JP2017005512A - タッチキー検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズによる誤判定を低減する静電容量方式のタッチキー検出装置を提供する。
【解決手段】タッチキー検出装置８００は、静電容量をもつタッチキーセンサ８０１と、第１の測定方法により前記静電容量を測定する第１の容量測定回路８０３と、第１の測定方法とは異なる第２の測定方法により前記静電容量を測定する第２の容量測定回路８０４と、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４の測定結果から、タッチキーセンサ８０１と導電性物質とが近接しているか否かを判定する判定回路８０５とを備える。
【選択図】図８

Description

本開示は、タッチキー検出制御機器システムに利用される、静電容量方式のタッチキー検出装置に関する。

冷蔵庫、洗濯機等の家電民生機器や、自動車内のエアコン等の車載機器において、タッチキーによって操作するシステムが知られている。押しボタンスイッチのような専用部品を搭載することなくキーの入力が可能な本システムは、デザイン性や部品点数の削減などの利点から幅広い機器で用いられている。

タッチキー検出装置として、タッチキーセンサの持つ静電容量を利用して検出する方式が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平２−１９４３６７号公報

従来の構成では、電源ラインや電磁界などによる外来ノイズの影響により、タッチキーセンサに指または金属などの導電性物質が近接していない状態にもかかわらず近接状態と誤判定してしまう課題がある。

本開示は、ノイズによる誤判定を低減する静電容量方式のタッチキー検出装置を提供する。

上記課題を解決するために本開示の一態様における静電容量方式のタッチキー検出装置は、静電容量をもつタッチキーセンサと、第１の測定方法により上記の静電容量を測定する第１の容量測定回路と、第１の測定方法とは異なる第２の測定方法により上記の静電容量を測定する第２の容量測定回路と、第１および第２の容量測定回路の測定結果から、タッチキーセンサと導電性物質とが近接しているか否かを判定する判定回路とを備える。

本開示の一態様における静電容量方式のタッチキー検出装置によれば、様々な成分をもつノイズによる誤判定を低減することができる。前記誤判定とは、静電容量タッチキー検出装置の本来の目的である、タッチキーセンサに指または金属などの導電性物質が近接したことを判定する機能において、タッチキーセンサに指または金属などの導電性物質が近接していない状態にも関わらず近接状態と判定してしまうことを意味する。上記の静電容量方式のタッチキー検出装置において、誤判定を低減することができる。

図１は、比較参考例における静電容量方式のタッチキー検出装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、図１のタッチキー検出装置のノイズがないときの動作例を示すタイミングチャートである。 図３は、図１のタッチキー検出装置のノイズがあるときの動作例を示すタイミングチャートである。 図４は、実施形態おける容量測定回路およびタッチキーセンサの構成例を示すブロック図である。 図５は、実施形態おける図４の容量測定回路の動作例を示すタイミングチャートである。 図６Ａは、実施形態おける容量測定回路およびタッチキーセンサの構成例を示すブロック図である。 図６Ｂは、実施形態おける図６Ａの容量測定回路およびタッチキーセンサの変形例を示すブロック図である。 図７は、実施形態おける図６Ａの容量測定回路の動作例を示すタイミングチャートである。 図８は、実施形態における静電容量方式のタッチキー検出装置の構成例を示すブロック図である。 図９は、第１および第２の容量測定回路と複数のタッチキーセンサとの対応付け例を示す図である。 図１０は、図９における静電容量方式のタッチキー検出装置の変形例を示すブロック図である。 図１１は、図１０における第１および第２の容量測定回路と複数のタッチキーセンサとの対応付け例を示す図である。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載したタッチキー検出装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。この点について、図１〜図３を用いて説明する。

図１は、本発明者らの知る比較参考例としての、静電容量方式のタッチキー検出装置１００の構成例を示す図である。タッチキーセンサ１０６は静電容量をもつため、図１のように静電容量タッチキー検出装置ではキャパシタンスとして表現できる。タッチキーセンサ１０６は基準抵抗１０１を介して、充放電制御スイッチ１０８に接続される。充放電制御回路１０２が充放電制御スイッチ１０８を制御することで、電源１０７からタッチキーセンサ１０６へ電荷が充電される。充分な充電時間により、タッチキーセンサ１０６に電荷が蓄積されると、充放電制御回路１０２により充放電制御スイッチ１０８が切り替わり、タッチキーセンサ１０６に蓄積された電荷が、グランドへ放電される。電圧測定回路１１２はタッチキーセンサ１０６に蓄積された電荷の放電が完了されたことを検出し、放電時間測定回路１０３へ通知する。放電時間測定回路１０３はタッチキーセンサ１０６の放電が開始されると、カウンタ１０４を動作させ、タッチキーセンサ１０６の放電が完了する時間をカウンタ１０４により測定し、結果がタッチ判定回路に出力される。容量測定回路１０９は充放電制御回路１０２と放電時間測定回路１０３より構成される。タッチキーセンサ１０６に指、または金属などの導電性物質が近接することでタッチキーセンサ１０６との間に静電容量が生じ、容量測定回路１０９の測定結果が増加する。タッチ判定回路１１０では、容量測定回路１０９から出力された測定結果の変化により、指または金属などの導電性物質とタッチキーセンサ１０６との近接状態を判定し、判定結果を出力する。

