JP6872031B2 - 入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置に関するものである。
圧電センサは、圧力を検出する手段の一つとして広く利用されている。下記の特許文献１の図３及び図４には、圧電センサの検出結果を取得する２つの方法が記載されている。１つの方法は、圧力の変化に応じて圧電センサに生じた電荷をチャージアンプに移送させて検出するものであり（図３）、他の１つの方法は、電荷を保ったまま圧電センサの電圧を検出するものである（図４）。
特開２０１４−２０２６１８号公報
圧電センサは、セラミックなどの絶縁性の高い物質に圧力を加えて誘電分極を生じさせることにより、圧力を電気信号へ変換する。そのため、信号源としてのインピーダンスが高くなり、検出結果が外来ノイズの影響を受け易くなるという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、荷重による圧力の変化を圧電センサによって検出する場合の外来ノイズの影響を低減できる入力装置を提供することにある。
荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
前記荷重による圧力の変化に応じた電荷をそれぞれ発生する第１圧電センサ及び第２圧電センサと、
前記第１圧電センサにおいて発生した電荷と前記第２圧電センサにおいて発生した電荷とに応じた第１検出信号を出力する第１電荷検出回路と、
前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路と、
前記荷重を受ける表面を持ち、前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサの少なくとも一部を覆う表面部材とを有し、
前記第１圧電センサは、
第１圧電体と、
所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第１圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた第１負電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第１圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられ、前記第１負電極より前記表面の近くに位置する第１正電極とを含み、
前記第２圧電センサは、
第２圧電体と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第２圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた第２正電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第２圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられ、前記第２正電極より前記表面の近くに位置する第２負電極とを含み、
前記第１電荷検出回路は、前記第１圧電センサからの電荷を第１電荷として入力する第１期間と、前記第２圧電センサからの電荷を第２電荷として入力する第２期間とを交互に反復し、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号を出力し、
前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第２期間において、前記第２負電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する、
入力装置を提供する。
本発明によれば、荷重による圧力の変化を圧電センサによって検出する場合の外来ノイズの影響を低減できる。
第１の実施形態に係る入力装置の構造の一例を示す分解図である。 第１の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る入力装置において検出電極と駆動電極とが交差する部分の構造の一例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る入力装置における第１電荷検出回路とスイッチ回路の構成例を示す図である。 第２電荷検出回路の構成の一例を示す図である。 第１電荷検出回路における各部の信号の例を示すタイミング図である。 第１電荷検出回路における各部の信号の例を示すタイミング図であり、圧力の変化の方向が図６の例とは逆の場合を示す。 ノイズに対する感度の周波数特性の例を示す図である。 第２の実施形態に係る入力装置における第１電荷検出回路とスイッチ回路の構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る入力装置における第１電荷検出回路とスイッチ回路の構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る入力装置において検出電極と駆動電極とが交差する部分の構造の一例を示す断面図である。
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る入力装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る入力装置の構造の一例を示す分解図である。本実施形態に係る入力装置は、例えばユーザの指などを接触させて、その接触位置と押圧力を検出するタッチパッドなどのユーザインターフェース装置である。図１の例において、入力装置は、金属板などの基台１と、弾性を有する支持部材６を介して基台１に固定された回路基板２と、指などの物体の接触による荷重を受ける表面５を持った表面部材４と、回路基板２と表面部材４との間に設けられた圧電センサシート３とを有する。
図２は、第１の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。図２の例において、入力装置は、静電センサ部１０と、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２と、第１電荷検出回路１１と、第２電荷検出回路１２−１〜１２−ｍと、スイッチ回路２０と、駆動部３０と、処理部４０とを有する。
静電センサ部１０は、表面部材４の表面５における指などの物体の近接を静電容量の変化に基づいて検出する。図２に示す静電センサ部１０は、ｍ個の検出電極ＥＳ１〜ＥＳｍと、ｎ個の駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎとを含む。検出電極ＥＳ１〜ＥＳｍ及び駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎは、それぞれ回路基板２上に導体のパターンとして形成される。検出電極ＥＳ１〜ＥＳｍと駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎとは、互いに垂直な方向に延びて形成されており、格子状に交差している。検出電極ＥＳ１〜ＥＳｍと駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎとの各交差部分には、指などの物体の近接に伴って静電容量が変化する寄生的なキャパシタが形成される。ここで、１からｍまでの任意の整数を「ｊ」とし、１からｎまでの任意の整数を「ｉ」とすると、検出電極ＥＳｊと駆動電極ＥＤｉとの交差部分に１つのキャパシタＣｉｊが形成され、静電センサ部１０の全体ではｍ×ｎ個のキャパシタＣｉｊが形成される。
第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、荷重による圧力の変化に応じた電荷をそれぞれ発生する。具体的には、第１圧電センサＰ１は第１圧電体ＰＺ１を含み、第２圧電センサＰ２は第２圧電体ＰＺ２を含む。第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２は、荷重による圧力を印加されることによってそれぞれ誘電分極を生じる。
第１圧電センサＰ１は、第１圧電体ＰＺ１において異なる符号の電荷を発生する部分に設けられた第１正電極ＥＰ１及び第１負電極ＥＮ１を含む。第１正電極ＥＰ１は、表面部材４への荷重による圧力が所定の方向へ変化したときに（例えば、第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２を圧縮する圧力が増大したときに）正の電荷が発生する部分に設けられている。第１負電極ＥＮ１は、この所定の方向へ圧力が変化したときに負の電荷が発生する部分に設けられている。従って、荷重による圧力が所定の方向へ変化した場合、第１圧電体ＰＺ１の第１正電極ＥＰ１側には正の電荷が発生し、第１圧電体ＰＺ１の第１負電極ＥＮ１側には負の電荷が発生する。また、荷重による圧力が所定の方向に対して反対の方向へ変化した場合、第１圧電体ＰＺ１の第１正電極ＥＰ１側には負の電荷が発生し、第１圧電体ＰＺ１の第１負電極ＥＮ１側には正の電荷が発生する。
第２圧電センサＰ２は、第２圧電体ＰＺ２において異なる符号の電荷を発生する部分に設けられた第２正電極ＥＰ２及び第２負電極ＥＮ２を含む。第２正電極ＥＰ２は、表面部材４への荷重による圧力が上述した所定の方向へ変化したときに（例えば、第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２を圧縮する圧力が増大したときに）正の電荷が発生する部分に設けられている。第２負電極ＥＮ２は、この所定の方向へ圧力が変化したときに負の電荷が発生する部分に設けられている。従って、荷重による圧力が所定の方向へ変化した場合、第２圧電体ＰＺ２の第２正電極ＥＰ２側には正の電荷が発生し、第２圧電体ＰＺ２の第２負電極ＥＮ２側には負の電荷が発生する。また、荷重による圧力が所定の方向に対して反対の方向へ変化した場合、第２圧電体ＰＺ２の第２正電極ＥＰ２側には負の電荷が発生し、第２圧電体ＰＺ２の第２負電極ＥＮ２側には正の電荷が発生する。
すなわち、表面部材４への荷重による圧力が所定の方向へ変化した場合（例えば、第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２を圧縮する圧力が増大した場合）、第１正電極ＥＰ１及び第２正電極ＥＰ２に正の電荷が帯電し、第１負電極ＥＮ１及び第２負電極ＥＮ２に負の電荷が帯電する。また、表面部材４への荷重による圧力が上述の所定の方向に対して反対の方向へ変化した場合は、第１正電極ＥＰ１及び第２正電極ＥＰ２に負の電荷が帯電し、第１負電極ＥＮ１及び第２負電極ＥＮ２に正の電荷が帯電する。
第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、圧電センサシート３に含まれており、粘着層によって回路基板２と表面部材４とにそれぞれ貼り付けられている。
図３は、検出電極ＥＳｊと駆動電極ＥＤｉとが交差する部分の構造の一例を示す断面図である。図３の例では、回路基板２の基材２１に検出電極ＥＳｊが形成され、検出電極ＥＳｊの上層側（表面５側）に絶縁層２２を介して駆動電極ＥＤｉが形成される。第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、駆動電極ＥＤｉより更に表面５側に位置しており、粘着層３５によって回路基板２に貼り付けられている。すなわち、駆動電極ＥＤｉが検出電極ＥＳｊよりも表面５の近くに配置され、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２が駆動電極ＥＤｉよりも表面５の近くに配置される。
