JP2001503205A - 容量形タッチセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 低インピーダンス・タッチ・センサは、人のユーザによる誘電体基板（１０）の手による接触を検出する。タッチ・センサは、閉じた連続幾何学的形状を有する第１導電性電極パッド（１６）と、チャネル（２０）により離間され、共通面上にある関係で第１電極をほぼ包囲する第２導電性電極（１８）とを含む。第１および第２電極は、基板の同一の平坦な下表面上に配置されている。トランジスタのような能動電気素子（２６）が、第１および第２電極に隣接して基板上に配置され、第１および第２電極に電気的に結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】 容量形タッチセンサ発明の分野 本発明はタッチ・パネル・システムに関し、更に特定すれば、基板の一方側に 取り付けこの基板の反対側のユーザの接触を検出するためのタッチ・センサに関 するものである。発明の背景 タッチ・パネルは、従来の機械式スイッチに代用するために、例えば、調理台 、電子レンジ等、多くの用途に用いられている。機械式スイッチとは異なり、タ ッチ・パネルは破損したり磨耗するような移動部品がない。基板と共に用いられ る機械式スイッチは、当該スイッチを取り付けるために、基板を貫通するある種 の開口を必要とする。これらの開口およびスイッチ自体にある開口のために、ご み、水およびその他の汚染物が基板を通過したり、あるいはスイッチ内に入り込 む可能性がある。環境によっては多数の汚染物を含む場合があり、それらが基板 開口を通過し、電気的短絡や基板の後ろにある構成物への損傷の原因となり得る 。しかしながら、タッチ・パネルは連続基板シート上に形成することができ、基 板には全く開口を必要としない。また、タッチ・パネルは、ごみやその他の汚染 物が集まる開口や空洞がないので、掃除が容易である。 既存のタッチ・パネルの設計では、基板の両側、即ち、基板の「前面」および 基板の「背面」の双方に、タッチ・パッド電極を取り付けている。典型的に、酸 化錫アンチモニ（ＴＡＯ:tin antimony oxide）製の電極が基板の前面に取り付 けられ、追加の電極が背面に取り付けられる。タッチ・パッドは、ユーザがＴＡ Ｏ電極に接触すると活性化される。かかる設計は、傷、掃除用溶剤、および摩擦 式掃除用パッドによる損傷にＴＡＯ電極を晒すことになる。更に、ＴＡＯ電極は 、タッチパネルにコストや複雑性を追加するものでもある。 公知のタッチ・パネルは高インピーダンス設計を使用することが多いが、これ は、水またはその他の液体が基板上にある場合、タッチ・パネルの誤動作の原因 となる。このために、台所のように通常液体がある場所において問題を生じる。 パッドは水よりも高いインピーダンスを有するので、タッチ・パッドが生成する 電界に対して、水が導体として作用する。したがって、電界は最も抵抗が小さい 経路、即ち、水に向かうことになる。また、高インピーダンス設計のために、静 電気がタッチ・パネルの誤動作の原因となる可能性がある。タッチ・パッドのイ ンピーダンスが高いために、静電気の素早い散逸が妨げられる。 また、既存のタッチ・パネルの設計には、隣接するタッチ・パッド間のクロス トークに伴う問題もある。クロストークが発生するのは、１つのタッチ・パッド によって生成される電界が隣接するタッチ・パッドによって生成される電界と干 渉するときであり、その結果誤ったタッチ・パッドの活性化、または２つのパッ ドの同時活性化のような、誤った活性化が行われる。 公知のタッチ・パネルの設計では、受動性であるパッドを個々に備えている。 タッチ・パッドに隣接して能動素子は配置されていない。代わりに、リード線が 各能動タッチ・パッドを能動検出回路に接続する。タッチ・パッドのリード線は 、検出回路に対するタッチ・パッドの位置によって、異なる長さを有する。また 、リード線は、線の配設経路にしたがって、異なる形状を有する。リード線の長 さおよび形状が異なると、各線上の信号レベルが異なるレベルに減衰される原因 となる。例えば、角が多く長いリード線では、角が少なく短いリード線よりも、 検出信号の減衰は格段に多い。したがって、検出回路によって受信される信号は 、パッド毎に大きくばらつくことになる。その結果、検出回路は、信号レベルの 大きな差を補償するように設計しなければならない。 多くの既存のタッチ・パネルは、接地リングのような接地機構を、各タッチ・ パッドに隣接して用いている。これらの接地機構は、各タッチ・パッド付近に追 加の素子を配置し取り付けなければならないことを意味し、そのためにタッチ・ パネルに複雑性が追加される。