JP2006173699A

JP2006173699A - 静電容量式入力装置

Info

Publication number: JP2006173699A
Application number: JP2004359422A
Authority: JP
Inventors: Shuji Sato; 周史佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-13
Also published as: JP4552640B2

Abstract

【課題】電界による誤動作を防止すること。
【解決手段】人が操作しない第２の電極１１とこの第２の電極１１で検出した出力の電圧を測定する検波手段１２を設け、検波手段１２の出力の電圧が所定電圧以上である場合に、人が操作する第１の電極４において、制御手段１４は、検知電圧幅を変更する、もしくは、基準電位を変更する、もしくは、検知時間幅を変更して、検出手段８で操作時の第１の電極４の電圧変化を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量式入力装置であるタッチスイッチに関するものである。

従来の一般的な静電容量式入力装置を備えた誘導加熱調理器の全体構成のブロック図を図７に、全体構成図を図１０に、電極部分の断面図を図１１に示す。

従来この種の誘導加熱調理器の静電容量式入力装置は、図１０に示す様に、外郭２１に金属製のフレーム２２で外周を覆った結晶化ガラスで構成されたトッププレート２３の表面に電極２４を構成し、トッププレート２３の裏面にも電極２４を構成している。この裏面の電極２４は接点端子２５を介して検出手段２８に接続されている。

図１１において、トッププレート２３の表裏に配された電極２４は対向する位置に設けられ静電容量を形成する。このとき表面の電極２４を人体が触れると、人体の等価回路を介して表面の電極２４がアースに接続される構成となる。このときの電極２４の電位の変化を検出して人体が電極２４である副操作部のスイッチを操作したと判断している。

このときの信号の処理の流れをブロック図の図７と動作を示すタイミングチャートの図８と、ノイズの影響を受けた場合の動作を示すタイミングチャートとの図９とによって説明する。

図７において、まず電子回路、もしくはマイクロコンピューターにて基準となる発振手段２６を構成する。この発振手段２６の発振周波数を４００ｋＨｚとし、コンデンサ２７を介して電極２４に接続されている。人体がこの電極２４に触れると電位が変化し、第１の電極電圧の動作変化は図８に示すように、所定以上の電圧変化幅である判定電圧幅Ｖ１以上で所定以上の時間である判定時間Ｔ１以上にわたって変化したことを検出手段２８で読み取ってスイッチの入力を受け付けたと判定しているものである。

但しこのとき、ラジオやテレビ等の電波源３０が建築物等の構造によって増幅して印加されたり、また別の強い電界が近くに存在したりすると電極２４がその影響を受け、検出手段２８にて、人体が触ったことによる電位の変化（操作をしたこと）がわからないという不具合がある。

ノイズの影響を受けた場合の電極２４の電位の変化は図９において示すように、ノイズが重畳されるとそのエネルギーにより入力変化の基準の電位が変動するため、そのときにノイズによって変化した後の電位からの変化幅Ｖｏｎで判断すれば人が触れたと判断できるものを、そもそもの基準電位とノイズが重畳された状態で人体が触れた結果の電位変化との差の電圧Ｖｒｅｆは本来変化すべき判断基準のＶ１より小さいため人体が触れていないと誤って判断してしまうものである。そのために、図７に示すように信号経路に一般的にバンドパスフィルタと呼ばれるようなフィルタ回路２９を挿入し基本の発振周波数以外の信号は除去して検出手段２８に入力している例が多い（例えば、特許文献１参照）。

もしくは、変化幅を所定範囲に限定してそれ以外は外来ノイズと判断したり、先ほどの説明のように電圧変化の継続時間を読み取って短時間の変化であると外来ノイズであると判断している例もある（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−２２５１０６号公報特開平５−１７５８２０号公報

しかしながら、図７に示す前記従来の静電容量式入力装置の構成においては、ノイズの影響を受けた場合に、複数の内容の入力操作をするために複数の電極で構成されるすべての電極２４にノイズ防止のフィルタ回路２９が必要になるという課題と、また、入力された信号を都度ノイズであるか、人体の接触によるものであるのかどうかを判断しなければいけないが実際には不可能であるという課題とを有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、簡単な構成で、定常的にノイズの影響を受ける状況においても安定した操作をすることができる静電容量式入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の静電容量式入力装置は、所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位が所定時間△Ｔ１以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、前記検出手段の所定電位幅△Ｖ１を所定電位幅△Ｖ１より小さい所定値△Ｖ３に変更する制御手段とを設けたものである。

