特許 6976450 センサ装置とその制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6976450

(24)【登録日】2021年11月11日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】センサ装置とその制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20211125BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20211125BHJP

   H03K 17/955 20060101ALI20211125BHJP

   H03K 17/96 20060101ALN20211125BHJP

   H03K 17/945 20060101ALN20211125BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 522

   G06F3/044 110

   G06F3/044 120

   H03K17/955 G

   !H03K17/96 B

   !H03K17/945 B

【請求項の数】13

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2020-541001(P2020-541001)

(86)(22)【出願日】2019年3月22日

(86)【国際出願番号】JP2019012229

(87)【国際公開番号】WO2020049781

(87)【国際公開日】20200312

【審査請求日】2021年1月6日

(31)【優先権主張番号】特願2018-167887(P2018-167887)

(32)【優先日】2018年9月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】山田 朋輝

【審査官】 星野 裕

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００６３９９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特許第５８５３６８１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１３−２０６４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０５８０７０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

Ｈ０３Ｋ １７／９５５

Ｈ０３Ｋ １７／９６

Ｈ０３Ｋ １７／９４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象の物理量に応じた振幅を持つ正弦波の検出信号を出力するセンサ部と、
前記検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、前記検出信号と等しい位相を持った正弦波の第１参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記センサ部から出力される前記検出信号に前記第１参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、前記検出対象の物理量に応じた第１復調信号として生成する復調部とを有し、
前記参照信号生成部は、前記検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、前記検出信号に対して位相がずれた正弦波の第２参照信号を生成し、
前記復調部は、前記センサ部から出力される前記検出信号に前記第２参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、前記検出信号に重畳するノイズ成分に応じた第２復調信号として生成する、
センサ装置。

【請求項2】

前記参照信号生成部は、前記検出信号に対して位相が４分の１周期ずれた正弦波の信号を前記第２参照信号として生成する、
請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

正弦波の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
制御部とを有し、
前記センサ部は、入力される前記駆動信号に応じて、前記駆動信号の駆動周波数と等しい周波数を持った前記検出信号を出力し、
前記制御部は、前記第２復調信号の時間的変化に応じたノイズ量を算出し、算出した前記ノイズ量がしきい値を超えた場合、前記駆動周波数を変更する、
請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記復調部において連続して生成された複数の前記第２復調信号に基づいて前記ノイズ量を算出する、
請求項３に記載のセンサ装置。

【請求項5】

複数の前記センサ部を有し、
前記復調部は、前記複数のセンサ部の各々について前記第１復調信号と前記第２復調信号とを生成し、
前記制御部は、前記複数のセンサ部の各々について前記ノイズ量を算出し、前記複数のセンサ部について算出した複数の前記ノイズ量の和がしきい値を超えた場合、前記駆動周波数を変更する、
請求項３又は４に記載のセンサ装置。

【請求項6】

複数の前記センサ部を有し、
前記複数のセンサ部の各々は、前記駆動信号に対して位相が遅延した前記検出信号を出力し、
前記復調部は、前記複数のセンサ部の各々について前記第１復調信号と前記第２復調信号とを生成し、
前記参照信号生成部は、前記複数のセンサ部の各々について、前記復調部が前記第１復調信号を生成するための前記第１参照信号と、前記復調部が前記第２復調信号を生成するための前記第２参照信号とを、前記駆動信号を用いて生成し、
前記制御部は、前記駆動信号に対する前記第１参照信号の位相の遅延及び前記駆動信号に対する前記第２参照信号の位相の遅延を、前記複数のセンサ部の各々について個別に設定する、
請求項３〜５の何れか一項に記載のセンサ装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記駆動周波数を変更する場合、予め定められた複数の周波数の中から、現在の前記駆動周波数と異なる周波数を新たな前記駆動周波数として選択する、
請求項３〜６の何れか一項に記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記制御部は、
前記物理量を検出する通常モードにおいて、前記第１参照信号を生成するように前記参照信号生成部を制御するとともに、前記第１復調信号を生成するように前記復調部を制御し、
前記ノイズを検出するノイズ検出モードにおいて、前記第２参照信号を生成するように前記参照信号生成部を制御するとともに、前記第２復調信号を生成するように前記復調部を制御し、
前記ノイズ検出モードにおいて生成される前記第２復調信号の時間的変化に応じた前記ノイズ量を算出し、
前記ノイズ量が前記しきい値を超えた場合、前記通常モードにおける前記駆動周波数を変更する
請求項３〜６の何れか一項に記載のセンサ装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記通常モードにおいて、前記復調部による前記第１復調信号の生成を周期的に繰り返すとともに、前記通常モードから一時的に前記ノイズ検出モードへ移行して前記ノイズ量を算出する動作を周期的に繰り返す、
請求項８に記載のセンサ装置。

【請求項10】

前記制御部は、
前記ノイズ検出モードへ一時的に移行する度に、予め定められた複数の周波数の中から順番に前記駆動周波数として使用する周波数を選択し、
前記駆動周波数を変更する場合、前記しきい値より前記ノイズ量が小さくなる前記第２復調信号が生成された直近の前記ノイズ検出モードにおける前記駆動周波数を、前記通常モードにおける新たな前記駆動周波数として選択する、
請求項９に記載のセンサ装置。

【請求項11】

正弦波の駆動信号を生成する駆動信号生成部を有し、
前記センサ部は、
物体の近接度合いに応じて静電容量が変化するキャパシタを形成する少なくとも１つの電極と、
前記電極を介して前記キャパシタに前記駆動信号を印加し、前記駆動信号の印加に伴って前記キャパシタに伝送される電荷に応じた前記検出信号であって、前記キャパシタの静電容量に応じた振幅を持つ前記検出信号を生成する静電容量検出回路とを含む、
請求項１〜１０の何れか一項に記載のセンサ装置。

【請求項12】

正弦波の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
入力される前記駆動信号に応じて、前記駆動信号の駆動周波数と等しい周波数を持ち、かつ、検出対象の物理量に応じた振幅を持つ正弦波の検出信号を出力するセンサ部と、
前記検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、前記検出信号と等しい位相を持った正弦波の第１参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記センサ部から出力される前記検出信号に前記第１参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、前記検出対象の物理量に応じた第１復調信号として生成する復調部と
を有するセンサ装置の制御方法であって、
前記物理量を検出する通常モードにおいて、前記第１参照信号を生成するように前記参照信号生成部を制御することと、
前記通常モードにおいて、前記第１復調信号を生成するように前記復調部を制御することと、
前記ノイズを検出するノイズ検出モードにおいて、前記検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、前記検出信号に対して位相がずれた正弦波の第２参照信号を生成するように前記参照信号生成部を制御することと、
前記ノイズ検出モードにおいて、前記センサ部から出力される前記検出信号に前記第２参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、前記検出信号に重畳するノイズ成分に応じた第２復調信号として生成するように前記復調部を制御することと、
前記ノイズ検出モードにおいて生成される前記第２復調信号の時間的変化に応じたノイズ量を算出することと、
前記ノイズ量が前記しきい値を超えた場合、前記通常モードにおける前記駆動周波数を変更することと
を有するセンサ装置の制御方法。

【請求項13】

請求項１２に記載のセンサ装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、入力される駆動信号に応じて検出信号を生成するセンサ装置とその制御方法及びプログラムに係り、例えば、静電容量を検出する静電容量センサなどのセンサ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

物体の近接に伴う静電容量の変化を検出する一般的な静電容量センサでは、物体が近接する場所に１以上の電極が配置され、物体と電極との間若しくは電極間に形成される寄生的なキャパシタの静電容量が検出される。これらの電極には、一定の振幅を持つ駆動信号が印加され、駆動信号に応じて変化するキャパシタの電荷がチャージアンプにより検出される。駆動信号の振幅が一定である場合、チャージアンプが出力する検出信号（キャパシタの電荷に比例する信号）の変化は、キャパシタの静電容量の変化を表す。タッチパッドやタッチパネル、タッチスイッチ等に代表される静電容量センサでは、このような静電容量の変化に基づいて人体等の近接が検知され、座標の算出やジェスチャ認識が行われる。

