CN115997107A - 测定装置以及其测定方法和测定程序 - Google Patents

测定装置以及其测定方法和测定程序 Download PDF

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Abstract

目的在于，提供能有效果地减少噪声的影响的测定装置以及其测定方法和测定程序。测定装置(1)具备：N个(N≥2)传感器(S0、S1、S2)；选择部(4)，其按每次测定选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个(M＜N)传感器端子各自输出检测值；检测部(5)，其按每次测定取得对M个传感器端子各自输出的检测值；和补正部(8)，其在进行L次测定后，假定为在由检测部(5)取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对M×L个检测值各自进行补正，以使得检测值各自的时间依赖噪声分量成为将L个时间依赖噪声分量在时间轴方向上进行平均化而得到的值即共通噪声分量。

Description

测定装置以及其测定方法和测定程序
技术领域
本公开涉及测定装置以及其测定方法和测定程序。
背景技术
触控面板中所用的静电电容式触摸传感器、数字摄像机等中所用的图像传感器、更复杂的三维图像传感器等那样将在特定的空间内产生的物理现象数值化的传感器在各种技术领域中广泛利用。这样的传感器由于通常持续地进行测定，因此，在各测定中得到的测定值中包含该测定时固有的噪声(以下，称作“时间依赖噪声”)。
为了减少这样的时间依赖噪声的影响，例如，在专利文献1中公开了一种方法，通过使各测定值中所含的时间依赖噪声与成为某基准的测定时的测定值中所含的时间依赖噪声一致，来将各测定值中所含的时间依赖噪声一样化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8976145号说明书
发明内容
-发明所要解决的课题-
然而，根据专利文献1所记载的方法，根据被一样化的噪声分量的大小，存在如下可能性，在各测定值中一样地包含大的噪声分量的结果、噪声对检测结果的影响变大。
本公开鉴于这样的状况而提出，其目的在于，提供能有效果地减少时间依赖噪声的影响的测定装置以及其测定方法和测定程序。
-用于解决课题的手段-
本公开的第1方式是一种测定装置，具备：N个(N≥2)传感器；选择部，其按每次测定从所述N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个(M＜N)传感器端子各自输出检测值；取得部，其按每次测定取得对所述M个传感器端子各自输出的检测值；补正部，其在进行L次测定后，假定为在由所述取得部取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得所述检测值各自的所述时间依赖噪声分量成为将L个所述时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。
本公开的第2方式是具有N个(N≥2)传感器的测定装置的测定方法，具有如下工序：按每次测定从所述N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个(M＜N)传感器端子各自输出检测值；按每次测定取得对所述M个传感器端子各自输出的检测值；在进行L次测定后，假定为在所取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得所述检测值各自的所述时间依赖噪声分量成为将L个所述时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。
本公开的第3方式是具有N个(N≥2)传感器的测定装置的测定程序，用于使计算机执行如下处理：按每次测定从所述N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个(M＜N)传感器端子各自输出检测值；按每次测定取得对所述M个传感器端子各自输出的检测值；在进行L次测定后，假定为在所取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得所述检测值各自的所述时间依赖噪声分量成为将L个所述时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。
-发明效果-
根据本公开，起到能有效果地减少噪声的影响这样的效果。
附图说明
图1是表示本公开的第1实施方式所涉及的测定装置的系统结构的图。
图2是表示本公开的第1实施方式所涉及的测定装置的硬件结构的一例的图。
图3是表示本公开的第1实施方式所涉及的测定装置的处理的步骤的一例的流程图。
图4是表示本公开的第1实施方式所涉及的扫描矩阵的一例的图。
图5是表示本公开的第1实施方式所涉及的测定装置的系统结构的其他示例的图。
图6是表示本公开的第2实施方式所涉及的测定装置的系统结构的图。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
