JPH0611660Y2 - タッチセンサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、人体等が接触したことを検出するタッチセ
ンサに関する。

〈従来技術〉 従来、上記のようなタッチセンサには、第６図に示すよ
うなものがある。これは、入力端子２に人体等が接触し
た場合、人体が帯びているハム誘導ノイズを増幅器４で
増幅し、その増幅されたハム誘導ノイズを、電圧比較器
６において基準電圧源８からの基準電圧と比較し、増幅
されたハム誘導ノイズが基準電圧以上であると、人体等
が入力端子２に接触したと判断するものである。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかし、上記のようなタッチセンサでは、ハム誘導ノイ
ズを用いて、人体等が接触した否かを検出している。従
って、人体等がハム誘導ノイズを帯びていない場合に
は、検出することが全くできないという問題があった。
また、人体等が増幅器４の基準電位側と検出端子２とに
同時に接触している場合には、ハムによる誘導電圧が低
下し、検出が困難になるという問題点もあった。さら
に、入力端子２になんらかのノイズが加えられた場合に
は、誤動作しやすく、安定した検出を期待できないとい
う問題点もあった。

この考案は、ハム誘導電圧以外に、人体等の接触による
容量変化及び抵抗値変化によっても人体等が接触したこ
とを検出できるようにして、上記の各問題点を解決した
タッチセンサを提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、この考案では、発振部と、
検出部と、遅延部と、論理和部とを、具備している。発
振部は、発振周波数を決定するコンデンサを含み、この
コンデンサの一端が入力端子として開放されている。さ
らに、発振部は、入力端子と基準電位点との間に容量が
接続されたとき及び上記入力端子と基準電位点との間に
抵抗が接続されたとき、上記の決定された発振周波数よ
りもそれぞれ発振周波数が低下し、入力端子にハム誘導
電圧が印加され、そのハム誘導電圧が予め定めたレベル
よりも変動するごとに、上記の決定された発振周波数よ
りも発振周波数が低下するように構成されている。検出
部は、発振部の発振周波数が上記決定された発振周波数
よりも低下したとき検出信号を発生するように構成され
ている。また、遅延部は、上記検出信号を、その発生終
了後にハム電圧の半周期以上にわたって遅延させるよう
に構成されている。論理和部は、検出部の検出信号と遅
延部の出力との論理和をとるように構成されている。

また、検出部は、具体的には、上記発振部の発振信号の
出力変化から上記決定された発振周波数の半周期を経過
した時点と、上記発振信号の出力変化から上記決定され
た発振周波数の１周期を経過した時点との間で、ラッチ
信号を発生する単安定マルチバイブレータと、上記ラッ
チ信号に応動してそのときの上記発振信号をラッチする
ラッチとを具備するものとできる。

〈作用〉 この考案によれば、入力端子に人体等が接触していない
状態では、発振部は決定された周波数で発振し、このと
きには検出部は出力を生じず、当然に遅延部も出力を生
じない。よって、論理和部の出力も生じない。

入力端子に人体等が接触している状態では、特に、人体
の容量または抵抗が入力端子と基準電位点との間に接続
されている状態では、発振部は決定された周波数よりも
低い周波数で常に発振し、これを検出部が検出する。こ
れを遅延部が遅延させ、この遅延部の出力と検出部の検
出出力との論理和が論理和部でとられる。よって、人体
等が接触したことが検出される。

また、入力端子にハム誘導電圧を帯びた人体が接触した
場合には、ハム誘導電圧が一定レベルから変動するごと
に、発振周波数が低下する。従って、検出部の検出出力
も、これに応じて断続的なものとなるが、遅延部で検出
出力の終了後、これをハム誘導電圧の半周期以上にわた
って遅延させて、この遅延出力と検出部の検出出力との
論理和を論理和部で取っているので、論理和部の出力は
持続したものとなり、人体が接触していることが検出さ
れる。

