JP2024007007A - detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、検出システムに関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates to detection systems.
近年、静電容量式のタッチパネルが注目されている。例えば、特許文献1の入力システムにおいて、タッチパネルは、表示装置であるデュアルビュー液晶と重ね合わせられて、タッチパネルディスプレイを構成している。
In recent years, capacitive touch panels have attracted attention. For example, in the input system disclosed in
静電容量式の検出システムは、操作者の指など検出対象が検出面に接触した場合、検出対象を精度よく検出する。また、検出対象が検出面に接触せずに数cm離れている場合においても、検出電圧の調整および電極の大型化によって感度を向上させることで、静電容量式の検出システムは検出対象を検出することができる。しかしながら、検出対象が検出面から比較的離れている場合、静電容量式の検出システムは検出対象を検出することができない。このような場合においても、静電容量式の検出システムが検出対象を検出できるようにするために、検出対象に対する静電容量式の検出システムの感度をさらに向上したいとの要望がある。 A capacitive detection system accurately detects a detection target such as an operator's finger when the detection target contacts a detection surface. In addition, by adjusting the detection voltage and increasing the size of the electrodes, the capacitive detection system can detect the detection target even when the detection target is several centimeters away without touching the detection surface. can do. However, if the detection target is relatively far from the detection surface, the capacitive detection system cannot detect the detection target. Even in such cases, there is a desire to further improve the sensitivity of the capacitive detection system to the detection target so that the capacitive detection system can detect the detection target.
本開示は、検出システムにおいて、検出対象に対する感度を向上させることを目的とする。 The present disclosure aims to improve sensitivity to a detection target in a detection system.
本開示の検出システムは、複数の電極を有する静電容量式のセンサと、導電体と、予め定められている所定周期で変動する駆動電圧によって生成されている駆動信号を前記複数の電極に出力する第1信号出力回路と、前記駆動電圧の位相と逆位相の逆位相電圧によって生成されている逆位相信号を前記導電体に出力する第2信号出力回路と、前記電極の容量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、前記逆位相信号が供給されている前記導電体によって操作者に生じている誘起電圧に応じた前記検出信号の変化を検出する検出回路と、を備えている。 The detection system of the present disclosure includes a capacitive sensor having a plurality of electrodes, a conductor, and a drive signal generated by a drive voltage that varies at a predetermined period, and outputs a drive signal to the plurality of electrodes. a first signal output circuit that outputs to the conductor an anti-phase signal generated by an anti-phase voltage that is anti-phase to the phase of the drive voltage; and a second signal output circuit that outputs an anti-phase signal to the conductor, A detection signal generation circuit that generates a signal, and a detection circuit that detects a change in the detection signal according to an induced voltage generated in the operator by the conductor to which the antiphase signal is supplied. .
以下に、本開示の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Each embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the content described in the embodiments below. Further, the constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate.
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。 Note that the disclosure is merely an example, and any modifications that can be easily made by those skilled in the art while maintaining the spirit of the invention are naturally included within the scope of the present disclosure. In addition, in order to make the explanation more clear, the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual aspect, but these are only examples, and the interpretation of this disclosure will be limited. It is not limited. In addition, in this specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the previously shown figures are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations may be omitted as appropriate.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る検出システムの構成を示す模式図である。検出システム1は、例えば、カーナビゲーションシステムであり、車両に搭載される。検出システム1は、表示パネル10、導電体20、および、制御装置30を備えている。
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a detection system according to a first embodiment. The
図2は、表示パネルの構成を模式的に示す側断面図である。表示パネル10は、表示部11、および、センサ12を備えている。
