JP6700039B2 - 容量差を測定する装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、容量差を測定する装置と方法に関し、より詳細にはタッチ検知パネルにおいて用いられる容量差を測定する装置と方法に関する。

容量型タッチ検知パネルは、パネル上で容量変化を検知してタッチ点の位置を特定するものであり、タッチ検知分野で主流となってきている。容量型タッチ検知パネルの、例えば、容量検知速度の性能への要求が増加し、依然として解決すべき技術課題がある。従来技術であるＰＣＴ国際公開ＷＯ２００９／０９０５３４は、容量インピーダンスをバランスさせることによる容量差の測定を開示している。しかしながら、この従来技術においては、一般的に１つの容量を測定するために、インピーダンス組合せを数回調整することが必要である。この測定方法は非効率で柔軟性がなく、容量検知速度が依然として不十分である。

そこで、本願発明は、容量差を簡単に測定できるタッチ検知装置とタッチ検知方法を提供する。

本発明の第１の態様において、第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための装置であり、第１キャパシタと第２キャパシタに電気的に接続され、測定期間に第１キャパシタと第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力するための駆動信号発生器；第１入力端子、第２入力端子、および出力端子を有する比較器であって、第１入力端子と第２入力端子の各々が第１キャパシタと第２キャパシタにそれぞれ電気的に接続され、第１入力端子と第２入力端子の間の電圧差に応じて、少なくとも第１状態と第２状態の間で選択的に切り替えられる出力信号が出力端子から出力される比較器；および比較器の第１入力端子、第２入力端子、および出力端子に結合され、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号とを測定期間に生成する変調測定器であって、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号の各々が、第１入力端子と第２入力端子にそれぞれ結合され、かつ出力信号に応じて選択的に調整されるものであり、また、第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値が、測定期間の開始点から出力信号の条件変化が起きる特定点までの時間長に相関して生成されるものである変調測定器、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様において、第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための装置であり、第１キャパシタと第２キャパシタに電気的に接続され、測定期間に第１キャパシタと第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力するための駆動信号発生器；第１入力端子、第２入力端子、および出力端子を有する比較器であって、第１入力端子と第２入力端子の各々が第１キャパシタと第２キャパシタにそれぞれ電気的に接続され、第１入力端子と第２入力端子の間の電圧差に応じて、少なくとも第１状態と第２状態の間で選択的に切り替えられる出力信号が出力端子から出力される比較器；および比較器の第１入力端子、第２入力端子、および出力端子に結合され、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号とを測定期間に生成する変調測定器であって、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号の各々が、第１入力端子と第２入力端子にそれぞれ結合され、かつ出力信号に応じて選択的に調整されるものであり、また、第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値が、第１変調電圧信号または第２変調電圧信号の勾配に相関して生成され、勾配が、第１または第２変調電圧信号の測定期間内の時間的な電圧変化として定義されるものである変調測定器、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様において、容量差測定装置を用いて第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための方法であり、第１キャパシタと第２キャパシタに電圧変化が起きるように、測定期間に第１キャパシタと第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力し；測定期間に、第１変調電圧信号を第１キャパシタに与え、第２変調電圧信号を第２キャパシタに与え、第１状態における出力信号または第２状態における出力信号を生成することを、第１キャパシタと第２キャパシタの間の電圧差に応じて行い；および第１キャパシタに与えられる第１変調電圧信号と第２キャパシタに与えられる第２変調電圧信号のいずれか１つの電圧値を、出力信号に応じて調整されて自動的に選択し、かつ第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値を生成し、その特徴値が、測定期間の開始点から出力信号の条件変化が起きる特定点までの時間長に相関するものである、ことを特徴とする。

一実施形態において、第１変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、出力信号が第１状態にあるときに、または、第２変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、出力信号が第２状態にあるときに、出力信号の状態変化が起きるまで行われ、特徴値が、測定期間の開始点から出力信号の条件変化が起きる特定点までの時間長であるか、または、特徴値が、測定期間に対する時間長の割合である。

