JP6183042B2

JP6183042B2 - タッチセンサ

Info

Publication number: JP6183042B2
Application number: JP2013163576A
Authority: JP
Inventors: 直也花田; 欣克西川; 智子早川
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-08-06
Also published as: JP2015032270A

Description

本発明は、タッチセンサに関する。詳しくは、１つの検知電極を用いて人体の近接又は接触と共に外来ノイズを検出し、外来ノイズによる近接又は接触の誤検知を防止するタッチセンサに関する。

従来、屋内・屋外、車両内に設置される各種装置や設備において、人が操作する操作部分に１つ又は複数の検知電極を備え、人の指等の近接又は接触を検知する静電容量式タッチセンサ（タッチスイッチともいう。）が広く用いられている。多くのタッチセンサにおいては、検知電極に生じる浮遊容量又は接地との間の静電容量の変化を計測することによって、検知電極への人体の近接又は接触が検知されている。
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、その値が一定の基準値を超えたときに人体の近接又は接触があると判断する場合には、検知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、ノイズ等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センサ装置が知られている（特許文献１を参照。）。このタッチセンサ装置は、人体の近接等を検出するための検知電極と、ノイズを検出するためのダミー電極とを備え、検知電極、ダミー電極をマルチプレクサにより切り替えて静電容量を計測し、ダミー電極で計測した静電容量の変化が閾値を超えたときに、電極の計測結果を破棄することでノイズによる誤検出を防止している。また、ダミー電極は、検知電極の近辺であり、且つ人体の近接等を生じない位置に配置される。

特開２０１０−２０６７４号

しかし、特許文献１に開示されているようなタッチスイッチ装置は、検知電極とは別にダミー電極を設けなければならないという問題がある。検知電極は、十分な検出感度を得るためには一定の面積が必要であり、ダミー電極は、検知電極に近い静電特性とするためには検知電極と同等以上の大きさにする必要がある。また、ダミー電極は、検知電極の近辺であって人体の近接等を生じない位置に配置する必要がある。これらのため、検知電極とダミー電極とを設けるタッチセンサ装置の構造が複雑になってしまい、サイズも大きくなるという問題がある。
また、上記タッチスイッチ装置では、ノイズを検出するために、周波数応答性に優れたノイズ検出用回路を備えなければならないという問題がある。更に、検知電極とダミー電極とは、各電極からマルチプレクサまでの配線が異なることから、静電容量の計測条件を同一とすることは困難である。このため、ノイズとなる電界の変化による影響で計測値が変動した場合に、ノイズの影響を正確に検出できないおそれがある。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、１つの検知電極を用いて人体の近接又は接触と共に外来ノイズを検出し、外来ノイズによる近接又は接触の誤検知を防止するタッチセンサを提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本第１発明は、人体が近接又は接触する導電体である検知電極と、前記検知電極と前記検知電極に生じる静電容量を充電するための電源とをキャパシタを直列に介して接続する接続回路と、前記電源と前記接続回路との間に設けられ、該電源と該検知電極を接続する充電状態、又は該電源と該検知電極を電気的に切り離した浮動状態に切り替えるスイッチ手段と、前記検知電極の静電容量に対応する電圧の変化を計測する計測手段と、前記スイッチ手段を制御して、前記計測手段による前記電圧の計測値に基づいて人体の近接又は接触の判定を行う判定手段と、を備え、前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧の変化と、前記浮動状態で計測された前記電圧の変化と、に基づいて人体の近接又は接触を判定することを要旨とする。
本第２発明は、第１発明において、前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧に基づいて人体の近接又は接触があると検出され、且つ前記浮動状態で計測された前記電圧又はその変動量が所定範囲内である場合に、人体の近接又は接触があると判定することを要旨とする。
本第３発明は、第１又は２発明において、前記スイッチ手段は、前記浮動状態において前記接続回路を介して前記検知電極を接地電位に接続することを要旨とする。
本第４発明は、第１乃至３発明において、前記スイッチ手段は、前記検知電極を接地電位に接続する放電状態に切り替え可能であり、前記判定手段は、前記放電状態を介して前記充電状態から前記浮動状態に切り替えるように制御することを要旨とする。
本第５発明は、第１乃至３発明において、前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧が所定の閾値を超え、且つ前記浮動状態で計測された前記電圧が所定の閾値を超えない場合に、人体の近接又は接触があると判定することを要旨とする。

