JP2019002855A

JP2019002855A - 静電検出装置

Info

Publication number: JP2019002855A
Application number: JP2017119294A
Authority: JP
Inventors: 裕文長峰; Hirofumi Nagamine
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2019-01-10

Abstract

【課題】１つの検出電極で構成されるタッチセンサの断線の有無を検出可能とする静電検出装置を提供する。【解決手段】静電容量値を検出する電極で構成される検出センサ１０と、検出センサ１０のいずれか一端と接続される切替部２２と、切替部２２を介して検出センサ１０の静電容量値を測定する静電容量検出部２４を備えた静電検出制御部２０、を有し、静電検出制御部２０は、検出センサ１０の第１端部Ｐ１側から測定した静電容量値と、検出センサ１０の第２端部Ｐ２側から測定した静電容量値を比較し、この比較の結果に基づいて、検出センサ１０の断線の有無を判定するように静電検出装置１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、静電検出装置に関し、特に、検出センサの断線の判定機能を備えた静電検出装置に関する。

従来、検出センサの断線の判定機能を備えた静電検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

この静電検出装置は、複数の検出電極のうちの２本の電極をそれぞれ直列に接続して、２本の電極接続体を設け、電極接続体の両端を、コネクタ部材を介して検出抵抗部に接続させる。検出抵抗部は、各電極の接触状態および断線状態を判断する判断回路とコネクタ部材とを接続するプラス側配線およびマイナス側配線を備え、かつプラス側配線およびマイナス側配線のそれぞれにプラス側検出抵抗およびマイナス側検出抵抗を設けて構成されている。タッチセンサが繰り返し弾性変形されて、各電極の内部の各導線のうちの何れかが断線すると、タッチセンサが「通常状態」であっても、判断回路に入力される電流値信号が変化して、これにより検出抵抗が大きい値に変化する。例えば、電極接続体のうちの何れか一方が断線（１回路断線）すると、例えば、検出抵抗はある値となり、また、電極接続体の双方が断線（２回路断線）すると、検出抵抗は無限大（∞）となる。これにより、判断回路は、タッチセンサが故障であること、つまり、断線状態であることを検知することができる、とされている。

特開２０１５−１５３７２３号公報

特許文献１の静電検出装置は、タッチセンサが複数の検出電極を有して電極接続体を構成す場合には断線状態の判定が可能であるが、１つの電極でタッチセンサが構成されている場合等には断線状態の判定ができないという問題があった。

したがって、本発明の目的は、１つの検出電極で構成されるタッチセンサの断線の有無を検出可能とする静電検出装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため、静電容量値を検出する電極で構成される検出センサと、前記検出センサのいずれか一端と接続される切替部と、前記切替部を介して前記検出センサの静電容量値を測定する静電容量検出部を備えた静電検出制御部、を有し、前記静電検出制御部は、前記検出センサの第１端部側から測定した静電容量値と、前記検出センサの第２端部側から測定した静電容量値を比較し、この比較の結果に基づいて、前記検出センサの断線の有無を判定することを特徴とする静電検出装置を提供する。

［２］前記検出センサは、いずれか一端部は前記静電容量検出部と接続され、他端部は電気的にオープン状態であることを特徴とする上記［１］に記載の静電検出装置であってもよい。

［３］また、前記検出センサは、自己容量方式により静電容量値を検出されることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の静電検出装置であってもよい。