このことにより、第２の電極によって現在の状況が外来の電界ノイズを受けている状況かどうかを別途判断しその結果によって、ノイズ源のエネルギーを考慮してその中での変化を敏感に捉えることにより静電容量式入力装置のスイッチ操作を判定しているものであり、ノイズ源の影響を受けなくすることができるものである。

また、本発明の静電容量式入力装置は、所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位である基準電位Ｖ０から、所定時間△Ｔ以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合には、そのときの前記第１の電極の電圧を基準電位Ｖ０として更新する制御手段とを設けたものである。

このことにより、第２の電極によって現在の状況が外来の電界ノイズを受けている状況かどうかを別途判断しその結果によって、ノイズ源のエネルギーを考慮して基準の電位を変更するため、そのノイズ状況下でも人体の接触による変化を敏感に捉えることにより、静電容量式入力装置のスイッチ操作を判定しているものであり、ノイズ源の影響を受けなくすることができるものである。

また、本発明の静電容量式入力装置は、所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位が所定時間△Ｔ１以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、前記検出手段の所定時間幅を△Ｔ１より小さい所定値△Ｔ２に変更する制御手段とを設けたものである。

このことにより、第２の電極によって現在の状況が外来の電界ノイズを受けている状況かどうかを別途判断しその結果によって、ノイズ源のエネルギーを考慮して基準の受け付け時間を変更するため、そのノイズ状況下でも人体の接触による変化を敏感に捉えることにより、静電容量式入力装置のスイッチ操作を判定しているものであり、ノイズ源の影響を受けなくすることができるものである。

以上のように本発明の構成の静電容量式入力装置によれば、ノイズの影響を受けた場合に、機器の使用環境における電界の影響のみを取り出してノイズがあるかどうかを判断して、ノイズの影響を簡単な構成で確実に防ぎ、誤動作を防止して安定した操作をすることができるものである。

第１の発明は、所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位が所定時間△Ｔ１以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、前記検出手段の所定電位幅△Ｖ１を所定電位幅△Ｖ１より小さい所定値△Ｖ３に変更する制御手段を設けたことにより、ノイズ環境下ではその受付基準電圧幅を小さく敏感にすることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けないようにしたものである。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段を、検出手段にて検出した所定電圧Ｖ２の大きさに応じて所定電位幅△Ｖ１を変更するようにしたことにより、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電圧幅を小さく敏感に都度変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けないようにしたものである。

第３の発明は、所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介してこの発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位である基準電位Ｖ０から、所定時間△Ｔ以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合には、そのときの前記第１の電極の電圧を基準電位Ｖ０として更新する制御手段とを設けたことにより、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電位を都度変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けず、人体による電位の変化を確実に検出するようにしたものである。

第４の発明は、特に、第３の発明の制御手段を、検波手段にて検出した電圧が所定電圧Ｖ２を下回った場合には、そのときの前記電極の電圧を基準電位Ｖ０として更新するようにしたことにより、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電位をノイズレベルに応じて都度変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けず、人体による電位の変化を確実に検出するようにしたものである。

第５の発明は、所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介してこの発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位が所定時間△Ｔ１以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、前記検出手段の所定時間幅を△Ｔ１より小さい所定値△Ｔ２に変更する制御手段とを設けたことにより、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電時間を変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けず、人体による電位の変化を確実に検出するようにしたものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における静電容量式入力装置の信号の処理のブロック図を示すものである。

図１に示す様に、通常は発振手段６から例えば４００ｋＨｚの矩形波をコンデンサ７を介して第１の電極４に印加させるとそのコンデンサ容量と発振周波数に応じた所定の基準電圧が決定する。この状態で人体が第１の電極４に直接あるいは、導電物を介して間接的に触れると、人体がアースと結合するインピータンスにより、第１の電極４の電圧が変化する。この変化を検出手段８で捉えて、所定時間、所定電圧幅の変化が発生するとスイッチを受け付けたと判断する。ここまでは従来例と同等の動作である。

このとき、例えば電波源１０から強い電界が発せられている場合は、人体が触れない部分に設置した第２の電極１１にて、外来のノイズの電界を受け、検波手段１２により取り出した電波ノイズの大きさを電圧に変換し、その大きさが所定の大きさ以上であれば、制御手段１４にて検出手段８の検知電圧幅を変更するものである。

