JPS5928013B2 - タッチスイッチ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電子式腕時計、電子式小型計算機などの外
部入力手段として用いられるタッチスイッチ装置に関す
る。

最近、電子式腕時計に計算機を組み込んだカルキュレー
タウォッチが種々開発されている。

このカルキュレータウォッチには、数値及び計算命令を
入力するために押釦式のテンキー、ファンクションキー
を備えたものがある。

しかし、腕時計にこのような押釦式のキーを備えると、
時計ケース表面の大部分をキーが占めてしまい、ウォッ
チとしてのイメージがな（なって単に小型計算機を腕に
装着しているような印象を与える。

そこでテンキー、ファンクションキーを、いわゆるタッ
チスイッチで構成することが考えられている。

すなわち、タッチスイッチは第１図に示すように、例え
ば、時計ガラスなどの絶縁基板１上に一対のタッチ電極
２Ａ、２Ｂを配設し、そして一方の電極２Ａを高電位Ｖ
Ｓ Ｓ （例えばＯｖ）側に接続し、また他方の電極２
ＢをＣＭＯＳインバータ３０入力側に接続すると共に、
抵抗Ｒを介して低電圧ＶＤＤ（例えば−１，５Ｖ）側に
接続している。

しかして、タッチ電極２Ａ、２Ｂを触れていない時には
、インバータ３の入力側の電位ＶＡは、抵抗Ｒを介して
低電位ＶＤＤ側に引張られており、インバータ３の出力
電圧Ｖ ｏｕｔは、高電位レベルとなる。

また、一対のタッチ電極２Ａ、２Ｂを図に示す如く指で
触れることにより、これら各電極相互間には、図中、破
線で示すように、人体による接触抵抗′Ｚが形成される
。

従って、インバータ３の入力電圧ＶＡは、接触抵抗Ｚと
引張抵抗Ｒとによる分圧電圧となる。

この電圧がインバータ３のスレッシュホールド電圧以上
となるように、抵抗Ｒの抵抗値を定めておけば、インバ
ータ３０入力電圧ＶＡは高電位レベルとなり、このイン
バータ３の出力信号は低電位レベルとなる。

従って、インバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔ、が低電位レ
ベル、つまリタッチ電極２Ａ、２Ｂを触れたときをスイ
ッチＯＮ、またインバータ３の出力電圧Ｖ ｏｕｔが高
電位レベル、つまりタッチ電極２Ａ、２Ｂを触れないと
きをスイッチＯＦＦとすれば、スイッチとしての動作を
行うことができるのである。

このようなタイプのタッチスイッチにおいて、接触抵抗
２はタッチ電極２Ａ、２Ｂの表面状態、ならびに接触す
る人体の状態、外部雰囲気等によって大きなバラツキが
生ずる。

このため、抵抗Ｒの抵抗値は、接触抵抗Ｚの変動に合わ
せてあらかじめ大きなものに設定しなげればならない。

しかし、引張抵抗Ｒの抵抗値を大きくすると、スイッチ
の感度は良くなり、スイッチがＯＮＬ易くなる反面、イ
ンバータ３へのノイズ成分が増加し、誤動作し易くなる
欠点があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、スイッチの感度特性が良好であり、
またノイズ成分に対する影響を無くして誤動作を確実に
防止し得るタッチスイッチ装置を提供することにある。

