JP2005091139A - Capacity detecting sensor, fingerprint sensor, and capacity detecting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、容量検出センサ、指紋センサ及び容量検出方法に関する。 The present invention relates to a capacitance detection sensor, a fingerprint sensor, and a capacitance detection method.
バイオメトリクスの中で最も有望とされる指紋センサ部において、指紋の隆線と谷の形状を検出するエリア型の指紋センサが必要とされている。その一例として、所定の間隔で列配線(駆動線)と行配線(検出線)とを2枚のフィルムの表面にそれぞれ形成し、必要な絶縁膜等を追加して所定の間隔を持って対向して配置したエリア型の容量検出センサが考えられる。このエリア型センサ部においては、指を置いたときに指紋の形状に倣ってフィルム面が変形するため、列配線と行配線との間隔が場所によって変化し、微小な容量変化として検出される感圧式のセンサとして機能する。
このエリア型センサ部においては、数十フェムト・ファラッドに満たない微小な容量変化を、列配線と行配線が交差する各々のポイントにおいて、マトリックス状に検出する必要がある。このため、検出回路においては、容量変化が微小であるため、高感度であることが要求されるばかりではなく、人体から伝達されるノイズや回路系のノイズに対する耐性があることが要求される。
この感圧式センサの他に、列配線と行配線に接続した電極に指などの導体または誘電体が近接することによる電極からの電気力線の変化に応じてこの電極の容量変化を検出して、指紋形状を検出する方法も提案されている。これも同様に、検出回路においては、さらに容量変化が微小であるため高感度であることが要求されるばかりではなく、人体等から伝達されるノイズを除去することが要求される。
In the fingerprint sensor part which is most promising among biometrics, an area type fingerprint sensor for detecting the shape of fingerprint ridges and valleys is required. As an example, column wiring (drive lines) and row wiring (detection lines) are formed on the surface of two films at a predetermined interval, and a necessary insulating film is added to face each other with a predetermined interval. An area-type capacitance detection sensor arranged in this manner can be considered. In this area-type sensor unit, when the finger is placed, the film surface is deformed following the shape of the fingerprint. Therefore, the distance between the column wiring and the row wiring changes depending on the location, and is detected as a minute capacitance change. Functions as a pressure sensor.
In this area type sensor unit, it is necessary to detect a minute change in capacitance that is less than several tens of femto farads in a matrix at each point where the column wiring and the row wiring intersect. For this reason, since the capacitance change in the detection circuit is minute, it is required not only to have high sensitivity but also to be resistant to noise transmitted from the human body and circuit system noise.
In addition to this pressure-sensitive sensor, the capacitance change of this electrode is detected according to the change in the lines of electric force from the electrode due to the proximity of a conductor such as a finger or a dielectric to the electrode connected to the column wiring and row wiring. A method for detecting a fingerprint shape has also been proposed. Similarly, the detection circuit is required not only to have high sensitivity because the capacitance change is minute, but also to remove noise transmitted from the human body or the like.
この容量検出に応用できる従来技術としては、例えば、特許文献1に記載されているように、容量値の変化をスイッチトキャパシタ部により電気信号に変換する検出回路が挙げられる。これは、第1のセンサ駆動信号で駆動され検出対象の容量変化を検出するセンサ容量素子と、第2のセンサ駆動信号で駆動され検出回路基準容量となる参照容量素子とが共通のスイッチトキャパシタ回路に接続され、相互に位相差90度の出力信号を持つ第1及び第2のサンプルホールド部がそれぞれの信号をサンプリングした後に、サンプリング結果の差を求めることにより検出信号を得ることができる。
この検出回路は、共通のスイッチトキャパシタ回路において、検出対象となる容量Csは帰還容量Cfに反比例した安定した検出が可能となり、かつ、スイッチトキャパシタ回路のリセットスイッチ(帰還制御スイッチ)のゲート電極に蓄積された電荷Qdの影響、つまり、フィードスルー容量の影響が相殺される。また、スイッチトキャパシタ回路の基準電位のオフセット成分や入力信号などに含まれる低周波のノイズに対しては、2つのサンプリング結果の差を求めることによりある程度除去できる効果も期待される。
また、特許文献1の第3実施例の図4に開示されているように、スイッチトキャパシタの後段にハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを挿入することよりノイズ除去が可能である。
In this detection circuit, in a common switched capacitor circuit, the capacitance Cs to be detected can be stably detected in inverse proportion to the feedback capacitance Cf, and is stored in the gate electrode of the reset switch (feedback control switch) of the switched capacitor circuit. The influence of the charged charge Qd, that is, the influence of the feedthrough capacity is offset. Further, it is expected that the low-frequency noise included in the offset component of the reference potential of the switched capacitor circuit or the input signal can be removed to some extent by obtaining the difference between the two sampling results.
