一个。上述控制部可以在上述第1振幅图案的情况下，将具有第1振幅的上述第2交流电压施加给上述1个驱动电极，并且将具有第3振幅的上述第2交流电压施加给上述剩余的驱动电极，在上述第2振幅图案的情况下，将具有比上述第1振幅小的第2振幅的上述第2交流电压施加给上述1个驱动电极，并且将具有上述第3振幅的上述第2交流电压施加给上述剩余的驱动电极。在上述第1振幅图案中形成于上述1个驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器、和在上述第2振幅图案中形成于上述1个驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器可以在上述检测区域中交替排列。
根据该结构，对于在上述第1振幅图案中形成于上述1个驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器(下面记为第1电容器)、和在上述第2振幅图案中形成于上述1个驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器(下面记为第2电容器)来说，施加的上述第2交流电压的振幅不同，所以与各自的静电电容(互电容)的变化相对应的电荷的变化量不同。另外，因为在上述检测区域中上述第1电容器和上述第2电容器交替排列，所以在上述检测区域中，存在处于相互邻接的位置关系的上述第1电容器和上述第2电容器。从而，根据在上述检测区域中上述第1电容器和上述第2电容器处于邻接关系的上述第1振幅图案的检测信号和上述第2振幅图案的检测信号的不同，获得与上述第1电容器和上述第2电容器邻接的位置处的上述物体的接近程度相关的信息。
优选的是，上述输入装置可以具有：屏蔽电极，与上述检测电极邻接配置；电压发生部，发生上述第1交流电压，施加给上述屏蔽电极。
根据该结构，因为与上述检测电极邻接配置上述屏蔽电极，所以对上述检测电极的不必要的静电耦合减少。另外，因为上述屏蔽电极和上述检测电极为相同的电压，所以不对形成于上述屏蔽电极和上述检测电极之间的寄生电容器供给电荷。
优选的是，上述电荷检测部可以以使上述检测电极的电压和上述屏蔽电极的电压相等的方式向上述检测电极供给电荷，并输出与所供给的电荷相对应的上述检测信号。
优选的是，上述输入装置可以具有多个上述检测电极。
优选的是，上述检测区域的表面可以包括由操作者来操作的操作面。
本发明的第2观点涉及一种输入装置的控制方法，该输入装置用来输入与静电电容的变化相对应的信息，上述静电电容的变化是由于物体相对于检测区域的位置的变化而引起的。上述输入装置，具有：检测电极，配置于上述检测区域；多个驱动电极，配置于上述检测区域，在与上述检测电极之间分别形成电容器；电荷检测部，周期地向上述检测电极供给电荷以便在上述检测电极中产生第1交流电压，并输出与所供给的电荷相对应的检测信号；以及驱动部，能够将频率及相位与上述第1交流电压相等的第2交流电压分别施加给上述多个驱动电极，并按照每个上述驱动电极对上述第2交流电压的振幅进行变更。上述控制方法，具有如下步骤：基于预先所设定的上述振幅图案的序列来切换下述振幅图案，该振幅图案是上述驱动部对上述多个驱动电极的每个驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅的组合；以及，在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对除了1个上述驱动电极或者一群上述驱动电极之外的剩余的上述驱动电极，施加具有相同的振幅的上述第2交流电压，对上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极施加具有与上述剩余的驱动电极不同的振幅的上述第2交流电压。
发明效果
根据本发明，可以提供一种能够同时进行自电容式的检测和互电容式的检测、并获得良好的检测灵敏度的输入装置和其控制方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的图。
图2是例示图1的虚线P-P’处的传感器部的剖面的图。
图3是表示传感器部和静电电容检测部的结构的一例的图。
图4是表示电荷检测部的结构的一例的图。
图5是表示手指接近了传感器部的检测电极时的等效电路的图。
图6是表示第1实施方式中的第2交流电压的振幅图案的例子的图。
图7是表示手指未接近传感器部的状态的等效电路的图。
图8是表示手指接近图6的“A”部分的状态的等效电路的图。
图9是表示手指接近图6的“B”部分的状态的等效电路的图。
图10是用于说明因手指的接近导致的互电容的减少的图。
图11是表示在图6的振幅图案的接下来进行切换的振幅图案的例子的图。
图12是表示第1实施方式中的振幅图案的其他例子的图。
图13是表示第2实施方式中的振幅图案的例子的图。
图14是表示在图13的振幅图案的接下来进行切换的振幅图案的例子的图。
图15是表示按照振幅图案进行变化的检测值的例子的图。
图16是表示第3实施方式中的振幅图案的例子的图。
图17是表示在图16的振幅图案之后切换的振幅图案的例子的图。
图18是表示按照振幅图案进行变化的检测值的例子的图。
图19是表示第4实施方式中的振幅图案的例子的图。
图20是表示第5实施方式中的振幅图案的例子的图。
图21是表示按照振幅图案进行变化的检测值的例子的图。
具体实施方式
＜第1实施方式＞
下面，对于本发明的第1实施方式的输入装置，一边参照附图一边进行说明。
图1是表示本实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的图。图1所示的输入装置具有：传感器部10，因手指或笔等的物体接近，而静电电容发生变化；静电电容检测部20，检测传感器部10的静电电容的变化；处理部30。本实施方式所涉及的输入装置是，在静电电容检测部20中检测因物体相对于传感器部10的检测区域AR的位置变化而引起的静电电容的变化、并输入与检测到的静电电容的变化相对应的信息的装置。例如，输入装置是触摸板或触摸屏等的用户界面装置。在检测区域AR的表面，设置由操作者来操作的操作面。
(传感器部10)
传感器部10其构成为，在检测区域AR的多个检测位置上，发生因手指或笔等的物体接近而引起的静电电容的变化。例如，传感器部10具有：配置于检测区域AR的多个检测电极(Y1～Y4)及多个驱动电极(X1～X5)；屏蔽电极AS，与检测电极(Y1～Y4)邻接配置。在图1的例子中，各检测电极(Y1～Y4)沿横向延伸，各驱动电极(X1～X5)沿纵向延伸。多个检测电极(Y1～Y4)沿纵向平行排列，多个驱动电极(X1～X5)沿横向平行排列。多个检测电极(Y1～Y4)和多个驱动电极(X1～X5)交叉配置成栅格状，在其交叉点的附近、在检测电极和驱动电极之间形成电容器。在图1的例子中，因为易于发生与物体相对于检测区域AR的位置变化相对应的静电电容的变化，所以在检测电极及驱动电极的交叉点的附近，设置有凸起成菱形的部分。检测电极(Y1～Y4)和驱动电极(X1～X5)分别经由布线，与静电电容检测部20连接。
图2是例示图1的虚线P-P’处的传感器部10的剖面的图。