本発明の静電検出装置によれば、１つの検出電極で構成されるタッチセンサの断線の有無を検出可能とすることができる。

図１は、本発明の静電検出装置の概略構成を示す構成回路図である。図２（ａ）は、本発明の静電検出装置の第１端部Ｐ１側からセンサの静電容量値を測定する場合におけるセンサへの充電状態を示す図であり、図２（ｂ）は、第１端部Ｐ１側からセンサの静電容量値を測定する場合におけるセンサからの放電により静電容量値を測定している状態を示す図である。図３（ａ）は、本発明の静電検出装置の第２端部Ｐ２側からセンサの静電容量値を測定する場合におけるセンサへの充電状態を示す図であり、図２（ｂ）は、第２端部Ｐ２側からセンサの静電容量値を測定する場合におけるセンサからの放電により静電容量値を測定している状態を示す図である。図４は、本発明の静電検出装置の断線判定の動作フローを示すフローチャートである。図５（ａ）は、センサへのタッチありの場合の検出容量のグラフ、センサへのタッチなしの状態で、断線ありとなしの場合の検出容量のグラフ、さらに、第１端部Ｐ１側からセンサの静電容量値を測定する場合と第２端部Ｐ２側からセンサの静電容量値を測定する場合のセンサ静電容量値の測定結果の違いを示す、横軸を時間としたグラフである。また、図５（ｂ）は、センサの断線状態を示す、本発明の静電検出装置の概略構成図である。

（本発明の実施の形態）
（静電検出装置１の構成）
図１は、本発明の静電検出装置の概略構成を示す構成回路図である。本発明の実施の形態に係る静電検出装置１は、静電容量値を検出する電極で構成される検出センサ１０と、検出センサ１０のいずれか一端と接続される切替部２２と、切替部２２を介して検出センサ１０の静電容量値を測定する静電容量検出部２４を備えた静電検出制御部２０、を有し、静電検出制御部２０は、検出センサ１０の第１端部Ｐ１側から測定した静電容量値と、検出センサ１０の第２端部Ｐ２側から測定した静電容量値を比較し、この比較の結果に基づいて、タッチ検出電極である検出センサ１０の断線の有無を判定するように構成されている。

（検出センサ１０）
検出センサ１０は、図示省略するが、絶縁体である樹脂パネル等の上に、導電性の例えば銅箔等で形成されたタッチ検出電極である。この検出センサ１０の一端側１０ａは、静電検出制御部２０の第１端部Ｐ１に電気的に接続され、他端側１０ｂは、静電検出制御部２０の第２端部Ｐ２に電気的に接続されている。

検出センサ１０は、検出対象物である例えば、手指の近接または接触により、上記示したタッチ検出電極と手指とでコンデンサを形成し、その静電容量値を静電検出制御部２０により自己容量方式により測定される。

検出センサ１０は、後述するように、静電検出制御部２０の切替部２２に接続されているので、検出センサ１０の他端側１０ｂをオープン状態にして一端側１０ａからその静電容量を測定することができる。また、検出センサ１０の一端側１０ａをオープン状態にして他端側１０ｂからその静電容量を測定することができる。

（静電検出制御部２０）
静電検出制御部２０は、切替部２２と静電容量検出部２４から概略構成されている。図１に示すように、静電容量検出部２４は、切替部２２を介して検出センサ１０のいずれかの端側からその静電容量を測定する。検出センサ１０の他端側はオープン状態として測定される。

（切替部２２）
切替部２２は、図１に示すように、検出センサ１０の一端側１０ａまたは他端側１０ｂを静電容量検出部２４に接続し、他端側１０ｂまたは一端側１０ａを電気的にオープン状態にするスイッチＳＷ３として機能するものである。

切替部２２は、半導体スイッチ、機械スイッチ、機械リレー等の種々の切替回路が使用できる。例えば、半導体スイッチの場合は、アナログスイッチＩＣを使用することができ、また、接合型ＦＥＴを用いた半導体スイッチで構成することもできる。

（静電容量検出部２４）
静電容量検出部２４は、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を有する。図１で示す切替部２２（スイッチＳＷ３）の端子ｄ１とｄ２が接続された状態では、スイッチＳＷ１の端子ａ１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、切替部２２、及び第１端部Ｐ１を介して検出センサ１０の一端側１０ａに接続されると共に、スイッチＳＷ２の端子ｂ２に接続されている。一方、検出センサ１０の他端側１０ｂはオープン状態とされている。スイッチＳＷ１の端子ａ２は、電源電圧Ｖｃｃ、例えば、＋５Ｖに接続されている。また、スイッチＳＷ１の端子ａ３は、測定端子ＶＳＷ１に接続されている。スイッチＳＷ１の端子ａ２と端子ａ３は、いずれかの端子が端子ａ１と接続されるように制御される。スイッチＳＷ１は、図示しない信号により切り替え制御される例えば、アナログスイッチである。

また、スイッチＳＷ２の端子ｂ１は、検出用コンデンサＣ_ＭＯＤに接続されている。検出用コンデンサＣ_ＭＯＤの他端は、グランド側に接続されている。スイッチＳＷ２の端子ｂ２は、検出センサ１０の一端側１０ａに接続されると共に、スイッチＳＷ１の端子ａ１に接続されている。また、スイッチＳＷ２の端子ｂ３は、放電端子ＶＳＷ２に接続されている。スイッチＳＷ２の端子ｂ２と端子ｂ３は、いずれかの端子が端子ｂ１と接続されるように制御される。スイッチＳＷ２は、図示しない信号により切り替え制御される例えば、アナログスイッチである。

一方、図１で示す切替部２２（スイッチＳＷ３）の端子ｄ１とｄ３が接続された状態では、スイッチＳＷ１の端子ａ１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、切替部２２、及び第２端部Ｐ２を介して検出センサ１０の他端側１０ｂに接続されると共に、スイッチＳＷ２の端子ｂ２に接続されている。一方、検出センサ１０の一端側１０ａはオープン状態とされている。スイッチＳＷ１の端子ａ２は、電源電圧Ｖｃｃ、例えば、＋５Ｖに接続されている。また、スイッチＳＷ１の端子ａ３は、測定端子ＶＳＷ１に接続されている。スイッチＳＷ１の端子ａ２と端子ａ３は、いずれかの端子が端子ａ１と接続されるように制御される。スイッチＳＷ１は、図示しない信号により切り替え制御される例えば、アナログスイッチである。

また、スイッチＳＷ２の端子ｂ１は、検出用コンデンサＣ_ＭＯＤに接続されている。検出用コンデンサＣ_ＭＯＤの他端は、グランド側に接続されている。スイッチＳＷ２の端子ｂ２は、検出センサ１０の他端側１０ｂに接続されると共に、スイッチＳＷ１の端子ａ１に接続されている。また、スイッチＳＷ２の端子ｂ３は、放電端子ＶＳＷ２に接続されている。スイッチＳＷ２の端子ｂ２と端子ｂ３は、いずれかの端子が端子ｂ１と接続されるように制御される。スイッチＳＷ２は、図示しない信号により切り替え制御される例えば、アナログスイッチである。

図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、静電容量検出部２４は、検出センサ１０へ充電を行ない、次に、検出センサ１０の放電時における所定時に検出センサ１０の電圧を測定し、この測定値に基づいて検出センサ１０の静電容量値を測定する。なお、上記の所定時は、この充放電が時定数から計算して十分に（例えば９０％以上）行なわる時間の経過後とすることができる。

測定端子ＶＳＷ１で測定される測定値（検出センサ１０の電圧）は、例えば、静電検出制御部２０内部に備えたＡ/Ｄコンバータによりカウンタ回路を介して積算して量子化したデジタル値の静電容量値とすることができる。

なお、静電検出制御部２０は、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ、記憶部として半導体メモリであるＲＡＭ及びＲＯＭ等を備える。ＲＯＭには、例えば、静電容量検出部２４が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。

（静電検出制御部２０による検出センサ１０の断線判定動作）
図４は、本発明の静電検出装置の断線判定の動作フローを示すフローチャートである。以下、このフローチャートに従って、本発明の静電検出装置の断線判定動作を説明する。

静電検出制御部２０は、第１端部Ｐ１側、すなわち、図１の上流側から検出センサ１０の静電容量値Ｃ_１を測定する（Ｓｔｅｐ１）。静電検出制御部２０は、まず、図２（ａ）で示すように、検出センサ１０へ充電を行なう。スイッチＳＷ１を切り替え制御して、電源電圧Ｖｃｃからを検出センサ１０へ電荷を供給する。また、スイッチＳＷ２を切り替え制御して、検出用コンデンサＣ_ＭＯＤを検出センサ１０から切り離した状態とし、放電端子ＶＳＷ２へ接続して放電させてリセット（初期化）しておく。