図４に、このときの第１の電極４の電圧と第２の電極１１の電圧との動作を示すタイミングチャートを示す。

第１の電極電圧において、本来の基準電位Ｖ０がノイズのエネルギーにより持ち上がっている。本来は記憶している基準電位から電圧Ｖ１の幅以上変化すれば人体が第１の電極４を操作したと判断しているが、図示するように、人体が触れることによって、電圧Ｖｏｎ幅変化したとしても、基準電位との差が電圧幅Ｖｒｅｆであり、Ｖ１＞Ｖｒｅｆであるため誤ってスイッチを受け付けたとは判断できていないことになる。そこで、検波手段１２で第２の電極電圧を測定し、所定電圧Ｖ２を越えているので、制御手段１４にて検知電圧幅Ｖ１の変更指示が出ていると、検知電圧幅をＶ１より小さいＶ３に変更するため、このとき、Ｖ３＜Ｖｒｅｆであり、スイッチを受け付けたと判断できることになる。したがって、ノイズ環境下ではその受付基準電圧幅を小さく敏感にすることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けないようにしたものである。

具体的には、この発振周波数の変更をおこなう発振手段６と、制御手段１４と検波手段１２は、マイクロコンピューターで構成することが一般的である。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態によれば、図１に示した、本発明の実施の形態１のように、検波手段１２により取り出した電波ノイズの大きさを電圧に変換し、その電圧の大きさ、すなわち、電波ノイズの大きさに応じて、制御手段１４にて検出手段８の検知電圧幅を都度変更するものである。したがって、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電圧幅を小さく敏感に都度変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けないようにしたものである。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態によれば、図２の信号の処理のブロック図に示すように、例えば電波源１０から強い電界が発せられている場合は、人体が触れない部分に設置した第２の電極１１にて、外来のノイズの電界を受け、検波手段１２により取り出した電波ノイズの大きさを電圧に変換し、その大きさが所定の大きさ電圧Ｖ２を越えているので、制御手段１４にて検出手段８の検知電圧幅を測定するための基準電位Ｖ０を変更するものである。

図５にこのときの第１の電極４の電圧と第２の電極１１の電圧との動作を示すタイミングチャートを示す。

第１の電極電圧において、本来の基準電位Ｖ０がノイズのエネルギーにより持ち上がっている（Ｖ２０）。本来は記憶している基準電位から電圧Ｖ１の幅以上変化すれば人体が第１の電極４を操作したと判断しているが、図示するように、人体が触れることによって、電圧Ｖｏｎ幅変化したとしても、基準電位との差が電圧幅Ｖｒｅｆであり、Ｖ１＞Ｖｒｅｆの関係であるため誤ってスイッチを受け付けたとは判断できていないことになる。そこで、検波手段１２で第２の電極電圧を測定し、所定電圧Ｖ２を越えているので、制御手段１４にて検知電圧幅Ｖ１の基準電位Ｖ０のもちあがった電位Ｖ２０への変更指示が出ていると、図５に示すように判定に至る途中で基準電位を変更するため、このとき、Ｖ１＜Ｖｒｅｆ＝Ｖｏｎとなり、スイッチを受け付けたと判断できることになる。したがって、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電位を都度変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けず、人体による電位の変化を確実に検出するようにしたものである。

具体的には、この基準電位の変更をおこなう制御手段１４と、検波手段１２は、マイクロコンピューターで構成することが一般的である。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態によれば、図２の信号の処理のブロック図に示すように、例えば電波源１０から強い電界が発せられている場合は、人体が触れない部分に設置した第２の電極１１にて、外来のノイズの電界を受け、検波手段１２により取り出した電波ノイズの大きさを電圧に変換し、その大きさが所定の大きさ電圧Ｖ２を越えているので、制御手段１４にて検出手段８の検知電圧幅を測定するための基準電位Ｖ０を変更し、さらに検波手段１２により取り出した電波ノイズの大きさが所定の大きさＶ２未満のＶ４以下に戻れば、制御手段１４にて検出手段８の検知電圧幅を測定するための基準電位を元の値Ｖ０に戻しているものである。

