(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極と当該一方の電極に対向する他方の電極を有し、一方の電極と他方の電極間に静電容量を形成する容量素子を複数含み、物体の接近または接触に応じて容量素子の静電容量の変化を検出する静電容量検出装置であって、
２次元アレイ状に配された複数の容量素子と、
定電流源からの電流を各容量素子に供給し、各容量素子の静電容量に対応する周波数をもつ出力信号を生成する信号生成手段と、
前記出力信号の周波数に基づき容量素子の静電容量の変化を検出する検出手段と、
前記検出された静電容量の変化がノイズによるものか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によりノイズによるものと判定されたとき、前記定電流源から供給される電流値を変化させる電流値可変手段と、
を含み、
前記判定手段は、一定期間内における静電容量の変化が検出された容量素子の前記２次元アレイ内での位置の移動量が所定のしきい値を越えるとき、前記静電容量の変化がノイズによるものと判定する、静電容量検出装置。
静電容量検出装置。
【請求項２】
一方の電極と当該一方の電極に対向する他方の電極を有し、一方の電極と他方の電極間に静電容量を形成する容量素子を複数含み、物体の接近または接触に応じて容量素子の静電容量の変化を検出する静電容量検出装置であって、
２次元アレイ状に配された複数の容量素子と、
定電流源からの電流を各容量素子に供給し、各容量素子の静電容量に対応する周波数をもつ出力信号を生成する信号生成手段と、
前記出力信号の周波数に基づき容量素子の静電容量の変化を検出する検出手段と、
前記検出された静電容量の変化がノイズによるものか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によりノイズによるものと判定されたとき、前記定電流源から供給される電流値を変化させる電流値可変手段と、
を含み、
前記判定手段は、一定時間内における静電容量の変化が検出された容量素子の前記２次元アレイ内での位置の方向の変化量が所定のしきい値を越えるとき、前記静電容量の変化がノイズによるものと判定する、静電容量検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の静電容量検出装置であって、
前記電流値可変手段は、複数の電流値とこれに対応する複数の周波数との関係を規定したテーブルを参照し、前記出力信号の周波数と異なる周波数に対応する電流値を前記定電流源から供給させる、静電容量検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の静電容量検出装置であって、
前記電流値可変手段は、前記出力信号の周波数の高調波に近似する周波数となる電流値を前記定電流源から供給させる、静電容量検出装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の静電容量検出装置であって、
前記信号生成手段は、前記定電流源と基準電位との間に接続されたスイッチング素子を含み、容量素子の一方の電極が、前記定電流源と前記スイッチング素子との接続ノードに接続され、前記スイッチング素子がオフされたとき前記定電流源から容量素子に電流が供給され、前記スイッチング素子がオンされたとき前記定電流源から容量素子への電流の供給が停止される、静電容量検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の静電容量検出装置であって、
前記信号生成手段が、前記接続ノードと複数の容量素子との間の各々の接続を切替える切替回路を更に含む、静電容量検出装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の静電容量検出装置であって、
前記信号生成手段が、前記出力信号として三角波信号を生成し、更に前記信号生成手段が、前記三角波信号を２値化する２値化回路と２値化された信号のノイズを除去するフィルタとを含む、静電容量検出装置。
【請求項８】
請求項１、２、３又は４に記載の静電容量検出装置であって、
前記定電流源が、複数の電流源を供給可能なカレントミラー回路を含み、前記可変手段が、前記カレントミラー回路の複数の電流源を選択する、静電容量検出装置。
【請求項９】
