本發(fā)明涉及輸入與物體的接近對(duì)應(yīng)的信息的輸入裝置，例如涉及具備靜電電容對(duì)應(yīng)于物體的接近而變化的檢測電極的觸控板、觸摸傳感器等輸入裝置。

背景技術(shù)：

作為智能手機(jī)等信息設(shè)備的用戶界面裝置，具備檢測手指或筆的接觸位置的傳感器的觸控板、觸摸面板等裝置廣泛普及。檢測物體的接觸位置的傳感器，有電阻膜方式、光學(xué)式等各種類型，但靜電電容方式的傳感器因?yàn)闃?gòu)成簡單且能夠小型化，因而近年被搭載在很多的移動(dòng)設(shè)備中。

靜電電容式的傳感器，主要有對(duì)驅(qū)動(dòng)電極與檢測電極間的靜電電容的變化進(jìn)行檢測的互電容式傳感器、及對(duì)相對(duì)于地線的檢測電極的靜電電容的變化進(jìn)行檢測的自電容式傳感器。互電容式傳感器能夠在檢測電極上的多個(gè)位置檢測靜電電容變化，因而與自電容式傳感器相比適于多點(diǎn)檢測。另一方面，自電容式傳感器直接檢測接近的物體與檢測電極的靜電電容變化，因此與互電容式傳感器相比，有檢測靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。因此，在要實(shí)現(xiàn)對(duì)處于從操作面離開的位置的手指的操作進(jìn)行檢測的懸浮觸控功能等的情況下，靈敏度高的自電容式的傳感器是有利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

圖14是表示一般的自電容式傳感器的構(gòu)成的圖。圖14a表示電路的構(gòu)成，圖14b表示交流電壓vs及輸出電壓vout的波形。視為地線電位或固定電位的物體(手指等)接近檢測電極81時(shí)，在檢測電極81與地線之間形成電容cs。該電容cs對(duì)應(yīng)于物體與檢測電極81的距離而變化。因此，通過測定電容cs的電容值，可獲得與物體的接近狀態(tài)有關(guān)的信息。

運(yùn)算放大器84的輸出端子經(jīng)由電容cf與反轉(zhuǎn)輸入端子連接，因此通過運(yùn)算放大器84的負(fù)反饋動(dòng)作，反轉(zhuǎn)輸入端子的電壓成為與非反轉(zhuǎn)輸入端子大致相等。即，與運(yùn)算放大器84的反轉(zhuǎn)輸入端子連接的檢測電極81的電壓，成為與對(duì)非反轉(zhuǎn)輸入端子施加的交流電壓vs大致相等。由此，電容cs中產(chǎn)生與交流電壓vs幾乎相等的電壓，與該交流電壓相應(yīng)的交流電流在電容cs上流通。電容cf中，流通與電容cs大致相等的交流電流。因此，電容cf上產(chǎn)生的交流電壓的振幅，與電容cs的電容值成比例。輸出電壓vout成為將該電容cf中產(chǎn)生的電壓與交流電壓vs相加后的電壓。如圖14b所示，輸出電壓vout與交流電壓vs相比，振幅更大。

即使是靈敏度比較高的自電容式傳感器，由于手指的接近引起的靜電電容的變化非常微小，因此為了不易受到噪聲的影響而希望盡可能增大靈敏度。在圖14a所示的電路中為了增大靈敏度，只要使交流電壓vs的振幅增大而使電容cs中流通的電流增加即可。然而，如圖14b所示，輸出電壓vout與交流電壓vs相比具有較大的振幅，因此在使輸出電壓vout的振幅太大時(shí)，輸出電壓vout將超出電源電壓范圍(vdd～gnd)。實(shí)際上，如圖14b所示那樣未超出電源電壓范圍(vdd～gnd)，因此輸出電壓vout被限制在該電源電壓范圍內(nèi)而成為畸變的波形。該問題，無論交流電壓vs是正弦波還是其他的波形(矩形波等)都是同樣的，即使將電容cf置換為電阻元件也不會(huì)改變。因此，在圖14a所示的電路中，不能使驅(qū)動(dòng)檢測電極81的交流電壓vs的振幅太大，存在難以提高靈敏度的問題。

另外，檢測電極81中，除了存在電容cf以外，還存在與接近的物體無關(guān)的寄生電容。作為降低檢測電極81與周圍的導(dǎo)電物的寄生電容的方法，例如考慮通過與交流電壓vs同電位的電極圖案將檢測電極81屏蔽的方法。然而，在運(yùn)算放大器84的輸入級(jí)，如圖15所示那樣存在寄生電容cp。該寄生電容cp是由晶體管85的元件構(gòu)造引起的，不能通過屏蔽等消除。在存在這樣的寄生電容時(shí)，在表觀上，電容cs的電容值變大，電容cf的交流電壓變大。因此，必須使交流電壓vs的振幅進(jìn)一步減小，存在靈敏度低下的問題。通常，從靜電電容的檢測結(jié)果通過模擬的或數(shù)字的方法減去寄生電容的誤差量，但在這樣的后級(jí)側(cè)的處理中，沒有將圖14a所示的初級(jí)的電路的輸出電壓vout減小的效果。因此，上述的靈敏度的降低未得以避免。

近來，在各種各樣的用途中希望低功率化并且需要高靈敏度化。然而，在現(xiàn)有的技術(shù)中，難以在將電源電壓抑制得較低的同時(shí)謀求高靈敏度化。

本發(fā)明是鑒于該情況而做出的，其目的在于，提供能夠高靈敏度地檢測對(duì)應(yīng)于物體的接近而變化的微小的靜電電容的輸入裝置。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的輸入裝置，是輸入與物體的接近對(duì)應(yīng)的信息的輸入裝置，其特征在于，具有：檢測電極，在該檢測電極與上述物體之間形成的被檢測電容的靜電電容值對(duì)應(yīng)于物體的接近發(fā)生變化；以及電流輸出電路，對(duì)上述檢測電極輸出驅(qū)動(dòng)電流以在上述檢測電極中產(chǎn)生電平周期性地變化的規(guī)定的檢測用電壓，并且輸出與上述驅(qū)動(dòng)電流成比例的檢測電流。