【0003】

静電容量センサでは、電極によって寄生的に形成されるキャパシタの微小な電荷の変化が検出されるため、電極とノイズ源との静電結合によるノイズが混入し易く、検出信号にはノイズが重畳し易い。検出信号に重畳したノイズ成分を低減するため、駆動信号と同じ周波数の正弦波信号を検出信号に乗算し、その乗算結果からローパスフィルタによって直流成分を抽出する方法が一般的に用いられている。ローパスフィルタにより抽出される直流成分は、検出信号における駆動信号と同一周波数の信号成分の振幅に比例するため、駆動信号と異なる周波数を持ったノイズ成分が効果的に除去される。

【0004】

例えば下記の特許文献１に記載されるセンサでは、２つの電極間の静電容量を検出する回路において、一方の電極に駆動信号が印加され、他方の電極に電流・電圧変換回路が接続される。電流・電圧変換回路の出力信号には、駆動信号と同じ周波数を持つＳＩＮ信号とＣＯＳ信号がそれぞれ乗算され、２つの乗算結果からローパスフィルタにより２つの直流成分が抽出される。２つの直流成分は、電流・電圧変換回路の出力信号に含まれる駆動信号と同一周波数の信号成分のベクトルを表しており、このベクトルの大きさから当該信号成分の振幅、すなわち静電容量を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−１３５３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、駆動信号と同一周波数の参照信号を検出信号に乗算して直流成分を抽出する方法では、駆動信号と同一周波数のノイズ成分を除去することができないという問題がある。そこで、上記の特許文献１に記載されるセンサでは、駆動信号と同一周波数のノイズが混入しているか否かを判定する場合、駆動信号の印加を停止した状態で直流成分の抽出が行われる。駆動信号の印加を停止した状態で抽出された直流成分には、静電容量に関する成分が含まれておらず、概ねノイズ成分のみが含まれているため、この直流成分の大きさからノイズの混入の有無を判定することができる。

【0007】

しかしながら、駆動信号と参照信号を共通の正弦波信号に基づいて生成する簡易な回路構成を持つ場合、駆動信号の印加を停止するために正弦波信号の生成を停止すると、参照信号の生成も停止してしまう。そのため、駆動信号の生成のみを停止する回路を追加する必要があり、回路構成が複雑になるという不利益がある。また、駆動信号を出力する場合と出力を停止する場合とで、駆動信号を生成する回路の出力インピーダンスが変化すると、電極とノイズ源との間における静電結合の状態が変化してしまい、検出信号に重畳するノイズ成分の大きさが変化する可能性もある。

【0008】

他方、駆動信号と同一周波数のノイズが混入しているか否かを判定する別の方法として、参照信号と検出信号との乗算結果から抽出された直流成分の時間的な変動（例えば、連続して得られた２つの直流成分の差）を利用する方法が考えられる。駆動信号と同一周波数のノイズが混入している場合、直流成分の時間的な変動が大きくなると予想されるため、直流成分の時間的な変動が所定のしきい値を超えた場合に、駆動信号と同一周波数のノイズが混入していると判定することができる。

【0009】

しかしながら、上記のように直流成分の時間的な変動を利用する方法では、物体の近接状態が高速に変化した場合の直流成分の変動と、ノイズによる変動とを区別することができないという不利益がある。そのため、物体（指など）と電極の距離が素早く変化した場合に、この変化によって生じた直流成分の変動をノイズによるものとして誤判定する場合がある。

【0010】

そこで本開示は、検出信号に重畳するノイズ成分を簡易な構成で調べることが可能なセンサ装置とその制御方法及びプログラム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】

本開示の第１の態様に係るセンサ装置は、検出対象の物理量に応じた振幅を持つ正弦波の検出信号を出力するセンサ部と、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号と等しい位相を持った正弦波の第１参照信号を生成する参照信号生成部と、センサ部から出力される検出信号に第１参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、検出対象の物理量に応じた第１復調信号として生成する復調部とを有する。参照信号生成部は、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号に対して位相がずれた正弦波の第２参照信号を生成する。復調部は、センサ部から出力される検出信号に第２参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、検出信号に重畳するノイズ成分に応じた第２復調信号として生成する。

【0012】

第１の態様に係るセンサ装置によれば、復調部において、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号と等しい位相を持った第１参照信号と、センサ部から出力される検出信号とが乗算される。この乗算結果の信号に含まれる直流成分は、検出信号の振幅に応じた大きさ、すなわち、検出対象の物理量に応じた大きさを持つ。従って、第１復調信号は、検出対象の物理量に応じた大きさを持つ。また、復調部では、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号に対して位相がずれた第２参照信号と、センサ部から出力される検出信号とが乗算される。この乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた第２復調信号は、第１復調信号と比較して、検出信号と等しい位相を持った信号の成分が相対的に小さくなり、検出信号と同一周波数のノイズ成分が相対的に大きくなる。従って、第２復調信号は、第１復調信号に比べて、検出信号に対する相関性が低くなるとともに、検出信号と同一周波数のノイズ成分に対する相関性が高くなる。

【0013】

好適に、参照信号生成部は、検出信号に対して位相が４分の１周期ずれた正弦波の信号を第２参照信号として生成してよい。

【0014】

この構成によれば、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号に対して位相が４分の１周期ずれた正弦波の第２参照信号と、センサ部から出力される検出信号とが復調部において乗算される。この乗算結果に含まれる直流成分は、検出信号と等しい位相を持った信号の成分、すなわち検出信号に応じた成分をほとんど含んでおらず、検出信号と同一周波数のノイズ成分に応じた大きさを持つ。従って、第２復調信号は、検出信号に対する相関性が更に低くなるとともに、検出信号と同一周波数のノイズ成分に対する相関性が更に高くなる。

【0015】

好適に、上記センサ装置は、正弦波の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、制御部とを有してよい。センサ部は、入力される駆動信号に応じて、駆動信号の駆動周波数と等しい周波数を持った検出信号を出力してよい。制御部は、第２復調信号の時間的変化に応じたノイズ量を算出し、算出したノイズ量がしきい値を超えた場合、駆動周波数を変更してよい。

【0016】

この構成によれば、第２復調信号に応じて、検出信号と同一周波数のノイズ成分に関するノイズ量が算出される。このノイズ量がしきい値を超えた場合、駆動周波数が変更され、ノイズの大きい周波数が駆動周波数として使用されなくなる。そのため、ノイズの混入による第１復調信号への影響が回避され易くなる。

【0017】

好適に、制御部は、復調部において連続して生成された複数の第２復調信号に基づいてノイズ量を算出してよい。

【0018】

この構成によれば、連続して生成された複数の第２復調信号に基づいて、第２復調信号の時間的変化に応じたノイズ量が算出される。

【0019】

好適に、上記センサ装置は、複数のセンサ部を有してよい。復調部は、複数のセンサ部の各々について第１復調信号と第２復調信号とを生成してよい。制御部は、複数のセンサ部の各々についてノイズ量を算出し、複数のセンサ部について算出した複数のノイズ量の和がしきい値を超えた場合、駆動周波数を変更してよい。

【0020】

この構成によれば、複数のセンサ部について算出された複数のノイズ量の和がしきい値を超えた場合、ノイズが混入したと判定され、駆動信周波数が変更される。そのため、複数のセンサ部に対して全体的に影響を与えるノイズの混入が生じた場合でも、このノイズ混入による第１復調信号への影響が回避され易くなる。

