JP7205297B2 - タッチスイッチシステム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 公開日：平成３０年９月２８日 公開場所：ｈｔｔｐｓ：／／ｔｗｉｔｔｅｒ．ｃｏｍ／ＷＡＣＣＡ＿ｏｆｆｉｃｉａｌ？ｒｅｆ＿ｓｒｃ＝ｔｗｓｒｃ％５Ｅｔｆｗ％７Ｃｔｗｃａｍｐ％５Ｅｅｍｂｅｄｄｅｄｔｉｍｅｌｉｎｅ％７Ｃｔｗｔｅｒｍ％５Ｅｐｒｏｆｉｌｅ％３ＡＷＡＣＣＡ＿ｏｆｆｉｃｉａｌ＆ｒｅｆ＿ｕｒｌ＝ｈｔｔｐｓ％３Ａ％２Ｆ％２Ｆｗａｃｃａ．ｍａｒｖ．ｊｐ％２Ｆ 公開日：平成３０年１０月４日 公開場所：ｈｔｔｐｓ：／／ｗａｃｃａ．ｍａｒｖ．ｊｐ／ 公開日：平成３０年１０月１９日他（別紙参照） 公開場所：ロケテスト、セガ秋葉原３号館（東京都千代田区外神田１－１１－１１外神田１丁目ビルディング）他（別紙参照） 公開日：平成３０年１１月３０日 公開場所：Ａｍｕｓｅｍｅｎｔ Ｊｏｕｒｎａｌ、第１８巻、第１２号、通巻２１２号、２０１８年１２月号、第１６頁、第２５頁、第５７頁、及び、第１２５頁 株式会社アミューズメント・ジャーナル 公開日：平成３０年１０月１６日～平成３０年１０月１９日 公開場所：ＣＥＡＴＥＣ ＪＡＰＡＮ ２０１８ 幕張メッセ（千葉県千葉市美浜区中瀬２－１） 公開日：平成３０年１０月４日 公開場所：株式会社マーベラス 新アミューズメントマシン 発表会 渋谷ＤＡＩＡ（東京都渋谷区道玄坂２－２３－１２ フォンティスビルＢ１） 公開日：平成３０年１０月４日 公開場所：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝ａｗ２ｉＩｙＥｆＹｊＥ（新アミューズメントマシン 発表会 の同時放送） 公開日：平成３０年１０月３０日 公開場所：Ａｍｕｓｅｍｅｎｔ Ｊｏｕｒｎａｌ、第１８巻、第１１号、通巻２１１号、２０１８年１１月号、第１５頁、第５８～５９頁、及び、第１２１頁 株式会社アミューズメント・ジャーナル 公開日：平成３１年１月２３日～平成３１年１月２５日 公開場所：組込みシステム開発技術展 インテックス大阪（大阪府大阪市住之江区南港北１－５－１０２） 公開日：平成３０年１０月４日 公開場所：ｈｔｔｐｓ：／／ｙｏｕｔｕ．ｂｅ／Ｏｓ－ｗＰＴＬｘＡｇＹ 公開日：平成３１年１月２５日～平成３１年１月２７日 公開場所：ジャパン アミューズメント エキスポ２０１９ 幕張メッセ（千葉県千葉市美浜区中瀬２－１）

本開示は、複数のタッチスイッチ装置が隣接して配置されるタッチスイッチシステムに関する。

静電容量結合方式を採用した入力装置として、静電容量式タッチスイッチが知られている。静電容量式タッチスイッチは、指等の導体が触れたときの静電容量変化に基づいてタッチ操作を検出するタッチスイッチであり、導体との間における静電容量の変化を検出するための電極を基材上に設けて構成される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５－８４９８２号公報

図１１及び図１２は相互容量方式のタッチスイッチ１０の原理を簡易的に示す模式図である。タッチスイッチ１０は、第１交流信号が印加される送信電極１１と、第２交流信号を受信する受信電極１２とを備える。受信電極１２では、送信電極１１と受信電極１２との間に形成される静電容量に基づく第２交流信号が受信される。図１１のようにタッチ操作がない場合には、送信電極１１に印加される第１交流信号は、送信電極１１と受信電極１２との間に形成される静電容量を介して、第２交流信号として受信電極に伝達される。一方、図１２のようにタッチ操作がある場合には、送信電極１１と人体（指）との間にも静電容量が形成されるため、送信電極１１に印加される第１交流信号の一部が人体に流れる。相互容量方式のタッチスイッチでは、このような静電容量の変化に基づいてタッチ操作の有無が判定される。

ここで相互容量方式のタッチスイッチ１０を備える第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂが隣接するように配置されたタッチスイッチシステム１において、第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ１００Ｂ間に生じ得る電磁的干渉について説明する。図１３はタッチスイッチシステム１において互いに隣接するように配置された第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂの境界近傍を拡大して示す模式図である。

