CN111164774A - 输入装置 - Google Patents

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Abstract

输入与负荷引起的压力的变化相应的信息的输入装置具有：输出与第1压电传感器(P1)以及第2压电传感器(P2)中产生的电荷相应的第1检测信号(Sp)的第1电荷检测电路(11)；和设于从第1压电传感器(P1)以及第2压电传感器(P2)向第1电荷检测电路(11)传输电荷的路径的开关电路(20)。第1电荷检测电路(11)交替重复从第1正电极(EP1)经由开关电路(20)输入第1电荷(Q1)的第1期间(T1)和从第2负电极(EN1)经由开关电路(20)输入第2电荷(Q2)的第2期间(T2)，将第1电荷(Q1)以及第2电荷(Q2)的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的第1检测信号Sp。

Description

输入装置
技术领域
本发明涉及输入与负荷引起的压力的变化相应的信息的输入装置。
背景技术
压电传感器作为检测压力的方法之一而得到广泛利用。在下述的专利文献1的图3以及图4中记载了取得压电传感器的检测结果的两个方法。一个方法是根据压力的变化而使压电传感器所产生的电荷移送到电荷放大器来进行检测的方法(图3)，另一个方法是在保持电荷的状态下检测压电传感器的电压的方法(图4)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2014-202618号公报
发明内容
发明要解决的课题
压电传感器通过对陶瓷等绝缘性高的物质施予压力来使介电极化产生，来将压力变换成电信号。为此，有作为信号源的阻抗变高、检测结果易于受到外来噪声的影响的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能减低通过压电传感器检测负荷引起的压力的变化的情况下的外来噪声的影响的输入装置。
用于解决课题的手段
提供一种输入装置，输入与负荷引起的压力的变化相应的信息，所述输入装置具有：分别产生与所述负荷引起的压力的变化相应的电荷的第1压电传感器以及第2压电传感器；输出与所述第1压电传感器中产生的电荷和所述第2压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；设于从所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径的开关电路；和具有承受所述负荷的表面并覆盖所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器的至少一部分的表面构件，所述第1压电传感器包含：第1压电体；设于所述压力向给定的方向变化时所述第1压电体中产生负的电荷的部分的第1负电极；和设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第1压电体中产生正的电荷的部分并位于比所述第1负电极更靠所述表面的附近的位置的第1正电极，所述第2压电传感器包含：第2压电体；设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第2压电体中产生正的电荷的部分的第2正电极；和设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第2压电体中产生负的电荷的部分并位于比所述第2正电极更靠所述表面的附近的位置的第2负电极，所述第1电荷检测电路交替反复将来自所述第1压电传感器的电荷作为第1电荷进行输入的第1期间和将来自所述第2压电传感器的电荷作为第2电荷进行输入的第2期间，将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号，所述开关电路在所述第1期间形成从所述第1正电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径，在所述第2期间形成从所述第2负电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
发明效果
根据本发明，能减低通过压电传感器检测负荷引起的压力的变化的情况下的外来噪声的影响。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的输入装置的构造的一例的分解图。
图2是表示第1实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的图。
图3是表示在第1实施方式所涉及的输入装置中检测电极与驱动电极交叉的部分的构造的一例的截面图。
图4是表示第1实施方式所涉及的输入装置中的第1电荷检测电路和开关电路的结构例的图。
图5是表示第2电荷检测电路的结构的一例的图。
图6是表示第1电荷检测电路中的各部的信号的示例的定时图。
图7是表示第1电荷检测电路中的各部的信号的示例的定时图，表示压力的变化的方向与图6的示例相反的情况。
图8是表示针对噪声的灵敏度的频率特性的示例的图。
图9是表示第2实施方式所涉及的输入装置中的第1电荷检测电路和开关电路的结构例的图。
图10是表示第3实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的图。
图11是表示第3实施方式所涉及的输入装置中的第1电荷检测电路和开关电路的结构例的图。
图12是表示在第3实施方式所涉及的输入装置中检测电极与驱动电极交叉的部分的构造的一例的截面图。
具体实施方式
<第1实施方式>
以下，参考附图来说明第1实施方式所涉及的输入装置。图1是表示第1实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的分解图。本实施方式所涉及的输入装置例如是使用户的手指等接触并检测其接触位置和按压力的触摸板等用户接口装置。在图1的示例中，输入装置具有：金属板等的基台1；隔着有弹性的支承构件6固定于基台1的电路基板2；具有承受手指等物体的接触引起的负荷的表面5的表面构件4；和设于电路基板2与表面构件4之间的压电传感器片3。
图2是表示第1实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的图。在图2的示例中，输入装置具有静电传感器部10、第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2、第1电荷检测电路11、第2电荷检测电路12-1～12-m、开关电路20、驱动部30和处理部40。
静电传感器部10基于静电容的变化来检测表面构件4的表面5中的手指等物体的接近。图2所示的静电传感器部10包含m个检测电极ES1～ESm和n个驱动电极ED1～EDn。检测电极ES1～ESm以及驱动电极ED1～EDn分别作为导体的图案而形成于电路基板2上。检测电极ES1～ESm和驱动电极ED1～EDn在相互垂直的方向上延伸而形成，格子状地交叉。在检测电极ES1～ESm与驱动电极ED1～EDn的各交叉部分形成伴随手指等物体的接近而静电容发生变化的寄生性的电容器。在此，若将1到m的任意的整数设为“j”，将1到n的任意的整数设为“i”，则在检测电极ESj与驱动电极Edi的交叉部分形成一个电容器Cij，在静电传感器部10的整体中形成m×n个电容器Cij。
第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2分别产生与负荷引起的压力的变化相应的电荷。具体地，第1压电传感器P1包含第1压电体PZ1，第2压电传感器P2包含第2压电体PZ2。第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2通过被施加负荷引起的压力而分别产生介电极化。
第1压电传感器P1包含设于第1压电体PZ1中产生不同符号的电荷的部分的第1正电极EP1以及第1负电极EN1。第1正电极EP1设于向表面构件4的负荷引起的压力向给定的方向变化时(例如压缩第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2的压力增大时)产生正的电荷的部分。第1负电极EN1设于压力向该给定的方向变化时产生负的电荷的部分。因此，在负荷引起的压力向给定的方向变化的情况下，在第1压电体PZ1的第1正电极EP1侧产生正的电荷，在第1压电体PZ1的第1负电极EN1侧产生负的电荷。另外，在负荷引起的压力向与给定的方向相反方向变化的情况下，在第1压电体PZ1的第1正电极EP1侧产生负的电荷，在第1压电体PZ1的第1负电极EN1侧产生正的电荷。
第2压电传感器P2包含设于第2压电体PZ2中产生不同的符号的电荷的部分的第2正电极EP2以及第2负电极EN2。第2正电极EP2设于向表面构件4的负荷引起的压力向上述的给定的方向变化时(例如压缩第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2的压力增大时)产生正的电荷的部分。第2负电极EN2设于压力向该给定的方向变化时产生负的电荷的部分。因此，在负荷引起的压力向给定的方向变化的情况下，在第2压电体PZ2的第2正电极EP2侧产生正的电荷，在第2压电体PZ2的第2负电极EN2侧产生负的电荷。另外，在负荷引起的压力向与给定的方向相反方向变化的情况下，在第2压电体PZ2的第2正电极EP2侧产生负的电荷，在第2压电体PZ2的第2负电极EN2侧产生正的电荷。