図２は、図１のタッチキー検出装置１００のノイズがないときの動作例を示すタイミングチャートである。タッチキーセンサ電圧波形２０１はタッチキー検出におけるタッチキーセンサ１０６の充放電波形である。指または金属などの導電性物質とタッチキーセンサ１０６との近接がない状態を実線、近接がある状態を点線で記載している。指または金属などの導電性物質とタッチキーセンサ１０６の近接がある状態では、前記の通り静電容量が増加するため、タッチキーセンサ１０６に充電された電荷を放電する時間が長くなり、放電時間測定回路１０３の内部カウンタ１０４のカウント値は大きくなる。

この構成では、電源ラインや電磁界などによる外来ノイズの影響により、タッチキーセンサ１０６に指または金属などの導電性物質が近接していない状態にもかかわらず近接状態と誤判定してしまう課題がある。

図２は、図１のタッチキー検出装置１００のノイズがあるときの動作例を示すタイミングチャートである。つまり、前記図１で構成される静電容量タッチキー検出装置１００において、外来ノイズの影響をうけた場合の動作波形を図３に記載する。図３にあるように外来ノイズによって本来の動作波形とは異なる動作波形となり、容量測定回路１０９内のカウンタ１０４による測定結果が変化してしまう。このとき、測定結果が大きく変化し、明らかにタッチキーセンサ１０６に指または金属などの導電性物質が近接した状態ではないと判断可能な変化の場合は、タッチ判定回路１１０により誤判定の回避が可能である。しかしながら、測定結果の変化が、タッチキーセンサ１０６に指または金属などの導電性物質が近接した状態と同程度の変化であった場合に、タッチ判定回路１１０では近接かノイズの影響かの判定は不可であり、タッチキーセンサ１０６に指または金属などの導電性物質が近接していない状態にも関わらず、近接状態と誤判定してしまう。また、従来の構成では前記のようにノイズによって誤判定してしまう危険性がある場合、対処すべきノイズ成分が絞り込めていれば、回路を構成する素子や回路特性をチューニングすることで誤判定を低減することができる場合がある。ただし、ノイズには様々な成分をもつものが存在することが知られており、対処すべきノイズ成分全てをチューニングだけで対策することは極めて困難である。

このような課題を解決するために、本発明の一態様に係る、タッチキー検出装置は、静電容量をもつタッチキーセンサと、第１の測定方法により上記の静電容量を測定する第１の容量測定回路と、第１の測定方法とは異なる第２の測定方法により上記の静電容量を測定する第２の容量測定回路と、第１および第２の容量測定回路の測定結果から、タッチキーセンサと導電性物質とが近接しているか否かを判定する判定回路とを備える。

これによれば、様々な成分をもつノイズによる誤判定を低減することができる。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
実施の形態におけるタッチキー検出装置は、上記のように、静電容量をもつタッチキーセンサと、第１の測定方法により上記の静電容量を測定する第１の容量測定回路と、第１の測定方法とは異なる第２の測定方法により上記の静電容量を測定する第２の容量測定回路と、第１および第２の容量測定回路の測定結果から、タッチキーセンサと導電性物質とが近接しているか否かを判定する判定回路とを備える。

まず、第１の容量測定回路および第２の容量測定回路８０３の詳細な構成例について説明し、タッチキー検出装置については図８を用いて後述する。

上記の第１の容量測定回路および第２の容量測定回路の一方の実施の形態については次のようなものがある。

（ａ）図４は実施形態おける容量測定回路４００およびタッチキーセンサ４０１の構成例を示すブロック図である。この容量測定回路４００は、上記の第１の容量測定回路および第２の容量測定回路のうちの一方の実施の形態における構成例を示す。

同図のように、容量測定回路４００は、充放電抵抗４０２、充放電制御回路４０３および充放電時間測定回路４１０を備える。充放電時間測定回路４１０は、充放電監視回路４０４、充放電クロック生成回路４０５および充放電パルス測定回路４０７を備える。

タッチキーセンサ４０１は静電容量をもつため、図４のようにキャパシタンスとして表現できる。なお、タッチキーセンサ４０１は容量測定回路４００には含まない。タッチキーセンサ４０１は充放電抵抗４０２を介して、充放電制御回路４０３に接続される。充放電制御回路４０３は充放電監視回路４０４からの信号からタッチキーセンサ４０１を充電、または放電する。充放電抵抗４０２は充電・放電時の電流量を調整する目的で挿入する。放電抵抗の代わりに定電流源を使って電流量を調整してもよい。充放電監視回路４０４はタッチキーセンサ４０１の充電、または放電状態を監視し状態を充放電制御回路へ通知する。充放電クロック生成回路４０５はタッチキーセンサ４０１に接続され、タッチキーセンサ４０１の充電・放電によって充放電クロック４０６を生成する。充放電パルス測定回路４０７は基準クロック４０８によって作られた測定期間において、充放電クロック４０６のパルス数をカウントし、測定結果を出力する。ここで、充放電監視回路４０４と、充放電クロック生成回路４０５と、充放電パルス測定回路４０７とが、タッチキーセンサ４０１の静電容量の充電時間および放電時間を測定する充放電時間測定回路４１０として機能している。