FIG. 2 is a side sectional view schematically showing the configuration of the display panel. The
表示部11は、表示面11aを有する液晶ディスプレイである。表示部11は、表示素子として液晶表示素子を備えている。表示部11は、液晶表示素子を有する複数の画素を備える。表示部11は、制御装置30から出力される映像信号に基づいて複数の画素からなる画像を表示面11aの表示領域DAに表示する。なお、表示部11は、例えば、有機ELディスプレイおよび無機ELディスプレイでもよい。
The
センサ12は、静電容量式のセンサである。具体的には、センサ12は、自己静電容量式のセンサである。センサ12は、板状であり、検出面12a側に位置する検出対象を検出する。検出対象は、例えば操作者Mの指である。なお、検出対象は、スタイラスペンおよび指以外の操作者Mの部位であってもよい。
The
センサ12は、検出面12aと反対側の板面が表示部11の表示面11aに対向するようにエアギャップAGを介して配置される。また、検出面12aの検出領域AAは、表示領域DAと平面視で重畳している。
The
センサ12は、センサ基板13、複数の電極14、および、カバーパネル15を有する。センサ基板13、電極14、および、カバーパネル15は、表示部11側から検出面12a側に向けてこの順に積層されている。
The
センサ基板13は、透光性を有する基板であり、例えば、ガラス基板およびフレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits)である。センサ基板13の表示部11に対向する板面には、シールド13aが配置されている。シールド13aは、検出面12aと反対側からの電極14の容量に対する影響を抑制する。
The
図3は、センサの平面図である。複数の電極14は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料が用いられる。複数の電極14は、平面視正方形状であり、センサ基板13における検出面12a側の板面に検出領域AAに平面視で行列状に配置されている。具体的には、検出面12aの垂線と直交する第1方向D1に複数(5個)配置され、検出面12aの垂線および第1方向D1と直交する第2方向D2に複数(4個)配置されている。なお、複数の電極14の形状、配置および個数が図3に示す形状、配置および個数に限定されないことは言うまでもない。また、複数の電極14は、センサ基板13に配置される配線Lを介して制御装置30と電気的に接続される。
FIG. 3 is a plan view of the sensor. For the plurality of
図2に示すカバーパネル15は、透光性を有する保護パネルである。カバーパネル15は、例えばガラス製である。カバーパネル15における電極14と対向する板面と反対側の面は、検出面12aを構成する。カバーパネル15は、接着層OCを介してセンサ基板13に配置される。接着層OCは、透光性を有する接着剤が採用されることが望ましい。接着層OCは、例えばOCA(Optical Clear Adhesive)のように両面粘着性を有する透光性フィルムによって形成されても良い。
The
表示部11の表示面11aには、検出システム1を操作するための例えばボタンなどの画像が表示される。操作者Mが検出システム1を操作する際に、操作者Mの指などの検出対象がその画像に向かって検出面12aに近づくと、電極14の容量が変化する。この電極14の容量の変化に基づいて、検出システム1は、検出対象を検出する(詳細は後述する)。なお、表示部11とセンサ12とは一体に構成されてもよい。この場合、表示部11の電極や基板等の部材の一部が、センサ12の基板等に兼用されてもよい。
On the
図1に示す導電体20は、シート状であり、導電性を有する。導電体20は、例えば銅箔である。なお、導電体20がシート状に限定されないことは言うまでもない。導電体20は、後述する逆位相信号Srが供給されることで、センサ12を操作する操作者Mに誘起電圧が生じる位置に配置されている。導電体20は、例えば、車両のシート2に配置される。
The
制御装置30は、検出システム1を統括制御する。制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、および、ROM(Read Only Memory)を有するコンピュータによって構成されている。CPUは、ROMに予め記憶されているプログラムを実行することにより、検出システム1を制御する機能部として機能する。
The control device 30 centrally controls the
制御装置30は、機能部として、第1信号出力回路31、第2信号出力回路32、検出信号生成回路33、および、検出回路34を備えている。
The control device 30 includes a first
第1信号出力回路31は、後述する図7に示す駆動信号Sgを複数の電極14に出力する。駆動信号Sgは、センサ12を駆動させるための信号である。駆動信号Sgは、予め定められている第1所定周期T1で変動する駆動電圧Vgによって生成される。
The first
図4は、駆動電圧の波形を示す図である。駆動電圧Vgは、電位が第1所定周期T1で変動する交流電圧である。第1所定周期T1は、検出対象を検出可能に予め実験などによって導出されている。駆動電圧Vgは、振幅Hgを有する。このような駆動電圧Vgによって生成される駆動信号Sgは、交流矩形波である(図7)。 FIG. 4 is a diagram showing the waveform of the drive voltage. The drive voltage Vg is an alternating current voltage whose potential fluctuates at a first predetermined period T1. The first predetermined period T1 is derived in advance through experiments or the like so that the detection target can be detected. Drive voltage Vg has an amplitude Hg. The drive signal Sg generated by such a drive voltage Vg is an AC rectangular wave (FIG. 7).
第1信号出力回路31は、駆動信号Sgを予め定められている第2所定周期T2で複数の電極14に出力する。第2所定周期T2は、検出対象を検出可能に予め実験などによって導出されており、周波数に換算すると、例えば数kHz~数百kHz程度である。
The first
第2信号出力回路32は、逆位相電圧Vrによって生成される逆位相信号Sr(後述する図7に示す)を導電体20に出力する。
The second
図5は、逆位相電圧の波形を示す図である。逆位相電圧Vrの位相は、駆動電圧Vgの位相と逆位相である。逆位相電圧Vrの周期は、駆動電圧Vgの周期と同じく第1所定周期T1である。また、逆位相電圧Vrの振幅Hrは、図4に示す駆動電圧Vgの振幅Hgと等しい。なお、逆位相電圧Vrの振幅Hrは、駆動電圧Vgの振幅Hgより大きくてもよい。このような逆位相電圧Vrによって生成される逆位相信号Srは、駆動信号Sgと同様に交流矩形波である(図7)。 FIG. 5 is a diagram showing the waveform of the antiphase voltage. The phase of the antiphase voltage Vr is opposite to the phase of the drive voltage Vg. The period of the anti-phase voltage Vr is the same as the period of the drive voltage Vg, which is the first predetermined period T1. Moreover, the amplitude Hr of the anti-phase voltage Vr is equal to the amplitude Hg of the drive voltage Vg shown in FIG. Note that the amplitude Hr of the anti-phase voltage Vr may be larger than the amplitude Hg of the drive voltage Vg. The antiphase signal Sr generated by such an antiphase voltage Vr is an AC rectangular wave like the drive signal Sg (FIG. 7).
第2信号出力回路32は、駆動信号Sgと同期させて、逆位相信号Srを導電体20に出力する。すなわち、逆位相信号Srの周期は、駆動信号Sgと等しい第2所定周期T2である。
The second
検出信号生成回路33は、電極14の容量に応じた検出信号Sdを生成する。検出信号生成回路33は、検出対象を検出する回路の等価回路Kを構成する。
The detection
図6は、検出対象を検出する回路の等価回路を示す図である。等価回路Kは、電極14、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、検出信号生成回路33を備えている。等価回路Kは、複数の電極14毎に構成されている。制御装置30が第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を備えてもよいし、センサ12が備えてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of a circuit that detects a detection target. The equivalent circuit K includes an
第1スイッチSW1がオンである場合、駆動信号Sgを出力する第1信号出力回路31と電極14とが電気的に接続され、駆動信号Sgが電極14に供給される。これにより、電極14の容量Ceが充電される。第1スイッチSW1がオフである場合、第1信号出力回路31と電極14とが電気的に遮断される。
When the first switch SW1 is on, the first
第2スイッチSW2がオンである場合、検出信号生成回路33と電極14とが電気的に接続される。これにより、電極14の容量Ceの電荷が検出信号生成回路33に移動する。第2スイッチSW2がオフである場合、検出信号生成回路33と電極14とを電気的に遮断される。
When the second switch SW2 is on, the detection
検出信号生成回路33は、積分回路およびリセット回路を含んで構成されており、検出信号Sdを生成する。検出信号生成回路33は、第3スイッチSW3およびコンデンサCdを備えている。
The detection
第1スイッチSW1、第2スイッチSW2および第3スイッチSW3は、後述するように駆動信号Sgと同期して検出回路34によって制御される。これにより、検出信号生成回路33において、コンデンサCdの充放電が繰り返されることで、検出電位Vdが変動し、検出信号Sdが生成される(詳細は後述する)。
The first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3 are controlled by the
検出対象がセンサ12に近づくと、電極14の容量が変化することで、検出信号Sdが変化する。この検出信号Sdの変化を、検出回路34が検出する。つまり、検出回路34は、検出信号の変化に基づいて、検出対象を検出する(詳細は後述する)。
When the detection target approaches the
次に、検出システム1が検出対象を検出していない場合の検出システム1の動作について図6および図7を参照しながら説明する。また、検出対象を操作者Mの指を例に説明する。つまり、検出システム1が検出対象を検出していない場合とは、操作者Mの指がセンサ12に近づいていない場合である。
Next, the operation of the
図7は、検出システム1の動作のタイムチャートを示す図である。図7において、各スイッチSW1、SW2、SW3のオンオフ、駆動信号Sgおよび逆位相信号Srの波形、検出システム1が検出対象を検出していないときの電極14の容量Ce(以下、電極容量Ceと称する)の電位、ならびに、検出信号Sdの波形を、それぞれ、太実線で示す。
FIG. 7 is a diagram showing a time chart of the operation of the
駆動信号Sgおよび逆位相信号Srは、上記のように互いに同期しており、第2所定周期T2でそれぞれ出力されている。図7に示す時刻t1より前において、駆動信号Sgの電位および逆位相信号Srの電位が基準電位V0であり、第1スイッチSW1がオフであり、第2スイッチSW2がオンであり、かつ、第3スイッチSW3がオンである状態から説明する。このとき、検出信号生成回路33はリセットされており、検出信号生成回路33と電極14とが接続されている。これにより、電極容量Ceの電位、および、検出信号Sdの電位は、基準電位V0と等しい。
The drive signal Sg and the anti-phase signal Sr are synchronized with each other as described above, and are each output at the second predetermined period T2. Before time t1 shown in FIG. 7, the potential of the drive signal Sg and the potential of the anti-phase signal Sr are the reference potential V0, the first switch SW1 is off, the second switch SW2 is on, and the second switch SW2 is on. The explanation will start from the state where the 3-switch SW3 is on. At this time, the detection
この状態から駆動信号Sgの電位が基準電位V0から駆動電圧Vgに応じた駆動電位Vg1に上昇するタイミングで、検出回路34は、第1スイッチSW1をオン、第2スイッチSW2をオフおよび第3スイッチSW3をオフに切り換える(時刻t1)。これにより、電極14と検出信号生成回路33とが遮断され、第1信号出力回路31と電極14とが接続されると、駆動信号Sgが電極14に供給され、電極容量Ceが充電されることで、電極容量Ceの電位が駆動電位Vg1に対応する第1充電電位Ve1となる。
From this state, at the timing when the potential of the drive signal Sg rises from the reference potential V0 to the drive potential Vg1 according to the drive voltage Vg, the
続けて、検出回路34は、第1スイッチSW1をオフに切り換える(時刻t2)。これにより、第1信号出力回路31と電極14とが遮断され、駆動信号Sgの電極14への供給が停止する。このとき、電極14はフローティング状態となるが、第1充電電位Ve1は維持される。
Subsequently, the
さらに、検出回路34は、第2スイッチSW2をオンに切り換える(時刻t3)。これにより、電極14と検出信号生成回路33とが接続されると、電極容量Ceの電荷がコンデンサCdの容量に移動することで、電極容量Ceの電位が低下するとともに、コンデンサCdの容量の増加に応じて検出信号Sdの電位が上昇する。このとき、検出信号Sdの電位は、第1充電電位Ve1に対応する第1検出電位Vd1となる(時刻t4)。
Further, the
続けて、検出回路34は、第3スイッチSW3をオンに切り換える(時刻t4)。これにより、検出信号生成回路33と電極14とが接続されている状態で、検出信号生成回路33がリセットされると、電極容量Ceの電位および検出信号Sdの電位それぞれが基準電位V0と等しくなる。なお、この時、駆動信号Sgおよび逆位相信号Srの電位は、低下しており、基準電位V0と等しい。
Subsequently, the
このように、検出回路34は、駆動信号Sgと同期させて各スイッチSW1、SW2、SW3の制御を繰り返し実行する。これにより、検出システム1が検出対象を検出していない場合、上記のように、検出信号Sdの電位は、基準電位V0と第1検出電位Vd1との間を第2所定周期T2で繰り返し変動する。
In this way, the
次に、検出システム1が検出対象を検出するときの検出システム1の動作について図6および図7を参照しながら説明する。また、本開示の特徴を明確にするために、まず、逆位相信号Srが出力されていない状態での検出システム1の動作について説明する。
Next, the operation of the
逆位相信号Srが出力されていない場合においても、上記と同様に、駆動信号Sgは、第2所定周期T2で出力され、検出回路34は、駆動信号Sgと同期させて第1スイッチSW1、第2スイッチSW2および第3スイッチSW3を制御する。
Even when the antiphase signal Sr is not output, the drive signal Sg is output at the second predetermined period T2, and the
逆位相信号Srが出力されていない場合、操作者Mが導電体20の近傍に位置していても、操作者Mに誘起電圧が生じない。この場合、操作者Mの電位は、基準電位V0とほぼ等しい。
When the anti-phase signal Sr is not output, no induced voltage is generated in the operator M even if the operator M is located near the
この状態において、図6に示す操作者Mの指Fがセンサ12の検出面12aに接触すると、操作者Mの容量Cm(以下、人体容量Cmと称する)と電極容量Ceとが結合する。
In this state, when the finger F of the operator M shown in FIG. 6 contacts the
なお、本明細書において、「接触」とは、操作者Mが検出面12aに接触した状態、または、操作者Mが検出面12aに接触したと同視できるほど操作者Mと検出面12aとが近接している状態をいう。また、人体容量Cmと電極容量Ceとが結合した容量を、結合容量Ccと称する。図7において、逆位相信号Srが出力されていない場合の結合容量Ccの電位は、基準電位V0に対応する横軸を電極容量Ceと共通にして、一点鎖線で示され、電極容量Ceの電位と重なる部分については実線で示される。
In this specification, "contact" refers to a state in which the operator M is in contact with the
操作者Mの指Fが検出面12aに接触した状態で電極14に駆動信号Sgが供給されると(時刻t1~t2)、結合容量Ccが充電される。このとき、充電された結合容量Ccの第2充電電位Ve2は、充電された人体容量Cmの分、第1充電電位Ve1より大きい(時刻t1~t3)。この充電された人体容量Cmは、操作者Mの電位である基準電位V0と駆動電圧Vgとの電位差に対応している。
When the drive signal Sg is supplied to the
さらに、検出信号Sdの電位は、一点鎖線で示すように、第2充電電位Ve2に対応する第2検出電位Vd2となる(時刻t4)。第2検出電位Vd2は、第1充電電位Ve1と第2充電電位Ve2との電位差に対応する分、検出システム1が検出対象を検出していない場合の第1検出電位Vd1より大きい。
Furthermore, the potential of the detection signal Sd becomes the second detection potential Vd2 corresponding to the second charging potential Ve2 (time t4), as shown by the dashed line. The second detection potential Vd2 is larger than the first detection potential Vd1 when the
検出回路34は、第1検出電位Vd1と第2検出電位Vd2との電位差に基づいて、操作者Mの指Fを検出する。例えば、検出回路34は、検出信号Sdの電位が閾値Vh以上となると、操作者Mの指Fを検出する。閾値Vhは、第1検出電位Vd1と第2検出電位Vd2との間の検出信号Sdの電位であり、予め実験等によって実測されて導出され、制御装置30に記憶されている。つまり、検出信号Sdの電位が第1検出電位Vd1から閾値Vhより大きい第2検出電位Vd2となると、検出回路34は、操作者Mの指Fを検出する。このように、検出回路34は、検出信号の変化を検出し、この検出信号の変化に基づいて、検出対象を検出する。
The
次に、逆位相信号Srが出力されている状態において、検出システム1が検出対象を検出するときの検出システム1の動作について説明する。このとき、駆動信号Sgおよび逆位相信号Srは、図7に示すように、上記と同様に互いに同期しており、第2所定周期T2でそれぞれ出力されている。また、検出回路34は、上記のように、駆動信号Sgと同期させて第1スイッチSW1、第2スイッチSW2および第3スイッチSW3を制御する。
Next, the operation of the
操作者Mは、例えば車両のシート2に座ること等により、逆位相信号Srが供給されている導電体20の近傍に位置している。これにより、操作者Mに逆位相電圧Vrに応じた誘起電圧が生じる。逆位相電圧Vrに応じた誘起電圧の位相は、逆位相電圧Vrと同位相であり、駆動電圧Vgと逆位相である。
The operator M is located near the
誘起電圧が操作者Mに生じている場合、誘起電圧に対応する電波が操作者Mから外部に放射される。これにより、操作者Mの指Fがセンサ12に近づくと、操作者Mの指Fが検出面12aに接触していない状態でも、操作者Mの指Fから放射される電波が電極14に到達することで、人体容量Cmと電極容量Ceとが結合する。図7において、逆位相信号Srが出力されている場合の結合容量Ccの電位は、基準電位V0に対応する横軸を電極容量Ceと共通にして、破線で示され、電極容量Ceの電位と重なる部分については実線で示される。
When an induced voltage is generated in the operator M, radio waves corresponding to the induced voltage are radiated from the operator M to the outside. As a result, when the finger F of the operator M approaches the
誘起電圧が操作者Mに生じている場合、充電された人体容量Cmは、誘起電圧と駆動電圧Vgとの電位差によって充電される。逆位相電圧Vrに応じた誘起電圧と駆動電圧Vgとは互いに逆位相であるため、この誘起電圧と駆動電圧Vgとの電位差は、基準電位V0と駆動電圧Vgとの電位差より大きい。よって、逆位相電圧Vrに応じた誘起電圧が操作者Mに生じている場合において充電された人体容量Cmは、上記のように誘起電圧が操作者Mに生じていない場合において基準電位V0と駆動電圧Vgの電位差によって充電された人体容量Cmよりも大きい。 When an induced voltage is generated in the operator M, the charged human body capacitance Cm is charged by the potential difference between the induced voltage and the drive voltage Vg. Since the induced voltage according to the anti-phase voltage Vr and the drive voltage Vg are in opposite phases, the potential difference between the induced voltage and the drive voltage Vg is larger than the potential difference between the reference potential V0 and the drive voltage Vg. Therefore, the charged human body capacitance Cm when an induced voltage corresponding to the opposite phase voltage Vr is generated in the operator M is driven by the reference potential V0 when an induced voltage is not generated in the operator M as described above. It is larger than the human body capacitance Cm charged by the potential difference of the voltage Vg.
よって、逆位相電圧Vrに応じた誘起電圧が操作者Mに生じている場合、充電された結合容量Ccの第3充電電位Ve3は、破線で示すように、充電された人体容量Cmが誘起電圧によって増加した分、第2充電電位Ve2よりも大きい(時刻t1~t3)。 Therefore, when an induced voltage corresponding to the opposite phase voltage Vr is generated in the operator M, the third charging potential Ve3 of the charged coupling capacitance Cc is the same as the induced voltage of the charged human body capacitance Cm, as shown by the broken line. is larger than the second charging potential Ve2 by the amount increased by (times t1 to t3).
さらに、逆位相電圧Vrに応じた誘起電圧が操作者Mに生じている場合、検出信号Sdの電位は、破線で示すように、第3充電電位Ve3に対応する第3検出電位Vd3となる(時刻t4)。第3検出電位Vd3は、第2充電電位Ve2と第3充電電位Ve3との電位差に対応する分、誘起電圧が操作者Mに生じていない場合の第2検出電位Vd2よりも大きい。検出信号Sdの電位が第1検出電位Vd1から閾値Vhより大きい第3検出電位Vd3となると、検出回路34は、操作者Mの指Fを検出する。
Further, when an induced voltage corresponding to the opposite phase voltage Vr is generated in the operator M, the potential of the detection signal Sd becomes the third detection potential Vd3 corresponding to the third charging potential Ve3, as shown by the broken line ( Time t4). The third detection potential Vd3 is larger than the second detection potential Vd2 when no induced voltage is generated in the operator M by an amount corresponding to the potential difference between the second charging potential Ve2 and the third charging potential Ve3. When the potential of the detection signal Sd changes from the first detection potential Vd1 to the third detection potential Vd3, which is greater than the threshold value Vh, the
また、検出信号は、操作者Mの指Fと検出面12aとの距離に応じて変化する。具体的には、操作者Mの指Fと検出面12aとの距離が近いほど、第3検出電位Vd3が大きくなる。なぜなら、操作者Mの指Fから放射される電波の駆動信号Sgに対する影響が検出面12aに近づくほど大きくなり、誘起電圧と駆動電圧Vgとの電位差が大きくなるためである。よって、閾値Vhを調整することで、検出回路34が操作者Mの指Fなどの検出対象を検出するときの検出対象と検出面12aとの距離を調整することができる。
Further, the detection signal changes depending on the distance between the finger F of the operator M and the
このように、操作者Mの指Fと検出面12aとが接触せずに比較的離れていても、検出回路34は、逆位相信号Srが供給されている導電体によって操作者に生じている誘起電圧に応じた検出信号Sdの変化を検出し、ひいては、操作者Mの指Fを検出することができる。つまり、第2信号出力回路32が逆位相信号Srを導電体20に出力することで、検出対象に対する検出システム1の感度を向上させることができる。なお、本開示では、検出面12aに操作者Mの指Fが非接触状態において、操作者Mの指Fの位置や動作を検出できることをホバー検出という。
In this way, even if the finger F of the operator M and the
また、操作者Mが操作を行ったときに生じる検出信号Sdの電位差は、導電体20に逆位相信号Srが供給されていない場合の電位差(=第2検出電位Vd2-第1検出電位Vd1)よりも、導電体20に逆位相信号Srが供給されている場合の電位差(=第3検出電位Vd3-第1検出電位Vd1)の方が大きい。すなわち、第2信号出力回路32が逆位相信号Srを導電体20に出力し、操作者Mに誘起電圧が生じることで、操作者Mの指Fなどの検出対象に対する検出システム1の感度が向上する。
Further, the potential difference of the detection signal Sd that occurs when the operator M performs the operation is the potential difference when the opposite phase signal Sr is not supplied to the conductor 20 (= second detection potential Vd2 - first detection potential Vd1) The potential difference (=third detection potential Vd3−first detection potential Vd1) when the opposite phase signal Sr is supplied to the
また、第3検出電位Vd3と閾値Vhとの電位差は、第2検出電位Vd2と閾値Vhとの電位差より大きくなる。よって、検出回路34は、操作者Mがセンサ12に接触しない場合においても、操作者Mの指Fなどの検出対象を容易に検出できる。さらに、検出回路34は、操作者Mの人体容量Cmが比較的小さい場合および操作者Mの人体容量Cmが外的要因によって変動する場合においても、操作者Mの指Fなどの検出対象を容易に検出できる。
Further, the potential difference between the third detection potential Vd3 and the threshold value Vh is larger than the potential difference between the second detection potential Vd2 and the threshold value Vh. Therefore, the
なお、駆動電圧Vgの振幅Hgに対して逆位相電圧Vrの振幅Hrひいては誘起電圧の振幅が大きくなるほど、第3充電電位Ve3ひいては第3検出電位Vd3は大きくなり、第1検出電位Vd1と第3検出電位Vd3との電位差は大きくなる。つまり、駆動電圧Vgの振幅Hgに対して逆位相電圧Vrの振幅Hrを大きくするほど、操作者Mの指Fなどの検出対象に対するセンサ12の感度を大きくすることができる。なお、逆位相電圧Vrの振幅は、駆動電圧Vgの振幅より小さくてもよい。
It should be noted that as the amplitude Hr of the anti-phase voltage Vr and thus the amplitude of the induced voltage increases with respect to the amplitude Hg of the drive voltage Vg, the third charging potential Ve3 and thus the third detection potential Vd3 increase, and the difference between the first detection potential Vd1 and the third detection potential Vd1 increases. The potential difference with the detection potential Vd3 becomes large. In other words, the greater the amplitude Hr of the anti-phase voltage Vr with respect to the amplitude Hg of the drive voltage Vg, the greater the sensitivity of the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る検出システム1について、主として上記の第1実施形態の検出システム1と異なる部分を説明する。
<Second embodiment>
Next, regarding the
第2実施形態の検出システム1において、制御装置30は、動作モードの選択をして、検出システム1を制御する。具体的には、制御装置30は、検出システム1が検出対象を検出する検出モード、および、検出システム1が検出対象を検出しない非検出モードの一方を選択して、検出システム1を制御する。制御装置30は、例えば検出システム1がさらに備えるスイッチ(不図示)が操作者Mによって操作されることで、検出モードおよび非検出モードの一方を選択する。
In the
制御装置30が検出モードで検出システム1を制御する場合、上記の第1実施形態と同様に、第2信号出力回路32は、逆位相信号Srを導電体20に出力する。これにより、上記の第1実施形態と同様に、検出対象に対する検出システム1の感度が向上し、検出回路34は、操作者Mの指Fなどの検出対象が検出面12aから比較的離れている場合においても、操作者Mの指Fを検出(すなわちホバー検出)する。
When the control device 30 controls the
なお、制御装置30が検出モードで検出システム1を制御する場合、第2信号出力回路32は、導電体20に逆位相信号Srを出力しなくてもよい。この場合、上記のように、検出回路34は、操作者Mの指Fなどの検出対象が検出面12aに接触することで、操作者Mの指Fを検出する。つまり、検出モードにおいて、検出システム1に対する操作者Mの操作は許容される。
Note that when the control device 30 controls the
一方、制御装置30が非検出モードで検出システム1を制御する場合、第2信号出力回路32は、同位相電圧Vsによって生成される同位相信号Ssを導電体20に出力する。
On the other hand, when the control device 30 controls the
図8は、同位相電圧の波形を示す図である。同位相電圧Vsの位相は、駆動電圧Vgの位相と同位相である。同位相電圧Vsの周期は、駆動電圧Vgの周期と同じく第1所定周期T1である。また、同位相電圧Vsの振幅は、図4に示す駆動電圧Vgの振幅Hsと等しい。 FIG. 8 is a diagram showing the waveform of the in-phase voltage. The phase of the in-phase voltage Vs is the same as that of the drive voltage Vg. The period of the in-phase voltage Vs is the same as the period of the drive voltage Vg, which is the first predetermined period T1. Further, the amplitude of the in-phase voltage Vs is equal to the amplitude Hs of the drive voltage Vg shown in FIG.
このような同位相電圧Vsによって生成される同位相信号Ssは、駆動信号Sgおよび逆位相信号Srと同様に交流矩形波である。また、第2信号出力回路32は、駆動信号Sgと同期させて、同位相信号Ssを導電体20に出力する。すなわち、同位相信号Ssの周期は、駆動信号Sgおよび逆位相信号Srと等しい第2所定周期T2である。
The in-phase signal Ss generated by the in-phase voltage Vs is an AC rectangular wave like the drive signal Sg and the anti-phase signal Sr. Further, the second
このように、動作モードに応じて、第2信号出力回路32は、駆動電圧Vgの位相と同位相の同位相電圧Vsによって生成されている同位相信号Ssおよび逆位相信号Srの一方を選択して導電体20に出力する。
In this way, depending on the operation mode, the second
次に、制御装置30が非検出モードで検出システム1を制御する場合における検出システム1の動作を、図7を用いて説明する。図7において、同位相信号Ssの波形は、逆位相信号Srの波形と一致しており、実線で示される。
Next, the operation of the
操作者Mは、検出システム1の操作を行う場合、同位相信号Ssが供給されている導電体20の近傍に位置しており、操作者Mに同位相電圧Vsに応じた誘起電圧が生じる。同位相電圧Vsに応じた誘起電圧の位相は、同位相電圧Vsと同位相であり、駆動電圧Vgと同位相である。
When operating the
誘起電圧が操作者Mに生じている場合、誘起電圧に対応する電波が操作者Mから外部に放射される。これにより、操作者Mの指Fが検出面12aに近づくと、操作者Mの指Fがセンサ12に接触していない状態でも、操作者Mから放射される電波が電極14に到達することで、人体容量Cmと電極容量Ceとが結合する。
When an induced voltage is generated in the operator M, radio waves corresponding to the induced voltage are radiated from the operator M to the outside. As a result, when the finger F of the operator M approaches the
また、誘起電圧が操作者Mに生じている場合、充電された人体容量Cmは、誘起電圧と駆動電圧Vgとの電位差によって充電される。同位相電圧Vsに応じた誘起電圧と駆動電圧Vgとは互いに同位相であり、同位相電圧Vsの振幅Hsと駆動電圧Vgの振幅とが等しいため、この誘起電圧と駆動電圧Vgとの電位差は、ほぼゼロである。つまり、同位相電圧Vsに応じた誘起電圧が操作者Mに生じている場合において、人体容量Cmは充電されず、ほぼゼロである。 Further, when an induced voltage is generated in the operator M, the charged human body capacitance Cm is charged by the potential difference between the induced voltage and the drive voltage Vg. The induced voltage according to the in-phase voltage Vs and the driving voltage Vg are in the same phase with each other, and the amplitude Hs of the in-phase voltage Vs is equal to the amplitude of the driving voltage Vg, so the potential difference between this induced voltage and the driving voltage Vg is , is almost zero. In other words, when an induced voltage corresponding to the in-phase voltage Vs is generated in the operator M, the human body capacitance Cm is not charged and is approximately zero.