ここで第１タッチスイッチ装置１００Ａにおいて、例えば送信電極１１Ｄに対して周波数ｆを有する第１交流信号が印加されると、第１タッチスイッチ装置１００Ａの送信電極１１Ｄと、第１タッチスイッチ装置１００Ａに隣接する第２タッチスイッチ装置１００Ｂの受信電極１２Ｂとの間にも電界が形成され、電磁的干渉を生じることがある。すると、第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは受信電極１２で受信されるタッチ判定用の第２交流信号が電磁的干渉によってノイズを含み、誤判定がなされてしまうおそれがある。同様に、第１タッチスイッチ装置１００Ａにおいても第２タッチスイッチ１００Ｂからの電磁的干渉によって、主に受信電極１２Ｂ及び１２Ｄで受信されるタッチ判定用の第２交流信号が電磁的干渉によってノイズを含み、誤判定がなされてしまうおそれがある。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、複数のタッチスイッチ装置が隣接して配置されるタッチスイッチシステムにおいて、一方のタッチスイッチ装置による他方のタッチスイッチ装置への電磁的干渉の影響を回避することでタッチ操作を精度よく判定可能なタッチスイッチシステムを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタッチスイッチシステムは上記課題を解決するために、
第１交流信号が印加される送信電極と、前記送信電極に交差又は対向し、第２交流信号を受信する受信電極と、前記送信電極及び前記受信電極の交差部分又は対向部分に形成され、前記第２交流信号のうち前記第１交流信号と同じ周波数成分に基づいてタッチ判定を行う少なくとも一つのスイッチ部と、を備え、互いに隣り合うように配置される第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置を含むタッチスイッチシステムであって、
前記第１タッチスイッチ装置における前記第１交流信号、及び、前記第２タッチスイッチ装置における前記第１交流信号は、互いに異なる周波数を有する。

上記（１）の構成によれば、複数のタッチスイッチ装置が隣接して配置されるタッチスイッチシステムにおいて、各タッチスイッチ装置で送信電極に印加される第１交流信号の周波数が異なるように設定される。これにより、一方のタッチスイッチ装置による他方のタッチスイッチ装置に対する電磁的干渉を回避できる。

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記第１タッチスイッチ装置及び前記第２タッチスイッチ装置は、前記送信電極に対する前記第１交流信号の印加タイミングが互いに独立的に制御される。

上記（２）の構成によれば、送信電極に対する第１交流信号の印加タイミングが互いに独立的に制御される複数のタッチスイッチ装置を含むタッチスイッチシステムにおいて、一方のタッチスイッチ装置による他方のタッチスイッチ装置に対する電磁的干渉を回避できる。

（３）幾つかの実施形態では上記（１）又は（２）の構成において、
前記第１タッチスイッチ装置における前記第１交流信号、及び、前記第２タッチスイッチ装置における前記第１交流信号は、互いに周波数が奇数倍にならないように設定される。

上記（３）の構成によれば、タッチスイッチ装置で用いられる第１交流信号が、互いの奇数次高調波になることを避けることができる。これにより、より効果的に一方のタッチスイッチ装置による他方のタッチスイッチ装置に対する電磁的干渉を回避できる。

（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、
前記第１タッチスイッチ装置は、前記第１交流信号として第１周波数及び第２周波数を切り替え可能に構成され、
前記第２タッチスイッチ装置は、前記第１交流信号として第３周波数及び第４周波数を切り替え可能に構成され、
前記第１周波数、前記第２周波数、前記第３周波数、及び、前記第４周波数は、互いに異なる。

上記（４）の構成によれば、各タッチスイッチ装置では、送信電極に印加される第１交流信号が複数の周波数を選択可能に構成される。これにより、仮にいずれかの周波数において外部からノイズが印加された場合であっても、他の周波数に切り替えることで、外部からのノイズの影響を排除し、的確なタッチ認識を行うことができる。このようなシステムにおいても、上記構成を採用することにより、一方のタッチスイッチ装置による他方のタッチスイッチ装置に対する電磁的干渉を回避できる。

（５）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、
前記第３周波数は前記第１周波数及び前記第２周波数の間に設定され、
前記第２周波数は前記第３周波数及び前記第４周波数の間に設定される。

上記（５）の構成によれば、各タッチスイッチ装置において切り替え可能な各周波数をこのように設定することで、いずれかのタッチスイッチ装置において外部からのノイズによる影響を排除するために周波数を切り替えた際に、他のタッチスイッチ装置で使用される周波数を効果的に回避できる。

（６）幾つかの実施形態では上記（４）又は（５）の構成において、
前記スイッチ部において前記第１交流信号と同じ周波数を有するノイズの有無を判定するノイズ判定部を更に備え、
前記ノイズ判定部によって前記ノイズが有ると判定された場合、前記第１交流信号の周波数を切り替えるように制御する。

