(57)【要約】静電容量センサは、少なくとも１つの検出電極ＥＳと、検出電極ＥＳとの間にそれぞれ寄生的なキャパシタが形成される複数の駆動電極ＥＤと、複数の駆動電極ＥＤの電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部１０と、基準電圧Ｖｒを発生する基準電圧発生部３０と、検出電極ＥＳの電圧が基準電圧Ｖｒに近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号Ｓを生成する検出信号生成部２０と、駆動部１０を制御する制御部６０とを有する。駆動部１０は、複数の駆動電極ＥＤの各々に基準電圧Ｖｒを印加可能である。制御部６０は、駆動部１０において一部の駆動電極ＥＤの電圧を変化させているとき、残りの駆動電極ＥＤには基準電圧Ｖｒを印加するように駆動部１０を制御する。
2020110556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの検出電極と、
前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、
基準電圧を発生する基準電圧発生部と、
前記検出電極の電圧が前記基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記駆動部は、前記複数の駆動電極の各々に前記基準電圧を印加可能であり、
前記制御部は、前記駆動部において一部の前記駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの前記駆動電極には前記基準電圧を印加するように前記駆動部を制御する、
静電容量センサ。
【請求項２】
複数の前記検出電極から１つの前記検出電極を選択して前記検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の前記検出電極の各々を前記基準電圧に接続可能なスイッチ部を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部において１つの前記検出電極を前記検出信号生成部に接続しているとき、残りの前記検出電極を前記基準電圧に接続するように前記スイッチ部を制御する、
請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】
前記駆動部は、
前記駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、
前記駆動電極の電圧を前記所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、
前記駆動電極に前記基準電圧を印加する駆動信号
をＭ個（Ｍは２以上の整数を示す。）の前記駆動電極の各々へ供給可能であり、
前記Ｍ個の駆動電極へ同時に供給するＭ個の前記駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、
前記制御部は、
Ｍ個の異なる前記駆動パターンによって前記Ｍ個の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号をＭ回供給するように前記駆動部を制御し、
１つの前記検出電極において前記電荷を転送する前記検出信号生成部が前記Ｍ個の異なる駆動パターンに応じて生成したＭ個の前記検出信号を取得し、当該Ｍ個の検出信号に基づいて、前記１つの検出電極と前記Ｍ個の駆動電極との間に形成されるＭ個の前記キャパシタの相互容量値を算出する、
請求項１又は２に記載の静電容量センサ。
【請求項４】
前記検出信号生成部は、
反転入力端子に前記検出電極が接続され、非反転入力端子に前記基準電圧が入力された第１演算増幅器と、
前記第１演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタとを含む、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
【請求項５】
少なくとも１つの検出電極と、
前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、
基準電圧を発生する基準電圧発生部と、
前記検出電極の電圧が前記基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記基準電圧に近づくように帰還制御された疑似基準電圧を発生する疑似基準電圧発生部と、
前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記駆動部は、前記複数の駆動電極の各々に前記疑似基準電圧を印加可能であり、
前記制御部は、前記駆動部において一部の前記駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの前記駆動電極には前記疑似基準電圧を印加するように前記駆動部を制御する、
静電容量センサ。
【請求項６】
複数の前記検出電極から１つの前記検出電極を選択して前記検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の前記検出電極の各々を前記疑似基準電圧に接続可能なスイッチ部を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部において１つの前記検出電極を前記検出信号生成部に接続しているとき、残りの前記検出電極を前記疑似基準電圧に接続するように前記スイッチ部を制御する、
請求項５に記載の静電容量センサ。
【請求項７】
前記駆動部は、
前記駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、
前記駆動電極の電圧を前記所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、
前記駆動電極に前記疑似基準電圧を印加する駆動信号
をＭ個（Ｍは２以上の整数を示す。）の前記駆動電極の各々へ供給可能であり、
前記Ｍ個の駆動電極へ同時に供給するＭ個の前記駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、
前記制御部は、
Ｍ個の異なる前記駆動パターンによって前記Ｍ個の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号をＭ回供給するように前記駆動部を制御し、
１つの前記検出電極において前記電荷を転送する前記検出信号生成部が前記Ｍ個の異なる駆動パターンに応じて生成したＭ個の前記検出信号を取得し、当該Ｍ個の検出信号に基づいて、前記１つの検出電極と前記Ｍ個の駆動電極との間に形成されるＭ個の前記キャパシタの相互容量値を算出する、
請求項５又は６に記載の静電容量センサ。
【請求項８】
前記検出信号生成部は、
反転入力端子に前記検出電極が接続され、非反転入力端子に前記基準電圧が入力された第１演算増幅器と、
前記第１演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタとを含み、
前記疑似基準電圧発生部は、非反転入力端子に前記基準電圧が入力され、反転入力端子と出力端子とが接続された第２演算増幅器を含む、
請求項５〜７のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、静電容量の変化を検出する静電容量センサに係り、特に、相互容量型の静電容量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な相互容量方式のセンサでは、異なる電極の間に形成される寄生的なキャパシタの静電容量（相互容量）が検出される。例えば下記の特許文献１に記載される入力デバイスでは、複数のＸ電極と複数のＹ電極が格子状に交差して配置されており（図１）、各交差部分においてこれらの電極間に形成されるキャパシタの相互容量が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３２５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６Ａは、相互容量方式の静電容量センサの一般的な構成を示す図である。図６Ａに示す静電容量センサは、検出電極ＥＳと、検出電極ＥＳにそれぞれ交差した複数の駆動電極ＥＤと、検出電極ＥＳに接続されたチャージアンプ９１と、スイッチ回路９２と、駆動信号供給回路９３と、基準電圧発生回路９４とを有する。検出電極ＥＳと複数の駆動電極ＥＤとの交差部分には、それぞれ寄生的なキャパシタＣＭが形成される。スイッチ回路９２は、複数の駆動電極ＥＤから順に１つの駆動電極ＥＤを選択し、駆動信号供給回路９３に接続する。駆動信号供給回路９３は、スイッチ回路９２によって選択された駆動電極ＥＤに駆動信号を供給する。チャージアンプ９１は、駆動信号の供給に伴ってキャパシタＣＭから入力される電荷を検出する。【０００５】
