JP2009094849A - 容量変化検出回路、タッチパネル及び判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路素子が少なく、かつ集積化が可能な検出回路であって、誤反応の少ない容量変化検出回路を提供すること。
【解決手段】 検出回路１は、入力部２と、前記入力部に接続された２つの接触電極Ａ、Ｂと、接触電極Ａに接続された位相反転手段３と、各接触手段に設けられた一の増幅手段４１と、前記増幅手段４１に接続され、各接触電極Ａ、Ｂにおける容量変化による入力信号の振幅の変化を電気的変化量として検出する検出手段５Ａ、５Ｂとを備える。検出回路１は、位相反転手段３により、２つの電極に対し、互いに位相が半周期ずれた信号を入力せしめる。接触があった場合には入力パルスの振幅を増幅手段４１において増幅せしめ、増幅された一つの信号から各電極での信号を各検出手段５Ａ、５Ｂで検出し、各出力部６Ａ、６Ｂへ出力している。
【選択図】図１

Description

本発明は容量変化検出回路、タッチパネル及び判定方法に関する。

近年、様々な産業機器に用いられているタッチパネルは、人間がタッチパネルのどの部分を接触したかを検出するタッチセンサを用いている。タッチセンサは、パネル上の電極に人間が接触すると、電極に、人体と等価な静電容量をもつコンデンサが接続されたことと同じ状態になることを利用し、この電極と接地（アース）との間で形成される静電容量の変化を電気容量として検出し、接触の有無を判定する。

このようなタッチセンサとしては、外部に露出させた接触電極と、該接触電極に接続された発振回路を有するものが知られている（特許文献１参照）。これは、発振回路が、接触電極に人間が接触していない場合、定常発振し、接触電極に人間が接触してその人体の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、接触電極に人間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ものであり、人体の接触と離反の状態を、定常発振の有無で出力する。

また、別のタッチセンサとして、接触電極以外に検出電極を有し、これらの電極間の容量差を検出するものが知られている（特許文献２参照）。これは、絶縁材料よりなるセンサケースと、センサケースの内面に配置された検出電極と、センサケースの外面における検出電極に対向する位置に配置されて、検出電極に容量結合されたタッチ電極と、検出電極に接続され、検出電極とグランド間の静電容量の変化に基づいて、タッチ電極への物体の接触を検出して検出信号を出力する検出回路とを備えたものである。

特開２００３−４６３８３号公報（請求項１及び図２参照） 特開２００４−３４０６６２号公報（請求項１及び図１参照）

上述の回路の場合、発振回路構成のために多くの回路素子を用いる必要があり、コスト高になるだけでなく、電極数が増えるに従って集積化が難しいという問題があった。

特に、接触電極と検出電極とを有する回路の場合、接触電極と検出電極との間に付着した誘電性物質に起因した誤反応の問題があった。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、回路素子が少なく、かつ集積化が可能な容量変化検出回路であって、誤反応の少ない容量変化検出回路を提供することにあり、また、この容量変化検出回路を用いたタッチパネルを提供することにある。さらにまた、本発明の課題は、この容量変化検出回路を用いた判定方法を提供することにある。

本発明の容量変化検出回路は、パルス信号の入力部から位相反転手段を介してパルス信号が供給される第１の接触電極、及び前記入力部からパルス信号が供給される第２の接触電極を一組とする少なくとも一組の接触電極と、一組の接触電極に対し接続された一の増幅手段と、前記増幅手段に接続され、第１の接触電極の状態を示す信号を検出する第１の検出手段、及び第２の接触電極の状態を示す信号を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段及び第２の検出手段にそれぞれ接続された各出力部とを備えたことを特徴とする。

本発明の容量変化検出回路は、一組の電極に対し、ただ一つの増幅手段及び二つの検出手段を設けてなるという非常にシンプルな構成であり、素子数を軽減することができる。この構成は、位相反転手段が設けられ、第１の接触電極に第２の接触電極とは逆の位相の信号を供給することで可能となったものである。即ち、２つの電極の状態を示す信号が逆位相となるので、合成され一つの増幅手段で増幅されても、第１の検出手段では、第１の接触電極の状態を示す信号と逆位相の第２の接触電極の状態を示す信号を打ち消し、第１の接触電極の状態を示す信号のみを検出し、第２の検出手段では、第２の接触電極の状態を示す信号と逆位相の第１の接触電極の状態を示す信号を打ち消し、第２の接触電極の状態を示す信号のみを検出し、その結果、本発明の容量変化検出回路は、一組の電極に対し、一つの増幅手段及び二つの検出手段で実現可能となっているからである。さらに、本発明の容量変化検出回路では、電極として接触電極のみを用いていることで、誤反応を低減している。