上記（６）の構成によれば、ノイズ判定部によっていずれかのタッチスイッチ装置においてノイズが有ると判定された場合に、第１交流信号の周波数を切り替えることで、外部からのノイズの影響を排除し、的確なタッチ認識を行うことができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数のタッチスイッチ装置が隣接して配置されるタッチスイッチシステムにおいて、一方のタッチスイッチ装置による他方のタッチスイッチ装置への電磁的干渉を回避可能なタッチスイッチシステムを提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係るタッチスイッチシステムの全体構成図である。 図１のタッチスイッチ装置のブロック図である。 図２のタッチスイッチの内部構成を簡略的に示す回路図である。 図２の演算制御部におけるノイズ判定手法の説明図である。 タッチスイッチシステムのうち、互いに隣接する第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置を模式的に示す回路図である。 タッチスイッチシステムのうち、互いに隣接する第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置を模式的に示す回路図である。 タッチスイッチシステムの全体構成図である。 図７の各タッチスイッチ装置で用いられる第１周波数、第２周波２、第３周波数及び第４周波数の設定例を示す図である。 タッチスイッチシステムのうち、互いに隣接する第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置を模式的に示す回路図である。 図９において第１タッチスイッチ装置における第１交流信号の周波数が第１周波数から第２周波数に切り替えられた場合の模式図である。 相互容量方式のタッチスイッチの原理を簡易的に示す模式図である。 相互容量方式のタッチスイッチの原理を簡易的に示す模式図である。 タッチスイッチシステムにおいて互いに隣接するように配置された第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置の境界近傍を拡大して示す模式図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の少なくとも一実施形態に係るタッチスイッチシステム１の全体構成図である。タッチスイッチシステム１は、ユーザによるタッチ操作を認識可能なタッチエリア２を有するデジタル入力装置である。タッチエリア２は、中心点Ｏを基準とする略ドーナツ形状を有しており、周方向に沿って複数のセグメント４Ａ～４Ｌに分割されている。各セグメント４Ａ～４Ｌは略扇形状を有しており、それぞれタッチ操作の有無を判定する単位エリアを構成する。すなわちタッチエリア２では、各セグメント４Ａ～４Ｌにおいてそれぞれタッチ操作の有無が独立的に判定される。

尚、タッチエリア２を構成する各セグメント４Ａ～４Ｌは、タッチ操作の際にタッチエリア２に対して接触可能なユーザの一部（例えば、指、手、他の人体の一部、又は、ユーザに支持される座標指示器（導電性の素材で形成された先端を有するタッチペン、スタイラスペン等）など）に対して十分大きな面積を有してもよい。

タッチエリア２を構成する各セグメント４Ａ～４Ｌは、互いに独立したタッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌとして構成される。「独立した」とは、各タッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌにおいてタッチ操作判定に関する制御が独立していることを意味し、例えば、後述する送信電極１１に対する第１交流信号の印加タイミングが独立していることを意味する。すなわち、各タッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌは、互いに独立している限りにおいて、例えば共通の電源を用いてもよい。

ここでタッチスイッチシステム１が備えるタッチスイッチ装置１００Ａの単体構成について説明する。図２は図１のタッチスイッチ装置１００Ａのブロック図である。尚、タッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌは互いに同等の構成を有しているため、以下の説明では、タッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌのうちタッチスイッチ装置１００Ａについて代表的に述べるが、特段の記載がない限りにおいて他のタッチスイッチ１００Ｂ～１００Ｌについても同様である。

タッチスイッチ装置１００Ａは、タッチスイッチ１０と、タッチスイッチ１０へのタッチ操作を検出するためのタッチスイッチコントローラ５０とを備える。タッチスイッチコントローラ５０は、タッチスイッチ１０へのタッチ操作を検出したときに、当該タッチ操作による入力指示を外部機器７０に伝達する。これにより、外部機器７０が、タッチスイッチ１０へのタッチ操作に基づいて制御される。
尚、ここでいう外部機器７０とは、例えばアミューズメント機器、家電、医療機器、セキュリティ関連機器、現金自動預け払い機、券売機等である。

図３は図２のタッチスイッチ１０の内部構成を簡略的に示す回路図である。タッチスイッチ１０は、送信電極１１Ａ～１１Ｄ、受信電極１２Ａ～１２Ｄ、及び、送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄとの交差部分に形成されるスイッチ部１３Ａ～１３Ｄ、を備える。
尚、本実施形態ではわかりやすく説明するためにタッチスイッチ１０が４つのスイッチ部１３Ａ～１３Ｄを備える場合を例示しているが、より多くのスイッチ部を備えてもよい。

送信電極１１Ａ～１１Ｄは、接続線１１ａによって、後述する増幅回路５３（図２を参照）に接続される。また受信電極１２Ａ～１２Ｄは、接続線１２ａによって、後述する電流電圧変換回路５５（図２を参照）に接続される。スイッチ部１３Ａ～１３Ｄは、上述のように、送信電極１１Ａ～１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄとの交差部分に形成される。具体的には、スイッチ部１３Ａ～１３Ｄは、送信電極１１Ａ～１１Ｄに接続される接続線１１ａと、受信電極１２Ａ～１２Ｄに接続される接続線１２ａとの対向部分及び交差部分に形成される。
尚、図３では、増幅回路５３に接続される接続線１１ａと電流電圧変換回路５５に接続される接続線１２ａを交差させた部分にスイッチ部を形成しているため、「接続線１１ａの本数」と「接続線１２ａの本数」を乗じた数のスイッチ部を得ているが、スイッチ部を形成する方法は上記方法に限定されず、例えば先述の図１１に示したように、各接続線の末端に互いに対向するよう送信電極及び受信電極を設けスイッチ部を形成しても良い。このとき、スイッチ部を形成する送信電極及び受信電極の組ごとに、送信電極及び受信電極を設けるための接続線を一つずつ用意しても良いが、一つの接続線を分岐させ各末端に送信電極又は受信電極を設け、各スイッチ部を形成する際に、それぞれ異なる接続線の組み合わせとなるようにすると、送信電極側及び受信電極側の接続線の数よりも多くスイッチ部を形成することが可能である。

