JP7127152B2 - 静電容量センサ - Google Patents
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Description
この構成によれば、スイッチ部において1つの検出電極を検出信号生成部に接続しているとき、残りの検出電極は基準電圧に接続される。そのため、基準電圧にノイズ成分が重畳していても、当該1つの検出電極と当該残りの検出電極との間に形成される寄生的なキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、検出電極間の寄生的なキャパシタは、当該1つの検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧に重畳するノイズ成分が寄生的なキャパシタに作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。
この構成によれば、1以上の駆動電極に対して基準電圧を印加する駆動信号が供給された場合、当該1以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。この場合、基準電圧にノイズ成分が重畳しているか否かにかかわらず、当該1以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタは、検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、当該1以上の駆動電極と検出電極との間に形成される1以上のキャパシタにノイズ成分が作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。これにより、M個の検出信号に基づいて算出されるM個のキャパシタの相互容量値においても、ノイズ成分に起因した誤差が小さくなる。
この構成によれば、スイッチ部において1つの検出電極を検出信号生成部に接続しているとき、残りの検出電極は、基準電圧に近い電圧に保たれた疑似基準電圧に接続される。そのため、基準電圧にノイズ成分が重畳していても、当該1つの検出電極と当該残りの検出電極との間に形成される寄生的なキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、検出電極間の寄生的なキャパシタは、当該1つの検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧に重畳するノイズ成分が寄生的なキャパシタに作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。
この構成によれば、1以上の駆動電極に対して疑似基準電圧を印加する駆動信号が供給された場合、当該1以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。この場合、基準電圧にノイズ成分が重畳しているか否かにかかわらず、当該1以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタは、検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、当該1以上の駆動電極と検出電極との間に形成される1以上のキャパシタにノイズ成分が作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。これにより、M個の検出信号に基づいて算出されるM個のキャパシタの相互容量値においても、ノイズ成分に起因した誤差が小さくなる。
図1は、本実施形態に係る静電容量センサの構成の一例を示す図である。図2は、静電容量センサの各部の構成例を示す図である。本実施形態に係る静電容量センサは、指などの物体が近接することによる電極間の静電容量(相互容量)の変化を検出するセンサであり、例えば、ユーザのタッチ操作等を検出する各種の入力装置(タッチパッド、タッチパネル、タッチセンサなど)を構成する。なお、本明細書において「近接」とは近くにあることを意味しており、接触の有無を限定しない。
スイッチ11-jは、駆動信号発生部13の出力と駆動電極ED-jとの間の経路に設けられており、制御部60の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ11-jがオンすると、駆動信号発生部13から駆動電極ED-jへ駆動信号が供給される。
スイッチ12-jは、後述する基準電圧発生部30の出力と駆動電極ED-jとの間の経路に設けられており、制御部60の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ12-jがオンすると、基準電圧発生部30の基準電圧Vrが駆動電極ED-jに印加される。
スイッチ51-iは、検出信号生成部20の入力と検出電極ES-iとの間の経路に設けられており、制御部60の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ51-iがオンすると、検出電極ES-iの電圧が基準電圧Vrに近づくように検出電極ES-iと検出信号生成部20との間で電荷が転送される。
スイッチ52-iは、基準電圧発生部30の出力と検出電極ES-iとの間の経路に設けられており、制御部60の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ52-iがオンすると、基準電圧発生部30の基準電圧Vrが検出電極ES-iに印加される。
更に制御部60は、1つの駆動電極ED-jが駆動信号発生部13に接続され、それ以外の駆動電極EDが基準電圧Vrに接続されるように、駆動部10の各スイッチ(11-1~11-M、12-1~12-M)を制御する。
次に、第2の実施形態に係る静電容量センサについて説明する。
図3は、第2の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。第2の実施形態に係る静電容量センサは、図2に示す静電容量センサにおいて駆動部10を駆動部10Aに置き換えるとともに、制御部60の処理を変更したものであり、他の構成は図2に示す静電容量センサと概ね同じである。
また、M個の駆動電極ED-1~ED-Mへそれぞれ駆動信号を供給したとき、検出電極ES-iからM個のキャパシタC(i,1),C(i,2),…,C(i,M)へ転送される電荷を、それぞれ「Q(1)」,「Q(2)」,…,「Q(M)」とする。
更に、電極部5へ物体(指など)が近接していない場合と比較した相互容量C(1),C(2),…,C(M)の変化を、それぞれ「ΔC(1)」,「ΔC(2)」,…,「ΔC(M)」とする。
この場合、相互容量の変化ΔC(j)が生じたことによる電荷Q(j)の変化ΔQ(j)は、次の式で表される。
第2駆動信号の場合: A(j)=-1 …(4)
第3駆動信号の場合: A(j)=0 …(5)
ただし、
B=Cf/VD …(10)
次に、第3の実施形態に係る静電容量センサについて説明する。
図4は、第3の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。第3の実施形態に係る静電容量センサは、図2に示す静電容量センサに疑似基準電圧発生部40を追加するとともに、駆動部10及びスイッチ部50において基準電圧Vrの替わりに疑似基準電圧VArを用いたものであり、他の構成は図2に示す静電容量センサと概ね同じである。
次に、第4の実施形態に係る静電容量センサについて説明する。
