WO2024070102A1

WO2024070102A1 - 荷重検出装置および検出回路

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Publication number: WO2024070102A1
Application number: PCT/JP2023/024091
Authority: WO
Inventors: 雅規田丸
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2023-06-28
Publication date: 2024-04-04

Abstract

荷重検出装置（３）は、荷重に応じて静電容量が変化する素子部を備えた荷重センサ（１）と、素子部の静電容量を検出する検出回路（２）と、を備える。検出回路（２）は、素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部（１００）と、素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量（電流）を計測する電流計測部（２００）と、制御部（３００）と、を備える。制御部（３００）は、両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された電流Ｉｍから電荷量Ｑｍを取得し、両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された電流Ｉｒｅｆから電荷量Ｑｒｅｆを取得し、電荷量Ｑｍと電荷量Ｑｒｅｆとの差分から、素子部の静電容量を検出する。

Description

荷重検出装置および検出回路

　本発明は、静電容量の変化に基づいて荷重を検出する荷重検出装置、および所定の静電容量を有する素子部から静電容量を検出する検出回路に関する。

　荷重センサは、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、幅広く利用されている。近年、コンピュータによる制御技術の発展および意匠性の向上とともに、人型のロボットおよび自動車の内装品等のような自由曲面を多彩に使用した電子機器の開発が進んでいる。それに合わせて、各自由曲面に高性能な荷重センサを装着することが求められている。

　以下の特許文献１には、静電容量型センサの静電容量を検出する装置が記載されている。この装置では、抵抗を介して測定対象の素子部に電圧が印加される。抵抗後段の電圧の変化に基づいて、測定対象の素子部の静電容量が検出される。具体的には、電圧印加期間の所定のタイミングにおいて、抵抗後段の電圧値が測定され、この電圧値に基づいて、測定対象の素子部の静電容量が算出される。さらに、算出された静電容量に基づいて、測定対象の素子部に付与された荷重が算出される。

特開２０２１－８１２０９号公報

　しかしながら、上記方法では、配線や他の素子部の寄生容量および寄生インダクタンス等が、抵抗後段の電圧の変化に影響する。このため、算出された静電容量は誤差成分を含むこととなり、この誤差成分により、荷重の検出精度が低下する。

　かかる課題に鑑み、本発明は、素子部の静電容量を精度良く検出することが可能な荷重検出装置および検出回路を提供することを目的とする。

　本発明の第１の態様は、荷重検出装置に関する。この態様に係る荷重検出装置は、荷重に応じて静電容量が変化する素子部を備えた荷重センサと、前記素子部の静電容量を検出する検出回路と、を備える。前記検出回路は、前記素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部と、前記素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量を計測する計測部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された前記電気量から第１の値を取得し、前記両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された前記電気量から第２の値を取得し、前記第１の値と前記第２の値との差分から、前記素子部の静電容量を検出する。

　本態様に係る荷重検出装置によれば、第１の値には、素子部に蓄積された電荷量とともに寄生容量や寄生インダクタンス等による不要な電荷量が反映され、第２の値には、主として、寄生容量や寄生インダクタンス等による不要な電荷量が反映される。したがって、第１の値と第２の値との差分をとることにより、第１の値から不要な電荷量の影響がキャンセルされ、この差分は、主として素子部に蓄積された電荷量が反映されたものとなる。このため、この差分から素子部の静電容量を検出することにより、寄生容量や寄生インダクタンス等の影響が効果的に抑制された静電容量を取得できる。よって、素子部に印加された荷重の検出精度を高めることができる。

　また、静電容量の検出のために、特別な回路を別途配さずともよく、素子部の両方の電極に印加される電位を上記のように切り替えるだけでよい。よって、簡素な構成により精度良く、素子部の静電容量を検出できる。

　本発明の第２の態様は、所定の静電容量を有する素子部から前記静電容量を検出する検出回路に関する。この態様に係る検出回路は、前記素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部と、前記素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量を計測する計測部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された前記電気量から第１の値を取得し、前記両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された前記電気量から第２の値を取得し、前記第１の値と前記第２の値との差分から、前記素子部の静電容量を検出する。

　本態様に係る検出回路によれば、上記第１の態様と同様、素子部の静電容量を精度良く検出できる。

　以上のとおり、本発明によれば、素子部の静電容量を精度良く検出することが可能な荷重検出装置および検出回路を提供できる。

　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）は、実施形態１に係る、ベース部材と、ベース部材の上面に設置された導電弾性体とを模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、実施形態に係る、図１（ａ）の構造体に導体線が設置された状態を模式的に示す斜視図である。図２（ａ）は、実施形態１に係る、図１（ｂ）の構造体に糸が設置された状態を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、実施形態１に係る、図２（ａ）の構造体にシート状部材が設置された状態を模式的に示す斜視図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る、荷重センサの断面を模式的に示す図である。図４は、実施形態１に係る、荷重センサの内部の構成を模式的に示す平面図である。図５は、実施形態１に係る、荷重検出装置の構成を示すブロック図である。図６は、実施形態１に係る、電位印加部の構成を示す回路図である。図７は、実施形態１に係る、ゲート信号生成部から出力されるゲート信号を示すタイムチャートである。図８は、実施形態１に係る、測定対象の素子部の両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおける電位印加部の動作状態を示す図である。図９は、実施形態１に係る、放電時における電圧印加部の動作状態を示す図である。図１０は、実施形態１に係る、測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおける電位印加部の動作状態を示す図である。図１１は、実施形態１に係る、放電時における電圧印加部の動作状態を示す図である。図１２は、実施形態１に係る、電流計測部により計測される電流を模式的に示すタイムチャートである。図１３は、実施形態１に係る、次の測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位を印加する際の電位印加部の動作状態を示す図である。図１４は、実施形態１に係る、静電容量の検出処理を示すフローチャートである。図１５は、実施形態１に係る、静電容量のシミュレーション結果を示すグラフである。図１６は、変更例１に係る、静電容量の検出処理を示すフローチャートである。図１７は、変更例１に係る、測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおける電位印加部の動作状態を模式的に示す図である。図１８は、変更例１に係る、測定対象の素子部の両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおける電位印加部の動作状態を模式的に示す図である。図１９は、変更例２に係る、電位印加部の構成を示す回路図である。図２０は、変更例３に係る荷重センサおよび電位印加部の構成を示す回路図である。図２１は、実施形態２に係る、荷重検出装置の構成を示すブロック図である。図２２は、実施形態２に係る、電位印加部の構成を示す回路図である。図２３は、実施形態２に係る、測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおける電位印加部の動作状態を示す図である。図２４は、実施形態２に係る、放電時における電位印加部の動作状態を示す図である。図２５は、実施形態２に係る、測定対象の素子部の両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおける電位印加部の動作状態を示す図である。図２６は、実施形態２に係る、電圧計測部により計測される電圧の変化を模式的に示す図である。

　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

　本発明に係る荷重検出装置は、付与された荷重に応じて処理を行う管理システム等に適用可能である。管理システムとしては、たとえば、在庫管理システム、ドライバーモニタリングシステム、コーチング管理システム、セキュリティー管理システム、介護・育児管理システムなどが挙げられる。

　在庫管理システムでは、たとえば、在庫棚に設けられた荷重センサにより、積載された商品の荷重が検出され、在庫棚に存在する商品の種類と商品の数とが検出される。これにより、店舗、工場、倉庫などにおいて、効率よく商品を管理できるとともに省人化を実現できる。また、冷蔵庫内に設けられた荷重センサにより、冷蔵庫内の食品の荷重が検出され、冷蔵庫内の食品の種類と食品の数や量とが検出される。これにより、冷蔵庫内の食品を用いた献立を自動的に提案できる。

　ドライバーモニタリングシステムでは、たとえば、操舵装置に設けられた荷重センサにより、ドライバーの操舵装置に対する荷重分布（たとえば、把持力、把持位置、踏力）がモニタリングされる。また、車載シートに設けられた荷重センサにより、着座状態におけるドライバーの車載シートに対する荷重分布（たとえば、重心位置）がモニタリングされる。これにより、ドライバーの運転状態（眠気や心理状態など）をフィードバックすることができる。

　コーチング管理システムでは、たとえば、シューズの底に設けられた荷重センサにより、足裏の荷重分布がモニタリングされる。これにより、適正な歩行状態や走行状態へ矯正または誘導することができる。

　セキュリティー管理システムでは、たとえば、床に設けられた荷重センサにより、人が通過する際に、荷重分布が検出され、体重、歩幅、通過速度および靴底パターンなどが検出される。これにより、これらの検出情報をデータと照合することにより、通過した人物を特定することが可能となる。

　介護・育児管理システムでは、たとえば、寝具や便座に設けられた荷重センサにより、人体の寝具および便座に対する荷重分布がモニタリングされる。これにより、寝具や便座の位置において、人がどのような行動を取ろうとしているかを推定し、転倒や転落を防止することができる。

　以下の実施形態の荷重検出装置は、たとえば、上記のような管理システムに適用される。以下の実施形態の荷重検出装置は、荷重を検出するための荷重センサと、荷重センサに組み合わせられた検出回路と、検出回路を制御する制御回路と、を備える。以下の実施形態の荷重センサは、静電容量型荷重センサである。このような荷重センサは、「静電容量型感圧センサ素子」、「容量性圧力検出センサ素子」、「感圧スイッチ素子」などと称される場合もある。なお、以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。

　以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、荷重センサ１の高さ方向である。

　＜実施形態１＞
　図１（ａ）～図４を参照して、荷重センサ１について説明する。

　図１（ａ）は、ベース部材１１と、ベース部材１１の上面（Ｚ軸正側の面）に設置された導電弾性体１２とを模式的に示す斜視図である。

　ベース部材１１は、弾性を有する絶縁性の平板状の部材である。ベース部材１１は、平面視において矩形の形状を有する。ベース部材１１の厚みは一定である。ベース部材１１の厚みは、たとえば、０．０１ｍｍ～２ｍｍである。ベース部材１１の厚みが小さい場合、ベース部材１１は、シート部材またはフィルム部材と呼ばれることもある。ベース部材１１は、非導電性の樹脂材料または非導電性のゴム材料から構成される。

　ベース部材１１に用いられる樹脂材料は、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（たとえば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。ベース部材１１に用いられるゴム材料は、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。