尚、送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄは、互いに重ね合わされる２枚の透明シート（不図示）上にそれぞれ配置される。すなわち、送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄとは、これらの透明シートを介して異なる面に配置されており、これらの透明シートを重ね合わせた際に、図３に示す電極パターンが完成するように構成される。

尚、送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄが形成される透明シートは、例えばＰＥＴから形成される。
また送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄは、光透過性を有する透明電極から形成されていてもよい。透明電極は、例えば、金属系材料（酸化スズ、アンチモンを添加した酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム、スズを添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛を添加した酸化インジウム（ＩＺＯ）、フッ素を添加した酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、酸化アンチモン等の金属酸化物）、有機系材料（ポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ等）、オリゴチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン）、その他の材料（Ａｇワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン）などが用いられる。
また送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄは、例えば、貴金属（金、銀、白金）、銅、アルミニウム、ニッケル、カーボン等の導電性材料から形成されてもよい。

また送信電極１１Ａ～１１Ｄ又は受信電極１２Ａ～１２Ｄの少なくとも一方は、上述した透明電極と非透明な導電電極との組み合わせから形成されてもよい。この場合、非透明な導電電極は、透明電極の縁部に沿って形成されてもよく、例えば、接続線（スイッチ間、及びスイッチから回路（コネクタ端子）まで）のような態様をとってもよい。これにより、送信電極１１Ａ～１１Ｄと受信電極１２Ａ～１２Ｄの主要部を透明電極で構成した場合においても、透明電極の膜厚を薄く保つことで透明性を確保しつつ、電気抵抗値を効果的に低く抑えることができる。
尚、非透明な導電電極は、例えば銀、カーボンなどの導電性材料を広く用いることができ、透明電極と非透明な導電電極とを併用する場合には、材料特性の抵抗比率として、例えば１：５００～１０００の材料を選択するとよい。

図２に戻って、タッチスイッチコントローラ５０は、交流信号送信部５０Ａと交流信号受信部５０Ｂとを備える。交流信号送信部５０Ａは、タッチスイッチ１０の送信電極１１に第１交流信号を送信するためのものであり、発振回路５２と、増幅回路５３とを備える。交流信号受信部５０Ｂは、受信電極１２から第２交流信号を受信するためのものであり、位相シフト回路５４と、電流電圧変換回路５５と、増幅回路５６と、バンドパスフィルタ５７と、掛算回路５８，６１と、ローパスフィルタ５９，６２と、ＡＤ変換回路６０，６３（アナログデジタル変換回路）とを備える。

またタッチスイッチコントローラ５０は、第１交流信号を送信する対象となる送信電極１１Ａ～１１Ｄ、及び、第２交流信号を受信する対象となる受信電極１２Ａ～１２Ｄを選択的に切り替えるためのスイッチセレクタ６４を備える。更に、タッチスイッチコントローラ５０は、ＡＤ変換回路６０，６３の出力に基づいてタッチスイッチ１０に対するタッチ操作の有無を判定し、その判定結果に基づいて外部機器７０を制御する演算制御部５１を備える。ここで演算制御部５１におけるタッチスイッチ１０に対するタッチ操作の判定手法について簡潔に説明する。

まず、演算制御部５１は、発振回路５２に対し、交流信号として正弦波（ｓｉｎωｔ）を出力すべき旨の指令を送信する。同時に、演算制御部５１は、位相シフト回路５４に対し、発振回路５２からの正弦波の位相をｍ及び（ｍ＋π／２）ずらして変更すべき旨の指令を送信する。即ち、位相シフト回路５４では、周波数が同じであるが異なる位相の交流信号が２つ生成される。発振回路５２から増幅回路５３に送信された正弦波は、振幅が増幅された後、タッチスイッチ１０の送信電極１１に第１交流信号として送信される。このように増幅回路５３によって増幅された振幅の第１交流信号を送信電極１１に送信することにより、タッチスイッチ１０でのタッチ操作により生じる小さな静電結合を感度良く検出できる。

一方、位相シフト回路５４では、発振回路５２から送信された正弦波の位相が、上記のように、ｍ及び（ｍ＋π／２）だけずらされる。位相をｍずらされた正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋ｍ））は、掛算回路５８に送信され、位相を（ｍ＋π／２）ずらされた正弦波、即ち、余弦波（ｃｏｓ（ωｔ＋ｍ）は掛算回路６１に送信される。このように位相をｍずらすことで、タッチ操作が行われたときの信号変化を検出し易くすることができる。
尚、位相シフト回路５４と、掛算回路５８，６１とは図示しない回路基板内で直接接続されているため、位相シフト回路５４の正弦波及び余弦波は、増幅されずにそのまま掛算回路５８，６１に入力される。

