JP2016177339A - Input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出位置への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置に係り、特に、検出位置への物体の近接度合いに応じて静電容量が変化するセンサ素子を用いた入力装置に関する。 The present invention relates to an input device that inputs information according to the proximity state of an object to a detection position, and in particular, an input device using a sensor element whose capacitance changes in accordance with the proximity of the object to the detection position. About.
ノート型コンピュータのタッチパッドや、スマートフォンのタッチパネルなど、各種の電子機器のユーザーインターフェース装置では、物体（指やペンなど）の接触や近接を静電容量の変化により検出するセンサが広く用いられている。 Sensors that detect the contact and proximity of objects (finger, pen, etc.) by changing the capacitance are widely used in user interface devices of various electronic devices such as notebook computer touchpads and smartphone touch panels. .
近年では、静電容量式のセンサを用いて、検出面に接触した指先だけでなく、検出面から離れた位置にある指先も検出できるホバリング機能を搭載した製品が実用化されている。特許文献１は、そのようなホバリング機能の一例を開示するものであり、指と検出面との距離に応じて検出分解能と検出感度を段階的に変更し、段階ごとに、遠方ホバー操作、近接ホバー操作およびタッチ操作を検出する技術が記載されている。 In recent years, products equipped with a hovering function capable of detecting not only a fingertip in contact with a detection surface but also a fingertip located at a position away from the detection surface by using a capacitive sensor have been put into practical use. Patent Document 1 discloses an example of such a hovering function, in which the detection resolution and the detection sensitivity are changed in stages according to the distance between the finger and the detection surface. Techniques for detecting hover operations and touch operations are described.
検出面から指先が離れるホバー操作では、タッチ操作に比べて静電容量の変化が非常に小さくなるため、静電容量の検出感度を高めることが必要となる。しかしながら、検出感度をあまり高くすると、静電容量検出回路において出力される検出信号のレベルが上限値に達してしまい、正常な検出信号が得られなくなる場合がある。すなわち、静電容量の検出信号は、指先の動きに応じて変化する信号成分とオフセット成分との和であるため、微小な信号成分を検出するために検出感度をあまり高くすると、信号成分だけでなくオフセット成分も大きくなり、検出信号のレベルが上限値に達してしまう。従って、静電容量の微小な変化を検出することが困難になる。 In the hover operation in which the fingertip is separated from the detection surface, the change in capacitance is very small compared to the touch operation, and thus it is necessary to increase the detection sensitivity of the capacitance. However, if the detection sensitivity is too high, the level of the detection signal output from the capacitance detection circuit reaches the upper limit value, and a normal detection signal may not be obtained. That is, the capacitance detection signal is the sum of the signal component that changes according to the movement of the fingertip and the offset component, so if the detection sensitivity is too high to detect a minute signal component, only the signal component In addition, the offset component also increases, and the level of the detection signal reaches the upper limit value. Therefore, it becomes difficult to detect a minute change in capacitance.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出位置への物体の近接度合いに応じたセンサ素子の静電容量の微小な変化を検出できる入力装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an input device that can detect a minute change in the capacitance of a sensor element in accordance with the degree of proximity of an object to a detection position. .
本発明に係る入力装置は、検出位置への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置であって、前記検出位置における物体の近接度合いに応じて静電容量が変化するセンサ素子が形成されたセンサ部と、前記センサ素子に所定の電圧を供給する電圧供給部と、前記所定の電圧が供給された前記センサ素子の蓄積電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、入力されるオフセット設定信号に応じたオフセット電荷を生成し、前記センサ素子から前記検出信号生成部へ転送される前記蓄積電荷に前記オフセット電荷を加える電荷生成部とを有する。 An input device according to the present invention is an input device that inputs information according to the proximity state of an object to a detection position, and a sensor element whose capacitance changes in accordance with the proximity of the object at the detection position is formed. A sensor unit, a voltage supply unit that supplies a predetermined voltage to the sensor element, a detection signal generation unit that generates a detection signal according to the accumulated charge of the sensor element supplied with the predetermined voltage, and an input A charge generation unit that generates an offset charge corresponding to the offset setting signal and adds the offset charge to the accumulated charge transferred from the sensor element to the detection signal generation unit.
この構成によれば、物体の近接度合いに応じて静電容量が変化する前記センサ素子に所定の電圧が供給されることにより、その静電容量に応じた蓄積電荷が前記センサ素子に蓄積され、前記蓄積電荷に応じた検出信号が前記検出信号生成部において生成される。前記電荷生成部では、前記オフセット設定信号に応じたオフセット電荷が生成され、当該生成されたオフセット電荷が、前記センサ素子から前記検出信号生成部へ転送される前記蓄積電荷に加えられる。前記検出信号生成部では、前記オフセット電荷が加えられた前記蓄積電荷に応じて、前記検出信号が生成される。そのため、前記検出信号には、前記オフセット電荷に対応したオフセット成分が含まれることとなり、そのオフセット成分を前記オフセット設定信号に応じて調節することが可能となる。従って、前記検出位置への物体の近接度合いに応じた前記センサ素子の静電容量の変化が非常に小さい場合でも、前記オフセット設定信号に応じて前記オフセット成分を調節することにより、当該静電容量の微小な変化に対応した微小な信号成分が含まれた前記検出信号のレベルを、前記検出信号生成部において出力可能な信号レベルの範囲内に調節することが可能となる。 According to this configuration, when a predetermined voltage is supplied to the sensor element whose electrostatic capacity changes according to the degree of proximity of an object, accumulated charge corresponding to the electrostatic capacity is accumulated in the sensor element, A detection signal corresponding to the accumulated charge is generated in the detection signal generation unit. In the charge generation unit, an offset charge corresponding to the offset setting signal is generated, and the generated offset charge is added to the accumulated charge transferred from the sensor element to the detection signal generation unit. The detection signal generation unit generates the detection signal in accordance with the accumulated charge to which the offset charge has been added. Therefore, the detection signal includes an offset component corresponding to the offset charge, and the offset component can be adjusted according to the offset setting signal. Therefore, even when the change in the capacitance of the sensor element according to the degree of proximity of the object to the detection position is very small, the capacitance can be adjusted by adjusting the offset component according to the offset setting signal. It is possible to adjust the level of the detection signal including a minute signal component corresponding to a minute change in the range of a signal level that can be output by the detection signal generation unit.
好適に、前記電荷生成部は、複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタにそれぞれ第１電圧を供給するキャパシタ電圧供給部と、前記複数のキャパシタから、前記オフセット設定信号に応じて１つ又は複数のキャパシタを選択し、当該選択したキャパシタに前記第１電圧の供給によって蓄積されたキャパシタ電荷を合成し、当該合成したキャパシタ電荷を前記オフセット電荷として出力する電荷合成部とを有してよい。 Preferably, the charge generation unit includes a plurality of capacitors, a capacitor voltage supply unit that supplies a first voltage to each of the plurality of capacitors, and one or more of the plurality of capacitors according to the offset setting signal. A charge combining unit that selects a capacitor, combines the capacitor charge accumulated by supplying the first voltage to the selected capacitor, and outputs the combined capacitor charge as the offset charge;
この構成によれば、前記複数のキャパシタに前記第１電圧がそれぞれ供給されることにより、前記複数のキャパシタに前記キャパシタ電荷がそれぞれ蓄積される。前記電荷合成部では、前記複数のキャパシタから、前記オフセット設定信号に応じて１つ又は複数のキャパシタが選択され、当該選択されたキャパシタに蓄積される前記キャパシタ電荷が合成され、当該合成されたキャパシタ電荷が前記オフセット電荷として出力される。従って、前記オフセット電荷は、前記オフセット設定信号に応じて調節可能となる。 According to this configuration, the capacitor voltage is stored in the plurality of capacitors by supplying the first voltage to the plurality of capacitors, respectively. In the charge synthesis unit, one or a plurality of capacitors are selected from the plurality of capacitors in accordance with the offset setting signal, and the capacitor charges accumulated in the selected capacitors are synthesized, and the synthesized capacitors A charge is output as the offset charge. Therefore, the offset charge can be adjusted according to the offset setting signal.
好適に、前記複数のキャパシタは、それぞれ異なる静電容量を有しており、前記複数のキャパシタの静電容量においてｋ番目（ｋは１以上の整数を示す。）に小さい静電容量は、最小の静電容量の２（ｋ−１）倍であってよい。 Preferably, each of the plurality of capacitors has a different capacitance, and a capacitance that is the kth smallest (k is an integer of 1 or more) among the capacitances of the plurality of capacitors is a minimum. It may be 2 (k-1) times the electrostatic capacity.
この構成によれば、前記最小の静電容量のキャパシタに蓄積される前記キャパシタ電荷と比較して、他のキャパシタに蓄積される前記キャパシタ電荷は２の累乗倍の大きさを持つ。これらの前記キャパシタ電荷が前記オフセット設定信号に応じて合成されることにより、その合成結果として前記オフセット電荷が得られる。従って、前記オフセット電荷は、前記オフセット設定信号に応じて、前記最小の静電容量のキャパシタに蓄積されるキャパシタ電荷の整数倍の大きさに設定可能となる。 According to this configuration, the capacitor charge stored in the other capacitor has a power of 2 times larger than the capacitor charge stored in the capacitor having the minimum capacitance. By combining these capacitor charges in accordance with the offset setting signal, the offset charge is obtained as a result of the combination. Accordingly, the offset charge can be set to an integral multiple of the capacitor charge stored in the minimum capacitance capacitor in accordance with the offset setting signal.
好適には、前記電荷生成部は、複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに、複数の異なる電圧からそれぞれ前記オフセット設定信号に応じて選択した電圧を供給するキャパシタ電圧供給部と、前記キャパシタ電圧供給部の電圧供給によって前記複数のキャパシタにそれぞれ蓄積されるキャパシタ電荷を合成し、当該合成したキャパシタ電荷を前記オフセット電荷として出力する電荷合成部とを有する。 Preferably, the charge generation unit includes a plurality of capacitors, a capacitor voltage supply unit that supplies the plurality of capacitors with voltages selected according to the offset setting signal from a plurality of different voltages, and the capacitor voltage supply. A charge synthesis unit that synthesizes the capacitor charges respectively stored in the plurality of capacitors by voltage supply of the unit and outputs the synthesized capacitor charge as the offset charge.
この構成によれば、前記複数のキャパシタの各々に供給される電圧が前記オフセット設定信号に応じて選択されることにより、前記複数のキャパシタの各々に蓄積される前記キャパシタ電荷が前記オフセット設定信号に応じて選択される。また、前記複数のキャパシタに蓄積される前記キャパシタ電荷を合成した結果として、前記オフセット電荷が得られる。従って、前記オフセット電荷は、前記オフセット設定信号に応じて調節可能となる。 According to this configuration, the voltage supplied to each of the plurality of capacitors is selected according to the offset setting signal, so that the capacitor charge accumulated in each of the plurality of capacitors becomes the offset setting signal. Is selected accordingly. The offset charge is obtained as a result of combining the capacitor charges accumulated in the plurality of capacitors. Therefore, the offset charge can be adjusted according to the offset setting signal.