本発明の第４の態様において、容量差測定装置を用いて第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための方法であり、第１キャパシタと第２キャパシタに電圧変化が起きるように、測定期間に第１キャパシタと第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力し；測定期間に、第１変調電圧信号を第１キャパシタに与え、第２変調電圧信号を第２キャパシタに与え、第１状態における出力信号または第２状態における出力信号を生成することを、第１キャパシタと第２キャパシタの間の電圧差に応じて行い；および第１キャパシタに与えられる第１変調電圧信号と第２キャパシタに与えられる第２変調電圧信号のいずれか１つの電圧値を、出力信号に応じて調整されて自動的に選択し、かつ第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値を生成し、その特徴値が、第１変調電圧信号または第２変調電圧信号の勾配に相関するものであって、勾配が、第１または第２変調電圧信号の測定期間内の時間的な電圧変化として定義される、ことを特徴とする。

一実施形態において、第１変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、出力信号が第１状態にあるときに、または、第２変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、出力信号が第２状態にあるときに、出力信号の状態変化が起きるまで行われ、特徴値が、測定期間が終了する前の最後の単位時間に第１変調電圧信号または第２変調電圧信号に加えられた電圧変化の単位の数である。

本発明は、以下の詳細な記述と添付の図面とを参照することにより、当業者にとって、より容易に明らかになる。

本発明の一実施形態に係る容量差測定装置の模式的ブロック図。 本発明の一実施形態に係る容量差測定方法において用いられる測定期間が基礎を置く充電信号の模式的波形図。 本発明の一実施形態に係る容量差測定方法において用いられる測定期間が基礎を置く放電信号の模式的波形図。 本発明の容量差測定方法において用いられる一実施形態に係る変調電圧信号の模式的波形図。 本発明の容量差測定方法において用いられる他の一実施形態に係る変調電圧信号の模式的波形図。 本発明に係る容量差測定方法と装置が適用されるタッチ検知回路を示す模式図。 本発明に係る容量差測定方法と装置が適用されるタッチ検知パネルの一種におけるタッチ点回りの容量分布を模式的に示す図。 本発明に係る容量差測定方法と装置が適用されるタッチ検知パネルの他の一種におけるタッチ点回りの容量分布を模式的に示す図。 本発明の一実施形態に係る容量差測定方法の模式的フローチャート。 本発明の他の一実施形態に係る容量差測定方法の模式的フローチャート。

以下、本発明は、発明の好ましい実施形態と添付の図面とを用いて充分詳細に述べられる。しかし、本発明の好ましい実施形態は、発明を限定するためではなく、それを説明するために提供される旨、認識されなければならない。本発明は、ここに述べられる実施形態だけでなく、これらの明示されたものに加え、他の実施形態を含む広範囲のものについて、実行できる。また、添付の特許請求の範囲に規定されているものを除いて、本発明の範囲は明確にいかなる特定の実施形態にも限定されない。

図１には、本発明の一実施形態に係る容量差測定装置が模式的に示されている。例えば、第１キャパシタ１１と、第２キャパシタ１２との間の容量差が測定される。容量差測定装置１０は、駆動信号発生器１０１、比較器１０２、および変調測定器１０３を含む。駆動信号発生器１０１は、測定期間の間、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２に駆動信号を供給するために、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２に電気的に接続されている。比較器１０２は、第１入力端子１０２１、第２入力端子１０２２、および出力端子１０２３を有し、第１入力端子１０２１と第２入力端子１０２２が第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２に電気的に接続され、少なくとも第１状態と第２状態の間で選択的に切り替えられる出力信号が、第１入力端子１０２１と第２入力端子１０２２の間の電圧差に応じて生成され出力端子１０２３から出力される変調測定器１０３は、比較器１０２の第１入力端子１０２１、第２入力端子１０２２、および出力端子１０２３に結合され、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号とを測定期間の間に生成する。第１変調電圧信号と第２変調電圧信号は、それぞれ第１結合キャパシタ１０３１と第２結合キャパシタとを通して、第１入力端子１０２１と第２入力端子１０２２に結合され、変調測定器１０３によって選択的に調整される。第１変調電圧信号または第２変調電圧信号の出力は、比較器１０２の出力端子１０２３からの出力信号によって変化する。その間に、特徴値が生成される。特徴値は、測定期間の開始点から、特定条件に対応する特定点まで、の時間長に相関する。特定点は、例えば、出力信号の第１状態から第２状態への遷移点、または出力信号の第２状態から第１状態への遷移点であってもよく、特徴値は測定期間の開始点から状態の遷移点までの時間長である。他の例においては、特徴値は測定期間における時間長の割合である。特徴値は、さらに、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２の容量差に相関する。比較器１０２は、例えば、オペアンプ（演算増幅器）によって実施することができる。出力信号の第１状態と第２状態は、それぞれ低レベル状態、例えば０Ｖ、高レベル状態、例えば３．３Ｖである。