Further, as disclosed in FIG. 4 of the third embodiment of
しかしながら、上述の構成によって除去可能なノイズは、スイッチトキャパシタの後段以降で発生するノイズであり、スイッチトキャパシタより前段で混入するノイズに対して除去しにくい、または、まったく除去することが出来ない。
これは、スイッチトキャパシタ部がリセットスイッチを開いている間中、信号、ノイズにかかわらず、入力電流を蓄積し、チャージ量に応じた電圧を出力するからである。したがって、この電圧を後段で単にフィルタにかけても、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝導するノイズは除去しにくい、または、全く除去できないという問題点があった。
However, the noise that can be removed by the above-described configuration is noise that occurs after the switched capacitor and is difficult to remove with respect to noise mixed before the switched capacitor or cannot be removed at all.
This is because the input current is accumulated and the voltage corresponding to the charge amount is output regardless of the signal and noise while the switched capacitor unit opens the reset switch. Therefore, even if this voltage is simply filtered at a later stage, there is a problem that noise picked up by the sensor unit and noise conducted from the human body to the sensor unit are difficult to remove or cannot be removed at all.
以下、この問題について図面を参照して説明する。図9、10、11は、それぞれ従来例の構成における波形図、人体からセンサへ伝導するノイズ混入経路を示す等価回路図、人体からセンサへ伝導するノイズ混入経路を示す説明図である。
図9において、検出電流は、オペアンプの負入力端子線に流れる検出電流である。
フィルタで除去しにくい例として、検出電流N1のように、点線で示したノイズがあるとすると、CV出力電圧N1のようなオペアンプ出力となるが、フィルタは真値の過渡応答の都合により帯域が限定されてしまうので、このようなノイズ成分は除去しにくい。
同様に、フィルタで全くノイズを除去できない例として、検出電流N2のように、真値と同時に点線で示したノイズが重なった場合、CV出力電圧N2の点線のようなオペアンプ出力となるが、ノイズ電流の出力には周波数変動として全く現れないため、当然後段にフィルタを設けてもまったくノイズを除去することが出来ない。
Hereinafter, this problem will be described with reference to the drawings. 9, 10, and 11 are respectively a waveform diagram, an equivalent circuit diagram showing a noise mixing path conducted from the human body to the sensor, and an explanatory diagram showing a noise mixing path conducted from the human body to the sensor.
In FIG. 9, the detection current is a detection current flowing through the negative input terminal line of the operational amplifier.
As an example that is difficult to remove with a filter, if there is a noise indicated by a dotted line, such as the detection current N1, an operational amplifier output such as a CV output voltage N1 is obtained. Such a noise component is difficult to remove because it is limited.
Similarly, as an example in which noise cannot be completely eliminated by the filter, when the noise indicated by the dotted line simultaneously with the true value overlaps like the detection current N2, the operational amplifier output becomes the dotted line of the CV output voltage N2. Since no current fluctuation appears at all in the current output, naturally noise cannot be removed even if a filter is provided in the subsequent stage.
さらに、図11に示すように、感圧式センサは、フィルムで絶縁され、配線を駆動する回路のインピーダンスが低い場合であっても、配線抵抗があるため、指を近づけたときに「指、フィルム、配線」の順、すなわち、指(電極)、フィルム(誘電体)、配線(電極)のコンデンサが形成され、人体が発するノイズが配線に結合されるので、センサの出力電流には、人体が発するノイズが重畳している。
ましてや、列配線と行配線に接続した電極に指などの導体または誘電体が近接することによる電極からの電気力線の変化に応じて電極の容量変化を検出するセンサでは、外界から受ける電磁波などにより、指などの導体または誘電体の電位が変動すると、当然電気力線も変動するため、センサの出力電流にノイズが重畳する。
以上のように、従来例では、スイッチトキャパシタにおいて、重畳されたノイズ電流を含んだ状態でフィードバック容量で充電されてしまうため、単に後段にフィルタを設けるだけではノイズ低減効果が小さいか、まったく低減できないという問題があった。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the pressure-sensitive sensor is insulated with a film, and even when the impedance of the circuit that drives the wiring is low, there is wiring resistance. , Wiring ”, that is, capacitors of fingers (electrodes), films (dielectrics), and wirings (electrodes) are formed, and noise generated by the human body is coupled to the wiring. Noise generated is superimposed.