尚、タッチスイッチ１０では、スイッチセレクタ６４により、送信電極１１毎に上記の正弦波が第１交流信号として送信される。即ち、図３に示す例では、２本の接続線１１ａのいずれか１本が選択され、当該選択された１本の接続線１１ａ上にある送信電極１１に対して第１交流信号が印加される。一方で、受信電極１２に対しては、送信電極１１から、位相差角α（後記する）だけずれた正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋α））が第２交流信号として伝達される。そこで、タッチスイッチ１０では、スイッチセレクタ６４により、２本の接続線１２ａのいずれか１本が選択され、当該選択された１本の接続線１２ａ上にある受信電極１２ごとに第２交流信号が受信される。

尚、位相差角αは、送信電極１１と受信電極１２との間の静電結合等に起因して生じるものである。位相差角αは、スイッチ部１３へのタッチ操作が行われると変化し、また、例えばタッチスイッチ１０の構成等の条件によっては位相差角αが発生しない（α＝０）場合もある。

このように、タッチスイッチ１０では、スイッチセレクタ６４によって接続線１１ａ及び接続線１２ａをそれぞれ１本ずつ選択しながら切り替えることで、接続線１１ａ及び接続線１２ａの交差部分に形成される４個のスイッチ部１３へのタッチ操作の有無を判定することができるように構成されている。

受信電極１２では、送信電極１１から、位相差角αだけずれた正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋α））が伝達され、第２交流信号として受信される。受信電極１２で受信された第２交流信号は、静電結合によって受信電極１２に誘導された微弱な電流として、電流電圧変換回路５５に入力される。電流電圧変換回路５５では、入力された電流信号が電圧信号に変換されて出力される。そして、電流電圧変換回路５５から電圧信号として出力された正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋α））は、増幅回路５６で振幅を増幅されて振幅Ａの正弦波（Ａｓｉｎ（ωｔ＋α））に変換された後、バンドパスフィルタ５７で信号処理される。

バンドパスフィルタ５７は、所定のバンドパス帯域を有しており、電流電圧変換回路５５から出力された正弦波に含まれる、他の帯域のノイズ成分をカットする。バンドパスフィルタ５７のバンドパス帯域は、第１交流信号が有する周波数を中心に十分狭く設定される。これにより、電流電圧変換回路５５から出力された正弦波のうち、当該バンドパス帯域に含まれる成分を抽出し、他の成分をノイズとして排除する。

バンドパスフィルタ５７の出力は、掛算回路５８、６１にそれぞれ入力される。掛算回路５８では、バンドパスフィルタ５７の出力が位相シフト回路５４から入力された正弦波と掛け合わされ、ローパスフィルタ５９を通過することにより直流信号に変換される。掛算回路６１では、バンドパスフィルタ５７の出力が位相シフト回路５４から入力された余弦波と掛け合わされ、ローパスフィルタ６２を通過することにより直流信号に変換される。ローパスフィルタ５９、６２から出力される直流信号は、Ａ／Ｄ変換回路６０、６３によってそれぞれＡ／Ｄ変換され、演算制御部５１に入力される。演算制御部５１では、Ａ／Ｄ変換回路６０、６３から入力された各直流信号に基づいて、タッチスイッチ１０におけるタッチ操作の有無が判定される。

また演算制御部５１は、上述のタッチ操作の判定に加えて、タッチスイッチへのノイズの有無を判定する。図４は図２の演算制御部５１におけるノイズ判定手法の説明図である。演算制御部５１は、少なくとも三回にわたって、ＡＤ変換回路６０，６３において数値化された２つの直流信号である第１直流信号及び第２直流信号の取得を行うことにより、ノイズ判定を行う。具体的には、送信電極１１への第１交流信号の未送信時、かつ、スイッチ部１３への無タッチ時（第１時点）と、送信電極１１への交流信号の送信時、かつ、スイッチ部１３への無タッチ時（第２時点）と、タッチ操作の有無の判定時（第３時点）との３回である。

尚、図４は、ＡＤ変換回路６０，６３において数値化された２つの直流信号（第１直流信号及び第２直流信号）が、ｘ軸（横軸）とｙ軸（縦軸）とを有する直交座標系に適用されたものである。横軸であるｘ軸は、タッチスイッチ１０及び位相シフト回路５４に送信された正弦波（第１交流信号）と同位相である成分を表す。また、縦軸であるｙ軸は、タッチスイッチ１０及び位相シフト回路５４に送信された正弦波（第１交流信号）からπ／２位相がずれた成分を表す。

図４では、第１時点で取得された２つの信号を適用した座標が点Ｐの座標（第１座標）、第２時点で取得された２つの信号を適用した座標が点Ｑの座標（第２座標）、第３時点で取得された２つの信号を適用した座標が図４に示す点Ｒの座標（判定対象座標）である。尚、図４では、第３時点において直流信号の変化が複数回（例えば７回）検出されたと仮定し、複数の点Ｒを７つ（点Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ）として示している。

そして演算制御部５１は、ノイズの有無の判定時点において、点Ｒから点Ｐと点Ｑとを通る基準線Ｌまでの距離ｍに基づいて、ノイズの有無を判定する。具体的には、演算制御部５１は、点Ｒから上記基準線Ｌまでの距離ｍがノイズ閾値を超えたときに、タッチスイッチ１０へのノイズが存在すると判定する。