第２の電極へのノイズにより持ち上がった電圧（Ｖ２以上）が下がった場合（Ｖ４）に基準電圧Ｖ２０を元（Ｖ０）に戻しているものである。したがって、ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電位をノイズレベルに応じて都度変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けず、人体による電位の変化を確実に検出するようにしたものである。

（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態によれば、図３の信号の処理のブロック図に示すように、例えば電波源１０から強い電界が発せられている場合は、人体が触れない部分に設置した第２の電極１１にて、外来のノイズの電界を受け、検波手段１２により取り出した電波ノイズの大きさを電圧に変換し、その大きさが所定の大きさ電圧Ｖ２を越えているので、制御手段１４にて検出手段８の検知時間幅Ｔ１を変更するものである。

図６に、このときの第１の電極４の電圧と第２の電極１１の電圧との動作を示す。

第１の電極電圧において、本来の電位がノイズのエネルギーにより持ち上がっている。本来は記憶している基準電位から時間幅Ｔ１以上の期間変化すれば人体が第１の電極４を操作したと判断しているが、図示するように、人体が時間幅Ｔ１以上の期間触れることによって、電極電位が変化したとしても、そのときに、人体が触れる第１の電極４が電界ノイズの影響を受けてしまって、検出手段８で検出した電位が途中で変化すると、誤って受け付けたと判断できないことになる。

そのとき、第２の電極１１で受けた電界ノイズの影響を検波手段１２で電圧に変換し、その電圧が所定の電圧Ｖ２以上であった場合には、図６に示すように、キーを受け付けたと判断する時間をＴ１から、Ｔ１より短い時間Ｔ２に変更し、スイッチを受け付けたと判断している。ノイズ環境下ではそのノイズレベルによりその受付基準電時間を変化させることにより使用環境における電界に起因するノイズの影響を受けず、人体による電位の変化を確実に検出するようにしたものである。

以上のように、本発明にかかる静電容量式入力装置は、使用環境における電界の影響を簡単な構成で確実に防ぐことが可能となるので、本発明の記憶手段の動作は、静電容量式のスイッチ全般等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１および２における静電容量式入力装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態３、および４における静電容量式入力装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態５における静電容量式入力装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１および４の静電容量式入力装置の動作を示すタイミングチャート本発明の実施の形態３の静電容量式入力装置の動作を示すタイミングチャート本発明の実施の形態５の静電容量式入力装置の動作を示すタイミングチャート従来例の静電容量式入力装置の全体構成を示すブロック図従来例の静電容量式入力装置の動作を示すタイミングチャート従来例の静電容量式入力装置のノイズの影響を受けた場合の動作を示すタイミングチャート従来例の静電容量式入力装置を採用した誘導加熱調理器の全体構成図従来例の静電容量式入力装置を採用した誘導加熱調理器の電極部分の断面図

符号の説明

４静電容量式入力装置を採用した誘導加熱調理器のトッププレートの第１の電極
６発振手段
７コンデンサ
８検出手段
１０電波源
１１第２の電極
１２検波手段
１４制御手段

Claims

所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位が所定時間△Ｔ１以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、前記検出手段の所定電位幅△Ｖ１を所定電位幅△Ｖ１より小さい所定値△Ｖ３に変更する制御手段とを設けた静電容量式入力装置。
制御手段は、検出手段にて検出した所定電圧Ｖ２の大きさに応じて所定電位幅△Ｖ１を変更するようにした請求項１に記載の静電容量式入力装置。
所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位である基準電位Ｖ０から、所定時間△Ｔ以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、そのときの前記第１の電極の電圧を基準電位Ｖ０として更新する制御手段とを設けた静電容量式入力装置。
制御手段は、検波手段にて検出した電圧が所定電圧Ｖ４を下回った場合には、そのときの第１の電極の電圧を基準電位Ｖ０として更新するようにした請求項３に記載の静電容量式入力装置。
所定周波数で発振する発振手段と、コンデンサを介して前記発振手段に接続された第１の電極と、前記第１の電極の電位が所定時間△Ｔ１以上の期間、所定電位幅△Ｖ１以上変化したことを検知することにより入力を受け付けたと判断する検出手段と、前記発振手段とは接続されていない第２の電極と、前記第２の電極の電圧を測定する検波手段と、前記検波手段で検出した電圧が所定電圧Ｖ２を越えた場合に、前記検出手段の所定時間幅を△Ｔ１より小さい所定値△Ｔ２に変更する制御手段とを設けた静電容量式入力装置。