In addition, sensors that detect changes in the capacitance of electrodes in response to changes in the lines of electric force from the electrodes due to the proximity of conductors or dielectrics such as fingers to the electrodes connected to the column wiring and row wiring, electromagnetic waves received from the outside, etc. Thus, when the potential of a conductor such as a finger or the dielectric varies, the lines of electric force naturally also vary, so noise is superimposed on the output current of the sensor.
As described above, in the conventional example, the switched capacitor is charged with the feedback capacitor in a state including the superimposed noise current. Therefore, the noise reduction effect is small or cannot be reduced at all by simply providing a filter in the subsequent stage. There was a problem.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができる容量検出センサ、指紋センサ及び容量検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to detect capacitance picked up by the sensor unit and noise transmitted from the human body to the sensor unit and to improve the S / N ratio. It is to provide a sensor, a fingerprint sensor, and a capacity detection method.
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、駆動信号を出力する駆動信号発生部と、前記駆動信号を変調する変調波を出力する変調波発生部と、前記駆動信号と前記変調波とを乗算した印加信号波を出力する第1の掛算器と、前記第1の掛算器から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出するセンサ部と、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換するCV変換部と、前記変調波発生部から入力する前記変調波の位相を、前記CV変換部が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させる位相調整部と、前記位相調整部から入力する変調波と、前記CV変換部から入力する印加信号波とを乗算する第2の掛算器と、前記第2の掛算器から入力する信号のうち、前記駆動信号発生部で発生した駆動信号の周波数成分を取り出すフィルタ部とを具備することを特徴とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The present invention provides a drive signal generation unit that outputs a drive signal, a modulation wave generation unit that outputs a modulation wave that modulates the drive signal, and the drive signal. And a first multiplier that outputs an applied signal wave obtained by multiplying the modulated wave by the modulation wave, and a change in capacitance at the intersection of the drive line and the detection line, using the applied signal wave input from the first multiplier as a drive signal. A sensor unit for detection, a CV conversion unit for converting a capacitance change input from the sensor unit into a voltage, and a phase of the modulation wave input from the modulation wave generation unit are voltage-converted by the CV conversion unit. A phase adjustment unit that matches the phase of the applied signal wave, a second multiplier that multiplies the modulated wave input from the phase adjustment unit, and the applied signal wave input from the CV conversion unit, and the second multiplication. Of the signals input from the instrument Characterized by comprising a filter unit for taking out a frequency component of the driving signal generated by the drive signal generating unit.
また、本発明は、前記センサ部は、複数の駆動線に対して、複数の検出線をマトリックス状に配設したエリア型センサであることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the sensor unit is an area type sensor in which a plurality of detection lines are arranged in a matrix for a plurality of drive lines.
また、本発明は、前記センサ部は、複数の駆動線に対して、1本の検出線が形成されたライン型センサであることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the sensor unit is a line type sensor in which one detection line is formed for a plurality of drive lines.
また、本発明は、容量検出センサを指紋センサとして用いることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the capacitance detection sensor is used as a fingerprint sensor.
また、本発明は、駆動信号発生部が、駆動信号を出力し、変調波発生部が、前記駆動信号を変調する変調波を出力し、第1の掛算器が、前記駆動信号と前記変調波とを乗算した印加信号波を出力し、センサ部が、前記第1の掛算器から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、CV変換部が、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、位相調整部が、前記変調波発生部から入力する前記変調波の位相を、前記CV変換部が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させ、第2の掛算器が、前記位相調整部から入力する変調波と、前記CV変換部から入力する印加信号波とを乗算し、フィルタ部が、前記第2の掛算器から入力する信号のうち、前記駆動信号発生部で発生した駆動信号の周波数成分を取り出すことを特徴とする。 In the present invention, the drive signal generation unit outputs the drive signal, the modulation wave generation unit outputs the modulation wave that modulates the drive signal, and the first multiplier includes the drive signal and the modulation wave. And the sensor unit detects a change in capacitance at the intersection of the drive line and the detection line using the applied signal wave input from the first multiplier as a drive signal, and a CV conversion unit Converts the capacitance change input from the sensor unit into a voltage, and the phase adjustment unit converts the phase of the modulation wave input from the modulation wave generation unit into a voltage-converted applied signal wave output from the CV conversion unit. And the second multiplier multiplies the modulation wave input from the phase adjustment unit by the applied signal wave input from the CV conversion unit, and the filter unit from the second multiplier. Of the input signals, generated by the drive signal generator And wherein the retrieving the frequency component of the driving signal.