上記容量変化検出回路において、前記増幅手段が、インバータと、インバータの入力側に設けられたコンデンサと、インバータに並列な抵抗とからなり、前記インバータの出力側が前記検出手段の入力側に接続され、前記インバータと抵抗とが、負帰還反転増幅回路を構成していることが好ましい。増幅手段が、コンデンサ、インバータ、抵抗から構成されることで、簡易な構成で、かつ、コストを低く抑えた回路を形成することができる。

また、前記位相反転手段が、インバータであることが好ましい。位相反転手段がインバータから構成されることで、簡易な構成で、かつ、コストを低く抑えた回路を形成することができる。

前記第１及び第２の検出手段のそれぞれが、ダイオード、抵抗、及びコンデンサからなり、第１の検出手段のダイオードは、カソード側が前記位相反転手段からのパルス信号が供給される第１の接続点に接続され、アノード側が増幅手段の出力側と第１の検出手段の抵抗との間に設けられた第２の接続点に接続されており、第２の検出手段のダイオードは、カソード側が入力部からのパルス信号が供給される第３の接続点に接続され、アノード側が増幅手段の出力側と第２の検出手段の抵抗との間に設けられた第４の接続点とに接続されており、各検出手段の抵抗とコンデンサとで平滑回路がそれぞれ構成されていることが好ましい。このように第１の検出手段を構成すると、ダイオードを介して第２の接続点に供給された、第１の接触電極に供給される信号と同一の信号は、第２の接触電極の状態を示す信号とは逆位相である。従って、第２の接続点では、この信号により、増幅手段から出力された信号から、第２の接触電極の状態を示す信号が打ち消され、その結果、第１の接触電極における信号のみが検出されうる。また、上記のように第２の検出手段を構成すると、ダイオードを介して第４の接続点に供給された、第２の接触電極に入力される信号と同一の信号により、第４の接続点で、第１の接触電極の状態を示す信号が打ち消され、第２の接触電極における信号のみが検出されうる。

前記位相反転手段と第１の接触電極との間に設けられた第１の抵抗と、前記入力部と第２の接触電極との間に設けられた第２の抵抗とが、同一の抵抗値であることが好ましい。同一の抵抗値であれば、より簡易に本容量変化検出回路を構成できるからである。

前記第１の接触電極と増幅手段との間に第３の抵抗を設け、前記第２の接触電極と増幅手段との間に第４の抵抗を設け、第３の抵抗と第４の抵抗が同一の抵抗値であることが好ましく、また、前記第１の抵抗、前記第２の抵抗、前記第３の抵抗及び第４の抵抗が同一の抵抗値であることが好ましい。同一の抵抗値とすることで、より簡易に本容量変化検出回路を構成できる。

前記増幅手段と第１の検出手段との間に第５の抵抗を設け、前記増幅手段と第２の検出手段との間に第６の抵抗を設け、前記第５の抵抗と第６の抵抗とは、同一の抵抗値であることが好ましい。同一の抵抗値とすることで、より簡易に本容量変化検出回路を構成できる。

本発明のタッチパネルは、前記容量変化検出回路と、パネル部と、制御部とを備えたタッチパネルであって、前記容量変化検出回路の接触電極がパネル部に設けられ、かつ、容量変化検出回路の出力部が、制御部に接続されていることを特徴とする。本容量変化検出回路は、シンプルな構成であり、素子数が少なく集積化しやすいので、本容量変化検出回路を用いることで、多入力のタッチパネルを構成することが可能である。

また、本発明の判定方法は、上記容量変化検出回路を用いて接触電極への接触の有無を判定する判定方法であって、第１の接触電極の状態を示す信号と、第２の接触電極の状態を示す信号との差を示す信号を検出し、この差を示す信号に基づいて接触電極への接触の有無を判定することを特徴とする。かかる判定方法によれば、簡易に接触電極への接触の有無を判定することができる。

本発明の容量変化検出回路によれば、素子数が軽減でき、かつシンプルな構成で誤作動が少ないという優れた効果を奏する。また、本発明のタッチパネルによれば、多入力のタッチパネルを簡易に構成できるという優れた効果を奏する。さらにまた、本発明の判定方法によれば、正確に接触電極への接触の有無を判定することができるという優れた効果を奏する。

