WO2022209477A1 - 操作検出装置 - Google Patents

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友哉 佐々木
祥太郎 朝倉
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アルプスアルパイン株式会社
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H03K17/96—Touch switches

Definitions

  • the present invention relates to an operation detection device.
  • a control device for controlling a display device including a plurality of gate lines and a plurality of common electrodes shared for image display and touch detection, the first acquisition unit acquiring a specific frequency to be avoided; a second acquisition unit that acquires the drive frequency of the gate signal supplied to the plurality of gate lines; a change unit that changes the drive frequency when the acquired specific frequency and the drive frequency satisfy a change condition;
  • the conventional control device does not describe in what period the drive frequency is changed. If the drive frequency is changed during the period in which the presence or absence of an operation is detected based on capacitance as in touch detection, there is a risk that the detection accuracy will decrease due to changes in the characteristics of the detection circuit.
  • the detection of the frequency that should be avoided is also detected in the same way as the determination of the presence or absence of operation. It is necessary to reduce the influence of such noise in order to implement it in the device.
  • the detection device may erroneously determine that a touch has been performed when noise is picked up.
  • the object is to reduce the influence of noise and provide an operation detection device with high detection accuracy.
  • An operation detection device includes an electrostatic sensor, a drive circuit that outputs a drive signal to the electrostatic sensor in order to detect an operator's operation on the electrostatic sensor, and an output of the electrostatic sensor. a control unit that determines whether or not the operation is performed based on the value and controls the drive waveform of the drive signal, wherein the control unit includes a detection period during which the operation is detected and a non-detection period during which the operation is not detected.
  • the drive waveform is controlled with a period of a predetermined period including a detection period, the drive waveform has a shape based on a periodic function that repeats a constant pattern throughout the period, and the control unit controls the The phase of the drive signal during the detection period is changed by controlling the characteristics of the drive waveform.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of an operation detection device 100;
  • 4A and 4B are diagrams showing an example of an output waveform of a detection circuit 121 and a detection value of a control section 130 during a sensing period;
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a change over time of a detected value change ⁇ AD in a state where an operator does not perform an operation and there is noise;
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a composite wave obtained by superimposing a drive signal for an electrostatic sensor and noise having a frequency close to the frequency of the drive signal; 7 is a diagram showing an example of detection values obtained by the composite wave shown in FIG. 6;
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a method for identifying noise having a frequency close to the drive frequency of the drive signal;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of detection values obtained by a composite wave of a drive signal and noise; It is a figure explaining an example of the relationship between the phase difference of a drive signal and noise, and a synthetic wave. It is a figure explaining an example of the method of shifting the phase difference of noise.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a period (frequency change period) during which frequency hopping is performed in a sensing cycle
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the effect of randomly changing the phase difference between a drive signal and noise by frequency hopping
  • It is a figure explaining an example of the adjustment method of the phase difference by a modification.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an operation detection device 100 according to an embodiment.
  • the operation detection device 100 is mounted on a vehicle as an example, and an electrostatic sensor 110 is mounted inside.
  • the operation detection device 100 detects whether the driver's hand H is touching the electrostatic sensor 110 . Determining whether or not the driver's hand H is touching the electrostatic sensor 110 is determining whether or not the driver has operated the operation detection device 100 .
  • the driver of the vehicle will be referred to as the operator of the operation detection device 100.
  • the operation detection device 100 is not limited to being incorporated into a vehicle.
  • the operation detection device 100 capable of determining whether or not the operator is touching an object provided with the electrostatic sensor 110 will be described below.
  • the operation of the operator to touch the object provided with the electrostatic sensor 110 is referred to as the operator's operation.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the operation detection device 100. As shown in FIG.
  • the operation detection device 100 includes an electrostatic sensor 110 , a circuit section 120 and a control section 130 .
  • the electrostatic sensor 110 has a capacitor Cs between the sensor electrode and GND potential.
  • a capacitor C1 corresponding to the hand H is connected to the electrostatic sensor 110 in order to show a state in which the operator performs an operation with the hand H.
  • the electrostatic sensor 110 is connected to the detection circuit 121 of the circuit section 120 .
  • the circuit section 120 has a detection circuit 121 and a drive circuit 122 .
  • the detection circuit 121 detects the capacitance of the electrostatic sensor 110 , performs filtering and amplification, and outputs the result to the control unit 130 .
  • the driving circuit 122 outputs to the electrostatic sensor 110 a driving waveform having a shape based on a periodic function, such as a sine wave or a rectangular wave, repeating a certain pattern over the entire period in a section having a period of a predetermined period.
  • a sinusoidal AC waveform is output, and an electrical signal obtained via the electrostatic sensor 110 is filtered and amplified in the detection circuit 121 .