根據(jù)上述的構(gòu)成，上述驅(qū)動(dòng)電流從上述電流輸出電路向上述檢測電極流通，以使在上述檢測電極中產(chǎn)生電平周期性地變化的上述檢測用電壓。上述驅(qū)動(dòng)電流在上述被檢測電容中流通，因此具有與上述被檢測電容的靜電電容值對(duì)應(yīng)的值。從上述電流輸出電路輸出的上述檢測電流，與該驅(qū)動(dòng)電流成比例，因此具有與上述被檢測電容的靜電電容值對(duì)應(yīng)的值。因此，上述檢測電流，具有相應(yīng)于上述物體的接近而變化的值，表示與物體的接近對(duì)應(yīng)的信息。

另外，在增大了上述檢測用電壓的振幅的情況下，在上述被檢測電容中流通的上述驅(qū)動(dòng)電流的振幅增大，因此上述檢測電流的振幅也增大。在此情況下，上述檢測電流的振幅的增大沒有被電路能夠動(dòng)作的電源電壓范圍的條件直接限制。因此，通過適當(dāng)設(shè)定例如電路常數(shù)等，能夠避免上述檢測電流的振幅被電源電壓范圍的條件限制。因此，能夠使上述檢測用電壓的振幅增大到最大限，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度的提高。

優(yōu)選的是，上述電流輸出電路也可以包括：放大電路，將被輸入的上述檢測用電壓與上述檢測電極中產(chǎn)生的電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的上述驅(qū)動(dòng)電流向上述檢測電極輸出；以及電流反射鏡電路，輸出與上述驅(qū)動(dòng)電流成比例的上述檢測電流。

或者，上述電流輸出電路也可以包括：第1放大電路，將被輸入的上述檢測用電壓與上述檢測電極的電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的上述驅(qū)動(dòng)電流向上述檢測電極輸出；以及第2放大電路，將被輸入的上述檢測用電壓與上述檢測電極的電壓之差放大，并輸出與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的上述檢測電流。

優(yōu)選的是，上述輸入裝置具有輸出與上述檢測電流對(duì)應(yīng)的電壓的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。

例如，上述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路也可以包括：電容，該電容的一個(gè)端子被輸入上述檢測電流；以及第3放大電路，將上述電容的上述一個(gè)端子的電壓與基準(zhǔn)電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的電壓向上述電容的另一個(gè)端子輸出。

優(yōu)選的是，上述輸入裝置也可以具有檢測電流校正電路，該檢測電流校正電路具備與上述檢測電流從上述電流輸出電路向上述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路流通的電流路徑、或上述驅(qū)動(dòng)電流從上述電流輸出電路向上述檢測電極流通的電流路徑連接的節(jié)點(diǎn)，從該節(jié)點(diǎn)輸出使上述檢測電流的振幅減少的校正電流。

根據(jù)上述的構(gòu)成，從與上述電流路徑連接的上述節(jié)點(diǎn)供給上述校正電流，由此上述檢測電流的振幅減少。因此，由使上述被檢測電容的靜電電容值在表觀上增大的寄生的電容引起的誤差，能夠通過上述檢測電流的振幅的減少來校正。另外，上述檢測電流的振幅減少時(shí)，從上述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓的振幅減少，相對(duì)于電源電壓范圍，上述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓的裕度增加。因此，能夠使上述檢測用電壓的振幅進(jìn)一步增大，能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度的進(jìn)一步的提高。

優(yōu)選的是，上述檢測電流校正電路也可以包括校正用電容，該校正用電容的一個(gè)端子與上述節(jié)點(diǎn)連接，該校正用電容的另一個(gè)端子被施加有電平周期性地變化的校正用電壓。

或者，上述檢測電流校正電路也可以包括：校正用電容；以及校正用電流輸出電路，對(duì)上述校正用電容輸出電流以在上述校正用電容中產(chǎn)生電平周期性地變化的規(guī)定的校正用電壓，并且從上述節(jié)點(diǎn)輸出與對(duì)上述校正用電容輸出的電流成比例的上述校正電流。在此情況下，上述校正用電流輸出電路也可以包括：放大電路，將被輸入的上述校正用電壓與在上述校正用電容中產(chǎn)生的電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的校正參照電流向上述校正用電容輸出；以及電流反射鏡電路，輸出與上述校正參照電流成比例的上述校正電流。

優(yōu)選的是，上述校正用電壓也可以與上述檢測用電壓相等。

由此，電路構(gòu)成被簡單化。

優(yōu)選的是，上述輸入裝置也可以具有屏蔽電極，該屏蔽電極與上述檢測電極接近而配置，并被施加上述檢測用電壓。

由此，由于檢測對(duì)象的物體以外的物體與上述檢測電極靜電耦合而形成的寄生電容的影響得以降低。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠高靈敏度地檢測對(duì)應(yīng)于物體的接近而變化的微小的靜電電容。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的輸入裝置的構(gòu)成的一例的圖。