よって、同位相電圧Vsに応じた誘起電圧が操作者Mに生じている場合、電極容量Ceのみが充電されるため、充電された結合容量Ccの電位は、第1充電電位Ve1とほぼ等しい(時刻t1~t3)。よって、充電された結合容量Ccの電位に対応する検出信号Sdの電位は、第1充電電位Ve1に対応する第1検出電位Vd1とほぼ等しい(時刻t4)。 Therefore, when an induced voltage corresponding to the in-phase voltage Vs is generated in the operator M, only the electrode capacitance Ce is charged, so the potential of the charged coupling capacitance Cc is approximately equal to the first charging potential Ve1 ( time t1 to t3). Therefore, the potential of the detection signal Sd corresponding to the potential of the charged coupling capacitor Cc is approximately equal to the first detection potential Vd1 corresponding to the first charging potential Ve1 (time t4).
つまり、同位相信号Ssが導電体20に供給されている場合、操作者Mが検出システム1を操作しても、検出信号Sdの電位がほとんど変動せず、閾値Vh以上とならない。よって、検出回路34は、操作者Mの指Fを検出しない。すなわち、非検出モードにおいて、第2信号出力回路32が同位相信号Ssを出力することで、検出システム1に対する操作者Mの操作を禁止することができる。
That is, when the in-phase signal Ss is supplied to the
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る検出システム1について、主として上記の第2実施形態の検出システム1と異なる部分を説明する。
<Third embodiment>
Next, regarding the
図9は、第3実施形態に係る検出システム1の構成を示す図である。第3実施形態の検出システム1は、2つの導電体120を備えている。具体的には、検出システム1は、第1導電体121および第2導電体122を備えている。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a
第1導電体121および第2導電体122は、それぞれ互いに異なる複数の操作者Mが位置するように配置される。例えば、第1導電体121は車両の運転席3に配置され、第2導電体122はその車両の助手席4に配置される。
The
第3実施形態において、制御装置30は、運転席3および助手席4それぞれに対して動作モードの選択をして、検出システム1を制御する。第2信号出力回路32は、動作モードに応じて、第1導電体121および第2導電体122それぞれに、逆位相信号Srおよび同位相信号Ssの一方を選択して出力する。
In the third embodiment, the control device 30 controls the
運転席3に検出モードが選択されている場合、第2信号出力回路32は、第1導電体121に逆位相信号Srを出力する。この場合、検出回路34は、運転席3に位置する操作者Mの指Fを上記のように検出する。よって、運転席3に位置する操作者Mは、検出システム1の操作を許容される。
When the detection mode is selected for the driver's seat 3, the second
一方、運転席3に非検出モードが選択されている場合、第2信号出力回路32は、第1導電体121に同位相信号Ssを出力する。この場合、検出回路34は、運転席3に位置する操作者Mの指Fを上記のように検出しない。よって、運転席3に位置する操作者Mは、検出システム1の操作を禁止される。
On the other hand, when the non-detection mode is selected for the driver's seat 3, the second
また、助手席4に検出モードが選択されている場合、第2信号出力回路32は、第2導電体122に逆位相信号Srを出力する。この場合、検出回路34は、助手席4に位置する操作者Mの指Fを上記のように検出する。よって、助手席4に位置する操作者Mは、検出システム1の操作を許容される。
Further, when the detection mode is selected for the
一方、助手席4に非検出モードが選択されている場合、第2信号出力回路32は、第2導電体122に同位相信号Ssを出力する。この場合、検出回路34は、助手席4に位置する操作者Mの指Fを上記のように検出しない。よって、助手席4に位置する操作者Mは、検出システム1の操作を禁止される。
On the other hand, when the non-detection mode is selected for the
このように、第1導電体121および第2導電体122それぞれに、逆位相信号Srおよび同位相信号Ssの一方が選択して供給されることで、第1導電体121に対応する操作者Mおよび第2導電体122に対応する操作者Mに対して、検出システム1の操作を許容したり禁止したりすることができる。
In this way, one of the anti-phase signal Sr and the same-phase signal Ss is selectively supplied to the
例えば、運転席3に位置する操作者Mの操作を許容し、助手席4に位置する操作者Mの操作を禁止する場合、第2信号出力回路32は、第1導電体121に逆位相信号Srを出力し、第2導電体122に同位相信号Ssを出力する。
For example, when allowing an operation by the operator M located in the driver's seat 3 and prohibiting an operation by the operator M located in the
なお、検出システム1は、導電体120を2つ有しているが、導電体120の個数がこれに限定されないことは言うまでもない。例えば、検出システム1は、3つの導電体120を備え、3つの導電体120は、それぞれ、車両の運転席3、助手席4および後部座席に配置されてもよい。また、導電体120は、車両以外の乗り物、公共施設および娯楽施設などにおいて、座席などの操作者の近傍に位置するものに配置されてもよい。
Note that although the
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments. The contents disclosed in the embodiments are merely examples, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. Appropriate changes made within the scope of the invention also fall within the technical scope of the invention.