以下、容量差測定装置１０の動作の詳細を記述する例が示される。駆動信号は、駆動信号発生器１０１によって測定期間の間に出力される充電信号または放電信号であり、後者のレベルは第１レベルから第２レベルに移される。図２Ａ、図２Ｂは測定期間、それぞれ充電信号と放電信号とを模式的、例示的に、特定された測定期間と共に示す。第１キャパシタ１１と、第２キャパシタ１２との間に容量差が存在すると、同一の充電／放電駆動信号下における２つのキャパシタ１１，１２の充電／放電率は、互いに異なるものとなる。言い換えると、２つのキャパシタ１１，１２の電圧レベルは、個別に増加または減少する。従って、本発明によれば、比較器１０２の第１入力端子１０２１と第２入力端子１０２２とを、それぞれ第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２に電気的に接続することにより、２つのキャパシタ１１，１２の電圧レベルに相関する１つの出力信号が比較器１０２の出力端子１０２３から得られる。例えば、第１キャパシタ１１すなわち第１入力端子１０２１における電圧レベルが、第２キャパシタ１２すなわち第２入力端子１０２２における電圧レベルよりも高い場合、出力端子１０２３から出力される出力信号は低電圧レベルとなる。他方、第１キャパシタ１１すなわち第１入力端子１０２１における電圧レベルが、第２キャパシタ１２すなわち第２入力端子１０２２における電圧レベルよりも低い場合、出力端子１０２３から出力される出力信号は高電圧レベルとなる。

そこで、変調測定器１０３は、出力信号の状態に基づいて、第１変調電圧信号または第２変調電圧信号を、対応する入力端子に出力する。第１変調電圧信号と第２変調電圧信号の各波形が、図２Ｃに模式的に示されて例示されている。第１変調電圧信号または第２変調電圧信号は、第１キャパシタ１１すなわち第１入力端子１０２１における電圧レベルまたは第２キャパシタ１２すなわち第２入力端子１０２２における電圧レベルを、２つの電圧レベルがバランスすなわち等しくなるまで、調節するため出力される。出力信号が、比較器１０２の出力端子１０２３から変調測定器１０３によって受けとられたとき、低電圧レベルにあるとき、このことは、第１キャパシタ１１すなわち第１入力端子１０２１における電圧レベルが、第２キャパシタ１２すなわち第２入力端子１０２２における電圧レベルよりも高いことを意味する。従って、変調測定器１０３は、第２結合キャパシタとを通して、比較器１０２の第２入力端子１０２２に与えられた第２変調電圧信号を、調整する。第２変調電圧信号は、図２Ｃに例示される波形を有し、それは、第２変調電圧信号の電圧値が単位時間当たりの電圧の１単位によって増加するように変化されることを示している。実際上、変調測定器１０３が２つの入力端子における２つの電圧値の間に交差が起きる出力信号の状態変化を認識できるまで、変調測定器１０３は、第２入力端子１０２２に結合された第２変調電圧信号を増加するように調整する。言い換えると、変調測定器１０３によって受けとられた出力信号が、高電圧レベルになったとき、このことは、第１キャパシタ１１すなわち第１入力端子１０２１における電圧レベルが、第２キャパシタ１２すなわち第２入力端子１０２２における電圧レベルよりも低くなっていることを意味し、交差が起きたことを意味する。その一方で、測定期間の開始点から、出力信号が低電圧レベルからその電圧レベルとなる遷移点まで、の時間長が記録される。第１変調電圧信号または第２変調電圧信号の電圧値はこの実施形態において、常に増加するので、時間長または測定期間に対する時間長の割合は、出力信号の特徴値と称することができる。

他の実施形態において、変調測定器１０３は、比較器１０２の出力端子１０２３を参照して、対応する入力端子１０２１または１０２２に結合された第１変調電圧信号または第２変調電圧信号の電圧値を、やはり、増加するように調整するが、単位時間当たりの第１または第２変調電圧信号の増加する電圧レベルは、時間と共に増加してもよい。言い換えると、増加する電圧レベルは、測定期間の初めにおいて小さく、時間経過につれて、次第に大きくなる。例えば、図２Ｄに示すように、第１または第２変調電圧信号の電圧は、時間の第１単位内で電圧の１単位でもって増加し、時間の第２単位内で電圧の２単位でもって増加し、そして、時間の第３単位内で電圧の３単位でもって増加するという具合である。