本第１発明のタッチセンサによれば、人体が近接又は接触する導電体である検知電極と、前記検知電極と前記検知電極に生じる静電容量を充電するための電源とをキャパシタを直列に介して接続する接続回路と、前記電源と前記接続回路との間に設けられ、該電源と該検知電極を接続する充電状態、又は該電源と該検知電極を電気的に切り離した浮動状態に切り替えるスイッチ手段と、前記検知電極の静電容量に対応する電圧の変化を計測する計測手段と、前記スイッチ手段を制御して、前記計測手段による前記電圧の計測値に基づいて人体の近接又は接触の判定を行う判定手段と、を備え、前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧の変化と、前記浮動状態で計測された前記電圧の変化とに基づいて人体の近接又は接触を判定するため、１つの検知電極を用いるだけで、人体の近接又は接触の検出と外来ノイズの検出とを行うことができる。これにより、構造が簡単で小型のタッチセンサとすることができる。また、１つの検知電極及び計測回路を用いて、充電状態において人体の近接又は接触を検出し、浮動状態において外来ノイズを検出することができるので、人体及び外来ノイズのそれぞれによって検知電極に生じる電気量の変化を同一の条件で計測することができ、外来ノイズを検出するために特別の回路を備える必要もない。これによって、外来ノイズによる電界の変化によって計測値が変動する場合にも、人体の近接又は接触の誤検出を防止することができる。

前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧に基づいて人体の近接又は接触があると検出され、且つ前記浮動状態で計測された前記電圧又はその変動量が所定範囲内である場合に、人体の近接又は接触があると判定すれば、浮動状態において計測された電圧又はその変動量が所定範囲を超えるときには外来ノイズの影響があると判断して、人体の近接又は接触があるとは判定しないようにすることができる。これによって、人体の近接又は接触の誤判定を、簡単な方法で防止することが可能になる。

前記スイッチ手段は、前記浮動状態において前記接続回路を介して前記検知電極を接地電位に接続する場合には、浮動状態においてより安定な条件で外来ノイズを検出することができる。

前記スイッチ手段は、前記検知電極を接地電位に接続する放電状態に切り替え可能であり、前記判定手段は、前記放電状態を介して前記充電状態から前記浮動状態に切り替えるように制御する場合には、充電状態において検知電極に生じている静電容量を充電することによって静電容量を計測した後、放電状態においてその電荷を確実に放電させ、然る後に浮動状態に切り替えられるため、より正確に外来ノイズによって検知電極に生じる電気量を計測することができる。

前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧が所定の閾値を超え、且つ前記浮動状態で計測された前記電圧が所定の閾値を超えない場合に、人体の近接又は接触があると判定すれば、極めて簡単な方法で人体の近接又は接触の有無を判定することができる。

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。
タッチセンサの構成例を表すブロック図である。充電状態における回路構成を説明するためのブロック図である。浮動状態における回路構成を説明するためのブロック図である。放電状態における回路構成を説明するためのブロック図である。外来ノイズがないときに人体の近接又は接触があった場合の、充電状態における電気量の変化及び浮動状態における電気量の変化を測定したグラフである。外来ノイズがあり、人体の近接又は接触がない場合の、充電状態における電気量の変化及び浮動状態における電気量の変化を測定したグラフである。

以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
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。

１．タッチセンサの構成
本実施形態に係るタッチセンサは、室内外、車両等に設けられる各種装置・設備等に備えられる操作部分に検知電極を備え、使用者の指等（人体）の検知電極への近接又は接触を検知する。
図１は、タッチセンサの構成例を表すブロック図である。タッチセンサ１は、人体９が近接又は接触する導電体である検知電極３と、検知電極３に生じる静電容量を充電するための電源２と検知電極３との接続回路２１に設けられ、電源２と検知電極３を接続する充電状態（Ｓ１）又は電源２と検知電極３を切断する浮動状態（Ｓ２）に切り替えるスイッチ手段４と、検知電極３に生じる電気量の変化を計測する計測手段５と、スイッチ手段４を制御して、計測手段５による前記電気量の計測値に基づいて人体の近接又は接触の判定を行う判定手段７と、を備えている。タッチセンサ１は、各上記手段を動作させるための電源（図示せず。）から電源の供給を受ける。

