センサ装置及び表示装置
【課題】検出対象物についての検出処理を行う新たなセンサ装置を提供する。
【解決手段】アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；を備えることを特徴とするセンサ装置。
【解決手段】アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；を備えることを特徴とするセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な種類の近接センサの開発が進んでいる。近接センサは、物体の近接を検出するセンサである。近接センサのセンシング方式は、抵抗被膜方式、赤外線方式、超音波方式、静電容量方式など多岐に渡り、それぞれの方式にメリットとデメリットとがある。近接センサの具体例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
静電容量センサは、物体とセンサとの間での静電容量の変化を検出することで、物体とセンサとの近接を検出するセンサである。静電容量センサは、静電容量が検出可能な範囲内であれば、物体とセンサとが接触していなくても、物体の近接を検出できるという特徴を有する。現在、非接触型の近接センサとしては、光学式センサが一般的である。しかしながら、光学式センサには、周囲の明るさの影響を受けてしまうという欠点がある。これに対し、静電容量センサでは通常、周囲の明るさが問題となることはない。
【０００４】
静電容量センサは、物体の動きに起因して発生する微小な信号を検出して、物体の近接を検出する。そのため、静電容量センサでは、微小な信号を検出するための良好なＳ／Ｎ比を実現することが重要となる。多くの静電容量センサは、物体に交流信号を与え、静電容量の変化に伴う交流信号の振幅や位相の変化を検出する。この場合、物体の検出精度を高めるには、交流信号の周波数を可変にして静電容量の変化に対して敏感な回路系を実現するか、フィルタリング部にカウンタ等の時系列的な検出ユニットを付加する等の対策が必要となる。しかし、前者の方法では周波数帯の制約を受ける可能性があり、後者の方法では入力信号と出力信号との同期をとるためのタイミング回路が必要となる。
【特許文献１】特許第３５０５９６１号公報
【特許文献２】特開２００３−４３０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、検出対象物についての検出処理を行う新たなセンサ装置及び表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；を備えることを特徴とするセンサ装置である。
【０００７】
本発明の他の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；を備えることを特徴とするセンサ装置である。
【０００８】
本発明の他の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して信号する、検出部と；前記検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記検出対象物の表面の形状を画面に表示する、表示部と；を備えることを特徴とする表示装置である。
【０００９】
本発明の他の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；前記第１の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第１の検出対象物の表面の形状を画面に表示し、前記第２の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第２の検出対象物の表面の形状を画面に表示する、表示部と；を備えることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、検出対象物についての検出処理を行う新たなセンサ装置及び表示装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施例）
図１は、第１実施例のセンサ装置１０１について説明するための図である。図１には、センサ装置１０１と、検出対象物２０１とが図示されている。図１のセンサ装置１０１はここでは、非接触型の近接センサ、詳細には、静電容量センサである。
【００１２】
センサ装置１０１は、電極アレイ１１１を備えている。電極アレイ１１１は、アレイ状に配置された複数の電極１２１を有している。これらの電極１２１は、ここでは２次元のアレイ状に配置されているが、１次元のアレイ状に配置されていてもよい。
【００１３】
センサ装置１０１には、第１の信号生成部１３１が設けられている。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を有する第１の交流信号Ｓ１を生成する。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を変えることが可能でも不可能でもよいが、ここでは第１の周波数ｆ１を変えることが可能とする。第１の交流信号Ｓ１は、電極アレイ１１１を構成する複数の電極１２１に印加される。個々の電極１２１と第１の信号生成部１３１との間には、抵抗１４１が配線されている。
【００１４】
検出対象物２０１には、第２の信号生成部２１１が設けられている。第２の信号生成部２１１は、第２の周波数ｆ２を有する第２の交流信号Ｓ２を生成する。第２の信号生成部２１１は、第２の周波数ｆ２を変えることが可能でも不可能でもよいが、ここでは第２の周波数ｆ２を変えることが可能とする。第２の交流信号Ｓ２は、検出対象物２０１に印加される。検出対象物２０１は、図２に示すように、電極２２１を備えていてもよい。図２には、検出対象物２０１の表面に設けられた電極２２１が示されている。第２の交流信号Ｓ２は、図１のように、検出対象物２０１自体に印加してもよいし、図２のように、検出対象物２０１に設けられた電極２２１に印加してもよい。以下、図１に戻り説明を続けるが、以下の説明は、図２にも適用可能である。
【００１５】
本実施例では、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２は異なる周波数とする。よって、本実施例では、第１の信号Ｓ１が各電極１２１に印加され、第２の信号Ｓ２が検出対象物２０１に印加された場合、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と検出対象物２０１に印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が発生する。当該干渉波には、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差周波ｆ２−ｆ１を周波数とする低周波の包絡成分（うなり）が生じる。
【００１６】
センサ装置１０１では、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と検出対象物２０１に印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が、各電極１２１から出力される。各電極１２１から出力された干渉波は、センサ装置１０１の検出部１５１により検出される。各干渉波の波形は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との間の静電容量に依存し、当該静電容量の値は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離に依存する。よって、図１の検出部１５１は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離を、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と検出対象物２０１に印加された第２の信号Ｓ２との干渉波を利用して検出する。本実施例では、このような検出原理により、非接触型の近接センサが実現されている。
