JP2020180864A - 電極装置、半導体装置、及び、半導体システム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図9を用いて、本発明者によって事前検討された電極装置60について説明する。図9は、実施の形態1に至る前の構想にかかる電極装置60の構成例を示す断面模式図である。
図1は、実施の形態1にかかる電極装置11の構成例を示す断面模式図である。電極装置11は、相互容量方式の静電容量検出に用いられ、例えば、紙等の検出対象物が電極間に挿入されることによって電極間の静電容量を変化させる。電極装置11を用いたセンサ(後述する制御装置12)は、電極装置11から得られた静電容量の変化量に基づいて、紙等の検出対象物が電極間に挿入されたか否かを検出する。以下、具体的に説明する。
続いて、電極装置11の静電容量C1の容量値の算出方法について説明する。ここでは、電極装置11の静電容量C1の容量値を、送信電極PX1及び受信電極PR1間の距離dに換算して算出する場合について説明する。
続いて、図2を用いて、電極装置11を備えたセンサシステムについて説明する。
図2は、電極装置11を備えたセンサシステム(半導体システム)SYS1の構成例を示す図である。
続いて、センサシステムSYS1の動作について説明する。
図3は、実施の形態2にかかる電極装置21の構成例を示す断面模式図である。電極装置21は、電極装置60の場合と比較して、送信電極PXr及び受信電極PRrによって構成されるリファレンス電極対をさらに備える。以下、具体的に説明する。
続いて、電極装置21を備えたセンサシステムSYS2について説明する。
図5は、電極装置21を備えたセンサシステム(半導体システム)SYS2の構成例を示す図である。
続いて、センサシステムSYS2の動作について説明する。
図6は、電極装置21の第1の変形例を電極装置21aとして示す断面模式図である。
図6に示すように、電極装置21aは、電極装置21と比較して、リファレンス電極対の電極間に、空間領域の代わりに固体の誘電体層103を備える。電極装置21aのその他の構造については、電極装置21の場合と同様であるため、その説明を省略する。
図7は、電極装置21の第2の変形例を電極装置21bとして示す断面模式図である。
図7に示すように、電極装置21bは、電極装置21aと比較して、一対のリファレンス電極対の代わりに二対のリファレンス電極対を備える。
本実施の形態では、センサシステムSYS1の適用事例について説明する。
図8は、センサシステムSYS1の適用事例を示す図である。図8の例では、センサシステムSYS1がコピー機M1に適用されている。また、図8の例では、制御装置22が機械学習部19をさらに備える。
検出対象物が配置可能に構成された第1電極対と、
当該第1電極対に対応して設けられたリファレンス電極対と、を備え、
前記第1電極対は、
第1送信電極と、
前記第1送信電極に所定の間隔を空けて対向配置された第1受信電極と、
を有し、
前記リファレンス電極対は、
前記第1送信電極と同一基板上に配置された第2送信電極と、
前記第1受信電極と同一基板上に配置され、かつ、前記第2送信電極に前記所定の間隔を空けて対向配置された第2受信電極と、
を有する、相互容量方式の静電容量検出に用いられる電極装置。
前記第1電極対において、前記第1送信電極と前記第1受信電極との間には、前記検出対象物の挿入が可能な空間領域が形成されている、
付記1に記載の電極装置。
前記第1送信電極及び前記第1受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、前記第2送信電極及び前記第2受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、の差分を用いて算出された前記第1送信電極及び前記第1受信電極間の静電容量の容量値の算出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記第1受信電極との間に前記検出対象物が挿入されたか否かが判定される、
付記2に記載の電極装置。
前記検出対象物は、紙である、
付記2に記載の電極装置。
前記第1送信電極及び前記第1受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、前記第2送信電極及び前記第2受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、の差分を用いて算出された前記第1送信電極及び前記第1受信電極間の静電容量の容量値の算出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記第1受信電極との間の距離の変動を引き起こす前記検出対象物の接触の有無が判定される、
付記1に記載の電極装置。
前記リファレンス電極対は、前記第1電極対に隣接して配置されている、
付記1に記載の電極装置。
前記リファレンス電極対は、
前記第2送信電極と前記第2受信電極との間に形成された固体の誘電体層をさらに有する、
付記1に記載の電極装置。
前記リファレンス電極対は、第1及び第2リファレンス電極対によって構成され、
前記第1電極対は、前記第1リファレンス電極対と前記第2リファレンス電極対との間に設けられている、
付記7に記載の電極装置。
電極装置と、
半導体装置と、を備え、
前記電極装置は、
第1送信電極と、前記第1送信電極に所定の間隔を空けて対向配置された第1受信電極と、を有し、検出対象物が配置可能に構成された第1電極対と、
前記第1送信電極と同一基板上に配置された第2送信電極と、前記第1受信電極と同一基板上に配置され、かつ、前記第2送信電極に前記所定の間隔を空けて対向配置された第2受信電極と、を有するリファレンス電極対と、
を備え、
前記半導体装置は、
前記第1送信電極及び前記第2送信電極のそれぞれにパルス信号を出力するパルス信号出力回路と、