例えば、上記のセンサ12は、自己静電容量式のセンサであるが、センサ基板13の周縁部に複数(例えば4つ)の電極が配置される表面型静電容量式、および、複数の電極が例えば平面視で格子状に配置されている投影型静電容量式などの他の静電容量式のセンサでもよい。
For example, the
また、同位相電圧Vsの振幅Hsは、駆動電圧Vgの振幅Hgと異なってもよい。この場合、同位相電圧Vsの振幅Hsと駆動電圧Vgの振幅Hgとの差が小さいほど、操作者Mの指Fが近づくことによる検出信号Sdの電位の変動が小さくなる。よって、同位相電圧Vsの振幅Hsと駆動電圧Vgの振幅Hgとの差が小さいほど、容易に、検出システム1が操作者Mの指Fなどの検出対象を検出できないようにすることができる。
Furthermore, the amplitude Hs of the in-phase voltage Vs may be different from the amplitude Hg of the drive voltage Vg. In this case, the smaller the difference between the amplitude Hs of the in-phase voltage Vs and the amplitude Hg of the drive voltage Vg, the smaller the fluctuation in the potential of the detection signal Sd caused by the approach of the finger F of the operator M. Therefore, the smaller the difference between the amplitude Hs of the in-phase voltage Vs and the amplitude Hg of the drive voltage Vg, the easier it is to prevent the
また、第2信号出力回路32は、導電体20、120の近傍に操作者Mが位置する場合に逆位相信号Srおよび同位相信号Ssの一方を出力し、導電体20、120の近傍に操作者Mが位置しない場合に逆位相信号Srおよび同位相信号Ssの一方を出力しなくてもよい。この場合、検出システム1は、操作者Mを検知する検知センサをさらに備え、この検知センサによって操作者Mが検知された場合に第2信号出力回路32は、逆位相信号Srおよび同位相信号Ssの一方を出力する。この検知センサは、例えば、操作者Mの体重によって作動するスイッチ、操作者Mの体重を検出する荷重センサ、および、操作者Mとの距離を検出する測距センサである。
Further, when the operator M is located near the
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと解される。 In addition, other effects brought about by the aspects described in this embodiment that are obvious from the description in this specification or that can be appropriately conceived by those skilled in the art are naturally understood to be brought about by the present disclosure. .
1 検出システム
12 センサ
12a 検出面
20、120 導電体
30 制御装置
31 第1信号出力回路
32 第2信号出力回路
33 検出信号生成回路
34 検出回路
Hg 振幅
Hr 振幅
Hs 振幅
M 操作者
Sd 検出信号
Sg 駆動信号
Sr 逆位相信号
Ss 同位相信号
T1 第1所定周期(所定周期)
Vg 駆動電圧
Vr 逆位相電圧
Vs 同位相電圧
1
Vg Drive voltage Vr Anti-phase voltage Vs In-phase voltage
Claims (5)
導電体と、
予め定められている所定周期で変動する駆動電圧によって生成されている駆動信号を前記複数の電極に出力する第1信号出力回路と、
前記駆動電圧の位相と逆位相の逆位相電圧によって生成されている逆位相信号を前記導電体に出力する第2信号出力回路と、
前記電極の容量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記逆位相信号が供給されている前記導電体によって操作者に生じている誘起電圧に応じた前記検出信号の変化を検出する検出回路と、を備えている、
検出システム。 A capacitive sensor with multiple electrodes,
a conductor;
a first signal output circuit that outputs a drive signal generated by a drive voltage that varies at a predetermined cycle to the plurality of electrodes;
a second signal output circuit that outputs an anti-phase signal generated by an anti-phase voltage that is anti-phase to the phase of the drive voltage to the conductor;
a detection signal generation circuit that generates a detection signal according to the capacitance of the electrode;
a detection circuit that detects a change in the detection signal according to an induced voltage generated in the operator by the conductor to which the opposite phase signal is supplied;
detection system.
請求項1に記載の検出システム。 The amplitude of the anti-phase voltage is greater than or equal to the amplitude of the drive voltage,
Detection system according to claim 1.
前記検出信号は、前記検出面と前記操作者との距離に応じて変化する、
請求項1に記載の検出システム。 The sensor further includes a detection surface,
The detection signal changes depending on the distance between the detection surface and the operator.
Detection system according to claim 1.
請求項1に記載の検出システム。 The second signal output circuit selects one of an in-phase signal generated by an in-phase voltage having the same phase as the drive voltage and the anti-phase signal, and outputs the selected one to the conductor.
Detection system according to claim 1.
前記第2信号出力回路は、
一方の前記導電体に前記逆位相信号を出力し、
他方の前記導電体に、前記駆動電圧の位相と同位相の同位相電圧によって生成されている同位相信号を出力する、
請求項1に記載の検出システム。 comprising two of the conductors,
The second signal output circuit is
outputting the opposite phase signal to one of the conductors;
outputting an in-phase signal generated by an in-phase voltage having the same phase as the drive voltage to the other conductor;
Detection system according to claim 1.
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