【００１７】
図１の検出部１５１はここでは、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離を、各干渉波の包絡成分を利用して検出する。包絡成分の周波数は、上述のようにｆ２−ｆ１で与えられる。よって、包絡成分の周波数は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の設定を通じて、任意に設定することが可能である。よって、本実施例では、高周波の交流信号Ｓ１及びＳ２から、低周波の包絡成分を生成することが可能である。本実施例では、このような包絡成分を検出に利用することで、干渉を受けにくく耐ノイズ性に優れた近接センサを実現することができる。干渉波に含まれる包絡成分は例えば、ローパスフィルタにより抽出可能である。
【００１８】
本実施例において、第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１の設定を変えることが可能であり、第２の信号生成部２１１は、第２の周波数ｆ２の設定を変えることが可能である。このことには、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数の設定自由度が向上させる効果があるのに加えて、干渉波の包絡成分の周波数の設定自由度を向上させる効果がある。
【００１９】
図３は、図１のシステムの等価回路を表す。図３には、複数の電極１２１と検出対象物２０１により構成される複数のキャパシタが図示されている。各電極１２１には、第１の周波数ｆ１を有する第１の信号Ｓ１が印加される。検出対象物２０１には、第２の周波数ｆ２を有する第２の信号Ｓ２が印加される。ｆ１とｆ２との比ｆ２／ｆ１は例えば、１±０．０５乃至１±０．２５程度とする。これにより、高周波の交流信号Ｓ１及びＳ２から低周波の包絡成分が生成される。第１の信号Ｓ１の振幅は例えば１Ｖ、第１の周波数ｆ１は例えば１９０ｋＨｚとする。第２の信号Ｓ２の振幅は例えば１Ｖ、第２の周波数ｆ２は例えば２００ｋＨｚとする。
【００２０】
図４は、図１の断面図に相当する。図４には、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との間の静電容量Ｃと、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離ｄとが示されている。図４の各静電容量Ｃは、図３の各キャパシタの静電容量に相当する。
【００２１】
図５は、干渉波の包絡成分について説明するための図である。図５ａには干渉波の波形の第１の例が、図５ｂには干渉波の波形の第２の例が、図５ｃには干渉波の波形の第３の例が示されている。また、図５Ａ，Ｂ，Ｃにはそれぞれ、図５ａ，ｂ，ｃの干渉波の包絡成分が示されている。図５Ａでは、包絡成分の節の振幅がＸ１で図示されている。図５Ｂでは、包絡成分の節の振幅がＸ２で図示されている。図５Ｃでは、包絡成分の節の振幅がＸ３で図示されている。図５では、Ｘ１＝０、Ｘ２≠０、Ｘ３≠０となっている。
【００２２】
図５ａ，ｂ，ｃの干渉波はそれぞれ、図４に示す距離ｄが小さい場合、中程度の場合、大きい場合の干渉波の例に相当する。このように、本実施例の干渉波の波形は、距離ｄに応じて変化する。よって、本実施例では、上述のように、干渉波を利用して距離ｄを検出することができる。また、図５Ａ，Ｂ，Ｃの包絡成分はそれぞれ、図４に示す距離ｄが小さい場合、中程度の場合、大きい場合の包絡成分の例に相当する。このように、本実施例の包絡成分の波形は、距離ｄに応じて変化する。よって、本実施例では、上述のように、包絡成分を利用して距離ｄを検出することができる。次に示す例では、距離ｄが、干渉波の包絡成分の振幅を利用して検出される。
【００２３】
本実施例では、図５Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、包絡成分の節の振幅が、距離ｄに応じて変化する。よって、本実施例の検出部１５１は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離ｄを、包絡成分の節の振幅を利用して検出することができる。この場合、図５Ａのように節の振幅が０になる距離ｄを、距離測定の基準に設定することが望ましい。これにより、距離測定の精度が良好になる。包絡成分の振幅を検出に利用する場合、節以外の部分の振幅を利用してもよい。
【００２４】
本実施例の検出部１５１は、各電極１２１から出力された干渉波を検出する代わりに、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とから生成された信号を検出してもよい。このような検出処理の例を、図６を参照しつつ説明する。図６において、検出部１５１は、検出対象物２０１の表面の凹凸を、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する。
【００２５】
検出対象物２０１の表面の凹凸は例えば、図６のΔｄで表される。図６のΔｄは、一の電極１２１における距離ｄと他の電極１２１における距離ｄとの差分に相当する。一の電極１２１と他の電極１２１はここでは、互いに隣接する電極同士となっている。上述のように、ｄは、各電極１２１の包絡成分の振幅を利用して検出可能なので、Δｄは、一の電極１２１の包絡成分と他の電極１２１の包絡成分との差分信号の振幅を利用して検出可能である。よって、図６の検出部１５１は、一の電極１２１からの干渉波の包絡成分と他の電極１２１からの干渉波の包絡成分との差分信号を生成し、検出対象物２０１の表面の凹凸を、当該差分信号の振幅を利用して検出する。図６の検出部１５１は、複数のローパスフィルタ１６１と複数の差動増幅器１６２とを備える。各ローパスフィルタ１６１は、対応する電極１２１からの干渉波の包絡成分を抽出する。各差動増幅器１６２は、一の包絡成分と他の包絡成分との差分信号を生成する。
【００２６】
図６の検出処理の変形例を、図７に示す。図７の検出部１５１は、一の電極１２１からの干渉波と他の電極１２１からの干渉波との差分信号を生成し、検出対象物２０１の表面の凹凸を、差分信号の包絡成分の振幅を利用して検出する。これにより、図６の検出処理を同様の検出処理を実現することができる。図７の検出部１５１は、複数の差動増幅器１７１と複数のローパスフィルタ１７２とを備える。各差動増幅器１７１は、一の電極１２１からの干渉波と他の電極１２１からの干渉波との差分信号を生成する。各ローパスフィルタ１７２は、対応する差分信号の包絡成分を抽出する。
【００２７】
なお、図６や図７の検出処理では、差分Δｄを検出するのに、距離ｄを検出する必要はない。よって、図６や図７の検出処理は例えば、検出対象物２０１についての凹凸情報は必要であるが、検出対象物２０１についての距離情報は必要ない場合に有用である。図６の検出部１５１は、差分信号の振幅を検出する際に、所定の閾値よりも大きな振幅を検出することで、所定の勾配よりも大きな凹凸を検出するようにしてもよい。これにより、検出処理の処理負担が軽減される。同様に、図７の検出部１５１は、差分信号の包絡成分の振幅を検出する際に、所定の閾値よりも大きな振幅を検出することで、所定の勾配よりも大きな凹凸を検出するようにしてもよい。
【００２８】
本実施例のセンサ装置１０１は、１つの検出対象物２０１を取り扱うだけでなく、２つ以上の検出対象物２０１を取り扱うことも可能である。このようなセンサ装置１０１の例について、図８に基づいて説明する。図８には、センサ装置１０１と、第１の検出対象物２０１Ａと、第２の検出対象物２０１Ｂとが図示されている。図８のセンサ装置１０１はここでは、非接触型の近接センサ、詳細には、静電容量センサである。