〈実施例〉 この実施例は、第１図に示すように、発振部10を有して
いる。この発振部10は、演算増幅部12、コンデンサ14、
抵抗器16、18、20、22からなる無安定マルチバイブレータ
である。この発振部10は、例えば演算増幅器12の出力が
Ｈレベルであるとすると、これを抵抗器22、18で分圧し
た電圧を抵抗器16を用いて＋Ｖ側へシフトさせた電圧が
上側基準電圧として非反転入力端子に供給される。この
状態では、またＨレベルの出力が抵抗器20を介してコン
デンサ14に供給され、コンデンサ14は正方向に充電され
る。やがて、コンデンサ14の電圧が上側基準電圧に達す
ると、演算増幅器12の出力がＬレベルとなり、これを抵
抗器22、18で分圧した電圧を抵抗器16によって＋Ｖ側へ
シフトさせた電圧が下側基準電圧として非反転入力端子
に供給される。この状態ではコンデンサ14が抵抗器20を
介して負方向に充電される。やがてコンデンサ14の電圧
が下側基準電圧に達すると、演算増幅器12の出力はＨレ
ベルとなる。以下上述したのと同様にして、発振を繰返
す。この発振状態を第２図(a)に示す。この発振周波数
は、抵抗器16、18、20、22及びコンデンサ14の値によって
決定され、この実施例では100KHz乃至200KHzに選択され
ている。また、コンデンサ14の一端、即ち演算増幅器12
の反転入力端子側に接続されている端部は、人体等が接
触可能とされた入力端子24に接続され、即ち開放されて
いる。なお、26、28は保護用のダイオード、30はプルア
ップ用の抵抗器である。

演算増幅器12の出力、即ち発振出力は、検出部32を構成
している単安定マルチバイブレータ34の正トリガ入力端
子Ａに入力されている。この単安定マルチバイブレータ
34は、負トリガ入力端子がＨレベルとされた状態にお
いて、正トリガ入力端子Ａに正方向のトリガ信号が供給
されると、アップエッジ動作するように構成されたもの
である。従って、発振出力が立上ったとき、単安定マル
チバイブレータ34のＱ出力はＨレベルとなり、出力は
Ｌレベルとなる。その期間は、コンデンサ36、抵抗器38
の値によって決定される。この実施例では、発振部10の
発振周期の約3/4に設定されている。単安定マルチバイ
ブレータ34のＱ出力及び出力を第２図(b)、(c)に示
す。

この単安定マルチバイブレータ34の出力は、検出部32
のＤラッチ40のクロック端子に供給され、また、Ｄ入力
には発振部10の発振出力が供給されている。このＤラッ
チ40もアップエッジ動作するものである。従って、単安
定マルチバイブレータ34の出力が立上ったとき、即ち
発振部10の発振出力が立上って約3/4周期経過したと
き、Ｄラッチ40はその時の発振部10の発振出力をラッチ
する。発振部10の発振周波数が上記の発振周波数である
限り、Ｄラツチ40がラツチしたとき、発振部10の発振出
力はＬレベルであり、Ｄラッチ40のＱ出力もＬレベルで
ある。Ｄラッチ40のＱ出力を第２図(d)に示す。

Ｄラッチ40のＱ出力は、遅延部である単安定マルチバイ
ブレータ42の負トリガ入力端子に供給されている。こ
の単安定マルチバイブレータ42は、正トリガ入力端子Ａ
がＬレベルとされた状態で、負トリガ入力端子に負方
向のトリガ信号が供給されたとき、ダウンエッジ動作す
るものである。従って、Ｄラッチ40のＱ出力が立ち下っ
たとき、この単安定マルチバイブレータ42のＱ出力がコ
ンデンサ44、抵抗器46の値によって決定された期間だけ
Ｈレベルとなる。しかし、Ｄラッチ40のＱ出力はＬレベ
ルであり、立ち下らないので、この単安定マルチバイブ
レータ42の出力はＬレベルである。単安定マルチバイブ
レータ42のＱ出力を第２図(e)に示す。なお、コンデン
サ44、抵抗器46の値は単安定マルチバイブレータ42のＱ
出力がＨレベルを維持する期間がハム誘導電圧のほぼ半
周期（約20m秒）となるように設定されている。