在图2的例子中，传感器部10具有7个层(L1～L7)，涂白的部分代表绝缘体。考虑到物体的接触，作为检测区域AR的操作面的最上层L1由绝缘体覆盖。驱动电极X3、检测电极Y4及屏蔽电极AS按该顺序从上层朝向下层配置。在驱动电极X3、检测电极Y4及屏蔽电极AS的层间，设有绝缘体的层，以便各电极在电气上取得独立的电位。还有，在图1的例子中，驱动电极X3虽然配置在比检测电极Y4靠上层(离检测区域AR的操作面近的一侧)，但也可以是相反的配置。另外，在图1的例子中，虽然在检测区域AR的整体上，驱动电极(X1～X5)配置在比检测电极(Y1～Y4)靠上层，但是这些电极的上下关系也可以部分地调换。在任何情况下，屏蔽电极AS都配置于比检测电极(Y1～Y4)及驱动电极(X1～X5)靠下层(离检测区域AR的操作面远的一侧)。
图3是表示本实施方式所涉及的输入装置中的传感器部10和静电电容检测部20的结构的一例的图，表示对于1个检测电极Y和1个驱动电极X进行静电电容的检测的电路。还有，标号“Y”表示多个检测电极(Y1～Y4)中的任意1个，标号“X”表示多个驱动电极(Y1～Y5)中的任意1个。
在图3中，标号“Cxy”表示在驱动电极X和检测电极Y的交叉部附近形成的、驱动电极X和检测电极Y之间的电容器，或者作为该电容器的静电电容的互电容。标号“Cas”表示在检测电极Y和屏蔽电极AS之间形成的电容器，或者作为该电容器的静电电容的屏蔽电容。还有，除了这些电容器之外，还在检测电极Y和接地GND之间，形成由手指等物体的接近而产生的电容器Cfs。作为电容器Cfs的静电电容的自电容也用标号“Cfs”来表示。
(静电电容检测部20)
静电电容检测部20具有：电压发生部25，对屏蔽电极AS施加第1交流电压V1；驱动部24，对多个驱动电极X分别施加第2交流电压V2；电荷检测部22，与检测电极Y连接；模拟-数字转换器23；和控制部21。
电压发生部25周期地发生电平变化的第1交流电压V1，并对屏蔽电极AS施加。在下面作为例子，第1交流电压V1的波形设为以基准电压Vref为中心而周期振动的矩形波。
驱动部24将频率和相位大致与第1交流电压V1相等的第2交流电压V2施加给多个驱动电极X的每一个。在下面作为例子，第2交流电压V2的波形也和第1交流电压V1相同，设为以基准电压Vref为中心而周期振动的矩形波。驱动部24能够按照后述的控制部21的控制，按每个驱动电极X来对第2交流电压V2的振幅进行变更。
还有，第1交流电压V1、第2交流电压V2的波形不限于矩形波，也可以是正弦波等其他周期的波形。
电荷检测部22以在检测电极Y上产生和屏蔽电极AS相同的第1交流电压V1的方式向检测电极Y周期地供给电荷，并输出与所供给的电荷相对应的检测信号S。
在屏蔽电极AS和检测电极Y之间，或驱动电极X和检测电极Y之间，如图3中所示那样形成电容器(Cas、Cxy等)。因此，若通过交流电压(第1交流电压V1、第2交流电压V2)的施加，屏蔽电极AS的电压或驱动电极X的电压发生了变化，则检测电极Y的电压也发生变化。电荷检测部22向检测电极Y供给正或负的电荷，以使该检测电极Y的电压的变化和屏蔽电极AS的电压的变化一致。
对屏蔽电极AS施加的第1交流电压V1的振幅是一定的，对驱动电极X施加的第2交流电压V2的振幅按照控制部21的控制来设定。因此，伴随交流电压(第1交流电压V1、第2交流电压V2)的一次的电平变化而从电荷检测部22向检测电极Y供给的电荷，具有与形成于检测电极Y的电容器(Cxy、Cfs等)的静电电容相对应的大小。从而，与该电荷相对应的电荷检测部22的检测信号S，成为与形成于检测电极Y的电容器(Cxy、Cfs等)的静电电容相对应的信号。
图4是表示电荷检测部22的结构的一例的图。图4所示的电荷检测部22具有运算放大器221、电荷复位电路222和电容器Cint。运算放大器221的非反相输入端子与屏蔽电极AS连接，反相输入端子与检测电极Y连接。电容器Cint设置于运算放大器221的输出端子和反相输入端子之间的路径上。从运算放大器221的输出端子输出检测信号S。
电荷复位电路222是在进行后述的振幅图案的切换时将蓄积于电容器Cint中的电荷复位的电路，包括和电容器Cint并联连接的开关SW。开关SW在将电容器Cint中所蓄积的电荷复位时导通，在输出检测信号S的期间断开。
电荷检测部22既可以在多个检测电极Y上分别各设置1个，也可以使用切换电路将多个检测电极Y连接于1个电荷检测部22。在电荷检测部22为多个的情况下，模拟-数字转换器23也可以在多个电荷检测部22的后级各设置1个，还可以使用切换电路将多个电荷检测部22连接于1个模拟-数字转换器23上。
模拟-数字转换器23将从电荷检测部22输出的检测信号S转换为数字信号D。模拟-数字转换器23例如以与从控制部21供给的定时信号同步的定时，进行模拟-数字转换。
控制部21控制输入装置中的各单元的动作。控制部21例如既可以包括构成为执行特定的处理的硬件(逻辑电路)，也可以包括基于软件(程序)执行处理的计算机。控制部21既可以由硬件来执行全部的处理，也可以利用计算机和软件来执行至少一部分的处理。
控制部21进行驱动部24对多个驱动电极X的每一个驱动电极X施加的第2交流电压V2的振幅的控制。在此，若将驱动部24对多个驱动电极X的每一个驱动电极X施加的第2交流电压V2的振幅的组合称为“振幅图案”，则控制部21根据预先所确定的振幅图案的序列，按顺序切换该振幅图案。
在构成振幅图案的序列的各个振幅图案中，控制部21对除了1个驱动电极X之外的剩余的驱动电极X施加具有相同的振幅的第2交流电压V2，对该1个驱动电极X施加具有与剩余的驱动电极X不同的振幅的第2交流电压V2。具体而言，在各个振幅图案中，控制部21对1个驱动电极X施加具有比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2，对剩余的驱动电极X施加具有与第1交流电压V1相同的振幅VD的第2交流电压V2。控制部21通过切换振幅图案，向全部的驱动电极X按顺序施加振幅VH的第2交流电压V2。
另外，控制部21进行控制，以便在各振幅图案中使检测信号S从电荷检测部22输出，在模拟-数字转换器23中将检测信号S转换为数字信号D。控制部21在将1个振幅图案向别的振幅图案切换时，通过电荷复位电路222，将电荷检测部22的电容器Cint中蓄积的电荷复位。然后，控制部21在切换成新的振幅图案之后，在复位状态的电容器Cint中使电荷蓄积。控制部21将各振幅图案中从电荷检测部22输出的检测信号S在模拟-数字转换器23中转换为数字信号D。
(处理部30)
处理部30根据静电电容检测部20的检测结果(数字信号D)，取得与各振幅图案中从电荷检测部22供给给检测电极Y的电荷相对应的检测值SD。例如，处理部30将按照每个振幅图案从静电电容检测部20输出的交流的数字信号D和与第1交流电压V1同步的交流的基准信号相乘，使其乘法结果的信号中包含的高频成分通过低通滤波器进行衰减，以此取得与数字信号D的振幅相对应的检测值SD。处理部30根据按照每个振幅图案取得的检测值SD，算出例如物体已接近的位置的坐标，或物体的大小(接触范围)等。处理部30例如包括基于软件执行处理的计算机。处理部30的处理既可以全部由计算机和软件来执行，也可以采用专用的硬件来执行至少一部分。
