JP4189426B2 - センサ装置、及びこれを用いた携帯通信端末及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、センサ装置、及びこれを用いた携帯通信端末及び電子機器に関する。

近年、物体の近接を検出するセンサとして、静電容量検出型の近接センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この静電容量検出型センサでは、非接触で物体の近接を検出することが可能である。

しかしながら、従来の静電容量検出型センサ（特許文献１参照）は、基本的に全ての物体の近接を検出するものである。そのため、特定の検出対象を検出することは困難である。例えば、蓋やドアの開閉を検出する場合には、蓋やドアの近接のみを検出すべきであるが、蓋やドア以外の物体の近接も検出されてしまう。

このように、従来の静電容量検出型センサでは、特定の検出対象のみを確実に検出することが困難であった。
国際公開第２００４／０５９３４３号公報

本発明は、特定の検出対象の近接を確実に検出することが可能なセンサ装置、及びこれを用いた携帯通信端末及び電子機器を提供することを目的としている。

本発明の第１の視点に係るセンサ装置は、第１の部材と第２の部材との位置関係を検出するセンサ装置であって、前記第１の部材の表面に設けられ、電荷を保持する第１の電荷保持電極と、前記第１の部材の表面に設けられ、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷とは異なった電荷を保持する第２の電荷保持電極と、前記第２の部材の表面に設けられ、前記位置関係の変動に伴って前記第１の電荷保持電極が近接したときに、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第１の電荷誘起電極と、前記第２の部材の表面に設けられ、前記位置関係の変動に伴って前記第２の電荷保持電極が近接したときに、前記第２の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第２の電荷誘起電極と、前記第１の電荷誘起電極に誘起された電荷と前記第２の電荷誘起電極に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときに差分検出信号を生じる差分検出部と、を備える。

本発明の第２の視点に係るセンサ装置は、第１の基板と第２の基板との位置関係を検出するセンサ装置であって、電荷を保持する第１の電荷保持電極と、この第１の電荷保持電極に保持された電荷とは異なった電荷を保持する第２の電荷保持電極と、を表面に備えた第１の基板と、前記位置関係の変動に伴って前記第１の電荷保持電極が近接したときに前記第１の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第１の電荷誘起電極と、前記位置関係の変動に伴って前記第２の電荷保持電極が近接したときに前記第２の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第２の電荷誘起電極と、を表面に備えた第２の基板と、前記第１の電荷誘起電極に誘起された電荷と前記第２の電荷誘起電極に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときに差分検出信号を生じる差分検出部と、備える。

本発明の第３の視点に係るセンサ装置は、第１の部材と第２の部材との位置関係を検出するセンサ装置であって、前記第１の部材の表面に設けられ、第１の周波数を有する交流信号が印加される第１の電極と、前記第２の部材の表面に設けられ、第２の周波数を有する交流信号が印加される第２の電極と、前記位置関係の変動に伴って前記第１の電極に前記第２の電極が近接したときに、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差に対応したうなり周波数成分を検出するうなり検出部と、を備える。

本発明の第４の視点に係るセンサ装置は、第１の基板と第２の基板との位置関係を検出するセンサ装置であって、第１の周波数を有する交流信号が印加される第１の電極を表面に備えた第１の基板と、第２の周波数を有する交流信号が印加される第２の電極を表面に備えた第２の基板と、前記位置関係の変動に伴って前記第１の電極に前記第２の電極が近接したときに、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差に対応したうなり周波数成分を検出するうなり検出部と、を備える。

本発明の第５の視点に係る電子機器は、相互に相対的に可動な第１及び第２の部材と、前記第１の部材の表面に設けられ、電荷を保持する第１の電荷保持電極と、前記第１の部材の表面に設けられ、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷とは異なった電荷を保持する第２の電荷保持電極と、前記第２の部材の表面に設けられ、前記第１の部材と前記第２の部材との位置関係の変動に伴って前記第１の電荷保持電極が近接したときに、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第１の電荷誘起電極と、前記第２の部材の表面に設けられ、前記位置関係の変動に伴って前記第２の電荷保持電極が近接したときに、前記第２の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第２の電荷誘起電極と、前記第１の電荷誘起電極に誘起された電荷と前記第２の電荷誘起電極に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときに差分検出信号を生じる差分検出部と、を備える。

本発明によれば、特定の検出対象の近接を確実に検出することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示した図である。図１に示したセンサ装置は、第１の部材１０と第２の部材２０の開閉状態を検出するものである。

第１の部材１０の表面には、第１の電荷保持電極１１及び第２の電荷保持電極１２が、互いに隣接して設けられている。電荷保持電極１１及び電荷保持電極１２には、互いに異なった電荷が保持される。例えば、電荷保持電極１１に保持された電荷と電荷保持電極１２に保持された電荷とは、極性が互いに異なっている。或いは、電荷保持電極１１に保持された電荷と電荷保持電極１２に保持された電荷とは、絶対値が互いに異なっていてもよい。電荷保持電極１１及び１２には電荷供給部として電源３０が接続されており、電源３０から電荷保持電極１１及び１２に電荷が供給される。

第２の部材１０の表面には、第１の電荷誘起電極２１及び第２の電荷誘起電極２２が、互いに隣接して設けられている。部材１０及び２０が閉状態のときには、電荷保持電極１１と電荷誘起電極２１とが対向し、電荷保持電極１２と電荷誘起電極２２とが対向する。したがって、部材１０及び２０が開状態から閉状態になると、電荷保持電極１１と電荷誘起電極２１とが互いに近接し、電荷保持電極１２と電荷誘起電極２２とが互いに近接する。その結果、電荷誘起電極２１には電荷保持電極１１に保持された電荷に応じた電荷が誘起される。また、電荷誘起電極２２には電荷保持電極１２に保持された電荷に応じた電荷が誘起される。したがって、電荷誘起電極２１と電荷誘起電極２２には、互いに異なった電荷が誘起される。

電荷誘起電極２１及び２２には、差分検出部４０が接続されている。電荷誘起電極２１に誘起された電荷と電荷誘起電極２２に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときには、差分検出部４０から差分検出信号が生じる。すなわち、部材１０及び２０が閉状態のときには、電荷誘起電極２１及び電荷誘起電極２２に互いに異なった電荷が誘起されるため、誘起された電荷の差分が一定値よりも大きくなる。その結果、差分検出部４０から差分検出信号を出力される。一方、部材１０及び２０が開状態のときには、電荷誘起電極２１は電荷保持電極１１の影響を受けない。同様に、電荷誘起電極２２は電荷保持電極１２の影響を受けない。そのため、電荷誘起電極２１及び２２には電荷が誘起されない。したがって、差分検出部４０からは差分検出信号は出力されない。

以上のように、本実施形態では、電荷保持電極１１及び電荷保持電極１２に互いに異なった電荷が保持されている。したがって、部材１０及び２０を閉状態にしたときに、電荷誘起電極２１及び電荷誘起電極２２に互いに異なった電荷を誘起することができる。すなわち、部材１０と部材２０との位置関係の変動に伴って、電荷保持電極１１と電荷誘起電極２１とが近接し、電荷保持電極１２と電荷誘起電極２２とが近接したときに、電荷誘起電極２１及び電荷誘起電極２２に互いに異なった電荷を誘起することができる。したがって、誘起された電荷の差分を検出することにより、部材１０及び２０の開閉状態を確実に検出することができる。

また、電荷誘起電極２１及び２２に電荷保持電極１１及び１２以外の物体が近接した場合には、電荷誘起電極２１及び電荷誘起電極２２には同等の電荷が誘起される。そのため、電荷誘起電極２１に誘起された電荷と電荷誘起電極２２に誘起された電荷との間には差分は生じない。したがって、電荷誘起電極２１及び２２への電荷保持電極１１及び１２の近接のみを確実に検出することができる。

また、電荷保持電極１１及び電荷保持電極１２を同一平面上に配置することができ、電荷誘起電極２１及び電荷誘起電極２２を同一平面上に配置することができる。したがって、電極の配置領域を増大させることなく、開閉状態を確実に検出することができる。

したがって、本実施形態によれば、コンパクトな構成で、特定の検出対象の近接のみを確実に検出することが可能となる。

図２は、本実施形態に係るセンサ装置の回路構成の概略を示した図である。

図２に示すように、電荷誘起電極２１及び２２は差動増幅器４１に接続されている。部材１０及び２０が開状態のときには、差動増幅器４１に入力する差分はゼロ（或いは殆どゼロ）であるため、差動増幅器４１から出力される差分信号はゼロ（或いは殆どゼロ）である。一方、部材１０及び２０が閉状態のときには、差動増幅器４１に入力する差分は一定値よりも大きくなるため、差動増幅器４１からは大きな差分信号が出力される。

差動増幅器４１から出力された差分信号は、コンパレータ４２の一方の入力端子に入力する。コンパレータ４２の他方の入力端子には、リファレンス電圧Ｖrefが入力している。したがって、差動増幅器４１から出力された差分信号の値がリファレンス電圧Ｖrefよりも大きければ、コンパレータ４２からは差分検出信号が出力される。逆に、差動増幅器４１から出力された差分信号の値がリファレンス電圧Ｖrefよりも小さければ、コンパレータ４２からは差分検出信号は出力されない。

したがって、部材１０及び２０が開状態から閉状態に移行し、コンパレータ４２に入力する差分信号の値がリファレンス電圧Ｖrefよりも大きくなると、コンパレータ４２からは差分検出信号が出力され、部材１０及び２０が閉状態になったことを検出することができる。

なお、部材１０及び２０が閉状態のときの電荷保持電極１１及び１２と電荷誘起電極２１及び２２との距離は、センサを適用する機器に応じて変動する。また、電荷誘起電極２１及び２２に誘起される電荷は、電荷保持電極１１及び１２と電荷誘起電極２１及び２２との距離に応じて変動する。したがって、センサを適用する機器に応じた最適な検出ができるように、電荷保持電極１１及び１２に保持される電荷を可変にできるようにすることが望ましい。具体的には、電源３０を可変電圧電源とすることが望ましい。このように、電荷保持電極１１及び１２に保持される電荷を可変にすることで、的確な感度調整を行うことができ、検出精度を向上させることができる。

また、的確な感度調整を行うという観点から、差動増幅器４１のゲインを可変にできるようにしてもよい。さらに、リファレンス電圧Ｖrefを可変にできるようにしてもよい。

また、検出感度を高める観点から、電荷誘起電極２１と差動増幅器４１との間並びに電荷誘起電極２２と差動増幅器４１との間に増幅回路を設けてもよい。

また、図２に示した例では、電荷保持電極１１及び１２の一方に正電源を接続し他方に負電源を接続しているが、電荷保持電極１１及び１２の一方に正電源を接続し他方を接地するようにしてもよい。この場合、電荷保持電極１１及び１２の一方には正電荷が与えられ、他方に与えられる電荷はゼロとなる。したがって、電荷保持電極１１に保持される電荷と電荷保持電極１２に保持される電荷とは絶対値が互いに異なることとなり、的確に差分を検出することができる。携帯電話等の負電源を用いない機器に対しては、このような電源構成を採用することが可能である。

なお、コンパレータ４２は必ずしも設ける必要はない。すでに述べたように、部材１０及び２０が開状態のときには、差動増幅器４１から出力される差分信号はゼロ（或いは殆どゼロ）である。この状態を論理値"０"として扱う。一方、部材１０及び２０が閉状態のときには、差動増幅器４１からは大きな差分信号が出力される。したがって、この大きな差分信号を論理値"１"の差分検出信号として用いることができる。

図３〜図６は、本実施形態のセンサ装置を携帯通信端末に適用したときの構成例を示した図である。携帯通信端末としては携帯電話を想定している。

図３〜図６において、部材１０は携帯電話の上側部材に対応し、部材２０は携帯電話の下側部材に対応する。電荷保持電極配置領域１００に電荷保持電極１１及び１２が配置され、電荷誘起電極配置領域２００に電荷誘起電極２１及び２２が配置されている。また、部材１０及び部材２０には、通信機能部が設けられている。

図３は、開閉式の携帯電話を示している。部材１０及び２０が矢印の方向に移動し、電荷保持電極配置領域１００と電荷誘起電極配置領域２００とが近接したときに、部材１０及び２０の閉状態が検出される。

