JP2010061405A - 静電容量センサ、その検出回路、入力装置および容量センサの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を低減する。
【解決手段】シールド電極５はセンサ電極ＳＥと平行に設けられる。検出回路１００は、センサ電極ＳＥが周囲との間に形成する静電容量を検出する。容量電圧変換回路９０は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量Ｃ１を電圧に変換する。シールド電極駆動部９２は、所定のシーケンスと同期して、シールド電極５の電気的状態を切り換える。シールド電極駆動部９２は、センサ電極ＳＥの電気的状態に応じて、シールド電極５の電気的状態を切り換える。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電容量を測定するセンサに関する。

近年のコンピュータや携帯電話端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの電子機器は、指で圧力を加えることによって電子機器を操作するための入力装置を備えるものが主流となっている。こうした入力装置としては、ジョイスティック、タッチパッドなどが知られている。

こうした入力装置として、電極が押圧されることにより、当該電極とその周囲との間に形成される静電容量が変化することを利用した静電センサが知られている。
特開２００１−３２５８５８号公報 特表２００３−５１１７９９号公報

上述の静電容量の変化を利用した入力装置は、静電容量を電圧に変換して検出するための容量電圧変換回路を備える。ここで、２枚の電圧を押圧した際に発生する静電容量の変化は数ｐＦもしくはそれ以下と非常に微小であるため、容量電圧変換回路の検出感度は、入力装置の性能に大きく影響する。静電容量の変化量を大きくするためには、電極の面積を大きくする方法が考えられるが、電極の面積を大きくすれば、入力装置のサイズが大きくなってしまう。この問題は、容量電圧変換回路の感度を上げることにより解消できるが、感度を上げると、周囲からのノイズの影響を受けやすくなる。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的はノイズの影響を抑制した静電センサの提供にある。

本発明のある態様は、静電容量センサに関する。この静電容量センサは、センサ電極と、センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路と、を備える。検出回路は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路と、所定のシーケンスと同期して、シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、を備える。

この態様によると、シーケンスと同期してシールド電極の状態を切り換えることにより、シールド電極によってセンサ電極に対するノイズの伝搬を遮断することができる。

シールド電極駆動部は、センサ電極の電気的状態に応じて、シールド電極の電気的状態を切り換えてもよい。

シールド電極駆動部は、容量電圧変換回路が、センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングで、シールド電極に固定電圧を印加してもよい。センサ電極がハイインピーダンスのとき、もっとも周囲からのノイズの影響を受けやすい。したがってこのタイミングでシールド電極の電位を固定することにより、ノイズを好適に遮断できる。

固定電圧は接地電圧であってもよい。この場合、回路を簡素化できる。

シールド電極駆動部は、容量電圧変換回路が、センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングと、センサ電極に電圧を印加するタイミングとで、シールド電極に異なる電圧を印加してもよい。センサ電極に印加される電圧に応じて、シールド電極の電位を変化させることにより、シールド電極とセンサ電極の間に形成される容量をキャンセルすることができる。

本発明の別の態様は、入力装置である。この装置は、上述のいずれかの態様の静電容量センサを備える。

本発明のさらに別の態様は、センサ電極と、センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有するセンサ部と接続され、センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路に関する。この検出回路は、センサ電極に、第１状態において所定の第１固定電圧を印加し、第２状態において第１固定電圧より低い第２固定電圧を印加する第１電圧印加部と、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に、第１状態において第２固定電圧を印加し、第２状態において第１固定電圧を印加する第２電圧印加部と、第１状態にてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第１検出電圧として保持する第１サンプルホールド回路と、第２状態にてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第２検出電圧として保持する第２サンプルホールド回路と、第１検出電圧と第２検出電圧の電位差を増幅する増幅部と、第１、第２電圧印加部および第１、第２サンプルホールド回路の動作と同期して、シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、を備える。