(输入装置的动作)
在此，说明具有上述结构的本实施方式所涉及的输入装置的动作。
图5是表示手指接近了传感器部10时的等效电路的图。在该图中，为了简化，将模拟-数字转换器23之后省略，进行了图示。另外，为了易于理解，只是图解了检测电极Y1中的电容器。标号“Cx1y1”表示在驱动电极X1和检测电极Y1之间形成的电容器和其静电电容，标号“Cxny1”表示在驱动电极Xn和检测电极Y1之间形成的电容器和其静电电容。
通常人体以与接近了传感器时的和传感器之间的静电电容相比非常大的静电电容和接地GND进行结合，所以手指等的人体实质上要视为接地GND。为此，若手指接近了检测电极Y1，则如图5所示，手指的自电容Cfs将形成于接地GND和检测电极Y1之间。手指的自电容Cfs的大小根据手指接近检测电极Y1时的距离而发生变化，距离越短，自电容Cfs变得越大。
图6是表示本实施方式中的第2交流电压V2的振幅图案的例子的图。在该图的例子中，n条驱动电极X1～Xn配置为与检测电极Y1交叉，并且在它们的下层配置有屏蔽电极AS。驱动电极X和检测电极Y虽然示意地表示成长方形，但是并不限定为该形状。对于图6所示的振幅图案而言，具有比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2被施加给驱动电极X1，对其他的驱动电极X2～Xn施加具有与第1交流电压V1相同的振幅VD的第2交流电压V2。另外，对于屏蔽电极AS，施加振幅VD的第1交流电压V1。对驱动电极X2～Xn施加的第2交流电压V2具有与对屏蔽电极AS施加的第1交流电压V1大致相同的频率及相位。
在该图6的例子中，针对手指完全未接近传感器部10的情形、手指接近用双环所示的“A”部分的情形以及手指接近用双环所示的“B”部分的情形，分别参照图7～图9进行说明。
首先，在图7中表示手指未接近检测区域AR的状态的等效电路。因为对驱动电极X2～Xn施加相同的振幅的第2交流电压V2，所以在图7中，用1个电容器Crxy代表了在驱动电极X2～Xn和检测电极Y1之间形成的n-1个电容器。在检测电极Y1和屏蔽电极AS之间，形成电容器Cas。检测电极Y1和屏蔽电极AS与用虚线包围的电荷检测部22连接。电荷检测部22以检测电极Y1和屏蔽电极AS的电压大致相等的方式输出检测信号S，并经由电容器Cint向检测电极Y1供给电荷。电荷检测部22输出与向检测电极Y1供给的电荷相对应的检测信号S。
如图7所示，对驱动电极X1施加振幅VH的矩形波的第2交流电压V2，对驱动电极X2～Xn施加振幅VD的第2交流电压V2，对屏蔽电极AS施加振幅VD的第1交流电压V1。图7中的矩形波的朝上的箭头表示相同的定时。在这些矩形波的电压对各电极施加时，将在用朝上的箭头表示的1个边缘的定时(但是，假定为其之前的动作已收敛)从电荷检测部22的电容器Cint朝向检测电极Y1流入的正的电荷设为“Qy1”。此时，因为通过电荷检测部22的负反馈动作，检测电极Y1和屏蔽电极AS成为大致相同的电压，所以电荷对屏蔽电容Cas的流入为零。另外，因为对驱动电极X2～Xn和屏蔽电极AS施加同相且相同的振幅的交流电压，所以电荷对电容器Crxy的流入也为零。从而，从电荷检测部22向检测电极Y供给的电荷Qy1通过电容器Cx1y1的静电电容，用下面的公式来表达。
Qy1＝-(VH-VD)·Cx1y1…(1)
电荷检测部22输出与用该公式(1)表达的电荷Qy1相对应的检测信号S。
接下来，在图8中表示手指接近图6的“A”部分的状态的等效电路。此时，在检测电极Y1和接地GND之间形成手指的自电容Cfs。另外，因为“A”部分是驱动电极X1的上方，所以驱动电极X1和检测电极Y1之间的互电容与手指未接近时的互电容Cx1y1相比略有减少。
图10是用于说明因手指的接近导致的互电容的减少的图。图10A示意地表示在手指未接近的状态下在驱动电极X和检测电极Y上存在电位差时的电力线FL。该2个电极因为在空间上隔着绝缘体排列，所以静电电容的等效电路如图10B所示，可以作为互电容Cxy来表示。
另一方面，图10C是表示手指已接近的状态的图。这种情况下，如图10C所示，在驱动电极X和检测电极Y之间的空间中存在具有接地GND的电位的导体。因此，在驱动电极X和检测电极Y之间跨过的电力线FL的一部分成为由具有接地GND的电位的导体遮蔽的状态。此时的等效电路如图10D所示，被分割为驱动电极X和检测电极Y之间的互电容CMxy、驱动电极X和接地GND之间的静电电容Cfd以及检测电极Y和接地GND之间的静电电容Cfs。从而，手指接近时的互电容CMxy与手指未接近时的互电容Cxy相比变小。也就是说，“Cxy＞CMxy”的关系成立。
若将互电容Cxy和互电容CMxy之差设为“Cp”(＝Cxy-CMxy)，则手指接近时的互电容CMx1y1表示为“Cx1y1-Cp”。此时，因为手指未接近“A”以外的地方，所以驱动电极X2～Xn和检测电极Y1之间的互电容为“Crxy”而不改变。在对驱动电极X1、X2～Xn及屏蔽电极AS施加具有图示的那种振幅的矩形波的交流电压时，将在箭头所示的1个边缘的定时下从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷设为“Qy1’”，则电荷Qy1’用下面的公式来表达。
Qy1′＝-(VH-VD)·(Cx1y1-Cp)+VD·Cfs…(2)
接着，在图9中表示手指接近图6的“B”的部分的状态的等效电路。
这种情况下也由于手指接近检测电极Y1因而该部位的互电容减少。但是，和图8的情形不同，因为手指接近和驱动电极X1不同的驱动电极X2，所以形成于驱动电极X2～Xn和检测电极Y1之间的互电容CMrxy与图8的情形下的互电容Crxy相比仅仅减小“Cp”(CMrxy＝Crxy-Cp)。在对驱动电极X1、X2～Xn及屏蔽电极AS施加具有图示那种的振幅的矩形波交流电压时，将在箭头所示的1个边缘的定时下从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷设为“Qy1””，则该电荷Qy1”用下面的公式来表达。
Qy1”＝-(VH-VD)·Cx1y1+VD·Cfs…(3)
已知，手指的自电容Cfs比因手指有无接近而产生的互电容之差Cp大，并且自电容Cfs是互电容之差Cp的3倍以上。
Cfs＞Cp…(4)
另外，因为振幅VH比振幅VD大(VH＞VD)，所以公式(1)～(3)中“VH-VD”的项为正。因此，对于在手指未接近的状态(图7)、手指接近了“A”部分的状态(图8)、以及手指接近了“B”部分的状态(图9)下分别从电荷检测部22流入检测电极Y1的正的电荷而言，下面的关系成立。
Qy1’＞Qy1”＞Qy1…(5)
因为公式(5)的关系成立，所以能够基于与向检测电极Y1供给的电荷相对应的电荷检测部22的检测信号S，来识别手指是否接近了检测电极Y1，并且还能够识别手指是接近了驱动电极X1，或是接近了驱动电极X2～Xn。