一方の電極と当該一方の電極に対向する他方の電極を有し、一方の電極と他方の電極間に静電容量を形成する容量素子を複数含み、物体の接近または接触に応じて容量素子の静電容量の変化を検出する静電容量検出装置であって、
２次元アレイ状に配された複数の容量素子と、
定電流源からの電流を各容量素子に供給し、各容量素子の静電容量に対応する周波数をもつ出力信号を生成する信号生成手段と、
前記複数の容量素子に物体が接近若しくは接触していない状態で、前記信号生成手段によって生成された容量素子の出力信号の周波数と基準容量素子の基準周波数と比較し、基準周波数との周波数の差分をメモリに記憶する記憶手段と、
前記複数の容量素子に物体が近接若しくは接触していないときの前記複数の容量素子に対応する複数の出力信号の周波数が等しくなるように、前記記憶手段に記憶された周波数の差分を用いて前記信号生成手段により得られた出力信号の周波数を補正する補正手段と、
前記補正された出力信号の周波数に基づき前記容量素子の静電容量の変化を検出する検出手段と、
を含む、静電容量検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の静電容量検出装置であって、
前記基準容量素子が、前記複数の容量素子の中から選択された１つの容量素子である、静電容量検出装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の静電容量検出装置であって、
前記基準容量素子が、外部に接続された既知の容量素子を有する容量素子である、静電容量検出装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の静電容量検出装置であって、
前記差分のメモリへの記憶が、静電容量検出装置の電源投入時に実行される、静電容量検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１つに記載の静電容量検出装置であって、
前記検出手段により静電容量の変化が検出された容量素子の前記２次元アレイ内の位置又は座標を算出する算出手段を更に含む、静電容量検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３何れか１つに記載の静電容量検出装置を含む、位置入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指などの物体の接近または接触に応じて静電容量が変化する容量素子の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや携帯電話などの電子装置において、静電容量の変化を利用した入力装置が利用されている。例えば、フラットポインティングデバイスは、静電容量を有する容量素子を２次元アレイ状に操作面に配列させ、指を操作面に接近させまたは接触させると、その位置の容量素子の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することで、指の入力位置や移動を求めることができる。特許文献１は、このような静電容量の変化を検出する静電容量式センサを開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３２８８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、従来の静電容量検出装置の構成例を示すブロック図である。静電容量を有する容量素子Ｃｓは、４行×４列からなるマトリックス状に配列されている。各行方向の容量素子Ｃｓの一方の電極は、信号線Ｘ１〜Ｘ４にそれぞれ共通に接続され、各列方向の容量素子Ｃｓの他方の電極は、信号線Ｙ１〜Ｙ４にそれぞれ共通に接続されている。これらの容量素子Ｃｓは、電子デバイスの操作面や操作パネルなどの部材の下方に配置され、指などの物体が操作面に接近しまたは接触されると、その位置の容量素子Ｃｓの静電容量が変化する。
【０００５】
信号線Ｘ１〜Ｘ４および信号線Ｙ１〜Ｙ４は、静電容量検出部１０（１０−１、１０−２、・・・１０−８）に接続される。図には、信号線Ｙ１の出力に接続された静電容量検出部１０−１が示されている。静電容量検出部１０−１は、切替回路１２と、切替回路１２の切替を制御して容量素子Ｃｓに定電流を供給し、容量素子Ｃｓの静電容量に応じた周波数を有する三角波信号を生成するプログラマブルドライバ１４と、三角波信号を２値化するシュミット回路１６と、シュミット回路１６から出力されるパルス信号のパルス数をカウントし周波数を測定するカウンタ１８とを有する。
