JP6028604B2 - タッチセンサ - Google Patents
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Description
このようなタッチセンサにおいて、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場合は、検出電極に生じる静電容量のレベルが周囲環境等によって変化したり、検出される電気量が外来ノイズの影響によって変化したりすると、人体の近接又は接触の誤判断を生じてしまうという問題があった。
この問題の対策として、例えば、環境条件による影響を検出するためのダミー電極を設け、そのダミー電極に生じる静電容量の変化量に基づいてセンサの感度を調節するタッチスイッチが知られている(特許文献1を参照。)。このタッチスイッチにおいては、通常のタッチ検出用電極とダミー電極とに同時に静電容量の変化が生じて接触検知の状態となった場合にはノイズによるものと判断して、誤検出をしないようにしている。
本第2発明は、本第1発明において、前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記他の検出電極について設定された前記閾値を下げることを要旨とする。
本第3発明は、本第1発明又は本第2発明において、前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記一の検出電極については前記ノイズ判定期間開始時とほぼ同一の検出感度を維持することを要旨とする。
本第4発明は、本第1発明乃至本第3発明のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記一の検出電極以外の全ての前記検出電極について前記仮判定手段により人体の近接又は接触があると仮判定されなかった場合に、前記一の検出電極への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。
第1発明によれば、検出感度は人体のタッチを検出するための閾値によって設定され、前記仮判定手段は、前記計測回路による計測値が閾値を超えたとき人体のタッチがあると仮判定し、閾値は、検出電極毎に計測値の変動からノイズ成分を除去するフィルタを介して生成された信号に基づいて設定され、前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、他の検出電極についてノイズ成分の除去程度を低下させるようにフィルタを弱めるため、他の検出電極に加わっているノイズの除去効果を減らし、ノイズが複数の検出電極に影響を及ぼしている状態の検出を容易にすることにより、誤検知をより確実に防止することができる。
第4発明のように、前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記一の検出電極以外の全ての前記検出電極について前記仮判定手段により人体のタッチがあると仮判定されなかった場合に、一の検出電極への人体のタッチがあると判断する場合は、いずれか2以上の検出電極で人体のタッチがあると仮判定されたときはノイズの影響と判断して除くことができるため、ノイズにより人体のタッチがあると検知されるのを防止し、ノイズ環境下においても1つの検出電極のみへの人体のタッチを更に確実に検知することができる。
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。
図1は、本実施形態に係るタッチセンサの構成を表すブロック図である。タッチセンサ1は各種装置・設備等に設けられ、操作部8に使用者(人体9)が指等でタッチして操作するための複数のスイッチエレメント(スイッチ部)が並べて配設されている。各スイッチエレメントには検出電極2(21、22、…)が備えられている。
タッチセンサ1は、スイッチエレメント毎に備えられた検出電極2のいずれかへの人体の近接又は接触を検出するタッチセンサであり、各検出電極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処理部4と、を備えている。また、タッチセンサ1は計測回路3及び判断処理部4を動作させるための図示されない電源等を備える。
検出電極2の数、形状、大きさ、構造等は特に限定されない。複数の検出電極2は、通常並べて配設される。検出電極2同士は、隙間なく並べられていてもよいし、隙間を挟んで並べられていてもよい。また、他の検出電極2から離れて配設されている検出電極2があってもよい。
計測回路3の構成や、検出電極2との接続方法等は特に限定されない。例えば、1つの計測回路3によって複数の検出電極2を切り替えて各検出電極2に生じている電気量を計測するようにしてもよいし、検出電極2毎に電気量の検出回路を設けてもよい。また、計測回路3により検出する電気量、計測方式等も特に問わず、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その電極と大地との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、計測回路3に設けたAD変換器等を用いて計測するようにすることができる。また、検出電極2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。計測した電気量(計測値Cx)から、検出電極2に生じている静電容量値は容易に求めることができる。
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」というものとする。また、以下の図面においては、検出感度を高める場合に閾値をより大きな値に上げるように表されているが、検出感度を高める場合を「閾値を下げる」というものとする。
検出感度設定手段41は、計測回路3による計測値Cxの変動に対応して、適切な閾値を計算して設定処理を行うように構成されている。また、検出感度設定手段41には、各検出電極2で得られる計測値Cxの変動からノイズ成分を一定限除去するフィルタ手段を備えることができる。そして、フィルタ手段によりフィルタリングされた信号に基づいて、前記閾値を設定するように構成することができる。
一の検出電極についてタッチ又はノイズがあると判定された場合、ノイズ判定期間において当該一の検出電極の検出感度を上げるか否かは、任意とすることができる。例えば、検出感度設定手段41は、当該一の検出電極についてはノイズ判定期間開始時とほぼ同一の検出感度を維持するように構成することができる。それによって、ノイズ判定期間内に閾値が変更されることがなく、安定にノイズ判定期間を確保することができる。また、当該一の検出電極についても、他の検出電極と同様に、ノイズ判定期間において閾値を低くしてもよい。
上記ノイズ判定期間の長さは、適宜設定することができる。例えば、前記一の検出電極21の計測値が設定された閾値を超えている間としてもよい。また、一定の時間を予め定めておいてもよい。その場合、ノイズ判定期間は、人による通常の連続したタッチ動作よりも短い期間とすることが好ましく、例えば10〜80ms、より好ましくは30〜70msとすることができる。
フィルタ手段の構成は特に限定されず、例えば、計測回路3による計測値の変動を、判断処理部4に備えるソフトウェアによりフィルタ処理(例えば、一次遅れ演算)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、閾値は、ノイズを一定限除去した計測値の変動を基に、一定のオフセットを与える等により調整を施して設定することができる。また、ノイズの検出感度を高めるために、ノイズ判定期間においては一次遅れ演算の段数を減らすようにすることもできる。
その他、判断処理部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タッチ検知信号Sをそれら装置等に出力するようにすることができる。
図2は、本タッチセンサ1が大きな外部ノイズを受けていない状態において、1つの検出電極21に人体がタッチしたときの計測値であり、計測回路3による検出電極21の計測値Cxと、検出感度設定手段41によって設定された閾値の変動を示している。タッチセンサ1は、計測回路3による計測値の変動をソフトウェアによるフィルタ手段を用いて処理している。図示されている計測値Cxは、1段のフィルタ処理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。また、タッチ判定の基準となる閾値は、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求めている。これにより、閾値は、検出電極毎に、検出された電気量の計測値Cxの変動に追従している。
図3に表されているのは、いずれかの検出電極に人体のタッチ動作がされたのではなく、周囲ノイズが検出電極21及び22の計測値Cxを変動させている場合である。(a)において、時間T2に計測値Cxが閾値を超えて(閾値を下回って)いるので、その変動が検出される。ノイズの影響がある場合には、検出電極21の計測値にも、検出電極22の計測値にも変動が生じる。しかし、(b)に示されるように、他の検出電極22の計測値Cxの変動が通常の閾値L2を超えなければ、検出電極22においてはその変動が検出されない。結局、検出電極21において計測値Cxが閾値を超え、検出電極22においては計測値Cxが閾値を超えないため、従来であれば、ノイズの影響であるにもかかわらず、検出電極21へのタッチがあると判断されることになる。
図に示すように、一の検出電極21に対して時間T1にノイズを与えた後、時間T2で検出電極21の計測値Cxが閾値を超えたためタッチ又はノイズがあると仮判定され、ノイズ判定期間が設けられる。本例では、ノイズ判定期間において全ての検出電極21、22の閾値を高めて検出感度を高めている。ノイズの影響により、他の検出電極22においてもほぼ同時期に計測値が下降し、ノイズ判定期間T2〜T3内に閾値を越えたので、他の検出電極22においてもタッチ又はノイズがあると仮判定されることになる。このためタッチセンサ1(制御手段43)はノイズの可能性があると判断し、検出電極21にタッチがあるとは判断しない。