また、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、表面５からの近さに関して正電極（ＥＮ１，ＥＮ２）と負電極（ＥＰ１，ＥＰ２）との位置関係が互いに逆である。すなわち、第１圧電センサＰ１においては、第１正電極ＥＰ１が第１負電極ＥＮ１に比べて表面５の近くに位置するのに対して、第２圧電センサＰ２においては、第２負電極ＥＮ２が第２正電極ＥＰ２に比べて表面５の近くに位置する。第１圧電センサＰ１の第１正電極ＥＰ１と第２圧電センサＰ２の第２負電極ＥＮ２とは、表面５からの距離がほぼ等しい。また、第１圧電センサＰ１の第１負電極ＥＮ１と第２圧電センサＰ２の第２正電極ＥＰ２とは、表面５からの距離がほぼ等しい。
更に、図２の例に示す第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、表面５を臨む方向から見た平面視において、少なくとも一部が駆動電極ＥＤｉと重なる場所に配置される。すなわち、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎの表面５側にそれぞれ貼り付けられており、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎの各々に沿って延びている。検出電極ＥＳ１〜ＥＳｍ及び駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎの少なくとも一部と、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２の少なくとも一部が、表面部材４によって覆われている。
図４は、第１電荷検出回路１１とスイッチ回路２０の構成例を示す図である。
第１電荷検出回路１１は、第１圧電センサＰ１において発生した電荷と第２圧電センサＰ２において発生した電荷とに応じた第１検出信号Ｓｐを出力する。すなわち、第１電荷検出回路１１は、第１圧電センサＰ１からの電荷を第１電荷Ｑ１として入力する第１期間Ｔ１と、第２圧電センサＰ２からの電荷を第２電荷Ｑ２として入力する第２期間Ｔ２とを交互に反復し、第１電荷Ｑ１及び第２電荷Ｑ２の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた第１検出信号Ｓｐを出力する。
例えば第１電荷検出回路１１は、スイッチ回路２０を介して第１圧電センサＰ１又は第２圧電センサＰ２に接続される入力ノードＮｉｎを持つ。第１電荷検出回路１１は、入力ノードＮｉｎの電圧が参照電圧ＶＲに近づくように、入力ノードＮｉｎから電荷（第１電荷Ｑ１又は第２電荷Ｑ２）を入力する。
図４の例において、第１電荷検出回路１１は、チャージアンプ１１０とＡＤ変換器１２０を含む。
チャージアンプ１１０は、入力ノードＮｉｎの電圧が参照電圧ＶＲに近づくように入力ノードＮｉｎから電荷を入力する回路であり、入力した電荷を蓄積させるためのキャパシタを含む。チャージアンプ１１０は、第１期間Ｔ１において第１電荷Ｑ１をキャパシタの一方の電極に伝送し、第２期間Ｔ２において第２電荷Ｑ２をキャパシタの他方の電極に伝送する。チャージアンプ１１０は、キャパシタにおける電荷（第１電荷Ｑ１及び第２電荷Ｑ２）の蓄積量に応じた電圧Ｖ１及びＶ２をＡＤ変換器１２０に出力する。
例えばチャージアンプ１１０は、図４に示すように、演算増幅器ＯＰと、接続切り替え回路１１１と、帰還キャパシタＣｓを含む。演算増幅器ＯＰは、入力ノードＮｉｎの電圧と参照電圧ＶＲとの差を増幅した電圧である出力電圧Ｖｏを出力する。演算増幅器ＯＰの反転入力端子は入力ノードＮｉｎに接続され、演算増幅器ＯＰの非反転入力端子は参照電圧ＶＲに接続される。帰還キャパシタＣｓの一端は、接続切り替え回路１１１を介して入力ノードＮｉｎに接続される。帰還キャパシタＣｓの他端は、接続切り替え回路１１１を介して演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖｏの出力端子に接続される。接続切り替え回路１１１は、演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖｏの出力端子と入力ノードＮｉｎとの間における帰還キャパシタＣｓの接続の向きを、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで切り替える。
例えば接続切り替え回路１１１は、図４に示すように、４つのスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２，ＳＷ２−１，ＳＷ２−２を含む。スイッチＳＷ１−１は、帰還キャパシタＣｓの一方の端子（以下、「＋端子」と記す。）と入力ノードＮｉｎとの間に接続される。スイッチＳＷ１−２は、帰還キャパシタＣｓの他方の端子（以下、「−端子」と記す。）と演算増幅器ＯＰの出力端子との間に接続される。スイッチＳＷ２−１は、帰還キャパシタＣｓの−端子と入力ノードＮｉｎとの間に接続される。スイッチＳＷ２−２は、帰還キャパシタＣｓの＋端子と演算増幅器ＯＰの出力端子との間に接続される。スイッチＳＷ１−１及びＳＷ１−２は、第１期間Ｔ１においてオンし、第２期間Ｔ２においてオフする。スイッチＳＷ２−１及びＳＷ２−２は、第１期間Ｔ１においてオフし、第２期間Ｔ２においてオンする。
また図４の例において、チャージアンプ１１０は、演算増幅器ＯＰの反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還インピーダンスＺを含む。接続切り替え回路１１１の各スイッチは、帰還キャパシタＣｓの電荷が放電されないように、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との間の遷移期間において全てオフになる。帰還インピーダンスＺは、この遷移期間において演算増幅器ＯＰの出力端子から反転入力端子への負帰還の経路を形成することで、出力電圧Ｖｏの過渡的な変動を抑制する。帰還インピーダンスＺは、例えば抵抗素子を含んでおり、帰還キャパシタＣｓと帰還インピーダンスＺとの時定数が接続切り替え回路１１１の切り替え動作の周期に比べて十分に大きくなるように設定された抵抗値を持つ。
図４の例において、チャージアンプ１１０は、第１期間Ｔ１に演算増幅器ＯＰが出力した出力電圧Ｖｏを保持する信号保持回路１１２−１と、第２期間Ｔ２に演算増幅器ＯＰが出力した出力電圧Ｖｏを保持する信号保持回路１１２−２とを含む。信号保持回路１１２−１はスイッチＳＷ３−１とキャパシタＣ１を含み、信号保持回路１１２−２はスイッチＳＷ３−２とキャパシタＣ２を含む。キャパシタＣ１は、スイッチＳＷ３−１を介して演算増幅器ＯＰの出力端子とグランドとの間に接続される。キャパシタＣ２は、スイッチＳＷ３−２を介して演算増幅器ＯＰの出力端子とグランドとの間に接続される。チャージアンプ１１０は、信号保持回路１１２−１において保持した電圧Ｖ１と、信号保持回路１１２−２において保持した電圧Ｖ２とを、それぞれＡＤ変換器１２０に出力する。
ＡＤ変換器１２０は、チャージアンプ１１０から出力される電圧Ｖ１及びＶ２の差をデジタルの第１検出信号Ｓｐに変換し、処理部４０に出力する。ＡＤ変換器１２０は、処理部４０から出力される制御信号ＡＱに従って、アナログ信号（電圧Ｖ１，Ｖ２）からデジタル信号（第１検出信号Ｓｐ）への変換を行う。
スイッチ回路２０は、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２から第１電荷検出回路１１へ電荷を伝送する経路に設けられている。スイッチ回路２０は、上述した第１期間Ｔ１において、第１圧電センサＰ１の第１正電極ＥＰ１から第１電荷検出回路１１へ電荷を伝送する経路を形成する。またスイッチ回路２０は、上述した第２期間Ｔ２において、第２圧電センサＰ２の第２負電極ＥＮ２から第１電荷検出回路１１へ電荷を伝送する経路を形成する。
例えばスイッチ回路２０は、第１期間Ｔ１において、第１正電極ＥＰ１を入力ノードＮｉｎに接続するとともに第１負電極ＥＮ１を参照電圧ＶＲに接続し、第２期間Ｔ２において、第２負電極ＥＮ２を入力ノードＮｉｎに接続するとともに第２正電極ＥＰ２を参照電圧ＶＲに接続する。
スイッチ回路２０は、駆動部３０の駆動回路３１から出力される駆動電圧ＶＤｐに応じて、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２から第１電荷検出回路１１へ電荷を伝送する経路を切り替える。例えばスイッチ回路２０は、図４に示すように、スイッチＳＷ５及びＳＷ６を含む。スイッチＳＷ５は、駆動電圧ＶＤｐがハイレベルの場合に第１正電極ＥＰ１を入力ノードＮｉｎに接続し、駆動電圧ＶＤｐがローレベルの場合に第２負電極ＥＮ２を入力ノードＮｉｎに接続する。スイッチＳＷ６は、駆動電圧ＶＤｐがハイレベルの場合に第１負電極ＥＮ１を参照電圧ＶＲに接続し、駆動電圧ＶＤｐがローレベルの場合に第２正電極ＥＰ２を参照電圧ＶＲに接続する。
図２に戻る。
駆動部３０は、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎに駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤｎを印加する駆動回路３２−１〜３２−ｎと、スイッチ回路２０に駆動電圧ＶＤｐを出力する駆動回路３１とを含む。駆動回路３２−１〜３２−ｎ及び駆動回路３１は、処理部４０から出力される制御信号に従って、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤｎ及び駆動電圧ＶＤｐをハイレベル又はローレベルに設定する。
駆動回路３２−１〜３２−ｎは、例えば処理部４０の制御信号によって１つずつ順番に選択される。選択された駆動回路３２−ｉは、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで異なる方向にレベルが変化する周期的な駆動電圧ＶＤｉを駆動電極ＥＤｉに印加する。例えば駆動回路３２−ｉは、第１期間Ｔ１においてローレベルからハイレベルへ立ち上がり、第２期間Ｔ２においてハイレベルからローレベルへ立ち下がる駆動電圧ＶＤｉを出力する。
駆動回路３１は、例えば、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤｎの少なくとも一部の論理和に相当する電圧を駆動電圧ＶＤｐとして出力する。駆動電圧ＶＤｐが駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤｎの何れか１つと同じ場合には、駆動回路３１を省略し、駆動回路３２−１〜３２−ｎの何れか１つの出力をスイッチ回路２０の制御に用いてもよい。
第２電荷検出回路１２−ｊは、駆動電圧ＶＤｉの変化に伴ってキャパシタＣｉｊから検出電極ＥＳｊを介して入力した電荷に応じた第２検出信号Ｓｊを出力する。すなわち、第２電荷検出回路１２−ｊは、上述した第１期間Ｔ１において、キャパシタＣｉｊからの電荷を第３電荷Ｑ３として入力し、上述した第２期間Ｔ２において、キャパシタＣｉｊからの電荷を第４電荷Ｑ４として入力する。第２電荷検出回路１２−ｊは、第３電荷Ｑ３及び第４電荷Ｑ４の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた第２検出信号Ｓｊを出力する。