【００２９】
図８のセンサ装置１０１は、図１のセンサ装置１０１と同様に、電極アレイ１１１と、検出部１５１とを備えている。図８のセンサ装置１０１には、図１のセンサ装置１０１と同様に、第１の信号生成部１３１が設けられている。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を有する第１の交流信号Ｓ１を生成する。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を変えることが可能でも不能でもよいが、ここでは第１の周波数ｆ１を変えることが可能とする。
【００３０】
第１及び第２の検出対象物２０１Ａ及びＢにはそれぞれ、第２及び第３の信号生成部２１１Ａ及びＢが設けられている。第２の信号生成部２１１Ａは、第２の周波数ｆ２を有する第２の交流信号Ｓ２を生成する。第３の信号生成部２１１Ｂは、第３の周波数ｆ３を有する第３の交流信号Ｓ３を生成する。第２の信号生成部２１１Ａは、第２の周波数ｆ２を変えることが可能でも不能でもよいが、ここでは第２の周波数ｆ２を変えることが可能とする。第３の信号生成部２１１Ｂは、第３の周波数ｆ３を変えることが可能でも不能でもよいが、ここでは第３の周波数ｆ３を変えることが可能とする。
【００３１】
第２及び第３の交流信号Ｓ２及びＳ３はそれぞれ、第１及び第２の検出対象物２０１Ａ及びＢに印加される。第２の交流信号Ｓ２は、第１の検出対象物２０１Ａ自体に印加してもよいし、図２と同様、第１の検出対象物２０１Ａに設けられた電極２２１に印加してもよい。第３の交流信号Ｓ３は、第２の検出対象物２０１Ｂ自体に印加してもよいし、図２と同様、第２の検出対象物２０１Ｂに設けられた電極２２１に印加してもよい。
【００３２】
本実施例では、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２は異なる周波数とする。よって、本実施例では、第１の信号Ｓ１が各電極１２１に印加され、第２の信号Ｓ２が第１の検出対象物２０１Ａに印加された場合、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第１の検出対象物２０１Ａに印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が発生する。当該干渉波には、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差周波ｆ２−ｆ１を周波数とする低周波の包絡成分（うなり）が生じる。ｆ１とｆ２との比ｆ２／ｆ１は例えば、１±０．０５乃至１±０．２５程度とする。
【００３３】
本実施例では、第１の周波数ｆ１と第３の周波数ｆ３は異なる周波数とする。よって、本実施例では、第１の信号Ｓ１が各電極１２１に印加され、第３の信号Ｓ３が第２の検出対象物２０１Ｂに印加された場合、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第２の検出対象物２０１Ｂに印加された第３の信号Ｓ３との干渉波が発生する。当該干渉波には、第１の周波数ｆ１と第３の周波数ｆ３との差周波ｆ３−ｆ１を周波数とする低周波の包絡成分（うなり）が生じる。ｆ１とｆ３との比ｆ３／ｆ１は例えば、１±０．０５乃至１±０．２５程度とする。
【００３４】
前者の場合、センサ装置１０１では、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第１の検出対象物２０１Ａに印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が、各電極１２１から出力される。各電極１２１から出力された干渉波は、検出部１５１により検出される。検出部１５１は、各電極１２１と第１の検出対象物２０１Ａの表面との距離を、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第１の検出対象物２０１Ａに印加された第２の信号Ｓ２との干渉波を利用して検出する。なお、検出部１５１は、第１の検出対象物２０１Ａの表面の凹凸を、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出してもよい。
【００３５】
後者の場合、センサ装置１０１では、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第２の検出対象物２０１Ｂに印加された第３の信号Ｓ３との干渉波が、各電極１２１から出力される。各電極１２１から出力された干渉波は、検出部１５１により検出される。検出部１５１は、各電極１２１と第２の検出対象物２０１Ｂの表面との距離を、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第２の検出対象物２０１Ｂに印加された第３の信号Ｓ３との干渉波を利用して検出する。なお、検出部１５１は、第２の検出対象物２０１Ｂの表面の凹凸を、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出してもよい。
【００３６】
本実施例では更に、第２の周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３は異なる周波数とする。そのため、第２の信号Ｓ２が第１の検出対象物２０１Ａに印加された場合、検出部１５１は、第２の周波数ｆ２に基づいて第１の検出対象物２０１Ａを識別することができる。即ち、検出部１５１は、検出された信号が第１の検出対象物２０１Ａに関する信号であると認識することができる。検出部１５１は、ｆ２そのものに基づいて第１の検出対象物２０１Ａを識別しても、ｆ２−ｆ１に基づいて第１の検出対象物２０１Ａを識別してもよい。同様に、第３の信号Ｓ３が第２の検出対象物２０１Ｂに印加された場合、検出部１５１は、第３の周波数ｆ３に基づいて第２の検出対象物２０１Ｂを識別することができる。即ち、検出部１５１は、検出された信号が第２の検出対象物２０１Ｂに関する信号であると認識することができる。検出部１５１は、ｆ３そのものに基づいて第２の検出対象物２０１Ｂを識別しても、ｆ３−ｆ１に基づいて第２の検出対象物２０１Ｂを識別してもよい。これにより、検出部１５１は、第１の検出対象物２０１Ａに関する干渉波と第２の検出対象物２０１Ｂに関する干渉波とを区別することができる。
【００３７】
図８のセンサ装置１０１の動作は、図１のセンサ装置１０１の動作と同様である。図１乃至図７の説明は、図１のセンサ装置１０１だけでなく、図８のセンサ装置１０１にも適用可能である。
【００３８】
以上、第１実施例について説明したが、続いて、第２実施例について説明する。第２実施例は第１実施例の変形例であり、第２実施例については第１実施例との相違点を中心に説明する。
【００３９】
（第２実施例）
図９は、第２実施例の表示装置３０１について説明するための図である。図９には、図１と同様の検出対象物２０１と、表示装置３０１とが図示されている。
【００４０】
図９の表示装置３０１は、図１のセンサ装置１０１と同様、電極アレイ１１１と、第１の信号生成部１３１と、検出部１５１とを備えている。上述のように、検出部１５１は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離、又は検出対象物２０１の表面の凹凸を検出する。
【００４１】
図９の表示装置３０１は更に、表示部３１１を備えている。表示部３１１は、検出対象物２０１について検出された上記距離又は上記凹凸を利用して、検出対象物２０１の表面の形状を画面に表示する。こうして、検出部１５１による検出結果が、ユーザーに対して視覚的に提供される。
【００４２】