更に、ある種の接地機構は、検出回路に提示され る信号レベルの差を最少に抑えるために、個々のタッチ・パッド各々に異なる形 状を必要とするものもある。したがって、様々な接地機構を設計するために、追 加の設計時間が必要となる。発明の概略 本発明は、誘電体基板の一方側にのみ取り付けるようにした能動性低インピー ダンス・タッチ・センサを提供することによって、既存のタッチ・パネルの設計 に伴う上述の問題を解決するものである。本発明のタッチ・センサは、第１導電 性電極パッドと、この第１電極から離間された関係でほぼ包囲する第２導電性電 極とを有する。第１電極は、人間の付属器官(human appendage)によってほぼ全 体が覆われる接触領域を備えた、閉じた連続幾何学的形状を有する。両電極は基 板の同一側に取り付けられる。能動電気素子がこれらの電極に隣接して配置され る。 本発明のタッチ・パッドは、既存のタッチ・パッドの代わりに、または従来の スイッチを代用するために使用することができる。タッチ・パッドは、ユーザが 指先のような人間の付属器官で基板に接触すると活性化される。タッチ・パッド は、装置をオンまたはオフにしたり、温度を調節したり、時計またはタイマをセ ットしたり、または従来のスイッチによって行われていたあらゆる他の機能のた めに使用することができる。既存のタッチ・パネルの設計に伴う問題を解決する ことに加えて、本発明は、コピー機やファックス装置のように、現在メンブレイ ン式スイッチを使用している用途においても特に有用である。本発明のタッチ・ パッドの設計は、基板上に液体があっても、更に静電気があっても、適正に動作 する。このタッチ・パッドは、台所や、水、油およびその他の液体があって当然 の環境における、レンジ、オーブンおよび内蔵式コックトップ(built-in cookto p)用制御パネル等に用いるのに非常に適している。 好適な形態では、タッチ・パッド電極が基板の背面に取り付けられる。基板の 背面は、前面即ち「被接触」面の反対側であるので、ユーザによる電極の接触が 防止される。タッチ・パッドが基板の前面に配置されていないので、傷、掃除用 溶剤またはその他の基板の前面に接触するあらゆる汚染物による損傷も受けるこ とはない。更に、基板の前面上にはＴＡＯパッドを必要としないので、タッチ・ パネルのコスト低減および複雑性減少が図られる。 好適な形態では、ストローブ線が外側電極に電気的に接続され、ストローブ信 号を外側電極に供給する。ストローブ線に印加されるストローブ信号は、外側電 極と中央電極との間に電界を生成する。この電界の経路は互いに逆であり、その ため隣接するパッド間のクロストークの可能性が減少する。電界経路は円弧状で あり、基板を貫通し前面を通過する。タッチ・パッドに隣接して基板にセンス線 が取り付けられ、タッチ・パッドからピーク検出回路に検出信号を搬送する。検 出信号レベルは、ユーザが基板に触れると変化する。 好適な形態では、表面実装トランジスタのような能動電気素子が各タッチ・パ ッドに配置される。好ましくは、トランジスタは、各パッドのセンス線、中央電 極および外側電極間に接続される。トランジスタは、タッチ・パッドにおける検 出信号を増幅し、バッファするように作用し、これによって、異なるリード長お よびリード配設経路による個々のタッチ・パッド間の信号レベルの差を小さくす る。したがって、パッド間における電圧レベルの差は大幅に減少し、全タッチ・ パッド間で均一性の高い検出電圧を供給する。 基板上に複数のタッチ・パッドをマトリクス状に配置してもよい。マトリクス 構成を用いると、ストローブ信号をタッチ・パッドの特定の列に印加し、タッチ ・パッドの特定の行についてセンス線を監視する。ストローブをある列のパッド に印加し、ある行からのセンス線を監視することにより、特定のパッドを選択す る。図面の簡単な説明 第１図は、トランジスタおよび抵抗を取り除いた基板の背面から見た、本発明 のタッチ・パッドを示す。 第２図は、タッチ・パッド、ならびにトランジスタおよび抵抗を取り除いた基 板の側断面図である。 第３図は、第１図に示したものと同一であるが、トランジスタおよび抵抗を取 り付けた場合の図である。 第４図は、第２図に示したものと同一であるが、トランジスタおよび抵抗を取 り付けた場合の図である。 第５図は、第３図に示したタッチ・パッドの電気回路図である。 第６図は、トランジスタおよび抵抗を取り除いた基板の背面から見た、本発明 によるタッチ・パッド・マトリクスを示す。 第７図は、基板に取り付けられた３つの隣接するタッチ・パッドを示す側断面 図である。 第８図は、ストローブ信号波形を示す。 第９図はセンス線上の検出信号の波形を示す。 第１０図は、タッチ・パッドが接触されていない場合のピーク検出出力信号の 波形を示す。 