[发明专利]电容检测装置和电容检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种即使在噪声多的环境下也能够检测微小的静电电容的变化的电容检测装置和电容检测方法。

背景技术

以往，提出了几种用于检测微小的电容变化的电容检测装置。例如，提出了如下的电容检测装置：充电未知的传感器电容，将该电荷量传送给其他固定电容元件的同时，监视该电压，从而检测传感器电容的变化(例如，参照专利文献1)。此外，提出了如下的电容检测装置：通过传感器电容使充电到固定电容元件的电荷量放电的同时，与固定电压比较传感器电容的电压，从而检测传感器的电容的变化(例如，参照专利文献2)。

图43表示专利文献1记载的电容检测装置的示意结构。该图所示的Cx是包括手指和其他寄生电容的传感器电容，Cs是实际测量电压的固定电容元件。最初将开关SW1和SW2都断开(OFF)，接通(ON)开关SW3，从而使固定电容元件Cs的电荷量复位(reset)。接着，将全部开关SW全都断开之后，接通开关SW1且将其他开关SW断开，向传感器电容Cx充电至电源电压Vdd为止。之后，再次将全部开关SW全都断开之后，接通开关SW2且将其他开关SW断开，将传感器电容Cx的电荷量传送到固定电容元件Cs。此时传送到固定电容元件Cs的电荷量是根据传送前的固定电容元件Cs的电荷量，以电压平衡的条件决定的。在不复位传感器电容Cs的电荷的情况下，重复将开关SW1、SW2交替地接通(其中包括将全部开关SW断开的步骤)的充电时序(sequence)。由此，固定电容元件Cs的端子间电位Vs如图44所示那样渐渐上升。

因此，如图45所示，对为了判别有无(接触/非接触)手指所引起的传感器电容Cx的大小的差异而测量出的电压Vs设定比较电压Vref。由于在有手指时的传感器电容Cx(11pF)和没有手指时的传感器电容Cx(10pF)中，Vs的上升时间不同，且与比较电压Vref的交点不同，所以能够判别为超过比较电压Vref时的充电时序的次数T的差异。若由计算式表示Vs的电压，则如下。

【数学式1】

Vs=Vdd×(1-(CsCx+Cs)T)]]>

此时，有无手指所引起的超过比较电压Vref所需的充电时序次数大致与传感器电容Cx大小成比例，若有无手指时存在10％的差异，则超过比较电压Vref的充电时序的次数之差也是10％左右。

图46表示专利文献2记载的电容检测装置的示意结构。在专利文献2记载的电容检测装置中，如图46所示，连接传感器电容Cx和固定电容元件Ca、Cs，最初接通开关SW1，将其他开关SW断开，将固定电容元件Ca充电至电源电压Vdd为止。之后，将全部开关SW全都断开之后，断开开关SW1且接通开关SW2、SW3，将固定电容元件Cs、传感器电容Cx的电荷复位，且通过放电电阻R使固定电容元件Ca的电荷向地放电。之后，将全部开关SW都断开，测量作为传感器电容Cx的端子间电位的Vx。重复与比较电压Vref比较此时的Vx的同时使固定电容元件Ca放电的时序，根据Vx变得比较电压Vref小的放电时序次数之差来判定有无(接触/非接触)手指(图47)。此时，如图48所示，通过适当地设定Ca、Cs、Vref的大小，从而能够比之前的以往电路(图43)缩短整体的放电时序次数。

【专利文献1】JP特表2002-530680号公报

【专利文献2】JP特开2006-78292号公报