本実施例では例えば、電極アレイ１１１を構成する１つの電極１２１を、表示部３１１の１つの画素に対応させることができる。本実施例では、図１０のように、表示部３１１の画面上に電極アレイ１１１を設けてもよい。この場合、電極アレイ１１１を構成する各電極１２１は、表示の妨げにならないよう、透明電極とする。
【００４３】
表示部３１１の配線構造の例を、図１１に示す。図１１の表示部３１１は、複数の信号線ＬＸと、複数のゲート線ＬＹと、複数の画素電極Ｐとを備える。信号線ＬＸ及びゲート線ＬＹは、格子状の配線構造を構成する配線である。画素電極Ｐは、表示部３１１の画素を構成する電極である。本実施例では、信号線ＬＸ、ゲート線ＬＹ、又は画素電極Ｐを、電極アレイ１１１を構成する電極１２１としてもよい。本実施例では更に、これらのうちの２種類以上を、電極アレイ１１１を構成する電極１２１としてもよい。
【００４４】
本実施例の表示装置３０１は、１つの検出対象物２０１を取り扱うだけでなく、２つ以上の検出対象物２０１を取り扱うことも可能である。このような表示装置３０１の例について、図１２に基づいて説明する。図１２には、図８と同様の第１の検出対象物２０１Ａと、図８と同様の第２の検出対象物２０１Ｂと、表示装置３０１とが図示されている。
【００４５】
図１２の表示装置３０１は、図８のセンサ装置１０１と同様に、電極アレイ１１１と、第１の信号生成部１３１と、検出部１５１とを備えている。上述のように、検出部１５１は、各電極１２１と第１の検出対象物２０１Ａの表面との距離、第１の検出対象物２０１Ａの表面の凹凸、各電極１２１と第２の検出対象物２０１Ｂの表面との距離、又は第２の検出対象物２０１Ｂの表面の凹凸を検出する。
【００４６】
図１２の表示装置３０１は更に、表示部３１１を備えている。表示部３１１は、第１の検出対象物２０１Ａについて検出された上記距離又は上記凹凸を利用して、第１の検出対象物２０１Ａの表面の形状を画面に表示する。また、表示部３１１は、第２の検出対象物２０１Ｂについて検出された上記距離又は上記凹凸を利用して、第２の検出対象物２０１Ｂの表面の形状を画面に表示する。こうして、検出部１５１による検出結果が、ユーザーに対して視覚的に提供される。
【００４７】
図１２の表示装置３０１の動作は、図９の表示装置３０１の動作と同様である。図９乃至図１１の説明は、図９の表示装置３０１だけでなく、図１２の表示装置３０１にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施例のセンサ装置について説明するための図である。
【図２】第１実施例のセンサ装置について説明するための図である。
【図３】図１のシステムの等価回路を表す。
【図４】図１の断面図に相当する。
【図５】干渉波の包絡成分について説明するための図である。
【図６】図１の断面図に相当する。
【図７】図１の断面図に相当する。
【図８】第１実施例のセンサ装置について説明するための図である。
【図９】第２実施例の表示装置について説明するための図である。
【図１０】電極アレイ及び表示部について説明するための側面図である。
【図１１】電極アレイ及び表示部について説明するための上面図である。
【図１２】第２実施例の表示装置について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１ センサ装置
１１１ アレイ電極
１２１ 電極
１３１ 信号生成部
１４１ 抵抗
１５１ 検出部
１６１ ローパスフィルタ
１６２ 差動増幅器
１７１ 差動増幅器
１７２ ローパスフィルタ
２０１ 検出対象物
２１１ 信号生成部
２２１ 電極
３０１ 表示装置
３１１ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な種類の近接センサの開発が進んでいる。近接センサは、物体の近接を検出するセンサである。近接センサのセンシング方式は、抵抗被膜方式、赤外線方式、超音波方式、静電容量方式など多岐に渡り、それぞれの方式にメリットとデメリットとがある。近接センサの具体例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
静電容量センサは、物体とセンサとの間での静電容量の変化を検出することで、物体とセンサとの近接を検出するセンサである。静電容量センサは、静電容量が検出可能な範囲内であれば、物体とセンサとが接触していなくても、物体の近接を検出できるという特徴を有する。現在、非接触型の近接センサとしては、光学式センサが一般的である。しかしながら、光学式センサには、周囲の明るさの影響を受けてしまうという欠点がある。これに対し、静電容量センサでは通常、周囲の明るさが問題となることはない。
【０００４】
静電容量センサは、物体の動きに起因して発生する微小な信号を検出して、物体の近接を検出する。そのため、静電容量センサでは、微小な信号を検出するための良好なＳ／Ｎ比を実現することが重要となる。多くの静電容量センサは、物体に交流信号を与え、静電容量の変化に伴う交流信号の振幅や位相の変化を検出する。この場合、物体の検出精度を高めるには、交流信号の周波数を可変にして静電容量の変化に対して敏感な回路系を実現するか、フィルタリング部にカウンタ等の時系列的な検出ユニットを付加する等の対策が必要となる。しかし、前者の方法では周波数帯の制約を受ける可能性があり、後者の方法では入力信号と出力信号との同期をとるためのタイミング回路が必要となる。
【特許文献１】特許第３５０５９６１号公報
【特許文献２】特開２００３−４３０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、検出対象物についての検出処理を行う新たなセンサ装置及び表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；を備えることを特徴とするセンサ装置である。
【０００７】
本発明の他の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；を備えることを特徴とするセンサ装置である。
【０００８】
本発明の他の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して信号する、検出部と；前記検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記検出対象物の表面の形状を画面に表示する、表示部と；を備えることを特徴とする表示装置である。
【０００９】
本発明の他の実施例は、アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、検出部と；前記第１の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第１の検出対象物の表面の形状を画面に表示し、前記第２の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第２の検出対象物の表面の形状を画面に表示する、表示部と；を備えることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、検出対象物についての検出処理を行う新たなセンサ装置及び表示装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施例）
図１は、第１実施例のセンサ装置１０１について説明するための図である。図１には、センサ装置１０１と、検出対象物２０１とが図示されている。図１のセンサ装置１０１はここでは、非接触型の近接センサ、詳細には、静電容量センサである。
【００１２】
センサ装置１０１は、電極アレイ１１１を備えている。電極アレイ１１１は、アレイ状に配置された複数の電極１２１を有している。これらの電極１２１は、ここでは２次元のアレイ状に配置されているが、１次元のアレイ状に配置されていてもよい。
【００１３】