＜第１実施形態＞
続いて図１に示すタッチスイッチシステム１のうち、互いに隣接する第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂに着目した構成について説明する。図５及び図６はタッチスイッチシステム１のうち、互いに隣接する第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂを模式的に示す回路図である。

尚、第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂは互いに同様の構成を有する。また以下の説明では、タッチスイッチシステム１が有する合計１２個のタッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌのうち互いに隣接するように配置された第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂに着目して述べるが、他の互いに隣接するように配置された一対のタッチスイッチ装置同士についても、特段の記載がない限りにおいて同様である。

第１タッチスイッチ装置１００Ａでは、送信電極１１に印加される第１交流信号は周波数ｆ１を有する。一方の第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは、送信電極１１に印加される第１交流信号は周波数ｆ２を有する。第１タッチスイッチ装置１００Ａの送信電極１１に第１交流信号が印加された際に、第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは、図５の円弧矢印で示すように、受信電極１２で受信される第２交流信号に第１タッチスイッチ装置１００Ａにおける第１交流信号がノイズとして混入し、電磁的干渉が生じる。

ここで図１３を参照して前述したように、周波数ｆ１と周波数ｆ２とが同じである場合、第１タッチスイッチ装置１００Ａにおいて第２タッチスイッチ装置１００Ｂからの電磁的干渉によるノイズ（第２タッチスイッチ装置１００Ｂから伝達される周波数ｆ２の成分）は、第１タッチスイッチ装置１００Ａにおける第２交流信号とともに出力されることによって、タッチ操作判定用の直流信号の大きさが変動し、タッチ操作の判定精度が低下してしまうおそれがある。

これに対して本実施形態では、第１タッチスイッチ装置１００Ａで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ１と、第２タッチスイッチ装置１００Ｂで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ２とは、互いに異なるように設定される。第１タッチスイッチ装置１００Ｂで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ１は、第２タッチスイッチ装置１００Ｂが有する掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２のバンドパス帯域（第２タッチスイッチ装置１００Ｂで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ２を含む帯域）を避けるように設定されるとよい。また第２タッチスイッチ装置１００Ｂで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ２は、第１タッチスイッチ装置１００Ａが有する５７掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２の通過周波数帯域（第１タッチスイッチ装置１００Ａで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ１を含む帯域）を避けるように設定されるとよい。

尚、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２は、例えば数１００ｋＨｚオーダーで選択されるが、この場合、互いに５０－１００ｋＨｚ以上離れるように設定するとよい。また第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２は、互いに高調波関係になることを避けるように設定するとよい。

また第１タッチスイッチ装置１００Ａで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ１と、第２タッチスイッチ装置１００Ｂで送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数ｆ２は、互いに奇数倍にならないように設定されるとよい。ここで、互いに周波数が奇数倍にならないとは、交流信号を生成する回路を構成する任意の部品の誤差を考慮し、交流信号の奇数次高調波の周波数が含まれる範囲にならないことを意味するものである。これにより、互いの周波数ｆ１、ｆ２が奇数次高調波の関係にならないため、第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂの間に生じる電磁的干渉を抑制できる。

図５に示すように、第１タッチスイッチ装置１００Ａにおいて特定の接続線１１ａに対して第１交流信号（周波数ｆ１）が印加されるとともに、スイッチ１３Ｃにおいて接続線１２ａによって第２交流信号（周波数ｆ１）を受信することで測定を行っている場合には、一方の第２タッチスイッチ装置１００Ｂのうち第１タッチスイッチ装置１００Ａに近い位置にあるスイッチＢは、円弧の矢印で示す電気力線のように、隣接する第１タッチスイッチ１００ＡのスイッチＣに印加される第１交流信号（周波数ｆ１）がノイズ成分として伝達されることがあるが、このように第２タッチスイッチ装置１００Ｂの第２交流信号に対して、第１タッチスイッチ装置１００Ａから周波数ｆ１を有するノイズ成分（図５の破線波形を参照）が混入したとしても、当該ノイズ成分は周波数ｆ２に対応するバンドパス帯域を有する掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２によって排除される。その結果、タッチ操作の判定に用いられる直流信号の大きさを変動させることがなく、タッチ操作の判定精度を良好に維持できる。

一方、図６に示すように、第２タッチスイッチ装置１００Ｂにおいて特定の接続線１１ａに対して第２交流信号（周波数ｆ２）が印加されるとともに、スイッチ１３Ｃにおいて接続線１２ａによって第２交流信号（周波数ｆ１）を受信することで測定を行っている場合には、一方の第１タッチスイッチ装置１００Ａのうち第２タッチスイッチ装置１００Ｂに近い位置にあるスイッチＢは、円弧の矢印で示す電気力線のように、隣接する第２タッチスイッチ１００ＢのスイッチＤに印加される第１交流信号（周波数ｆ２）がノイズ成分として伝達されることがあるが、このように、第１タッチスイッチ装置１００Ａの第２交流信号に対して、第２タッチスイッチ装置１００Ｂから周波数ｆ２を有するノイズ成分（図６の破線波形を参照）が混入したとしても、当該ノイズ成分は周波数ｆ１に対応するバンドパス帯域を有する掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２によって排除される。その結果、タッチ操作の判定に用いられる直流信号の大きさを変動させることがなく、タッチ操作の判定精度を良好に維持できる。