チャージアンプ９１は、図６Ａに示すように、演算増幅器ＯＰ１と、帰還キャパシタＣｆと、スイッチＳＷ１を有する。演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子は、検出電極ＥＳに接続されるとともに、帰還キャパシタＣｆを介して演算増幅器ＯＰ１の出力端子に接続される。演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子には、基準電圧発生回路９４の基準電圧Ｖｒが入力される。【０００６】
スイッチＳＷ１をオンさせて帰還キャパシタＣｆの電荷を放電すると、演算増幅器ＯＰ１は基準電圧Ｖｒと略等しい電圧Ｖｏｕｔを出力する。この状態で、スイッチＳＷ１をオフさせるとともに、１つの駆動電極ＥＤに対して駆動信号を供給すると、演算増幅器ＯＰ１は、検出電極ＥＳが概ね基準電圧Ｖｒに保たれるように電圧Ｖｏｕｔを制御する。検出電極ＥＳが基準電圧Ｖｒに保たれるため、キャパシタＣＭには駆動信号による電圧の変化が生じる。キャパシタＣＭの電圧が変化すると、キャパシタＣＭと帰還キャパシタＣｆとの間では、キャパシタＣＭの静電容量（相互容量）に比例した電荷が転送される。この電荷の転送により、電圧Ｖｏｕｔ（帰還キャパシタＣｆの電圧）には、キャパシタＣＭの相互容量に概ね比例した信号成分が表れる。指などが近づくことによってキャパシタＣＭの相互容量が変化すると、電圧Ｖｏｕｔに表れる信号成分も変化する。従って、電圧Ｖｏｕｔに表れる信号成分の変化を検出することにより、指などの近接の有無を判定することが可能となる。【０００７】
スイッチ回路９２は、図６Ａに示すように、１つの駆動電極ＥＤを駆動信号供給回路９３に接続する一方、駆動信号供給回路９３に接続されない他の駆動電極ＥＤをそれぞれグランドに接続する。上述したように、検出電極ＥＳは概ね基準電圧Ｖｒに保たれるため、グランドに接続された駆動電極ＥＤと検出電極ＥＳとの間に形成されるキャパシタＣＭ（非検出対象のキャパシタＣＭ）の電圧は、概ね基準電圧Ｖｒに保たれる。仮に、基準電圧Ｖｒが理想的な直流電圧であるとすると、非検出対象のキャパシタＣＭは一定の電圧に保たれる。そのため、非検出対象のキャパシタＣＭと帰還キャパシタＣｆとの間で電荷が転送されることはなく、非検出対象のキャパシタＣＭは電圧Ｖｏｕｔの信号成分に影響を与えない。【０００８】
しかしながら、基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳している場合、このノイズ成分が非検出対象のキャパシタＣＭに作用し、非検出対象のキャパシタＣＭと帰還キャパシタＣｆとの間で電荷が転送される。その結果、電圧Ｖｏｕｔには、基準電圧Ｖｒのノイズ成分に起因した誤差成分が表れてしまう。【０００９】
図６Ｂは、図６Ａに示す静電容量センサの交流的な等価回路を示す図であり、基準電圧ＶｒにノイズＶｎｚが重畳している場合の等価回路を示す。図６Ｂにおける「Ｃｔｒ」は、検出対象のキャパシタＣＭ（駆動信号供給回路９３に接続された駆動電極ＥＤと検出電極ＥＳとの間に形成されるキャパシタＣＭ）の静電容量を示す。また「Ｃｔｇ」は、検出電極ＥＳとグランドとの間に形成される寄生的なキャパシタの静電容量を示す。この寄生的なキャパシタＣｔｇには、上述した非検出対象のキャパシタＣＭが含まれる。図６Ｂに示す等価回路から、ノイズＶｎｚに起因した電圧Ｖｏｕｔの誤差成分ΔＶｏｕｔは次の式で表される。【００１０】
ΔＶｏｕｔ＝Ｖｎｚ×｛１＋（Ｃｔｒ＋Ｃｔｇ）／Ｃｆ｝  …（１）【００１１】
式（１）に示すように、キャパシタＣｔｇが大きくなるほど誤差成分ΔＶｏｕｔが大きくなる。キャパシタＣｔｇは、非検出対象のキャパシタＣＭの数が増えるほど大きくなる。そのため、駆動電極ＥＤの数が多い場合、基準電圧ＶｒのノイズＶｎｚに起因した誤差成分ΔＶｏｕｔが大きくなるという問題がある。【００１２】
そこで本開示は、ノイズに起因した検出結果の誤差を低減できる静電容量センサ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】
【００１３】
本開示の第１の態様に係る静電容量センサは、少なくとも１つの検出電極と、検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、基準電圧を発生する基準電圧発生部と、検出電極の電圧が基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、駆動部を制御する制御部とを有する。駆動部は、複数の駆動電極の各々に基準電圧を印加可能であり、制御部は、駆動部において一部の駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの駆動電極には基準電圧を印加するように駆動部を制御する。【００１４】
上記第１の態様に係る静電容量センサによれば、駆動部において一部の駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの駆動電極には基準電圧が印加される。このとき、検出信号生成部が検出電極において電荷を転送することによって、検出電極の電圧は基準電圧に近い電圧に保たれる。そのため、基準電圧にノイズ成分が重畳していても、当該残りの駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタ（非検出対象のキャパシタ）には殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、非検出対象のキャパシタは、検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧に重畳するノイズ成分が非検出対象のキャパシタに作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。【００１５】
上記第１の態様に係る静電容量センサは、複数の検出電極から１つの検出電極を選択して検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の検出電極の各々を基準電圧に接続可能なスイッチ部を有してよい。制御部は、スイッチ部において１つの検出電極を検出信号生成部に接続しているとき、残りの検出電極を基準電圧に接続するようにスイッチ部を制御してよい。
この構成によれば、スイッチ部において１つの検出電極を検出信号生成部に接続しているとき、残りの検出電極は基準電圧に接続される。そのため、基準電圧にノイズ成分が重畳していても、当該１つの検出電極と当該残りの検出電極との間に形成される寄生的なキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、検出電極間の寄生的なキャパシタは、当該１つの検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧に重畳するノイズ成分が寄生的なキャパシタに作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。【００１６】
駆動部は、駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、駆動電極に基準電圧を印加する駆動信号をＭ個（Ｍは２以上の整数を示す。）の駆動電極の各々へ供給可能であってよい。Ｍ個の駆動電極へ同時に供給するＭ個の駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、制御部は、Ｍ個の異なる駆動パターンによってＭ個の駆動電極にそれぞれ駆動信号をＭ回供給するように駆動部を制御し、１つの検出電極において電荷を転送する検出信号生成部がＭ個の異なる駆動パターンに応じて生成したＭ個の検出信号を取得し、当該Ｍ個の検出信号に基づいて、当該１つの検出電極とＭ個の駆動電極との間に形成されるＭ個のキャパシタの相互容量値を算出してよい。
この構成によれば、１以上の駆動電極に対して基準電圧を印加する駆動信号が供給された場合、当該１以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。この場合、基準電圧にノイズ成分が重畳しているか否かにかかわらず、当該１以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタは、検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、当該１以上の駆動電極と検出電極との間に形成される１以上のキャパシタにノイズ成分が作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。これにより、Ｍ個の検出信号に基づいて算出されるＭ個のキャパシタの相互容量値においても、ノイズ成分に起因した誤差が小さくなる。【００１７】