センサ装置１０１には、第１の信号生成部１３１が設けられている。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を有する第１の交流信号Ｓ１を生成する。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を変えることが可能でも不可能でもよいが、ここでは第１の周波数ｆ１を変えることが可能とする。第１の交流信号Ｓ１は、電極アレイ１１１を構成する複数の電極１２１に印加される。個々の電極１２１と第１の信号生成部１３１との間には、抵抗１４１が配線されている。
【００１４】
検出対象物２０１には、第２の信号生成部２１１が設けられている。第２の信号生成部２１１は、第２の周波数ｆ２を有する第２の交流信号Ｓ２を生成する。第２の信号生成部２１１は、第２の周波数ｆ２を変えることが可能でも不可能でもよいが、ここでは第２の周波数ｆ２を変えることが可能とする。第２の交流信号Ｓ２は、検出対象物２０１に印加される。検出対象物２０１は、図２に示すように、電極２２１を備えていてもよい。図２には、検出対象物２０１の表面に設けられた電極２２１が示されている。第２の交流信号Ｓ２は、図１のように、検出対象物２０１自体に印加してもよいし、図２のように、検出対象物２０１に設けられた電極２２１に印加してもよい。以下、図１に戻り説明を続けるが、以下の説明は、図２にも適用可能である。
【００１５】
本実施例では、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２は異なる周波数とする。よって、本実施例では、第１の信号Ｓ１が各電極１２１に印加され、第２の信号Ｓ２が検出対象物２０１に印加された場合、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と検出対象物２０１に印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が発生する。当該干渉波には、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差周波ｆ２−ｆ１を周波数とする低周波の包絡成分（うなり）が生じる。
【００１６】
センサ装置１０１では、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と検出対象物２０１に印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が、各電極１２１から出力される。各電極１２１から出力された干渉波は、センサ装置１０１の検出部１５１により検出される。各干渉波の波形は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との間の静電容量に依存し、当該静電容量の値は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離に依存する。よって、図１の検出部１５１は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離を、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と検出対象物２０１に印加された第２の信号Ｓ２との干渉波を利用して検出する。本実施例では、このような検出原理により、非接触型の近接センサが実現されている。
【００１７】
図１の検出部１５１はここでは、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離を、各干渉波の包絡成分を利用して検出する。包絡成分の周波数は、上述のようにｆ２−ｆ１で与えられる。よって、包絡成分の周波数は、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２の設定を通じて、任意に設定することが可能である。よって、本実施例では、高周波の交流信号Ｓ１及びＳ２から、低周波の包絡成分を生成することが可能である。本実施例では、このような包絡成分を検出に利用することで、干渉を受けにくく耐ノイズ性に優れた近接センサを実現することができる。干渉波に含まれる包絡成分は例えば、ローパスフィルタにより抽出可能である。
【００１８】
本実施例において、第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１の設定を変えることが可能であり、第２の信号生成部２１１は、第２の周波数ｆ２の設定を変えることが可能である。このことには、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数の設定自由度が向上させる効果があるのに加えて、干渉波の包絡成分の周波数の設定自由度を向上させる効果がある。
【００１９】
図３は、図１のシステムの等価回路を表す。図３には、複数の電極１２１と検出対象物２０１により構成される複数のキャパシタが図示されている。各電極１２１には、第１の周波数ｆ１を有する第１の信号Ｓ１が印加される。検出対象物２０１には、第２の周波数ｆ２を有する第２の信号Ｓ２が印加される。ｆ１とｆ２との比ｆ２／ｆ１は例えば、１±０．０５乃至１±０．２５程度とする。これにより、高周波の交流信号Ｓ１及びＳ２から低周波の包絡成分が生成される。第１の信号Ｓ１の振幅は例えば１Ｖ、第１の周波数ｆ１は例えば１９０ｋＨｚとする。第２の信号Ｓ２の振幅は例えば１Ｖ、第２の周波数ｆ２は例えば２００ｋＨｚとする。
【００２０】
図４は、図１の断面図に相当する。図４には、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との間の静電容量Ｃと、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離ｄとが示されている。図４の各静電容量Ｃは、図３の各キャパシタの静電容量に相当する。
【００２１】
図５は、干渉波の包絡成分について説明するための図である。図５ａには干渉波の波形の第１の例が、図５ｂには干渉波の波形の第２の例が、図５ｃには干渉波の波形の第３の例が示されている。また、図５Ａ，Ｂ，Ｃにはそれぞれ、図５ａ，ｂ，ｃの干渉波の包絡成分が示されている。図５Ａでは、包絡成分の節の振幅がＸ１で図示されている。図５Ｂでは、包絡成分の節の振幅がＸ２で図示されている。図５Ｃでは、包絡成分の節の振幅がＸ３で図示されている。図５では、Ｘ１＝０、Ｘ２≠０、Ｘ３≠０となっている。
【００２２】
図５ａ，ｂ，ｃの干渉波はそれぞれ、図４に示す距離ｄが小さい場合、中程度の場合、大きい場合の干渉波の例に相当する。このように、本実施例の干渉波の波形は、距離ｄに応じて変化する。よって、本実施例では、上述のように、干渉波を利用して距離ｄを検出することができる。また、図５Ａ，Ｂ，Ｃの包絡成分はそれぞれ、図４に示す距離ｄが小さい場合、中程度の場合、大きい場合の包絡成分の例に相当する。このように、本実施例の包絡成分の波形は、距離ｄに応じて変化する。よって、本実施例では、上述のように、包絡成分を利用して距離ｄを検出することができる。次に示す例では、距離ｄが、干渉波の包絡成分の振幅を利用して検出される。
【００２３】
本実施例では、図５Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、包絡成分の節の振幅が、距離ｄに応じて変化する。よって、本実施例の検出部１５１は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離ｄを、包絡成分の節の振幅を利用して検出することができる。この場合、図５Ａのように節の振幅が０になる距離ｄを、距離測定の基準に設定することが望ましい。これにより、距離測定の精度が良好になる。包絡成分の振幅を検出に利用する場合、節以外の部分の振幅を利用してもよい。
【００２４】