以上説明したように、本発明によれば、駆動信号発生部が、駆動信号を出力し、変調波発生部が、駆動信号を変調する変調波を出力し、第1の掛算器が、駆動信号と変調波とを乗算した印加信号波を出力し、センサ部が、第1の掛算器から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、CV変換部が、センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、位相調整部が、変調波発生部から入力する変調波の位相を、CV変換部が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させ、第2の掛算器が、位相調整部から入力する変調波と、CV変換部から入力する印加信号波とを乗算し、フィルタ部が、第2の掛算器から入力する信号のうち、駆動信号発生部で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
したがって、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができる効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the drive signal generation unit outputs the drive signal, the modulation wave generation unit outputs the modulation wave that modulates the drive signal, and the first multiplier outputs the drive signal. And an applied signal wave obtained by multiplying the modulated wave by the sensor unit, the sensor unit detects a change in capacitance at the intersection of the drive line and the detection line using the applied signal wave input from the first multiplier as a drive signal, and CV The conversion unit converts the capacitance change input from the sensor unit into a voltage, the phase adjustment unit converts the phase of the modulation wave input from the modulation wave generation unit, and the phase of the voltage-converted applied signal wave output from the CV conversion unit And the second multiplier multiplies the modulated wave input from the phase adjustment unit by the applied signal wave input from the CV conversion unit, and the filter unit out of the signals input from the second multiplier The frequency component of the drive signal generated by the drive signal generator It is.
Therefore, it is possible to reduce the noise picked up by the sensor unit and the noise transmitted from the human body to the sensor unit, and to improve the SN ratio.
また、本発明によれば、センサ部を複数の駆動線に対して、複数の検出線をマトリックス状に配設したエリア型センサで構成する。
したがって、駆動線と検出線がマトリックス状になったエリア型センサを構成できるため、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができるとともに、ユーザの操作性を向上させることができる効果が得られる。
Further, according to the present invention, the sensor unit is constituted by an area type sensor in which a plurality of detection lines are arranged in a matrix with respect to a plurality of drive lines.
Accordingly, since an area type sensor in which drive lines and detection lines are arranged in a matrix can be configured, noise picked up by the sensor unit and noise transmitted from the human body to the sensor unit can be reduced, and the SN ratio can be improved. The effect which can improve the operativity of is acquired.
また、本発明によれば、センサ部を、複数の駆動線に対して、1本の検出線が形成されたライン型センサで構成する。
したがって、駆動線が1列のみのライン型センサを構成できるため、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができるとともに、回路の小型化、コストダウンを図ることができる効果が得られる。
Further, according to the present invention, the sensor unit is configured by a line type sensor in which one detection line is formed for a plurality of drive lines.
Therefore, since a line type sensor having only one row of drive lines can be configured, noise picked up by the sensor unit and noise transmitted from the human body to the sensor unit can be reduced, the SN ratio can be improved, and the circuit can be downsized. The effect that a cost reduction can be aimed at is acquired.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
以下、図面を参照して、本発明の容量検出センサの一実施形態について説明する。図1は、本実施形態の容量検出センサの構成図である。
本実施形態の容量検出センサは、駆動信号発生部1と、変調波発生部2と、掛算器3と、切替部4と、センサ部5と、CV変換部6と、掛算器7と、位相調整部8と、フィルタ部9と、振幅検出部10と、セレクタ部16と、AD変換部11とから主として構成される。
駆動信号発生部1は、センサ部5に供給される駆動信号を生成し、掛算器3に出力する。今、この駆動信号をAcosωctと定義する。
変調波発生部2は、駆動信号発生部1において生成される駆動信号を変調する変調波を生成し、掛算器3及び位相調整部8に出力する。同様に、この変調波をBcosωmtと定義する。
掛算器3は、駆動信号発生部1から入力する駆動信号Acosωctと変調波発生部2から入力する変調波Bcosωmtとを乗算した印加信号波Acosωct・Bcosωmtを切替部4に出力する。
Hereinafter, an embodiment of a capacitance detection sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a capacitance detection sensor according to the present embodiment.