【０００６】
切替回路１２は、信号線Ｙ１に接続された入力端子と、シュミット回路１６に接続された出力端子と、定電流源に接続された電源端子と、接地電位に接続された接地端子とを有する。切替回路１２は、入力端子、出力端子、電源端子および接地端子間の接続の切替を行う。例えば、信号線Ｙ１と信号線Ｘ１が交差する容量素子Ｃｓ１の静電容量を測定するとき、信号線Ｘ１は切替回路１２により接地端子に接続され、信号線Ｙ１は切替回路１２により電源端子に接続され、容量素子Ｃｓ１に定電流からの電荷が充電される。次いで、切替回路１２は、信号線Ｙ１に接続された入力端子を出力端子に接続することで、容量素子Ｃｓ１に充電された電荷を読み出し、容量素子Ｃｓ１の静電容量に応じた周波数をもつ三角波信号が生成される。この三角波信号の周波数は、カウンタ１８によって測定され、周波数の変化から静電容量の変化が検出される。
【０００７】
４行×４列の容量素子の各々を一定周期でスキャン（静電容量の測定）することで、静電容量が変化した容量素子、すなわち、操作面上で時間的に移動する指の位置や移動を検出することができる。
【０００８】
ここで、三角波信号に含まれるノイズは、シュミット回路（ヒステリシス回路）や図示しないディジタルフィルタにより除去することができる。しかしながら、このようなノイズ対策では、三角波信号の周波数とノイズ周波数とが同じであると、ノイズを十分に分離して除去することができず、ノイズの影響により静電容量が変化した容量素子を誤って検出してしまい、結果として、操作面上の正確な入力位置または移動を求めることができないという課題がある。
【０００９】
また、製造バラツキにより、各容量素子の誘電体膜の膜厚が一定でなくなると、静電容量の検出の感度が異なり、検出精度にムラが生じ、操作性の悪化や操作ムラにつながる。特に、容量素子間の静電容量の差が大きすぎると、静電容量の変化を検出することが難しくなる場合もある。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決し、静電容量の変化を正確に検出することができる静電容量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る静電容量検出装置は、一方の電極と当該一方の電極に対向する他方の電極を有し、一方の電極と他方の電極間に静電容量を形成する容量素子を複数含み、物体の接近または接触に応じて容量素子の静電容量の変化を検出するものであって、２次元状に配された複数の容量素子と、定電流源からの電流を各容量素子に供給し、各容量素子の静電容量に対応する周波数をもつ出力信号を生成する生成手段と、前記出力信号の周波数に基づき容量素子の静電容量の変化を検出する検出手段と、前記検出された静電容量の変化がノイズによるものか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりノイズによるものと判定されたとき、前記定電流源から供給される電流値を可変する可変手段とを有する。
【００１２】
好ましくは前記判定手段は、一定期間内における静電容量の変化が検出された容量素子の位置の移動量がしきい値を越えるとき、前記静電容量の変化はノイズによるものと判定する。好ましくは前記判定手段は、一定時間内における静電容量の変化が検出された容量素子の位置の方向の変化量がしきい値を越えるとき、前記静電容量の変化はノイズによるものと判定する。好ましくは前記可変手段は、複数の電流値とこれに対応する複数の周波数との関係を規定したテーブルを参照し、前記出力信号の周波数と異なる周波数に対応する電流値を前記定電流源から供給させる。好ましくは前記可変手段は、前記出力信号の周波数の高調波に近似する周波数となる電流値を前記定電流源からに供給させる。
【００１３】