検出信号生成部は、反転入力端子に検出電極が接続され、非反転入力端子に基準電圧が入力された第１演算増幅器と、第１演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタとを含んでよい。【００１８】
本開示の第２の態様に係る静電容量センサは、少なくとも１つの検出電極と、検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、基準電圧を発生する基準電圧発生部と、検出電極の電圧が基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、基準電圧に近づくように帰還制御された疑似基準電圧を発生する疑似基準電圧発生部と、駆動部を制御する制御部とを有する。駆動部は、複数の駆動電極の各々に疑似基準電圧を印加可能であり、制御部は、駆動部において一部の駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの駆動電極には疑似基準電圧を印加するように駆動部を制御する。【００１９】
上記第２の態様に係る静電容量センサによれば、駆動部において一部の駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの駆動電極には疑似基準電圧が印加される。このとき、検出信号生成部が検出電極において電荷を転送することによって、検出電極の電圧は基準電圧に近い電圧に保たれる。また、疑似基準電圧は、疑似基準電圧発生部の帰還制御によって基準電圧に近い電圧に保たれる。そのため、基準電圧にノイズ成分が重畳していても、当該残りの駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタ（非検出対象のキャパシタ）には殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、非検出対象のキャパシタは、検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧に重畳するノイズ成分が非検出対象のキャパシタに作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。【００２０】
上記第２の態様に係る静電容量センサは、複数の検出電極から１つの検出電極を選択して検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の検出電極の各々を疑似基準電圧に接続可能なスイッチ部を有してよい。制御部は、スイッチ部において１つの検出電極を検出信号生成部に接続しているとき、残りの検出電極を疑似基準電圧に接続するようにスイッチ部を制御してよい。
この構成によれば、スイッチ部において１つの検出電極を検出信号生成部に接続しているとき、残りの検出電極は、基準電圧に近い電圧に保たれた疑似基準電圧に接続される。そのため、基準電圧にノイズ成分が重畳していても、当該１つの検出電極と当該残りの検出電極との間に形成される寄生的なキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、検出電極間の寄生的なキャパシタは、当該１つの検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧に重畳するノイズ成分が寄生的なキャパシタに作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。【００２１】
駆動部は、駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、駆動電極に疑似基準電圧を印加する駆動信号をＭ個（Ｍは２以上の整数を示す。）の駆動電極の各々へ供給可能であってよい。Ｍ個の駆動電極へ同時に供給するＭ個の駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、制御部は、Ｍ個の異なる駆動パターンによってＭ個の駆動電極にそれぞれ駆動信号をＭ回供給するように駆動部を制御し、１つの検出電極において電荷を転送する検出信号生成部がＭ個の異なる駆動パターンに応じて生成したＭ個の検出信号を取得し、当該Ｍ個の検出信号に基づいて、当該１つの検出電極とＭ個の駆動電極との間に形成されるＭ個のキャパシタの相互容量値を算出してよい。
この構成によれば、１以上の駆動電極に対して疑似基準電圧を印加する駆動信号が供給された場合、当該１以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。この場合、基準電圧にノイズ成分が重畳しているか否かにかかわらず、当該１以上の駆動電極と検出電極との間に形成されるキャパシタは、検出電極において転送される電荷を殆ど発生しない。従って、当該１以上の駆動電極と検出電極との間に形成される１以上のキャパシタにノイズ成分が作用することによる検出信号の誤差が小さくなる。これにより、Ｍ個の検出信号に基づいて算出されるＭ個のキャパシタの相互容量値においても、ノイズ成分に起因した誤差が小さくなる。【００２２】
検出信号生成部は、反転入力端子に検出電極が接続され、非反転入力端子に基準電圧が入力された第１演算増幅器と、第１演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタとを含んでよい。疑似基準電圧発生部は、非反転入力端子に基準電圧が入力され、反転入力端子と出力端子とが接続された第２演算増幅器を含んでよい。
【発明の効果】
【００２３】
本開示によれば、ノイズに起因した検出結果の誤差を低減できる静電容量センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る静電容量センサの構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。
【図４】第３の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。
【図５】第４の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。
【図６】図６Ａは、相互容量方式の静電容量センサの一般的な構成を示す図である。図６Ｂは、図６Ａに示す静電容量センサの交流的な等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る静電容量センサの構成の一例を示す図である。図２は、静電容量センサの各部の構成例を示す図である。本実施形態に係る静電容量センサは、指などの物体が近接することによる電極間の静電容量（相互容量）の変化を検出するセンサであり、例えば、ユーザのタッチ操作等を検出する各種の入力装置（タッチパッド、タッチパネル、タッチセンサなど）を構成する。なお、本明細書において「近接」とは近くにあることを意味しており、接触の有無を限定しない。
【００２６】
図１、図２に示す静電容量センサは、電極部５と、駆動部１０と、検出信号生成部２０と、基準電圧発生部３０と、スイッチ部５０と、制御部６０を有する。
【００２７】
電極部５は、Ｎ個の検出電極ＥＳ−１〜ＥＳ−Ｎ（以下、区別せずに「検出電極ＥＳ」と記す場合がある。）と、Ｍ個の駆動電極ＥＤ−１〜駆動電極ＥＤ−Ｍ（以下、区別せずに「駆動電極ＥＤ」と記す場合がある。）を含む。Ｎ個の検出電極ＥＳとＭ個の駆動電極ＥＤとの間には、それぞれ寄生的なキャパシタが形成される。検出電極ＥＳ−ｉ（ｉは１からＮまでの整数を示す。）と駆動電極ＥＤ−ｊ（ｊは１からＭまでの整数を示す。）との間には、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）が形成される。
【００２８】
検出電極ＥＳ及び駆動電極ＥＤは、例えばプリント基板に形成された導体パターンであり、検出電極ＥＳと駆動電極ＥＤとは異なる配線層に形成される。図２の例において、Ｎ個の検出電極ＥＳが互いに平行に伸びているとともに、Ｍ個の駆動電極ＥＤが互いに平行に伸びている。検出電極ＥＳの延伸方向と駆動電極ＥＤの延伸方向とが直交しており、平面視においてＮ個の検出電極ＥＳとＭ個の駆動電極ＥＤとが格子状に交差している。検出電極ＥＳ及び駆動電極ＥＤは、それぞれ細長い短冊状の形状を持っている。なお、図２に示す検出電極ＥＳ及び駆動電極ＥＤの個数や配置、形状等は一例であり、任意に変更可能である。例えば、検出電極ＥＳ及び駆動電極ＥＤの形状は、複数の菱形部分を一方向に連ねた形状でもよい。
【００２９】
駆動部１０は、制御部６０の制御に従って、Ｍ個の駆動電極ＥＤの電圧をそれぞれ独立に変化させる。また駆動部１０は、制御部６０の制御に従って、Ｍ個の駆動電極ＥＤの各々に基準電圧Ｖｒを印加する。
