JP2003046383A - タッチセンサ - Google Patents
タッチセンサInfo
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Abstract
く、さらに、誘導ノイズの影響も受け難く、不正な電波
の照射にも強く、検出安定性の向上および外乱安定性の
向上を図る。 【解決手段】外部に露出させた接触電極と、該接触電極
に直接、もしくは抵抗、コンデンサなどの保護用素子を
介して接続された発振回路を有し、前記発振回路に、前
記接触電極に被検出物が接触していない場合定常発振
し、前記接触電極に被検出物が接触してその被検出物等
価インピーダンスが回路固有の基準値を越えた場合、前
記定常発振を停止する発振停止点を設定する。または、
前記接触電極に被検出物が接触していない場合発振を停
止し、前記接触電極に被検出物が接触してその被検出物
等価インピーダンスが回路固有の基準値を越えた場合、
発振を開始する発振開始点を設定したことを特徴とし、
人体の接触と離反の発振動作を、定常発振の有無で出力
する。
Description
機のハンドル部やその他の産業機器またはアミューズメ
ント機器に用いられて、被検知物としての人体の接触を
検出するようなタッチセンサに関する。
例えば、特開平5−14164号公報に記載のものがあ
る。
スタTr11と、発振コイル91と、発振コンデンサ9
2,93にてLC発振を行なうコルピッツ型の発振回路
94と、タッチ電極95と、保護用のコンデンサ96お
よび抵抗97にて人体のタッチを検出するセンサ部と、
検波用ダイオード98と、積分用の抵抗99およびコン
デンサ100にて発振出力を検波積分する検波積分回路
101と、検知信号を出力するトランジスタTr12と
を備えて構成したタッチセンサであって、前述のタッチ
電極95に人体が接触することで、発振回路94の等価
インピーダンスが低下し、発振振幅の変化、もしくは発
振周波数の変化を処理することにより、人体がタッチ電
極95に接触したことを検知するものである。
ツ型発振回路を基本構成としており、タッチ電極95と
大地間の容量を、発振回路94の発振定数の一部(静電
容量)として、人体接触の有無が検知容量の変化とな
り、発振振幅を変化させるもので、人体が接触する際、
検知容量に応じて発振振幅が単調変化する。このような
発振振幅を検波し、一定の判定レベルで比較して、人体
の接触有無を判定するものである。
弾球遊技機などの機器に取付けて使用する際、検出すべ
き人体容量のばらつき(個人差および床面の状態等)、
遊技機が独自に持つ浮遊容量、機器の接地方法、温度・
湿度の変化などの環境変化を受けやすく、その結果、検
知容量が大きくばらつく問題点がある。
ズなどの誘導ノイズの影響を受けて変動するのて、発振
回路に上述のような振幅値判定の方式を採用した場合、
その後段の回路は、信号振幅の変化とノイズの重畳を見
分けることが困難で、外乱安定性に問題がある。
発振回路内の要所にコンデンサを挿入して、ノイズを除
去する従来技術もあるる。しかし、アミューズメント業
界の弾球遊技機において、該機のハンドル部に人体検知
として上述のような発振回路で構成されたタッチセンサ
を使用する場合、遊技者が故意に高出力トランシーバな
どで不正な電波を照射し、遊技機の各所を誤動作させよ
うとするケースも想定されるので、ノイズ対策だけでは
不十分であり、また、前述した検知容量のばらつきや検
出動作の安定性の問題点は依然として未解決である。
のばらつきや環境の変化に対して強く、さらに、誘導ノ
イズの影響も受け難く、不正な電波の照射にも強く、検
出安定性の向上および外乱安定性の向上を図ることがで
きるタッチセンサの提供を目的とする。
させた接触電極と、該接触電極に直接、もしくは抵抗、
コンデンサなどの保護用素子を介して接続された発振回
路を有し、該発振回路が被検出物の接触によって生じる
前記接触電極と大地間の等価インピーダンスの変化で、
発振振幅もしくは発振周波数が変化することにより生じ
る電気的な変化量にて被検出物の接触有無を判別するタ
ッチセンサであって、前記発振回路に、前記接触電極に
被検出物が接触していない場合定常発振し、前記接触電
極に被検出物が接触してその被検出物等価インピーダン
スが回路固有の基準値を越えた場合、前記定常発振を停
止する発振停止点を設定したタッチセンサであることを
特徴とする。
体である場合、人体が接触電極に触れることにより、発
振回路の定常発振が停止し、また、人体が接触電極から
離反すると、再び定常発振が発生する。
接触電極に被検出物が接触していない場合発振を停止