第１１図は、ユーザがタッチ・パッドに接触したときのピーク検出出力信号の 波形を示す。 第１２図は、タッチ・パッド・マトリクスの制御回路のブロック図である。 第１３図は、第１１図に示したピーク検出回路の電気回路図である。 第１４Ａおよび１４Ｂ図は、タッチ・パッド・マトリクスを監視する場合の、 マイクロプロセッサの動作を詳細に表したフローチャートを示す。実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、誘電体基板１０に取り付けられた単一のタッチ・パッド が示されている。基板１０はほぼ均一な厚さを有し、ガラス、セラミックまたは プラスチックのようないずれかの種類の誘電体材料で製造することができる。好 適実施例では、基板１０はガラスで製造し、約３ｍｍの均一な厚さを有する。基 板１０の厚さは特定の用途によって変化し、追加強度が必要な場合はより厚い基 板が使用される。基板１０をガラスで製造する場合、基板は約１．１ｍｍまで薄 く、そして約５ｍｍまで厚く製造することができる。基板をプラスチックで製造 する場合、プラスチック性メンブレイン・スイッチと同様に、基板は１ｍｍより も小さい厚さとすることができる。基板１０が薄いと、ユーザが手袋やミトン(m itten)を着用していても、タッチ・パッドの操作が可能となる。 基板１０は前面１２と、対向する背面１４とを有する（第２図に示すように） 。ユーザは、基板１０の前面１２に接触することによって、タッチ・パッドを活 性化する。タッチ・パッドは、薄く導電性の中央電極パッド１６と、この中央電 極をほぼ包囲する、薄く導電性の外側電極１８とを含む。中央電極１６と外側電 極 １８との間にチャネル２０が位置する。電極１６および１８は、チャネル２０が 実質的に均一な幅を有するように配置されている。 好ましくは、中央電極１６は、ユーザの指先またはその他の付属器官が接触し たときに、電極がほぼ覆われるような寸法を有する。 好適実施例では、中央電極１６は正方形であり、外側電極は、中央電極の形状 に一致する正方形形状を有する。しかしながら、矩形、台形、円、楕円、三角形 、六角形、および八角形を含むが、これらには限定されない様々な閉じた連続幾 何学的形状を、中央電極に使用してもよいことは理解されよう。中央電極１６の 形状には無関係に、外側電極１８は、離間された関係で中央電極を線形にほぼ包 囲し、チャネル２０は全体的に均一な幅を有する。 好ましくは、中央電極１６は固体導体である。しかしながら、中央電極１６は 複数の孔を有してもよく、あるいはメッシュまたは格子パターンを有してもよい 。中央電極１６が、同一電位を有する複数の電気的接触点をほぼ同一面に有する ことは重要である。 第１図に示すように、ストローブ線２２が外側電極１８に接続されている。ス トローブ線２２は、外側電極１８にストローブ信号（第８図に示す）を供給する 。好適実施例では、ストローブ信号は、１００ｋＨｚないし２００ｋＨｚ間の周 波数で０および＋５ボルトの間で発振する方形波である。あるいは、ストローブ 信号は、使用する検出回路に応じて、１００ｋＨｚ未満または２００ｋＨｚより 高い周波数を有しても良い。更に、ストローブ信号は、制御対象装置から容易に 得られる電圧に応じて、０ないし＋３ボルトの間、０ないし＋１２ボルトの間、 ０ないし＋２４ボルトの間、−５ボルトないし＋５ボルトの間、またはその他の いずれかの電圧範囲で発振してもよい。 ストローブ信号は急峻な立ち上がりエッジ（第８図に示す）を有し、これが、 外側電極１８と内側電極１６との間に電位差を発生する。この電極１６および１ ８間の電位差は、第２図に破線で示すように、これら電極間に円弧状電界を生成 する。この電界は基板１０を貫通し前面１２を通過する。 第２図には示していないが、電極１６および１８間の電界は、基板を貫通する のではなく、むしろ基板１０から遠ざかる円弧状経路をたどる。この経路は第２ 図に示す破線の鏡像であり、上方ではなく下方に延びる。 第２図に示すように、生成される電界は互いに逆方向である。例えば、第２図 に示す２つの電界経路は、パッドの対向側において電極１８から発する。電界経 路は各々中央電極１６で終端するので、経路は互いに向い合って移動する。した がって、全ての電界経路は外側電極１８において発生し、内側方向に中央電極１ ６に向かって移動する。 再び第１図を参照すると、外側電極１８に隣接して基板１０にセンス線２４が 取り付けられている。センス線２４は、タッチ・パッドから、以下で論ずる検出 回路の残りの部分に検出信号を搬送する。 第３図に示すように、表面実装トランジスタ２６および表面実装抵抗２８が、 タッチ・パッドに電気的に接続されている。抵抗２８は、中央電極１６と外側電 極１８との間に接続されている。