JP2009218876A - 静電容量タッチセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】寄生容量の有無に拠らず、タッチ操作を高い精度で検出する静電容量タッチセンサを提供する。
【解決手段】水濡れによって寄生容量C3が、第1及び第2の電極20、22に発生したとき、第1及び第2の電極20、22が水滴3を介して接続されたような回路となり、検出部25に入力する出力電圧は、タッチ操作が行われたときに比べ、波形形状が反転したような形状となる。よって検出部25のタッチ判定部25cには、基準電圧40よりも大きい出力電圧が入力されることになる。タッチ判定部25cは、しきい値41及び基準電圧40よりも大きい出力電圧に基づいてタッチ操作の判定を行うので、高い精度でタッチ操作がなされていないと判定することができる。
【選択図】図2
【解決手段】水濡れによって寄生容量C3が、第1及び第2の電極20、22に発生したとき、第1及び第2の電極20、22が水滴3を介して接続されたような回路となり、検出部25に入力する出力電圧は、タッチ操作が行われたときに比べ、波形形状が反転したような形状となる。よって検出部25のタッチ判定部25cには、基準電圧40よりも大きい出力電圧が入力されることになる。タッチ判定部25cは、しきい値41及び基準電圧40よりも大きい出力電圧に基づいてタッチ操作の判定を行うので、高い精度でタッチ操作がなされていないと判定することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、静電容量タッチセンサに関する。
従来の技術として、タッチ電極、発振回路及び検波平滑回路からなるタッチセンサと、タッチセンサからの出力を微分する微分回路と、微分回路からの出力を増幅する増幅回路と、増幅回路からの出力に基づいて手指の接触状態を判定する判定部と、を備えたタッチセンサスイッチ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このタッチセンサスイッチ装置によれば、操作者の手指がタッチ電極に接触したとき、タッチ電極と大地との間の静電容量が変化して発振回路の発振強度が変化し、検波平滑回路から出力される出力電圧が低下する。
この出力電圧は、微分回路によって微分され、接触開始に対応する下向きのピークが現れる。また、操作者が、タッチ電極から手指を離したとき、検波平滑回路からの出力電圧が上昇して上向きのピークが現れる。
判定部は、下向きのピークを第1のしきい値と比較して接触状態にあると判定し、続いて上向きのピークを第2のしきい値と比較して接触状態から非接触状態に変化したと判定することができるので、接触の有無、及び接触状態の継続時間を判定することができる。
特開2007−150733号公報
しかし、従来のタッチセンサスイッチ装置は、寄生容量を有する物質、例えば水滴がタッチ電極に付着したとき、水滴の有する寄生容量によって検波平滑回路から出力される出力電圧が低下し、判定部が手指の接触状態にあると誤判定する可能性があった。
従って本発明の目的は、寄生容量の有無に拠らず、タッチ操作を高い精度で検出する静電容量タッチセンサを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、タッチ操作に基づいて第1の静電容量を形成し、第1の抵抗が接続された第1の電極と、前記タッチ操作に基づいて第2の静電容量を形成し、前記第1の抵抗の抵抗値よりも大きい前記抵抗値を有する第2の抵抗が接続された第2の電極と、一端が前記第1及び第2の抵抗の間に接続され、他端が接地され、高周波信号を出力する発振部と、前記第2の電極と前記第2の抵抗の間に接続され、前記第2の電極と前記第2の抵抗の間で検出される前記高周波信号に基づいて前記タッチ操作を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする静電容量タッチセンサを提供する。
このような構成によれば、寄生容量の有無に拠らず、タッチ操作を高い精度で検出することができる。
以下に、本発明の静電容量タッチセンサの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。
[実施の形態]
(車両1の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサが搭載された車両の概略図である。本発明の静電容量タッチセンサをタッチセンサ2として車両1に搭載した場合について説明する。点線で囲んだ領域は、ドアノブ12付近の拡大図である。なお、本実施の形態において、静電容量タッチセンサを車両1に搭載した場合について説明するが、これに限定されず、スイッチ装置として家電製品等に搭載されても良いことは言うまでもない。