以下，参照附图来说明本公开所涉及的测定装置以及其测定方法和测定程序的第1实施方式。本实施方式中的测定装置1是测定在给定的空间内产生的物理现象的测定装置，能使用测定该物理现象并将其数值化的传感器。作为一例，能举出输入设备等中使用的传感器。更具体地，例如，测定装置1能运用在触控面板中所用的静电电容式触摸传感器、用于滑动输入的传感器、数字摄像机等图像传感器、三维图像传感器等中。在以下的说明中，将在触控面板中使用、检测检测对象(例如手指)的位置的静电电容式触摸传感器中运用本公开的测定装置的情况作为一例，进行说明。
(测定装置1的结构)
图1是表示本公开的第1实施方式所涉及的测定装置1的系统结构的图。如图1所示那样，本实施方式所涉及的测定装置1具备传感器部2和电路部3作为主要的结构。电路部3具备选择部4、控制部6、检测部(取得部)5、补正部8和输出变换部(解调部)7作为主要的结构。
传感器部2具有N个(N≥2)传感器。本实施方式由于设想触控面板，因此，各传感器例如成为静电电容式的接近传感器(静电电容传感器)。在图1中示出单纯化的空间分布传感器，作为一例，对具备3个传感器(传感器S0、传感器S1、传感器S2)的情况(传感器数N＝3)进行说明。传感器数并不限定于3个。
各传感器输出接近程度作为测定值。在传感器的检测空间中，物体(例如，人的手指、接触笔)越接近传感器，则作为测定结果输出越高的数值。
选择部4按每次测定从N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个(M＜N)传感器端子各自输出检测值。在触摸传感器等中设有大量传感器，但另一方面，出于电路面积、成本等观点，设置与传感器数相等数量的后述的检测电路p1、p2并不现实。为此，检测电路p1、p2的数量比传感器数(N＝3)少。因此，选择部4以给定的组合选择传感器，向检测电路p1、p2输出所选择的传感器的检测值。所选择的传感器的组合在多次测定中分别预先设定。特别地，在进行测定的情况下，选择部4选择包含与前次的测定时不同的传感器的组合的传感器。
在图1的示例中，传感器数为3个(S0～S2)，与此相对，检测电路p1、p2仅存在2个，因此，在某测定定时，从各传感器的测定值选择2个向各检测电路p1、p2输入。
控制部6控制选择部4，以使得按每次测定选择给定的组合的传感器。关于选择传感器的组合，对控制部6预先设定。关于组合型式，例如将测定次数L设为2次，在时刻t1对检测电路p1输入来自传感器S0的检测值，对检测电路p2输入来自传感器S2的检测值，在之后的时刻t2，对检测电路p1输入来自传感器S1的检测值，对检测电路p2输入来自传感器S2的检测值。
测定以给定的时间间隔进行，或在给定的定时进行。具体地，控制部6通过控制选择部4和检测部(取得部)5，来以给定的时间间隔或在给定的定时进行L次测定。即，控制部6进行控制，以使得以预先设定的测定间隔执行各测定。测定间隔预先设定，设定得短，由此能期待抑制真值变化。具体地，优选比设想L次检测的环境变化更早结束全部测定。例如，由于手指接近而传感器的计数值从0变化为100，此外，假定为最快1秒计数值从0变化为100。在该传感器中在1秒之间进行了L次测定的情况下，到执行L次测定为止的期间产生从0向100计数的变化。但若能在0.01秒的期间进行L次测定，则能将则到执行L次测定为止的期间的变化减少到1计数的量。如此地，给定次数的测定期望尽可能短期间内完成。
检测部(取得部)5按每次测定取得对M个传感器端子各自输出的检测值。具体地，检测部5具有与测定次数L同数的M行N列的矩阵即扫描矩阵Zi(0≤i≤L)，在第i次检测中，取得基于Zi而选择的传感器的测定值，作为检测值。检测部5具有与各传感器端子分别连接的M个检测电路，在第i次检测中检测电路j与传感器k连接的情况下，在矩阵Zi的j行k列中存放1，在不与传感器k连接的情况下，则在矩阵Zi的j行k列存放0。在本实施方式中，检测部5由于具备检测电路p1和检测电路p2(M＝2)，通过两次扫描(L＝2)测量3个传感器S0、S1、S2(N＝3)的物理量，因此，具有2行3列的矩阵Z1、Z2。理想阿迪，将各传感器的真值(不含噪声分量的值)向检测电路p1、p2输入，但实际上，在检测电路p1、p2中检测到的值中包含噪声分量(时间依赖噪声分量)。
具体地，在时刻t1的测定中，在将在向检测电路p1输入的检测值Vp1(t1)中发现的噪声设为Np1(t1)、将在向检测电路p2输入的检测值Vp2(t1)中发现的噪声设为Np2(t1)的情况下，若将在检测电路p1和检测电路p2各自中共通发现的时间依赖的噪声分量设为N(t1)，则成为Np1(t1)＝N(t1)和Np2(t1)＝N(t1)的关系。即，在相同定时处的测定中，向各检测电路p1、p2输入的噪声分量相等。各传感器由于相互接近，因此，关于在检测电路p1和检测电路p2中个别发现的噪声，若与噪声分量N(t1)比较近似成足够小，则省略。
另一方面，由于噪声分量具有时间依赖性，因此，若所测定的定时不同，例如在时刻t2，则噪声分量成为N(t2)，从N(t1)发生变化。