検知電極３は、その表面に、又は絶縁層を介して、人体９が近接又は接触可能に配設される導電体である。導電体の材質は特に限定されず、金属の他、導電布等が使用されてもよい。ここで、検知電極３への人体の「近接」とは、人体の掌や手指等を検知電極３の表面に近づける形態の他、検知電極３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」とは、検知電極３の表面に直接人体が接触する形態を意図している。この検知電極３への近接又は接触を、以下「タッチ」という。人体のタッチの有無により、検知電極３に生じる浮遊容量や検知電極３と大地（接地）との間の静電容量（Ｃｘ）は変化する。また、周辺の商用電源、電力機器等からの電磁的ノイズがある場合、直接に又は人体を介してノイズが誘導等されることによって、検知電極３には電気信号が生じる。

検知電極３の形状、大きさ、構造等は特に限定されない。また、前記操作部分に設けられる検知電極３の数も問わず、複数の検知電極３を設け、検知電極３毎にスイッチ手段４及び計測手段５を備えることによって、検知電極３毎にタッチを判定するように構成することができる。

電源２は、検知電極３に生じている静電容量を充電するための電源である。検知電極３は、接続回路２１を介して電源２と電気的に接続可能とされている。電源２の電圧や種類等は、検知電極３の静電容量を充電することができれば特に限定されず、例えば、直流電源（Ｖｃｃ）とすることができる。また、一定周波数のパルス状の信号等を電源２として供給するように構成することもできる。

接続回路２１の具体的な構成は、特に限定されない。接続回路２１により検知電極３の静電容量を充電可能であり、且つ検知電極３に生じる電気量を計測することができればよく、適用する静電容量計測方式に応じて適宜構成されればよい。本例においては、検知電極３は、キャパシタＣ１及び抵抗素子を直列に介して電源２に接続可能に構成されている。また、検知電極３は、抵抗素子を直列に介して計測手段５に接続されている。

スイッチ手段４は、電源２と検知電極３との接続回路２１に設けられて、接続回路２１を介して検知電極３を電源２に電気的に接続する充電状態（Ｓ１）、又は検知電極３と電源２とを電気的に切断する浮動状態（Ｓ２）に切り替える。本例の構成においては、スイッチ手段４は、電源２と接続回路２１とを接続及び切断するスイッチＳＷ１を備えている。また、本例のスイッチ手段４には、接続回路２１と計測手段５とを接続し、又は接続回路２１を介して検知電極３を接地電位に接続するスイッチＳＷ２が備えられている。
スイッチＳＷ１及びＳＷ２の種類は問わない。

上記充電状態Ｓ１は、検知電極３と電源２とが接続回路２１により電気的に接続され、電源２により検知電極３が充電される状態をいう。
上記浮動状態Ｓ２は、検知電極３と電源２とが電気的に切り離されている状態をいう。
図２及び図３は、本例における充電状態Ｓ１及び浮動状態Ｓ２の回路構成を表している。充電状態Ｓ１は、図２に示されるように、スイッチＳＷ１により電源２と接続回路２１とが接続（ＳＷ１がオン）され、電源２により検知電極３が充電される状態である。一方、浮動状態Ｓ２は、スイッチＳＷ１により電源２と接続回路２１とが切り離されて（ＳＷ１がオフ）、電源２により検知電極３が充電されない状態である。この浮動状態Ｓ２において、計測手段５の入力は高インピーダンスであるため、検知電極３を電気的にフローティング状態（浮動電位）とすることができる。
スイッチ手段４（スイッチＳＷ１、ＳＷ２）は、判定手段７によって充電状態Ｓ１又は浮動状態Ｓ２に切り替えられるように構成することができる。