シールド電極駆動部は、第１、第２サンプルホールド回路がそれぞれ、第１、第２検出電圧をサンプリングする期間、シールド電極に第３固定電圧を与えてもよい。

第３固定電圧は接地電圧であってもよい。

シールド電極駆動部は、第１電圧印加部がセンサ電極に第１固定電圧を印加する期間、シールド電極に第４固定電圧を与え、第１電圧印加部がセンサ電極に第２固定電圧を印加する期間、シールド電極に第４固定電圧より低い第５固定電圧を与えてもよい。

第１固定電圧と第４固定電圧は等しく、第２固定電圧と第５固定電圧は等しい。

増幅部は、第１検出電圧と、第２検出電圧が入力された差動増幅器であってもよい。
第１検出電圧と第２検出電圧を差動増幅することによって、同相ノイズを除去することができ、好適に静電容量の差を検出することができる。

第１、第２サンプルホールド回路は、センサ電極と参照電極を接続することにより、センサ電極と参照電極それぞれに現れる電圧を平均してもよい。この場合２つの電極間で電荷の転送が起こり、２つの電極に現れる電圧の平均値を得ることができる。

第２固定電圧は、接地電圧であってもよい。

検出回路は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。

本発明のさらに別の態様は、センサ電極と、センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有する容量センサにおいて、センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する方法に関する。この方法は、以下の処理を実行する。
１． センサ電極に所定の第１固定電圧を印加し、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に第１固定電圧より低い第２固定電圧を印加する第１ステップ
２． センサ電極に第２固定電圧を印加し、参照電極に第１固定電圧を印加する第２ステップ
３． 第１ステップにおいてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第１検出電圧として保持するステップ
４． 第２ステップにおいてセンサ電極および参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第２検出電圧として保持するステップ
５． 第１検出電圧と第２検出電圧の電位差を増幅するステップ
６． ステップ１〜５の遷移と同期して、シールド電極の電気的状態を切り換える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、ノイズの影響を抑制した静電センサが提供される。

図１は、実施の形態に係る入力装置２を備える電子機器１の構成を示すブロック図である。入力装置２は、たとえばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）９の表層に配置され、タッチパネルとして機能する。

入力装置２は、センサ部４、検出回路１００、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６を備える。ユーザが指８でセンサ部４の表面を押圧すると、センサ部４の内部に配置されたセンサ電極（不図示）が変形もしくは変位し、電極が周囲との間で形成する静電容量が変化する。センサ部４は、単一のセンサ電極を備えるスイッチであってもよいし、マトリクス状に配置された複数のセンサ電極のアレイであってもよい。

検出回路１００は、センサ電極の静電容量の変化を検出し、検出結果に応じたデータをＤＳＰ６に出力する。ＤＳＰ６は、検出回路１００からのデータを解析し、ユーザの入力動作の有無、種類を判定する。たとえばユーザの指８が、センサ部４に圧力を加えることにより、ＬＣＤ９上に表示された項目、オブジェクトを選択が選択され、あるいは文字入力が補助される。

検出回路１００は、センサ電極が形成する静電容量の極めて微小な変化量を検出する。センサ部４は、ＬＣＤ９の表層に設けられるため、センサ部４の内部のセンサ電極は、ＬＣＤ９からのノイズ輻射Ｎの影響を受けやすく、静電容量の変化量にノイズが重畳されると、ユーザからの正確な操作情報を判別できなくなる。センサ部がＬＣＤ９の表層に設けられない場合であっても、電子機器１の内部のその他の回路ブロックからのノイズ輻射Ｎの影響を受けることが想定される。

以下では、ノイズ輻射Ｎの影響を受けにくい入力装置２について詳細に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、センサ部４の構成を示す平面図および断面図である。図２（ａ）は上方からみた平面図である。センサ部４は、複数のセンサ電極ＳＥを備える。センサ電極ＳＥは、行方向の入力位置を検出するために、行方向に配置された５行のロウ電極（黒）ＳＥ_ＲＯＷと、列方向の入力位置を検出するため、列方向に配置された４本のカラム電極（グレイ）ＳＥ_ＣＯＬで構成される。行および列の個数は例示に過ぎず、任意の数でよい。

