JP5962320B2

JP5962320B2 - Touch sensor

Info

Publication number: JP5962320B2
Application number: JP2012177565A
Authority: JP
Inventors: 欣克西川; 智子早川
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: JP2014035705A; CN203455812U

Description

本発明は、タッチセンサに関し、詳しくは、周期的なノイズが多い環境においてそのノイズの影響を受けることなくタッチ検出を行うことを可能にするタッチセンサに関する。 The present invention relates to a touch sensor, and more particularly to a touch sensor that enables touch detection without being affected by the noise in an environment with a lot of periodic noise.

従来、屋内・屋外の各種装置や設備において、人の指等が近接又は接触する操作部分に１つ又は複数からなる検出電極を備え、その検出電極に生じる浮遊容量又は接地（大地）との間の静電容量の変化を計測することによって人体の近接又は接触を検知するタッチセンサや、それを用いたタッチスイッチが広く用いられている。
このようなタッチセンサでは、単に静電容量に対応する電気量の変化をみて、その値が一定の閾値を超えた（若しくは下回った）ときに人体の接触があると判断すると、検出電極に生じる静電容量が環境等により変化したり、検出される電気量がノイズの影響により変化したりするため、誤判断を生じてしまうという問題がある。
この問題の対策として、例えば、静電容量に対応する電気量が一定時間以上閾値を超えている場合に人体の接触があると判断する等、さまざまな手法が用いられている。また、温度等の環境変化によらず正確なタッチ検出を行うため、検出電極間の静電容量変化を検出してその変化速度を求め、所定の変化速度以上の変化が生じた時点からその所定の変化速度以上の変化が所定時間以上継続したときにタッチ検出を確定するようにしたタッチセンサが知られている（特許文献１を参照。）。 Conventionally, in various indoor and outdoor devices and facilities, one or more detection electrodes are provided at the operation part where a human finger approaches or comes in contact, and between the floating capacitance generated on the detection electrode or ground (ground) 2. Description of the Related Art Touch sensors that detect the proximity or contact of a human body by measuring changes in the capacitance of the human body and touch switches using the touch sensors are widely used.
In such a touch sensor, when a change in the amount of electricity corresponding to the capacitance is simply observed and it is determined that there is a human contact when the value exceeds (or falls below) a certain threshold value, it occurs in the detection electrode. There is a problem that erroneous determination occurs because the capacitance changes depending on the environment or the like, or the amount of electricity detected changes due to the influence of noise.
As measures against this problem, various methods are used, for example, when it is determined that there is a human body contact when the amount of electricity corresponding to the capacitance exceeds a threshold value for a certain time or more. In addition, in order to perform accurate touch detection regardless of environmental changes such as temperature, the change in capacitance between the detection electrodes is detected to determine the change rate, and the change from the point when the change exceeds the predetermined change rate occurs. A touch sensor is known in which touch detection is determined when a change at a change rate greater than or equal to a predetermined time continues for a predetermined time or longer (see Patent Document 1).

特開平１１−１３６１１６JP-A-11-136116

指等人体の検出電極への近接又は接触（タッチ）によって、検出電極に生じる浮遊容量又は大地との間の静電容量や、２つの検出電極間に生じる静電容量は変化する。この静電容量又はその変化に対応する電気量を検出するタッチセンサ又はタッチスイッチにおいて、検出された電気量の計測値を所定の閾値と比較して、例えば一定時間以上連続して閾値を超えている場合に人体のタッチがあると判断する手法は、検出される電気量にノイズが含まれていると閾値の上下に変動し、人の指等のタッチが検知されない場合があるという問題があった。また、ノイズ成分を除去するように検出される電気信号をフィルタリングしたとしても、大きなノイズがある場合にも確実に人体のタッチを検知し、且つ感度及び応答性に優れたタッチセンサを得ることは困難であった。 The proximity or contact (touch) of a human body such as a finger changes the stray capacitance generated between the detection electrodes or the capacitance between the ground and the capacitance generated between the two detection electrodes. In the touch sensor or touch switch that detects the capacitance or the amount of electricity corresponding to the change, the measured value of the detected amount of electricity is compared with a predetermined threshold value, for example, exceeds the threshold value continuously for a certain time or more. If there is noise in the detected amount of electricity, the method of judging that there is a human touch will fluctuate above and below the threshold, and there may be a problem that touches such as human fingers may not be detected. It was. In addition, even if the detected electrical signal is filtered to remove the noise component, it is possible to reliably detect a human touch even in the presence of large noise, and to obtain a touch sensor with excellent sensitivity and responsiveness. It was difficult.

また、前記特許文献１に記載されているような静電容量の変化速度が所定の変化速度以上で一定時間継続したときにタッチ検出を確定するようにしたとしても、検出される静電容量の信号にノイズが重畳されている場合には、その一定時間の間に変化速度の値や向きが変化するため、人体のタッチが確実には検知されないという問題がある。 Further, even if the touch detection is determined when the change rate of the capacitance as described in Patent Document 1 is equal to or higher than the predetermined change rate and continues for a certain period of time, the detected capacitance When noise is superimposed on the signal, there is a problem that the touch of the human body is not reliably detected because the value and direction of the change speed change during the certain time.

すなわち、上記のようないずれの検知手法においても、静電容量又はその変化に対応する電気量の信号にノイズが含まれる場合には、人体のタッチを正確に検知することが困難となる。タッチセンサに影響を及ぼすノイズとして、各種電力回路や電動機等から人体に誘導され、一定範囲の周期（周波数）をもつ周期的ノイズがある。例えば、交流の商用電源から浮遊容量や人体を介して誘導され、検出電極により検出される信号にその交流誘導雑音が乗っている場合がある。 That is, in any of the detection methods as described above, it is difficult to accurately detect a touch of the human body when noise is included in the signal of the capacitance or the electric quantity corresponding to the change. As noise that affects the touch sensor, there is periodic noise that is induced to the human body from various power circuits, electric motors, and the like and has a period (frequency) in a certain range. For example, there is a case where the AC induction noise is on a signal that is induced from a commercial AC power supply via a stray capacitance or a human body and detected by a detection electrode.