好適実施例では、抵抗２８は１０Ｋオームの値 を有し、これによってタッチ・パッドに比較的低い放電入力インピーダンスを与 えている。 トランジスタ２６は、中央電極１６、外側電極１８およびセンス線２４の間に 接続されている。好適実施例では、トランジスタ２６は、２Ｎ３０８６のような ＰＮＰトランジスタである。トランジスタ２６のベースは内側電極１６に接続さ れ、トランジスタのエミッタは外側電極１８に接続され、トランジスタのコレク タはセンス線２４に接続されている。トランジスタ２６は、タッチ・パッドにお いて直接検出信号の増幅およびバッファリングを行う。あるいは、ＮＰＮトラン ジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、またはその他のトリガ可能な能動電気素子を、ＰＮＰト ランジスタの代わりに使用してもよい。 第５図は、トランジスタ２６および抵抗２８のタッチ・パッドへの接続のモデ ルを模式的に示したものである。電極１６および１８間の容量性結合は、第５図 ではコンデンサとして表されており、抵抗２８がこのコンデンサに並列に接続さ れている。抵抗２８は、電極１６および１８によって形成されるコンデンサを放 電するように作用する。コンデンサ２７は寄生容量を表わし、ユーザによる接触 の結果である。コンデンサ２１は、ストローブ線２２上の寄生容量である。異な るトランジスタ間におけるベータ値の差を補償するため、および温度の基づいて トランジスタ動作特性における差を補償するために、抵抗２５を使用することが できる。しかしながら、好適な形態では、抵抗２５は０オームの値を有する。即 ち、抵抗２５を使用しない。 好適実施例では、電極１６および１８、ストローブ線２２、ならびにセンス線 ２４は、Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｎｏ．ＨＳ−５００、 Ｔｙｐｅ５６１、Ｌｅｖｅｌ２のようなポリエステル材で製造した、厚さ０．０ ０５インチの可撓性担体に取り付けられる。電極１６および１８、ストローブ線 ２２、ならびにセンス線２４は、Ａｃｈｅｓｏｎ Ｎｏ．４２７ＳＳのような導 電性銀インク(conductive sliver ink)を用いて、０．５ミルの厚さに形成する 。次に、トランジスタ２６およびトランジスタ２８を電極および線に取り付ける 。電極および線上に誘電体層を配して、導通面を保護する。好ましくは、この誘 電体はＡｃｈｅｓｏｎ Ｎｏ．ＭＬ２５０８９であり、厚さ１．５ミルである。 次に、３Ｍ Ｎｏ．４６７のような接着剤を用いて、可撓性担体を基板１０に接 合する。可撓性担体は、基板１０の形状に一致するように、湾曲させたりねじ曲 げることができる。 あるいは、電極１６および１８、ストローブ線２２ならびにセンス線２８を直 接基板１０に取り付けることも可能である。次いで、トランジスタ２６および抵 抗２８を電極１６および１８、ならびにセンス線２４に取り付ける。 第６図を参照すると、タッチ・パネル・マトリクスが基板１０に取り付けられ ている。マトリクス内の各タッチ・パッドは、先に論じた個々のパッドと同一構 成を有する。また、各タッチ・パッドは、先に述べたように、トランジスタ２６ および抵抗２８を含む。これらのタッチ・パッドを行および列に配列し、基板１ ０に取り付ける。特定の列の各タッチ・パッドを共通ストローブ線２２に接続す る。特定の行の各タッチ・パッドを共通センス線２４に接続する。したがって、 同じ組み合わせのストローブ線２２およびセンス線２４に接続されるタッチ・パ ッドは２つとない。 第６図はタッチ・パッド・マトリクスのある特定の配列を示すが、特定の用途 に応じて、あらゆる数のタッチ・パッドをあらゆるパターンにでも配列可能であ ることは理解されよう。タッチ・パッドは行および列に配列する必要はない。代 わりに、タッチパッドを基板上にランダムに配置したり、円形または対角線上に 配列してもよい。基板に取り付け可能なタッチ・パッドの数は、基板のサイズに よってのみ制限される。 第７図を参照すると、基板１０に取り付けられた３つの隣接するタッチ・パッ ドが示されている。各タッチ・パッドに関連する電界が破線で示されている。先 に個々のタッチ・パッドで述べたように、電界経路は外側電極１８において発し 、基板を貫通し再度中央電極１６に向かって戻ってくる円弧状経路をたどる。各 タッチ・パッドによって生成される電界はパッドの中心に向かって進むので、隣 接するパッドの電界は互いに逆向きである。即ち、逆方向に動く。したがって、 隣接パッド間のクロストークの可能性が低下する。 代替実施例では、外側電極１８は中央電極１６をほぼ包囲するものではない。 電極１６および１８の配置についての重要な特徴は、対向する電界を生成するこ とである。