本発明の容量変化検出回路を、図１を用いて説明する。

図１は、本発明の容量変化検出回路を説明するためのブロック図である。本発明の容量変化検出回路１（以下、単に検出回路１ともいう）は、一組の接触電極（以下、単に電極ともいう）Ａ及びＢを備えている。また、検出回路１は、入力信号を入力する一の入力部２と、信号の位相を反転させる（位相を半周期遅延させる）一の位相反転手段３と、入力された信号の振幅を増幅する増幅手段４１と、入力された信号から、電極Ａの状態を示す信号を検出するための検出手段５Ａと、電極Ｂの状態を示す信号を検出するための検出手段５Ｂと各出力部６Ａ、６Ｂとを備えている。

検出回路１において、電極Ａ及びＢは、例えばタッチパネルの表面に露出されており、人間が接触することができる。入力部２は、電極Ａに接続されるとともに、接続点Ｘ₁を介して電極Ｂに接続されている。電極Ａと接続点Ｘ₁との間にのみ、信号の位相を反転させる一の位相反転手段３が接続されている。また、電極Ａは、増幅手段４１の入力側に接続されている。電極Ｂはまた、電極Ａと増幅手段４１との間の接続点Ｘ₂から増幅手段４１の入力側に接続されている。この増幅手段４１は、出力側で、接続点Ｘ₃から二つの検出手段５Ａ、５Ｂの入力側に接続されている。さらに各検出手段５Ａ、５Ｂは、出力側で各出力部６Ａ、６Ｂに接続されている。

即ち、本発明の検出回路１は、一組の電極に対し、１つの増幅手段及び２つの検出手段を設けるという非常に簡易な構成である。

かかる検出回路１では、図１（ａ）に示すように人間の接触がない場合、入力部からの入力信号は、電極Ａには位相反転手段３を介して、電極Ｂには直接入力され、接続点Ｘ₂で合成される。この場合、電極Ａに供給される信号と電極Ｂに供給される信号とでは位相が半周期ずれているので、接続点Ｘ₂での合成により信号の振幅はキャンセルされて一定電圧となり、増幅手段４１に入力されても信号の振幅は増幅されない。この一定電圧となった信号は、接続点Ｘ₃で分岐され、検出手段５Ａ及び５Ｂに入力される。検出手段５Ａでは、電極Ａの状態を示す信号とは逆位相の電極Ｂの状態を示す信号が打ち消され、電極Ａの状態を示す信号のみが検出され、出力部６Ａへ出力される（詳細は後述する）。検出手段５Ｂでは、電極Ｂの状態を示す信号とは逆位相の電極Ａの状態を示す信号が打ち消され、増幅手段４１から出力された信号から電極Ｂの状態を示す信号のみが検出され、出力部６Ｂへ出力される（詳細は後述する）。各出力部では、接触なしと判断される。

人間が電極Ａに接触すると、図１（ｂ）に示すように、電極ＡにコンデンサＣが接続されたことと同じ状態になることにより電極での容量が変化する。この場合には、入力部２からの入力信号は、電極Ａには位相反転手段３を介して、電極Ｂには直接入力され、接続点Ｘ₂で合成されるが、上記図１（ａ）の場合と異なり、振幅が相殺されないので、振幅は増幅手段４１で増幅される。次いで、検出手段５Ａにおいては、一つの増幅された信号から、電極Ａでの状態を示す信号のみが検出され、出力部６Ａへ出力される（詳細は後述する）。検出手段５Ｂにおいては、一つの増幅された信号から、電極Ｂの状態を示す信号のみ検出されて、出力部６Ｂへ出力する（詳細は後述する）。

つまり、本発明の検出回路１は、位相反転手段３により電極Ａに電極Ｂとは逆位相の信号が入力されるように構成されている。これにより、検出手段５Ａ、５Ｂにおいて、一つに合成された信号から、逆位相の電極の状態を示す信号を打ち消し、同位相の各電極Ａ、Ｂでの状態を示す信号（容量変化にかかる信号）のみを取り出すことができ、その結果、一組の電極に対し、増幅手段を一つだけ設けるというシンプルな構成を実現できている。

この検出回路１について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、上記容量変化検出回路の具体的構成を示すための回路図である。なお、図２中、図１と同一の構成要素には同一の参照符号が付してある。

図２では、３組の電極、即ち電極数を例えば６に設定した場合について示してあり、各電極Ａ〜Ｆはすべて同一である。

以下、まず電極Ａ及びＢに絞って回路構成を説明する。

入力部２は、電極Ａに接続されており、電極Ａと入力部２との間には、入力部２側から一の位相反転手段３及び抵抗Ｒ₁がこの順で接続されている。位相反転手段３は、入力された信号の位相を反転させるものであり、例えば、Ｃ−ＭＯＳのインバータＩＮ₃₁からなる。インバータＩＮ₃₁は、入力側が入力部２に接続され、出力側が抵抗Ｒ₁に接続される。