在本实施方式中，在时刻t1进行第1次测量，通过参照了扫描矩阵Z1的选择部4，在时刻t1对检测电路p1输入来自传感器S0的检测值，对检测电路p2输入来自传感器S2的检测值。然后，在之后时刻t2，对检测电路p1输入来自传感器S1的检测值，对检测电路p2输入来自传感器S2的检测值。为此，时刻t1处的向检测电路p1的检测值即Vp1(t1)成为以下的式(1)，时刻t1处的向检测电路p2的检测值即Vp2(t1)成为以下的式(2)。
[数学式1]
Vp1(t1)＝VS0+N(t1)     (1)
Vp2(t1)＝VS2+N(t1)     (2)
在此，VS0是传感器S0的检测值的真值，VS2是传感器S2的检测值的真值。所谓真值，是不含噪声分量、理想的传感器的检测值。
在时刻t2也同样，通过参照了扫描矩阵Z2的选择部4，时刻t2处的向检测电路p1的检测值即Vp1(t2)成为以下的式(3)，时刻t2处的向检测电路p2的检测值即Vp2(t2)成为以下的式(4)。
[数学式2]
Vp1(t2)＝VS1+N(t2)     (3)
Vp2(t2)＝VS2+N(t2)    (4)
在此，VS1是传感器S1的检测值的真值。如此地，在各检测电路p1、p2中，对应于每次测定的传感器的组合来输入检测值。若执行了测定次数的量的测定，则将检测到的各信息向后述的补正部8输出。
补正部8假定为在进行L次测定后，在由检测部(取得部)5取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量。然后，补正部8对M×L个检测值各自进行补正，以使得检测值各自的时间依赖噪声分量成为将L个时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。如此地，共通噪声分量是各检测值中所含的时间依赖噪声分量的平均值。具体地，补正部8假定为使用通过多次测定检测到的各检测值而在各检测值中包含各个测定时处的时间依赖噪声分量，算出对真值加上给定数的时间依赖噪声分量的平均值而得到的补正值(补正过的检测值)。
作为具体的处理，补正部8将各检测值设为列向量Vin＝{Vp1(t1)、Vp2(t1)、Vp1(t2)、Vp2(t2)}T，乘以变换矩阵的Mdecode来进行与噪声分量相关的补正。列向量Vin若是基于测定的次数即L和在1次测定中得到的检测值的数量(即，作为检测电路的数量的M)，则用L×M维度列向量(将L×M个要素在纵向上并排的矩阵)表征。在本实施方式中，成为具有2×2＝4的维度的列向量。变换矩阵由于将四维的列向量变换成相同四维的列向量，因此，成为以下的式(5)那样的4×4的矩阵。
[数学式3]
Figure BDA0004023878530000071
式(5)的变换矩阵表示与本实施方式的列向量对应的一例。关于式(5)的导出，之后叙述。如此地，将4行的列向量Vin通过4行4列的矩阵Mdecode补正成4行的列向量V′in。若设为V′in＝{V′p1(t1)、V′p2(t1)、V′p1(t2)、V′p2(t2)}T，则如以下的式(6)那样进行补正。
[数学式4]
Figure BDA0004023878530000072
通过如式(6)那样利用Mdecode对列向量Vin进行变换，补正后的列向量V′in中的各要素被补正成在与各传感器对应的真值上加上时间依赖噪声的平均值作为偏移噪声而得到的值。即，在各检测值上加上相同值的共通噪声分量。换言之，补正部8通过算出L个时间依赖噪声分量的平均值来得到共通噪声分量。补正部8能说是对M×L个检测值各自进行补正，以使得成为使用M×L行M×L列的补正矩阵Mdecode对真的值加上共通噪声分量而得到的值。将所补正的各检测值向后述的输出变换部7输出。
输出变换部7基于由补正部8补正过的M×L个检测值来算出与N个传感器各自对应的检测结果。即，输出变换部7使用补正过的检测值来算出与传感器S0、S1、S2分别对应的检测结果。具体地，将通过式(6)得到的列向量V′in变换为与各传感器对应的值。例如，若将与传感器S0、S1、S2分别对应的检测结果分别设为{V′S0、V′S1、V′S2}T，则如以下的式(7)那样，使用作为变换矩阵的Mout来进行变换。
[数学式5]
Figure BDA0004023878530000081
即，输出变换部7通过对补正过的M×L个检测值使用N行M×L列的解调矩阵Mout，来输出与N个传感器各自对应的检测结果。关于Mout，各矩阵要素的值给最终的偏移噪声的大小带来影响。例如行方向的和若在各行不同，则变得不均等。为此，在Mout中，优先设定行方向的和，以使得在各行相等。行方向的和越小，能越减小偏移量的大小。关于各行方向的和成为零从而抵消噪声的方法，在第2实施方式中进行说明。
如此地，作为与各传感器S0、S1、S2对应的检测结果，得到V′S0、V′S1、V′S2。这些检测结果由于成为在各传感器S0、S1、S2中的测定的真值上加上噪声分量的平均值作为共通噪声分量而得到的值，因此，针对各真值的噪声分量被一样化，抑制了时间依赖噪声分量的影响的偏差。