【0021】

好適に、上記センサ装置は、複数のセンサ部を有してよく、複数のセンサ部の各々は、駆動信号に対して位相が遅延した検出信号を出力してよい。復調部は、複数のセンサ部の各々について第１復調信号と第２復調信号とを生成してよい。参照信号生成部は、複数のセンサ部の各々について、復調部が第１復調信号を生成するための第１参照信号と、復調部が第２復調信号を生成するための第２参照信号とを、駆動信号を用いて生成してよい。制御部は、駆動信号に対する第１参照信号の位相の遅延及び駆動信号に対する第２参照信号の位相の遅延を、複数のセンサ部の各々について個別に設定してよい。

【0022】

この構成によれば、各センサ部において生成される検出信号が、駆動信号に対して個別の位相遅延を生じている場合でも、駆動信号に対する第１参照信号の位相の遅延及び駆動信号に対する第２参照信号の位相の遅延を、この個別の位相遅延に合わせてセンサ部ごとに適切に設定することが可能となる。

【0023】

好適に、制御部は、駆動周波数を変更する場合、予め定められた複数の周波数の中から、現在の駆動周波数と異なる周波数を新たな駆動周波数として選択してよい。

【0024】

この構成によれば、予め定められた複数の周波数の中から駆動周波数が選択されるため、駆動周波数の変更に関連する構成を簡易化することが可能となる。

【0025】

好適に、制御部は、物理量を検出する通常モードにおいて、第１参照信号を生成するように参照信号生成部を制御するとともに、第１復調信号を生成するように復調部を制御し、ノイズを検出するノイズ検出モードにおいて、第２参照信号を生成するように参照信号生成部を制御するとともに、第２復調信号を生成するように復調部を制御してよい。また、制御部は、ノイズ検出モードにおいて生成される第２復調信号の時間的変化に応じたノイズ量を算出し、ノイズ量がしきい値を超えた場合、通常モードにおける駆動周波数を変更してよい。

【0026】

この構成によれば、復調部において、検出信号と第１参照信号とに基づいて第１復調信号を生成する回路と、検出信号と第２参照信号とに基づいて第２復調信号を生成する回路とを共通化することが可能になり、復調部の回路構成が簡易になる。また、参照信号生成部において、第１参照信号と第２参照信号とを同時に生成しなくてもよいため、参照信号生成部の回路構成が簡易になる。

【0027】

好適に、制御部は、通常モードにおいて、復調部による第１復調信号の生成を周期的に繰り返すとともに、通常モードから一時的にノイズ検出モードへ移行してノイズ量を算出する動作を周期的に繰り返してよい。

【0028】

この構成によれば、通常モードにおいて第１復調信号の生成が周期的に繰り返されるとともに、通常モードから一時的にノイズ検出モードへ移行してノイズ量を算出する動作が周期的に繰り返される。そのため、ノイズの混入が新たに発生した場合でも、ノイズ量としきい値との比較に基づく駆動周波数の変更が自動的に行われる。従って、ノイズの混入による第１復調信号への影響が回避され易くなる。

【0029】

好適に、制御部は、ノイズ検出モードへ一時的に移行する度に、予め定められた複数の周波数の中から順番に駆動周波数として使用する周波数を選択し、駆動周波数を変更する場合、しきい値よりノイズ量が小さくなる第２復調信号が生成された直近のノイズ検出モードにおける駆動周波数を、通常モードにおける新たな駆動周波数として選択してよい。

【0030】

この構成によれば、ノイズ検出モードへ一時的に移行する度に、予め定められた複数の周波数の中から順番に選択された駆動周波数を使用して、ノイズ量が算出される。そして、ノイズ検出モードにおいてノイズ量がしきい値を超えた場合、しきい値よりノイズ量が小さくなる第２復調信号が生成された直近のノイズ検出モードにおける駆動周波数が、通常モードにおける新たな駆動周波数として選択される。これにより、直近においてノイズの小さい周波数が駆動周波数として選択され易くなるため、ノイズの混入による第１復調信号への影響が回避され易くなる。

【0031】

好適に、上記センサ装置は、正弦波の駆動信号を生成する駆動信号生成部を有してよい。センサ部は、物体の近接度合いに応じて静電容量が変化するキャパシタを形成する少なくとも１つの電極と、電極を介してキャパシタに駆動信号を印加し、駆動信号の印加に伴ってキャパシタに伝送される電荷に応じた検出信号であって、キャパシタの静電容量に応じた振幅を持つ検出信号を生成する静電容量検出回路とを含んでよい。

【0032】

この構成によれば、物体の近接度合いに応じた静電容量の変化を検出するセンサ装置において、検出信号に重畳する駆動信号と同一周波数のノイズ成分を簡易な構成で調べることが可能になる。

【0033】

本開示の第２の態様に係る制御方法は、正弦波の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、入力される駆動信号に応じて、駆動信号の駆動周波数と等しい周波数を持ち、かつ、検出対象の物理量に応じた振幅を持つ正弦波の検出信号を出力するセンサ部と、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号と等しい位相を持った正弦波の第１参照信号を生成する参照信号生成部と、センサ部から出力される検出信号に第１参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、検出対象の物理量に応じた第１復調信号として生成する復調部とを有するセンサ装置の制御方法に関する。このセンサ装置の制御方法は、物理量を検出する通常モードにおいて、第１参照信号を生成するように参照信号生成部を制御することと、通常モードにおいて、第１復調信号を生成するように復調部を制御することと、ノイズを検出するノイズ検出モードにおいて、検出信号と等しい周波数を持ち、かつ、検出信号に対して位相がずれた正弦波の第２参照信号を生成するように参照信号生成部を制御することと、ノイズ検出モードにおいて、センサ部から出力される検出信号に第２参照信号を乗算し、当該乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を、検出信号に重畳するノイズ成分に応じた第２復調信号として生成するように復調部を制御することと、ノイズ検出モードにおいて生成される第２復調信号の時間的変化に応じたノイズ量を算出することと、ノイズ量がしきい値を超えた場合、通常モードにおける駆動周波数を変更することとを有する。

【0034】

本開示の第３の態様は、上記第２の態様に係るセンサ装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

【発明の効果】

【0035】

本開示によれば、検出信号に重畳するノイズ成分を簡易な構成で調べることが可能なセンサ装置とその制御方法及びプログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】図１は、本実施形態に係るセンサ装置の構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、図１に示すセンサ装置における静電容量検出回路及び復調回路の構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、図１に示すセンサ装置における参照信号生成部の構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、図１に示すセンサ装置の動作例を説明するためのフローチャートである。

【図5】図５は、図１に示すセンサ装置の他の動作例を説明するためのフローチャートである。

【図6】図６は、他の実施形態に係るセンサ装置の構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、図６に示すセンサ装置における静電容量検出回路及び復調回路の構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、図６に示すセンサ装置における参照信号生成部の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本実施形態に係るセンサ装置について図面を参照しながら説明する。

【0038】

図１は、本実施形態に係るセンサ装置の構成の一例を示す図である。図１に示すセンサ装置は、複数のセンサ部１０−１〜１０−ｎ（以下、各々の区別せずに「センサ部１０」と記す場合がある。）と、復調部２０と、正弦波発生部３０と、駆動信号生成部３５と、参照信号生成部４０と、処理部５０と、記憶部６０と、インターフェース部７０を有する。

【0039】

本実施形態に係るセンサ装置は、指などの物体が近接することに伴う静電容量の変化を検出する装置であり、例えば、物体の近接に伴う静電容量の変化を検出して種々の処理（接触の判定、接触位置の座標の算出など）を行うタッチパッドやタッチパネル、タッチスイッチ等を含む。なお、本明細書における「近接」とは、対象に対して近くにあることを意味しており、対象との接触の有無を限定しない。