好適に、前記キャパシタ電圧供給部は、前記オフセット設定信号に応じて、第２電圧、ゼロ電圧又は前記第２電圧の極性を反転させた電圧の何れかを前記複数のキャパシタにそれぞれ供給してよい。前記複数のキャパシタは、それぞれ異なる静電容量を有しており、前記複数のキャパシタの静電容量においてｋ番目（ｋは１以上の整数を示す。）に小さい静電容量は、最小の静電容量の３（ｋ−１）倍であってよい。 Preferably, the capacitor voltage supply unit may supply each of the plurality of capacitors with a second voltage, a zero voltage, or a voltage obtained by inverting the polarity of the second voltage according to the offset setting signal. . The plurality of capacitors have different capacitances, and the kth capacitance (k is an integer of 1 or more) among the capacitances of the plurality of capacitors is the smallest capacitance. It may be 3 (k-1) times the capacity.
この構成によれば、各キャパシタに蓄積される前記キャパシタ電荷は、正電荷、ゼロ電荷、又は、正電荷と絶対値が等しい負電荷であり、前記オフセット設定信号に応じてこれらの何れかが選択される。また、前記最小の静電容量のキャパシタに蓄積される正電荷又は負電荷と比較して、他のキャパシタに蓄積される正電荷又は負電荷は３の累乗倍の大きさを持つ。前記複数のキャパシタに蓄積されるこれらの前記キャパシタ電荷の合成結果として、前記オフセット電荷が得られる。従って、前記オフセット電荷は、前記オフセット設定信号に応じて、前記最小の静電容量のキャパシタに蓄積される正電荷の整数倍の大きさに設定可能となる。 According to this configuration, the capacitor charge accumulated in each capacitor is a positive charge, a zero charge, or a negative charge having the same absolute value as the positive charge, and one of these is selected according to the offset setting signal. Is done. Further, the positive charge or negative charge stored in the other capacitor has a magnitude of a power of 3 as compared with the positive charge or negative charge stored in the capacitor having the minimum capacitance. The offset charge is obtained as a result of combining the capacitor charges stored in the plurality of capacitors. Therefore, the offset charge can be set to a value that is an integral multiple of the positive charge accumulated in the capacitor having the minimum capacitance according to the offset setting signal.
好適に、前記検出信号生成部は、入力されるゲイン設定信号に応じて、前記蓄積電荷に対する前記検出信号のゲインを変更可能であってよい。この場合、上記入力装置は、前記検出信号生成部に入力する前記ゲイン設定信号に応じて、前記検出信号のレベルが所定のレンジに収まる方向へ前記オフセット電荷が変化するように、前記電荷生成部に入力する前記オフセット設定信号を変更する制御部を有してよい。 Preferably, the detection signal generation unit may be able to change a gain of the detection signal with respect to the accumulated charge in accordance with an input gain setting signal. In this case, the input device generates the charge generation unit so that the offset charge changes in a direction in which the level of the detection signal falls within a predetermined range according to the gain setting signal input to the detection signal generation unit. A controller for changing the offset setting signal to be input to
この構成によれば、前記ゲイン設定信号に応じて前記検出信号生成部のゲインが変更されると、この変更されたゲインに応じて、前記検出信号のレベルが所定のレンジに収まる方向へ前記オフセット電荷が変化するように、前記電荷生成部に入力する前記オフセット設定信号が変更される。すなわち、前記検出信号生成部のゲインが変更されても、前記検出信号のレベルが所定のレンジに収まるように前記オフセット電荷が制御される。そのため、前記センサ素子の静電容量の微小な変化から大きな変化までを広範囲に検出可能となり、物体の近接状態の検出が可能な前記検出位置と物体との距離の範囲が広くなる。 According to this configuration, when the gain of the detection signal generation unit is changed according to the gain setting signal, the offset in a direction in which the level of the detection signal falls within a predetermined range according to the changed gain. The offset setting signal input to the charge generation unit is changed so that the charge changes. That is, even if the gain of the detection signal generation unit is changed, the offset charge is controlled so that the level of the detection signal falls within a predetermined range. Therefore, it is possible to detect a wide range from a minute change to a large change in the capacitance of the sensor element, and the range of the distance between the detection position and the object where the proximity state of the object can be detected is widened.
本発明によれば、検出位置への物体の近接度合いに応じたセンサ素子の静電容量の変化を示す検出信号に含まれるオフセット成分を調節できるため、微小な静電容量の変化を検出することができる。 According to the present invention, since the offset component included in the detection signal indicating the change in the capacitance of the sensor element according to the degree of proximity of the object to the detection position can be adjusted, a minute change in the capacitance can be detected. Can do.
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る入力装置の構成例を示す図である。本実施形態に係る入力装置は、検出位置への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置であり、図１の例において、センサ部１００と、電圧供給部１８０と、切り替え部１９０と、検出信号生成部１１０と、電荷生成部１２０と、ホールド部１３０と、ＡＤ変換器１４０と、制御部１５０と、記憶部１６０と、インターフェース部１７０とを有する。なお、本明細書における「近接」とは、検出位置に対して物体が接触しない状態で近くにあることと、接触した状態にあることを両方含む。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an input device according to an embodiment of the present invention. The input device according to the present embodiment is an input device that inputs information according to the proximity state of an object to a detection position. In the example of FIG. 1, the sensor unit 100, the voltage supply unit 180, the switching unit 190, , A detection signal generation unit 110, a charge generation unit 120, a hold unit 130, an AD converter 140, a control unit 150, a storage unit 160, and an interface unit 170. Note that “proximity” in this specification includes both that the object is close to the detection position without being in contact and that the object is in contact.
センサ部１００は、複数の検出位置において物体の近接状態を検出する複数のセンサ素子を備えた装置であり、図１の例では、格子状に交差して配置された駆動電極ＥＤ１，ＥＤ２，…，ＥＤｍとセンス電極ＥＳ１，ＥＳ２，…，ＥＳｎを有する。駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｍは、それぞれ同一方向へ平行に伸びて形成され、等間隔に並んで配置される。センス電極ＥＳ１〜ＥＳｎは、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｍに対してそれぞれ垂直な方向へ伸びて形成され、等間隔に並んで配置される。駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｍとセンス電極ＥＳ１〜ＥＳｎが交差する位置（検出位置）には、それぞれ寄生的なキャパシタが形成されており、このキャパシタがセンサ素子ＣＳとして機能する。接地電位に対して静電結合を有する物体（指先など）がセンサ素子ＣＳへ近接すると、その近接度合に応じてセンサ素子ＣＳの静電容量が変化する。 The sensor unit 100 is a device that includes a plurality of sensor elements that detect the proximity state of an object at a plurality of detection positions. In the example of FIG. 1, the drive electrodes ED1, ED2,. , EDm and sense electrodes ES1, ES2,. The drive electrodes ED1 to EDm are formed to extend in parallel in the same direction, and are arranged at equal intervals. The sense electrodes ES1 to ESn are formed to extend in directions perpendicular to the drive electrodes ED1 to EDm, respectively, and are arranged at equal intervals. Parasitic capacitors are formed at the positions (detection positions) where the drive electrodes ED1 to EDm and the sense electrodes ES1 to ESn intersect, and these capacitors function as the sensor element CS. When an object (such as a fingertip) having electrostatic coupling with respect to the ground potential approaches the sensor element CS, the capacitance of the sensor element CS changes according to the proximity degree.
駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｍとセンス電極ＥＳ１〜ＥＳｎは、例えば、平らな検出面上に配設されており、検出面上に複数のセンサ素子ＣＳがマトリクス状に分布する。入力装置は、この複数のセンサ素子ＣＳにおける静電容量の変化を周期的に検出し、その検出値に基づいて、検出面に近接する物体の有無やその数、物体が近接した位置、検出面と物体との距離など、物体の近接状態に関する種々の情報を取得する。 For example, the drive electrodes ED1 to EDm and the sense electrodes ES1 to ESn are disposed on a flat detection surface, and a plurality of sensor elements CS are distributed in a matrix on the detection surface. The input device periodically detects a change in capacitance in the plurality of sensor elements CS, and based on the detected value, the presence / absence and number of objects close to the detection surface, the position where the object is close, the detection surface Various information related to the proximity state of the object such as the distance between the object and the object is acquired.
電圧供給部１８０は、センサ部１００に形成された複数のセンサ素子ＣＳにそれぞれ所定の電圧（ＶＤＤ）を印加する。図１の例において、電圧供給部１８０は、駆動電極ＥＤ１，ＥＤ２，…，ＥＤｍに接続されたスイッチ部ＵＡ１，ＵＡ２，…，ＵＡｍと、センス電極ＥＳ１，ＥＳ２，…，ＥＳｎに接続されたスイッチ部ＵＢ１，ＵＢ２，…，ＵＢｎを有する。 The voltage supply unit 180 applies a predetermined voltage (VDD) to each of the plurality of sensor elements CS formed in the sensor unit 100. In the example of FIG. 1, the voltage supply unit 180 includes switch units UA1, UA2,... UAm connected to the drive electrodes ED1, ED2,... EDm, and switches connected to the sense electrodes ES1, ES2,. It has parts UB1, UB2,.
スイッチ部ＵＡｊ（ｊは１からｍまでの整数を示す。）は、駆動電極ＥＤｊに形成されたセンサ素子ＣＳに電圧ＶＤＤを供給する場合、駆動電極ＥＤｊを電圧ＶＤＤの供給ラインに接続する。またスイッチ部ＵＡｊは、この電圧ＶＤＤの供給によってセンサ素子ＣＳに蓄積された電荷（蓄積電荷ＱＳ）が検出信号生成部１１０に転送される場合、駆動電極ＥＤｊをグランドに接続する。 The switch unit UAj (j represents an integer from 1 to m) connects the drive electrode EDj to a supply line of the voltage VDD when supplying the voltage VDD to the sensor element CS formed on the drive electrode EDj. The switch unit UAj connects the drive electrode EDj to the ground when the charge (accumulated charge QS) accumulated in the sensor element CS by the supply of the voltage VDD is transferred to the detection signal generation unit 110.
スイッチ部ＵＢｉ（ｉは１からｎまでの整数を示す。）は、センス電極ＥＳｉに形成されたセンサ素子ＣＳに電圧ＶＤＤを供給する場合、センス電極ＥＳｉとグランドに接続する。またスイッチ部ＵＢｉは、センサ素子ＣＳに蓄積された蓄積電荷ＱＳが検出信号生成部１１０に転送される場合、センス電極ＥＳｉをグランドから切り離す。 The switch unit UBi (i represents an integer from 1 to n) is connected to the sense electrode ESi and the ground when supplying the voltage VDD to the sensor element CS formed on the sense electrode ESi. The switch unit UBi separates the sense electrode ESi from the ground when the accumulated charge QS accumulated in the sensor element CS is transferred to the detection signal generation unit 110.