前記第1送信電極に前記パルス信号が印可された場合に前記第1受信電極において消費された電流と、前記第2送信電極に前記パルス信号が印可された場合に前記第2受信電極において消費された電流と、を用いて、前記第1送信電極及び前記第1受信電極間の静電容量の容量値の変化量を算出する容量検出回路と、
前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記電極装置の前記第1電極対に前記検出対象物が配置されたか否かを判定する演算処理部と、
を有する、半導体システム。
前記第1送信電極と前記第1受信電極との間には、前記検出対象物の挿入が可能な空間領域が形成され、
前記演算処理部は、前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記第1受信電極との間に前記検出対象物が挿入されたか否かを判定するように構成されている、
付記9に記載の半導体システム。
前記演算処理部は、前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記第1受信電極との間の距離の変動を引き起こす前記検出対象物の接触の有無を判定するように構成されている、
付記9に記載の半導体システム。
前記演算処理部は、
前記電極装置の前記第1電極対に前記検出対象物が配置されたか否かを判定するとともに、その判定結果に基づいて、前記検出対象物に対する処理を決定するように構成されている、
付記9に記載の半導体システム。
前記検出対象物の種類に応じた前記容量検出回路の検出結果の違いを機械学習する機械学習部をさらに備え、
前記演算処理部は、前記検出対象物に対する処理を、前記機械学習部による学習結果から予測された前記検出対象物の種類に応じた処理に決定するように構成されている、
付記12に記載の半導体システム。
受信電極と、
前記受信電極に対向配置された第1送信電極と、
前記受信電極に前記第1送信電極を挟んで対向配置された第2送信電極と、
前記第1送信電極と前記第2送信電極との間に設けられ、前記第1送信電極及び前記第2送信電極間の距離及び誘電率を固定させる誘電体基板と、
を備えた、相互容量方式の静電容量検出に用いられる電極装置。
前記第1送信電極と前記受信電極との間には、検出対象物の挿入が可能な空間領域が形成されている、
付記14に記載の電極装置。
前記第1送信電極及び前記受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、前記誘電体基板を含んだ前記第2送信電極及び前記受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、を用いて算出された前記第1送信電極及び前記受信電極間の静電容量の容量値の算出結果に基づいて、前記第1送信電極及び前記受信電極間の距離に換算した値が算出され、その算出結果から、前記第1送信電極と前記受信電極との間に前記検出対象物が挿入されたか否かが判定され、又は、挿入された前記検出対象物の材質が特定される、
付記15に記載の電極装置。
12 制御装置
13 容量検出部
14 演算処理部
15 カレントミラー回路
16 スイッチ回路
17 電流制御発振回路
18 カウンタ
19 機械学習部
21 電極装置
21a 電極装置
21b 電極装置
22 制御装置
23 容量検出部
101 誘電体基板
102 誘電体基板
103 誘電体層
103a,103b 誘電体層
AMP アンプ
B1,B2 バッファ
C1,C2 静電容量
Crf 容量
Crfa,Crfb 容量
Cs 平滑コンデンサ
M1 コピー機
MP11,MP12 トランジスタ
P1 紙
PRr 受信電極
PR1 受信電極
PRra,PRrb 受信電極
PX1 送信電極
PX2 送信電極
PXr 送信電極
PXra,PXrb 送信電極
SW1 スイッチ素子
SW2 スイッチ素子
SW3 スイッチ回路
SYS1 センサシステム
SYS2 センサシステム
TX1 端子
TX2 端子
TR1 端子
TRr 端子
VDC 電源電圧降下回路
Claims (20)
- 受信電極と、
前記受信電極に対向配置された第1送信電極と、
前記受信電極に前記第1送信電極を挟んで対向配置された第2送信電極と、
前記第1送信電極と前記第2送信電極との間に設けられ、前記第1送信電極及び前記第2送信電極間の距離及び誘電率を固定させる誘電体基板と、
を備えた、相互容量方式の静電容量検出に用いられる電極装置。 - 前記第1送信電極と前記受信電極との間には、検出対象物の挿入が可能な空間領域が形成されている、
請求項1に記載の電極装置。 - 前記第1送信電極及び前記受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、前記第2送信電極及び前記受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、を用いて算出された前記第1送信電極及び前記受信電極間の静電容量の容量値の算出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記受信電極との間に前記検出対象物が挿入されたか否かが判定される、
請求項2に記載の電極装置。 - 前記検出対象物は、紙である、
請求項2に記載の電極装置。 - 前記第1送信電極及び前記受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、前記第2送信電極及び前記受信電極間に電界を発生させた場合の消費電流値と、を用いて算出された前記第1送信電極及び前記受信電極間の静電容量の容量値の算出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記受信電極との間の距離の変動を引き起こす検出対象物の接触の有無が判定される、
請求項1に記載の電極装置。 - 前記誘電体基板は、ガラスエポキシ基板である、
請求項1に記載の電極装置。 - 受信電極と、前記受信電極に対向配置された第1送信電極と、前記受信電極に前記第1送信電極を挟んで対向配置された第2送信電極と、前記第1送信電極と前記第2送信電極との間に設けられ、前記第1送信電極及び前記第2送信電極間の距離及び誘電率を固定させる誘電体基板と、を備えた電極装置の前記第1送信電極及び前記第2送信電極の何れかに対して選択的にパルス信号を出力するパルス信号出力回路と、