図５は、第２電荷検出回路１２−ｊの構成の一例を示す図である。図５の例において、第２電荷検出回路１２−ｊは、既に説明した第１電荷検出回路１１（図４）と同様なチャージアンプ１１０及びＡＤ変換器１２０を含む。入力ノードＮｉｎが検出電極ＥＳｊに接続され、帰還キャパシタＣｓに第３電荷Ｑ３及び第４電荷Ｑ４が蓄積される。チャージアンプ１１０は、帰還キャパシタＣｓに蓄積される第３電荷Ｑ３及び第４電荷Ｑ４に応じた電圧Ｖ１及びＶ２をＡＤ変換器１２０に出力する。ＡＤ変換器１２０は、チャージアンプ１１０から出力される電圧Ｖ１及びＶ２の差をデジタルの第２検出信号Ｓｊに変換し、処理部４０に出力する。
処理部４０は、入力装置の全体的な動作の制御を行う装置であり、例えばプログラムに従って命令を実行するコンピュータや、特定の処理を実行するように構成された専用のハードウェア（ロジック回路など）を含む。処理部４０は、全ての処理をコンピュータによって実行してもよいし、少なくとも一部の処理を専用のハードウェアにおいて実行してもよい。処理部４０は、駆動部３０の各駆動回路による駆動電圧の出力、スイッチ回路２０による電荷の伝送経路の切り替え、接続切り替え回路１１１による帰還キャパシタＣｓの接続の切り替え、信号保持回路１１２−１，１１２−２による出力電圧Ｖｏの保持、ＡＤ変換器１２０によるＡＤ変換動作などが、それぞれ適切なタイミングで行われるように、これらの回路の動作を制御する。また処理部４０は、第１検出信号Ｓｐに基づく圧力の検出結果の取得や、第２検出信号Ｓ１〜Ｓｍに基づく物体の接触位置の算出などを行う。
ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る入力装置の動作について説明する。
（圧電センサＰ１，Ｐ２による圧力の検出）
まず、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２によって圧力を検出する動作について説明する。図６は、第１電荷検出回路１１における各部の信号の例を示すタイミング図である。図６の例において、入力装置は、帰還キャパシタＣｓの電荷をリセットする動作モード（以下、「リセットモード」と記す。）と、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２において発生した電荷を検出する動作モード（以下、「検出モード」と記す。）とを交互に繰り返す。
リセットモードにおいて、入力装置は、接続切り替え回路１１１のスイッチＳＷ１−１，ＳＷ１−２，ＳＷ２−１，ＳＷ２−２をそれぞれオンするとともに、信号保持回路１１２−１のスイッチＳＷ３−１及び信号保持回路１１２−２のスイッチＳＷ３−２をそれぞれオンする。これにより、帰還キャパシタＣｓの両端が短絡されて、帰還キャパシタＣｓに蓄積された電荷が放電される。また、演算増幅器ＯＰにおいて出力される出力電圧Ｖｏが参照電圧ＶＲと等しくなるため、信号保持回路１１２−１及び１１２−２において保持される電圧Ｖ１及びＶ２は参照電圧ＶＲと等しくなる。
検出モードにおいて、入力装置は、スイッチＳＷ１−１及びＳＷ１−２をオンし、かつ、スイッチＳＷ２−１及びＳＷ２−２をオフする第１期間Ｔ１と、スイッチＳＷ１−１及びＳＷ１−２をオフし、かつ、スイッチＳＷ２−１及びＳＷ２−２をオンする第２期間Ｔ２とを交互に繰り返す。また入力装置は、第１期間Ｔ１において、第１圧電センサＰ１の第１正電極ＥＰ１を入力ノードＮｉｎに接続するとともに第１負電極ＥＮ１を参照電圧ＶＲに接続し、第２期間Ｔ２において、第２圧電センサＰ２の第２負電極ＥＮ２を入力ノードＮｉｎに接続するとともに第２正電極ＥＰ２を参照電圧ＶＲに接続する。これにより、第１期間Ｔ１では、第１圧電センサＰ１の第１正電極ＥＰ１側から帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ電荷（第１電荷Ｑ１）を伝送する経路が形成される。また第２期間Ｔ２では、第２圧電センサＰ２の第２負電極ＥＮ２側から帰還キャパシタＣｓの−端子側へ電荷（第２電荷Ｑ２）を伝送する経路が形成される。
ここで、表面部材４への荷重による圧力が所定の方向（例えば、第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２を圧縮する圧力が増大する方向）へ変化するものとする。この場合、第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２の圧電効果によって、第１正電極ＥＰ１及び第２正電極ＥＰ２には正の電荷が帯電し、第１負電極ＥＮ１及び第２負電極ＥＮ２には負の電荷が帯電する。
第１期間Ｔ１において、第１正電極ＥＰ１に正の電荷が帯電すると、第１負電極ＥＮ１が参照電圧ＶＲに接続されているため、入力ノードＮｉｎの電圧は参照電圧ＶＲに対して上昇する方向に変化する。入力ノードＮｉｎの電圧が参照電圧ＶＲより高くなると、演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖｏが低下し、帰還キャパシタＣｓの−端子側の電圧が低下して、第１正電極ＥＰ１に帯電した正の電荷が帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ移動する。演算増幅器ＯＰの負帰還の動作により、入力ノードＮｉｎの電圧は概ね参照電圧ＶＲに保たれる。その結果、第１期間Ｔ１において第１正電極ＥＰ１に帯電した正の電荷は、ほぼ全て帰還キャパシタＣｓの＋端子側に移動し、第１正電極ＥＰ１と第１負電極ＥＮ１との間の電圧差はほぼゼロになる。帰還キャパシタＣｓの＋端子側に正の第１電荷Ｑ１が移動する場合、帰還キャパシタＣｓの−端子側には、第１電荷Ｑ１の符号を反転したものに相当する負の電荷が供給される。
正の第１電荷Ｑ１が帰還キャパシタＣｓの＋端子側に蓄積され、第１電荷Ｑ１の符号を反転したものに相当する負の電荷が帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積されると、帰還キャパシタＣｓには、帰還キャパシタＣｓの静電容量（以下、「Ｃｓ」と記す。）と第１電荷Ｑ１の量（以下、「Ｑ１」と記す。）とに応じた電圧が発生する。すなわち、帰還キャパシタＣｓの−端子を基準とした＋端子の電圧Ｖｓは「Ｑ１／Ｃｓ」だけ上昇する。第１期間Ｔ１において帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓが「Ｑ１／Ｃｓ」だけ上昇すると、出力電圧Ｖｏは「Ｑ１／Ｃｓ」だけ低下する。
圧力が所定の方向へ大きく変化するほど、第１正電極ＥＰ１に帯電する正の電荷は大きくなる。そのため、第１期間Ｔ１において帰還キャパシタＣｓに蓄積される第１電荷Ｑ１の量は、圧力の変化の大きさを表す。言い換えると、第１期間Ｔ１における帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓの上昇分（出力電圧Ｖｏの低下分）「Ｑ１／Ｃｓ」は、所定の方向へ圧力が変化した大きさを表す。
第１期間Ｔ１に続く第２期間Ｔ２において、第２負電極ＥＮ２に負の電荷が帯電すると、第１正電極ＥＰ１が参照電圧ＶＲに接続されているため、入力ノードＮｉｎの電圧は参照電圧ＶＲに対して低下する方向に変化する。入力ノードＮｉｎの電圧が参照電圧ＶＲより低くなると、演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖｏが上昇し、帰還キャパシタＣｓの＋端子側の電圧が上昇して、第２負電極ＥＮ２に帯電した負の電荷が帰還キャパシタＣｓの−端子側へ移動する。演算増幅器ＯＰの負帰還の動作により、入力ノードＮｉｎの電圧は概ね参照電圧ＶＲに保たれる。その結果、第２期間Ｔ２において第２負電極ＥＮ２に帯電した負の電荷は、ほぼ全て帰還キャパシタＣｓの−端子側に移動し、第２負電極ＥＮ２と第２正電極ＥＰ２との間の電圧差はほぼゼロになる。帰還キャパシタＣｓの−端子側に負の第２電荷Ｑ２が移動する場合、帰還キャパシタＣｓの＋端子側には、第２電荷Ｑ２の符号を反転したものに相当する正の電荷が供給される。
負の第２電荷Ｑ２が帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積され、第２電荷Ｑ２の符号を反転したものに相当する正の電荷が帰還キャパシタＣｓの＋端子側に蓄積されると、帰還キャパシタＣｓには、帰還キャパシタＣｓの静電容量と第２電荷Ｑ２の量（以下、「Ｑ２」と記す。）とに応じた電圧が発生する。すなわち、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓは「Ｑ２／Ｃｓ」だけ上昇する。第２期間Ｔ２において帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓが「Ｑ２／Ｃｓ」だけ上昇すると、出力電圧Ｖｏは「Ｑ２／Ｃｓ」だけ上昇する。
圧力が所定の方向へ大きく変化するほど、第２負電極ＥＮ２に帯電する負の電荷は大きくなる。そのため、第２期間Ｔ２において帰還キャパシタＣｓに蓄積される第２電荷Ｑ２の量は、圧力の変化が大きさを表す。言い換えると、第２期間Ｔ２における帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓの上昇分（出力電圧Ｖｏの上昇分）「Ｑ２／Ｃｓ」は、所定の方向へ圧力が変化した大きさを表す。
ところで、第１期間Ｔ１を経た帰還キャパシタＣｓの−端子側には、第１電荷Ｑ１の符号を反転したものに相当する負の電荷が既に蓄積されている。第１期間Ｔ１に続く第２期間Ｔ２では、この既に蓄積された負の電荷と、第２負電極ＥＮ２から新たに伝送される負の第２電荷Ｑ２とが合成されて、帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積される。すなわち、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経た後、帰還キャパシタＣｓには、第１電荷Ｑ１及び第２電荷Ｑ２の一方の符号を反転して他方に合成した電荷が蓄積される。圧力が所定の方向へ変化している状態で第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２が交互に繰り返されると、当該合成した電荷の蓄積量が増大し、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓが上昇する。第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２における電圧Ｖｓの上昇分は、それぞれ所定の方向への圧力変化の大きさを表していることから、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を交互に繰り返すことによる電圧Ｖｓのトータルの上昇分も、所定の方向への圧力変化の大きさを表す。
演算増幅器ＯＰが出力する出力電圧Ｖｏは、帰還キャパシタＣｓに発生する電圧と参照電圧ＶＲとに応じた電圧になる。すなわち、出力電圧Ｖｏは、第１期間Ｔ１において「Ｖｏ＝ＶＲ−Ｖｓ」となり、第２期間Ｔ２において「Ｖｏ＝ＶＲ＋Ｖｓ」となる。圧力が所定の方向（例えば圧縮する圧力が増大する方向）へ変化する場合、第１期間Ｔ１に正の第１電荷Ｑ１が帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ伝送され、第２期間Ｔ２に負の第２電荷Ｑ２が帰還キャパシタＣｓの−端子側へ伝送される。この場合、図６に示すように、第１期間Ｔ１（ｔ１１〜ｔ１２，ｔ１３〜ｔ１４，ｔ１５〜ｔ１６）において出力電圧Ｖｏは参照電圧ＶＲよりも低くなり、第２期間Ｔ２（ｔ１２〜ｔ１３，ｔ１４〜ｔ１５，ｔ１６〜ｔ１７）において出力電圧Ｖｏは参照電圧ＶＲよりも高くなる。−端子側を基準とする帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓは、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を交互に繰り返す毎に上昇する。