(車両1の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサが搭載された車両の概略図である。本発明の静電容量タッチセンサをタッチセンサ2として車両1に搭載した場合について説明する。点線で囲んだ領域は、ドアノブ12付近の拡大図である。なお、本実施の形態において、静電容量タッチセンサを車両1に搭載した場合について説明するが、これに限定されず、スイッチ装置として家電製品等に搭載されても良いことは言うまでもない。
車両1は、図1に示すように、エンジン及び各種電子機器(図示せず)を搭載した車両本体10と、車両本体10に開閉自由に設けられたドア11と、ドア11に設けられたドアノブ12と、を備えて概略構成されている。
ドア11は、一例としてドアラッチ装置(図示せず)を有し、ドアラッチ装置は、車両本体10に設けられたストライカ(図示せず)と結合・結合解除を行うことによって、ドア11の施解錠を制御している。
ドアノブ12は、一例として上記したドアラッチ装置とリンク(図示せず)を介して接続されており、ドア11が解錠状態にあるとき、操作者がドアノブ12を操作者側に引くことによって、ドアラッチ装置とストライカの結合解除が行われ、ドア11の開閉を行うことができる。
またドアノブ12には、後述するタッチセンサ2が設けられている。
(タッチセンサ2の構成)
図2は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの等価回路図であり、図3は、本発明の実施の形態に係る第1の電極付近の断面図である。
図2は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの等価回路図であり、図3は、本発明の実施の形態に係る第1の電極付近の断面図である。
以下に、タッチ操作とは、操作者の手指による第1及び第2の電極20、22上の保護被膜201に対する接触の意味であるものとする。また、タッチ操作は、必ずしも保護被膜201に手指が接触する必要はなく、静電容量が発生する距離に接近する操作も含むものとする。なお、図3は、一例として寄生容量C3を有する水滴3が保護被膜201上に付着している場合を表している。
タッチセンサ2は、図2に示すように、タッチ操作に基づいて大地との間に静電容量C1(第1の静電容量)を形成し、第1の抵抗21が接続された第1の電極20と、タッチ操作に基づいて大地との間に静電容量C2(第2の静電容量)を形成し、第1の抵抗21の抵抗値よりも大きい抵抗値を有する第2の抵抗23が接続された第2の電極22と、一端が第1及び第2の抵抗21、22の間に接続され、他端が接地され、高周波信号として出力電圧Vを出力する発振部24と、第2の電極22と第2の抵抗23の間に接続され、第2の電極22と第2の抵抗23の間で検出される出力電圧に基づいてタッチ操作を検出する検出部25とを備えて概略構成されている。
また、タッチセンサ2は、図3に示すように、一例として、図示しない電気配線層等を有する基板200と、ポリイミド等の絶縁材料によって形成され、基板200と第1及び第2の電極20、22を保護する保護被膜201とを備えて概略構成されている。
検出部25は、さらに高周波信号を直流電圧に変換する検波回路25aと、検波回路25aから出力された第1の出力信号を増幅及びオフセットするオペアンプ25bと、オペアンプ25bから出力された第2の出力信号に基づいてタッチ操作の有無を判定するタッチ判定部25cとを備えている。
図2に示す寄生容量C3は、一例として配線、検出回路内部、又は近接する金属等によって発生する静電容量であり、本実施の形態においては、一例として、第1及び第2の電極20、22に付着した水滴3によって発生するものとする。
(第1及び第2の電極20、22の構成)
図4(a)及び(b)は、本発明の実施の形態に係る第1及び第2の電極の概略図である。図4(a)に示す第1及び第2の電極20、21は、所定の間隔を経て並べられた並列構造を備えて構成されている。
図4(a)及び(b)は、本発明の実施の形態に係る第1及び第2の電極の概略図である。図4(a)に示す第1及び第2の電極20、21は、所定の間隔を経て並べられた並列構造を備えて構成されている。
図4(b)に示す第1及び第2の電極20、21は、所定の間隔で折り返された櫛歯構造を備えて構成されている。
図4(a)及び(b)における第1及び第2の電極20、22は、操作者の手指に対して十分小さいので、タッチ操作のとき、操作者の手指の接近によって第1の電極20には静電容量C1が、第2の電極22には静電容量C2が発生するものとする。
(タッチ判定部25cに入力する出力電圧について)
図5は、本発明の実施の形態に係る時間と出力電圧に関するグラフである。本実施の形態において、発振部24は、100K〜1MHzの高周波信号を出力するものとし、基準電圧40は2.5Vであり、しきい値41は2Vであるものとする。