好ましくは前記生成手段は、前記定電流源と基準電位との間にスイッチング素子を含み、容量素子の一方の電極は、前記定電流源と前記スイッチング素子との接続ノードに接続され、前記スイッチング素子がオフされたとき前記定電流源から容量素子に電流が供給される、前記スイッチング素子がオンされたとき前記定電流源から容量素子への電流の供給が停止される。前記生成手段はさらに、前記接続ノードと複数の容量素子との間の各々の接続を切替える切替回路を含むことができる。前記生成手段は、前記出力信号として三角波信号を生成し、さらに前記生成手段は、前記三角波信号を２値化する２値化回路と２値化された信号のノイズを除去するフィルタとを含むことができる。好ましくは前記定電流源は、複数の電流源を供給可能なカレントミラー回路を含み、前記可変手段は、前記カレントミラー回路の複数の電流源を選択する。
【００１４】
さらに本発明に係る静電容量検出装置は、一方の電極と当該一方の電極に対向する他方の電極を有し、一方の電極と他方の電極間に静電容量を形成する容量素子を複数含み、物体の接近または接触に応じて容量素子の静電容量の変化を検出するものであって、２次元状に配された複数の容量素子と、定電流源からの電流を各容量素子に供給し、各容量素子の静電容量に対応する周波数をもつ出力信号を生成する生成手段と、前記複数の容量素子に物体が接近もしくは接触されていない状態で、前記生成手段によって生成された容量素子の出力信号の周波数と基準容量素子の基準周波数と比較し、基準周波数との周波数の差分をメモリに記憶する走査手段と、前記記憶手段に記憶された周波数の差分を用いて前記生成手段により得られた出力信号の周波数を補正する補正手段と、前記補正された出力信号の周波数に基づき静電容量の変化を検出する検出手段とを有する。
【００１５】
好ましくは前記基準容量素子は、前記複数の容量素子の中から選択された１つの容量素子である。好ましくは前記基準容量素子は、外部に接続された既知の容量素子を有する容量素子である。好ましくは前記走査手段は、静電容量検出装置の電源投入時に実行される。好ましくは静電容量検出装置はさらに、前記検出手段により静電容量の変化が検出された容量素子の位置または座標を算出する算出手段を含む。上記の静電容量検出装置は、位置入力装置に利用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検出された静電容量の変化がノイズによるものと判定されたとき、定電流源の電流値を可変することで、出力信号の周波数をノイズ周波数から異ならせることができ、これにより、出力信号からノイズを分離し除去することができ、静電容量の変化を正確に検出することが可能である。また、各容量素子の静電容量のバラツキを補正することで、静電容量の変化をより正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の静電容量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る静電容量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】三角波発生回路および波形図の例を示す図である。
【図４】可変電流パターンテーブルの例を示す図である。
【図５】定電流源のカレントミラー回路の例を示す図である。
【図６】マイクロコントローラによる静電容量検出のための動作フローの例を示す図である。
【図７】ノイズか否かの判定フローの例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る静電容量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る静電容量検出装置の動作フローである。
【図１０】補正テーブルの一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の形態に係る静電容量検出装置について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施例に係る静電容量検出装置の構成を示すブロック図である。図には、複数の容量素子のうちの代表的な１つの容量素子Ｃｓが例示されている。本実施例に係る静電容量検出装置１００は、容量素子Ｃｓに接続された切替回路１１０と、切替回路１１０に接続されたプログラマブル駆動回路１２０と、プログラマブル駆動回路１２０から生成された三角波信号を受け取るシュミット内蔵の２値化回路１３０と、２値化回路１３０の出力に接続されたディジタルフィルタ１４０と、ディジタルフィルタ１４０から出力された矩形波信号の周波数を測定する周波数測定部１５０と、プログラマブル駆動回路１２０の定電流を可変する可変電流制御部１６０と、定電流源から供給可能な複数の電流値とこれに対応する周波数との関係を規定した可変電流パターンテーブル１７０と、静電容量の変化の検出やその他の制御を行うマイクロコントローラ１８０とを含んで構成される。