图11是表示在图6的振幅图案的接下来进行切换的振幅图案的例子的图。在图11所示的振幅图案的例子中，比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2被施加给驱动电极X2，对其他的驱动电极(X1、X3～Xn)施加和第1交流电压V1相同的振幅VD的第2交流电压V2。也就是说，被施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X横向位移1个。对于图11的振幅图案而言，能够识别手指是接近了驱动电极X2，还是手指接近了驱动电极X1、X3～Xn。下面相同，每次振幅图案进行切换，被施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X都横向移位。能够基于在各振幅图案中得到的检测信号S，确定检测电极Y1上的手指的接近位置。另外，还能够通过与“Y1”平行地将多条检测电极Y沿纵向排列的图1的结构，来确定2维的手指相对于检测区域AR的接近位置。
(和专利文献2的方式之间的比较)
下面，对于和专利文献2的方式之间的比较进行阐述。假设，以和专利文献2相同的方式，产生对各驱动电极X施加的交流电压，则对1个驱动电极X施加的交流电压和检测电极Y的交流电压是同相且是同振幅(振幅VD)，对剩余的驱动电极X施加的交流电压和检测电极Y的交流电压是反相且是同振幅(振幅VD)。这种情况下，在手指未接近的状态下稳定地向检测电极Y供给的电荷的绝对值Qoff1用下面的公式来表达。
Qoff1＝2·VD·Crxy…(6)
与之相对，在上述实施方式中，在手指未接近的状态下稳定地向检测电极Y供给的电荷的绝对值Qoff2用下面的公式来表达。
Qoff2＝(VH-VD)·Cxy…(7)
如将公式(6)和公式(7)比较而判明的那样，专利文献2的方式中的电容器Crxy的电压变化是“2·VD”，与对各电极施加的交流电压的振幅VD相比，达到2倍。另外，专利文献2的方式中的电容器Crxy的静电电容比电容器Cxy的静电电容大(通常为10倍以上)。从而，专利文献2的输入装置与本实施方式的输入装置相比，检测信号S的偏移成分增大，检测信号S的动态范围变小。
另外，在以和上述专利文献2相同的方式产生了对各驱动电极X施加的交流电压时，假设，手指接近了施加了和检测电极Y的交流电压反相且同振幅(振幅VD)的交流电压的驱动电极X。这种情况下，因该驱动电极X的互电容Crxy伴随手指的接近而减少所引起的电荷变化、与因检测电极Y的自电容Cfs伴随手指的接近而增大所引起的电荷变化相互抵消。因此，手指的接近程度和检测信号S之间的关系上的线性将劣化。对于本实施方式的输入装置而言，如根据公式(2)可知的那样，在手指接近时因驱动电极X的互电容Crxy减少所引起的电荷变化、与因检测电极Y的自电容Cfs增大所引起的电荷变化成为相同的方向，因此上述线性的劣化得到抑制。
(振幅VH和振幅VD的关系)
关于自电容Cfs、互电容Cx1y1及互电容的变化量Cp，分别如下设定基于实测定的值。
Cfs＝200[fF]、Cx1y1＝400[fF]、Cp＝50[fF]
在各静电电容具有上述值的情况下，假设振幅VH是振幅VD的1.5倍，则公式(1)～公式(3)分别成为下面的公式那样。
Qy1＝-VD×(200[fF])…(8)
Qy1’＝VD×(25[fF])…(9)
Qy1”＝0…(10)
电荷的最大值(Qy1’)和最小值(Qy1)之差根据公式(8)及公式(9)用下式来表达。
Qy1’Qy1＝VD×(225[fF])…(11)
另一方面，在各静电电容具有上述值的情况下，假设振幅VH是振幅VD的2倍，则公式(1)～公式(3)分别成为下面的公式那样。
Qy1＝-VD×(400[fF])…(12)
Qy1’＝VD×(150[fF])…(13)
Qy1”＝-VD×(200[fF])…(14)
电荷的最大值(Qy1’)和最小值(Qy1)之差根据公式(11)及公式(12)用下式来表达。
Qy1’Qy1＝VD×(250[fF])…(15)
如将公式(11)和公式(15)比较后可知的那样，能够通过加大振幅VH使灵敏度增大。例如，在使振幅VH达到振幅VD的1.5倍时(VH＝1.5VD)，对电容器Cxy(互电容)施加的交流电压的振幅为“0.5VD”，在使振幅VH达到振幅VD的2倍时(VH＝2VD)，对电容器Cxy(互电容)施加的交流电压的振幅为“VD”，因此与前者相比，后者的灵敏度增高。
互电容的驱动电压根据经验如果是2.5[V]以上，则能够确保静电电容检测电路中的必要的S/N。另外，对于互电容的静电电容检测电路而言，一般来说使用3.0～3.3[V]的电源电压，比其更高的标准的电源电压为5.0[V]。所以，在典型的用途上优选的是，用于产生振幅VD的第2交流电压V2的电源电压是3.0～3.3[V]，并且用于产生振幅VH的第2交流电压V2的电源电压是5.0[V]。从而，优选的是，振幅VH是振幅VD的1.5倍到2倍的范围。
(第1实施方式的变形例)
在图6、图11的例子中，虽然对1个驱动电极X施加具有比第1交流电压V1更大的振幅VH的第2交流电压V2，对剩余的驱动电极X施加具有与第1交流电压V1相同的振幅VD的第2交流电压V2，但是施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X也可以是2条以上。图12是表示对多个驱动电极X施加振幅VH的第2交流电压V2的例子的图。例如，施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X的个数、和施加振幅VD的第2交流电压V2的驱动电极X的个数也可以相等。在各振幅图案中，施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X和施加振幅VD的第2交流电压V2的驱动电极X之间的边界设定为1处或者2处。这种情况下，也能够使用施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X和施加振幅VD的第2交流电压V2的驱动电极X之间的边界各错开1个的振幅图案的序列，进行振幅图案的切换，从而确定手指的接近位置。
(第1实施方式的总结)
根据本实施方式所涉及的输入装置，通过从电荷检测部22周期地对检测电极Y供给电荷，从而产生第1交流电压V1。另外，对于在与检测电极Y之间分别形成电容器Cxy的多个驱动电极X的每一个，通过驱动部24，施加频率及相位与第1交流电压V1相等的第2交流电压V2。作为对多个驱动电极X分别施加的第2交流电压V2的振幅的组合的振幅图案，基于预先所设定的振幅图案的序列而按顺序被切换。若手指等的物体接近检测电极Y，则在检测电极Y和物体之间形成电容器Cfs。在按照检测电极Y和物体之间的接近程度，电容器Cfs的静电电容(自电容)发生了变化时，从电荷检测部22向检测电极Y供给的电荷量发生变化，与之相应地，检测信号S发生变化。也就是说，在检测信号S中，包含与检测电极Y和物体之间的自电容相关的成分。能够基于该与自电容相关的成分，检测物体对检测电极Y有无接近或接近程度。