【0040】

［センサ部１０］
センサ部１０−ｉ（ｉは１からｎまでの整数を示す。）は、指などの物体１の近接度合に応じた検出信号Ｓｉ（以下、区別せずに「検出信号Ｓ」と記す場合がある。）を出力する。センサ部１０−ｉは、入力される正弦波の駆動信号Ｖｄに応じて、駆動信号Ｖｄの駆動周波数ｆｄと等しい周波数を持ち、駆動信号Ｖｄに対して所定の位相φｉ（以下、区別せずに「位相φ」と記す場合がある。）を持ち、かつ、物体１の近接状態に応じて変化するキャパシタＣｘの静電容量に応じた振幅を持つ正弦波の検出信号Ｓｉを生成する。

【0041】

検出信号Ｓｉが駆動信号Ｖｄに対して持つ位相φｉは、センサ部１０−ｉの検出信号Ｓｉが持つ固有の値である。すなわち、各センサ部１０において生成される検出信号Ｓは、駆動信号Ｖｄに対して個別の位相φを持つ。

【0042】

センサ部１０−ｉは、例えば図２に示すように、指などの物体１が近接する場所に配置された電極１０１と、静電容量検出回路１０２を含む。電極１０１は、物体１の近接度合いに応じて静電容量が変化するキャパシタＣｘを形成する。キャパシタＣｘは、交流的に接地電位の導体とみなせる指などの物体１と電極１０１との間に形成される寄生的な容量成分である。キャパシタＣｘの静電容量は、物体１が電極１０１に近づくほど大きくなる。

【0043】

静電容量検出回路１０２は、電極１０１を介してキャパシタＣｘに伝送される電荷に基づいて、キャパシタＣｘの静電容量に応じた検出信号Ｓｉを生成する。静電容量検出回路１０２は、電極１０１を介してキャパシタＣｘに駆動信号Ｖｄを印加し、駆動信号Ｖｄの印加に伴ってキャパシタＣｘに伝送される電荷に応じた検出信号Ｓｉを生成する。検出信号Ｓｉは、キャパシタＣｘの静電容量に応じた振幅を持つ。

【0044】

静電容量検出回路１０２は、例えば図２に示すように、演算増幅器１１０と、キャパシタＣｆ１を含む。演算増幅器１１０の反転入力端子と出力端子との間には、キャパシタＣｆ１が接続される。演算増幅器１１０の非反転入力端子には、駆動信号生成部３５によって正弦波の駆動電圧Ｖｄが供給される。電極１０１は、演算増幅器１１０の反転入力端子に接続される。駆動電圧Ｖｄは、例えば正弦波の交流電圧である。演算増幅器１１０は、反転入力端子の電圧と非反転入力端子の電圧とがほぼ一致するように出力電圧を制御するため、キャパシタＣｘには、駆動電圧Ｖｄとほぼ同じ交流電圧が発生する。キャパシタＣｘに交流電圧が発生するとき、この交流電圧とキャパシタＣｘの静電容量とに比例した電荷の変化が生じる。キャパシタＣｘにおける電荷の変化は、キャパシタＣｆ１における電荷の変化とほぼ等しい。その結果、キャパシタＣｆ１に生じる交流電圧は、キャパシタＣｘの静電容量に概ね比例した振幅を持つ。検出信号Ｓｉは、演算増幅器１１０の出力端子と非反転入力端子との間に生じる電圧であり、キャパシタＣｆ１に生じる交流電圧と略等しい。従って、検出信号Ｓｉは、キャパシタＣｘの静電容量に概ね比例した振幅を持つ。

【0045】

［正弦波発生部３０］
正弦波発生部３０は、処理部５０の後述する制御部５０１の制御に従って、駆動信号Ｖｄの基となる正弦波信号Ｗを生成する。正弦波発生部３０は、例えば処理部５０のクロックと同期して動作するデジタル回路であり、正弦波信号Ｗは駆動周波数ｆｄに設定されたデジタル信号である。

【0046】

［駆動信号生成部３５］
駆動信号生成部３５は、正弦波発生部３０において生成された正弦波信号Ｗに基づいて、アナログ信号である正弦波の駆動信号Ｖｄを生成する。一例において、駆動信号Ｖｄは正弦波の交流電圧であるが、他の例において、駆動信号Ｖｄは非正弦波（例えば矩形波）の交流電圧であってもよい。駆動信号Ｖｄを正弦波の交流電圧とすることにより、電極１０１から放出される高調波のノイズを低減することができる。

【0047】

［参照信号生成部４０］
参照信号生成部４０は、後述する復調部２０において検出信号Ｓ１〜Ｓｎとの乗算に用いられる参照信号Ｆ１〜Ｆｎ（以下、各々を区別せずに「参照信号Ｆ」と記す場合がある。）を生成する。参照信号Ｆｉは、検出信号Ｓｉとの乗算に用いられる。

【0048】

本実施形態に係るセンサ装置は、２つの動作モード（通常モード、ノイズ検出モード）を有する。通常モードは、キャパシタＣｘの静電容量を検出する動作モードであり、ノイズ検出モードは、検出信号Ｓｉに重畳したノイズ成分を検出する動作モードである。参照信号生成部４０は、この通常モードとノイズ検出モードとにおいて、参照信号Ｆｉの位相を４分の１周期（π／２ラジアン）変化させる。

【0049】

すなわち参照信号生成部４０は、通常モードにおいて、正弦波の検出信号Ｓｉと等しい周波数を持ち、かつ、正弦波の検出信号Ｓｉと等しい位相を持った正弦波の参照信号Ｆｉ（以下、「第１参照信号ＦＡｉ」と記す場合がある。）を生成する。具体的には、参照信号生成部４０は、駆動信号生成部３５から入力される駆動信号Ｖｄに応じて、駆動周波数ｆｄと等しい周波数を持ち、かつ、駆動信号Ｖｄに対して所定の位相φｉを持った第１参照信号ＦＡｉを生成する。

【0050】

また、参照信号生成部４０は、ノイズ検出モードにおいて、正弦波の検出信号Ｓｉと等しい周波数を持ち、かつ、正弦波の検出信号Ｓｉに対して位相が４分の１周期ずれた正弦波の参照信号Ｆｉ（以下、「第２参照信号ＦＢｉ」と記す場合がある。）を生成する。具体的は、参照信号生成部４０は、駆動周波数ｆｄと等しい周波数を持ち、かつ、駆動信号Ｖｄに対する位相が第１参照信号ＦＡｉと比較して４分の１周期ずれた第２参照信号ＦＢｉを生成する。

【0051】

通常モード時の第１参照信号ＦＡｉは、検出信号Ｓｉと略同じ位相を持つが、ノイズ検出モード時の第２参照信号ＦＢｉは、検出信号Ｓｉに対して４分の１周期ずれた位相を持つ。

【0052】

図３は、参照信号生成部４０の構成の一例を示す図である。図３に示す参照信号生成部４０は、位相調節部４２と、マルチプレクサ４３と、位相調節部４４−１〜４４−ｎとを有する。位相調節部４２は、正弦波信号Ｗに対して位相が４分の１周期（π／２ラジアン）ずれた信号を出力する。マルチプレクサ４３は、通常モードにおいて正弦波信号Ｗを選択し、ノイズ検出モードにおいて位相調節部４２の出力信号を選択する。位相調節部４４−ｉは、マルチプレクサ４３において選択された信号を入力し、この入力信号に対して「φｉ」の位相を持つように調節された信号を、参照信号Ｆｉとして出力する。

【0053】

［復調部２０］
復調部２０は、検出信号Ｓ１〜Ｓｎをそれぞれ参照信号Ｆ１〜Ｆｎにより復調し、その復調結果を示す復調信号Ｄ１〜Ｄｎ（以下、各々を区別せずに「復調信号Ｄ」と記す場合がある。）を生成する。復調信号Ｄｉは、検出信号Ｓｉを参照信号Ｆｉによって復調した
信号である。