単安定マルチバイブレータ42のＱ出力及びＤラッチ40の
Ｑ出力は、論理和部48を構成しているダイオード50、52
及び抵抗器54を介してトランジスタ56のベースに供給さ
れている。しかし、単安定マルチバイブレータ42のＱ出
力及びＤラッチ40のＱ出力は上述したように共にＬレベ
ルであるので、トランジスタ56は非導通状態であり、ト
ランジスタ56のコレクタ側に設けた出力端子58はＨレベ
ルとなっている。この出力端子58の出力を第２図(f)に
示す。以上のように、発振部10の発振周波数が上述した
発振周波数である限り、出力端子58の出力はＨレベルを
維持する。

例えば、入力端子24に人体等が接触し、これによって入
力端子24と基準電位点との間が容量によって接続された
とする。このとき、コンデンサ14の容量が増加したのと
等価になるので、発振部10の発振周波数は第３図(a)に
示すように低くなる。即ち、発振周期が長くなる。従っ
て、発振周期が長くなってから始めて発振出力がＨレベ
ルに立上り、元の発振周期の約3/4周期経過したとき、
同図(c)に示すように単安定マルチバイブレータ34の
出力が立上る。このとき、発振部10の発振出力はＨレベ
ルであり、これがＤラッチ40にラッチされ、Ｄラッチ40
のＱ出力は同図(d)に示すようにＨレベルとなる。そし
て、次に発振出力が立上って元の発振周期の約3/4周期
経過したとき、再びＤラッチ40が発振出力をラッチする
が、このときも発振出力はＨレベルであり、Ｄラッチ40
のＱ出力はＨレベルである。以下、同様にＤラッチ40の
Ｑ出力はＨレベルであり、人体等の入力端子24への接触
が解除されて、発振部10の発振周波数が元の発振周波数
に戻ってから、始めて発振出力が立上って、約3/4周期
が経過したときに、Ｄラッチ40のＱ出力はＬレベルとな
る。即ち、Ｄラッチ40のＱ出力は人体等が入力端子24に
接触していた期間中Ｈレベルを維持する。

そして、このＤラッチ40のＱ出力が立ち下ると、これに
応動して単安定マルチバイブレータ42のＱ出力が約20m
秒間Ｈレベルを維持する。Ｄラッチ40のＱ出力と単安定
マルチバイブレータ42のＱ出力とが論理和部48を介して
トランジスタ56のベースに供給されているので、トラン
ジスタ56は入力端子24に人体等が接触してから接触が解
除されるまでの期間及び解除されてから20m秒の期間に
わたって導通し、第３図(f)に示すように上記の期間に
わたって出力端子58の出力がＬレベルとなる。よって、
人体等が入力端子24に接触したことが検出される。

また、人体等が入力端子24と基準電位点との間に接触し
たことにより、入力端子24と基準電位点との間が接触抵
抗によって接続されたとする。このとき、コンデンサ14
の電荷は接触抵抗によって放電され、演算増幅器12の反
転入力端子の電位は下側基準電圧よりも下がる。その結
果、非反転入力端子の電位のほうが反転入力端子の電位
よりも高くなり、演算増幅器12の出力は発振動作を停止
して、Ｈレベルを維持する。即ち発振周波数は非常に小
さくなる。この状態は、第４図(a)に示すように入力端
子24に人体等が接触している期間にわたって継続する。
そして、人体等が入力端子24に接触したことにより発振
出力がＨレベルに持続されてから元の発振周期の約3/4
周期が経過したとき、同図(d)に示すようにＤラッチ40
に、発振出力のＨレベルはラッチされ、Ｄラッチ40のＱ
出力はＨレベルとなり、この状態は人体等の入力端子24
への接触が解除されて、発振周波数が元の発振周波数と
なってから約3/4周期経過した時点まで継続される。そ
して、このＤラッチ40のＱ出力が立ち下ったことに応動
して単安定マルチバイブレータ42のＱ出力が約20m秒間
Ｈレベルを維持する。以下、容量で接続された場合と同
様に、出力端子58の出力は、接触してからその接触が解
除されるまで及び解除されてから20m秒間、Ｌレベルを
維持する。

入力端子24に人体等が接触したことにより入力端子24に
ハム誘導電圧が印加されたとする。このハム誘導電圧は
演算増幅器12の反転入力端子に供給され、このハム誘導
電圧が反転入力端子の電圧に対してバイアスとして機能
し、ハム誘導電圧が上側基準電圧より高い状態で入力端
子24に印加されると、演算増幅器12の出力はＬレベルと
なり、ハム誘導電圧が下側基準電圧の近傍まで下がると
発振可能となって発振し、ハム誘導電圧がさらに下がる
と演算増幅器12の出力はＨレベルとなり、ハム誘導電圧
が上側基準電圧の近傍まで上昇すると発振可能となり発
振し、さらに上昇すると演算増幅器12の出力はＬレベル
となる。この状態を第５図(a)に示す。従って、演算増
幅器12の出力がＨレベルに固定されてから元の発振周期
の約3/4経過したときに、Ｄラッチ40のＱ出力はＨレベ
ルになり、演算増幅器12が発振状態となってからその発
振周期の約3/4が経過するとＬレベルになる。そして、
また、演算増幅器12の出力がＨレベルになると、上記と
同様にＤラッチ40のＱ出力はＨレベルになる。即ち、Ｄ
ラッチ40のＱ出力は、入力端子24に継続して人体等が接
触していても、抵抗接触や容量接触のときと異なり、
Ｈ、Ｌレベルを交互に繰返す。このＨ、Ｌレベルを繰返
している信号を検出出力として用いると、人体等が入力
端子24に接触していた時間を知ることができないし、ま
た検出出力を処理する回路（図示せず）が誤動作する恐
れがある。

しかし、この実施例では、Ｄラッチ40のＱ出力が立ち下
ったときに、同図(e)に示すように単安定マルチバイブ
レータ42のＱ出力がＨレベルとなり、この期間がハム誘
導電圧の半周期（20m秒）にわたって継続する。入力端
子24に人体等が継続して接触していると、同図(d)、(e)
から明らかなように、単安定マルチバイブレータ42のＱ
出力がＬレベルに立ち下ったときには、Ｄラッチ40のＱ
出力は既にＨレベルとなっている。従って、Ｄラッチ40
のＱ出力と単安定マルチバイブレータ42のＱ出力との論
理和を反転させたものである出力端子58の出力は、同図
(f)に示すように、Ｄラッチ40のＱ出力がＨレベルにな
ったときから継続してＬレベルを維持し、この状態は人
体等の入力端子24への接触が解除されて、Ｄラッチ40の
Ｑ出力がＬレベルになってからハム誘導電圧の半周期が
経過するまで継続する。従って、出力端子58がＬレベル
となっていた時間を計測し、その時間からハム誘導電圧
の半周期を減算すると、人体等が入力端子24に接触して
いた時間を知ることができる。抵抗接触及び容量接触の
場合も同様にして人体等が入力端子24に接触していた時
間を知ることができる。

以上のように、この実施例は入力端子24に人体等が接触
した状態を容量接触、抵抗接触またはハム誘導電圧のい
ずれかによって検出することができる。

上記の実施例では、検出部32を単安定マルチバイブレー
タ34及びＤラッチ40によって構成したが、人体等が入力
端子24に接触していないときに発振部10が発振する発振
信号と周波数が等しく位相が90度ずれている信号を発振
する基準発振器と位相比較器と、この位相比較器の出力
が入力されるローパスフィルタとを用いて検出部32を構
成してもよい。ただし、この場合には若干構成が複雑に
なる。また、上記の実施例では論理和部48の出力をトラ
ンジスタ56を用いて反転させたが、場合によっては反転
は不要である。

〈考案の効果〉 以上のように、この考案によれば、容量接触や抵抗接触
によっても人体等が入力端子に接触したことを検出して
いる。従って、例えばハム誘導電圧を帯びた人体等が入
力端子と基準電位点との間に接触していて、ハム誘導電
圧が小さくてハム誘導電圧では接触していることを検出
することができない場合でも、人体等の抵抗成分を検出
しているので入力端子への接触を検出できる。また、ハ
ム誘導電圧を帯びていない人体等が入力端子に接触して
いる場合でも、人体等の容量成分を検出しているので入
力端子への接触を検出できる。しかも、これらの検出に
容量成分検出用、抵抗成分検出用及びハム誘導電圧検出
用の個別の検出回路をそれぞれ設けるのではなく、人体
等が発振部の入力端子にどのように接触しても生じる発
振周波数の低下を検出部を用いて検出しているので、回
路構成を簡略化することができる。ただし、ハム誘導電
圧の検出の場合、検出部の出力はＨレベルとＬレベルと
を交互にとり、接触している期間を検出できないので、
遅延部を用いて一定時間（ハム誘導電圧の半周期以上の
期間）だけ検出部の出力を遅延させ、これと検出部の検
出信号との論理和を取っているので、ハム誘導電圧の場
合でも正確に接触している期間を知ることができる。

また、検出部を単安定マルチバイブレータとＤラッチと
で構成しているので、基準発振器や位相比較器やフィル
タを用いたものよりも回路構成を簡略化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるタッチセンサの１実施例のブロ
ック図、第２図は同実施例の入力端子に人体等が接触し
ていない状態の各部の波形図、第３図は同実施例の入力
端子と基準電位点とが容量によって接続された状態の各
部の波形図、第４図は同実施例の入力端子と基準電位点
とが抵抗によって接続された状態の各部の波形図、第５
図は同実施例の入力端子にハム誘導電圧が印加された状
態の各部の波形図、第６図は従来のタッチセンサのブロ
ック図である。 10……発振部、32……検出部、42……単安定マルチバイ
ブレータ（遅延部）、48……論理和部。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発振周波数を決定するコンデンサを含み、
   このコンデンサの一端が入力端子として開放され、上記
   入力端子と基準電位点との間に容量が接続されたとき及
   び上記入力端子と基準電位点との間に抵抗が接続された
   とき上記決定された発振周波数よりもそれぞれ発振周波
   数が低下し、上記入力端子にハム誘導電圧が印加されそ
   のハム電圧が予め定めたレベルよりも変動するごとに上
   記決定された発振周波数よりも発振周波数が低下するよ
   うに構成された発振部と、 この発振部の発振周波数が上記決定された発振周波数よ
   りも低下したとき検出信号を発生する検出部と、 上記検出信号をその発生終了後に上記ハム電圧の半周期
   以上にわたって遅延させる遅延部と、 上記検出部の検出信号と上記遅延部の出力との論理和を
   とる論理和部とを、 具備するタッチセンサ。
2. 【請求項２】上記検出部が、上記発振部の発振信号の出
   力変化から上記決定された発振周波数の半周期を経過し
   た時点と、上記発振信号の出力変化から上記決定された
   発振周波数の１周期を経過した時点との間で、ラッチ信
   号を発生する単安定マルチバイブレータと、上記ラッチ
   信号に応動してそのときの上記発振信号をラッチするラ
   ッチとを、具備する請求項１記載のタッチセンサ。