在本实施方式中，在补正部8中进行基于Mdecode的处理，在输出变换部7中进行基于Mout的处理，但也可以不将处理分开，将变换矩阵设为Mout·Mdecode，汇总成1个矩阵，同时进行算出处理。
在本实施方式中，说明在偏移噪声的均等化中设为各时间依赖噪声的平均值的情况，但只要是通过对各时间依赖噪声在统计上进行处理而算出的共通噪声分量，则并不限定于平均值。但为了有效果地抑制各时间依赖噪声的大小关系所带来的影响，优选使用平均值。
(测定装置1的硬件结构图)
图2是表示本实施方式所涉及的测定装置1的硬件结构的一例的图。
如图2所示那样，测定装置1具备处理器(计算机系统)。测定装置1例如具备CPU11；用于存储CPU11所执行的程序等的ROM(Read Only Memory，只读存储器)12；作为各程序执行时的工作区域发挥功能的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)13；作为大容量存储装置的硬盘驱动器(HDD)14；和用于与网络等连接的通信部15。作为大容量存储装置，也可以使用固态硬盘(SSD)。这些各部经由总线18而连接。
测定装置1可以具备包含键盘、鼠标等的输入部、包含显示数据的液晶显示装置等的显示部等。
用于存储CPU11所执行的程序等的存储介质并不限于ROM12。例如，可以是磁盘、光磁盘、半导体存储器等其他辅助存储装置。
(测定装置1的处理的流程)
接下来，参照图3来说明上述的测定装置1的处理的一例。图3是表示本实施方式所涉及的测定装置1的处理的步骤的一例的流程图。图3所示的流程例如在开始测定的情况下执行。图3所示的流程通过以给定的时间间隔重复执行，来持续地进行测定。
以下所示的一系列处理例如以程序的形式记录于硬盘驱动器14(参照图2)等，通过CPU11将该程序读出到RAM13等并执行信息的加工/运算处理，来实现后述的各种功能。程序可以运用预先安装在ROM12、其他存储介质的状态、以存储于计算机可读的存储介质的状态提供的状态、经由有线或无线的通信单元发布的状态等。所谓计算机可读的存储介质，是磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
首先，选择部4选择与第Ln次的测定次数对应的组合的传感器(S101)。Ln使初始值为1，在初次执行S101的情况下，采用Ln＝1的组合。
接下来，检测部5从所选择的各传感器检测检测值(S102)。
接下来，判定测定的次数是否达到给定值(S103)。在本实施方式中，给定值被设定成2。关于S103的判定处理，例如在控制部6进行。
在测定的次数未达到给定值的情况下(S103的否(NO)判定)，设为Ln→Ln+1，测定次数增加1(S104)，再度执行S101。关于S104的判定处理，例如在控制部6进行。
在测定的次数达到给定值的情况下(S103的是(YES)判定)，补正部8在各个测定中检测到的各检测值中进行将噪声分量均等化的补正(S105)。S105具体通过式(6)进行变换。
接下来，输出变换部7基于进行过补正的各检测值来进行输出变换，算出与传感器分别对应的检测结果(S106)。S106具体通过式(7)来进行变换。
如此地，执行测定装置1中的处理，将噪声的偏移均等化。
(偏移噪声的均等化所带来的效果)
接下来，说明通过上述那样的处理进行的偏移噪声的均等化的效果。
若将上述的列向量Vin通过矩阵来表现，则作为变换矩阵即Mscan与列向量即Videal之积，如以下的式(8)那样表征。
[数学式6]
Figure BDA0004023878530000101
为此，式(6)如以下的式(9)那样表征。
[数学式7]
Figure BDA0004023878530000102
如从式(9)(其他例如式(7))所明确的那样，全部噪声成为1/2，加在真值上。即，偏移噪声被设为N(t1)与N(t2)的平均值，被均等化。
例如，VS0为100，VS1为40，VS2为10。这是手指最接近传感器S0的情况的检测结果示例。并且，N(t1)为100，N(t2)为-20。在这样的状况下，在不进行上述那样的噪声的均等化的情况下，VS0+N(t1)＝100+100＝200，VS1+N(t2)＝40-20＝20，VS2+N(t1)＝10+100＝110。即，本来则算是手指最接近传感器S0的状况，也存在由于噪声的影响而误检测为在传感器S0和传感器S2的附近分别存在手指的可能性。
在该状况下，在使例如噪声与N(t1)和N(t2)的任意1方一致的情况下(设为与N(t1)一致的情况)，VS0+N(t1)＝100+100＝200，VS1+N(t1)＝40+100＝140，VS2+N(t1)＝10+100＝110。即，在N(t1)大的情况下，施加大的偏移，存在真值埋没在噪声中的可能性。
但在本实施方式中，将检测值中所含的偏移噪声设为在不同的测定时得到的多个噪声分量的平均值。即，各测定值中所含的偏移噪声成为(N(t1)+N(t2))/2＝40，能减小偏移噪声的绝对值。