前記第1送信電極に前記パルス信号が印可された場合に前記受信電極において消費される電流と、前記第2送信電極のみに前記パルス信号が印可された場合に前記受信電極において消費される電流と、を用いて、前記第1送信電極及び前記受信電極間の静電容量の容量値の変化量を算出する容量検出回路と、
前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記電極装置に検出対象物が配置されたか否かを判定する演算処理部と、
を備えた、半導体装置。 - 前記第1送信電極と前記受信電極との間には、前記検出対象物の挿入が可能な空間領域が形成され、
前記演算処理部は、前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記受信電極との間に前記検出対象物が挿入されたか否かを判定するように構成されている、
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記演算処理部は、前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記受信電極との間の距離の変動を引き起こす検出対象物の接触の有無を判定するように構成されている、
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記パルス信号出力回路は、前記第2送信電極に前記パルス信号を出力する場合、前記第1送信電極をハイインピーダンス状態に設定するように構成されている、
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記パルス信号出力回路は、前記第1送信電極に前記パルス信号を出力する場合、前記第2送信電極をハイインピーダンス状態に設定するように構成されている、
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記パルス信号出力回路は、前記第1送信電極に前記パルス信号を出力する場合、前記第1送信電極に加えて前記第2送信電極に対しても共通の前記パルス信号を出力するように構成されている、
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記パルス信号出力回路は、第1クロック信号に応じた前記パルス信号を出力するように構成され、
前記容量検出回路は、
定電圧を生成する定電圧生成回路と、
前記第1クロック信号に基づいて、前記受信電極に対して前記定電圧を印可するか、前記受信電極に蓄積された電荷を放電するか、を切り替えるスイッチ回路と、
前記受信電極に前記定電圧が印可された場合に前記定電圧生成回路から前記スイッチ回路に流れる電流、に応じた周波数の第2クロック信号を生成する電流制御発振回路と、
前記第2クロック信号の所定期間当たりの発振回数をカウントするカウンタと、
を有し、
前記演算処理部は、前記カウンタのカウント値に基づいて、前記電極装置に前記検出対象物が配置されたか否かを判定するように構成されている、
請求項7に記載の半導体装置。 - 電極装置と、
半導体装置と、を備え、
前記電極装置は、
受信電極と、
前記受信電極に対向配置された第1送信電極と、
前記受信電極に前記第1送信電極を挟んで対向配置された第2送信電極と、
前記第1送信電極と前記第2送信電極との間に設けられ、前記第1送信電極及び前記第2送信電極間の距離及び誘電率を固定させる誘電体基板と、
を有し、
前記半導体装置は、
前記第1送信電極及び前記第2送信電極の何れかに対して選択的にパルス信号を出力するパルス信号出力回路と、
前記第1送信電極に前記パルス信号が印可された場合に前記受信電極において消費される電流と、前記第2送信電極のみに前記パルス信号が印可された場合に前記受信電極において消費される電流と、を用いて、前記第1送信電極及び前記受信電極間の静電容量の容量値の変化量を算出する容量検出回路と、
前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記電極装置に検出対象物が配置されたか否かを判定する演算処理部と、
を有する、半導体システム。 - 前記第1送信電極と前記受信電極との間には、前記検出対象物の挿入が可能な空間領域が形成され、
前記演算処理部は、前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記受信電極との間に前記検出対象物が挿入されたか否かを判定するように構成されている、
請求項14に記載の半導体システム。 - 前記演算処理部は、前記容量検出回路による検出結果に基づいて、前記第1送信電極と前記受信電極との間の距離の変動を引き起こす検出対象物の接触の有無を判定するように構成されている、
請求項14に記載の半導体システム。 - 前記パルス信号出力回路は、前記第2送信電極に前記パルス信号を出力する場合、前記第1送信電極をハイインピーダンス状態に設定するように構成されている、
請求項14に記載の半導体システム。 - 前記パルス信号出力回路は、前記第1送信電極に前記パルス信号を出力する場合、前記第2送信電極をハイインピーダンス状態に設定するように構成されている、
請求項14に記載の半導体システム。 - 前記演算処理部は、
前記電極装置に前記検出対象物が配置されたか否かを判定するとともに、その判定結果に基づいて、前記検出対象物に対する処理を決定するように構成されている、
請求項14に記載の半導体システム。 - 前記検出対象物の種類に応じた前記容量検出回路の検出結果の違いを機械学習する機械学習部をさらに備え、
前記演算処理部は、前記検出対象物に対する処理を、前記機械学習部による学習結果から予測された前記検出対象物の種類に応じた処理に決定するように構成されている、
請求項19に記載の半導体システム。
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