第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２がそれぞれ所定回数ずつ反復された後、信号保持回路１１２−１及び１１２−２が信号をホールドした状態（スイッチＳＷ３−１及びＳＷ３−２がオフの状態）となるタイミングにおいて、制御信号ＡＱがアクティブになる。制御信号ＡＱがアクティブになると、ＡＤ変換器１２０は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差をデジタルの第１検出信号Ｓｐに変換する。電圧Ｖ１は第１期間Ｔ１に保持された出力電圧Ｖｏであり、電圧Ｖ２は第２期間Ｔ２に保持された出力電圧Ｖｏである。図６に示すように、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差は、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓの約２倍になる。従って、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差に応じた第１検出信号Ｓｐ１は、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓに応じた信号であり、圧力の変化の大きさを表す。
なお、表面部材４への荷重による圧力の変化の方向が上述した所定の方向に対して反対の方向である場合（例えば、第１圧電体ＰＺ１及び第２圧電体ＰＺ２を圧縮する圧力が減少する方向の場合）、上述とは逆に、第１期間Ｔ１では負の第１電荷Ｑ１が帰還キャパシタＣｓへ伝送され、第２期間Ｔ２では正の第２電荷Ｑ２が帰還キャパシタＣｓへ伝送される。この場合、図７に示すように、第１期間Ｔ１（ｔ２１〜ｔ２２，ｔ２３〜ｔ２４，ｔ２５〜ｔ２６）において出力電圧Ｖｏは参照電圧ＶＲよりも高くなり、第２期間Ｔ２（ｔ２２〜ｔ２３，ｔ２４〜ｔ２５，ｔ２６〜ｔ２７）において出力電圧Ｖｏは参照電圧ＶＲよりも低くなる。−端子側を基準とする帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓは、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を交互に繰り返す毎に低下する（負方向へ変化する）。この場合も、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２の繰り返しによって帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷の量は、圧力の変化に応じた大きさを持つ。そのため、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓに応じた第１検出信号Ｓｐは、圧力の変化の大きさを表す。
（圧電センサＰ１，Ｐ２の出力に重畳するノイズの影響）
次に、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２の出力に重畳する外来のノイズが圧力の検出結果に与える影響について説明する。
第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２が反復する周期Ｔｃに比べて圧力の変化が十分に遅いものとすると、圧力の変化の方向は第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２において概ね等しい。この場合、第１期間Ｔ１において帰還キャパシタＣｓの＋端子側に蓄積される第１電荷Ｑ１と、第２期間Ｔ２において帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積される第２電荷Ｑ２とは異なる符号を持つ。従って、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷の量は「Ｑ１＋Ｑ２」となる。
一方、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２が反復する周期Ｔｃに比べてノイズの周波数が十分に長い（ノイズの周波数が「１／Ｔｃ」に比べて十分に低い）ものとすると、第１期間Ｔ１において第１正電極ＥＰ１に誘導されるノイズによる電荷（以下、「ノイズ電荷Ｑｎ１」と記す。「Ｑｎ１」は電荷の量も表す。）と、第２期間Ｔ２において第２負電極ＥＮ２に誘導されるノイズによる電荷（以下、「ノイズ電荷Ｑｎ２」と記す。「Ｑｎ２」は電荷の量も表す。）とは、概ね同一の符号を持つ。そうすると、第１電荷Ｑ１とノイズ電荷Ｑｎ１とが同じ符号を持つ場合、第２電荷Ｑ２とノイズ電荷Ｑｎ２とが異なる符号を持つ。逆に、第１電荷Ｑ１とノイズ電荷Ｑｎ１とが異なる符号を持つ場合、第２電荷Ｑ２とノイズ電荷Ｑｎ２とが同じ符号を持つ。
第１電荷Ｑ１とノイズ電荷Ｑｎ１とが同じ符号を持つ場合、第１期間Ｔ１において帰還キャパシタＣｓの＋端子側に蓄積される電荷の量は、ノイズが無い場合に比べてノイズ電荷Ｑｎ１だけ増える（Ｑ１＋Ｑｎ１）。この場合、第２電荷Ｑ２とノイズ電荷Ｑｎ２とが異なる符号を持つため、第２期間Ｔ２において帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積される電荷の量は、ノイズが無い場合に比べてノイズ電荷Ｑｎ２だけ減る（Ｑ２−Ｑｎ２）。
その結果、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷の量は「Ｑ１＋Ｑ２＋（Ｑｎ１−Ｑｎ２）」となる。つまり、第１期間Ｔ１のノイズ電荷Ｑｎ１と第２期間Ｔ２のノイズ電荷Ｑｎ２とが打ち消し合い、ノイズによる電荷の量が全体として減少する。
他方、第１電荷Ｑ１とノイズ電荷Ｑｎ１とが異なる符号を持つ場合、第１期間Ｔ１において帰還キャパシタＣｓの＋端子側に蓄積される電荷の量は、ノイズが無い場合に比べてノイズ電荷Ｑｎ１だけ減る（Ｑ１−Ｑｎ１）。この場合、第２電荷Ｑ２とノイズ電荷Ｑｎ２とが同じ符号を持つため、第２期間Ｔ２において帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積される電荷の量は、ノイズが無い場合に比べてノイズ電荷Ｑｎ２だけ増える（Ｑ２＋Ｑｎ２）。
その結果、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷の量は「Ｑ１＋Ｑ２＋（Ｑｎ２−Ｑｎ１）」となる。つまり、この場合も、第１期間Ｔ１のノイズ電荷Ｑｎ１と第２期間Ｔ２のノイズ電荷Ｑｎ２とが打ち消し合い、ノイズによる電荷の量が全体として減少する。
また、本実施形態に係る入力装置では、図３の例に示すように、第１正電極ＥＰ１が第１負電極ＥＮ１に比べて表面５の近くに位置し、第２負電極ＥＮ２が第２正電極ＥＰ２に比べて表面５の近くに位置する。表面部材４の表面５には指などの物体が接触して荷重を与えるため、表面５に近いほど、表面５に近づく物体からのノイズを受け易くなる。つまり、第１正電極ＥＰ１と第２正電極ＥＰ２は、表面５に近づく物体からのノイズを受け易い位置にあり、互いに近似したノイズが誘導され易い。そのため、第１正電極ＥＰ１に誘導されるノイズ電荷Ｑｎ１と第２負電極ＥＮ２に誘導されるノイズ電荷Ｑｎ２とが、互いに近似した量を持ち易い。これにより、ノイズ電荷Ｑｎ１とノイズ電荷Ｑｎ２とがより有効に打ち消し合うため、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積されるノイズの電荷の量がより小さくなる。
図８は、ノイズに対する感度の周波数特性の例を示す図である。本実施形態に係る入力装置のノイズに対する感度は、図８において示すように、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を反復する周波数（１／Ｔｃ）から離れるほど小さくなる。従って、外来のノイズが分布する低周波の周波数帯域に比べて周波数（１／Ｔｃ）を十分に高くすることにより、第１検出信号Ｓｐに含まれる外来ノイズの成分は効果的に抑制される。
（静電センサ部１０における静電容量の変化の検出）
次に、物体の近接に伴って変化する静電センサ部１０のキャパシタＣｉｊの静電容量を検出する動作について説明する。
第２電荷検出回路１２−ｊにおいて第２検出信号Ｓｊを生成する動作は、第１電荷検出回路１１において第１検出信号Ｓｐを生成する上述した動作と概ね同じである。例えば図６と同様に、第２電荷検出回路１２−ｊにおいても、リセットモードと検出モードが存在する。リセットモードの場合、帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷が放電されるとともに、信号保持回路１１２−１及び１１２−２において保持される電圧Ｖ１及びＶ２が参照電圧ＶＲと等しくなる。検出モードに移行すると、第１期間Ｔ１においては、キャパシタＣｉｊの検出電極ＥＳｊ側から帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ電荷（第３電荷Ｑ３）が伝送され、第２期間Ｔ２においては、キャパシタＣｉｊの検出電極ＥＳｊ側から帰還キャパシタＣｓの−端子側へ電荷（第４電荷Ｑ４）が伝送される。
駆動回路３２−１〜３２−ｎは、処理部４０によって１つずつ順番に選択され、選択された駆動回路３２−ｉにおいて駆動電圧ＶＤｉが出力される。駆動電圧ＶＤｉは、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで異なる方向にレベルが変化する。例えば、駆動電圧ＶＤｉは、第１期間Ｔ１においてローレベルからハイレベルへ立ち上がり、第２期間Ｔ２においてハイレベルからローレベルへ立ち下がる。このようにレベルが変化する駆動電圧ＶＤｉが駆動電極ＥＤｉに印加されると、駆動電極ＥＤｉと検出電極ＥＳｊとの間に形成されるキャパシタＣｉｊには、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで異なる符号の電荷が蓄積される。
第１期間Ｔ１において、駆動電極ＥＤｉに印加される駆動電圧ＶＤｉがローレベルからハイレベルに立ち上がると、この電圧の変化がキャパシタＣｉｊを介して検出電極ＥＳｊに作用し、検出電極ＥＳｊの電圧が上昇する。検出電極ＥＳｊの電圧の上昇により、入力ノードＮｉｎの電圧が参照電圧ＶＲより高くなると、演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖｏが低下し、帰還キャパシタＣｓの−端子側の電圧が低下する。帰還キャパシタＣｓの−端子側の電圧が低下すると、キャパシタＣｉｊの検出電極ＥＳｊ側から帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ正の電荷が移動し、検出電極ＥＳｊの電圧の上昇が抑制される。演算増幅器ＯＰの負帰還の動作により、検出電極ＥＳｊの電圧は概ね参照電圧ＶＲに保たれる。その結果、帰還キャパシタＣｓの＋端子側には、第１期間Ｔ１におけるキャパシタＣｉｊの電荷の変化分に対応した正の第３電荷Ｑ３が伝送される。駆動電圧ＶＤｉのローレベルからハイレベルまでの電圧差を「ＶＤＤ」とすると、第３電荷Ｑ３の大きさは概ね「Ｃｉｊ×ＶＤＤ」となる。正の第３電荷Ｑ３が帰還キャパシタＣｓの＋端子側に伝送されると、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓは「（Ｃｉｊ／Ｃｓ）×ＶＤＤ」だけ上昇する。電圧Ｖｓの上昇分は、キャパシタＣｉｊの静電容量に比例する。
他方、第２期間Ｔ２において、駆動電極ＥＤｉに印加される駆動電圧ＶＤｉがハイレベルからローレベルに立ち下がると、この電圧の変化がキャパシタＣｉｊを介して検出電極ＥＳｊに作用し、検出電極ＥＳｊの電圧が低下する。検出電極ＥＳｊの電圧の低下により、入力ノードＮｉｎの電圧が参照電圧ＶＲより低くなると、演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖｏが上昇し、帰還キャパシタＣｓの＋端子側の電圧が上昇する。帰還キャパシタＣｓの＋端子側の電圧が上昇すると、キャパシタＣｉｊの検出電極ＥＳｊ側から帰還キャパシタＣｓの−端子側へ負の電荷が移動し、検出電極ＥＳｊの電圧の低下が抑制される。演算増幅器ＯＰの負帰還の動作により、検出電極ＥＳｊの電圧は概ね参照電圧ＶＲに保たれる。その結果、帰還キャパシタＣｓの−端子側には、第２期間Ｔ２におけるキャパシタＣｉｊの電荷の変化分に対応した負の第４電荷Ｑ４が伝送される。第４電荷Ｑ４の大きさは概ね「Ｃｉｊ×ＶＤＤ」となる。負の第４電荷Ｑ４が帰還キャパシタＣｓの−端子側に伝送されると、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓは「（Ｃｉｊ／Ｃｓ）×ＶＤＤ」だけ上昇する。電圧Ｖｓの上昇分は、キャパシタＣｉｊの静電容量に比例する。
このように、第２電荷検出回路１２−ｊにおいても、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで異なる符号の電荷（第３電荷Ｑ３，第４電荷Ｑ４）が入力ノードＮｉｎに入力されて、帰還キャパシタＣｓに蓄積される。そのため、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に反復されると、既に説明した第１電荷検出回路１１と同様の動作により、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓが上昇する。第２検出信号Ｓｊは、帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓに応じた信号であり、キャパシタＣｉｊの静電容量を表す。
（静電センサ部１０の出力に重畳するノイズの影響）
次に、静電センサ部１０の出力に重畳する外来のノイズがキャパシタＣｉｊの静電容量の検出結果に与える影響について説明する。
上述したように、第１期間Ｔ１において帰還キャパシタＣｓの＋端子側に蓄積される第３電荷Ｑ３と、第２期間Ｔ２において帰還キャパシタＣｓの−端子側に蓄積される第４電荷Ｑ４とは異なる符号を持つ。従って、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷の量は「Ｑ３＋Ｑ４」となる。
一方、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２が反復する周期Ｔｃに比べてノイズの周波数が十分に長い（ノイズの周波数が「１／Ｔｃ」に比べて十分に低い）ものとすると、第１期間Ｔ１において検出電極ＥＳｊに誘導されるノイズによる電荷（以下、「ノイズ電荷Ｑｎ３」と記す。「Ｑｎ３」は電荷の量も表す。）と、第２期間Ｔ２において検出電極ＥＳｊに誘導されるノイズによる電荷（以下、「ノイズ電荷Ｑｎ４」と記す。「Ｑｎ４」は電荷の量も表す。）とは、概ね同一の符号を持つ。そうすると、第３電荷Ｑ３とノイズ電荷Ｑｎ３とが同じ符号を持つ場合、第４電荷Ｑ４とノイズ電荷Ｑｎ４とが異なる符号を持つ。この場合、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積される電荷の量は、既に説明した第１電荷検出回路１１と同様の動作により、「Ｑ３＋Ｑ４＋（Ｑｎ３−Ｑｎ４）」となる。つまり、第１期間Ｔ１のノイズ電荷Ｑｎ３と第２期間Ｔ２のノイズ電荷Ｑｎ４とが打ち消し合い、ノイズによる電荷の量が全体として減少する。
なお、静電センサ部１０では、第１期間Ｔ１のノイズ電荷Ｑｎ３と第２期間Ｔ２のノイズ電荷Ｑｎ４とが何れも検出電極ＥＳｊに誘導されるため、ノイズ電荷Ｑｎ３とノイズ電荷Ｑｎ４とが近似し易い。従って、ノイズ電荷Ｑｎ１とノイズ電荷Ｑｎ２とがより有効に打ち消し合うため、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積されるノイズの電荷の量がより小さくなる。
以上説明したように、本実施形態に係る入力装置では、表面部材４の表面５に指などの物体が接触して荷重を与えるため、表面５に近いほど、表面５に近づく物体からの外来ノイズを受け易くなる。第１正電極ＥＰ１は第１負電極ＥＮ１に比べて表面５の近くに位置し、第２負電極ＥＮ２は第２正電極ＥＰ２に比べて表面５の近くに位置するため、第１正電極ＥＰ１及び第２負電極ＥＮ２は、それぞれ外来ノイズの影響を受け易い。第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に反復される周期Ｔｃに比べて外来ノイズの周期が比較的長い場合（外来ノイズの周波数が比較的低い場合）、第１期間Ｔ１に第１正電極ＥＰ１から伝送される第１電荷Ｑ１と、第２期間Ｔ２に第２負電極Ｅｎ２から伝送される第２電荷Ｑ２とが近似したノイズ電荷（外来ノイズにより誘導される電荷）を含み易くなる。すなわち、第１電荷Ｑ１に含まれるノイズ電荷Ｑｎ１と第２電荷Ｑ２に含まれるノイズ電荷Ｑｎ２とは、同一符号で近似した大きさを持ち易くなる。そのため、第１電荷Ｑ１及び第２電荷Ｑ２の一方の符号を反転して他方に合成した場合、当該合成した電荷においては、第１電荷Ｑ１に含まれるノイズ電荷Ｑｎ１と第２電荷Ｑ２に含まれるノイズ電荷Ｑｎ２とが相殺され、全体のノイズ電荷が小さくなる。従って、当該合成した電荷の蓄積量に応じた第１検出信号Ｓｐにおいて、外来ノイズの影響を低減できる。
また、本実施形態に係る入力装置では、スイッチ回路２０において、圧電センサＰから第１電荷検出回路１１へ電荷を伝送する経路が駆動電圧ＶＤｐに応じて切り替えられため、スイッチ回路２０を制御するための構成が簡易になる。
更に、本実施形態に係る入力装置では、圧電センサ（Ｐ１，Ｐ２）に用いられる第１電荷検出回路１１が静電センサ部１０に用いられる第２電荷検出回路１２−１〜１２−ｍとがほぼ共通の構成を持つ。そのため、これらの電荷検出回路を共通のＩＣ上に形成し易くなり、圧電センサ（Ｐ１，Ｐ２）のために専用の電荷検出回路を設けなくてもよくなるため、回路の構成を簡易化できる。
また、本実施形態に係る入力装置では、検出電極ＥＳｊよりも表面５の近くに駆動電極ＥＤｉが配置され、駆動電極ＥＤｉよりも表面５の近くに第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２が配置される。第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、表面５を臨む方向から見た平面視において、少なくとも一部が駆動電極ＥＤｉと重なる場所に配置される。これにより、キャパシタＣｉｊを形成する検出電極ＥＳｊと駆動電極ＥＤｉとの間の領域が、第１圧電センサＰ１や第２圧電センサＰ２によって表面５側から覆われなくなるため、表面５側から近接する指などの物体に対して、キャパシタＣｉｊの静電容量の変化を生じ易くすることができる。また、駆動電極ＥＤｉを挟んで第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２と検出電極ＥＳｊとが隔てられているため、第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２と検出電極ＥＳｊとの間の寄生的なキャパシタが生じ難くなり、キャパシタＣｉｊの検出精度の低下が抑制される。更に、検出電極ＥＳｊが駆動電極ＥＤｉよりも表面５から離れているため、表面５に近づく物体からの外来ノイズが検出電極ＥＳｊに作用し難くなり、ノイズによる静電容量の検出結果のばらつきが抑制される。
なお、上述した図３の例では、第１圧電センサＰ１において第１正電極ＥＰ１が第１負電極ＥＮ１に比べて表面５に近く、第２圧電センサＰ２において第２負電極ＥＮ２が第１正電極ＥＰ１に比べて表面５に近いが、この位置関係は逆でもよい。すなわち、第１圧電センサＰ１において第１負電極ＥＮ１が第１正電極ＥＰ１に比べて表面５に近く、第２圧電センサＰ２において第２正電極ＥＰ２が第２負電極ＥＮ２に比べて表面５に近くてもよい。
また、上述した図４の例では、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とにおいて参照電圧ＶＲに接続される第１圧電センサＰ１の第１負電極ＥＮ１と第２圧電センサＰ２の第２正電極ＥＰ２とがスイッチＳＷ６により切り替えられているが、本実施形態の他の例では、スイッチＳＷ６を省略し、これらの電極（ＥＮ１，ＥＰ１）の両方を参照電圧ＶＲに直接接続してもよい。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る入力装置について説明する。図９は、第２の実施形態に係る入力装置における第１電荷検出回路１１とスイッチ回路２０Ａの構成例を示す図である。本実施形態に係る入力装置は、第１の実施形態に係る入力装置におけるスイッチ回路２０をスイッチ回路２０Ａに置換し、第１圧電センサＰ１の第１負電極ＥＮ１と第２圧電センサＰ２の第２正電極ＥＰ２とを導通させたものであり、他の構成は第１の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、第１の実施形態に係る入力装置との相違点を中心に説明する。
第１圧電センサＰ１及び第２圧電センサＰ２は、一端が正電極となり、他端が負電極となるように直列接続される。図１５の例では、一端が第１正電極ＥＰ１となり、他端が第２負電極ＥＮ２となるように、第１負電極ＥＮ１と第２正電極ＥＰ２とが接続されている。
スイッチ回路２０Ａは、第１期間Ｔ１において、一端の第１正電極ＥＰ１を入力ノードＮｉｎに接続するとともに他端の第２負電極ＥＮ２を参照電圧ＶＲに接続し、第２期間Ｔ２において、他端の第２負電極ＥＮ２を入力ノードＮｉｎに接続するとともに一端の第１正電極ＥＰ１を参照電圧ＶＲに接続する。
図９の例において、スイッチ回路２０Ａは、スイッチＳＷ７とスイッチＳＷ８を含む。スイッチＳＷ７は、駆動電圧ＶＤｐがハイレベルの場合に第１正電極ＥＰ１を入力ノードＮｉｎに接続し、駆動電圧ＶＤｐがローレベルの場合に第１正電極ＥＰ１を参照電圧ＶＲに接続する。スイッチＳＷ８は、駆動電圧ＶＤｐがハイレベルの場合に第２負電極ＥＮ２を参照電圧ＶＲに接続し、駆動電圧ＶＤｐがローレベルの場合に第２負電極ＥＮ２を入力ノードＮｉｎに接続する。
本実施形態に係る入力装置においても、既に説明した第１の実施形態に係る入力装置と同様に、第１期間Ｔ１では第１圧電センサＰ１の第１正電極ＥＰ１から帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ第１電荷Ｑ１が伝送され、第２期間Ｔ２では第２圧電センサＰ２の第２負電極ＥＮ２から帰還キャパシタＣｓの−端子側へ第２電荷Ｑ２が伝送される。第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで圧力の変化の方向が同じ場合、第１電荷Ｑ１と第２電荷Ｑ２とは異なる符号を持つ。従って、第１の実施形態に係る入力装置と同様の動作により、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との繰り返しによって帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓが上昇若しくは低下し、この電圧Ｖｓの上昇分若しくは低下分に応じた第１検出信号Ｓｐが生成される。第１検出信号Ｓｐは、圧力の変化の大きさに応じた信号となる。