図５は容量測定回路４００の動作例を示すタイミングチャートである。充放電制御回路４０３によって、タッチキーセンサ４０１を充電・放電させる。このときタッチキーセンサ４０１の電圧が充放電切替え電圧５０６、５０７になったタイミングで、充放電制御回路は充電と放電を切り替えることで、図５の上段に示す、タッチキーセンサ電圧５０１の充電および放電波形を得る。タッチキーセンサ電圧が充放電切替え電圧５０６、５０７にまで充電および放電したかについては充放電監視回路４０４で測定している。タッチキーセンサ４０１に生体の一部（例えば人間の指）、または金属などの導電性物質が近接していない場合の充放電クロック４０６である充放電クロック５０２と充放電パルスカウント５０３とを図５の中段に記載する。また、タッチキーセンサ４０１に指、または金属などの導電性物質が近接した場合の充放電クロック４０６である充放電クロック５０４と充放電パルスカウント５０５とを図５の下段に記載する。充放電クロック５０２に対し、充放電クロック５０４はクロック周波数が遅くなる。これは、タッチキーセンサ４０１に指、または金属などの導電性物質が近接することによりタッチキーセンサ４０１との間に静電容量が生じ、容量測定回路４００に接続される静電容量は増加し、充放電制御回路４０３による充電・放電が遅くなるためである。このように容量測定回路４００では、静電容量の変化として周波数の変化を測定することで、容量測定を実現している。

本構成におけるノイズに対しての特徴を記載する。ノイズには様々な成分をもったものが存在しているが、ここでは、周波数成分をもたないノイズと周波数成分をもつノイズの２種類に分類して記載する。

まず、周波数成分をもたないノイズは、例えばシステムにおける特定機器を動作させる瞬間のみ発生するような瞬間的なノイズが挙げられる。このような瞬間的なノイズによって、容量測定回路４００による測定では、タッチキーセンサ４０１の充電・放電時間が異常となる危険がある。しかしながら異常となる測定は瞬間的なノイズが発生した充電・放電の1回、または以降の数回であり、他の測定については正常に実施される。容量測定回路４００の測定では充電・放電を数１００回や、数１０００回、またはそれ以上の回数を実施して測定することが可能であり、そのうちの1回、または数回に瞬間的なノイズによる影響があったとしても、他の充電・放電が正常に実施されることによって、測定への影響を低減化することが可能である。以上より、本構成は瞬間的なノイズのような周波数成分をもたないノイズについて、誤判定を低減できる構成といえる。

次に周波数成分をもつノイズについて記載する。これは、携帯電話の電波やラジオのＡＭ波、ＦＭ波などの電波照射のようなノイズが挙げられる。前記のように容量測定回路４００はタッチキーセンサ４０１の静電容量を充放電クロック４０６の周波数に変換して測定している。そのため、測定している充放電クロック４０６の周波数に、ノイズのもつ周波数成分が重畳することで、測定結果が異常となる危険がある。ここで、ノイズのもつ周波数成分とノイズのない本来の充放電クロック４０６の周波数に大きく差がある場合を考える。この場合、2つの周波数成分が重畳すると、本来の充放電クロック４０６での測定結果とは大きく異なるため、ノイズ照射状態と判断し、タッチキーセンサ４０１に指または金属などの導電性物質が近接したかの判定をマスクするなどの、誤判定を低減する処理を実施することが可能である。以上より、本構成はノイズのない本来の充放電クロック４０６の周波数と大きく異なる周波数成分のノイズについて、誤判定を低減できる構成といえる。

しかしながら、ノイズのない本来の充放電クロック４０６の周波数に近い周波数成分をもつノイズが照射された場合、２つの周波数成分が重畳すると、本来の充放電クロック４０６での測定結果に近い測定結果となる場合がある。この場合、前記のようにノイズ照射状態と判断することは困難であるため、タッチキーセンサ４０１に指または金属などの導電性物質が近接したかの判定をマスクすることは出来ず、測定結果によってタッチキーセンサ４０１に指または金属などの導電性物質が近接したと誤判定してしまう可能性がある。以上より、本構成はノイズのない本来の充放電クロック４０６の周波数に近い周波数成分のノイズについては、誤判定の危険が残ってしまう。

（ｂ）図６Ａは実施形態おける容量測定回路６００およびタッチキーセンサ６０１の構成例を示すブロック図である。この容量測定回路６００は、上記の第１の容量測定回路および第２の容量測定回路のうちの他方の実施の形態における構成例を示す。

同図のように、容量測定回路６００は、充放電スイッチ６０２、充放電スイッチ６０３、充放電制御回路６０４、充放電抵抗６０５、リファレンス容量６０６、電圧測定回路６０７および充放電スイッチ制御回路６０８を備える。

タッチキーセンサ６０１は静電容量をもつため、図６Ａのようにキャパシタンスとして表現できる。なお、タッチキーセンサ６０１は容量測定回路６００には含まない。タッチキーセンサ６０１は充放電スイッチ６０２を介して充放電制御回路６０４に接続される。また、タッチキーセンサ６０１は充放電スイッチ６０３、充放電抵抗６０５を介してリファレンス容量６０６にも接続される。充放電スイッチ６０２は充放電スイッチ制御回路からの充放電スイッチ制御信号６０９によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。充放電スイッチ６０３は充放電スイッチ制御回路からの充放電スイッチ制御信号６１０によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。充放電制御回路６０４は充放電制御回路からの信号により、タッチキーセンサ６０１を充放電スイッチ６０２を介して充電、または放電する。電圧測定回路６０７はリファレンス容量６０６に接続され、リファレンス容量６０６にチャージした電圧を測定し、測定結果を出力する。電圧測定回路６０７はＡ/Ｄ変換回路として実装してもよい。