另外，根据本实施方式所涉及的输入装置，在物体接近了形成于检测电极Y和驱动电极X之间的电容器Cxy时，电容器Cxy的静电电容(互电容)发生变化，按照该互电容的变化，检测信号S发生变化。也就是说，在检测信号S中，也包含与检测电极Y和物体之间的互电容相关的成分。在构成振幅图案的序列的各个振幅图案中，对除了1个驱动电极X(一群驱动电极X)之外的剩余驱动电极X施加具有同一振幅的第2交流电压V2，对该1个驱动电极施加具有与剩余的驱动电极X不同的振幅的第2交流电压V2。因此，在物体接近了形成于1个驱动电极X(一群驱动电极X)和检测电极Y之间的电容器Cxy的情况下，以及物体接近了形成于剩余的电极X和检测电极Y之间的电容器的情况下，与互电容的变化相对应的检测信号S的变化大小不同。从而，能够基于检测信号S中包含的互电容的成分按照振幅图案而不同这一情况，识别物体接近了检测电极Y上的哪个部分。
从而，对于本实施方式所涉及的输入装置而言，能够同时进行自电容式的检测和互电容式的检测。
另外，根据本实施方式所涉及的输入装置，因为对驱动电极X施加的第2交流电压V2和在检测电极Y上产生的第1交流电压V1的频率及相位相等，所以与它们的相位是相反的情况相比，形成于驱动电极X和检测电极Y之间的电容器Cxy的电压变化得到抑制。若该电容器Cxy的电压变化变小，则不管物体有无接近，向电容器Cxy供给的电荷都变小，因此检测信号S的偏移成分变小。从而，因自电容或互电容的变化而产生的检测信号S的动态范围不易被检测信号S的偏移成分限制，因此易于提高检测灵敏度。
再者，根据本实施方式所涉及的输入装置，因为在检测电极Y上产生的第1交流电压V1和对剩余的驱动电极X施加的第2交流电压V2为相同的振幅，所以向形成于剩余的驱动电极X和检测电极Y之间的电容器Cxy供给的电荷量为零。从而，不管物体有无接近，向电容器Cxy供给的电荷都变小，因此检测信号S的偏移成分变小。
另外，根据实施方式所涉及的输入装置，具有比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2被施加给1个驱动电极X(一群驱动电极X)。因此，按照该1个驱动电极X(一群驱动电极X)和检测电极Y之间互电容的变化而向检测电极Y供给的电荷的极性、和按照检测电极Y和物体之间自电容的变化而向检测电极Y供给的电荷的极性是相反的(公式(2))。另外，在物体和检测电极Y之间的距离发生了变化时，互电容的变化方向和自电容的变化方向是相反的(若一个变大则另一个变小)。从而，在物体和检测电极Y之间的距离发生了变化时，按照互电容的变化而向检测电极Y供给的电荷变化的方向，和按照自电容的变化而向检测电极Y供给的电荷变化的方向一致。由此，不存在双方的电荷的变化相互抵消的情况，所以可以抑制检测信号S相对于物体和检测电极Y之间的距离的线性的劣化。
再者，根据本实施方式所涉及的输入装置，按照被施加振幅VH的第2交流电压V2的1个驱动电极X(一群驱动电极X)和检测电极Y之间的互电容而向检测电极Y供给的电荷的极性、和按照检测电极Y和接地GND之间的寄生电容而向检测电极Y供给的电荷的极性是相反的。由此，与寄生电容相对应的电荷被抵消而变小，所以可以减低因寄生电容而产生的检测信号S的偏移成分。
＜第2实施方式＞
下面，对于本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式所涉及的输入装置具有和第1实施方式所涉及的输入装置(图1～图4)相同的结构，双方的区别在于由控制部21设定的第2交流电压V2的振幅图案。
图13是表示本实施方式所涉及的输入装置中的第2交流电压V2的振幅图案的例子的图。在该图所示的振幅图案P1中，控制部21将具有比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2施加给驱动电极X1，将具有比第1交流电压V1小的振幅VL的第2交流电压V2施加给驱动电极X2，并对剩余的驱动电极X3～Xn施加具有与第1交流电压V1相同的振幅VD的第2交流电压V2。振幅VH、振幅VD和振幅VL处于“VH＞VD＞VL”的关系。施加振幅VH、VL的第2交流电压V2的2个驱动电极X(X1、X2)是本发明中的“一群驱动电极”的一例。形成于驱动电极X1和检测电极Y1之间的电容器Cx1y1与形成于驱动电极X2和检测电极Y1之间的电容器Cx2y1邻接。
在振幅图案P1中手指未接近检测区域AR时，在交流电压(第1交流电压V1、第2交流电压V2)的1个上升边缘处从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷QAy1用下面的公式来表示。
QAy1＝-(VH-VD)·Cx1y1-(VL-VD)·Cx2y1…(16)
在振幅图案P1中手指接近“A”(驱动电极X1与检测电极Y1的交叉部)时，在交流电压的1个上升边缘处从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷QAy1’用下面的公式来表示。
QAy1’＝-(VH-VD)·(Cx1y1-Cp)-(VL-VD)·Cx2y1+VD·Cfs…(17)
在振幅图案P1中手指接近“B”(驱动电极X3与检测电极Y1的交叉部)时，在交流电压的1个上升边缘处从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷QAy1”用下面的公式来表示。
QAy1”＝-(VH-VD)·Cx1y1-(VL-VD)·Cx2y1+VD·Cfs…(18)在振幅图案P1中手指接近“C”(驱动电极X2与检测电极Y1的交叉部)时，在交流电压的1个上升边缘处从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷QAy1”’用下面的公式来表示。
QAy1”’＝-(VH-VD)·Cx1y1-(VLVD)·(C×2y1Cp)+VD·Cfs…(19)
公式(16)、公式(17)及公式(18)等于在公式(1)、公式(2)及公式(3)的右边加上了“-(VL-VD)·Cx2y1”的项。因为振幅VL比振幅VD小，所以该项具有正的值。从而，手指未接近到“C”时的电荷(QAy1、QAy1’、QAy1”)大致等于在第1实施方式所涉及的输入装置中获得的电荷上加上了固定的偏移成分。
另一方面，因为手指接近了“C”时的公式(19)是使公式(18)右边的第2项中的互电容从“Cx2y1”减少到“Cx2y1-Cp”，所以电荷QAy1”’比电荷QAy1”更小。另外，因为自电容“Cfs”与互电容“Cx2y1”相比非常大，所以电荷QAy1”’比电荷QAy1大。从而，对于各状态下从电荷检测部22向检测电极Y1流入的正的电荷而言，下面的关系成立。
QAy1’＞QAy1”＞QAy1”’＞QAy1…(20)
图14是表示在图13的振幅图案P1的接下来进行切换的振幅图案P2例子的图。对于振幅图案P2而言，振幅VH的第2交流电压V2被施加给驱动电极X2，振幅VL的第2交流电压V2被施加给驱动电极X3，振幅VD的第2交流电压V2被施加给剩余的驱动电极X1、X4～Xn。也就是说，通过从振幅图案P1到P2的切换，被施加振幅VH、VD的第2交流电压V2的2个驱动电极X(一群驱动电极X)横向位移1个。假设，互电容Cxy和其变化量Cp大致均等，则振幅图案P2中手指接近“C”时的电荷成为与振幅图案P1中手指接近“A”时的电荷QAy1’(公式(17))接近的值。下面相同，每次振幅图案进行切换，一群驱动电极X都横向移位。