The capacitance detection sensor according to the present embodiment includes a drive
The drive
The modulated
The multiplier 3 switches the applied signal wave Acos ω c t · B cos ω m t obtained by multiplying the drive signal A cos ω c t input from the drive
切替部4は、センサ部5の駆動線側に接続されており、掛算器3から入力する印加信号波Acosωct・Bcosωmtを制御部(図示せず)から入力する制御信号に基づいて選択された1つの駆動線に出力する。なお、切替部4は、選択していないすべての出力(つまり、選択された1本以外)は一定の直流電圧、例えば、グラウンドに接続されるようにしてある。
センサ部5は、切替部4側の複数の駆動線12に対して、CV変換部6側に複数の検出線13をマトリックス状に配設したエリア型、あるいは、切替部4側の複数の駆動線12に対して、CV変換部6側に1本の検出線13が形成されたライン型の容量検出型指紋センサであって、掛算器7から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線12と検出線13との交差点における容量変化を検出する。具体的には、図2に示すように、駆動線12と検出線13との交差点において、当該駆動線12上の近傍点と当該検出線13上の近傍点との間に設けられたコンデンサの容量に比例した印加信号波が検出線13から出力される。
Switching unit 4 is connected to the driving line side of the sensor unit 5, based on the control signal input of the applied signal wave Acosω c t · Bcosω m t input from multiplier 3 from a control unit (not shown) Output to one selected drive line. Note that the switching unit 4 is configured so that all unselected outputs (that is, other than the selected one) are connected to a constant DC voltage, for example, ground.
The sensor unit 5 is an area type in which a plurality of detection lines 13 are arranged in a matrix on the
CV変換部6は、例えば、図3に示すように構成され、センサ部5の検出線13から入力する容量変化、すなわち、コンデンサの容量に比例した印加信号波kAcosωct・Bcosωmtを電圧に変換し、掛算器7に出力する。ただし、kは比例定数を示す。なお、図3に示す構成例は実装に応じて当業者が適宜選択するものであり、本願発明の要旨を変更しない設計変更等は、本発明に含まれるものである。
ここで、本願発明で問題としているノイズ混入について考えてみる。CV変換部6以前に混入するノイズをCcosωntとすると、ノイズが混入した場合、CV変換部6の出力はkAcosωct・Bcosωmt+Ccosωntとなる。以下、このノイズ混入を考慮した印加信号波を検出波という。
位相調整部8は、変調波発生部2から入力する変調波の位相を、CV変換部6が出力する検出波の位相と一致させる。具体的には、位相調整部8は、センサ部5からCV変換部6で遅延する検出波の位相と変調波の位相が等しくなるように、変調波の位相を遅延させて、掛算器7に出力する。この位相調整部8の出力をDcosωmtとする。
For example, the
Here, let us consider the noise mixing which is a problem in the present invention. If the noise mixed before the
The
掛算器7は、位相調整部8から入力する変調波と、CV変換部6から入力する検出波とを乗算して、フィルタ部9に出力する(後述する)。
フィルタ部9は、掛算器7から入力する信号のうち、駆動信号発生部1で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
振幅検出部10は、例えば、図4に示すようなピークホールド回路で構成され、フィルタ部9により抽出された駆動信号の周波数成分の振幅を検出し、この振幅と等しいDCレベルを出力する。なお、図4に示す構成例は実装に応じて当業者が適宜選択するものであり、本願発明の要旨を変更しない設計変更等は、本発明に含まれるものである。
なお、CV変換部6より後段の掛算器7、フィルタ部9、振幅検出部10の組は、検出線数と対応する分だけ複数設けられる。
セレクタ部16は、振幅検出部10の振幅出力を選択し,AD変換部11に出力する。
AD変換部11は、セレクタ部16からの振幅出力をAD変換し、指紋形状に比例したデジタル出力を取り出す。
The multiplier 7 multiplies the modulation wave input from the
The
For example, the
Note that a plurality of sets of multipliers 7, filters 9, and
The
The
次に、図面を参照して、本実施形態の容量検出センサの動作について説明する。図5は、本実施形態の容量検出センサの各ブロックの波形図である。
図5に示すように、まず駆動信号発生部1において、駆動信号Acosωctが生成され、変調波発生部2において、変調波Bcosωmtが生成される。この駆動信号Acosωctと変調波Bcosωmtとは、掛算器3によって乗算され、印加信号波Acosωct・Bcosωmtが切替部4に出力される。
切替部4において、制御部からの制御信号に基づいて、複数の駆動線12及び対応する検出線13が順次スキャンされる。このとき、選択されたj番目の駆動線12に印加信号波が順次供給されて、交差部分に設けられたコンデンサの容量に比例する信号(検出波)が対応する検出線13より出力される。
Next, the operation of the capacitance detection sensor of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a waveform diagram of each block of the capacitance detection sensor of the present embodiment.