し、前記接触電極に被検出物が接触してその被検出物等
価インピーダンスが回路固有の基準値を越えた場合、発
振を開始する発振開始点を設定することができる。
場合、該人体が接触電極に触れることにより、発振を停
止していた発振回路が定常発振を開始し、また、人体が
接触電極から離反すると、定常発振が停止する。
発振動作は、発振回路の発振停止、または発振開始の動
作で現れるので、換言すれば、発振飽和時の最高値と発
振振幅零の最低値の両端で現れるので、被検出物の接触
および離反を示すレベル差が大きくなり、人体の接触有
無を判定する判定レベルを、例えば、これらの中間に設
定したとき、被検出物の接触および離反と、判定レベル
とのレベル差が大きく取れ、その結果、発振回路に環境
変化の影響や、誘導ノイズが振幅に作用して、多少振幅
が変動しても、判定レベルまで至らない限り、これらが
検知動作に影響を与えることがなくなり、安定した動作
となる。同時に、チャタリングに対してもその発生を回
避することもできる。
極に接触している状態と離反している状態とのそれぞれ
に対応する発振回路の出力の切り換わりにおいて、上記
離反状態から接触状態に切り換わる動作点が高く、接触
状態から離反状態に切り換わる動作点が低くなるように
ヒステリシス特性を持たせるヒステリシス付与回路を備
えることができる。
の完全な接触、完全な離反により動作し、状態変化に瞬
時に発生しやすいチャタリングを防止し、また、動作も
確実となって安定した検知動作が得られる。
び離反の発振動作は、発振回路の発振停止、または発振
開始の動作で現れるので、換言すれば、発振飽和時の最
高値と発振振幅零の最低値の両端で現れるので、被検出
物の接触および離反を示すレベル差が大きくなり、人体
の接触有無を判定する判定レベルを、例えば、これらの
中間に設定したとき、被検出物の接触および離反と、判
定レベルとのレベル差が大きく取れ、その結果、発振回
路に環境変化の影響や、誘導ノイズが振幅に作用して、
多少振幅が変動しても、判定レベルまで至らない限り、
これらが検知動作に影響を与えることがなくなり、安定
した動作となる。同時に、チャタリングに対してもその
発生を回避することもできる。
止の動作は、回路固有の基準値を越えることにより、回
路固有の基準値自体が切り換わる構成であるため、例え
ば、検出物の人体が徐々に接触したり、徐々に離反する
条件下でも、動作点の付近でのチャタリングや出力が反
転する誤動作がなく、検出動作が非常に安定する。
る回路固有の基準値は、回路定数で決定できるため、動
作点が安定する。すなわち、発振振幅の成長度合い、変
化スピードなどのアナログ的な変化量は、発振回路内の
定数ばらつきの他、前記外乱の影響、環境変化など多数
のパラメータで動作点が変動しやすいが、発振点の設定
では、発振回路内の定数ばらつき以外では変動しないた
め、動作点が安定する。
おいて、上記離反状態から接触状態に切り換わる動作点
が高く、接触状態から離反状態に切り換わる動作点が低
くなるように、発振開始点と発振停止点とに差を設け
て、発振振幅特性にヒステリシスを持たせることによ
り、人体の完全な接触、完全な離反により動作し、これ
によってチャタリングを防止し、また、動作も確実とな
って安定した検知動作が得られる。
述する。
上、タッチセンサをパチンコ台のような弾球遊技機のハ
ンドルに採用した例をあげて説明する。
て、ハンドル取付け部11にはハンドル基部12が係合
され、このハンドル基部12には弾球力調整レバー13
が回転自在に設けられており、この弾球力調整レバー1
3を遊技者が操作することで、パチンコ球の弾球力がコ
ントロールされる。
ンドルタッチ部14が設けられ、遊技者は該ハンドルタ
ッチ部14に手の平を接触させた状態で上記弾球力調整
レバー13を操作するものである。
体の表裏両面に金属メッキ層(図示せず)が形成され、
この金属メッキ層が後述する接触電極20(図2参照)
を構成する。
にはタッチセンサ15が設けられ、このタッチセンサ1
5の内部回路と電気的に接続されたリード片16は導電
性の固定ネジ17を用いてハンドル部14の裏面側のメ
ッキ層に電気接続されると共に、該部に固定されてい
る。なお、図1において、18は弾球力調整レバー13
に取付けられた軸、19はタッチセンサ15のリード線
である。
外部に露呈された接触電極20の回路図であって、上記
タッチセンサ15は、人体(ことに手指)が接触する接
触電極20と結合用(保護用)コンデンサC1とを備え
たセンサ部21と、コイルL1とコンデンサC2を並列
に接続した並列共振回路22と、トランジスタTr1,