本発明は、上記のような問題に鑑み、周期的なノイズが多い環境においてそのノイズの影響を受けることなく人体の近接又は接触の検知を可能とするタッチセンサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a touch sensor that can detect the proximity or contact of a human body without being affected by the noise in an environment with a lot of periodic noise.

前記問題点を解決するために、本第１発明のタッチセンサは、人体の近接又は接触を検出するタッチセンサであって、人体が近接又は接触する検出電極と、前記検出電極に生じた静電容量に対応する電気量を計測する計測回路と、一定周期で前記計測回路により計測を行い、その計測値を設定された閾値と比較することによって人体の近接又は接触を判断する判断部と、を備え、前記判断部には、所定期間内において前記計測回路による計測値が前記閾値を超えた時間の合計を合計時間として求める合計時間検知手段を備え、前記計測回路による計測値の変動に既知の周期のノイズが含まれる場合において、前記所定期間は前記ノイズの１周期を超える時間であり、前記判断部は、前記合計時間検出手段により求められた前記合計時間が前記所定期間に対して所定の比率以上の時間となったときに人体の近接又は接触があると判断することを要旨とする。
本第２発明は前記第１発明において、前記判断部は、前記計測回路による計測値が前記閾値を前記ノイズの１周期に対して設定された比率の第２の所定時間連続して超えたときにも人体の近接又は接触があると判断することを要旨とする。
本第３発明は前記第１発明又は前記第２発明において、前記閾値は、前記計測回路による計測値の変動から前記ノイズ成分を阻止するフィルタ手段を介して生成された信号に基づいて設定されることを要旨とする。 In order to solve the above problems, the touch sensor according to the first aspect of the present invention is a touch sensor that detects the proximity or contact of a human body, the detection electrode that is close to or in contact with the human body, and the electrostatic capacitance generated in the detection electrode. A measurement circuit that measures the amount of electricity corresponding to the capacity, and a determination unit that performs measurement by the measurement circuit at a constant period and determines the proximity or contact of the human body by comparing the measurement value with a set threshold value. The determination unit includes a total time detecting means for obtaining a total time when the measurement value by the measurement circuit exceeds the threshold value within a predetermined period as a total time, and known in the measurement value variation by the measurement circuit. when included periods of noise, the predetermined period is the time that exceeds one cycle of the noise, the determination section, the total time obtained by the total time detecting means the And summarized in that it is determined that there is a human body proximity or contact when a more time predetermined ratio to between regular.
The second invention, in the first invention, the determining unit, when the measured value by the measuring circuit exceeds continuously the second predetermined time ratio set the threshold for one cycle of the noise The main point is to determine that there is a human body approaching or touching.
In the third invention according to the first invention or the second invention, the threshold value is set based on a signal generated through a filter means for preventing the noise component from fluctuation of a measurement value by the measurement circuit. This is the gist.

本第１発明のタッチセンサによれば、指等の人体がタッチ（近接又は接触）する検出電極と、検出電極に生じた静電容量に対応する電気量を計測する計測回路と、一定周期で前記計測回路により計測を行い、その計測値を設定された閾値と比較することによって人体のタッチを判断する判断部と、を備え、前記判断部には、所定期間内において前記計測回路による計測値が前記閾値を超えた時間の合計を合計時間として求める合計時間検知手段を備え、前記計測回路による計測値の変動に既知の周期のノイズが含まれる場合において、前記所定期間は前記ノイズの１周期を超える時間であり、判断部は、前記合計時間検出手段により求められた前記合計時間が前記所定期間に対して所定の比率以上の時間となったときに人体のタッチがあると判断するため、検出される電気量又はその変化に対応する信号に周期的なノイズが含まれていて計測値が閾値の上下に変動する場合であっても、所定期間内において閾値を超えた時間を合計した合計時間により、確実に人体のタッチを検知することができる。また、強力なフィルタ手段によりノイズを除去する場合に比べて、タッチセンサの検出感度及び応答性を維持することが容易となる。 According to the touch sensor of the first invention, a detection electrode that a human body such as a finger touches (approachs or contacts), a measurement circuit that measures an amount of electricity corresponding to the capacitance generated in the detection electrode, and a constant cycle A determination unit that performs measurement by the measurement circuit and determines the touch of the human body by comparing the measurement value with a set threshold value. The determination unit includes a measurement value by the measurement circuit within a predetermined period. And a total time detecting means for obtaining the total time when the threshold value exceeds the threshold as a total time, and when the measurement value variation by the measurement circuit includes noise of a known period, the predetermined period is one period of the noise. a more than time, determination unit, if there is a human body touch when the total time obtained by the total time detecting means is equal to or more than the time predetermined ratio with respect to the predetermined period Even if the measured value fluctuates above and below the threshold value even if the detected electric quantity or the signal corresponding to the change includes periodic noise and the measured value fluctuates above and below the threshold value, It is possible to reliably detect the touch of the human body by the total time of summing up. In addition, it becomes easier to maintain the detection sensitivity and responsiveness of the touch sensor as compared with the case of removing noise by a powerful filter means.