ｉ行目（ｉは整数）のロウ電極ＳＥ_ＲＯＷからは、信号線Ｙｉが引き出されており、ｊ列目のカラム電極ＳＥ_ＣＯＬからは、信号線Ｘｉが引き出される。また、シールド電極５からは、信号線ＳＬＤが引き出されている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のセンサ部４の断面図を示す。ロウ電極ＳＥ_ＲＯＷは、第１配線層ＭＬ１に形成され、カラム電極ＳＥ_ＣＯＬは、第２配線層ＭＬ２に形成され、シールド電極５は、第３配線層ＭＬ３に形成される。

配線層ＭＬ１〜ＭＬ３はＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明電極であり、対応するベース層ＢＬ１〜ＢＬ３それぞれの表面に、スパッタリング法、もしくはインク化したＩＴＯをベース層に塗布、加熱、融着させる手法などによって形成される。ベース層ＢＬ１〜ＢＬ３としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）やガラス、その他のフィルム剤が利用できる。なお配線層ＭＬ１〜ＭＬ３には、ＩＴＯ以外の材料を用いてもよい。あるベース層ＢＬとそれに隣接する配線層ＭＬは、接着剤６０によって接着されている。

以上がセンサ部４の構成である。実施の形態に係る検出回路１００は、センサ電極ＳＥと、センサ電極ＳＥの近傍に設けられたシールド電極５と、を備えるセンサ部４と協働して、ノイズの影響を低減する。

図３は、実施の形態に係る検出回路１００の構成を示す回路図である。検出回路１００は、センサ部４と接続されており、センサ電極ＳＥが周囲との間に形成する静電容量Ｃ１を検出する。図３には、説明の簡略化および理解の容易化を目的として、単一のセンサ電極ＳＥのみが示される。

検出回路１００は、容量電圧変換回路９０およびシールド電極駆動部９２を備える。
容量電圧変換回路９０は、所定のシーケンスを繰り返すことにより、静電容量Ｃ１を電圧Ｖｏｕｔに変換する。容量電圧変換回路としては、種々の技術が提案されており、そのいずれかを採用すればよい。

シールド電極駆動部９２は、所定のシーケンスと同期して、シールド電極５の電気的状態を切り換える。別の観点からいえば、シールド電極駆動部９２は、センサ電極ＳＥの電気的状態に応じて、シールド電極５の電気的状態を切り換える。電気的状態とは、電位やインピーダンスを意味する。シールド電極駆動部９２は、センサ電極ＳＥの状態に応じて、センサ電極ＳＥが外部からのノイズの影響を受けやすいときに、シールド電極５を、ノイズが最も低減される状態に設定する。

たとえばシールド電極駆動部９２は、以下のようにシールド電極５の状態を制御する。

シールド電極駆動部９２は、容量電圧変換回路９０が、センサ電極ＳＥをハイインピーダンス状態とするタイミングで、シールド電極５に固定電圧を印加する。好ましくは固定電圧は、接地電圧０Ｖであるが、その他の電源電圧Ｖｄｄあるいは中点電圧Ｖｄｄ／２でもよく、ノイズが最も低減される値に設定すればよい。ハイインピーダンスのとき、外部からのノイズの影響を最も受けやすい。従ってこのタイミングで、シールド電極５の電位を固定すれば、ノイズを好適に遮断できる。

さらに、シールド電極駆動部９２は、容量電圧変換回路９０が、センサ電極ＳＥをハイインピーダンス状態とするタイミングと、センサ電極ＳＥに電圧を印加するタイミングとで、シールド電極５に異なる電圧を印加するとよい。センサ電極ＳＥに印加される電圧に応じて、シールド電極５の電位を変化させることにより、シールド電極５とセンサ電極ＳＥの間に形成される容量をキャンセルすることができる。

図４は、図３の検出回路１００の構成例を示す回路図である。検出回路１００は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化された機能ＩＣであり、第１端子１０２、第２端子１０４、出力端子１０６を備える。第１端子１０２には、センサ電極ＳＥが接続されている。

第２端子１０４には、参照電極７が接続される。参照電極７は、センス電極ＳＥと同様に、その周囲と静電容量Ｃ２を形成する。静電容量Ｃ２は変化しない固定的な値をとるため、参照容量Ｃ２とも称する。