As shown in FIG. 5, first, the drive
In the switching unit 4, the plurality of drive lines 12 and corresponding detection lines 13 are sequentially scanned based on a control signal from the control unit. At this time, the applied signal wave is sequentially supplied to the selected j-th drive line 12 and a signal (detection wave) proportional to the capacitance of the capacitor provided at the intersection is output from the corresponding detection line 13.
一方、位相調整部8において、変調波が入力されると、センサ部5からCV変換部6で遅延する検出波の位相と変調波の位相が等しくなるように、変調波の位相が遅延されて、掛算器7に出力される。
掛算器7において、位相調整部8から入力する変調波Dcosωmtと、CV変換部6から入力する検出波(kAcosωct・Bcosωmt+Ccosωnt)とが乗算される。
すなわち、
In the multiplier 7, the modulated wave D cosω m t input from the
That is,
ここで、第1項は、駆動信号発生部1で発生した信号と同じ周波数成分のみである。また、第2項は、変調波発生部2で発生した信号の2倍の周波数2ωmを中心にノイズの周波数分±ωn離れた成分である。つまり、図6に示すように、ノイズの周波数成分は、変調波発生部2で発生した信号の周波数ωm付近に移動する。
ここで、フィルタ部9は第1項のみを抽出するように構成することで、センサ部5の容量変化に応じた振幅の正弦波を取り出すことができる。そして、必要に応じて、セレクタ部16において、振幅検出部10の振幅出力を選択し、AD変換部11を通すことで所望の信号を取り出すことができる。
すなわち、以上よりCV変換部6以前に混入するノイズを抑圧することができる。なお、本実施形態においては、説明の簡単化のため、ノイズの周波数をωmとして説明したが、重ね合わせの定理により、ノイズ周波数が複数あるような場合であっても、以上の説明が成り立つことは明らかである。
Here, the first term is only the same frequency component as the signal generated by the
Here, by configuring the
That is, it is possible to suppress noise mixed before the
以上説明したように、本実施形態の容量検出センサによれば、駆動信号発生部1が、駆動信号を出力し、変調波発生部2が、駆動信号を変調する変調波を出力し、掛算器3が、駆動信号と変調波とを乗算した印加信号波を出力し、センサ部5が、掛算器3から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、CV変換部6が、センサ部5から入力する容量変化を電圧に変換し、位相調整部8が、変調波発生部2から入力する変調波の位相を、CV変換部6が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させ、掛算器7が、位相調整部8から入力する変調波と、CV変換部6から入力する印加信号波とを乗算し、フィルタ部9が、掛算器7から入力する信号のうち、駆動信号発生部1で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
したがって、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができる効果が得られる。
As described above, according to the capacitance detection sensor of the present embodiment, the drive
Therefore, it is possible to reduce the noise picked up by the sensor unit and the noise transmitted from the human body to the sensor unit, and to improve the SN ratio.
以下、図面を参照して、本発明の容量検出センサの第2の実施形態について説明する。図7は、本実施形態の容量検出センサの構成図である。
本実施形態の容量検出センサが、第1の実施形態と異なる点は、複数のCV変換部6の出力を切り替える切替部15を設け、CV変換部6より後段の掛算器7、フィルタブ9、振幅検出部10の組を1つとした点である。
すなわち、センサ部5は、第1の実施形態と同様に、順次スキャンされ、複数のCV変換部6に検出波が出力される。各CV変換部6は、検出波をCV変換して切替部15に出力する。切替部15は、複数のCV変換部6の出力をスキャン順に切り替えて、入力する検出波を掛算器7に出力する。
そして、掛算器7、位相調整部8、フィルタ部9、振幅検出部10は、第1の実施形態と同様に動作して、駆動信号発生部1で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
Hereinafter, a second embodiment of the capacitance detection sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a configuration diagram of the capacitance detection sensor of the present embodiment.