また、入力部２は、入力部２と位相反転手段３との間の接続点Ｘ₁から、抵抗Ｒ₂のみを介して電極Ｂに接続されている。即ち、電極Ａと電極Ｂとには位相が半周期ずれた信号が入力されるように構成されている。

さらに、電極Ａは、抵抗Ｒ₁₁が接続され、電極Ｂは、抵抗Ｒ₁₂が接続されている。抵抗Ｒ₁₁は、一の増幅手段４１の入力側に接続し、抵抗Ｒ₁₂は、抵抗Ｒ₁₁と一の増幅手段４１の入力側との間の接続点Ｘ₂から、増幅手段４１の入力側に接続している。この接続点Ｘ₂で、電極Ａの状態を示す信号と電極Ｂの状態を示す信号とは合成され、一つの増幅手段４１に入力されるように構成されている。

増幅手段４１は、コンデンサＣ₄₁、インバータＩＮ₄₁及び抵抗Ｒ₄₁からなり、コンデンサＣ₄₁が、接続点Ｘ₂とインバータＩＮ₄₁の入力側とに接続し、抵抗Ｒ₄₁はインバータＩＮ₄₁に対し並列に接続されている。また、インバータＩＮ₄₁と抵抗Ｒ₄₁とから負帰還反転増幅回路が構成されている。かかる構成により、増幅手段４１に入力された信号は、その位相が反転されると共にその振幅が増幅されて出力される。

増幅手段４１の出力側は、出力側の接続点Ｘ₃から、２つの検出手段５Ａ及び５Ｂに接続されている。従って、増幅手段４１から出力された信号は、接続点Ｘ₃で再び分岐され、各検出手段５Ａ及び５Ｂに入力される。増幅手段４１と検出手段５Ａとの間に抵抗Ｒ₂₁が接続され_、増幅手段４１と検出手段５Ｂとの間には、抵抗Ｒ₂₂が接続されている。

各検出手段５Ａ及び５Ｂでは、増幅手段４１から出力された一の信号から、各電極の状態を示す信号をそれぞれ検出する。そのために、検出手段５Ａ及び５Ｂは、検出手段５Ａには、電極Ａに供給される信号とは逆位相の電極Ｂでの状態を示す信号を打ち消すための信号が入力されるように、検出手段５Ｂには、電極Ｂに供給される信号とは逆位相の電極Ａの状態を示す信号を打ち消すための信号が入力されるように構成されている。即ち、検出手段５Ａは電極Ａの状態を示す信号のみ検出できるように構成され、検出手段５Ｂは、電極Ｂの状態を示す信号のみ検出できるように構成されている。なお、検出手段は、上述のように各電極での信号を取り出すものであるので、検出手段の数は、電極の数に一致している。

具体的には、検出手段５Ａは、ダイオードＤ₅₁と、抵抗Ｒ₅₁、コンデンサＣ₅₁とからなる。抵抗Ｒ₅₁は抵抗Ｒ₂₁に接続されている。ダイオードＤ₅₁は、抵抗Ｒ₅₁と抵抗Ｒ₂₁との間の接続点Ｘ₅₁にアノード側が接続され、位相反転手段３の出力側に設けられた接続点Ｘ₄にカソード側が接続される。コンデンサＣ₅₁と抵抗Ｒ₅₁とで平滑回路が構成されている。

このように構成された検出手段５Ａにおいては、電極Ａに供給される信号と同位相の信号がダイオードＤ₅₁を介して供給され、この信号のうち、低電圧部分の信号のみが、接続点Ｘ₅₁で、増幅手段４１から出力された信号と合成される。この低電圧部分の信号は、電極Ｂの状態を示す信号とは逆位相であるため、増幅手段４１から出力された信号のうち電極Ｂの状態を示す信号は、この信号成分によりキャンセルされる。即ち、この低電圧部分の信号が、電極Ｂの状態を示す信号を打ち消すための信号であり、これにより検出手段５Ａにおいては、電極Ａの状態を示す信号のみ取り出すことができる。そして、この取り出した信号を抵抗Ｒ₅₁及びコンデンサＣ₅₁によって平滑化して、電極Ａでの振幅を検出する。