また、スイッチ手段４は、浮動状態Ｓ２において、接続回路２１を介して検知電極３を接地電位（０Ｖ）に接続するように構成することができる。本例においては、図３に示されるように、浮動状態Ｓ２すなわちスイッチＳＷ１がオフのとき、検知電極３は接続回路２１（抵抗素子及びキャパシタＣ１）を介して接地電位に接続される。

更に、スイッチ手段４は、検知電極３を接地電位に接続する放電状態（Ｓ３）に切り替え可能に構成することができる。放電状態Ｓ３は、検知電極３の静電容量及びキャパシタＣ１に蓄積された電荷が速やかに放電される状態を意図している。そのため、検知電極３と電源２とを切断し、更に検知電極３が接続回路２１を介して接地電位に接続されるように構成することができる。放電状態Ｓ３への切り替えは、判定手段７によって制御するように構成することができる。

図４は、本例における放電状態Ｓ３の構成を表している。スイッチ手段４には、放電状態Ｓ３とするためにスイッチＳＷ２が備えられている。充電状態Ｓ１及び浮動状態Ｓ２においては、図２及び３に表されているように、検知電極３は接続回路２１を介して計測手段５に接続（ＳＷ２がオン）しておくことができる。この浮動状態Ｓ２に加え、更に、スイッチＳＷ２又は別途のスイッチにより、検知電極３が接続回路２１（抵抗素子）を介して接地電位に接続されるように構成することができる。スイッチＳＷ１及びＳＷ２が共に接地電位側に接続されるので、検知電極３の静電容量Ｃｘに蓄積された電荷及びキャパシタＣ１に蓄積された電荷が速やかに放電される。

図１〜４に示されている計測手段５は、検知電極３に生じる浮遊容量や、検知電極３と大地（接地）との間の静電容量Ｃｘに対応する電気量の変化を計測するように構成されている。静電容量Ｃｘに対応する電気量は特に限定されず、例えば、接地電位に対する検知電極３の電位（電圧）とすることができる。この場合、計測手段５にＡＤ変換器等を備え、検知電極３の電位の変換値を計測値として得ることができる。
また、周辺に電磁的ノイズがある場合、直接に又は人体を介してノイズが誘導等されることによって、検知電極３には電気信号が生じる。計測手段５は、静電容量に対応する電気量を計測するのと同じ回路によって、外来ノイズによって検知電極３に生じる電気量を計測することができる。
計測手段５は、判定手段７により制御されるタイミングで電気量の計測を行い、得られた計測値を判定手段７に送出可能（判定手段７により読み取り可能）に構成することができる。

判定手段７は、スイッチ手段４を制御することにより、充電状態Ｓ１、浮動状態Ｓ２、放電状態Ｓ３を切り替えるように構成することができる。各状態を切り替えるタイミングや切り替え周期、それぞれの状態を継続する時間等については、適宜とすることができる。また、判定手段７は、充電状態Ｓ１及び浮動状態Ｓ２のそれぞれの期間において、計測手段５を用いて検知電極３に生じている電気量の計測を行い、各計測値を取得するように構成されている。電気量の計測タイミングやサンプリング周期等については適宜とすることができる。そして、判定手段７は、充電状態Ｓ１で計測された電気量の変化と、浮動状態Ｓ２で計測された電気量の変化とに基づいて、外来ノイズの影響がないと判断されたときに、人体のタッチの有無を判定するように構成することができる。

判定手段７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、計測手段５が内蔵されていてもよい。
判定手段７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、検知電極３に対して人体のタッチがある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。

２．タッチセンサの作用
（１）充電状態における計測処理
検知電極３に生じる浮遊容量や検知電極３と大地（接地）との間の静電容量Ｃｘは、人体９のタッチの有無によって変化する。このため、検知電極３に生じる静電容量Ｃｘの充電（又は放電）特性を計測することによって、人体９のタッチの有無を検知することができる。
タッチセンサ１は、検知電極３に電源２を接続する充電状態Ｓ１において、検知電極３に生じる静電容量Ｃｘに対応する電気量（検知電極３の電位）を計測するようにすることができる。そして、例えば、判定手段７により、その電気量を所定の閾値と比較し、閾値を超える場合にはタッチがある（タッチがされている可能性がある）と検出することができる。また、閾値を一定時間以上超えたときに、タッチがあると検出するようにしてもよい。これに限らず、判定手段７は、充電状態の開始後に電位が所定値まで上昇する時間（時定数）等を計測することによって、タッチがあると検出してもよい。