即，在向表面构件4的负荷引起的压力向给定的方向变化的情况下(例如压缩第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2的压力增大的情况下)，在第1正电极EP1以及第2正电极EP2带电正的电荷，在第1负电极EN1以及第2负电极EN2带电负的电荷。另外，在向表面构件4的负荷引起的压力向与上述的给定的方向相反方向变化的情况下，在第1正电极EP1以及第2正电极EP2带电负的电荷，在第1负电极EN1以及第2负电极EN2带电正的电荷。
第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2包含在压电传感器片3中，通过粘接层分别贴附于电路基板2和表面构件4。
图3是表示检测电极ESj与驱动电极EDi交叉的部分的结构的一例的截面图。在图3的示例中，在电路基板2的基材21形成检测电极ESj，在检测电极ESj的上层侧(表面5侧)隔着绝缘层22形成驱动电极EDi。第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2位于比驱动电极Edi更靠表面5侧，通过粘接层35贴附于电路基板2。即，驱动电极Edi配置得比检测电极ESj更靠表面5的附近，第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2配置得比驱动电极Edi更靠表面5的附近。
另外，第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2中，关于距表面5的近的程度而正电极(EN1、EN2)与负电极(EP1、EP2)的位置关系相互相反。即，在第1压电传感器P1中，第1正电极EP1位于比第1负电极EN1更靠表面5的附近的位置，与此相对，在第2压电传感器P2中，第2负电极EN2位于比第2正电极EP2更靠表面5的附近的位置。第1压电传感器P1的第1正电极EP1和第2压电传感器P2的第2负电极EN2的距表面5的距离大致相等。另外，第1压电传感器P1的第1负电极EN1和第2压电传感器P2的第2正电极EP2的距表面5的距离大致相等。
进而，图2的示例所示的第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2在从面对表面5的方向来看的俯视观察下，至少一部分配置在与驱动电极Edi重叠的场所。即，第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2分别贴附于驱动电极ED1～EDn的表面5侧，沿着驱动电极ED1～EDn的各自而延伸。检测电极ES1～ESm以及驱动电极ED1～EDn的至少一部分和第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2的至少一部分被表面构件4覆盖。
图4是表示第1电荷检测电路11和开关电路20的结构例的图。
第1电荷检测电路11输出与第1压电传感器P1中产生的电荷和第2压电传感器P2中产生的电荷相应的第1检测信号Sp。即，第1电荷检测电路11交替地反复将来自第1压电传感器P1的电荷作为第1电荷Q1而输入的第1期间T1、和将来自第2压电传感器P2的电荷作为第2电荷Q2而输入的第2期间T2，将第1电荷Q1以及第2电荷Q2的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的第1检测信号Sp。
例如第1电荷检测电路11具有经由开关电路20与第1压电传感器P1或第2压电传感器P2连接的输入节点Nin。第1电荷检测电路11从输入节点Nin输入电荷(第1电荷Q1或第2电荷Q2)，使得输入节点Nin的电压接近于参考电压VR。
在图4的示例中，第1电荷检测电路11包含电荷放大器110和AD变换器120。
电荷放大器110是从输入节点Nin输入电荷以使输入节点Nin的电压接近于参考电压VR的电路，包含用于蓄积输入的电荷的电容器。电荷放大器110在第1期间T1将第1电荷Q1传输到电容器的一方的电极，在第2期间T2将第2电荷Q2传输到电容器的另一方的电极。电荷放大器110将与电容器中的电荷(第1电荷Q1以及第2电荷Q2)的蓄积量相应的电压V1以及V2输出到AD变换器120。
例如电荷放大器110如图4所示那样包含运算放大器OP、连接切换电路111和反馈电容器Cs。运算放大器OP输出将输入节点Nin的电压与参考电压VR的差放大的电压即输出电压Vo。运算放大器OP的反转输入端子与输入节点Nin连接，运算放大器OP的非反转输入端子与参考电压VR连接。反馈电容器Cs的一端经由连接切换电路111与输入节点Nin连接。反馈电容器Cs的另一端经由连接切换电路111与运算放大器OP的输出电压Vo的输出端子连接。连接切换电路111在第1期间T1和第2期间T2切换运算放大器OP的输出电压Vo的输出端子与输入节点Nin之间的反馈电容器Cs的连接的朝向。
例如连接切换电路111如图4所示那样包含4个开关SW1-1、SW1-2、SW2-1、SW2-2。开关SW1-1连接在反馈电容器Cs的一方的端子(以下记作“+端子”)与输入节点Nin之间。开关SW1-2连接在反馈电容器Cs的另一方的端子(以下记作“-端子”)与运算放大器OP的输出端子之间。开关SW2-1连接在反馈电容器Cs的-端子与输入节点Nin之间。开关SW2-2连接在反馈电容器Cs的+端子与运算放大器OP的输出端子之间。开关SW1-1以及SW1-2在第1期间T1接通，在第2期间T2断开。开关SW2-1以及SW2-2在第1期间T1断开，在第2期间T2接通。
另外，在图4的示例中，电荷放大器110包含连接在运算放大器OP的反转输入端子与输出端子之间的反馈阻抗Z。连接切换电路111的各开关在第1期间T1与第2期间T2之间的过渡期间全都成为断开，使得不会放电反馈电容器Cs的电荷。反馈阻抗Z通过在该过渡期间形成从运算放大器OP的输出端子向反转输入端子的负反馈的路径，来抑制输出电压Vo的过渡性的变动。反馈阻抗Z例如包含电阻元件，具有被设定得使得反馈电容器Cs和反馈阻抗Z的时间常数与连接切换电路111的切换动作的周期相比充分大的电阻值。
在图4的示例中，电荷放大器110包含：在第1期间T1保持运算放大器OP输出的输出电压Vo的信号保持电路112-1；和在第2期间T2保持运算放大器OP输出的输出电压Vo的信号保持电路112-2。信号保持电路112-1包含开关SW3-1和电容器C1，信号保持电路112-2包含开关SW3-2和电容器C2。电容器C1经由开关SW3-1而连接在运算放大器OP的输出端子与接地之间。电容器C2经由开关SW3-2而连接在运算放大器OP的输出端子与接地之间。电荷放大器110将信号保持电路112-1中保持的电压V1和信号保持电路112-2中保持的电压V2分别输出到AD变换器120。
AD变换器120将从电荷放大器110输出的电压V1与V2的差变换成数字的第1检测信号Sp，输出到处理部40。AD变换器120按照从处理部40输出的控制信号AQ来进行从模拟信号(电压V1、V2)向数字信号(第1检测信号Sp)的变换。
开关电路20设于从第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2向第1电荷检测电路11传输电荷的路径。开关电路20在上述的第1期间T1中形成从第1压电传感器P1的第1正电极EP1向第1电荷检测电路11传输电荷的路径。另外开关电路20在上述的第2期间T2中形成从第2压电传感器P2的第2负电极EN2向第1电荷检测电路11传输电荷的路径。
例如开关电路20在第1期间T1中，将第1正电极EP1与输入节点Nin连接，并将第1负电极EN1与参考电压VR连接，在第2期间T2中，将第2负电极EN2与输入节点Nin连接，并将第2正电极EP2与参考电压VR连接。
开关电路20对应于从驱动部30的驱动电路31输出的驱动电压VDp来切换从第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2向第1电荷检测电路11传输电荷的路径。例如开关电路20如图4所示那样包含开关SW5以及SW6。开关SW5在驱动电压VDp为高电平的情况下将第1正电极EP1与输入节点Nin连接，在驱动电压VDp为低电平的情况下将第2负电极EN2与输入节点Nin连接。开关SW6在驱动电压VDp为高电平的情况下将第1负电极EN1与参考电压VR连接，在驱动电压VDp为低电平的情况下将第2正电极EP2与参考电压VR连接。
回到图2。
驱动部30包含：对驱动电极ED1～EDn施加驱动电压VD1～VDn的驱动电路32-1～32-n；和对开关电路20输出驱动电压VDp的驱动电路31。驱动电路32-1～32-n以及驱动电路31按照从处理部40输出的控制信号来将驱动电压VD1～VDn以及驱动电压VDp设定为高电平或低电平。
驱动电路32-1～32-n例如通过处理部40的控制信号来一个一个依次地选择。选择的驱动电路32-i对驱动电极EDi施加在第1期间T1和第2期间T2电平向不同方向变化的周期性的驱动电压VDi。例如驱动电路32-i输出在第1期间T1从低电平向高电平上升、在第2期间T2从高电平向低电平下降的驱动电压VDi。