図７は容量測定回路６００による測定時のタイミングチャート例である。充放電スイッチ制御回路６０８は充放電スイッチ制御信号６０９により、充放電スイッチ６０２をＯＮし、充放電制御回路６０４とタッチキーセンサ６０１を接続して充電を開始する。充分な充電時間によって、タッチキーセンサ６０１に電荷が充電された後、充放電スイッチ制御回路６０８は充放電スイッチ制御信号６０９により、充放電スイッチ６０２をＯＦＦする。次に充放電スイッチ制御回路は充放電スイッチ制御信号６１０により、充放電スイッチ６０３をＯＮすることで、タッチキーセンサ６０１に充電された電荷を使い、充放電抵抗６０５を介してリファレンス容量６０６を充電する。充分な充電時間によって、リファレンス容量６０６に電荷が充電された後、充放電スイッチ制御回路６０８は充放電スイッチ制御信号６１０により充放電スイッチ６０３をＯＦＦする。前記、タッチキーセンサ６０１の充電から、リファレンス容量６０６の充電までの一連の処理をＮ回（Ｎ＝１以上）実施する。タッチキーセンサ６０１に指、または金属などの導電性物質が近接することにより、タッチキーセンサ６０１との間に静電容量が生じ、容量測定回路６００に接続される静電容量が大きくなり、充放電制御回路６０４による充電時の電荷量は増加する。それに伴い、リファレンス容量６０６へ充電される電荷量についても増加する。前期までの処理により充電されたリファレンス容量の電圧を電圧測定回路６０７で測定し、結果を出力する。タッチキーセンサ６０１に指、または金属などの導電性物質が近接することで前記の通り、リファレンス容量６０６へ充電された電荷量が増加するため、測定する電圧が増加する。このように容量測定回路６００では、静電容量の変化として電圧の変化を測定することで、容量測定を実現している。なお、本構成において、図６Ｂに示すように、図６Ａのタッチキーセンサ６０１の静電容量とリファレンス容量６０６とが入れ替わる構成となった場合でも、容量測定は可能である。

本構成におけるノイズに対しての特徴を記載する。本構成では、充放電抵抗６０５とリファレンス容量６０６によって、ノイズフィルタとして機能するローパスフィルタを形成することができる。そのため、照射ノイズのような容量測定回路６００外からのノイズに対し、ローパスフィルタによりノイズを除去することが可能である。

しかしながら、電圧測定回路を使用することにより、電圧測定回路の電源に瞬間的なノイズが侵入した場合に、測定結果が異常となってしまうなど、周波数成分をもたない瞬間的なノイズの影響をうける危険がある。この対策として、複数回の測定結果を用いたノイズフィルタ処理によって瞬間的なノイズの除去を行うことが知られている。たとえば、ミディアンフィルタや移動平均フィルタなどが前記ノイズフィルタ処理の例である。また、本フィルタをハードウェアとして搭載してもよい。その場合は、充放電抵抗６０５とリファレンス容量６０６を含むノイズフィルタ回路として構成される。この対策では複数回の測定結果を用いるため、1回の測定を高速で実現する必要がある。測定を高速に実現するには、リファレンス容量への充電時間を早く行うことが求められるが、前記ローパスフィルタを構成するため、充電時間は長くなってしまう課題がある。本課題を回避するため、前記ローパスフィルタを構成する充放電抵抗６０５とリファレンス容量６０６により決定される時定数を小さくする方法がある。この場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数は大きくなるため、高周波除去には効果があるが、低周波除去には使えなくなる。

以上より、本構成は周波数成分のない瞬間的なノイズや高周波成分をもつノイズについては、誤判定を低減できる構成といえる。しかしながら、低周波成分をもつノイズについては誤判定の危険が残ってしまう。

前記（ａ）、（ｂ）は〔課題を解決するための手段〕の項で述べた第１および第の容量測定回路について、その１つの容量測定回路の実施の形態である。前記（ａ）と前記（ｂ）はノイズに対して、誤判定を低減できる成分と誤判定の危険が残ってしまう成分が異なる。この特徴を利用し、本開示は様々な成分をもつノイズによる誤判定を低減する静電容量方式のタッチキー検出装置を提供する。

図８は実施形態における静電容量方式のタッチキー検出装置８００およびタッチキーセンサ部８０１の構成例を示すブロック図である。

同図のように、８００は、選択回路８０２、第１の容量測定回路８０３、第２の容量測定回路８０４、判定回路８０５および容量測定制御回路８０６を備える。

タッチキーセンサ部８０１は２つ以上のタッチキーセンサにより構成される。各タッチキーセンサは静電容量をもつため、図８のようにキャパシタンスとして表現できる。タッチキーセンサ部は選択回路８０２を介して、第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４に接続される。第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４はそれぞれ測定結果を判定回路８０５へ出力する。判定回路８０５は第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４の測定結果からタッチキーセンサに指または金属などの導電性物質が近接したかを判定し、結果を出力する。ここで、第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４は前記（ａ）、前記（ｂ）の関係のようにノイズに対して特徴が異なる測定回路を採用する。例として、第１の容量測定回路８０３を前記（ａ）の構成、第２の容量測定回路８０４を前記（ｂ）の構成として説明する。

第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４は共に周波数成分をもたない瞬間的なノイズについては誤判定を低減できる構成である。

次に高周波成分をもつノイズについて考える。第１の容量測定回路８０３はタッチキーセンサの充電・放電による充放電クロック周波数に近い周波数ノイズの場合、誤判定の危険がある構成である。このため、前記充放電クロック周波数が高周波の場合、誤判定の危険がある。このとき、第２の容量測定回路８０４は回路内にローパスフィルタを形成しているため、高周波ノイズに対して誤判定を低減できる構成である。そのため、判定回路８０５に対し、第１の容量測定回路８０３が誤判定した結果を出力してしまった場合でも第２の容量測定回路８０４が正しい判定結果を８０５に出力しているため、判定回路８０５はタッチキーセンサに指または金属などの導電性物質が近接している状態ではなくノイズによる影響をうけている状態であるということが判定できる。以上より、高周波成分をもつノイズについては誤判定を低減できる構成である。

最後に、高周波以外の成分をもつノイズについて考える。第２の容量測定回路８０４は回路内にローパスフィルタを形成しているが、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数は高周波除去を目的としているため、高周波以外の成分をもつノイズの場合、誤判定の危険がある。このとき、第１の容量測定回路８０３はノイズのない本来の前記充放電クロックの周波数と大きく異なる周波数成分のノイズについて、誤判定を低減できる。ここで、前記の通り前記充放電クロック周波数は高周波の場合であるため、高周波以外の成分をもつノイズに対して誤判定を低減できる構成である。そのため、判定回路８０５に対し、第２の容量測定回路８０４が誤判定した結果を出力してしまった場合でも第１の容量測定回路８０３が正しい判定結果を８０５に出力しているため、判定回路８０５はタッチキーセンサに指または金属などの導電性物質が近接している状態ではなくノイズによる影響をうけている状態であるということが判定できる。以上より、高周波成分以外をもつノイズについても誤判定を低減できる構成である。

また、タッチキー検出装置８００は容量測定制御回路８０６を有している。容量測定制御回路８０６は選択回路８０２により、タッチキーセンサ部８０１内のタッチキーセンサと第１の容量測定回路８０３、第２の容量測定回路８０４それぞれを接続し、第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４の測定開始、終了のタイミングを制御する。第１の容量測定回路８０３と第２の容量測定回路８０４の測定タイミングを容量測定制御回路８０６で制御することによって、前記２つの容量測定回路の測定タイミングを同期化することが可能となる。前記２つの容量測定回路が同時に動作した場合、それぞれの前記容量測定回路の動作ノイズがお互いの容量測定に影響を与えてしまうが、前記測定タイミングの同期化により、各測定で影響を均一化することにより、測定バラツキを軽減することが可能となる。以上の構成により、様々な成分をもつノイズによる誤判定を低減することが可能となり、システムの安全性が高められる。

次に、タッチキー検出装置８００の動作例について説明する。

図９は、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４と複数のタッチキーセンサとの対応付け例を示す図である。同図は、タッチキー検出装置８００の動作例における第１および第２の容量測定回路８０３、８０４と複数のタッチキーセンサとの対応付け例であって、一定時間毎に動的に変更される対応付け例を示している。

同図では、タッチキーセンサ部８０１は３つのタッチキーセンサＡ、Ｂ、Ｃを有するものとする。「容量測定回路」欄の「１」は第１の容量測定回路８０３を、「２」は第２の容量測定回路８０４を表す。横軸は時間軸を表わす。

タッチキー検出装置８００は、周期Ｔの動作を繰り返す。周期Ｔは例えば数１０ｍ秒〜数１００ｍ秒程度でよい。１周期Ｔは、測定期間ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＣ１、ＴＣ２からなる。測定期間ＴＡ１〜ＴＣ２のそれぞれは、例えば数ｍ秒〜数１０ｍ秒でよい。また、測定期間ＴＡ１〜ＴＣ２は同じであっても、一部または全部が異なっていてもよい。

測定期間ＴＡ１において、選択回路８０２はタッチキーセンサＡを選択し、容量測定制御回路８０６は第１の容量測定回路８０３をイネーブルにし、第２の容量測定回路８０４をディスエーブルにする。これにより、タッチキーセンサＡの静電容量が第１の容量測定回路８０３によって測定される。

測定期間ＴＡ２において、選択回路８０２はタッチキーセンサＡを選択し、容量測定制御回路８０６は第１の容量測定回路８０３をディスエーブルにし、第２の容量測定回路８０４をイネーブルにする。これにより、タッチキーセンサＡの静電容量が第２の容量測定回路８０４によって測定される。

測定期間ＴＢ１において、タッチキーセンサＢの静電容量が第１の容量測定回路８０３によって測定される。

測定期間ＴＢ２において、タッチキーセンサＢの静電容量が第２の容量測定回路８０４によって測定される。

測定期間ＴＣ１において、タッチキーセンサＣの静電容量が第１の容量測定回路８０３によって測定される。

測定期間ＴＣ２において、タッチキーセンサＣの静電容量が第２の容量測定回路８０４によって測定される。

このように、容量測定制御回路８０６の制御によって、選択回路８０２は複数のタッチキーセンサの中から１つのタッチキーセンサを選択し、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４のうちの一方のみが静電容量を測定する。容量測定制御回路８０６は、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４と複数のタッチキーセンサとの対応付けを時分割により周期的に動的に変更する。図８のタッチキー検出装置８００は、測定期間ＴＡ１〜ＴＣ２のそれぞれで、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４のうちの１つが１つのタッチキーセンサの容量を測定する。言い換えれば、測定期間毎に第１および第２の容量測定回路８０３、８０４のうちの１つとタッチキーセンサの１つとからなる１組のみ動作可能である。

判定回路８０５は、例えば、タッチキーセンサＡについて、少なくとも１つの周期Ｔにおける２つの異なる容量測定回路の測定結果を用いて、タッチキーセンサＡへの指または導電性物質の近接の有無を判定する。例えば、判定回路８０５は、少なくとも１つの周期Ｔにおける測定期間ＴＡ１の測定結果と測定期間ＴＡ２における測定結果の両方が近接していると判断されるときに、タッチキーセンサＡへの指または導電性物質が近接していると判定する。判定回路８０５は、少なくとも１つの周期Ｔにおける測定期間ＴＡ１の測定結果と測定期間ＴＡ２における測定結果の１つが近接していると判断され、かつ、もう１つが近接していないと判断されるときには、タッチキーセンサＡへの指または導電性物質が近接していないと判定する。これによりノイズによる誤判定を低減することができる。

判定回路８０５は、タッチキーセンサＢ、Ｃについても同様に判定する。

このように、複数のタッチキーセンサを備える場合であっても、ノイズによる誤判定を低減することができる。また、タッチキーセンサのそれぞれに対して、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４を備える必要がなく、タッチキーセンサと第１および第２の容量測定回路８０３、８０４との対応付けを任意に動的に切り替えることにより、タッチキー検出装置８００の回路規模を小型化することができる。

なお、図９においてタッチキーセンサの数は３以外の任意の個数でよく、容量測定回路の数が３つ以上であってもよい。その場合でも、タッチキーセンサと容量測定回路の組を周期的に切り替えることにより、全てのタッチキーセンサを利用することができる。

続いて、タッチキー検出装置８００の変形例について説明する。

図８では、測定期間毎に、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４のうちの１つとタッチキーセンサの１つからなる１組のみ動作可能である。これに対して、測定期間毎に、容量測定回路の数と同数のタッチキーセンサを利用可能な構成について説明する。

図１０は、図９における静電容量方式のタッチキー検出装置８００の変形例を示すブロック図である。

図１０のタッチキー検出装置８００は、図９と比べて、選択回路８０２の代わりに選択回路８０２ａを備える点が異なっている。以下異なる点を中心に説明する。

選択回路８０２ａは、第１の容量測定回路８０３および第２の容量測定回路８０４のそれぞれに対して、タッチキーセンサ部８０１中の任意のタッチキーセンサを選択的に接続する。選択回路８０２ａの選択は、容量測定制御回路８０６によって制御される。

これにより、１つの測定期間で、第１の容量測定回路８０３および第２の容量測定回路８０４の両者が動作可能になる。

図１１は、図１０における第１および第２の容量測定回路８０３、８０４と複数のタッチキーセンサとの対応付け例を示す図である。同図では、タッチキーセンサ部８０１は３つのタッチキーセンサＡ、Ｂ、Ｃを有するものとする。「容量測定回路」欄の「１」は第１の容量測定回路８０３を、「２」は第２の容量測定回路８０４を表す。横軸は時間軸を表わす。

容量測定制御回路８０６は、図１１の周期Ｔを繰り返すように選択回路８０２、第１の容量測定回路８０３、第２の容量測定回路８０４を制御する。

１つの周期Ｔは、測定期間ＴＣＡ、ＴＡＢ、ＴＢＣからなる。

測定期間ＴＣＡでは、タッチキーセンサＣが第２の容量測定回路８０４に接続され、かつタッチキーセンサＡが第１の容量測定回路８０３に接続される。これにより、第２の容量測定回路８０４は、タッチキーセンサＣの静電容量を測定し、第１の容量測定回路８０３はタッチキーセンサＡの静電容量を測定する。

測定期間ＴＡＢでは、タッチキーセンサＡが第２の容量測定回路８０４に接続され、かつタッチキーセンサＢが第１の容量測定回路８０３に接続される。これにより、第２の容量測定回路８０４は、タッチキーセンサＡの静電容量を測定し、第１の容量測定回路８０３はタッチキーセンサＢの静電容量を測定する。

測定期間ＴＢＣでは、タッチキーセンサＢが第２の容量測定回路８０４に接続され、かつタッチキーセンサＣが第１の容量測定回路８０３に接続される。これにより、第２の容量測定回路８０４は、タッチキーセンサＢの静電容量を測定し、第１の容量測定回路８０３はタッチキーセンサＣの静電容量を測定する。