圖2是表示第1實(shí)施方式的輸入裝置的主要部分的構(gòu)成例的圖。

圖3是表示電流輸出電路的構(gòu)成的一例的圖。

圖4是表示靜電電容檢測部中的各部的電壓波形及電流波形的例子的圖。圖4a表示電壓波形，圖4b表示電流波形。

圖5是表示電流輸出電路的一個(gè)變形例的圖。

圖6是表示電流輸出電路的另一個(gè)變形例的圖。

圖7是表示第2實(shí)施方式的輸入裝置的主要部分的構(gòu)成例的圖。

圖8是表示進(jìn)行檢測電流的校正的情況下的靜電電容檢測部的各部的電壓波形及電流波形的例子的圖。圖8a表示電壓波形，圖8b表示電流波形。

圖9是表示進(jìn)行檢測電流的校正的情況下和不進(jìn)行校正的情況下的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出波形的差異的圖。

圖10是表示在圖7所示的靜電電容檢測部中使檢測用電壓和校正用電壓共用化的情況下的構(gòu)成例的圖。

圖11是表示第3實(shí)施方式的輸入裝置的主要部分的構(gòu)成例的圖。

圖12是表示對(duì)從電流輸出電路向檢測電極流通的驅(qū)動(dòng)電流的電流路徑上的節(jié)點(diǎn)供給校正電流的例子的圖。

圖13是表示在圖11所示的靜電電容檢測部中使檢測用電壓和校正用電壓共用化的情況下的構(gòu)成例的圖。

圖14是表示一般的自電容式傳感器的構(gòu)成的圖。圖14a表示電路的構(gòu)成，圖14b表示各部的電壓波形。

圖15是用于說明運(yùn)算放大器的輸入級(jí)中存在的寄生電容的圖。

具體實(shí)施方式

＜第1實(shí)施方式＞

圖1是表示本實(shí)施方式的輸入裝置的構(gòu)成的一例的圖。圖1所示的輸入裝置具有電極部1、選擇部2、靜電電容檢測部3、處理部4、存儲(chǔ)部5及接口部6。

在手指或筆等物體接近設(shè)置于電極部1的檢測電極時(shí)，在檢測電極es與地線之間形成的電容會(huì)變化。本實(shí)施方式的輸入裝置，檢測并取得在該檢測電極(es)與地線之間形成的電容的靜電電容值作為與物體的接近對(duì)應(yīng)的信息。例如，應(yīng)用于取得物體對(duì)電極部1的接近的有無、物體的接近位置、電極部1與物體的距離、物體的大小等信息的用戶界面裝置(觸控板、觸摸面板等)中。此外，本說明書中的“接近”，包括在接觸的狀態(tài)下存在于附近的情況、及在不接觸的狀態(tài)下存在于附近的情況這兩者。

電極部1具有用于檢測手指或筆等物體的接近的多個(gè)檢測電極es。多個(gè)檢測電極es例如沿著物體的檢測區(qū)域的表面而配置為格子狀。根據(jù)檢測區(qū)域的縱方向上排列的檢測電極的靜電電容值，確定檢測區(qū)域的縱方向上的物體的位置。另外，根據(jù)檢測區(qū)域的橫方向上排列的檢測電極的靜電電容值，確定檢測區(qū)域的橫方向上的物體的位置。

選擇部2，是從設(shè)置于電極部1的多個(gè)檢測電極es中選擇一個(gè)檢測電極es并與靜電電容檢測部3連接的電路，通過處理部4的控制來切換連接。

靜電電容檢測部3檢測經(jīng)由選擇部2而連接的檢測電極es與地線之間的靜電電容，取得表示該檢測結(jié)果的檢測值ds。

處理部4是控制輸入裝置的整體的動(dòng)作的電路，例如構(gòu)成為包括按照保存在存儲(chǔ)部5中的程序的命令碼進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)、實(shí)現(xiàn)特定的功能的邏輯電路。處理部4的處理，既可以將其全部在計(jì)算機(jī)中基于程序來實(shí)現(xiàn)，也可以將其一部分或全部通過專用的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。

處理部4控制選擇部2以使電極部1的各檢測電極es按順序地與靜電電容檢測部3連接，在靜電電容檢測部3中檢測各檢測電極es的靜電電容值，并將該檢測值ds保存在存儲(chǔ)部5的規(guī)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域中。并且，處理部4基于保存在存儲(chǔ)部5中的各檢測電極es的檢測值ds，計(jì)算電極部1的檢測區(qū)域中物體(手指等)接近的坐標(biāo)。例如，處理部4基于針對(duì)在縱方向上排列的多個(gè)檢測電極es所取得的多個(gè)檢測值ds，計(jì)算物體接近的位置的縱方向的坐標(biāo)，并且基于針對(duì)在橫方向上排列的多個(gè)檢測電極es所取得的多個(gè)檢測值ds，計(jì)算物體接近的位置的橫方向的坐標(biāo)。另外，處理部4也可以基于各檢測電極es的檢測值ds，計(jì)算物體的大小、距電極的相隔距離等。

存儲(chǔ)部5存儲(chǔ)處理部4中的處理所使用的常數(shù)數(shù)據(jù)、變量數(shù)據(jù)。處理部4包括計(jì)算機(jī)的情況下，存儲(chǔ)部5也可以存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的程序。存儲(chǔ)部5例如構(gòu)成為包括dram、sram等易失性存儲(chǔ)器、閃存存儲(chǔ)器等非易失性存儲(chǔ)器、硬盤等。

接口部6是用于在輸入裝置與其他的裝置(搭載輸入裝置的信息設(shè)備的控制用ic等)之間交換數(shù)據(jù)的電路。處理部4將計(jì)算出的物體的接近位置的坐標(biāo)、物體的大小、距檢測電極的相隔距離等的信息，從接口部6向未圖示的上位裝置輸出。在上位裝置中，使用這些信息，構(gòu)筑用于識(shí)別例如指示操作、手勢操作等的用戶界面。