図２は、図１に示す入力装置において、一のセンサ素子ＣＳの静電容量検出に関わる回路のより詳しい構成例を示す図である。
図２の例において、スイッチ部ＵＡｊは、スイッチ素子ＳＡ１及びＳＡ２を有する。スイッチ素子ＳＡ１は電圧ＶＤＤの供給ラインと駆動電極ＥＤｊとの間に設けられ、スイッチ素子ＳＡ２は駆動電極ＥＤｊとグランドとの間に設けられる。
また図２の例において、スイッチ部ＵＢｉは、センス電極ＥＳｉとグランドとの間に設けられたスイッチ素子ＳＢを有する。
FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration example of a circuit related to capacitance detection of one sensor element CS in the input device shown in FIG.
In the example of FIG. 2, the switch unit UAj includes switch elements SA1 and SA2. The switch element SA1 is provided between the supply line of the voltage VDD and the drive electrode EDj, and the switch element SA2 is provided between the drive electrode EDj and the ground.
In the example of FIG. 2, the switch unit UBi includes a switch element SB provided between the sense electrode ESi and the ground.
切り替え部１９０は、センス電極ＥＳ１〜ＥＳｎの中から検出信号生成部１１０に接続する一のセンス電極ＥＳｉを選択する回路であり、図１の例ではスイッチ素子ＳＧ１，ＳＧ２，…，ＳＧｎを有する。スイッチ素子ＳＧｉは、センス電極ＥＳｉと検出信号生成部１１０の入力との間に設けられる。 The switching unit 190 is a circuit that selects one sense electrode ESi connected to the detection signal generation unit 110 from the sense electrodes ES1 to ESn, and includes switch elements SG1, SG2,..., SGn in the example of FIG. The switch element SGi is provided between the sense electrode ESi and the input of the detection signal generation unit 110.
検出信号生成部１１０は、電圧供給部１８０によって電圧ＶＤＤが供給されたセンス素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳに応じた検出信号Ｖｓを生成する。すなわち、検出信号生成部１１０は、切り替え部１９０によって選択されたセンス電極ＥＳｉのセンサ素子ＣＳから転送される蓄積電荷ＱＳに比例した電圧を検出信号Ｖｓとして出力する。 The detection signal generation unit 110 generates a detection signal Vs corresponding to the accumulated charge QS of the sense element CS to which the voltage VDD is supplied by the voltage supply unit 180. That is, the detection signal generation unit 110 outputs a voltage proportional to the accumulated charge QS transferred from the sensor element CS of the sense electrode ESi selected by the switching unit 190 as the detection signal Vs.
図２の例において、検出信号生成部１１０は、オペアンプ１１１と、キャパシタＣＦと、スイッチ素子ＳＲを有する。オペアンプ１１１とキャパシタＣＦはチャージアンプを構成しており、切り替え部１９０を介してセンス電極ＥＳｉから転送されるセンサ素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳに応じた検出信号Ｖｓを出力する。オペアンプ１１１の反転入力端子は、キャパシタＣＦを介してオペアンプ１１１の出力に接続されるとともに、切り替え部１９０を介してセンス電極ＥＳ１〜ＥＳｎの何れか一つに接続される。オペアンプ１１１の非反転入力端子はグランドに接続される。スイッチ素子ＳＲは、キャパシタＣＦと並列に接続されており、検出信号Ｖｓの生成を開始する前にキャパシタＣＦの電荷を放電する。 In the example of FIG. 2, the detection signal generation unit 110 includes an operational amplifier 111, a capacitor CF, and a switch element SR. The operational amplifier 111 and the capacitor CF constitute a charge amplifier, and outputs a detection signal Vs corresponding to the accumulated charge QS of the sensor element CS transferred from the sense electrode ESi via the switching unit 190. The inverting input terminal of the operational amplifier 111 is connected to the output of the operational amplifier 111 through the capacitor CF, and is connected to any one of the sense electrodes ES1 to ESn through the switching unit 190. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 111 is connected to the ground. The switch element SR is connected in parallel with the capacitor CF, and discharges the capacitor CF before starting the generation of the detection signal Vs.
オペアンプ１１１は、反転入力端子の電圧がゼロ（グランド電位）となるようにキャパシタＣＦを充電する検出信号Ｖｓを出力する。電圧ＶＤＤの供給によってセンサ素子ＣＳに蓄積電荷ＱＳが蓄積された後、スイッチ部ＵＡｊのスイッチ素子ＳＡ２によって駆動電極ＥＤｊがグランドに接続されるとともに、オペアンプ１１１の反転入力端子がセンス電極ＥＳｉに接続されると、センス電極ＥＳｉがグランド電位とほぼ等しくなるようにオペアンプ１１１がキャパシタＣＦを充電することで、センサ素子ＣＳの両端の電位差がゼロになる。センサ素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳは、ほぼ全てがキャパシタＣＦへ転送される。従って、オペアンプ１１１が出力する検出信号Ｖｓは、蓄積電荷ＱＳにほぼ比例した電圧となり、この電圧はセンサ素子ＣＳの静電容量にほぼ比例する。 The operational amplifier 111 outputs a detection signal Vs that charges the capacitor CF so that the voltage at the inverting input terminal becomes zero (ground potential). After the accumulated charge QS is accumulated in the sensor element CS by the supply of the voltage VDD, the drive electrode EDj is connected to the ground by the switch element SA2 of the switch unit UAj, and the inverting input terminal of the operational amplifier 111 is connected to the sense electrode ESi. Then, the operational amplifier 111 charges the capacitor CF so that the sense electrode ESi is substantially equal to the ground potential, so that the potential difference between both ends of the sensor element CS becomes zero. Almost all the accumulated charge QS of the sensor element CS is transferred to the capacitor CF. Therefore, the detection signal Vs output from the operational amplifier 111 is a voltage that is substantially proportional to the accumulated charge QS, and this voltage is substantially proportional to the capacitance of the sensor element CS.
なお、検出信号生成部１１０は、制御部１５０から入力されるゲイン設定信号ＧＳに応じて、蓄積電荷ＱＳに対する検出信号ＶＳのゲインを変更することができる。ゲインの変更は、例えばキャパシタＣＦの静電容量を変更することにより行う。図２の例において、キャパシタＣＦは可変容量回路であり、ゲイン設定信号ＧＳに応じて静電容量が変化する。蓄積電荷ＱＳが一定とすると、検出信号ＶＳはキャパシタＣＦの静電容量に反比例する。そのため、キャパシタＣＦの静電容量をゲイン設定信号ＧＳに応じて変更することにより、蓄積電荷ＱＳに対する検出信号ＶＳのゲインを変更することができる。可変容量回路は、例えば、複数のキャパシタの並列回路において各キャパシタと直列に設けられたスイッチ素子をゲイン設定信号ＧＳに応じて制御することにより実現可能である。スイッチ素子のオンオフによりキャパシタの並列接続数を変更することで、静電容量を変更することができる。 The detection signal generation unit 110 can change the gain of the detection signal VS with respect to the accumulated charge QS in accordance with the gain setting signal GS input from the control unit 150. For example, the gain is changed by changing the capacitance of the capacitor CF. In the example of FIG. 2, the capacitor CF is a variable capacitance circuit, and the capacitance changes according to the gain setting signal GS. If the accumulated charge QS is constant, the detection signal VS is inversely proportional to the capacitance of the capacitor CF. Therefore, the gain of the detection signal VS with respect to the accumulated charge QS can be changed by changing the capacitance of the capacitor CF according to the gain setting signal GS. The variable capacitance circuit can be realized, for example, by controlling a switch element provided in series with each capacitor in a parallel circuit of a plurality of capacitors according to the gain setting signal GS. The electrostatic capacity can be changed by changing the number of capacitors connected in parallel by turning on and off the switch element.
ホールド部１３０は、検出信号生成部１１０において生成された検出信号Ｖｓを保持する回路であり、図２の例では、スイッチ素子ＳＨとキャパシタＣＨを有する。キャパシタＣＨの一端がスイッチ素子ＳＨを介して検出信号生成部１１０の出力に接続され、キャパシタＣＨの他端がグランドに接続される。スイッチ素子ＳＨがオンすると、キャパシタＣＨは検出信号Ｖｓとほぼ同じ電圧となり、スイッチ素子ＳＨがオフすると、キャパシタＣＨの電圧がスイッチ素子ＳＨのオン期間とほぼ等しい電圧に保持される。 The hold unit 130 is a circuit that holds the detection signal Vs generated by the detection signal generation unit 110, and includes a switch element SH and a capacitor CH in the example of FIG. One end of the capacitor CH is connected to the output of the detection signal generation unit 110 via the switch element SH, and the other end of the capacitor CH is connected to the ground. When the switch element SH is turned on, the capacitor CH has substantially the same voltage as the detection signal Vs. When the switch element SH is turned off, the voltage of the capacitor CH is held at a voltage substantially equal to the on period of the switch element SH.
ＡＤ変換器１４０は、ホールド部１３０において保持された検出信号Ｖｓをデジタル信号に変換して制御部１５０に出力する。 The AD converter 140 converts the detection signal Vs held in the hold unit 130 into a digital signal and outputs the digital signal to the control unit 150.
電荷生成部１２０は、制御部１５０から入力されるオフセット設定信号ＯＦＳに応じたオフセット電荷ＱＸを生成し、センサ素子ＣＳから検出信号生成部１１０へ転送される蓄積電荷ＱＳにオフセット電荷ＱＸを加える。 The charge generation unit 120 generates an offset charge QX corresponding to the offset setting signal OFS input from the control unit 150, and adds the offset charge QX to the accumulated charge QS transferred from the sensor element CS to the detection signal generation unit 110.
図３は、第１の実施形態に係る入力装置における電荷生成部１２０の構成の一例を示す図である。図３の例に示す電荷生成部１２０は、キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐと、キャパシタ電圧供給部１２１と、電荷合成部１２２を有する。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the charge generation unit 120 in the input device according to the first embodiment. The charge generation unit 120 illustrated in the example of FIG. 3 includes capacitors CX1, CX2,..., CXp, a capacitor voltage supply unit 121, and a charge synthesis unit 122.
キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐは、それぞれ異なる静電容量を有する。例えば、キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐは、符号の数字が小さいほど静電容量が小さく、キャパシタＣＸ１が最小の静電容量を有する。この最小の静電容量を「Ｃ」とすると、キャパシタＣＸｋ（ｋは１からｐまでの整数を示す。）は「Ｃ×２（ｋ−１）」の静電容量を有する。すなわち、キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐは、最小の静電容量Ｃに対して２の累乗倍の静電容量を有する。 The capacitors CX1, CX2,..., CXp have different capacitances. For example, the capacitors CX1, CX2,..., CXp have a smaller capacitance as the number of symbols is smaller, and the capacitor CX1 has a minimum capacitance. When this minimum capacitance is “C”, the capacitor CXk (k is an integer from 1 to p) has a capacitance of “C × 2 (k−1) ”. That is, the capacitors CX1, CX2,..., CXp have a capacitance that is a power of 2 with respect to the minimum capacitance C.