  • the control unit 130 is realized by a microcomputer as an example.
  • a microcomputer is implemented by a computer including a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), an input/output interface, an internal bus, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the control unit 130 has an AD (Analog to Digital) conversion unit 131 and a counter 132 .
  • the AD conversion unit 131 and the counter 132 represent functions of the program executed by the control unit 130 as functional blocks.
  • the AD converter 131 converts the output of the detection circuit 121 into a digital value.
  • the output of the AD converter 131 is the capacitance detected by the electrostatic sensor 110 .
  • the counter 132 counts the amount of change ⁇ AD in the output of the AD conversion section 131 and outputs it as the amount of change ⁇ AD in the detected value.
  • the circuit unit 120 and the control unit 130 are realized by an IC (Integrated Circuit) chip as an example.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a sensing cycle.
  • a sensing cycle is a cycle in which the operation detection device 100 detects the capacitance of the electrostatic sensor 110, and is composed of a non-sensing period and a sensing period.
  • the non-sensing period is an example of a non-detection period
  • the sensing period is an example of a detection period.
  • a period of one sensing period is an example of a predetermined period including a detection period and a non-detection period.
  • the non-sensing period is, for example, a period during which detection values detected during the sensing period are processed.
  • one sensing period is 10 milliseconds (msec)
  • the non-sensing period is a predetermined period from the start of the period
  • the sensing period is the remaining period after the non-sensing period ends.
  • the operation detection device 100 detects the capacitance of the electrostatic sensor 110 during the sensing period and does not detect the capacitance during the non-sensing period.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the output waveform of the detection circuit 121 and the detection value of the control section 130 during the sensing period.
  • the output waveforms and detection values shown in FIG. 4 are in a state where the operator is not performing an operation (a state in which the operation detection device 100 is not detecting the operator's hand H or the like) and no noise.
  • the output waveforms of the detection circuit 121 are the same in a plurality of consecutive sensing periods, and the detection values generated by AD conversion by the control unit 130 are also constant. A constant detected value is thus obtained in the absence of noise.
  • the output waveform of the electrostatic IC 120 changes, and the detected value also changes.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the change over time of the change amount ⁇ AD of the detected value when the operator does not operate and there is noise.
  • the horizontal axis is time (seconds), and shows characteristics over 4 seconds as an example.
  • the vertical axis indicating the amount of change ⁇ AD indicates the threshold used by the control unit 130 to determine whether or not there is an operation. When the amount of change ⁇ AD becomes equal to or greater than the threshold, it is determined that an operation is being performed.
  • the characteristics shown in FIG. 5 will be described as those obtained in the operation detection device for comparison, not in the operation detection device 100 .
  • the operation detection device for comparison has an electrostatic sensor 110 and a circuit section 120 like the operation detection device 100 .
  • the noise is picked up by the electrostatic sensor 110, so the amount of change ⁇ AD in the detected value fluctuates.
  • the detected value change ⁇ AD becomes zero.
  • the noise frequency is close to the drive frequency of the drive signal, the detected value change ⁇ AD changes slowly at a pace of about 2 to 3 times per second as shown in FIG. In this way, if there is a change of about 2 to 3 times per second, the characteristics will be similar to the state in which the operator performed the operation in the absence of noise, so there is a risk of erroneously detecting that the operation has been performed. .
  • FIG. 6 is a diagram showing a composite wave in which the drive signal and noise are superimposed.
  • FIG. 6(C) shows the driving signal shown in FIG. 6(A) and the noise shown in FIG. 6(B) superimposed on each other. Modulation) Makes the waveform look like it has been modulated.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of detection values obtained by the composite wave shown in FIG. A composite wave is obtained as an output waveform of the detection circuit 121 .
  • the detection value obtained from the combined wave of the drive signal and noise changes sinusoidally with the passage of time. If there is noise even if the operator does not perform an operation, the noise is picked up by the electrostatic sensor 110, so the detected value change ⁇ AD fluctuates, for example, as shown in FIG. In this way, when the amount of change ⁇ AD in the detected value fluctuates at relatively large time intervals, there is a risk of erroneously detecting that an operation has been performed.
  • the drive signal and noise can be distinguished from noise inside the circuit unit 120 and removed by a filter or the like.
  • noise having a frequency close to the drive frequency of the drive signal of the drive circuit 122 exists, it is impossible to remove the noise. difficult.
  • the operation detection device 100 of the embodiment when noise having a frequency close to the drive frequency of the drive signal is generated, the detection value obtained in the sensing period of the sensing period cannot be generated by human operation. By changing the pattern, it is possible to distinguish between the detection value based only on human operation and the synthetic wave containing noise having a frequency close to the drive frequency of the drive signal.