次に、静電検出制御部２０は、図２（ｂ）で示すように、検出センサ１０から放電を行なって、検出用コンデンサＣ_ＭＯＤへ充電を行なう。スイッチＳＷ２を切り替え制御して、検出センサ１０の一端側１０ａを検出用コンデンサＣ_ＭＯＤに接続させる。また、スイッチＳＷ１を切り替え制御して、検出センサ１０の一端側１０ａを測定端子ＶＳＷ１に接続させる。

なお、上記の充放電時において、検出センサ１０の他端側１０ｂはオープン状態とされている。

図５（ａ）は、センサへのタッチありの場合の検出容量のグラフ、センサへのタッチなしの状態で、断線ありとなしの場合の検出容量のグラフ、さらに、第１端部Ｐ１側からセンサの静電容量値を測定する場合と第２端部Ｐ２側からセンサの静電容量値を測定する場合のセンサ静電容量値の測定結果の違いを示す、横軸を時間としたグラフである。測定端子ＶＳＷ１で測定される検出センサ１０の静電容量値は、時間ｔと共に増加して所定の時定数の後に静電容量値Ｃ_１として測定される。

静電検出制御部２０は、第２端部Ｐ２側、すなわち、図１の下流側から検出センサ１０の静電容量値Ｃ_２を測定する（Ｓｔｅｐ２）。静電検出制御部２０は、まず、図３（ａ）で示すように、検出センサ１０へ充電を行なう。スイッチＳＷ１を切り替え制御して、電源電圧Ｖｃｃからを検出センサ１０へ電荷を供給する。また、スイッチＳＷ２を切り替え制御して、検出用コンデンサＣ_ＭＯＤを検出センサ１０から切り離した状態とし、放電端子ＶＳＷ２へ接続して放電させてリセット（初期化）しておく。

次に、静電検出制御部２０は、図３（ｂ）で示すように、検出センサ１０から放電を行なって、検出用コンデンサＣ_ＭＯＤへ充電を行なう。スイッチＳＷ２を切り替え制御して、検出センサ１０の他端側１０ｂを検出用コンデンサＣ_ＭＯＤに接続させる。また、スイッチＳＷ１を切り替え制御して、検出センサ１０の他端側１０ｂを測定端子ＶＳＷ１に接続させる。

なお、上記の充放電時において、検出センサ１０の一端側１０ａはオープン状態とされている。

図５（ａ）に示すように、測定端子ＶＳＷ１で測定される検出センサ１０の静電容量値は、時間ｔと共に増加して所定の時定数の後に静電容量値Ｃ_２として測定される。

静電検出制御部２０は、静電容量値Ｃ_１と静電容量値Ｃ_２とを比較する（Ｓｔｅｐ３）。静電検出制御部２０は、静電容量値Ｃ_１＞静電容量値Ｃ_２かどうかを比較し、Ｃ_１＞Ｃ_２の場合はＳｔｅｐ５へ進み（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、静電容量値Ｃ_１＞Ｃ_２でない場合はＳｔｅｐ４へ進む（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）。

次に、静電検出制御部２０は、静電容量値Ｃ_１と静電容量値Ｃ_２とを比較する（Ｓｔｅｐ４）。静電検出制御部２０は、静電容量値Ｃ_１＜静電容量値Ｃ_２かどうかを比較し、静電容量値Ｃ_１＜Ｃ_２の場合はＳｔｅｐ５へ進み（Ｓｔｅｐ４：Ｙｅｓ）、静電容量値Ｃ_１＜Ｃ_２でない場合はＳｔｅｐ６へ進む（Ｓｔｅｐ４：Ｎｏ）。

静電検出制御部２０は、検出センサ１０は断線と判定する（Ｓｔｅｐ５）。すなわち、静電容量値Ｃ_１＞Ｃ_２、または、静電容量値Ｃ_１＜Ｃ_２であり、上流側から検出センサ１０を測定した場合と、下流側から検出センサ１０を測定した場合とで測定される静電容量値が異なるので、断線と判定することができる。