図４は、スライド式の携帯電話を示している。部材１０及び２０が矢印の方向に移動し、電荷保持電極配置領域１００と電荷誘起電極配置領域２００とが近接したときに、部材１０及び２０の閉状態が検出される。

図５は、回転式の携帯電話を示している。部材１０及び２０が矢印の方向に回転し、電荷保持電極配置領域１００と電荷誘起電極配置領域２００とが近接したときに、部材１０及び２０の閉状態が検出される。

図６は、回転式の携帯電話を示している。部材１０及び２０が矢印の方向に回転し、電荷保持電極配置領域１００と電荷誘起電極配置領域２００とが近接したときに、部材１０及び２０の回転状態が検出される。

なお、図１等に示した例では、２つの電荷保持電極１１及び１２と２つの電荷誘起電極２１及び２２とによってセンサを構成したが、図７に示すように、３つ以上の電荷保持電極と３つ以上の電荷誘起電極とによってセンサを構成してもよい。以下、具体的な例について示す。

図８及び図９は、図１に示した検出ユニット（第１の電荷保持電極１１、第２の電荷保持電極１２、第１の電荷誘起電極２１、第２の電荷誘起電極２２及び差分検出部４０）を複数設けた例である。図８は主として電極配置を示した図であり、図９は主として回路構成を示した図である。

図８及び図９に示すように、電荷保持電極１１ａ、電荷保持電極１２ａ、電荷誘起電極２１ａ、電荷誘起電極２２ａ及び差分検出部４０ａによって１つの検出ユニットが構成され、電荷保持電極１１ｂ、電荷保持電極１２ｂ、電荷誘起電極２１ｂ、電荷誘起電極２２ｂ及び差分検出部４０ｂによって他の１つの検出ユニットが構成される。差分検出部４０ａ及び差分検出部４０ｂは出力信号生成部５０に接続されている。以下、出力信号生成部５０の例について説明する。

第１の例では、出力信号生成部５０は、差分検出部の全てで差分検出信号が生じたときに出力信号を生成する。すなわち、出力信号生成部５０は、ＡＮＤ回路として機能する。図８及び図９に示した例では、差分検出部４０ａ及び４０ｂの両方で差分検出信号が生じたときに出力信号が生成される。このような構成を採用することにより、誤動作を防止することが可能であり、検出対象の近接を確実に検出することが可能となる。

第２の例では、出力信号生成部５０は、差分検出部の少なくとも１つで差分検出信号が生じたときに出力信号を生成する。すなわち、出力信号生成部５０は、ＯＲ回路として機能する。図８及び図９に示した例では、差分検出部４０ａ及び４０ｂの少なくとも一方で差分検出信号が生じたときに出力信号が生成される。このような構成を採用することにより、１つの検出ユニットで正常な検出動作ができない場合でも、他の検出ユニットで正常な検出動作ができれば、センサ全体として正常な検出動作を確保することができる。したがって、検出対象の近接を確実に検出することが可能となる。

図１０及び図１１も、図１に示した検出ユニット（第１の電荷保持電極１１、第２の電荷保持電極１２、第１の電荷誘起電極２１、第２の電荷誘起電極２２及び差分検出部４０）を複数設けた例である。図１０は主として電極配置を示した図であり、図１１は主として回路構成を示した図である。

図１０及び図１１に示すように、電荷保持電極１１、電荷保持電極１２ａ、電荷誘起電極２１、電荷誘起電極２２ａ及び差分検出部４０ａによって１つの検出ユニットが構成され、電荷保持電極１１、電荷保持電極１２ｂ、電荷誘起電極２１、電荷誘起電極２２ｂ及び差分検出部４０ｂによって他の１つの検出ユニットが構成される。差分検出部４０ａ及び差分検出部４０ｂは出力信号生成部５０に接続されている。出力信号生成部５０については、すでに図８及び図９で説明した例と同様である。すなわち、出力信号生成部５０は、ＡＮＤ回路或いはＯＲ回路として機能させることができ、図８及び図９で説明した例と同様の効果を得ることができる。