また、検出手段５Ｂは、具体的にはダイオードＤ₅₂と、抵抗Ｒ₅₂、コンデンサＣ₅₂とから構成される。抵抗Ｒ₅₂は、抵抗Ｒ₂₂に接続されている。ダイオードＤ₅₂は、抵抗Ｒ₅₂と抵抗Ｒ₂₂との間の接続点Ｘ₅₂にアノード側が接続され、入力部２及び接続点Ｘ₁間に設けられた接続点Ｘ₅にカソード側が接続されている。コンデンサＣ₅₂と、抵抗Ｒ₅₂とで平滑回路が構成されている。

このように構成された検出手段５Ｂにおいては、電極Ｂに供給される信号と同位相の信号がダイオードＤ₅₂を介して供給され、この信号のうち、低電圧部分の信号のみが接続点Ｘ₅₂で増幅手段４１から出力された信号と合成される。前記低電圧部分の信号は電極Ａの状態を示す信号の位相とは半周期ずれているために、増幅手段４１から出力された信号のうち、電極Ａでの状態を示す信号は、前記低電圧部分の信号によってキャンセルされる。即ち、この低電圧部分の信号が、電極Ａの状態を示す信号を打ち消すための信号であり、これにより検出手段５Ｂにおいては、電極Ｂの状態を示す信号のみ取り出せる。そして、この取り出した信号は抵抗Ｒ₅₂及びコンデンサＣ₅₂によって平滑化されて、電極Ｂでの振幅が検出される。

検出手段５Ａ、５Ｂの出力側は、それぞれ出力部６Ａ、６Ｂに接続されている。出力部６Ａ、６Ｂは、検出手段５Ａ、５Ｂから出力された信号と、基準信号とを比較しうる構成となっており、基準信号と同一の信号が入力されると、接触なしと判断され、基準信号と異なる信号が入力されると、接触ありと判断される。ここで、基準信号とは、電極Ａ及びＢに接触がない場合に検出手段５Ａ、５Ｂから出力部６Ａ、６Ｂに入力される信号と同一の信号である。

以上、電極Ａ及びＢに絞って説明したが、電極Ｃ及びＤ、電極Ｅ及びＦについても、電極Ａ及びＢと同様に構成されている。

電極Ｃ及び電極Ｃに並列な電極Ｄについて、以下簡単に説明すると、電極Ｃに位相反転手段３及び抵抗Ｒ₃を介して入力部２が接続され、電極Ｄには、入力部２が抵抗Ｒ₄を介して接続されている。電極Ｃ及びＤは、それぞれ抵抗Ｒ₁₃及びＲ₁₄を介して一つの増幅手段４２の入力側に接続されている。増幅手段４２は、コンデンサＣ₄₂、抵抗Ｒ₄₂、インバータＩＮ₄₂からなり、増幅手段４１と同一の構成となっている。この増幅手段４２の出力側は、抵抗Ｒ₂₃及び検出手段５Ｃの入力側が接続されるとともに、抵抗Ｒ₂₄及び検出手段５Ｄの入力側が接続され、これらの出力側で出力部６Ｃ、６Ｄにそれぞれ接続している。検出手段５ＣはダイオードＤ₅₃、抵抗Ｒ₅₃、コンデンサＣ₅₃からなり、検出手段５Ａと同一の構成である。検出手段５ＤはダイオードＤ₅₄、抵抗Ｒ₅₄、コンデンサＣ₅₄からなり、検出手段５Ｂと同様の構成である。

また、電極Ｅ及び電極Ｅに並列な電極Ｆについて、以下簡単に説明すると、電極Ｅに位相反転手段３及び抵抗Ｒ₅を介して入力部２が接続され、電極Ｄには、入力部２が抵抗Ｒ₆を介して接続されている。電極Ｅ及びＦは、それぞれ抵抗Ｒ₁₅及びＲ₁₆を介して一つの増幅手段４３の入力側に接続されている。増幅手段４３は、コンデンサＣ₄₃、抵抗Ｒ₄₃、インバータＩＮ₄₃からなり、増幅手段４１と同一の構成となっている。この増幅手段４３の出力側は、抵抗Ｒ₂₅及び検出手段５Ｅの入力側が接続されるとともに、抵抗Ｒ₂₆及び検出手段５Ｆの入力側が接続され、これらの出力側で出力部６Ｅ、６Ｆにそれぞれ接続している。検出手段５ＥはダイオードＤ₅₅、抵抗Ｒ₅₅、コンデンサＣ₅₅からなり、検出手段５Ａと同一の構成である。検出手段５ＦはダイオードＤ₅₆、抵抗Ｒ₅₆、コンデンサＣ₅₆からなり、検出手段５Ｂと同様の構成である。

かかる図２に示す容量変化検出回路１の動作を、電極Ａ及びＢに絞って、図３を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｊ）は、図２中の位置（ａ）〜（ｊ）での信号の波形を示すグラフである。