接下來，對(duì)包括電極部1和靜電電容檢測部3的本實(shí)施方式的主要部分，更詳細(xì)地進(jìn)行說明。

圖2是表示第1實(shí)施方式的輸入裝置的主要部分的構(gòu)成例的圖，表示電極部1和靜電電容檢測部3的更詳細(xì)的構(gòu)成。在該圖2中，省略了選擇部2的圖示，圖示出了一個(gè)檢測電極es通過未圖示的選擇部2與靜電電容檢測部3連接的狀態(tài)。

電極部1具有與各檢測電極es接近而配置的屏蔽電極as。屏蔽電極as是用于防止檢測對(duì)象的物體以外的物體(例如周邊的電子部件等)與檢測電極es靜電耦合的靜電屏蔽。屏蔽電極as被配置為，將除了檢測對(duì)象的物體接近的部分以外的檢測電極es的周圍的至少一部分覆蓋。通過設(shè)置屏蔽電極as，不易形成與在檢測電極es與檢測對(duì)象的物體之間形成的電容(以下，有時(shí)記為“被檢測電容cs”。)無關(guān)的寄生電容。

屏蔽電極as上被施加有后述的電壓產(chǎn)生電路30的檢測用電壓vs。在檢測電極es與屏蔽電極as之間也形成電容，但如后所述那樣檢測電極es被控制為與屏蔽電極as為相同電位，因此在該電容中不流通電流。因此，在檢測電極es與屏蔽電極as間形成的電容，對(duì)靜電電容檢測部3的檢測值幾乎不造成影響。

在圖2的例子中，靜電電容檢測部3具有電流輸出電路10、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20、電壓產(chǎn)生電路30及40、以及檢測值取得部50。

電流輸出電路10對(duì)檢測電極es輸出驅(qū)動(dòng)電流is以在檢測電極es中產(chǎn)生與從電壓產(chǎn)生電路30供給的檢測用電壓vs幾乎相等的電壓，并且輸出與該驅(qū)動(dòng)電流is成比例的檢測電流izm。

圖3是表示電流輸出電路10的構(gòu)成的一例的圖。圖3所示的電流輸出電路10具有放大電路11和電流反射鏡電路12。

放大電路11是例如ota(operationaltransconductanceamplifier)，將在端子y輸入的檢測用電壓vs與連接于端子x的檢測電極es的電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流is從端子x向檢測電極es輸出。

在圖3的例子中，放大電路11具有晶體管q1、q5、q6、q7和差動(dòng)放大器111。晶體管q1、q5例如是p型mos晶體管，晶體管q6、q7例如是n型mos晶體管。差動(dòng)放大器111的反轉(zhuǎn)輸入端子與端子x連接，非反轉(zhuǎn)輸入端子與端子y連接，輸出端子與晶體管q5及q6的柵極連接。晶體管q5和晶體管q6的源極被共用連接，該共用連接的節(jié)點(diǎn)與差動(dòng)放大器111的反轉(zhuǎn)輸入端子連接。晶體管q5的漏極經(jīng)由晶體管q7與地線gnd連接，晶體管q6的漏極經(jīng)由晶體管q1與電源電壓vdd連接。晶體管q1的源極與電源電壓vdd連接，其漏極和柵極與晶體管q6的漏極連接。晶體管q7的源極與地線gnd連接，其漏極和柵極與晶體管q5的漏極連接。

向端子y輸入的檢測用電壓vs與檢測電極es的電壓相比變高時(shí)，差動(dòng)放大器111的輸出電壓上升，晶體管q6的漏極電流增加。因此，從電源電壓vdd經(jīng)由晶體管q1、q6向端子x輸出的方向的驅(qū)動(dòng)電流is增大。沿該方向流通驅(qū)動(dòng)電流is時(shí)，被檢測電容cs被充電，因此檢測電極es的電壓上升，檢測用電壓vs與檢測電極es的電壓之差變小。

另一方面，檢測用電壓vs與檢測電極es的電壓相比變低時(shí)，差動(dòng)放大器111的輸出電壓降低，晶體管q5的漏極電流增加。因此，從端子x經(jīng)由晶體管q5、q7向地線gnd引入的方向的驅(qū)動(dòng)電流is增大。沿該方向流通驅(qū)動(dòng)電流is時(shí)，被檢測電容cs被放電因此檢測電極es的電壓降低，檢測用電壓vs與檢測電極es的電壓之差變小。

在設(shè)為差動(dòng)放大器111的增益充分大時(shí)，檢測電極es的電壓變得與檢測用電壓vs幾乎相等。在此情況下，被檢測電容cs中產(chǎn)生與檢測用電壓vs幾乎相同的電壓，因此驅(qū)動(dòng)電流is成為以與檢測用電壓vs相同的周期進(jìn)行振動(dòng)的交流電流。

電流反射鏡電路12輸出與從放大電路11輸出的驅(qū)動(dòng)電流is成比例的檢測電流izm。

圖3的例子所示的電流反射鏡電路12，具有晶體管q1、q2、q3、q4、q7、q8、q9及q10。晶體管q1～q4例如是p型mos晶體管，晶體管q7～q10例如是n型mos晶體管。此外，晶體管q1和q7，是放大電路11和電流反射鏡電路12這雙方所包括的構(gòu)成要素。

晶體管q2的源極與電源電壓vdd連接，其柵極與晶體管q1的柵極連接，其漏極與晶體管q9的漏極連接。晶體管q9的柵極和漏極被共用連接，其源極與地線gnd連接。晶體管q10的源極與地線gnd連接，其柵極與晶體管q9的柵極連接，其漏極與端子z-連接。

晶體管q8的源極與地線gnd連接，其柵極與晶體管q7的柵極連接，其漏極與晶體管q3的漏極連接。晶體管q3的柵極和漏極被共用連接，其源極與電源電壓vdd連接。晶體管q4的源極與電源電壓vdd連接，其柵極與晶體管q3的柵極連接，其漏極與端子z-連接。

將電流反射鏡電路12中包括的各晶體管在飽和區(qū)域動(dòng)作的情況作為前提對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。在晶體管q1中，流通與晶體管q6相同的漏極電流。在晶體管q1的柵極-源極間，產(chǎn)生與該漏極電流對(duì)應(yīng)的電壓。晶體管q2的柵極-源極間的電壓與晶體管q1的柵極-源極間的電壓相等，因此晶體管q2的漏極電流與晶體管q1的漏極電流成比例。晶體管q9中流通與晶體管q2相同的漏極電流。在晶體管q9的柵極-源極間，產(chǎn)生與該漏極電流對(duì)應(yīng)的電壓。晶體管q10的柵極-源極間的電壓與晶體管q9的柵極-源極間的電壓相等，因此晶體管q10的漏極電流與晶體管q9的漏極電流成比例。因此，晶體管q10的漏極電流與晶體管q6的漏極電流成比例。

晶體管q7及q8的漏極電流和晶體管q3及q4的漏極電流也通過與上述同樣的動(dòng)作而具有比例關(guān)系。因此，晶體管q5的漏極電流與晶體管q4的漏極電流成比例。

因此，在沿從電源電壓vdd向端子x排出的方向流通驅(qū)動(dòng)電流is時(shí)，與其成比例的檢測電流izm沿從端子z-向地線gnd引入的方向流通。另外，在沿從端子x向地線gnd引入的方向流通驅(qū)動(dòng)電流is時(shí)，與其成比例的檢測電流izm沿從電源電壓vdd向端子z-排出的方向流通。

以上是電流輸出電路10的說明。

返回到圖2。

電壓產(chǎn)生電路30產(chǎn)生電平周期性地變化的檢測用電壓vs。例如，檢測用電壓vs，具有以電源電壓范圍的中間電壓為中心、以接近從電源電壓范圍的最低電位(gnd)到最高電位(vdd)的電壓幅度的振幅、正弦波狀地振動(dòng)的波形。其中，在本發(fā)明中，檢測用電壓vs不限定于正弦波，也可以是例如矩形波、三角波。

電壓產(chǎn)生電路40產(chǎn)生一定的基準(zhǔn)電壓vref。基準(zhǔn)電壓vref被設(shè)定為例如電源電壓范圍(gnd～vdd)的中間的電壓。

電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20，輸出與從電流輸出電路10輸出的檢測電流izm對(duì)應(yīng)的電壓vo。

電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20如例如圖2所示那樣，具有電容cf和第3放大電路21。電容cf的一個(gè)端子被輸入檢測電流izm，另一個(gè)端子被施加電壓vo。第3放大電路21將被輸入檢測電流izm的電容cf的一個(gè)端子的電壓與從電壓產(chǎn)生電路40供給的基準(zhǔn)電壓vref的電壓差放大，并輸出與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的電壓vo。第3放大電路21例如是運(yùn)算放大器、ota，在反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間連接電容cf，對(duì)非反轉(zhuǎn)輸入端子輸入基準(zhǔn)電壓vref。在第3放大電路21的增益充分大的情況下，在電容cf的兩端產(chǎn)生與檢測電流izm對(duì)應(yīng)的交流電壓。電壓vo是將電容cf中產(chǎn)生的交流電壓與基準(zhǔn)電壓vref相加而得到的電壓，其波形以基準(zhǔn)電壓vref為中心振動(dòng)。

此外，電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20也可以具有電阻等的阻抗元件來代替電容cf。在此情況下，也在阻抗元件的兩端產(chǎn)生與檢測電流izm對(duì)應(yīng)的交流電壓，因此可獲得與檢測電流izm對(duì)應(yīng)的電壓vo。

檢測值取得部50基于從電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸出的電壓vo，取得與被檢測電容cs的靜電電容值對(duì)應(yīng)的檢測值ds。例如檢測值取得部50對(duì)電壓vo中包括的交流成分乘以與檢測用電壓vs相同周期的交流信號(hào)，并將該乘法運(yùn)算結(jié)果積分，取得與交流成分的振幅成比例的檢測值ds。檢測值取得部50包括例如a/d轉(zhuǎn)換器，將檢測值ds從模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值并向處理部4輸出。

這里，對(duì)具有上述的構(gòu)成的本實(shí)施方式的輸入裝置中的靜電電容值的檢測動(dòng)作進(jìn)行說明。

圖4是表示輸入裝置的靜電電容檢測部3中的各部的電壓波形及電流波形的例子的圖。圖4a表示檢測用電壓vs和電壓vo的波形，圖4b表示驅(qū)動(dòng)電流is和檢測電流izm的波形。

以檢測電極es的電壓與檢測用電壓vs幾乎相等的方式從電流輸出電路10向檢測電極es供給驅(qū)動(dòng)電流is，因此檢測用電壓vs為如圖4a所示那樣的正弦波的波形的情況下，被檢測電容cs中產(chǎn)生與檢測用電壓vs幾乎相等的正弦波的電壓。被檢測電容cs中流通的電流即驅(qū)動(dòng)電流is如圖4b中所示那樣、相對(duì)于檢測用電壓vs，相位前進(jìn)90度。檢測電流izm與驅(qū)動(dòng)電流is成比例，其方向如圖2所示的箭頭那樣。在將從電流輸出電路10排出的電流的方向設(shè)為正的情況下，如圖4b所示，檢測電流izm相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電流is成為反相。

從電流輸出電路10輸出的檢測電流izm，幾乎全部在電容cf流通，因此在電容cf的兩端，產(chǎn)生具有與檢測電流izm成比例的振幅的交流電壓。第3放大電路21的輸出端子的電壓vo，是將在該電容cf的兩端產(chǎn)生的交流電壓與基準(zhǔn)電壓vref相加而得到的電壓，以基準(zhǔn)電壓vref為中心振動(dòng)。在電容cf的兩端產(chǎn)生的交流電壓的相位，相對(duì)于在電容cf流通的檢測電流izm延遲90度。因此，電壓vo的交流成分如圖4a所示那樣成為與檢測用電壓vs大致同相。

在將電流反射鏡電路12中的電流轉(zhuǎn)換比率(檢測電流izm/驅(qū)動(dòng)電流is)設(shè)為“α”，將電容cf的靜電電容值設(shè)為“c”的情況下，電壓vo通過以下的式子表示。

[數(shù)式1]

vo＝c×∫{α×is}dt+vref…(1)

驅(qū)動(dòng)電流is具有對(duì)檢測用電壓vs進(jìn)行微分后的波形，與檢測用電壓vs成比例地增大，因此電壓vo的振幅也與檢測用電壓vs成比例地增大。然而，通過減小電容cf的電容值、或減小電流轉(zhuǎn)換比率α，電壓vo的振幅能夠適當(dāng)調(diào)節(jié)。因此，即使將檢測用電壓vs的振幅增大到電源電壓范圍的最大限，也能夠調(diào)節(jié)為電壓vo的振幅不超過電源電壓范圍。

如以上說明那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的輸入裝置，從電流輸出電路10向檢測電極es流通驅(qū)動(dòng)電流is，以在檢測電極es產(chǎn)生與電平周期性地變化的檢測用電壓vs幾乎相等的電壓。驅(qū)動(dòng)電流is在被檢測電容cs流通，因此具有與被檢測電容cs的靜電電容值成比例的值。從電流輸出電路10輸出的檢測電流izm與該驅(qū)動(dòng)電流is成比例，因此具有與被檢測電容cs的靜電電容值成比例的值。因此，基于檢測電流izm能夠取得被檢測電容cs的靜電電容值，換言之，能夠取得與物體的接近對(duì)應(yīng)的信息。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式的輸入裝置，在增大了檢測用電壓vs的振幅的情況下，向被檢測電容cs流通的驅(qū)動(dòng)電流is的振幅增大，因此檢測電流izm的振幅也增大。在此情況下，檢測電流izm的振幅的增大，不被電路能夠動(dòng)作的電源電壓范圍(gnd～vdd)的條件直接限制。因此，例如通過將電流輸出電路10的電流轉(zhuǎn)換比率“α”、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的電容cf的電容值“c”等設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?，而使電壓vo不超出電源電壓范圍(gnd～vdd)的范圍，從而能夠避免檢測電流izm的振幅受到電源電壓范圍(gnd～vdd)的條件限制。因此，能夠?qū)z測用電壓vs的振幅一直增大到電源電壓范圍的最大限，因此能夠提高被檢測電容cs的檢測靈敏度。

接下來，對(duì)本實(shí)施方式的變形例進(jìn)行說明。

[變形例1]

圖5是表示電流輸出電路10的一個(gè)變形例的圖。圖5所示的電流輸出電路10，是將圖3所示的電流輸出電路10中的2級(jí)的電流反射鏡電路12變更為1級(jí)的電流反射鏡電路12a的電路。

電流反射鏡電路12a具有與電流反射鏡電路12同樣的晶體管q1、q2、q7及q8。其中，與電流反射鏡電路12不同的點(diǎn)在于，晶體管q2及晶體管q8的漏極分別與端子z+連接，并從該端子z+輸出檢測電流izp。

在沿從電源電壓vdd向端子x排出的方向流通驅(qū)動(dòng)電流is時(shí)，與其成比例的檢測電流izp沿從電源電壓vdd向端子z+排出的方向流通。另外，在從端子x向地線gnd引入的方向流通驅(qū)動(dòng)電流is時(shí)，與其成比例的檢測電流izp沿從端子z+向地線gnd引入的方向流通。因此，電流反射鏡電路12a的檢測電流izp，相對(duì)于電流反射鏡電路12的檢測電流izm為反相，電壓vo的交流成分也成為反相。

即使如該變形例那樣、電壓vo的交流成分相對(duì)于檢測用電壓vs成為反相的情況下，也能夠從該交流成分取得被檢測電容cs的靜電電容值，因此可獲得與上述的實(shí)施方式同樣的效果。

[變形例2]

圖6是表示電流輸出電路10的另一個(gè)變形例的圖。圖6所示的電流輸出電路10具有第1放大電路13和第2放大電路14。

第1放大電路13，將在端子y輸入的檢測用電壓vs與和端子x連接的檢測電極es的電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流is從端子x向檢測電極es輸出。第1放大電路13例如是ota，反轉(zhuǎn)輸入端子和輸出端子與端子x連接，非反轉(zhuǎn)輸入端子與端子y連接。

第2放大電路14，將在端子y輸入的檢測用電壓vs與和端子x連接的檢測電極es的電壓之差放大，并將與該放大結(jié)果對(duì)應(yīng)的檢測電流izp從端子z+向電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸出。第2放大電路14例如是ota，反轉(zhuǎn)輸入端子與端子x連接，非反轉(zhuǎn)輸入端子與端子y連接，輸出端子與端子z+連接。

通過用與第1放大電路13幾乎相同特性的電路構(gòu)成第2放大電路14，能夠使得檢測電流izp具有與驅(qū)動(dòng)電流is大致相同的值(或與驅(qū)動(dòng)電流is成比例的值)。在該變形例2中，也與上述的變形例1同樣地，電壓vo的交流成分相對(duì)于檢測用電壓vs成為反相。