一般，噪声这样随机变化的数值多形容成正态分布。作为正态分布的特性，已知将遵循平均0、方差σ2的正态分布的样本提取K个并加在一起的结果成为平均0、方差K×σ2的正态分布。同样地，已知将遵循平均0、方差σ2的正态分布的样本设为1/K倍的结果成为平均0、方差(σ/K)2的正态分布。为此，若假定为噪声分量N(t)遵循平均0、方差σ2的正态分布，则在将设为1/K倍的噪声分量合计K次的情况下，认为其数值遵循平均0、方差(σ)2/K的正态分布。即，偏移的方差减少到1/K倍。
由此，在本实施方式中，能有效果地减少噪声的影响，可以说能使测定精度提升。
(扫描矩阵Zi和变换矩阵Mdecode的说明)
接下来，说明能进行本公开的功效即偏移噪声的均等化的扫描矩阵Zi和变换矩阵即Mdecode。
(Zi的条件)
构成本公开的传感器电路的任意的扫描矩阵Zi以及Zj(0≤i＜j＜L)满足以下的条件a或条件b。
<条件a>
存在Zi的第p行分量和Zj的第q行分量相同的p、q(0≤p、q＜M)
<条件b>
存在Zi的第p0行分量和Zk0的第q0行分量相同的p0、q0、k0(0≤p0、q0＜M、0≤k0＜L)、
存在Zk0的第p1行分量和Zk1的第q1行分量相同的p1、q1、k0、k1(0≤p1、q1＜M、0≤k0、k1＜L)、
存在Zk1的第p2行分量和Zk2的第q2行分量相同的p1、q2、k1、k2(0≤p2、q2＜M、0≤k1、k2＜L)、
···
存在Zkx-1的第px-1行分量和Zkx的第qx-1行分量相同的Px-1、qx-1、kx-1、kx(0≤px-1、qx-1＜M、0≤kx-1、kx＜L)、
存在Zkx的第px行分量和Zj的第qx行分量相同的px、qx、kx(0≤px、qx＜M、0≤kx、j＜L、0＜x＜L-1)。
例如，图4的上层所示那样的Z1到Z4分别关于Zi以及Zj满足条件a或条件b。具体地，在i＝1、j＝2的情况下，满足条件a。即，UR上层的Z1以及Z2中的R1那样，Z1的第1行和Z2的第1行一致。在i＝1、j＝4的情况下，不满足条件a(上层的Z1以及Z4的行全都不同)，但满足条件b。即，如上层的Z1以及Z3中的R2那样，Z1的第2行和Z3的第2行一致，且如上层的Z3以及Z4中的R3那样，Z3的第1行和Z4的第1行一致。如上层的Z2以及Z4中的R4那样，Z2的第2行和Z4的第2行。
另一方面，由于图4的下层所示那样的扫描矩阵Z1到Z4分别存在不满足条件的i，j，因此，不能作为构成本公开的传感器电路的任意的扫描矩阵利用。在图4的下层，分别将对应的行示出为R5到R8。
若准备上述那样的扫描矩阵Zi，则下述的命题M1成立。
<命题M1>
在扫描矩阵Zi满足条件a或条件b的情况下，在任意的i、j下，必然存在满足以下的式(10)的D(i、j)。
[数学式8]
D(i，j)Vin＝N(ti)-N(tj)    (10)
<命题M1的证明>
根据D(j、i)＝-D(i、j)，在i＜j的情况下命题M1成立时，在i＞j的情况下命题也成立。因而，以后仅证明(i＜j)的情况。首先证明满足条件a的情况。
在某i、j(i<j)满足条件a时，根据条件a的定义，由于时刻ti处的检测电路p和时刻tj处的检测电路q成为相同扫描设定，因此，检测值即Vp(ti)和Vq(tj)除了噪声分量以外一致。为此，若将D(i、j)设为在相当于Vp(ti)的p+M*i列填入1、在相当于Vq(tj)的q+M*j列填入-1、在这以外填入0的行向量，则D(j、j)Vin的值成为从Vp(ti)减去Vq(tj)的值，式(11)成立。
[数学式9]
D(i，j)Vin＝Vp(ti)-Vq(tj)＝N(ti)-N(tj)    (11)
因而，在i、j满足条件a时，命题M1成为真。
接着证明满足条件b的情况。在某i、j满足条件b时，根据定义而以下的式(12)成立。
[数学式10]
Figure BDA0004023878530000131
若将式(12)的左边和右边分别加在一起，则成为以下的式(13)。
[数学式11]
Figure BDA0004023878530000132
因而，只要能若将D(i、j)乘以Vin则成为式(13)的左边，则呈现命题M1。即，若将D(i、j)设为在相当于Vp0(ti)的p0+M*i列填入1、在相当于Vp(u+1)(tku)的p(u+1)+M*ku列填入1、在相当于Vqu(tku)的qu+M*ku列填入-1、在相当于Vqx(tj)的qx+M*j列填入-1、在这以外天赋0的行向量，则D(j、j)Vin的值成为式(13)的左边，结果以下的式(14)成立。
[数学式12]
Figure BDA0004023878530000141
由此，关于条件b的命题M1成立。
通过以上，能证明在扫描矩阵满足条件a或条件b时，必定存在从Vin提取第i次与第j次噪声的差分N(ti)-N(tj)这样的矩阵D(i、j)。
(Mdecode的条件)
构成本专利的传感器电路的M*L行M*L列的矩阵Mdecode满足以下的条件c地作成。
<条件c>
将M*L行M*L列的矩阵Mdecode如下述的式(15)那样分解成M*L个行向量(长度M*L)，在将其第p+M*i个行向量设为H(p、i)时，H(p、i)能使用D(i、k)如以下的式(16)那样表征。