図１２は、本実施形態に係るセンサ装置の回路構成の変更例を示した図である。本変更例では、電源３０を交流電源とし、差動増幅器４１とコンパレータ４２との間に積分型ローパスフィルタ４４を設けている。このような構成を用いることにより、ノイズ成分を効果的に除去することができ、検出対象の近接を確実に検出することが可能となる。

また、電荷保持電極１１及び１２にはエレクトレット膜を用いるようにしてもよい。エレクトレットとは高分子に静電荷が恒久的についた物であり、普通はプラス電荷とマイナス電荷の両方を持ち、全体としては中性である。エレクトレットにはフィルムエレクトレットと不織布エレクトレットがある。フィルムエレクトレットは、高分子フィルムの片面にプラス電荷を、裏面にマイナス電荷を帯電させた物である。高分子としては、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（４フッ化エチレン−６フッ化ポリプロピレン共重合体）が挙げられ、フィルムにコロナ放電をすることにより作られる。不織布エレクトレットは、不織布に、−数十ｋＶ位の電圧でのコロナ放電をすることにより、繊維をプラス及びマイナスに帯電させたもので、全体としては中性である。これらのエレクトレット膜に予め電荷を保持させておくことにより、電荷保持電極１１及び１２に電荷を供給するための電源３０を省略することができ、センサ装置の小型化や省電力化をはかることができる。

次に、本実施形態に係るセンサ装置の具体的な構成例について説明する。

図１３は、第１の構成例を模式的に示した図である。本例では、電荷誘起電極２１及び２２と、ＩＣで構成された回路部６２とを同一の基板６１上に配置している。すなわち、電荷誘起電極２１及び２２と回路部６２は、同一平面上に設けられている。回路部６２内には、差分検出部４１やコンパレータ４２（図２参照）等の各種の回路が含まれている。電荷誘起電極２１及び２２と回路部６２とはワイヤー６３によって接続されている。このように、電荷誘起電極２１及び２２と回路部６２とを同一の基板６１上に配置する（同一平面上に設ける）ことにより、コンパクトな実装を行うことができる。なお、回路部６２は必要に応じて別の基板に設けることも可能である。また、図１３では、電荷誘起電極２１及び２２の実装について述べたが、電荷保持電極１１及び１２についても、同様の実装を行うことが可能である。すなわち、電荷保持電極１１及び１２とＩＣで構成された回路部とを同一の基板上に配置することが可能である。これらの基板が上述した部材１０及び２０に搭載されて、電荷保持電極１１、１２や電荷誘起電極２１、２２が部材１０、２０の表面に設けられることとなる。

図１４は、第２の構成例を模式的に示した図である。本例では、電荷誘起電極２１及び２２は、ＩＣで構成された回路部７１の少なくとも一部を覆うように配置されている。回路部７１内には、差分検出部４１やコンパレータ４２（図２参照）等の各種の回路が含まれている。電荷誘起電極２１及び２２と回路部７１とはワイヤー７２によって接続されている。また、回路部７１及びワイヤー７２は、モールド樹脂７３によって覆われている。このように、電荷誘起電極２１及び２２が回路部７１の少なくとも一部を覆うように配置されているため、実装面積を低減することができ、コンパクトな実装を行うことができる。また、電荷保持電極１１及び１２についても、図１４に示すように、同様の実装を行うことが可能である。すなわち、電荷保持電極１１及び１２と回路部７４とはワイヤー７５によって接続されており、回路部７４及びワイヤー７５はモールド樹脂７６によって覆われている。

なお、図１４に示した例では、モールド樹脂７３のパッケージの外側に電荷保持電極１１及び１２並びに電荷誘起電極２１及び２２を設けるようにしたが、パッケージ内に電荷保持電極１１及び１２並びに電荷誘起電極２１及び２２を設けるようにしてもよい。このような構成を採用することで、よりコンパクトな実装を行うことができる。

図１５は、第３の構成例を模式的に示した図である。本例も、電荷誘起電極８４が回路部８２の少なくとも一部を覆うように配置されている。具体的には、基板８１上に回路部８２を配置し、回路部８２をモールド樹脂８３で覆っている。モールド樹脂８３上には、電荷誘起電極８４がメッキ法によって形成されている（実際には、複数の電荷誘起電極８４が形成されている）。モールド樹脂８３には穴が形成されており、この穴を通して電荷誘起電極８４と回路部８２のパッド８５が電気的に接続されている。本実施形態でも、電荷誘起電極８４が回路部８２の少なくとも一部を覆うように配置されているため、実装面積を低減することができ、コンパクトな実装を行うことができる。なお、ここでは電荷誘起電極について述べたが、電荷保持電極についても同様の実装を行うことが可能である。