图15是表示按照振幅图案发生变化的检测值SD的例子的图，表示手指接近了图13、图14中的“C”位置时的检测值SD。检测值SD是在处理部30中基于静电电容检测部20的检测结果取得的数据值，具有与从电荷检测部22向检测电极Y供给的电荷相对应的值。
图15中的“Sfs”表示手指接近了被施加振幅VD的第2交流电压V2的驱动电极X与检测电极Y的交叉部(电容器)时的检测值SD，对应于公式(18)的电荷QAy1”。在振幅图案P3以后，检测值SD为大致与“Sfs”接近的值。
图15中的“Sfs-ΔSn”表示手指接近了被施加振幅VL的第2交流电压V2的驱动电极X与检测电极Y的交叉部(电容器)时的检测值SD，对应于公式(19)的电荷QAy1”’。“ΔSn”对应于电荷QAy1”与电荷QAy1”’之差。在振幅图案P1中，检测值SD为“Sfs-ΔSn”。
图15中的“Sfs+ΔSp”表示出手指接近了被施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X与检测电极Y的交叉部(电容器)时的检测值SD，对应于公式(17)的电荷QAy1’。“ΔSp”对应于电荷QAy1’与电荷QAy1”之差。在振幅图案P2中，检测值SD为“Sfs+ΔSp”。
图15中的虚线表示振幅VL与振幅VD之差为零(VL＝VD)的情况，这种情况下，振幅图案P1和振幅图案P2的检测值SD之差为“ΔSp”。通过使振幅VL比振幅VD更小，如图15的实线所示，振幅图案P1和振幅图案P2的检测值SD之差扩大到“ΔSp+ΔSn”。也就是说，在存在手指已接近的部位时，强调与振幅图案的切换相伴的检测值SD的变化。
如同上面所说明的那样，根据本实施方式所涉及的输入装置，在被施加具有与第1交流电压V1不同的振幅的第2交流电压V2的一群驱动电极X中，对一部分驱动电极X，施加具有比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2，对另一部分驱动电极X，施加具有比第1交流电压V1小的振幅VL的第2交流电压V2。由此，在被施加振幅VH的第2交流电压V2的一部分驱动电极X和被施加振幅VL的第2交流电压V2的另一部分驱动电极X上，与互电容Cxy的变化相对应的电荷变化的极性是相反的(公式(17)和公式(19))。因此，能够使用与互电容Cxy的变化相对应的电荷的变化的极性不同的振幅图案，获得对于1个驱动电极X的不同的检测信号S(检测值SD)。从而，能够通过比较该不同的检测信号S(检测值SD)，灵敏度良好地检测因物体的接近引起的互电容Cxy的变化，能够提高物体位置的检测精度。
另外，根据本实施方式所涉及的输入装置，因为在被施加振幅VH的第2交流电压V2的一部分的驱动电极X和被施加振幅VL的第2交流电压V2的另一部分的驱动电极X上，与互电容Cxy的变化相对应的电荷变化的极性是相反的，所以双方的电荷变化相互抵消，向检测电极Y供给的整体的电荷减小。因此，能够减小检测信号S的偏移成分。
＜第3实施方式＞
下面，对于本发明的第3实施方式进行说明。第3实施方式所涉及的输入装置也具有和第1实施方式所涉及的输入装置(图1～图4)相同的结构，双方的区别在于由控制部21设定的第2交流电压V2的振幅图案。
图16是表示本实施方式所涉及的输入装置中的第2交流电压V2的振幅图案的例子的图。在该图16所示的振幅图案P1中，控制部21将具有比第1交流电压V1大的振幅VH的第2交流电压V2施加给驱动电极X2，将具有比第1交流电压V1小的振幅VL的第2交流电压V2施加给驱动电极X1及X3，对剩余的驱动电极X4～Xn施加具有与第1交流电压V1相同的振幅VD的第2交流电压V2。施加振幅VH、VL的第2交流电压V2的3个驱动电极X(X1～X3)是本发明中“一群驱动电极”的一例。形成于该3个驱动电极X1～X3与检测电极Y1之间的3个电容器在检测电极Y1上排列。
图17是表示在图16的振幅图案P1的接下来进行切换的振幅图案P2的例子的图。在图17的振幅图案P2中，振幅VH的第2交流电压V2被施加给驱动电极X3，振幅VL的第2交流电压V2被施加给驱动电极X2及X4，振幅VD的第2交流电压V2被施加给剩余的驱动电极X1、X5～Xn。也就是说，通过振幅图案P1到P2的切换，被施加振幅VH、VD的第2交流电压V2的3个驱动电极X(一群驱动电极X)横向位移1个。下面相同，每次振幅图案进行切换，一群驱动电极X都横向移位。
图18是表示按照振幅图案发生变化的检测值SD的例子的图，表示手指接近了图16、图17中的“D”位置时的检测值SD。
图18中的“Sfs”、“Sfs-ΔSn”及“Sfs+ΔSp”表示与图15中的同一标号表示的检测值相同的检测值SD。在振幅图案P1中，检测值SD为小于“Sfs”的值(Sfs-ΔSn)，在振幅图案P2中，检测值SD为大于“Sfs”的值(Sfs+ΔSp)，在振幅图案P3中，检测值SD再次成为小于“Sfs”的值(Sfs-ΔSn)，在振幅图案P4以后，检测值SD成为大致与“Sfs”接近的值。
如上面所说明的那样，根据本实施方式所涉及的输入装置，和已经说明过的第2实施方式相同，能够使用与互电容Cxy的变化相对应的电荷变化的极性不同的振幅图案，获得对于1个驱动电极X的不同的检测信号S。从而，能够通过比较该不同的检测信号S，灵敏度良好地检测因物体的接近引起的互电容Cxy的变化，能够提高物体位置的检测精度。
另外，根据本实施方式所涉及的输入装置，在1个振幅图案中对1个驱动电极X施加振幅VH的第2交流电压V2时，在其前后的振幅图案中对该1个驱动电极X施加振幅VL的第2交流电压V2。由此，能够在物体接近了该1个驱动电极X与检测电极Y之间的电容器时，突出因振幅图案的切换导致的检测信号S的变化。
＜第4实施方式＞
下面，对于本发明的第4实施方式进行说明。第4实施方式所涉及的输入装置也具有与第1实施方式所涉及的输入装置(图1～图4)相同的结构，双方的区别在于由控制部21设定的第2交流电压V2的振幅图案。
图19是表示本实施方式所涉及的输入装置中的第2交流电压V2的振幅图案的例子的图。如图19所示，控制部21在各个振幅图案中，对驱动电极X1～Xk施加振幅VH(＞VD)的第2交流电压V2，对剩余的驱动电极Xk+1～Xn施加振幅VL(＜VD)的第2交流电压V2，以使在手指等的物体未接近检测区域AR时从电荷检测部22向检测电极Y周期地供给的电荷为最小。另外，控制部21在各个振幅图案中，使施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X1～Xk的个数与施加振幅VL的第2交流电压V2的驱动电极Xk+1～Xn的个数相一致。例如，控制部21在各个振幅图案中，使振幅VH和振幅VL的中间值与第1交流电压V1的振幅VD相一致。
在各振幅图案中，施加振幅VH的第2交流电压V2的驱动电极X和施加振幅VL的第2交流电压V2的驱动电极X之间的边界被设定为1处或者2处。控制部21一边通过切换振幅图案来使上述边界的位置移位，一边进行基于电荷检测部22的检测信号S的生成。检测电极Y上的物体的接近位置基于上述边界的位置和检测信号S之间的关系而被确定。
