JP5517731B2

JP5517731B2 - 複数の検出機能を有する静電容量検出回路

Info

Publication number: JP5517731B2
Application number: JP2010106955A
Authority: JP
Inventors: 浩之星野; 了明面; 淳一柴田
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: JP2011237902A

Description

本発明は、指などの接触による容量変化により接触座標を検出する回路に関する。

従来から、指や掌の接触座標を検出するものとして、コンデンサーへの充放電を利用した回路が用いられている（特許文献１〜３参照）。この回路は、指の接触による静電容量の変化を測定することにより、指の接触座標の検出を行うものである。

図４は、従来の容量の変化を検出する回路動作を説明する図である。図４において、１は電源、２は充電用スイッチ、３は接触容量、４は放電用スイッチ、５は変調用コンデンサー、６は放電用抵抗、８は検出オンオフスイッチ、１０はコンバーター、１１はタイマーを示す。

図４において、充電用スイッチ２と放電用スイッチ４は排他的な動作となり、両者が同時にオンまたはオフとなることはない。接触容量３は、充電用スイッチ２がオンされた時、電源１により充電される。次に、検出オンオフスイッチ８がオフの状態にて放電用スイッチ４がオンされると、接触容量３に蓄えられた電荷が変調用コンデンサ−５に充填される。さらに放電用スイッチ４をオフし、検出オンオフスイッチ８をオンすることで、変調用コンデンサー５に蓄えられた電荷が放電用抵抗６を介して放電される。

このときの放電時間の違いから接触容量３の容量変化を検出する。静電センサに指が接触している場合、指の静電容量により接触容量３の静電容量は増加し、蓄えられる電荷が大きくなるため、放電時間が長くなる。

また、押下の強弱を検出する装置として、圧力センサを利用した回路が用いられている。この回路は、指の接触による抵抗の変化を測定することにより、押下の強弱の検出を行うものである。

図５は、従来の圧力（抵抗の変化）を検出する回路動作を説明する図であり、１は電源、９は圧力センサ、１２は固定抵抗値、１３はＡ／Ｄコンバーターを示す。

圧力センサ９は、加圧レベルにより抵抗値が変化することから、圧力センサ９と固定抵抗１２の中点の電圧を検出することにより圧力センサ９の抵抗検出が可能となる。通常、Ａ／Ｄコンバーター１３の制御を行うためには、マイコン等が必要になるため、回路規模が大きくなる。

特開２００８−２２４２９２号公報特開２００５−１４０６５７号公報特開平９-８９９４３号公報

しかし、従来から用いられているコンデンサーへの充放電を用いた静電容量検出回路は、指などの接触による容量変化により接触座標を検出する回路であり、指がセンサに触れた際、押下の強弱を接触座標と同時に検出するためには、別途回路を構成する必要がある。そのため、回路規模が大きくなったり、コストが高くなったりするという問題があった。

したがって、本発明は、上記のような課題を解決し、回路規模が大きくなったり、またコストが高くなったりすることなく、センサに触れた際の接触座標の検出に加えて同時に押下の強弱等の他の検出が可能な、すなわち複数の検出機能を有する静電容量検出回路を提供することを目的とする。

本発明者らは以下の発明により上記問題点を解決した。すなわち本発明の第１態様によれば、指や掌の接触による容量変化を検出する静電容量検出回路であって、さらに当該回路の放電経路中に放電用抵抗と機能切り替えスイッチにて切り替え可能で、かつ指や掌の押下強度により抵抗値が変化する圧力センサを付加することにより、放電時間の違いから接触座標の検出と押下圧を同時に検出できる機能を具備することを特徴とする複数の検出機能を有する静電容量検出回路を提供する。

また、本発明の第２態様によれば、指や掌の接触による容量変化を検出する静電容量検出回路であって、さらに当該回路の放電経路中に放電用抵抗と機能切り替えスイッチにて切り替え可能で、かつ接触させた指や掌の温度により抵抗値が変化するサーミスタを付加することにより、放電時間の違いから接触座標の検出と温度を同時に検出できる機能を具備することを特徴とする複数の検出機能を有する静電容量検出回路を提供する。

また、本発明の第３態様によれば、指や掌の接触による容量変化を検出する静電容量検出回路であって、さらに当該回路の放電経路中に放電用抵抗と機能切り替えスイッチにて切り替え可能で、かつ接触させた指や掌の湿度により抵抗値が変化する湿度センサを付加することにより、放電時間の違いから接触座標の検出と湿度を同時に検出できる機能を具備することを特徴とする複数の検出機能を有する静電容量検出回路を提供する。