図１６は、第４の構成例を模式的に示した図である。本例も、電荷誘起電極９４が回路部９２の少なくとも一部を覆うように配置されている。具体的には、半導体基板（例えばシリコン基板）９１上に、通常の集積回路形成技術によって回路部９２が形成され、回路部９２を絶縁膜９３で覆っている。絶縁膜９３上には、電荷誘起電極９４が形成されている（実際には、複数の電荷誘起電極９４が形成されている）。絶縁膜９３にはヴィアホールが形成されており、ヴィアホール内に形成された導電部９５によって、電荷誘起電極９４と回路部９２とが電気的に接続されている。本実施形態でも、電荷誘起電極９４が回路部９２の少なくとも一部を覆うように配置されているため、実装面積を低減することができ、コンパクトな実装を行うことができる。なお、ここでは電荷誘起電極について述べたが、電荷保持電極についても同様の実装を行うことが可能である。

なお、以上説明した実施形態では、センサ装置を携帯電話等の携帯通信端末の開閉検出に適用する場合を説明したが、本センサ装置は、携帯通信端末の他に、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫、オーブンレンジ、ドア等の電子機器の開閉検出に適用することも可能である。

図１７及び図１８は、本実施形態のセンサ装置を角度検出センサとして用いた場合の例を示した図である。図１７は断面図であり、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は平面図である。

図１７及び図１８（ａ）に示すように、電荷保持電極１１及び電荷保持電極１２からなる複数の保持電極ペアが、第１の部材１０の一端から他端に向かって配置されている。同様に、図１７及び図１８（ｂ）に示すように、電荷誘起電極２１及び電荷誘起電極２２からなる複数の誘起電極ペアが第２の部材２０の一端から他端に向かって配置されている。また、第１の部材１０の一端と第２の部材２０の一端とが接続されている。そして、第１の部材１０と第２の部材２０との接続点Ｐを回転中心として、第１の部材１０と第２の部材２０とが矢印の方向に相対的に回転可能である。

図１７及び図１８からわかるように、部材１０と部材２０とのなす角度θが小さくなるにしたがって、オン状態（近接検出状態）となる誘起電極ペア（２１、２２）の数が増加する。したがって、各誘起電極ペア（２１、２２）のオン／オフ状態と角度θとの関係を予め求めておけば、各誘起電極ペア（２１、２２）のオン／オフ状態から角度θを測定することが可能である。したがって、保持電極ペア（１１、１２）及び誘起電極ペア（２１、２２）の個数を増やせば、アナログ的に角度θを測定することができ、簡単な構成で角度検出装置を構成することが可能である。

図１９は、本発明の実施形態に係るセンサ装置の他の構成を示した図である。

図１９に示したセンサ装置も、第１の部材（例えば、図１、図３〜図６等に示した部材１０に対応）と第２の部材（例えば、図１、図３〜図６等に示した部材２０に対応）との位置関係（開閉状態等）を検出するものである。

第１の部材の表面には第１の電極３１１が設けられ、第２の部材の表面には第２の電極３１２が設けられている。第１の電極３１１には、第１の交流信号発生部３２１から、第１の周波数ｆ１を有する交流信号が印加される。第２の電極３１２には、第２の交流信号発生部３２２から、第２の周波数ｆ２を有する交流信号が印加される。第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差は、周波数ｆ１及びｆ２に比べて十分に小さい。ＲIは入力抵抗であり、ＲGは浮遊抵抗である。

第１及び第２の部材が閉状態になると、第１の電極３１１と第２の電極３１２とが互いに近接する。その結果、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差に対応したうなりが発生し、うなり周波数成分はうなり検出部３４０によって検出される。うなり検出部３４０は、ＬＰＦ（ロウパスフィルタ）３４１及びコンパレータ３４２によって構成されている。すなわち、ＬＰＦ３４１によってうなり周波数成分が抽出され、ＬＰＦ３４１で抽出されたうなり周波数成分の値がリファレンス電圧値よりも大きければ、コンパレータ３４２からうなり検出信号が出力される。