図5に示すように、一の検出電極21に対して時間T1にノイズを与えた後、時間T2で検出電極21の計測値Cxが閾値を超えたためタッチ(又はノイズ)があると判定される。ノイズの影響により、他の検出電極22においてもほぼ同時期に計測値が下降するが、閾値が計測値Cxの変動に追従して下降するので、計測値Cxは閾値を超えず、検出電極22に対してタッチ(又はノイズ)があるとは判定されない。その結果、このタッチセンサは、検出電極21及び22の計測値Cxがノイズによって変化しているにもかかわらず、一の検出電極21に対してタッチがあると誤判断してしまうことになる。
判断処理部4は、計測回路3により各検出電極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。
検出感度設定手段41は、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オフセットを加える等の調整を施して設定することができる。
計測値Cxが閾値を超えていない場合、タッチ又はノイズはないとして、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。
検出感度設定手段41は、ステップS6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う(ステップS7)。また、フィルタ処理を利用して、ノイズ判定期間に適用する低い閾値を算出するようにすることができる。
制御手段43は、仮判定手段42が他の検出電極22等についてタッチ又はノイズがあると仮判定した場合、ノイズの可能性があるものとして、ステップS1に戻る。これによりノイズ判定期間が終了し、通常の計測に戻る。
また、仮判定手段42により他の検出電極22等についてタッチ又はノイズがあると仮判定されなかった場合には、ノイズ判定期間が終了するまで、ステップS6以下を繰り返す(ステップS9)。
ノイズ判定期間が終了した場合は、ノイズの可能性がないものとして、ステップS3においてタッチ又はノイズがあると仮判定された一の検出電極について、検出信号Sを出力する。(ステップS10)。
このように1つの検出電極2で計測値が閾値を超えたときに、レベル判定期間を開始してその期間中に他の検出電極の計測値が閾値を超えたかどうかを判定することにより、複数の検出電極に共通のノイズが入ってもタッチと誤検出することがなく、より確実に検出することができる。
Claims (4)
- 並べて配設された複数の検出電極を備え、前記検出電極のいずれかへの人体の近接又は接触を検知するタッチセンサであって、
前記検出電極毎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、
前記検出電極毎に設定された検出感度において、前記計測回路による計測値から人体の近接又は接触があると仮判定する仮判定手段と、
一の前記検出電極について前記仮判定手段により人体が近接又は接触していると仮判定されたときから所定のノイズ判定期間を設け、前記ノイズ判定期間内において、他の前記検出電極について前記検出感度を高めて前記仮判定手段により人体が近接又は接触があると仮判定されなかった場合には、前記一の検出電極に人体の近接又は接触があると判断する制御手段と、
を備え、
前記検出感度は人体の近接又は接触を検出するための閾値によって設定され、
前記仮判定手段は、前記計測回路による計測値が前記閾値を超えたとき人体の近接又は接触があると仮判定し、
前記閾値は、前記検出電極毎に、前記計測回路による計測値の変動からノイズ成分を除去するフィルタを介して生成された信号に基づいて設定され、
前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記他の検出電極についてノイズ成分の除去程度を低下させるように前記フィルタを弱めることを特徴とするタッチセンサ。 - 前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記他の検出電極について設定された前記閾値を下げる請求項1記載のタッチセンサ。
- 前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記一の検出電極については前記ノイズ判定期間開始時と略同一の検出感度を維持する請求項1又は2に記載のタッチセンサ。
- 前記制御手段は、前記ノイズ判定期間内において、前記一の検出電極以外の全ての前記検出電極について前記仮判定手段により人体の近接又は接触があると仮判定されなかった場合に、前記一の検出電極への人体の近接又は接触があると判断する請求項1乃至3のいずれかに記載のタッチセンサ。
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