キャパシタ電圧供給部１２１は、キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐにそれぞれ第１電圧（例えば電圧ＶＤＤ）を供給する。図３の例において、キャパシタ電圧供給部１２１は、キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐの一端にそれぞれ接続されたスイッチ部ＵＤ１，ＵＤ２，…，ＵＤｐを有する。キャパシタＣＸ１，ＣＸ２，…，ＣＸｐの他端は、それぞれグランドに接続される。 The capacitor voltage supply unit 121 supplies a first voltage (for example, voltage VDD) to the capacitors CX1, CX2,. In the example of FIG. 3, the capacitor voltage supply unit 121 includes switch units UD1, UD2,... UDp connected to one ends of capacitors CX1, CX2,. The other ends of the capacitors CX1, CX2,..., CXp are each connected to the ground.
スイッチ部ＵＤｋは、キャパシタＣＸｋに電圧ＶＤＤを供給する場合、キャパシタＣＸｋの一端を電圧ＶＤＤの供給ラインに接続し、この電圧ＶＤＤの供給によってキャパシタＣＸｋに蓄積された電荷（キャパシタ電荷）が検出信号生成部１１０に転送される場合、キャパシタＣＸｋの一端を電圧ＶＤＤの供給ラインから切り離す。スイッチ部ＵＤｋは、例えば図３に示すように、キャパシタＣＸｋの一端と電圧ＶＤＤの供給ラインとの間に設けられたスイッチ素子ＳＤを有する。 When supplying the voltage VDD to the capacitor CXk, the switch unit UDk connects one end of the capacitor CXk to the supply line of the voltage VDD, and the charge (capacitor charge) accumulated in the capacitor CXk by the supply of the voltage VDD generates a detection signal. When transferred to the unit 110, one end of the capacitor CXk is disconnected from the supply line of the voltage VDD. For example, as illustrated in FIG. 3, the switch unit UDk includes a switch element SD provided between one end of the capacitor CXk and a supply line of the voltage VDD.
電荷合成部１２２は、キャパシタＣＸ１〜ＣＸｐから、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて１つ又は複数のキャパシタを選択し、当該選択したキャパシタに電圧ＶＤＤの供給によって蓄積されたキャパシタ電荷を合成し、当該合成したキャパシタ電荷をオフセット電荷ＱＸとして出力する。図３の例において、電荷合成部１２２は、キャパシタＣＸ１〜ＣＸｐをそれぞれ検出信号生成部１１０の入力（オペアンプ１１１の反転入力端子）に接続するためのスイッチ素子ＳＪ１，ＳＪ２，…，ＳＪｐを有する。スイッチ素子ＳＪｋは、スイッチ部ＵＤｋが接続されたキャパシタＣＸｋの一端と検出信号生成部１１０の入力との間に設けられており、オフセット設定信号ＯＦＳに応じてオン又はオフする。 The charge synthesizer 122 selects one or a plurality of capacitors from the capacitors CX1 to CXp according to the offset setting signal OFS, synthesizes the capacitor charges accumulated by the supply of the voltage VDD to the selected capacitor, and The capacitor charge is output as an offset charge QX. 3, the charge synthesis unit 122 includes switch elements SJ1, SJ2,..., SJp for connecting the capacitors CX1 to CXp to the input of the detection signal generation unit 110 (the inverting input terminal of the operational amplifier 111). The switch element SJk is provided between one end of the capacitor CXk to which the switch unit UDk is connected and the input of the detection signal generation unit 110, and is turned on or off according to the offset setting signal OFS.
電圧ＶＤＤを正の電圧とすると、スイッチ素子ＳＪｋを介して検出信号生成部１１０の入力に接続されるキャパシタＣＸｋの一端には正の電圧ＶＤＤが印加されるため、キャパシタＣＸｋから検出信号生成部１１０の入力に転送されるキャパシタ電荷は正電荷である。一方、電圧供給部１８０では、センス電極ＥＳｉをスイッチ素子ＳＢによりグランドに接続した状態で駆動電極ＥＤｉに電圧ＶＤＤが印加されるため、センス電極ＥＳｉを通じて検出信号生成部１１０の入力に転送されるセンサ素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳは負電荷である。すなわち、電荷生成部１２０が生成するオフセット電荷ＱＸは、センサ素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳに対して逆の極性を有する。従って、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて電荷生成部１２０のオフセット電荷ＱＸを増大させることにより、検出信号生成部１１０へ入力される電荷の総量が小さくなり、検出信号Ｖｓの電圧レベルが低下する。すなわち、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて検出信号Ｖｓのオフセット成分を減らすことができる。 When the voltage VDD is a positive voltage, since the positive voltage VDD is applied to one end of the capacitor CXk connected to the input of the detection signal generation unit 110 via the switch element SJk, the detection signal generation unit 110 is output from the capacitor CXk. The capacitor charge transferred to the input is a positive charge. On the other hand, in the voltage supply unit 180, since the voltage VDD is applied to the drive electrode EDi with the sense electrode ESi connected to the ground by the switch element SB, the sensor transferred to the input of the detection signal generation unit 110 through the sense electrode ESi. The accumulated charge QS of the element CS is a negative charge. That is, the offset charge QX generated by the charge generation unit 120 has a polarity opposite to that of the accumulated charge QS of the sensor element CS. Therefore, by increasing the offset charge QX of the charge generation unit 120 according to the offset setting signal OFS, the total amount of charges input to the detection signal generation unit 110 is reduced, and the voltage level of the detection signal Vs is reduced. That is, the offset component of the detection signal Vs can be reduced according to the offset setting signal OFS.
図１に戻る。
制御部１５０は、入力装置の全体的な動作を制御する回路であり、例えば、記憶部１６０に格納されるプログラムの命令コードに従って処理を行うコンピュータや、特定の機能を実現するロジック回路を含んで構成される。処理部１５０の処理は、その全てをコンピュータにおいてプログラムに基づいて実現してもよいし、その一部若しくは全部を専用のロジック回路（ＡＳＩＣ等）で実現してもよい。
Returning to FIG.
The control unit 150 is a circuit that controls the overall operation of the input device, and includes, for example, a computer that performs processing according to the instruction code of a program stored in the storage unit 160 and a logic circuit that implements a specific function. Composed. All of the processing of the processing unit 150 may be realized based on a program in a computer, or a part or all of the processing may be realized by a dedicated logic circuit (ASIC or the like).
制御部１５０は、検出信号生成部１１０のゲインを設定するゲイン設定信号ＧＳと、電荷生成部１２０において生成するオフセット電荷ＱＸを設定するオフセット設定信号ＯＦＳをそれぞれ生成する。
例えば制御部１５０は、オフセット調整を行う動作モードにおいて、ＡＤ変換器１４０から入力した検出信号のレベルが所定の範囲から外れた場合、検出信号のレベルが当該所定の範囲内へ入るようにオフセット設定信号を生成する。
また、例えば制御部１５０は、検出面から離れた指先を検出する動作モードにおいて、微弱な静電容量の変化を検出するため検出信号生成部１１０のゲインを大きくするようにゲイン設定信号ＧＳを生成する。
The control unit 150 generates a gain setting signal GS for setting the gain of the detection signal generation unit 110 and an offset setting signal OFS for setting the offset charge QX generated in the charge generation unit 120.
For example, in the operation mode in which the offset adjustment is performed, the control unit 150 sets the offset so that the level of the detection signal falls within the predetermined range when the level of the detection signal input from the AD converter 140 is out of the predetermined range. Generate a signal.
For example, the control unit 150 generates the gain setting signal GS so as to increase the gain of the detection signal generation unit 110 in order to detect a weak change in electrostatic capacitance in the operation mode in which the fingertip away from the detection surface is detected. To do.
ただし、検出信号生成部１１０のゲインを変更すると、検出信号Ｖｓに含まれるオフセット成分によって検出信号Ｖｓが所定のレンジに収まらなくなる場合がある。そこで、制御部１５０は、検出信号生成部１１０に入力するゲイン設定信号ＧＳに応じて、検出信号Ｖｓのレベルが所定のレンジに収まる方向へオフセット電荷ＱＸが変化するように、電荷生成部１２０に入力するオフセット設定信号ＯＦＳを変更する。 However, if the gain of the detection signal generation unit 110 is changed, the detection signal Vs may not be within a predetermined range due to an offset component included in the detection signal Vs. Therefore, the control unit 150 controls the charge generation unit 120 so that the offset charge QX changes in a direction in which the level of the detection signal Vs falls within a predetermined range according to the gain setting signal GS input to the detection signal generation unit 110. The input offset setting signal OFS is changed.
なお制御部１５０は、ゲイン設定信号ＧＳやオフセット設定信号ＯＦＳの他、電圧供給部１８０、切り替え部１９０、検出信号生成部１１０、電荷生成部１２０、ホールド部１３０における各スイッチ素子の制御信号を生成してもよい。 In addition to the gain setting signal GS and the offset setting signal OFS, the control unit 150 generates control signals for the switch elements in the voltage supply unit 180, the switching unit 190, the detection signal generation unit 110, the charge generation unit 120, and the hold unit 130. May be.
記憶部１６０は、制御部１５０において処理に使用される定数データや変数データを記憶する。制御部１５０がコンピュータを含む場合、記憶部１６０は、そのコンピュータにおいて実行されるプログラムを記憶してもよい。記憶部１６０は、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスクなどを含む。 The storage unit 160 stores constant data and variable data used for processing in the control unit 150. When the control unit 150 includes a computer, the storage unit 160 may store a program executed on the computer. The storage unit 160 includes, for example, a volatile memory such as DRAM or SRAM, a non-volatile memory such as flash memory, a hard disk, or the like.
ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る入力装置の動作について説明する。
入力装置は、センサ部１００に形成されるｎ×ｍ個のセンサ素子ＣＳを順番に走査し、その静電容量を検出する。一のセンサ素子ＣＳの静電容量を検出する場合、電圧供給部１８０は、当該一のセンサ素子ＣＳを形成する一の駆動電極ＥＤｊと一のセンス電極ＥＳｉを選択し、当該選択した２つの電極間に電圧ＶＤＤを供給する。この電圧ＶＤＤの供給によってセンサ素子ＣＳに電荷ＱＳが蓄積されると、切り替え部１９０が当該一のセンス電極ＥＳｉを検出信号生成部１１０の入力に接続する。これにより、センサ素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳが検出信号生成部１１０へ転送され、検出信号生成部１１０が蓄積電荷ＱＳに応じた検出信号Ｖｓを生成する。
Here, the operation of the input device according to the present embodiment having the above-described configuration will be described.
The input device scans n × m sensor elements CS formed in the sensor unit 100 in order, and detects the capacitance. When detecting the capacitance of one sensor element CS, the voltage supply unit 180 selects one drive electrode EDj and one sense electrode ESi that form the one sensor element CS, and the two selected electrodes A voltage VDD is supplied between them. When the charge QS is accumulated in the sensor element CS by the supply of the voltage VDD, the switching unit 190 connects the one sense electrode ESi to the input of the detection signal generation unit 110. Thereby, the accumulated charge QS of the sensor element CS is transferred to the detection signal generation unit 110, and the detection signal generation unit 110 generates a detection signal Vs corresponding to the accumulated charge QS.