The capacity detection sensor of the present embodiment is different from the first embodiment in that a switching unit 15 that switches the outputs of a plurality of
That is, the sensor unit 5 is sequentially scanned as in the first embodiment, and detection waves are output to the plurality of
The multiplier 7, the
したがって、本実施形態の容量検出センサによれば、駆動信号発生部1が、駆動信号を出力し、変調波発生部2が、駆動信号を変調する変調波を出力し、掛算器3が、駆動信号と変調波とを乗算した印加信号波を出力し、センサ部5が、掛算器3から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、CV変換部6が、センサ部5から入力する容量変化を電圧に変換し、切替部15が、CV変換部6の出力をセンサ部5のスキャン順に切り替え、位相調整部8が、変調波発生部2から入力する変調波の位相をCV変換部6が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させ、掛算器7が、位相調整部8から入力する変調波と、切替部15で選択された印加信号波とを乗算し、フィルタ部9が、掛算器7から入力する信号のうち、駆動信号発生部1で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
したがって、第1の実施形態と同様に、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができるとともに、掛算器7〜振幅検出部10までの組を複数設ける必要が無くなり、回路の共有によりローコスト化を図ることができる効果が得られる。
なお、CV変換部6の出力を切り替える切替部15を複数設け、掛算器7〜振幅検出部10までの組を少なくした構成としてもよい。
Therefore, according to the capacitance detection sensor of the present embodiment, the
Therefore, as in the first embodiment, the noise picked up by the sensor unit and the noise transmitted from the human body to the sensor unit can be reduced, the SN ratio can be improved, and the multiplier 7 to the
In addition, it is good also as a structure which provided multiple switching parts 15 which switch the output of the
以下、図面を参照して、本発明の容量検出センサの第3の実施形態について説明する。図8は、本実施形態の容量検出センサの構成図である。
本実施形態の容量検出センサが、第2の実施形態と異なる点は、CV変換部6の前段に複数の検出線13を切り替える切替部14を1つ設け、CV変換部6〜振幅検出部10までの組を1つとした点である。
すなわち、センサ部5は、第1、2の実施形態と同様に、順次スキャンされ、複数の検出線13と接続された切替部14に検出波が出力される。切替部14は、選択した検出線13から入力する検出波をCV変換部6に出力する。CV変換部6は、検出波をCV変換して掛算器7に出力する。
そして、掛算器7、位相調整部8、フィルタ部9、振幅検出部10は、第1の実施形態と同様に動作して、駆動信号発生部1で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
Hereinafter, a third embodiment of the capacitance detection sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a configuration diagram of the capacitance detection sensor of the present embodiment.
The capacitance detection sensor of the present embodiment is different from the second embodiment in that one switching unit 14 that switches a plurality of detection lines 13 is provided in the previous stage of the
That is, as in the first and second embodiments, the sensor unit 5 is sequentially scanned, and a detection wave is output to the switching unit 14 connected to the plurality of detection lines 13. The switching unit 14 outputs a detection wave input from the selected detection line 13 to the
The multiplier 7, the
したがって、本実施形態の容量検出センサによれば、駆動信号発生部1が、駆動信号を出力し、変調波発生部2が、駆動信号を変調する変調波を出力し、掛算器3が、駆動信号と変調波とを乗算した印加信号波を出力し、センサ部5が、掛算器3から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、切替部14が、複数の検出線をセンサ部5のスキャン順に切り替え、CV変換部6が、センサ部5から入力する容量変化を電圧に変換し、位相調整部8が、変調波発生部2から入力する変調波の位相をCV変換部6が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させ、掛算器7が、位相調整部8から入力する変調波と、CV変換部6が変換した印加信号波とを乗算し、フィルタ部9が、掛算器7から入力する信号のうち、駆動信号発生部1で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す。
したがって、第1の実施形態と同様に、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、SN比を向上させることができるとともに、CV変換部6〜振幅検出部10までの組を複数設ける必要が無くなり、回路の共有によりローコスト化を図ることができる効果が得られる。
なお、複数の検出線を切り替える切替部14を複数設け、CV変換部6〜振幅検出部10までの組を少なくした構成としてもよい。
Therefore, according to the capacitance detection sensor of the present embodiment, the
Therefore, as in the first embodiment, noise picked up by the sensor unit and noise transmitted from the human body to the sensor unit can be reduced, the SN ratio can be improved, and the
In addition, it is good also as a structure which provided multiple switching parts 14 which switch a some detection line, and reduced the group from the
さらに、以上説明した構成において、掛算器7の2つの入力信号をAD変換し、掛算器7、フィルタ部9、振幅検出部10でのデジタル演算により、容量変化を算出するようにしてもよい。
この場合、容量検出センサは、プログラム可能なロジック回路やハードロジック回路を有する構成としてもよいが、内部に、コンピュータシステムを有する構成でもよい。
そして、コンピュータシステムを有する構成の場合には、上述したAD変換後の演算処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
また、上述したAD変換後のデータを、ホストコンピュータ等の外部機器に送り、当該機器側でハード的またはソフト的に演算処理を行うようにしてもよい。
すなわち、容量検出センサにおける、各処理手段、処理部は、CPU等の中央演算処理装置がROMやRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
Further, in the configuration described above, the two input signals of the multiplier 7 may be AD-converted, and the capacitance change may be calculated by digital calculation in the multiplier 7, the
In this case, the capacitance detection sensor may have a configuration having a programmable logic circuit or a hard logic circuit, but may have a configuration having a computer system therein.