【００３０】
図２の例において、駆動部１０は、Ｍ個のスイッチ１１−１〜１１−Ｍと、Ｍ個のスイッチ１２−１〜１２−Ｍと、駆動信号発生部１３を含む。
スイッチ１１−ｊは、駆動信号発生部１３の出力と駆動電極ＥＤ−ｊとの間の経路に設けられており、制御部６０の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ１１−ｊがオンすると、駆動信号発生部１３から駆動電極ＥＤ−ｊへ駆動信号が供給される。
スイッチ１２−ｊは、後述する基準電圧発生部３０の出力と駆動電極ＥＤ−ｊとの間の経路に設けられており、制御部６０の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ１２−ｊがオンすると、基準電圧発生部３０の基準電圧Ｖｒが駆動電極ＥＤ−ｊに印加される。
【００３１】
駆動信号発生部１３は、制御部６０の制御に従って、駆動電極ＥＤの電圧を変化させる駆動信号を発生する。駆動信号発生部１３が発生する駆動信号は、例えばパルス状に電圧が変化する信号でもよいし、所定の周波数で振動する正弦波信号でもよい。
【００３２】
スイッチ部５０は、制御部６０の制御に従って、Ｎ個の検出電極ＥＳから１つの検出電極ＥＳを選択し、後述する検出信号生成部２０に接続する。またスイッチ部５０は、制御部６０の制御に従って、Ｎ個の検出電極ＥＳの各々を基準電圧Ｖｒに接続する。
【００３３】
図２の例において、スイッチ部５０は、Ｎ個のスイッチ５１−１〜５１−Ｎと、Ｎ個のスイッチ５２−１〜５２−Ｎを含む。
スイッチ５１−ｉは、検出信号生成部２０の入力と検出電極ＥＳ−ｉとの間の経路に設けられており、制御部６０の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ５１−ｉがオンすると、検出電極ＥＳ−ｉの電圧が基準電圧Ｖｒに近づくように検出電極ＥＳ−ｉと検出信号生成部２０との間で電荷が転送される。
スイッチ５２−ｉは、基準電圧発生部３０の出力と検出電極ＥＳ−ｉとの間の経路に設けられており、制御部６０の制御に従ってオン又はオフする。スイッチ５２−ｉがオンすると、基準電圧発生部３０の基準電圧Ｖｒが検出電極ＥＳ−ｉに印加される。
【００３４】
検出信号生成部２０は、スイッチ部５０を介して接続された検出電極ＥＳの電圧が基準電圧Ｖｒに近づくように、検出電極ＥＳにおいて電荷を転送し、この電荷の転送に応じた検出信号Ｓを生成する。
【００３５】
例えばスイッチ５１−ｊがオンの状態で駆動電極ＥＤ−ｊの電圧が上昇すると、検出電極ＥＳ−ｉはキャパシタＣ（ｉ，ｊ）によって駆動電極ＥＤ−ｊと静電結合しているため、検出電極ＥＳ−ｉの電圧も上昇しようとする。このとき、検出信号生成部２０は、検出電極ＥＳ−ｉの電圧が基準電圧Ｖｒを超えて上昇しないように、検出電極ＥＳ−ｉへ負の電荷を転送する（検出電極ＥＳ−ｉから正の電荷を奪う）。逆に、スイッチ５１−ｊがオンの状態で駆動電極ＥＤ−ｊの電圧が低下し、検出電極ＥＳ−ｉの電圧も低下しようとすると、検出信号生成部２０は、検出電極ＥＳ−ｉの電圧が基準電圧Ｖｒより低下しないように、検出電極ＥＳ−ｉへ正の電荷を転送する（検出電極ＥＳ−ｉから負の電荷を奪う）。
【００３６】
検出電極ＥＳ−ｉの電圧が基準電圧Ｖｒに保たれる場合、検出電極ＥＳ−ｉにおいて転送される電荷は、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の静電容量（相互容量）に概ね比例する。検出信号生成部２０は、例えば、検出電極ＥＳ−ｉにおいて転送される正又は負の電荷に比例した変化を生じる検出信号Ｓを生成する。この場合、検出信号Ｓの変化は、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量の変化に概ね比例する。
【００３７】
図２の例において、検出信号生成部２０は、演算増幅器２１と、帰還キャパシタＣｆと、スイッチ２２を含む。演算増幅器２１の反転入力端子は、スイッチ部５０のスイッチ５１−１〜５１−Ｎを介して検出電極ＥＳ−１〜ＥＳ−Ｎに接続される。演算増幅器２１の非反転入力には、基準電圧発生部３０の基準電圧Ｖｒが入力される。帰還キャパシタＣｆは、演算増幅器２１の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられている。スイッチ２２は、帰還キャパシタＣｆと並列に接続される。
【００３８】
演算増幅器２１の反転入力端子に接続された検出電極ＥＳの電圧が基準電圧Ｖｒを超えて上昇すると、演算増幅器２１の出力電圧（検出信号Ｓ）が低下し、帰還キャパシタＣｆからキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ負の電荷が転送され、検出電極ＥＳの電圧の上昇が抑制される。また、演算増幅器２１の反転入力端子に接続された検出電極ＥＳの電圧が基準電圧Ｖｒより低下すると、演算増幅器２１の出力電圧（検出信号Ｓ）が上昇し、帰還キャパシタＣｆからキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ正の電荷が転送され、検出電極ＥＳの電圧の低下が抑制される。
【００３９】
基準電圧発生部３０は、略一定の直流電圧である基準電圧Ｖｒを発生する。図２の例において、基準電圧発生部３０は、基準電圧源３１と、演算増幅器３２と、抵抗Ｒ１及びＲ２を含む。基準電圧源３１は、例えばＡＳＩＣの内部電源電圧であり、バンドギャップリファレンス回路から作成され、電源電圧に依存しない直流電圧Ｖａを発生する。抵抗Ｒ１及びＲ２は、基準電圧源３１の出力端子とグランドとの間に直列に接続される。抵抗Ｒ１及びＲ２の接続中点には、直流電圧Ｖａを分圧した電圧Ｖｂが生じる。演算増幅器３２の反転入力端子は、出力端子に接続される。演算増幅器３２の非反転入力端子には、抵抗Ｒ１及びＲ２の接続中点に生じた電圧Ｖｂが入力される。演算増幅器３２は、電圧Ｖｂと略等しい基準電圧Ｖｒを出力する。
【００４０】
制御部６０は、電極部５の各駆動電極ＥＤ−ｊと各検出電極ＥＳ−ｉとの間に形成される各キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量に応じた検出信号Ｓが生成されるように、静電容量センサの各部を制御する。制御部６０は、例えば、プログラムの命令コードに従って処理を実行するコンピュータを含んでもよい。また制御部６０は、全ての処理をコンピュータによってプログラムに基づいて実行してもよいし、少なくとも一部の処理を専用のハードウェア（ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなど）によって実行してもよい。
【００４１】
制御部６０は、駆動部１０において一部の駆動電極ＥＤの電圧を変化させているとき、残りの駆動電極ＥＤには基準電圧Ｖｒを印加するように駆動部１０を制御する。また、制御部６０は、スイッチ部５０において１つの検出電極ＥＳを検出信号生成部２０に接続しているとき、残りの検出電極ＥＳを基準電圧Ｖｒに接続するようにスイッチ部５０を制御する。
【００４２】
次に上述した構成を有する本実施形態に係る静電容量センサにおいて、駆動電極ＥＤ−ｊと検出電極ＥＳ−ｉとの間に形成されるキャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量に応じた検出信号Ｓを生成する動作を説明する。
【００４３】
まず制御部６０は、検出信号生成部２０のスイッチ２２をオンに設定し、帰還キャパシタＣｆに蓄積される電荷を放電させる。
【００４４】
また制御部６０は、１つの検出電極ＥＳ−ｉが検出信号生成部２０に接続され、それ以外の検出電極ＥＳが基準電圧Ｖｒに接続されるように、スイッチ部５０の各スイッチ（５１−１〜５１−Ｎ、５２−１〜５２−Ｎ）を制御する。
更に制御部６０は、１つの駆動電極ＥＤ−ｊが駆動信号発生部１３に接続され、それ以外の駆動電極ＥＤが基準電圧Ｖｒに接続されるように、駆動部１０の各スイッチ（１１−１〜１１−Ｍ、１２−１〜１２−Ｍ）を制御する。
【００４５】
次に制御部６０は、検出信号生成部２０のスイッチ２２をオフに設定し、帰還キャパシタＣｆに蓄積される電荷がほぼゼロの状態において、駆動信号発生部１３から駆動電極ＥＤ−ｊへ駆動信号を供給させる。例えば駆動信号発生部１３は、駆動電極ＥＤ−ｊの電圧をグランドレベルから電源電圧レベルまで上昇させる駆動信号を発生する。
【００４６】