驱动电路31例如输出相当于驱动电压VD1～VDn的至少一部分的逻辑的电压，来作为驱动电压VDp。在驱动电压VDp与驱动电压VD1～VDn的任意1者相同的情况下，也可以省略驱动电路31，将驱动电路32-1～32-n的任意一个输出用在开关电路20的控制中。
第2电荷检测电路12-j输出与伴随驱动电压VDi的变化而从电容器Cij经由检测电极ESj输入的电荷相应的第2检测信号Sj。即，第2电荷检测电路12-j在上述的第1期间T1输入来自电容器Cij的电荷作为第3电荷Q3，在上述的第2期间T2输入来自电容器Cij的电荷作为第4电荷Q4。第2电荷检测电路12-j将第3电荷Q3以及第4电荷Q4的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的第2检测信号Sj。
图5是表示第2电荷检测电路12-j的结构的一例的图。在图5的示例中，第2电荷检测电路12-j包含与已经说明的第1电荷检测电路11(图4)同样的电荷放大器110以及AD变换器120。输入节点Nin与检测电极ESj连接，在反馈电容器Cs蓄积第3电荷Q3以及第4电荷Q4。电荷放大器110将与蓄积于反馈电容器Cs的第3电荷Q3以及第4电荷Q4相应的电压V1以及V2输出到AD变换器120。AD变换器120将从电荷放大器110输出的电压V1与V2的差变换成数字的第2检测信号Sj，输出到处理部40。
处理部40是进行输入装置的整体的动作的控制的装置，例如包含按照程序来执行命令的计算机、构成为进行特定的处理的专用的硬件(逻辑电路等)。处理部40可以由计算机执行全部处理，也可以在专用的硬件中执行至少一部分的处理。处理部40对如下电路的动作进行控制，使得它们分别在合适的定时进行：驱动部30的各驱动电路所进行的驱动电压的输出、开关电路20所进行的电荷的传输路径的切换、连接切换电路111所进行的反馈电容器Cs的连接的切换、信号保持电路112-1、112-2所进行的输出电压Vo的保持、AD变换器120所进行的AD变换动作等。另外，处理部40进行基于第1检测信号Sp的压力的检测结果的取得、基于第2检测信号S1～Sm的物体的接触位置的算出等。
在此，对具有上述的结构的本实施方式所涉及的输入装置的动作进行说明。
(压电传感器P1、P2所进行的压力的检测)
首先，说明由第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2检测压力的动作。图6是表示第1电荷检测电路11中的各部的信号的示例的定时图。在图6的示例中，输入装置交替重复将反馈电容器Cs的电荷重置的动作模式(以下记作“重置模式”)、和检测第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2中产生的电荷的动作模式(以下记作“检测模式”)。
在重置模式下，输入装置将连接切换电路111的开关SW1-1、SW1-2、SW2-1、SW2-2分别接通，并将信号保持电路112-1的开关SW3-1以及信号保持电路112-2的开关SW3-2分别接通。由此反馈电容器Cs的两端被短路，蓄积于反馈电容器Cs的电荷被放电。另外，由于运算放大器OP中输出的输出电压Vo变得与参考电压VR相等，因此信号保持电路112-1以及112-2中保持的电压V1以及V2变得与参考电压VR相等。
在检测模式下，输入装置将开关SW1-1以及SW1-2接通，并且交替地重复将开关SW2-1以及SW2-2断开的第1期间T1、和将开关SW1-1以及SW1-2断开且将开关SW2-1以及SW2-2接通的第2期间T2。另外，输入装置在第1期间T1，将第1压电传感器P1的第1正电极EP1与输入节点Nin连接并将第1负电极EN1与参考电压VR连接，在第2期间T2，将第2压电传感器P2的第2负电极EN2与输入节点Nin连接并将第2正电极EP2与参考电压VR连接。由此，在第1期间T1，形成从第1压电传感器P1的第1正电极EP1侧向反馈电容器Cs的+端子侧传输电荷(第1电荷Q1)的路径。另外，在第2期间T2，形成从第2压电传感器P2的第2负电极EN2侧向反馈电容器Cs的-端子侧传输电荷(第2电荷Q2)的路径。
在此，设为向表面构件4的负荷引起的压力向给定的方向(例如压缩第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2的压力增大的方向)变化。在该情况下，通过第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2的压电效果，在第1正电极EP1以及第2正电极EP2带电正的电荷，在第1负电极EN1以及第2负电极EN2带电负的电荷。
由于若在第1期间T1在第1正电极EP1带电正的电荷，第1负电极EN1就与参考电压VR连接，因此输入节点Nin的电压向相对于参考电压VR上升的方向变化。若输入节点Nin的电压变得比参考电压VR高，则运算放大器OP的输出电压Vo降低，反馈电容器Cs的-端子侧的电压降低，从而在第1正电极EP1带电的正的电荷向反馈电容器Cs的+端子侧移动。通过运算放大器OP的负反馈的动作，输入节点Nin的电压大致保持在参考电压VR。其结果，第1期间T1中在第1正电极EP1带电的正的电荷大致全部移动到反馈电容器Cs的+端子侧，第1正电极EP1与第1负电极EN1之间的电压差大致成为零。在正的第1电荷Q1移动到反馈电容器Cs的+端子侧的情况下，对反馈电容器Cs的-端子侧提供相当于将第1电荷Q1的符号反转的电荷的负的电荷。
若正的第1电荷Q1蓄积于反馈电容器Cs的+端子侧，相当于将第1电荷Q1的符号反转的电荷的负的电荷蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧，在反馈电容器Cs产生与反馈电容器Cs的静电容(以下记作“Cs”)和第1电荷Q1的量(以下记作“Q1”)相应的电压。即，以反馈电容器Cs的-端子为基准的+端子的电压Vs上升“Q1/Cs”。若在第1期间T1中反馈电容器Cs的电压Vs上升“Q1/Cs”，则输出电压Vo降低“Q1/Cs”。
压力向给定的方向越大地变化，在第1正电极EP1带电的正的电荷越大。为此，第1期间T1中蓄积于反馈电容器Cs的第1电荷Q1的量表示压力的变化的大小。换言之，第1期间T1中的反馈电容器Cs的电压Vs的上升相应量(输出电压Vo的降低相应量)“Q1/Cs”表示压力向给定的方向变化的大小。
若在紧接第1期间T1的第2期间T2中在第2负电极EN2带电负的电荷，则第1正电极EP1与参考电压VR连接，因此输入节点Nin的电压向相对于参考电压VR降低的方向变化。若输入节点Nin的电压变得比参考电压VR低，则运算放大器OP的输出电压Vo上升，反馈电容器Cs的+端子侧的电压上升，从而在第2负电极EN2带电的负的电荷向反馈电容器Cs的-端子侧移动。以后运算放大器OP的负反馈的动作，输入节点Nin的电压大致保持在参考电压VR。其结果，第2期间T2中在第2负电极EN2带电的负的电荷大致全都向反馈电容器Cs的-端子侧移动，第2负电极EN2与第2正电极EP2之间的电压差大致成为零。在负的第2电荷Q2移动到反馈电容器Cs的-端子侧的情况下，对反馈电容器Cs的+端子侧提供相当于将第2电荷Q2的符号反转的电荷的正的电荷。
若负的第2电荷Q2蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧，相当于将第2电荷Q2的符号反转的电荷的正的电荷蓄积于反馈电容器Cs的+端子侧，在反馈电容器Cs产生与反馈电容器Cs的静电容和第2电荷Q2的量(以下记作“Q2”)相应的电压。即，反馈电容器Cs的电压Vs上升“Q2/Cs”。若在第2期间T2中反馈电容器Cs的电压Vs上升“Q2/Cs”，则输出电压Vo上升“Q2/Cs”。
压力向给定的方向变化越大，第2负电极EN2带电的负的电荷越大。为此，第2期间T2中蓄积于反馈电容器Cs的第2电荷Q2的量表示压力的变化的大小。换言之，第2期间T2中的反馈电容器Cs的电压Vs的上升相应量(输出电压Vo的上升相应量)“Q2/Cs”表示压力向给定的方向变化的大小。
在经过第1期间T1的反馈电容器Cs的-端子侧已经蓄积了相当于将第1电荷Q1的符号反转的电荷的负的电荷。在紧接第1期间T1的第2期间T2中，该已经蓄积的负的电荷和从第2负电极EN2新传输的负的第2电荷Q2被合成，并蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧。即，在经过第1期间T1以及第2期间T2后，在反馈电容器Cs蓄积将第1电荷Q1以及第2电荷Q2的一方的符号反转并与另一方合成而得到的电荷。若在压力向给定的方向变化的状态下交替重复第1期间T1以及第2期间T2，则该合成的电荷的蓄积量增大，反馈电容器Cs的电压Vs上升。由于第1期间T1以及第2期间T2中的电压Vs的上升相应量分别表示向给定的方向的压力变化的大小，因此交替重复第1期间T1以及第2期间T2所引起的电压Vs的总共的上升相应量也表示向给定的方向的压力变化的大小。