容量電圧変換回路９０は、センサ電極ＳＥが形成する静電容量Ｃ１の変化を検出し、容量変化に応じたデータを出力端子１０６から外部へと出力する。

容量電圧変換回路９０は、第１電圧印加部１０、第２電圧印加部１２、第１サンプルホールド回路１４、第２サンプルホールド回路１６、増幅部２０、処理部２２、キャパシタＣ１２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を備える。本実施の形態において、第１スイッチＳＷ１から第６スイッチＳＷ６は、トランジスタを用いたトランスファーゲートにより構成される。

第１電圧印加部１０は、センサ電極ＳＥに対して、第１状態において所定の第１固定電圧を印加し、第２状態において第１固定電圧より低い第２固定電圧を印加する。具体的に第１電圧印加部１０は、第１制御信号ＳＩＧ１がハイレベルの間、入力された第１駆動電圧Ｖｄｒｖ１を出力し、第１制御信号ＳＩＧ１がローレベルの間、出力端子をハイインピーダンスとする。第１駆動電圧Ｖｄｒｖは、第１状態において、所定の第１固定電圧となり、第２状態においては、第１固定電圧より低い第２固定電圧に切り替わる。本実施の形態において、第１固定電圧は、電源電圧Ｖｄｄに、第２固定電圧は接地電圧０Ｖに設定される。

第２電圧印加部１２は参照電極７に対し、第１状態において第２固定電圧（接地電圧０Ｖ）を印加し、第２状態において第１固定電圧（電源電圧Ｖｄｄ）を印加する。具体的には、第２電圧印加部１２は、第２制御信号ＳＩＧ２がハイレベルの間、入力された第２駆動電圧Ｖｄｒｖ２を出力し、第２制御信号ＳＩＧ２がローレベルの間、出力端子をハイインピーダンスとする。第２駆動電圧Ｖｄｒｖは、第１状態において、第２固定電圧の接地電圧０Ｖとなり、第２状態においては、第１固定電圧の電源電圧Ｖｄｄとなる。

すなわちセンサ電極ＳＥには、第１電圧印加部１０によって、第１状態において第１固定電圧が印加され、第２状態において第２固定電圧が印加される一方、参照電極７には、第２電圧印加部１２によって、第１状態において第２固定電圧が印加され、第２状態において第１固定電圧が印加される。このように、第１端子１０２、第２端子１０４に接続されるセンサ電極ＳＥおよび参照電極７には、第１、第２状態において高低が逆となる電圧が相補的に印加される。

第１端子１０２と第２端子１０４の間には、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２が設けられる。第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２がともにオンすると、センサ電極ＳＥおよび参照電極７が互いに接続される。その結果、センサ電極ＳＥおよび参照電極７に蓄えられた電荷が２つの電極間で転送され、それぞれの電極に現れる電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２が平均される。

第１サンプルホールド回路１４は、第１状態において、センサ電極ＳＥおよび参照電極７それぞれに現れる電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２を平均し、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１として保持する。
第１サンプルホールド回路１４は、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４、キャパシタＣ１０を含み、第３スイッチＳＷ３がオンすると電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２の平均電圧が、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１としてサンプリングされ、第３スイッチＳＷ３がオフすると、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１が保持される。

また、第２サンプルホールド回路１６は、第２状態において、センサ電極ＳＥおよび参照電極７それぞれに現れる電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２を平均し、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２として保持する。第２サンプルホールド回路１６の構成は第１サンプルホールド回路１４と同様である。

増幅部２０は、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１と、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２が入力され、２つの電圧を差動増幅する差動増幅器である。増幅部２０の差動入力端子間には、キャパシタＣ１２が設けられている。増幅部２０により増幅された電圧は、処理部２２へと入力される。

処理部２２は、増幅部２０から出力された検出電圧Ｖｏｕｔをアナログデジタル変換し、所定の信号処理を行った後、デジタルデータとして出力端子１０６から出力する。検出電圧Ｖｏｕｔをアナログ電圧としてそのまま出力する場合、処理部２２は不要である。