駆動信号によって駆動電極ＥＤ−ｊの電圧が変化し、これに応じて検出電極ＥＳ−ｉの電圧と基準電圧Ｖｒとの間に差が生じると、検出信号生成部２０は、この電圧差が小さくなるように、検出電極ＥＳ−ｉにおいて電荷を転送する。例えば、駆動電極ＥＤ−ｊの電圧が上昇し、これに応じて検出電極ＥＳ−ｉの電圧が基準電圧Ｖｒを超えて上昇すると、検出信号生成部２０は検出電極ＥＳ−ｉを介してキャパシタＣ（ｉ，ｊ）に負の電荷を転送して、検出電極ＥＳ−ｉの電圧の上昇を抑制する。その結果、検出電極ＥＳ−ｉは、基準電圧Ｖｒに近い電圧に保たれる。このときキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ転送される電荷の量は、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量に比例する。すなわち、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量が大きくなるほど、検出電極ＥＳ−ｉを基準電圧Ｖｒに保つためにキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ転送される電荷の量も大きくなる。
【００４７】
キャパシタＣ（ｉ，ｊ）に電荷が転送されるとき、これと同じ量の電荷が帰還キャパシタＣｆにも蓄積される。駆動電極ＥＤ−ｊへ駆動信号が供給される直前において、帰還キャパシタＣｆに蓄積される電荷はほぼゼロであるため、駆動信号の供給後に帰還キャパシタＣｆに蓄積される電荷は、検出電極ＥＳ−ｉを介してキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ転送された電荷とほぼ等しい。すなわち、帰還キャパシタＣｆには、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量に比例した電荷が蓄積され、この電荷に比例した電圧が発生する。従って、駆動信号の供給後に帰還キャパシタＣｆに発生する電圧は、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量に比例する。
【００４８】
検出信号Ｓは、帰還キャパシタＣｆの電圧と基準電圧Ｖｒとの和であるため、検出信号Ｓの変化は、帰還キャパシタＣｆの電圧の変化に相当し、キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量の変化に比例する。制御部６０は、各キャパシタＣ（ｉ，ｊ）について得られる検出信号Ｓの変化に基づいて、各キャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量の変化を検出し、この検出結果から、各キャパシタＣ（ｉ，ｊ）における物体（指など）の近接の有無や近接度合いを判定する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態に係る静電容量センサによれば、駆動部１０において一部の駆動電極ＥＤの電圧を変化させているとき、残りの駆動電極ＥＤには基準電圧Ｖｒが印加される。このとき、検出信号生成部２０が検出電極ＥＳにおいて電荷を転送することによって、検出電極ＥＳの電圧は基準電圧Ｖｒに近い電圧に保たれる。そのため、基準電圧発生部３０が発生する基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳していても、当該残りの駆動電極ＥＤと検出電極ＥＳとの間に形成されるキャパシタＣ（ｉ，ｊ）（非検出対象のキャパシタＣ（ｉ，ｊ））には殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、非検出対象のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）は、検出電極ＥＳにおいて転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳している場合でも、非検出対象のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）にはノイズ成分が作用せず、非検出対象のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）で発生した電荷が検出電極ＥＳにおいて転送されることがないため、検出信号Ｓの誤差を微小に抑えることができる。
【００５０】
また、本実施形態に係る静電容量センサによれば、スイッチ部５０において１つの検出電極ＥＳを検出信号生成部２０に接続しているとき、残りの検出電極ＥＳは基準電圧Ｖｒに接続される。そのため、基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳していても、当該１つの検出電極ＥＳと当該残りの検出電極ＥＳとの間に形成される寄生的なキャパシタには殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。すなわち、当該１つの検出電極ＥＳと当該残りの検出電極ＥＳとの間に形成される寄生的なキャパシタは、当該１つの検出電極ＥＳにおいて転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳している場合でも、検出電極ＥＳ間の寄生的なキャパシタにはノイズ成分が作用せず、これらのキャパシタで発生した電荷が検出電極ＥＳにおいて転送されることがないため、検出信号Ｓの誤差を微小に抑えることができる。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る静電容量センサについて説明する。
図３は、第２の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。第２の実施形態に係る静電容量センサは、図２に示す静電容量センサにおいて駆動部１０を駆動部１０Ａに置き換えるとともに、制御部６０の処理を変更したものであり、他の構成は図２に示す静電容量センサと概ね同じである。
【００５２】
駆動部１０Ａは、制御部６０の制御に従って、Ｍ個の駆動電極ＥＤの各々に独立した駆動信号を供給する。図３の例において、駆動部１０Ａは、それぞれ駆動信号を発生するＭ個の駆動信号発生部１４−１〜１４−Ｍ（以下、区別せずに「駆動信号発生部１４」と記す場合がある。）を含む。駆動信号発生部１４−ｊは、駆動電極ＥＤ−ｊに供給される駆動信号を発生する。
【００５３】
駆動信号発生部１４−ｊは、３種類の駆動信号（以下、「第１駆動信号」、「第２駆動信号」、「第３駆動信号」と記す場合がある。）を発生することができる。第１駆動信号は、駆動電極ＥＤ−ｊの電圧を所定の電圧差ＶＤだけ上昇させる信号であり、第２駆動信号は、駆動電極ＥＤ−ｊの電圧を電圧差ＶＤだけ低下させる信号である。また、第３駆動信号は、駆動電極ＥＤ−ｊに基準電圧Ｖｒを印加する信号である。
【００５４】
Ｍ個の駆動信号発生部１４がＭ個の駆動電極ＥＤへ同時に供給するＭ個の駆動信号（第１駆動信号、第２駆動信号又は第３駆動信号）の組み合わせを、ここでは「駆動パターン」と呼ぶ。
【００５５】
制御部６０は、Ｍ個の異なる駆動パターンによってＭ個の駆動電極ＥＤにそれぞれ駆動信号（第１駆動信号、第２駆動信号又は第３駆動信号）をＭ回供給するように、駆動部１０Ａの各駆動信号発生部１４を制御する。すなわち制御部６０は、駆動パターンを切り替えながら、Ｍ個の駆動電極ＥＤへ同時に駆動信号を供給する動作をＭ回繰り返す。また制御部６０は、Ｍ個の異なる駆動パターンによって駆動電極ＥＤを駆動している間、検出信号生成部２０が１つの検出電極ＥＳにおいて電荷を転送するように（検出信号生成部２０が１つの検出電極ＥＳと接続されるように）スイッチ部５０を制御する。そして、制御部６０は、Ｍ個の異なる駆動パターンに応じて検出信号生成部２０が生成したＭ個の検出信号Ｓを取得し、当該Ｍ個の検出信号Ｓに基づいて、当該１つの検出電極ＥＳとＭ個の駆動電極ＥＤとの間に形成されるＭ個のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量値をそれぞれ算出する。
【００５６】
ここで、Ｍ個の駆動電極ＥＤ−１〜ＥＤ−Ｍと１つの検出電極ＥＳ−ｉとの間に形成されるＭ個のキャパシタＣ（ｉ，１），Ｃ（ｉ，２），…，Ｃ（ｉ，Ｍ）の相互容量を、それぞれ「Ｃ（１）」，「Ｃ（２）」，…，「Ｃ（Ｍ）」とする。
また、Ｍ個の駆動電極ＥＤ−１〜ＥＤ−Ｍへそれぞれ駆動信号を供給したとき、検出電極ＥＳ−ｉからＭ個のキャパシタＣ（ｉ，１），Ｃ（ｉ，２），…，Ｃ（ｉ，Ｍ）へ転送される電荷を、それぞれ「Ｑ（１）」，「Ｑ（２）」，…，「Ｑ（Ｍ）」とする。
更に、電極部５へ物体（指など）が近接していない場合と比較した相互容量Ｃ（１），Ｃ（２），…，Ｃ（Ｍ）の変化を、それぞれ「ΔＣ（１）」，「ΔＣ（２）」，…，「ΔＣ（Ｍ）」とする。
この場合、相互容量の変化ΔＣ（ｊ）が生じたことによる電荷Ｑ（ｊ）の変化ΔＱ（ｊ）は、次の式で表される。
【００５７】
ΔＱ（ｊ）＝Ａ（ｊ）×ＶＤ×ΔＣ（ｊ）  …  （２）
【００５８】
式（２）における係数Ａ（ｊ）は、駆動電極ＥＤ−ｊに供給される駆動信号の種類に応じて、それぞれ次の値を持つ。
【００５９】