まず、いずれの電極においても接触がない場合の動作を説明する。入力部２から入力される初期の矩形パルスは、その振幅が、最高：Ｖ_H、最低：Ｖ_Lである（図３（ａ）参照）。この入力信号は、接続点Ｘ₁で分岐されて、一方で位相反転手段３としてのインバータＩＮ₃₁に入力され、インバータＩＮ₃₁において半周期遅延した後に（図３（ｂ）参照）、抵抗Ｒ₁を介して電極Ａに供給されるので、矩形パルスの振幅は、Ｖ₂−Ｖ₁間に圧縮される（図３（ｃ）の実線で示す信号を参照）。他方、接続点Ｘ₁で分岐された入力信号は、抵抗Ｒ₂を介して電極Ｂに供給されるので、矩形パルスの振幅は、Ｖ₁−Ｖ₃間に圧縮される（図３（ｄ）の実線で示す信号を参照）。ここで、抵抗Ｒ１及びＲ２の値は、各電圧Ｖ₁＝（Ｖ_H＋Ｖ_L）／２、Ｖ₂＝３（Ｖ_H＋Ｖ_L）／４、Ｖ₃＝（Ｖ_H＋Ｖ_L）／４を満たすように設定され、抵抗Ｒ₁と抵抗Ｒ₂の値は同一であることが好ましい。

次いで、各電極Ａ及びＢに供給された信号は、接続点Ｘ₂で合成される。これらの信号は、互いに位相が反転しているので、図３（ｅ）に実線で示すように、電圧Ｖ₁で一定となる（一定電圧）。この合成された信号は振幅がないので、増幅手段４１に入力されても、位置（ｅ）での電圧と変わらずに電圧Ｖ₁で一定となる（図３（ｆ）参照）。

次いで、信号は、検出手段５Ａ、５Ｂに入力される。以下、まず検出手段５Ａの動作を説明する。検出手段５Ａの接続点Ｘ₅₁では、入力部２からインバータＩＮ₃₁を通過して位相が反転された後に、ダイオードＤ₅₁を介して供給された電圧Ｖ_L部分のみからなる信号と、増幅手段４１から出力された信号（図３（ｆ）参照）とが合成される。合成されると、増幅手段４１から出力された信号から、電極Ｂの状態を示す信号が打ち消されて、電極Ａの状態を示す信号のみがとりだされている。従って、位置（ｇ）では、図３（ｇ）に示す振幅Ｖ_L〜Ｖ₁で、かつ電極Ａに供給された信号と周期が同一の矩形パルス状の信号が得られる。

この信号が抵抗Ｒ₅₁及びコンデンサＣ₅₁によって平滑化されると、電圧がＶ₃で一定となる一定電圧が検出される（図３（ｈ）参照）。この場合、出力部６Ａには、基準電圧と同一の電圧しか入力されないので、電極Ａでは接触なしと判断される。

検出手段５Ｂでは、接続点Ｘ₅₂において、増幅手段４１から出力された信号と、入力信号（図３（ｂ）参照）がダイオードＤ₅₂を介して供給された電圧Ｖ_L部分のみからなる信号とが合成され、位置（ｉ）では、図３（ｉ）に示す振幅Ｖ_L〜Ｖ₁の矩形パルス状の信号が得られる。

この信号が抵抗Ｒ₅₂及びコンデンサＣ₅₂によって平滑化されると、電圧がＶ₃で一定となる電圧が検出される（図３（ｊ）参照）。この場合、出力部６Ｂには、基準電圧と同一の電圧しか入力されないので、電極Ｂでは接触なしと判断される。

以下、電極Ａ又はＢに人間が接触した場合について説明する。

電極Ａ又はＢに人間の接触があると、図１（ｂ）に示したように、電極にコンデンサＣが接続されたことと同じ状態になり、このコンデンサＣに電流が流れ、その後電圧は飽和する。したがって、各電極Ａ及びＢにおける入力信号の波形は、図３（ｃ）及び（ｄ）に点線で示したように非矩形パルス状の信号となる。

図３（ｃ）又は（ｄ）に点線で示した形状の信号が、接続点Ｘ₂において合成されると、図３（ｅ）に点線で示したように、電圧Ｖ₁を中心として上下の振幅を有する非矩形パルス状の信号となる。