以上のように、本実施形態では、第１の部材と第２の部材との位置関係の変動に伴って第１の電極３１１と第２の電極３１２とが近接したときに、うなりが発生する。したがって、うなり検出部３４０によってうなり周波数成分を検出することで、第１の部材と第２の部材との位置関係（開閉状態等）を確実に検出することができる。

また、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差に対応したうなり周波数成分を検出するため、第１の電極３１１と第２の電極３１２との近接のみを確実に検出することができる。したがって、コンパクトな構成で、特定の検出対象の近接のみを確実に検出することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

本発明の実施形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の回路構成の概略を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置を携帯通信端末に適用したときの構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置を携帯通信端末に適用したときの構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置を携帯通信端末に適用したときの構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置を携帯通信端末に適用したときの構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係り、複数の電極を配置した状態を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の電極配置の変更例を示した図である。 図８のセンサ装置に適用する回路の構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の電極配置の変更例を示した図である。 図１０のセンサ装置に適用する回路の構成例を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の回路構成の変更例を示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の具体的な構成例を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の具体的な構成例を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の具体的な構成例を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の具体的な構成例を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置を角度検出センサとして用いた場合の例を示した断面図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置を角度検出センサとして用いた場合の例を示した平面図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置の他の構成を示した図である。

符号の説明

１０…第１の部材 １１、１２…電荷保持電極
２０…第２の部材 ２１、２２…電荷誘起電極
３０…電源 ４０…差分検出部
４１…差動増幅器 ４２…コンパレータ ４４…ローパスフィルタ
５０…出力信号生成部 ６１…基板
６２…回路部 ６３…ワイヤー
７１…回路部 ７２…ワイヤー ７３…モールド樹脂
７４…回路部 ７５…ワイヤー ７６…モールド樹脂
８１…基板 ８２…回路部 ８３…モールド樹脂
８４…電荷誘起電極 ８５…パッド
９１…半導体基板 ９２…回路部 ９３…絶縁膜９３
９４…電荷誘起電極 ９５…導電部
１００…電荷保持電極配置領域 ２００…電荷誘起電極配置領域
３１１…第１の電極 ３１２…第２の電極
３２１…第１の交流信号発生部 ３２２…第２の交流信号発生部
３４０…うなり検出部 ３４１…ＬＰＦ ３４２…コンパレータ

Claims (19)