运算放大器OP输出的输出电压Vo成为与在反馈电容器Cs产生的电压和参考电压VR相应的电压。即，输出电压Vo在第1期间T1成为“Vo＝VR-Vs”，在第2期间T2成为“Vo＝VR+Vs”。在压力向给定的方向(例如进行压缩的压力增大的方向)变化的情况下，在第1期间T1，正的第1电荷Q1向反馈电容器Cs的+端子侧传输，在第2期间T2，负的第2电荷Q2向反馈电容器Cs的-端子侧传输。在该情况下，如图6所示那样，在第1期间T1(t11～t12、t13～t14、t15～t16)，输出电压Vo比参考电压VR低，在第2期间T2(t12～t13、t14～t15、t16～t17)，输出电压Vo比参考电压VR高。以-端子侧为基准的反馈电容器Cs的电压Vs每当交替重复第1期间T1以及第2期间T2而上升。
在第1期间T1以及第2期间T2分别各重复给定次数后，在成为信号保持电路112-1以及112-2保持信号的状态(开关SW3-1以及SW3-2断开的状态)的定时，控制信号AQ成为有效。若控制信号AQ成为有效，AD变换器120将电压V1与电压V2的差变换成数字的第1检测信号Sp。电压V1是在第1期间T1保持的输出电压Vo，电压V2是在第2期间T2保持的输出电压Vo。如图6所示那样，电压V1与电压V2的差成为反馈电容器Cs的电压Vs的约2倍。因此，与电压V1与电压V2的差相应的第1检测信号Sp1是与反馈电容器Cs的电压Vs相应的信号，表示压力的变化的大小。
另外，在向表面构件4的负荷引起的压力的变化的方向是与上述的给定的方向相反方向的情况下(例如压缩第1压电体PZ1以及第2压电体PZ2压缩的压力减少的方向的情况下)，与上述相反，在第1期间T1，负的第1电荷Q1向反馈电容器Cs传输，在第2期间T2，正的第2电荷Q2向反馈电容器Cs传输。在该情况下，如图7所示那样，在第1期间T1(t21～t22、t23～t24、t25～t26)，输出电压Vo比参考电压VR高，在第2期间T2(t22～t23、t24～t25、t26～t27)，输出电压Vo比参考电压VR低。以-端子侧为基准的反馈电容器Cs的电压Vs每当交替重复第1期间T1以及第2期间T2而降低(向负方向变化)。在该情况下，通过第1期间T1以及第2期间T2的重复而蓄积于反馈电容器Cs的电荷的量也具有与压力的变化相应的大小。为此，与反馈电容器Cs的电压Vs相应的第1检测信号Sp表示压力的变化的大小。
(叠加在压电传感器P1、P2的输出的噪声的影响)
接下来，说明叠加在第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2的输出的外来的噪声给压力的检测结果带来的影响。
若与第1期间T1以及第2期间T2进行反复的周期Tc相比而压力的变化充分慢，则压力的变化的方向在第1期间T1以及第2期间T2大致相等。在该情况下，第1期间T1中蓄积于反馈电容器Cs的+端子侧的第1电荷Q1和第2期间T2中蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧的第2电荷Q2具有不同的符号。因此，经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的电荷的量成为“Q1+Q2”。
另一方面，若设为与第1期间T1以及第2期间T2进行反复的周期Tc相比而噪声的频率充分长(噪声的频率与“1/Tc”相比充分低)，则第1期间T1中在第1正电极EP1感应的噪声所引起的电荷(以下记作“噪声电荷Qn1”，“Qn1”还表示电荷的量)、第2期间T2或者在第2负电极EN2感应的噪声所引起的电荷(以下记作“噪声电荷Qn2”，“Qn2”还表示电荷的量)具有大致相同的符号。这样一来，在第1电荷Q1和噪声电荷Qn1具有相同符号的情况下，第2电荷Q2和噪声电荷Qn2具有不同符号。反之，在第1电荷Q1和噪声电荷Qn1具有不同符号的情况下，第2电荷Q2和噪声电荷Qn2具有相同符号。
在第1电荷Q1和噪声电荷Qn1具有相同符号的情况下，第1期间T1中蓄积于反馈电容器Cs的+端子侧的电荷的量与没有噪声的情况相比增加了噪声电荷Qn1(Q1+Qn1)。在该情况下，由于第2电荷Q2和噪声电荷Qn2具有不同的符号，因此第2期间T2蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧的电荷的量与没有噪声的情况相比减少噪声电荷Qn2(Q2-Qn2)。
其结果，经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的电荷的量成为“Q1+Q2+(Qn1-Qn2)”。即，第1期间T1的噪声电荷Qn1和第2期间T2的噪声电荷Qn2相互抵消，噪声引起的电荷的量作为整体而减少。
另一方面，在第1电荷Q1和噪声电荷Qn1具有不同符号的情况下，第1期间T1中蓄积于反馈电容器Cs的+端子侧的电荷的量与没有噪声的情况相比减少了噪声电荷Qn1(Q1-Qn1)。在该情况下，由于第2电荷Q2和噪声电荷Qn2具有相同符号，因此第2期间T2中蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧的电荷的量与没有噪声的情况相比增加了噪声电荷Qn2(Q2+Qn2)。
其结果，经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的电荷的量成为“Q1+Q2+(Qn2-Qn1)”。即，在该情况下，第1期间T1的噪声电荷Qn1和第2期间T2的噪声电荷Qn2也相互抵消，噪声引起的电荷的量作为整体而减少。
另外，在本实施方式所涉及的输入装置中，如图3的示例所示那样，第1正电极EP1位于比第1负电极EN1更靠表面5的附近的位置，第2负电极EN2位于比第2正电极EP2更靠表面5的附近的位置。由于在表面构件4的表面5，手指等物体接触而带来负荷，因此越接近表面5，越易于受到来自向表面5接近的物体的噪声。即，第1正电极EP1和第2正电极EP2位于易于受到来自向表面5接近的物体的噪声的位置，易于感应相互近似的噪声。为此，在第1正电极EP1感应的噪声电荷Qn1和在第2负电极EN2感应的噪声电荷Qn2易于具有相互近似的量。由此，由于噪声电荷Qn1和噪声电荷Qn2被更有效地抵消，因此经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的噪声的电荷的量更加变小。
图8是表示针对噪声的灵敏度的频率特性的示例的图。本实施方式所涉及的输入装置的对噪声的灵敏度如图8中所示那样，越远离反复第1期间T1以及第2期间T2的频率(1/Tc)就越小。因此，通过与外来的噪声所分布的低频的频率带相比将频率(1/Tc)充分提高，有效果地抑制了第1检测信号Sp中所含的外来噪声的分量。
(静电传感器部10中的静电容的变化的检测)
接下来，说明检测伴随物体的接近而变化的静电传感器部10的电容器Cij的静电容的动作。
第2电荷检测电路12-j中生成第2检测信号Sj的动作与第1电荷检测电路11中生成第1检测信号Sp的上述的动作大致相同。例如与图6同样地，在第2电荷检测电路12-j中也存在重置模式和检测模式。在重置模式的情况下，蓄积于反馈电容器Cs的电荷被放电，并且信号保持电路112-1以及112-2中保持的电压V1以及V2变得与参考电压VR相等。若移转到检测模式，则在第1期间T1，从电容器Cij的检测电极ESj侧向反馈电容器Cs的+端子侧传输电荷(第3电荷Q3)，在第2期间T2，从电容器Cij的检测电极ESj侧向反馈电容器Cs的-端子侧传输电荷(第4电荷Q4)。
驱动电路32-1～32-n由处理部40一个一个依次地选择，在选择的驱动电路32-i中输出驱动电压VDi。驱动电压VDi在第1期间T1和第2期间T2电平向不同方向变化。例如，驱动电压VDi在第1期间T1从低电平向高电平上升，在第2期间T2从高电平向低电平下降。若将电平如此变化的驱动电压VDi施加给驱动电极Edi，则在形成于驱动电极Edi与检测电极ESj之间的电容器Cij，在第1期间T1和第2期间T2蓄积不同的符号的电荷。
在第1期间T1，若施加给驱动电极EDi的驱动电压VDi从低电平向高电平上升，该电压的变化就经由电容器Cij作用于检测电极ESj，检测电极ESj的电压就上升。若通过检测电极ESj的电压的上升而输入节点Nin的电压变得比参考电压VR高，运算放大器OP的输出电压Vo就降低，反馈电容器Cs的-端子侧的电压就降低。若反馈电容器Cs的-端子侧的电压降低，就从电容器Cij的检测电极ESj侧向反馈电容器Cs的+端子侧移动正的电荷，抑制了检测电极ESj的电压的上升。通过运算放大器OP的负反馈的动作，检测电极ESj的电压大致保持在参考电压VR。其结果，向反馈电容器Cs的+端子侧传输与第1期间T1中的电容器Cij的电荷的变化相应量对应的正的第3电荷Q3。若将驱动电压VDi的从低电平到高电平的电压差设为“VDD”，则第3电荷Q3的大小大致成为“Cij×VDD”。若正的第3电荷Q3向反馈电容器Cs的+端子侧传输，则反馈电容器Cs的电压Vs上升“(Cij/Cs)×VDD”。电压Vs的上升相应量与电容器Cij的静电容成正比。
另一方面，在第2期间T2中，若施加给驱动电极EDi的驱动电压VDi从高电平向低电平下降，则该该电压的变化经由电容器Cij作用于检测电极ESj，检测电极ESj的电压降低。若通过检测电极ESj的电压的降低而输入节点Nin的电压变得比参考电压VR低，则运算放大器OP的输出电压Vo上升，反馈电容器Cs的+端子侧的电压上升。若反馈电容器Cs的+端子侧的电压上升，就从电容器Cij的检测电极ESj侧向反馈电容器Cs的-端子侧移动负的电荷，抑制了检测电极ESj的电压的降低。通过运算放大器OP的负反馈的动作而检测电极ESj的电压大致保持在参考电压VR。其结果，向反馈电容器Cs的-端子侧传输与第2期间T2中的电容器Cij的电荷的变化相应量对应的负的第4电荷Q4。第4电荷Q4的大小大致成为“Cij×VDD”。若负的第4电荷Q4向反馈电容器Cs的-端子侧传输，反馈电容器Cs的电压Vs就上升“(Cij/Cs)×VDD”。电压Vs的上升相应量与电容器Cij的静电容成正比。