第１駆動信号の場合：  Ａ（ｊ）＝１    …（３）
第２駆動信号の場合：  Ａ（ｊ）＝−１  …（４）
第３駆動信号の場合：  Ａ（ｊ）＝０    …（５）
【００６０】
Ｍ個の駆動電極ＥＤ−１〜ＥＤ−Ｍへ同時に駆動信号を供給したとき、帰還キャパシタＣｆに蓄積される電荷Ｑｃｆは、次の式で表される。
【００６１】
Ｑｃｆ＝Ｑ（１）＋Ｑ（２）＋…＋Ｑ（Ｍ）  …（６）
【００６２】
電極部５に物体（指など）が近接していない場合の電荷Ｑｃｆに対する変化ΔＱｃｆは、次の式で表される。
【００６３】
ΔＱｃｆ＝ΔＱ（１）＋ΔＱ（２）＋…＋ΔＱ（Ｍ）  …（７）
【００６４】
帰還キャパシタＣｆにおける電荷の変化ΔＱｃｆに対応した検出信号Ｓの変化を「ΔＳ」とし、帰還キャパシタＣｆの静電容量を「Ｃｆ」とすると、電荷の変化ΔＱｃｆは次の式で表される。
【００６５】
ΔＱｃｆ＝Ｃｆ×ΔＳ  …（８）
【００６６】
式（７）に式（２）及び式（８）を代入すると、次の式が得られる。
【００６７】
Ｂ×ΔＳ＝Ａ（１）×ΔＣ（１）＋…＋Ａ（Ｍ）×ΔＣ（Ｍ）  …（９）
ただし、
Ｂ＝Ｃｆ／ＶＤ  …（１０）
【００６８】
式（９）において、係数Ｂと係数Ａ（１），Ａ（２），…，Ａ（Ｍ）はそれぞれ既知の値を持つ。また、Ｍ個の係数Ａ（１），Ａ（２），…，Ａ（Ｍ）の組み合わせは、Ｍ個の駆動パターンごとに異なっている。Ｍ個の異なる駆動パターンに応じたＭ個の検出信号Ｓが得られると、制御部６０は、Ｍ個の検出信号Ｓの各々について、基準値（電極部５に物体が近接していないときの検出信号Ｓの平均値など）からの変化ΔＳを算出する。Ｍ個の変化ΔＳが得られると、係数Ａ（１），Ａ（２），…，Ａ（Ｍ）の組み合わせが異なるＭ個の式（９）を立てることができる。相互容量の変化ΔＣ（１），ΔＣ（２），…，ΔＣ（Ｍ）を未知数としたＭ個の式（９）からなる連立方程式は、行列演算によって解くことができる。従って、制御部６０は、Ｍ個の異なる駆動パターンに応じたＭ個の検出信号Ｓに基づいて、上述した連立方程式を解くことにより、相互容量の変化ΔＣ（１），ΔＣ（２），…，ΔＣ（Ｍ）をそれぞれ算出する。
【００６９】
制御部６０は、１つの検出電極ＥＳ−ｉについて相互容量の変化ΔＣ（１），ΔＣ（２），…，ΔＣ（Ｍ）を算出すると、スイッチ部５０において別の１つの検出電極ＥＳ−ｉを選択し、検出信号生成部２０に接続する。そして、制御部６０は、上述と同様にＭ個の異なる駆動パターンに応じたＭ個の検出信号Ｓを取得し、連立方程式を解くことにより、相互容量の変化ΔＣ（１），ΔＣ（２），…，ΔＣ（Ｍ）をそれぞれ算出する。制御部６０は、この動作を繰り返すことにより、全ての検出電極ＥＳについて相互容量の変化ΔＣ（１），ΔＣ（２），…，ΔＣ（Ｍ）を算出する。
【００７０】
本実施形態に係る静電容量センサによれば、１以上の駆動電極ＥＤに対して第３駆動信号（駆動電極ＥＤに基準電圧Ｖｒを印加する駆動信号）が供給された場合、当該１以上の駆動電極ＥＤと検出電極ＥＳとの間に形成されるキャパシタＣ（ｉ，ｊ）には殆ど電圧が発生せず、殆ど電荷が蓄積されない。この場合、基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳しているか否かにかかわらず、当該１以上の駆動電極ＥＤと検出電極ＥＳとの間に形成されるキャパシタＣ（ｉ，ｊ）は、検出電極ＥＳにおいて転送される電荷を殆ど発生しない。従って、基準電圧Ｖｒにノイズ成分が重畳している場合でも、当該１以上の駆動電極ＥＤと検出電極ＥＳとの間に形成される１以上のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）にはノイズ成分が作用しない。また、当該１以上のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）で発生した電荷は、検出電極ＥＳにおいて転送されることがない。そのため、１以上の駆動電極ＥＤに対して第３駆動信号が供給された場合に、検出信号Ｓの誤差を低減することができる。これにより、Ｍ個の検出信号Ｓに基づいて算出されるＭ個のキャパシタＣ（ｉ，ｊ）の相互容量値（相互容量の変化ΔＣ（１），ΔＣ（２），…，ΔＣ（Ｍ））についても、ノイズ成分に起因した誤差を低減できる。
【００７１】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る静電容量センサについて説明する。
図４は、第３の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。第３の実施形態に係る静電容量センサは、図２に示す静電容量センサに疑似基準電圧発生部４０を追加するとともに、駆動部１０及びスイッチ部５０において基準電圧Ｖｒの替わりに疑似基準電圧ＶＡｒを用いたものであり、他の構成は図２に示す静電容量センサと概ね同じである。
【００７２】
疑似基準電圧発生部４０は、基準電圧Ｖｒに近づくように帰還制御された疑似基準電圧ＶＡｒを発生する。図４の例において、疑似基準電圧発生部４０は、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒが入力され、反転入力端子と出力端子とが接続された演算増幅器４１を含む。演算増幅器４１は、基準電圧Ｖｒと略等しい疑似基準電圧ＶＡｒを出力する。
【００７３】
駆動部１０は、制御部６０の制御に従って、Ｍ個の駆動電極ＥＤの電圧をそれぞれ独立に変化させる。また駆動部１０は、制御部６０の制御に従って、Ｍ個の駆動電極ＥＤの各々に疑似基準電圧ＶＡｒを印加する。
【００７４】
スイッチ部５０は、制御部６０の制御に従って、Ｎ個の検出電極ＥＳから１つの検出電極ＥＳを選択し、検出信号生成部２０に接続する。またスイッチ部５０は、制御部６０の制御に従って、Ｎ個の検出電極ＥＳの各々を疑似基準電圧ＶＡｒに接続する。
【００７５】
制御部６０は、駆動部１０において一部の駆動電極ＥＤの電圧を変化させているとき、残りの駆動電極ＥＤには疑似基準電圧ＶＡｒを印加するように駆動部１０を制御する。また、制御部６０は、スイッチ部５０において１つの検出電極ＥＳを検出信号生成部２０に接続しているとき、残りの検出電極ＥＳを疑似基準電圧ＶＡｒに接続するようにスイッチ部５０を制御する。
【００７６】
本実施形態に係る静電容量センサにおいても、既に説明した第１の実施形態に係る静電容量センサ（図２）と同様の効果を奏することができる。また、疑似基準電圧発生部４０の演算増幅器４１として、検出信号生成部２０の演算増幅器２１と同等の性能（オフセット特性、周波数特性など）を持った回路を用いることにより、検出信号生成部２０の演算増幅器２１の反転入力端子に接続される検出電極ＥＳと、疑似基準電圧ＶＡｒに接続される電極（検出電極ＥＳ、駆動電極ＥＤ）との電圧差を更に微小に抑えることが可能となり、検出信号Ｓに含まれるノイズを微小に抑えることができる。
【００７７】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態に係る静電容量センサについて説明する。
図５は、第４の実施形態に係る静電容量センサの各部の構成例を示す図である。第４の実施形態に係る静電容量センサは、図３に示す静電容量センサに疑似基準電圧発生部４０を追加するとともに、駆動部１０Ａ及びスイッチ部５０において基準電圧Ｖｒの替わりに疑似基準電圧ＶＡｒを用いたものであり、他の構成は図３に示す静電容量センサと概ね同じである。疑似基準電圧発生部４０の構成は、図４に示す静電容量センサと同じである。
【００７８】
図５に示す静電容量センサにおける駆動部１０Ａは、図３に示す静電容量センサと同様に、Ｍ個の駆動電極ＥＤの各々に独立した駆動信号を供給することが可能であり、それぞれ駆動信号を発生するＭ個の駆動信号発生部１４−１〜１４Ｍを含む。駆動信号発生部１４−ｊは、図３に示す静電容量センサと同様に、３種類の駆動信号（第１駆動信号、第２駆動信号又は第３駆動信号。）を発生することが可能である。第１駆動信号及び第２駆動信号は、図３に示す静電容量センサと同じである。第３駆動信号は、駆動電極ＥＤ−ｊに疑似基準電圧ＶＡｒを印加する信号である。
【００７９】
本実施形態に係る静電容量センサにおいても、既に説明した第２の実施形態に係る静電容量センサ（図３）と同様の効果を奏することができる。また、疑似基準電圧発生部４０の演算増幅器４１として、検出信号生成部２０の演算増幅器２１と同等の性能（オフセット特性、周波数特性など）を持った回路を用いることにより、検出信号生成部２０の演算増幅器２１の反転入力端子に接続される検出電極ＥＳと、疑似基準電圧ＶＡｒに接続される電極（検出電極ＥＳ、駆動電極ＥＤ）との電圧差を更に微小に抑えることが可能となり、検出信号Ｓに含まれるノイズを微小に抑えることができる。
【００８０】
本開示に係る技術的思想は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。