図5は、本発明の実施の形態に係る時間と出力電圧に関するグラフである。本実施の形態において、発振部24は、100K〜1MHzの高周波信号を出力するものとし、基準電圧40は2.5Vであり、しきい値41は2Vであるものとする。
またグラフ4において、水濡れとは、第1及び第2の電極20、22上の保護被膜201に寄生容量C3を有する水滴3が付着した状態を示している。
(動作)
以下に、本実施の形態におけるタッチセンサの動作を各図を参照して詳細に説明する。
以下に、本実施の形態におけるタッチセンサの動作を各図を参照して詳細に説明する。
(従来のタッチセンサ5の動作)
図6(a)は、本発明の実施の形態に係る従来のタッチセンサの等価回路図の一例であり、図6(b)は、本発明の実施の形態に係る時間と出力電圧に関するグラフである。まず、従来のタッチセンサ5の動作について説明する。
図6(a)は、本発明の実施の形態に係る従来のタッチセンサの等価回路図の一例であり、図6(b)は、本発明の実施の形態に係る時間と出力電圧に関するグラフである。まず、従来のタッチセンサ5の動作について説明する。
従来のタッチセンサ5は、一例として、電極50と、電極50と接続された抵抗51と、抵抗51に接続され、高周波信号を出力する発振部52と、電極50と抵抗51との間に接続され、高周波信号を直流電圧に変換する整流回路53と、整流回路53からの出力を積分する積分回路54と、積分回路54からの出力に基づいてタッチ操作を判定するタッチ判定部55とを備えて概略構成されている。
操作者が、手指によって電極50に対してタッチ操作を行ったとき、図6(b)に示すように、静電容量C4が発生したことによって出力電圧がしきい値61以下となるので、タッチ判定部55は、タッチ操作が行われたと判定することができる。
しかし、水滴3が電極50上の保護被膜に付着したとき、図6(a)に示す静電容量C4の代わりに寄生容量C3が発生する。
発生した寄生容量C3によって出力電圧が基準電圧60より降下し、寄生容量C3の大きさによっては、しきい値61近傍やしきい値61以下となり、タッチ判定部55が誤判定を行う可能性があるという問題があった。
これは、例えば、車両1のドアノブ12にこのタッチセンサ5を設けたとき、雨や洗車等によってドアノブ12に水滴3が付着する状態に相当する。
よって従来のタッチセンサ5は、寄生容量C3に基づいた出力電圧の降下のため、タッチ判定部55の判定精度が落ちることから、発明者は鋭意検討し、以下の発明をするに到った。
(タッチセンサ2の動作)
まず、操作者が手指によってタッチ操作を行った場合について説明する。
まず、操作者が手指によってタッチ操作を行った場合について説明する。
操作者は、車両1のドア11を開けるため、ドアノブ12を把握し、手指でタッチセンサ2に対してタッチ操作を行う。なお、電子式キー認証及び機械式キー認証等によって、ドア11は解錠されているものとする。
操作者の手指が第1及び第2の電極20、22から十分離れているとき、発振部24、第2の抵抗23及び検出部25によって閉じた回路を形成する。
このときタッチ判定部25cには、発振部24、第2の抵抗23、検波回路25a及びオペアンプ25bを介して出力電圧として図5に示す基準電圧(2.5V)40が入力する。
しかし、操作者が手指によって第1及び第2の電極20、22に対してタッチ操作を行ったとき、発振部24、第2の抵抗23、検波回路25a及びオペアンプ25bを介してタッチ判定部25cに入力する出力電圧(1.5V;第2の出力信号)は、タッチ操作によって発生した静電容量C1及びC2に基づいて基準電圧(2.5V)40よりも降下する。
よってタッチ判定部25cは、しきい値(2V)41と降下した出力電圧(1.5V)を比較し、降下した出力電圧(1.5V)がしきい値(2V)41よりも低いとき、タッチ操作が行われたと判定し、ドアラッチ装置とストライカの結合解除を行う。
操作者は、ドアラッチ装置とストライカの結合解除が行われたので、ドア11を開け、車両1に乗込むことができる。
(寄生容量C3の発生について)
図4(a)及び(b)に示すように、水濡れによって水滴3が第1及び第2の電極20、22上の保護被膜201に付着した場合について説明する。
図4(a)及び(b)に示すように、水濡れによって水滴3が第1及び第2の電極20、22上の保護被膜201に付着した場合について説明する。
水濡れによって水滴3が第1及び第2の電極20、22上の保護被膜201に付着したとき、図2に示すように、第1及び第2の電極20、22の間に寄生容量C3が発生する。
発振部24から出力された高周波信号は、第2の抵抗23よりも抵抗値の低い第1の抵抗21を経由して、第1の電極20、寄生容量C3及び第2の電極22を介して検出部25に入力する。
検出部25に入力した高周波信号は、第2の抵抗23を経由した高周波信号よりも大きいことから、検波回路25aを介してオペアンプ25bから出力される出力電圧(2.8V)は、基準電圧(2.5V)40よりも大きくなる。