図４は、第１の実施形態に係る入力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４のタイミングチャートは、駆動電極ＥＤｊとセンス電極ＥＳｉとの間に形成された一のセンサ素子ＣＳに対する静電容量の検出動作を示す。入力装置は、このタイミングチャートに示す検出動作をｎ×ｍ個のセンサ素子ＣＳについて順番に実行する。
図４Ａは、電圧供給部１８０におけるスイッチ部ＵＡｊのスイッチ素子ＳＡ１とスイッチ部ＵＢｉにおけるスイッチ素子ＳＢのオンオフ状態を示す。
図４Ｂは、電圧供給部１８０におけるスイッチ部ＵＡｊのスイッチ素子ＳＡ２のオンオフ状態を示す。
図４Ｃは、切り替え部１９０のスイッチ素子ＳＧｉのオンオフ状態を示す。
図４Ｄは、電荷生成部１２０におけるキャパシタ電圧供給部１２１のスイッチ素子ＳＤのオンオフ状態を示す。
図４Ｅは、電荷生成部１２０における電荷合成部１２２のスイッチ素子ＳＪ１〜ＳＪｐのオンオフ状態を示す。
図４Ｆは、検出信号生成部１１０におけるスイッチ素子ＳＲのオンオフ状態を示す。
図４Ｇは、ホールド部１３０におけるスイッチ素子ＳＨのオンオフ状態を示す。
図４Ｈは、検出信号Ｖｓの電圧の変化を示す。
図４Ｉは、ホールド部１３０において保持される信号Ｖｈの電圧の変化を示す。
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the input apparatus according to the first embodiment. The timing chart of FIG. 4 shows the capacitance detection operation for one sensor element CS formed between the drive electrode EDj and the sense electrode ESi. The input device sequentially performs the detection operation shown in this timing chart for n × m sensor elements CS.
FIG. 4A shows an on / off state of the switch element SA1 of the switch unit UAj in the voltage supply unit 180 and the switch element SB in the switch unit UBi.
4B shows an on / off state of the switch element SA2 of the switch unit UAj in the voltage supply unit 180. FIG.
FIG. 4C shows an on / off state of the switch element SGi of the switching unit 190.
FIG. 4D shows an on / off state of the switch element SD of the capacitor voltage supply unit 121 in the charge generation unit 120.
4E shows the on / off states of the switch elements SJ1 to SJp of the charge synthesis unit 122 in the charge generation unit 120. FIG.
FIG. 4F shows an on / off state of the switch element SR in the detection signal generation unit 110.
FIG. 4G shows an on / off state of the switch element SH in the hold unit 130.
FIG. 4H shows a change in the voltage of the detection signal Vs.
FIG. 4I shows a change in the voltage of the signal Vh held in the hold unit 130.
まず最初の期間Ｔ１において、電圧供給部１８０のスイッチ素子ＳＡ１，ＳＢがオン、スイッチ素子ＳＡ２がオフする（図４Ａ，図４Ｂ）。これにより、センサ素子ＣＳに電圧ＶＤＤが供給され、電荷ＱＳが蓄積される。センス電極ＥＳｉに生じる蓄積電荷ＱＳは負の極性を有する。 First, in the first period T1, the switch elements SA1 and SB of the voltage supply unit 180 are turned on and the switch element SA2 is turned off (FIGS. 4A and 4B). As a result, the voltage VDD is supplied to the sensor element CS and the charge QS is accumulated. The accumulated charge QS generated in the sense electrode ESi has a negative polarity.
また期間Ｔ１において、キャパシタ電圧供給部１２１のスイッチ素子ＳＤが全てオンする（図４Ｄ）。これにより、キャパシタＣＸ１〜ＣＸｐにそれぞれ電圧ＶＤＤが供給され、キャパシタ電荷が蓄積される。電荷合成部１２２を介して検出信号生成部１１０に接続されるキャパシタＣＸ１〜ＣＸｐの電極には、正極性のキャパシタ電荷が生じる。 In the period T1, all the switch elements SD of the capacitor voltage supply unit 121 are turned on (FIG. 4D). As a result, the voltage VDD is supplied to each of the capacitors CX1 to CXp, and the capacitor charge is accumulated. Positive capacitor charges are generated at the electrodes of the capacitors CX1 to CXp connected to the detection signal generation unit 110 via the charge synthesis unit 122.
更に期間Ｔ１において、検出信号生成部１１０のスイッチ素子ＳＲがオンする（図４Ｆ）。これにより、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦの電荷が放電されてゼロになり、検出信号Ｖｓの電圧もゼロになる（図４Ｈ）。 Further, in the period T1, the switch element SR of the detection signal generation unit 110 is turned on (FIG. 4F). Thereby, the electric charge of the capacitor CF of the detection signal generation unit 110 is discharged and becomes zero, and the voltage of the detection signal Vs is also zero (FIG. 4H).
期間Ｔ２に移行すると、電圧供給部１８０のスイッチ素子ＳＡ１，ＳＢがオフし（図４Ａ）、スイッチ素子ＳＡ２がオンし（図４Ｂ）、センス電極ＥＳｉが検出信号生成部１１０の入力に接続される（図４Ｃ）。これにより、センサ素子ＣＳの負極性の蓄積電荷ＱＳが検出信号生成部１１０の入力に転送される。またこのとき、キャパシタ電圧供給部１２１のスイッチ素子ＳＤが全てオフし（図４Ｄ）、電荷合成部１２２のスイッチ素子ＳＪ１〜ＳＪｐがオフセット設定信号ＯＦＳに応じてそれぞれオン又はオフする（図４Ｅ）。これにより、電荷生成部１２０のキャパシタ（ＣＸ１〜ＣＸｐ）に蓄積される正極性のキャパシタ電荷は、オン状態となったスイッチ素子（ＳＪ１〜ＳＪｐ）を通って合成され、合成されたキャパシタ電荷が正極性のオフセット電荷ＱＸとして検出信号生成部１１０の入力に転送される。従って、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦには、負極性の蓄積電荷ＱＳと正極性のオフセット電荷ＱＸとを加えた電荷が蓄積され、オペアンプ１１１が出力する検出信号Ｖｓの電圧は、キャパシタＣＦの電荷に比例した電圧となる（図４Ｈ）。 In the period T2, the switch elements SA1 and SB of the voltage supply unit 180 are turned off (FIG. 4A), the switch element SA2 is turned on (FIG. 4B), and the sense electrode ESi is connected to the input of the detection signal generation unit 110. (FIG. 4C). Thereby, the negative accumulated charge QS of the sensor element CS is transferred to the input of the detection signal generation unit 110. At this time, all the switch elements SD of the capacitor voltage supply unit 121 are turned off (FIG. 4D), and the switch elements SJ1 to SJp of the charge synthesis unit 122 are turned on or off in accordance with the offset setting signal OFS (FIG. 4E). As a result, the positive capacitor charges accumulated in the capacitors (CX1 to CXp) of the charge generation unit 120 are combined through the switch elements (SJ1 to SJp) that are turned on, and the combined capacitor charges are positive. Is transferred to the input of the detection signal generation unit 110 as a positive offset charge QX. Accordingly, the capacitor CF of the detection signal generation unit 110 stores a charge obtained by adding the negative accumulated charge QS and the positive offset charge QX, and the voltage of the detection signal Vs output from the operational amplifier 111 is the voltage of the capacitor CF. The voltage is proportional to the charge (FIG. 4H).
上述した期間Ｔ１の電荷蓄積動作と期間Ｔ２の電荷転送動作を１セットとして、同様の動作が更に２セット行われる（期間Ｔ３とＴ４、期間Ｔ５とＴ６）。これにより、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦには３回分の転送電荷が蓄積され、検出信号Ｖｓの電圧は階段状に上昇する（図４Ｈ）。３セット目の最後の電荷転送動作が行われる期間Ｔ６において、ホールド部１３０のスイッチ素子ＳＨがオンし（図４Ｇ）、ホールド部１３０のキャパシタＣＨに保持される信号Ｖｈの電圧は検出信号Ｖｓと等しくなる（図４Ｉ）。期間Ｔ６においてキャパシタＣＨの信号Ｖｈが更新されると、ＡＤ変換器１４０がこの信号Ｖｈをデジタル信号に変換し、制御部１４０に入力する。期間Ｔ１〜Ｔ６の動作によって一のセンサ素子ＣＳの静電容量に応じた検出信号Ｖｓがホールド部１３０に保持されると、次のセンサ素子ＣＳの静電容量を検出するため、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦの電荷が放電される（図４Ｆ，期間Ｔ７）。 The charge accumulation operation in the period T1 and the charge transfer operation in the period T2 are set as one set, and two sets of similar operations are performed (periods T3 and T4, periods T5 and T6). As a result, transfer charges for three times are accumulated in the capacitor CF of the detection signal generation unit 110, and the voltage of the detection signal Vs rises stepwise (FIG. 4H). In the period T6 in which the last charge transfer operation of the third set is performed, the switch element SH of the hold unit 130 is turned on (FIG. 4G), and the voltage of the signal Vh held in the capacitor CH of the hold unit 130 is the detection signal Vs. Are equal (FIG. 4I). When the signal Vh of the capacitor CH is updated in the period T6, the AD converter 140 converts the signal Vh into a digital signal and inputs it to the control unit 140. When the detection signal Vs corresponding to the capacitance of one sensor element CS is held in the holding unit 130 by the operation in the period T1 to T6, the detection signal generating unit detects the capacitance of the next sensor element CS. The electric charge of the capacitor CF 110 is discharged (FIG. 4F, period T7).
