(57)【要約】【課題】  センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができる容量検出センサ、指紋センサ及び容量検出方法を提供する。【解決手段】  符号発生部１が、拡散符号を出力し、切替部４が、複数の駆動線１２より、拡散符号を出力する１の駆動線１２を切り替えて、符号発生部１より入力する拡散符号を印加信号波として出力し、センサ部５が、切替部４より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線１２と検出線１３との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部６が、センサ部５から入力する容量変化を電圧に変換し、掛算器（排他論理和回路７）が、符号発生部１から入力する拡散符号と、ＣＶ変換部６から入力する印加信号波とを乗算し、加算器１０が、排他論理和回路７から入力する信号を符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算する。【選択図】  図１
2005098789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動線に対して検出線が対向して形成され、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出センサであって、
拡散符号を出力する符号発生部と、
前記複数の駆動線より、拡散符号を出力する１の駆動線を切り替えて、前記符号発生部より入力する拡散符号を印加信号波として出力する切替部と、
前記切替部より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出するセンサ部と、
前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換するＣＶ変換部と、
前記符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とを乗算する掛算器と、
前記掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算する加算器と
を具備することを特徴とする容量検出センサ。
【請求項２】
複数の駆動線に対して検出線が対向して形成され、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出センサであって、
拡散符号を印加信号波として出力する複数の符号発生部と、
前記複数の符号発生部より前記複数の駆動線にそれぞれ入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出するセンサ部と、
前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換するＣＶ変換部と、
前記各符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とをそれぞれ乗算する複数の掛算器と、
前記各掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分それぞれ加算する複数の加算器と
を具備することを特徴とする容量検出センサ。
【請求項３】
前記掛算器は、前記符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力するデジタル化された印加信号波との排他論理和を算出する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量検出センサ。
【請求項４】
前記センサ部は、複数の駆動線に対して、複数の検出線をマトリックス状に配設したエリア型センサである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量検出センサ。
【請求項５】
前記センサ部は、複数の駆動線に対して、１本の検出線が形成されたライン型センサである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量検出センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかの項に記載の容量検出センサを用いる
ことを特徴とする指紋センサ。
【請求項７】
複数の駆動線に対して検出線が対向して形成された容量検出センサを用いて、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出方法であって、
符号発生部が、拡散符号を出力し、
切替部が、前記複数の駆動線より、拡散符号を出力する１の駆動線を切り替えて、前記符号発生部より入力する拡散符号を印加信号波として出力し、
センサ部が、前記切替部より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、
ＣＶ変換部が、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、
掛算器が、前記符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とを乗算し、
加算器が、前記掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算する