したがって、隣接するタッチ・パッドが存在するところには、対向す る電界がありさえすればよい。例えば、基板上に３つのタッチ・パッドが直線上 に配置されている場合、外側電極１８は隣接するパッド間に位置する。この３パ ッド配列の中の中央のパッドが左および右に隣接するパッドを有する場合、外側 電極１８は、中央のパッドの左および右側に位置することになる。しかしながら 、中央パッドの上下には隣接するパッドが配置されていないので、この中央パッ ドの上下にはクロストークの可能性はない。したがって、中央パッドの上下には 外側電極１８は必要とされない。同様に、３パッド配列における両端のパッドは 、一方側に隣接パッドがあるので、その一方の隣接側にのみ外側電極１８を必要 とする。 第１２図を参照すると、タッチ・パッド・マトリクスの制御回路のブロック図 が示されている。発振器３０が線３２上に方形波を生成し、これがストローブ信 号として機能する。デマルチプレクサ３４が発振器３０からストロープ信号を受 け取る。Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＭＣ６８ＨＣ０５Ｐ９のようなマイクロプロセッサ ３６がストローブ・アドレスを発生し、線３８上でデマルチプレクサ３４に供給 する。ストローブ・アドレスはデマルチプレクサ３４に、ストローブ信号を受け る数本の出力信号の１本を選択させる。デマルチプレクサ３４からの各出力線は 、 タッチ・パッドの特定の列に対する１本のストローブ線２２に接続されている。 したがって、発振器３０からの出力は、デマルチプレクサ３４を介して、タッチ ・パッドの特定の列に対するストローブ線２２に接続される。 また、マイクロプロセッサ３６はセンス・アドレスも発生し、線４８上でこれ をマルチプレクサ３４に供給する。センス・アドレスは、マルチプレクサ４６に 、センス線として監視すべき数本の入力線の１本を選択させる。したがって、あ る列のパッドを「ストローブ」し、ある行のパッドを「センス」することによっ て、マトリクス内の特定のタッチ・パッドを選択的に監視することができる。あ るいは、ある行のパッドを「ストローブ」し、ある列のパッドを「センス」する ことによって監視が行われるように、タッチ・パッド・マトリクスを配列するこ とも可能である。 マルチプレクサ４６によって選択されたセンス線２４は、線５０を用いて、ピ ーク検出および増幅回路５２に接続される。回路５２の出力は、線５４上でマイ クロプロセッサ３６に供給される。回路５２から受け取った信号に応じて、マイ クロプロセッサ３６上で実行されるアルゴリズムが、制御対象装置５８を活性化 すべきか、非活性化すべきか、あるいは調節すべきかを判定する。 第１３図に示すピーク検出および増幅回路は、単一タッチ・パッド設計または 、例えば、タッチ・パッド・マトリクスのような、多数タッチ・パッド設計のい ずれにおいても使用される。第１３図の左側部分はピーク検出回路を表し、第１ ３図の右側部分は増幅回路を表わす。検出信号は、センス線２４によって、演算 増幅器６４の非反転入力に搬送される。センス線２４と接地との間に抵抗６２が 接続されている。好ましくは、抵抗６２は１０Ｋオームの値を有する。＋５ボル トと演算増幅器６４の出力との間にプル・アップ抵抗６６が接続されている。好 適実施例では、抵抗６６は１０Ｋオームの値を有する。演算増幅器６４の出力は 、ダイオード６７を介して、演算増幅器６４の反転入力に接続されている。接地 と演算増幅器６４の反転入力との間に、抵抗６８およびコンデンサ７０が並列に 接続されている。好ましくは、演算増幅器６４および７２は、ＬＭ３３９という 形式のものである。 演算増幅器７２の非反転入力は、ピーク検出回路からの出力信号を受け取る。 ＋５ボルトと演算増幅器７２の出力８２との間に、プル・アップ抵抗７４が接続 されている。好適実施例では、抵抗は１０Ｋオームの値を有する。出力８２は、 抵抗７８を介して、演算増幅器７２の反転入力に接続されている。演算増幅器７ ２の反転入力と接地との間に、抵抗７６が接続されている。出力８２と接地との 間にコンデンサ８０が接続されている。 抵抗７６および７８の値は、増幅回路による増幅のレベルを決定する。好適実 施例では、抵抗７６は６６Ｋオームの値を有し、抵抗７８は１００Ｋオームの値 を有する。異なるレベルの増幅が望ましい場合、当業者には公知であるが、抵抗 ７６および７８に異なる値を用いる。更に、ピーク検出出力に接続された増幅器 の使用を必要としない検出回路を用いてもよい。かかる検出回路は、当業者には 公知である。 動作中、ユーザが基板１０に接触すると、タッチ・パッドは活性化される。タ ッチ・パッドは、電界の十分な中断の原因となる指先、または指間接、手の平、 肘のようなその他の付属器官による接触を感知する。 