【００２０】
複数の容量素子Ｃｓは、例えば図１に示したように、電子デバイスの操作面を提供する部材の下方に４行×４列のマトリックスに配列される。切替回路１１０は、複数の容量素子Ｃｓを一定の周期で走査する。すなわち、切替回路１１０は、個々の容量素子の静電容量が一定周期で順番に測定されるように各容量素子Ｃｓと駆動回路１２０間の接続を切替える。切替回路１２０の動作は、例えば、マイクロコントローラ１８０によって制御されてもよいし、あるいはプログラマブル駆動回路１２０によって行われるようにしてもよい。
【００２１】
プログラマブル駆動回路１２０は、供給される電流値を可変することができる定電流源１２２とスイッチング素子１２４を含み、スイッチング素子１２４のオン・オフを制御して容量素子Ｃｓへの電流の供給を制御し、切替回路１１０によって選択された容量素子Ｃｓの静電容量に応じた周波数をもつ三角波信号を生成する。
【００２２】
図３（ａ）は、三角波信号を生成する回路例であり、図３（ｂ）は、ノードＮとスイッチＳＷの波形図である。同図に示すように、定電流源１２２に直列にスイッチＳＷ１２４が接続され、これらの接続ノードＮに容量素子Ｃｓが選択的に接続される。ノードＮは、コンパレータＣＯＭＰ１の反転入力端子に接続され、他方の非反転入力端子には、三角波信号の上限を決定する電位Ｖｄ１が接続される。さらにノードＮは、コンパレータＣＯＭＰ２の非反転入力端子に接続され、他方の反転入力端子には、三角波信号の下限を決定する電位Ｖｄ２が接続される。スイッチＳＷは、コンパレータＣＯＭＰ１がＬレベルに反転したことに応答してオン状態になり、コンパレータＣＯＭＰ２がＬレベルに反転したことに応答してオフ状態に切替えられる。
【００２３】
シュミット内蔵の２値化回路１３０は、好ましくは三角波信号と、基準電圧と比較するコンパレータを含み、三角波信号を矩形波信号に変換する。ディジタルフィルタ１４０は、例えば、IIRフィルタまたはFIRフィルタを含み、２値化された信号に含まれるノイズ成分を除去する。周波数測定部１５０は、例えばカウンタを含み、ディジタルフィルタ１４０から出力された矩形波信号のパルスをカウントすることにより周波数を測定する。
【００２４】
可変電流パターンテーブル１７０は、例えば図４に示すようなテーブルをメモリに記憶する。テーブルには、定電流源１２２から供給可能なされる電流値Ｉ１、Ｉ２、・・・Ｉｎとそれに対応する周波数ｆ１、ｆ２、・・・ｆｎとの関係を規定している。可変電流制御部１６０は、静電容量の変化の検出がノイズによる影響であると判定されたとき、可変電流パターンテーブル１７０を参照し、三角波信号の周波数と異なる周波数となるような電流値を選択し、これを定電流源１２２から供給させる。
【００２５】
定電流源１２２は、好ましくはカレントミラー回路から構成される。図５に、定電流源および可変電流制御部１６０の構成例を示す。カレントミラー回路は、ＭＯＳトランジスタＱ１と、これと同じ特性を持つ複数のＭＯＳトランジスタＱ２〜Ｑｎとを含んでいる。トランジスタＱ１のゲートは、ソースに接続され、ドレインはノードＮに接続されている。トランジスタＱ２は、トランジスタＱ１と並列になるように、そのゲートは、トランジスタＱ１のゲートに共通に接続され、そのドレインはノードＮに接続されている。また、トランジスタＱ３〜Ｑｎもまた、トランジスタＱ１と並列になるように、そのゲートがトランジスタＱ１のゲートに接続されているが、それらのドレインは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、・・・ＳＷｎ−１を介してノードＮに接続されている。可変電流制御部１６０は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ−１の開閉を制御することで、定電流源からの電流値を可変する。例えば、すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ−１がオフされたとき、ノードＮには、トランジスタＱ１、Ｑ２の２つのドレイン電流Ｉｄ×２が供給され、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ−１がオンされたとき、ノードＮには、ｎ個のドレイン電流Ｉｄ×ｎがノードＮに供給される。