【0054】

復調部２０は、例えば図１に示すように、ｎ個の復調回路２１−１〜２１−ｎ（以下、各々を区別せずに「復調回路２１」と記す場合がある。）を含む。復調回路２１−ｉは、検出信号Ｓｉを参照信号Ｆｉによって復調した復調信号Ｄｉを生成する。すなわち、復調回路２１−ｉは、検出信号Ｓｉに参照信号Ｆｉを乗算し、その乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号を復調信号Ｄｉとして生成する。

【0055】

上述したように、通常モード時の第１参照信号ＦＡｉと、ノイズ検出モード時の第２参照信号ＦＢｉとでは位相が４分の１周期ずれているため、復調回路２１−ｉが生成する復調信号Ｄｉも、通常モード時とノイズ検出モード時とでは性質の異なった信号となる。以下、通常モード時の復調信号Ｄｉを「第１復調信号ＤＡｉ」と記し、ノイズ検出モード時の復調信号Ｄｉを「第２復調信号ＤＢｉ」と記す。

【0056】

第１復調信号ＤＡｉは、検出信号Ｓｉと第１参照信号ＦＡｉとの乗算結果の信号に含まれる直流成分に応じた信号である。検出信号Ｓｉを「Ａｓ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ）」とし、第１参照信号ＦＡｉを「Ａｆ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ）」とし、角周波数ωを「２πｆｄ」とした場合、検出信号Ｓｉと第１参照信号ＦＡｉとを乗算して得られる信号Ｙ１は、次の式で表される。

【0057】

Ｙ１ ＝ Ａｓ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ）×Ａｆ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ）
＝ − Ｋ・ＣＯＳ（２ωｔ−２φｉ）＋Ｋ … （１）
ただし、Ｋ ＝ Ａｓ・Ａｆ／２

【0058】

第１復調信号ＤＡｉは、式（１）に示す信号Ｙ１の直流成分に応じた信号であり、「Ｋ」に比例した大きさを持つ。従って、通常モード時に復調回路２１−ｉが生成する第１復調信号ＤＡｉは、キャパシタＣｘの静電容量に応じた大きさを持つ信号となる。

【0059】

他方、検出信号Ｓｉに対して位相が４分の１周期（π／２ラジアン）ずれた第２参照信号ＦＢｉを「Ａｆ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ−π／２）」とした場合、検出信号Ｓｉと第２参照信号ＦＢｉとを乗算して得られる信号Ｙ２は、次の式で表される。

【0060】

Ｙ２ ＝ Ａｓ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ−π／２）×Ａｆ・Ｓｉｎ（ωｔ−φｉ）
＝ − Ｋ・ＣＯＳ（２ωｔ−２φｉ）＋Ｋ・ＣＯＳ（π／２） … （２）

【0061】

第２復調信号ＤＢｉは、式（２）に示す信号Ｙ２の直流成分に応じた信号であり、式（２）における「ＣＯＳ（π／２）」はゼロである。そのため、検出信号Ｓｉに全くノイズ成分が重畳していない場合、信号Ｙ２の直流成分はゼロになるため、第２復調信号ＤＢｉもゼロ（若しくはゼロに相当する基準値）となる。逆にいうと、第２復調信号ＤＢｉは、駆動周波数ｆｄと同じ周波数を持ち、かつ、検出信号Ｓｉとは異なる位相を持ったノイズ成分に応じた大きさを持つ。従って、ノイズ検出モード時に復調回路２１−ｉが生成する第２復調信号ＤＢｉは、検出信号Ｓｉに重畳する駆動周波数ｆｄと同一周波数のノイズ成分に応じた大きさを持つ信号となる。

【0062】

復調回路２１−ｉは、例えば図２に示すように、アナログの検出信号Ｓｉをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１１と、乗算回路２１２と、ローパスフィルタ２１３とを有する。Ａ／Ｄ変換器２１１は、例えば、演算増幅器１１０の出力信号と駆動信号Ｖｄとの差を増幅するとともに、エイリアシングを防ぐローパスフィルタとしても機能する差動アンプを含む。Ａ／Ｄ変換器２１１は、この差動アンプの出力信号（キャパシタＣｆ１の交流電圧に相当する信号）をデジタル信号に変換する。乗算回路２１２は、Ａ／Ｄ変換器２１１においてデジタル信号に変換された検出信号Ｓｉと、参照信号Ｆｉ（第１参照信号ＦＡｉ又は第２参照信号ＦＢｉ）とを乗算する。ローパスフィルタ２１３は、乗算回路２１２の乗算結果に信号に含まれる高周波成分を除去し、直流成分を抽出する。ローパスフィルタ２１３において抽出された直流成分が、復調信号Ｄｉとして後述の処理部５０に出力される。

【0063】

なお、図１に示す復調部２０の例では、ｎ個の復調回路２１を用いてｎ個の復調信号Ｄを生成しているが、マルチプレクサなどを用いて１つの復調回路２１に複数のセンサ部１０を接続することにより、ｎ個より少ない数の復調回路２１を用いてｎ個の復調信号Ｄを生成するようにしてもよい。

【0064】

［処理部５０］
処理部５０は、入力装置の全体的な動作を制御する回路であり、例えば、記憶部６０に格納されたプログラム６０１の命令コードに従って処理を行う１以上のコンピュータや、特定の機能を実現するように構成された専用のハードウェア（ロジック回路等）を含んで構成される。処理部５０の処理は、全て１以上のコンピュータにおいてプログラム６０１に基づいて実行してもよいし、その少なくとも一部を専用のハードウェアで実行してもよい。

【0065】

処理部５０は、例えば図１に示すように、制御部５０１と位置算出部５０２を含む。

【0066】

制御部５０１は、各動作モード（通常モード、ノイズ検出モード）において各信号（正弦波信号Ｗ、参照信号Ｆ、駆動信号Ｖｄ、検出信号Ｓ、復調信号Ｄ）が適切に生成されるように、各回路（センサ部１０、復調部２０、正弦波発生部３０、駆動信号生成部３５、参照信号生成部４０）における信号の生成タイミングなどを制御する。

【0067】

具体的には、制御部５０１は、通常モードにおいて、第１参照信号ＦＡｉを生成するように参照信号生成部４０を制御するとともに、第１復調信号ＤＡｉを生成するように復調部２０を制御し、ノイズ検出モードにおいて、第２参照信号ＦＢｉを生成するように参照信号生成部４０を制御するとともに、第２復調信号ＤＢｉを生成するように復調部２０を制御する。

【0068】

更に、制御部５０１は、ノイズ検出モードにおいて生成される第２復調信号ＤＢｉの時間的変化に応じたノイズ量を算出し、ノイズ量がしきい値を超えた場合、通常モードにおける駆動周波数ｆｄを変更する。

【0069】

まず、制御部５０１は、ｎ個の第２復調信号ＤＢ１〜ＤＢｎに対応するｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎ（以下、各々を区別せずに「ノイズ量Ｎ」と記す場合がある。）を算出する。制御部５０１は、第２復調信号ＤＢｉに対応するノイズ量Ｎｉを算出する場合、連続して生成された複数の第２復調信号ＤＢｉに基づいて、第２復調信号ＤＢｉの時間的変化に応じたノイズ量Ｎｉを算出する。

【0070】

例えば、制御部５０１は、連続して生成された２つの第２復調信号ＤＢｉの差（絶対値）を、ノイズ量Ｎｉとして算出してもよい。また、制御部５０１は、連続して生成された２つの第２復調信号ＤＢｉの差（絶対値）を、連続して生成された３以上の第２復調信号ＤＢｉについて全て計算し、計算した全ての差（絶対値）の合計値を、ノイズ量Ｎｉとして算出してもよい。あるいは、制御部５０１は、連続して生成された３以上の第２復調信号ＤＢｉにおける最大値と最小値との差（絶対値）をノイズ量Ｎｉとして算出してもよいし、連続して生成された複数の第２復調信号ＤＢｉの分散をノイズ量Ｎｉとして算出してもよい。すなわちノイズ量Ｎｉは、第２復調信号ＤＢｉの時間的変化を表す値であればよく、その算出方法は実施態様に応じて適宜選択してよい。