ことを特徴とする容量検出方法。
【請求項８】
複数の駆動線に対して検出線が対向して形成された容量検出センサを用いて、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出方法であって、
複数の符号発生部が、拡散符号を発生し、
センサ部が、前記複数の符号発生部より前記複数の駆動線にそれぞれ入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、
ＣＶ変換部が、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、
複数の掛算器が、前記各符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とをそれぞれ乗算し、
複数の加算器が、前記各掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分それぞれ加算する
ことを特徴とする容量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，容量検出センサ，指紋センサ及び容量検出方法に関する．
【背景技術】
【０００２】
バイオメトリクスの中で最も有望とされる指紋センサ部において、指紋の隆線と谷の形状を検出するエリア型の指紋センサが必要とされている。その一例として、所定の間隔で列配線（駆動線）と行配線（検出線）とを2枚のフィルムの表面にそれぞれ形成し、必要な絶縁膜等を追加して所定の間隔を持って対向して配置したエリア型の容量検出センサが考えられる。このエリア型センサ部においては、指を置いたときに指紋の凹凸に倣ってフィルム形状が変形するため、列配線と行配線との間隔が場所によって変化し、微小な容量変化として検出される感圧式のセンサとして機能する。
このエリア型センサ部においては、数十フェムト・ファラッドに満たない微小な容量変化を、列配線と行配線が交差する各々のポイントにおいて、マトリックス状に検出する必要がある。このため、検出回路においては、容量変化が微小であるため、高感度であることが要求されるばかりではなく、人体から伝達されるノイズや回路系のノイズに対する耐性があることが要求される。
この感圧式センサの他に、列配線と行配線に接続した電極に指などの導体または誘電体が近接することによる電極からの電気力線の変化に応じてこの電極の容量変化を検出して、指紋形状を検出する方法も提案されている。これも同様に、検出回路においては、さらに容量変化が微小であるため高感度であることが要求されるばかりではなく、人体から伝達されるノイズに対する耐性があることが要求される。
【０００３】
この容量検出に応用できる従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されているように、容量値の変化をスイッチトキャパシタ部により電気信号に変換する検出回路が挙げられる。これは、第1のセンサ駆動信号で駆動され検出対象の容量変化を検出するセンサ容量素子と、第２のセンサ駆動信号で駆動され検出回路基準容量となる参照容量素子とが共通のスイッチトキャパシタ回路に接続され、相互に位相差９０度の出力信号を持つ第１及び第２のサンプルホールド部がそれぞれの信号をサンプリングした後に、サンプリング結果の差を求めることにより検出信号を得ることができる。
この検出回路は、共通のスイッチトキャパシタ回路において、検出対象となる容量Ｃｓは帰還容量Ｃｆに反比例した安定した検出が可能となり、かつ、スイッチトキャパシタ回路のリセットスイッチ（帰還制御スイッチ）のゲート電極に蓄積された電荷Ｑｄの影響、つまり、フィードスルー容量の影響が相殺される。また、スイッチトキャパシタ回路の基準電位のオフセット成分や入力信号などに含まれる低周波のノイズに対しては、２つのサンプリング結果の差を求めることによりある程度除去できる効果も期待される。
また、特許文献１の第３実施例の図４に開示されているように、スイッチトキャパシタの後段にハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを挿入することよりノイズ除去が可能である。
【特許文献１】特許第２５６１０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の構成によって除去可能なノイズは、スイッチトキャパシタの後段以降で発生するノイズであり、スイッチトキャパシタより前段で混入するノイズに対して除去しにくい、または、まったく除去することが出来ない。
これは、スイッチトキャパシタ部がリセットスイッチを開いている間中、信号、ノイズにかかわらず、入力電流を蓄積し、チャージ量に応じた電圧を出力するからである。したがって、この電圧を後段で単にフィルタにかけても、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝導するノイズは除去しにくい、または、全く除去できないという問題点があった。
【０００５】
以下、この問題について図面を参照して説明する。図８、９、１０は、それぞれ従来例の構成における波形図、人体からセンサへ伝導するノイズ混入経路を示す等価回路図、人体からセンサへ伝導するノイズ混入経路を示す説明図である。
図９において、検出電流は、オペアンプの負入力端子線に流れる検出電流である。