前記計測回路による計測値の変動に既知の周期のノイズが含まれる場合において、前記所定期間は前記ノイズの１周期を超える時間であるため、一定の範囲の周期（周波数）のノイズに対して適宜期間を定めることによって、計測値の変動にその期間に比べて短い周期のノイズが含まれる場合の人体のタッチ検知を効果的にすることができる。
また、前記判断部は、前記計測回路による計測値が前記閾値を前記ノイズの１周期に対して設定された比率の第２の所定時間連続して超えたときにも人体の近接又は接触があると判断する場合には、計測値の変動に大きなノイズが含まれていない場合にも、人体のタッチを速やかに安定して検知することができる。 In the case where noise of a known period is included in the fluctuation of the measurement value by the measurement circuit, the predetermined period is a time exceeding one period of the noise, so that it is appropriate for the noise of a certain period (frequency). By determining the period, it is possible to effectively detect the touch of the human body when the fluctuation of the measurement value includes noise having a period shorter than that of the period.
Further, the determination unit may human body approaches or contacts even when the measured value by said measuring circuit exceeds continuously the second predetermined time ratio set the threshold for one cycle of the noise In the case where it is determined that the touch of the human body can be detected quickly and stably even when the measurement value fluctuation does not include large noise.

前記閾値は、前記計測回路による計測値の変動から前記ノイズ成分を阻止するフィルタ手段を介して生成された信号に基づいて設定される場合には、ノイズ成分が除去された計測値の変動に基づいて、計測値のレベルに応じて常に最適な閾値を設定することができる。これにより、環境変化に対応して最適な閾値を設定することができるばかりでなく、適度なフィルタ効果によりノイズを除去すると共にタッチセンサの検出感度及び応答性を保ちつつ、前記合計時間又は前記連続した時間によって人体のタッチ判断をより正確に行うことが可能になる。 In the case where the threshold is set based on a signal generated through a filter unit that prevents the noise component from variation in the measurement value by the measurement circuit, the threshold is based on the variation in the measurement value from which the noise component has been removed. Thus, an optimum threshold value can always be set according to the level of the measurement value. As a result, not only can the optimum threshold value be set in response to environmental changes, but also noise is removed by an appropriate filter effect and the detection sensitivity and responsiveness of the touch sensor are maintained, while the total time or the continuous time is maintained. It becomes possible to make a human body touch determination more accurately according to the determined time.

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
本実施形態に係るタッチセンサの構成を表わす模式的なブロック図である。本実施形態に係るタッチセンサの動作を説明するために、計測回路による計測値の変動と設定される閾値とを表すグラフである。計測回路による計測値の変動とフィルタ手段によって設定される閾値を示すグラフである。タッチセンサの制御方法を説明するためのフローチャートである。計測回路による計測値の変動と従来のフィルタ処理によって設定された閾値とを表すグラフである。計測回路による計測値の変動に対して、より強力なフィルタ処理を行ってノイズを除去した場合のグラフである。 The present invention will be further described in the following detailed description with reference to the drawings referred to, with reference to non-limiting examples of exemplary embodiments according to the present invention. Similar parts are shown throughout the several figures.
It is a typical block diagram showing the structure of the touch sensor which concerns on this embodiment. It is a graph showing the fluctuation | variation of the measured value by a measuring circuit, and the threshold value set in order to demonstrate operation | movement of the touch sensor which concerns on this embodiment. It is a graph which shows the threshold value set by the fluctuation | variation of the measured value by a measurement circuit, and a filter means. It is a flowchart for demonstrating the control method of a touch sensor. It is a graph showing the fluctuation | variation of the measured value by a measurement circuit, and the threshold value set by the conventional filter process. It is a graph at the time of removing a noise by performing a more powerful filter process with respect to the fluctuation | variation of the measured value by a measurement circuit.

以下、図１〜６を参照しながら本発明のタッチセンサを詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。 Hereinafter, the touch sensor of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
The items shown here are for illustrative purposes and exemplary embodiments of the present invention, and are the most effective and easy-to-understand explanations of the principles and conceptual features of the present invention. It is stated for the purpose of providing what seems to be. In this respect, it is not intended to illustrate the structural details of the present invention beyond what is necessary for a fundamental understanding of the present invention. It will be clear to those skilled in the art how it is actually implemented.

１．タッチセンサの構成
図１は、本実施形態に係るタッチセンサの構成を表わすブロック図である。本タッチセンサ１は、人体の近接又は接触（タッチ）を検出するタッチセンサであって、人体９がタッチする検出電極２と、検出電極２に生じる静電容量又はその変化に対応する電気量を計測する計測回路３と、周期的に計測回路３により計測された計測値を用いて人体９のタッチを判断する判断部４と、を備える。また、タッチセンサ１は計測回路３及び判断部４を動作させるための図示されない電源等を備える。 1. Configuration of Touch Sensor FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a touch sensor according to the present embodiment. The touch sensor 1 is a touch sensor that detects proximity or contact (touch) of a human body, and includes a detection electrode 2 touched by the human body 9 and a capacitance generated in the detection electrode 2 or an electric quantity corresponding to a change thereof. The measurement circuit 3 to measure and the judgment part 4 which judges the touch of the human body 9 using the measured value periodically measured by the measurement circuit 3 are provided. The touch sensor 1 includes a power supply (not shown) for operating the measurement circuit 3 and the determination unit 4.

検出電極２は、その表面に人体が近接又は接触するように配設される導電体であり、その数、形状、大きさ、構造等は特に限定されない。また、導電体の材質も特に限定されず、金属の他、導電布等が使用されてもよい。ここで、検出電極２への人体の「近接」とは、掌や手指を検出電極の表面に近付ける形態の他、検出電極の表面を覆う絶縁物を介して人体が接触する形態も含み、「接触」は、検出電極の表面に直接人体が接触する形態をいうものとする。 The detection electrode 2 is a conductor disposed so that a human body is close to or in contact with the surface thereof, and the number, shape, size, structure, and the like are not particularly limited. The material of the conductor is not particularly limited, and a conductive cloth or the like may be used in addition to the metal. Here, the “proximity” of the human body to the detection electrode 2 includes not only a form in which a palm or a finger is brought close to the surface of the detection electrode but also a form in which the human body contacts via an insulator covering the surface of the detection electrode. “Contact” refers to a form in which the human body directly contacts the surface of the detection electrode.