[数学式13]
Figure BDA0004023878530000142
Figure BDA0004023878530000143
在此，One(p、i)是指仅在第p+M*i个列填入1、在这以外的列填入0的行向量。
<命题M2>
将时刻ti处的检测电路p的真值(理想检测值)设为W(p、ti)(仅检测没有噪声的传感器物理量的值)。在Mdecode满足条件c时，如式(17)那样，在输入Vin乘以Mdecode而得到的补正输入V′in的各要素成为真值W(p、ti)与L次测量噪声全部的平均值的和的形式。
[数学式14]
Figure BDA0004023878530000151
<命题M2的证明>
由于只要能以任意的p、i证明以下的式(18)为真，则命题M2也为真，因此，在Mdecode满足条件c时，以任意的p、i证明下述成立。
[数学式15]
Figure BDA0004023878530000152
根据条件c，由于H(p、i)被置换成One(p、i)向量与D(i、k)向量之和，因此，下述的式(19)成立。
[数学式16]
Figure BDA0004023878530000153
根据One(p、i)的定义(在p+L*i列填入1、在这以外填入0的向量)，One(p、i)与Vin之积由于仅选出第p+L*i个要素，因此，成为以下的式(20)。
[数学式17]
One(p，i)Vin＝W(p，i)+N(ti)    (20)
根据D(i、k)的定义即以下的式(21)，成为式(22)。
[数学式18]
D(i，k)Vin＝N(ti)-N(tk)    (21)
Figure BDA0004023878530000161
因而，得到以下的式(23)。
[数学式19]
Figure BDA0004023878530000162
若将N(ti)汇总，则得到以下的式(24)以及式(25)。
[数学式20]
Figure BDA0004023878530000163
Figure BDA0004023878530000164
由于通过式变形能得到要证明的式，因此，命题M2为正。因而，在Mdecode满足条件c时，通过在输入Vin上乘以Mdecode而得到的补正输入V′in成为保持输入Vin的真值不变而仅补正了噪声(全L次噪声的平均值)的值。
通过命题M1以及命题M2的证明示出，通过准备满足条件a或b的扫描矩阵Zi和满足条件c的补正矩阵Mdecode，能得到仅输入Vin的噪声分量全都被补正成相同值全部噪声的平均值)的补正输入V′in。
接下来说明Mdecode的具体例。在本实施方式那样设为L＝2的情况下，需要在i＝t0、j＝t1下满足条件a。具体地，成为存在Zt0的第p行分量和Zt1的第q行分量相同这样的p、q(0≤p、q＜2)成为条件a。一方的检测电路(例如设为p1)若设为不管在哪个时刻都检测相同传感器S2，则作为Zt0的p1分量(第1行)和Zt1的p1分量(第1行)相同，满足条件a。
在这样的情况下，时刻t0的检测电路p1的检测值即Vp1(t0)和时刻t1的检测电路p1的检测值即Vp1(t1)除了噪声以外相同。为此，D(t0、t1)通过如以下的式(26)那样从Vp1(t0)减去Vp1(t1)来得到。D(t1、t0)＝-D(t0、t1)。
[数学式21]
Figure BDA0004023878530000171
在此，在时刻t0检测到的值Vp0(t0)如Vp0(t0)＝VS0+N(t0)那样存在噪声分量N(t0)，但由于仅将噪声分量N(t0)置换成2个噪声的平均值((N(t0)+N(t1))/2)，因此，将以下的式(27)和该Vp0(t0)加在一起即可。
[数学式22]
Figure BDA0004023878530000172
加在一起的结果成为以下的式(28)。
[数学式23]
Figure BDA0004023878530000173
即，若使用以下的式(29)这样的行向量Tp0，t0，则作为仅置换了Vp0(t0)的噪声分量的值，能得到V′p0(t0)。
[数学式24]
Figure BDA0004023878530000181
通过在Vp1(t0)、Vp0(t1)、Vp1(t1)也进行同样的处理，将分别关于它们得到的行向量Tp、t在行方向上并排，能得到4×4的Mdecode。前述的说明是将检测电路设为p0和p1的情况的说明，但在如本实施方式那样将检测电路设为p1和p2的情况下，也同样能导出Mdecode，具体表征为式(5)，如式(6)那样进行计算。
在本实施方式中，说明N＝3、M＝2、L＝2的情况，但并不限定于此。其中优选设为N＜M×L。例如，在图5所示那样设为N＝9、M＝3且设为L＝4的情况下，同样地进行处理，作为4个各时间依赖噪声分量的平均值将偏移均等化。
如以上说明的那样，根据本实施方式所涉及的测定装置以及其测定方法和测定程序，即使是在检测值中包含时间依赖噪声分量的情况，也能通过使用每次测定的各检测值来补正各检测值，以使得各检测值中所含的时间依赖噪声分量分别成为对在不同测定时取得的多个检测值在统计上进行处理而得到的共通噪声分量(平均值)，由此能将各检测值的噪声分量均等化。为此，能抑制噪声分量给真值的影响的偏差，能使测定的精度提升。