如此地，在第2电荷检测电路12-j中，在第1期间T1和第2期间T2，不同的符号的电荷(第3电荷Q3、第4电荷Q4)输入到输入节点Nin，蓄积于反馈电容器Cs。为此，若交替反复第1期间T1和第2期间T2，就通过与已经说明的第1电荷检测电路11同样的动作而反馈电容器Cs的电压Vs上升。第2检测信号Sj是与反馈电容器Cs的电压Vs相应的信号，表示电容器Cij的静电容。
(叠加在静电传感器部10的输出的噪声的影响)
接下来说明叠加在静电传感器部10的输出的外来的噪声给电容器Cij的静电容的检测结果带来的影响。
如上述那样，第1期间T1中蓄积于反馈电容器Cs的+端子侧的第3电荷Q3和第2期间T2中蓄积于反馈电容器Cs的-端子侧的第4电荷Q4具有不同的符号。因此，经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的电荷的量成为“Q3+Q4”。
另一方面，若设为与第1期间T1以及第2期间T2进行反复的周期Tc相比而噪声的频率充分长(噪声的频率与“1/Tc”相比充分低)，则第1期间T1在检测电极ESj感应的噪声引起的电荷(以下记作“噪声电荷Qn3”，“Qn3”还表示电荷的量)和第2期间T2中在检测电极ESj感应的噪声引起的电荷(以下记作“噪声电荷Qn4”，“Qn4”还表示电荷的量)具有大致相同的符号。如此一来，在第3电荷Q3和噪声电荷Qn3具有相同符号的情况下，第4电荷Q4和噪声电荷Qn4具有不同的符号。在该情况下，经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的电荷的量通过与已经说明的第1电荷检测电路11同样的动作而成为“Q3+Q4+(Qn3-Qn4)”。即，第1期间T1的噪声电荷Qn3和第2期间T2的噪声电荷Qn4相互抵消，噪声引起的电荷的量作为整体而减少。
另外，在静电传感器部10中，由于第1期间T1的噪声电荷Qn3和第2期间T2的噪声电荷Qn4均在检测电极ESj被感应，因此噪声电荷Qn3和噪声电荷Qn4易于近似。因此，由于噪声电荷Qn1和噪声电荷Qn2更有效地相互抵消，因此经过第1期间T1以及第2期间T2而蓄积于反馈电容器Cs的噪声的电荷的量变得更小。
如以上说明的那样，在本实施方式所涉及的输入装置中，由于手指等物体与表面构件4的表面5接触而带来负荷，因此，越接近表面5，越易于受到来自向表面5接近的物体的外来噪声。由于第1正电极EP1位于比第1负电极EN1更靠表面5的附近的位置，第2负电极EN2位于比第2正电极EP2更靠表面5的附近的位置，因此第1正电极EP1以及第2负电极EN2分别易于受到外来噪声的影响。在与交替反复第1期间T1和第2期间T2的周期Tc相比而外来噪声的周期比较的长的情况下(外来噪声的频率比较低的情况下)，在第1期间T1从第1正电极EP1传输的第1电荷Q1和在第2期间T2从第2负电极En2传输的第2电荷Q2易于包含近似的噪声电荷(通过外来噪声而感应的电荷)。即，第1电荷Q1中所含的噪声电荷Qn1和第2电荷Q2中所含的噪声电荷Qn2是相同符号，易于具有近似的大小。为此，在将第1电荷Q1以及第2电荷Q2的一方的符号反转并与另一方合成的情况下，在该合成的电荷中，第1电荷Q1中所含的噪声电荷Qn1和第2电荷Q2中所含的噪声电荷Qn2相抵，整体的噪声电荷变小。因此，在与该合成的电荷的蓄积量相应的第1检测信号Sp中，能减低外来噪声的影响。
另外，在本实施方式所涉及的输入装置中，由于在开关电路20中对应于驱动电压VDp来切换从压电传感器P向第1电荷检测电路11传输电荷的路径，因此用于控制开关电路20的结构变得简易。
进而，在本实施方式所涉及的输入装置中，压电传感器(P1、P2)中所用的第1电荷检测电路11具有与静电传感器部10中所用的第2电荷检测电路12-1～12-m大致共通的结构。为此，易于将这些电荷检测电路形成于共通的IC上，可以不设置为了压电传感器(P1、P2)而专用的电荷检测电路，因此能简化电路的结构。
另外，在本实施方式所涉及的输入装置中，驱动电极Edi配置得比检测电极ESj更靠表面5的附近，比驱动电极Edi更靠表面5的附近地配置第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2。第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2在从面对表面5的方向来看的俯视观察下，至少一部分配置于与驱动电极Edi重叠的场所。由此，由于形成电容器Cij的检测电极ESj与驱动电极Edi之间的区域不再被第1压电传感器P1、第2压电传感器P2从表面5侧覆盖，能使得对于从表面5侧接近的手指等物体易于产生电容器Cij的静电容的变化。另外，由于夹着驱动电极Edi来将第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2和检测电极ESj隔开，因此难以产生第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2与检测电极ESj之间的寄生性的电容器，抑制了电容器Cij的检测精度的降低。进而，由于检测电极ESj比驱动电极Edi更远离表面5，因此来自向表面5接近的物体的外来噪声难以作用于检测电极ESj，抑制了噪声引起的静电容的检测结果的偏差。
另外，在上述的图3的示例中，在第1压电传感器P1中，第1正电极EP1比第1负电极EN1更靠表面5，在第2压电传感器P2中，第2负电极EN2比第1正电极EP1更靠表面5，但该位置关系也可以相反。即，也可以在第1压电传感器P1中，第1负电极EN1比第1正电极EP1更靠表面5，在第2压电传感器P2中，第2正电极EP2比第2负电极EN2更靠表面5。
另外，在上述的图4的示例中，通过开关SW6来切换在第1期间T1和第2期间T2中与参考电压VR连接的第1压电传感器P1的第1负电极EN1和第2压电传感器P2的第2正电极EP2，但在本实施方式的其他示例中，可以省略开关SW6，将这些电极(EN1、EP1)的两方与参考电压VR直接连接。
<第2实施方式>
接下来说明第2实施方式所涉及的输入装置。图9是表示第2实施方式所涉及的输入装置中的第1电荷检测电路11和开关电路20A的结构例的图。本实施方式所涉及的输入装置将第1实施方式所涉及的输入装置中的开关电路20置换成开关电路20A，使第1压电传感器P1的第1负电极EN1和第2压电传感器P2的第2正电极EP2导通，其他结构斗鱼第1实施方式所涉及的输入装置相同。以下以与第1实施方式所涉及的输入装置的相异点为中心进行说明。
第1压电传感器P1以及第2压电传感器P2串联连接，使得一端成为正电极，另一端成为负电极。在图15的示例中，将第1负电极EN1和第2正电极EP2连接，使得一端成为第1正电极EP1，另一端成为第2负电极EN2。
开关电路20A在第1期间T1，将一端的第1正电极EP1与输入节点Nin连接，并将另一端的第2负电极EN2与参考电压VR连接，在第2期间T2中，将另一端的第2负电极EN2与输入节点Nin连接，并将一端的第1正电极EP1与参考电压VR连接。
在图9的示例中，开关电路20A包含开关SW7和开关SW8。开关SW7在驱动电压VDp为高电平的情况下将第1正电极EP1与输入节点Nin连接，在驱动电压VDp为低电平的情况下将第1正电极EP1与参考电压VR连接。开关SW8在驱动电压VDp为高电平的情况下将第2负电极EN2与参考电压VR连接，在驱动电压VDp为低电平的情况下将第2负电极EN2与输入节点Nin连接。
在本实施方式所涉及的输入装置中，也与已经说明的第1实施方式所涉及的输入装置同样地，在第1期间T1，从第1压电传感器P1的第1正电极EP1向反馈电容器Cs的+端子侧传输第1电荷Q1，在第2期间T2，从第2压电传感器P2的第2负电极EN2向反馈电容器Cs的-端子侧传输第2电荷Q2。在第1期间T1和第2期间T2中压力的变化的方向相同的情况下，第1电荷Q1和第2电荷Q2具有不同的符号。因此，通过与第1实施方式所涉及的输入装置同样的动作，通过第1期间T1与第2期间T2的重复而反馈电容器Cs的电压Vs上升若或降低，生成与该电压Vs的上升相应量若或降低相应量相应的第1检测信号Sp。第1检测信号Sp成为与压力的变化的大小相应的信号。
另外，在本实施方式所涉及的输入装置中，也与已经说明的第1实施方式所涉及的输入装置同样地，第1正电极EP1以及第2负电极EN2位于靠表面5的位置，易于感应相互近似的噪声。为此，第1期间T1中在第1正电极EP1感应的噪声电荷Qn1和第2期间T2中在第2负电极EN2感应的噪声电荷Qn2易于具有相互近似的量。由此，由于噪声电荷Qn1和噪声电荷Qn2更有效地相互抵消，因此经过第1期间T1以及第2期间T2蓄积于反馈电容器Cs的噪声的电荷的量更小。
<第3实施方式>
接下来说明第3实施方式所涉及的输入装置。图10是表示第3实施方式所涉及的输入装置的结构的一例的图。图11是表示本实施方式所涉及的输入装置中的第1电荷检测电路11和开关电路20A的结构例的图。本实施方式所涉及的输入装置将第2实施方式所涉及的输入装置中串联连接的两个压电传感器(P1、P2)置换成一个压电传感器P，其他结构与第2实施方式所涉及的输入装置相同。以下以与第2实施方式所涉及的输入装置的相异点为中心来进行说明。