この発明によれば、既存の静電容量検出回路に切り替えスイッチ及び指などの接触で抵抗値が変化する他のセンサを追加するだけで、これまでどおり指などがセンサに触れた際の接触座標の検出に加え、センサに触れた際の押下の強弱、温度又は湿度も同時に検出可能となることから、静電センサと圧力センサとしての機能、静電センサと温度センサとしての機能又は静電センサと湿度センサとしての機能を同時に実現させようとした場合、回路の小型化およびコストの削減が可能となる。

この発明の形態１による容量および抵抗の変化を同時検出する回路を説明する図である。この発明の形態２による容量および抵抗の変化を同時検出する回路を説明する図である。この発明の形態３による容量および抵抗の変化を同時検出する回路を説明する図である。従来の容量の変化を検出する回路動作を説明する図である。従来の圧力（抵抗の変化）を検出する回路動作を説明する図である。

［実施の形態１］

以下、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の形態１による容量および抵抗の変化を同時検出する回路を説明する図である。１は電源、２は充電用スイッチ、３は接触容量、４は放電用スイッチ、５は変調用コンデンサー、６は放電用抵抗、７は機能切り替えスイッチ、８は検出オンオフスイッチ、９は圧力センサ、１０はコンパレーター、１１はタイマーを示す。

図１では、容量変化を検出する静電容量検出回路が、放電経路中に放電用抵抗６と機能切り替えスイッチ７にて切り替え可能で、かつ指や掌の押下強度により抵抗値が変化する圧力センサ９を備えている。

次に、押下の強弱検出を行う場合の動作について説明する。

図１において、充電用スイッチ２と放電用スイッチ４は排他的な動作となり、両者が同時にオン又はオフとなることはない。接触容量３は、充電用スイッチ２がオンされた時、電源１により充電される。次に、検出オンオフスイッチ８がオフの状態にて放電用スイッチ４がオンされると、接触容量３に蓄えられた電荷が変調用コンデンサー５に充電される。さらに、放電用スイッチ４をオフにし、検出オンオフスイッチ８をオン、機能切り替えスイッチ７を圧力センサ９側にオンすることで、変調用コンデンサー５に蓄えられた電荷が圧力センサ９を介して放電される。このときの放電時間の違いから圧力センサ９の抵抗値を検出する。

より強い力で圧力センサを押している場合、圧力センサの抵抗値は減少し、放電電流が増加するため放電時間が短くなる。すなわち、実施の形態１における検出回路は、既存の容量検出回路に機能切り替えスイッチ７と圧力センサ９を付加し、機能切り替えスイッチ７の切り替えにより、静電容量の変化による接触座標の検出、指がセンサに触れた際の押下の強弱を同時に実現することが可能となる。

この形態１の用途例としては、タッチパネル携帯において、カメラ機能を利用した際のピント合わせや、スクロールのスピード調整、押す強さによって紙のように一度に数ページめくれる動作などをが考えられる。

［実施の形態２］

なお、上記発明の実施の形態１では、放電用抵抗６と機能切り替えスイッチにて切り替え可能なセンサとして圧力センサ９を設けたが、図２に示すようにサーミスタ（温度センサの一種）１４を設けてもよい。

図２において、充電用スイッチ２と放電用スイッチ４は排他的な動作となり、両者が同時にオン又はオフとなることはない。接触容量３は、充電用スイッチ２がオンされた時、電源１により充電される。次に、検出オンオフスイッチ８がオフの状態にて放電用スイッチ４がオンされると、接触容量３に蓄えられた電荷が変調用コンデンサー５に充電される。さらに、放電用スイッチ４をオフにし、検出オンオフスイッチ８をオン、機能切り替えスイッチ７をサーミスタ１４側にオンすることで、変調用コンデンサー５に蓄えられた電荷がサーミスタ１４を介して放電される。このときの放電時間の違いからサーミスタ１４の抵抗値を検出する。