シールド電極駆動部９２は容量電圧変換回路９０のシーケンスと同期して、シールド電極５を駆動する。

シールド電極駆動部９２は、第１サンプルホールド回路１４、第２サンプルホールド回路１６がそれぞれ、第１検出電圧Ｖｄｅｔ１、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２をサンプリングする期間、シールド電極５に接地電圧（０Ｖ）を与える。

シールド電極駆動部９２は、第１電圧印加部１０がセンサ電極ＳＥに第１固定電圧（Ｖｄｄ）を印加する期間、シールド電極５に第４固定電圧を与え、第１電圧印加部１０がセンサ電極ＳＥに第２固定電圧（０Ｖ）を印加する期間、シールド電極５に第４固定電圧より低い第５固定電圧を与える。

好ましくは、第４固定電圧は第１固定電圧と等しく設定される。すなわち第４固定電圧は電源電圧Ｖｄｄである。また、第５固定電圧は、第２固定電圧と等しく設定される。すなわち第５固定電圧は接地電圧０Ｖである。

以上のように構成された検出回路１００の動作について説明する。図５は、検出回路１００の動作波形図である。図５の波形図は、上から順に、第１駆動電圧Ｖｄｒｖ１、第２駆動電圧Ｖｄｒｖ２、第１制御信号ＳＩＧ１、第２制御信号ＳＩＧ２、第１スイッチＳＷ１から第６スイッチＳＷ６のオンオフ状態、およびシールド電極５に印加される電圧ＶＳＬＤを示す。

図５において、第１スイッチＳＷ１から第６スイッチＳＷ６は、ハイレベルがオンに、ローレベルがオフに対応する。図５において、時刻Ｔ０〜Ｔ２までが第１状態、時刻Ｔ２〜Ｔ４までが第２状態を表す。

第１状態の時刻Ｔ０〜Ｔ２の期間、第１電圧印加部１０に入力される第１駆動電圧Ｖｄｒｖ１は電源電圧Ｖｄｄであり、第２電圧印加部１２に入力される第２駆動電圧Ｖｄｒｖ２は接地電圧０Ｖである。

時刻Ｔ０〜Ｔ１の間、第１制御信号ＳＩＧ１、第２制御信号ＳＩＧ２はいずれもハイレベルとなる。その結果、センサ電極ＳＥは、第１駆動電圧Ｖｄｒｖ１＝Ｖｄｄで充電され、参照電極７は、第２駆動電圧Ｖｄｒｖ２＝０Ｖで充電される。
この間、シールド電極駆動部９２はシールド電極５の電位ＶＳＬＤをセンサ電極ＳＥと同電位、すなわち電源電圧Ｖｄｄとする。その結果、シールド電極５とセンサ電極ＳＥの間の寄生容量の影響が低減できる。

時刻Ｔ１に第１制御信号ＳＩＧ１、第２制御信号ＳＩＧ２がローレベルとなると、センサ電極ＳＥ、参照電極７への電圧印加が停止される。

次に、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２がオンし、センサ電極ＳＥ、参照電極７間で蓄えられた電荷が転送され、センサ電極ＳＥおよび参照電極７に現れる電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２が平均化される。

第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２と同時に第３スイッチＳＷ３がオンとなり、第１サンプルホールド回路１４は、平均化された電圧Ｖｘを第１検出電圧Ｖｄｅｔ１としてサンプルホールドする。

時刻Ｔ１〜Ｔ２の間、第１電圧印加部１０および第２電圧印加部１２の出力インピーダンスはいずれもハイインピーダンスとなり、センサ電極ＳＥのインピーダンスが高くなる。この間、シールド電極駆動部９２はシールド電極５に接地電圧０Ｖを印加し、ノイズを遮断する。