電圧レベルの増加は交差が起きたときに止まる。従って、交差の発生が遅いほど単位時間がより経過すると理解され、このことは、また、電圧がより増加すること、そして、最初に存在していた第１キャパシタと第２キャパシタとの間の容量差がより大きいことを示す。従って、最後の時間単位において第１または第２変調電圧信号に加えられた電圧変化の単位数を記録することによって、第１変調電圧信号の勾配または第２変調電圧信号の勾配と相関している特徴値を認識することができ、その勾配は、測定期間における第１または第２変調電圧信号の時間についての電圧変化として定義される。特徴値は、さらに、キャパシタ１１とキャパシタ１２の間の容量差に相関することが理解される。本発明によれば、電圧の上昇量の記録は、交差の発生に追随する必要はない。交差が起きる前に、測定期間が終了する場合、測定期間が終了する前に起きている電圧変化の最後の単位数は、やはり、特徴値を取得するために記録される。他のさらなる一実施形態において、ノイズの影響を取り除くために、確認のステップが行われる。確認のステップにおいて、特定数の交差が起きるまで、つまり、出力信号の状態変化が、事前に設定した回数、起きるまで、測定期間内における容量差の測定が継続される。

本発明の一実施形態において、第１結合キャパシタ１０３１と第２結合キャパシタ１０３２とは、制御される可変キャパシタである。変調測定器１０３は、第１入力端子１０２１と第２入力端子１０２２における電圧変化を増速または減速するために、信号線、すなわち図１に示される破線、を通して第１結合キャパシタ１０３１と第２結合キャパシタ１０３２の容量を、随意的に微調整する。例えば、初めのいくつかの単位時間における第１結合キャパシタ１０３１と第２結合キャパシタ１０３２の容量は、後続のいくつかの単位時間におけるものとは異なるように、事前に設定することができる。もし、初めの単位時間における容量が、後続の単位時間における容量よりも大きく事前設定されていると、第１入力端子１０２１と第２入力端子１０２２における電圧値は、初めの単位時間ではより速く変化し、他方、後続の単位時間ではより遅く変化することになる。このようにして、２つの入力端子の間の電圧差は、初めに、より大きく減らされ、その後、正確に測定される。従って、検出時間は、効率的に短縮できる。もちろん、変調電圧信号の電圧値は一定に保持することができ、第１結合キャパシタ１０３１または第２結合キャパシタ１０３２の容量だけが、第２入力端子１０２２（または第１入力端子１０２１）における電圧変化をトレースするために、第１入力端子１０２１（または第２入力端子１０２２）における電圧と変化速度とを変えるように調整される。同様に、測定期間の開始点から、出力信号が高（低）電圧レベルから低（高）電圧レベルに変化する特定点までの時間長が記録される。

本発明に係る容量差を測定する装置と方法は、タッチ検知パネルに適用することができる。図３に示すように、検知電極のＭ線は、基板上の第１方向に形成され、検知電極のＮ線は、基板上の第２方向に形成されている。基板は、透明板または不透明な回路基板で構成することができる。検知電極のＭ線の各々は、検知電極のＮ線の各々と相互に作用して、全体としてＭ×Ｎ場所の交差領域または隣接領域を形成している。“交差領域”の用語は、検知電極のＭ線と検知電極のＮ線が異なる層に形成され、それらの層の間に絶縁層が挟まれている場合に、検知電極のＭ線の１つが、検知電極のＮ線の１つを、その上または下を通って交差する場所、と定義される。“隣接領域”の用語は、Ｍ×Ｎ検知電極が、それぞれ絶縁部で挟まれた隣接電極の対を備えて、同一の層に形成されており、検知電極のＭ線と検知電極のＮ線を形成するように、それぞれ接続されている場合において、隣接する電極部が位置する場所、と定義される。交差領域と隣接領域のいずれであっても、等価キャパシタが形成され、タッチ検知領域として動作する。この構成のもとで、Ｍ×Ｎの等価キャパシタを走査した容量情報に応じてタッチ検知パネルにタッチしている物体、例えば指、の位置を特定するように、Ｍ×Ｎの等価キャパシタを走査する動作が行われる。以下に、例と図とを参照して、詳細が説明される。