以下、この発明を第２図及び第３図に示す一実施例に基
づいて詳細に説明する。

第２図はこの発明を適用した電子式腕時計におけるタッ
チスイッチの回路構成図である。

図において符号１１は時計の表面ガラスであって、この
上面には透明溝を性薄膜からなるタッチ電極１２Ａ、１
２Ｂが配設されている。

また、表面ガラス１１の上面にはタッチ電極１２Ａ、１
２Ｂを被覆する絶縁薄膜１３が積層されている。

上記一方のタッチ電極１２Ａは高電位側に接続され、ま
た、他方のタッチ電極１２ＢはＣＭＯＳインバータ１４
０入力側に接続されている。

また、タッチ電極１２Ｂとインバータ゛１４との接続点
には抵抗１５を介してパルス発生器１６から出力される
駆動波形信号ａ（パルス幅ｔｗ ）が与えられている。

上記インバータ１４の出力信号は、ＲＳＳフリラグフロ
ップ１フリセット端子Ｒに与えられており、またＲＳフ
リップフロップ１７０セット端子Ｓにはパルス発生器１
６から出力されるパルス信号Ｃが与えられる。

上記ＲＳフリップフロップ１７のＱ出力信号はＤ形フリ
ップフロップ１８のディレィ端子りに与えられており、
また、このＤ形フリップフロップ１８のクロック端子Ｃ
にはパルス発生器１６から出力されるパルス信号すが与
えられる。

このＤ形フリップフロップ１８のＱ出力信号は、出力端
子Ｘから取り出され、図示しないスイッチ入力回路にス
イッチ動作信号として送られる。

なお、スイッチ入力回路は、出力端子Ｘかも取り出され
るスイッチ動作信号が高電位のときには、スイッチＯＮ
、また、スイッチ動作信号が低電位のときには、スイッ
チＯＦＦとなるように動作する。

また、両タッチ電極１２Ａ、１２Ｂを指等が触れたとき
には、両タッチ電極１２Ａ、１２Ｂ間には第２図破線に
示すように、人体による抵抗成分ＲＦ、人体及び絶縁薄
膜１３によるコンデンサ成分ＣＦが形成される。

次に、上記実施例の動作について第３図に示すタイミン
グチャートを参照して説明する。

まず、パルス発生器１６かも出力される駆動波形信号ａ
はパルス巾（低電位の期間）ｔｗが約１２０μｓの波形
であり、この駆動波形信号ａは、約ＬＭΩの抵抗１５を
介してインバータ１４に与えられており、それ故、イン
バータ１４０入力信号は第３図（５）の如くなる。

また、パルス発生器１６から出力されるパルス信号す、
ｃは第３図（２） ＞ （３）の如（パルス巾ｔ、ｗに
先だって出力されるものであり、従って、タッチ電極１
２Ａ、１２Ｂを触れていない時は、ＲＳフリップフロッ
プ１７のＱ出力信号は、パルス発生器１６からのパルス
信号Ｃによってセットされ、インバータ１４の出力信号
によってリセットされるので、第３図（７）に示すよう
になる。

従って、パルス信号すをクロックとするＤ形フリップフ
ロップ１８のＱ出力信号は、第３図（８）に示すように
低電位のま〜であり、そして出力端子Ｘからスイッチ入
力回路に与えられる。

次に、第３図（４）に示すように、両タッチ電極１２Ａ
、１２Ｂを指で触れたときには、両タッチ電極１２Ａ、
１２Ｂ間には、第２図破線に示すように、人体による接
触抵抗成分ＲＦ、人体及び絶縁薄膜１３によるコンデン
サ成分ＣＦが形成される。

そして、インバータ１４０入力信号は駆動波形信号ａが
低電位の間、抵抗１５と接触抵抗成分ＲＦとで分圧され
た分圧電圧が与えられる。

この分圧電圧はコンデンサ成分ＣＦの影響を受けるもの
で、パルス巾ｔ、ｗの期間がわずか１２０μｓしかない
ので、第３図（５）に示すように、波形がなまり、ソシ
てインバータ１４のスレッシュホールド電圧ｖｔｈ以上
とはならないうちにパルス巾ｔ、ｗの期間が終ってしま
うのでインバータ１５の出力信号は、第３図（６）に示
すように低電位のま又である。