根据本实施方式所涉及的输入装置，对一群驱动电极施加的第2交流电压V2的振幅VH变得比第1交流电压V1的振幅VD大，对剩余的驱动电极X施加的第2交流电压V2的振幅VL变得比第1交流电压V1的振幅VD小。由此，向一群驱动电极中的1个驱动电极X和检测电极Y之间形成的电容器(互电容)供给的电荷的极性、与向剩余的驱动电极中的1个驱动电极X和检测电极Y之间形成的电容器(互电容)供给的电荷的极性是相反的。因此，这些电荷相互抵消。再者，因为一群驱动电极X的个数和剩余的驱动电极X的个数相等，所以向一群驱动电极X和检测电极Y之间形成的电容器供给的整体电荷的量、与向剩余的驱动电极X和检测电极Y之间形成的电容器供给的整体电荷的量接近，双方的电荷之和变小。从而，不管物体有无接近，向这些电容器供给的电荷的总和变小，因此可以使检测信号S的偏移成分变得微小。
＜第5实施方式＞
下面，对于本发明的第5实施方式进行说明。第5实施方式所涉及的输入装置也具有与第1实施方式所涉及的输入装置(图1～图4)相同的结构，双方的区别在于由控制部21设定的第2交流电压V2的振幅图案和处理部30(图1)的动作。
图20是表示本实施方式所涉及的输入装置中的第2交流电压V2的振幅图案的例子的图。在本实施方式中，振幅图案被分类为“第1振幅图案”和“第2振幅图案”的2种。在图20的例子中，将标号的数字为奇数的振幅图案P1、P3、P5、…设为第1振幅图案，将标号的数字为偶数的振幅图案P2、P4、P6、…设为第2振幅图案。图20A、图20C及图20E表示第1振幅图案P1、P3、P5。图20B、图20D及图20F表示第2振幅图案P2、P4、P6。
控制部21在第1振幅图案的情况下，将具有第1振幅的第2交流电压V2施加给1个驱动电极X，并且将具有第3振幅的第2交流电压V2施加给剩余的驱动电极X。另一方面，控制部21在第2振幅图案的情况下，将具有比第1振幅小的第2振幅的第2交流电压V2施加给1个驱动电极X，并且将具有与第1振幅图案相同的第3振幅的第2交流电压V2施加给剩余的驱动电极X。在图20的例子中，第1振幅是“VH”，第2振幅是“VL”，第3振幅是“VD”。这些振幅和前面所说明的实施方式相同，处于“VH＞VD＞VL”的关系。优选的是，第3振幅和第1交流电压V1的振幅VD相等。
在此，将在第1振幅图案中被施加第1振幅VH的第2交流电压V2的1个驱动电极X称为“第1驱动电极X”，将形成于第1驱动电极X和检测电极Y之间的电容器称为“第1电容器”。另外，将在第2振幅图案中被施加具有第2振幅VL的第2交流电压V2的1个驱动电极X称为“第2驱动电极X”，将形成于第2驱动电极X和检测电极Y之间的电容器称为“第2电容器”。如同在图20中所示的那样，第1驱动电极X(驱动电极X1、X3、X5、…)和第2驱动电极X(驱动电极X2、X4、X6、…)在检测电极Y的延伸方向上交替排列。因此，第1电容器和第2电容器在检测区域AR中交替排列。也就是说，在检测区域AR中存在处于相互邻接的位置关系的第1电容器和第2电容器。
处理部30基于检测区域AR中第1电容器和第2电容器处于邻接关系的第1振幅图案的检测信号S(检测值SD)与第2振幅图案的检测信号S(检测值SD)之差，来计算第1电容器和第2电容器邻接的位置处的物体的接近程度。例如，处理部30按照在检测区域AR中第1电容器和第2电容器处于邻接关系的第1振幅图案及第2振幅图案的每对，计算检测值SD之差。
图21是表示按照振幅图案发生变化的检测值的例子的图，表示手指接近了图20中的“E”位置时的检测值。图21A表示第1振幅图案(P1、P3、P5、...)的检测值SD1。图21B表示第2振幅图案(P2、P4、P6、...)的检测值SD2。图21C表示按照在检测区域AR中第1电容器和第2电容器处于邻接关系的第1振幅图案及第2振幅图案的每对而计算出的检测值SD2与检测值SD1之差“SD2-SD1”。
图21A中的“SA”表示物体接近了第1振幅图案中被施加了第3振幅“VD”的驱动电极X和检测电极Y的交叉部时的检测值SD，对应于公式(3)的电荷Qy1”。另外，图21A中的“SA+ΔSA”表示物体接近了第1振幅图案中被施加了第1振幅“VH”的第1驱动电极X和检测电极Y的交叉部(第1电容器)时的检测值SD，对应于公式(2)的电荷Qy1’。从而，图21A中的“ΔSA”对应于公式(2)的电荷Qy1’和公式(3)的电荷Qy1”之差即电荷“(VH-VD)·Cp”。
另一方面，图21B中的“SB”表示物体接近了第2振幅图案中被施加了第3振幅“VD”的驱动电极X和检测电极Y的交叉部时的检测值SD，对应于将公式(3)中的“VH”置换成“VL”后的电荷QBy1”。电荷QBy1”用下式来表示。
QBy1”＝(VD-VL)·Cx1y1+VD·Cfs…(21)
如将公式(3)和公式(21)比较而可知的那样，“SB”比“SA”大。
图21A中的“SB-ΔSB”表示物体接近了第2振幅图案中被施加了第2振幅“VL”的第2驱动电极X和检测电极Y的交叉部(第2电容器)时的检测值SD，对应于将公式(2)中的“VH”置换成“VL”后的电荷QBy1’。电荷QBy1’用下式来表示。
QBy1’＝(VD-VL)·(Cx1y1-Cp)+VD·Cfs…(22)
从而，图21B中的“ΔSB”对应于公式(21)的电荷QBy1”和公式(22)的电荷QBy1’之差即电荷“(VD-VL)·Cp”。
如图21C所示，虽然在物体未接近第1电容器及第2电容器这两方的振幅图案的对(pair)中，检测值之差“SD2-SD1”大致为“SB-SA”，但是在物体接近了第1电容器及第2电容器中的至少一个电容器的振幅图案的对(pair)中，检测值之差“SD2-SD1”变得比“SB-SA”小。对于“SB-SA”的减少量在振幅图案的对(P2，P3)中为“ΔSA”，在振幅图案的对(P4，P3)中为“ΔSA+ΔSB”，在振幅图案的对(P4，P5)中为“ΔSB”。在处于手指接近了第1电容器和第2电容器这两方的状态下的振幅图案的对(P4，P3)中，因为各自的互电容的变化相配合，所以检测值之差“SD2-SD1”与“SB-SA”相比大幅减少。从而，以较高的灵敏度检测出因物体的接近引起的互电容的变化。
如上面所说明的那样，根据本实施方式所涉及的输入装置，对于在第1振幅图案中形成于第1驱动电极X和检测电极Y之间的第1电容器、和在第2振幅图案中形成于第2驱动电极X和检测电极Y之间的第2电容器而言，因为所施加的第2交流电压V2的振幅不同，所以与各自的静电电容(互电容)的变化相对应的电荷的变化量不同。另外，因为在检测区域AR中第1电容器和第2电容器交替排列，所以在检测区域AR中存在处于邻接的关系的第1电容器和第2电容器。从而，能够根据在检测区域AR中第1电容器和第2电容器处于邻接关系的第1振幅图案的检测信号S(检测值SD)与第2振幅图案的检测信号S(检测值SD)之间的差别，计算第1电容器和第2电容器邻接的位置处的手指等物体的接近程度。
还有，本发明并不只限定于上述的实施方式，包括各种变形例。
在上述的实施方式中作为例子所举出的各部件(驱动电极、检测电极、屏蔽电极等)的个数、这些部件的形状、大小及位置关系等是一例，本发明并不限定于该例子。例如，检测电极也可以是1个。另外，屏蔽电极也可以省略。