一例として、図３に示すように、指３１が、パネルの特定点に接触または接近している。この間に、駆動信号発生器１０１が、図２Ｃに示すように充電信号または図２Ｄに示すように放電信号である、駆動信号を、各測定期間の間に、順次、検知電極のＮ線に出力する。検知電極線Ｘにおける第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２が、駆動信号によって充電または放電を開始されると、タッチ位置が第２キャパシタ１２よりも第１キャパシタ１１に近いので、第１キャパシタ１１の等価容量が第２キャパシタ１２の等価容量よりも大きくなる。対応する等価回路が図４Ａに示されており、パネルに接触または接近している指３１は、等価的に、結合キャパシタ３２，３３，３４の接地された群と見做される。言い換えると、検知電極線Ｘと検知電極線Ｙ０と結合キャパシタの接地された群とによって定義される交差または隣接領域の等価容量と、検知電極線Ｘと他の検知電極線Ｙ１とによって定義される交差または隣接領域の等価容量と、の間に大きな差が存在するであろう。検知電極線Ｘと検知電極線Ｙ０によって定義される交差または隣接領域の等価容量は、初期の第１のキャパシタ１１の容量と指３１の容量とに相関する。従って、同じ充電または放電信号によって駆動されるとしても、２つのキャパシタの充電または放電の速さは異なり、そうだから、２つのキャパシタの電圧は異なる割合で上昇または下降する。比較器１０２と変調測定器１０３は、各測定期間の間に、２つのキャパシタの間の容量差を測定または特定する。検知電極のＭ×Ｎ線についての一連の連続した走査の動作が完了した後、検知領域全体の相対的な容量分布が得られる。相対的な容量分布に応じて、複数の指による複数のタッチ点の分布が、関連する回路によって認識される。上記のタッチ検知動作と関連回路は、従来の技術によって実施することができる。例えば、同一譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１４／０３３３５７５Ａ１に開示されている二重線検知技術をこれに関して適用することができる。本発明に係る容量差を測定する装置と方法は、容量差の測定を速めるために、タッチ検知技術に組み入れることができる。

ここで、“タッチ感応”または“タッチ検知”の用語は、特定の表面上において実際に動作する、ずらしたりタッチしたりする動きに反応するだけでなく、特定の表面の上空で浮かして動作するエア・ジェスチャー（空動き）に対しても反応する、ということをも意味する。空動きは、特定の領域内における垂直に移動する動作と水平に移動する動作の一方または両方であってもよく、また、特定の時間のあいだの静止維持の動きであってもよい。ここで、指は、これらの動きを実行する手段の例示である。また一方、容量の変化を行わせることができる適当な他のどのような手段も、実際上の要求とタッチ検知の電子デバイスの寸法に応じて用いることができる。例えば、手のひらや導電性のものが代わりに用いられる。大面積のタッチ検知用に、複数のタッチ検知ユニットを組み合わせて容量変化を検出するようにすることができ、効果的に、感度と有効検知距離とを強化することができる。

