KR20100019398A - 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로, 용량형 센서 모듈, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법 및 전자 기기 - Google Patents

용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로, 용량형 센서 모듈, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법 및 전자 기기 Download PDF

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오사무 나카무라
토시유키 히로세
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히토시 오자와
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Abstract

용량형 센서 디바이스를 위한 용량 변화 측정 회로에서 스캐닝 속도가 향상된다. 이 용량 변화 측정 회로는, 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 입력 펄스 신호를 선(line)-순차적으로 인가하는 전극 구동부; 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로; 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원; 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기; 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 복수의 판정부를 포함한다.
Figure P1020090073247
입력 조작, 용량 소자, 입력 펄스 신호, 피크 홀드 회로, 용량형 센서 디바이스

Description

용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로, 용량형 센서 모듈, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법 및 전자 기기{CAPACITANCE CHANGE MEASURING CIRCUIT OF CAPACITIVE SENSOR DEVICE, CAPACITIVE SENSOR MODULE, METHOD OF MEASURING CAPACITANCE CHANGE OF CAPACITIVE SENSOR DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
이 명세서에서 설명하는 발명은, 용량형 센서 디바이스에 대한 입력 조작 또는 위치 입력의 검출 기술에 관한 것이다. 특히, 이 명세서에서 제안하는 발명은, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로, 용량형 센서 모듈, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 다양한 종류의 위치 입력 장치가 존재한다. 그 예로는, 손가락을 이용한 센서 디바이스나 손가락과 같은 전기 특성을 갖는 전용의 포인팅 디바이스가 있다. 이러한 종류의 센서 디바이스의 경우, 용도에 따라서 여러 유형이 존재한다. 이하에서는, 용량형 센서 디바이스와 그 구동 회로(용량 변화 측정 회로)를 포함하는 용량형 센서 모듈에 대하여 기술하기로 한다.
도 1 및 도 2는 용량형 센서 모듈의 개략 구성예를 나타낸다. 용량형 센서 모듈은 용량형 센서 디바이스(1)와 그 용량 변화를 검출하는 회로(이하, "용량 변화 측정 회로"라 한다)(11)를 포함한다. 센서 디바이스(1)는 평판 상의 기재(3)의 한면에 복수개의 전극 패턴(5)을 배선하고, 평판 상의 기재(3)의 다른 면에 복수개의 전극 패턴(7)을 배선한 구조를 갖는다.
예를 들어, 상면측의 전극 패턴(5)은 Y 축방향으로 연장되도록 배선되고, 하면측의 전극 패턴(7)은 X 축방향으로 연장되도록 배선된다. 또한, 상면측의 전극 패턴(5)의 표면은 (도시하지 않은) 보호막으로 덮어져 있다. 또한, 전극 패턴(5)과 전극 패턴(7)의 교점 부분에는 미소한 용량이 형성되고, 이 용량을 통하여 상면측의 전극 패턴(5)과 하면측의 전극 패턴이 전기적으로 접속된다.
표시 디바이스의 표면에 배치되어 터치 패널로서 사용되는 용량형 센서 디바이스(1)의 경우에는, 기재(3), 전극 패턴(5), 및 전극 패턴(7) 각각은 표시 화면을 시인 할 수 있도록 투과성이 높은 재질로 구성된다. 예를 들어, 기재(3)로서는, 글래스 기판이나 플라스틱 필름이 사용된다. 또한, 예를 들어, 전극 패턴(5 및 7)으로서는, ITO 전극이 사용된다.
용량 변화 측정 회로(11)는, 이 회로와 용량형 센서 디바이스(1)의 사이에 폐회로를 형성하고, 이 폐회로에서 발생하는 전기 특성의 변화의 검출을 통하여 조작의 유무와 조작 위치를 검출할 수 있도록 구성되어 있다. 폐회로는 인출 배선 패턴, 전극 패턴(5), 전극 패턴들의 교점에 형성되는 용량, 전극 패턴(7), 인출 배선 패턴 및 용량 변화 측정 회로(11)를 포함한다. 등가 회로의 상세에 대해서는 후술하기로 한다.
도 3은 용량형 센서 모듈의 종래 회로 예를 나타낸다. 또한, 종래 회로예는, PCT 국제 공보의 공개된 일본 특허 출원 2002-530680(JP2002-530680A)에 개시된 발명에 대응하는 것이다. 도 3에 나타내는 용량형 센서 디바이스(1)의 구조는 각 처리 타이밍에 있어서 측정 대상이 되는 폐회로의 용량 성분을 나타낸다. Ctp는 각 전극 패턴(5)과 각 전극 패턴(7)의 교점 부분에 정적으로 형성되는 용량 성분이다.
Cbulk은 전극 패턴(5 및 7)의 용량 성분과, 전극 패턴(5 및 7)과 용량 변화 측정 회로(11)를 접속하는 인출 배선의 용량 성분, 기재(3)의 용량 성분 및 IC 핀의 용량 성분의 총합으로 얻어진 정적인 용량 성분이다. Cf는 손가락 또는 손가락과 동등의 전기 특성을 갖는 디바이스와, 전극 패턴(5 및 7)과의 사이에 발생하는 동적인 용량 성분이다. 도 3에서는, 측정 경로(폐회로) 상에 존재하는 모든 용량 성분을 Cx로 나타내고 있다.
또한, 도 3에 나타내는 용량 변화 측정 회로(11)는 전압원 Vr, 용량 Cref, 3개의 아날로그 스위치 S1, S2 및 S3, 비교기(13) 및 카운터(15)를 포함한다. 이 회로 구조에 있어서, 용량 변화 측정 회로(11)는, 이하의 동작을 순서대로 실행하고, 입력 조작의 유무를 판정한다.
1. 우선, 모든 아날로그 스위치 S1, S2 및 S3을 온 상태가 되도록 제어한다. 이 동작에 의해, 용량 Cref와 및 Cx의 전하가 방전된다.
2. 용량 Cref 및 Cx의 전하가 모두 방전되면, 모든 아날로그 스위치 S1, S2 및 S3을 오프 상태가 되도록 제어한다.
3. 그 후, 아날로그 스위치만을 온 상태가 되도록 제어한다. 이때, 키르히호프(Kirchhoff)의 법칙에 띠라, Cref 및 Cx와 동등한 크기의 전하 Q가 충전된다.
4. 다음에, 모든 아날로그 스위치 S1, S2 및 S3을 오프 상태로 제어한다. 그 후, 단지 아날로그 스위치 S2만을 온 상태로 제어한다. 이에 의해, 측정 경로상의 용량 Cx만이 방전된다.
5. 상술한 동작 2 내지 4를 반복해 실행한다. 그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 용량 Cref의 전압이 서서히 상승한다. 도 3의 A점 전압이 기준 전위 Vref를 넘을 때, 비교기(13)의 판정 출력이 변화한다. 또한, 이 판정 출력의 변화를 통하여, 반복 동작이 정지되도록 제어된다.
6. 전술한 바와 같이, 비교기(13)의 판정 출력이 변화될 때까지, 카운터(15)의 카운트 값이 출력된다. 이 카운트 값이 측정 경로 상의 용량 Cx의 측정 값이 된다. 측정 경로 상에 손가락이 있을 경우의 측정 경로 상의 용량 Cx의 크기는, 손가락이 없을 경우의 측정 경로 상의 용량Cx의 크기와 상이하다. 즉, 전자 경우의 크기는 후자 경우의 크기와 Cf 분만큼 상이하다. 따라서, 측정된 카운트 값과 손가락이 존재하지 않을 경우의 카운트 값을 비교함으로써, 손가락의 유무를 판정할 수 있다.
일본 특허 출원 JP2002-530680A에 개시된 발명에서, 아날로그 스위치 S1의 온 상태 기간은 순간적이다. 또한, 온 상태 기간 동안의 동작 모드는 전류 모드 다. 그러므로, 일본 특허 출원 JP2002-530680A에 기술된 용량 변화 측정 회로(11)는 노이즈 내성이 높다.
한편, 아날로그 스위치 S1, S2 및 S3의 절환 제어는 약 500kHz의 주기로 실행된다. 이로 인해, A점 전압이 기준 전위 Vref에 도달할 때까지는 약 1000회의 절환 동작이 필요하게 된다. 즉, 일본 특허 출원 JP2002-530680A에 나타내는 용량 변화 측정 회로(11)는 검출 정밀도는 높지만, 검출 동작 실행에 시간이 걸리므로, 고속 입력에는 적합하지 않는다고 하는 문제가 있다.
예를 들어, 500kHz로 구동할 경우, 1 펄스 주기는 2μs이다. 따라서, 1 라인의 측정 경로에 대하여 필요한 측정 시간은 2ms(=2μs×1000회)이다. 따라서, 전극 패턴(5)의 수가 10인 경우, 모든 라인에서 입력 펄스 신호를 주사 입력하는데 필요한 시간은 20ms이다.
따라서, 고속 입력에 대응할 수 있는 기술이 제안된다.
[A. 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로]
예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로가 제안된다.
(1) 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 입력 펄스 신호를 선(line)-순차적으로 인가하는 전극 구동부
(2) 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로
(3) 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원
(4) 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기
(5) 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 정보와 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 동등한 전기 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 복수의 판정부.
바람직하게는, 기준 타이밍 정보는 제1 전극과 제2 전극 패턴의 교점 위치에 대응하는 측정 점마다 제공된다.
바람직하게는, 타이밍 정보는 입력 펄스 신호의 에지 검출 타이밍부터 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍까지 경과된 시간으로 정의되고, 기준 타이밍 정보는 무조작 시에 있어서의 경과된 시간으로 정의된다.
바람직하게는, 전류원에 의한 방전 동작의 개시 타이밍은, 검출 신호에 대하여 상정되는 피크 레벨의 출현 타이밍이나 그 이후에 정해진다. 이 경우, 피크 레벨의 출현 타이밍의 편차의 영향을 받지 않고, 피크 레벨의 변화만을 정확하게 측정할 수 있다.
바람직하게는, 제1 및 제2 전극 패턴 상에서의 제1 전파 경로 길이와 각 전극 패턴까지의 제2 전파 경로 길이의 조합으로 정해지는 총 전파 경로 길이에 기초하여, 조작 영역별로 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 설정한다. 더 바람직하게는 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제1 조작 영역에 대해서는, 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제1 펄스 주파수 F1로 설정하고, 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제2 조작 영역에 대해서는 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제2 펄스 주 파수F2(>F1)로 설정한다.
일반적으로, 제1 조작 영역으로부터 얻어지는 검출 신호의 피크 레벨은 높고, 제2 조작 영역으로부터 얻어지는 검출 신호의 피크 레벨은 낮다. 이로 인해, 제2 조작 영역에서는, 입력 조작의 유무를 검출하는 시간은 제1 조작 영역에서의 것보다 상대적으로 짧다. 따라서, 제2 조작 영역에 입력되는 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 높게 레벨로 설정함으로써, 검출 속도를 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 상술한 (1) 내지(5)에 나타내는 디바이스를 갖는 용량 변화 측정 회로에서는, 제1 및 제2 전극 패턴 상에서의 제1 전파 경로 길이와 각 전극 패턴까지의 제2 전파 경로 길이의 조합으로 정해지는 총 전파 길이에 기초하여, 조작 영역별로 전류원의 전류량을 설정한다.
더 바람직하게는, 총 전파 경로 길이가 소정 값보다 짧은 제1 조작 영역에 대해서는 전류량을 제1 전류량 I1로 설정하고, 총 전파 경로 길이가 소정 값보다 긴 제2 조작 영역에 대해서는 전류량을 제2 전류량 I2(<I1)로 설정한다. 즉, 피크 레벨이 높은 조작 영역의 전류량을 높게 하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 입력 조작의 유무의 검출에 필요로 하는 시간을 단축하는 것이 가능하게 된다.
그러므로, 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제3 조작 영역에 대해서는 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제1 펄스 주파수 F1로 설정하고, 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제4 조작 영역에 대해서는 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제2 펄스 주파수 F2(>F1)로 설정할 수 있다. 즉, 전류량의 제어를 조합함으로써, 입력 조작의 유무의 검출에 필요로 하는 시간을 더 단축할 수 있다.
유리하게는, 상술한 (1) 내지(5)에 나타내는 디바이스를 갖는 용량 변화 측정 회로에서는, 제1 및 제2 전극 패턴 상에서의 제1 전파 경로 길이와 각 전극 패턴까지의 제2 전파 경로 길이의 조합으로 정해지는 총 전파 경로 길이에 기초하여, 조작 영역별로 비교기의 기준값을 설정한다. 이 경우, 비교기의 기준값을 고정할 경우에 비해, 각 조작 영역에 입력되는 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 고속화할 수 있다.
더 바람직하게는, 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제4 조작 영역에 대해서는 기준값을 제1 기준값 R1로 설정하고, 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제2 조작 영역에 대해서는 기준값을 제2 기준값 R2(>R1)로 설정한다.
바람직하게는, 상술한 (1) 내지(5)에 나타내는 디바이스를 갖는 용량 변화 측정 회로에 있어서의 피크 홀드 회로는 검출 신호의 정극(positive) 주기의 피크 레벨을 유지한다. 또는, 검출 신호의 부극(negative) 주기의 피크 레벨을 유지한다.
바람직하게는, 정극 주기의 피크 레벨과 부극 주기의 피크 레벨의 절대값을 검출할 경우에는, 용량 소자의 전위를 전류원의 전류 구동 능력에 의해 입력 펄스 신호의 절반 주기 이내에 초기화될 수 있도록 설정하면, 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 고속화하지 않아도 판정 동작의 고속화를 실현할 수 있다.
[B. 용량형 센서 모듈]
또한, 예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 용량형 센서 모듈을 제안한다.
(1) 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴 및, 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스.
(2) 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로
(3) 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원
(4) 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기
(5) 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작의 실행 유무를 판정하는 복수의 판정부.
[C. 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법]
또한, 예를 들어, 이하의 단계들을 갖는 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법을 제안한다.
(1) 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기의 입력 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 단계
(2) 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 단계
(3) 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 용량 소자의 전위를 초기화하는 단계
(4) 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 단계
(5) 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작의 실행 유무를 판정하는 단계.
[D. 전자 기기]
또한, 예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 전자 기기를 제안한다.
(1) 표시 디바이스
(2) 표시 디바이스의 표면에 배치되는 용량형 센서 디바이스로서, 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴 및 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스
(3) 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로
(4) 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원
(5) 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기
(6) 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작의 실행 유무를 판정하는 복수의 판정부.
(7) 시스템 전체의 동작을 제어하는 시스템 제어부
[E. 전자 기기]
또한, 예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 전자 기기를 제안한다.
(1) 투과성의 재료로 형성되는 용량형 센서 디바이스로서, 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴 및 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스
(2) 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로
(3) 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원
(4) 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기
(5) 용량 소자의 유지 전위가 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작의 실행 유무를 판정하는 복수의 판정부.
(6) 시스템 전체의 동작을 제어하는 시스템 제어부
본 발명의 실시예들의 경우, 전류 모드로 동작이 실행되므로 노이즈 내성이 높다. 또한, 피크 홀드 회로에 의한 피크 레벨의 유지 및 입력 조작의 판정 동작이 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에 완료한다. 이로 인해, 종래 기술에 비하여 상 당히 고속의 스캔 동작이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 특히 도시 또는 기재되지 않는 부분에는, 당해 기술 분야의 주지 또는 공지 기술을 적용한다. 또 이하에 설명하는 예는, 발명의 하나의 예이며, 이것들에 한정되는 것이 아니다.
[제1 실시예]
[A. 용량형 센서 모듈의 외관 구성]
도 5는 용량형 센서 모듈의 외관 구성예를 나타낸다. 용량형 센서 모듈(21)은 용량형 센서 디바이스(23), 그 인출 배선인 FPC(가요성 프린트 배선 기판)(25) 및, 용량 변화 측정 회로(27)를 포함한다.
용량형 센서 디바이스(23)는 전술한 바와 같이 기재의 양면에 전극 패턴을 망상(reticular) 형상으로 형성한 구조를 갖는다. 또한, 용량 변화 측정 회로(27)는 전술한 바와 같이 선-순차적으로 폐회로를 선택하여 입력 펄스 신호를 인가하고, 그 검출 신호에 기초하여 용량의 변화의 유무를 측정하는 회로 기능을 갖는다.
용량 변화 측정 회로(27)는 일부 경우에는 반도체 집적 회로로서 형성되며, 일부 경우에는 FPC 상의 회로 패턴으로서 형성된다. 또한, 용량 변화 측정 회로(27)의 일부 처리는 컴퓨터에 의한 어플리케이션 처리를 통하여 실현될 수 있다.
[B 제1 예]
[B-1. 검출 원리]
이 예에서는, 입력 펄스 신호의 상승 타이밍에서 발생하는 검출 펄스의 정극 파형의 피크 레벨에 주목된다. 도 6은 어떤 측정 점(폐회로)에 주목한 검출 펄스의 파형 변화를 나타낸다. 도면에서, 횡축은 입력 펄스 신호의 상승 타이밍부터의 경과 시간이다. 도면에서, 종축은 검출 신호에 대응하는 전류량을 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 조작면에 손가락이 접촉하지 않고 있을 경우의 피크 레벨이 가장 높다. 손가락과 조작면과의 사이에 형성되는 용량 성분이 클수록 피크 레벨이 작아진다. 즉, 손가락과 조작면과의 접촉 면적이 증가할수록 피크 레벨은 저하한다. 이 피크 레벨의 진폭 크기와 변화 폭의 크기는 후술하는 바와 같이 조작면 상의 위치에 따라 상이하다. 그러나, 어느 위치에서도, 도 6에 나타내는 피크 레벨의 변화가 보여진다.
따라서, 이 피크 레벨의 변화에 주목하고, 측정 대상인 각 폐회로의 피크 레벨의 변화를 검출함으로써 손가락의 접촉의 유무와 접촉 위치를 검출하는 기술을 제안한다. 또한, 피크 레벨의 변화를 피크 홀드 회로를 구성하는 용량 C의 전위가 소정 레벨까지 저하하는데 필요로 하는 시간 길이의 변화로서 검출하는 기술을 제안한다. 이때, 저하 속도를 결정하는 전류원의 속도를 입력 펄스 신호의 1 주기 이내로 설정함으로써, 하나의 폐경로에 대한 입력 조작의 판정 동작을 1 주기 이내로 완료할 수 있게 된다.
이하, 이러한 검출 원리를 채용한 용량형 센서 모듈의 예를 설명하기로 한다.
[B-2 시스템 구성]
도 7은 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(31)의 시스템 구성예를 나타낸다. 용량형 센서 모듈(31)에서는, 용량형 센서 디바이스(23)를 간략화하여 나타내고 있다.
용량형 센서 모듈(31)은 용량형 센서 디바이스(23) 및 용량 변화 측정 회로(33)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(33)는 발진기(35), 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 시퀀서(41), 전류 입력 전압 출력형 증폭기(43), 피크 홀드 회로(45), 전류원(47), 비교기(49), 측정부(51), 및 판정부(53)를 포함한다.
발진기(35)는 미리 설정된 고정 주파수의 직사각형 형상의 입력 펄스 신호를 발생하는 회로다. 그러나, 입력 펄스 신호의 파형은 구형파에 한하지 않고, 정현파나 삼각파 등의 기타의 형상이어도 된다. 이 예의 경우, 발진기(35)는 500kHz 주파수의 입력 펄스 신호를 발생한다.
디멀티플렉서(37)는 시퀀서(41)가 지시하는 순서로 입력 펄스 신호의 공급처를 절환하는 회로다. 입력 펄스 신호의 공급처는 복수 개의 전극 패턴(5) 중 하나이다.
멀티플렉서(39)는 시퀀서(41)가 지시하는 순서로 검출 신호가 취출되는 전극 패턴들(7)을 절환하는 회로이다.
시퀀서(41)는 입력 펄스 신호를 공급하는 전극 패턴(5)으로의 접속 순서와 검출 신호의 취출 소스로서의 전극 패턴(7)으로의 접속 순서를 입력 펄스 신호에 동기하여 출력하는 회로이다. 시퀀서(41)는 입력 펄스 신호의 상승 에지에 기초하 여 제어 타이밍을 관리한다.
전류 입력 전압 출력형 증폭기(43)는 검출 신호를 증폭하는 회로이다. 이 전류 입력 전압 출력형 증폭기(43)에서, 검출 신호는 전류 형태(style)로부터 전압 형태로 변환된다.
피크 홀드 회로(45)는 검출 신호의 정극측의 피크 레벨을 검출하는 회로이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 피크 홀드 회로(45)는 다이오드 D 및 용량 C를 포함한다. 다이오드 D는 정류 기능에 의해 검출 신호의 정극 부분만을 취출하는데 사용된다. 또한, 용량 C는 검출 신호의 피크 레벨에 대응하는 전위를 저장하는데 사용된다.
전류원(47)은 정전류 회로이며, 용량 C의 전하를 방전하는데 사용된다. 전류원(47)의 전류값의 크기는 입력 펄스 신호의 인가 개시로부터1 주기 이내에 판정 동작을 종료할 수 있도록 설정한다. 구체적으로는, 다음 입력 펄스 신호가 공급될 때까지의 주기 내에, 측정 대상인 용량 C의 전위가 기준 전위 Vref 이하로 낮아지게 방전을 행하도록 설정한다. 본 명세서에서는, 이런 방전 동작을 "초기화 동작"이라고 칭하기로 한다.
비교기(49)는 용량 C의 전위와 기준 전위 Vref를 비교하는 회로이다. 따라서, 비교기(49)의 출력 레벨은 용량 C의 전위가 기준 전위 Vref와 교차하는 시점에서 변화한다. 기준 전위 Vref는 도 8에 나타낸 바와 같이, 상정되는 피크 레벨의 최소값보다도 작은 값으로 설정한다. 이하에서는, 용량 C의 전위가 기준 전위 Vref 이하로 저하한 때의 타이밍을 "방전 완료 타이밍"이라 한다.