また、本実施形態に係る入力装置においても、既に説明した第１の実施形態に係る入力装置と同様に、第１正電極ＥＰ１及び第２負電極ＥＮ２が表面５の近くに位置しており、互いに近似したノイズが誘導され易い。そのため、第１期間Ｔ１において第１正電極ＥＰ１に誘導されるノイズ電荷Ｑｎ１と、第２期間Ｔ２において第２負電極ＥＮ２に誘導されるノイズ電荷Ｑｎ２とが、互いに近似した量を持ち易い。これにより、ノイズ電荷Ｑｎ１とノイズ電荷Ｑｎ２とがより有効に打ち消し合うため、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２を経て帰還キャパシタＣｓに蓄積されるノイズの電荷の量がより小さくなる。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る入力装置について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。図１１は、本実施形態に係る入力装置における第１電荷検出回路１１とスイッチ回路２０Ａの構成例を示す図である。本実施形態に係る入力装置は、第２の実施形態に係る入力装置において直列接続された２つの圧電センサ（Ｐ１，Ｐ２）を１つの圧電センサＰに置き換えたものであり、他の構成は第２の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、第２の実施形態に係る入力装置との相違点を中心に説明する。
図１２は、本実施形態に係る入力装置において検出電極ＥＳｊと駆動電極ＥＤｉとが交差する部分の構造の一例を示す断面図である。図１２の例でも、図３の例と同様に、回路基板２の基材２１に検出電極ＥＳｊが形成され、検出電極ＥＳｊの上層側（表面５側）に絶縁層２２を介して駆動電極ＥＤｉが形成される。圧電センサＰは、駆動電極ＥＤｉより更に表面５側に位置しており、粘着層３５によって回路基板２に貼り付けられている。圧電センサＰは、表面５を臨む方向から見た平面視において、少なくとも一部が駆動電極ＥＤｉと重なる場所に配置される。圧電センサＰは、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎの表面５側にそれぞれ貼り付けられており、駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎの各々に沿って延びている。検出電極ＥＳ１〜ＥＳｍ及び駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎの少なくとも一部と、圧電センサＰの少なくとも一部が、表面部材４によって覆われている。
圧電センサＰは、圧電体ＰＺと、圧電体ＰＺにおいて異なる符号の電荷を発生する部分に設けられた正電極ＥＰ及び負電極ＥＮとを含む。正電極ＥＰは、表面部材４への荷重による圧力が所定の方向へ変化したときに（例えば、圧電体ＰＺを圧縮する圧力が増大したときに）正の電荷が発生する部分に設けられている。負電極ＥＮは、この所定の方向へ圧力が変化したときに負の電荷が発生する部分に設けられている。図１２の例において、正電極ＥＰは負電極ＥＮに比べて表面５の近くに位置する。
本実施形態に係る入力装置においても、既に説明した第２の実施形態に係る入力装置と同様に、第１期間Ｔ１では圧電センサＰの正電極ＥＰから帰還キャパシタＣｓの＋端子側へ第１電荷Ｑ１が伝送され、第２期間Ｔ２では圧電センサＰの負電極ＥＮから帰還キャパシタＣｓの−端子側へ第２電荷Ｑ２が伝送される。第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで圧力の変化の方向が同じ場合、第１電荷Ｑ１と第２電荷Ｑ２とは異なる符号を持つ。従って、第２の実施形態に係る入力装置と同様の動作により、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との繰り返しによって帰還キャパシタＣｓの電圧Ｖｓが上昇若しくは低下し、この電圧Ｖｓの上昇分若しくは低下分に応じた第１検出信号Ｓｐが生成される。第１検出信号Ｓｐは、圧力の変化の大きさに応じた信号となる。
第２の実施形態に係る入力装置において直列接続された２つの圧電センサ（Ｐ１，Ｐ２）を等価的に１つの圧電センサとみなした場合、第２の実施形態に係る入力装置では、圧電センサの２つの端子（ＥＰ１，ＥＮ２）の両方が表面５の近くに位置しているのに対し、本実施形態に係る入力装置では、圧電センサＰの２つの端子（ＥＰ，ＥＮ）のうち一方のみが表面５の近くに位置しているという違いがある。従って、本実施形態に係る入力装置は、第２の実施形態に係る入力装置に比べて、第１期間Ｔ１の第１電荷Ｑ１に含まれるノイズ電荷Ｑｎ１と第２期間Ｔ１の第２電荷Ｑ２に含まれるノイズ電荷Ｑｎ２との差が大きくなり、ノイズ電荷Ｑｎ１とノイズ電荷Ｑｎ２とが相殺され難い。しかしながら、本実施形態に係る入力装置では圧電センサが１つになるため、第２の実施形態に係る入力装置に比べて構成が簡易になる。
以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに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。
例えば、上述した実施形態では、静電センサ部１０の検出電極ＥＳｊ及び駆動電極ＥＤｉに比べて圧電センサ（Ｐ，Ｐ１，Ｐ２）が表面部材４の表面５の近くに位置しているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、圧電センサに比べて静電センサ部（検出電極，駆動電極）が表面部材の表面の近くに位置してもよい。
また、上述した実施形態では、表面部材４への押圧の荷重による圧力の検出結果として１つの第１検出信号Ｓｐが得られる構成となっているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、それぞれ独立に第１検出信号を生成する複数組の圧力検出部(圧電センサ、スイッチ回路、第１電荷検出回路を含んだユニット）を設けてもよい。
例えば、ｎ個の駆動電極ＥＤ１〜ＥＤｎに沿ってｎ個の圧電センサのパターンが形成されている場合、このｎ個の圧電センサのパターンを図２に示すように全て並列接続するのではなく、複数のブロックに分けてブロック毎に並列接続してもよい。ブロック毎にスイッチ回路及び第１電荷検出回路を設けて圧電センサと接続することにより、ブロック毎に第１検出信号を生成することができる。
上述した実施形態では、物体の近接による静電容量の変化を検出しているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、静電容量の変化を検出するための回路を省略し、荷重による圧力の検出のみを行ってもよい。
本発明の第１の側面に係る入力装置は、荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、前記荷重による圧力の変化に応じた電荷をそれぞれ発生する第１圧電センサ及び第２圧電センサと、前記第１圧電センサにおいて発生した電荷と前記第２圧電センサにおいて発生した電荷とに応じた第１検出信号を出力する第１電荷検出回路と、前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路と、前記荷重を受ける表面を持ち、前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサの少なくとも一部を覆う表面部材とを有する。前記第１圧電センサは、第１圧電体と、所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第１圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた第１負電極と、前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第１圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられ、前記第１負電極より前記表面の近くに位置する第１正電極とを含む。前記第２圧電センサは、第２圧電体と、前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第２圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた第２正電極と、前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第２圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられ、前記第２正電極より前記表面の近くに位置する第２負電極とを含む。前記第１電荷検出回路は、前記第１圧電センサからの電荷を第１電荷として入力する第１期間と、前記第２圧電センサからの電荷を第２電荷として入力する第２期間とを交互に反復し、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号を出力する。前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第２期間において、前記第２負電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する。
上記第１の側面に係る入力装置によれば、前記所定の方向へ前記圧力が変化した場合、前記第１期間では、前記第１正電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して正の電荷が伝送され、前記第２期間では、前記第２負電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して負の電荷が伝送される。また、前記所定の方向に対して反対の方向へ前記圧力が変化した場合、前記第１期間では、前記第１正電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して負の電荷が伝送され、前記第２期間では、前記第２負電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して正の電荷が伝送される。すなわち、前記第１期間と前記第２期間とで前記圧力の変化の方向が同じ場合、前記第１期間において前記第１電荷検出回路に入力される前記第１電荷と、前記第２期間において前記第１電荷検出回路に入力される前記第２電荷とが異なる符号を持つ。そのため、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成した場合、当該合成した電荷は、前記圧力の変化に応じた大きさを持つ。従って、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号は、前記圧力の変化に応じた信号となる。