图12是表示本实施方式所涉及的输入装置中检测电极ESj与驱动电极EDi交叉的部分的结构的一例的截面图。在图12的示例中，也与图3的示例同样地，在电路基板2的基材21形成检测电极ESj，在检测电极ESj的上层侧(表面5侧)隔着绝缘层22形成驱动电极EDi。压电传感器P位于比驱动电极Edi更靠表面5侧的位置，通过粘接层35贴附于电路基板2。压电传感器P在从面对表面5的方向来看的俯视观察下，至少一部分配置于与驱动电极Edi重叠的场所。压电传感器P分别贴附于驱动电极ED1～EDn的表面5侧，沿着驱动电极ED1～EDn的各自而延伸。检测电极ES1～ESm以及驱动电极ED1～EDn的至少一部分和压电传感器P的至少一部分被表面构件4覆盖。
压电传感器P包含：压电体PZ；和设于压电体PZ中产生不同符号的电荷的部分的正电极EP以及负电极EN。正电极EP设于向表面构件4的负荷引起的压力向给定的方向变化时(例如压缩压电体PZ的压力增大时)产生正的电荷的部分。负电极EN设于压力向该给定的方向变化时产生负的电荷的部分。在图12的示例中，正电极EP位于比负电极EN更靠表面5的附近的位置。
在本实施方式所涉及的输入装置中，也与已经说明的第2实施方式所涉及的输入装置同样地，在第1期间T1中，从压电传感器P的正电极EP向反馈电容器Cs的+端子侧传输第1电荷Q1，在第2期间T2中，从压电传感器P的负电极EN向反馈电容器Cs的-端子侧传输第2电荷Q2。在第1期间T1和第2期间T2中压力的变化的方向相同的情况下，第1电荷Q1和第2电荷Q2具有不同的符号。因此，通过与第2实施方式所涉及的输入装置同样的动作，通过第1期间T1与第2期间T2的重复而反馈电容器Cs的电压Vs上升或降低，生成与该电压Vs的上升相应量或降低相应量相应的第1检测信号Sp。第1检测信号Sp成为与压力的变化的大小相应的信号。
在将第2实施方式所涉及的输入装置中串联连接的两个压电传感器(P1、P2)等效地视作一个压电传感器的情况下，在第2实施方式所涉及的输入装置中，压电传感器的两个端子(EP1、EN2)两方位于靠表面5的位置，与此相对，在本实施方式所涉及的输入装置中，仅压电传感器P的两个端子(EP、EN)当中一方位于靠表面5的位置，在这点上不同。因此，本实施方式所涉及的输入装置与第2实施方式所涉及的输入装置相比，第1期间T1的第1电荷Q1中所含的噪声电荷Qn1与第2期间T1的第2电荷Q2中所含的噪声电荷Qn2的差变大，噪声电荷Qn1和噪声电荷Qn2难以相抵。但在本实施方式所涉及的输入装置中，由于压电传感器成为一个，因此与第2实施方式所涉及的输入装置相比，结构变得简易。
以上说明了本发明的几个实施方式，但本发明并不限定于上述的实施方式，包含种种变种。
例如在上述的实施方式中，压电传感器(P、P1、P2)位于与静电传感器部10的检测电极ESj以及驱动电极Edi相比更靠表面构件4的表面5的附近的位置，但本发明并不限定于该示例。在本发明的其他实施方式中，也可以静电传感器部(检测电极、驱动电极)位于与压电传感器相比更靠表面构件的表面的附近的位置。
另外，在上述的实施方式中，成为作为向表面构件4的按压的负荷引起的压力的检测结果而得到一个第1检测信号Sp的结构，但本发明并不限定于此。在本发明的其他实施方式中，也可以设置分别独立生成第1检测信号的多组压力检测部(包含压电传感器、开关电路、第1电荷检测电路的组件)。
例如在沿着n个驱动电极ED1～EDn来形成n个压电传感器的图案的情况下，也可以将该n个压电传感器的图案分成多个块并按每个块并联连接，而不是如图2所示那样全都并联连接。通过按每个块设置开关电路以及第1电荷检测电路来与压电传感器连接，能按每个块生成第1检测信号。
在上述的实施方式中，检测物体的接近引起的静电容的变化，但本发明并不限定于该示例。在本发明的其他实施方式中，也可以省略用于检测静电容的变化的电路，仅进行负荷引起的压力的检测。
本发明的第1侧面所涉及的输入装置是输入与负荷引起的压力的变化相应的输入的输入装置，具有：分别产生与所述负荷引起的压力的变化相应的电荷的第1压电传感器以及第2压电传感器；输出与所述第1压电传感器中产生的电荷和所述第2压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；设于从所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径的开关电路；和具有承受所述负荷的表面、覆盖所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器的至少一部分的表面构件。所述第1压电传感器包含：第1压电体；设于所述压力向给定的方向变化时所述第1压电体中产生负的电荷的部分的第1负电极；和设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第1压电体中产生正的电荷的部分、位于比所述第1负电极更靠所述表面的附近的位置的第1正电极。所述第2压电传感器包含：第2压电体；设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第2压电体中产生正的电荷的部分的第2正电极；和设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第2压电体中产生负的电荷的部分、位于比所述第2正电极更靠所述表面的附近的位置的第2负电极。所述第1电荷检测电路交替反复将来自所述第1压电传感器的电荷作为第1电荷进行输入的第1期间和将来自所述第2压电传感器的电荷作为第2电荷进行输入的第2期间，将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号。所述开关电路在所述第1期间形成从所述第1正电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径，在所述第2期间形成从所述第2负电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
根据上述第1侧面所涉及的输入装置，在所述压力向所述给定的方向变化的情况下，在所述第1期间，从所述第1正电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输正的电荷，在所述第2期间，从所述第2负电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输负的电荷。另外，在所述压力向与所述给定的方向相反方向变化的情况下，在所述第1期间，从所述第1正电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输负的电荷，在所述第2期间，从所述第2负电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输正的电荷。即，在所述第1期间和所述第2期间中所述压力的变化的方向相同的情况下，所述第1期间中输入到所述第1电荷检测电路的所述第1电荷和所述第2期间中输入到所述第1电荷检测电路的所述第2电荷具有不同的符号。为此，在将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成的情况下，该合成的电荷具有与所述压力的变化相应的大小。因此，与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号成为与所述压力的变化相应的信号。
另外，根据上述第1侧面所涉及的输入装置，由于手指等物体与所述表面构件的所述表面接触而带来负荷，因此越接近所述表面，越易于受到来自向所述表面接近的物体的外来噪声。由于所述第1正电极位于比所述第1负电极更靠所述表面的附近的位置，所述第2负电极位于比所述第2正电极更靠所述表面的附近的位置，因此所述第1正电极以及所述第2负电极分别易于受到外来噪声的影响。在此，在与交替反复所述第1期间和所述第2期间的周期相比而外来噪声的周期比较长的情况下(外来噪声的频率比较低的情况下)，在所述第1期间从所述第1正电极传输的所述第1电荷和在所述第2期间从所述第2负电极传输的所述第2电荷易于包含近似的噪声电荷(通过外来噪声而感应的电荷)。即，所述第1电荷中所含的噪声电荷和所述第2电荷中所含的噪声电荷是相同符号，易于具有近似的大小。为此，在将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成的情况下，在该合成的电荷中，所述第1电荷中所含的噪声电荷和所述第2电荷中所含的噪声电荷相抵，整体的噪声电荷变小。因此，在与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号中，外来噪声的影响减低。
适合地，可以，所述第1电荷检测电路从所述输入节点输入电荷，使得输入节点的电压接近于参考电压。可以，所述开关电路在所述第1期间，将所述第1正电极与所述输入节点连接，在所述第2期间，将所述第2负电极与所述输入节点连接。可以，对所述第1负电极以及所述第2正电极施加所述参考电压。