フィルタでまったくノイズを除去できない例として、検出電流Ｎ１のように、点線で示したノイズがあるとすると、ＣＶ出力電圧Ｎ１のようなオペアンプ出力となるが、フィルタは真値の過渡応答の都合により帯域が限定されてしまうので、このようなノイズ成分は除去しにくい。
同様に、フィルタで除去しにくい例として、検出電流Ｎ２のように、真値と同時に点線で示したノイズが重なった場合、ＣＶ出力電圧Ｎ２の点線のようなオペアンプ出力となるが、ノイズ電流の出力には周波数変動として全く現れないため、当然後段にフィルタを設けてもまったくノイズを除去することが出来ない。
【０００６】
さらに、図１０に示すように、感圧式センサは、フィルムで絶縁され、配線を駆動する回路のインピーダンスが低い場合であっても、配線抵抗があるため、指を近づけたときに「指、フィルム、配線」の順、すなわち、指（電極）、フィルム（誘電体）、配線（電極）のコンデンサが形成され、人体が発するノイズが配線に結合されるので、センサの出力電流には、人体が発するノイズが重畳している。
ましてや、列配線と行配線に接続した電極に指などの導体または誘電体が近接することによる電極からの電気力線の変化に応じて電極の容量変化を検出するセンサでは、外界から受ける電磁波などにより、指などの導体または誘電体の電位が変動すると、当然電気力線も変動するため、センサの出力電流にノイズが重畳する。
以上のように、従来例では、スイッチトキャパシタにおいて、重畳されたノイズ電流を含んだ状態でフィードバック容量で充電されてしまうため、単に後段にフィルタを設けるだけではノイズ低減効果が小さいか、まったく低減できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができる容量検出センサ、指紋センサ及び容量検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、複数の駆動線に対して検出線が対向して形成され、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出センサであって、拡散符号を出力する符号発生部と、前記複数の駆動線より、拡散符号を出力する１の駆動線を切り替えて、前記符号発生部より入力する拡散符号を印加信号波として出力する切替部と、前記切替部より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出するセンサ部と、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換するＣＶ変換部と、前記符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とを乗算する掛算器と、前記掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算する加算器とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、複数の駆動線に対して検出線が対向して形成され、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出センサであって、拡散符号を印加信号波として出力する複数の符号発生部と、前記複数の符号発生部より前記複数の駆動線にそれぞれ入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出するセンサ部と、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換するＣＶ変換部と、前記各符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とをそれぞれ乗算する複数の掛算器と、前記各掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分それぞれ加算する複数の加算器とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記掛算器は、前記符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力するデジタル化された印加信号波との排他論理和を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記センサ部は、複数の駆動線に対して、複数の検出線をマトリックス状に配設したエリア型センサであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記センサ部は、複数の駆動線に対して、１本の検出線が形成されたライン型センサであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、容量検出センサを指紋センサとして用いることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、複数の駆動線に対して検出線が対向して形成された容量検出センサを用いて、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出方法であって、符号発生部が、拡散符号を出力し、切替部が、前記複数の駆動線より、拡散符号を出力する１の駆動線を切り替えて、前記符