具体的には、図２に示した充電状態Ｓ１の回路において、スイッチ手段４のスイッチＳＷ１はオン（電源２側に接続）とされ、電源２からスイッチＳＷ１及び接続回路２１を介して電流が検知電極３に流れ、検知電極３に生じている静電容量Ｃｘが充電される。充電される量は、検知電極３の静電容量等Ｃｘにより変化するため、これを計測手段５によって計測する。計測手段５は接続回路２１を介して検知電極３に接続されており、検知電極３の電位（Ｖｄ）を計測することができる。電源２の供給電圧がＶｃｃである場合、キャパシタＣ１と検知電極３の静電容量Ｃｘによって分圧されるため、計測手段５により検出される電位Ｖｄ＝Ｖｃｃ・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃｘ）となる。人体９が接近すると、検知電極３と接地との間の静電容量Ｃｘが増加するので、計測される電位Ｖｄは低下する。計測された電気量は、判定手段７に送られる。

判定手段７は、計測手段５による計測値の時間的変動に基づいて適宜フィルタリング等の処理を行って、ノイズ成分を低減した計測値を得るように構成することができる。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知電極３に生じる電気量が変化し、その結果、計測手段５による計測値のレベルが変化するため、タッチの有無を検知するための前記所定の閾値は、計測値の時間的変動に基づいて逐次算出して設定するように構成することが好ましい。また、タッチの有無をより確実に検知するために、計測値が一定の時間閾値を超えた場合にタッチがあると判定する等、種々の判断方法を適用することができる。

（２）浮動状態における計測処理
一方、検知電極３の周辺に電磁的ノイズがある場合、検知電極３にはそのノイズによって電気量の変化が生じる。したがって、ノイズ環境において、検知電極３について計測される電気量には、人体のタッチ有無により変化する静電容量Ｃｘに対応する電気量と、ノイズによって生じる電気量とが重畳されることとなる。したがって、外来ノイズがある場合には、充電状態Ｓ１における電気量の変化には、ノイズによって生じる電気量の変化が重畳される。このため、充電状態Ｓ１で行う前記計測において、外来ノイズがある場合には電気量の計測値が変化し、人体のタッチがあると誤検知する場合が生じる。

このため、タッチセンサ１は、検知電極３から電源２を切り離した浮動状態Ｓ２においても、検知電極３に生じる電気量（検知電極３の電位）を計測する。充電状態Ｓ１での計測と浮動状態Ｓ２での計測とは、連続して行われることが好ましい。
具体的には、図３に示した浮動状態Ｓ２の回路のように、スイッチ手段４のスイッチＳＷ１はオフとされ、検知電極３は電源２によって充電駆動されない状態となる。また、充電状態Ｓ１から浮動状態Ｓ２に切り替える場合には、検知電極３が充電状態Ｓ１において充電された状態となる。このとき検知電極３は更に充電が生じないため、検知電極３に人体９が接近しても、静電容量Ｃｘの変化に対応する電気量の変化は生じない。そして、キャパシタＣ１及び検知電極３の一端は計測手段５に接続されているため、検知電極３に交流ノイズや電界が加わると、それによって検知電極３の電位が変化する。すなわち、浮動状態Ｓ２で計測される電気量の変化は、主として外来ノイズに起因するものとみなすことができる。