時刻Ｔ２に第２状態に遷移する。第２状態の時刻Ｔ２〜Ｔ４の期間、第１電圧印加部１０に入力される第１駆動電圧Ｖｄｒｖ１は接地電圧０Ｖであり、第２電圧印加部１２に入力される第２駆動電圧Ｖｄｒｖ２は電源電圧Ｖｄｄである。
時刻Ｔ２〜Ｔ３の間、第１制御信号ＳＩＧ１、第２制御信号ＳＩＧ２は再びハイレベルとなる。その結果、センサ電極ＳＥは、第１駆動電圧Ｖｄｒｖ１＝０Ｖで充電され、参照電極７は、第２駆動電圧Ｖｄｒｖ２＝Ｖｄｄで充電される。この充電の結果、センサ電極ＳＥ、参照電極７それぞれに現れる電圧はそれぞれＶｘ１＝０、Ｖｘ２＝Ｖｄｄとなる。

時刻Ｔ２〜Ｔ３の間、シールド電極駆動部９２はシールド電極５の電位ＶＳＬＤをセンサ電極ＳＥと同電位、すなわち接地電圧０Ｖとする。その結果、シールド電極５とセンサ電極ＳＥの間の寄生容量の影響が低減できる。

時刻Ｔ３に第１制御信号ＳＩＧ１、第２制御信号ＳＩＧ２がローレベルとなると、センサ電極ＳＥ、参照電極７への電圧印加が停止される。

次に、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２がオンし、センサ電極ＳＥ、参照電極７間で、蓄えられた電荷が転送され、各電極に現れる電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２が平均化される。

第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２と同時に第５スイッチＳＷ５がオンとなり、第２サンプルホールド回路１６は、平均化された電圧Ｖｘを第２検出電圧Ｖｄｅｔ２としてサンプルホールドする。

時刻Ｔ３〜Ｔ４の間も、第１電圧印加部１０および第２電圧印加部１２の出力インピーダンスはいずれもハイインピーダンスとなり、センサ電極ＳＥのインピーダンスが高くなる。この間、シールド電極駆動部９２はシールド電極５に接地電圧０Ｖを印加し、ノイズを遮断する。

時刻Ｔ４に、第４スイッチＳＷ４、第６スイッチＳＷ６がオンすると、第１サンプルホールド回路１４、第２サンプルホールド回路１６はそれぞれサンプルホールドした第１検出電圧Ｖｄｅｔ１、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２を増幅部２０へと出力する。

この第１検出電圧Ｖｄｅｔ１、第２検出電圧Ｖｄｅｔ２は、増幅部２０によって差動増幅される。増幅部２０の差動増幅利得をＡｖとすると、増幅部２０の出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ａｖ×（Ｖｄｅｔ１−Ｖｄｅｔ２）
となる。
時刻Ｔ５に再び第１状態へ戻り、同様の処理を繰り返す。

このシーケンスを経て、外部からのセンサ電極ＳＥに対するノイズを好適に遮断し、静電容量Ｃ１の変化を高感度で検出することができる。

実施の形態に係る検出回路１００の特徴は、以下のように捉えることも可能である。すなわち、検出回路１００は、シールド電極５の電位を、任意の値に固定可能なシールド電極駆動部９２を備える。その結果、センサ電極ＳＥに対するノイズの影響が最も低減されるように、シールド電極の電位を設定することができる。

実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

実施の形態に係る入力装置を備える電子機器の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、センサ部の構成を示す平面図および断面図である。 実施の形態に係る検出回路の構成を示す回路図である。 図３の検出回路の構成例を示す回路図である。 図４の検出回路の動作波形図である。

符号の説明

１…電子機器、２…入力装置、４…センサ部、５…シールド電極、６…ＤＳＰ、７…参照電極、８…指、９…ＬＣＤ、９０…容量電圧変換回路、９２…シールド電極駆動部、１００…検出回路、ＳＥ…センサ電極、１０…第１電圧印加部、１２…第２電圧印加部、１４…第１サンプルホールド回路、１６…第２サンプルホールド回路、２０…増幅部、２２…処理部、１００…検出回路、１０２…第１端子、１０４…第２端子、１０６…出力端子、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、ＳＷ４…第４スイッチ、ＳＷ５…第５スイッチ、ＳＷ６…第６スイッチ、Ｃ１…静電容量、Ｃ２…参照容量。