号発生部より入力する拡散符号を印加信号波として出力し、センサ部が、前記切替部より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部が、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、掛算器が、前記符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とを乗算し、加算器が、前記掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、複数の駆動線に対して検出線が対向して形成された容量検出センサを用いて、前記駆動線と前記検出線との交差点における容量変化を検出する容量検出方法であって、複数の符号発生部が、拡散符号を発生し、センサ部が、前記複数の符号発生部より前記複数の駆動線にそれぞれ入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部が、前記センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、複数の掛算器が、前記各符号発生部から入力する拡散符号と、前記ＣＶ変換部から入力する印加信号波とをそれぞれ乗算し、複数の加算器が、前記各掛算器から入力する信号を前記符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分それぞれ加算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、符号発生部が、拡散符号を出力し、切替部が、複数の駆動線より、拡散符号を出力する１の駆動線を切り替えて、符号発生部より入力する拡散符号を印加信号波として出力し、センサ部が、切替部より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部が、センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、掛算器が、符号発生部から入力する拡散符号と、ＣＶ変換部から入力する印加信号波とを乗算し、加算器が、掛算器から入力する信号を符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算する。
したがって、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができる効果が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、複数の符号発生部が、拡散符号を発生し、センサ部が、複数の符号発生部より複数の駆動線にそれぞれ入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線と検出線との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部が、センサ部から入力する容量変化を電圧に変換し、複数の掛算器が、各符号発生部から入力する拡散符号と、ＣＶ変換部から入力する印加信号波とをそれぞれ乗算し、複数の加算器が、各掛算器から入力する信号を符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分それぞれ加算する。
したがって、駆動線と検出線との交差点における微小な容量変化に対し、複数の検出線が同時に駆動され、交差点の容量の総和に対応した電流を電圧に変換できるため、信号レベルが大きくなることに加え、スペクトラム拡散の拡散利得により、外来ノイズによる影響を低減することができる効果が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、掛算器は、符号発生部から入力する拡散符号と、ＣＶ変換部から入力するデジタル化された印加信号波との排他論理和を算出する。このように構成することで、装置構成が簡単化できるため、製造コストを抑えることが出来る効果が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、センサ部は、複数の駆動線に対して、複数の検出線をマトリックス状に配設したエリア型センサである。したがって、駆動線と検出線がマトリックス状になったエリア型センサを構成できるため、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができるとともに、ユーザの操作性を向上させることができる効果が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、センサ部は、複数の駆動線に対して、１本の検出線が形成されたライン型センサである。したがって、駆動線が１列のみのライン型センサを構成できるため、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができるとともに、回路の小型化、コストダウンを図ることができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の容量検出センサの一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の容量検出センサの構成図である。