また、上記第１の側面に係る入力装置によれば、前記表面部材の前記表面に指などの物体が接触して荷重を与えるため、前記表面に近いほど、前記表面に近づく物体からの外来ノイズを受け易くなる。前記第１正電極は前記第１負電極に比べて前記表面の近くに位置し、前記第２負電極は前記第２正電極に比べて前記表面の近くに位置するため、前記第１正電極及び前記第２負電極は、それぞれ外来ノイズの影響を受け易い。ここで、前記第１期間と前記第２期間とが交互に反復される周期に比べて外来ノイズの周期が比較的長い場合（外来ノイズの周波数が比較的低い場合）、前記第１期間に前記第１正電極から伝送される前記第１電荷と、前記第２期間に前記第２負電極から伝送される前記第２電荷とが近似したノイズ電荷（外来ノイズにより誘導される電荷）を含み易くなる。すなわち、前記第１電荷に含まれるノイズ電荷と前記第２電荷に含まれるノイズ電荷とは、同一符号で近似した大きさを持ち易くなる。そのため、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成した場合、当該合成した電荷においては、前記第１電荷に含まれるノイズ電荷と前記第２電荷に含まれるノイズ電荷とが相殺され、全体のノイズ電荷が小さくなる。従って、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号では、外来ノイズの影響が低減される。
好適に、前記第１電荷検出回路は、入力ノードの電圧が参照電圧に近づくように、前記入力ノードから電荷を入力してよい。前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極を前記入力ノードに接続し、前記第２期間において、前記第２負電極を前記入力ノードに接続してよい。前記第１負電極及び前記第２正電極には、前記参照電圧が印加されてよい。
この構成によれば、前記第１期間において、前記第１正電極と前記第１負電極との電圧差が小さくなるように、前記第１圧電体に生じた前記第１電荷が前記第１正電極から前記入力ノードへ伝送される。前記第２期間においては、前記第２負電極と前記第２正電極との電圧差が小さくなるように、前記第２圧電体に生じた前記第２電荷が前記第２負電極から前記入力ノードへ伝送される。
好適に、前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１負電極を前記参照電圧に接続し、前記第２期間において、前記第２正電極を前記参照電圧に接続してよい。
好適に、前記第１負電極と前記第２正電極とが導通してもよい。前記第１電荷検出回路は、入力ノードの電圧が参照電圧に近づくように、前記入力ノードから電荷を入力してよい。前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極を前記入力ノードに接続するとともに前記第２負電極を前記参照電圧に接続し、前記第２期間において、前記第２負電極を前記入力ノードに接続するとともに前記第１正電極を前記参照電圧に接続してよい。
この構成によれば、前記第１期間において、前記第１正電極と前記第２負電極との電圧差が小さくなるように、前記第１圧電体に生じた前記第１電荷が前記第１正電極から前記入力ノードへ伝送される。前記第２期間においては、前記第２負電極と前記第１正電極との電圧差が小さくなるように、前記第２圧電体に生じた前記第２電荷が前記第２負電極から前記入力ノードへ伝送される。
好適に、前記第１電荷検出回路は、一端が前記入力ノードに接続された帰還キャパシタと、前記入力ノードの電圧と前記参照電圧との差を増幅した電圧である出力電圧を前記帰還キャパシタの他端に出力する演算増幅器と、前記演算増幅器の前記出力電圧の出力端子と前記入力ノードとの間における前記帰還キャパシタの接続の向きを、前記第１期間と前記第２期間とで切り替える接続切り替え回路とを含んでよい。
好適に、上記第１の側面に係る入力装置は、前記荷重を加える物体の近接に伴って静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極及び駆動電極と、前記第１期間と前記第２期間とで異なる方向に変化する周期的な駆動電圧を前記駆動電極に印加する駆動回路と、前記駆動電圧の変化に伴って前記キャパシタから前記検出電極を介して入力した電荷に応じた第２検出信号を出力する第２電荷検出回路とを有してよい。前記第２電荷検出回路は、前記第１期間において、前記キャパシタからの電荷を第３電荷として入力し、前記第２期間において、前記キャパシタからの電荷を第４電荷として入力し、前記第３電荷及び前記第４電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第２検出信号を出力してよい。前記スイッチ回路は、前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を前記駆動電圧に応じて切り替えてよい。
この構成によれば、前記第１期間と前記第２期間とで異なる方向に変化する周期的な駆動電圧が前記駆動電極に印加される。そのため、前記駆動電圧の変化に伴う前記キャパシタの電荷の変化分は、前記第１期間と前記第２期間とで符号が異なる。前記第２電荷検出回路には、前記駆動電圧の変化に伴う前記キャパシタの電荷の変化分に対応した電荷が入力される。前記第１期間において前記キャパシタから前記第２電荷検出回路に入力される前記第３電荷と、前記第２期間において前記キャパシタから前記第２電荷検出回路に入力される前記第４電荷とは、異なる符号を持つ。そのため、前記第３電荷及び前記第４電荷の一方の符号を反転して他方に合成した場合、当該合成した電荷は、前記キャパシタの静電容量に応じた大きさを持つ。従って、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第２検出信号は、前記キャパシタの静電容量に応じた信号となる。
前記第１期間と前記第２期間とが交互に反復される周期に比べて外来ノイズの周期が比較的長い場合（外来ノイズの周波数が比較的低い場合）、前記第１期間に前記検出電極から伝送される前記第３電荷と、前記第２期間に前記検出電極から伝送される前記第４電荷とが近似したノイズ電荷（外来ノイズにより誘導される電荷）を含み易くなる。すなわち、前記第３電荷に含まれるノイズ電荷と前記第４電荷に含まれるノイズ電荷とが、同一符号で近似した大きさを持ち易くなる。そのため、前記第３電荷及び前記第４電荷の一方の符号を反転して他方に合成した場合、当該合成した電荷においては、前記第３電荷に含まれるノイズ電荷と前記第４電荷に含まれるノイズ電荷とが相殺され、全体のノイズ電荷が小さくなる。従って、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第２検出信号では、外来ノイズの影響が低減される。
また、前記スイッチ回路において、前記圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路が前記駆動電圧に応じて切り替えられるため、前記スイッチ回路を制御するための構成が簡易になる。
好適に、前記駆動電極は、前記検出電極よりも前記表面の近くに配置されてよい。前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサは、前記駆動電極よりも前記表面の近くであって、前記表面を臨む方向から見た平面視において少なくとも一部が前記駆動電極と重なる場所に配置されてよい。
この構成によれば、前記キャパシタを形成する前記検出電極と前記駆動電極との間の領域が、前記圧電センサによって前記表面側から覆われていないため、前記表面側から近接する物体に対して、前記キャパシタの静電容量の変化が生じ易くなる。また、前記駆動電極を挟んで前記圧電センサと前記検出電極とが隔てられているため、前記圧電センサと前記検出電極との間の寄生的なキャパシタが生じ難い。更に、前記検出電極が前記駆動電極よりも前記表面から離れているため、前記表面に近づく物体からの外来ノイズが前記検出電極に作用し難い。
好適に、前記第２電荷検出回路は、一端が前記検出電極に接続された帰還キャパシタと、前記検出電極の電圧と参照電圧との差を増幅した電圧である出力電圧を前記帰還キャパシタの他端に出力する演算増幅器と、前記演算増幅器の前記出力電圧の出力端子と前記検出電極との間における前記帰還キャパシタの接続の向きを切り替える接続切り替え回路とを含んでよい。
例えば、前記第１電荷検出回路と前記第２電荷検出回路とを同等な回路構成を持っていてもよい。
本発明の第２の側面に係る入力装置は、荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、前記荷重による圧力の変化に応じた電荷を発生する圧電センサと、前記圧電センサにおいて発生した電荷に応じた第１検出信号を出力する第１電荷検出回路と、前記圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路とを有する。前記圧電センサは、圧電体と、所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた正電極と、前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた負電極とを含む。前記第１電荷検出回路は、前記圧電センサからの電荷を第１電荷として入力する第１期間と、前記圧電センサからの電荷を第２電荷として入力する第２期間とを交互に反復し、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号を出力する。前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記正電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第２期間において、前記負電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する。
上記第２の側面に係る入力装置によれば、前記所定の方向へ前記圧力が変化した場合、前記第１期間では、前記正電極から前記電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して正の電荷が伝送され、前記第２期間では、前記負電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して負の電荷が伝送される。また、前記所定の方向に対して反対の方向へ前記圧力が変化した場合、前記第１期間では、前記正電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して負の電荷が伝送され、前記第２期間では、前記負電極から前記第１電荷検出回路へ前記スイッチ回路を介して正の電荷が伝送される。前記第１期間と前記第２期間とで前記圧力の変化の方向が同じ場合、前記第１期間において前記第１電荷検出回路に入力される前記第１電荷と、前記第２期間において前記第１電荷検出回路に入力される前記第２電荷とが異なる符号を持つ。そのため、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成した場合、当該合成した電荷は、前記圧力の変化に応じた大きさを持つ。従って、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号は、前記圧力の変化に応じた信号となる。
本発明の第３の側面に係る入力装置は、荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、前記圧力の変化に応じた電荷を発生する圧電センサと、前記圧電センサにおいて発生した電荷に応じた第１検出信号を出力する第１電荷検出回路と、前記荷重を加える物体の近接に伴って静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極及び駆動電極と、前記駆動電極に周期的な駆動電圧を印加する駆動回路と、前記駆動電圧の変化に伴って前記キャパシタに蓄積される電荷を前記検出電極から入力し、前記入力した電荷に応じた第２検出信号を出力する第２電荷検出回路と、前記荷重を受ける表面を持ち、前記圧電センサと前記検出電極と前記駆動電極との少なくとも一部を覆う表面部材とを有する。前記駆動電極は、前記検出電極よりも前記表面の近くに配置される。前記圧電センサは、前記駆動電極よりも前記表面の近くであって、前記表面を臨む方向から見た平面視において少なくとも一部が前記駆動電極と重なる場所に配置される。