このように、図１０のタッチキー検出装置８００は、１つの測定期間で、第１の容量測定回路８０３および第２の容量測定回路８０４の両者が互いに異なるタッチキーセンサに対して容量を測定する。これにより、図１０のタッチキー検出装置８００は、図８と比べて、よりも多くのタッチキーセンサをサポートすることができる。

判定回路８０５は、例えば、タッチキーセンサＡについて、少なくとも１つの周期Ｔにおける２つの異なる容量測定回路の測定結果を用いて、タッチキーセンサＡへの指または導電性物質が近接したか否かを判定する。例えば、判定回路８０５は、少なくとも１つの周期Ｔにおける測定期間ＴＣＡの測定結果と測定期間ＴＡＢにおける測定結果の両方が近接していると判断されるときに、タッチキーセンサＡへの指または導電性物質が近接していると判定する。また、判定回路８０５は、少なくとも１つの周期Ｔにおける測定期間ＴＣＡの測定結果と測定期間ＴＡ２における測定結果の１つのみが近接していると判断され、かつ、もう１つが近接していないと判断されるときには、タッチキーセンサＡへの指または導電性物質が近接していないと判定する。これによりノイズによる誤判定を低減することができる。

判定回路８０５は、タッチキーセンサＢ、Ｃについても同様に判定する。

このように、複数のタッチキーセンサを備える場合であっても、ノイズによる誤判定を低減することができる。また、タッチキーセンサのそれぞれに対して、第１および第２の容量測定回路８０３、８０４を備える必要がなく、タッチキーセンサと第１および第２の容量測定回路８０３、８０４との対応付けを任意に動的に切り替えることにより、タッチキー検出装置８００の回路規模を小型化することができる。

なお、図１０においてタッチキーセンサの数は３以外の任意の個数でよく、容量測定回路の数が３つ以上であってもよい。その場合でも、タッチキーセンサと容量測定回路の接続を周期的に切り替えることにより、全てのタッチキーセンサの静電容量を測定することができる。しかも、複数の容量測定回路は、各測定周期において同時に動作させることができるので、測定可能なタッチキーセンサの数を、図８と比べて増やすことができる。

以上説明してきたように本開示におけるタッチキー検出装置８００は、静電容量をもつタッチキーセンサ８０１と、第１の測定方法により静電容量を測定する容量測定回路８０３と、第１の測定方法とは異なる第２の測定方法により静電容量を測定する容量測定回路８０４と、第１および第２の容量測定回路８０３および８０４の測定結果から、タッチキーセンサ８０１と導電性物質とが近接しているか否かを判定する判定回路８０５とを備える。

これによれば、ノイズによる誤検出を低減することができる。

ここで、容量測定回路４００が、タッチキーセンサ４０１の静電容量を充電および放電させる充放電制御回路４０３と、タッチキーセンサ４０１の静電容量の充電時間および放電時間を測定する充放電時間測定回路４１０とを備えてもよい。

これによれば、第１の容量測定回路８０３は、充電時間および放電時間を測定することによってタッチキーセンサの静電容量を測定することができる。

ここで、充放電時間測定回路４１０が、タッチキーセンサ４０１の充放電状況を監視する充放電監視回路４０４と、タッチキーセンサ４０１の電圧からクロックを生成する充放電クロック生成回路４０５と、充放電クロック生成回路４０５によって生成したクロックのパルス数をカウントする充放電パルス測定回路４０７とを備えてもよい。

これによれば、カウントされたクロックパルス数によってタッチキーセンサの静電容量を測定することができる。

ここで、充放電制御回路４０３が、タッチキーセンサ４０１のキャパシタンスを充電および放電する際の充電時間および放電時間を調整するための抵抗を備えてもよい。

これによれば、上記の充電時間および放電時間を所望する測定期間に合わせるように調整することができる。

ここで、充放電制御回路４０３が、タッチキーセンサ４０１の静電容量を充電および放電する際の充電時間および放電時間を調整するための定電流源を備えてもよい。

これによれば、上記抵抗の代わり低電流源を用いることができる。

ここで、容量測定回路６００が、タッチキーセンサ６０１の静電容量を充電および放電する充放電制御回路６０４と、タッチキーセンサ６０１の静電容量とは異なるリファレンス容量６０６と、リファレンス容量６０６の電圧を測定可能な電圧測定回路６０７とを備え、リファレンス容量６０６は、タッチキーセンサ６０１の静電容量の電荷により充電が可能であってもよい。

これによれば、第２の容量測定回路８０４は、リファレンス容量の電圧を測定することによってタッチキーセンサの静電容量を測定することができる。

ここで、容量測定回路６００が、タッチキーセンサ６０１の静電容量とは異なるリファレンス容量６０６と、リファレンス容量６０６を充電および放電する充放電制御回路６０４と、タッチキーセンサ６０１の静電容量の電圧を測定可能な電圧測定回路６０７とを備え、タッチキーセンサ６０１の静電容量は、充放電制御回路６０４により充電されたリファレンス容量６０６の電荷により充電が可能であってもよい。