本実施形態の容量検出センサは、符号発生部１と、切替部４と、センサ部５と、ＣＶ変換部６と、セレクタ部８と、ＡＤ変換部１１と、排他論理和回路７と、加算器１０と、平均化回路９と、セレクタ制御部１４と、切替制御部１５と、リセット回路１６とから構成される。
符号発生部１は、例えば、図２に示すようなＰＮ符号回路で構成され、拡散符号（ＰＮ符号）を生成し、切替部４に出力する。図２は、Ｍ系列１５ビット、帰還タップ（１、４）のＰＮ符号発生回路を示す。このＰＮ符号を印加信号波という。
切替部４は、センサ部５の駆動線側に接続されており、符号発生部１より入力する拡散符号を印加信号波として、センサ部５の複数の駆動線１２のうち、切替制御部１５から入力する制御信号に基づいて選択された１の駆動線１２に出力する。なお、切替部４は、選択していないすべての出力（つまり、選択された１本以外）は一定の直流電圧、例えば、グラウンドに接続されるようにしてある。
【００２３】
センサ部５は、切替部４側の複数の駆動線１２に対して、ＣＶ変換部６側に複数の検出線１３をマトリックス状に配設したエリア型、あるいは、切替部４側の複数の駆動線１２に対して、ＣＶ変換部６側に１本の検出線１３が形成されたライン型の容量検出型指紋センサであって、切替部４より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線１２と検出線１３との交差点における容量変化を検出する。具体的には、図３に示すように、駆動線１２と検出線１３との交差点において、当該駆動線１２上の近傍点と当該検出線１３上の近傍点との間に設けられたコンデンサの容量に比例した印加信号波が検出線１３から出力される。
ＣＶ変換部６は、センサ部５の検出線１３から入力する容量変化、すなわち、コンデンサの容量に比例した印加信号波を電圧に変換し、セレクタ部８に出力する。以下、このＣＶ変換部６の出力信号（印加信号波）を検出波という。
セレクタ部８は、複数のＣＶ変換部６と接続されており、セレクタ制御部１４から入力する制御信号に基づいて選択した１のＣＶ変換部６から入力する検出波をＡＤ変換部１１に出力する。
【００２４】
ＡＤ変換部１１は、セレクタ部８から入力する検出波をＡＤ変換して、排他論理和回路７に出力する。
排他論理和回路７は、符号発生部１から入力する印加信号波（拡散符号）と、ＡＤ変換部１１を介してＣＶ変換部６から入力する検出波とを乗算する。具体的には、排他論理和回路７は、符号発生部１から入力する印加信号波と、ＣＶ変換部６から入力するデジタル符号化された検出波との排他論理和を算出する。
加算器１０は、排他論理和回路７から入力する信号を、切替部４で選択している期間、具体的には、符号発生部１で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算し、平均化回路９に出力する。なお、加算器１０は、リセット回路１６により符号発生部１で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間毎にリセットされる。
平均化回路９は、加算器１０から入力する加算値を加算期間（加算した複数の周期）で平均する。この平均値がセンサ部５の容量に比例した値となり、容量が検出される。
【００２５】
セレクタ制御部１４は、リセット回路１６により符号発生部１で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間毎にリセットされ、リセット信号の入力毎に、セレクタ部８が順次複数のＣＶ変換部６をスキャンするように、セレクタ部８の選択制御信号を出力する。
切替制御部１５は、セレクタ制御部１４と同様に、リセット回路１６により符号発生部１で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間毎にリセットされ、リセット信号の入力毎に、スキャンする駆動線１２を切り替えるように、切替部４の切替制御信号を出力する。
リセット回路１６は、符号発生部１で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間毎にリセット信号を符合発生部１、加算器１０、セレクタ制御部１４、切替制御部１５に出力する。
【００２６】
次に、図面を参照して、本実施形態の容量検出センサの動作について説明する。
符合発生部１は、まず、図２に示すようにリセット信号が入力されるまでの期間、すなわち、例えば、１周期（＝１５ビット）の拡散符号を生成し、これを印加信号波として、切替部４に出力する。この印加信号波は、切替部４により、切替制御部１５から入力する切替制御信号に基づいて、センサ部５の複数の駆動線に順次印加される。
これにより、センサ部５の各駆動線１２がスキャンされる。そして、スキャン対象の駆動線が、次の駆動線に切り替わる際に、符合発生部１にも同様にリセット信号が入力されて、拡散符号が始めから再度生成される。
各駆動線１２に印加された印加信号波は、図３に示すセンサ部５の各センサ容量（コンデンサ）に印加され、対応する検出線１３と接続されたＣＶ変換部６で電圧変換される。
このＰＮ拡散時の検出波には、図４のスペクトル分布に示すように、センサの容量に比例した電圧成分とセンサが拾うノイズ成分、その他ノイズが含まれる。
【００２７】
ＣＶ変換部６で電圧変換された検出波は、セレクタ部８を介してＡＤ変換部１１に入力され、デジタル符号化される。そして、排他論理和回路７において、デジタル化した検出波と符号発生部１の拡散信号との排他論理和が算出されて図4に示すように逆拡散される。
具体的には、デジタル化した検出波と符号発生部１の拡散信号との排他論理和の算出により、センサ部５が拾うノイズやその他のノイズがスペクトラム拡散される。これにより、図４に示すような拡散利得が得られる。すなわち、スペクトラム拡散通信においては、情報の帯域幅Ｂｉに対し、送信する帯域幅ＢＴが大きい場合に、
【００２８】
【数１】
2005098789.tif 000003
【００２９】
と表される拡散利得Ｇｐが得られる。例えば、送信帯域幅ＢＴが情報帯域幅Ｂｉに対して４倍であれば、拡散利得は４倍、６ｄＢとなる。ここで、Ｔｉは、情報ビットの周期、Ｔｃは、拡散符号のチップの周期を示す。
したがって、排他論理和回路７において、図４の逆拡散後のスペクトル分布に示すように、ノイズ成分は拡散され、ＰＮ符号に対応した相関出力が加算器１０に出力される。
図５は、Ｍ系列１５ビット、帰還タップ（１、４）のＰＮ符号の自己相関を示す。この１周期が１５ビットのＰＮ符号において、位相が完全に一致する場合は、自己相関（一致するビット数）は、＋１５で最大となり、位相が完全に一致しない場合は、一致したビット数７に対して、一致しないビット数８となり、自己相関は、７−８＝−１となる。
すなわち、位相が完全に一致する場合、つまり、センサの容量に比例した電圧成分が入力されると、自己相関は高くなり、センサが拾うノイズ成分、その他ノイズが入力されると自己相関は低くなるため、ＰＮ符号に対応した相関出力が加算器１０に出力される。  
【００３０】
加算器１０において、入力される検出波はリセット信号が入力されるまでの拡散信号の周期の整数倍の期間分だけ加算されて、平均化回路９で平均されて出力される。ここで得られる値がセンサ部の容量に比例した値となり、容量が検出される。
したがって、切替器４で選択された駆動線１２をＰＮ符号に基づいて駆動し、積和演算を施すことで、スペクトラム拡散と同等の拡散利得を得ることが出来るとともに、Ｓ／Ｎ比を向上させることが出来る効果が得られる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の容量検出センサによれば、符号発生部１が、拡散符号を出力し、切替部４が、複数の駆動線１２より、拡散符号を出力する１の駆動線１２を切り替えて、符号発生部１より入力する拡散符号を印加信号波として出力し、センサ部５が、切替部４より入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線１２と検出線１３との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部６が、センサ部５から入力する容量変化を電圧に変換し、掛算器（排他論理和回路７）が、符号発生部１から入力する拡散符号と、ＣＶ変換部６から入力する印加信号波とを乗算し、加算器１０が、掛算器（排他論理和回路７）から入力する信号を符号発生部で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分加算する。
したがって、センサ部５が拾うノイズやその他のノイズがスペクトラム拡散されることで、逆拡散により、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができる効果が得られる。
なお、上記実施形態においては、デジタル信号に変換して積和演算をする場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アナログ回路で同様に構成するようにしてもよい。
【実施例２】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の容量検出センサの第２の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の容量検出センサの構成図である。
本実施形態の容量検出センサが、第１の実施形態と異なる点は、符合発生部１を駆動線１２と同じ数だけ複数設けるとともに、符合発生部と同数の積和演算ブロック（排他論理和回路７、加算器１０、平均化回路９）を設けて、同期式ＳＳ−ＣＤＭＡと同様の方法で複数の駆動線１２を同時に駆動し、後段で分離することで、センサ部で拾うノイズや人体からセンサ部に伝達するノイズをスペクトラム拡散する点である。
すなわち、複数の符合発生部１、２、３・・・が切替部４を介さずに直接駆動線１２と接続されており、各符号発生部は、異なるＭ系列のＰＮ符号、同一系列ＰＮ符号で位相の異なる符号、または、ＧＯＬＤ符号を生成し、各駆動線１２に異なる拡散符号を同時に印加する。
図７は、本実施形態における駆動線１２のスキャンの様子を示す。
すなわち、複数の符合発生部１、２、３・・・により各駆動線１２に印加された複数の印加信号波Ｓｊ−１、Ｓｊ、Ｓｊ＋１は、図７に示すセンサ部５の各センサ容量（コンデンサ）に同時に印加され、対応する検出線１３と接続された複数のＣＶ変換部６で同時に電圧変換され、検出波Ｖｊ−１、Ｖｊ、Ｖｊ＋１が同時に出力される。
このＰＮ拡散時の検出波には、図４のスペクトル分布に示すように、センサの容量に比例した電圧成分とセンサが拾うノイズ成分、その他ノイズが含まれる。
【００３３】