図５（ａ）に示すように、例えば、測定された静電容量値が、Ｃ_１＞Ｃ_２の場合は、上流側から検出センサ１０を測定した場合の静電容量値の方が大きいので、図５（ｂ）に示すように、検出センサ１０の下部で断線したと判定できる。

静電検出制御部２０は、検出センサ１０は正常（断線なし）と判定する（Ｓｔｅｐ６）。すなわち、静電容量値Ｃ_１＞Ｃ_２でなく、かつ、静電容量値Ｃ_１＜Ｃ_２でないことから、測定される静電容量値は、図５（ａ）に示すように、共にＣ_Ａである。なお、図５（ａ）に示すように、検出センサ１０へのタッチありの場合は静電容量値Ｃ_Ｔが大であり、静電容量閾値Ｃｔｈにより明確に切り分けることが可能である。

上記のＳｔｅｐ１〜６は、必要に応じて実行することができる。また、所定のジョブ毎に、あるいは、所定のインターバル毎に、実行することができる。

（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態に係る静電検出装置は、以下のような効果を有する。
（１）静電検出装置１は、静電容量値を検出する電極で構成される検出センサ１０と、検出センサ１０のいずれか一端と接続される切替部２２と、切替部２２を介して検出センサ１０の静電容量値を測定する静電容量検出部２４を備えた静電検出制御部２０、を有し、静電検出制御部２０は、検出センサ１０の第１端部Ｐ１側から測定した静電容量値と、検出センサ１０の第２端部Ｐ２側から測定した静電容量値を比較し、この比較の結果に基づいて、検出センサ１０の断線の有無を判定するように構成されている。すなわち、検出センサ１０の上流側からの静電容量値の測定と下流側からの静電容量値の測定とで検出センサ１０の両側から測定を行なうことにより、検出センサ１０の断線箇所に関わらずセンサ断線を判定することが可能となる。
（２）図５（ｂ）に示したように、例えば、検出センサ１０の下部で断線した場合は、自己容量方式によりセンサの静電容量を測定する制御において、センサ正常時は、静電容量Ｃ_Ａとなるが、センサ断線時はＣ_１となる。Ｃ_Ａ>>Ｃ_１である場合は、静電容量変化が大きい為、センサ断線を判定可能であるが、Ｃ_Ａ≒Ｃ_１である場合は、静電容量変化が微小である為、センサ断線判定が困難である。そのため、本実施の形態では、静電容量検出制御をセンサの上流、下流の両側で静電容量検出を実施する。図５（ｂ）に示した図の場合、センサ上流からの静電容量検出では、Ｃ_Ａ≒Ｃ_１である為、断線判定不可であるが、センサ下流からの静電容量検出を実施することで、Ｃ_Ａ>>Ｃ_２となる為、断線判定が可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態およびその変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…静電検出装置
１０…検出センサ
１０ａ…一端側
１０ｂ…他端側
２０…静電検出制御部
２２…切替部
２４…静電容量検出部
Ｃ_１、Ｃ_２…静電容量値
Ｃ_Ａ…静電容量
Ｃ_ＭＯＤ…検出用コンデンサ
Ｃｔｈ…静電容量閾値
Ｐ１…第１端部
Ｐ２…第２端部
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３…スイッチ
Ｖｃｃ…電源電圧
ＶＳＷ１…測定端子
ＶＳＷ２…放電端子

Claims

静電容量値を検出する電極で構成される検出センサと、
前記検出センサのいずれか一端と接続される切替部と、前記切替部を介して前記検出センサの静電容量値を測定する静電容量検出部を備えた静電検出制御部、を有し、
前記静電検出制御部は、前記検出センサの第１端部側から測定した静電容量値と、前記検出センサの第２端部側から測定した静電容量値を比較し、この比較の結果に基づいて、前記検出センサの断線の有無を判定することを特徴とする静電検出装置。
前記検出センサは、いずれか一端部は前記静電容量検出部と接続され、他端部は電気的にオープン状態であることを特徴とする請求項１に記載の静電検出装置。
前記検出センサは、自己容量方式により静電容量値を検出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電検出装置。