以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、物体の近接度合いに応じて静電容量が変化するセンサ素子ＣＳに所定の電圧ＶＤＤが供給されることにより、その静電容量に応じた蓄積電荷ＱＳがセンサ素子ＣＳに蓄積され、蓄積電荷ＱＳに応じた検出信号Ｖｓが検出信号生成部１１０において生成される。電荷生成部１２０では、制御部１５０により生成されるオフセット設定信号ＯＦＳに応じたオフセット電荷ＱＸが生成され、当該生成されたオフセット電荷ＱＸが、センサ素子ＣＳから検出信号生成部１１０へ転送される蓄積電荷ＱＸに加えられる。検出信号生成部１１０では、オフセット電荷ＱＸが加えられた蓄積電荷ＱＳに応じて、検出信号Ｖｓが生成される。そのため、検出信号Ｖｓには、オフセット電荷ＱＸに対応したオフセット成分が含まれることとなり、そのオフセット成分をオフセット設定信号ＯＦＳに応じて調節することが可能となる。従って、検出位置への物体の近接度合いに応じたセンサ素子ＣＳの静電容量の変化が非常に小さい場合でも、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて検出信号Ｖｓのオフセット成分を調節することにより、当該静電容量の微小な変化に対応した微小な信号成分が含まれた検出信号Ｖｓのレベルを、検出信号生成部１１０において出力可能な信号レベルの範囲内に調節できる。
例えば、ホバリング機能を実現するために蓄積電荷ＱＳに対する検出信号Ｖｓのゲインを高めた場合でも、オフセット設定信号ＯＦＳによって検出信号Ｖｓのオフセット成分を小さくすることにより、静電容量の微小な変化を示す検出信号Ｖｓの信号成分のレベルを検出信号生成部１１０が出力可能な信号レベルの範囲内に収めることができる。
As described above, according to the input device according to the present embodiment, the predetermined voltage VDD is supplied to the sensor element CS whose capacitance changes in accordance with the proximity degree of the object, so that the capacitance is reduced. The corresponding accumulated charge QS is accumulated in the sensor element CS, and the detection signal Vs corresponding to the accumulated charge QS is generated in the detection signal generation unit 110. In the charge generation unit 120, an offset charge QX corresponding to the offset setting signal OFS generated by the control unit 150 is generated, and the generated offset charge QX is transferred from the sensor element CS to the detection signal generation unit 110. Charge QX is added. In the detection signal generation unit 110, the detection signal Vs is generated according to the accumulated charge QS to which the offset charge QX is added. Therefore, the detection signal Vs includes an offset component corresponding to the offset charge QX, and the offset component can be adjusted according to the offset setting signal OFS. Therefore, even when the change in the capacitance of the sensor element CS according to the proximity of the object to the detection position is very small, the static component is adjusted by adjusting the offset component of the detection signal Vs according to the offset setting signal OFS. The level of the detection signal Vs including a minute signal component corresponding to a minute change in the capacitance can be adjusted within a range of signal levels that can be output by the detection signal generator 110.
For example, even when the gain of the detection signal Vs with respect to the accumulated charge QS is increased in order to realize the hovering function, a small change in capacitance is shown by reducing the offset component of the detection signal Vs by the offset setting signal OFS. The level of the signal component of the detection signal Vs can be within the range of signal levels that can be output by the detection signal generator 110.
また、本実施形態に係る入力装置によれば、電荷生成部１２０のキャパシタＣＸ１〜ＣＸｐはそれぞれ異なる静電容量を有しており、キャパシタＣＸ１〜ＣＸｐにおいてｋ番目に小さい静電容量が、最小の静電容量Ｃに対して２（ｋ−１）倍に設定されている。これにより、最小の静電容量Ｃを持つキャパシタＣＸ１に蓄積される最小のキャパシタ電荷Ｑ（Ｑ＝Ｃ×ＶＤＤ）と比較して、他のキャパシタＣＸ２，ＣＸ３，…，ＣＸｐに蓄積されるキャパシタ電荷は２の累乗倍の大きさを持つ（Ｑ×２，Ｑ×２２，…，Ｑ×２（ｐ−１））。これらのキャパシタ電荷がオフセット設定信号ＯＦＳに応じて合成されることにより、その合成結果としてオフセット電荷ＱＸが得られる。オフセット電荷ＱＸは、次の式で表される。
［数１］
ＱＸ＝Ｑ×｛Ａ１＋Ａ２×２＋Ａ３×２２＋…＋Ａｐ×２（ｐ−１）｝ …（１）
ただし、Ａ１〜Ａｐは１又は０の値を持つ。
このように、オフセット電荷ＱＸは、二進法で表現された整数を最小のキャパシタ電荷Ｑに乗じた値となる。従って、オフセット電荷ＱＸは、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて、キャパシタ電荷Ｑの整数倍の大きさに設定することが可能である。これにより、オフセット電荷ＱＸを均一な分解能で設定できるため、検出信号Ｖｓのオフセット成分を適切なレベルに調節し易くなる。
Moreover, according to the input device according to the present embodiment, the capacitors CX1 to CXp of the charge generation unit 120 have different capacitances, and the kth smallest capacitance in the capacitors CX1 to CXp is the smallest. It is set to 2 (k−1) times the capacitance C. Thereby, compared with the minimum capacitor charge Q (Q = C × VDD) stored in the capacitor CX1 having the minimum capacitance C, the capacitor charges stored in the other capacitors CX2, CX3,. Has a size that is a power of two (Q × 2, Q × 2 2 ,..., Q × 2 (p−1) ). By combining these capacitor charges in accordance with the offset setting signal OFS, an offset charge QX is obtained as a result of the combination. The offset charge QX is expressed by the following formula.
[Equation 1]
QX = Q × {A 1 + A 2 × 2 + A 3 × 2 2 +... + A p × 2 (p−1) } (1)
However, A 1 to A p has a value of 1 or 0.
Thus, the offset charge QX is a value obtained by multiplying the minimum capacitor charge Q by an integer expressed in binary. Therefore, the offset charge QX can be set to an integer multiple of the capacitor charge Q in accordance with the offset setting signal OFS. As a result, the offset charge QX can be set with uniform resolution, so that the offset component of the detection signal Vs can be easily adjusted to an appropriate level.
また、本実施形態に係る入力装置によれば、ゲイン設定信号ＧＳに応じて検出信号生成部１１０のゲインが変更されると、この変更されたゲインに応じて、検出信号Ｖｓのレベルが所定のレンジに収まる方向へオフセット電荷ＱＸが変化するように、電荷生成部１２０に入力するオフセット設定信号ＯＦＳが変更される。すなわち、検出信号生成部１１０のゲインが変更されても、検出信号Ｖｓのレベルが所定のレンジに収まるようにオフセット電荷ＱＸが制御される。これにより、センサ素子ＣＳの静電容量の微小な変化から大きな変化までを広範囲に検出できるため、物体の近接状態の検出が可能な距離の範囲を広くすることができる。 Further, according to the input device according to the present embodiment, when the gain of the detection signal generation unit 110 is changed according to the gain setting signal GS, the level of the detection signal Vs is set to a predetermined level according to the changed gain. The offset setting signal OFS input to the charge generator 120 is changed so that the offset charge QX changes in a direction that falls within the range. That is, even if the gain of the detection signal generation unit 110 is changed, the offset charge QX is controlled so that the level of the detection signal Vs falls within a predetermined range. Accordingly, since a minute change to a large change in the capacitance of the sensor element CS can be detected over a wide range, the range of the distance in which the proximity state of the object can be detected can be widened.
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図５は、第２の実施形態に係る入力装置における電荷生成部１２０Ａの構成の一例を示す図である。第２の実施形態に係る入力装置は、図３に示す電荷生成部１２０を図５に示す電荷生成部１２０Ａに置き換えたものであり、他の構成は既に説明した図１に示す入力装置と同様である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the charge generation unit 120A in the input device according to the second embodiment. The input device according to the second embodiment is obtained by replacing the charge generation unit 120 shown in FIG. 3 with the charge generation unit 120A shown in FIG. 5, and other configurations are the same as those of the input device shown in FIG. It is.
図５の例に示す電荷生成部１２０Ａは、キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐと、キャパシタ電圧供給部１２１Ａと、電荷合成部１２２Ａを有する。 The charge generation unit 120A illustrated in the example of FIG. 5 includes capacitors CXA1, CXA2,..., CXAp, a capacitor voltage supply unit 121A, and a charge synthesis unit 122A.
キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐは、それぞれ異なる静電容量を有する。例えば、キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐは、符号の数字が小さいほど静電容量が小さく、キャパシタＣＸＡ１が最小の静電容量を有する。この最小の静電容量を「Ｃ」とすると、キャパシタＣＸＡｋ（ｋは１からｐまでの整数を示す。）は「Ｃ×３（ｋ−１）」の静電容量を有する。すなわち、キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐは、最小の静電容量Ｃに対して３の累乗倍の静電容量を有する。 The capacitors CXA1, CXA2,..., CXAp have different capacitances. For example, the capacitors CXA1, CXA2,..., CXAp have a smaller capacitance as the number of symbols is smaller, and the capacitor CXA1 has a minimum capacitance. When the minimum capacitance is “C”, the capacitor CXAk (k is an integer from 1 to p) has a capacitance of “C × 3 (k−1) ”. That is, the capacitors CXA1, CXA2,..., CXAp have a capacitance that is a power of 3 times the minimum capacitance C.
キャパシタ電圧供給部１２１Ａは、キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐに、複数の異なる電圧からそれぞれオフセット設定信号ＯＦＳに応じて選択した電圧を供給する。例えば、キャパシタ電圧供給部１２１Ａは、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて、第２電圧（例えばＶＤＤ）、ゼロ電圧、又は第２電圧の極性を反転させた電圧（例えば−ＶＤＤ）の何れかをキャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐにそれぞれ供給する。 The capacitor voltage supply unit 121A supplies the capacitors CXA1, CXA2,..., CXAp with voltages selected according to the offset setting signal OFS from a plurality of different voltages. For example, the capacitor voltage supply unit 121A receives either the second voltage (for example, VDD), the zero voltage, or the voltage (for example, −VDD) obtained by inverting the polarity of the second voltage in accordance with the offset setting signal OFS. , CXA2,..., CXAp, respectively.
図５の例において、キャパシタ電圧供給部１２１は、キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐの一端にそれぞれ接続されたスイッチ部ＵＥ１，ＵＥ２，…，ＵＥｐと、キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐの他端に接続されたスイッチ部ＵＦとを有する。キャパシタＣＸＡ１，ＣＸＡ２，…，ＣＸＡｐの他端は、電荷合成部１２２Ａにおいて共通に接続される。 In the example of FIG. 5, the capacitor voltage supply unit 121 includes switch units UE1, UE2,..., UEp connected to one ends of capacitors CXA1, CXA2,. And a switch unit UF connected to the. The other ends of the capacitors CXA1, CXA2,..., CXAp are commonly connected in the charge combining unit 122A.
スイッチ部ＵＥｋは、３つのスイッチ素子ＳＥ１，ＳＥ２，ＳＥ３を有する。スイッチ素子ＳＥ１は、電圧ＶＤＤの供給ラインとキャパシタＣＸＡｋの一端との間に設けられる。スイッチ素子ＳＥ２は、電圧−ＶＤＤの供給ラインとキャパシタＣＸＡｋの一端との間に設けられる。スイッチ素子ＳＥ３は、キャパシタＣＸＡｋの一端とグランドとの間に設けられる。 The switch unit UEk includes three switch elements SE1, SE2, and SE3. The switch element SE1 is provided between the supply line of the voltage VDD and one end of the capacitor CXAk. The switch element SE2 is provided between the supply line of the voltage −VDD and one end of the capacitor CXAk. The switch element SE3 is provided between one end of the capacitor CXAk and the ground.
スイッチ部ＵＦは、共通接続されたキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐの他端とグランドとの間に設けられたスイッチ素子ＳＦを有する。 The switch unit UF includes a switch element SF provided between the other end of the commonly connected capacitors CXA1 to CXAp and the ground.