Claims (16)

1. センサ電極と、
   前記センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、
   前記センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路と、
   を備え、
   前記検出回路は、
   所定のシーケンスを繰り返すことにより、前記静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路と、
   前記所定のシーケンスと同期して、前記シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、
   を備えることを特徴とする静電容量センサ。
2. 前記シールド電極駆動部は、前記センサ電極の電気的状態に応じて、前記シールド電極の電気的状態を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
3. 前記シールド電極駆動部は、前記容量電圧変換回路が、前記センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングで、前記シールド電極に固定電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
4. 前記固定電圧は接地電圧であることを特徴とする請求項３に記載の静電容量センサ。
5. 前記シールド電極駆動部は、前記容量電圧変換回路が、前記センサ電極をハイインピーダンス状態とするタイミングと、前記センサ電極に電圧を印加するタイミングとで、前記シールド電極に異なる電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の静電容量センサを備えることを特徴とする入力装置。
7. センサ電極と、前記センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有するセンサ部と接続され、前記センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する検出回路であって、
   前記センサ電極に、第１状態において所定の第１固定電圧を印加し、第２状態において前記第１固定電圧より低い第２固定電圧を印加する第１電圧印加部と、
   周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に、前記第１状態において前記第２固定電圧を印加し、第２状態において前記第１固定電圧を印加する第２電圧印加部と、
   前記第１状態にて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第１検出電圧として保持する第１サンプルホールド回路と、
   前記第２状態にて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第２検出電圧として保持する第２サンプルホールド回路と、
   前記第１検出電圧と前記第２検出電圧の電位差を増幅する増幅部と、
   前記第１、第２電圧印加部および前記第１、第２サンプルホールド回路の動作と同期して、前記シールド電極の電気的状態を切り換えるシールド電極駆動部と、
   を備えることを特徴とする検出回路。
8. 前記シールド電極駆動部は、前記第１、第２サンプルホールド回路がそれぞれ、前記第１、第２検出電圧をサンプリングする期間、前記シールド電極に第３固定電圧を与えることを特徴とする請求項７に記載の検出回路。
9. 前記第３固定電圧は接地電圧であることを特徴とする請求項８に記載の検出回路。
10. 前記シールド電極駆動部は、前記第１電圧印加部が前記センサ電極に前記第１固定電圧を印加する期間、前記シールド電極に第４固定電圧を与え、前記第１電圧印加部が前記センサ電極に前記第２固定電圧を印加する期間、前記シールド電極に前記第４固定電圧より低い第５固定電圧を与えることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の検出回路。
11. 前記第１固定電圧と前記第４固定電圧は等しく、前記第２固定電圧と前記第５固定電圧は等しいことを特徴とする請求項１０に記載の検出回路。
12. 前記増幅部は、前記第１検出電圧と、前記第２検出電圧が入力された差動増幅器であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の検出回路。
13. 前記第１、第２サンプルホールド回路は、前記センサ電極と前記参照電極を接続することにより、前記センサ電極と前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の検出回路。
14. 前記第２固定電圧は、接地電圧であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の検出回路。
15. ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されたことを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の検出回路。
16. センサ電極と、前記センサ電極の近傍に設けられたシールド電極と、を有する容量センサにおいて、前記センサ電極が周囲との間に形成する静電容量を検出する方法であって、
    前記センサ電極に所定の第１固定電圧を印加し、周囲との間に固定的な静電容量を形成する参照電極に前記第１固定電圧より低い第２固定電圧を印加する第１ステップと、
    前記センサ電極に前記第２固定電圧を印加し、前記参照電極に前記第１固定電圧を印加する第２ステップと、
    前記第１ステップにおいて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第１検出電圧として保持するステップと、
    前記第２ステップにおいて前記センサ電極および前記参照電極それぞれに現れる電圧を平均し、第２検出電圧として保持するステップと、
    前記第１検出電圧と前記第２検出電圧の電位差を増幅するステップと、
    各ステップの遷移と同期して、前記シールド電極の電気的状態を切り換えるステップと、
    を備えることを特徴とする方法。

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