Tr2,Tr3,Tr4と抵抗R1とを備えた電流帰還
型の発振回路本体23と、トランジスタTr5と抵抗R
2とを備えた出力回路24とを図示のように接続して構
成している。
容量Cx(概ね150pF),人体の抵抗Rx、人体の接
触・離反を現すスイッチSWによって仮想的に示してい
る。
ている。
ンスgLと、発振回路本体23側のコンダクタンスgi
との関係を、予め、 gL<gi………1式 の関係となるように設定すれば、接触電極20に人体の
接触がない場合は、並列共振回路22の共振周波数で発
振状態となるように設定できる。
接触すると、人体等価イピーダンスが接続されることに
なり、この人体等価インピーダンスのコンダクタンス成
分をgxとしたとき、発振回路本体23側のコンダクタ
ンスgiとの関係を gL+gx>gi………式2 にすれば、接触電極20に人体が接触した場合、発振回
路本体23の発振が停止する。
により、 gL+gx>gi>gL………式3 となるように、発振回路本体23側のコンダクタンスg
iを設定する。このgiは発振回路本体23側の回路固
有の基準値となるコンダクタンスであり、該回路中の抵
抗R1の定数値により自由に設定可能である。
サC1は、直流的に接触電極20と発振回路本体23と
を切り離す役割があり、人体容量Cxより十分大きな値
(C1>>Cx)に設定しておけば、発振回路の動作点に
は影響を与えることはない。
振回路22側の合成インピーダンスのコンダクタンス成
分と、発振回路本体23側の回路固有の基準値のコンダ
クタンスgiとの関係を示し、縦軸はコンダクタンス、
横軸は共振周波数である。
とき(スイッチSWがoff)、並列共振回路22側の
合成インピーダンスは、並列共振回路22のインピーダ
ンスそのもののコンダクタンス成分gLになるが、接触
電極20に人体が接触すると(スイッチSWがon)、
等価的に人体等価インピーダンスが並列に接続される構
成となるため、共振周波数が変化し、インピーダンス自
体も変化して、合成コンダクタンスgL+gxとなる。
スgiは、並列共振回路22側のインピーダンスの変化
に関係なく一定であるため、抵抗R1の定数値の選択調
整により、並列共振回路22のコンダクタンスgLと該
回路22側の合成コンダクタンスgL+gxの中間位置
(ことに中央位置)に回路固有の基準値としてコンダク
タンスgiを設定すると、人体が接触電極20に離反し
ているときは式1が成立して、定常的に回路は発振状態
となり、人体が接触電極20に接触すると、式2が成立
し、発振回路の発振は停止する。
2におけるVoutの波形を示し、横軸は時間、縦軸は
出力電圧を示す。
ている人体がタイミングt0にて接触すると、タイミン
グt0以前では定常発振しているが、タイミングt0以
降で発振が停止して、一定の直流値となる。
作を出力回路24が出力する波形を示し、横軸は時間、
縦軸は出力電圧を示すが、図4と比べ時間軸を広げてい
る。
定したスイッチSWのon/offにより、発振停止/
定常発振となり、人体と接触電極20の接触/離反をあ
たかもデジタル変換する機能を持つことを示す。
処理して接触/離反の検知信号を得ることができ、他の
手段としては、出力回路24の出力を検波積分して設定
された判定レベルで比較して、接触/離反の検知信号を
得ることもできる。
は人体が接触することにより発振を開始する発振開始型
の発振回路を示している。
6,Tr7と、抵抗R3,R4,R5,R6と、コンデ
ンサC3,C4と、接触電極20および結合用(保護
用)コンデンサC1とを図示のように接続して、CR発
振回路を構成している。すなわち、能動動作中のトラン
ジスタTr6の動作に追従するトランジスタTr7から
コンデンサC3でトランジスタTr6に帰還される構成
と、能動動作中のトランジスタTr6のベースに結合用
コンデンサC1を介して接続された接触電極20の構成
とで、発振開始型のCR発振回路を構成している。
接触電極20に対する人体の接触有無により変化するこ
とを発振回路30の動作にて検出するように構成した回
路であり、接触電極20に対する人体の接触によって回
路固有の容量値Ciを基準値として、この基準値Ciよ
りも接触電極20と大地間との容量値が大きくなった場
合に、発振回路内のほとんどの箇所に定常発振が発生す
る方式である。
電極20と大地間の容量値C0と回路固有の容量値Ci
との関係を、予め、 C0<Ci………式4 の関係となるように設定し、接触電極20に人体が接触
していない場合は、発振停止状態になるように設定す
る。
接触すると、人体等価インピーダンスが接続されたこと