従って、ＲＳフリップフロップ１７はリセットされず、
そのＱ出力信号はｔｔ １ ｐｐレベルの状態を持続す
る。

このため、Ｄ形フリップフロップ１８はパルス発生器１
６からのパルス信号すによってセット状態となりそのＱ
出力信号が高電位となって、これが出力端子Ｘから取り
出され、スイッチ入力回路でスイッチがＯＮされたこと
が検出される。

このように、タッチスイッチのＯＮ、ＯＦＦは抵抗１５
のほかに、駆動波形信号ａのパルス幅ｔｗをもって制御
しているので、インバータ１４へのノイズ成分に対して
強く、しかも感度特性が極めて良好となる。

また、駆動波形信号ａのパルス幅（ディジタル量）ｔｗ
は、その精度を極めて高く設定することができるので、
きめ細かな制御が可能となる。

なお、タッチスイッチのＯＮ、ＯＦＦの判定は、所定周
期毎に行なわれるので、この周期を適当に選定すること
により、チャタリングやノイズ等に対する誤動作を一層
効果的に防止することができる。

また、上記パルス巾ｔｗは１２０μｓ以上設定するとス
イッチングの判定が良好に行なわれないことがあるが、
これはパルス巾が大きすぎてインバータ１４０入力信号
がスレッシュホールド電圧以上になってしまうからであ
り、このような場合には抵抗１５の抵抗値をさらに大き
なものにすればよい。

次に、第４図及び第５図を参照してこの発明の他の実施
例について説明する。

第４図は第２図と同様、タッチスイッチの回路構成図で
ある。

図において、符号Ｓ□〜Ｓｎは時計の表面ガラス（図示
せず）上に配設された複数個のタッチ電極を示す。

なお、時計ケース（図示せず）は、タッチ電極として併
用されていて時計を腕に装着した状態、つまり、時計ケ
ースが腕に触れている状態において、上記各タッチ電極
８０〜Ｓｎのうち何れか一つを指等が指れたときには、
触れたタッチ電極と時計ケースとの間には、人体による
接触抵抗成分及びコンデンサ成分が形成される。

上記各タッチ電極Ｓ□〜Ｓｎは、対応するトランスミッ
ションゲート回路Ｇ１〜Ｇｎの入力側端子に接続されて
いる。

これら各トランスミッションゲート回路Ｇ□〜Ｇｎは、
図示しないが、一対のＰチャンネルモストランジスタ、
Ｎチャンネルモストランジスタから構成されている。

一方、パルス発生器１９からはタッチ電極８１〜Ｓｎに
対応するパルス信号Ｐ１〜Ｐｎが１パルスづつ遅れて順
次出力されている。

このパルス信号Ｐ□〜Ｐｎは、対応するトランスミッシ
ョンゲート回路Ｇ□〜Ｇｎに与えられている。

そして各トランスミッションゲート回路Ｇ１〜Ｇｎは、
パルス信号Ｐ１〜Ｐｎが高電位のときにＯＮ、低電位の
ときにＯＦＦするようになっている。

これら各トランスミッションゲート回路Ｇ１〜Ｇｎの出
力側は、インバータ２００Å力側端子に接続されている
。

そしてトランスミッションゲート回路Ｇ□〜Ｇｎの接続
点には、低電位ＶＤＤがＮチャンネルモストランジスタ
２２及びＩＭΩの抵抗２３を介して与えられていると共
に、高電位ｖＳＳがＰチャンネルモストランジスタ２１
を介して与えられている。

これらトランジスタ２１゜２２０ゲートには、パルス発
生器１９からの高電位の期間が１２０μｓのタイミング
パルスＢが夫夫与えられている。

上記インバータ２０の出力信号はＲＳフリップフロップ
２４のリセット端子Ｒに与えられる。

また、上記パルス信号Ｐ１〜Ｐｎはタッチ電極８１〜Ｓ
ｎに対応するアンド回路ＡＮ、〜ＡＮｎの一方の入力端
子にも与えられている。

これらのアンド回路ＡＮ１〜ＡＮｎにはパルス発生器１
９かものタイミングパルスＣが与えられており、そして
、各アンド回路ＡＮ１〜ＡＮｎの出力信号は、対応する
Ｄ型フリップフロップ（以降、単にＤ−Ｆ／Ｆ□〜ｎと
略称する）のクロック端子ＣＫに送られる。