　導電弾性体１２は、ベース部材１１の上面（Ｚ軸正側の面）に配置される。図１（ａ）では、ベース部材１１の上面に、３つの導電弾性体１２が配置されている。導電弾性体１２は、弾性を有する導電性の部材である。各導電弾性体１２は、Ｙ軸方向に長い帯状の形状を有する。３つの導電弾性体１２は、Ｘ軸方向に所定の間隔をあけて並んで配置されている。各導電弾性体１２のＹ軸負側の端部に、導電弾性体１２に対して電気的に接続された配線Ｗ２が設置される。

　導電弾性体１２は、ベース部材１１の上面に、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、およびグラビアオフセット印刷などの印刷工法により形成される。これらの印刷工法によれば、ベース部材１１の上面に０．００１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の厚みで導電弾性体１２を形成することが可能となる。

　導電弾性体１２は、樹脂材料とその中に分散した導電性フィラー、またはゴム材料とその中に分散した導電性フィラーから構成される。

　導電弾性体１２に用いられる樹脂材料は、上述したベース部材１１に用いられる樹脂材料と同様、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（ポリジメチルポリシロキサン（たとえば、ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。

　導電弾性体１２に用いられるゴム材料は、上述したベース部材１１に用いられるゴム材料と同様、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。

　導電弾性体１２に用いられる導電性フィラーは、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ_２Ｏ_３（酸化インジウム（III））、およびＳｎＯ_２（酸化スズ（IV））等の金属材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（すなわち、ポリ３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）からなる複合物）等の導電性高分子材料や、金属コート有機物繊維、金属線（繊維状態）等の導電性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の材料である。

　図１（ｂ）は、図１（ａ）の構造体に導体線１３が設置された状態を模式的に示す斜視図である。

　導体線１３は、線状の部材であり、図１（ａ）に示した導電弾性体１２の上面に重ねて配置される。本実施形態では、３つの導体線１３が３つの導電弾性体１２の上面に重ねて配置される。３つの導体線１３は、導電弾性体１２に交差するように、導電弾性体１２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って所定の間隔をあけて並んで配置される。各導体線１３は、３つの導電弾性体１２に跨がるよう、Ｘ軸方向に延びて配置される。

　導体線１３は、たとえば、被覆付き銅線である。導体線１３は、線状の導電部材１３ａと、当該導電部材１３ａの表面に形成された誘電体１３ｂとからなる。導体線１３の構成については、追って図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

　図２（ａ）は、図１（ｂ）の構造体に糸１４が設置された状態を模式的に示す斜視図である。

　図１（ｂ）のように導体線１３が配置された後、各導体線１３は、導体線１３の長手方向（Ｘ軸方向）に移動可能に、糸１４によりベース部材１１に接続される。図２（ａ）に示す例では、１２個の糸１４が、導電弾性体１２と導体線１３とが重なる位置以外の位置において、導体線１３をベース部材１１に接続している。糸１４は、化学繊維、天然繊維、またはそれらの混合繊維などにより構成される。

　図２（ｂ）は、図２（ａ）の構造体にベース部材１５が設置された状態を模式的に示す斜視図である。

　図２（ａ）に示した構造体の上方（Ｚ軸正側）から、ベース部材１５が設置される。ベース部材１５は、絶縁性の部材である。ベース部材１５は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、およびポリイミド等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。ベース部材１５は、ベース部材１１と同じ材料からなっていてもよい。ベース部材１５は、Ｘ－Ｙ平面に平行な平板形状を有し、平面視においてベース部材１１と同じ大きさおよび形状を有する。ベース部材１５のＺ軸方向の厚みは、たとえば、０．０１ｍｍ～２ｍｍである。

　ベース部材１５の外周四辺がベース部材１１の外周四辺に対して、シリコーンゴム系接着剤や糸などで接続される。これにより、ベース部材１１にベース部材１５が固定される。導体線１３は、導電弾性体１２とベース部材１５とによって挟まれる。こうして、図２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。荷重センサ１は、図２（ｂ）の状態から表裏反転された状態で使用され得る。

　図３（ａ）および図３（ｂ）は、荷重センサ１を導電弾性体１２のＸ軸方向の中央位置でＹ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの荷重センサ１の断面を模式的に示す図である。図３（ａ）は、荷重が加えられていない状態を示し、図３（ｂ）は、荷重が加えられている状態を示している。

　図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導体線１３は、導電部材１３ａと、導電部材１３ａに形成された誘電体１３ｂと、により構成される。導電部材１３ａは、導電性を有する線状の部材である。誘電体１３ｂは、導電部材１３ａの表面を被覆している。導電部材１３ａは、たとえば、銅により構成されている。導電部材１３ａの直径は、たとえば、約６０μｍである。

　誘電体１３ｂは、電気絶縁性を有し、たとえば、樹脂材料、セラミック材料、金属酸化物材料などにより構成される。誘電体１３ｂは、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂（たとえば、ポリエチレンテレフテレート樹脂）、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などからなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料でもよく、Ａｌ_２Ｏ_３およびＴａ_２Ｏ_５などからなる群から選択される少なくとも１種の金属酸化物材料でもよい。誘電体１３ｂは、少なくとも、導電弾性体１２に重なる導体線１３の範囲に形成される。

　図３（ａ）に示すように、荷重が加えられていない場合、導電弾性体１２と導体線１３との間にかかる力、および、ベース部材１５と導体線１３との間にかかる力は、ほぼゼロである。この状態から、図３（ｂ）に示すように、ベース部材１１のＺ軸負側の面に荷重が加えられると、導体線１３によって導電弾性体１２およびベース部材１１が変形する。

　図３（ｂ）に示すように、導体線１３は、荷重の付与により、導電弾性体１２に包まれるように導電弾性体１２に近付けられる。これに伴い、導体線１３と導電弾性体１２との接触面積が増加する。これにより、導電部材１３ａと導電弾性体１２との間の静電容量が変化する。導電部材１３ａと導電弾性体１２との間の静電容量が検出されることにより、この領域に付与された荷重が取得される。

　図４は、荷重センサ１の内部の構成を模式的に示す平面図である。図４では、便宜上、糸１４およびベース部材１５の図示が省略されている。

　図４に示すように、３つの導電弾性体１２と３つの導体線１３とが交わる位置に、荷重に応じて静電容量が変化する素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３が形成される。各素子部は、導電弾性体１２と導体線１３との交点近傍の導電弾性体１２および導体線１３を含んでいる。

　各素子部において、導体線１３は、静電容量の一方の極（たとえば陽極）を構成し、導電弾性体１２は、静電容量の他方の極（たとえば陰極）を構成する。すなわち、導体線１３内の導電部材１３ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）は、荷重センサ１（静電容量型荷重センサ）の一方の電極を構成し、導電弾性体１２は、荷重センサ１（静電容量型荷重センサ）の他方の電極を構成し、導体線１３に含まれる誘電体１３ｂ（図３（ａ）、（ｂ）参照）は、荷重センサ１（静電容量型荷重センサ）において静電容量を規定する誘電体に対応する。

　各素子部に対してＺ軸方向に荷重が加わると、導体線１３が導電弾性体１２に包み込まれる。これにより、導体線１３と導電弾性体１２との接触面積が変化し、当該導体線１３と当該導電弾性体１２との間の静電容量が変化する。導体線１３のＸ軸負側の端部および導電弾性体１２に設置された配線Ｗ２のＹ軸負側の端部は、図５を参照して後述する検出回路２に接続されている。

　素子部Ａ１１に対して荷重が加えられると、素子部Ａ１１において、誘電体１３ｂを介して、導体線１３の導電部材１３ａと導電弾性体１２との接触面積が増加する。この場合、最もＸ軸負側の導電弾性体１２と最もＹ軸正側の導体線１３との間の静電容量を検出することにより、素子部Ａ１１において加えられた荷重を算出することができる。同様に、他の素子部においても、当該他の素子部において交わる導電弾性体１２と導体線１３との間の静電容量を検出することにより、当該他の素子部に付与された荷重を算出することができる。

　図５は、荷重検出装置３の構成を示すブロック図である。

　荷重検出装置３は、上述の荷重センサ１と、検出回路２とを備える。検出回路２は、荷重センサ１の各素子部の静電容量を検出する。上記のように、各素子部の静電容量は、各素子部に付与されている荷重に応じて変化する。検出回路２は、荷重に応じて変化する各素子部の静電容量を、各素子部の両方の電極に所定の電位を印加して検出する。

　検出回路２は、電位印加部１００と、電流計測部２００と、制御部３００とを備える。

　電位印加部１００は、各素子部の両方の電極に所定の電位を印加する。電位印加部１００は、電位生成部１１０と、第１切替部１２０と、第２切替部１３０とを備える。電位生成部１１０は、各素子部の両方の電極に印加する電位を生成する。第１切替部１２０は、電位生成部１１０によって生成された電位を、荷重センサ１の３つの導体線１３に選択的に印加する。第１切替部１２０は、電位生成部１１０によって生成された電位を、荷重センサ１の３つの導電弾性体１２に選択的に印加する。

　電流計測部２００は、電位の印加により素子部に蓄積された電荷量に応じた値を計測する。ここでは、この値として、電位生成部１１０の供給ラインＬ０（図６参照）を流れる電流が、電流計測部２００によって計測される。

　制御部３００は、各素子部の両方の電極に所定の電位が印加されるよう電位印加部１００を制御する。制御部３００は、当該電位の印加により電流計測部２００により計測された電流の計測値を取得し、取得した計測値に基づき、各素子部の静電容量を検出する。

　具体的には、制御部３００は、測定対象の素子部の両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて電流計測部２００により計測された電流から第１の値を取得し、測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて電流計測部２００により計測される電流から第２の値を取得し、第１の値と第２の値との差分から、測定対象の素子部の静電容量を検出する。制御部３００における静電容量の検出処理については、追って、図８ないし図１４を参照して説明する。

　図６は、電位印加部１００の構成を示す回路図である。

　図６では、便宜上、荷重センサ１の構成として、導体線１３と導電弾性体１２のみが図示され、導電弾性体１２は、線状に図示されている。電流計測部２００は、電位生成部１１０の供給ラインＬ０を流れる電流を計測することを示すために、便宜上、電位生成部１１０を示す破線の枠内に含まれている。