＜第２実施形態＞
図７はタッチスイッチシステム１の全体構成図である。第２実施形態では、タッチスイッチシステム１を構成する各タッチスイッチ装置は、送信電極１１に印加可能な第１交流信号の周波数を複数選択可能に構成される。第１タッチスイッチ装置１００Ａは、第１交流信号の周波数として第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２を選択可能に構成される。第１タッチスイッチ装置１００Ａに隣接する第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは、第１交流信号の周波数として第３周波数ｆ３又は第４周波数ｆ４を選択可能に構成される。その他のタッチスイッチ装置１００Ｃ～１００Ｌも同様であり、第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２を選択可能なタッチスイッチ装置と、第３周波数ｆ３又は第４周波数ｆ４を選択可能なタッチスイッチ装置とが、周方向に沿って交互に配置されるように構成される。

演算制御部５１は、各タッチスイッチ装置１００におけるノイズの有無を判定するノイズ判定部５１ａと、各タッチスイッチ装置１００において送信電極１１に印加するための第１交流信号の周波数を設定する周波数設定部５１ｂと、を有する。

周波数設定部５１ｂは、各タッチスイッチ装置１００において送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数を設定する。例えば第１タッチスイッチ装置１００Ａでは、周波数設定部５１ｂは第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２のいずれか一方を選択的に設定可能である。第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２は、互いに異なる周波数であり、十分離れるように設定される。

ここで図５及び図６と同様に、タッチスイッチシステム１のうち互いに隣接するように配置された第１タッチスイッチ装置１００Ａと第２タッチスイッチ装置１００Ｂに着目する。第１タッチスイッチ装置１００Ａでは、送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数として第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２とが選択可能に構成される。一方の第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは、送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数として第３周波数ｆ３と第４周波数ｆ４とが選択可能に構成される。ここで第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、第３周波数ｆ３及び第４周波数ｆ４は互いに異なるように設定される。

図８は図７の各タッチスイッチ装置で用いられる第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、第３周波数ｆ３及び第４周波数ｆ４の設定例を示す図である。この例では、第３周波数ｆ３は第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２の間に設定されるとともに、第２周波数ｆ２は第３周波数ｆ３及び第４周波数ｆ４の間に設定される。すなわち、ｆ４、ｆ２、ｆ３、ｆ１の順で周波数が高くなるように設定される。

尚、第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、第３周波数ｆ３及び第４周波数ｆ４は、例えば数１００ｋＨｚオーダーで選択されるが、この場合、互いに５０－１００ｋＨｚ以上離れるように設定するとよい。また互いに高調波関係になることを避けるために、第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、第３周波数ｆ３及び第４周波数ｆ４は一定間隔に分布しないように設定するとよい。

ここで初期設定として、第１タッチスイッチ装置１００Ａでは第１周波数ｆ１が選択され、第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは第３周波数ｆ３が選択されている場合を想定する。図９は第２実施形態に係るタッチスイッチシステム１のうち、互いに隣接する第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂを模式的に示す回路図である。

このとき第１タッチスイッチ装置１００Ａでは、図９に示すように、第２タッチスイッチ装置１００Ｂから電磁的干渉を受けたとしても第２タッチスイッチ装置１００Ｂで選択されている第３周波数ｆ３は、第１タッチスイッチ装置１００Ａの掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２によって遮断されるためタッチ操作の判定精度に影響を与えることはない。一方の第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは、図示は省略するが、第１タッチスイッチ装置１００Ａから電磁的干渉を受けたとしても第１タッチスイッチ装置１００Ａで選択されている第１周波数ｆ１は、第２タッチスイッチ装置１００Ｂの掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２によって遮断されるためタッチ操作の判定精度に影響を与えることはない。

そしてノイズ判定部５１ａによって第１タッチスイッチ装置１００Ａでノイズが有ると判定された場合、周波数設定部５１ｂは、第１タッチスイッチ装置１００Ａにおける第１交流信号の周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に切り替える。図１０は図９において第１タッチスイッチ装置１００Ａにおける第１交流信号の周波数が第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に切り替えられた場合の模式図である。このとき第１タッチスイッチ装置１００Ａの掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２のバンドパス帯域も第２周波数ｆ２に対応するものに自動的に切り替えられる。これにより、第１周波数ｆ１を有するノイズは遮断されるためタッチ操作の判定精度に影響を与えることはない。

また、このように第１タッチスイッチ装置１００Ａにおいて第１交流信号の周波数が第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に切り替えられた場合、第１タッチスイッチ装置１００Ａでは、第２タッチスイッチ装置１００Ｂから電磁的干渉を受けたとしても第２タッチスイッチ装置１００Ｂで選択され得る第３周波数ｆ３又は第４周波数ｆ４は、第１タッチスイッチ装置１００Ａにおける掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２によって遮断されるためタッチ操作の判定精度に影響を与えることはない。

一方で、ノイズ判定部５１ａによって第２タッチスイッチ装置１００Ｂにノイズが有ると判定された場合、図示は省略するが、周波数設定部５１ｂは、第２タッチスイッチ装置１００Ａにおける第１交流信号の周波数を第３周波数ｆ３から第４周波数ｆ４に切り替える。これにより、第３周波数ｆ３を有するノイズは遮断されるためタッチ操作の判定精度に影響を与えることはない。