【００２６】
マイクロコントローラ１８０は、ＲＯＭまたはＲＡＭを含み、そこに容量素子すなわち静電容量の変化を検出するためのプログラムを格納する。図６に、マイクロコントローラ１８０がプログラムを実行したときの検出フローを示す。先ず、マイクロコントローラ１８０は、可変電流パターンテーブルを参照し、予め決められた周波数に対応する電流値を定電流源１２２に設定する（ステップＳ１０１）。これに応じて、可変電流制御部１６０は、定電流源１２２のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ−１を制御する。
【００２７】
次に、マイクロコントローラ１８０は、切替回路１１０の切替動作を制御し、各々の容量素子の静電容量が一定周期で測定されるように各容量素子を走査する（ステップＳ１０２）。すなわち、切替回路１１０によって容量素子が選択され、さらにスイッチング素子がオフされている期間に定電流源からの電流が選択された容量素子に供給され、これにより、容量素子の静電容量に応じた周波数をもつ三角波信号が生成される。三角波信号は、２値化回路１３０で２値化され、その矩形波信号のノイズがディジタルフィルタ１４０によって除去され、矩形波信号の周波数が周波数測定部１５０で測定され、測定結果がマイクロコントローラ１８０に提供される。
【００２８】
マイクロコントローラ１８０は、測定された周波数に基づき容量素子の静電容量に変化が生じたか否かを検出する（ステップＳ１０３）。次に、マイクロコントローラ１８０は、静電容量の変化が、ノイズの影響によるものか否かを判定する（ステップＳ１０４）。静電容量の変化がノイズの影響によるものと判定したとき、マイクロコントローラ１８０は、可変電流パターンテーブル１７０を参照し、設定された周波数あるいは周波数測定部１５０で測定された周波数と異なる周波数が選択されるような電流値を選択する。例えば、現在設定されている電流値がＩ１で（周波数ｆ１）あるとき、変換された周波数または周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２が選択されるように電流値を設定する。好ましくは、新たに選択される周波数は、測定された周波数の高調波となることが望ましい。
【００２９】
可変電流制御部１６０は、選択された周波数に基づき定電流源１２２から供給される電流値を可変する（ステップＳ１０５）。可変電流制御部１６０は、例えば図５に示すカレントミラー回路において、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ−１の中からオンされるべきスイッチを選択する。定電流源１２２の電流値が可変されたことで、三角波信号の周波数が変化され、三角波信号に含まれるノイズがシュミット２値化回路１３０およびディジタルフィルタ１４０により効果的に除去される。
【００３０】
次に、静電容量の変化がノイズか否かを判定するフローを図７に示す。ここでは、操作面上を移動する物体を指とする。マイクロコントローラ１８０は、静電容量の変化が検出されると、当該検出から一定期間内に静電容量の変化が検出された容量素子を監視し、その間の指の移動量と移動方向を算出する（ステップＳ２０１）。次に、指の移動量が予め決められたしきい値Ｓ１よりも大きいとき、静電容量の変化は、ノイズの影響によるものと判定する（ステップＳ２０５）。また、指の移動量がしきい値Ｓ１以下であっても、移動方向が変化したときあるいは移動方向の変化量がしきい値Ｓ２を越えるとき、ノイズの影響によるものと判定する（ステップＳ２０５）。
【００３１】
好ましくは、しきい値Ｓ１、Ｓ２は、実験的なデータから決定される。好ましい例では、容量素子の静電容量は、約３０ｐＦであり、指が接触または接近したときの静電容量の変化量は、約０．２ｐＦであるのに対し、結合容量を経由して容量素子に入力するノイズによる信号の変化量は、約１０ｐＦ程度の静電容量の変化に相当し、これは、正常な操作が行われたときの静電容量の変化に対して著しく大きい。ノイズの影響により誤って検出されたときの指の移動量は、通常の操作が行われたときの移動量に比較して著しく大きくなる傾向がある。また、通常の操作が行われたときの移動方向は、ほぼ直線的であるのに対し、ノイズの影響により検出された指の移動方向は、非直線的であって変化量が大きいことがわかっている。