本実施例の検出部１５１は、各電極１２１から出力された干渉波を検出する代わりに、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とから生成された信号を検出してもよい。このような検出処理の例を、図６を参照しつつ説明する。図６において、検出部１５１は、検出対象物２０１の表面の凹凸を、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する。
【００２５】
検出対象物２０１の表面の凹凸は例えば、図６のΔｄで表される。図６のΔｄは、一の電極１２１における距離ｄと他の電極１２１における距離ｄとの差分に相当する。一の電極１２１と他の電極１２１はここでは、互いに隣接する電極同士となっている。上述のように、ｄは、各電極１２１の包絡成分の振幅を利用して検出可能なので、Δｄは、一の電極１２１の包絡成分と他の電極１２１の包絡成分との差分信号の振幅を利用して検出可能である。よって、図６の検出部１５１は、一の電極１２１からの干渉波の包絡成分と他の電極１２１からの干渉波の包絡成分との差分信号を生成し、検出対象物２０１の表面の凹凸を、当該差分信号の振幅を利用して検出する。図６の検出部１５１は、複数のローパスフィルタ１６１と複数の差動増幅器１６２とを備える。各ローパスフィルタ１６１は、対応する電極１２１からの干渉波の包絡成分を抽出する。各差動増幅器１６２は、一の包絡成分と他の包絡成分との差分信号を生成する。
【００２６】
図６の検出処理の変形例を、図７に示す。図７の検出部１５１は、一の電極１２１からの干渉波と他の電極１２１からの干渉波との差分信号を生成し、検出対象物２０１の表面の凹凸を、差分信号の包絡成分の振幅を利用して検出する。これにより、図６の検出処理を同様の検出処理を実現することができる。図７の検出部１５１は、複数の差動増幅器１７１と複数のローパスフィルタ１７２とを備える。各差動増幅器１７１は、一の電極１２１からの干渉波と他の電極１２１からの干渉波との差分信号を生成する。各ローパスフィルタ１７２は、対応する差分信号の包絡成分を抽出する。
【００２７】
なお、図６や図７の検出処理では、差分Δｄを検出するのに、距離ｄを検出する必要はない。よって、図６や図７の検出処理は例えば、検出対象物２０１についての凹凸情報は必要であるが、検出対象物２０１についての距離情報は必要ない場合に有用である。図６の検出部１５１は、差分信号の振幅を検出する際に、所定の閾値よりも大きな振幅を検出することで、所定の勾配よりも大きな凹凸を検出するようにしてもよい。これにより、検出処理の処理負担が軽減される。同様に、図７の検出部１５１は、差分信号の包絡成分の振幅を検出する際に、所定の閾値よりも大きな振幅を検出することで、所定の勾配よりも大きな凹凸を検出するようにしてもよい。
【００２８】
本実施例のセンサ装置１０１は、１つの検出対象物２０１を取り扱うだけでなく、２つ以上の検出対象物２０１を取り扱うことも可能である。このようなセンサ装置１０１の例について、図８に基づいて説明する。図８には、センサ装置１０１と、第１の検出対象物２０１Ａと、第２の検出対象物２０１Ｂとが図示されている。図８のセンサ装置１０１はここでは、非接触型の近接センサ、詳細には、静電容量センサである。
【００２９】
図８のセンサ装置１０１は、図１のセンサ装置１０１と同様に、電極アレイ１１１と、検出部１５１とを備えている。図８のセンサ装置１０１には、図１のセンサ装置１０１と同様に、第１の信号生成部１３１が設けられている。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を有する第１の交流信号Ｓ１を生成する。第１の信号生成部１３１は、第１の周波数ｆ１を変えることが可能でも不能でもよいが、ここでは第１の周波数ｆ１を変えることが可能とする。
【００３０】
第１及び第２の検出対象物２０１Ａ及びＢにはそれぞれ、第２及び第３の信号生成部２１１Ａ及びＢが設けられている。第２の信号生成部２１１Ａは、第２の周波数ｆ２を有する第２の交流信号Ｓ２を生成する。第３の信号生成部２１１Ｂは、第３の周波数ｆ３を有する第３の交流信号Ｓ３を生成する。第２の信号生成部２１１Ａは、第２の周波数ｆ２を変えることが可能でも不能でもよいが、ここでは第２の周波数ｆ２を変えることが可能とする。第３の信号生成部２１１Ｂは、第３の周波数ｆ３を変えることが可能でも不能でもよいが、ここでは第３の周波数ｆ３を変えることが可能とする。
【００３１】
第２及び第３の交流信号Ｓ２及びＳ３はそれぞれ、第１及び第２の検出対象物２０１Ａ及びＢに印加される。第２の交流信号Ｓ２は、第１の検出対象物２０１Ａ自体に印加してもよいし、図２と同様、第１の検出対象物２０１Ａに設けられた電極２２１に印加してもよい。第３の交流信号Ｓ３は、第２の検出対象物２０１Ｂ自体に印加してもよいし、図２と同様、第２の検出対象物２０１Ｂに設けられた電極２２１に印加してもよい。
【００３２】
本実施例では、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２は異なる周波数とする。よって、本実施例では、第１の信号Ｓ１が各電極１２１に印加され、第２の信号Ｓ２が第１の検出対象物２０１Ａに印加された場合、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第１の検出対象物２０１Ａに印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が発生する。当該干渉波には、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差周波ｆ２−ｆ１を周波数とする低周波の包絡成分（うなり）が生じる。ｆ１とｆ２との比ｆ２／ｆ１は例えば、１±０．０５乃至１±０．２５程度とする。
【００３３】
本実施例では、第１の周波数ｆ１と第３の周波数ｆ３は異なる周波数とする。よって、本実施例では、第１の信号Ｓ１が各電極１２１に印加され、第３の信号Ｓ３が第２の検出対象物２０１Ｂに印加された場合、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第２の検出対象物２０１Ｂに印加された第３の信号Ｓ３との干渉波が発生する。当該干渉波には、第１の周波数ｆ１と第３の周波数ｆ３との差周波ｆ３−ｆ１を周波数とする低周波の包絡成分（うなり）が生じる。ｆ１とｆ３との比ｆ３／ｆ１は例えば、１±０．０５乃至１±０．２５程度とする。
【００３４】
前者の場合、センサ装置１０１では、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第１の検出対象物２０１Ａに印加された第２の信号Ｓ２との干渉波が、各電極１２１から出力される。各電極１２１から出力された干渉波は、検出部１５１により検出される。検出部１５１は、各電極１２１と第１の検出対象物２０１Ａの表面との距離を、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第１の検出対象物２０１Ａに印加された第２の信号Ｓ２との干渉波を利用して検出する。なお、検出部１５１は、第１の検出対象物２０１Ａの表面の凹凸を、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出してもよい。
【００３５】
後者の場合、センサ装置１０１では、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第２の検出対象物２０１Ｂに印加された第３の信号Ｓ３との干渉波が、各電極１２１から出力される。各電極１２１から出力された干渉波は、検出部１５１により検出される。検出部１５１は、各電極１２１と第２の検出対象物２０１Ｂの表面との距離を、各電極１２１に印加された第１の信号Ｓ１と第２の検出対象物２０１Ｂに印加された第３の信号Ｓ３との干渉波を利用して検出する。なお、検出部１５１は、第２の検出対象物２０１Ｂの表面の凹凸を、一の電極１２１から出力された干渉波と他の電極１２１から出力された干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出してもよい。