また、このように第２タッチスイッチ装置１００Ｂにおいて第１交流信号の周波数が第３周波数ｆ３から第４周波数ｆ４に切り替えられた場合、第２タッチスイッチ装置１００Ｂでは、第１タッチスイッチ装置１００Ａから電磁的干渉を受けたとしても第１タッチスイッチ装置１００Ａで選択され得る第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２は遮断されるためタッチ操作の判定精度に影響を与えることはない。

このように第２実施形態では、各タッチスイッチ装置１００においてノイズ判定結果に応じて送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数を切り替えることで、各タッチスイッチ装置１００におけるノイズの影響を排除できる。それと同時に、各タッチスイッチ装置１００においてノイズ判定結果に応じて送信電極１１に印加される第１交流信号の周波数を異ならしめることで、互いに隣接するように配置されるタッチスイッチ装置１００の間に生じる電磁的干渉の影響も排除できる。

上記説明ではタッチスイッチシステム１を構成する１２個のタッチスイッチ装置１００Ａ～１００Ｌのうち第１タッチスイッチ装置１００Ａ及び第２タッチスイッチ装置１００Ｂに着目して述べたが、他のタッチスイッチ装置についても同様に構成することで、タッチ操作の判定精度がより高いタッチスイッチシステム１を構築できる。

本発明の少なくとも一実施形態は、複数のタッチスイッチ装置が隣接して配置されるタッチスイッチシステムに利用可能である。

１ タッチスイッチシステム
２ タッチエリア
１０ タッチスイッチ
１１ 送信電極
１１ａ，１２ａ 接続線
１２ 受信電極
１３ スイッチ部
５０ タッチスイッチコントローラ
５０Ａ 交流信号送信部
５０Ｂ 交流信号受信部
５１ 演算制御部
５１ａ ノイズ判定部
５１ｂ 周波数設定部
５２ 発振回路
５３，５６ 増幅回路
５４ 位相シフト回路
５５ 電流電圧変換回路
５７ バンドパスフィルタ
５８，６１ 掛算回路
５９，６２ ローパスフィルタ
６０，６３ 変換回路
６４ スイッチセレクタ
７０ 外部機器
１００ タッチスイッチ装置

Claims (6)

1. 第１交流信号が印加される送信電極と、前記送信電極に交差又は対向し、第２交流信号を受信する受信電極と、前記送信電極及び前記受信電極の交差部分又は対向部分に形成される少なくとも一つのスイッチ部と、を備え、互いに隣り合うように配置される第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置を含むタッチスイッチシステムであって、
   前記第１タッチスイッチ装置における前記第１交流信号、及び、前記第２タッチスイッチ装置における前記第１交流信号は、互いに異なる周波数を有し、
   前記第１タッチスイッチ装置における前記第１交流信号、及び、前記第２タッチスイッチ装置における前記第１交流信号は、互いに周波数が奇数倍にならないように設定される、タッチスイッチシステム。
2. 前記第１タッチスイッチ装置及び前記第２タッチスイッチ装置は、前記送信電極に対する前記第１交流信号の印加タイミングが互いに独立的に制御される、請求項１に記載のタッチスイッチシステム。
3. 前記第１タッチスイッチ装置は、前記第１交流信号として第１周波数及び第２周波数を切り替え可能に構成され、
   前記第２タッチスイッチ装置は、前記第１交流信号として第３周波数及び第４周波数を切り替え可能に構成され、
   前記第１周波数、前記第２周波数、前記第３周波数、及び、前記第４周波数は、互いに異なる、請求項１又は２に記載のタッチスイッチシステム。
4. 前記第３周波数は前記第１周波数及び前記第２周波数の間に設定され、
   前記第２周波数は前記第３周波数及び前記第４周波数の間に設定される、請求項３に記載のタッチスイッチシステム。
5. 前記スイッチ部において前記第１交流信号と同じ周波数を有するノイズの有無を判定するノイズ判定部を更に備え、
   前記ノイズ判定部によって前記ノイズが有ると判定された場合、前記第１交流信号の周波数を切り替えるように制御する、請求項３又は４に記載のタッチスイッチシステム。
6. 第１交流信号が印加される送信電極と、前記送信電極に交差又は対向し、第２交流信号を受信する受信電極と、前記送信電極及び前記受信電極の交差部分又は対向部分に形成される少なくとも一つのスイッチ部と、を備え、互いに隣り合うように配置される第１タッチスイッチ装置及び第２タッチスイッチ装置を含むタッチスイッチシステムであって、
   前記第１タッチスイッチ装置における前記第１交流信号、及び、前記第２タッチスイッチ装置における前記第１交流信号は、互いに異なる周波数を有し、
   前記第１タッチスイッチ装置は、前記第１交流信号として第１周波数及び第２周波数を切り替え可能に構成され、
   前記第２タッチスイッチ装置は、前記第１交流信号として第３周波数及び第４周波数を切り替え可能に構成され、
   前記第１周波数、前記第２周波数、前記第３周波数、及び、前記第４周波数は、互いに異なる、タッチスイッチシステム。

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