外側電極１８に接続されているストローブ線２２に、第８図に示すストローブ 信号を印加する。好ましくは、ストローブ信号は約７ｎｓｅｃの立ち上がり時間 を有する。しかしながら、１００ｎｓｅｃまでの立ち上がり時間でも使用可能で ある。７ｎｓｅｃのように立ち上がり時間が速い程、入力インピーダンスが低く 、したがって好ましいものである。既に述べたように、ストローブ信号はタッチ ・パッドに電界を生成する。基板１０が接触されていない場合、第９図に示す波 形がセンス線２４上に存在する。各ストローブ信号パルスの立ち上がりエッジが トランジスタ２６をオンにし、このトランジスタにベース電流を引き込ませる。 すると、次のパルスが到達するまで、電極１６および１８によって形成されたコ ンデンサが、抵抗２８を介して放電を行う。 トランジスタ２６のベース電流は、Ｉ_B＝Ｃ（ｄＶ／ｄＴ）という式で決定さ れ、ここでＩ_Bはベース電流、Ｃはタッチ・パッドの容量、およびｄＶ／ｄＴは 時間に対する電圧変化である。時間に対する電圧変化は、発振ストローブ信号の 電圧レベル変化によって生ずる。電極１６および１８によって形成されたタッチ ・パッドにユーザが接触すると、タッチ・パッドの容量性電荷(capacitive char ge)が減 少し、一方寄生コンデンサ２７の容量性電荷が増大する。 トランジスタ２６は、各タッチ・パッドにおける検出信号を増幅し、バッファ する。これによって、異なるリード長およびリード配設経路によって生ずるタッ チ・パッド間の信号レベル差が減少する。より均一な検出信号レベルを供給する ことによって、更に大きな増幅が可能となるが、信号レベルは０ないし＋５ボル ト間に維持される。 第９図に示す波形は、第１３図に示すピーク検出回路に印加される。接触され ていない場合のピーク検出器の出力を第１０図に示す。ユーザが接触した場合の ピーク検出器の出力を第１１図に示す。第１０図および第１１図に示すように、 波形は同じ形状を有するが振幅が異なる。したがって、ユーザがタッチ・パッド に接触すると、ピーク検出器の出力が変化する。 タッチ・パッド・マトリクスを使用する場合、制御回路（第１２図に示すよう な）を用いて、マトリクス内の各タッチ・パッドを選択的に監視する。マイクロ プロセッサ３６は、適切なストローブ・アドレスおよびセンス・アドレスをそれ ぞれデマルチプレクサおよびマルチプレクサに送ることによって、各ストローブ 線２２および各センス線２４を順次選択する。各センス線２４はピーク検出器５ ２によって監視され、ピーク検出器５２は検出信号を増幅し、それをマイクロプ ロセッサ３６に送信する。 第１４ａ図および第１４ｂ図は、タッチ・パッド・マトリクスを監視するプロ グラムのフローチャートである。このプログラムは一度に１つのタッチ・パッド を監視し、マトリクス内のタッチ・パッド全てを順次走査する。プログラムは、 割り込みが受け取られたときに、ブロック１００において開始する。ステップ１ ０２は、システムがオンになっているか否か（コールド・スタート）を判定する ためにチェックを行う。システムがコールド・スタートされている場合、ステッ プ１０４は全ての変数を初期化し、ステップ１０６はストローブおよびセンス・ カウンタをリセットする。 システムがコールド・スタートされていない場合、ステップ１０９は検出信号 レベルを引き出す。次に、ステップ１１０は、平均値が初期化されているかにつ いて判定する。平均「非接触」検出信号レベルを判定するために、平均電圧レベ ルが各タッチ・パッドに対して記憶されている。 平均値が初期化されている場合、プログラムは次にステップ１１４にジャンプ し、平均検出信号レベルと現検出信号レベルとの間の差を判定する。平均値が初 期化されていない場合、次に現検出信号レベルを、平均値として、監視対象の特 定パッドに対して記憶する。 ステップ１１６において、現検出信号レベルが平均値よりも低い場合、プログ ラムは次にステップ１２８に分岐する。ステップ１２８において、平均フラグが セットされている場合、その平均フラグを減分する。平均フラグは、特定の信号 が平均化されているか否かを示す。「非接触」信号のみが平均化されるので、「 非接触」状態が感知された場合にのみ平均フラグはセットされる。平均値を減分 した後、ステップ１２６において、パッド・ステータスをインアクティブ（非接 触）にセットする。 ステップ１１６において、現検出信号レベルが平均値よりも低い場合、次にス テップ１１８は、その差が所定の設定点よりも大きいかについて判定する。設定 点は、「接触」状態を示すために到達しなければならないスレシホルド差レベル である。差が設定点よりも大きい場合、ステップ１２０においてパッド・ステー タスをアクティブ（接触）にセットする。 