本発明によれば、容量差は、検知領域における等価容量が充分に大きくない場合であっても、成功裏に測定をすることができる。特に、検知電極が同じ層に形成されて、隣接領域に検知領域がある場合に、２つの検知電極、例えば、電極ＸとＹ０、または電極ＸとＹ１の間に比較的大きなギャップがあるので、等価容量が比較的小さい。もし、検知電極が比較的低コストの銀ペーストや印刷カーボン膜によって形成されている場合、等価容量は、電極材の比較的高い抵抗のために、なお一層小さくなる。それにも関わらず、本発明に係る容量差測定の技術は、容量差の迅速な測定や認知に、なお有効である。図４Ｂの図式は、検知電極Ｘと検知電極Ｙ０とＹ１の各々とによって形成された２つの検知領域の２つの等価容量の間の差を測定する場合の等価容量が比較的小さい例において、本発明がどのように動作するかについて示す。この例において、駆動信号発生器１０１は、順次、図２Ｃに示すように充電信号または図２Ｄに示すように放電信号である駆動信号を、それぞれの測定期間の間に検知電極のＮ線に出力する。検知電極線Ｘが、駆動信号によって、充電または放電を開始したとき、検知電極Ｘと指３１の間の結合キャパシタ３６、指３１そのものの等価接地キャパシタ３１０、および検知電極Ｘと検知電極Ｙ０，Ｙ１のそれぞれとの間の結合キャパシタ２７，３８、が形成される。その結果、検知電極Ｙ０，Ｙ１に関係する２つの等価キャパシタが、それぞれ得られる。本容量差測定技術によれば、２つの等価キャパシタのどちらがより大きな容量を有しているか、容量差測定装置１０の比較器１０２と変調測定器１０３とを用いて、弁別される。その結果、タッチ点が検知電極Ｙ０または検知電極Ｙ１のどちらに近いか、認識される。上記の、隣接領域に適用したタッチ検知動作は、従来技術によって実施できる。例えば、、同一譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１４／０３３３５７５Ａ１、および米国特許出願公開第２０１５／０１６０７６２Ａ１を、これに関して適用することができる。本発明に係る容量差を測定する装置と方法は、容量差の測定を速めるために、タッチ検知技術に組み入れることができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る容量差測定方法のフローチャートを示す。容量差測定方法は、２つのキャパシタの間の容量差を測定または特定するための、適切などのような技術または適切などのような装置にも適用でき、図１に示す装置を参照することにより、さらなる理解がなされる。容量差測定方法は、第１キャパシタと第２キャパシタに電圧変化が起きるように、測定期間の間に第１キャパシタと第２キャパシタに駆動信号を出力し（ステップ５１）、測定期間の間に、第１キャパシタに第１変調電圧信号を与え、第２キャパシタに第２変調電圧信号を与え、第１キャパシタと第２キャパシタの間の電圧差に応じて第１状態または第２状態のいずれかにおける出力信号を生成し（ステップ５２）、出力信号が第１状態にあるとき（ステップ５３）、第１キャパシタに与えられる第１変調電圧信号の電圧値を調整し（ステップ５４）、出力信号が第２状態にあるとき（ステップ５３）、第２キャパシタに与えられる第２変調電圧信号の電圧値を調整し（ステップ５５）、第１変調電圧信号の調整（ステップ５６）または第２変調電圧信号の調整（ステップ５７）の結果として、出力信号の条件が変化したか否かを決定し、出力信号の条件変化が起きたとき、測定期間の開始点から出力信号の条件変化が起きる特定点までの時間長に相関する特徴値を記録する（ステップ５８）、ことを含む。結果の特徴値は、第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差に相関する。

例えば、ステップ５４における第１変調電圧信号の調整またはステップ５５における第２変調電圧信号の調整は、図２Ｃとその説明に示されるように、第１または第２変調電圧信号の電圧値を常に増加させることにより実施できる。出力信号の条件変化は、例えば、第１状態から第２状態へ、または第２状態から第１状態への状態変化である。他の例において、出力信号の条件変化は、状態変化が所定数の回数、起きるまで、決定されない。

図６は、本発明の他の一実施形態に係る容量差測定方法のフローチャートを示す。容量差測定方法は、第１キャパシタと第２キャパシタに電圧変化が発生するように、測定期間の間に第１キャパシタと第２キャパシタに駆動信号を出力し（ステップ６１）、測定期間の間に、第１キャパシタに第１変調電圧信号を与え、第２キャパシタに第２変調電圧信号を与え、第１キャパシタと第２キャパシタの間の電圧差に応じて第１状態または第２状態のいずれかにおける出力信号を生成し（ステップ６２）、出力信号が第１状態にあるとき（ステップ６３）、第１キャパシタに与えられる第１変調電圧信号の電圧値を時間と共に増加する追加量によって増加するように調整し（ステップ６４）、出力信号が第２状態にあるとき（ステップ６３）、第２キャパシタに与えられる第２変調電圧信号の電圧値を時間と共に増加する追加量によって増加するように調整し（ステップ６５）、第１変調電圧信号の調整の結果として出力信号の条件が変化したかまたは測定期間のタイムアップか（ステップ６６）、または第２変調電圧信号の調整の結果として出力信号の条件が変化したかまたは測定期間のタイムアップか（ステップ６７）、を決定し、測定期間出力信号の条件変化が起きたとき、第１変調電圧信号の勾配または第２変調電圧信号の勾配に相関する特徴値を記録する（ステップ６８）、ことを含む。ここで、勾配は、第１または第２変調電圧信号の測定期間内の時間的な電圧変化として定義されている。結果の特徴値は、第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差に相関する。図２Ｄとその説明は、ステップ６４またはステップ６５において、時間と共に増加する追加量によって行う、第１または第２変調電圧信号の増加的調整を例示するため参照される。出力信号の条件変化は、例えば、第１状態から第２状態へ、または第２状態から第１状態への状態変化である。他の例において、出力信号の条件変化は、状態変化が所定数の回数、起きるまで、決定されない。