측정부(51)는 입력 펄스 신호의 상승 타이밍으로부터 방전 완료 타이밍 tc까지의 경과 시간 T(=tc-ta)를 측정하는 회로이다. 타이밍 ta는 시퀀서(41)로부터 주어진다. 타이밍 tc는 비교기(49)의 출력 레벨의 변화로부터 주어진다.
도 9는 측정부(51)가 측정 대상이 되는 경과 시간 T와 각 타이밍 간의 관계를 나타낸다. 도 9의 (A)는 검출 신호와 용량 C의 전위 변화의 관계를 설명하는 다이어그램이다. 도 9의 (B)는 입력 펄스 신호의 위상 관계를 도시하는 다이어그램이다.
판정부(53)는 측정된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0(측정 점마다 설정됨)를 비교하고, 양쪽 시간의 사이에 측정 오차 이상의 차가 존재할 경우에 측정 점에 손가락이 접촉하고 있다고 판정하는 회로이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 조작면과 손가락과의 접촉 면적이 증가할수록(용량이 증가할수록), 경과 시간 T는 기준 경과 시간 T0보다 짧다. 기준 경과 시간 T0로서는, 조작면에 손가락이 접촉하지 않는 상태에서 사전에 측정된 값을 사용한다.
이 경우에는, 상기 경과 시간끼리를 서로 비교한다. 그러나, 용량 C의 전위가 기준 전위 Vref와 교차한 타이밍을 기준 타이밍과 비교할 수 있다. 물론, 기준 타이밍은 조작면에 손가락이 접촉하지 않고 있을 경우의 경과 시간이다.
참고로, 측정부(51) 및 판정부(53)는 CPU상에서 실행되는 프로그램 처리로 서도 실현될 수 있고, 로직 회로로서도 실현될 수 있다.
[B-3 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(41)의 동작 흐름(도 10)에 따른 용량형 센서 모듈(31)의 처리 동작을 설명한다. 도 10은 상면측의 전극 패턴(5)의 수 및 하면측의 전극 패턴(7)의 수가 4인 경우에 대하여 예시하고 있다.
우선, 시퀀서(41)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S1). 시퀀서(41)는 입력 펄스 신호의 1 주기마다, 상면측의 전극 패턴(5)의 좌표값 X를 단지“1”만 증가시킨다. 도 10의 경우, 증가된 좌표값 X가 “5”에 도달하면, 시퀀서(41)는 좌표값 X를 “1”로 복귀시키고, 하면측의 전극 패턴의 좌표값 Y를 단지“1”만 증가시킨다. 증가된 좌표값 Y가 “5”에 도달하면, 시퀀서(41)는 좌표값 Y를 “1”로 복귀시킨다.
싱기와 같이 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39) 및 판정부(53)에 주어진다. 입력 펄스 신호의 주파수가 500kHz의 경우(1 주기가 2μs), 4개의 전극 패턴(5) 및 4개 전극 패턴(7)으로 정해지는 16개의 좌표점의 판정 동작은 32μs 이내에 실행할 수 있다.
다음으로, 시퀀서(41)는 입력 펄스 신호의 상승 에지의 검출을 대기한다(S2). 에지가 검출되면, 시퀀서(41)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S3). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은, 전술한 상승 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(41)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 타이밍 tc(max)의 경과를 대기한다(S4).
타이밍 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(41)는 디스에이블 신호를 측정 부(51)에 출력한다(S5). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초과하더라도 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정 기능의 무효화 후에도, 측정 기능이 유효인 동안에 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
그 후, 시퀀서(41)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S6). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0(측정 점마다 설정됨)의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(41)로부터 주어지는 좌표 위치에 손가락이 접촉하고 있을 것인가 아닌가를 판정한다. 또한, 비교 처리 시에는, 시퀀서(41)로부터 주어지는 측정 점의 XY 좌표값에 대응하는 기준 경과 시간 T0이 사용된다.
그 후, 시퀀서(41)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S7). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀되고, 상기의 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(41)는 동작을 종료한다.
[B-4 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제1 예에 따른 용량 변화 측정 회로(33)를 채용함으로서, 종래 기술에 비해 극히 고속인 판정 동작이 가능하게 된다. 예를 들어, 10개 지점에 대한 판정 처리를 실행할 경우, 종래 기술에서는 20ms의 시간이 필요하였다. 반면에, 이 예의 경우에는 20μs의 시간으로 충분하다. 이로 인해, 종래 기술에서는 다루기 어려웠던 고속 입력에의 대응이 가능하게 된다.
물론, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(33)는 다수-지점 검출에도 이용할 수 있다.
또한, 전류 입력 전압 출력형 증폭기(43)의 입력단까지는 전류 모드로 동작하기 때문에, 높은 노이즈 내성을 기대할 수 있다. 즉, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(33)는 검출 정밀도에 관해서도 실제로 충분한 정밀도를 실현하는 것으로 기대할 수 있다.
[C. 제2 예]
[C-1. 검출 원리]
이 예에서는, 조작면과 손가락과의 접촉 상태에 따라서 피크 레벨의 출현 위치가 어긋날 경우에도, 경과 시간 T의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 기법에 대하여 설명한다.
도 11은 제1 예에서 채용한 검출 파형과 용량 C의 전위 변화와의 관계를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 제1 예에 따른 용량 변화 측정 회로(33)는 종래 기술에 비해 고속 판정 동작을 실행할 수 있다.
그러나, 도 11에 나타낸 바와 같이, 피크 레벨의 출현 위치는 조작면과 손가락과의 접촉 상태에 따른 시간축 방향에서 어긋나는 경향이 있다. 물론, 이 편차량이 작으면, 측정 정밀도에 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 용량 Cf가 0pF 경우의 피크 위치와 20pF 경우의 피크 위치 간의 시간차가 10ns이상이면, 이런 편차량은 경과 시간 T의 측정함에 있어 무시할 수 없는 크기가 된다.
또한, 용량 C의 방전 속도는, 가장 완만하게 변화하는 검출 신호의 감쇠 곡선이 기준 전위 Vref와 교차하는 시각 이전에 비교기(47)의 출력 레벨이 반전되지 않도록 설정되는 것이 요구된다. 가장 완만하게 변화하는 검출 신호의 감쇠 곡선이란, 조작면과 손가락 사이에 발생하는 용량이 20pF인 경우에 상당한다. 따라서, 제1 예의 경우에는, 전류원(47)의 전류량을 크게 할 수 없고, 이에 따라 경과 시간 T가 길어진다.
도 12는 이 예에서 채용하는 피크 홀드 회로의 방전 동작을 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우에는, 상정되는 모든 피크 레벨의 출현 타이밍 후에, 전류원(47)에 의한 방전 동작을 개시한다. 도 12에서, 이 방전 개시 타이밍을 tb로 나타내고 있다. 도 12의 경우, 방전 개시 후의 시간은 단지 피크 레벨에만 의존된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 경과 시간 T의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 방전 개시 시점은, 상정되는 모든 피크 레벨의 출현 타이밍 또는 그 후이다. 따라서, 전류원(47)의 전류량을 크게 하여 방전 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 방전 속도가 증가하면, 모든 피크 레벨에 대한 경과 시간 T의 측정 시간을 단축하는 것이 가능하다.
이하, 이 검출 원리를 채용한 용량형 센서 모듈의 예를 설명한다.
[C-2. 시스템 구성]
도 13은 이 예에 다른 용량형 센서 모듈(61)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 13에는, 제1 예에 따른 도 7의 대응 부분에 동일한 부호를 병기한다.
용량형 센서 모듈(61)은 용량형 센서 디바이스(23) 및 용량 변화 측정 회로(63)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(63)는 발진기(35), 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 전류 입력 전압 출력형 증폭기(43), 피크 홀드 회로(45), 비교기(49), 측정부(51), 판정부(53), 시퀀서(65), 및 전류원(67)을 포함한다.
이하에서는, 변경점을 포함하는 시퀀서(65)와 전류원(67)에 대하여 설명한다. 시퀀서(65)도 입력 펄스 신호가 공급되는 전극 패턴(5)으로의 접속 순서와 검출 신호의 취출 소스가 되는 전극 패턴(7)으로의 접속 순서를 입력 펄스 신호에 동기하여 출력하는 기능을 구비하고 있다. 시퀀서(65)는 또한, 전류원(67)에 의한 방전 동작의 실행 개시 타이밍도 관리하는 기능도 구비한다. 이 타이밍의 관리는, 입력 펄스 신호의 상승 타이밍의 검출에 기초하여 실행된다.
전류원(67)은 정전류 회로이며, 용량 C의 전하를 방전하는데 사용된다. 이 예의 경우, 콘덴서 C로부터 전류를 인출하는 경로 상에 스위치 소자(예를 들어, 트랜지스터)를 배치한다. 이 스위치의 개폐에 의해, 방전 동작의 실행과 정지를 절환할 수 있다. 이러한 기능은 전류원(67)에 대한 구동 전원의 공급과 정지를 절환하는 스위치 소자에 의해 실현될 수 있다.
이 예의 경우에, 전류원(67)의 전류값의 크기는 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 1 주기 이내에 판정 동작이 종료하도록 설정된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 그 전류값은 제1 예의 것보다도 큰 값으로 설정된다. 이에 의해, 방전 개시 후는, 용량 C의 전위를 피크 레벨로부터 기준 전위 Vref 이하로 빠르게 감소시킬 수 있다.
[C-3. 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(65)의 동작 흐름(도 14)에 따른 용량형 센서 모듈(61)의 처리 동작을 설명한다. 도 14는 상면측의 전극 패턴(5)의 수 및 하면측의 전극 패턴(7)의 수 모두 4개인 경우에 대하여 예시하고 있다.
우선, 시퀀서(65)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S11). 이 동작은, 제1 예에서 설명한 시퀀서(41)의 처리(S1)와 동일하다. 이렇게 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 및 판정부(53)에 주어진다.
디음으로, 시퀀서(65)는 입력 펄스 신호의 상승 에지의 검출을 대기한다(S12). 에지가 검출되면, 시퀀서(65)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S13). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은 전술한 상승 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(65)는 전류원(67)에 의한 방전을 개시하는 시각 tb의 도래를 대기한다(S14).
시각 tb의 도래가 검출되면, 시퀀서(65)는 전류원(67)을 인에이블하고, 용량 C의 방전을 개시시킨다(S15).
디음으로, 시퀀서(65)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 시각 tc(max)의 경과를 대기한다(S16). 시각 tc(max)는 전위가 조작면과 손가락의 사이에 형성되는 용량이0(제로)인 때의 검출 신호에 대하여 검출된 피크 레벨을 시각 tb의 타이밍부터 방전한 경우의 기준 전위 Vref와 교차한 타이밍으로서 주어진다.
이 예에서, 시각 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(65)는 디스에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S17). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초과한 후에 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정 기능의 무효화후에도, 측정 기능이 유효인 동안 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
도 15는 측정부(51)가 측정 대상으로 하는 경과 시간 T와 각 타이밍과의 관계를 나타낸다. 도 15의 (A)는 검출 신호와 용량 C의 전위 변화의 관계를 설명하는 다이어그램이다. 도 15의 (B)는 입력 펄스 신호의 위상 관계를 도시하는 다이어그램이다.
그 후, 시퀀서(65)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S18). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0(측정 점마다 설정됨)의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(65)로부터 주어지는 좌표 위치에 손가락이 접촉하고 있는 것인가 아닌가를 판정한다. 비교 처리 시에는, 시퀀서(65)로부터 주어지는 측정 점에 대응하는 기준 경과 시간 T0가 사용된다.
그 후, 시퀀서(65)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S19). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 시퀀서(65)는 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하여 상기 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(65)는 동작을 종료한다.
[C-4. 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제2 예에 따른 용량 변화 측정 회로(63)의 채용에 의해, 제1 예의 경우와 같이 종래 기술에 비해 극히 고속인 판정 동작을 실현할 수 있다.
또한, 제2 예의 경우에는, 조작면과 손가락과의 사이에 형성되는 용량의 크기에 의해 피크 레벨의 출현 타이밍이 크게 어긋날 때라도, 정확한 경과 시간 T의 측정이 가능해진다. 따라서, 입력 조작의 판정 정밀도를 높일 수 있다.
[D 제3 예]
[D-1 검출 원리]
이 예에서는, 조작면 상의 측정 점의 위치에 따라, 경과 시간 T의 측정 동작을 최적화하는 방법에 대하여 설명한다.
이하에서는, 도 16에 예시되는 전극 패턴 구조를 갖는 용량형 센서 디바이스(23)에 대해 조작면 상의 측정 위치의 차이가 검출 신호에 미치는 영향을 설명한다.
도 16은 기재(3)의 상면측에 4개의 전극 패턴(5)을 형성하고, 하면측에 4개의 전극 패턴(7)을 형성한 용량형 센서 디바이스(23)의 평면 구조이다. 따라서, 조작면 위에는 16개의 측정 점이 형성된다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 총 8개의 전극 패턴은 각각 가요성 프린트 배선 기판(25)의 도전선(예를 들어, 카본 도전선)(71)에 접속되어 있다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 각 측정 점을 통과하는 전파 경로는 도전선(71)의 길이와 전극 패턴(5 및 7)의 길이의 조합에 의해 규정된다. 이것으로부터, 측정 점마다 전파 경로 길이가 다르다는 것을 알 수 있다.
이하에서는, 조작면의 4개 코너에 위치하는 각 측정 점에 I부터 IV의 숫자를 할당하는 것에 의해 대응하는 전파 경로의 특성의 차를 설명한다.
도 17은 각 측정 점에 대응하는 전파 경로의 등가 회로를 나타낸다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 전파 경로가 짧은 도전선(71)의 저항 성분은 약 100Ω, 전파 경로가 긴 도전선(71)의 저항 성분은 약 1kΩ이다. 또한, 전파 경로가 짧은 전극 패턴(5 및 7)은 약 100Ω의 저항 성분과 약 4.7pF의 용량 성분을 포함하는 분포 상수적(distributed constant) 저역 통과 필터라고 생각할 수 있다.
도면 중에 실선으로 나타내는 직렬 용량(약 2pF)은 전극 패턴(5)과 전극 패턴(7)의 사이에 정적으로 형성되는 용량 성분이다. 또한, 도면 중에 파선으로 나타내는 병렬 용량(73)은 전극 패턴(5)과 손가락의 사이에 형성되는 용량 성분과, 전극 패턴(7)과 손가락과의 사이에 형성되는 용량 성분을 각각 나타내고 있다. 도 17에서는, 상면측의 용량 성분과 하면측의 용량 성분의 합이 0pF에서 20pF의 사이에서 변화하는 것을 나타내고 있다.
도 18은 4개의 측정 점 I 내지 IV에 대응하는 전파 경로의 전기적인 특성의 조합 상태의 개요를 나타낸다.
도 19는 4개의 측정 점 I 내지 IV에 대응하는 검출 신호의 파형을 나타낸다. 도 19에 나타내는 4개의 그래프의 종축은 전류값[μA]이며, 횡축은 시간[ns]이다. 도 19로부터, 조작면에 손가락이 접하고 있지 않은 경우의 피크 레벨이 최대이며, 조작면과 손가락의 사이에 형성되는 용량 성분이 최대(20pF)인 경우의 피크 레벨이 최소가 되는 것을 알 수 있다.
도 19의 4개의 그래프를 각각을 비교하면, 종축의 스케일과 횡축의 스케일이 크게 다름을 알 수 있다.
따라서, 도 20은 4개의 그래프의 스케일의 차이를 명료하게 나타내도록 예시한다. 도 20은 동일한 스케일 상에서 4개의 검출 신호의 매핑된 파형을 나타낸 다이어그램이다. 단, 도 20에 있어서는, 비접촉의 경우(0pF)에 대응하는 4개의 검출 신호만을 나타내고 있다.
도 20에 나타낸 바와 같이, 조작면 상의 위치가 상이하면(전파 경로 길이가 상이하면), 피크 레벨의 진폭 및 출현 위치가 상당히 다르다.
그러나, 이러한 차이가 있어도, 제1 예 및 제2 예에서 설명한 측정 기술은 유효하게 기능하여, 종래 기술에 비해 현저한 효과를 기대할 수 있다.
그러나, 피크 레벨의 차와 피크 레벨이 출현하는 타이밍의 차에 기초하여, 판정 동작에 필요한 시간에 상당한 차가 있는 것을 알 수 있다. 이 예에서는, 이런 시간차에 주목한다.
도 21은 선행 도면의 종축을 피크 홀드 전압[mV]으로 변경하고 , 횡축의 시간 스케일을 8배로 한 다이어그램을 나타낸다. 도 21은 비교기(49)가 참조하는 기준 전압 Vref가 0(제로)V일 경우를 나타낸다.
도 21에서는, 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 0.2μs 후에 전류원(67)에 의한 용량 C의 방전 동작을 개시한다. 이 경우, 도면 중에 파선으로 나타낸 방전 시간의 차가 확인되었다. 예를 들어, 피크 레벨이 최대가 되는 측정 점 I에서는, 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 약 1.6μs 후에 방전 동작이 완료되는 것을 알 수 있다. 한편, 피크 레벨이 작은 측정 점 II, III, 및 IV에서는, 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 약 0.3μs 내지 0.5μs 후에 방전 동작이 완료되는 것을 알 수 있다.
이것은, 모든 측정 점에 동일한 구동 조건을 적용하는 제1 예 및 제2 예의 방법에서, 측정 점 I에 비해 측정 점 II, III, 및 IV에 시간의 낭비가 발생하는 것을 의미한다.
이하에서는, 도 22의 (A) 내지 (C) 부분을 이용하여 설명하기로 한다. 도 22의 (A)는, 피크 레벨이 최대가 되는 측정 점 I의 검출 파형과 방전 완료까지의 관계를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 방전 완료까지는, 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 1.6μs 정도의 시간이 필요하다.
그러므로, 도 22의 (A)에 나타낸 바와 같이, 입력 펄스 신호의 주파수를 고속화하면, 500kHz가 상한임을 알 수 있다.
도 22의 (B)는, 측정 점 II, III, 및 IV의 검출 파형과 방전 완료까지의 관계를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 방전 완료까지는, 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 0.8μs 정도의 시간이 필요하다. 도 22의 (B)과 같이 , 입력 펄스 신호가 500kHz로 입력될 경우, 충분한 시간이 있다.
따라서, 도 22의 (C)에 나타낸 바와 같이, 측정 점 II, III, 및 IV에 대한 입력 펄스 신호의 주파수를 1MHz로 증가시켰다. 도 22의 (C)에서는, 입력 펄스 신호가 1MHz 이더라도, 1 주기 이내에 방전이 완료됨을 알 수 있다.
이하에서는, 측정 영역별로 입력 펄스 신호의 주파수를 최적화한 용량형 센 서 모듈의 예를 설명하기로 한다.
[D-2. 시스템 구성]
도 23은 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(81)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 23에는, 제2 예에 따른 도 13의 대응 부분에 동일한 부호를 붙여서 나타낸다.
용량형 센서 모듈(81)은 용량형 센서 디바이스(23) 및 용량 변화 측정 회로(83)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(83)는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 전류 증폭기(43), 피크 홀드 회로(45), 비교기(49), 측정부(51), 판정부(53), 시퀀서(65), 전류원(67), 주파수 테이블(85), 가변형 발진기(87)를 포함한다.
이하에서는, 변경점을 포함하는 주파수 테이블(85) 및 가변형 발진기(87)에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 이 예의 경우에는, 조작면 상의 측정 점(좌표 위치)마다 입력 펄스 신호의 주파수를 최적화한다. 주파수 테이블(85)은 최적화된 주파수와 측정 점(좌표 위치)과의 관계를 저장한다.
도 24는 주파수 테이블(85)의 구성예를 나타낸다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 각 X 좌표와 각 Y 좌표의 조합에 대하여 하나의 주파수가 할당된다. 도 25는 주파수 테이블(85)의 대응 관계를 조작면 상에 겹쳐 표시한다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 검출 신호의 피크 레벨이 커지는 3개의 측정 점에 대해서는 500kHz가 할당되어 있다.
또한, 검출 신호의 피크 레벨이 중간 레벨인 10개의 측정 점에 대해서는 1MHz가 할당되어 있다. 또한, 검출 신호의 피크 레벨이 작은 3개의 측정 점에 대해서는 1.5MHz가 할당되어 있다.
주파수 테이블(85)은, 시퀀서(65)로부터 새로운 좌표값이 주어질 때마다 대응하는 주파수를 판독하여, 이것을 가변형 발진기(87)에 제공한다.
가변형 발진기(87)는 주어진 주파수의 입력 펄스 신호를 발생하는 회로이다. 가변형 발진기(87)는 복수의 발진 주파수를 생성할 수 있는 단일 회로일 수 있다. 또한, 전술한 3 종류의 발진 주파수에 대응하는 각각 독립된 3개의 발진기 및 그 중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 스위치를 포함할 수 있다.
[D-3. 처리 동작의 내용]
이 예의 경우, 시퀀서(65)의 구성은 제2 예의 것과 같다. 따라서, 그 동작 흐름은 도 14에서 설명한 것과 같다. 이하에서는, 시퀀서(65)의 동작 흐름에 따라 용량형 센서 모듈(81)의 처리 동작을 설명한다.
우선, 시퀀서(65)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S11). 이렇게 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 판정부(53), 및 주파수 테이블(85)에 주어진다.
이에 의해, 주파수 테이블(85)로부터 가변형 발진기(87)에는, 다음 측정 점에 적합한 주파수가 주어진다. 가변형 발진기(87)는 측정 점에 최적인 주파수를 갖는 입력 펄스 신호를 출력한다. 또한, 입력 펄스 신호의 입력에 대비하여 디멀티플렉서(37) 및 멀티플렉서(39)는 절환 제어된다.
한편, 시퀀서(65)는 입력 펄스 신호의 상승 에지의 검출을 대기한다(S12). 에지가 검출되면, 시퀀서(65)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S13). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은 전술한 상승 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간 T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(65)는 전류원(67)에 의한 방전 동작을 개시하는 시각 tb의 도래를 대기한다(S14).