この図３（ｅ）に点線で示した合成信号が、増幅手段４１に入力されると、位相が反転されるとともに、振幅が増幅され、電圧Ｖ₁を中心としてＶ_L〜Ｖ_Hの振幅をもつ信号となる（図３（ｆ）の点線部参照）。次いで、増幅された信号は、接続点Ｘ₃で分岐され、抵抗Ｒ₂₁及びＲ₂₂を介して、検出手段５Ａ及び５Ｂに入力される。

電極Ａでの接触があった場合の検出手段５Ａの動作を説明すると、接続点Ｘ₅₁では、インバータＩＮ₃₁を通過して位相が反転した初期の入力信号がダイオードＤ₅₁を介して得られた電圧Ｖ_L部分のみからなる信号と、増幅手段４１から出力された信号とが合成される。電極Ａと逆位相の電極Ｂの状態を示す信号は、電圧Ｖ_L部分のみからなる信号によって打ち消され、位置（ｇ）では、図３（ｇ）に点線で示すように、接触がなかった場合よりも増幅された信号分だけ大きな振幅をもつ電極Ａの状態を示す信号のみとなる。

この信号がコンデンサＣ₅₁によって平滑化されると、電圧Ｖ₃より増幅された信号分だけ高い一定電圧（Ｖ₃＋Ｖ_A）が検出される（図３（ｈ）参照）。そうすると、出力部６Ａには、基準電圧（Ｖ₃）よりＶ_A分高い電圧が入力されるので、電極Ａにおいて接触ありと判断される。

電極Ｂでの接触があった場合の検出手段５Ｂの動作を説明すると、接続点Ｘ₅₂において、増幅手段４１から出力された信号と、初期の入力信号がダイオードＤ₅₂を介して得られた電圧Ｖ_L部分のみからなる信号とが合成されて、増幅手段４１から出力された信号のうち電極Ｂに供給された信号と逆位相の電極Ａの状態を示す信号は、電圧Ｖ_L部分のみからなる信号によって打ち消される。そして、位置（ｉ）では、図３（ｉ）の点線で示す波形の電極Ｂの状態を示す信号が得られる。この波形がコンデンサＣ₅₂によって平滑化されると、電圧Ｖ₃より増幅された信号分だけ高い一定電圧（Ｖ₃＋Ｖ_B）が検出される（図３（ｊ））。そうすると、出力部６Ｂには、基準電圧（Ｖ₃）よりＶ_B分高い電圧が出力されるので、電極Ｂにおいて接触ありと判断される。

上記では、電極Ａ及びＢに絞って説明したが、電極Ｃ及びＤ、電極Ｅ及びＦも同様の作動を示す。

このようにして、検出回路１は、位相反転手段３により２つの電極に供給する信号を互いに位相を半周期ずらした後に合成して、接触がない場合には、入力パルスの振幅をなくし、接触があった場合には一つの増幅手段４１において入力パルスの振幅を増幅せしめている。そして、検出手段５Ａ、５Ｂにおいて、各電極の状態を示す信号のみを取り出し、次いで出力部６Ａ、６Ｂにより、入力パルスの増幅分、即ち基準電圧Ｖ₃よりＶ_A又はＶ_B分だけ高い電圧が検出されたかどうかで、接触電極Ａ及びＢでの容量変化を独立に検出し、判断することができる。

この結果、本発明の検出回路１は、２つの電極に対し、１つの増幅手段及び２つの検出手段を設けるという非常に簡易な構成で、電極における接触の有無を検出することができる。

また、本容量変化検出回路１では、各手段を、トランジスタそのものは使用せず、インバータ、抵抗、コンデンサ、ダイオードのみで構成している。

さらにまた、本容量変化検出回路１は、デジタル回路のように、出力部６Ａ〜６Ｆにおいて基準電圧と同じ電圧が出力されるか、又は高い電圧が出力されるかという２つの電圧によって論理的に接触の有無を判断できるので、誤作動が少ないという利点を有する。

上記検出回路１において、抵抗Ｒ₁〜Ｒ₆の値はすべて同一であることが好ましい。また、Ｒ₁₁〜Ｒ₁₆の値もすべて同一であることが好ましく、Ｒ₂₁〜Ｒ₂₆も同一であることが好ましい。さらに、Ｒ₁〜Ｒ₆、及びＲ₁₁〜Ｒ₁₆も同一であることが好ましい。

図２中では、電極Ａ及びＢ、電極Ｃ及びＤ、電極Ｅ及びＦがそれぞれ対となって各増幅手段４１に接続されているが、電極の組み合わせは、異なる位相の信号が電極に供給する組み合わせであれば、どのようなものでもよい。