在上述的实施方式中作为例子所举出的电子电路等的结构是一例，还能够通过可实现同样动作的其他各种手段，例如硬件、固件(firmware)、软件或者它们的组合等来体现。在硬件中，例如可以采用一个或更多的特定用途集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来体现。
在上述的实施方式中，虽然作为输入装置的例子，举出了用户界面装置，但是本发明并不限定于此，还能够广泛适用于输入与因物体的位置变化引起的静电电容变化相对应的信息的各种装置(例如检查物体位置的检查装置等)。
标号说明
10···传感器部、20···静电电容检测部、21···控制部、22···电荷检测部、221···运算放大器、222···电荷复位电路、23···模拟-数字转换器、24···驱动部、25···电压发生部、30···处理部、Cint···电容器、Cfs···自电容、Cxy···互电容、Cas···屏蔽电容、AS···屏蔽电极、Y···检测电极、X···驱动电极。

Claims (12)

1.一种输入装置，用来输入与静电电容的变化相对应的信息，上述静电电容的变化是由于物体相对于检测区域的位置的变化而引起的，其中，
具有：
检测电极，配置于上述检测区域；
多个驱动电极，配置于上述检测区域，在与上述检测电极之间分别形成电容器；
电荷检测部，周期地向上述检测电极供给电荷以便在上述检测电极中产生第1交流电压，并输出与所供给的电荷相对应的检测信号；
驱动部，能够将频率及相位与上述第1交流电压相等的第2交流电压分别施加给上述多个驱动电极，并按照每个上述驱动电极对上述第2交流电压的振幅进行变更；以及
控制部，切换下述振幅图案，该振幅图案是上述驱动部对上述多个驱动电极的每个驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅的组合；
上述控制部，
基于预先所设定的上述振幅图案的序列，进行上述振幅图案的切换，
在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对除了1个上述驱动电极或者一群上述驱动电极之外的剩余的上述驱动电极，施加具有相同的振幅的上述第2交流电压，对上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极，施加具有与上述剩余的驱动电极不同的振幅的上述第2交流电压。
2.如权利要求1所述的输入装置，其中，
上述控制部在构成上述序列的各个上述振幅图案中，将具有与上述第1交流电压相同的振幅的上述第2交流电压施加给上述剩余的驱动电极。
3.如权利要求2所述的输入装置，其中，
上述控制部在构成上述序列的各个上述振幅图案中，将具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压施加给上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极。
4.如权利要求2所述的输入装置，其中，
上述控制部在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对上述一群驱动电极中包含的一部分上述驱动电极施加具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压，对上述一群驱动电极中包含的另一部分上述驱动电极施加具有比上述第1交流电压小的振幅的上述第2交流电压。
5.如权利要求4所述的输入装置，其中，
上述控制部在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对上述电容器的位置邻接的2个上述驱动电极中的一个施加具有比上述第1交流电压大的振幅的上述第2交流电压，对该2个驱动电极中的另一个施加具有比上述第1交流电压小的振幅的上述第2交流电压。
6.如权利要求1所述的输入装置，其中，
上述控制部在构成上述序列的各个上述振幅图案中，使上述一群驱动电极的个数与上述剩余的驱动电极的个数一致，使对上述一群驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅比上述第1交流电压的振幅增大，使对上述剩余的驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅比上述第1交流电压的振幅减小。
7.如权利要求1或2所述的输入装置，其中，
构成上述序列的各个上述振幅图案是第1振幅图案或者第2振幅图案中的任一个，
上述控制部，
在上述第1振幅图案中，将具有第1振幅的上述第2交流电压施加给上述1个驱动电极，并且将具有第3振幅的上述第2交流电压施加给上述剩余的驱动电极，
在上述第2振幅图案中，将具有比上述第1振幅小的第2振幅的上述第2交流电压施加给上述1个驱动电极，并且将具有上述第3振幅的上述第2交流电压施加给上述剩余的驱动电极，
上述第1振幅图案中形成于上述1个驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器、和上述第2振幅图案中形成于上述1个驱动电极与上述检测电极之间的上述电容器，在上述检测区域中交替排列。
8.如权利要求1至7中任一项所述的输入装置，其中，
具有：
屏蔽电极，与上述检测电极邻接配置；以及
电压发生部，发生上述第1交流电压，并施加给上述屏蔽电极。
9.如权利要求8所述的输入装置，其中，
上述电荷检测部以上述检测电极的电压与上述屏蔽电极的电压相等的方式向上述检测电极供给电荷，并输出与所供给的电荷相对应的上述检测信号。
10.如权利要求1至9中任一项所述的输入装置，其中，
上述输入装置具有多个上述检测电极。
11.如权利要求1至10中任一项所述的输入装置，其中，
上述检测区域的表面包括由操作者来操作的操作面。
12.一种输入装置的控制方法，该输入装置用来输入与静电电容的变化相对应的信息，上述静电电容的变化是由于物体相对于检测区域的位置的变化而引起的，其中，
上述输入装置，具有：
检测电极，配置于上述检测区域；
多个驱动电极，配置于上述检测区域，在与上述检测电极之间分别形成电容器；
电荷检测部，周期地向上述检测电极供给电荷以便在上述检测电极中产生第1交流电压，并输出与所供给的电荷相对应的检测信号；以及
驱动部，能够将频率及相位与上述第1交流电压相等的第2交流电压分别施加给上述多个驱动电极，并按照每个上述驱动电极对上述第2交流电压的振幅进行变更；
上述控制方法，具有如下步骤：
基于预先所设定的上述振幅图案的序列来切换下述振幅图案，该振幅图案是上述驱动部对上述多个驱动电极的每个驱动电极施加的上述第2交流电压的振幅的组合；以及
在构成上述序列的各个上述振幅图案中，对除了1个上述驱动电极或者一群上述驱动电极之外的剩余的上述驱动电极，施加具有相同的振幅的上述第2交流电压，对上述1个驱动电极或者上述一群驱动电极施加具有与上述剩余的驱动电极不同的振幅的上述第2交流电压。
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