【００８１】
例えば、上述した実施形態では複数の検出電極ＥＳを備える静電容量センサの例が挙げられているが、検出電極は１つのみでもよい。
【００８２】
また、上述した実施形態では、Ｍ個の駆動電極ＥＤの各々がＮ個の検出電極ＥＳの各々に対して寄生的なキャパシタを形成しているが、他の実施形態では、一部の駆動電極ＥＤが一部の検出電極ＥＳに対して寄生的なキャパシタを形成しないようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
５…電極部、１０，１０Ａ…駆動部、１１−１〜１１−Ｍ，１２−１〜１２−Ｍ…スイッチ、１３，１４−１〜１４−Ｍ…駆動信号発生部、２０…検出信号生成部、２１…演算増幅器、２２…スイッチ、３０…基準電圧発生部、３１…基準電圧源、３２…演算増幅器、４０…疑似基準電圧発生部、４１…演算増幅器、５０…スイッチ部、５１−１〜５１−Ｍ，５２−１〜５２−Ｍ…スイッチ、６０…制御部
【図１】
2020110556.tif 000003
【図２】
2020110556.tif 000004
【図３】
2020110556.tif 000005
【図４】
2020110556.tif 000006
【図５】
2020110556.tif 000007
【図６】
2020110556.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月14日(2021.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの検出電極と、
前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、
基準電圧を発生する基準電圧発生部と、
前記検出電極の電圧が前記基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記検出信号生成部は、反転入力端子と、非反転入力端子を備えた第１演算増幅器を有し、
前記第１演算増幅器の反転入力端子に前記検出電極が接続され、前記第１演算増幅器の非反転入力端子に前記基準電圧が入力され、
前記基準電圧発生部は、基準電圧源と、前記基準電圧源の出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１の抵抗及び第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続中点に非反転入力端子が接続される第２演算増幅器とを有し、
前記第２演算増幅器の反転入力端子が前記第２演算増幅器の出力端子に接続され、
前記駆動部は、前記複数の駆動電極の各々に前記基準電圧を印加可能であり、
前記制御部は、前記駆動部において一部の前記駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの前記駆動電極には前記基準電圧を印加するように前記駆動部を制御する、
静電容量センサ。
【請求項２】
複数の前記検出電極から１つの前記検出電極を選択して前記検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の前記検出電極の各々を前記基準電圧に接続可能なスイッチ部を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部において１つの前記検出電極を前記検出信号生成部に接続しているとき、残りの前記検出電極を前記基準電圧に接続するように前記スイッチ部を制御する、
請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】
前記駆動部は、
前記駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、
前記駆動電極の電圧を前記所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、
前記駆動電極に前記基準電圧を印加する駆動信号
をＭ個（Ｍは２以上の整数を示す。）の前記駆動電極の各々へ供給可能であり、
前記Ｍ個の駆動電極へ同時に供給するＭ個の前記駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、
前記制御部は、
Ｍ個の異なる前記駆動パターンによって前記Ｍ個の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号をＭ回供給するように前記駆動部を制御し、
１つの前記検出電極において前記電荷を転送する前記検出信号生成部が前記Ｍ個の異なる駆動パターンに応じて生成したＭ個の前記検出信号を取得し、当該Ｍ個の検出信号に基づいて、前記１つの検出電極と前記Ｍ個の駆動電極との間に形成されるＭ個の前記キャパシタの相互容量値を算出する、
請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項４】
前記検出信号生成部は、前記第１演算増幅器の出力端子と前記第１演算増幅器の反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタを含む、
請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項５】
少なくとも１つの検出電極と、
前記検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、
前記複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、
基準電圧を発生する基準電圧発生部と、
前記検出電極の電圧が前記基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記基準電圧に近づくように帰還制御された疑似基準電圧を発生する疑似基準電圧発生部と、
前記駆動部を制御する制御部とを有し、
前記検出信号生成部は、反転入力端子と、非反転入力端子を備えた第１演算増幅器を有し、
前記第１演算増幅器の前記反転入力端子に前記検出電極が接続され、前記第１演算増幅器の非反転入力端子に前記基準電圧が入力され、
前記基準電圧発生部は、基準電圧源と、前記基準電圧源の出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１の抵抗及び第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との接続中点に非反転入力端子が接続される第２演算増幅器とを有し、
前記第２演算増幅器の反転入力端子が前記第２演算増幅器の出力端子に接続され、
前記駆動部は、前記複数の駆動電極の各々に前記疑似基準電圧を印加可能であり、
前記制御部は、前記駆動部において一部の前記駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの前記駆動電極には前記疑似基準電圧を印加するように前記駆動部を制御する、
静電容量センサ。
【請求項６】
複数の前記検出電極から１つの前記検出電極を選択して前記検出信号生成部に接続可能であるとともに、複数の前記検出電極の各々を前記疑似基準電圧に接続可能なスイッチ部を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部において１つの前記検出電極を前記検出信号生成部に接続しているとき、残りの前記検出電極を前記疑似基準電圧に接続するように前記スイッチ部を制御する、
請求項５に記載の静電容量センサ。
【請求項７】
前記駆動部は、
前記駆動電極の電圧を所定の電圧差だけ上昇させる駆動信号、
前記駆動電極の電圧を前記所定の電圧差だけ低下させる駆動信号、又は、
前記駆動電極に前記疑似基準電圧を印加する駆動信号
をＭ個（Ｍは２以上の整数を示す。）の前記駆動電極の各々へ供給可能であり、
前記Ｍ個の駆動電極へ同時に供給するＭ個の前記駆動信号の組み合わせを駆動パターンと呼ぶ場合に、
前記制御部は、
Ｍ個の異なる前記駆動パターンによって前記Ｍ個の駆動電極にそれぞれ前記駆動信号をＭ回供給するように前記駆動部を制御し、
１つの前記検出電極において前記電荷を転送する前記検出信号生成部が前記Ｍ個の異なる駆動パターンに応じて生成したＭ個の前記検出信号を取得し、当該Ｍ個の検出信号に基づいて、前記１つの検出電極と前記Ｍ個の駆動電極との間に形成されるＭ個の前記キャパシタの相互容量値を算出する、
請求項５に記載の静電容量センサ。
【請求項８】
前記検出信号生成部は、前記第１演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタを含む、