【0071】

また、制御部５０１は、ノイズ量Ｎｉの算出結果として、上述のような方法により得られた１つのノイズ量Ｎｉをそのまま使用してもよいし、複数連続して取得したノイズ量Ｎｉを移動平均法などにより平均化したものをノイズ量Ｎｉの算出結果として使用してもよい。

【0072】

次に、制御部５０１は、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果に基づいて、ノイズの混入の有無を判定する。例えば、制御部５０１は、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果に基づいて１つのノイズ量の代表値を求め、このノイズ量の代表値が所定のしきい値を超える場合、ノイズが混入していると判定する。ノイズ量の代表値は、例えば、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果を合計したもの（あるいは平均化したもの）でもよいし、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果における最大値でもよい。

【0073】

また制御部５０１は、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果をそれぞれしきい値と判定し、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの中でしきい値を超えるものの数が所定数に達した場合、ノイズが混入していると判定してもよい。

【0074】

制御部５０１は、ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果に基づいてノイズが混入していると判定した場合、駆動周波数ｆｄを変更する。駆動周波数ｆｄを変更する場合、制御部５０１は、予め定められた複数の周波数の中から、現在の駆動周波数ｆｄと異なる周波数を新たな駆動周波数ｆｄとして選択する。

【0075】

例えば、制御部５０１は、通常モードにおいて、復調部２０による第１復調信号ＤＡｉの生成を周期的に繰り返すとともに、通常モードから一時的にノイズ検出モードへ移行して、ノイズ量Ｎ１〜Ｎｉを算出する動作を周期的に繰り返す。すなわち、制御部５０１は、ノイズ量Ｎ１〜Ｎｉを算出してノイズの混入の有無を判定する動作を周期的に繰り返す。また、制御部５０１は、ノイズ検出モードへ一時的に移行する度に、予め定められた複数の周波数の中から順番に駆動周波数ｆｄとして使用する周波数を選択する。すなわち、制御部５０１は、ノイズ検出モードへ一時的に移行する度に、駆動周波数ｆｄを切り替えてノイズ量Ｎ１〜Ｎｉを算出し、ノイズの混入の有無を判定する。そして、制御部５０１は、ノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果に基づいてノイズが混入していると判定した場合、しきい値よりノイズ量が小さくなる第２復調信号が生成された直近のノイズ検出モード（ノイズが混入していないと判定した直近のノイズ検出モード）において使用した駆動周波数ｆｄを特定し、この特定した駆動周波数ｆｄを、通常モードにおける新たな駆動周波数ｆｄとして選択する。

【0076】

位置算出部５０２は、復調部２０において生成された第１復調信号ＤＡ１〜ＤＡｎに基づいて、指などの物体１が近接した位置を算出する。例えば、センサ部１０−１〜１０−ｎの各電極１０１は、物体１が近接する操作面において２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に並んで配置されている。位置算出部５０２は、Ｘ方向に並んだ電極１０１に対応する一群の第１復調信号ＤＡｉの分布と、Ｙ方向に並んだ電極１０１に対応する一群の第１復調信号ＤＡｉの分布とに基づいて、操作面における物体１の近接位置（Ｘ方向の座標及びＹ方向の座標）を算出する。

【0077】

［記憶部６０］
記憶部６０は、処理部５０において処理に使用される定数データや、処理の過程で一時的に参照される変数データを記憶する。また記憶部６０は、処理部５０のコンピュータによって実行されるプログラム６０１を記憶する。記憶部６０は、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスクドライブなどの磁気記憶装置のうちの１つ以上を含んで構成される。

【0078】

［インターフェース部７０］
インターフェース部７０は、センサ装置と他の制御装置（センサ装置を搭載する電子機器のコントロール用ＩＣなど）との間でデータをやり取りするための回路である。処理部５０は、記憶部６０に記憶される情報（物体１の座標の情報など）をインターフェース部７０から図示しない制御装置へ出力する。また、インターフェース部７０は、処理部５０のコンピュータにおいて実行されるプログラム６０１を、光ディスクやＵＳＢメモリなどの非一時的記録媒体やネットワーク上のサーバなどから取得して、記憶部６０にロードしてもよい。

【0079】

ここで、上述した構成を有するセンサ装置の動作の一例について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

【0080】

制御部５０１は、動作モードを通常モードに設定した場合、参照信号生成部４０において第１参照信号ＦＡ１〜ＦＡｎを生成しながら、復調部２０において第１復調信号ＤＡ１〜ＤＡｎの生成を周期的に繰り返す（ＳＴ１００）。位置算出部５０２は、生成された第１復調信号ＤＡ１〜ＤＡｎに基づいて、物体の近接位置の座標を算出する。

【0081】

制御部５０１は、通常モードの動作を実行しながら、ノイズ検出モードへの周期的な移行のタイミングを監視する（ＳＴ１０５）。ノイズ検出モードへ移行するタイミングとなった場合（ＳＴ１０５のＹｅｓ）、制御部５０１は、動作モードを通常モードからノイズ検出モードへ一時的に切り替える（ＳＴ１１０）。

【0082】

制御部５０１は、ノイズ検出モードへ移行すると、予め定められた複数の周波数の中から、駆動周波数ｆｄとして設定すべき周波数を選択する。予め定められた複数の周波数を仮にｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５とすると、制御部５０１は、この５つの周波数の中から、順番に駆動周波数ｆｄとして使用する周波数を選択する。例えば、５つの周波数における順番がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ１，ｆ２，ｆ３，…のように定められている場合において、前回のノイズ検出モードで使用した周波数が「ｆ３」であったとすると、制御部５０１は、今回のノイズ検出モードで駆動周波数ｆｄとして使用する周波数として、「ｆ３」の次の「ｆ４」を選択する（ＳＴ１１０）。

【0083】

制御部５０１は、選択した駆動周波数ｆｄを持つ正弦波信号Ｗを正弦波発生部３０において生成し、これにより駆動信号Ｖｄの駆動周波数ｆｄを設定する。また制御部５０１は、参照信号生成部４０において第２参照信号ＦＢ１〜ＦＢｎを生成しながら、復調部２０において第２復調信号ＤＢ１〜ＤＢｎの生成を繰り返す（ＳＴ１１０）。

【0084】

制御部５０１は、ノイズ検出モードにおいて連続して生成された複数の第２復調信号ＤＢｉに基づいて、第２復調信号ＤＢｉの時間的変化を表すノイズ量Ｎｉを算出する。そして制御部５０１は、算出したｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎの算出結果からノイズ量の代表値を求め（ＳＴ１１０）、このノイズ量の代表値が所定のしきい値を超えるか否か判定する（ＳＴ１１５）。

【0085】

ノイズ量の代表値が所定のしきい値以下の場合（ＳＴ１１５のＮｏ）、制御部５０１は、ステップＳＴ１１５においてノイズ量がしきい値より小さいと判定した最新のノイズ検出モードの駆動周波数ｆｄとして、現在の駆動周波数ｆｄを記録する（ＳＴ１２５）。そして制御部５０１は、動作モードをノイズ検出モードから通常モードへ戻し、ステップＳＴ１００の動作を繰り返す。

【0086】

一方、ノイズ量の代表値が所定のしきい値を超える場合（ＳＴ１１５のＹｅｓ）、制御部５０１は、しきい値よりノイズ量が小さくなる第２復調信号が生成された直近のノイズ検出モードにおける駆動周波数ｆｄ（ステップＳＴ１２５において最後に記録した駆動周波数ｆｄ）を特定し（ＳＴ１２０）、この特定した駆動周波数ｆｄを、次の通常モードにおける新たな駆動周波数ｆｄとして選択する（ＳＴ１３０）。その後、制御部５０１は、動作モードをノイズ検出モードから通常モードへ戻し、ステップＳＴ１００の動作を繰り返す。