　電位生成部１１０は、ゲート信号生成部１１１と、スイッチング素子１１２ａ、１１２ｂと、等電位生成部１１３とを備える。

　ゲート信号生成部１１１は、スイッチング素子１１２ａ、１１２ｂを導通させるためのゲート信号を生成する。スイッチング素子１１２ａは、Ｐ型のＦＥＴにより構成され、ゲートにローレベルのゲート信号が印加されることにより導通する。スイッチング素子１１２ｂは、Ｎ型のＦＥＴにより構成され、ゲートにハイレベルのゲート信号が印加されることにより導通する。

　図７は、ゲート信号生成部１１１から出力されるゲート信号を示すタイムチャートである。

　上段のゲート信号Ｇ１は、スイッチング素子１１２ａのゲートに供給される信号である。下段のゲート信号Ｇ２は、スイッチング素子１１２ｂのゲートに供給される信号である。

　ゲート信号Ｇ１は、期間Ｔ１において、ローレベル（ゼロレベル）となる。期間Ｔ１は周期Ｔ０で出現する。ゲート信号Ｇ２は、期間Ｔ１において、ハイレベルとなる。期間Ｔ２は周期Ｔ０で出現する。期間Ｔ１および期間Ｔ２の出現タイミングは、互いにずれている。したがって、スイッチング素子１１２ａ、１１２ｂの何れか一方が導通状態にあるとき、他方は非導通状態にある。後述のように、期間Ｔ１では、素子部に対する充電が行われ、期間Ｔ２では、素子部に対する放電が行われる。

　図６に戻って、等電位生成部１１３は、オペアンプであり、供給ラインＬ１の電位に等しい電位を生成して供給ラインＬ１に印加する。

　第１切替部１２０は、供給ラインＬ１およびグランドラインＬ３の何れか一方を、選択的に複数の導体線１３（導電部材１３ａ）からそれぞれ引き出された配線Ｗ１に接続する。

　具体的には、第１切替部１２０は、３つのマルチプレクサ１２１と、１つのマルチプレクサ１２２と、を備える。マルチプレクサ１２２の入力側端子に、供給ラインＬ１が接続されている。マルチプレクサ１２２の出力側端子は３つ設けられている。マルチプレクサ１２２の３つの出力側端子に、それぞれ、３つのマルチプレクサ１２１が接続されている。３つのマルチプレクサ１２１は、それぞれ、３つの導体線１３（導電部材１３ａ）に対応して設けられている。各マルチプレクサ１２１の出力側端子に、導体線１３の導電部材１３ａ（配線Ｗ１）が接続されている。

　各マルチプレクサ１２１の入力側端子は２つ設けられている。マルチプレクサ１２１の一方の入力側端子にマルチプレクサ１２２が接続されており、この入力側端子に、供給ラインＬ１を介して電源電位Ｖｄｄが印加される。電源電位Ｖｄｄは、電源Ｓ１によって生成された電位である。マルチプレクサ１２１の他方の入力側端子は、グランドラインＬ３に接続されている。

　第２切替部１３０は、供給ラインＬ２およびグランドラインＬ３の何れか一方を選択的に導電弾性体１２（配線Ｗ２）に接続する。

　具体的には、第２切替部１３０は、３つのマルチプレクサ１３１を備えている。３つのマルチプレクサ１３１は、それぞれ、３つの導電弾性体１２に対応して設けられている。各マルチプレクサ１３１の出力側端子に、導電弾性体１２に接続された配線Ｗ２が接続されている。各マルチプレクサ１３１の入力側端子は２つ設けられている。マルチプレクサ１３１の一方の入力側端子に供給ラインＬ２が接続されている。マルチプレクサ１３１の他方の入力側端子にグランドラインＬ３が接続されている。

　第１切替部１２０および第２切替部１３０は、図５の制御部３００により制御される。これにより、３つの導体線１３（配線Ｗ１）および３つの導電弾性体１２（配線Ｗ２）に、電源電位Ｖｄｄ、等電位生成部１１３からの電位またはグランド電位が印加される。

　電流計測部２００は、供給ラインＬ０を流れる電流を計測する。すなわち、スイッチング素子１１２ａが導通状態にあり、スイッチング素子１１２ｂが非導通状態にあるときに（図７の期間Ｔ１）、供給ラインＬ０を流れる電流、すなわち、供給ラインＬ０、Ｌ１および第１切替部１２０を介して荷重センサ１へと移動する電荷量に応じた電流を計測する。

　次に、各素子部の静電容量の検出動作について、図６および図８～図１１を参照して説明する。ここでは、図６の素子部Ａ１１が静電容量の検出対象とされている。図８および図１０において、太い実線は、荷重センサ１に対して電源電位Ｖｄｄと同等の電位を印加する経路を示し、太い破線はグランド電位の経路を示している。また、図９および図１１において、太い実線は、グランドへと流れる電流の経路を示している。

　静電容量の検出対象が素子部Ａ１１である場合、第１切替部１２０のマルチプレクサ１２１、１２２および第２切替部１３０のマルチプレクサ１３１は、図６の状態に設定される。この状態で、図７のゲート信号Ｇ１、Ｇ２により、スイッチング素子１１２ａが導通状態に切り替えられると、図８に示すように、電源電位Ｖｄｄが、荷重センサ１の素子部Ａ１１を含む行の導体線１３に印加される。これにより、この行の３つの素子部Ａ１１～Ａ１３の一方の電極（導体線１３）に、電源電位Ｖｄｄが印加される。このとき、これら３つの素子部Ａ１１～Ａ１３の他方の電極（３つの導電弾性体１２）は、第２切替部１３０を介してグランドに接続される。したがって、これら素子部Ａ１１～Ａ１３の両方の電極には、異なる電位が印加される。すなわち、図８では、第１モードによる電位の印加が行われる。

　この電位の印加により、３つの素子部Ａ１１～Ａ１３に電荷が蓄積され、供給ラインＬ０に電流Ｉｍが流れる。電流Ｉｍは、３つの素子部Ａ１１～Ａ１３に対する電荷の蓄積が飽和するまで、供給ラインＬ０を流れる。図５の制御部３００は、電流計測部２００の計測値から、図７の期間Ｔ１における電流Ｉｍの平均電流値を算出する。

　こうして期間Ｔ１が終了すると、スイッチング素子１１２ａは非導通となり、供給ラインＬ１に対する電源電位Ｖｄｄの印加が遮断される。その後、図７の期間Ｔ２が到来すると、スイッチング素子１１２ｂが導通し、図９の破線矢印に示すように、供給ラインＬ１からグランドラインＬ３へと電流が流れて、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３に充電された電荷がグランドに放電される。

　こうして期間Ｔ２が終了すると、スイッチング素子１１２ｂは非導通となり、供給ラインＬ１に対するグランドラインＬ３の接続が遮断される。その後、図７の期間Ｔ１が到来するまでの期間に、第２切替部１３０の３つのマルチプレクサ１３１のうち、素子部Ａ１１の列のマルチプレクサ１３１が、供給ラインＬ２の端子側に切り替えられる。この状態で、図７の次の期間Ｔ１が到来すると、スイッチング素子１１２ａが導通し、図１０に示すように、供給ラインＬ１に電源電位Ｖｄｄが印加される。

　この場合、素子部Ａ１１の他方の電極（導電弾性体１２）には、等電位生成部１１３により生成された電位、すなわち、電源電位Ｖｄｄと同等の電位が印加される。したがって、素子部Ａ１１の両方の電極には、同じ電位が印加される。他方、素子部Ａ１２、Ａ１３の両方の電極には、図８の場合と同様、異なる電位（電源電位Ｖｄｄの電位とグランド電位）が印加される。すなわち、図１０では、第１モードによる電位の印加が行われる。

　この電位の印加により、３つの素子部Ａ１１～Ａ１３に電荷が蓄積され、供給ラインＬ０に電流Ｉｒｅｆが流れる。電流Ｉｒｅｆは、３つの素子部Ａ１１～Ａ１３に対する電荷の蓄積が飽和するまで、供給ラインＬ０を流れる。図５の制御部３００は、電流計測部２００の計測値から、図７の期間Ｔ１における電流Ｉｒｅｆの平均電流値を算出する。

　こうして期間Ｔ１が終了すると、スイッチング素子１１２ａは非導通となり、供給ラインＬ１に対する電源電位Ｖｄｄの印加が遮断される。その後、図７の期間Ｔ２が到来すると、スイッチング素子１１２ｂが導通し、図１１の破線矢印に示すように、供給ラインＬ１からグランドラインＬ３へと電流が流れて、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３に充電された電荷がグランドに放電される。これにより、素子部Ａ１１に対する静電容量検出のための動作が終了する。

　図１２は、上記動作により電流計測部２００により計測される電流を模式的に示すタイムチャートである。

　図１２の最上段には、図７のゲート信号Ｇ１が示されている。図１２の上から２段目および３段目には、それぞれ、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３に付与された荷重が低い場合と高い場合に、図８の動作で計測される電流Ｉｍが示されている。図１２の最下段には、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３に付与された荷重が低い場合に、図８の動作で計測される電流Ｉｒｅｆが示されている。

　図１２の上から２段目、３段目に示すように、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３に付与された荷重が大きくなるほど静電容量が高くなるため、電流Ｉｍがゼロに収束するまでの期間（電荷の蓄積が飽和するまでの期間）が長くなる。このことから、期間Ｔ１は、荷重検出範囲（ダイナミックレンジ）の最大荷重が素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３に印加された場合、すなわち、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３の総静電容量が最大の場合に、電流Ｉｍがゼロに収束するまでの期間よりやや長く設定される。

　また、図１２の最下段に示すように、図１０の動作で計測される電流Ｉｒｅｆは、素子部Ａ１１の両方の電極に印加される電位が図８の場合と異なるため、図１２の上から２段目の電流Ｉｍより早くゼロに収束する。

　ここで、図８の第１モードで計測される電流Ｉｍは、測定対象の素子部Ａ１１に蓄積される電荷に基づく電流成分の他、他の素子部Ａ１２、Ａ１３に蓄積された電荷に基づく電流成分を含み、さらに、素子部Ａ１２、Ａ１３以外の他の素子部や、供給ラインＬ０と荷重センサ１との間に介在する配線および各回路部の寄生容量に蓄積された電荷に基づく電流成分を含む。