根据该结构，在所述第1期间，所述第1压电体中产生的所述第1电荷从所述第1正电极向所述输入节点传输，使得所述第1正电极与所述第1负电极的电压差变小。在所述第2期间中，所述第2压电体中产生的所述第2电荷从所述第2负电极向所述输入节点传输，使得所述第2负电极与所述第2正电极的电压差变小。
适合地，可以，所述开关电路在所述第1期间，将所述第1负电极与所述参考电压连接，在所述第2期间，将所述第2正电极与所述参考电压连接。
适合地，可以所述第1负电极和所述第2正电极导通。可以，所述第1电荷检测电路从所述输入节点输入电荷，使得输入节点的电压接近于参考电压。可以，所述开关电路在所述第1期间中，将所述第1正电极与所述输入节点连接，并将所述第2负电极与所述参考电压连接，在所述第2期间中，将所述第2负电极与所述输入节点连接，并将所述第1正电极与所述参考电压连接。
根据该结构，在所述第1期间中，在所述第1压电体产生的所述第1电荷从所述第1正电极向所述输入节点传输，使得所述第1正电极与所述第2负电极的电压差变小。在所述第2期间中，在所述第2压电体产生的所述第2电荷从所述第2负电极向所述输入节点传输，使得所述第2负电极与所述第1正电极的电压差变小。
适合地，可以，所述第1电荷检测电路包含：一端与所述输入节点连接的反馈电容器；将放大了所述输入节点的电压与所述参考电压的差的电压即输出电压输出到所述反馈电容器的另一端的运算放大器；和在所述第1期间和所述第2期间切换所述运算放大器的所述输出电压的输出端子与所述输入节点之间的所述反馈电容器的连接的朝向的连接切换电路。
适合地，可以，上述第1侧面所涉及的输入装置具有：形成伴随施予所述负荷的物体的接近而静电容发生变化的电容器的检测电极以及驱动电极；将在所述第1期间和所述第2期间向不同方向变化的周期性的驱动电压施加给所述驱动电极的驱动电路；输出与伴随所述驱动电压的变化而从所述电容器经由所述检测电极输入的电荷相应的第2检测信号的第2电荷检测电路。可以，所述第2电荷检测电路在所述第1期间中，将来自所述电容器的电荷作为第3电荷来进行输入，在所述第2期间中，将来自所述电容器的电荷作为第4电荷来进行输入，将所述第3电荷以及所述第4电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第2检测信号。可以，所述开关电路对应于所述驱动电压来切换从所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
根据该结构，对所述驱动电极施加在所述第1期间和所述第2期间向不同方向变化的周期性的驱动电压。为此，与所述驱动电压的变化相伴的所述电容器的电荷的变化相应量在所述第1期间和所述第2期间，符号不同。对所述第2电荷检测电路输入与所述驱动电压的变化相伴的所述电容器的电荷的变化相应量所对应的电荷。所述第1期间中从所述电容器输入到所述第2电荷检测电路的所述第3电荷和所述第2期间中从所述电容器输入到所述第2电荷检测电路的所述第4电荷具有不同的符号。为此，在将所述第3电荷以及所述第4电荷的一方的符号反转并与另一方合成的情况下，该合成的电荷具有与所述电容器的静电容相应的大小。因此，与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第2检测信号成为与所述电容器的静电容相应的信号。
在与交替反复所述第1期间和所述第2期间的周期相比而外来噪声的周期比较长的情况下(外来噪声的频率比较低的情况下)，在所述第1期间从所述检测电极传输的所述第3电荷和在所述第2期间从所述检测电极传输的所述第4电荷易于包含近似的噪声电荷(通过外来噪声而感应的电荷)。即，所述第3电荷中所含的噪声电荷和所述第4电荷中所含的噪声电荷是相同符号，易于具有近似的大小。为此，在将所述第3电荷以及所述第4电荷的一方的符号反转并与另一方合成的情况下，在该合成的电荷中，所述第3电荷中所含的噪声电荷和所述第4电荷中所含的噪声电荷相抵，整体的噪声电荷变小。因此，在与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第2检测信号中，减低了外来噪声的影响。
另外，在所述开关电路中，由于对应于所述驱动电压切换从所述压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径，因此用于控制所述开关电路的结构变得简易。
适合地，可以，所述驱动电极配置得比所述检测电极更靠所述表面的附近。可以，所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器配置在比所述驱动电极更接近所述表面、在从面对所述表面的方向来看的俯视观察下至少一部分与所述驱动电极重叠的场所。
根据该结构，由于形成所述电容器的所述检测电极与所述驱动电极之间的区域未被所述压电传感器覆盖所述表面侧，因此对于从所述表面侧接近的物体，易于产生所述电容器的静电容的变化。另外，由于夹着所述驱动电极将所述压电传感器和所述检测电极隔开，因此难以产生所述压电传感器与所述检测电极之间的寄生性的电容器。进而，由于所述检测电极比所述驱动电极更远离所述表面，因此来自向所述表面接近的物体的外来噪声难以作用于所述检测电极。
适合地，可以，所述第2电荷检测电路包含：一端与所述检测电极连接的反馈电容器；将放大了所述检测电极的电压与参考电压的差的电压即输出电压输出到所述反馈电容器的另一端的运算放大器；和所述运算放大器的所述输出电压的输出端子切换与所述检测电极之间的所述反馈电容器的连接的朝向的连接切换电路。
例如，可以使所述第1电荷检测电路和所述第2电荷检测电路具有同等的电路结构。
本发明的第2侧面所涉及的输入装置是输入与负荷引起的压力的变化相应的输入的输入装置，具有：产生与所述负荷引起的压力的变化相应的电荷的压电传感器；输出与所述压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；和设于从所述压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径的开关电路。所述压电传感器包含：压电体；设于所述压力向给定的方向变化时所述压电体中产生正的电荷的部分的正电极；和所述设于压力向所述给定的方向变化时所述压电体中产生负的电荷的部分的负电极。所述第1电荷检测电路交替反复将来自所述压电传感器的电荷作为第1电荷进行输入的第1期间和将来自所述压电传感器的电荷作为第2电荷进行输入的第2期间，将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号。所述开关电路在所述第1期间中形成从所述正电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径，在所述第2期间中形成从所述负电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
根据上述第2侧面所涉及的输入装置，在所述压力向所述给定的方向变化的情况下，在所述第1期间中，从所述正电极向所述电荷检测电路经由所述开关电路而传输正的电荷，在所述第2期间中，从所述负电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输负的电荷。另外，在所述压力向与所述给定的方向相反方向变化的情况下，在所述第1期间中，从所述正电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输负的电荷，在所述第2期间，从所述负电极向所述第1电荷检测电路经由所述开关电路而传输正的电荷。在所述第1期间和所述第2期间中所述压力的变化的方向相同的情况下，所述第1期间中输入到所述第1电荷检测电路的所述第1电荷和所述第2期间中输入到所述第1电荷检测电路的所述第2电荷具有不同的符号。为此，在将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成的情况下，该合成的电荷具有与所述压力的变化相应的大小。因此，与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号成为与所述压力的变化相应的信号。
本发明的第3侧面所涉及的输入装置是输入与负荷引起的压力的变化相应的输入的输入装置，具有：产生与所述压力的变化相应的电荷的压电传感器；输出与所述压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；形成伴随施予所述负荷的物体的接近而静电容发生变化的电容器的检测电极以及驱动电极；对所述驱动电极施加周期性的驱动电压的驱动电路；从所述检测电极输入伴随所述驱动电压的变化而蓄积于所述电容器的电荷、输出与所述输入的电荷相应的第2检测信号的第2电荷检测电路；和具有承受所述负荷的表面、覆盖所述压电传感器、所述检测电极和所述驱动电极的至少一部分的表面构件。所述驱动电极配置得比所述检测电极更靠所述表面的附近。所述压电传感器配置在比所述驱动电极更接近所述表面、在从面对所述表面的方向来看的俯视观察下至少一部分与所述驱动电极重叠的场所。
根据上述第3侧面所涉及的输入装置，由于形成所述电容器的所述检测电极与所述驱动电极之间的区域未被所述压电传感器覆盖所述表面侧，因此对于从所述表面侧接近的物体，易于产生所述电容器的静电容的变化。另外，由于夹着所述驱动电极将所述压电传感器和所述检测电极隔开，因此难以产生所述压电传感器与所述检测电极之间的寄生性的电容器。进而，由于所述检测电极比所述驱动电极更远离所述表面，因此来自向所述表面接近的物体的外来噪声难以作用于所述检测电极。