電荷合成部１２２Ａは、キャパシタ電圧供給部１２１Ａの電圧供給によってキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐにそれぞれ蓄積されるキャパシタ電荷を合成し、当該合成したキャパシタ電荷をオフセット電荷ＱＸとして出力する。図５の例において、電荷合成部１２２Ａは、共通接続されたキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐの他端と検出信号生成部１１０の入力（オペアンプ１１１の反転入力端子）との間に設けられたスイッチ素子ＳＬを有する。スイッチ素子ＳＬは、キャパシタ電圧供給部１２１ＡによってキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐに電圧が供給される期間にオフし、キャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐからキャパシタ電圧供給部１２１Ａへキャパシタ電荷を転送する期間にオンする。 The charge combining unit 122A combines the capacitor charges stored in the capacitors CXA1 to CXAp by the voltage supply from the capacitor voltage supply unit 121A, and outputs the combined capacitor charge as the offset charge QX. In the example of FIG. 5, the charge synthesis unit 122A includes a switch element SL provided between the other ends of the commonly connected capacitors CXA1 to CXAp and the input of the detection signal generation unit 110 (the inverting input terminal of the operational amplifier 111). Have. The switch element SL is turned off when a voltage is supplied to the capacitors CXA1 to CXAp by the capacitor voltage supply unit 121A, and turned on during a period when the capacitor charge is transferred from the capacitors CXA1 to CXAp to the capacitor voltage supply unit 121A.
図６は、第２の実施形態に係る入力装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図４と同様に、一のセンサ素子ＣＳに対する静電容量の検出動作を示す。
図６Ａ，図６Ｂは、先に説明した図４Ａ，図４Ｂと同じである。
図６Ｃは、切り替え部１９０のスイッチ素子ＳＧｉ並びに電荷生成部１２０Ａのスイッチ素子ＳＬのオンオフ状態を示す。
図６Ｄは、電荷生成部１２０Ａにおけるキャパシタ電圧供給部１２１Ａのスイッチ素子ＳＦのオンオフ状態を示す。
図６Ｅは、電荷生成部１２０Ａにおけるキャパシタ電圧供給部１２１Ａのスイッチ素子ＳＥ１，ＳＥ２のオンオフ状態を示す。
図６Ｆは、電荷生成部１２０Ａにおけるキャパシタ電圧供給部１２１Ａのスイッチ素子ＳＥ３のオンオフ状態を示す。
図６Ｇ〜図６Ｊは、先に説明した図４Ｆ〜図４Ｉと同じである。
FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the input device according to the second embodiment, and shows a capacitance detection operation for one sensor element CS as in FIG.
6A and 6B are the same as FIGS. 4A and 4B described above.
FIG. 6C shows an on / off state of the switch element SGi of the switching unit 190 and the switch element SL of the charge generation unit 120A.
FIG. 6D shows an on / off state of the switch element SF of the capacitor voltage supply unit 121A in the charge generation unit 120A.
FIG. 6E shows an on / off state of the switch elements SE1, SE2 of the capacitor voltage supply unit 121A in the charge generation unit 120A.
FIG. 6F shows an on / off state of the switch element SE3 of the capacitor voltage supply unit 121A in the charge generation unit 120A.
6G to 6J are the same as FIGS. 4F to 4I described above.
最初の期間Ｔ１において、電圧供給部１８０のスイッチ素子ＳＡ１，ＳＢがオン（図６Ａ）、スイッチ素子ＳＡ２がオフ（図６Ｂ）となり、センサ素子ＣＳに電荷ＱＳが蓄積される。センス電極ＥＳｉに生じる蓄積電荷ＱＳは負の極性を有する。 In the first period T1, the switch elements SA1 and SB of the voltage supply unit 180 are turned on (FIG. 6A), the switch element SA2 is turned off (FIG. 6B), and the charge QS is accumulated in the sensor element CS. The accumulated charge QS generated in the sense electrode ESi has a negative polarity.
また期間Ｔ１において、キャパシタ電圧供給部１２１Ａのスイッチ素子ＳＦがオンするとともに（図６Ｄ）、スイッチ部ＵＥ１〜ＵＥｐに含まれるスイッチ素子ＳＥ１〜ＳＥ３がオフセット設定信号ＯＦＳに応じてそれぞれオン又はオフする（図６Ｅ，図６Ｆ）。これにより、キャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐには、それぞれ電圧ＶＤＤ，電圧−ＶＤＤ又はゼロ電圧の何れかが供給され、供給電圧に応じたキャパシタ電荷（正電荷／ゼロ／負電荷）が蓄積される。 In the period T1, the switch element SF of the capacitor voltage supply unit 121A is turned on (FIG. 6D), and the switch elements SE1 to SE3 included in the switch units UE1 to UEp are turned on or off according to the offset setting signal OFS ( FIG. 6E, FIG. 6F). As a result, the capacitors CXA1 to CXAp are respectively supplied with the voltage VDD, the voltage −VDD, or the zero voltage, and the capacitor charges (positive charge / zero / negative charge) corresponding to the supply voltage are accumulated.
更に期間Ｔ１において、検出信号生成部１１０のスイッチ素子ＳＲがオンすることによりキャパシタＣＦの電荷がリセットされて、検出信号Ｖｓの電圧がゼロになる（図６Ｇ，図６Ｉ）。 Further, in the period T1, the switch element SR of the detection signal generation unit 110 is turned on to reset the charge of the capacitor CF, and the voltage of the detection signal Vs becomes zero (FIGS. 6G and 6I).
期間Ｔ２に移行すると、電圧供給部１８０のスイッチ素子ＳＡ１，ＳＢがオフし（図６Ａ）、スイッチ素子ＳＡ２がオンし（図６Ｂ）、センス電極ＥＳｉが検出信号生成部１１０の入力に接続される（図６Ｃ）。これにより、センサ素子ＣＳの蓄積電荷ＱＳが検出信号生成部１１０の入力に転送される。またこのとき、キャパシタ電圧供給部１２１Ａにおいてスイッチ素子ＳＦがオフし（図６Ｄ）、スイッチ素子ＳＥ３がオンし（図６Ｆ）、電荷合成部１２２Ａのスイッチ素子ＳＬがオンする（図６Ｃ）。これにより、電荷生成部１２０ＡのキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐに蓄積される正極性又は負極性のキャパシタ電荷は、合成されてスイッチ素子ＳＬを通り、正極性又は負極性のオフセット電荷ＱＸとして検出信号生成部１１０の入力に転送される。従って、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦには、負極性の蓄積電荷ＱＳと正極性又は負極性のオフセット電荷ＱＸとを加えた電荷が蓄積され、オペアンプ１１１が出力する検出信号Ｖｓの電圧は、キャパシタＣＦの電荷に比例した電圧となる（図６Ｉ）。 In the period T2, the switch elements SA1 and SB of the voltage supply unit 180 are turned off (FIG. 6A), the switch element SA2 is turned on (FIG. 6B), and the sense electrode ESi is connected to the input of the detection signal generation unit 110. (FIG. 6C). Thereby, the accumulated charge QS of the sensor element CS is transferred to the input of the detection signal generation unit 110. At this time, in the capacitor voltage supply unit 121A, the switch element SF is turned off (FIG. 6D), the switch element SE3 is turned on (FIG. 6F), and the switch element SL of the charge combining unit 122A is turned on (FIG. 6C). As a result, the positive or negative capacitor charges accumulated in the capacitors CXA1 to CXAp of the charge generation unit 120A are combined and pass through the switch element SL to be detected as the positive or negative offset charge QX. Forwarded to the input. Accordingly, the capacitor CF of the detection signal generation unit 110 stores a charge obtained by adding the negative accumulated charge QS and the positive or negative offset charge QX, and the voltage of the detection signal Vs output from the operational amplifier 111 is The voltage is proportional to the charge of the capacitor CF (FIG. 6I).
上述した期間Ｔ１の電荷蓄積動作と期間Ｔ２の電荷転送動作を１セットとして、同様の動作が更に２セット行われる（期間Ｔ３とＴ４、期間Ｔ５とＴ６）。これにより、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦには３回分の転送電荷が蓄積され、検出信号Ｖｓの電圧は階段状に上昇する（図６Ｉ）。３セット目の最後の電荷転送動作が行われる期間Ｔ６において、ホールド部１３０のスイッチ素子ＳＨがオンし（図６Ｈ）、ホールド部１３０のキャパシタＣＨに保持される信号Ｖｈの電圧は検出信号Ｖｓと等しくなる（図６Ｊ）。期間Ｔ６においてキャパシタＣＨの信号Ｖｈが更新されると、ＡＤ変換器１４０がこの信号Ｖｈをデジタル信号に変換し、制御部１４０に入力する。期間Ｔ１〜Ｔ６の動作によって一のセンサ素子ＣＳの静電容量に応じた検出信号Ｖｓがホールド部１３０に保持されると、次のセンサ素子ＣＳの静電容量を検出するため、検出信号生成部１１０のキャパシタＣＦの電荷が放電される（図６Ｇ，期間Ｔ７）。 The charge accumulation operation in the period T1 and the charge transfer operation in the period T2 are set as one set, and two sets of similar operations are performed (periods T3 and T4, periods T5 and T6). As a result, the transfer charge for three times is accumulated in the capacitor CF of the detection signal generation unit 110, and the voltage of the detection signal Vs rises stepwise (FIG. 6I). In the period T6 in which the last charge transfer operation of the third set is performed, the switch element SH of the hold unit 130 is turned on (FIG. 6H), and the voltage of the signal Vh held in the capacitor CH of the hold unit 130 is the detection signal Vs. Are equal (FIG. 6J). When the signal Vh of the capacitor CH is updated in the period T6, the AD converter 140 converts the signal Vh into a digital signal and inputs it to the control unit 140. When the detection signal Vs corresponding to the capacitance of one sensor element CS is held in the holding unit 130 by the operation in the period T1 to T6, the detection signal generating unit detects the capacitance of the next sensor element CS. The capacitor CF of 110 is discharged (FIG. 6G, period T7).
以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、電荷生成部１２０Ａの各キャパシタ（ＣＸＡ１〜ＣＸＡｐ）に供給される電圧がオフセット設定信号ＯＦＳに応じて選択されることにより、各キャパシタ（ＣＸＡ１〜ＣＸＡｐ）に蓄積されるキャパシタ電荷がオフセット設定信号ＯＦＳに応じて選択される。また、キャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐに蓄積されるキャパシタ電荷を合成した結果として、オフセット電荷ＱＸが得られる。従って、オフセット電荷ＱＸは、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて調節可能となり、検出信号Ｖｓのオフセット成分をオフセット設定信号ＯＦＳに応じて調節することが可能となる。従って、検出位置への物体の近接度合いに応じたセンサ素子ＣＳの静電容量の変化が非常に小さい場合でも、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて検出信号Ｖｓのオフセット成分を調節することにより、当該静電容量の微小な変化に対応した微小な信号成分が含まれた検出信号Ｖｓのレベルを、検出信号生成部１１０において出力可能な信号レベルの範囲内に調節できる。 As described above, according to the input device according to the present embodiment, the voltage supplied to each capacitor (CXA1 to CXAp) of the charge generation unit 120A is selected according to the offset setting signal OFS. The capacitor charges accumulated in (CXA1 to CXAp) are selected according to the offset setting signal OFS. Further, as a result of synthesizing the capacitor charges accumulated in the capacitors CXA1 to CXAp, an offset charge QX is obtained. Therefore, the offset charge QX can be adjusted according to the offset setting signal OFS, and the offset component of the detection signal Vs can be adjusted according to the offset setting signal OFS. Therefore, even when the change in the capacitance of the sensor element CS according to the proximity of the object to the detection position is very small, the static component is adjusted by adjusting the offset component of the detection signal Vs according to the offset setting signal OFS. The level of the detection signal Vs including a minute signal component corresponding to a minute change in the capacitance can be adjusted within a range of signal levels that can be output by the detection signal generator 110.