　同様に、図１０の第２モードで計測される電流Ｉｒｅｆは、測定対象の素子部Ａ１１に蓄積される電荷に基づく電流成分の他、他の素子部Ａ１２、Ａ１３に蓄積された電荷に基づく電流成分を含み、さらに、素子部Ａ１２、Ａ１３以外の他の素子部や、供給ラインＬ０と荷重センサ１との間に介在する配線および各回路部の寄生容量に蓄積された電荷に基づく電流成分を含む。

　これら２つの電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆの測定方法は、図８と図１０とを比較して分かるとおり、素子部Ａ１１の列に印加される電位が異なるのみである。ここで、図１０では、素子部Ａ１１の両方の電極に同じ電位が印加されるため、素子部Ａ１１には、殆ど電荷が蓄積されない。このため、図１０の動作で計測される電流Ｉｒｅｆには、測定対象の素子部Ａ１１に蓄積される電荷に基づく電流成分は殆ど重畳されておらず、主として、他の素子部Ａ１２、Ａ１３に蓄積された電荷に基づく電流成分や、他の素子部および寄生容量に蓄積された電荷に基づく電流成分が重畳される。

　このため、電流Ｉｍに対応する電荷量から電流Ｉｒｅｆに対応する電荷量を差し引くことにより、素子部Ａ１１以外の上記要素に蓄積された電荷量をキャンセルできる。すなわち、電流Ｉｍに対応する電荷量と電流Ｉｒｅｆに対応する電荷量との差分は、電源電位Ｖｄｄとグランド電位が素子部Ａ１１の両方の電極に印加された場合に素子部Ａ１１単体に蓄積された電荷量に略等価となる。

　したがって、電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆの平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖから、以下の式により、素子部Ａ１１の静電容量Ｃを算出できる。

　　Ｃ＝（Ｑｍ－Ｑｒｅｆ）／Ｖｄｄ　…　（１）
　　Ｑｍ＝Ｉｍ＿ａｖ・Ｔ１　…　（１－１）
　　Ｑｒｅｆ＝Ｉｒｅｆ＿ａｖ・Ｔ１　…　（１－２）

　式（１）において、（Ｉｍ＿ａｖ－Ｉｒｅｆ＿ａｖ）・Ｔ１は、電流Ｉｍに基づく電荷量Ｑｍと電流Ｉｒｅｆに電荷量電荷量Ｑｒｅｆとの差分である。すなわち、電荷量Ｑｍは式（１－１）から算出され、電荷量Ｑｒｅｆは式（１－２）から算出される。式（１）から素子部Ａ１１の静電容量を算出することで、上記のように、寄生容量等の影響が抑制された高精度の静電容量を取得できる。

　なお、この方法では、電荷の蓄積が完了し、電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆがゼロに収束した安定した状態から、式（１）のパラメータ値である平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖが取得され、式（１－１）、式（１－２）の電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆが取得される。このため、式（１）から算出された静電容量には、寄生インダクタンスや寄生インピーダンスの影響は含まれない。

　また、素子部Ａ１１と同じ行の素子部Ａ１２、Ａ１３に荷重が付与されていても、これら素子部Ａ１２、Ａ１３に蓄積された電荷量は、上記式（１）によりキャンセルされるため、測定対象の素子部Ａ１１の静電容量を正確に算出できる。

　また、図８と図１１とを比較すると、測定対象の素子部Ａ１１と同じ列の他の２つの素子部の他方の電極（導電弾性体１２）に印加される電位が、図８と図１１とで異なっている。しかしながら、これら２つの他の素子部には、図１０の動作状態において、電源電位Ｖｄｄではなく、等電位生成部１１３から電流が供給される。このため、これら２つの他の素子部の他方の電極（導電弾性体１２）に対する電圧の印加状態が図８と図１１とで異なっていても、この差異は、供給ラインＬ０を流れる電流には影響しない。よって、上記式（１）から、測定対象の素子部Ａ１１の静電容量を精度良く算出できる。

　こうして、図６および図８～図１１の動作により、素子部Ａ１１の静電容量の算出に必要な電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆが計測されると、次の素子部Ａ１２の静電容量の算出に必要な電流Ｉｒｅｆが算出される。この場合、図６の状態から第２切替部１３０の中央のマルチプレクサ１３１が、供給ラインＬ２の端子側に切り替えられる。この状態で、図７の次の期間Ｔ１が到来すると、図１３に示すように、素子部Ａ１２の他の電極（導電弾性体１２）に電源電位Ｖｄｄと同等の電位が印加され、電流Ｉｒｅｆが計測される。制御部３００は、この計測から、平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖを算出する。この平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖと上記平均電流Ｉｍ＿ａｖとを上記式（１）に適用して、素子部Ａ１２の静電容量が算出される。

　素子部Ａ１３についても、素子部Ａ１２の場合と同様、第２切替部１３０の最も右のマルチプレクサ１３１を切り替えて、次の期間Ｔ１の電流Ｉｒｅｆの計測結果から、上記式（１）により静電容量が算出される。真ん中の行および最下段の行の素子部についても、これらの行に電源電位Ｖｄｄが印加されるように第１切替部１２０を切り替えて、上記と同様の処理が実行されることにより、各素子部の静電容量が算出される。こうして、全ての素子部に対する静電容量の検出処理が終了する。

　図１４は、上記動作による静電容量の検出処理を示すフローチャートである。

　図１４において、ステップＳ１０１は、上述の第１モードにおける電位の計測処理に対応し、ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６は、上述の第２モードにおける電位の計測処理に対応する。

　制御部３００は、測定対象の行の各素子部の両方の電極に異なる電位を印加して、電流Ｉｍを計測する（Ｓ１０１）。このステップによる動作は、図８の動作に対応する。このステップにおいて、制御部３００は、電流Ｉｍの計測結果から、上述の平均電流Ｉｍ＿ａｖを取得する。

　次に、制御部３００は、この行に含まれる測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位を印加して、電流Ｉｒｅｆを計測する（Ｓ１０２）。このステップによる動作は、図１０の動作に対応する。このステップにおいて、制御部３００は、電流Ｉｒｅｆの計測結果から、上述の平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖを取得する。

　制御部３００は、この行の全ての素子部について、電流Ｉｒｅｆを計測したか否かを判定する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０３がＮＯの場合、制御部３００は、測定対象をこの行の次の素子部に切り替えて、電流Ｉｒｅｆを測定する（Ｓ１０２）。このステップによる動作は、図１３の動作に対応する。このステップにおいて、制御部３００は、電流Ｉｒｅｆの計測結果から、上述の平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖを取得する。

　こうして、制御部３００は、測定対象の行に含まれる全ての素子部について電流Ｉｒｅｆを計測するまで（Ｓ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０６、Ｓ１０２の処理を繰り返す。こうして、測定対象の行に含まれる全ての素子部について電流Ｉｒｅｆを計測し、これら素子部の平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖを取得すると（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、制御部３００は、電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆに基づく電荷量の差分から、この行の各々の素子部の静電容量を算出する（Ｓ１０４）。具体的には、制御部３００は、ステップＳ１０１で取得した共通の平均電流Ｉｍ＿ａｖと、ステップＳ１０２で取得した各々の素子部に対する平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖとを、素子部ごとに上記式（１）に適用して、測定対象の行の各素子部の静電容量を算出する。

　こうして、この行に対する静電容量の検出が終了すると、制御部３００は、荷重センサ１に含まれる全ての行について、静電容量の検出が終了したか否かを判定する（Ｓ１０５）。ステップＳ１０５の判定がＮＯの場合、制御部３００は、測定対象の行を次の行に切り替えて（Ｓ１０７）、ステップＳ１０１以降の処理を実行する。これにより、次の行の各素子部の静電容量が検出される。制御部３００は、全ての行について処理を実行するまで（Ｓ１０５：ＮＯ）、測定対象の行を順番に切り替えながら（Ｓ１０７）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返し実行する。こうして、全ての行の素子部について静電容量を検出すると（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、制御部３００は、図１４の処理を終了する。

　なお、図１４のフローチャートでは、第１モード（ステップＳ１０１）による電流Ｉｍの計測が行われた後、第２モード（ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６）による素子部ごとの電流Ｉｒｅｆの計測が行われたが、第２モード（ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６）による素子部ごとの電流Ｉｒｅｆの計測が行われた後に、第１モード（ステップＳ１０１）による電流Ｉｍの計測が行われてもよい。

　また、図１４において、ステップＳ１０４がステップＳ１０２とステップＳ１０３との間に移動され、ステップＳ１０２で測定対象の素子部に対する電流Ｉｒｅｆの計測が行われるごとに、測定対象の素子部の静電容量が算出されてもよい。あるいは、ステップＳ１０４の処理がステップＳ１０５の後段に移動され、全ての行に対する処理が終了した後に、各素子部に対する静電容量の算出が行われてもよい。

　図１５は、図１４の静電容量検出処理により検出される静電容量のシミュレーション結果を示すグラフである。

　このシミュレーションでは、所定の素子部における静電容量を変化させた場合に、上記処理により検出される静電容量を求めた。図１５において、横軸は、対象素子部に設定された静電容量であり、縦軸は、上記処理により検出された静電容量である。

　図１５に示すように、上記処理により検出された静電容量は、対象素子部に設定された静電容量に略符合し、シミュレーション結果のプロットからリニアな近似直線が取得された。これにより、上記処理によれば、寄生容量や寄生インダクタンス等の影響が効果的に抑制された静電容量を素子部ごとに取得できることが確認できた。

　＜実施形態１の効果＞
　上記実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。

　電流Ｉｍに基づく電荷量Ｑｍ（第１の値）には、測定対象の素子部に蓄積された電荷量とともに、他の素子部や、配線および回路部の寄生容量等の不要容量に基づく電荷量が反映され、電流Ｉｒｅｆに基づく電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）には、主として、他の素子部や、配線および回路部の寄生容量等の不要容量に基づく電荷量が反映される。したがって、電荷量Ｑｍ（第１の値）と電荷量ｒｅｆ（第２の値）との差分をとることで、電流Ｉｍ（第１の値）から不要容量に基づく電荷量の影響がキャンセルされ、この差分は、主として測定対象の素子部に蓄積された電荷量が反映されたものとなる。このため、この差分から測定対象の素子部の静電容量を検出することにより、不要な電荷量の影響が効果的に抑制された静電容量を取得できる。よって、測定対象の素子部に印加された荷重の検出精度を高めることができる。