【００３２】
上記の判定フローでは、移動量と移動方向を個別に判定の基準に用いたが、移動量と移動方向の双方が条件を満足するときに、ノイズの影響と判定するようにしてもよい。すなわち、移動量がしきい値Ｓ１よりも大きくかつ移動方向の変化量がしきい値Ｓ２よりも大きいとき、ノイズの影響と判定する。さらに、ノイズか否かの判定動作は、図７に示す判定フローを複数回繰り返し、すべての判定結果においてノイズの影響と判定されたときに、ノイズの影響と判定して、判定精度を高めるようにしてもよい。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図８は、第２の実施例に係る静電容量検出装置の構成を示しており、図２と同一構成のものについては同一参照番号を付してある。
【００３４】
容量素子がもつ静電容量に対して、指等の物体が接近しまたは接触したときの静電容量の変化量は小さい。例えば、容量素子の静電容量が３０ｐＦ程度であるとき、静電容量の変化量は０．２ｐＦ程度になり得る。このため、容量素子間の静電容量のバラツキが大きいと、静電容量の大きさがバラツキによるものなのか、物体の接触等によるものなのか判別がし難くなり、静電容量の変化を正確に検出することができないことがある。他方、容量素子の誘電体膜の膜厚は、製造時の成膜プロセス等の影響を受けすべての静電容量を均一にすることは難しい。第２の実施例では、製造段階等で生じる容量素子間の静電容量のバラツキを補正（キャリブレーション）する機能を備えている。
【００３５】
第２の実施例に係る静電容量検出装置１００Ａは、２次元マトリックス状に配列される複数の容量素子Ｃ１〜Ｃｎを走査するセレクタ２００と、セレクタ２００によって走査された容量素子の静電容量のバラツキを補正するための補正テーブル２１０とを備えている。
【００３６】
マイクロコントローラ１８０は、後述するように、すべての容量素子の静電容量を測定し、製造時などに発生した静電容量のバラツキを補正するための補正データを補正テーブル２１０に記憶し、記憶された補正データを用いて測定された静電容量を補正する。
【００３７】
図９は、第２の実施例における静電容量の補正動作を説明するためのフローである。電源投入時に、マイクロコントローラ１８０は、セレクタ２００を制御し、すべての容量素子を走査する（ステップＳ３０１、Ｓ３０２）。この走査が行われるとき、容量素子には、指等の物体が接近または接触されていないものとする。次に、マイクロコントローラ１８０は、操作された容量素子の静電容量を測定する（ステップＳ３０３）。静電容量の測定は、第１の実施例と同様に行われる。すなわち、各容量素子の静電容量に対応する周波数をもつ三角波信号を生成し、周波数測定部１５０により三角波信号の周波数を測定し、各容量素子の静電容量を測定する。
【００３８】
次に、マイクロコントローラ１８０は、容量素子間の静電容量のバラツキを算出する（ステップＳ３０４）。仮に、すべての容量素子の静電容量が等しいならば、各容量素子について測定された周波数はすべて等しくなる。マイクロコントローラ１８０は、複数の容量素子の中から１つの容量素子を基準容量素子Ｃrefとして選択し、基準容量素子Ｃrefと他の容量素子との間の相対的な静電容量のバラツキである、周波数差分Δｆを求める。
【００３９】
次に、マイクロコントローラ１８０は、求められた周波数差分Δｆを補正テーブル２１０に格納する（ステップＳ３０５）。図１０に補正テーブルの一例を示す。この例では、容量素子Ｃ１を基準容量素子Ｃrefとしたときの、基準容量素子Ｃrefと他の容量素子Ｃ２〜Ｃｎ間の周波数差分Δｆ２〜ｆｎを示している。この補正テーブル２１０への周波数差Δfの格納は、電源投入時に行なってよく、更に、動作中にこれを周期的に更新してもよい。
【００４０】
マイクロコントローラ１８０は、実際に容量素子の静電容量を測定するとき、補正テーブルの周波数差分Δｆにより測定された周波数を補正し、静電容量が変化した容量素子を検出する（ステップＳ３０６）。例えば、容量素子Ｃ２の周波数ｆ２が測定されたとき、補正された周波数ｆ２Ｈは、ｆ２Ｈ＝ｆ２＋Δｆ２となる。他の容量素子Ｃ２〜Ｃｎの周波数も同様に補正される。これにより、各容量素子の静電容量にバラツキが補正され、精度良く静電が変化した容量素子を検出することができる。