【0087】

図５は、本実施形態に係るセンサ装置の他の動作例を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートにおけるステップＳＴ２００及びＳＴ２０５は、図４に示すフローチャートにおけるステップＳＴ１００及びＳＴ１０５と同じであるため、説明を割愛する。

【0088】

制御部５０１は、ノイズ検出モードへ移行するタイミングとなった場合（ＳＴ２０５のＹｅｓ）、動作モードを通常モードからノイズ検出モードへ一時的に切り替える（ＳＴ２１０）。

【0089】

制御部５０１は、ノイズ検出モードへ移行すると、通常モードと同じ駆動周波数ｆｄのまま、参照信号生成部４０において第２参照信号ＦＢ１〜ＦＢｎを生成し、復調部２０において第２復調信号ＤＢ１〜ＤＢｎの生成を繰り返す（ＳＴ２１０）。

【0090】

制御部５０１は、連続的に生成された複数の第２復調信号ＤＢ１〜ＤＢｎに基づいてｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎを算出し、その算出結果からノイズ量の代表値を求め（ＳＴ２１０）、ノイズ量の代表値が所定のしきい値を超えるか否か判定する（ＳＴ２１５）。

【0091】

ノイズ量の代表値が所定のしきい値以下の場合（ＳＴ２１５のＮｏ）、制御部５０１は動作モードをノイズ検出モードから通常モードへ戻し、ステップＳＴ２００の動作を繰り返す。

【0092】

一方、ノイズ量の代表値が所定のしきい値を超える場合（ＳＴ２１５のＹｅｓ）、制御部５０１は、予め定められた複数の周波数の中から、他の駆動周波数ｆｄを選択する。例えば、制御部５０１は、複数の周波数において予め定められた順番に従って、現在の駆動周波数ｆｄの次にあたる周波数を、新たな駆動周波数ｆｄとして選択する。例えば、複数の周波数がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５と定められており、その順番がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ１，ｆ２，ｆ３，…のように定められている場合において、現在の駆動周波数ｆｄが「ｆ５」であったとすると、制御部５０１は、新たな駆動周波数ｆｄとして、「ｆ５」の次の「ｆ１」を選択する（ＳＴ２２０）。

【0093】

制御部５０１は、選択した駆動周波数ｆｄを持つ正弦波信号Ｗを正弦波発生部３０において生成し、これにより駆動信号Ｖｄの駆動周波数ｆｄを設定する。また制御部５０１は、参照信号生成部４０において第２参照信号ＦＢ１〜ＦＢｎを生成しながら、復調部２０において第２復調信号ＤＢ１〜ＤＢｎの生成を繰り返す（ＳＴ２２０）。

【0094】

制御部５０１は、連続的に生成された複数の第２復調信号ＤＢ１〜ＤＢｎに基づいてｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎを算出し、その算出結果からノイズ量の代表値を求め（ＳＴ２２０）、ノイズ量の代表値が所定のしきい値を超えるか否か判定する（ＳＴ２２５）。

【0095】

ノイズ量の代表値が所定のしきい値以下の場合（ＳＴ２２５のＮｏ）、制御部５０１は動作モードをノイズ検出モードから通常モードへ戻し、ステップＳＴ２００の動作を繰り返す。

【0096】

一方、ノイズ量の代表値が所定のしきい値を超える場合（ＳＴ２２５のＹｅｓ）、制御部は、予め定められた複数の周波数の中から、ステップＳＴ２２０において未だ駆動周波数ｆｄとして選択されていない周波数があるか否かを判定する（ＳＴ２３０）。ステップＳＴ２２０において選択されていない周波数がある場合（ＳＴ２３０のＹｅｓ）、制御部５０１は、その周波数を駆動周波数ｆｄとして選択し、ステップＳＴ２２０以降の動作を繰り返す。ステップＳＴ２２０において全ての周波数が選択された場合（ＳＴ２３０のＮｏ）、制御部５０１は、ステップＳＴ２２０において選択された全ての駆動周波数ｆｄにおけるノイズ量（ｎ個のノイズ量Ｎ１〜Ｎｎから求めた代表値）を比較し、ノイズ量が最も小さくなった駆動周波数ｆｄを、新たな駆動周波数ｆｄとして選択する（ＳＴ２３５）。そして、制御部５０１は、動作モードをノイズ検出モードから通常モードへ戻し、ステップＳＴ２００の動作を繰り返す。

【0097】

（まとめ）
本実施形態によれば、通常モードにおいて、駆動信号Ｖｄの駆動周波数ｆｄと等しい周波数を持ち、かつ、駆動信号Ｖｄに対して所定の位相φｉを持った検出信号Ｓｉと、駆動周波数ｆｄと等しい周波数を持ち、かつ、駆動信号Ｖｄに対して所定の位相φｉを持った第１参照信号ＦＡｉとが乗算される。この乗算結果の信号Ｙ１に含まれる直流成分は、式（１）において示すように、検出信号Ｓｉの振幅に応じた大きさ、すなわち、キャパシタＣｘの静電容量に応じた大きさを持つ。従って、復調部２０が生成する第１復調信号ＤＡｉは、キャパシタＣｘの静電容量に応じた大きさを持つ。

【0098】

また、本実施形態によれば、ノイズ検出モードにおいて、駆動周波数ｆｄと等しい周波数を持ち、かつ、駆動信号Ｖｄに対する位相が第１参照信号ＦＡｉと比較して４分の１周期ずれた第２参照信号ＦＢｉと、検出信号Ｓｉとが乗算される。この乗算結果の信号に含まれる直流成分は、式（２）に示すように、駆動信号Ｖｄに対して所定の位相φｉを持った信号の成分、すなわち検出信号Ｓｉに応じた成分をほとんど含んでおらず、駆動周波数ｆｄと同一周波数のノイズ成分に応じた大きさを持つ。従って、復調部２０が生成する第２復調信号ＤＢｉは、検出信号Ｓｉに重畳する駆動周波数ｆｄと同一周波数のノイズ成分に応じた大きさを持っている。つまり、第２復調信号ＤＢｉに基づいて、検出信号Ｓｉに重畳する駆動周波数ｆｄと同一周波数のノイズ成分を調べることができる。

【0099】

本実施形態によれば、第２参照信号ＦＢｉの時間的変化に応じて、駆動周波数ｆｄと同一周波数のノイズ成分に関するノイズ量が算出される。このノイズ量がしきい値を超えた場合、駆動周波数ｆｄが変更され、ノイズの大きい周波数が駆動周波数ｆｄとして使用されなくなる。そのため、ノイズの混入による第１参照信号ＦＡｉへの影響が回避され易くなる。

【0100】

本実施形態によれば、複数のセンサ部１０について算出された複数のノイズ量Ｎの和がしきい値を超えた場合、ノイズが混入したと判定され、駆動周波数ｆｄが変更される。そのため、複数のセンサ部１０に対して全体的に影響を与えるノイズの混入が生じた場合でも、このノイズ混入による第１参照信号ＦＡｉへの影響が回避され易くなる。