計測回路３は、接続されている検出電極２に生じる電気量を検出し、計測するための回路である。検出電極２と計測回路３の構成、及び検出する電気量は特に限定されず、公知のタッチセンサに用いられている構成及び検出方式を適用することができる。例えば、検出電極２として１つの電極を備え、その電極に生じる浮遊容量又は大地間の静電容量を計測するようにすることができる。この場合、例えば、検出電極２の電位を検出し、計測回路３に設けたＡＤ変換器等を用いてその値Ｃｘを電気量として計測するようにすることができる。また、検出電極２として２つの電極を備え、２つの電極間に生じる静電容量を計測するようにすることもできる。検出電極に生じた静電容量に対応する電気量として、電位の他、インピーダンスや周波数の変化等を計測するようにしてもよい。
計測回路３は、得られた計測値（Ｃｘ）を判断部４に送出する。 The measurement circuit 3 is a circuit for detecting and measuring the amount of electricity generated in the connected detection electrode 2. The configurations of the detection electrode 2 and the measurement circuit 3 and the amount of electricity to be detected are not particularly limited, and configurations and detection methods used in known touch sensors can be applied. For example, it is possible to provide one electrode as the detection electrode 2 and measure stray capacitance generated at the electrode or capacitance between the ground. In this case, for example, the potential of the detection electrode 2 can be detected, and the value Cx can be measured as an electric quantity using an AD converter or the like provided in the measurement circuit 3. Moreover, it is possible to provide two electrodes as the detection electrode 2 and measure the capacitance generated between the two electrodes. As the amount of electricity corresponding to the capacitance generated in the detection electrode, a change in impedance, frequency, etc., in addition to the potential, may be measured.
The measurement circuit 3 sends the obtained measurement value (Cx) to the determination unit 4.

判断部４は、一定の周期（サンプリング周期）で、計測回路３により検出電極に生じた電気量を計測し、計測回路３による計測値を入力するように構成されている。サンプリング周期は適宜とすることができる（例えば、１ｍｓ）。また、判断部４は、その計測値の変動を基にして、演算処理や閾値の設定処理を行うように構成されている。この閾値は、通常、タッチの有無の他、温度や湿度等の環境によっても検出電極２に生じる電気量が変化し、その結果計測回路３による計測値のレベルが変化するため、逐次算出して設定することが好ましい。
そして、判断部４は、設定した閾値と計測値との比較、計測値が連続して閾値を超えた時間（連続時間）の算出、計測値が閾値を超えた時間の合計の時間（合計時間）の算出等の処理を行うことによって、検出電極２への人体のタッチの有無を判定するように構成される。尚、以下の図面においては、タッチがあるとき、計測回路３による計測値が閾値を下回っているが、計測値がタッチがある場合の方向に閾値を超えている状態を「閾値を超えている」という。 The determination unit 4 is configured to measure the amount of electricity generated in the detection electrode by the measurement circuit 3 at a constant cycle (sampling cycle) and input a measurement value by the measurement circuit 3. The sampling period can be set appropriately (for example, 1 ms). The determination unit 4 is configured to perform calculation processing and threshold setting processing based on the variation of the measurement value. This threshold value is usually calculated sequentially because the amount of electricity generated in the detection electrode 2 changes depending on the environment such as temperature and humidity in addition to the presence or absence of touch, and as a result the level of the measurement value by the measurement circuit 3 changes. It is preferable to set.
Then, the determination unit 4 compares the set threshold value with the measurement value, calculates the time when the measurement value continuously exceeds the threshold (continuous time), and the total time (total time) when the measurement value exceeds the threshold ) Is calculated to determine whether or not a human body touches the detection electrode 2. In the following drawings, when there is a touch, the measurement value by the measurement circuit 3 is below the threshold value, but the state where the measurement value exceeds the threshold value in the direction in which there is a touch is “exceeding the threshold value”. "

判断部４の処理は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれによって実現されてもよく、好適には、図示しないＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、入出力回路等を備えるマイクロコントローラ（マイクロコンピュータ）を中心に、入出力インターフェース等周辺回路を備えることにより構成することができる。また、プログラム可能な論理回路、ゲートアレーその他の論理回路を用いて構成されてもよい。このマイクロコントローラ等に、前記計測回路３が内蔵されていてもよい。
その他、判断部４は、各種装置・設備（例えば、照明、空調、ＡＶ機器、自動開閉式窓等）と電気的に接続され、人体の近接又は接触状態と判定した場合には、その判定又は判定による動作をさせるための近接検出信号Ｓをそれら装置等に出力するように構成することができる。 The processing of the determination unit 4 may be realized by either hardware or software, and is preferably centered on a microcontroller (microcomputer) having a CPU, memory (ROM, RAM, etc.), input / output circuits, etc. (not shown). Further, it can be configured by providing peripheral circuits such as an input / output interface. Alternatively, a programmable logic circuit, a gate array, or other logic circuit may be used. The measurement circuit 3 may be incorporated in this microcontroller or the like.
In addition, the determination unit 4 is electrically connected to various devices / equipment (for example, lighting, air conditioning, AV equipment, automatic opening / closing window, etc.), and when determining that the human body is close or in contact, the determination or The proximity detection signal S for performing the operation based on the determination can be output to these devices.