図5は、第4の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。第4の実施形態に係る静電容量センサは、図3に示す静電容量センサに疑似基準電圧発生部40を追加するとともに、駆動部10A及びスイッチ部50において基準電圧Vrの替わりに疑似基準電圧VArを用いたものであり、他の構成は図3に示す静電容量センサと概ね同じである。疑似基準電圧発生部40の構成は、図4に示す静電容量センサと同じである。
Claims (8)
- 少なくとも1つの検出電極と、
前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、
基準電圧を発生する基準電圧発生部と、
前記検出電極の電圧が前記基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記検出信号生成部は、反転入力端子と、非反転入力端子を備えた第1演算増幅器を有し、
前記第1演算増幅器の反転入力端子に前記検出電極が接続され、前記第1演算増幅器の非反転入力端子に前記基準電圧が入力され、
前記基準電圧発生部は、基準電圧源と、前記基準電圧源の出力端子とグランドとの間に直列に接続される第1の抵抗及び第2の抵抗と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続中点に非反転入力端子が接続される第2演算増幅器とを有し、
前記第2演算増幅器の反転入力端子が前記第2演算増幅器の出力端子に接続され、
前記駆動部は、前記複数の駆動電極の各々に前記基準電圧を印加可能であり、
前記制御部は、前記駆動部において一部の前記駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの前記駆動電極には前記基準電圧を印加するように前記駆動部を制御する、
静電容量センサ。 - 複数の前記検出電極から1つの前記検出電極を選択して前記検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の前記検出電極の各々を前記基準電圧に接続可能なスイッチ部を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部において1つの前記検出電極を前記検出信号生成部に接続しているとき、残りの前記検出電極を前記基準電圧に接続するように前記スイッチ部を制御する、
請求項1に記載の静電容量センサ。 - 前記駆動部は、
前記駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、
前記駆動電極の電圧を前記所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、
前記駆動電極に前記基準電圧を印加する駆動信号
をM個(Mは2以上の整数を示す。)の前記駆動電極の各々へ供給可能であり、
前記M個の駆動電極へ同時に供給するM個の前記駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、
前記制御部は、
M個の異なる前記駆動パターンによって前記M個の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号をM回供給するように前記駆動部を制御し、
1つの前記検出電極において前記電荷を転送する前記検出信号生成部が前記M個の異なる駆動パターンに応じて生成したM個の前記検出信号を取得し、当該M個の検出信号に基づいて、前記1つの検出電極と前記M個の駆動電極との間に形成されるM個の前記キャパシタの相互容量値を算出する、
請求項1に記載の静電容量センサ。 - 前記検出信号生成部は、前記第1演算増幅器の出力端子と前記第1演算増幅器の反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタを含む、
請求項1に記載の静電容量センサ。 - 少なくとも1つの検出電極と、
前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、
基準電圧を発生する基準電圧発生部と、
前記検出電極の電圧が前記基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記基準電圧に近づくように帰還制御された疑似基準電圧を発生する疑似基準電圧発生部と、
前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記検出信号生成部は、反転入力端子と、非反転入力端子を備えた第1演算増幅器を有し、
前記第1演算増幅器の前記反転入力端子に前記検出電極が接続され、前記第1演算増幅器の非反転入力端子に前記基準電圧が入力され、
前記基準電圧発生部は、基準電圧源と、前記基準電圧源の出力端子とグランドとの間に直列に接続される第1の抵抗及び第2の抵抗と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続中点に非反転入力端子が接続される第2演算増幅器とを有し、
前記第2演算増幅器の反転入力端子が前記第2演算増幅器の出力端子に接続され、
前記駆動部は、前記複数の駆動電極の各々に前記疑似基準電圧を印加可能であり、
前記制御部は、前記駆動部において一部の前記駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの前記駆動電極には前記疑似基準電圧を印加するように前記駆動部を制御する、
静電容量センサ。 - 複数の前記検出電極から1つの前記検出電極を選択して前記検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の前記検出電極の各々を前記疑似基準電圧に接続可能なスイッチ部を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部において1つの前記検出電極を前記検出信号生成部に接続しているとき、残りの前記検出電極を前記疑似基準電圧に接続するように前記スイッチ部を制御する、
請求項5に記載の静電容量センサ。 - 前記駆動部は、
前記駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、
前記駆動電極の電圧を前記所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、
前記駆動電極に前記疑似基準電圧を印加する駆動信号
をM個(Mは2以上の整数を示す。)の前記駆動電極の各々へ供給可能であり、
前記M個の駆動電極へ同時に供給するM個の前記駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、
前記制御部は、
M個の異なる前記駆動パターンによって前記M個の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号をM回供給するように前記駆動部を制御し、
1つの前記検出電極において前記電荷を転送する前記検出信号生成部が前記M個の異なる駆動パターンに応じて生成したM個の前記検出信号を取得し、当該M個の検出信号に基づいて、前記1つの検出電極と前記M個の駆動電極との間に形成されるM個の前記キャパシタの相互容量値を算出する、
請求項5に記載の静電容量センサ。 - 前記検出信号生成部は、前記第1演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタを含む、
請求項5に記載の静電容量センサ。
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