一方、パルス発生器１９からはパルス信号Ｐ１〜Ｐｎ夫
々の立上り毎に高電位のパルスを出力するタイミングパ
ルスＡも出力されており、ＲＳフリップフロップ２４は
そのセット端子ＳにタイミングパルスＡが与えられるこ
とによりセットし、Ｑ出力信号をＤ−Ｆ／Ｆ１〜ｎの入
力端子りに夫々与える。

このＤ−Ｆ／Ｆ□〜ｎの出力信号Ｑは、対応する出力端
子Ｘ１〜Ｘｎから取り出され、図示しないスイッチ入力
回路にスイッチ動作信号として送られる。

次に、上記実施例の動作について第５図に示すタイミン
グチャートを参照して説明する。

まず、タッチ電極Ｓ工〜Ｓｎを人体が触れていない状態
においては、インバータ２００入力信号はタイミングパ
ルスＢの反転信号となり、その結果インバータ２０の出
力信号Ｆは第５図（９）に示すようになる。

すなわち、タイミングパルスＢ（第５図（７）参照）が
低電位のときには、トランジスタ２１はＯＮ、トランジ
スタ２２はＯＦＦとなる。

従って、インバータ２００入力端には、高電位ｖＳＳが
トランジスタ２１を介して与えられ、インバータ２０の
出力信号Ｐは低電位となる。

またタイミングパルスＢが高電位のときには、トランジ
スタ２１はＯＦＦ、トランジスタ２２はＯＮとなる。

従って、インバータ２００入力端には、低電位ＶＤＤが
トランジスタ２２及び抵抗２３を介して与えられ、イン
バータ２０の出力信号ｐは高電位となる。

従って、タッチ電極５ｌ−８ｎの何れをも人体が触れて
いないときには、インバータ２０の出力信号Ｆは第５図
（９）に示すようにタイミングパルスＢと同一波形とな
る。

またタイミングパルスＡでセットされるＲＳフリップフ
ロップ２４はインバータ２０の出力信号Ｆによってリセ
ットされ、そのＱ出力信号は、第５図（１０）に示すよ
うになる。

しかして、各アンド回路ＡＮ１〜ＡＮｎは、第５匡１）
〜（５）に示すパルス信号Ｐ１〜Ｐｎと第５図（８）に
示すタイミングパルスＣとでゲート解除されるが、アン
ド回路ＡＮ１〜ＡＮｎがゲート解除されたときには、Ｒ
８形フリップフロップ２０のＱ出力信号は低電位となっ
ている。

従って、各Ｄ −Ｆ／Ｆ １〜ｎのＱ出力信号は第５図
Ｉに示すように低電位のま匁となり、各出力端子Ｘ１〜
Ｘｎからは低電位の信号が取り出される。

次に、時計を腕に装着している状態において、各タッチ
電極Ｓ１〜Ｓｎのうち何れか−っ、例えばタッチ電極Ｓ
１を触れて第５図（１２）に示すように、スイッチをＯ
Ｎとしたときには、タッチ電極Ｂ□と時計ケースとの間
には人体による接触抵抗成分及びコンデンサ成分が形成
される。

この状態において、パルス信号Ｐ□が低電位のときには
、トランスミッションゲート回路ＧｌはＯＦＦとなり、
インバータ２０の出力信号Ｆは、タッチ電極Ｓ１を触れ
ない状態と同様の波形となる。