【００３６】
本実施例では更に、第２の周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３は異なる周波数とする。そのため、第２の信号Ｓ２が第１の検出対象物２０１Ａに印加された場合、検出部１５１は、第２の周波数ｆ２に基づいて第１の検出対象物２０１Ａを識別することができる。即ち、検出部１５１は、検出された信号が第１の検出対象物２０１Ａに関する信号であると認識することができる。検出部１５１は、ｆ２そのものに基づいて第１の検出対象物２０１Ａを識別しても、ｆ２−ｆ１に基づいて第１の検出対象物２０１Ａを識別してもよい。同様に、第３の信号Ｓ３が第２の検出対象物２０１Ｂに印加された場合、検出部１５１は、第３の周波数ｆ３に基づいて第２の検出対象物２０１Ｂを識別することができる。即ち、検出部１５１は、検出された信号が第２の検出対象物２０１Ｂに関する信号であると認識することができる。検出部１５１は、ｆ３そのものに基づいて第２の検出対象物２０１Ｂを識別しても、ｆ３−ｆ１に基づいて第２の検出対象物２０１Ｂを識別してもよい。これにより、検出部１５１は、第１の検出対象物２０１Ａに関する干渉波と第２の検出対象物２０１Ｂに関する干渉波とを区別することができる。
【００３７】
図８のセンサ装置１０１の動作は、図１のセンサ装置１０１の動作と同様である。図１乃至図７の説明は、図１のセンサ装置１０１だけでなく、図８のセンサ装置１０１にも適用可能である。
【００３８】
以上、第１実施例について説明したが、続いて、第２実施例について説明する。第２実施例は第１実施例の変形例であり、第２実施例については第１実施例との相違点を中心に説明する。
【００３９】
（第２実施例）
図９は、第２実施例の表示装置３０１について説明するための図である。図９には、図１と同様の検出対象物２０１と、表示装置３０１とが図示されている。
【００４０】
図９の表示装置３０１は、図１のセンサ装置１０１と同様、電極アレイ１１１と、第１の信号生成部１３１と、検出部１５１とを備えている。上述のように、検出部１５１は、各電極１２１と検出対象物２０１の表面との距離、又は検出対象物２０１の表面の凹凸を検出する。
【００４１】
図９の表示装置３０１は更に、表示部３１１を備えている。表示部３１１は、検出対象物２０１について検出された上記距離又は上記凹凸を利用して、検出対象物２０１の表面の形状を画面に表示する。こうして、検出部１５１による検出結果が、ユーザーに対して視覚的に提供される。
【００４２】
本実施例では例えば、電極アレイ１１１を構成する１つの電極１２１を、表示部３１１の１つの画素に対応させることができる。本実施例では、図１０のように、表示部３１１の画面上に電極アレイ１１１を設けてもよい。この場合、電極アレイ１１１を構成する各電極１２１は、表示の妨げにならないよう、透明電極とする。
【００４３】
表示部３１１の配線構造の例を、図１１に示す。図１１の表示部３１１は、複数の信号線ＬＸと、複数のゲート線ＬＹと、複数の画素電極Ｐとを備える。信号線ＬＸ及びゲート線ＬＹは、格子状の配線構造を構成する配線である。画素電極Ｐは、表示部３１１の画素を構成する電極である。本実施例では、信号線ＬＸ、ゲート線ＬＹ、又は画素電極Ｐを、電極アレイ１１１を構成する電極１２１としてもよい。本実施例では更に、これらのうちの２種類以上を、電極アレイ１１１を構成する電極１２１としてもよい。
【００４４】
本実施例の表示装置３０１は、１つの検出対象物２０１を取り扱うだけでなく、２つ以上の検出対象物２０１を取り扱うことも可能である。このような表示装置３０１の例について、図１２に基づいて説明する。図１２には、図８と同様の第１の検出対象物２０１Ａと、図８と同様の第２の検出対象物２０１Ｂと、表示装置３０１とが図示されている。
【００４５】
図１２の表示装置３０１は、図８のセンサ装置１０１と同様に、電極アレイ１１１と、第１の信号生成部１３１と、検出部１５１とを備えている。上述のように、検出部１５１は、各電極１２１と第１の検出対象物２０１Ａの表面との距離、第１の検出対象物２０１Ａの表面の凹凸、各電極１２１と第２の検出対象物２０１Ｂの表面との距離、又は第２の検出対象物２０１Ｂの表面の凹凸を検出する。
【００４６】
図１２の表示装置３０１は更に、表示部３１１を備えている。表示部３１１は、第１の検出対象物２０１Ａについて検出された上記距離又は上記凹凸を利用して、第１の検出対象物２０１Ａの表面の形状を画面に表示する。また、表示部３１１は、第２の検出対象物２０１Ｂについて検出された上記距離又は上記凹凸を利用して、第２の検出対象物２０１Ｂの表面の形状を画面に表示する。こうして、検出部１５１による検出結果が、ユーザーに対して視覚的に提供される。
【００４７】
図１２の表示装置３０１の動作は、図９の表示装置３０１の動作と同様である。図９乃至図１１の説明は、図９の表示装置３０１だけでなく、図１２の表示装置３０１にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施例のセンサ装置について説明するための図である。
【図２】第１実施例のセンサ装置について説明するための図である。
【図３】図１のシステムの等価回路を表す。
【図４】図１の断面図に相当する。
【図５】干渉波の包絡成分について説明するための図である。
【図６】図１の断面図に相当する。
【図７】図１の断面図に相当する。
【図８】第１実施例のセンサ装置について説明するための図である。
【図９】第２実施例の表示装置について説明するための図である。
【図１０】電極アレイ及び表示部について説明するための側面図である。
【図１１】電極アレイ及び表示部について説明するための上面図である。
【図１２】第２実施例の表示装置について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１ センサ装置
１１１ アレイ電極
１２１ 電極
１３１ 信号生成部
１４１ 抵抗
１５１ 検出部
１６１ ローパスフィルタ
１６２ 差動増幅器
１７１ 差動増幅器
１７２ ローパスフィルタ
２０１ 検出対象物
２１１ 信号生成部
２２１ 電極
３０１ 表示装置
３１１ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、
前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、
検出部と；
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第２の信号は、前記検出対象物に設けられた電極に印加される、または、前記検出対象物自体に印加されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、前記干渉波の包絡成分の振幅を利用して検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記一の電極からの前記干渉波の包絡成分と前記他の電極からの前記干渉波の包絡成分との差分信号を生成し、前記検出対象物の表面の凹凸を、前記差分信号の振幅を利用して検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記一の電極からの前記干渉波と前記他の電極からの前記干渉波との差分信号を生成し、前記検出対象物の表面の凹凸を、前記差分信号の包絡成分の振幅を利用して検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記検出部は、所定の閾値よりも大きな前記振幅を検出することで、所定の勾配よりも大きな前記凹凸を検出することを特徴とする請求項４又は５に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記第１の信号を生成する前記信号生成部は、前記第１の周波数を変えることが可能であり、前記第２の信号を生成する信号生成部は、前記検出対象物に設けられており、前記第２の周波数を変えることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項８】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、