説明のための上述は、発明の十分な理解を提供するため、特定の学術用語を用いた。しかしながら、当業者にとって、発明を実施するための詳述が不要なことは明らかである。そこで、上記の発明の特定の実施形態の記述は、例証と説明のために提示されている。それらは、網羅的または発明を厳格に開示して限定的とすることを意図していなく、上記教示から多くの修正や変形が可能である。実施形態は、発明の原理を最も良く説明するために選ばれ記述されており、それらは、それによって、他の当業者が発明を最善に使用することを可能にし、また、種々の実施形態は、種々の変形によって、検討された特別用途に適する。以下のクレームとその同等な内容は、発明の範囲を決める。ここに開示された実施形態は、現状、好ましい実施形態として考えられるが、本発明の考えと範囲のもとで、種々の変形や修正をすることができる。発明の範囲は添付のクレームに示されており、等価物の意味と範囲内における全ての変更はその中に含まれる。

Claims (15)

1. 第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための装置であり、
   前記第１キャパシタと前記第２キャパシタに電気的に接続され、測定期間に前記第１キャパシタと前記第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力するための駆動信号発生器；
   第１入力端子、第２入力端子、および出力端子を有する比較器であって、前記第１入力端子と前記第２入力端子の各々が前記第１キャパシタと前記第２キャパシタにそれぞれ電気的に接続され、前記第１入力端子と前記第２入力端子の間の電圧差に応じて、少なくとも第１状態と第２状態の間で選択的に切り替えられる出力信号が前記出力端子から出力される比較器；および
   前記比較器の前記第１入力端子、前記第２入力端子、および前記出力端子に結合され、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号とを前記測定期間に生成する変調測定器であって、前記第１変調電圧信号と前記第２変調電圧信号の各々が、前記第１入力端子と前記第２入力端子にそれぞれ結合され、かつ前記出力信号に応じて選択的に調整されるものであり、また、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値が、前記測定期間の開始点から前記出力信号の条件変化が起きる特定点までの時間長に相関して生成されるものである変調測定器、を備えることを特徴とする装置。
2. 前記駆動信号は、充電信号または放電信号であり、その電圧レベルは、第１レベルから第２レベルに移され、前記出力信号の前記第１状態と前記第２状態は、それぞれ低電圧レベルと高電圧レベルである、請求項１記載の装置。
3. 前記変調測定器は、前記第１変調電圧信号の電圧値を増加するように調整することを、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第１状態にあるときに、または、前記第２変調電圧信号の電圧値を増加するように調整することを、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第２状態にあるときに、前記出力信号の状態変化が起きるまで行い、また、前記特徴値が、前記測定期間の前記開始点から前記出力信号の前記条件変化が起きる前記特定点までの前記時間長であるか、または、前記特徴値が、前記測定期間に対する前記時間長の割合である、請求項１記載の装置。
4. 前記条件変化は、前記第１状態から前記第２状態または前記第２状態から前記第１状態への前記出力信号の状態変化であるか、または、前記条件変化は、前記第１状態と前記第２状態の間の状態変化の所定数の発生である、請求項１記載の装置。
5. 前記変調測定器は、前記第１入力端子と前記第２入力端子とに、それぞれ第１結合キャパシタと第２結合キャパシタとを通して結合されている、請求項１記載の装置。
6. 前記第１結合キャパシタと前記第２結合キャパシタは、可変キャパシタであり、それらの容量は、前記第１入力端子と前記第２入力端子における電圧の変化を増速または減速するように随意的に微調整される、請求項５記載の装置。
7. 第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための装置であり、
   前記第１キャパシタと前記第２キャパシタに電気的に接続され、測定期間に前記第１キャパシタと前記第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力するための駆動信号発生器；
   第１入力端子、第２入力端子、および出力端子を有する比較器であって、前記第１入力端子と前記第２入力端子の各々が前記第１キャパシタと前記第２キャパシタにそれぞれ電気的に接続され、前記第１入力端子と前記第２入力端子の間の電圧差に応じて、少なくとも第１状態と第２状態の間で選択的に切り替えられる出力信号が前記出力端子から出力される比較器；および
   前記比較器の前記第１入力端子、前記第２入力端子、および前記出力端子に結合され、第１変調電圧信号と第２変調電圧信号とを前記測定期間に生成する変調測定器であって、前記第１変調電圧信号と前記第２変調電圧信号の各々が、前記第１入力端子と前記第２入力端子にそれぞれ結合され、かつ前記出力信号に応じて選択的に調整されるものであり、また、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値が、前記第１変調電圧信号または前記第２変調電圧信号の勾配に相関して生成され、前記勾配が、前記第１または第２変調電圧信号の前記測定期間内の時間的な電圧変化として定義されるものである変調測定器、を備えることを特徴とする装置。