ＣＶ変換部６で電圧変換された検出波は、セレクタ部８を介してＡＤ変換部１１に入力され、デジタル符号化される。そして、デジタル化した検出波は各積和演算ブロックの排他論理和回路７に入力され、対応する拡散符号の信号を生成する符合発生部より入力する拡散信号との排他論理和が算出されて図4に示すように逆拡散される。
すなわち、デジタル化した検出波と符号発生部１の拡散信号との排他論理和の算出により、センサ部５が拾うノイズやその他のノイズがスペクトラム拡散され、図４に示すような拡散利得が得られる。
各積和演算ブロックの排他論理和回路７で逆拡散された検出波は、同積和演算ブロックの加算器１０に入力される。加算器１０において、入力される検出波はリセット信号が入力されるまでの拡散信号の周期の整数倍の期間分だけ加算されて、同積和演算ブロックの平均化回路９で平均されて、出力順序制御部１７に出力される。
出力順序制御部１７において、各積和演算ブロックの平均化回路９から同時に入力される検出波は所定の順序に並べ替えられて出力される。ここで得られる値がセンサ部の容量に比例した値となり、容量が検出される。
したがって、複数の符合発生部が同時に複数の駆動線１２を適当な拡散符号に基づいて駆動し、後段で積和演算を施すことで、スペクトラム拡散と同等の拡散利得を得ることが出来るとともに、Ｓ／Ｎ比を向上させることが出来る効果が得られる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の容量検出センサによれば、複数の符号発生部１、２、３・・・が、拡散符号を発生し、センサ部５が、複数の符号発生部１、２、３・・・より複数の駆動線１２にそれぞれ入力する印加信号波を駆動信号として、駆動線１２と検出線１３との交差点における容量変化を検出し、ＣＶ変換部６が、センサ部５から入力する容量変化を電圧に変換し、複数の掛算器（排他論理和回路７）が、各符号発生部１、２、３・・・から入力する拡散符号と、ＣＶ変換部６から入力する印加信号波とをそれぞれ乗算し、複数の加算器１０が、各掛算器（排他論理和回路７）から入力する信号を符号発生部１、２、３・・・で発生した拡散信号の周期の整数倍の期間分それぞれ加算する。
したがって、駆動線と検出線との交差点における微小な容量変化に対し、複数の検出線が同時に駆動され、交差点の容量の総和に対応した電流を電圧に変換できるため、信号レベルが大きくなることに加え、スペクトラム拡散の拡散利得により、外来ノイズによる影響を低減することができる効果が得られる。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、デジタル信号に変換して積和演算をする場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アナログ回路で同様に構成するようにしてもよい。
また、構成上、積和演算ブロックを少なくするために、ＡＤ変換値の値をメモリしておき、１の積和演算ブロックで順次復号するようにしてもよい。
また、構成上、積和演算ブロックを少なくするために、第1の実施形態と同様に、各符号発生部の後段、センサ部５の駆動線１２の前段に切替部４を設けて、各符合発生部と複数の駆動線とを対応させて、複数の駆動線毎に積和演算ブロックを設けるようにしてもよい。
さらに、各符号発生部の出力を切替器によって、１本印加、１本非選択、１本印加・・・のように、自由に組み合わせるようにしてもよい。
【００３６】
上述の容量検出センサにおける積和演算ブロックは、プラグラム可能なロジック回路やハードロジック回路構成してもよいが内部に、コンピュータシステムを有する構成でもよい。
そして、上述した積和演算処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、積和演算ブロックは、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
なお、ＡＤ変換したデータを、ホストコンピュータ等の外部機器に送り、当該機器側でハード的またはソフト的に演算処理を行うようにしてもよい。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第1の実施形態の容量検出センサの構成図。
【図２】１５ビットの周期を持つＭ系列を出力するＰＮ符号発生回路図。
【図３】センサ部５の構成及び信号波形を示す説明図。
【図４】スペクトラム拡散の拡散利得の効果を示す説明図。
【図５】１５ビットの周期を持つＭ系列の自己相関の様子を示す説明図。
【図６】第２の実施形態の容量検出センサの構成図。
【図７】センサ部５の構成及び信号波形を示す説明図。
【図８】従来例の波形図。
【図９】人体からセンサへ伝導するノイズ混入経路を示す等価回路図。
【図１０】人体からセンサへ伝導するノイズ混入経路を示す説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１、２、３…符号発生部
４…切替部
５…センサ部
６…ＣＶ変換部
７…掛算器（排他論理和回路）
８…セレクタ部
９…平均化回路
１０…加算器
１１…ＡＤ変換部
１２…駆動線
１３…検出線
１４…セレクタ制御部
１５…切替制御部
１６…リセット回路
１７…出力順序制御部
【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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