＜第2實(shí)施方式＞

接下來，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖7是表示第2實(shí)施方式的輸入裝置的主要部分的構(gòu)成例的圖。輸入裝置的整體的構(gòu)成與圖1相同。

圖7所示的靜電電容檢測部3，除了與圖2所示的靜電電容檢測部3同樣的構(gòu)成以外，還具有檢測電流校正電路70。檢測電流校正電路70，是用于對(duì)由與被檢測電容cs并聯(lián)地存在的寄生電容引起的誤差進(jìn)行校正的電路。檢測電流校正電路70，具備與檢測電流izm從電流輸出電路10向電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20流通的電流路徑連接的節(jié)點(diǎn)n1，從該節(jié)點(diǎn)n1輸出使檢測電流izm的振幅減少的校正電流icp。

在圖7的例子中，檢測電流校正電路70具有校正用電容ccp和電壓產(chǎn)生電路71。校正用電容ccp的一個(gè)端子與節(jié)點(diǎn)n1連接，對(duì)另一個(gè)端子施加電壓產(chǎn)生電路71的校正用電壓vcp。校正用電壓vcp是電平周期性地變化的電壓，例如是包含與檢測用電壓vs同相的交流成分的電壓。

圖8是表示進(jìn)行檢測電流izm的校正的情況下的靜電電容檢測部3的各部的電壓波形及電流波形的例子的圖。圖8a表示檢測用電壓vs和校正用電壓vcp的電壓波形，圖8b表示檢測電流izm和校正用電容ccp的電流icp的波形。

節(jié)點(diǎn)n1通過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的第3放大電路21被固定為與基準(zhǔn)電壓vref幾乎相等的一定的電壓。因此，在校正用電容ccp中，如圖8b所示那樣、流通與校正用電壓vcp的交流成分的微分波形相當(dāng)?shù)男Ｕ娏鱥cp。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)n1供給該校正電流icp，對(duì)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸入振幅相比于檢測電流izm減少了校正電流icp的量的檢測電流(izm-icp)。

圖9是表示進(jìn)行檢測電流izm的校正的情況下和不進(jìn)行校正的情況下的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的輸出波形的差異的圖。如圖9所示，通過校正用電容ccp進(jìn)行了檢測電流izm的校正的情況下的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的輸出電壓voc，比不進(jìn)行校正的情況下的電壓vo小“δvo”。通過調(diào)整校正用電容ccp的電容值、校正用電壓vcp的振幅，該“δvo”被設(shè)定為與由寄生電容引起的誤差相等。

根據(jù)本實(shí)施方式的輸入裝置，通過對(duì)流通檢測電流izm的電流路徑上的節(jié)點(diǎn)n1供給校正電流icp，對(duì)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸入的檢測電流的振幅減少。因此，能夠通過檢測電流的振幅的減少來校正由使被檢測電容cs的靜電電容值在表觀上增大的寄生的電容器引起的誤差。另外，通過檢測電流的振幅減少，從電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸出的電壓voc的振幅減少，相對(duì)于電源電壓范圍(gnd～vdd)，電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的輸出電壓voc的裕度增加。因此，能夠使檢測用電壓vs的振幅進(jìn)一步增大，能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度的進(jìn)一步的提高。

此外，在圖7的例子中，使用輸出相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電流is為反方向的檢測電流izm的電流輸出電路10，但即使在使用例如圖5、圖6所示的電流輸出電路10的情況下，也能夠進(jìn)行檢測電流izp的校正。在此情況下，檢測電流izp沿與驅(qū)動(dòng)電流is相同方向流通，因此在電壓產(chǎn)生電路71中，只要產(chǎn)生包含相對(duì)于檢測用電壓vs為反相的交流成分的校正用電壓vcp即可。

另外，在圖7的例子中，分別通過不同的電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生檢測用電壓vs和校正用電壓vcp，但如果能夠進(jìn)行校正用電容ccp的靜電電容值的調(diào)整，則也可以如圖10所示那樣，通過共用的電壓產(chǎn)生電路30產(chǎn)生檢測用電壓vs和校正用電壓vcp。由此，能夠簡化電路構(gòu)成。

＜第3實(shí)施方式＞

接下來，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖11是表示第3實(shí)施方式的輸入裝置的主要部分的構(gòu)成例的圖。輸入裝置的整體的構(gòu)成與圖1相同。

圖11所示的靜電電容檢測部3，是將圖7所示的靜電電容檢測部3中的檢測電流校正電路70置換為檢測電流校正電路70a的部件。

檢測電流校正電路70a具有校正用電容ccp、校正電流輸出電路72及電壓產(chǎn)生電路71。

校正電流輸出電路72，對(duì)校正用電容ccp輸出電流ix以在校正用電容ccp產(chǎn)生與從電壓產(chǎn)生電路72供給的校正用電壓vcp幾乎相等的電壓，并且將與該電流ix成比例的校正電流icp從節(jié)點(diǎn)n1輸出。校正電流輸出電路72具有與例如先前說明過的圖5、圖6同樣的構(gòu)成，在端子x與地線之間連接校正用電容ccp，對(duì)端子y輸入校正用電壓vcp，端子z+與節(jié)點(diǎn)n1連接。

在校正電流輸出電路72產(chǎn)生的校正用電壓vcp，是電平周期性地變化的電壓，例如是包含與檢測用電壓vs同相的交流成分的電壓。

校正用電容ccp中產(chǎn)生與校正用電壓vcp幾乎相等的電壓，因此校正用電容ccp中流通與校正用電壓vcp的交流成分的微分波形相當(dāng)?shù)碾娏鱥x。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)n1供給與該電流ix成比例的校正電流icp，對(duì)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸入振幅比檢測電流izm減少了校正電流icp的量的檢測電流(izm-icp)。因此，電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的輸出電壓voc，與沒有校正電流icp的情況相比變小。調(diào)整校正用電容ccp的電容值、校正用電壓vcp的振幅，以使得該輸出電壓voc的減少量(δvo)與寄生電容的誤差相等。