判断部４には、所定期間内において、計測回路３により計測された計測値が前記閾値を超えた時間の合計を求め、その合計時間が前記所定期間に対して所定の比率以上の時間となったときに人体の近接又は接触があると判断する合計時間検知手段４１を備える。ここで、前記所定期間（以下、「対象期間」という。）は、任意の時点から開始される、予め定められた長さの期間とすることができる。また、その対象期間に対して所定の比率以上の時間として、その対象期間よりも短い時間を予め定めておくことができる。 The determination unit 4 obtains the total time when the measurement value measured by the measurement circuit 3 exceeds the threshold value within a predetermined period, and the total time is equal to or greater than a predetermined ratio with respect to the predetermined period. And a total time detecting means 41 for determining that there is a human body approaching or touching the body. Here, the predetermined period (hereinafter referred to as “target period”) can be a period of a predetermined length that starts from an arbitrary point in time. Further, a time shorter than the target period can be determined in advance as the time that is equal to or higher than a predetermined ratio with respect to the target period.

ところで、外来ノイズにより検出電極２に生じる電気量が変化し、そのため計測回路３による計測値が時間的に変動する場合には、判断部４によって人体のタッチを正確に検知することが困難となる。タッチセンサ１に影響を及ぼすノイズとして、周囲の各種電力回路や電動機等から人体に誘導され、一定範囲の周期（周波数）をもつ周期的ノイズがある。例えば、商用電源の配線・機器等から浮遊容量や人体等を介して誘導され、検出電極２により検出される信号及びその計測値の変動に、電源周波数（５０又は６０Ｈz）又はその整数倍の周波数の交流誘導ノイズが含まれてしまう場合がある（図２参照）。 By the way, when the amount of electricity generated in the detection electrode 2 changes due to external noise and the measurement value by the measurement circuit 3 fluctuates with time, it is difficult for the determination unit 4 to accurately detect the touch of the human body. . As noise that affects the touch sensor 1, there is periodic noise that is induced to a human body from various surrounding power circuits, electric motors, and the like and has a certain period (frequency). For example, the frequency of a power supply frequency (50 or 60 Hz) or an integral multiple of a signal induced by a wiring or device of a commercial power supply via a stray capacitance or a human body and detected by the detection electrode 2 and its measured value is changed. May be included (see FIG. 2).

計測回路３により計測された計測値の時間的変動に、交流誘導ノイズのような既知の周期のノイズが含まれる場合において、前記対象期間はそのノイズの１周期を超える時間（好ましくは、ノイズの１周期の２〜４倍）とすることができる。ノイズの一定の範囲の周期に対して対象期間を適宜定め、その対象期間に対して所定の比率以上の時間（例えば、対象期間の１５〜５０％程度、又はノイズの１周期の０．５〜２倍程度の時間）を適宜定めることによって、その対象期間に比べて短い周期のノイズが含まれている場合の人体のタッチ検知を効果的にすることができる。 In the case where noise with a known period such as alternating current induction noise is included in the temporal variation of the measurement value measured by the measurement circuit 3, the target period is a time exceeding one period of the noise (preferably, noise) 2-4 times of one cycle). A target period is appropriately determined for a period of a certain range of noise, and a time equal to or higher than a predetermined ratio with respect to the target period (for example, about 15 to 50% of the target period, or 0.5 to one period of noise) By appropriately determining the time (about twice as long), it is possible to effectively detect the touch of the human body when noise having a period shorter than that of the target period is included.

判断部４は、前記合計時間検知手段４１によって人体のタッチを判断する他、計測回路３による計測値が前記閾値を第２の設定時間連続して超えたときにも人体のタッチがあると判断する連続時間検知手段４２を備えることができる。前記第２の設定時間は、適宜とすることができる（例えば、ノイズの１周期の０．５〜２倍程度）。この連続時間検知手段４２を備えることにより、計測回路３による計測値の変動に大きなノイズが含まれていない場合にも、計測値が連続して閾値を超えた時間（連続時間）が一定時間以上であればタッチがあると判断し、人体のタッチを速やかに安定して検知することができる。 The determination unit 4 determines that the human body is touched by the total time detection unit 41, and also determines that there is a human body touch when the measurement value by the measurement circuit 3 exceeds the threshold value for the second set time continuously. The continuous time detecting means 42 can be provided. The second set time can be set as appropriate (for example, about 0.5 to 2 times the period of noise). By providing the continuous time detecting means 42, even when the measurement value variation by the measurement circuit 3 does not include large noise, the time when the measurement value continuously exceeds the threshold (continuous time) is a certain time or more. If it is, it will be judged that there exists a touch and a human body touch can be detected rapidly and stably.

通常、計測回路３による計測値の変動にはノイズが含まれるため、ノイズ成分を除去することが好ましい。また、計測回路３による計測値によりタッチがされている状態であるか否かを判定する基準は温度や湿度等の環境条件によっても変化するため、前記閾値は逐次算出して設定することが好ましい。そのため、前記閾値は、計測回路３による計測値の変動から前記ノイズを阻止するフィルタ手段を介して生成された信号（フィルタ信号）に基づいて設定されるように構成することができる。
前記フィルタ手段は特に限定されず、例えば、計測回路３による計測値の変動を、判断部４に備えるソフトウェアによりフィルタ処理するように構成することができる。また、計測回路３において、検出電極２に生じた電気量の信号から低域フィルタ回路を介してフィルタ信号を生成し、そのフィルタ信号を用いて閾値を設定するように構成してもよい。いずれにしても、フィルタの特性や段数は任意に設定することができ、ノイズを一定限除去した計測値の変動を基に、適宜の演算によりタッチ判定のための調整を施すことによって、前記閾値を設定するように構成することができる。 Usually, since the fluctuation of the measurement value by the measurement circuit 3 includes noise, it is preferable to remove the noise component. In addition, since the reference for determining whether or not the touch is made by the measurement value by the measurement circuit 3 also varies depending on environmental conditions such as temperature and humidity, the threshold value is preferably calculated and set sequentially. . Therefore, the threshold value can be configured to be set based on a signal (filter signal) generated through a filter unit that prevents the noise from fluctuation of a measurement value by the measurement circuit 3.
The filter means is not particularly limited, and for example, it can be configured to filter the variation of the measurement value by the measurement circuit 3 with software provided in the determination unit 4. Further, the measurement circuit 3 may be configured to generate a filter signal from a signal of the amount of electricity generated at the detection electrode 2 through a low-pass filter circuit and set a threshold value using the filter signal. In any case, the characteristics and the number of stages of the filter can be arbitrarily set, and the threshold value is adjusted by performing an adjustment for touch determination by an appropriate calculation on the basis of the fluctuation of the measurement value from which noise is removed to a certain extent. Can be configured to set.