시각 tb의 도래가 검출되면, 시퀀서(65)는 전류원(67)을 인에이블시키고, 용량 C의 방전을 개시시킨다(S15).
다음에, 시퀀서(65)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 시각 tc(max)의 경과를 대기한다(S16). 시각 tc(max)는 전위가, 조작면과 손가락의 사이에 형성되는 용량이 0(제로)인 때의 검출 신호에 대하여 검출된 피크 레벨을 시각 tb의 타이밍부터 방전한 경우의 기준 전위 Vref과 교차할 때의 타이밍으로서 주어진다.
이 예의 경우에, 시각 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(65)는 디스에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S17). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는 데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초과한 후에도 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정 기능의 무효화후에도, 측정 기능이 유효한 동안은 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
그 후, 시퀀서(65)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S18). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0(측정 점마다 설정됨)의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(65)로부터 주어진 좌표 위치에 손 가락이 접촉하고 있는 것인가 아닌가를 판정한다. 또한, 비교 처리 시에는, 시퀀서(65)로부터 주어지는 측정 점에 대응하는 기준 경과 시간 T0이 사용된다.
그 후, 시퀀서(65)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S19). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하여 상기한 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(65)는 동작을 종료한다.
[D-4. 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제3 예에 다른 용량 변화 측정 회로(83)의 경우에는, 조작면 상의 각 측정 점에 입력되는 입력 펄스 신호의 주파수를 최적화할 수 있다. 즉, 각 측정 점에 있어서의 판정 동작을 최단화할 수 있다. 이에 의해, 조작 전체의 면에서 스캔 속도를 고속화할 수 있다.
[E. 제4 예]
[E-1 검출 원리]
이 예에서도, 조작면 상의 조작점의 위치(보다 구체적으로는, 전파 경로 길이의 길이)에 따라, 경과 시간 T의 측정 동작을 최적화하는 방법에 대하여 설명한다.
그러나, 이 예에서는, 전류원의 전류값을 가변 제어하여 더하는 스캔 속도를 더 고속화 기술을 제안한다.
이하에서는, 도 26의 (A) 및 (B)를 이용하여 전류원의 전류값을 가변 제어하는 것의 효과를 설명한다. 도 26은 측정 점 I에 대응하는 입력 펄스 신호와 피크 레벨의 방전에 필요로 하는 시간과의 관계를 나타내고 있다.
도 26의 (A)는, 제3 예에서의 입력 펄스 신호와 피크 레벨의 방전에 필요로 하는 시간과의 관계를 나타내고 있다.
도 26의 (B)는, 전류원의 전류값을 도 26의 (A)의 2배로 설정한 경우에 있어서의 입력 펄스 신호와 피크 레벨의 방전에 필요로 하는 시간과의 관계를 나타내고 있다.
도 26의 경우, 전류원의 전류값을 2배로 함으로써, 1.6μs 필요했던 방전 시간이 0.8μs로 단축할 수 있다.
방전 시간이 0.8μs이면, 입력 펄스 신호의 주파수를 1MHz로 증가시킨 경우에도, 그 1 주기 이내에 입력 조작의 유무를 판정하는 것이 가능하게 된다.
이하에서는, 측정 영역별로 입력 펄스 신호의 주파수와 전류원의 전류값을 최적화한 용량형 센서 모듈의 예를 설명한다.
[E-2. 시스템 구성]
도 27은 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(91)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 27은 제3 예에 따른 도 23의 대응 부분에 동일한 부호를 붙여서 나타낸다.
용량형 센서 모듈(91)은 용량형 센서 디바이스(23) 및, 용량 변화 측정 회로(93)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(93)는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 시퀀서(65), 전류 증폭기(43), 피크 홀드 회로(45), 비교기(49), 측정부(51), 판정부(53), 전류값 테이블(95), 가변 전류원(97), 주파수 테이블(99), 및 가변형 발진기(101)를 포함한다.
이하에서는, 변경점을 포함하는 전류값 테이블(95), 가변 전류원(97), 주파수 테이블(99), 및 가변형 발진기(101)에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 이 예의 경우에는, 조작면 상의 측정 점(좌표 위치)마다 입력 펄스 신호의 주파수와 가변 전류원(97)의 전류값을 최적화한다.
이 중, 최적화된 전류값과 측정 점(좌표 위치)의 관계를 저장하는 것이 전류값 테이블(95)이다.
도 28은 전류값 테이블(95)의 구성예를 나타낸다. 도 28에 나타낸 바와 같이, 전류값 테이블(95)에는 X 좌표와 Y 좌표의 조합에 대하여 1개의 전류값이 할당되어 있다. 도 29는 전류값 테이블(95)의 대응 관계를 조작면 상에 겹쳐 표시한 것이다. 도 29에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 검출 신호의 피크 레벨이 큰 3개의 측정 점에 20μA를 할당하고, 나머지 13개의 측정 점에 10μA를 할당한다. 즉, 이 예의 경우에는, 가변 전류원(97)의 전류값은 2 단계 사이를 전환한다.
전류값 테이블(95)은, 시퀀서(65)로부터 새로운 좌표값이 주어질 때마다 대응하는 전류값을 판독하여, 이를 가변 전류원(97)에 제공한다.
가변 전류원(97)은 주어진 전류값을 선택적으로 발생하는 정전류 회로이다. 가변 전류원(97)은 복수의 전류값을 생성할 수 있는 단일 회로일 수 있다. 또한, 전술한 2 종류의 전류값에 대응하는 각각 독립된 2개의 전류원 및, 그 중 하나를 용량 C에 접속하는 스위치를 포함할 수 있다.
주파수 테이블(99)은 최적화된 주파수와 측정 점(좌표 위치)과의 관계를 저장하는 기억 영역이다.
도 30은 주파수 테이블(99)의 구성예를 나타낸다. 도 30에 나타낸 바와 같이, 주파수 테이블(99)에는, X 좌표와 Y 좌표의 조합에 대하여 1개의 주파수가 할당되어 있다. 도 31은 주파수 테이블(99)의 대응 관계를 조작면 상에서 겹쳐 표시한다. 도 31에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 검출 신호의 피크 레벨이 작아지는 3개의 측정 점에 대해서는 1.5MHz를 할당하고, 나머지 13개의 측정 점에는 1MHz를 할당한다.
도 31(제4 예)과 도 25(제3 예)의 차이점은 다음과 같다. 즉, 피크 레벨이 큰 3개의 점에 대응하는 입력 펄스 신호의 주파수가 제3 예의 500kHz에서 1MHz로 고속화되어 있다. 즉, 이 예의 경우에는, 가변형 발진기(101)의 주파수를 2 단계 사이에서 전환할 수 있다. 주파수 테이블(99)은 시퀀서(65)로부터 새로운 좌표값이 주어질 때마다 대응하는 주파수를 판독하여, 이를 가변형 발진기(101)에 제공한다.
가변형 발진기(101)는 주어진 주파수의 입력 펄스 신호를 발생하는 회로이다. 가변형 발진기(101)는 2종류의 발진 주파수를 생성할 수 있는 단일 회로일 수 있다. 또한, 가변형 발진기(101)는 전술한 2종류의 발진 주파수에 대응하는 각각 독립된 2개의 발진기 및, 그 중 하나를 선택적으로 출력하는 스위치를 포함할 수 있다.
[E-3 처리 동작의 내용]
이 예의 경우에, 시퀀서(65)의 구성은 제2 예의 구성과 같다. 따라서, 그 동작 흐름은, 도 14에서 설명한 것과 같다. 이하에서는, 시퀀서(65)의 동작 흐름 에 따라 용량형 센서 모듈(91)의 처리 동작을 설명한다.
우선, 시퀀서(65)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S11). 이렇게 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 판정부(53), 전류값 테이블(95), 및 주파수 테이블(99)에 주어진다.
이에 의해, 전류값 테이블(95)로부터 가변 전류원(97)에는, 다음 측정 점에 적합한 전류값이 주어진다. 동시에, 주파수 테이블(99)로부터 가변형 발진기(101)에는, 다음 측정 점에 적합한 주파수가 주어진다.
가변 전류원(97)은 측정 점에 적합한 전류값이 흐르도록 설정을 변경한다. 가변형 발진기(101)는 측정 점에 최적인 주파수를 갖는 입력 펄스 신호를 출력한다. 또한, 입력 펄스 신호의 입력에 대비하여 디멀티플렉서(37) 및 멀티플렉서(39)를 절환 제어한다.
한편, 시퀀서(65)는 입력 펄스 신호의 상승 에지의 검출을 대기한다(S12). 에지가 검출되면, 시퀀서(65)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S13). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은 전술한 상승 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간 T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(65)는 전류원(67)에 의한 방전 동작을 개시하는 시각 tb의 도래를 대기한다(S14).
시각 tb의 도래가 검출되면, 시퀀서(65)는 전류원(67)을 인에이블하고, 용량 C의 방전을 개시시킨다(S15).
다음에, 시퀀서(65)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 시각 tc(max)의 경과를 대기한다(S16). 시각 tc(max)는, 전위가 조작면과 손가락과의 사이에 형성되는 용량이 0(제로)인 경우의 검출 신호에 대하여 검출된 피크 레벨을 시각 tb의 타이밍부터 방전했을 때의 기준 전위 Vref와 교차하는 타이밍으로서 주어진다.
이 예의 경우에, 시각 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(65)는 디스에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S17). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는 데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초과한 후에 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정한 기능의 무효화후에도, 측정 기능이 유효한 동안은 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
그 후, 시퀀서(65)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S18). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는, 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0(측정 점마다 설정됨)의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(65)로부터 주어지는 좌표 위치에 손가락이 접촉하고 있는 것인가 아닌가를 판정한다. 또한, 비교 처리 시에는, 시퀀서(65)로부터 주어지는 측정 점에 대응하는 기준 경과 시간 T0를 사용한다.
그 후, 시퀀서(65)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S19). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하고, 상기의 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(65)는 동작을 종료한다.
[E-4. 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제4 예에 따른 용량 변화 측정 회로(93)의 경우에는, 조작면 상의 각 측정 점에 입력되는 입력 펄스 신호의 주파수와 전류원(97)의 전류값을 최적화할 수 있다.
이에 의해, 제3 예에서는 입력 펄스 신호의 주파수가 500kHz이었던 측정 영역에 대하여도, 주파수를 1MHz로 고속화할 수 있다.
이것은, 입력 펄스 주파수의 최저 주파수가 500kHz로부터 1MHz로 증가한 것을 의미한다. 조작 전체면에서 보아 스캔 속도를 더욱 고속화할 수 있다.
[F. 제5 예]
[F-1 검출 원리]
이 예에서는, 조작면 상에 있어서의 측정 점의 위치(보다 구체적으로는, 전파 경로 길이)에 따라, 경과 시간 T의 측정 동작을 최적화하는 방법에 대하여 설명한다.
그러나, 이 예에서는, 비교기의 기준 전위 Vref를 가변 제어하여 스캔 속도를 더욱 고속화 기술을 제안한다.
이하에서는, 도 32의 (A) 및 (B)를 이용하여 비교기의 기준 전위 Vref를 가변 제어하는 것의 효과를 설명한다. 도 32는 측정 점 I에 대응하는 입력 펄스 신호와 판정에 필요로 하는 시간과의 관계를 나타내고 있다.
도 32의 (A)는, 제3 예에 있어서의 입력 펄스 신호와 피크 레벨의 방전에 필요로 하는 시간과의 관계를 나타내고 있다. 이 경우, 입력 조작의 판정 시에는, 0(제로)V에 대응하는 기준 전위 Vref1이 사용된다.
도 32의 (B)는, 비교기의 기준 전위 Vref2(>Vref1)을 사용할 경우에 있어서의 입력 펄스 신호와 판정에 필요로 하는 시간과의 관계를 나타내고 있다.
도 32의 경우, 기준 전위 Vref1을 Vref2로 전환함으로써, 1.6μs 필요했던 방전 시간이 0.8μs로 단축될 수 있음을 알 수 있다.
방전 시간이 0.8μs이면, 입력 펄스 신호의 주파수를 1MHz로 증가시켜도, 그 1 주기 이내에 입력 조작의 유무를 판정하는 것이 가능하게 된다.
이하에서는, 측정 영역별로 입력 펄스 신호의 주파수와 비교기의 기준 전위Vref를 최적화한 용량형 센서 모듈의 예를 설명한다.
[F-2. 시스템 구성]
도 33은 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(111)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 33은 제3 예에 따른 도 23의 대응 부분에 동일한 부호를 붙여서 나타낸다.
용량형 센서 모듈(111)은 용량형 센서 디바이스(23) 및, 용량 변화 측정 회로(113)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(113)는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 시퀀서(65), 전류 증폭기(43), 피크 홀드 회로(45), 비교기(49), 측정부(51), 판정부(53), 기준 전위 테이블(115), 디지털· 아날로그 변환기(117), 주파수 테이블119, 및 가변형 발진기(121)를 포함한다.
이하에서는, 변경점을 포함하는 기준 전위 테이블(115), 디지털· 아날로그 변환기(117), 주파수 테이블(119), 및 가변형 발진기(121)에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 이 예의 경우에는, 조작면 상의 측정 점(좌표 위치)마다 입력 펄스 신호의 주파수와 기준 전위 Vref를 최적화한다.
이 중, 최적화된 기준 전위 Vref와 측정 점(좌표 위치)과의 관계를 저장하는 것이 기준 전위 테이블(115)이다.
도 34는 기준 전위 테이블(115)의 구성예를 나타낸다. 도 34에 나타낸 바와 같이, 기준 전위 테이블(115)에는, X 좌표 및 Y 좌표의 조합에 대하여 하나의 Vref이 할당되어 있다. 도 35는 기준 전위 테이블(115)의 대응 관계를 조작면 상에 겹쳐 표시한다. 도 35에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 검출 신호의 피크 레벨이 큰 3개의 측정 점에 높은 기준 전위 Vref2(>Vref1)를 할당하고, 나머지 13개의 측정 점에 낮은 기준 전위 Vref1을 할당한다. 즉, 이 예의 경우에는, 비교기(49)에 제공하는 기준 전위 Vref를 2 단계 사이에서 전환한다.
기준 전위 테이블(115)은, 시퀀서(65)로부터 새로운 좌표값이 주어질 때마다 대응하는 기준 전위를 판독하여, 이를 디지털-아날로그 변환기(117)에 제공한다. 기준 전위는 디지털 값에 기초하여 판독된다.
디지털-아날로그 변환기(117)는 주어진 디지털 값을 아날로그 전위로 변환하는 회로이다. 디지털-아날로그 변환기(117) 대신에, 2종류의 전압원을 준비하고, 그 어느 한쪽을 비교기(49)에 제공하는 구성을 채용할 수 있다. 이 경우, 기준 전위 테이블(115)에는, 2종류의 전압원의 선택 정보를 기입하면 된다.
주파수 테이블(119)은 최적화된 주파수와 측정 점(좌표 위치)과의 관계를 저장하는 기억 영역이다.
도 36은 주파수 테이블(119)의 구성예를 나타낸다. 도 36에 나타낸 바와 같이, 주파수 테이블(119)에는, X 좌표 및 Y 좌표의 조합에 대하여 1개의 주파수가 할당되어 있다.
도 37은 주파수 테이블(119)의 대응 관계를 조작면 상애 겹쳐 표시한다. 도 37에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 검출 신호의 피크 레벨이 작아지는 3개의 측정 점에 대해서는 1.5MHz를 할당하고, 나머지 13개의 측정 점에는 1MHz를 할당한다.
도 37(제4 예)과 도 25(제3 예)의 차이점은 다음과 같다. 즉, 피크 레벨이 큰 3개의 점에 대응하는 입력 펄스 신호의 주파수가 500kHz에서 1MHz로 고속화되어 있는 점이다. 즉, 이 예의 경우에는, 가변형 발진기(121)의 주파수를 2 단계 사이에서 전환가능하도록 설정되어 있다. 주파수 테이블(119)은 시퀀서(65)로부터 새로운 좌표값이 주어질 때마다 대응하는 주파수를 판독하여, 이를 가변형 발진기(121)에 제공한다.
가변형 발진기(121)는 주어진 주파수의 입력 펄스 신호를 발생하는 회로이다. 가변형 발진기(121)는 2종류의 발진 주파수를 생성할 수 있는 단일 회로일 수 있다. 또한, 가변형 발진기(101)는 전술한 2종류의 발진 주파수에 대응하는 각각 독립된 2개의 발진기와, 그 중 하나를 선택적으로 출력하는 스위치를 포함할 수 있다.
[F-3 처리 동작의 내용]
이 예의 경우, 시퀀서(65)의 구성은 제2 예의 구성과 같다. 따라서, 그 동작 흐름은, 도 14에서 설명한 것과 같다. 이하에서는, 시퀀서(65)의 동작 흐름에 따라 용량형 센서 모듈(111)의 처리 동작을 설명한다.
우선, 시퀀서(65)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표 를 발생한다(S11). 이렇게 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 판정부(53), 기준 전위 테이블(115), 및 주파수 테이블(119)에 주어진다.
이에 의해, 기준 전위 테이블(115)로부터 디지털-아날로그 변환기(117)에는, 다음 측정 점에 적합한 기준 전위의 디지털 값이 주어진다. 동시에, 주파수 테이블(119)로부터 가변형 발진기(121)에는, 다음 측정 점에 적합한 주파수가 주어진다.
비교기(49)에는, 측정 점에 최적인 기준 전위 Vref가 아날로그 전위의 형식으로 주어진다. 또한, 가변형 발진기(121)는 출력 주파수를 측정 점에 최적인 주파수로 설정한다. 또한, 입력 펄스 신호의 입력에 대비하여 디멀티플렉서(37) 및 멀티플렉서(39)를 절환 제어한다.
한편, 시퀀서(65)는 입력 펄스 신호의 상승 에지의 검출을 대기한다(S12). 에지가 검출되면, 시퀀서(65)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S13). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은 전술한 상승 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간 T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(65)는 전류원(67)에 의한 방전 동작을 개시하는 시각 tb의 도래를 대기한다(S14).
시각 tb의 도래가 검출되면, 시퀀서(65)는 전류원(67)을 인에이블시키고, 용량 C의 방전을 개시시킨다(S15).
다음에, 시퀀서(65)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 시각 tc(max)의 경과를 대기한다(S16). 시각 tc(max)는, 전위가 조작면과 손가락과의 사이에 형성되는 용량이 0(제로)인 경우의 검출 신호에 대하여 검출된 피크 레벨을 시각 tb의 타이밍부터 방전했을 때의 기준 전위 Vref와 교차하는 타이밍으로서 주어진다.
이 예에서도, 시각 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(65)는 디스에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S17). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는 데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초과한 후에 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정 기능의 무효화 후에도, 측정 기능이 유효한 동안 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
그 후, 시퀀서(65)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S18). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(65)로부터 주어지는 좌표 위치에 손가락이 접촉하고 있는 것인가 아닌가를 판정한다.
비교 처리 시에는, 시퀀서(65)로부터 주어지는 측정 점에 대응하는 기준 경과 시간 T0를 사용한다. 물론, 기준 경과 시간 T0로서는, 적용하는 기준 전위 Vref의 크기의 판정 값이 준비되어 있다.
그 후, 시퀀서(65)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S19). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하고, 상기의 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(65)는 동작을 종료한다.
[F-4. 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제5 예에 따른 용량 변화 측정 회로(113)의 경우에 는, 조작면 상의 각 측정 점에 입력되는 입력 펄스 신호의 주파수와 비교기(49)의 기준 전위 Vref를 최적화할 수 있다.
이에 의해, 제5 예에서는, 입력 펄스 신호의 주파수가 500kHz이었던 측정 영역에 대하여도, 1MHz까지 고속화할 수 있다.
이것은, 입력 펄스 주파수의 최저주파수가 500kHz로부터 1MHz로 증가한 것을 의미한다. 따라서, 조작 전체면에서 보아 스캔 속도를 더욱 고속화할 수 있다.
[G. 제6 예]
[G-1. 검출 원리]
상술한 형태 예의 경우에는, 입력 펄스 신호에 대응하는 검출 신호의 정극 주기의 피크 레벨을 검출할 경우에 대하여 설명하였다. 즉, 최대값을 검출하고, 그 방전에 필요로 하는 경과 시간T 를 측정할 경우에 대하여 설명하였다.
상술한 검출 방법은, 입력 펄스 신호에 대응하는 부극 주기의 피크 레벨을 검출할 경우에도 응용할 수 있다. 즉, 상술한 방법은 최소값을 검출하고, 그 충전에 필요로 하는 경과 시간T 를 측정할 경우에도 응용할 수 있다.
도 38은 처리 이미지를 나타낸다. 도 38은 제2 예의 변형예에 대응한다. 도 38의 (A)에서 실선으로 나타내는 파형은 검출 신호이며, 파선으로 나타내는 파형은 용량 C의 유지 전위다. 도 38의 (B)는 입력 펄스 신호의 파형을 나타내고 있다.
도 38의 경우, 검출 신호는 입력 펄스 신호의 하강 에지에 동기하여 저하된다. 용량 C의 유지 전위는 제2 예의 경우와는 반대로 최소값을 피크 홀드한 다(peak-hold). 도 38의 (A)의 경우, 전류원으로부터의 충전 전류의 공급은, 상정되는 모든 피크 레벨이 나타나는 타이밍이나 이후에 설정된 시점 tb의 후에 개시된다. 따라서, 용량 C의 유지 전위도 시점 tb의 경과 후에 일정한 속도로 증가하고, 미리 설정된 기준 전위 Vref를 초과하여 증가한다.
물론, 충전 전류의 전류값은 조작면 상의 모든 측정 점에 대하여 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에 용량 C의 전위를 기준 전위 Vref 이상으로 변이할 수 있는 크기로 설정한다.
이하, 이 검출 원리를 채용한 용량형 센서 모듈의 예를 설명한다.
[G-2. 시스템 구성]
도 39는 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(131)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 39에는, 제2 예에 따른 도 13의 대응 부분에 동일한 부호를 붙여서 나타낸다.
용량형 센서 모듈(131)은 용량형 센서 디바이스(23) 및 용량 변화 측정 회로(133)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(133)는 발진기(35), 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 전류 증폭기(43), 비교기(49), 측정부(51), 판정부(53), 피크 홀드 회로(135), 전류원(137), 및 시퀀서(139)를 포함한다.
이하에서는, 변경점을 포함하는 피크 홀드 회로(135), 전류원(137), 및 시퀀서(139)에 대하여 설명한다.
이 예의 경우, 피크 홀드 회로(135)를 구성하는 다이오드D의 접속 방향은 제2 예의 경우와 역방향이 된다.
전류원(137)은 충전형의 정전류 회로이며, 용량 C의 전하를 충전하는데도 사용된다. 이 전류원(137)의 경우에, 콘덴서 C에 전류가 유입되는 경로 상에 스위치 소자(예를 들어, 트랜지스터)가 배치된다. 이 스위치의 개폐에 의해, 방전 동작의 실행과 정지를 절환할 수 있다. 이러한 기능은 전류원(137)에 대한 구동 전원의 공급과 정지를 절환하는 스위치 소자에 의해 실현할 수도 있다.
이 예의 경우에, 전류원(137)의 전류값의 크기는 입력 펄스 신호의 인가 개시로부터1 주기 이내에 판정 동작을 종료할 수 있도록 설정한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 그 전류값은 제1 예보다도 큰 값으로 설정된다. 이에 의해, 충전 개시 후에는, 용량 C의 전위를 피크 레벨로부터 기준 전위 Vref 이상으로 빠르게 상승시킬 수 있다.
시퀀서(139)는 입력 펄스 신호를 공급하는 전극 패턴(5)으로의 접속 순서와 검출 신호의 취출원이 되는 전극 패턴(7)으로의 접속 순서를, 입력 펄스 신호에 동기하여 출력하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 시퀀서(139)는 전류원(137)에 의한 충전 동작의 실행 개시 타이밍도 관리하는 기능도 구비한다. 이 타이밍의 관리는, 입력 펄스 신호의 하강 타이밍의 검출에 기초하여 실행된다.
[G-3. 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(139)의 동작 흐름(도 40)에 따라, 용량형 센서 모듈(131)의 처리 동작을 설명한다. 또한, 도 40은 상면측의 전극 패턴(5)의 수 및 하면측의 전극 패턴(7)의 수가 모두 4개의 경우에 대하여 나타내고 있다.
우선, 시퀀서(139)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표 를 발생한다(S21). 이 동작은, 제1 예에서 설명한 시퀀서(37)의 처리(S1)와 같다. 이렇게 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 및 판정부(53)에 주어진다.
다음에, 시퀀서(139)는 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출을 대기한다(S42). 에지가 검출되면, 시퀀서(139)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S23). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은 전술한 하강하는 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간 T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(139)는 전류원(137)에 의한 충전을 개시하는 시각 tb의 도래를 대기한다(S24).
시각 tb의 도래가 검출되면, 시퀀서(139)는 전류원(137)을 인에이블시키고, 용량 C의 충전을 개시시킨다(S25).
다음에, 시퀀서(139)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 시각 tc(max)의 경과를 대기한다(S26). 시각tc(max)은, 전위가 조작면과 손가락과의 사이에 형성되는 용량이 0(제로)인 경우의 검출 신호에 대하여 검출된 피크 레벨을 시각 tb의 타이밍부터 충전했을 때의 기준 전위 Vref와 교차하는 타이밍으로서 주어진다.
이 예의 경우에, 시각 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(139)는 디스에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S27). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는 데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초과한 후에 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정 기능의 무효화 후에도, 측정 기능이 유효한 동안 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
그 후, 시퀀서(139)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S28). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0(측정점마다 설정됨)의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(139)로부터 주어지는 좌표 위치에 손가락이 접촉하고 있는 것인가 아닌가를 판정한다. 비교 처리 시에는, 시퀀서(139)로부터 주어지는 측정 점에 대응하는 기준 경과 시간 T0를 사용한다.
그 후, 시퀀서(139)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S29). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하고, 상기의 동작을 반복한다. 또한, 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(139)는 동작을 종료한다.
[G-4 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제6 예에 따른 용량 변화 측정 회로(133)의 채용에 의해, 종래 기술에 비해 매우 고속인 판정 동작을 실현할 수 있다.
물론, 제6 예의 경우에는, 조작면과 손가락과의 사이에 형성되는 용량의 크기에 의해 피크 레벨의 출현 타이밍이 크게 어긋날 때라도, 정확한 경과 시간T의 측정이 가능해진다. 따라서, 입력 조작의 판정 정밀도를 높일 수 있다.
[H. 제7예]
[H-1. 검출 원리]
전술한 형태 예의 경우에는, 검출 신호의 정극 주기의 피크 레벨 또는 부극 주기의 피크 레벨을 검출할 경우에 대하여 설명하였다.
그러나, 도 41에 나타낸 바와 같이, 피크 홀드 회로의 다이오드를 양쪽 파(both wave) 정류 회로로 변경함으로써, 정극 주기의 피크 레벨과 부극 주기의 피크 레벨의 양쪽을 검출할 수 있다.
도 41의 (A)에서 실선으로 나타내는 파형은 검출 신호이며, 파선으로 나타내는 파형은 용량 C의 유지 전위다. 도 41의 (B)는 입력 펄스 신호의 파형을 나타내고 있다.
도 41의 (A)에 나타낸 바와 같이, 입력 펄스 신호의 주파수는 (500kHz이지만, 판정 동작은 그 2배의 속도로 실행할 수 있다. 물론, 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 판정 종료까지의 시간이, 입력 펄스 신호의 반주기 이내에 완결하는 것을 전제로 한다.
따라서, 전술한 제4 예의 경우와 같이 , 전류원의 전류값을 증가시켜 판정에 필요로 하는 시간을 단축하는 것이 바람직하다.
이하, 이 검출 원리를 채용한 용량형 센서 모듈의 예를 설명한다.
[H-2. 시스템 구성]
도 42는 ㅇ 예에 다른 용량형 센서 모듈(141)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 42는 제4 예에 따른 도 27의 대응 부분에 동일한 부호를 붙여서 나타낸다.
용량형 센서 모듈(141)은 용량형 센서 디바이스(23) 및, 용량 변화 측정 회로(143)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(143)는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 전류 증폭기(43), 비교기(49), 측정부(51), 판정부(53), 전류값 테이블(95), 가변 전류 원(97), 주파수 테이블(99), 가변형 발진기(101), 피크 홀드 회로(145), 및 시퀀서(147)를 포함한다.
이하에서는, 변경점을 포함하는 피크 홀드 회로(145)와 시퀀서(147)에 대하여 설명한다.
피크 홀드 회로(145)는 양쪽-파 정류 회로(149) 및 용량 C를 포함한다. 양쪽-파 정류 회로(149)는 절대값 회로라고도 불리는 회로이다.
시퀀서(147)는 입력 펄스 신호를 공급하는 전극 패턴(5)으로의 접속 순서와 검출 신호의 취출원이 되는 전극 패턴(7)으로의 접속 순서를, 입력 펄스 신호에 동기하여 출력하는 회로이다. 시퀀서(147)는 입력 펄스 신호의 상승 에지와 하강 에지에 기초하여, 제어 타이밍을 관리한다.
[H-3 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(147)의 동작 흐름(도 43)에 따라 용량형 센서 모듈(141)의 처리 동작을 설명한다. 도 43은 상면측의 전극 패턴(5)의 수 및 하면측의 전극 패턴(7)의 수 모두 4개의 경우에 대하여 나타내고 있다.
우선, 시퀀서(147)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S31). 이렇게 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 판정부(53)과, 전류값 테이블(95)과, 및 주파수 테이블(97)에 주어진다.
이에 의해, 전류값 테이블(95)로부터 가변 전류원(97)에는, 다음 측정 점에 적합한 전류값이 주어진다. 동시에, 주파수 테이블(99)로부터 가변형 발진기(101)에는, 다음 측정 점에 적합한 주파수가 주어진다.
가변 전류원(97)은 측정 점에 적합한 전류값이 흐르도록 설정을 변경한다. 가변형 발진기(101)는 측정 점에 최적인 주파수를 갖는 입력 펄스 신호를 출력한다. 또한, 입력 펄스 신호의 입력에 대비하여 디멀티플렉서(37) 및 멀티플렉서(39)가 절환 제어된다.
한편, 시퀀서(147)는 입력 펄스 신호의 상승 에지 또는 하강 에지의 검출을 대기한(S32). 어느 한 쪽의 에지가 검출되면, 시퀀서(147)는 인에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S33). 이 인에이블 신호의 출력 타이밍은 전술한 상승 타이밍 ta에 대응한다. 이 인에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능이 유효화된다. 즉, 경과 시간T의 측정이 개시된다.
그 후, 시퀀서(147)는 가변 전류원(97)에 의한 방전 동작을 개시하는 시각 tb의 도래를 대기한다(S34).
시각 tb의 도래가 검출되면, 시퀀서(147)는 가변 전류원(97)을 인에이블시키고, 용량 C의 방전을 개시시킨다(S35).
다음에, 시퀀서(147)는 기준 경과 시간 T0에 대응하는 시각 tc(max)의 경과를 대기한다(S36). 시각 tc(max)는, 전위가 조작면과 손가락과의 사이에 형성되는 용량이 0(제로)인 경우의 검출 신호에 대하여 검출된 피크 레벨을 시각 tb의 타이밍부터 방전했을 때의 기준 전위 Vref와 교차하는 타이밍으로서 주어진다.
이 예의 경우에, 시각 tc(max)의 경과가 검출되면, 시퀀서(147)는 디스에이블 신호를 측정부(51)에 출력한다(S37). 이 디스에이블 신호의 입력에 응답하여, 측정부(51)의 측정 기능은 무효화되는 데, 이는 경과 시간 T의 가능한 최대값을 초 과한 후에 측정 동작을 계속할 필요가 없기 때문이다. 물론, 측정 기능의 무효화 후에도, 측정 기능이 유효한 동안 측정된 경과 시간 T는 유지된다.
그 후, 시퀀서(147)는 판정부(53)에 인터럽션 요구를 출력한다(S38). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(53)는 검출된 경과 시간 T와 기준 경과 시간 T0의 비교 결과에 기초하여, 시퀀서(147)로부터 주어지는 좌표 위치에 손가락이 접촉하고 있는가 아닌가를 판정한다.
비교 처리 시에는, 시퀀서(147)로부터 주어지는 측정 점에 대응하는 기준 경과 시간 T0가 사용된다. 물론, 기준 경과 시간 T0로서는, 적용하는 기준 전위 Vref의 크기의 판정 값이 준비되어 있다.
그 후, 시퀀서(147)는 정지 요구가 존재할 지의 여부를 판정한다(S39). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하고, 상기의 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(147)는 동작을 종료한다.
[H-4. 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제7 예에 따른 용량 변화 측정 회로(143)의 경우에는, 입력 펄스 신호의 주파수의 2배의 속도로 입력 조작의 유무를 판정할 수 있다. 이에 의해, 조작 전체면에서 보아 스캔 속도를 더욱 고속화할 수 있다.
[I. 다른 예]
[I-1. 다른 예 1]
상술의 예에 있어서는, 피크 레벨의 검출에 다이오드를 사용하는 구성의 피 크 홀드 회로를 설명하였다.
그러나, 아날로그 스위치를 피크 레벨의 출현 타이밍의 근방에서 온 제어하는 구성의 피크 홀드 회로를 사용할 수 있다.
도 44는 변형예에 관계되는 용량형 센서 모듈(151)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 44에는, 도 7의 대응 부분에 동일한 부호를 붙여서 나타내고 있다.
용량형 센서 모듈(151)은 용량형 센서 디바이스(23) 및 용량 변화 측정 회로(153)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(153)는 디멀티플렉서(37), 멀티플렉서(39), 전류 증폭기(43), 전류원(47), 측정부(51), 판정부(53), 피크 홀드 회로(155), 및 시퀀서(157)를 포함한다.
피크 홀드 회로(155)는 아날로그 스위치(159) 및 용량 C를 포함한다. 아날로그 스위치(159)의 개폐는 시퀀서(157)에 의해 제어된다.
[I-2. 다른 예 2]
전술한 형태 예의 경우에는, 피크 홀드 회로의 전단에 전류 증폭기를 배치하여 검출 전류를 전압으로 변환하는 회로 구성에 대하여 설명하였다. 그러나, 전류 증폭기는 사용하지 않을 수도 있다.
[I-3. 기타]
상기 예에서는, 본 발명의 사상 내에서 각종 변형이 이루어질 수 있다. 또한, 명세서의 설명에 기초하여 생성되고 결합된 각종 변형 및 응용 예들이 행해질 수 있다.
[제2 실시예]
지금부터, 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용량 변화 측정 회로(11)의 검출 대상이 되는 전기적 특성의 변화량은 일반적으로 작다. 한편, 용량 변화 측정 회로(11)는 높은 검출 정밀도를 갖도록 요구되고 있다. 예를 들어, 실용 상, 용량 변화 측정 회로(11)는 2㎱의 정밀도를 갖도록 요구되고 있다. 그러나, 일반적인 동기 클럭을 이용하여 이런 검출 정밀도를 실현하기 위해서는, 500㎒ 클록이 필요로 된다.
이 실시예에서, 고주파수를 이용하는 경우와 동일한 검출 정밀도를 실현할 수 있는 저주파수 동작 클록이 제안된다. 이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 대한 설명의 이하의 순서로 기술하고자 한다.
A. 용량형 센서 모듈의 기능 구성
B. 제1 예: 피크 홀드 후의 경과 시간 계측형(단발 스트로브형)
C. 제2 예: 피크 홀드후의 경과 시간 계측형(연속 스트로브형)
D. 제3 예: 상승 시간 계측형
E. 제4 예: 펄스폭 상당의 경과 시간 계측형
F. 기타 예
[A. 용량형 센서 모듈의 기능 구성]
도 46은 용량형 센서 모듈의 기능면에 있어서의 구성예를 나타낸다. 도 45의 기능 블록에 대응하는 도 46의 기능 블록에는 기능 블록에는 동일한 부호를 붙여서 나타낸다. 기능면에서 본 용량형 센서 모듈(321)은, 용량형 센서 디바이 스(323) 및 용량 변화 측정 회로(327)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(327)는 용량형 센서 디바이스(323)에 대한 입력 펄스 신호의 공급 기능과, 그 응답 파형에 드러나는 변화의 측정 기능을 실현하는 회로 디바이스이다. 도 46의 경우, 용량 변화 측정 회로(327)는 기본적으로 전처리부(331), 용량 변화 검출 회로(333), 및 판정부(335)를 포함한다.
이 중, 전처리부(331)는 용량형 센서 디바이스(323)로부터 입력되는 응답 파형에 대한 전처리를 실행하는 처리 회로이다. 이러한 전처리에는, 예를 들어, 응답 파형의 증폭 처리, 응답 파형의 피크 홀드 처리 등이 있다. 실행될 처리 유형은 후단에 위치하는 용량 변화 검출 회로(333) 및 판정부(35)의 처리 동작과의 관계에 따라서 정해진다. 도 46에서는, 전처리부(331)를 용량 변화 검출 회로(333) 앞단에 배치하고 있지만, 전처리 회로(331)가 반드시 필수적인 것은 아니다. 즉, 용량 변화 측정 회로(327)의 최소 구성은, 용량 변화 검출 회로(333) 및 판정부(35)이다.
따라서, 이 명세서에의 검출 신호는, 전처리부(331)를 사용할 경우에는 그 출력 신호를 의미하고, 전처리부(331)를 사용하지 않을 경우에는 용량형 센서 디바이스(323)의 출력 신호를 의미한다.
용량 변화 검출 회로(333)는 측정 대상이 되는 폐회로의 용량 성분에 발생한 변화를 검출 신호의 파형 변화로서 검출하는 회로 디바이스이다. 용량 변화 검출 회로(333)는 검출 신호의 파형 변화를, 검출 신호와 기준값의 비교 결과에서 나타난 변화점에 의해 규정되는 측정량으로서 검출한다. 구체적인 검출 방법에 대해서 는, 후술하는 각 예에서 설명한다.
판정부(335)는 용량 변화 검출 회로(333)의 검출 결과에 기초하여, 측정 대상이 되는 폐회로에서 용량 성분의 변화가 발생한 것인가 아닌가를 판정하는 회로 디바이스이다. 즉, 판정부(435)는, 용량 변화 검출 회로(333)에서 검출된 측정량의 변화에 기초하여, 인체 또는 이것에 동등한 전기적 특성을 갖는 물체를 이용한 입력 입력의 유무를 판정하는 회로 디바이스이다.
[B. 제1 예]
[B-1. 검출 방법]
이 예에서는, 입력 펄스 신호에 대한 응답 파형의 정극 피크 레벨에 주목한다. 도 47은 어떤 측정 점(폐회로)에 주목한 응답 파형의 파형 변화를 나타낸다. 도면의 횡축은 입력 펄스 신호의 하강 타이밍부터의 경과 시간이다. 도면의 종축은 응답 파형에 대응하는 전류량이다.
도 47에 나타낸 바와 같이, 조작면에 손가락이 접촉하지 않고 있을 경우의 피크 레벨이 가장 높고, 손가락과 조작면의 사이에 형성되는 용량 성분이 클수록 피크 레벨은 작아진다. 즉, 손가락과 조작면의 접촉 면적이 증가할수록 피크 레벨이 저하한다. 이 피크 레벨에서 나타난 진폭 방향의 변화는 조작면 상의 위치에 의존하지 않는 모든 경우에 공통이다.
따라서, 이 예에서는, 응답 파형의 피크 레벨을 피크 홀드 회로에 보존하여 정전류원에서 인출하고, 피크 홀드 전압이 기준값 이하가 될 때까지의 시간을 계측하는 것에 의해, 피크 레벨의 진폭 변화를 검출한다.
그러나, 피크 레벨의 출현 위치는, 조작면과 손가락의 접촉 상태에 따라 시간축 방향으로 어긋나는 경향이 있다. 도 47의 경우에, 10ns 이상의 어긋남이 존재한다. 이것은, 계측 개시 시각에 어긋남이 있는 것을 의미하고, 측정 결과에 오차가 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 이 오차를 배제하고, 검출 정밀도를 높이는 메커니즘이 요구된다. 따라서, 이 예의 경우에는, 피크 홀드 전압의 인출을 개시하는 시각을 정렬시키는 메커니즘을 채용한다.
도 48은 이 예에서 채용된 메커니즘을 나타낸다. 도면 중 횡축은, 입력 펄스 신호의 하강 타이밍부터의 경과 시간이다. 도면 중 종축은 응답 파형에 대응하는 전류량 및 전압이다. 도 48에 나타낸 바와 같이, 이 예에서는, 피크 홀드 전압의 인출 개시 시각을 피크 레벨이 출현할 가능성이 있는 시간 위치보다도 후의 시점 T0로 설정한다.
상기와 같은 설정에 의해, 응답 파형의 형상에 의하지 않고, 각각의 방전 개시 시각을 정렬시킬 수 있다. 따라서, 피크 레벨의 차로 인한 시간차만을 정확하게 측정하는 것이 가능하게 된다. 이하, 이런 검출 방법을 채용하는 용량형 센서 디바이스(323)의 일례를 설명한다.
[B-2. 시스템 구성]
[1. 전체 구성]
도 49는 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(341)의 시스템 구성예를 나타낸다. 용량형 센서 모듈(341)에서는, 용량형 센서 디바이스(343)를 간략화하여 나타내고 있다.
용량형 센서 모듈(341)은 용량형 센서 디바이스(343) 및 용량 변화 측정 회로(345)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(345)는 발진기(351), 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 시퀀서(357), 전류 입력 전압 출력형 증폭기(359), 피크 홀드 회로(361), 가변 전류원(363), 전류값 테이블(365), 방전 제어 스위치(367), 비교기(369), 측정부(371), 및 판정부(373)를 포함한다.
[2. 발진기]
발진기(351)는 미리 설정된 고정 주파수의 직사각형 형상의 입력 펄스 신호를 발생하는 회로이다.
그러나, 입력 펄스 신호의 파형은 구형파에 한하지 않고, 정현파나 삼각파기타의 형상일 수 있다. 이 예의 경우, 발진기(351)는 500kHz의 주파수로 입력 펄스 신호를 발생한다.
[3. 디멀티플렉서]
디멀티플렉서(353)는 시퀀서(357)가 지시하는 순서로 입력 펄스 신호의 공급처를 절환하는 회로이다. 입력 펄스 신호의 공급처는 복수 개의 전극 패턴(5) 중 하나이다.
[4. 멀티플렉서]
멀티플렉서(355)는 시퀀서(357)가 지시하는 순서로 응답 파형을 취출하는 전극 패턴(7)들을 절환하는 회로이다.
[5. 시퀀서]
시퀀서(357)는 입력 펄스 신호를 공급하는 전극 패턴(5)으로의 접속 순서와 응답 파형의 취출원이 되는 전극 패턴(7)으로의 접속 순서를, 좌표 정보(X, Y)로서 출력하는 회로이다. 이 예의 경우, 시퀀서(357)는 입력 펄스 신호의 하강 에지에 동기하여 제어 타이밍을 관리한다.
이 예의 경우, 시퀀서(357)는 방전 제어 스위치(367), 측정부(371), 판정부(373) 등에 대한 제어 타이밍을 발생한다. 예를 들어, 시퀀서(357)는 입력 펄스 신호의 하강 에지로부터 기준 시간 Tb가 경과한 후, 방전 제어 스위치(367)를 폐쇄 제어를 실행하는 타이밍 펄스를 방전 제어 스위치(367)에 공급한다. 기준 시간 Tb는 가변 전류원(363)에 의한 피크 홀드 값의 방전을 개시하는 타이밍이다. 도 48에 대하여 설명한 바와 같이, 기준 시간 Tb는 응답 파형의 피크 레벨이 출현하는 타이밍 이후에 설정된다.
또한, 예를 들어, 시퀀서(357)는 비교기(369)로부터 비교 출력 신호를 기억 영역에 입력한 때의 타이밍을 제공하는 타이밍 펄스를 측정부(371)에 공급한다. 또한, 예를 들어, 시퀀서(357)는 측정 점에 대한 입력 조작의 유무를 판정하는 판정부(73)에 제어 타이밍을 공급한다.
[6. 전류 입력 전압 출력형 증폭기]
전류 입력 전압 출력형 증폭기(359)는 용량형 센서 디바이스(343)로부터 취출되는 응답 파형을 증폭하는 회로이다. 이 전류 입력 전압 출력형 증폭기(359)에서, 응답 파형의 신호 형식은 전류 형식으로부터 전압 형식으로 변환된다.
[7. 피크 홀드 회로]
피크 홀드 회로(361)는 검출 신호의 정극측의 피크 레벨을 검출하는 회로이다. 도 49에 나타낸 바와 같이, 피크 홀드 회로(361)는 다이오드 D 및 용량 C를 포함한다.
다이오드 D는 정류 기능에 의해 검출 신호의 정극 부분만을 취출하는데 사용된다. 또한, 용량 C는 검출 신호의 피크 레벨에 대응하는 전위를 저장하는데 사용된다.
[8. 가변 전류원]
가변 전류원(363)은 전류값의 가변능력을 실현할 수 있는 정전류 회로이며, 피크 홀드 회로(361)를 구성하는 용량 C의 전하를 방전하는데 사용된다. 가변 전류원(363)의 전류값은 전류값 테이블(365)의 지시에 따라 가변적으로 지정된다. 어떤 전류값의 경우에도, 입력 펄스 신호의 인가 개시로부터 1 주기 이내에 판정 동작을 종료할 수 있도록 설정된다. 구체적으로는, 다음 입력 펄스 신호가 공급되기까지의 기간에, 측정 대상인 용량 C의 전위가 기준 전위 Vref 이하로 낮아지도록 설정을 행한다. 이 명세서에서는, 이런 방전 동작을 "초기화 동작"이라고 칭하기로 한다.
[9. 전류값 테이블]
전류값 테이블(365)은 측정 점의 좌표 및, 가변 전류원(363)에 제공될 전류값을 대응시켜서 보존하는 기억 영역이다. 측정 점에 따라 전류값을 가변하여, 용량 C의 유지 전압의 저하 속도를 조정한다. 구체적으로는, 전류값을 측정 점에 따라 가변적으로 변화시켜, 용량 C의 전하가 기준 전위 Vref 이하로 저하할 때의 타 이밍의 출현 범위를 측정부(71)의 측정 범위 내로 제한시킨다. 전류값의 가변 제어가 바람직한 이유를 도 16 내지 도 20을 참조하면서 위에서 이미 상세히 설명하였다.
도 54에 나타낸 바와 같이, 조작면 상의 위치가 상이한 경우(전반 경로 길이가 상이한 경우), 피크 레벨의 진폭 및 출현 위치가 상당히 다름을 알 수 있다. 도 55는 이전 면도의 종축을 피크 홀드 전압[mV]으로 변경하고, 횡축의 시간 스케일을 8배로 한 다이어그램을 나타낸다. 도 55는 비교기(369)가 참조하는 기준 전압 Vref가 0(제로)V이며, 가변 전류원(363)의 전류값이 조작면 상의 모든 영역에서 고정인 경우를 나타낸다. 또한, 도 55는 입력 펄스 신호의 상승 에지로부터 0.2μs후에, 가변 전류원(63)에 의한 용량 C의 방전 동작을 개시할 경우를 나타내고 있다.
이 경우, 용량 C의 전위의 저하 속도는 피크 레벨의 차에 의하지 않고 일정하다. 따라서, 용량 C의 전위가 기준 전위 Vref 이하가 되는 타이밍의 출현 범위는 조작면 상의 측정 위치에 따라 상당히 변한다. 또한, 입력 조작의 유무에 따른 관련 타이밍의 출현 범위가 분산되면, 측정부(371)의 감시 범위가 매우 넓어져 버린다.
따라서, 이 예에서는, 도 56에 나타낸 바와 같이, 용량 C의 방전 속도를 조정한다. 구체적으로는, 피크 레벨이 높은 측정 점 I에 대해서는 방전 속도를 증가시킨다. 피크 레벨의 낮은 측정 점 IV에 대해서는 방전 속도를 감소시킨다. 또한, 피크 레벨이 중간 정도의 측정 점 II 및 III에 대해서는 방전 속도를 중간 정 도로 설정한다. 도 56의 경우에는, 방전 속도의 조정에 의해, 각 측정 점에서 출현할 수 있는 피크 레벨의 최대값에 대하여, 방전 개시에서 기준 전위 Vref 이하가 될때까지의 경과 시간은 같아진다. 이 설정에 의해, 피크 레벨의 변화에 관련되는 전술한 경과 시간의 가변 폭을 감소시킬 수 있다.
이상의 관점으로부터, 전류값 테이블(365)에는 도 57에 나타내는 대응 관계가 저장된다. 도 57에 나타낸 바와 같이, X 좌표 및 Y 좌표의 조합에 대하여 하나의 전류값을 대응시켜 저장한다. 도 58은 전류값 테이블(365)의 대응 관계를 조작면 상에 겹쳐 표시한다. 도 58에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 측정 점 I에는60μA를 할당하고, 측정 점 II 및 III에는 20μA를 할당하고, 측정 점 IV에는 10μA를 할당한다. 측정 점의 좌표 정보는 시퀀서(357)로부터 주어진다.
[10. 방전 제어 스위치]
방전 제어 스위치(367)는 피크 홀드 회로(361)의 용량 C에 저장된 전하의 방전 개시를 주로 제어하는 스위치 소자이다. 이 예의 경우, 도 55 및 도 56에 나타낸 바와 같이, 방전의 개시는 시퀀서(357)에 의해 입력 펄스 신호의 하강 타이밍 이후 기준 경과 시간 Tb가 경과한 때의 타이밍으로 설정된다.
[11. 비교기]
비교기(369)는 용량 C의 유지 전위와 기준 전위 Vref를 비교하고, 비교 결과를 비교 출력 신호로서 항상 출력하는 회로 디바이스이다. 비교기(369)의 논리 출력 레벨은, 피크 홀드 전위가 기준 전위 Vref와 교차하는 타이밍에서 변화한다. 이 교차 타이밍이 측정부(371)가 검출 대상으로 하는 변화점이다. 기준 전위 Vref 는 조작면 상의 모든 측정 점에 대하여 상정되는 피크 레벨의 최소값보다도 작은 값으로 설정된다.
[12. 측정부]
측정부(371)는 비교기(369)로부터 입력되는 비교 출력 신호에서 나타난 논리 출력 레벨의 변화점을 검출하는 회로 디바이스이다. 도 59는 이 예에 따른 측정부(371)의 구성예를 나타낸다. 측정부(371)는 지연 회로단(391), 기억부(393), 인에이블 제어 회로(395), AND 회로(397), 변화점 검출부(399)를 포함한다.
지연 회로단(391)은 동일한 단위 지연 시간을 각각 갖는 지연 소자의 직렬 회로를 포함한다. 이 예의 경우, 상온에서의 단위 지연 시간은 2ns로 설정된다. 이 단위 지연 시간은 변화점의 검출 정밀도에 상당한다. 이하에서는, 각 지연 소자의 출력 단자로부터 출력되는 비교 출력 신호를 지연 출력 신호라 하기로 한다.
지연 소자의 단수는, 지연 회로단(391)에 존재하는 복수 시점의 지연 출력 신호의 시간 길이가 지연 출력 신호에 논리 출력 레벨의 변화점이 출현할 가능성이 있는 시간 범위보다도 길게 설정된다. 기억부(393)는 지연 소자의 각 출력단에 출현하는 지연 출력 신호를 대응하는 기억 영역에 스트로브 펄스에 동기하여 도입하는 기억 디바이스를 포함한다. 이 예의 경우, 기억부(393)는 지연 소자의 수와 동일한 수의 플립-플롭 회로를 포함한다. 플립-플롭 회로의 입력 단자는, 각각 대응하는 지연 소자의 출력 단자에 접속된다.
또한, 플립-플롭 회로의 출력 단자는 각각 변화점 검출부(399)에 접속된다.
또한, 플립-플롭 회로의 클록 단자는, 입력 단자에 나타나는 신호값의 도입 타이밍 을 규정하는 스트로브 신호를 입력하는데 사용된다.
인에이블 제어 회로(395) 및 AND 회로(397)는 전술한 스트로브 신호의 발생용이다. 또한, 인에이블 제어 회로(395)는 스트로브 신호의 출력 가능 기간을 지정하는 인에이블 신호를 발생한다. 예를 들어, 인에이블 제어 회로(395)는 카운터를 포함한다. 인에이블 제어 회로(395)의 카운트 동작은, 기준 시간 Tb의 경과가 통지된 시점에서 개시된다.
이때, 인에이블 제어 회로(395)는 50MHz로 입력되는 클록 신호를 카운트하고, 그 카운트 값이 사전에 설정한 값에 도달한 시점에서 카운트 동작을 종료한다. 인에이블 제어 회로(395)는 이런 종료 시점에서 단지 하나의 인에이블 신호를 출력한다. AND 회로(397)는 인에이블 신호와 클록 신호의 논리적 연산에 의해 스트로브 신호를 발생한다.
도 60은 스트로브 신호와 다른 신호의 위상 관계를 나타낸다. 도 60의 (A)는 입력 펄스 신호의 파형이다. 도 60의 (B)는 방전 기간을 제어하는 방전 제어 신호의 파형이다. 도 18의 (C)는 비교 출력 신호의 파형이다. 이들 도면에서, 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref 보다 높은 기간을 "H 레벨"로 나타내고, 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref 보다 낮은 기간을 "L 레벨"로 나타내고 있다. 도 18의 (D)는 스트로브 신호의 파형이다. 양쪽 화살표로 나타내는 기간은 스트로브 신호의 출력 시점에 지연 회로단(391)에 존재하는 지연 출력 신호의 범위다. 도 60의 (E)는 응답 파형(실선)과 검출 신호(파선)의 파형이다.
변화점 검출부(399)는 스트로브 신호의 출력 시점에 기억부(393)에 받아들인 복수 시점의 지연 출력 신호에 기초하여, 방전 동작에 의한 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref 이하로 저하하는 타이밍을 검출하는 회로 디바이스이다. 예를 들어, 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref 보다 큰 기간에는 "1"이 연속된다. 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref 보다 작은 기간에는 "0"이 연속된다. 이 예의 경우, 변화점 검출부(399)는 "1"의 수를 카운트라고, 카운트 값을 변화점이 출력할 때까지 기간 길이 정보로서 출력한다.
도 61은 변화점 검출부(399)에 받아들여진 수열의 예를 구체적으로 나타낸다. 도 61의 (A)는 입력 펄스 신호의 파형이다. 도 61의 (B)는 클록 신호의 파형이다. 전술한 바와 같이, 클록 신호는 50MHz(20ns)로 주어진다. 도 19의 (C)는 스트로브 신호의 파형이다. 도 19의 (D1)은, 입력 조작이 없을 경우에 대응하는 제1 도입 예의 수열이다. 도 19의 (D2)는 입력 조작이 있었을 경우에 대응하는 제2 도입 예의 수열이다. 도 19의 (D1)과 도 19의 (D2)을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 입력 조작의 유무에 의해 "1"의 수가 크게 변화한다.
카운트 값 1개분의 차는, 2ns(500MHz)의 차에 상당한다. 그러나, 후속하는 판정부(373)에서의 판정이 정확하게 실행되기 위해서는, 입력 조작이 없을 경우에 있어서의 카운트 값의 수가 기준점에서 출현하는 것이 바람직하다. 즉, 캘리브레이션 동작이 요구된다.
지연 소자의 단위 지연 시간은 외부 온도나 발열에 의한 소자 온도의 변동에 의해 크게 변동하는 특징이 있다. 즉, 지연 회로단(391)에 저장되는 시간 범위는 온도 조건에 따라 변동하는 경향이 있다. 따라서, 변화점의 측정 정밀도를 개선시 키기 위해, 측정 동작의 개시 전에 캘리브레이션 동작이 필요하다.
이 예의 경우, 캘리브레이션 동작은 측정 동작이 개시되기 전에 실행된다. 구체적으로는, 캘리브레이션 동작은 변화점이 사전에 설정한 위치에서 검출될 때까지, 스트로브 신호의 출력 위상을 시프트함으로써 실행된다.
[13 판정부]
판정부(373)는 변화점의 검출 위치 정보(즉, 변화점 검출부(399)로부터 출력되는 카운트 값)에 기초하여, 입력 조작의 유무를 판정하는 회로 디바이스이다. 판정부(373)는 측정 점에 대하여 검출된 카운트 값이 기준값에 일치 또는 허용 오차의 범위 내의 경우에는, 측정 점에 대한 입력 조작은 없었던 것이라고 판정한다. 한편, 판정부(373)는 측정 점에 대하여 검출된 카운트 값과 기준값이 일치하지 않을 경우 또는 허용 오차의 범위를 초과한 경우, 측정 점에 대한 입력 조작이 있었던 것이라고 판정한다.
[B-3 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(357)의 동작 흐름(도 62)에 따른 용량형 센서 모듈(41)의 처리 동작을 설명한다. 도 62는 상면측의 전극 패턴(5)의 수 및 하면측의 전극 패턴(7)의 수 모두 4개의 경우에 대하여 나타내고 있다.
우선, 시퀀서(357)는 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S1). 시퀀서(357)는 입력 펄스 신호의 1 주기마다, 상면측의 전극 패턴(5)의 좌표값 X를 “1”만 증가시킨다. 도 62의 경우, 증가된 좌표값 X가 “5”에 도달하면 좌표값 X를 “1”로 복귀시키고, 하면측의 전극 패턴의 좌표값 Y를 “ 1”만 증가시킨다. 증가된 좌표값 Y가 “5”에 도달하면 좌표값 Y를 “1”로 복귀시킨다.
이와 같이 발생된 좌표값 X 및 Y는 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 전류값 테이블(365)과, 및 판정부(373)에 주어진다. 입력 펄스 신호의 주파수가 500kHz인 경우(1 주기는 2μs), 4개의 전극 패턴(5)과 4개의 전극 패턴(7)으로 규정되는 16개 지점의 좌표점의 판정 동작은 32μs 이내에 실행할 수 있다.
다음에, 시퀀서(357)는 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출을 대기한다(S22).
에지가 검출되면, 시퀀서(357)는 방전 개시 시각인 기준 시간 Tb의 경과를 대기한다(S23).
기준 시간 Tb의 경과가 검출되면, 시퀀서(357)는 방전 제어 스위치(367)를 온-제어하고, 피크 홀드 회로(361)에 유지된 전위의 방전을 지시한다(S24). 방전 동작이 개시될 때까지는, 가변 전류원(363)의 전류값은 전류값 테이블(365)의 지시에 의해 측정 점에 따라 전류값으로 절환되어 있다. 따라서, 방전 개시 후는, 각 측정 점에 대응하는 전류값에 기초하여 방전이 개시된다.
이때, 지연 회로단(391)에서는, 2ns씩 시간차를 갖는 지연 출력 신호가 발생된다. 스트로브 신호의 입력시에 존재하는 지연 출력 신호는 기억부(393)에 일제히 받아들여진다.
변화점 검출부(399)에서, 비교 출력 신호에 나타나 변화점의 검출 동작이 실행된다. 시퀀서(357)는 이 변화점의 검출 처리가 완료하는 것을 대기한다(S5). 그 후, 시퀀서(357)는 판정부(373)에 인터럽션 요구를 출력한다(S26). 이 인터럽션 요구가 입력된 판정부(373)는 검출된 카운트 값과 기준값을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 측정 점에 대한 입력 조작의 유무를 판정한다.
그 후, 시퀀서(357)는, 정지 요구가 존재할지의 여부를 판정한다(S7). 그리고, 정지 요구가 확인되지 않는 경우에는, 다시 XY 좌표의 발생 동작에 복귀되고, 이상의 동작을 반복한다. 또한, 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(57)는, 일련의 동작을 종료한다.
[B-4 결론]
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예의 제1 예에 따른 용량 변화 측정 회로(345)의 채용에 의해, 종래 기술에 비하여 압도적으로 고속의 판정 동작이 가능하게 된다. 예를 들어, 10 지점에 관한 판정 처리를 실행할 경우, 종래 기술에서는 20ms의 시간이 필요하다. 반면에, 이 예의 경우에는, 20μs 의 시간이면 충분하다. 이로 인해, 종래 기술에서는 다루기 어려웠던 고속 입력에의 처리가 가능하게 된다.
물론, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(45)는, 여러-위치 검출(multi-location detection)에도 이용할 수 있다는 것은 말할 필요가 없다. 또한, 전류 입력 전압 출력형 앰프(359)의 입력단까지는 전류 모드에서 동작한다. 따라서, 높은 노이즈 내성을 기대할 수 있다. 즉, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(45)는, 검출 정밀도에 대하여도 실용상 충분한 정밀도를 기대할 수 있다.
또한, 이 예의 경우, 50MHz(20ns)의 동작 클록 신호를 사용하면서, 500MHz(2ns)의 클록 신호를 사용할 경우에서와 동등한 정밀도로 변화점의 출현 위치를 검출할 수 있다.
즉, 종래 방식에 비하여 저주파수에서 동작하는 용량 변화 측정 회로(345)를 실현할 수 있다. 동작 클록의 주파수를 낮출 수 있기 때문에, 용량 변화 측정 회로(345)의 저소비 전력화를 실현할 수 있다. 이 저소비 전력화는, 특히 용량형 센서 모듈(341)을 휴대형 전자 기기에 탑재할 경우에, 동작 시간의 장기 수명화를 실현하는데도 유리하다. 또한, 이 경우, 휴대형 전자 기기에 대한 용량형 센서 모듈(341)의 탑재가 촉진된다.
또한, 동작 클록의 주파수를 낮추기 때문에, PLL(Phase-Locked Loop) 회로 등의 클록 체배 회로(clock progressive increase circuit)를 없애는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 용량 변화 측정 회로(345)의 집적화가 용이해진다.
[C. 제2 예]
[C-1]
도 63은 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(401)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 63에는, 제2 실시예의 제1 예에 따른 도 49의 요소들에 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙인다.
용량형 센서 모듈(401)은, 용량형 센서 디바이스(343)와, 용량 변화 측정 회로(403)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(403)는, 발진기(351), 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 시퀀서(357), 전류 입력 전압 출력형 앰프(359), 피크 홀드 회로(361), 가변 전류원(363), 전류값 테이블(365), 방전 제어 스위치(367), 비교기(369), 측정부(405), 판정부(373)를 포함한다.
이하에서는, 변경점인 측정부(405)의 구성에 대하여 설명한다. 도 64는 측정부(405)의 구성예를 나타낸다. 측정부(105)는, 지연 회로단(421), 기억부(423), 인에이블 제어 회로(425), AND 회로(427), 멀티플렉서(429), 변화점 검출부(431)를 포함한다.
지연 회로단(421)의 기본 구성은, 제1 예에 따른 지연 회로단(391)의 것과 동일하다. 즉, 지연 회로단(421)은, 각각 동일한 단위 지연 시간을 갖는 지연 소자의 직렬 회로를 포함한다. 또한, 지연 소자의 상온에서의 단위 지연 시간은 2ns로 설정된다.
차이점은, 지연 회로단(421)을 구성하는 지연 소자의 단수이다. 이 예의 경우, 지연 회로단(421)을 구성하는 지연 소자의 단수는, 스트로브 신호의 출력 주기에 대응하는 시간 길이에 상당하는 단수이다.
이 예의 경우, 스트로브 신호는 50MHz의 클록 신호에 동기하여 출력된다. 따라서, 이 예의 경우에, 지연 소자의 단수는 가능한 한 적을 수 있지만, 바람직하게는 10(=20ns/2ns) 이상이고, 이 예의 경우에, 스트로브 신호는 복수회 연속하여 출력된다. 즉, 1회당 검출 범위는 좁아도, 검출 동작을 복수회 연속적으로 실행함으로써 검출 범위를 확대할 수 있다. 이 결과, 지연 회로단(421)의 회로 면적은, 제1 예에 비하여 작아진다.
기억부(423)는, 지연 소자 각각의 출력단 각각에 드러나는 지연 출력 신호를 대응하는 기억 영역 각각에, 스트로브 펄스에 동기하여 도입하는 기억 디바이스를 포함한다. 이 예에서, 기억부는 또한, 지연 소자와 동수의 플립 플롭 회로를 포함한다. 따라서, 기억부(423)의 회로 면적도 제1 예에 비하여 작아진다.
플립 플롭 회로의 입력 단자는, 각각 대응하는 지연 소자의 출력 단자에 접속된다. 또한, 플립 플롭 회로의 출력 단자는, 각각 변화점 검출부(431)에 접속된다. 또한, 플립 플롭 회로의 클록 단자는, 입력 단자에 나타나는 신호값의 도입 타이밍을 규정하는 스트로브 신호의 입력에 사용된다. 이 예의 경우, 스트로브 신호의 입력 시점마다, 그 시점에서 출력되는 지연 출력 신호를 플립 플롭 회로는 도입하여 보존한다.
인에이블 제어 회로(425)와 AND 회로(427)는, 전술한 스트로브 신호의 발생용이다. 또한, 인에이블 제어 회로(425)는, 스트로브 신호의 출력 가능 기간을 지정하는 enable 신호를 발생한다. 예를 들어, 기준 시간 Tb의 경과가 통지되면, 인에이블 제어 회로(425)는 enable 신호의 출력을 개시한다.
그 후, 인에이블 제어 회로(425)는, 변화점 검출부(431)로부터 변화점의 검출(즉, "0" 값의 검출)이 통지될 때까지 enable 신호의 출력을 계속한다.
또한, 캘리브레이션 신호(도시 생략)가 입력되면, 인에이블 제어 회로(425)는 강제적으로 enable 신호를 발생한다. 또한, 캘리브레이션 신호가 입력되면, 인에이블 제어 회로(425)는, 지연 회로단(421)에 입력되는 신호를 캘리브레이션용 신호로 절환하기 위하여, 멀티플렉서(429)에 입력 단자의 절환을 지시하는 제어 신호를 출력한다.
AND 회로(427)는, enable 신호와 클록 신호의 AND 연산에 의해 스트로브 신호를 발생한다. 도 65는 스트로브 신호와 다른 신호 간의 위상 관계를 나타낸다. 도 65의 (A) 부분은, 입력 펄스 신호의 파형을 나타낸다. 도 65의 (B) 부분은, 방전 기간을 제어하는 방전 제어 신호의 파형을 나타낸다. 도 65의 (C) 부분은, 비교 출력 신호의 파형을 나타낸다. 도 65에서는, 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref보다 높은 기간을 "H 레벨"로 나타내어지고, 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref보다 낮은 기간을 "L 레벨"로 나타내어진다.
도 65의 (D) 부분은, 스트로브 신호의 파형을 나타낸다. 도 65의 (D) 부분에 나타낸 바와 같이, 이 예의 경우, 스트로브 신호는, 방전 개시로부터 변화점의 검출이 통지될 때까지 실행된다. 도 65의 (D) 부분에 나타낸 바와 같이, 스트로브 신호의 출력 기간 길이가 길다는 것을 알 수 있다. 도 65의 (E) 부분은, 응답 파형(실선)과 검출 신호(파선)의 파형을 나타낸다.
멀티플렉서(429)는, 측정용 입력 신호(비교 출력 신호)와 캘리브레이션용 입력 신호 간의 절환 동작을 실행하는 회로 디바이스이다. 측정용 입력 단자는, 비교기(369)의 출력 단자에 접속되어 있다. 한편, 캘리브레이션용 입력 단자는, 토글 클록의 신호원(도시 생략)에 접속되어 있다.
도 66의 (A) 및 (B) 부분을 사용하여, 토글 클록 신호를 설명할 것이다. 도 66의 (A) 부분은, 클록 신호를 나타낸다. 이 경우에, 50MHz의 경우에 대해 설명한다. 도 66의 (B) 부분은, 토글 클록 신호를 나타낸다. 토글 클록 신호는, 클록 신호의 주파수를 분할함으로써 생성되며, 이 경우 25MHz가 된다. 결과적으로, 토 글 클록이 H 레벨 또는 L 레벨의 기간 길이는, 클록 신호의 1 주기에 대응한다.
멀티플렉서(429)는, 캘리브레이션 시에, 토글 클록 신호를 지연 회로단(421)에 입력하는 동작을 한다. 입력 단자의 절환은, 전술한 바와 같이, 인에이블 제어 회로(425)를 통하여 실행된다. 변화점 검출부(431)는, 스트로브 신호가 출력되는 시점마다 기억부(423)에 받아들여진 복수 시점의 지연 출력 신호의 세트에 기초하여 용량 C의 유지 전위가 기준 전위 Vref 이하로 낮아지는 타이밍의 존재를 검출한다.
예를 들어, 통상의 측정 동작 시에, 변화점 검출부(431)는, 스트로브 신호가 입력되는 시점마다, 기억부(423)로부터 판독한 수열에서 "0"이 출현할지의 여부를 감시한다. 이때, "0"의 출현을 검출할 때까지, 스트로브 신호의 출력 수를 1씩 카운트 업 한다. 이 예의 경우, 첫번째 스트로브 신호가 입력되었을 경우의 카운트 값이 0이다. 따라서, 여기에서의 카운트 값은, "입력된 스트로브 신호의 출력수 - 1"로 주어진다.
이 예의 경우, 변화점 검출부(431)는, 변화점의 출현 위치를 다음 수학식에 의해 산출하며, 여기서 1 스트로브 신호 당 지연 소자수를 A라고 하고, "0"이 출현하는 스트로브 신호가 입력되는 시점에서 "0"이 출현할 때까지의 "1"의 수를 B라고 한다.
출현 위치 = 카운트 값*A+B
도 67을 참조하여 전술한 출현 위치의 측정 동작의 예를 구체적으로 설명할 것이다. 도 67의 (A) 부분은, 입력 펄스 신호의 파형을 나타낸다. 도 67의 (B) 부분은, 클록 신호의 파형을 나타낸다. 도 67의 (C) 부분은, 스트로브 신호의 파형을 나타낸다. 이 예의 경우, 도 67에 나타낸 바와 같이, 스트로브 신호는 복수의 클록 신호의 기간에 걸쳐 연속적으로 출력된다.
도 67의 (D) 부분은, 스트로브 신호의 출력 횟수의 카운트 값을 나타낸다. 도 67의 경우, 7 스트로브 신호가 출력된다. 카운트 값은, 전술한 바와 같이, 6(=7-1)이다. 도 67의 (E1) 내지 (E7) 부분은, 스트로브 신호 각각의 입력 시점에서 기억부(423)에 받아들여진 지연 출력 신호의 수치열을 나타낸다.
도 67의 경우, 스트로브 신호의 7회째 출력 시점에서 지연 회로 상태(421)로부터 받아들여진 지연 출력 신호의 수치열이 "11111100000000000000000000000000"로서 주어진다. 여기서, 스트로브 신호의 출력에서부터 다음 스트로브 신호의 출력까지의 기간 동안, 지연 회로 상태(421) 내의 지연 출력 신호가 지연 소자의 10개 단분 진행하는 경우, 변화점의 출현 위치는, 66(=6*10+6)으로 계산된다. 출현 위치의 계산에서는, 위치 관계를 특정하기 위해서 1 스트로브 신호가 출력되는 기간 동안에 걸쳐, 지연 출력 신호가 몇개 단분의 지연 소자를 지날지는 매우 중요해진다.
전술한 바와 같이, 지연 소자의 단위 지연 시간은 외부 온도 또는 발열에 의해 크게 변동하는 경향이 있다. 이하에서는, 도 68의 (A) 내지 (D2) 부분을 사용하여 캘리브레이션 동작의 특정 예를 설명할 것이다. 도 68의 (A) 부분은, 토글 클록의 파형을 나타낸다. 도 68의 (B) 부분은, 클록 신호의 파형을 나타낸다. 도 68의 (C) 부분은, 스트로브 신호의 파형을 나타낸다. 캘리브레이션 동작의 경우, 1 스트로브 신호만이 출력된다. 도 68의 (D1) 및 (D2) 부분은, 스트로브 신호에 의해 기억부(423)에 받아들여진 지연 출력 신호의 수치예를 나타낸다.
도 66의 (A) 및 (B) 부분을 참조하여 기술된 바와 같이, 토글 클록이 "1" 또는 "0"인 기간 길이는, 1 클록 분의 기간 길이와 일치한다. 따라서, 1 스트로브 신호에 의해 받아들여진 수열에서 출현하는 "1"의 연속수 또는 "0"의 연속수는, 1 스트로브 신호가 출력되어 기간 동안, 지연 출력 신호가 진행하는 지연 소자의 단수와 일치한다. 도 68의 (D1) 부분은, 1 스트로브 신호의 기간 길이가 8개분의 지연 소자의 지연 시간에 상당하는 예를 나타낸다. 도 68의 (D2) 부분은, 1 스트로브 신호의 기간 길이가 10개분의 지연 소자의 지연 시간에 상당하는 예를 나타낸다.
캘리브레이션의 실행 시에, 변화점 검출부(431)는, 기억부(423)로부터 판독한 수치열로부터 "1" 또는 "0" 사이에 끼워져 있었던 "0" 또는 "1"의 출력수를 카운트함으로써, 1 스트로브 신호의 기간 길이를 판정한다.
[C-3 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(357)의 동작 흐름에 따른, 용량형 센서 모듈(401)의 처리 동작을 설명할 것이다. 시퀀서(357)의 동작 흐름은, 제2 실시예의 제1 예와 것과 동일하다. 따라서, 시퀀서(357)는, 도 62에 도시된 수순에 의해 처리 동작을 진행한다. 또한, 처리 동작의 실행 전에는, 전술한 캘리브레이션 동작이 실행되었다.
우선, 시퀀서(357)는, 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌 표를 발생한다(S1). 여기서, 시퀀서(357)는, 입력 펄스 신호의 1 주기마다, 상면측의 전극 패턴(5)의 좌표값 X를 “1”만 증가시킨다. 도 62의 경우, 증가된 좌표값 X가 “5”에 도달하면, 시퀀서(357)는 좌표값 X를 “1”로 복귀시키고, 하면측의 전극 패턴의 좌표값 Y를 “1”만 증가시킨다. 증가된 좌표값 Y가 “5”에 도달하면, 시퀀서(357)는 좌표값 Y를 “1”로 복귀시킨다.
이와 같이 발생된 좌표값 X와 Y가, 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 전류값 테이블(365), 및 판정부(373)에 주어진다. 입력 펄스 신호의 주파수가 500kHz의 경우(1 주기는 2μs), 4개의 전극 패턴(5)과 4개의 전극 패턴(7)에 의해 규정되는 16군데의 좌표점의 판정 동작은, 32μs 내에 실행될 수 있다.
다음에, 시퀀서(357)는, 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출을 대기한다(S22). 에지가 검출되면, 시퀀서(357)는, 방전 개시 시각인 기준 시간 Tb의 경과를 대기한다(S23). 기준 시간 Tb의 경과가 검출되면, 시퀀서(357)는, 방전 제어 스위치(367)를 온-제어(on-control)하고, 피크 홀드 회로(361)에 유지된 전위의 방전을 지시한다(S24). 방전 동작이 개시될 때까지는, 가변 전류원(363)의 전류값은, 전류값 테이블(365)의 지시에 의해 측정 점에 따른 전류값으로 절환된다. 따라서, 방전 개시 후는, 각 측정 점에 대응하는 전류값에 기초하여 방전이 개시된다.
또한, 측정부(405)에서는, 방전 동작의 개시 지시에 따라서, enable 신호의 출력이 개시된다.
용량 C의 방전 동작이 개시되면, 지연 회로단(421)에서는, 비교 출력 신호가 2ns씩 지연되어, 지연 출력 신호로서 다음 단에 전송된다. 이 예의 경우, 스트로브 신호는, 클록 신호의 입력 주기로 반복 발생된다.
스트로브 신호가 출력되는 시점마다, 지연 출력 신호가 지연 회로단(421)으로부터 일제히 기억부(423)에 받아들여진다. 변화점 검출부(431)에서는, 그 수열 중에 "0"이 포함되는지의 여부가 판정된다. "1"만 출현했을 경우에는, enable 신호의 발생이 계속된다. "0"이 출현했을 경우에는, enable 신호의 발생을 정지한다.
시퀀서(357)는, 변화점의 검출 처리의 완료를 대기한다(S25). 그 후, 시퀀서(357)는, 판정부(373)에 인터럽션 요구를 출력한다(S26). 인터럽션 요구가 입력된 판정부(373)는, 검출된 카운트 값과 기준 값을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 측정 점에 대한 입력 조작의 존재를 판정한다.
그 후, 시퀀서(357)는, 정지 요구가 존재하는지의 여부를 판정한다(S27). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에, 시퀀서(357)는 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하고, 이상의 동작을 반복한다. 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(357)는, 동작을 종료한다.
[C-4. 결론]
전술한 바와 같이, 제2 실시예의 제2 예에 따른 용량 변화 측정 회로(403)를 채용할 경우에는, 지연 회로단(421) 및 기억부(423)에 필요한 소자 수를 삭감할 수 있고, 본 실시예의 제1 예에 비하여 회로 면적을 작게 할 수 있다.
[D. 제3 예]
[D-1. 검출 원리]
이 예에서는, 입력 펄스 신호에 대한 검출 신호의 상승 속도의 차이에 착안한다. 도 69는 측정 점(폐쇄 회로)에 착안하여 측정한 응답 파형과 시간 길이 ΔT와의 관계를 나타낸다. 도 69에서는, 입력 조작 실행이 없는 경우의 검출 신호를 실선으로 나타내고, 입력 조작 실행이 있는 경우의 검출 신호를 파선으로 나타내고 있다.
도 69에 나타낸 바와 같이, 입력 조작 실행이 없는 경우에 비하여 입력 조작 실행이 있는 경우의 상승 속도가 늦어진다. 이 예에서는, 입력 펄스 신호의 하강 에지로부터 검출 신호가 기준 전위 Vref를 초과할 때까지의 시간 길이를 측정한다.
도 69에서, 횡축은 입력 펄스 신호의 하강 타이밍으로부터의 경과 시간이다. 도 69에서, 종축은 응답 파형에 대응하는 전류량이다.
[D-2. 시스템 구성]
도 70은 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(441)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 70에는, 제2 실시예의 제1 예에 따른 도 49에서의 것들과 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙인다. 용량형 센서 모듈(441)은, 용량형 센서 디바이스(343)와, 용량 변화 측정 회로(443)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(443)는, 발진기(351), 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 시퀀서(445), 전류 입력 전압 출력형 앰프(359), 비교기(369), 기준값 테이블(447), 측정부(449), 판정부(373)를 포함한다. 이 예의 경우, 전류 입력 전압 출력형 앰프(359)로부터 출력되는 검출 신호의 상승 속도를 계측하므로, 제2 실시 예의 제1 예에서와 같은 피크 홀드 회로 및 방전 회로는 불필요하다. 이하에서는, 제2 실시예의 이 예에서는, 채용된 신규한 구성 부분에 대하여만 설명할 것이다.
[1. 시퀀서]
시퀀서(445)는, 입력 펄스 신호가 입력되는 전극 패턴(5)에의 접속 순서와 응답 파형의 취출원이 되는 전극 패턴(7)에의 접속 순서를, 좌표 정보 (X, Y)로서 출력하는 회로이다. 이 예의 경우, 시퀀서(445)는, 입력 펄스 신호의 하강 에지에 기초하여, 제어 타이밍을 관리한다. 이 기능은, 제2 실시예의 제1 예의 기능과 동일하다.
이 예에서 시퀀서(445)가 측정부(449) 및 판정부(373) 등의 제어 타이밍을 발생하는 점은 제1 예와 공통된다. 하지만, 이 예에서는, 검출 신호의 상승 속도의 차이가 측정 대상이므로, 이 예에 따른 시퀀서(445)는 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출 신호를 측정부(449)에 출력한다.
[2. 기준값 테이블]
기준값 테이블(447)은, 측정 점의 좌표와 기준값 Vref를 대응시켜 보존하는 기억 영역이다. 도 54에 나타낸 바와 같이, 측정 점에 따라서 검출 신호의 진폭 및 파형이 크게 변화되기 때문에, 측정 점에 따라서 기준 전위 Vref가 가변된다. 또한, 이 예에서, 검출 신호가 기준 전위 Vref를 초과하는 타이밍의 출현 범위를, 측정부(449)의 측정 범위 내에 있도록 하기 위해서, 기준 전위 Vref가 측정 점에 따라서 가변된다.
[3. 측정부]
측정부(449)는, 비교기(369)로부터 입력되는 비교 출력 신호에 나타나는 논리 출력 레벨의 변화점을 검출하는 회로 디바이스이다. 도 71은 이 예에 따른 측정부(449)의 구성예를 나타낸다. 또한, 도 71에서는, 도 59의 것들과 대응하는 요소에 동일한 부호를 붙인다. 측정부(449)는, 지연 회로단(391), 기억부(393), 인에이블 제어 회로(451), AND 회로(397), 및 변화점 검출부(453)를 포함한다.
이 예의 경우, 측정부(449)는, 제2 실시예의 제1 예와 같은 구조를 갖는 지연 회로단(391)을 채용한다. 즉, 지연 회로단(391)은, 각각 동일한 단위 지연 시간을 갖는 지연 소자의 직렬 회로를 포함한다. 이 예에서는, 상온에서의 단위 지연 시간이 2ns인 지연 소자를 마찬가지로 사용한다.
이 예에서, 지연 회로단(391)을 구성하는 지연 소자의 단수는, 지연 회로단(391)상에 동시에 존재하는 복수 시점의 지연 출력 신호의 시간 길이가 지연 출력 신호에 논리 출력 레벨의 변화점이 출현할 가능성이 있는 시간 폭보다 길도록, 설정된다. 즉, 제2 실시예의 제1 예의 것과 동일한 검출 방법을 채용한다. 제2 실시예의 제2 예와 것과 동일한 검출 방법을 채용하는 것도 가능하다. 이하에서는, 제1 예와 것과 동일한 검출 수법을 채용하는 경우를 설명할 것이다.
기억부(393)는, 지연 소자 각각의 출력단 각각에 드러나는 지연 출력 신호를 대응하는 기억 영역에, 스트로브 펄스에 동기하여 도입하는 기억 디바이스를 포함한다. 이 예에서, 기억부(393)는, 지연 소자와 수와 동일한 수의 플립 플롭 회로를 포함한다. 또한, 플립 플롭 회로의 입력 단자는, 각각 대응하는 지연 소자의 출력 단자에 접속된다.
또한, 플립 플롭 회로의 출력 단자는, 각각 변화점 검출부(453)에 접속된다. 또한, 플립 플롭 회로의 클록 단자는, 입력 단자에 나타나는 신호값의 도입 타이밍을 규정하는 스트로브 신호의 입력에 사용된다.
인에이블 제어 회로(451)와 AND 회로(397)는, 전술한 스트로브 신호의 발생용이다. 인에이블 제어 회로(451)는, 스트로브 신호의 출력 가능 기간을 지정하는enable 신호를 발생한다. 예를 들어, 인에이블 제어 회로(451)는 카운터를 포함한다. 인에이블 제어 회로(451)의 카운트 동작은, 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출 신호 ta가 통지되는 시점에 개시된다.
이때, 인에이블 제어 회로(451)는, 50MHz로 입력되는 클록 신호를 카운트하고, 카운트 값이 사전에 설정한 값에 도달한 시점에서 카운트 동작을 종료한다. 인에이블 제어 회로(451)는, 종료 시점에 1개 enable 신호만을 출력한다. AND 회로(397)는, enable 신호와 클록 신호의 AND 연산에 의해 스트로브 신호를 발생한다.
변화점 검출부(453)는, 스트로브 신호의 출력 시점에 기억부(393)에 받아들인 복수 시점의 지연 출력 신호에 기초하여, 검출 신호가 기준 전위 Vref 이상으로 증가하는 타이밍을 검출하는 회로 디바이스이다. 예를 들어, 검출 신호가 기준 전위 Vref보다 작은 기간에는, "0"이 연속된다. 한편, 검출 신호가 기준 전위 Vref 보다 큰 기간에는, "1"이 연속된다. 이 예에서, 변화점 검출부(453)는, "1"이 검출될 때까지 출현한 "0"의 수를 카운트하여, 카운트 값을 변화점의 정보로서 출력한다.
도 72는, 변화점 검출부(453)에 받아들여진 수열의 예를 구체적으로 나타낸다. 도 72의 (A) 부분은, 입력 펄스 신호의 파형을 나타낸다. 도 72의 (B) 부분은, 클록 신호의 파형을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 클록 신호는 50MHz(20ns)로 주어진다. 도 72의 (C) 부분은, 스트로브 신호의 파형을 나타낸다. 도 72의 (D1) 부분은, 입력 조작 실행이 있는 경우에 대응하는 제1 도입 예의 수열이다. 도 72의 (D2) 부분은, 입력 조작 실행이 없는 경우에 대응하는 제2 도입 예의 수열이다. 도 72의 (D1)과 (D2) 부분을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, "1"이 검출될 때까지 출현하는 "0"의 수는 입력 조작의 존재에 따라서 크게 변화한다.
카운트 값의 1개분의 차이는, 2ns(500MHz)의 차이에 상당한다. 하지만, 후속하는 판정부(373)에서의 판정이 정확하게 실행되기 위해서는, 입력 조작 실행이 없는 경우의 카운트 값의 수가 기준점에 출현하는 것이 필요하다. 즉, 캘리브레이션 동작이 필요하다. 캘리브레이션의 방법에 대해서는, 제2 실시예의 제1 예와 동일하다.
[D-3. 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(445)의 동작 흐름(도 73)에 따른 용량형 센서 모듈(441)의 처리 동작을 설명할 것이다.
우선, 시퀀서(445)는, 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S31). 여기서, 시퀀서(445)는, 입력 펄스 신호의 1 주기마다, 상면측의 전극 패턴(5)의 좌표값 X를 “1”만 증가시킨다. 도 73의 경우, 증가된 좌표값 X가 “5”에 도달하면 좌표값 X를 “1”로 복귀시키고, 하면측의 전극 패턴의 좌표값 Y을 “1”만 증가시킨다. 또한, 증가된 좌표값 Y가 “5”에 도달하면, 좌표값 Y를 “1”로 복귀시킨다.
이렇게 발생된 좌표값 X와 Y가, 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 기준값 테이블(447), 및 판정부(373)에 주어진다. 이에 의해, 기준값 테이블(447)로부터 비교기(369)에는, 측정 점 각각에 적합한 기준값 Vref이 주어진다. 또한, 입력 펄스 신호의 입력 준비 시에, 멀티플렉서(353)와 멀티플렉서(355)가 절환 제어된다.
한편, 시퀀서(445)는, 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출을 기다린다(S32). 하강 에지가 검출되면, 시퀀서(445)는, 에지 검출을 측정부(449)에 통지하고, 인에이블 제어 회로(451)에 의한 enable 신호의 출력을 개시시킨다.
이때, 지연 회로단(391)에서는, 2ns씩 시간차를 갖는 지연 출력 신호가 발생된다. 스트로브 신호의 입력시에 존재하는 지연 출력 신호가 기억부(393)에 일제히 받아들여진다.
그 후, 변화점 검출부(453)는, 검출 신호가 기준값 Vref을 초과하는 타이밍(즉, 변화점)을 검출한다. 시퀀서(445)는, 변화점의 검출 처리의 완료를 대기한다(S33). 다음에, 시퀀서(445)는, 판정부(373)에 인터럽션 요구를 출력한다(S34). 인터럽션 요구가 입력되는 판정부(373)는, 검출된 카운트 값과 기준값을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 측정 점에 대한 입력 조작의 존재를 판정한다.
그 후, 시퀀서(445)는, 정지 요구가 존재하는지의 여부를 판정한다(S35). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에, 시퀀서(445)는 다시 XY 좌표의 발생 동작으로 복귀하고, 이상의 동작을 반복한다. 또한, 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(445)는, 동작을 종료한다.
[E-4. 결론]
전술한 바와 같이, 검출 신호가 기준 전위 Vref을 초과할 때까지의 시간 길이를 검출하여 입력 조작의 존재를 판정할 경우에도, 종래 기술에 비하여 압도적으로 고속의 판정 동작이 가능하게 된다. 예를 들어, 10개 위치에 관한 판정 처리를 실행할 경우, 종래 기술에서는 20ms의 시간이 필요하다. 하지만, 이 예의 경우에는, 20μs의 시간이면 충분하다. 이로 인해, 종래 기술에서는 다루기 어려웠던 고속 입력 처리가 가능하게 된다.
물론, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(443)도 여러 위치 검출에 이용할 수 있다. 또한, 전류 입력 전압 출력형 앰프(359)의 입력단까지 전류 모드로 동작이 실행되기 때문에, 높은 노이즈 내성을 기대할 수 있다. 즉, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(443)는, 검출 정밀도에 대하여도 실용상 충분한 정밀도를 기대할 수 있다. 또한, 이 예의 경우, 50MHz(20ns)의 클록 신호를 사용하면서, 500MHz(2ns)의 클록 신호를 사용한 경우와 동등한 정밀도로 변화점의 출현 위치를 검출할 수 있다.
즉, 종래 방식에 비하여 저주파수에서 동작하는 용량 변화 측정 회로(443)를 실현할 수 있다. 또한, 동작 클록의 주파수를 낮출 수 있기 때문에, 용량 변화 측정 회로(443)의 저소비 전력화를 실현할 수 있다. 이 저소비 전력화는, 특히 용량형 센서 모듈(441)을 휴대형 전자 기기에 탑재할 경우에, 동작 시간의 장기 수명화 를 실현하는데도 유리하다. 또한, 이것으로부터 휴대형 전자 기기에 대한 용량형 센서 모듈(441)의 탑재를 촉진할 수 있다.
또한, 동작 클록의 주파수를 낮출 수 있기 때문에, PLL(Phase-Locked Loop) 회로 등의 클록 체배 회로를 없애는 것이 가능하게 된다. 그만큼, 용량 변화 측정 회로(443)의 집적화가 용이하게 된다.
[E. 제4 예]
[E-1. 검출 원리]
이 예에서는, 입력 펄스 신호에 대한 검출 신호의 펄스폭의 차이에 착안한다. 도 74는 측정 점(폐쇄 회로)에 착안하여 측정한 응답 파형과 펄스폭 ΔT 간의 관계를 나타낸다. 도 74에서는, 입력 조작 실행이 없는 경우의 검출 신호를 실선으로 나타내고, 입력 조작 실행이 있는 경우의 검출 신호를 파선으로 나타내고 있다.
도 74에 나타낸 바와 같이, 입력 조작 실행이 없는 경우의 펄스폭 ΔT1에 비하여 입력 조작 실행이 있는 경우의 펄스폭 ΔT2이 길어진다. 이 예에서는, 검출 신호가 기준 전위 Vref를 초과하는 시간 길이를 펄스폭으로서 측정한다. 도 74에서, 횡축은 입력 펄스 신호의 하강 타이밍부터의 경과 시간이다. 도 74에서, 종축은 응답 파형에 대응하는 전류량이다.
[E-2. 시스템 구성]
도 75는, 이 예에 따른 용량형 센서 모듈(461)의 시스템 구성예를 나타낸다. 도 75에서, 제2 실시예의 제1 예에 따른 도 49의 것들과 대응하는 요소에는 동일한 부호를 붙인다. 용량형 센서 모듈(461)은, 용량형 센서 디바이스(343)와, 용량 변화 측정 회로(463)를 포함한다.
용량 변화 측정 회로(463)는, 발진기(351), 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 시퀀서(465), 전류 입력 전압 출력형 앰프(359), 비교기(369), 기준값 테이블(467), 측정부(469), 판정부(373)를 포함한다. 이 예의 경우, 전류 입력 전압 출력형 앰프(359)로부터 출력되는 검출 신호의 펄스폭을 측정하기 때문에, 제2 실시예의 제1 예에서와 같은 피크 홀드 회로 및 방전 회로는 불필요하다. 이하에서는, 이 예에서 채용된 신규한 구성 부분에 대하여만 설명할 것이다.
[1. 시퀀서]
시퀀서(465)는, 입력 펄스 신호가 공급되는 전극 패턴(5)에의 접속 순서와 응답 신호의 취출원이 되는 전극 패턴(7)에의 접속 순서를, 좌표 정보 (X, Y)로서 출력하는 회로이다. 이 예에서, 시퀀서(465)는, 입력 펄스 신호의 하강 에지에 기초하여, 제어 타이밍을 관리한다. 이 기능은, 제2 실시예의 제1 예의 것과 동일하다.
이 예에서의 시퀀서(465)는, 시퀀서(465)가 측정부(469) 및 판정부(373) 등의 제어 타이밍을 발생하는 점에 있어서, 제2 실시예의 제1 예의 것과 동일하다. 하지만, 이 예에 따른 시퀀서(465)는, 이 예에서 검출 신호의 펄스폭의 차이가 측정 대상이기 때문에, 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출 신호를 측정부(469)에 출력한다.
[2. 기준값 테이블]
기준값 테이블(467)은, 측정 점의 좌표와 기준값 Vref를 대응시켜 보존하는 기억 영역이다. 도 54에 나타낸 바와 같이, 측정 점에 따라서 검출 신호의 진폭 및 파형이 크게 변화하기 때문에, 측정 점에 따라서 기준 전위 Vref를 가변된다. 따라서, 이 예의 경우에, 측정 점마다 기준 전위 Vref을 최적화하고, 입력 조작의 존재를 펄스폭의 변화로서 측정할 수 있다.
[3. 측정부]
측정부(469)는, 비교기(369)로부터 입력되는 비교 출력 신호에 드러나는 논리 출력 레벨의 변화점을 검출하는 회로 디바이스이다. 도 76은, 이 예에 따른 측정부(469)의 구성예를 나타낸다. 도 76에서, 도 71의 것들과 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙인다. 측정부(469)는, 지연 회로단(391), 기억부(393), 인에이블 제어 회로(451), AND 회로(397), 및 변화점 검출부(471)를 포함한다.
이 예의 경우, 측정부(469)는 제2 실시예의 제1 예와 동일한 구조를 갖는 지연 회로단(391)을 채용한다. 즉, 지연 회로단(391)은, 각각 동일한 단위 지연 시간을 갖는 지연 소자의 직렬 회로를 포함한다. 이 예에서, 상온에서의 단위 지연 시간이 2ns인 지연 소자를 마찬가지로 사용한다.
이 예의 경우, 지연 회로단(391)을 구성하는 지연 소자의 단수는, 지연 회로단(391) 상에 동시에 존재하는 복수 시점의 지연 출력 신호의 시간 길이가 지연 출력 신호로서 "1"이 출현할 가능성이 있는 시간 폭보다 길도록, 설정된다. 즉, 제2 실시예의 제1 예와 동일한 검출 방법을 채용한다. 물론, 제2 실시예의 제2 예와 동일한 검출 방법을 사용할 수도 있다. 이하에서는, 제1 예와 동일한 검출 방법을 채용할 경우에 대하여 설명할 것이다.
기억부(393)는, 지연 소자 각각의 출력단 각각에 드러나는 지연 출력 신호를 대응하는 기억 영역에, 스트로브 펄스에 동기하여 도입하는 기억 디바이스를 포함한다. 이 예에서, 기억부(393)는 또한, 지연 소자와 동수의 플립 플롭 회로를 포함한다. 플립 플롭 회로의 입력 단자는, 각각 대응하는 지연 소자의 출력 단자에 접속된다.
또한, 플립 플롭 회로의 출력 단자는, 각각 변화점 검출부(471)에 접속된다. 또한, 플립 플롭 회로의 클록 단자는, 입력 단자에 나타나는 신호값의 도입 타이밍을 규정하는 스트로브 신호의 입력에 사용된다.
인에이블 제어 회로(451)와 AND 회로(397)는, 전술한 스트로브 신호의 발생용이다. 인에이블 제어 회로(451)는, 스트로브 신호의 출력 가능 기간을 지정하는enable 신호를 발생한다. 예를 들어, 인에이블 제어 회로(451)는 카운터를 포함한다. 인에이블 제어 회로(451)의 카운트 동작은, 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출 신호 ta가 통지되는 시점에 개시된다.
이때, 인에이블 제어 회로(451)는, 50MHz로 입력되는 클록 신호를 카운트하고, 카운트 값이 사전에 설정한 값에 도달한 시점에서 카운트 동작을 종료한다. 펄스폭의 측정에 필요한 기간 길이는, 측정 점에 따라서 크게 변하기 때문에, 카운트 동작의 종료 타이밍은 측정 점마다 설정하는 것이 바람직하다.
인에이블 제어 회로(451)는, 이런 종료 시점에 1개 enable 신호만 출력한다. AND 회로(397)는, enable 신호와 클록 신호의 AND 연산에 의해 스트로브 신호를 발 생한다. 변화점 검출부(471)는, 스트로브 신호의 출력 시점에 기억부(393)에 받아들여진 복수 시점의 지연 출력 신호에 기초하여, 검출 신호가 기준 전위 Vref 이상인 기간 길이를 검출하는 회로 디바이스이다. 변화점 검출부(471)는, 지연 출력 신호로서 출현하는 "1"의 수를 카운트한다.
도 77은 변화점 검출부(471)에 받아들여진 수열의 예를 구체적으로 나타낸다. 도 77의 (A) 부분은, 입력 펄스 신호의 파형을 나타낸다. 도 77의 (B) 부분은, 클록 신호의 파형을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 클록 신호는 50MHz(20ns)로 주어진다. 도 77의 (C) 부분은, 스트로브 신호의 파형을 나타낸다.
도 77의 (D1) 부분은, 입력 조작 실행이 없는 경우에 대응하는 제1 도입예의 수열의 예를 나타낸다. 도 77의 (D2) 부분은, 입력 조작 실행이 있는 경우에 대응하는 제2 도입 예의 수열의 예를 나타낸다. 도 77의 (D1)과 (D2) 부분을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 입력 조작의 존재에 따라서 "1"의 수가 크게 변화한다. 도 77의 (D1) 부분은, 검출 신호의 펄스폭이 지연 소자의 14개분으로 주어지는 경우를 나타낸다. 도 77의 (D2) 부분은, 검출 신호의 펄스폭이 지연 소자의 20개분으로 주어지는 경우를 나타낸다.
카운트 값의 1개분의 차이는, 2ns(500MHz)의 차이에 상당한다. 하지만, 후속하는 판정부(373)에서의 판정이 정확하게 실행되기 위해서는, 입력 조작 실행이 없는 경우에 있어서의 카운트 값의 수가 기준점에 출현하는 것이 필요하다. 즉, 캘리브레이션 동작이 필요하다. 캘리브레이션의 방법은, 제1 예와 동일하다.
[E-3. 처리 동작의 내용]
이하에서는, 시퀀서(465)의 동작 흐름(도 78)을 따른 용량형 센서 모듈(461)의 처리 동작을 설명할 것이다.
우선, 시퀀서(465)는, 측정 대상으로 하는 조작면 상의 위치를 지정하는 좌표를 발생한다(S41). 시퀀서(465)는, 입력 펄스 신호의 1 주기마다, 상면측의 전극 패턴(5)의 좌표값 X를 “1”만 증가시킨다. 도 78의 경우, 증가된 좌표값 X가 “5”에 도달하면, 시퀀서(465)는 좌표값 X를 “1”로 복귀시키고, 하면측의 전극 패턴의 좌표값 Y를 “1”만 증가시킨다. 증가된 좌표값 Y가 “5”에 도달하면, 시퀀서(465)는 좌표값 Y를 “1”로 복귀시킨다.
이와 같이 발생된 좌표값 X와 Y가, 디멀티플렉서(353), 멀티플렉서(355), 기준값 테이블(467), 및 판정부(373)에 주어진다. 이에 의해, 기준값 테이블(467)로부터 비교기(369)에는, 측정 점 각각에 적합한 기준값 Vref이 주어진다. 또한, 입력 펄스 신호의 입력 준비 시에 디멀티플렉서(353)와 멀티플렉서(355)가 절환 제어된다.
한편, 시퀀서(465)는, 입력 펄스 신호의 하강 에지의 검출을 기다린다(S42). 하강 에지가 검출되면, 시퀀서(465)는, 에지 검출을 측정부(469)에 통지하고, 인에이블 제어 회로(151)에 의한 enable 신호의 출력을 개시시킨다. 이때, 지연 회로단(391)에서는, 2ns씩 시간차를 갖는 지연 출력 신호가 발생된다. 스트로브 신호의 입력시에 존재하는 지연 출력 신호가 기억부(393)에 일제히 받아들여진다.
이 후, 변화점 검출부(471)는, 검출 신호가 기준값 Vref를 초과하는 기간의 길이(즉, 펄스폭)를, 판독된 수열의 "1"의 개수로서 검출한다.
시퀀서(465)는, 측정 점에 대한 상정되는 2회째의 변화점의 출현 타이밍의 경과를 대기한다(S43). 다음에, 시퀀서(465)는, 판정부(373)에 인터럽션 요구를 출력한다(S44). 인터럽션 요구가 입력되는 판정부(373)는, 검출된 카운트 값과 기준값을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 측정 점에 대한 입력 조작의 존재를 판정한다.
이 후, 시퀀서(465)는, 정지 요구가 존재하는지의 여부를 판정한다(S45). 정지 요구가 확인되지 않는 경우에, 시퀀서(465)는 다시 XY 좌표의 발생 동작에 복귀하고, 이상의 동작을 반복한다. 또한, 정지 요구가 확인되었을 경우, 시퀀서(465)는, 동작을 종료한다.
[F-4. 결론]
이상 설명한 바와 같이, 검출 신호가 기준 전위 Vref를 초과하는 기간의 길이를 검출함으로써 입력 조작의 존재를 판정할 경우에도, 종래 기술에 비하여 압도적으로 고속의 판정 동작이 가능하게 된다. 예를 들어, 10개 위치에 관한 판정 처리를 실행할 경우, 종래 기술에서는 20ms의 시간이 필요하다. 하지만, 이 예의 경우에는, 20μs 의 시간이면 충분하다. 이로 인해, 종래 기술에서는 다루기 어려웠던 고속 입력 처리가 가능하게 된다.
물론, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(463)를 여러 위치 검출에 마찬가지로 이용할 수 있다. 또한, 전류 입력 전압 출력형 앰프(359)의 입력단까지 전류 모드로 동작하기 때문에, 높은 노이즈 내성을 기대할 수 있다. 즉, 이 예에 따른 용량 변화 측정 회로(463)는, 검출 정밀도에 대하여도 실용상 충분한 정밀도를 기 대할 수 있다. 또한, 이 예의 경우, 50MHz(20ns)의 클록 신호를 사용하면서, 500MHz(2ns)의 클록 신호를 사용한 경우와 동등한 정밀도로 변화점의 출현 위치를 검출할 수 있다.
즉, 종래 방식에 비하여 저주파수에서 동작하는 용량 변화 측정 회로(463)를 실현할 수 있다. 동작 클록의 주파수를 낮출 수 있기 때문에, 용량 변화 측정 회로(443)의 저소비 전력화를 실현할 수 있다. 이 저소비 전력화는, 특히 용량형 센서 모듈(461)을 휴대형 전자 기기에 탑재하는 경우에, 동작 시간의 장기 수명화를 실현하는데도 유리하다. 또한, 이 경우, 휴대형 전자 기기에 대한 용량형 센서 모듈(461)의 탑재를 촉진할 수 있다.
또한, 동작 클록의 주파수를 낮출 수 있기 때문에, PLL(Phase-Locked Loop) 회로 등의 클록 체배 회로를 없애는 것이 가능하게 된다. 또한, 클록 체배 회로가 불필요해지기 때문에, 콘덴서의 충전 동작이 불필요하다. 그만큼, 용량 변화 측정 회로(463)의 집적화가 용이해진다. 또한, 외장형의 콘덴서를 사용할 경우에 비하여, 집적 회로에 필요한 핀수를 삭감할 수 있다.
[F. 다른 예]
[F-1. 측정부의 다른 구성 1]
전술한 예들에서는, enable 신호와 클록 신호의 AND 연산에 의해 스트로브 신호를 생성하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 스트로브 신호를 생성하지 않는 회로 구성도 사용된다.
도 79는, 이러한 종류의 구성에 대응하는 측정부(481)의 회로 예를 나타낸 다. 도 79에서, 도 59의 것들에 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙인다. 측정부(481)는, 지연 회로단(391), 입력 선택부(483), 기억부(485), 인에이블 제어 회로(487), 변화점 검출부(489)를 포함한다. 동일한 참조 부호를 붙여서 나타낸 바와 같이, 지연 회로단(391)의 구성은, 전술한 예들과 동일하다. 즉, 지연 회로단(391)은, 각각 동일한 단위 지연 시간을 갖는 지연 소자를 직렬로 접속한 회로 구성을 갖는다. 또한, 지연 소자의 단수는, 전술한 각 예에서 요구되는 측정 기간 길이에 따라서 설정된다.
입력 선택부(483)와 기억부(485) 모두는, 지연 소자의 출력 단자에 대응하는 멀티플렉서와 플립 플롭을 포함하는 회로 디바이스이다.
멀티플렉서는, enable 신호가 유효값일 경우(전술한 예들의 H 레벨에 대응함), 대응하는 지연 소자로부터 입력되는 지연 출력 신호를 선택하는 동작을 한다. 한편, 멀티플렉서는, enable 신호가 무효값일 경우(전술한 예들의 L 레벨에 대응함), 대응하는 플립 플롭의 출력 신호를 선택하는 동작을 한다.
즉, 입력 선택부(483)를 구성하는 멀티플렉서는, enable 신호가 유효값인 시간 동안, 대응하는 지연 소자의 지연 출력 신호를 플립 플롭에 전송하는데 사용되고, 그 이외의 기간은 플립 플롭의 출력값을 루핑(looping)하는데 사용된다.
한편, 기억부(485)를 구성하는 플립 플롭은, 클록 신호가 입력되는 때마다, 멀티플렉서의 출력 신호를 받아들이는 동작을 실행한다. 전술한 바와 같이, 입력 선택부(483)와 기억부(485)에 의해, 전술한 각 예들의 것과 동일한 동작이 실현된다.
인에이블 제어 회로(487)에 대하여, 전술한 각 예에 대응한 타이밍에서 enable 신호를 발생하는 회로 디바이스가 사용된다. 또한, 변화점 검출부(489)에 대하여도, 전술한 각 예에 대응한 변화점을 검출하는 회로 디바이스가 사용된다. 즉, 이 회로 구성을 갖는 측정부(481)는, 전술한 모든 예에 응용될 수 있다.
[F-2. 측정부의 다른 구성 2]
전술의 모든 예에 있어서, 지연 소자들을 직렬로 접속하여 지연 회로단을 구성할 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 각각 단위 지연 시간 시간만큼 서로 다른 지연량을 갖는 지연 출력 신호가 다른 회로 구성에 의해서 실현될 수 있다.
도 80은 이러한 종류의 구성에 대응하는 측정부(491)의 회로 예를 나타낸다. 도 80에서, 도 59의 것들에 대응하는 요소에는 동일한 부호를 붙인다. 측정부(491)는, 지연 회로단(493), 기억부(393), 인에이블 제어 회로(495), AND 회로(394), 변화점 검출부(497)를 포함한다.
도 80에 나타낸 바와 같이, 지연 회로단(493)은, 지연 소자의 단수가 1단씩 다른 병렬 회로를 포함한다.
즉, 지연 회로단(493)은, 지연 소자가 1개의 회로와, 지연 소자가 2개의 회로, 지연 소자가 3개인 회로 등과 같이, 지연량이 단위 지연 시간만큼 서로 다른 회로들을 병렬 접속하는 구성을 포함한다. 이런 회로 구성은, 필요한 지연 시간의 범위가 넓을수록 회로 면적이 커지는 문제점을 갖는다. 하지만, 이런 회로 구성은, 지연 시간의 범위가 소규모이어도 충분한 경우에도 충분히 실용 가능한 회로 구성이다.
인에이블 제어 회로(495)에 대하여, 전술한 각 예에 대응한 타이밍에서 enable 신호를 발생하는 회로 디바이스가 사용된다. 또한, 변화점 검출부(497)에 대하여도, 전술한 각 예에 대응한 변화점을 검출하는 회로 디바이스가 사용된다. 즉, 이 회로 구성을 갖는 측정부(491)는, 전술한 모든 예들에 대하여 응용될 수 있다.
[응용]
[제품예]
[a. 시스템 구성]
전술의 설명에서는, 용량형 센서 모듈의 구조와 동작 내용에 대하여 설명하였다. 그러나, 전술한 용량형 센서 모듈은 또한, 각종 전자 기기에 실장됨으로써 제품 형태로 유통된다. 이하, 용량형 센서 모듈을 전자 기기에 실장하는 예들을 기술할 것이다.