請求項５に記載の静電容量センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本開示の第１の態様に係る静電容量センサは、少なくとも１つの検出電極と、検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、基準電圧を発生する基準電圧発生部と、検出電極の電圧が基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、駆動部を制御する制御部とを有する。検出信号生成部は、反転入力端子と、非反転入力端子を備えた第１演算増幅器を有する。第１演算増幅器の反転入力端子に検出電極が接続され、第１演算増幅器の非反転入力端子に基準電圧が入力される。基準電圧発生部は、バンドギャップリファレンス回路から作成される基準電圧源と、基準電圧源の出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１の抵抗及び第２の抵抗と、第１の抵抗と第２の抵抗との接続中点に非反転入力端子が接続される第２演算増幅器とを有する。第２演算増幅器の反転入力端子が第２演算増幅器の出力端子に接続される。駆動部は、複数の駆動電極の各々に基準電圧を印加可能であり、制御部は、駆動部において一部の駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの駆動電極には基準電圧を印加するように駆動部を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
検出信号生成部は、第１演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタを含んでよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本開示の第２の態様に係る静電容量センサは、少なくとも１つの検出電極と、検出電極との間にそれぞれキャパシタが形成される複数の駆動電極と、複数の駆動電極の電圧をそれぞれ独立に変化させることが可能な駆動部と、基準電圧を発生する基準電圧発生部と、検出電極の電圧が基準電圧に近づくように電荷を転送し、当該電荷の転送に応じた検出信号を生成する検出信号生成部と、基準電圧に近づくように帰還制御された疑似基準電圧を発生する疑似基準電圧発生部と、駆動部を制御する制御部とを有する。検出信号生成部は、反転入力端子と、非反転入力端子を備えた第１演算増幅器を有する。第１演算増幅器の反転入力端子に検出電極が接続され、第１演算増幅器の非反転入力端子に基準電圧が入力される。基準電圧発生部は、基準電圧源と、基準電圧源の出力端子とグランドとの間に直列に接続される第１の抵抗及び第２の抵抗と、第１の抵抗と第２の抵抗との接続中点に非反転入力端子が接続される第２演算増幅器とを有する。第２演算増幅器の反転入力端子が第２演算増幅器の出力端子に接続される。駆動部は、複数の駆動電極の各々に疑似基準電圧を印加可能であり、制御部は、駆動部において一部の駆動電極の電圧を変化させているとき、残りの駆動電極には疑似基準電圧を印加するように駆動部を制御する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
検出信号生成部は、第１演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられた帰還キャパシタを含んでよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図２の例において、検出信号生成部２０は、第１演算増幅器２１と、帰還キャパシタＣｆと、スイッチ２２を含む。第１演算増幅器２１の反転入力端子は、スイッチ部５０のスイッチ５１−１〜５１−Ｎを介して検出電極ＥＳ−１〜ＥＳ−Ｎに接続される。第１演算増幅器２１の非反転入力には、基準電圧発生部３０の基準電圧Ｖｒが入力される。帰還キャパシタＣｆは、第１演算増幅器２１の出力端子と反転入力端子との間の経路に設けられている。スイッチ２２は、帰還キャパシタＣｆと並列に接続される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
第１演算増幅器２１の反転入力端子に接続された検出電極ＥＳの電圧が基準電圧Ｖｒを超えて上昇すると、第１演算増幅器２１の出力電圧（検出信号Ｓ）が低下し、帰還キャパシタＣｆからキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ負の電荷が転送され、検出電極ＥＳの電圧の上昇が抑制される。また、第１演算増幅器２１の反転入力端子に接続された検出電極ＥＳの電圧が基準電圧Ｖｒより低下すると、第１演算増幅器２１の出力電圧（検出信号Ｓ）が上昇し、帰還キャパシタＣｆからキャパシタＣ（ｉ，ｊ）へ正の電荷が転送され、検出電極ＥＳの電圧の低下が抑制される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
基準電圧発生部３０は、略一定の直流電圧である基準電圧Ｖｒを発生する。図２の例において、基準電圧発生部３０は、基準電圧源３１と、第２演算増幅器３２と、第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２を含む。基準電圧源３１は、例えばＡＳＩＣの内部電源電圧であり、バンドギャップリファレンス回路から作成され、電源電圧に依存しない直流電圧Ｖａを発生する。第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２は、基準電圧源３１の出力端子とグランドとの間に直列に接続される。第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の接続中点には、直流電圧Ｖａを分圧した電圧Ｖｂが生じる。第２演算増幅器３２の反転入力端子は、出力端子に接続される。第２演算増幅器３２の非反転入力端子には、第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の接続中点に生じた電圧Ｖｂが入力される。第２演算増幅器３２は、電圧Ｖｂと略等しい基準電圧Ｖｒを出力する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
疑似基準電圧発生部４０は、基準電圧Ｖｒに近づくように帰還制御された疑似基準電圧ＶＡｒを発生する。図４の例において、疑似基準電圧発生部４０は、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒが入力され、反転入力端子と出力端子とが接続された第３演算増幅器４１を含む。第３演算増幅器４１は、基準電圧Ｖｒと略等しい疑似基準電圧ＶＡｒを出力する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
本実施形態に係る静電容量センサにおいても、既に説明した第１の実施形態に係る静電容量センサ（図２）と同様の効果を奏することができる。また、疑似基準電圧発生部４０の第３演算増幅器４１として、検出信号生成部２０の第１演算増幅器２１と同等の性能（オフセット特性、周波数特性など）を持った回路を用いることにより、検出信号生成部２０の第１演算増幅器２１の反転入力端子に接続される検出電極ＥＳと、疑似基準電圧ＶＡｒに接続される電極（検出電極ＥＳ、駆動電極ＥＤ）との電圧差を更に微小に抑えることが可能となり、検出信号Ｓに含まれるノイズを微小に抑えることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
本実施形態に係る静電容量センサにおいても、既に説明した第２の実施形態に係る静電容量センサ（図３）と同様の効果を奏することができる。また、疑似基準電圧発生部４０の第３演算増幅器４１として、検出信号生成部２０の第１演算増幅器２１と同等の性能（オフセット特性、周波数特性など）を持った回路を用いることにより、検出信号生成部２０の第１演算増幅器２１の反転入力端子に接続される検出電極ＥＳと、疑似基準電圧ＶＡｒに接続される電極（検出電極ＥＳ、駆動電極ＥＤ）との電圧差を更に微小に抑えることが可能となり、検出信号Ｓに含まれるノイズを微小に抑えることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
５…電極部、１０，１０Ａ…駆動部、１１−１〜１１−Ｍ，１２−１〜１２−Ｍ…スイッチ、１３，１４−１〜１４−Ｍ…駆動信号発生部、２０…検出信号生成部、２１…第１演算増幅器、２２…スイッチ、３０…基準電圧発生部、３１…基準電圧源、３２…第２演算増幅器、４０…疑似基準電圧発生部、４１…第３演算増幅器、５０…スイッチ部、５１−１〜５１−Ｍ，５２−１〜５２−Ｍ…スイッチ、６０…制御部
【国際調査報告】
2020110556.tif 000009
2020110556.tif 000010
2020110556.tif 000011
2020110556.tif 000012