　図８および図１０に示したように、電流計測部２００は、素子部に対する電荷の充電により変化する電気量として、電位の印加時に一方の電極（導体線１３）と電源Ｓ１との間の充電経路を流れる電流を計測する。これにより、測定対象の素子部の電荷量およびその他の不要容量の電荷量に応じた電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆを計測できる。よって、これら電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆに基づく電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆの差分から、測定対象の素子部の静電容量を適正に取得できる。

　図１２を参照して説明したように、制御部３００は、第１モードにおいて電流計測部２００により計測された電流Ｉｍ（平均電流Ｉｍ＿ａｖ）から、充電が完了するまでの電荷量Ｑｍを第１の値として取得し、第２モードにおいて電流計測部２００により計測された電流Ｉｒｅｆ（平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖ）から、充電が完了するまでの電荷量Ｑｒｅｆを第２の値として取得し、電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆと、異なる電位の電位差Ｖから、上記式（１）により、測定対象の素子部の静電容量を算出する。これにより、上記のとおり、測定対象の素子部の静電容量を精度良く取得できる。

　図６に示したように、荷重センサ１は、複数の素子部を備え、電位印加部１００は、電位が印加される素子部を切り替え可能に構成され、制御部３００は、第１モードおよび第２モードにおいて、電位印加部１００を制御して各々の素子部に電位を印加して、各々の素子部について電流Ｉｍおよび電流Ｉｒｅｆ（電気量）を電流計測部２００から取得し、取得した各々の素子部の電流Ｉｍおよび電流Ｉｒｅｆ（電気量）に基づく電荷量Ｑｍ（第１の値）および電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）から、各々の素子部に対する静電容量を検出する。この構成によれば、荷重センサ１に複数の素子部が配置されるため、荷重の検出範囲を広げることができる。また、各々の素子部に対して上記処理が実行されるため、各々の素子部に付与された静電容量を精度良く検出できる。

　図６に示したように、複数の素子部は、複数行および複数列に並ぶようにマトリクス状に配置され、同じ行の素子部は、両方の電極のうち一方が互いに接続され、同じ列の素子部は、両方の電極のうち他方が互いに接続され、電位印加部１００は、電位を印加する行および列を切り替えるマルチプレクサ１２１、１２２、１３１（スイッチング素子）を備える。この構成によれば、複数の素子部がマトリクス状に配置されるため、方形状に広がる範囲の荷重の分布を、これら素子部によって検出できる。また、マルチプレクサ１２１、１２２、１３１（スイッチング素子）により電位を印加する行および列を切り替えることで、切替後の行および列の交差位置にある素子部の２つの電極にそれぞれ所定の電位を印加でき、当該素子部の静電容量を上記制御により円滑に検出できる。

　図１４に示したように、制御部３００は、第１モードにおいて、測定対象の行に含まれる全ての素子部の両端に同時に異なる電位を印加して、これら素子部に共通の電荷量Ｑｍ（第１の値）を取得し（Ｓ１０１）、第２モードにおいて、測定対象の行に含まれる複数の素子部のうち、両方の電極に同じ電位を印加する測定対象の素子部を順番に切り替えて（Ｓ１０６）、測定対象の素子部ごとに電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）を取得し（Ｓ１０２、Ｓ１０３）、共通の電荷量Ｑｍ（第１の値）と各々の素子部の電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）との差分から、各々の素子部の静電容量を検出する（Ｓ１０４）。この処理によれば、１行分の素子部について電荷量Ｑｍ（第１の値）が一括して取得されるため、各素子部に対する静電容量の検出処理を、簡易かつ迅速に行うことができる。

　＜変更例１＞
　上記実施形態１では、図１４に示したように、第１モードにおいて測定対象の行に含まれる全ての素子部の両方の電極に同時に異なる電位を印加して、これら素子部に共通の電流Ｉｍを計測した後（Ｓ１０１）、第２モードにおいて、測定対象の行に含まれる複数の素子部のうち、両方の電極に同じ電位を印加する測定対象の素子部を順番に切り替えて、測定対象の素子部ごとに電流Ｉｒｅｆを計測した（Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６）。

　これに対し、変更例１では、第２モードにおいて測定対象の行に含まれる全ての素子部の両方の電極に同時に同じ電位を印加して、これら素子部に共通の電流Ｉｒｅｆを計測した後、第１モードにおいて、測定対象の行に含まれる複数の素子部のうち、両方の電極に異なる電位を印加する測定対象の素子部を順番に切り替えて、測定対象の素子部ごとに電流Ｉｍを計測する。

　図１６は、変更例１に係る、静電容量の検出処理を示すフローチャートである。

　図１６において、ステップＳ１１１は、上述の第２モードにおける電位の計測処理に対応し、ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６は、上述の第１モードにおける電位の計測処理に対応する。

　制御部３００は、図１２の期間Ｔ１において、測定対象の行に含まれる全ての素子部の両方の電極に同時に同じ電位（電源電位Ｖｄｄ）を印加して、これら素子部に共通の電流Ｉｒｅｆを計測する（Ｓ１１１）。すなわち、ステップＳ１１１において、制御部３００は、測定対象の行の全ての素子部の両端に同時に同じ電位（電源電位Ｖｄｄ）が印加されるよう、第１切替部１２０および第２切替部１３０を設定し、その後に到来する図１２の期間Ｔ１において、測定対象の素子部の両方の電極に同じ電位（電源電位Ｖｄｄ）を印加する。制御部３００は、この期間Ｔ１において電流計測部２００が計測した電流Ｉｒｅｆから、期間Ｔ１における平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖを算出し、算出したＩｒｅｆ＿ａｖから電荷量Ｑｒｅｆを取得する。

　次に、制御部３００は、測定対象の行に含まれる複数の素子部のうち、両方の電極に異なる電位を印加する測定対象の素子部を順番に切り替えて、測定対象の素子部ごとに電流Ｉｍを計測する（Ｓ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６）。すなわち、ステップＳ１１２において、制御部３００は、測定対象の素子部の両方の電極に異なる電位（電源電位Ｖｄｄ、グランド電位）が印加されるよう、第１切替部１２０および第２切替部１３０を設定し、図１２の次の期間Ｔ１において、測定対象の素子部の両方の電極に異なる電位（電源電位Ｖｄｄ、グランド電位）を印加する。制御部３００は、この期間Ｔ１において電流計測部２００が計測した電流Ｉｍから、当該期間Ｔ１における平均電流Ｉｍ＿ａｖを算出する。

　ステップＳ１１６において、制御部３００は、測定対象の行の次の素子部に測定対象を切り替える。ステップＳ１１２において、制御部３００は、次の期間Ｔ１において、電流Ｉｍを電流計測部２００から取得し、当該素子部に対する平均電流Ｉｍ＿ａｖを算出する。制御部３００は、この処理を、測定対象の行の全ての素子部に対して順次行う（Ｓ１１３）。

　こうして、測定対象の行の全ての素子部に対する処理が終了すると（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、制御部３００は、電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆに基づく電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆの差分から、この行の各々の素子部の静電容量を算出する（Ｓ１１４）。具体的には、制御部３００は、ステップＳ１１１で取得した共通の平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖと、ステップＳ１１２で取得した各々の素子部に対する平均電流Ｉｍ＿ａｖとを、素子部ごとに上記式（１）、（１－１）、（１－２）に適用して、測定対象の行の各素子部の静電容量を算出する。

　こうして、この行に対する静電容量の検出が終了すると、制御部３００は、荷重センサ１に含まれる全ての行について、静電容量の検出が終了したか否かを判定する（Ｓ１１５）。ステップＳ１１５の判定がＮＯの場合、制御部３００は、測定対象の行を次の行に切り替えて（Ｓ１１７）、ステップＳ１１１以降の処理を実行する。これにより、次の行の各素子部の静電容量が検出される。制御部３００は、全ての行について処理を実行するまで（Ｓ１１５：ＮＯ）、測定対象の行を順番に切り替えながら（Ｓ１１７）、ステップＳ１１１以降の処理を繰り返し実行する。こうして、全ての行の素子部について静電容量を検出すると（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、制御部３００は、図１６の処理を終了する。

　図１７は、図１６のステップＳ１１１（第２モード）が実行された場合の、測定対象の行の各素子部に対する電位の印加状態を模式的に示す図である。

　ここでは、測定対象の行が最上段の行に設定され、測定対象の素子部は素子部Ａ１１に設定されている。最上段の行に含まれる３つの素子部は、一方の電極に電源電位Ｖｄｄが印加され、他方の電極に等電位生成部１１３からの電位が印加されている。制御部３００は、この状態が形成される期間Ｔ１において、電流計測部２００により計測された電流Ｉｒｅｆから、平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖを算出する。

　図１８は、図１６のステップＳ１１２（第１モード）が実行された場合の、測定対象の行の各素子部に対する電位の印加状態を模式的に示す図である。

　上記実施形態１と同様、図１７の第２モードと図１８の第１モードとの間に、図７の期間Ｔ２において、放電動作が行われる。放電動作時における第１切替部１２０および第２切替部１３０の設定状態は、図１７の設定状態と同様である。

　図１８に示すように、最上段の行の３つの素子部のうち、測定対象の素子部Ａ１のみが、両方の電極に異なる電位が印加される。制御部３００は、この状態が形成される期間Ｔ２において、電流計測部２００により計測された電流Ｉｍから、素子部Ａ１に対する平均電流Ｉｍ＿ａｖを算出する。

　制御部３００は、次の期間Ｔ２において、上記と同様の放電動作を行う。その後、制御部３００は、次の期間Ｔ１までに、グランド電位が中央の列の電極（導電弾性体１２）に印加されるように第２切替部１３０を設定する。こうして、制御部３００は、次の期間Ｔ１において、素子部Ａ１２に対する平均電流Ｉｍ＿ａｖを算出する。制御部３００は、同様の処理により、素子部Ａ１３の平均電流Ｉｍ＿ａｖを算出する。

　これにより、図１６のステップＳ１１３の判定がＹＥＳとなる。制御部３００は、ステップＳ１１４において、共通の平均電流Ｉｒｅｆ＿ａｖと、素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３についてそれぞれ取得した平均電流Ｉｍ＿ａｖとから、上記式（１）、（１－１）、（１－２）により、これら素子部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３の静電容量をそれぞれ算出する。制御部３００は、他の行についても同様の処理を行う。これにより、全ての素子部について、静電容量が算出される。