도 82 및 도 83은 전자 기기의 기능 구성예를 나타낸다.
도 82에 나타내어진 전자 기기(161)는, 표시 디바이스(163)의 표면에 용량형 센서 모듈(165)이 적층되는 전자 기기로서의 기능 구성을 갖는다. 전자 기기(161)에는, 시스템 전체를 제어하기 위한 시스템 제어부(167)가 탑재된다. 표시 디바이스(163)로서, 예를 들어, 액정 패널, 유기 EL 디스플레이 패널, FED 패널, 플라스마 패널 등이 사용된다.
도 83에 나타내어진 전자 기기(171)는, 표시 디바이스를 사용하지 않는 전자 기기로서의 기능 구성을 갖는다. 전자 기기(171)는, 예를 들어, 취출 범 위(extraction range)를 용량형 센서 모듈(223)을 투과시켜 시인하면서 지정하는 스캐너 등으로서의 기능 구성을 갖는다. 물론, 전자 기기(171)에는, 시스템 전체를 제어하기 위한 시스템 제어부(175)가 탑재된다.
[b. 구체예]
이하에서는, 전자 기기의 구체적인 외관 예에 대하여 기술할 것이다.
도 84는, 텔레비전 수상기(181)의 외관 예를 나타낸다. 텔레비전 수상기(181)는, 하우징(183)의 정면에 표시 화면(185)과, 용량형 센서 모듈(187)이 배치되는 구조를 갖는다. 전술한 각종 예들은, 용량형 센서 모듈(187)에 응용된다.
도 85는, 디지털 카메라(191)의 외관 예를 나타낸다. 도 85의 (A) 부분은 정면측(피사체측)의 외관 예이며, 도 85의 (B) 부분은 배면측(촬영자측)의 외관 예다.
디지털 카메라(191)는, 보호 커버(193), 촬상 렌즈부(195), 표시 화면(197), 용량형 센서 모듈(199), 제어 스위치(201) 및 셔터 버튼(203)을 포함한다. 전술한 각종 예들은 용량형 센서 모듈(199)에 응용된다.
도 86은, 비디오 카메라(211)의 외관 예를 나타낸다. 비디오 카메라(211)는, 본체(213)의 전방에 위치되는 피사체를 촬상하는 촬상 렌즈(215), 촬상 개시/중지 스위치(217) 및 표시 화면(219), 용량형 센서 모듈(211)을 포함한다. 전술한 각종 예들은, 용량형 센서 모듈(221)에 응용된다.
도 87은, 휴대 단말 장치로서의 휴대 전화기(231)의 외관 예를 나타낸다. 도 87의 (A) 및 (B) 부분에 나타내어진 휴대 전화기(281)는 접이식이다. 도 87의 (A) 부분은 하우징을 개방한 상태의 외관 예이며, 도 87의 (B) 부분은 하우징을 접은 상태의 외관 예이다.
휴대 전화기(231)는, 상측 패키지(233), 하측 패키지(235), 연결부(이 예에서는 힌지부)(237), 주 표시 화면(239), 용량형 센서 모듈(241), 보조 표시 화면(243), 용량형 센서 모듈(245), 픽처 라이트(247) 및 촬상 렌즈(249)를 포함한다. 전술한 각종 예들은, 용량형 센서 모듈(241 및 245)에 응용된다.
도 88은, 노트북 퍼스널 컴퓨터(251)의 외관 예를 나타낸다. 도 88에 나타내어진 노트북 퍼스널 컴퓨터(251)는, 하측 하우징(253), 상측 하우징(255), 키보드(257), 표시 화면(259), 및 용량형 센서 모듈(261)을 포함한다. 전술한 각종 예들은, 용량형 센서 모듈(261)에 응용된다.
또한, 이 명세서에서의 "전자 기기"는, 휴대용 오디오 재생기, 게임기, 전자 서적, 전자 사전, 설비형 가전 기기, 산업 기계, 사무 기기 등을 포함한다.
본 발명의 전술된 제2 실시예로부터 하기의 기술들이 도출될 수 있다.
[A. 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 검출 회로]
예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 검출 회로가 제안된다.
(1) 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 전극 구동부
(2) 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출된 검출 신호와 기준값을 비교하는 비교기
(3) 비교기의 비교 출력 신호를 순차 지연하고, 단위 지연 시간 길이만큼 서로 다른 비교 시점을 갖는 복수의 지연 출력 신호를 생성하는 지연 회로단
(4) 복수의 지연 출력 신호에 대응하는 복수의 신호값을 기억하는 기억부
(5) 기억부에 기억된 복수의 신호값에 기초하여, 측정 대상으로 하는 시간량을 단위 지연 시간 길이의 정밀도로 검출하는 검출부
지연 회로단에서의 지연량의 범위는, 검출 신호에서 변화점이 출현할 가능성이 있는 시간 범위 이상인 것이 바람직하다.
지연 회로단에서의 지연량의 범위는, 검출 신호의 신호값에 변화점이 출현할 가능성이 있는 시간 범위 미만이며, 측정 대상으로 하는 시간량의 검출은, 기억부에 대한 신호값의 기억 동작과 검출 동작을 복수 시점에 대하여 반복함으로써 실행되는 것이 바람직하다.
[B. 용량형 센서 모듈]
또한, 예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 용량형 센서 모듈에 제안된다.
(1) 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴, 및 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스
(2) 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 전극 구동부
(3) 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출된 검출 신호와 기준값을 비교하는 비교기
(4) 비교기의 비교 출력 신호를 순차 지연하고, 단위 지연 시간 길이만큼 서로 다른 비교 시점을 갖는 복수의 지연 출력 신호를 생성하는 지연 회로단
(5) 복수의 지연 출력 신호에 대응하는 복수의 신호값을 기억하는 기억부
(6) 기억부에 기억된 복수의 신호값에 기초하여, 측정 대상으로 하는 시간량을 단위 지연 시간 길이의 정밀도로 검출하는 검출부
(7) 검출부에서 검출된 시간량에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기적 특성을 갖는 물체를 이용하여 입력 조작을 판정하는 판정부
[C. 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 검출 방법]
또한, 예를 들어, 이하의 단계를 포함하는 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 검출 방법이 제안된다.
(1) 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 입력 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 단계
(2) 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호와 기준값을 비교하는 단계
(3) 비교 단계에 의해 얻어지는 비교 출력 신호를 순차 지연하고, 단위 지연 시간 길이만큼 서로 다른 비교 시점을 갖는 복수의 지연 출력 신호를 생성하는 단계
(4) 복수의 지연 출력 신호에 대응하는 복수의 신호값을 기억부에 기억하는 단계
(5) 기억부에 기억된 복수의 신호값에 기초하여, 측정 대상으로 하는 시간량 을 단위 지연 시간 길이의 정밀도로 검출하는 단계
[D. 전자 기기]
또한, 예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 전자 기기가 제안된다.
(1) 표시 디바이스
(2) 표시 디바이스의 표면에 배치되는 용량형 센서 디바이스이며, 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴, 및 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스
(3) 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 전극 구동부
(4) 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출된 검출 신호와 기준값을 비교하는 비교기
(5) 비교기의 비교 출력 신호를 순차 지연하고, 단위 지연 시간 길이만큼 서로 다른 비교 시점을 갖는 복수의 지연 출력 신호를 생성하는 지연 회로단
(6) 복수의 지연 출력 신호에 대응하는 복수의 신호값을 기억하는 기억부
(7) 기억부에 기억된 복수의 신호값에 기초하여, 측정 대상으로 하는 시간량을 단위 지연 시간 길이의 정밀도로 검출하는 검출부
(8) 검출부에서 검출된 시간량에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기적 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작을 판정하는 판정부
(9) 시스템 전체의 동작을 제어하는 시스템 제어부
[E. 전자 기기]
또한, 예를 들어, 이하의 디바이스를 갖는 전자 기기가 제안된다.
(1) 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴, 및 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스
(2) 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기로 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 전극 구동부
(3) 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출된 검출 신호와 기준값을 비교하는 비교기
(4) 비교기의 비교 출력 신호를 순차 지연하고, 단위 지연 시간만큼 서로 다른 비교 시점을 갖는 복수의 지연 출력 신호를 생성하는 지연 회로단
(5) 복수의 지연 출력 신호에 대응하는 복수의 신호값을 기억하는 기억부
(6) 기억부에 기억된 복수의 신호값에 기초하여, 측정 대상으로 하는 시간량을 단위 지연 시간 길이의 정밀도로 검출하는 검출부
(7) 검출부에서 검출된 시간량에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기적 특성을 갖는 물체에 의한 입력 조작을 판정하는 판정부
(8) 시스템 전체의 동작을 제어하는 시스템 제어부
본 발명의 실시예들의 경우에는, 검출 신호와 기준값의 비교 결과로서의 비교 출력 신호가, 지연 회로단에서 순차적으로 지연된다. 이때, 지연 회로단에는, 단위 지연 시간 길이만큼 서로 다른 비교 시점을 갖는 복수의 비교 출력 신호가 항 상 존재한다. 지연 회로단에 존재하는 복수의 비교 출력 신호의 신호값 각각을 기억부로부터 취출하여 측정 대상으로 하는 시간량을 검출한다. 검출되는 시간량은, 지연 회로단의 지연 소자의 1개분에 상당하는 단위 지연 시간 길이의 정밀도로 결정된다. 결과적으로, 동작 클록 속도가 낮은 경우더라도, 입력 조작과 연관된 검출 신호의 파형 변화를 고정밀도로 검출하는 것이 가능하게 된다.
본 출원은 2008년 8월 8일자로 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허 출원 JP 2008-206443호에 개시된 것과, 2008년 9월 22일자로 일본 특허청에 출원된 일본 우선권 특허 출원 JP 2008-243081호에 개시된 것에 관련한 대상을 포함하고, 그 전체 내용은 참조로서 본원에 포함된다.
본 분야의 숙련자는, 다양한 변경, 결합, 부분 결합 및 변형이, 첨부된 청구항들 또는 그 등가물의 범위 내에 있는 한, 설계 요구사항 및 다른 인자에 따라서 발생할 수 있음을 이해해야 한다.
도 1은 용량형 센서 모듈의 개략적인 평면 구성을 도시하는 도면.
도 2는 용량형 센서 모듈의 개략적인 단면 구성을 도시하는 도면.
도 3은 정전 용량 변화 측정 회로의 종래 구성을 도시하는 도면.
도 4는 종래 회로의 동작을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량형 센서 모듈의 외관 구성예를 도시하는 도면.
도 6은 검출 펄스의 파형 변화를 설명하는 도면.
도 7은 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 8은 방전에 의한 전위 변화와 기준 전위와의 관계를 설명하는 도면.
도 9는 방전에 의한 전위 변화와 판정에 필요한 경과 시간과의 관계를 설명하는 도면.
도 10은 시퀀서의 동작 예를 설명하는 도면.
도 11은 방전에 의한 전위 변화와 기준 전위와의 관계를 설명하는 도면.
도 12는 방전에 의한 전위 변화와 기준 전위와의 관계를 설명하는 도면.
도 13은 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 14는 시퀀서의 동작 예를 설명하는 도면.
도 15는 방전에 의한 전위 변화와 판정에 필요한 경과 시간과의 관계를 설명하는 도면.
도 16은 전파 경로 길이의 장단을 설명하는 도면.
도 17은 전파 경로의 등가 회로를 도시하는 도면.
도 18은 전파 경로의 개략적인 특성을 도시하는 도면.
도 19는 조작면 상의 위치에 대응하는 검출 신호의 출현 예를 도시하는 도면.
도 20은 조작면 상의 위치에 대응하는 검출 신호의 진폭의 차이를 설명하는 도면.
도 21은 방전에 의한 전위 변화와 판정에 필요한 경과 시간과의 관계를 설명하는 도면.
도 22는 입력 펄스 신호의 고속화 기술을 설명하는 도면.
도 23은 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 24는 주파수 테이블 예를 도시하는 도면.
도 25는 주파수와 측정 점의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 26은 입력 펄스 신호의 고속화 기술을 설명하는 도면.
도 27은 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 28은 전류값 테이블 예를 도시하는 도면.
도 29는 전류값과 측정 점의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 30은 주파수 테이블 예를 도시하는 도면.
도 31은 주파수와 측정 점과의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 32는 입력 펄스 신호의 고속화 기술을 설명하는 도면.
도 33은 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 34는 기준 전위 테이블과 측정 점의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 35는 기준 전위와 측정 점의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 36은 주파수 테이블 예를 도시하는 도면.
도 37은 주파수와 측정 점의 대응 관계를 도시하는 도면.
도 38은 피크 레벨의 다른 검출 동작 예를 설명하는 도면.
도 39는 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 40은 시퀀서의 동작 예를 설명하는 도면.
도 41은 피크 레벨의 다른 검출 동작 예를 도시하는 도면.
도 42는 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 43은 시퀀서의 동작 예를 설명하는 도면.
도 44는 용량형 센서 모듈의 시스템 예를 설명하는 도면.
도 45는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량형 센서 모듈의 외관 구성예를 도시하는 도면.
도 46은 용량형 센서 모듈의 기능 구성예를 도시하는 도면.
도 47은 입력 펄스 신호에 대한 응답 파형의 형상을 설명하는 도면.
도 48은 피크 홀드 전압을 방전할 경우의 전위 변화를 설명하는 도면.
도 49는 정전 용량형 센서 모듈의 예를 도시하는 도면.
도 50은 조작면 상에 형성되는 전파 경로 길이의 차이를 설명하는 도면.
도 51은 조작면 상에 형성되는 전파 경로의 등가 회로를 도시하는 도면.
도 52는 조작면 상에 형성되는 전파 경로의 개략적인 특성을 도시하는 도면.
도 53은 측정 점 각각에 대응하는 검출 파형의 변화를 도시하는 도면.
도 54는 측정 점에 대응하는 검출 파형의 진폭의 차이를 설명하는 도면.
도 55는 검출 파형의 진폭의 차이에 따른 측정 시간 길이의 차이를 설명하는 도면.
도 56은 측정 점마다 전류 제어에 의한 측정 시간 길이의 조정을 설명하는 도면.
도 57은 전류값 테이블의 일례를 나타내는 도면.
도 58은 전류값과 측정 점의 대응 관계를 설명하는 도면.
도 59는 측정부의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 60은 스트로브 신호의 출력 타이밍을 설명하는 도면.
도 61은 스트로브 신호에 의해 받아들여진 지연 출력 신호의 수열 예를 도시하는 도면.
도 62는 시퀀서의 동작 예를 설명하는 흐름도.
도 63은 용량형 센서 모듈의 기능 구성예를 설명하는 도면.
도 64는 측정부의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 65는 스트로브 신호의 출력 타이밍을 설명하는 도면.
도 66은 토글 클록 신호를 설명하는 도면.
도 67은 스트로브 신호에 의해 순차적으로 받아들여진 지연 출력 신호의 수열 예를 도시하는 도면.
도 68은 캘리브레이션 동작을 설명하는 도면.
도 69는 검출 파형의 진폭의 차이에 따른 측정 시간 길이의 차이를 설명하는 도면.
도 70은 용량형 센서 모듈의 기능 구성예를 설명하는 도면.
도 71은 측정부의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 72는 스트로브 신호에 의해 받아들여진 지연 출력 신호의 수열 예를 도시하는 도면.
도 73은 시퀀서의 동작 예를 설명하는 흐름도 도면.
도 74는 검출 파형의 진폭의 차이에 따른 측정 시간 길이의 차이를 설명하는 도면.
도 75는 용량형 센서 모듈의 기능 구성예를 설명하는 도면.
도 76은 측정부의 내부 구성예를 도시하는 도면.
도 77은 스트로브 신호에 의해 받아들여진 지연 출력 신호의 수열 예를 도시하는 도면.
도 78은 시퀀서의 동작 예를 설명하는 흐름도.
도 79는 측정부의 다른 내부 구성 예를 도시하는 도면.
도 80은 측정부의 다른 내부 구성 예를 도시하는 도면.
도 81은 용량형 센서 모듈의 다른 기능 구성 예를 설명하는 도면.
도 82는 전자 기기의 개념 구성 예를 도시하는 도면.
도 83은 전자 기기의 개념 구성 예를 도시하는 도면.
도 84는 전자 기기 제품의 예를 도시하는 도면.
도 85는 전자 기기 제품의 예를 도시하는 도면.
도 86은 전자 기기 제품의 예를 도시하는 도면.
도 87은 전자 기기 제품의 예를 도시하는 도면.
도 88은 전자 기기 제품의 예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 23: 용량형 센서 디바이스
3, 27: 용량 변화 측정 회로
21: 용량형 센서 모듈
23: 용량형 센서 디바이스

Claims (18)

  1. 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로로서,
    상기 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기의 입력 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 전극 구동부;
    상기 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로;
    상기 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원;
    상기 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기; 및
    상기 용량 소자의 유지 전위가 상기 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체를 이용한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 복수의 판정부
    를 포함하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 타이밍 정보는, 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴의 교점 위치에 대응하는 측정 점마다 제공되는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타이밍 정보는, 상기 입력 펄스 신호의 에지 검출 타이밍부터 상기 용량 소자의 유지 전위가 상기 기준값을 교차하는 타이밍까지 경과된 시간으로 정의되며,
    상기 기준 타이밍 정보는 무조작 시에 있어서의 경과된 시간으로 정의되는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류원에 의한 방전 동작의 개시 타이밍은, 상기 검출 신호에 대하여 상정되는 피크 레벨의 출현 타이밍이나 그 이후에 정해지는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 패턴 상에서의 제1 전파 경로 길이와, 각 전극 패턴까지의 제2 전파 경로 길이의 조합으로 정해지는 총 전파 경로 길이에 기초하여, 조작 영역별로 상기 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제1 조작 영역에 대해서는, 상기 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제1 펄스 주파수 F1로 설정하고,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제2 조작 영역에 대해서는, 상기 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제2 펄스 주파수 F2(>F1)로 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 패턴 상에서의 제1 전파 경로 길이와, 각 전극 패턴까지의 제2 전파 경로 길이의 조합으로 정해지는 총 전파 경로 길이에 기초하여, 조작 영역별로, 상기 전류원의 전류량을 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제1 조작 영역에 대해서는, 상기 전류량을 제1 전류량 I1로 설정하고,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제2 조작 영역에 대해서는, 상기 전류량을 제2 전류량 I2(<I1)로 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제3 조작 영역에 대해서는, 상기 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제1 펄스 주파수 F1로 설정하고,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제4 조작 영역에 대해서는, 상기 입력 펄스 신호의 펄스 주파수를 제2 펄스 주파수 F2(>F1)로 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 패턴 상에서의 제1 전파 경로 길이와 각 전극 패턴까지의 제2 전파 경로 길이의 조합으로 정해지는 총 전파 경로 길이에 기초하여, 조작 영역별로 상기 비교기의 기준값을 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 긴 제1 조작 영역에 대해서는, 상기 기준값을 제1 기준값 R1로 설정하고,
    상기 총 전파 경로 길이가 소정의 값보다 짧은 제2 조작 영역에 대해서는, 상기 기준값을 제2 기준값 R2(>R1)로 설정하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피크 홀드 회로는, 상기 검출 신호의 정극(positive) 주기의 피크 레벨을 유지하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 피크 홀드 회로는, 상기 검출 신호의 부극(negative) 주기의 피크 레벨을 유지하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 피크 홀드 회로는, 상기 검출 신호의 정극 주기의 피크 레벨과 부극 주기의 피크 레벨의 절대값을 유지하고,
    상기 전류원은, 상기 입력 펄스 신호의 반주기 이내에, 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 회로.
  15. 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴, 및 상기 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스;
    상기 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로;
    상기 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원;
    상기 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기; 및
    상기 용량 소자의 유지 전위가 상기 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와, 상기 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체를 이용한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 복수의 판정부를 포함하는, 용량형 센서 모듈.
  16. 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법으로서,
    상기 용량형 센서 디바이스의 복수 열의 제1 전극 패턴에, 소정 주기의 입력 펄스 신호를 선-순차적으로 인가하는 단계;
    상기 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 단계;
    상기 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는 단계;
    상기 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 단계; 및
    상기 용량 소자의 유지 전위가 상기 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와, 상기 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체를 이용한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 단계
    를 포함하는, 용량형 센서 디바이스의 용량 변화 측정 방법.
  17. 표시 디바이스;
    상기 표시 디바이스의 표면에 배치되며, 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴, 및 상기 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스;
    상기 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로;
    상기 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원;
    상기 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기;
    상기 용량 소자의 유지 전위가 상기 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와, 상기 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체를 이용한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 복수의 판정부; 및
    시스템 전체의 동작을 제어하는 시스템 제어부
    를 포함하는, 전자 기기.
  18. 투과성의 재료로 형성되며, 소정 주기의 입력 펄스 신호가 선-순차적으로 인가되는 복수 열의 제1 전극 패턴, 및 상기 제1 전극 패턴과 타 층에서 교차하는 복수 열의 제2 전극 패턴을 갖는 용량형 센서 디바이스;
    상기 복수 열의 제2 전극 패턴 각각으로부터 취출되는 검출 신호의 피크 레벨을, 대응하는 전위로서 용량 소자에 저장하는 피크 홀드 회로;
    상기 입력 펄스 신호의 1 주기 이내에, 상기 용량 소자의 전위를 초기화하는 전류원;
    상기 용량 소자의 유지 전위와 기준값을 비교하는 비교기;
    상기 용량 소자의 유지 전위가 상기 기준값을 교차하는 타이밍을 나타내는 타이밍 정보와, 상기 입력 펄스 신호의 전파 경로마다 설정된 기준 타이밍 정보에 기초하여, 인체 또는 인체와 동등한 전기 특성을 갖는 물체를 이용한 입력 조작 실행의 유무를 각각 판정하는 복수의 판정부; 및
    시스템 전체의 동작을 제어하는 시스템 제어부
    를 포함하는, 전자 기기.
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