より高い温度でセンサに触れている場合、サーミスタ１４がＮＴＣサーミスタならばその抵抗値は減少し、放電電流が増加するため放電時間が短くなる。すなわち、実施の形態２における検出回路は、既存の容量検出回路に機能切り替えスイッチ７とサーミスタ１４を付加し、機能切り替えスイッチ７の切り替えにより、静電容量の変化による接触座標の検出、指がセンサに触れた際の温度の検出を同時に実現することが可能となる。なお、ＰＴＣサーミスタの場合には、NTCサーミスタとは逆に温度の上昇に対して抵抗が増大する。さらに、CTRサーミスタの場合、ある温度をこえると急激に抵抗が減少する。

この形態２の用途例としては、生体認証（バイオメトリクス認証）システムなどが考えられる。指紋や掌形などを静電容量方式の接触座標センサで検出するとともに、指紋や掌の温度と周囲温度の差をサーミスタで検出する。導体を使って隆起を加えた指紋の画像や、導体で成形した指のモデルを使って接触座標センサをごまかすことは可能であるが、同時に温度を検出することでシステムの信頼性を向上させることができる。

［実施の形態３］

また、前記発明の実施の形態１では、放電用抵抗６と機能切り替えスイッチにて切り替え可能なセンサとして圧力センサ９を設けたが、図３に示すように抵抗型の高分子膜湿度センサ１５を設けてもよい。

図３において、充電用スイッチ２と放電用スイッチ４は排他的な動作となり、両者が同時にオン又はオフとなることはない。接触容量３は、充電用スイッチ２がオンされた時、電源１により充電される。次に、検出オンオフスイッチ８がオフの状態にて放電用スイッチ４がオンされると、接触容量３に蓄えられた電荷が変調用コンデンサー５に充電される。さらに、放電用スイッチ４をオフにし、検出オンオフスイッチ８をオン、機能切り替えスイッチ７を高分子膜湿度センサ１５側にオンすることで、変調用コンデンサー５に蓄えられた電荷が高分子膜湿度センサ１５を介して放電される。このときの放電時間の違いから高分子膜湿度センサ１５の抵抗値を検出する。

より高い湿度でセンサに触れている場合、高分子膜湿度センサ１５の抵抗値は減少し、放電電流が増加するため放電時間が短くなる。すなわち、実施の形態３における検出回路は、既存の容量検出回路に機能切り替えスイッチ７と高分子膜湿度センサ１５を付加し、機能切り替えスイッチ７の切り替えにより、静電容量の変化による接触座標の検出、指がセンサに触れた際の湿度の検出を同時に実現することが可能となる。

この形態３の用途例としては、形態２と同様に生体認証（バイオメトリクス認証）システムなどが考えられる。指紋や掌形などを静電容量方式の接触座標センサで検出するとともに、指紋や掌の汗に起因する湿度と周囲温度の差をサーミスタで検出する。前記した偽物により接触座標センサをごまかすことは可能であるが、同時に汗（温度）を検出することでシステムの信頼性を向上させることができる。

１電源
２充電用スイッチ
３接触容量
４放電用スイッチ
５変調用コンデンサー
６放電用抵抗
７機能切り替えスイッチ
８検出オンオフスイッチ
９圧力センサ
１０コンパレーター、
１１タイマー
１２固定抵抗
１３Ａ／Ｄコンバーター
１４サーミスタ
１５湿度センサ

Claims

指や掌の接触による容量変化を検出する静電容量検出回路であって、さらに当該回路の放電経路中に放電用抵抗と機能切り替えスイッチにて切り替え可能で、かつ指や掌の押下強度により抵抗値が変化する圧力センサを付加することにより、放電時間の違いから接触座標の検出と押下圧を同時に検出できる機能を具備することを特徴とする複数の検出機能を有する静電容量検出回路。
指や掌の接触による容量変化を検出する静電容量検出回路であって、さらに当該回路の放電経路中に放電用抵抗と機能切り替えスイッチにて切り替え可能で、かつ接触させた指や掌の温度により抵抗値が変化するサーミスタを付加することにより、放電時間の違いから接触座標の検出と温度を同時に検出できる機能を具備することを特徴とする複数の検出機能を有する静電容量検出回路。
指や掌の接触による容量変化を検出する静電容量検出回路であって、さらに当該回路の放電経路中に放電用抵抗と機能切り替えスイッチにて切り替え可能で、かつ接触させた指や掌の湿度により抵抗値が変化する湿度センサを付加することにより、放電時間の違いから接触座標の検出と湿度を同時に検出できる機能を具備することを特徴とする複数の検出機能を有する静電容量検出回路。