例として、図３に計測回路による計測値Ｃｘの変動から、ソフトウェアのフィルタ処理によって閾値が設定される例を挙げる。本図は、計測回路３による周期的な計測値Ｃｘを２段の一次遅れ演算を用いてフィルタ処理し、各段の出力値と所定の調整値とを演算することによってタッチ判定の基準となる閾値を求めた例である。 As an example, FIG. 3 shows an example in which the threshold value is set by a software filtering process based on the variation of the measurement value Cx by the measurement circuit. In this figure, the periodic measurement value Cx by the measurement circuit 3 is filtered using two-stage first-order lag calculation, and the output value of each stage and a predetermined adjustment value are used as a reference for touch determination. It is an example which calculated | required the threshold value.

２．タッチセンサの動作
図５は、計測回路３による計測値Ｃｘの変動と、従来のフィルタ処理によって設定された閾値の変動を表している。縦軸は計測値及び閾値のレベルであり、横軸は時間である。本図の範囲においては３回（ａ部）、検出電極２に人体がタッチされているが、計測値には大きなノイズが含まれているため、計測値が一定時間連続して閾値を超える（下回る）ことがなく、タッチの検知が困難となる。尚、計測値の変動から充分にノイズ成分を除去すればタッチが検出可能となるものの、タッチセンサの応答性（例えば、閾値の追従性）が低下する等の問題が生じる。 2. Operation of Touch Sensor FIG. 5 shows the fluctuation of the measurement value Cx by the measurement circuit 3 and the fluctuation of the threshold set by the conventional filter processing. The vertical axis represents measured values and threshold levels, and the horizontal axis represents time. In the range of this figure, the human body is touched to the detection electrode 2 three times (part a). However, since the measurement value includes large noise, the measurement value continuously exceeds the threshold value for a certain period of time ( The touch detection becomes difficult. Although the touch can be detected if the noise component is sufficiently removed from the fluctuation of the measurement value, there arises a problem that the responsiveness of the touch sensor (for example, the follow-up performance of the threshold) is lowered.

図２は、本タッチセンサ１の動作を説明するための図であり、人体が検出電極にタッチしたときの計測回路３による計測値Ｃｘと閾値の変動を示している（図５におけるａ部に相当する。）。ここで、計測値Ｃｘは１段のフィルタ手段により一定限ノイズ除去がされた後の変動を示しているが、なお周期的なノイズが重畳されている。図２において、ノイズの周期をＴｎ、検出電極２にタッチがされている期間を接触期間Ｔｔと表しており、その内の３つの期間（Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３）において計測値Ｃｘが閾値を超えている。
周期的なノイズとして交流誘導ノイズを挙げることができ、以下では周波数６０Ｈｚの商用電源に起因する交流誘導ノイズ（周期Ｔｎ＝１７ｍｓ）の場合を例に説明する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the touch sensor 1, and shows changes in the measurement value Cx and the threshold value by the measurement circuit 3 when the human body touches the detection electrode (a part in FIG. 5). Equivalent to.). Here, the measured value Cx shows the fluctuation after the fixed noise removal by the one-stage filter means, but the periodic noise is still superimposed. In FIG. 2, the period of noise is represented as Tn, and the period during which the detection electrode 2 is touched is represented as a contact period Tt, and the measured value Cx exceeds the threshold value in three periods (Tc1, Tc2, Tc3). ing.
An example of the periodic noise is AC induction noise. In the following, an example of AC induction noise (period Tn = 17 ms) caused by a commercial power supply having a frequency of 60 Hz will be described.

本タッチセンサ１の判断部４（合計時間検知手段４１）は、所定期間（対象期間Ｔａｔ）内において、計測回路３による計測値が閾値を超えた時間の合計を求め、その合計時間が対象期間Ｔａｔに対して所定の比率以上の時間となったときに、人体の近接又は接触があると判断する。対象期間Ｔａｔは、周期的なノイズの大きさや特性に応じて定められればよく、そのノイズの１周期を超える時間とすることができる。本図の場合、対象期間Ｔａｔ内において、計測値Ｃｘが閾値を超えた時間の合計（合計時間）は、（Ｔｃ１＋Ｔｃ２＋Ｔｃ３）となる。判断部４は、任意の対象期間Ｔａｔ内において、前記合計時間が一定以上あったときに、人体のタッチがあったと判断することができる。このように判断することで、ノイズのために計測値が連続して閾値を超える時間が短い場合であっても、タッチの検出漏れを防ぐことができる。
前記交流誘導ノイズの場合、例えば、対象期間Ｔａｔを５５ｍｓ（ノイズ周期の３．３倍）とし、判断部４は、５５ｍｓ内に前記合計時間が２０ｍｓ（対象期間の３６％、すなわちノイズ周期の１．２倍）以上あったときに、人体のタッチがあったと判断することができる。 The determination unit 4 (total time detection means 41) of the touch sensor 1 obtains the total time when the measurement value by the measurement circuit 3 exceeds the threshold value within a predetermined period (target period Tat), and the total time is the target period. It is determined that there is a human body approaching or touching when the time exceeds a predetermined ratio with respect to Tat. The target period Tat only needs to be determined according to the magnitude and characteristics of periodic noise, and can be a time exceeding one period of the noise. In the case of this figure, the total time (total time) when the measured value Cx exceeds the threshold within the target period Tat is (Tc1 + Tc2 + Tc3). The determination unit 4 can determine that a human body has been touched when the total time is equal to or greater than a certain value within an arbitrary target period Tat. By determining in this way, it is possible to prevent touch detection omission even when the time when the measured value continuously exceeds the threshold due to noise is short.
In the case of the AC induction noise, for example, the target period Tat is 55 ms (3.3 times the noise period), and the determination unit 4 determines that the total time is 20 ms (36% of the target period, that is, 1 of the noise period) within 55 ms. .2 times) or more, it can be determined that the human body touched.