【0101】

本実施形態によれば、駆動信号Ｖｄに対して第１参照信号ＦＡｉが持つ所定の位相φｉが、複数のセンサ部１０の各々について個別に設定される。すなわち、駆動信号Ｖｄに対する第１参照信号ＦＡｉの位相の遅延及び駆動信号Ｖｄに対する第２参照信号ＦＢｉの位相の遅延が、複数のセンサ部１０の各々について個別に設定される。これにより、各センサ部１０において生成される検出信号Ｓｉが、駆動信号Ｖｄに対して個別の位相φｉを持っている場合でも、駆動信号Ｖｄに対して第１参照信号ＦＡｉが持つ所定の位相を、この個別の位相φｉに合わせてセンサ部１０ごとに設定することが可能となり、第１参照信号ＦＡｉの位相と検出信号Ｓｉの位相とを精度よく一致させることができる。また、第２参照信号ＦＢｉと検出信号Ｓｉとの位相差を、精度よく４分の１周期に設定することができる。第１参照信号ＦＡｉの位相と検出信号Ｓｉの位相との差が小さくなることにより、第１復調信号ＤＡｉによる検出信号Ｓｉの検出感度が高くなる。第２参照信号ＦＢｉと検出信号Ｓｉとの位相差が４分の１周期に近づくことにより、第２復調信号ＤＢｉによる検出信号Ｓｉ以外の成分（ノイズ成分）の検出感度が高くなる。

【0102】

本実施形態によれば、ノイズ量としきい値との比較結果に基づいて駆動周波数ｆｄを変更する場合、予め定められた複数の周波数の中から駆動周波数ｆｄが選択されるため、駆動周波数ｆｄの変更に関連する構成を簡易化することが可能となる。

【0103】

本実施形態によれば、通常モードにおいて第１復調信号ＤＡｉの生成が周期的に繰り返されるとともに、通常モードから一時的にノイズ検出モードへ移行してノイズ量を算出する動作が周期的に繰り返される。そのため、ノイズの混入が新たに発生した場合でも、ノイズ量としきい値との比較に基づく駆動周波数ｆｄの変更が自動的に行われる。従って、ノイズの混入による第１復調信号ＤＡｉへの影響が回避され易くなる。

【0104】

本実施形態によれば、ノイズ検出モードへ一時的に移行する度に、予め定められた複数の周波数の中から順番に選択された駆動周波数ｆｄを使用して、ノイズ量が算出される。そして、ノイズ検出モードにおいてノイズ量がしきい値を超えた場合、しきい値よりノイズ量が小さくなる第２復調信号ＤＢｉが生成された直近のノイズ検出モードにおける駆動周波数ｆｄが、通常モードにおける新たな駆動周波数ｆｄとして選択される。これにより、直近においてノイズの小さい周波数が駆動周波数ｆｄとして選択され易くなるため、ノイズの混入による第１復調信号ＤＡｉへの影響が回避され易くなる。

【0105】

なお、本発明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。

【0106】

例えば、上述した実施形態では、通常モードにおいて第１復調信号ＤＡｉが生成され、ノイズ検出モードにおいて第２復調信号ＤＢｉが生成されるが、本開示の他の実施形態では、第１復調信号ＤＡｉと第２復調信号ＤＢｉを同時に生成できるようにしてもよい。

【0107】

図６は、他の実施形態に係るセンサ装置の構成の一例を示す図である。図６に示すセンサ装置は、図１に示すセンサ装置における復調部２０及び参照信号生成部４０を復調部２０Ａ及び参照信号生成部４０Ａに置き換えたものである。

【0108】

復調部２０Ａは、例えば図７に示すように、復調部２０におけるｎ個の復調回路２１−１〜２１−ｎ（図１）に対応したｎ個の復調回路２２−１〜２２−ｎを有する。復調回路２２−ｉは、復調回路２１−ｉ（図２）と同様の構成に加えて、Ａ／Ｄ変換器２１１の出力信号（検出信号Ｓｉをデジタル化した信号）と第２参照信号ＦＢｉとの乗算を行う乗算回路２２２、及び、乗算回路２２２の乗算結果から直流成分を抽出するローパスフィルタ２２３を含む。ローパスフィルタ２２３は第２復調信号ＤＢｉを出力する。また、図６の例において、乗算回路２１２は第１参照信号ＦＡｉを入力し、ローパスフィルタ２１３は第１復調信号ＤＡｉを出力する。

【0109】

参照信号生成部４０Ａは、正弦波信号Ｗに基づいて第１参照信号ＦＡｉ及び第２参照信号ＦＢｉを同時に生成する。図８に示す参照信号生成部４０Ａは、図３に示す参照信号生成部４０において位相調節部４２とマルチプレクサ４３を削除し、位相調節部４４−１〜４４−ｎへそれぞれ正弦波信号Ｗを入力するとともに、第２参照信号ＦＢ１〜ＦＢｎを生成するための位相調節部４５−１〜４５−ｎを新たに追加したものである。位相調節部４４−ｉは、第１参照信号ＦＡｉに対して位相が４分の１周期ずれた信号を、第２参照信号ＦＢｉとして出力する。

【0110】

図６〜図８に示すセンサ装置によれば、図１〜図３に示すセンサ装置に比べて回路の構成部品が増えるものの、第１復調信号ＤＡｉと第２復調信号ＤＢｉを同時に生成することによってノイズの検出頻度を高めることができるため、ノイズの混入による第１復調信号ＤＡへの影響が更に効果的に回避され易くなる。

【0111】

上述した実施形態では、第２参照信号ＦＢｉの位相が検出信号Ｓｉの位相（第１参照信号ＦＡｉの位相）に対して４分の１周期ずれている例を挙げたが、本開示の他の実施形態におけるセンサ装置では、第２参照信号ＦＢｉと検出信号Ｓｉとの位相のずれが４分の１周期以外であってもよい。この場合でも、第２復調信号は、第１復調信号に比べて、検出信号に対する相関性が低くなるとともに、検出信号と同一周波数のノイズ成分に対する相関性が高くなる。そのため、第２復調信号ＤＢｉに基づいて、検出信号Ｓｉに重畳する駆動周波数ｆｄと同一周波数のノイズ成分を調べることができる。

【0112】

上述した実施形態では、センサ部１０に供給する駆動信号Ｖｄに基づいて第１参照信号ＦＡｉ及び第２参照信号ＦＢｉが生成されているが、本開示の他の実施形態におけるセンサ装置では、検出信号に関係する他の信号や、センサ部が出力する検出信号自身に基づいて第１参照信号及び第２参照信号を生成してもよい。

【0113】

上述した実施形態では、電極と物体との間に形成されるキャパシタの静電容量を検出する自己容量型のセンサ装置の例を示したが、本開示の他の実施形態におけるセンサ装置は、２つの電極間に形成されるキャパシタの静電容量を検出する相互容量型のセンサ装置でもよい。

【0114】

上述した実施形態では、静電容量を検出するセンサ装置の例を示したが、本開示の技術に係るセンサ装置は、静電容量以外の種々の物理量を検出するセンサ装置にも広く適用可能である。

【0115】

本願は、日本特許庁に２０１８年９月７日に出願された特願２０１８−１６７８８７号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。

【符号の説明】

【0116】

１…物体、Ｃｘ…キャパシタ、１０−１〜１０−ｎ…センサ部、１０１…電極、１０２…静電容量検出回路、１１０…演算増幅器、２０，２０Ａ…復調部、２１−１〜２１−ｎ，２２−１〜２２−ｎ…復調回路、２１１…Ａ／Ｄ変換器、２１２，２２２…乗算回路、２１３，２２３…ローパスフィルタ、３０…正弦波発生部、３５…駆動信号生成部、４０，４０Ａ…参照信号生成部、４２，４４−１〜４４−ｎ，４５−１〜４５−ｎ…位相調節部、４３…マルチプレクサ、５０…処理部、５０１…制御部、５０２…位置算出部、６０…記憶部、６０１…プログラム、７０…インターフェース部、Ｃｆ１…キャパシタ、Ｗ…正弦波信号、Ｖｄ…駆動信号、Ｆ１〜Ｆｎ…参照信号、ＦＡ１〜ＦＡｎ…第１参照信号、ＦＢ１〜ＦＢｎ…第２参照信号、Ｓ１〜Ｓｎ…検出信号、Ｄ１〜Ｄｎ…復調信号、ＤＡ１〜ＤＡｎ…第１復調信号、ＤＢ１〜ＤＢｎ…第２復調信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】