在具有上述的構(gòu)成的輸入裝置中，也與第2實(shí)施方式的輸入裝置同樣地，能夠校正由寄生的電容引起的誤差，并且能夠使電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的輸出電壓voc的振幅相對(duì)于電源電壓范圍具有裕度。因此，能夠使檢測用電壓vs的振幅進(jìn)一步增大，能夠謀求靈敏度的提高。

另外，通過使用校正電流輸出電路72，也能夠調(diào)節(jié)電流轉(zhuǎn)換率(校正電流icp/電流ix)，因此即使在校正用電容ccp的調(diào)節(jié)范圍受限的情況下，也能夠?qū)⑿Ｕ娏鱥cp的振幅調(diào)節(jié)為寬范圍。因此，能夠恰當(dāng)?shù)匦Ｕ纳娙莸恼`差。

接下來，對(duì)本實(shí)施方式的變形例進(jìn)行說明。

[變形例1]

在圖11所示的靜電電容檢測部3中，對(duì)從電流輸出電路10向電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20流通的檢測電流izp的電流路徑上的節(jié)點(diǎn)n1供給校正電流icp，但也可以如例如圖12所示那樣、對(duì)從電流輸出電路10向檢測電極es流通的驅(qū)動(dòng)電流is的電流路徑上的節(jié)點(diǎn)n2供給校正電流icp。在此情況下，從電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20輸出的驅(qū)動(dòng)電流，相對(duì)于在檢測電極es流通的驅(qū)動(dòng)電流is，振幅減小校正電流icp的量(is－icp)，因此從電流輸出電路10向電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20流通的檢測電流izm的振幅，也減少校正電流icp的量。因此，與上述的實(shí)施方式同樣地，能夠校正由寄生的電容引起的誤差，并且能夠使電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20的輸出電壓voc的振幅相對(duì)于電源電壓范圍具有裕度。

[變形例2]

在圖11的例子中，分別通過不同的電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生檢測用電壓vs和校正用電壓vcp，但如果能夠進(jìn)行校正用電容ccp的靜電電容值的調(diào)整，則也可以如圖13所示那樣、通過共用的電壓產(chǎn)生電路30產(chǎn)生檢測用電壓vs和校正用電壓vcp。由此，能夠簡化電路構(gòu)成。

[其他的變形例]

在圖11～圖13的例子中，使用輸出與對(duì)校正用電容ccp輸出的電流ix為同方向的校正電流icp的校正電流輸出電路72(例如具有圖5、圖6所示的構(gòu)成的電路)，但也可以使用輸出與電流ix為反方向的校正電流icp的校正電流輸出電路72(例如具有圖3所示的構(gòu)成的電路)。在此情況下，只要使校正電壓產(chǎn)生電路71產(chǎn)生包含與檢測用電壓vs反相的交流成分的校正用電壓vcp即可。

另外，在圖11、圖13的例子中，使用輸出與驅(qū)動(dòng)電流is為反方向的檢測電流izm的電流輸出電路10，但即使在使用例如圖5、圖6所示的電路構(gòu)成的電流輸出電路10的情況下，檢測電流izp的校正也能夠進(jìn)行。在此情況下，檢測電流izp沿與驅(qū)動(dòng)電流is相同方向流通，因此只要從檢測電流校正電路70輸出與圖11、圖13的例子為反相的校正電流icp即可。例如，只要使電壓產(chǎn)生電路71產(chǎn)生包含與檢測用電壓vs反相的交流成分的校正用電壓vcp即可?；蛘撸部梢詫⑿Ｕ娏鬏敵鲭娐?2變更為例如圖3所示的構(gòu)成的電路，以輸出與對(duì)校正用電容ccp輸出的電流ix為反方向的校正電流icp。

以上，對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不僅限定于這些實(shí)施方式，進(jìn)一步包括各種變形。

例如，在圖7、圖10所示的靜電電容檢測部3中，對(duì)電流輸出電路10與電流-電壓轉(zhuǎn)換電路20之間的電流路徑上(n1)供給檢測電流校正電路70的校正電流icp，但在本發(fā)明的其他的實(shí)施方式中，也可以對(duì)電流輸出電路10與檢測電極es之間的電流路徑上(n2)供給檢測電流校正電路70的校正電流icp。

本發(fā)明的輸入裝置，不限定于通過手指等的操作輸入信息的用戶界面裝置。即，本發(fā)明的輸入裝置，能夠廣泛應(yīng)用于輸入相應(yīng)于不限定于人體的各種的物體的接近而變化的檢測電極的靜電電容相應(yīng)的信息的裝置。

符號(hào)說明

1…電極部，2…選擇部，3…靜電電容檢測部，4…處理部，5…存儲(chǔ)部，6…接口部，10…電流輸出電路，11…放大電路，12…電流反射鏡電路，13…第1放大電路，14…第2放大電路，20…電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，21…第3放大電路，30…電壓產(chǎn)生電路，40…電壓產(chǎn)生電路，50…檢測值取得部，70…檢測電流校正電路，71…電壓產(chǎn)生電路，72…校正電流輸出電路，es…檢測電極，as…屏蔽電極，cs…被檢測電容，ccp…校正用電容，is…驅(qū)動(dòng)電流，izm、izp…檢測電流，icp…校正電流，vs…檢測用電壓，vref…基準(zhǔn)電壓，vcp…校正用電壓。