また、タッチセンサ１の判断部４（連続時間検知手段４２）は、前記合計時間検知手段４１によるタッチの検知に加えて、計測回路３による計測値が閾値を一定時間（第２の設定時間）連続して超えたときに、人体の近接又は接触があると判断するようにすることができる。前記第２の設定時間は、例えば、ノイズの周期以上の時間、前記交流誘導ノイズ（周期１７ｍｓ）が生じる場合には１０〜２０ｍｓ程度、とすることができる。前記第２の設定時間を適宜設定することによって、ノイズの有無に関わらず人体のタッチを速やかに安定して検知することができる。 Further, the determination unit 4 (continuous time detection means 42) of the touch sensor 1 detects the touch by the total time detection means 41, and the measurement value by the measurement circuit 3 sets the threshold value for a certain time (second set time). When it exceeds continuously, it can be judged that there is proximity or contact of a human body. The second set time may be, for example, a time longer than a noise cycle, or about 10 to 20 ms when the AC induction noise (cycle 17 ms) occurs. By appropriately setting the second set time, it is possible to quickly and stably detect a human touch regardless of the presence or absence of noise.

このようなタッチセンサ１の制御の例を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
判断部４は、計測回路３により検出電極２に生じた静電容量に対応する電気量を計測する（ステップＳ１）。このステップＳ１以下の処理は、一定のサンプリング間隔で行われる。
ステップＳ１により計測された計測値Ｃｘを導入してフィルタ手段によりフィルタ処理を行い、閾値を算出する（ステップＳ２）。フィルタ処理は、例えば、過去の計測値（フィルタ処理の結果）と今回の計測値Ｃｘとを用いた一次遅れ演算によって行うことができる。タッチの有無を判定する基準となる閾値は、フィルタ処理の出力に調整を施して設定することができる。 An example of such control of the touch sensor 1 will be described based on the flowchart shown in FIG.
The determination unit 4 measures the amount of electricity corresponding to the capacitance generated in the detection electrode 2 by the measurement circuit 3 (step S1). The processing after step S1 is performed at a constant sampling interval.
The measured value Cx measured in step S1 is introduced, the filtering process is performed by the filter means, and the threshold value is calculated (step S2). The filter process can be performed, for example, by a first-order lag calculation using a past measurement value (filter process result) and the current measurement value Cx. The threshold value serving as a reference for determining the presence or absence of a touch can be set by adjusting the output of the filter process.

次いで、今回の計測値ＣｘとステップＳ２で設定された閾値とを比較して、計測値Ｃｘが閾値を超えているか（値が下回っているか）どうかを判断する（ステップＳ３）。今回の計測値Ｃｘとして、ステップＳ２におけるフィルタ処理により一定限ノイズが除去された値を用いることができる。
計測値Ｃｘが閾値を超えていない場合、連続時間を０に初期化する（ステップＳ４）。一方、計測値Ｃｘが閾値を超えていた場合は、連続時間及び合計時間を計時する（ステップＳ５）。具体的には、連続時間及び合計時間に１サンプリング周期を加算して更新する。合計時間は、始めに閾値を超えた時から対象期間の時間の範囲内で、計測値Ｃｘが閾値を超えていた時間を積算することとなる。 Next, the current measurement value Cx is compared with the threshold value set in step S2, and it is determined whether the measurement value Cx exceeds the threshold value (is lower than the value) (step S3). As the current measurement value Cx, a value from which the fixed noise has been removed by the filter processing in step S2 can be used.
If the measured value Cx does not exceed the threshold value, the continuous time is initialized to 0 (step S4). On the other hand, when the measured value Cx exceeds the threshold value, the continuous time and the total time are counted (step S5). Specifically, it is updated by adding one sampling period to the continuous time and the total time. The total time is obtained by integrating the time during which the measured value Cx exceeds the threshold within the range of the target period from when the threshold is first exceeded.

その後、連続時間検知手段４２により、連続時間が所定値を超えたかどうかを判断する（ステップＳ６）。連続時間が所定値を超えたときは、タッチがあると判定して、検出信号Ｓを出力する（ステップＳ８）。
次いで、合計時間検知手段４１により、合計時間が一定値以上となったかどうかを判断する（ステップＳ７）。合計時間が一定値以上となったときは、タッチがあると判定して、検出信号Ｓを出力する（ステップＳ８）。
連続時間検知手段４２及び合計時間検知手段４１のいずれによってもタッチがあると決定されなかった場合は、ステップＳ１に戻ってサンプリングタイミングで計測回路３による計測を行う。 Thereafter, the continuous time detecting means 42 determines whether or not the continuous time exceeds a predetermined value (step S6). When the continuous time exceeds a predetermined value, it is determined that there is a touch, and a detection signal S is output (step S8).
Next, the total time detecting means 41 determines whether or not the total time has reached a certain value (step S7). When the total time exceeds a certain value, it is determined that there is a touch, and a detection signal S is output (step S8).
If neither the continuous time detection means 42 nor the total time detection means 41 determines that there is a touch, the process returns to step S1 and the measurement by the measurement circuit 3 is performed at the sampling timing.