これによれば、第２の容量測定回路８０４は、タッチキーセンサの静電容量の電圧を測定することによってタッチキーセンサの静電容量を測定することができる。

ここで、容量測定回路６００において、リファレンス容量６０６に充電および放電する経路上にノイズフィルタ回路を備えてもよい。

これによれば、周波数成分をもつノイズによる誤判定を低減することができる。

ここで、容量測定回路６００において、タッチキーセンサ６０１の静電容量に充電および放電する経路上にノイズフィルタ回路を備えてもよい。

これによれば、周波数成分をもつノイズによる誤判定を低減することができる。

ここで、複数のタッチキーセンサを備え、第１および第２の容量測定回路８０３および８０４の測定対象のタッチキーセンサを選択する選択回路８０２を備えてもよい。

これによれば、タッチキーセンサのそれぞれに対する指または導電性物質の近接を、小さい回路規模で判定でき、しかも、ノイズによる誤判定を低減することができる。

以上、一つまたは複数の態様に係るタッチキー検出装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本開示にかかる静電容量方式のタッチキー検出装置は、システムの入力装置として幅広く利用可能である。

１００ タッチキー検出装置
１０１ 基準抵抗
１０２、４０３、６０４ 充放電制御回路
１０３ 放電時間測定回路
１０４ カウンタ
１０５ 制御クロック
１０６、４０１、６０１ タッチキーセンサ
１０７ 電源
１０８ 充放電制御スイッチ
１０９、４００、６００ 容量測定回路
１１０ タッチ判定回路
１１１ 充放電制御信号
１１２、６０７ 電圧測定回路
１１３ 放電完了信号
１１４、８０７ 判定結果
２０１、３０１、５０１、７０１ タッチキーセンサ電圧波形
２０２、３０２ 充放電制御状態
４０２、６０５ 充放電抵抗
４０４ 充放電監視装置
４０５ 充放電クロック生成回路
４０６、５０２、５０４ 充放電クロック
４０７ 充放電パルス測定回路
４０８ 基準クロック
４０９、６１１ 測定結果
５０３、５０５ パルスカウント
６０２、６０３ 充放電スイッチ
６０６ リファレンス容量
６０８ 充放電スイッチ制御回路
６０９、６１０ 充放電スイッチ制御信号
７０２ リファレンス容量電圧波形
８００ タッチキー検出装置
８０１ タッチキーセンサ部
８０２ 選択回路
８０３ 第１の容量測定回路
８０４ 第２の容量測定回路
８０５ 判定回路
８０６ 容量測定制御回路

Claims (10)

1. 静電容量をもつタッチキーセンサと、
   第１の測定方法により前記静電容量を測定する第１の容量測定回路と、
   前記第１の測定方法とは異なる第２の測定方法により前記静電容量を測定する第２の容量測定回路と、
   前記第１および第２の容量測定回路の測定結果から、前記タッチキーセンサと導電性物質とが近接しているか否かを判定する判定回路とを備えた
   静電容量方式のタッチキー検出装置。
2. 前記第１の容量測定回路が、
   前記タッチキーセンサの前記静電容量を充電および放電させる充放電制御回路と、
   前記タッチキーセンサの前記静電容量の充電時間および放電時間を測定する充放電時間測定回路とを備えた
   請求項１記載のタッチキー検出装置。
3. 前記充放電時間測定回路が、
   前記タッチキーセンサの充放電状況を監視する充放電監視回路と、
   前記タッチキーセンサの電圧からクロックを生成する充放電クロック生成回路と、
   前記充放電クロック生成回路によって生成した前記クロックのパルス数をカウントする充放電パルス測定回路とを備えた
   請求項２記載のタッチキー検出装置。
4. 前記充放電制御回路が、前記タッチキーセンサのキャパシタンスを充電および放電する際の充電時間および放電時間を調整するための抵抗を備えた
   請求項２記載のタッチキー検出装置。
5. 前記充放電制御回路が、前記タッチキーセンサの前記静電容量を充電および放電する際の充電時間および放電時間を調整するための定電流源を備えた
   請求項２記載のタッチキー検出装置。
6. 前記第２の容量測定回路が、
   前記タッチキーセンサの前記静電容量を充電および放電する充放電制御回路と、
   前記タッチキーセンサの前記静電容量とは異なるリファレンス容量と、
   前記リファレンス容量の電圧を測定可能な電圧測定回路とを備え、
   前記リファレンス容量は、前記タッチキーセンサの前記静電容量の電荷により充電が可能である
   請求項１記載のタッチキー検出装置。
7. 前記第２の容量測定回路が、
   前記タッチキーセンサの前記静電容量とは異なるリファレンス容量と、
   前記リファレンス容量を充電および放電する充放電制御回路と、
   前記タッチキーセンサの静電容量の電圧を測定可能な電圧測定回路とを備え、
   前記タッチキーセンサの前記静電容量は、前記充放電制御回路により充電された前記リファレンス容量の電荷により充電が可能である
   請求項１記載のタッチキー検出装置。
8. 前記第２の容量測定回路において、前記リファレンス容量に充電および放電する経路上にノイズフィルタ回路を備えた
   請求項６記載のタッチキー検出装置。
9. 前記第２の容量測定回路において、前記タッチキーセンサの前記静電容量に充電および放電する経路上にノイズフィルタ回路を備えた
   請求項７記載のタッチキー検出装置。
10. 複数の前記タッチキーセンサを備え、
    前記第１および第２の容量測定回路の測定対象のタッチキーセンサを選択する選択回路を備えた
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載のタッチキー検出装置。

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