　変更例１によっても、上記実施形態１と同様の効果が奏され得る。

　また、図１６に示したように、制御部３００は、第２モードにおいて、測定対象の行に含まれる全ての素子部の両端に同時に同じ電位を印加して、これら素子部に共通の電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）を取得し（Ｓ１１１）、第１モードにおいて、測定対象の行に含まれる複数の素子部のうち、両方の電極に異なる電位を印加する測定対象の素子部を順番に切り替えて（Ｓ１１６）、測定対象の素子部ごとに電荷量Ｑｍ（第１の値）を取得し（Ｓ１１２、Ｓ１１３）、各々の素子部の電荷量Ｑｍ（第１の値）と共通の電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）との差分から、各々の素子部の静電容量を検出する（Ｓ１１４）。この処理によれば、１行分の素子部について電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）が一括して取得されるため、各素子部に対する静電容量の検出処理を、簡易かつ迅速に行うことができる。

　なお、図１６のフローチャートでは、第２モード（ステップＳ１１１）による電流Ｉｒｅｆの計測が行われた後、第１モード（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６）による素子部ごとの電流Ｉｍの計測が行われたが、第１モード（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６）による素子部ごとの電流Ｉｍの計測が行われた後に、第２モード（ステップＳ１１１）による電流Ｉｍの計測が行われてもよい。

　また、図１６において、ステップＳ１１４がステップＳ１１２とステップＳ１１３との間に移動され、ステップＳ１１２で測定対象の素子部に対する電流Ｉｍの計測が行われるごとに、測定対象の素子部の静電容量が算出されてもよい。あるいは、ステップＳ１１４の処理がステップＳ１１５の後段に移動され、全ての行に対する処理が終了した後に、各素子部に対する静電容量の算出が行われてもよい。

　＜変更例２＞
　上記実施形態１では、素子部に対する電荷の充電により変化する電気量として、一方の電極（導体線１３）と電源Ｓ１との間の充電経路を流れる電流が計測された。これに対し、変更例２では、素子部に対する電荷の放電により変化する電気量として、一方の電極（導体線１３）とグランドラインＬ３との間の放電経路を流れる電流が計測される。

　図１９は、変更例２に係る、電位印加部１００の構成を示す回路図である。

　図１９に示すように、変更例２では、スイッチング素子１１２ｂとグランドラインＬ３との間に、電流計測部２００が配置されている。電流計測部２００は、図１９に示す放電時、すなわち、図７の期間Ｔ２において、スイッチング素子１１２ｂからグランドラインＬ３へと流れる電流（電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆ）を計測する。制御部３００は、計測された電流から期間Ｔ２の平均電流（平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖ）を算出し、以下の式（２）から、各素子部の静電容量Ｃを算出する。式（２）は、上記式（１）と同じである。式（２－１）、（２－２）は、上記式（１－１）、（１－２）のＴ１がＴ２に変更されている。

　　Ｃ＝（Ｑｍ－Ｑｒｅｆ）／Ｖｄｄ　…　（２）
　　Ｑｍ＝Ｉｍ＿ａｖ・Ｔ２　…　（２－１）
　　Ｑｒｅｆ＝Ｉｒｅｆ＿ａｖ・Ｔ２　…　（２－２）

　各素子部に対する静電容量の検出処理は、電流（電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆ）の計測が放電動作時（期間Ｔ２）に行われることを除いて、図１４の検出処理と同様である。すなわち、ステップＳ１０１（第１モード）では、期間Ｔ１において異なる電位の印加が行われ、期間Ｔ１の次に現れる期間Ｔ２において電流Ｉｍの計測が行われる。また、ステップＳ１０２（第２モード）では、当該期間Ｔ２の次に現れる期間Ｔ１において同じ電位の印加が行われ、当該期間Ｔ１の次に現れる期間Ｔ２において電流Ｉｒｅｆの計測が行われる。

　上記実施形態１と同様、第１モード（ステップＳ１０１）と、第２モード（ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６）との順番が逆であってもよい。また、各素子部に対する静電容量の検出処理が、上記変更例１に係る図１６の処理であってもよい。この場合も、第２モード（ステップＳ１１１）では、期間Ｔ１における電位の印加により測定対象の行の各素子部に対する充電が行われ、その次の期間Ｔ２の放電時において電流Ｉｒｅｆの計測が行われる。また、第１モード（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６）では、その次の期間Ｔ１における電位の印加により測定対象の行の測定対象の素子部に対する充電が行われ、その次の期間Ｔ２の放電時において電流Ｉｍの計測が行われる。また、この場合も、第２モード（ステップＳ１１１）と、第１モード（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６）との順番が逆であってもよい。

　変更例２においても、上記実施形態１と同様の効果が奏される。

　すなわち、図１９に示したように、電流計測部２００は、素子部に対する電荷の放電により変化する電気量として、電位の印加時に一方の電極（導体線１３）とグランドラインＬ３との間の放電経路を流れる電流を計測する。これにより、測定対象の素子部の電荷量およびその他の不要容量の電荷量に応じた電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆを計測できる。よって、これら電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆに基づく電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆの差分から、測定対象の素子部の静電容量を適正に取得できる。

　また、制御部３００は、第１モードにおいて電流計測部２００により計測された電流Ｉｍから、放電が完了するまでの電荷量Ｑｍ（第１の値）を取得し、第２モードにおいて電流計測部２００により計測された電流Ｉｒｅｆから、放電が完了するまでの電荷量Ｑｒｅｆ（第２の値）を取得し、電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆと、異なる電位の電位差Ｖから、上記式（２）、（２－１）、（２－２）により、測定対象の素子部の静電容量を算出する。これにより、測定対象の素子部の静電容量を精度良く取得できる。

　＜変更例３＞
　上記実施形態１では、複数の素子部がマトリクス状に配置されたが、素子部の数および配置はこれに限られるものではない。

　図２０は、変更例３に係る荷重センサ１および電位印加部１００の構成を示す回路図である。

　変更例３では、荷重センサ１は、３つの素子部Ａ１１～Ａ１３のみを備えている。３つの素子部Ａ１１～Ａ１３は１つの行に並んでいる。すなわち、荷重センサ１は、１つの導体線１３と、３つの導電弾性体１２とを備えている。

　この構成では、荷重センサ１に２行目、３行目の素子部がないため、たとえば、図１０の場合のように、素子部Ａ１１と同列の他の２つの素子部に、等電位生成部１１３から電流を供給する必要はない。このため、図２０に示すように、等電位生成部１１３を省略でき、供給ラインＬ１の電源電位Ｖｄｄを、供給ラインＬ２を介して各素子部Ａ１１に直接印加できる。

　また、図２０の構成では、供給ラインＬ１を供給ラインＬ０とグランドラインＬ３とに選択的に接続するための構成として、マルチプレクサ１１２が用いられている。マルチプレクサ１１２は、制御部３００からの制御により切り替えられる。マルチプレクサ１１２は、期間Ｔ１において供給ラインＬ０側に接続され、期間Ｔ２においてグランドラインＬ３側に接続される。

　なお、上記実施形態１においても、図２０と同様、スイッチング素子１１２ａ、１１２ｂに代えてマルチプレクサ１１２が用いられてもよい。供給ラインＬ１を供給ラインＬ１とグランドラインＬ３とに選択的に接続するための素子は、スイッチング素子１１２ａ、１１２ｂやマルチプレクサ１１２に限られるものではなく、メカニカルスイッチ等の他のスイッチであってもよい。

　変更例３の構成では、図１４のステップＳ１０５、Ｓ１０７が省略され、また、図１６のステップＳ１１５、Ｓ１１７が省略される。この場合も、図１４のステップＳ１０１の処理（第１モード）とステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６の処理（第２モード）との順番が逆であってよく、図１６のステップＳ１１１の処理（第２モード）とステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１１６の処理（第１モード）との順番が逆であってよい。

　また、変更例３の構成においても、図１９に示した変更例２と同様、電流計測部２００がマルチプレクサ１１２とグランドラインＬ３との間に配置され、放電時の電流を計測してもよい。この場合も、上記変更例２と同様、上記式（２）により、各素子部の静電容量が算出される。

　また、図２０の構成からさらに素子部Ａ１２、Ａ１３が省略され、第２切替部１３０が素子部Ａ１１に対応するマルチプレクサ１３１のみを備えてもよい。この場合、素子部Ａ１１に対して電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆが計測され、上記式（１）または式（２）により、素子部Ａ１１の静電容量が算出される。

　＜実施形態２＞
　上記実施形態１では、素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量として、素子部の一方の電極（導体線１３）と電源Ｓ１との間の経路を流れる電流が計測された。これに対し、実施形態２では、素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量として、素子部の電圧が計測される。

　図２１は、実施形態２に係る、荷重検出装置３の構成を示すブロック図である。

　図２１に示すように、変更例３では、図５の電流計測部２００に代えて、素子部の電圧を計測するための電圧計測部４００が検出回路２に配置される。

　図２２は、実施形態２に係る、電位印加部１００の構成を示す回路図である。

　図２２では、便宜上、電圧計測部４００は、供給ラインＬ０とグランドラインＬ３との間の電圧（素子部の電圧）を計測することを示すために、便宜上、電位生成部１１０を示す破線の枠内に含まれている。

　図２２の構成では、図６の構成から、ゲート信号生成部１１１、スイッチング素子１１２ａ、１１２ｂおよび電流計測部２００が省略され、スイッチ１１４、抵抗１１５と、スイッチ１１６、抵抗１１７および電圧計測部４００が追加されている。

　スイッチ１１４は、電源電位Ｖｄｄの供給ラインＬ０と抵抗１１５とを選択的に接続する。スイッチ１１６および抵抗１１７は、素子部に蓄積された電荷を放電するための放電経路を構成する。放電時には、スイッチ１１６が閉じられる。これにより、素子部に蓄積された電荷がグランドラインＬ３へと放電される。電圧計測部４００は、供給ラインＬ０とグランドラインＬ３との間の電圧（素子部の電圧）を計測する。電圧計測部４００は、出力端子１１８の電位をデジタル信号に変換して制御部３００に出力するＡ／Ｄ変換器であってもよい。