  • FIG. 8 is a diagram explaining an example of a method of distinguishing noise having a frequency close to the drive frequency of the drive signal.
  • FIG. 8A shows the same waveform as the time change of the detected value change ⁇ AD shown in FIG.
  • the time change of the detected value change ⁇ AD shown in FIG. 8(A) is obtained when the operator does not perform any operation and there is noise of a frequency very close to the drive frequency of the drive signal. be.
  • the horizontal axis is time (milliseconds), and the change ⁇ AD changes randomly every 10 milliseconds.
  • the operation detection device 100 of the embodiment determines whether or not the change amount ⁇ AD is possible due to human operation, and thus changes the change amount ⁇ AD due to noise as a change in the change amount ⁇ AD due to human operation. discern.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of detection values obtained by a composite wave of a drive signal and noise.
  • a composite wave is obtained as an output waveform of the detection circuit 121 .
  • the detected value is the same as in FIG. 8(B).
  • the amount of change ⁇ AD in the detection value fluctuates randomly. In this way, the change ⁇ AD that randomly fluctuates with a period of several tens of milliseconds or less cannot be realized by human operation, so it can be identified that the change ⁇ AD is due to noise. .
  • FIG. 10 is a diagram explaining an example of the relationship between the phase difference of the drive signal and noise and the composite wave.
  • the composite wave shown in FIG. 10 is the same as the composite wave shown in FIG. In FIG. 10, the composite wave is shown on the upper side, and the waveforms and phase differences of the drive signal and noise are shown on the lower side.
  • the phase difference of noise with respect to the driving signal is 135 degrees, -160 degrees, -15 degrees, -180 degrees, -160 degrees, 120 degrees, -180 degrees, 15 degrees, 135 degrees, - 160 degrees and 20 degrees. If the phase difference of the noise with respect to the driving signal can be randomly shifted in this way, the synthetic wave of the driving signal and the noise can be changed randomly for each sensing period, and the amount of change ⁇ AD can be changed randomly. can be done.
  • FIG. 11 is a diagram explaining an example of a method of shifting the phase difference of noise with respect to the drive signal.
  • FIG. 11 shows an example of waveforms of the drive signal and noise output by the circuit unit 120 of the operation detection device 100 .
  • the drive frequency of the drive signal is temporarily changed by frequency hopping.
  • the drive frequency of the drive signal is temporarily changed to a different frequency by frequency hopping.
  • the drive frequency of the drive signal is changed to a different frequency by frequency hopping from time t1 to period T1.
  • the noise frequency does not change.
  • the driving signal and the noise are out of phase.
  • the drive frequency of the drive signal is returned to the original frequency.
  • the drive frequency of the drive signal can be changed in this way. Since the drive circuit 122 can change only the frequency without changing the amplitude, distortion is unlikely to occur, and the influence of deterioration of radiation noise when changing the frequency is slight. At times t1 and t2, the frequency can be changed while maintaining the continuity of the waveform of the driving signal.
  • the driving frequency of the driving signal before frequency hopping and the frequency of noise may be hopped to a frequency different from that of the noise, so the same effect can be obtained at any frequency.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a period (frequency change period) during which frequency hopping is performed in a sensing cycle.
  • the control unit 130 AD-converts the output of the detection circuit 121 in the sensing period of the sensing period, and calculates the change amount ⁇ AD of the detection value. Therefore, the phase difference between the drive signal and the noise should be shifted during the sensing period. Since the sensing period is a period for calculating the amount of change ⁇ AD, it is not preferable to perform frequency hopping within the sensing period.
  • frequency hopping is performed during the non-sensing period. In this way, it is possible to shift the phase difference between the drive signal and noise during the sensing period, and since there is no change in the waveform of the drive signal during the sensing period, it is possible to change the detected value by changing the drive frequency. ⁇ AD is not affected.
  • the operation detection device 100 performs frequency hopping within the non-sensing period in each sensing cycle, for example, so that the phase difference between the drive signal and the noise changes randomly within the sensing period in each sensing cycle.
  • the phase difference between the drive signal and the noise can be changed randomly as shown in FIG. 10, which cannot be realized by human operation.
  • the detected value ⁇ AD can be changed quickly and randomly.
  • the frequency change period for changing the frequency in frequency hopping within the non-sensing period may be set as follows.
  • the phase difference between the driving signal and the noise at time t1 in FIG. 11 immediately before frequency hopping may be adjusted within the range of 0 degrees to 360 degrees.
  • the phase difference between the drive signal and noise at the end of the frequency change period and the sensing period start Although it is strictly different from the phase difference between the driving signal and the noise at the point in time, the frequency difference between the driving signal and the noise is so small that it can be ignored.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the effect of randomly changing the phase difference between the drive signal and noise by frequency hopping.