以上基于实施例说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施例，能在权利要求书的范围记载的范围内进行各种变形。
本申请主张对日本专利局在2017年10月2日申请的基础申请2017-193129号的优先权，将其全内容通过参考援用于此。
符号说明
1…基台
2…电路基板
3…压电传感器片
4…表面构件
5…表面
6…支承构件
10…静电传感器部
11…第1电荷检测电路
12-1～12-m…第2电荷检测电路
110…电荷放大器
111…连接切换电路
112-1、112-2…信号保持电路
120…AD变换器
20、20A…开关电路
21…基材
22…绝缘层
30…驱动部
31…驱动电路
32-1～32-n…驱动电路
40…处理部
ED1～EDn…驱动电极
ES1～ESm…检测电极
P…压电传感器
P1…第1压电传感器
P2…第2压电传感器
EP…正电极
EP1…第1正电极
EP2…第2正电极
EN…负电极
EN1…第1负电极
EN2…第2负电极
PZ…压电体
PZ1…第1压电体
PZ2…第2压电体
OP…运算放大器
Z…反馈阻抗
Cs…反馈电容器
Cij…电容器
VD1～VDn、VDp…驱动电压
S1～Sm…第2检测信号
Sp…第1检测信号
VR…参考电压
Nin…输入节点
Q1…第1电荷
Q2…第2电荷
Q3…第3电荷
Q4…第4电荷
Vo…输出电压

Claims (10)

1.一种输入装置，输入与负荷引起的压力的变化相应的信息，所述输入装置的特征在于，具有：
分别产生与所述负荷引起的压力的变化相应的电荷的第1压电传感器以及第2压电传感器；
输出与所述第1压电传感器中产生的电荷和所述第2压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；
设于从所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径的开关电路；和
具有承受所述负荷的表面并覆盖所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器的至少一部分的表面构件，
所述第1压电传感器包含：
第1压电体；
设于所述压力向给定的方向变化时所述第1压电体中产生负的电荷的部分的第1负电极；和
设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第1压电体中产生正的电荷的部分并位于比所述第1负电极更靠所述表面的附近的位置的第1正电极，
所述第2压电传感器包含：
第2压电体；
设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第2压电体中产生正的电荷的部分的第2正电极；和
设于所述压力向所述给定的方向变化时所述第2压电体中产生负的电荷的部分并位于比所述第2正电极更靠所述表面的附近的位置的第2负电极，
所述第1电荷检测电路交替重复将来自所述第1压电传感器的电荷作为第1电荷进行输入的第1期间和将来自所述第2压电传感器的电荷作为第2电荷进行输入的第2期间，将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号，
所述开关电路在所述第1期间形成从所述第1正电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径，在所述第2期间形成从所述第2负电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
2.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于，
所述第1电荷检测电路从输入节点输入电荷，使得所述输入节点的电压接近于参考电压，
所述开关电路在所述第1期间，将所述第1正电极与所述输入节点连接，在所述第2期间，将所述第2负电极与所述输入节点连接，
对所述第1负电极以及所述第2正电极施加所述参考电压。
3.根据权利要求2所述的输入装置，其特征在于，
所述开关电路在所述第1期间，将所述第1负电极与所述参考电压连接，在所述第2期间，将所述第2正电极与所述参考电压连接。
4.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于，
所述第1负电极和所述第2正电极导通，
所述第1电荷检测电路从输入节点输入电荷，使得所述输入节点的电压接近于参考电压，
所述开关电路在所述第1期间中，将所述第1正电极与所述输入节点连接，并将所述第2负电极与所述参考电压连接，在所述第2期间，将所述第2负电极与所述输入节点连接，并将所述第1正电极与所述参考电压连接。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的输入装置，其特征在于，
所述第1电荷检测电路包含：
一端与所述输入节点连接的反馈电容器；
将放大了所述输入节点的电压与所述参考电压的差的电压即输出电压输出到所述反馈电容器的另一端的运算放大器；和
在所述第1期间和所述第2期间切换所述运算放大器的所述输出电压的输出端子与所述输入节点之间的所述反馈电容器的连接的朝向的连接切换电路。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的输入装置，其特征在于，
所述输入装置具有：
形成伴随施予所述负荷的物体的接近而静电容发生变化的电容器的检测电极以及驱动电极；
将在所述第1期间和所述第2期间向不同方向变化的周期性的驱动电压施加给所述驱动电极的驱动电路；和
输出与伴随所述驱动电压的变化而从所述电容器经由所述检测电极输入的电荷相应的第2检测信号的第2电荷检测电路，
所述第2电荷检测电路在所述第1期间，将来自所述电容器的电荷作为第3电荷来输入，在所述第2期间，将来自所述电容器的电荷作为第4电荷来输入，将所述第3电荷以及所述第4电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第2检测信号，
所述开关电路对应于所述驱动电压来切换从所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
7.根据权利要求6所述的输入装置，其特征在于，
所述驱动电极配置得比所述检测电极更靠所述表面的附近，
所述第1压电传感器以及所述第2压电传感器配置得比所述驱动电极更接所述表面的附近，并在从面对所述表面的方向来看的俯视观察下配置在至少一部分与所述驱动电极重叠的场所。
8.根据权利要求6或7所述的输入装置，其特征在于，
所述第2电荷检测电路包含：
一端与所述检测电极连接的反馈电容器；
将放大了所述检测电极的电压与参考电压的差的电压即输出电压输出到所述反馈电容器的另一端的运算放大器；和
切换所述运算放大器的所述输出电压的输出端子与所述检测电极之间的所述反馈电容器的连接的朝向的连接切换电路。
9.一种输入装置，输入与负荷引起的压力的变化相应的信息，所述输入装置的特征在于，具有：
产生与所述负荷引起的压力的变化相应的电荷的压电传感器；
输出与所述压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；和
设于从所述压电传感器向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径的开关电路，
所述压电传感器包含：
压电体；
设于所述压力向给定的方向变化时所述压电体中产生正的电荷的部分的正电极；和
设于所述压力向所述给定的方向变化时所述压电体中产生负的电荷的部分的负电极，
所述第1电荷检测电路交替反复将来自所述压电传感器的电荷作为第1电荷进行输入的第1期间和将来自所述压电传感器的电荷作为第2电荷进行输入的第2期间，
将所述第1电荷以及所述第2电荷的一方的符号反转并与另一方合成，输出与该合成的电荷的蓄积量相应的所述第1检测信号，
所述开关电路在所述第1期间形成从所述正电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径，在所述第2期间形成从所述负电极向所述第1电荷检测电路传输电荷的路径。
10.一种输入装置，输入与负荷引起的压力的变化相应的信息，所述输入装置的特征在于，具有：
产生与所述压力的变化相应的电荷的压电传感器；
输出与所述压电传感器中产生的电荷相应的第1检测信号的第1电荷检测电路；
形成伴随施予所述负荷的物体的接近而静电容发生变化的电容器的检测电极以及驱动电极；
对所述驱动电极施加周期性的驱动电压的驱动电路；
从所述检测电极输入伴随所述驱动电压的变化而蓄积于所述电容器的电荷，输出与所述输入的电荷相应的第2检测信号的第2电荷检测电路；和
具有承受所述负荷的表面，并覆盖所述压电传感器、所述检测电极和所述驱动电极的至少一部分的表面构件，
所述驱动电极配置得比所述检测电极更靠所述表面的附近，
所述压电传感器配置得比所述驱动电极更靠所述表面的附近，并从面对所述表面的方向来看的俯视观察下配置在至少一部分与所述驱动电极重叠的场所。
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