　図２３は、測定対象の素子部Ａ１１の両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおける電位印加部１００の動作状態を示す図である。図２３において、太い実線は、電源電位Ｖｄｄと同等の電位が印加されている経路を示している。

　制御部３００は、荷重センサ１に対する放電動作を行った後、スイッチ１１４を一定期間閉塞させて、電源電位Ｖｄｄをスイッチ１１４の後段側の回路部に印加する。これにより、３つの素子部Ａ１１～Ａ１３の一方の電極（導体線１３）に電源電位Ｖｄｄが印加され、他方の電極（導電弾性体１２）に電源電位Ｖｄｄと同様の電位が等電位生成部１１３から印加される。制御部３００は、スイッチ１１４閉塞後の所定のタイミングにおいて、電圧計測部４００によって計測された電圧Ｖｒｅｆを取得する。

　図２４は、図２３の動作により充電された電荷を放電する際の電位印加部１００の動作状態を示す図である。図２４において、太い実線は、電荷の放電経路を示している。

　制御部３００は、スイッチ１１４を開放した後、スイッチ１１６を一定期間閉塞させる。これにより、素子部Ａ１１～Ａ１３に蓄積された電荷が放電される。

　図２５は、測定対象の素子部Ａ１１の両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおける電位印加部１００の動作状態を示す図である。図２５において、太い実線は、電源電位Ｖｄｄと同等の電位が印加されている経路を示し、太い破線は、グランド電位が印加されている経路を示している。

　図２４の放電後、制御部３００は、スイッチ１１６を開放するとともに、第２切替部１３０の最も左のマルチプレクサ１３１の接続先をグランドラインＬ３側の端子に切り替えて、スイッチ１１４を閉塞する。これにより、素子部Ａ１１には、一方の電極（導体線１３）に電源電位Ｖｄｄが印加され、他方の電極（導電弾性体１２）にグランド電位が印加される、素子部Ａ１２、Ａ１３には、一方の電極（導体線１３）に電源電位Ｖｄｄが印加され、他方の電極（導電弾性体１２）に電源電位Ｖｄｄと同様の電位が等電位生成部１１３から印加される。制御部３００は、スイッチ１１４閉塞後の所定のタイミングにおいて、電圧計測部４００によって計測された電圧Ｖｍを取得する。その後、制御部３００は、スイッチ１１４を開放するとともにスイッチ１１６を閉塞して、荷重センサ１に対する放電を行う。

　図２６は、図２３および図２５の動作時に電圧計測部４００により計測される電圧の変化を模式的に示す図である。

　図２６に示すように、測定対象の素子部に異なる電位が印加された場合は、同じ電位が印加された場合に比べて、電源電位Ｖｄｄに収束するまでの時間が長くなる。このため、電位印加後、一定時間ΔＴ後のタイミングにおいて電圧計測部４００により計測される電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆは、電圧Ｖｍの方が電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなる。

　制御部３００は、電圧Ｖｍと電圧Ｖｒｅｆの差分ΔＶから、以下の式（３）により、測定対象の素子部の静電容量Ｃを算出する。式（３）中のＲは、抵抗１１５の抵抗値である。

　各素子部に対する静電容量の検出は、図１４または図１６と同様の処理により行われる。実施形態２では、図１４および図１６の処理における電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆの計測が、電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆの計測に置き換えられる。また、ステップＳ１０４、１１４における静電容量の算出が、上記式（３）により行われる。上記実施形態１および変更例１の場合と同様、電圧Ｖｍおよび電圧Ｖｒｅｆを取得する順序は、何れが先であってもよい。また、上記変更例２と同様、電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆは、放電動作時に取得されてもよい。この場合、式（３）中のＲは、抵抗１１７の抵抗値となる。

　＜実施形態２の効果＞
　実施形態２においても、電圧Ｖｍは、測定対象の素子部の電荷量の他、測定対象以外の素子部や寄生容量に蓄積された不要な電荷量の影響を含むものとなり、電圧Ｖｒｅｆは、主として、測定対象以外の素子部や寄生容量に蓄積された不要な電荷量の影響を含むものとなる。このため、上記式（３）を用いて、電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆの差分ΔＶの時間的変化に基づき測定対象の素子部の静電容量を算出することで、測定対象以外の素子部や寄生容量に蓄積された不要な電荷量が静電容量の検出結果に影響することを抑制できる。このため、電圧Ｖｍのみを用いて静電容量を算出する場合に比べて、静電容量の算出結果の精度を高めることができる。

　但し、実施形態２では、図２６に示したとおり、電荷の蓄積が飽和するまでのタイミング、すなわち、電流および電圧が変化している途中のタイミングで電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆが取得されるため、取得された電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆには、寄生インダクタンスや寄生インピーダンスの影響が含まれ得る。このため、これら電圧Ｖｍ、Ｖｒｅｆから算出された静電容量には、上記実施形態１に比べて、誤差成分が含まれ得る。したがって、より高精度に静電容量を取得するためには、上記実施形態１のように、素子部に対する電荷の蓄積が飽和した状態の電荷量に応じた電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆを用いて、測定対象の静電容量を取得することが好ましい。

　＜その他の変更例＞
　上記実施形態１、２では、第１切替部１２０において、３つのマルチプレクサ１１２の前段にマルチプレクサ１２２が配置されたが、マルチプレクサ１２２が省略され、供給ラインＬ１が直接、３つのマルチプレクサ１１２の一方の入力端子に接続されてもよい。これにより、マルチプレクサ１２２により生じる寄生容量等の影響を抑制できる。但し、この場合、電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆの取得時に、３つのマルチプレクサ１２１の全てに、電源電位Ｖｄｄが印加される。このため、測定対象の行以外の行に接続されたマルチプレクサ１２１の寄生容量等の影響が想定され得る。第１切替部１２０は、供給ラインＬ１から見た等価容量がなるべく小さくなるよう構成されることが好ましい。

　また、上記実施形態１では、電流計測部２００は、供給ラインＬ０を流れる電流を計測したが、素子部の一方の電極（導体線１３）と電源Ｓ１との間の経路上の他の位置の電流を計測してもよい。同様に、図１９の変更例２においても、放電時に一方の電極（導体線１３）とグランドラインＬ３との間の経路上の他の位置において電流を検出するように、電流計測部２００が配置されてもよい。

　また、上記実施形態１では、平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖに期間Ｔ１を乗じて電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆが算出されたが、電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆを求める方法はこれに限られない。たとえば、平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖが周期Ｔ０について算出される場合は、平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖに周期Ｔ０を乗じて電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆが算出されてもよい。また、周期Ｔ０を乗じる代わりに、周期Ｔ０の周波数Ｆ０で平均電流Ｉｍ＿ａｖ、Ｉｒｅｆ＿ａｖを除して、電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆが算出されてもよい。あるいは、電流Ｉｍ、Ｉｒｅｆを期間Ｔ１の間積算して、電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅｆが取得されてもよい。

　また、上記実施形態１、２では、第１切替部１２０および第２切替部１３０がマルチプレクサ１２１、１２２、１３１によって構成されたが、第１切替部１２０および第２切替部１３０がマルチプレクサ以外の切替回路により構成されてもよい。

　また、上記実施形態１、２では、導体線１３は、被覆付き銅線により構成されたが、これに限らず、銅以外の物質からなる線状の導電部材と、当該導電部材を被覆する誘電体とにより構成されてもよい。また、導電部材が撚り線によって構成されてもよい。

　また、上記実施形態１、２では、ベース部材１１のＺ軸正側の面にのみ導電弾性体１２が設けられたが、ベース部材１５のＺ軸負側の面にも導電弾性体が設けられてもよい。この場合、ベース部材１５側の導電弾性体は、ベース部材１１側の導電弾性体１２と同様に構成され、平面視において導体線１３を挟んで導電弾性体１２に重なるように配置される。そして、ベース部材１５側の導電弾性体から引き出されたケーブルは、Ｚ軸方向に対向する導電弾性体１２から引き出されたケーブル１２ａと接続される。このように、導体線１３に対して上下に導電弾性体が設けられると、素子部における静電容量の変化が上下の導電弾性体に対応してほぼ２倍となるため、素子部にかかる荷重の検出感度を高めることができる。

　また、上記実施形態１、２では、導電部材１３ａの外周を被覆するように導電部材１３ａに対して誘電体１３ｂが形成されたが、これに代えて、誘電体１３ｂが、導電弾性体１２の上面に形成されてもよい。この場合、荷重の付与に応じて、導電部材１３ａが導電弾性体１２および誘電体１３ｂに対して包まれるように沈み込み、導電部材１３ａと導電弾性体１２との間の接触面積が変化する。これにより、上記実施形態と同様、素子部に付与された荷重を検出することができる。

　また、上記実施形態１、２では、導電弾性体１２と導体線１３とが交差することにより素子部が構成されたが、素子部の構成はこれに限られるものではない。たとえば、半球状の導電弾性体と平板状の電極とが誘電体を挟む構成により、素子部が構成されてもよい。この場合、誘電体は、導電弾性体に対向する電極の表面に形成されてもよく、半球状の導電弾性体の表面に形成されてもよい。

　また、本発明に係る検出回路は、荷重センサの他、静電式タッチパネルや半導体デバイス内に形成される容量素子、電解コンデンサやセラミックコンデンサ等の、所定の静電容量を有する素子部から静電容量を検出する場合にも、適宜、用いられ得るものである。

　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

（付記）
　以上の実施形態の記載により、下記の技術が開示される。

（技術１）
　荷重に応じて静電容量が変化する素子部を備えた荷重センサと、
　前記素子部の静電容量を検出する検出回路と、を備え、
　前記検出回路は、
　前記素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部と、
　前記素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量を計測する計測部と、
　制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　　前記両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された前記電気量から第１の値を取得し、
　　前記両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された前記電気量から第２の値を取得し、
　　前記第１の値と前記第２の値との差分から、前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、第１の値と第２の値との差分は、第１の値から寄生容量や寄生インダクタンス等の影響がキャンセルされた値となり、主として素子部に蓄積された電荷量が反映されたものとなる。このため、この差分から素子部の静電容量を検出することにより、寄生容量や寄生インダクタンス等の影響が効果的に抑制された静電容量を取得できる。よって、素子部に印加された荷重の検出精度を高めることができる。また、静電容量の検出のために、特別な回路を別途配さずともよく、素子部の両方の電極に印加される電位を上記のように切り替えるだけでよい。よって、簡素な構成により精度良く、素子部の静電容量を検出できる。