よってタッチ判定部25cは、しきい値(2V)41及び基準電圧(2.5V)40よりも大きい出力電圧(2.8V)に基づいてタッチ操作の判定を行うので、タッチ操作がなされていないと高い精度で判定することができる。
ここで、図4(a)における第1及び第2の電極20、22の並列構造は、第1及び第2の電極20、22上の保護被膜201に水滴3が付着した場合には、図5に示すグラフ4のように、出力電圧の波形形状が反転して検出される。
しかし、水滴3が、第1又は第2の電極20、22上の保護被膜201のみに付着した場合、第1又は第2の電極20、22に寄生容量C3が発生する可能性がある。
また図4(b)における第1及び第2の電極20、22の櫛歯構造は、所定の間隔にて折り返された構造を有しているので、保護被膜201に付着した水滴3が、高い確率で図2に示すような寄生容量C3を発生させる。
よって櫛歯構造を有する第1及び第2の電極20、22を備えたタッチセンサ2は、より高い精度でタッチ操作を判定することができる。
なお、第1及び第2の電極20、22の構造は、これに限定されず、寄生容量を有する物質が付着又は接近したとき、第1及び第2の電極20、22の間に静電容量が発生する構造であればその形状は問わない。
(効果)
上記した実施の形態によれば、タッチセンサ2は、水滴3等の付着による寄生容量C3が発生しても、第1及び第2の電極20、22間に寄生容量C3が発生するので、通常のタッチ操作で検出される出力電圧とは波形形状が反転して検出されるので、タッチ操作が行われたと誤判定することなく、高い精度でタッチ操作の有無を判定することができる。
上記した実施の形態によれば、タッチセンサ2は、水滴3等の付着による寄生容量C3が発生しても、第1及び第2の電極20、22間に寄生容量C3が発生するので、通常のタッチ操作で検出される出力電圧とは波形形状が反転して検出されるので、タッチ操作が行われたと誤判定することなく、高い精度でタッチ操作の有無を判定することができる。
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。
1…車両、2…タッチセンサ、3…水滴、4…グラフ、5…タッチセンサ、6…グラフ、10…車両本体、11…ドア、12…ドアノブ、20…第1の電極、21…第1の抵抗、22…第2の電極、23…第2の抵抗、24…発振部、25…検出部、25a…検波回路、25b…オペアンプ、25c…タッチ判定部、40…基準電圧、41…しきい値、50…電極、51…抵抗、52…発振部、53…整流回路、54…積分回路、55…タッチ判定部、60…基準電圧、61…しきい値、200…基板、201…保護被膜、C1、C2、C4…静電容量、C3…寄生容量、V…出力電圧
Claims (3)
- タッチ操作に基づいて第1の静電容量を形成し、第1の抵抗が接続された第1の電極と、
前記タッチ操作に基づいて第2の静電容量を形成し、前記第1の抵抗の抵抗値よりも大きい前記抵抗値を有する第2の抵抗が接続された第2の電極と、
一端が前記第1及び第2の抵抗の間に接続され、他端が接地され、高周波信号を出力する発振部と、
前記第2の電極と前記第2の抵抗の間に接続され、前記第2の電極と前記第2の抵抗の間で検出される前記高周波信号に基づいて前記タッチ操作を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする静電容量タッチセンサ。 - 前記第1及び第2の電極は、所定の間隔を有して折り返された櫛歯構造を備えたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量タッチセンサ。
- 前記検出部は、前記高周波信号を直流電圧に変換する検波回路と、前記検波回路から出力された第1の出力信号を増幅するオペアンプと、しきい値を有し、前記オペアンプから出力された第2の出力信号と前記しきい値に基づいて前記タッチ操作の判定を行う判定部と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量タッチセンサ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008060827A JP2009218876A (ja) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | 静電容量タッチセンサ |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100729 |
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Effective date: 20111017 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |