JPS63502540A - 近接検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 近接検出装置 本発明は近接検出装置に関するものであり、とくに容量型検出装置に関するもの である。

人または物体の近接を検出する従来の装置は、それの動作原理として発振器の周 波数を変化させる検出部品の容量変化を利用し、その周波数変化の検出を人また は物体の存在を示すものとして利用している。

そのような周波数依存装置は、とくに、小型化が要求され、かつ環境が影響を及 ぼし、検出を希望している物体ではない物体が周波数検出を妨害して、望ましく ない偽の結果を発生するような状況において応用が限られている。

これは、プラスチックまたはガラスが上を覆っているキーボード等に用いられて いるスイッチまたはキーのような容量型検出装置の場合であることが見出されて いる。

上にかぶせると、着色、湿気、塵、指の脂が存在すると発振周波数に影響して、 検出が不正確になることが知られている。

上記諸欠点を解消する努力において、本発明はとくに適する容量センサ、および 人の近接、（または他の容量性物体）、により引起される微分された信号の変化 の検出、およびとくに、本発明の容量センサの上のガラスまたはプラスチックを 通じての人の指の正確な検出を行うものである。

何個かのセンサを必要とするキーボードの場合には、本発明は微分された信号お よびそれのどのような変化に対してもセンサを走査する方法を更に提供するもの である。これは走査回路からの妨害を最少限にする。

微分された信号およびその信号のどのような変化の検出も、カバー板、塵、湿気 等からの環境による擾乱が微分された信号に及ぼす影響が最小である、または全 くないという点で、周波数変化の検出よりも有利であることが見出されている。

とくに適する容量センサは、外側領域と中央極板を有する平型コンデンサを有す る。その平型コンデンサはプリント回路板に直接エツチングすることが好ましく 、そうすると装置が小型となり、コストが低減される。

近接の部品としてのコンデンサを適切に機能させるために、中央極板の寸法が外 側領域と中央極板の間の所要の誘電体距離に影響を及ぼすことが見出されている 。１本の指の面積の中央極板の場合には、中央極板の寸法と誘電体距離の比が１ ７３であることが好ましい。中央極板が２本の指に相当する面積の場合には、そ の比は２／３が好ましい。

平型コンデンサの構成は、外側領域と中央極板の間の誘電体の外縁部と中央極板 の外縁部の間の比は約２．１であることが決定されている。

平型コンデンサの中央極板の裏面にトランジスタと、そのトランジスタのバイア ス抵抗が、駆動信号の電子的微分器として動作するような構成で接続される。そ のトランジスタはバイポーラ型であることが好ましい。中央極板の裏面へ接続す ることにより、ユーザーの指を妨害なしにセンサへ接近させることができ、使用 できる大きさの信号を得るために極板にできるだけ接近させながら、電気的妨害 を最小にするから、その構成は好ましい。指によるノイズが生ずることなしに出 力を最大にするために利得が設定される。（指ノイズは５０Ｈｚの振動であ外部 で発生された駆動信号は平型コンデンサの外側領域へ与えることが好ましく中央 極板によりピックアップされることが好ましい。駆動信号は前縁部が鋭いパルス であることが必要で、方形波パルスであることが好ましい。ＣＭＯＳ駆動回路が 適当な質のパルスを生ずることが判明している。

その回路は電子的微分器として機能するから、方形波入力が与えられると、トラ ンジスタのコレクタに鋭いスパイクの対応する出力が生ずる。

そのスパイクの振幅の変化の検出はユーザーの存在を決定する手段である。

平型コンデンサの上側のガラスまたはプラスチックを通じてユーザーの指が存在 すると、中央極板による駆動パルスの検出が妨害される。指はコンデンサの第３ の極板として機能して駆動パルスのいくらかを吸収し、それによりトランジスタ の出力端子からくるスパイクの振幅を減少させるものと考えられている。ガラス またはプラスチック上の指は平型コンデンサの容量に匹敵する容量をなるべく持 つべきであり、容量がほぼ同じであるとスパイクの振幅に約２５％の変化が観察 されることが判明している。

微分された信号（スパイク信号）の変化の検出は、微分された信号を、なるべく 増幅してから、比較器回路において基準信号と比較することにより行われる。

比較器回路は処理回路の一部である。その処理回路は、マイクロプロセッサへ接 続された演算増幅器／フィルタ回路を一般に有する。マイクロプロセッサは方形 波駆動パルスを発生し、それらのパルスの平型コンデンサセンサへの供給を制御 する。

比較器の基準信号は、最初は、センサ上に指が無い時に第１の方形波パルスの微 分から得られる。

基準は常に監視され、マイクロプロセッサにより再設定される。マイクロプロセ ッサ内の論理が微分されたピークレベルを読取って、それが予測範囲内であるか どうかを判定する。

スパイク処理回路はスパイクを標本化し、背景ノイズを除去する別の目的も果す 。

いくつかの容量型検出センサを有するキーボード構成においては、各センサを切 換えて、キーボードの全体のマトリックスを走査するために、マイクロプロセッ サにより制御されるマルチプレクサが設けられる。

各トランジスタの直流レベルは（製造特性および抵抗バイアスのために）僅かに 異なるから、各トランジスタのレベルがマルチプレクサにより切換えられると、 一連の縁部が発生される。それらの縁部は検出すべき必要力やあるスパイクを圧 倒するスパイクを発生することがある。

これを解決するために、マイクロプロセッサの制御の下にスパイク処理回路によ り窓が設けられる。

その窓は、マイクロプロセッサにより駆動されるバッファまたはラッチチップか らのような論理信号である。

それは、マイクロプロセッサがあるセンサへ切換えるまで、そのセンサからの信 号の受信を阻止する。このようにしてスイッチングに伴う望ましくないスパイク は処理されない。

好ましい動作モードにおいては、スイッチングが行われて、窓が開かれた後まで 駆動パルスは起動されない。

全体の処理はキー当り約５０マイクロ秒の期間を要することが見出されている。

その時間は検出のために十分である。

マイクロプロセッサはキーキャラクタまたはキャラクタ・ストリングおよびキー 弾ねかえり防止の別の機能を行う。それは、センサキーに指が接近したことに伴 う望ましくないしきい値発振の除去である。

以上の説明から、キーボード（平型コンデンサ、微分器、マルチプレクサ）およ びマイクロプロセッサと支持回路（増幅器／フィルタを含むスパイク処理回路） が、消費者接近キーボードのような用途におけるキーボードとしての近接装置の 動作のために必要である。

キーボードは残りの装置の別々の部分とすることができる。それはケーブルによ りマイクロプロセッサ回路へ接続され、それによりこの装置の可能な用途を拡張 する。

図面を参照して本発明の１つの好適な実施例について更に説明する。

第１図は印刷された平型コンデンサの配置略図（黒くした部分は印刷回路板上の 鋼部である）、第２図は平型コンデンサとバイポーラトランジスタおよび抵抗を 含む微分器センサの側面図、第３ａ図はセンサ回路（図示を明確にするために、 第２図の微分器のトランジスタと抵抗は外部に示しである）、 第３ｂ図は第３ａ図の回路の等価回路、第４図はマルチプレクサ回路への接続を 示すキーボードセンサ回路（センサ４個）、 第５図は窓およびクロック（全てマイクロプロセッサにより発生される）の時間 に対する関係における方形波パルスのグラフ的表現、 第６図はスパイク処理回路である。

第１図、第２図、第３ａ図および第３ｂ図を参照して、印刷回路板上にエツチン グされた平型コンデンサ１はバイポーラトランジスタ２と、バイアス抵抗３を有 する。

そのトランジスタと抵抗はうしろから中央極板１ａへ接続される。

外側領域１ａで受けた方形波が中央極板によりピックアップされ、回路により微 分されて、トランジスタ４のコレクタにスパイク信号出力を生ずる。

第４図を参照して、アナログマルチプレクサ５が、４個のセンサより成るキーボ ードアレイ６へ接続されているのが示されている。マルチプレクサはマイクロプ ロセッサ（図示せず）により制御されて、各キーボードへ切換えることによりキ ーボードを常に走査する。マイクロプロセッサ（図示せず）からのクロックパル スにより駆動されるカウンタ７が走査を調整するために用いられる。

先に述べたように、マイクロプロセッサはキーキャラクタ出力およびキー弾ねか えり防止のために用いられる。

次に第４図、第５図および第６図を参照して、マルチプレクサが特定のセンサへ 切換えられた後でのみ、方形波駆動信号がマイクロプロセッサから平型コンデン サへ送られる。第６図に示されているスパイク処理回路がマイクロプロセッサか らのソフトウェア制御の下にそれの機能を果す。

マイクロプロセッサのソフトウェアは窓８を開く。その窓はバッファまたは保持 チップであって、信号が処理回路へ与えられることを許す。

この処理の図形的表現が第５図に示されている。駆動パルスの前縁部（第５図に は明確にするために協調されている）が検出されたスパイク信号を与える。

スパイク信号は、図示のように、第６図の回路の１番上の部分に増幅器９により 示されている。そのスパイク信号は回路の下側部分から、演算増幅器が比較器と して機能する結合点１０において、回路の下側部分からの基準信号と比較される 。回路第６図の下側部分はマイクロプロセッサから基準信号を発生する。先に説 明したように、マイクロプロセッサは装置のスイッチオンの時にその信号を用い る。

浄書（内容に変更なし） １ｆ　イｊ！５　ｔ−）［］ｙ各 浄書（内容に変更なし） ゛　マイクロ７°ｏｔクアカ゛５ タイミシク“関イゑ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１カ昭和　６２年　８　月　１ ８８ ＊：’ＦＪ’？！’ｇ　／Ｊ１，１１おえい　喝１、　特許出願の表示　６″／ −！′／″：９″８ＰＣＴ／ＡＵ　８６１０００４３ ２、発明の名称 近接検出装置 ３、特許出願人 住　所　オーストラリア連邦ウェスターン　オーストラリア州、サビアコ、ヘイ 　ストリート　３９、レベル　２名　称　インチレフト　エレクトロニクス　リ ミテッド４、代理人 （郵便番号１００） 東京都千代田区丸の白玉丁目２番３号 〔電話東京（２１１）２３２１大代表〕５、　補正書の提出年月日 １９８７年４月２４日 ６、　添付書類の目録 （１）　補正書の翻訳文　１　通 請求の範囲 １．　中央領域と外側領域を有する平型コンデンサを含むセンサと、前記コンデ ンサに組合わされて、少くとも１つの段状の縁部を有する駆動入力パルスからス パイク状出力パルスを形成する微分器手段と、前記スパイク状出力パルスを、前 記センサの近くに物体が存在していないか、前記センサに接触している物体が無 いことを示す基準と比較して、その近接物体がそのように配置されているかどう かを判定する比較器手段とを備える近接検出装置。

２、　請求の範囲第１項記載の近接検出装置であって、平型コンデンサの中央領 域の寸法は誘電体距離または前記中央極板と前記外側領域の間の誘電体距離を決 定し、平型コンデンサの容量は人の指の容量に匹敵する近接検出装置。

３、　中央領域と、誘電体領域により分離された外側領域とを備え、誘電体領域 の縁部と中央領域の縁部の比は約２二１である、近接検出装置に用いる平型コン デンサ。

４、　請求の範囲第３項記載の近接検出装置であって、前記平型コンデンサの前 記中央領域と前記外側領域はほぼ同じ平面内の中央極板および外側領域極板であ る近接検出装置。

５、請求の範囲第１項記載の近接検出装置であって、前記微分器手段は、トラン ジスタと、このトランジスタをバイアスする抵抗へ接続された前記平型コンデン サを備える近接検出装置。

６、　請求の範囲第５項記載の近接検出装置であって、前記平型コンデンサは印 刷回路板にエツチングされ、前記トランジスタの入力端子と抵抗は、前記印刷回 路板の裏面から前記平型コンデンサの１つの前記領域へ接続される近接検出装置 。

７、トランジスタと抵抗へ接続されて微分器を形成する平型コンデンサを備え、 この微分器からの第１の出力は近接物体が存在しないことを示すものとして参照 され、以後の出力は第１の出力と比較されて、以後の出力が第１の出力とほぼ同 じである時は基準を設定し、または、以後の出力が基準から大幅に変えられた時 に近接物体の存在を示す容量型近接検出装置。

８、トランジスタと抵抗へ接続されて微分器を形成する１個またはそれ以上の平 型コンデンサと、比較器手段と、各微分器を比較器手段へ接続するようにされた スイッチング手段とを備え、良く整えられた前縁部を有する駆動パルスが、スイ ッチング手段がそれのスイッチング運動を終った後でのみ、微分器を通って比較 器手段へ行くことを許されることを特徴とする容量型検出装置。

手続補正書坊式）＠ ？ 昭和６３年各月７日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．外側領域と、中央極板と、前記外側領域と前記中央極板の間の誘電体距離と を備え、中央領域の寸法は誘電体距離を決定し、平型コンデンサの容量は人の指 の容量に匹敵する近接検出装置に用いる平型コンデンサ。
2. ２．中央領域と、誘電体領域により分離された外側領域とを備え、誘電体領域の 縁部と中央領域の縁部の比は約２：１である、近接検出装置に用いる平型コンデ ンサ。
3. ３．中央領域と外側領域を有する平型コンデンサを含むセンサと、前記コンデン サに組合わされて、少くとも１つの段状の縁部を有する駆動入力パルスからスパ イク状出力パルスを形成する微分器手段と、前記スパイク状出力パルスを、前記 センサの近くに物体が存在していないか、前記センサに接触している物体が無い ことを示す基準と比較して、その近接物体がそのように配置されているかどうか を判定する比較器手段とを備える近接検出装置。
4. ４．コンデンサと、トランジスタと、このトランジスタをバイアスする抵抗とを 備え、コンデンサは中央極板を有し、その中央極板はある距離において外側領域 極板により、中央極板とほぼ同じ平面内で囲まれる、近接検出装置に使用する微 分器。
5. ５．平型コンデンサと、トランジスタと、このトランジスタをバイアスする抵抗 とを備え、平型コンデンサは印刷回路板上にエッチングされ、その平型コンデン サは中央極板と、周囲の外側領域とを有し、トランジスタの入力端子と抵抗は印 刷回路板の裏面から１つの極板へ接続される、近接検出装置に使用する微分器。
6. ６．トランジスタと抵抗へ接続されて微分器を形成する平型コンデンサを備え、 この微分器からの第１の出力は近接物体が存在しないことを示すものとして参照 され、以後の出力は第１の出力と比較されて、以後の出力が第１の出力とほぼ同 じである時は基準を設定し、または、以後の出力が基準から大幅に変えられた時 に近接物体の存在を示す容量型近接検出装置。
7. ７．トランジスタと抵抗へ接続されて微分器を形成する少くとも平型コンデンサ と、比較器手段と、各微分器を比較器手段へ接続するようにされたスイッチング 手段とを備え、良く整えられた前縁部を有する駆動パルスが、スイッチング手段 がそれのスイッチング運動を終った後でのみ、微分器を通って比較器手段へ行く ことを許されることを特徴とする容量型検出装置。