（技術２）
　技術１に記載の位荷重検出装置において、
　前記計測部は、前記電気量として、前記電位印加部の充電経路を流れる電流を計測する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、第１モードおよび第２モードにおいて、素子部の電荷量およびその他の不要容量の電荷量に応じた電流を計測できる。よって、これら電流の差分から、測定対象の素子部の静電容量を適正に取得できる。

（技術３）
　技術１に記載の荷重検出装置において、
　前記計測部は、前記電気量として、前記電位印加部の放電経路を流れる電流を計測する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、技術２と同様、第１モードおよび第２モードにおいて、素子部の電荷量およびその他の不要容量の電荷量に応じた電流を計測できる。よって、これら電流の差分から、測定対象の素子部の静電容量を適正に取得できる。

（技術４）
　技術２または３の何れか一項に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、
　　前記第１モードにおいて前記計測部により計測された電流Ｉｍから、前記充電または前記放電が完了するまでの電荷量Ｑｍを前記第１の値として取得し、
　　前記第２モードにおいて前記計測部により計測された電流Ｉｒｅｆから、前記充電または前記放電が完了するまでの電荷量Ｑｒｅｆを前記第２の値として取得し、
　　前記電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅと、前記異なる電位の電位差Ｖとから、以下の関係式により、前記素子部の静電容量を算出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　　Ｃ＝（Ｑｍ－Ｑｒｅｆ）／Ｖ

　この技術によれば、上記の式により、測定対象の素子部の静電容量を精度良く取得できる。

（技術５）
　技術１に記載の荷重検出装置において、
　前記計測部は、前記電気量として、前記素子部の電圧を計測する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、第１モードおよび第２モードにおいて、素子部の電荷量およびその他の不要容量の電荷量に応じた電圧を計測できる。よって、これら電圧の差分から、測定対象の素子部の静電容量を適正に取得できる。

（技術６）
　技術５に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、前記第１モードにおいて前記計測部により計測された前記電圧をＶｍと、前記第２モードにおいて前記計測部により計測された前記電圧をＶｒｅｆとの差分ΔＶの時間的変化に基づいて、前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、測定対象の素子部の静電容量を精度良く取得できる。

（技術７）
　技術１ないし６の何れか一項に記載の荷重検出装置において、
　前記荷重センサは、複数の前記素子部を備え、
　前記電位印加部は、前記電位が印加される前記素子部を切り替え可能に構成され、
　前記制御部は、前記第１モードおよび前記第２モードにおいて、前記電位印加部を制御して各々の前記素子部に前記電位を印加して、各々の前記素子部について前記電気量を前記計測部から取得し、取得した各々の前記素子部の前記電気量に基づく第１の値および前記第２の値から、各々の前記素子部に対する前記静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、複数の素子部が配置されるため、荷重の検出範囲を広げることができる。また、各々の素子部に対して上記処理が実行されるため、各々の素子部に付与された静電容量を精度良く検出できる。

（技術８）
　技術７に記載の荷重検出装置において、
　前記複数の素子部は、複数行および複数列に並ぶようにマトリクス状に配置され、
　同じ前記行の前記素子部は、前記両方の電極のうち一方が互いに接続され、
　同じ前記列の前記素子部は、前記両方の電極のうち他方が互いに接続され、
　前記電位印加部は、前記電位を印加する前記行および前記列を切り替えるスイッチング素子を備える、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、複数の素子部がマトリクス状に配置されるため、方形状に広がる範囲の荷重の分布を、これら素子部によって検出できる。また、スイッチング素子により電位を印加する行および列を切り替えることで、切替後の行および列の交差位置にある素子部の２つの電極にそれぞれ所定の電位を印加でき、当該素子部の静電容量を上記制御により円滑に検出できる。

（技術９）
　技術８に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、
　　前記第１モードにおいて、測定対象の前記行に含まれる全ての前記素子部の両方の電極に同時に異なる電位を印加して、これら素子部に共通の前記第１の値を取得し、
　　前記第２モードにおいて、前記測定対象の行に含まれる複数の前記素子部のうち、前記両方の電極に同じ電位を印加する測定対象の前記素子部を順番に切り替えて、前記測定対象の素子部ごとに前記第２の値を取得し、
　　前記共通の第１の値と各々の前記素子部の前記第２の値との前記差分から、各々の前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、１行分の素子部について第１の値が一括して取得されるため、各素子部に対する静電容量の検出処理を、簡易かつ迅速に行うことができる。

（技術１０）
　技術８に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、
　　前記第２モードにおいて、測定対象の前記行に含まれる全ての前記素子部の両方の電極に同時に同じ電位を印加して、これら素子部に共通の前記第２の値を取得し、
　　前記第１モードにおいて、前記測定対象の行に含まれる複数の前記素子部のうち、前記両方の電極に異なる電位を印加する測定対象の前記素子部を順番に切り替えて、前記測定対象の素子部ごとに前記第１の値を取得し、
　　各々の前記素子部の前記第１の値と前記共通の第２の値との前記差分から、各々の前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。

　この技術によれば、１行分の素子部について第２の値が一括して取得されるため、各素子部に対する静電容量の検出処理を、簡易かつ迅速に行うことができる。

（技術１１）
　所定の静電容量を有する素子部から前記静電容量を検出する検出回路であって、
　前記素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部と、
　前記素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量を計測するための計測部と、
　制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　　前記両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された前記電気量から第１の値を取得し、
　　前記両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された前記電気量から第２の値を取得し、
　　前記第１の値と前記第２の値との差分から、前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする検出回路。

　この技術によれば、技術１と同様の効果が奏され得る。

　１　荷重センサ
　２　検出回路
　３　荷重検出装置
　１００　電位印加部
　２００　電流計測部（計測部）
　３００　制御部
　４００　電圧計測部（計測部）
　Ａ１１～Ａ１６　素子部

Claims

　荷重に応じて静電容量が変化する素子部を備えた荷重センサと、
　前記素子部の静電容量を検出する検出回路と、を備え、
　前記検出回路は、
　前記素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部と、
　前記素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量を計測する計測部と、
　制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　　前記両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された前記電気量から第１の値を取得し、
　　前記両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された前記電気量から第２の値を取得し、
　　前記第１の値と前記第２の値との差分から、前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項１に記載の荷重検出装置において、
　前記計測部は、前記電気量として、前記電位印加部の充電経路を流れる電流を計測する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項１に記載の荷重検出装置において、
　前記計測部は、前記電気量として、前記電位印加部の放電経路を流れる電流を計測する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項２または３に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、
　　前記第１モードにおいて前記計測部により計測された電流Ｉｍから、前記充電または前記放電が完了するまでの電荷量Ｑｍを前記第１の値として取得し、
　　前記第２モードにおいて前記計測部により計測された電流Ｉｒｅｆから、前記充電または前記放電が完了するまでの電荷量Ｑｒｅｆを前記第２の値として取得し、
　　前記電荷量Ｑｍ、Ｑｒｅと、前記異なる電位の電位差Ｖとから、以下の関係式により、前記素子部の静電容量を算出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　　Ｃ＝（Ｑｍ－Ｑｒｅｆ）／Ｖ
　請求項１に記載の荷重検出装置において、
　前記計測部は、前記電気量として、前記素子部の電圧を計測する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項５に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、前記第１モードにおいて前記計測部により計測された前記電圧をＶｍと、前記第２モードにおいて前記計測部により計測された前記電圧をＶｒｅｆとの差分ΔＶの時間的変化に基づいて、前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項１に記載の荷重検出装置において、
　前記荷重センサは、複数の前記素子部を備え、
　前記電位印加部は、前記電位が印加される前記素子部を切り替え可能に構成され、
　前記制御部は、前記第１モードおよび前記第２モードにおいて、前記電位印加部を制御して各々の前記素子部に前記電位を印加して、各々の前記素子部について前記電気量を前記計測部から取得し、取得した各々の前記素子部の前記電気量に基づく前記第１の値および前記第２の値から、各々の前記素子部に対する前記静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項７に記載の荷重検出装置において、
　前記複数の素子部は、複数行および複数列に並ぶようにマトリクス状に配置され、
　同じ前記行の前記素子部は、前記両方の電極のうち一方が互いに接続され、
　同じ前記列の前記素子部は、前記両方の電極のうち他方が互いに接続され、
　前記電位印加部は、前記電位を印加する前記行および前記列を切り替えるスイッチング素子を備える、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項８に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、
　　前記第１モードにおいて、測定対象の前記行に含まれる全ての前記素子部の両方の電極に同時に異なる電位を印加して、これら素子部に共通の前記第１の値を取得し、
　　前記第２モードにおいて、前記測定対象の行に含まれる複数の前記素子部のうち、前記両方の電極に同じ電位を印加する測定対象の前記素子部を順番に切り替えて、前記測定対象の素子部ごとに前記第２の値を取得し、
　　前記共通の第１の値と各々の前記素子部の前記第２の値との前記差分から、各々の前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　請求項８に記載の荷重検出装置において、
　前記制御部は、
　　前記第２モードにおいて、測定対象の前記行に含まれる全ての前記素子部の両方の電極に同時に同じ電位を印加して、これら素子部に共通の前記第２の値を取得し、
　　前記第１モードにおいて、前記測定対象の行に含まれる複数の前記素子部のうち、前記両方の電極に異なる電位を印加する測定対象の前記素子部を順番に切り替えて、前記測定対象の素子部ごとに前記第１の値を取得し、
　　各々の前記素子部の前記第１の値と前記共通の第２の値との前記差分から、各々の前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする荷重検出装置。
　所定の静電容量を有する素子部から前記静電容量を検出する検出回路であって、
　前記素子部の両方の電極に所定の電位を印加する電位印加部と、
　前記素子部に対する電荷の充電または放電により変化する電気量を計測するための計測部と、
　制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　　前記両方の電極に異なる電位を印加する第１モードにおいて計測された前記電気量から第１の値を取得し、
　　前記両方の電極に同じ電位を印加する第２モードにおいて計測された前記電気量から第２の値を取得し、
　　前記第１の値と前記第２の値との差分から、前記素子部の静電容量を検出する、
ことを特徴とする検出回路。