8. 前記駆動信号は、充電信号または放電信号であり、その電圧レベルは、第１レベルから第２レベルに移され、前記出力信号の前記第１状態と前記第２状態は、それぞれ低電圧レベルと高電圧レベルである、請求項７記載の装置。
9. 前記変調測定器は、前記第１変調電圧信号の電圧値を増加するように調整することを、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第１状態にあるときに、または、前記第２変調電圧信号の電圧値を増加するように調整することを、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第２状態にあるときに、前記出力信号の状態変化が起きるまで行い、前記特徴値が、前記測定期間が終了する前の最後の単位時間に前記第１変調電圧信号または前記第２変調電圧信号に加えられた電圧変化の単位の数である、請求項７記載の装置。
10. 前記変調測定器は、前記第１入力端子と前記第２入力端子とに、それぞれ第１結合キャパシタと第２結合キャパシタとを通して結合されている請求項７記載の装置。
11. 前記第１結合キャパシタと前記第２結合キャパシタは、可変キャパシタであり、それらの容量は、前記第１入力端子と前記第２入力端子における電圧の変化を増速または減速するように随意的に微調整される、請求項１０記載の装置。
12. 容量差測定装置を用いて第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための方法であり、
    前記第１キャパシタと前記第２キャパシタに電圧変化が起きるように、測定期間に前記第１キャパシタと前記第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力し；
    前記測定期間に、第１変調電圧信号を前記第１キャパシタに与え、第２変調電圧信号を前記第２キャパシタに与え、第１状態における出力信号または第２状態における出力信号を生成することを、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間の電圧差に応じて行い；および
    前記第１キャパシタに与えられる前記第１変調電圧信号と前記第２キャパシタに与えられる前記第２変調電圧信号のいずれか１つの電圧値を、前記出力信号に応じて調整されて自動的に選択し、かつ前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値を生成し、その特徴値が、前記測定期間の開始点から前記出力信号の条件変化が起きる特定点までの時間長に相関するものである、ことを特徴とする方法。
13. 前記第１変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第１状態にあるときに、または、前記第２変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第２状態にあるときに、前記出力信号の状態変化が起きるまで行われ、前記特徴値が、前記測定期間の前記開始点から前記出力信号の前記条件変化が起きる前記特定点までの前記時間長であるか、または、前記特徴値が、前記測定期間に対する前記時間長の割合である、請求項１２記載の方法。
14. 容量差測定装置を用いて第１キャパシタと第２キャパシタの間の容量差を測定するための方法であり、
    前記第１キャパシタと前記第２キャパシタに電圧変化が起きるように、測定期間に前記第１キャパシタと前記第２キャパシタのそれぞれに駆動信号を出力し；
    前記測定期間に、第１変調電圧信号を前記第１キャパシタに与え、第２変調電圧信号を前記第２キャパシタに与え、第１状態における出力信号または第２状態における出力信号を生成することを、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間の電圧差に応じて行い；および
    前記第１キャパシタに与えられる前記第１変調電圧信号と前記第２キャパシタに与えられる前記第２変調電圧信号のいずれか１つの電圧値を、前記出力信号に応じて調整されて自動的に選択し、かつ前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間の容量差を示すための特徴値を生成し、その特徴値が、前記第１変調電圧信号または前記第２変調電圧信号の勾配に相関するものであって、前記勾配が、前記第１または第２変調電圧信号の前記測定期間内の時間的な電圧変化として定義される、ことを特徴とする方法。
15. 前記第１変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第１状態にあるときに、または、前記第２変調電圧信号の電圧値が増加するように調整されることが、単位時間当たり電圧の選択的な１またはそれ以上の単位でもって、前記出力信号が前記第２状態にあるときに、前記出力信号の状態変化が起きるまで行われ、前記特徴値が、前記測定期間が終了する前の最後の単位時間に前記第１変調電圧信号または前記第２変調電圧信号に加えられた電圧変化の単位の数である、請求項１４記載の方法。