1. 第１の部材と第２の部材との位置関係を検出するセンサ装置であって、
   前記第１の部材の表面に設けられ、電荷を保持する第１の電荷保持電極と、
   前記第１の部材の表面に設けられ、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷とは異なった電荷を保持する第２の電荷保持電極と、
   前記第２の部材の表面に設けられ、前記位置関係の変動に伴って前記第１の電荷保持電極が近接したときに、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第１の電荷誘起電極と、
   前記第２の部材の表面に設けられ、前記位置関係の変動に伴って前記第２の電荷保持電極が近接したときに、前記第２の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第２の電荷誘起電極と、
   前記第１の電荷誘起電極に誘起された電荷と前記第２の電荷誘起電極に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときに差分検出信号を生じる差分検出部と、
   を備えたことを特徴とするセンサ装置。
2. 第１の基板と第２の基板との位置関係を検出するセンサ装置であって、
   電荷を保持する第１の電荷保持電極と、この第１の電荷保持電極に保持された電荷とは異なった電荷を保持する第２の電荷保持電極と、を表面に備えた第１の基板と、
   前記位置関係の変動に伴って前記第１の電荷保持電極が近接したときに前記第１の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第１の電荷誘起電極と、前記位置関係の変動に伴って前記第２の電荷保持電極が近接したときに前記第２の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第２の電荷誘起電極と、を表面に備えた第２の基板と、
   前記第１の電荷誘起電極に誘起された電荷と前記第２の電荷誘起電極に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときに差分検出信号を生じる差分検出部と、
   備えたことを特徴とするセンサ装置。
3. 前記差分検出部は前記第２の基板に設けられた
   ことを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記第１の電荷保持電極に保持される電荷と前記第２の電荷保持電極に保持される電荷とは極性が互いに異なる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ装置。
5. 前記第１の電荷保持電極に保持される電荷と前記第２の電荷保持電極に保持される電荷とは絶対値が互いに異なる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ装置。
6. 前記第１の電荷保持電極、前記第２の電荷保持電極、前記第１の電荷誘起電極、前記第２の電荷誘起電極及び前記差分検出部を含んだ検出ユニットを複数備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ装置。
7. 前記検出ユニットそれぞれに含まれる差分検出部の全てで差分検出信号が生じたときに出力信号を生成する出力信号生成部をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
8. 前記検出ユニットそれぞれに含まれる差分検出部の少なくとも１つで差分検出信号が生じたときに出力信号を生成する出力信号生成部をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
9. 前記第１の電荷保持電極に保持される電荷及び前記第２の電荷保持電極に保持される電荷は可変である
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセンサ装置。
10. 前記第１の電荷保持電極及び前記第２の電荷保持電極に電荷を供給する電荷供給部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のセンサ装置。
11. 前記第１の電荷保持電極及び前記第２の電荷保持電極はエレクトレットで形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のセンサ装置。
12. 前記差分検出部を含んだ回路部、前記第１の電荷誘起電極及び前記第２の電荷誘起電極は、同一平面上に設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のセンサ装置。
13. 前記第１の電荷誘起電極及び前記第２の電荷誘起電極は、前記差分検出部を含んだ回路部の少なくとも一部を覆う
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のセンサ装置。
14. 前記第１の電荷保持電極及び前記第２の電荷保持電極からなる複数の保持電極ペアが前記第１の部材の一端から他端に向かって配置され、
    前記第１の電荷誘起電極及び前記第２の電荷誘起電極からなる複数の誘起電極ペアが前記第２の部材の一端から他端に向かって配置され、
    前記第１の部材の一端と前記第２の部材の一端とが接続されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
15. 第１の部材と第２の部材との位置関係を検出するセンサ装置であって、
    前記第１の部材の表面に設けられ、第１の周波数を有する交流信号が印加される第１の電極と、
    前記第２の部材の表面に設けられ、第２の周波数を有する交流信号が印加される第２の電極と、
    前記位置関係の変動に伴って前記第１の電極に前記第２の電極が近接したときに、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差に対応したうなり周波数成分を検出するうなり検出部と、
    を備えたことを特徴とするセンサ装置。
16. 第１の基板と第２の基板との位置関係を検出するセンサ装置であって、
    第１の周波数を有する交流信号が印加される第１の電極を表面に備えた第１の基板と、
    第２の周波数を有する交流信号が印加される第２の電極を表面に備えた第２の基板と、
    前記位置関係の変動に伴って前記第１の電極に前記第２の電極が近接したときに、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差に対応したうなり周波数成分を検出するうなり検出部と、
    を備えたことを特徴とするセンサ装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれかに記載のセンサ装置を備えた
    ことを特徴とする携帯通信端末。
18. 請求項１乃至１６のいずれかに記載のセンサ装置を備えた
    ことを特徴とする電子機器。
19. 相互に相対的に可動な第１及び第２の部材と、
    前記第１の部材の表面に設けられ、電荷を保持する第１の電荷保持電極と、
    前記第１の部材の表面に設けられ、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷とは異なった電荷を保持する第２の電荷保持電極と、
    前記第２の部材の表面に設けられ、前記第１の部材と前記第２の部材との位置関係の変動に伴って前記第１の電荷保持電極が近接したときに、前記第１の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第１の電荷誘起電極と、
    前記第２の部材の表面に設けられ、前記位置関係の変動に伴って前記第２の電荷保持電極が近接したときに、前記第２の電荷保持電極に保持された電荷に応じた電荷が誘起される第２の電荷誘起電極と、
    前記第１の電荷誘起電極に誘起された電荷と前記第２の電荷誘起電極に誘起された電荷との差分が一定値よりも大きいときに差分検出信号を生じる差分検出部と、
    を備えたことを特徴とする電子機器。

Images