In the case of a configuration having a computer system, the above-described calculation process after AD conversion is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer reads and executes the program. Thus, the above processing is performed.
Further, the data after the above-described AD conversion may be sent to an external device such as a host computer and the device side may perform arithmetic processing in hardware or software.
That is, in the capacity detection sensor, each processing means and processing unit is configured such that a central processing unit such as a CPU reads the above program into a main storage device such as a ROM or RAM and executes information processing / calculation processing. It is realized.
Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
1…駆動信号発生部
2…変調波発生部
3、7…掛算器
4、14、15…切替部
5…センサ部
6…CV変換部
8…位相調整部
9…フィルタ部
10…振幅検出部
11…AD変換部
12…駆動線
13…検出線
16…セレクタ部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記駆動信号を変調する変調波を出力する変調波発生部と、
前記駆動信号と前記変調波とを乗算した印加信号波を出力する第1の掛算器と、
前記第1の掛算器から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出するセンサ部と、
前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換するCV変換部と、
前記変調波発生部から入力する前記変調波の位相を、前記CV変換部が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させる位相調整部と、
前記位相調整部から入力する変調波と、前記CV変換部から入力する印加信号波とを乗算する第2の掛算器と、
前記第2の掛算器から入力する信号のうち、前記駆動信号発生部で発生した駆動信号の周波数成分を取り出すフィルタ部と
を具備することを特徴とする容量検出センサ。 A drive signal generator for outputting a drive signal;
A modulated wave generator for outputting a modulated wave for modulating the drive signal;
A first multiplier that outputs an applied signal wave obtained by multiplying the drive signal and the modulated wave;
A sensor unit that detects a change in capacitance at the intersection of the drive line and the detection line using the applied signal wave input from the first multiplier as a drive signal;
A CV conversion unit that converts a capacitance change input from the sensor unit into a voltage;
A phase adjusting unit that matches the phase of the modulated wave input from the modulated wave generating unit with the phase of the voltage-converted applied signal wave output from the CV converting unit;
A second multiplier that multiplies the modulated wave input from the phase adjustment unit by the applied signal wave input from the CV conversion unit;
A capacitance detection sensor comprising: a filter unit that extracts a frequency component of a drive signal generated by the drive signal generation unit from a signal input from the second multiplier.
ことを特徴とする請求項1に記載の容量検出センサ。 The capacitance detection sensor according to claim 1, wherein the sensor unit is an area type sensor in which a plurality of detection lines are arranged in a matrix for a plurality of drive lines.
ことを特徴とする請求項1に記載の容量検出センサ。 The capacitance detection sensor according to claim 1, wherein the sensor unit is a line type sensor in which one detection line is formed for a plurality of drive lines.
ことを特徴とする指紋センサ。 A capacitance sensor according to any one of claims 1 to 3 is used. A fingerprint sensor.
変調波発生部が、前記駆動信号を変調する変調波を出力し、
第1の掛算器が、前記駆動信号と前記変調波とを乗算した印加信号波を出力し、
センサ部が、前記第1の掛算器から入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、
CV変換部が、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、
位相調整部が、前記変調波発生部から入力する前記変調波の位相を、前記CV変換部が出力する電圧変換された印加信号波の位相と一致させ、
第2の掛算器が、前記位相調整部から入力する変調波と、前記CV変換部から入力する印加信号波とを乗算し、
フィルタ部が、前記第2の掛算器から入力する信号のうち、前記駆動信号発生部で発生した駆動信号の周波数成分を取り出す
ことを特徴とする容量検出方法。
The drive signal generator outputs a drive signal,
The modulated wave generator outputs a modulated wave that modulates the drive signal,
A first multiplier outputs an applied signal wave obtained by multiplying the drive signal and the modulated wave;
The sensor unit detects the change in capacitance at the intersection of the drive line and the detection line using the applied signal wave input from the first multiplier as a drive signal,
The CV conversion unit converts the capacitance change input from the sensor unit into a voltage,
The phase adjustment unit matches the phase of the modulation wave input from the modulation wave generation unit with the phase of the voltage-converted applied signal wave output from the CV conversion unit,
A second multiplier multiplies the modulated wave input from the phase adjustment unit by the applied signal wave input from the CV conversion unit;
The capacitance detection method, wherein the filter unit extracts a frequency component of the drive signal generated by the drive signal generation unit from the signal input from the second multiplier.
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