通过共通噪声分量是平均值，即使是在各时间依赖噪声分量的值中有大的偏差的情况，也能有效果地减少噪声分量的影响。例如，在使时间依赖噪声与成为某基准的测定时的测定值中所含的时间依赖噪声一致的情况下，若设为基准的时间依赖噪声大，则即使进行一样化，也存在真值埋没在噪声中的可能性，但若将共通噪声分量设为平均值，则能抑制真值埋没在噪声中的可能性。
在测定时，由于将与前次的测定时不同传感器组合并选择，因此，能按每次测定改变组合，来有效率地进行测定。通过预先设定各测定的组合，能使用合适的变换矩阵进行变换。
通过以给定的时间间隔、在给定的定时进行测定，能合适地执行各测定。例如，通过缩短时间间隔，能抑制真值发生变化，能使测定精度提升。
通过使用补正过的检测值来算出与传感器分别对应的检测结果，能得到与各传感器对应的检测结果。
通过使用静电电容传感器，能抑制噪声分量，能更正确地掌握手指等测定对象物的位置。
〔第2实施方式〕
接下来，说说嘛本公开的第2实施方式所涉及的测定装置以及其测定方法和测定程序。
在本实施方式中，说明将在输出变换部7中进行过均等化的偏移噪声抵消的情况。以下，关于本实施方式所涉及的测定装置以及其测定方法和测定程序，对于与第1实施方式共通的点省略说明，主要说明不同点。
图6是表示本实施方式中的测定装置1的系统结构的图。在本实施方式中，具备由S0到S3的传感器构成的共计4个传感器，进而，选择部4具备合成值算出部9。选择部4(合成值算出部9)基于所选择的传感器的测定值来算出合成输出值了，作为检测值输出。合成值算出部9例如具备反相放大电路和加法运算电路。可以在合成值算出部9中设置以1倍以外的倍率进行放大的放大电路等。选择部4通过开关来控制连接状态，在合成值算出部9中，对所选择的各传感器的检测值进行加法运算及/或减法运算，来生成合成输出值。在这样算出合成输出值的情况下，补正部8补正各合成输出值(检测值)。
然后，本实施方式中的输出变换部7通过使补正过的M×L个检测值各自中均等地包含的共通噪声分量相抵，来输出与N个传感器各自对应的检测结果。即，输出变换部7在补正后，使各检测值(各合成输出值)中均等地包含的偏移噪声(共通噪声分量)相抵，使用偏移噪声相抵后的各检测值，来输出与传感器分别对应的检测结果。例如，将测定次数设为5次，在时刻t0到t5分别进行测定。若将合成输出值设为W0到W5，则通过5次测定得到的各合成输出值的列向量如以下的式(30)那样。
[数学式25]
Figure BDA0004023878530000201
若对式(30)这样的列向量与式(6)等同样地进行噪声的均等化，则成为以下的式(31)那样的计算。
[数学式26]
Figure BDA0004023878530000211
如此地，对合成输出值也将噪声分量平均值来在各合成输出值之间进行均等化。但在该阶段，由于合成输出值是将各传感器的检测值合成而得到的值，因此，并不表征与各传感器对应的检测结果。为此，在输出变换部7中进行变换。例如，将各合成输出值使用各传感器的检测值如以下的式(32)那样定义。在式(32)的合成输出值中，以将2个传感器的值加载器一起的值(W0＝VS0+VS1、W1＝VS2+VS3)为基准，准备减去一方的值(W2＝VS0-VS1、W3＝VS2-VS3、W4＝-VS0+VS1、W5＝-VS2+VS3)的组合。
[数学式27]
Figure BDA0004023878530000221
若基于式(32)，则能导出用于从合成输出值复原各传感器的检测值的Mout(复原矩阵)。这时，设定复原矩阵，以使得在Mout中行方向的矩阵要素的合计(相等的行中所含的各列要素的和)成为零。具体地，使用复原矩阵，如以下的式(33)那样进行复原。
[数学式28]
Figure BDA0004023878530000231
即，通过如式(32)那样准备各合成输出值，如式(33)那样，使2个合成输出值的减法运算的结果成为一半，示出某传感器的检测值。
在此，在各合成输出值中，如式(31)所示那样，分别包含均等化的噪声分量(平均值)。为此，若使用式(31)的均等化的合计输出值计算式(33)，则在式(33)那样从某合成输出值减去某合成输出值的情况下，均等化的噪声分量被抵消。为此，通过式(33)算出的VS0-VS3分别理想地成为各传感器的检测值的真值。即，偏移噪声的绝对值成为零。在此，输出变换部7可以说使用了将任意的行中所含的各矩阵要素在列方向相加而得到的和成为零的解调矩阵Mout。
本实施方式并不限定于组合成第1实施方式的情况。具体地，本实施方式的输出变换部7在补正各合成输出值以使得各合成输出值中所含的时间依赖噪声分量被均等化的情况下(即偏移噪声能共通的起落)，能广泛运用。在将各合成输出值中所含的时间依赖噪声分量均等化的情况下，输出变换部7使各合成输出值中均等地包含的时间依赖噪声分量相抵，能使用时间依赖噪声分量相抵后的各合成输出值来输出与传感器分别对应的检测结果。