３．合計時間によるタッチ検知の試験
以上のようなタッチセンサ１の合計時間検知手段４１により人体のタッチを検知できるかを確認するため、検知試験を行った。この試験は、検出電極２に６０Ｈｚのノイズを与えた状態で、検出電極２に人体９を触れたとき、５５ｍｓの対象期間内に計測値Ｃｘが閾値を超えた合計時間を測定することによって行った。この試験結果は、表１に示すとおりであった。尚、計測値Ｃｘは、１ｍｓのサンプリング周期で検出電極２の電位を検出し、計測回路３に設けたＡＤ変換器を用いて得た値である。 3. Test for Touch Detection Based on Total Time In order to confirm whether the total time detection means 41 of the touch sensor 1 as described above can detect a human touch, a detection test was performed. This test is performed by measuring the total time that the measured value Cx exceeds the threshold value within the target period of 55 ms when the human body 9 is touched to the detection electrode 2 in a state where noise of 60 Hz is applied to the detection electrode 2. It was. The test results were as shown in Table 1. The measurement value Cx is a value obtained by detecting the potential of the detection electrode 2 at a sampling period of 1 ms and using an AD converter provided in the measurement circuit 3.

表１に示すように、実測のタッチ時間が４０ｍｓ〜１２４ｍｓであった場合において、対象期間５５ｍｓ内に計測値Ｃｘが閾値を超えた時間を積算した合計時間は、２０〜３０ｍｓの範囲となった。この結果から、周波数６０Ｈｚの交流誘導ノイズがある場合においては、対象期間を５５ｍｓとし、その対象期間内に計測値Ｃｘが閾値を超えた合計時間が２０ｍｓ以上となったかどうかを判断することによって、人体のタッチが確実に検知されることがわかった。 As shown in Table 1, when the actually measured touch time was 40 ms to 124 ms, the total time obtained by integrating the time when the measured value Cx exceeded the threshold within the target period 55 ms was in the range of 20 to 30 ms. . From this result, when there is AC induction noise with a frequency of 60 Hz, the target period is set to 55 ms, and by determining whether or not the total time during which the measured value Cx exceeds the threshold within the target period is 20 ms or more, It was found that human touch was detected reliably.

４．比較例
（１）連続時間検知手段４２により、前記３．と同じ条件でタッチの検知をしたところ、計測値Ｃｘは交流ノイズの１周期１７ｍｓのうち６〜７ｍｓの間閾値を超えた（図５参照）。しかし、仮に計測値Ｃｘが連続して閾値を超えた時間が２０ｍｓを超えたときタッチがあると判定するとした場合、連続時間検知手段４２ではタッチの検知ができないことがわかる。
（２）また、前記（１）の比較例と同じ条件で、計測値Ｃｘの変動に一次遅れフィルタを更に強くかけて、周期的なノイズを除去した場合を図６に示す。この結果からは、初回にタッチがされたときには約１０ｍｓの間計測値Ｃｘが閾値を超えているが、フィルタ処理によって算出される閾値の計測値の変動に対する追従性が低下し、タッチが繰り返された場合に検知ができなくなることがわかる。 4). Comparative Example (1) By the continuous time detecting means 42, the above 3. When the touch was detected under the same conditions as above, the measured value Cx exceeded the threshold value for 6 to 7 ms in one cycle of 17 ms of AC noise (see FIG. 5). However, if it is determined that there is a touch when the measured value Cx continuously exceeds the threshold for more than 20 ms, it can be seen that the continuous time detection means 42 cannot detect the touch.
(2) FIG. 6 shows a case where periodic noise is removed by applying a first-order lag filter to fluctuations in the measurement value Cx under the same conditions as in the comparative example (1). From this result, when the touch is made for the first time, the measured value Cx exceeds the threshold value for about 10 ms. It can be seen that detection becomes impossible when

以上の試験結果及び比較例からわかるように、周期的なノイズのために連続時間検知手段４２によってタッチの検知ができないような場合であっても、合計時間検知手段４１により、タッチセンサの検出性能を変えることなく、人体のタッチを検知することができることがわかる。 As can be seen from the above test results and comparative examples, even if the continuous time detection means 42 cannot detect the touch due to periodic noise, the total time detection means 41 can detect the touch sensor. It can be seen that the touch of the human body can be detected without changing.

尚、本発明においては、以上に記載した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることが可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application.

１；タッチセンサ、２；検出電極、３；計測回路、４；判断部、４１；合計時間検知手段、４２；連続時間検知手段、９；人体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Touch sensor, 2; Detection electrode, 3; Measurement circuit, 4; Judgment part, 41; Total time detection means, 42; Continuous time detection means, 9;

Claims

A touch sensor for detecting proximity or contact of a human body,
A sensing electrode that is close to or in contact with the human body;
A measurement circuit for measuring the amount of electricity corresponding to the capacitance generated in the detection electrode;
A determination unit that performs measurement by the measurement circuit at a fixed period and determines the proximity or contact of the human body by comparing the measurement value with a set threshold value;
With
The determination unit includes a total time detection unit that calculates a total time when the measurement value by the measurement circuit exceeds the threshold value within a predetermined period,
In the case where noise of a known period is included in the variation of the measurement value by the measurement circuit, the predetermined period is a time exceeding one period of the noise,
The determination unit determines that there is a human body approaching or touching when the total time obtained by the total time detection means is a time equal to or greater than a predetermined ratio with respect to the predetermined period. Touch sensor.

Determining that the determination unit, there is a human body approaches or contacts even when the measured value by said measuring circuit exceeds continuously the second predetermined time ratio set the threshold for one cycle of the noise The touch sensor according to claim 1.

The threshold value, the touch sensor according to claim 1 or 2 is set on the basis of the signal generated via the filter means for preventing the noise component from changes in the measurement values by the measurement circuit.