上記第３の側面に係る入力装置によれば、前記キャパシタを形成する前記検出電極と前記駆動電極との間の領域が、前記圧電センサによって前記表面側から覆われていないため、前記表面側から近接する物体に対して、前記キャパシタの静電容量の変化が生じ易くなる。また、前記駆動電極を挟んで前記圧電センサと前記検出電極とが隔てられているため、前記圧電センサと前記検出電極との間の寄生的なキャパシタが生じ難い。更に、前記検出電極が前記駆動電極よりも前記表面から離れているため、前記表面に近づく物体からの外来ノイズが前記検出電極に作用し難い。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
本願は、日本特許庁に２０１７年１０月２日に出願された基礎出願２０１７−１９３１２９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。
１…基台、２…回路基板、３…圧電センサシート、４…表面部材、５…表面、６…支持部材、１０…静電センサ部、１１…第１電荷検出回路、１２−１〜１２−ｍ…第２電荷検出回路、１１０…チャージアンプ、１１１…接続切り替え回路、１１２−１，１１２−２…信号保持回路、１２０…ＡＤ変換器、２０，２０Ａ…スイッチ回路、２１…基材、２２…絶縁層、３０…駆動部、３１…駆動回路、３２−１〜３２−ｎ…駆動回路、４０…処理部、ＥＤ１〜ＥＤｎ…駆動電極、ＥＳ１〜ＥＳｍ…検出電極、Ｐ…圧電センサ、Ｐ１…第１圧電センサ、Ｐ２…第２圧電センサ、ＥＰ…正電極、ＥＰ１…第１正電極、ＥＰ２…第２正電極、ＥＮ…負電極、ＥＮ１…第１負電極、ＥＮ２…第２負電極、ＰＺ…圧電体、ＰＺ１…第１圧電体、ＰＺ２…第２圧電体、ＯＰ…演算増幅器、Ｚ…帰還インピーダンス、Ｃｓ…帰還キャパシタ、Ｃｉｊ…キャパシタ、ＶＤ１〜ＶＤｎ，ＶＤｐ…駆動電圧、Ｓ１〜Ｓｍ…第２検出信号、Ｓｐ…第１検出信号、ＶＲ…参照電圧、Ｎｉｎ…入力ノード、Ｑ１…第１電荷、Ｑ２…第２電荷、Ｑ３…第３電荷、Ｑ４…第４電荷、Ｖｏ…出力電圧

Claims (10)

  1. 荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
    前記荷重による圧力の変化に応じた電荷をそれぞれ発生する第１圧電センサ及び第２圧電センサと、
    前記第１圧電センサにおいて発生した電荷と前記第２圧電センサにおいて発生した電荷とに応じた第１検出信号を出力する第１電荷検出回路と、
    前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路と、
    前記荷重を受ける表面を持ち、前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサの少なくとも一部を覆う表面部材とを有し、
    前記第１圧電センサは、
    第１圧電体と、
    所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第１圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた第１負電極と、
    前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第１圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられ、前記第１負電極より前記表面の近くに位置する第１正電極とを含み、
    前記第２圧電センサは、
    第２圧電体と、
    前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第２圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた第２正電極と、
    前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第２圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられ、前記第２正電極より前記表面の近くに位置する第２負電極とを含み、
    前記第１電荷検出回路は、前記第１圧電センサからの電荷を第１電荷として入力する第１期間と、前記第２圧電センサからの電荷を第２電荷として入力する第２期間とを交互に反復し、前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号を出力し、
    前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第２期間において、前記第２負電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する、
    入力装置。
  2. 前記第１電荷検出回路は、入力ノードの電圧が参照電圧に近づくように、前記入力ノードから電荷を入力し、
    前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極を前記入力ノードに接続し、前記第２期間において、前記第２負電極を前記入力ノードに接続し、
    前記第１負電極及び前記第２正電極に前記参照電圧が印加される、
    請求項１に記載の入力装置。
  3. 前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１負電極を前記参照電圧に接続し、前記第２期間において、前記第２正電極を前記参照電圧に接続する、請求項２に記載の入力装置。
  4. 前記第１負電極と前記第２正電極とが導通しており、
    前記第１電荷検出回路は、入力ノードの電圧が参照電圧に近づくように、前記入力ノードから電荷を入力し、
    前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記第１正電極を前記入力ノードに接続するとともに前記第２負電極を前記参照電圧に接続し、前記第２期間において、前記第２負電極を前記入力ノードに接続するとともに前記第１正電極を前記参照電圧に接続する、
    請求項１に記載の入力装置。
  5. 前記第１電荷検出回路は、
    一端が前記入力ノードに接続された帰還キャパシタと、
    前記入力ノードの電圧と前記参照電圧との差を増幅した電圧である出力電圧を前記帰還キャパシタの他端に出力する演算増幅器と、
    前記演算増幅器の前記出力電圧の出力端子と前記入力ノードとの間における前記帰還キャパシタの接続の向きを、前記第１期間と前記第２期間とで切り替える接続切り替え回路とを含む、
    請求項２乃至４の何れか一項に記載の入力装置。
  6. 前記荷重を加える物体の近接に伴って静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極及び駆動電極と、
    前記第１期間と前記第２期間とで異なる方向に変化する周期的な駆動電圧を前記駆動電極に印加する駆動回路と、
    前記駆動電圧の変化に伴って前記キャパシタから前記検出電極を介して入力した電荷に応じた第２検出信号を出力する第２電荷検出回路とを有し、
    前記第２電荷検出回路は、前記第１期間において、前記キャパシタからの電荷を第３電荷として入力し、前記第２期間において、前記キャパシタからの電荷を第４電荷として入力し、前記第３電荷及び前記第４電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成し
    た電荷の蓄積量に応じた前記第２検出信号を出力し、
    前記スイッチ回路は、前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を前記駆動電圧に応じて切り替える、
    請求項１乃至５の何れか一項に記載の入力装置。
  7. 前記駆動電極は、前記検出電極よりも前記表面の近くに配置され、
    前記第１圧電センサ及び前記第２圧電センサは、前記駆動電極よりも前記表面の近くであって、前記表面を臨む方向から見た平面視において少なくとも一部が前記駆動電極と重なる場所に配置される、
    請求項６に記載の入力装置。
  8. 前記第２電荷検出回路は、
    一端が前記検出電極に接続された帰還キャパシタと、
    前記検出電極の電圧と参照電圧との差を増幅した電圧である出力電圧を前記帰還キャパシタの他端に出力する演算増幅器と、
    前記演算増幅器の前記出力電圧の出力端子と前記検出電極との間における前記帰還キャパシタの接続の向きを切り替える接続切り替え回路とを含む、
    請求項６又は７に記載の入力装置。
  9. 荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
    前記荷重による圧力の変化に応じた電荷を発生する圧電センサと、
    前記圧電センサにおいて発生した電荷に応じた第１検出信号を出力する第１電荷検出回路と、
    前記圧電センサから前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路とを有し、
    前記圧電センサは、
    圧電体と、
    所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた正電極と、
    前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた負電極とを含み、
    前記第１電荷検出回路は、前記圧電センサからの電荷を第１電荷として入力する第１期間と、前記圧電センサからの電荷を第２電荷として入力する第２期間とを交互に反復し、
    前記第１電荷及び前記第２電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第１検出信号を出力し、
    前記スイッチ回路は、前記第１期間において、前記正電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第２期間において、前記負電極から前記第１電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する、入力装置。
  10. 前記荷重を加える物体の近接に伴って静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極及び駆動電極と、
    前記駆動電極に周期的な駆動電圧を印加する駆動回路と、
    前記駆動電圧の変化に伴って前記キャパシタに蓄積される電荷を前記検出電極から入力し、前記入力した電荷に応じた第２検出信号を出力する第２電荷検出回路と、
    前記荷重を受ける表面を持ち、前記圧電センサと前記検出電極と前記駆動電極との少なくとも一部を覆う表面部材とを有し、
    前記駆動電極は、前記検出電極よりも前記表面の近くに配置され、
    前記圧電センサは、前記駆動電極よりも前記表面の近くであって、前記表面を臨む方向から見た平面視において少なくとも一部が前記駆動電極と重なる場所に配置される、請求項９に記載の入力装置。
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