【００４１】
本実施例の静電容量検出装置は、ポイティングデバイス等の入力装置に適用される。ポイティングデバイスのの静電容量測定は、人の指で操作するので被測定対象の静電容量との容量結合でノイズが生じるが、第１の実施例の静電容量検出装置によれば、
（１）ノイズ周波数を避けるように動作するので可変ノイズでも安定動作が可能である、
（２）従来の定電流源の電流値を可変できるように変更したので、大きな機能追加やコストアップにはならない、
（３）ノイズ除去のフィルタが大きな次数である必要がないので、回路規模を小さく、コストダウンをすることが可能である、
（４）簡易なフイルタなので動作電流を削減することが可能になる、という効果がある。
従って、異なるノイズ環境でも安定して容量測定が可能であり、操作感のよいポインティングデバイスが構成することができ、既存の回路の一部変更と簡易的なフィルタによりコストおよび動作電流を増加させることなく低消費電流の動作が可能になる。
【００４２】
また、静電容量パネルやスイッチは、製造でのバラツキが大きく、電圧、温度、経年変化のバラツキもあり、操作感や検出精度に影響が生じるが、第２の実施例の静電容量検出装置によれば、
（１）静電容量のバラツキを補正することで操作感や検出精度が向上する、
（２）静電容量のバラツキの補正のためのオバーヘッドが小さく、低コストでで構成することが可能である、
（３）電気的に静電容量のバラツキを補正することができるので、安価な静電スイッチ・パネルで電子デバイスまたはシステムを構成することができる、
（４）静電容量のバラツキを補正することで、実質的に分解能が向上する、という効果がある。
【００４３】
上記の例では、複数の容量素子の中から基準容量素子を選択し、容量素子間の相対的な静電容量のバラツキを求めてこれを補正するようにしたが、基準容量素子は、外部に接続された容量素子であってもよい。例えば、静電容量の絶対値が既知であるキャリブレーション用の基準容量素子Ｃrefをセレクタ２１０に接続し、測定用の容量素子と基準容量素子Ｃrefの静電容量に応じた周波数を測定し、それらの周波数差分Δｆを求め、求められた周波数差分Δｆを補正テーブルに格納するようにしてもよい。
【００４４】
上記の例では、電源投入時に静電容量のバラツキを測定しこれを補正テーブルに記憶するようにしたが、これ以外にも、静電容量検出装置の動作中に、静電容量のバラツキを測定し、補正テーブルの周波数差分を更新するようにしてもよい。例えば、静電容量検出装置の動作中に容量素子の温度が変化したり、装置の電源電圧が変化することで、静電容量が変動するので、動作中に適切なタイミングで静電容量のバラツキを測定し、補正テーブルの内容を更新することで、動作中の静電容量の変動を補償することができる。また、補正テーブルは、バラツキを測定するたびに、周波数差分を記憶できればよいので、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリを用いて構成することができる。
【００４５】
上記の実施例では、図３に示すような三角波信号を生成する回路を用いた例を示したが、静電容量を周波数に変換する回路は、他の積分回路や微分回路を用いて構成されてもよい。
また、上記の実施例では、複数の容量素子が４行×４列のマトリクスに配列されるものを例示しているが、この複数の容量素子の配列は、例えば、１２行×１６列などの他の組み合わせのマトリクスであってもよい。
容量素子の静電容量、指が接触または接近したときの静電容量の変化量として、それぞれ約３０pF、約０．２pFを例示しているが、これらの静電容量は、装置の形態、種々の動作条件によって変化し得る。
【００４６】
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００、１００Ａ：静電容量検出装置
１１０：切替回路
１２０：プログラマブル駆動回路
１２２：定電流源
１２４：スイッチング素子
１３０：シュミット内臓２値化回路
１４０：ディジタルフィルタ
１５０：周波数測定部
１６０：可変電流制御部
１７０：可変電流パターンテーブル
１８０：マイクロコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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