如以上说明的那样，根据本实施方式所涉及的测定装置以及其测定方法和测定程序，在将各合成输出值中所含的时间依赖噪声分量均等化的情况下，由于在各合成输出值中均等地包含的时间依赖噪声分量相抵，因此，能有效果地抑制噪声分量，来得到各传感器的检测结果(例如真值)。即，能使测定精度有效果地提升。
通过基于所选择的传感器的检测值来算出合成输出值，对各合成输出值进行补正，还能应对将多个传感器的检测值合成的情况。例如，还能应对复杂的电路结构。
本公开并不仅限定于上述的实施方式，能在不脱离发明的要旨的范围内进行种种变形实施。还能组合各实施方式。
在上述实施方式中，说明了将共通噪声分量设为平均值的情况，但只要是对分别在不同的测定时取得的多个检测值在统计上进行处理而得到的值，则还能运用其他统计量(例如中间值等)。
-符号说明-
1：测定装置
2：传感器部
3：电路部
4：选择部
5：检测部(取得部)
6：控制部
7：输出变换部
8：补正部
9：合成值算出部
11：CPU
12：ROM
13：RAM
14：硬盘驱动器
15：通信部
18：总线
S0：传感器
S1：传感器
S2：传感器
S3：传感器
p1：检测电路
P2：检测电路。

Claims (12)

1.一种测定装置，其特征在于，具备：
N个传感器，其中N≥2；
选择部，其按每次测定从所述N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个传感器端子各自输出检测值，其中M＜N；
取得部，其按每次测定取得对所述M个传感器端子各自输出的检测值；和
补正部，其在进行L次测定后，假定为在由所述取得部取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得所述检测值各自的所述时间依赖噪声分量成为将L个所述时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其中，
所述补正部使用M×L行M×L列的补正矩阵来对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得成为在真的值上加上所述共通噪声分量而得到的值。
3.根据权利要求1或2所述的测定装置，其中，
所述测定装置具备：控制部，其进行控制，以使得在各测定中，所述选择部选择给定的组合的传感器。
4.根据权利要求3所述的测定装置，其中，
所述控制部通过控制所述选择部和所述取得部，来以给定的时间间隔或在给定的定时进行所述L次测定。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的测定装置，其中，
所述选择部基于所述测定值来算出合成输出值，作为所述检测值输出。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的测定装置，其中，
所述测定装置具备：输出变换部，其基于由所述补正部补正过的所述M×L个检测值来算出与所述N个传感器各自对应的检测结果。
7.根据权利要求6所述的测定装置，其中，
所述输出变换部通过使在补正过的所述M×L个检测值各自中均等地包含的所述共通噪声分量相抵，来输出与所述N个传感器各自对应的检测结果。
8.根据权利要求6或7所述的测定装置，其中，
所述输出变换部通过对补正过的所述M×L个检测值使用N行M×L列的解调矩阵，来输出与所述N个传感器各自对应的检测结果。
9.根据权利要求8所述的测定装置，其中，
所述输出变换部使用将任意的行中所含的各矩阵要素在列方向上相加而得到的和成为零的所述解调矩阵。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的测定装置，其中，
所述N个传感器各自是静电电容传感器。
11.一种测定方法，是具有N个传感器的测定装置的测定方法，其中N≥2，其特征在于，所述测定方法具有如下工序：
按每次测定从所述N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个传感器端子各自输出检测值，其中M＜N；
按每次测定取得对所述M个传感器端子各自输出的检测值；
在进行L次测定后，假定为在所取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得所述检测值各自的所述时间依赖噪声分量成为将L个所述时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。
12.一种测定程序，是具有N个传感器的测定装置的测定程序，其中N≥2，其特征在于，所述测定程序用于使计算机执行如下处理：
按每次测定从所述N个传感器中选择给定的组合的传感器，基于所选择的传感器的测定值来对M个传感器端子各自输出检测值，其中M＜N；
按每次测定取得对所述M个传感器端子各自输出的检测值；
在进行L次测定后，假定为在所取得的M×L个检测值各自中包含时间依赖噪声分量，对所述M×L个检测值各自进行补正，以使得所述检测值各自的所述时间依赖噪声分量成为将L个所述时间依赖噪声分量在时间轴方向上平均化而得到的值即共通噪声分量。
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