上記本検出回路１を、タッチパネル、例えば自動車内部のオーディオ用スイッチとしてのタッチパネル等に利用する場合、電極のみタッチパネルのパネル部表面に設けて人間が接触できるようにし、出力部をオーディオ制御部に接続する。本検出回路１は、電極数が増えたとしても、構成が簡易で集積化しやすいので、オーディオ用スイッチなど多入力回路を構成するのに適している。なお、電極をパネル部の表面に設けずに、例えばパネル部裏面やタッチパネル内部等間接的に接触しうる位置に設けてもよい。

また、上記実施の形態においては、各検出手段においてそれぞれ接触電極での接触を検出したが、例えば、検出回路１において、出力部６Ａと６Ｂとの間の電圧差を検出するように構成し、この電圧差に基づいて接触電極Ａ、Ｂで接触があったかどうかを判定してもよい。

本回路は、有機ＥＬシート、タッチパネル（例えば、車両に搭載される機器の表示パネルやオーディオ用スイッチ）などのタッチセンサとして用いることが可能である。従って、産業機器分野で利用可能である。

本発明の容量変化検出回路を説明するためのブロック図である。 本発明の容量変化検出回路を説明するための回路図である。 図２に示す回路の作動を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ 容量変化検出回路
２ 入力部
３ 位相反転手段
４１ 増幅手段
５Ａ、５Ｂ 検出手段
６Ａ、６Ｂ 出力部

Claims (10)

1. パルス信号の入力部から位相反転手段を介してパルス信号が供給される第１の接触電極、及び前記入力部からパルス信号が供給される第２の接触電極を一組とする少なくとも一組の接触電極と、一組の接触電極に対し接続された一の増幅手段と、前記増幅手段に接続され、第１の接触電極の状態を示す信号を検出する第１の検出手段、及び第２の接触電極の状態を示す信号を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段及び第２の検出手段にそれぞれ接続された各出力部とを備えたことを特徴とする容量変化検出回路。
2. 前記増幅手段が、インバータと、インバータの入力側に設けられたコンデンサと、インバータに並列な抵抗とからなり、前記インバータの出力側が前記検出手段の入力側に接続され、前記インバータと抵抗とが、負帰還反転増幅回路を構成していることを特徴とする請求項１記載の容量変化検出回路。
3. 前記位相反転手段が、インバータからなることを特徴とする請求項１又は２記載の容量変化検出回路。
4. 前記第１及び第２の検出手段のそれぞれが、ダイオード、抵抗、及びコンデンサからなり、第１の検出手段のダイオードは、カソード側が前記位相反転手段からのパルス信号が供給される第１の接続点に接続され、アノード側が増幅手段の出力側と第１の検出手段の抵抗との間に設けられた第２の接続点に接続されており、第２の検出手段のダイオードは、カソード側が入力部からのパルス信号が供給される第３の接続点に接続され、アノード側が増幅手段の出力側と第２の検出手段の抵抗との間に設けられた第４の接続点とに接続されており、各検出手段の抵抗とコンデンサとで平滑回路がそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の容量変化検出回路。
5. 前記位相反転手段と第１の接触電極との間に第１の抵抗を設け、前記入力部と第２の接触電極との間に第２の抵抗を設け、第１の抵抗と第２の抵抗が同一の抵抗値であることを特徴とする請求項１〜４に記載の容量変化検出回路。
6. 前記第１の接触電極と増幅手段との間に第３の抵抗を設け、前記第２の接触電極と増幅手段との間に第４の抵抗を設け、第３の抵抗と第４の抵抗が同一の抵抗値であることを特徴とする請求項１〜５に記載の容量変化検出回路。
7. 前記第１の抵抗、前記第２の抵抗、前記第３の抵抗及び第４の抵抗が同一の抵抗値であることを特徴とする請求項６記載の容量変化検出回路。
8. 前記増幅手段と第１の検出手段との間に第５の抵抗を設け、前記増幅手段と第２の検出手段との間に第６の抵抗を設け、前記第５の抵抗と第６の抵抗とは、同一の抵抗値であることを特徴とする請求項１〜７に記載の容量変化検出回路。
9. 請求項１〜８に記載した容量変化検出回路と、パネル部と、制御部とを備えたタッチパネルであって、前記容量変化検出回路の接触電極がパネル部に設けられ、かつ、容量変化検出回路の出力部が、制御部に接続されていることを特徴とするタッチパネル。
10. 請求項１〜８に記載の容量変化検出回路を用いて接触電極への接触の有無を判定する判定方法であって、第１の接触電極の状態を示す信号と、第２の接触電極の状態を示す信号との差を示す信号を検出し、この差を示す信号に基づいて接触電極への接触の有無を判定することを特徴とする判定方法。

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