また、本実施形態に係る入力装置によれば、電荷生成部１２０ＡのキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐはそれぞれ異なる静電容量を有しており、キャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐにおいてｋ番目に小さい静電容量が、最小の静電容量Ｃに対して３（ｋ−１）倍に設定されている。これにより、最小の静電容量Ｃを持つキャパシタＣＸＡ１に蓄積される正又は負のキャパシタ電荷±Ｑ（Ｑ＝Ｃ×ＶＤＤ）と比較して、他のキャパシタＣＸＡ２，ＣＸＡ３，…，ＣＸＡｐに蓄積されるキャパシタ電荷は３の累乗倍の大きさを持つ（±Ｑ×３，±Ｑ×３２，…，±Ｑ×３（ｐ−１））。オフセット設定信号ＯＦＳに応じてキャパシタＣＸＡ１〜ＣＸＡｐの各々に蓄積されるキャパシタ電荷（Ｑ×３（ｋ−１），ゼロ，又は−Ｑ×３（ｋ−１））が合成されることにより、その合成結果としてオフセット電荷ＱＸが得られる。オフセット電荷ＱＸは、次の式で表される。
［数２］
ＱＸ＝Ｑ×｛Ｂ１＋Ｂ２×３＋Ｂ３×３２＋…＋Ｂｐ×３（ｐ−１）｝ …（２）
ただし、Ｂ１〜Ｂｐは１，−１又は０の値を持つ。
このように、オフセット電荷ＱＸは、平衡三進法で表現された整数（負数を含む）を最小のキャパシタ電荷Ｑに乗じた値となる。従って、オフセット電荷ＱＸは、オフセット設定信号ＯＦＳに応じて、キャパシタ電荷Ｑの整数倍の大きさに設定することが可能である。これにより、オフセット電荷ＱＸを均一な分解能で設定できるため、検出信号Ｖｓのオフセット成分を適切なレベルに調節し易くなる。
Further, according to the input device according to the present embodiment, the capacitors CXA1 to CXAp of the charge generation unit 120A have different capacitances, and the kth smallest capacitance in the capacitors CXA1 to CXAp is the smallest. The capacitance C is set to 3 (k-1) times. Thereby, compared with the positive or negative capacitor charge ± Q (Q = C × VDD) stored in the capacitor CXA1 having the smallest capacitance C, it is stored in the other capacitors CXA2, CXA3,. Capacitor charge is a power of 3 times (± Q × 3, ± Q × 3 2 ,..., ± Q × 3 (p−1) ). By combining the capacitor charges (Q × 3 (k−1) , zero, or −Q × 3 (k−1) ) accumulated in each of the capacitors CXA1 to CXAp according to the offset setting signal OFS, As a result of the synthesis, an offset charge QX is obtained. The offset charge QX is expressed by the following formula.
[Equation 2]
QX = Q × {B 1 + B 2 × 3 + B 3 × 3 2 +... + B p × 3 (p−1) } (2)
However, B 1 to B p have values of 1, −1 or 0.
Thus, the offset charge QX is a value obtained by multiplying the minimum capacitor charge Q by an integer (including a negative number) expressed in a balanced ternary system. Therefore, the offset charge QX can be set to an integer multiple of the capacitor charge Q in accordance with the offset setting signal OFS. As a result, the offset charge QX can be set with uniform resolution, so that the offset component of the detection signal Vs can be easily adjusted to an appropriate level.
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above.
That is, those skilled in the art may make various modifications, combinations, subcombinations, and alternatives regarding the components of the above-described embodiments within the technical scope of the present invention or an equivalent scope thereof.
例えば上述した実施形態では、物体の近接状態を検出するセンサ素子として、格子状に配置された電極パターンにおける２つの交差した電極間のキャパシタが用いられているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、回路基板等に形成された電極と近接する物体との間に形成されるキャパシタをセンサ素子として利用し、その静電容量（自己容量）を検出してもよいし、物体の近接に応じて静電容量が変化する他の種々のセンサ素子を用いてもよい。 For example, in the embodiment described above, a capacitor between two intersecting electrodes in an electrode pattern arranged in a grid is used as a sensor element for detecting the proximity state of an object, but the present invention is not limited to this example. . In another embodiment of the present invention, a capacitor formed between an electrode formed on a circuit board or the like and an adjacent object may be used as a sensor element, and its capacitance (self-capacitance) may be detected. However, other various sensor elements whose capacitance changes according to the proximity of the object may be used.
前記実施の形態では、指等の操作による情報を入力するユーザーインターフェース装置を基本として発明が説明されているが、本発明の入力装置は、人体に限定されない種々の物体の近接によって生じるセンサ素子の静電容量の変化に応じた情報を入力する装置に広く適用可能である。 In the above embodiment, the invention is described based on a user interface device that inputs information by an operation of a finger or the like. However, the input device of the present invention is a sensor element generated by the proximity of various objects not limited to a human body. The present invention can be widely applied to devices that input information according to changes in capacitance.
１００…センサ部、１１０…検出信号生成部、１２０，１２０Ａ…電荷生成部、１２１，１２１Ａ…電荷合成部、１２２，１２２Ａ…キャパシタ電圧供給部、１３０…ホールド部、１４０…ＡＤ変換器、１５０…制御部、１６０…記憶部、１７０…インターフェース部、１８０…電圧供給部、１９０…切り替え部、ＣＳ…センサ素子、ＣＸ１〜ＣＸｐ，ＣＸＡ１〜ＣＸＡｐ…キャパシタ、ＵＤ１〜ＵＤｍ…駆動電極、ＥＳ１〜ＥＳｎ…センス電極、ＱＳ…蓄積電荷、ＱＸ…オフセット電荷。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Sensor part 110 ... Detection signal generation part 120,120A ... Charge generation part 121, 121A ... Charge synthesis part 122, 122A ... Capacitor voltage supply part 130 ... Hold part 140 ... AD converter 150 ... Control unit, 160 ... storage unit, 170 ... interface unit, 180 ... voltage supply unit, 190 ... switching unit, CS ... sensor element, CX1 to CXp, CXA1 to CXAp ... capacitor, UD1 to UDm ... drive electrode, ES1 to ESn ... Sense electrode, QS ... accumulated charge, QX ... offset charge.
Claims (6)
前記検出位置への物体の近接度合いに応じて静電容量が変化するセンサ素子が形成されたセンサ部と、
前記センサ素子に所定の電圧を供給する電圧供給部と、
前記所定の電圧が供給された前記センサ素子の蓄積電荷に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
入力されるオフセット設定信号に応じたオフセット電荷を生成し、前記センサ素子から前記検出信号生成部へ転送される前記蓄積電荷に前記オフセット電荷を加える電荷生成部と
を有する入力装置。 An input device for inputting information according to the proximity state of an object to a detection position,
A sensor unit in which a sensor element whose capacitance changes according to the degree of proximity of the object to the detection position;
A voltage supply unit for supplying a predetermined voltage to the sensor element;
A detection signal generation unit that generates a detection signal according to the accumulated charge of the sensor element to which the predetermined voltage is supplied;
And a charge generation unit that generates an offset charge according to an input offset setting signal and adds the offset charge to the accumulated charge transferred from the sensor element to the detection signal generation unit.
複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタにそれぞれ第１電圧を供給するキャパシタ電圧供給部と、
前記複数のキャパシタから、前記オフセット設定信号に応じて１つ又は複数のキャパシタを選択し、当該選択したキャパシタに前記第１電圧の供給によって蓄積されたキャパシタ電荷を合成し、当該合成したキャパシタ電荷を前記オフセット電荷として出力する電荷合成部とを有する、
請求項１に記載の入力装置。 The charge generator is
A plurality of capacitors;
A capacitor voltage supply unit for supplying a first voltage to each of the plurality of capacitors;
One or more capacitors are selected from the plurality of capacitors according to the offset setting signal, and the capacitor charges accumulated by the supply of the first voltage are combined with the selected capacitors, and the combined capacitor charges are A charge combining unit that outputs the offset charge.
The input device according to claim 1.
前記複数のキャパシタの静電容量においてｋ番目（ｋは１以上の整数を示す。）に小さい静電容量は、最小の静電容量の２（ｋ−１）倍である、
請求項２に記載の入力装置。 The plurality of capacitors have different capacitances, respectively.
In the capacitances of the plurality of capacitors, the kth capacitance (k is an integer of 1 or more) is 2 (k−1) times the minimum capacitance.
The input device according to claim 2.
複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに、複数の異なる電圧からそれぞれ前記オフセット設定信号に応じて選択した電圧を供給するキャパシタ電圧供給部と、
前記キャパシタ電圧供給部の電圧供給によって前記複数のキャパシタにそれぞれ蓄積されるキャパシタ電荷を合成し、当該合成したキャパシタ電荷を前記オフセット電荷として出力する電荷合成部とを有する、
請求項１に記載の入力装置。 The charge generator is
A plurality of capacitors;
A capacitor voltage supply unit for supplying a voltage selected in accordance with the offset setting signal from a plurality of different voltages to the plurality of capacitors;
A charge combining unit that combines the capacitor charges accumulated in the plurality of capacitors by the voltage supply of the capacitor voltage supply unit, and outputs the combined capacitor charge as the offset charge;
The input device according to claim 1.
前記複数のキャパシタは、それぞれ異なる静電容量を有しており、
前記複数のキャパシタの静電容量においてｋ番目（ｋは１以上の整数を示す。）に小さい静電容量は、最小の静電容量の３（ｋ−１）倍である、
請求項４に記載の入力装置。 The capacitor voltage supply unit supplies each of the plurality of capacitors with a second voltage, a zero voltage, or a voltage obtained by inverting the polarity of the second voltage according to the offset setting signal.
The plurality of capacitors have different capacitances, respectively.
The kth capacitance (k is an integer of 1 or more) in the capacitance of the plurality of capacitors is 3 (k−1) times the minimum capacitance.
The input device according to claim 4.
前記検出信号生成部に入力する前記ゲイン設定信号に応じて、前記検出信号のレベルが所定のレンジに収まる方向へ前記オフセット電荷が変化するように、前記電荷生成部に入力する前記オフセット設定信号を変更する制御部を有する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の入力装置。
The detection signal generation unit can change the gain of the detection signal with respect to the accumulated charge according to an input gain setting signal,
In response to the gain setting signal input to the detection signal generation unit, the offset setting signal input to the charge generation unit is changed so that the offset charge changes in a direction in which the level of the detection signal falls within a predetermined range. Having a controller to change,
The input device according to any one of claims 1 to 5.
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