（３）判定処理
判定手段７は、充電状態Ｓ１で計測された電気量又はその変化と、浮動状態Ｓ２で計測された電気量又はその変化とに基づいて、ノイズの影響を判断し、人体のタッチの有無を判定するようにすることができる。
例えば、充電状態Ｓ１における計測値からタッチがされている可能性があると検出され、且つ、浮動状態Ｓ２における計測値からノイズの影響がないと判断される場合には、人体のタッチがあると判定するようにすることができる。すなわち、充電状態Ｓ１における計測値からタッチがされていると判断される場合であっても、浮動状態Ｓ２における計測値からノイズがあると判断される場合には、人体のタッチがされているという判断を無効にするようにすることができる。これにより、外来ノイズの影響による人体のタッチの誤判定を防止することができる。

ノイズの影響があるか否かの判定基準は、特に限定されず、浮動状態Ｓ２で計測された電気量又はその変動量が所定範囲内であるかどうかを基準とすることができる。例えば、浮動状態Ｓ２において計測された電気量が、所定の閾値を超えているときはノイズがあると判断して、人体のタッチがあるという充電状態Ｓ１における検出を無効とするようにすることができる。また、浮動状態Ｓ２において計測された電気量の変化量が所定の値を超えているときは、ノイズがあると判断して、人体のタッチがあるという充電状態Ｓ１における検出を無効とすることもできる。また、充電状態Ｓ１で計測された電気量の時間的変化と、浮動状態Ｓ２で計測された電気量の時間的変化とが相関するときは、ノイズがあると判断するようにしてもよい。

いずれの判定方法とする場合であっても、判定手段７は、浮動状態Ｓ２で計測された電気量又はその変化量が所定範囲内であるときに限り、充電状態Ｓ１において計測された電気量に基づいてタッチの有無を判定するようにすることができる。判定手段７は、タッチがあると判定したときは、近接検出信号Ｓを外部に出力することができる。

図５及び６は、充電状態Ｓ１における電気量の変化と、浮動状態Ｓ２における電気量の変化を測定したグラフである。充電状態Ｓ１における電気量は、電源２により検知電極３が充電されるため、外来ノイズがない場合には、検知電極３に生じる静電容量Ｃｘに対応する値となる。図の下方ほど大きな静電容量Ｃｘに対応している。ここでは、判定手段７は、充電状態Ｓ１で計測される電気量が閾値Ｔｈ_１を超える（下回る）とき、タッチがあると検出するものとする。

また、浮動状態Ｓ２における電気量は、検知電極３は電源２とは切り離されてフローティング状態とされているため、外来ノイズ等が存在しなければ、計測される電気量に大きな変化が生じることはない。ここでは、判定手段７は、浮動状態Ｓ２で計測される電気量が閾値Ｔｈ_２を超える（下回る）とき、ノイズがあると検知するものとする。
なお、図５及び６は、充電状態Ｓ１及び浮動状態Ｓ２における計測値の時間変化を連続的に示した図であり、実際にタッチセンサ１が充電状態Ｓ１と浮動状態Ｓ２を切り替えるタイミングやその繰り返し周期、各状態の期間、更に電気量の計測タイミング等は、任意とすることができる。

図５は、外来ノイズがないときに人体のタッチがあった場合の計測値を示している。本例では、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３及びｔ_４において、指により検知電極３をタッチしている。タッチがされたとき、充電状態Ｓ１における計測値が閾値Ｔｈ_１を超える（下回る）ため、判定手段７はタッチがされたと検知する。一方、浮動状態Ｓ２における計測値は、ノイズがないためほぼ一定の値となっており、所定範囲内（閾値Ｔｈ_２以上）である。この充電状態Ｓ１における計測値と浮動状態Ｓ２における計測値とに基づいて、判定手段７は、時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３及びｔ_４においてタッチがあると判定することができる。

図６は、タッチはされておらず、外来ノイズがあった場合の計測値を示している。本例では、期間ｔ_ｎにおいて、外部から放射ノイズ（１００Ｖ／ｍ）を加えている。この場合、充電状態Ｓ１における計測値はノイズの影響を受けて期間ｔ_ｎにおいて閾値Ｔｈ_１を超えるため、判定手段７はタッチがされたと検出する。一方、浮動状態Ｓ２における計測値もまた、ノイズの影響を受けて期間ｔ_ｎにおいて大きく変化し、所定範囲を超える（閾値Ｔｈ_２を下回る）。このため、判定手段７は、期間ｔ_ｎにおけるタッチがされたという検出を無効とし、タッチがあるとは判定しないようにすることができる。