前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、
前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、
検出部と；
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項９】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、
前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して信号する、
検出部と；
前記検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記検出対象物の表面の形状を画面に表示する、
表示部と；
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、
前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、
前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、
検出部と；
前記第１の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第１の検出対象物の表面の形状を画面に表示し、
前記第２の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第２の検出対象物の表面の形状を画面に表示する、
表示部と；
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、
前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、
検出部と；
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第２の信号は、前記検出対象物に設けられた電極に印加される、または、前記検出対象物自体に印加されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、前記干渉波の包絡成分の振幅を利用して検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記一の電極からの前記干渉波の包絡成分と前記他の電極からの前記干渉波の包絡成分との差分信号を生成し、前記検出対象物の表面の凹凸を、前記差分信号の振幅を利用して検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記一の電極からの前記干渉波と前記他の電極からの前記干渉波との差分信号を生成し、前記検出対象物の表面の凹凸を、前記差分信号の包絡成分の振幅を利用して検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記検出部は、所定の閾値よりも大きな前記振幅を検出することで、所定の勾配よりも大きな前記凹凸を検出することを特徴とする請求項４又は５に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記第１の信号を生成する前記信号生成部は、前記第１の周波数を変えることが可能であり、前記第２の信号を生成する信号生成部は、前記検出対象物に設けられており、前記第２の周波数を変えることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項８】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、
前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、
前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、
検出部と；
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項９】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が検出対象物に印加される場合において、
前記電極アレイを構成する各電極と前記検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して信号する、
検出部と；
前記検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記検出対象物の表面の形状を画面に表示する、
表示部と；
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
アレイ状に配置された複数の電極を有する電極アレイと；
第１の周波数を有する第１の信号を生成し、前記電極アレイを構成する前記複数の電極に前記第１の信号を印加する信号生成部と；
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第２の周波数を有する第２の信号が第１の検出対象物に印加される場合において、
前記第２の周波数に基づいて、前記第１の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第１の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第１の検出対象物に印加された前記第２の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第１の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出すると共に、
前記第１の信号が前記電極アレイを構成する前記複数の電極に印加され、第３の周波数を有する第３の信号が第２の検出対象物に印加される場合において、
前記第３の周波数に基づいて、前記第２の検出対象物を識別し、
前記電極アレイを構成する各電極と前記第２の検出対象物の表面との距離を、各電極に印加された前記第１の信号と前記第２の検出対象物に印加された前記第３の信号との干渉波を利用して検出する、または、前記第２の検出対象物の表面の凹凸を、一の電極から出力された前記干渉波と他の電極から出力された前記干渉波とを利用して生成された信号を利用して検出する、
検出部と；
前記第１の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第１の検出対象物の表面の形状を画面に表示し、
前記第２の検出対象物について検出された前記距離又は前記凹凸を利用して、前記第２の検出対象物の表面の形状を画面に表示する、
表示部と；
を備えることを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−７９８９７（Ｐ２００９−７９８９７Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６９９２（Ｐ２００７−２４６９９２）
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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