しかして、パルス信号Ｐ□が高電位になると、トランス
ミッションゲート回路Ｇ□はＯＮされる。

従って、タイミングパルスＢが高電位の時はインバータ
２００Å力信号は、抵抗２３と人体による接触抵抗成分
とで分圧された分圧電圧が与えられるがこの分圧電圧は
、人体のコンデンサ成分によって、インバータ２０のス
レッシュホールド電圧以下となるように制御されるので
、インバータの入力信号は、タイミングパルスＢが高電
位レベルとなっても、低電位にはならず高電位の状態の
ままとなり、インバータ２０の出力信号Ｐは、第５図（
９）に示すように、低電位のま〜となる。

この結果、ＲＳフリップフロップ２４はリセットされず
、そのＱ出力信号は、第５図（１０）に示すように、高
電位を保持する。

この状態において、タイミングパルスＣがアンド回路Ａ
Ｎ１に与えられると、アンド回路ＡＮ１はゲート解除さ
れ、Ｄ−Ｆ／Ｆ、はクロック信号として与えられる。

このため、Ｄ−Ｆ／Ｆ１はＲＳフリップフロップ２４の
Ｑ出力信号とアンド回路ＡＮ□の出力信号とによりセッ
トされ、第５図αυに示すように、そのＱ出力信号が高
電位となり、出力端子Ｘ１から取り出される。

このようにして指等が触れた電極に対応するＤ−Ｆ／Ｆ
のＱ出力信号が高電位となり、それ以外のＤ−Ｆ／Ｆの
Ｑ出力信号は低電位のま〜となるのでスイッチのＯＮ、
ＯＦＦ状態が検出される。

なお、上記実施例は電子式腕時計に適用した場合である
が、小型電子式計算機等にも適用できること勿論である
。

この発明は、以上詳細に説明したように、タッチ電極を
人体が触れたとき、人体の接触による抵抗成分及びコン
デンサ成分の介入によって変化すべき電圧が変化せず、
この電圧の変化がなかった状態を検出してスイッチのオ
ン・オフを判定するようにしたのでスイッチのオン・オ
フを所定のパルス幅を有するパルス信号でもって制御す
ることができ、判定手段へのノイズ成分に対して強く、
ノイズ成分による誤動作を防止することができ、またス
イッチの感度特性も極めて良好となる。

また、パルス信号のパルス幅は、ディジタル回路にとっ
て、その精度を高（設定することができるので、きめ細
かな制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタッチスイッチを示した回路構成図、第
２図、第３図は、この発明の一実施例を示し、第２図は
電子式腕時計のタッチスイッチ装置を示した回路構成図
、第３図は各種信号のタイミングチャート、第４図、第
５図はこの発明の他の実施例を示し、第４図は第２図と
同様、本発明によるタッチスイッチ装置の回路構成図、
第５図は各種信号のタイミングチャートである。 １２Ａ、１２Ｂ 、ｓ１〜Ｓ ｎ−−−−−−タッチ電
極、１４２０・・・・・・インバータ、１５，２３・・
・・・・抵抗、１６゜１９・・・・・・パルス発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数のタッチ電極と、この複数のタッチ電極からの
   信号が夫々入力される複数のトランスミッションゲート
   からなるスイッチ手段と、このスイッチ手段夫々の出力
   の一括接続点に結合される抵抗成分と、前記スイッチ手
   段夫々に時分割でスイッチＯＮ信号を供給するＯＮ信号
   発生手段と、このＯＮ信号発生手段から出力されるＯＮ
   信号夫々に同期させて一定周期のパルス信号を前記一括
   接続点に供給するパルス発生手段と、このパルス発生手
   段からのパルス信号によって前記一定周期で出力が反転
   するＣＭＯＳインバータと、このＣＭＯＳインバータの
   前記一定周期毎の出力反転の有無を前記ＯＮ信号に同期
   させて検出するために前記複数のタッチ電極夫々に対応
   して設けられた検出手段とを備え、この検出手段からの
   検出出力を前記複数のタッチ電極のスイッチ信号として
   取り出すことを特徴とするタッチスイッチ装置。