本例においては、浮動状態Ｓ２における計測値が閾値Ｔｈ_２を下回るノイズがあると検知するようにしているが、浮動状態Ｓ２における計測値の変化量（振幅）が所定範囲内でない場合等にノイズがあると検知するようにすることもできる。このように、浮動状態Ｓ２において計測された電気量又はその変化量が所定範囲内でない期間は、充電状態Ｓ１において計測された電気量が閾値Ｔｈ_１を超えたか否かにかかわらず、タッチの検知を無効とすることで、ノイズによるタッチの誤検出を防止することができる。

判定手段７は、一定時間の充電状態Ｓ１と浮動状態Ｓ２とを繰り返し切り替え、各状態において検知電極３に生じている電気量をサンプリングして取得するようにすることができる。また、充電状態Ｓ１から浮動状態Ｓ２に切り替えるに際して、一旦放電状態Ｓ３とし、充電状態Ｓ１において充電された静電容量を速やかに放電させるようにすることができる。
具体的には、放電状態Ｓ３に切り替えると、図４に示したようにスイッチ手段４のスイッチＳＷ１、ＳＷ２が共に接地側となり、キャパシタＣ１及び検知電極３が速やかに放電される。これによって、浮動状態Ｓ２における静電容量の蓄積電荷の影響をなくし、ノイズの影響をより確実に計測することができる。

以上のようなタッチセンサ１は、１つの検知電極３と、検知電極３の静電容量の変化を検出する計測手段５とを、ノイズ計測にも利用するため、静電容量及びノイズの計測に対して、同じ計測特性で計測することができ、正確にノイズに起因する電気量を検出することができる。また、ノイズ検出のために検知電極３とは別個に電極を設ける必要がなく、ノイズ検出のための専用の計測回路も不要であり、簡単な構成及び少ない部品点数でタッチの誤判定を防止することができる。

尚、本発明においては、以上に示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態様とすることができる。本タッチセンサは、車両に搭載される近接センサの他、屋内外に設置される装置・機器に使用することができる。また、照明、エアコン、ＡＶ機器、電動装置等、各種装置・機器を操作するためのタッチセンサとして広く適用可能である。

１；タッチセンサ、２；充電用電源、２１；接続回路、３；検知電極、４；スイッチ手段、５；計測手段、７；判定手段、９；人体。

Claims

人体が近接又は接触する導電体である検知電極と、
前記検知電極と前記検知電極に生じる静電容量を充電するための電源とをキャパシタを直列に介して接続する接続回路と、
前記電源と前記接続回路との間に設けられ、該電源と該検知電極を接続する充電状態、又は該電源と該検知電極を電気的に切り離した浮動状態に切り替えるスイッチ手段と、
前記検知電極の静電容量に対応する電圧の変化を計測する計測手段と、
前記スイッチ手段を制御して、前記計測手段による前記電圧の計測値に基づいて人体の近接又は接触の判定を行う判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧の変化と、前記浮動状態で計測された前記電圧の変化と、に基づいて人体の近接又は接触を判定することを特徴とするタッチセンサ。
前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧に基づいて人体の近接又は接触があると検出され、且つ前記浮動状態で計測された前記電圧又はその変動量が所定範囲内である場合に、人体の近接又は接触があると判定する請求項１記載のタッチセンサ。
前記スイッチ手段は、前記浮動状態において前記接続回路を介して前記検知電極を接地電位に接続する請求項１又は２に記載のタッチセンサ。
前記スイッチ手段は、前記検知電極を接地電位に接続する放電状態に切り替え可能であり、
前記判定手段は、前記放電状態を介して前記充電状態から前記浮動状態に切り替えるように制御する請求項１乃至３のいずれかに記載のタッチセンサ。
前記判定手段は、前記充電状態で計測された前記電圧が所定の閾値を超え、且つ前記浮動状態で計測された前記電圧が所定の閾値を超えない場合に、人体の近接又は接触があると判定する請求項１乃至４のいずれかに記載のタッチセンサ。