ステップ１１８における差が設定点よりも大きくない場合、次にプログラムは ステップ１２２に分岐し、平均フラグがセットされているかについて判定する。 平均フラグがセットされていない場合、プログラムはステップ１２６に分岐し、 パッド・ステータスをインアクティブ（非接触）にセットする。平均フラグがセ ットされている場合、ステップ１２４において平均値を増分し、ステップ１２６ においてパッド・ステータスをインアクティブにセットする。 ステップ１３２において、プログラムは、最後のストローブ線が感知されてい るかについて判定する。感知されている現ストローブ線が最後のストローブ線で はない場合、次にステップ１３４においてストローブ・ポインタを増分し、ステ ップ１５８にジャンプして、新しいストローブ・アドレスおよびセンス・アドレ スを選択する。感知されている現ストローブ線が最後のストローブ線である場合 、次にステップ１３６においてストローブ・ポインタをリセットする。ステップ １ ３８において、プログラムは現センス線が最後のセンス線であるかについて判定 する。そうでなければ、ステップ１４０はセンス・ポインタを増分し、ステップ １５８にジャンプする。 現センス線が最後のセンス線である場合、マトリクスの全走査が完了したこと になり、ステップ１４２でセンス・ポインタをリセットする。ステップ１４４は 平均フラグをクリアし、ステップ１４６は平均フラグ・カウンタを増分する。ス テップ１４８が平均フラグ・カウンタは最大値でないと判定した場合、次にプロ グラムはステップ１５４に分岐する。平均フラグ・カウンタが最大値の場合、次 にステップ１５０においてカウンタをリセットし、ステップ１５２において平均 フラグをセットする。 ステップ１５４において、モニタ対象のタッチ・パッドのステータスを、マイ クロプロセッサから残りの制御回路に出力する。ステップ１５６は全ての変数を リセットし、プログラムにマトリクスの先頭から走査を開始させる。全変数がリ セットされた後、ステップ１５８が、監視すべき新たなストローブ線およびセン ス線を選択する。ステップ１６０はプログラムをステップ１００に戻し、次の割 り込みを待つ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．人のユーザによる手の接触を検出し、制御対象装置の活性化が可能な低イン ピーダンス・タッチ・センサであって、 第１および第２の対向する表面を有し、ほぼ均一な厚さの誘電体基板と、 前記基板の前記第１表面上に配置され、人の付属器官によってほぼ全体が覆わ れる領域を有する、閉じた連続幾何学的形状の第１の薄い導電性電極パッドと、 前記基板の第１表面上に配置され、前記第１電極パッドに対して、離間され、 共通面にあり、ほぼ包囲する関係にある第２の薄い導電性電極と、 前記第１および第２電極に隣接して前記基板上に配置され、前記第１および第 ２電極に電気的に結合され、前記基板の人の接触によって前記制御対象装置を活 性化するようにした能動電気素子と、 から成るタッチ・センサ。 ２．前記基板の前記第１表面上にストローブ線が配置され、前記第２電極に電気 的に結合されている請求項１の装置。 ３．前記ストローブ線にストローブ信号が印加され、前記ストローブ信号は前記 第１および第２電極間に電界を生成する請求項２の装置。 ４．前記電界は、前記第２電極から発し、前記第１電極で終端する円弧状経路を 有する請求項３の装置。 ５．更に、前記第１および第２電極に隣接して前記基板の前記第１表面上に配置 されたセンス線を含む請求項１の装置。 ６．前記タッチ・センサは、前記センス線上に、前記タッチ・センサのステータ スを示す検出信号を発生する請求項５の装置。 ７．前記検出信号は検出回路によって受け取られ、前記検出回路はピーク検出器 を含む請求項６の装置。 ８． 前記検出信号のレベルは、前記基板が前記ユーザの前記付属器官によって 接触されると変化する請求項６の装置。 ９．前記基板の前記第１表面は非接触表面であり、前記基板の前記第２表面は接 触表面である請求項１の装置。 １０．前記基板はガラスである請求項１の装置。 １１．前記基板はプラスチックである請求項１の装置。 １２．前記第１および第２電極間にチャネルが配置され、前記チャネルは全体的 に均一な幅を有する請求項１の装置。 １３．複数の前記タッチ・センサが前記基板の前記第１表面上に配置されている 請求項１の装置。 １４．複数の前記タッチ・センサが前記基板の前記第１表面上に配置され、行お よび列のマトリクスに配列されている請求項１の装置。 １５．前記タッチ・センサの前記列に共通ストローブ線が電気的に結合され、前 記タッチ・センサの行に共通センス線が電気的に結合されている請求項１４の装 置。 １６．