になるので、人体等価インピーダンスの容量値をCxと
したとき、回路固有の基準値の容量値Ciとの関係を、 C0+Cx>Ci…………式5 にすれば、発振回路30の発振が開始する。
により、 C0+Cx>Ci>C0………式6 となるように、回路固有の基準値の容量値Ciを設定す
る。この設定はコンデンサC3、抵抗R5,R6などの
定数により自由に設定することができる。
形を示し、横軸は時間、縦軸は出力電圧を示す。
人体接触の有無を想定したスイッチSWのon/off
により、定常発振/発振停止となり、この出力は、演算
処理して接触/離反の検知信号を得ることができ、他の
手段としては、その出力を検波積分して設定された判定
レベルで比較して、接触/離反の検知信号を得ることも
できる。
施例では、発振回路の出力にヒステリシス特性を持たせ
るための構成を示す。発振回路は図1で示した回路構成
を有し、この回路構成に対して、検波積分回路25、お
よび比較回路26を接続している。
イオードDと、積分処理を行うコンデンサC3および抵
抗R7とを図示のように接続して構成し、比較回路26
はコンパレータCOMと抵抗R9〜R13を図示のよう
に接続して構成している。
たすために、発振回路本体23の抵抗R1に抵抗Rzを
直列に接続し、トランジスタTrzにより、抵抗R1と
抵抗R1+Rzとに動作点を切り換えるように接続し、
さらに、トランジスタTrzをコンパレータCOMの出
力でoff/on操作するように接続している。
触電極20に対して人体が離反しているとき定常発振し
ており、接触電極20に人体が接触すると発振が停止す
るように設定しているので、接触電極20に対して人体
が離反しているとき、発振回路本体23の出力点Vou
t1の出力は定常発振を出力して、“H”(high)
の状態であり、さらに、この定常発振を検波積分した検
波積分回路25の出力点Vout2も“H”の状態であ
り、設定した判別レベルで定常発振状態(人体離反状
態)を検知するコンパレータCOMの出力点Vout3
も“H”を出力している。なお、この出力はタッチセン
サとしての最終出力にもなり得る。
点Vout3が“H”を出力することにより、前述のト
ランジスタTrzがonになり、抵抗R1のみが動作
し、抵抗Rzは短絡される。
発振回路本体23の発振が停止するので、その出力点V
out1の出力は発振停止で、“L”(LOW)の状態
であり、さらに、検波積分回路25の出力点Vout2
も“L”の状態であり、コンパレータCOMの出力点V
out3も“L”を出力して、人体検知状態を出力して
いる。
“L”であるため、トランジスタTrzはoffにな
り、抵抗R1とR2とが動作することになる。
ているときは、トランジスタTrzはonで、回路コン
ダクタンスgi1は抵抗R1のみで決定され、人体が接
触電極20に接触しているときは、トランジスタTrz
はoffで、回路コンダクタンスgi2は抵抗R1+R
2で決定されて、発振点は2つ存在することになり、ま
た、その発振状態は、接触電極20に対する人体の離反
状態から接触状態に切り換わる動作点が高く、接触状態
から離反状態に切り換わる動作点が低くなるようなヒス
テリシス特性を持つことになる。
i2との関係が gi1>gi2………式7 となり、上述したヒステリシス特性を持たせることがで
きる。
振回路22側の合成インピーダンスのコンダクタンス成
分と、発振回路本体23側の回路固有の基準値のコンダ
クタンスgiとの関係を示し、縦軸はコンダクタンス、
横軸は共振周波数である。
体が離反している状態を示し、該状態では、前述したよ
うに、発振回路本体23の回路コンダクタンスgi1は
抵抗R1のみで決定されるために、コンダクタンスが高
くなり、そのため動作点も高くなって接触電極20に対
し完全な接触によって定常発振が停止し、人体接触が検
知される。
体が接触している状態を示し、前述のように接触電極2
0に対する人体の離反状態から接触状態に切り換えられ
ると、トランジスタTrzにより抵抗R1+R2の回路
コンダクタンスgi2に切り換えられるので、コンダク
タンスが低くなり、そのため動作点も低くなって接触電
極20に対して完全に人体が離反しなければ、定常発振
が復帰(始動)しない。
対する人体の離反状態から接触状態に切り換わる動作点
が高く、接触状態から離反状態に切り換わる動作点が低
くなるようなヒステリシス特性を持つことになる。
との関係によるヒステリシス特性を示し、図中の特性A
は人体の離反状態から接触電極20へ徐々に接触状態に
なる場合の発振振幅を示し、また、特性Bは反対に接触
状態から徐々に離反状態に移行する場合の発振振幅を示
している。
“H”からコンダクタンスgi2の“L”に切り換わ
り、特性Bはその逆であるため、図示のようなヒステリ
シス特性を持つことになる。
つと、人体の検知動作が安定する利点が生じる。すなわ
ち、発振が停止する場合は、人体と接触電極20とが完
全に接触しなければならず、また、逆に、定常発振に復
帰するには、第1の発振点を通過しても発振が立ち上が
らず、第2の発振点に至って初めて定常発振の復帰動作
となるため、具体的に人体が接触電極20から完全に離
反しない限り動作しないことを示す。そのため、完全な
接触と完全な離反で動作を行うので、接触/離反の動作
によるによるチャタリングも防止できて、人体の検知動
作が安定する。この発明の構成と、上述の実施例との対
応において、この発明のヒステリシス付与回路は、実施
例の抵抗R1,Rz、コンパレータCOM、トランジス
タTrzに対応するも、この発明は、その他の構成をも
含めて、実施例に限定されるものではなく、多くの実施
の形態を備える。
ハンドルの断面図。
関係を示す特性図。
関係を示す特性図。
Claims (3)
- 【請求項1】外部に露出させた接触電極と、該接触電極
に直接、もしくは抵抗、コンデンサなどの保護用素子を
介して接続された発振回路を有し、該発振回路が被検出
物の接触によって生じる前記接触電極と大地間の等価イ
ンピーダンスの変化で、発振振幅もしくは発振周波数が
変化することにより生じる電気的な変化量にて被検出物
の接触有無を判別するタッチセンサであって、前記発振
回路に、前記接触電極に被検出物が接触していない場合
定常発振し、前記接触電極に被検出物が接触してその被
検出物等価インピーダンスが回路固有の基準値を越えた
場合、前記定常発振を停止する発振停止点を設定したタ
ッチセンサ。 - 【請求項2】外部に露出させた接触電極と、該接触電極
に直接、もしくは抵抗、コンデンサなどの保護用素子を
介して接続された発振回路を有し、該発振回路が被検出
物の接触によって生じる前記接触電極と大地間の等価イ
ンピーダンスの変化で、発振振幅もしくは発振周波数が
変化することにより生じる電気的な変化量にて被検出物
の接触有無を判別するタッチセンサであって、前記発振
回路に、前記接触電極に被検出物が接触していない場合
発振を停止し、前記接触電極に被検出物が接触してその
被検出物等価インピーダンスが回路固有の基準値を越え
た場合、発振を開始する発振開始点を設定したタッチセ
ンサ。 - 【請求項3】被検出物が前記接触電極に接触している状
態と離反している状態とのそれぞれに対応する発振回路
の出力の切り換わりにおいて、上記離反状態から接触状
態に切り替わる動作点が高く、接触状態から離反状態に
切り換わる動作点が低くなるようにヒステリシス特性を
持たせるヒステリシス付与回路を備えた請求項1または
2に記載のタッチセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001229007A JP4830228B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | タッチセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001229007A JP4830228B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | タッチセンサ |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003046383A true JP2003046383A (ja) | 2003-02-14 |
JP2003046383A5 JP2003046383A5 (ja) | 2008-09-11 |
JP4830228B2 JP4830228B2 (ja) | 2011-12-07 |
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ID=19061417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001229007A Expired - Lifetime JP4830228B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | タッチセンサ |
Country Status (1)
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