人のユーザによる手の接触を検出し、制御対象装置の活性化が可能な低イ ンピーダンス・タッチ・センサであって、 誘電体担体と、 前記担体上に配置され、人の付属器官によってほぼ全体が覆われる領域を有す る閉じた連続幾何学的形状の第１の薄い導電性電極パッドと、 前記第１電極に対し離間されほぼ包囲する関係で、前記担体上に配置された第 ２の薄い導電性電極と、 前記第１および第２電極に隣接して前記担体上に配置され、前記第１および第 ２電極に電気的に結合された能動電気素子と、 第１および第２の対向する表面を有する誘電体基板であって、前記誘電体担体 が前記誘電体基板の前記第１表面上に配置され、前記基板の人の接触が前記制御 対象装置を活性化させるようにした前記誘電体基板と、 から成るタッチ・センサ。 １７．前記基板の前記第１表面は非接触表面であり、前記基板の前記第２表面は 接触表面であり、前記誘電体担体は前記基板の前記第２表面上に配置されている 請求項１６の装置。 １８．人のユーザによる手の接触を検出し、制御対象装置の活性化が可能な低イ ンピーダンス・タッチ・センサであって、 第１および第２の対向する表面を有し、ほぼ均一な厚さの誘電体基板と、 前記基板の前記第１表面上に配置され、人の付属器官によってほぼ全体が覆わ れる領域を有する閉じた連続幾何学的形状の第１の薄い導電性電極パッドと、 前記第１電極に対して、離間されほぼ包囲する関係で前記基板の前記第１表面 上に配置された第２の薄い導電性電極と、 前記第１および第２電極に隣接して前記基板の前記第１表面上に配置され、前 記第１および第２電極に電気的に結合され、前記基板の人の接触が前記制御対象 装置を活性化させるようにしたトランジスタと、 から成るタッチ・センサ。 １９．前記トランジスタはＰＮＰトランジスタである請求項１８の装置。 ２０．更に、前記基板の前記第１表面上に配置され、前記第１および第２電極間 に電気的に結合されている抵抗を含む請求項１８の装置。 ２１．更に、前記第１および第２電極に隣接して、前記基板の前記第１表面上に 配置されたセンス線を含む請求項１８の装置。 ２２．前記トランジスタは、ベース、コレクタおよびエミッタを有し、前記トラ ンジスタのベースは前記第１電極に接続され、前記トランジスタのコレクタは前 記センス線に接続され、前記トランジスタのエミッタは前記第２電極に接続され ている請求項１８の装置。 ２３．複数の前記タッチ・センサが前記基板の前記第１表面上に配置されている 請求項１８記載の装置。 ２４．前記タッチ・センサは、前記センス線上に、前記タッチ・センサのステー タスを示す検出信号を発生する請求項２１の装置。 ２５．前記検出信号のレベルは、前記基板が前記ユーザの前記付属器官によって 接触されると変化する請求項２４の装置。 ２６．人のユーザによる手の接触を検出し、制御対象装置の活性化が可能な複数 のタッチ・パッドであって、 第１および第２の対向する表面を有し、ほぼ均一な厚さの誘電体基板と、 周縁を有し、基板の前記第１表面上に配置され、人の付属器官によってほぼ全 体が覆われる領域を有する閉じた連続幾何学的形状の第１の薄い導電性電極パッ ドと、 前記第１電極に対して離間された関係で前記基板の前記第１表面上に配置され た第２の薄い導電性電極であって、隣接するタッチ・パッドを有する周縁上で前 記第１電極を包囲する前記第２電極と、 から成るタッチ・パッド。 ２７．更に、前記基板の前記第２表面上に配置され、前記第２電極に電気的に結 合されたストローブ線を含む請求項２６の装置。 ２８．前記ストローブ線にストローブ信号が印加され、前記第２および第２電極 間に電界を生成する請求項２７の装置。 ２９．前記電界は、隣接するタッチ・パッドによって生成される電界とは逆方向 である請求項２８の装置。 ３０．更に、前記第１および第２電極に隣接して前記基板の前記第１表面上に配 置されたセンス線を含み、前記タッチ・センサは前記センス線上に検出信号を発 生する請求項２６の装置。 ３１．前記基板の前記第１表面は非接触表面であり、前記基板の前記第２表面は 接触面である請求項２６の装置。 ３２．人のユーザによる手の接触を検出し、制御対象装置の活性化が可能な複数 のタッチ・パッドであって、 誘電体担体と、 周縁を有し、前記担体上に配置され、人の付属器官によってほぼ全体が覆われ る領域を有する閉じた連続幾何学的形状の第１の薄い導電性電極パッドと、 前記第１電極に対して離間された関係で前記担体上に配置された第２の薄い導 電性電極であって、隣接するタッチ・パッドを有する周縁上で前記第１電極を包 囲する前記第２電極と、 第１および第２の対向する表面を有する誘電体基板であって、前記担体が前記 誘電体基板の前記第１表面上に配置され、前記基板の人の接触が前記制御対象装 置を活性化させるようにした前記誘電体基板と、 から成るタッチ・パッド。