  • FIG. 13A shows the change ⁇ AD of the detected value when the frequency hopping of the drive signal is not performed for comparison.
  • the amount of change ⁇ AD is ⁇ 1500 in count value.
  • FIG. 13(B) shows the amount of change ⁇ AD in the detected value when frequency hopping of the drive signal is performed. It can be seen that the amount of change ⁇ AD changes randomly and frequently. Since such a quick random change cannot be realized by human operation, it is possible to determine that the change amount ⁇ AD has changed due to noise.
  • the amount of change ⁇ AD is a count value of ⁇ 1500.
  • the phase difference between the drive signal and noise is changed randomly at a pace of several tens of milliseconds or less during the sensing period following the non-sensing period.
  • the change amount ⁇ AD of the detection value changes due to human operation
  • the number of changes is several times per second at most, and the change amount ⁇ AD does not change quickly and randomly. Therefore, based on the change in the detected value change ⁇ AD, the change in the change ⁇ AD due to noise and the change in the change ⁇ AD due to human operation can be discriminated and detected.
  • the influence of noise can be reduced by changing the drive frequency of the drive signal over the entire period (frequency hopping).
  • control unit 130 changes the frequency of the drive waveform of the drive signal during the non-sensing period, it is possible to change the phase difference between the drive signal and noise during the sensing period.
  • frequency hopping is performed to change the frequency during the non-sensing period, the frequency of the drive signal is constant during the sensing period, and the waveform of the drive signal during the sensing period does not change. no impact.
  • control unit 130 randomly changes the frequency of the drive signal in the non-sensing period for each sensing cycle, the change ⁇ AD of the detection value changes randomly, and the change ⁇ AD of the detection value due to human operation changes. becomes easier to distinguish. As a result, the influence of noise can be reduced, and the operation detection device 100 with higher detection accuracy can be provided.
  • control unit 130 controls the level at which it can be determined that the change in the detection value ⁇ AD during the sensing period is a change due to noise, which is generated for determining whether or not there is an operation based on the output value of the electrostatic sensor 110 . Since the drive frequency of the drive signal in the non-sensing period is changed so as to cause a change, the change in the detection value change ⁇ AD due to noise and the change in the detection value ⁇ AD due to human operation can be reliably distinguished. can be done. As a result, the influence of noise can be reduced, and the operation detection device 100 with even higher detection accuracy can be provided.
  • the change in the level that can be determined as the change in the detected value ⁇ AD due to noise is the change in the detected value change ⁇ AD at a speed that cannot be realized by human operation, the change in the detected value due to noise does not occur.
  • a change in the amount of change ⁇ AD can be discerned more reliably. As a result, the influence of noise can be reduced, and the operation detection device 100 with extremely high detection accuracy can be provided.
  • control unit 130 adjusts the phase difference between the drive signal and the noise at the start point of the sensing period within the range of 0 degrees to 360 degrees, the phase difference between the drive signal and the noise at the start point of the sensing period can be reliably adjusted. can be adjusted.
  • a condition (predetermined condition) for performing frequency hopping may be provided in the output value of the electrostatic sensor 110 .
  • the output value of the electrostatic sensor 110 will be of a very large level.
  • Frequency hopping may be performed to prepare for the sensing period when the controller 130 detects that it exhibits intermittent noise.
  • the phase difference between the noise and the drive signal can be adjusted, and the change in the detection value ⁇ AD due to noise and the human It is possible to more efficiently and reliably distinguish between the change in the detected value due to the operation and the change in ⁇ AD.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a phase difference adjustment method according to a modification.
  • the sensing period is 10 milliseconds
  • the non-sensing period is a predetermined period from the start of the period
  • the sensing period is the remaining period after the non-sensing period ends.
  • the drive signal drives only during the sensing period.
  • a phase difference between noise and the drive signal can be adjusted by providing a timing adjustment period at the beginning of the sensing period and adjusting the timing to start driving the drive signal. For example, by changing the length of the timing adjustment period for each sensing cycle, when noise is detected, the amount of change ⁇ AD in the detected value can be changed quickly and randomly. As a result, it is possible to reliably distinguish between the change in the detection value ⁇ AD due to noise and the change in the detection value ⁇ AD due to human operation. As a result, the influence of noise can be reduced, and the operation detection device 100 with high detection accuracy can be provided.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 operation detection device 110 electrostatic sensor 120 circuit section 121 detection circuit 122 drive circuit 130 control section

Abstract

ノイズの影響を低減し、検出精度の高い操作検出装置を提供する。　操作検出装置は、静電センサと、前記静電センサに対する操作者の操作を検出するために前記静電センサに駆動信号を出力する駆動回路と、前記静電センサの出力値に基づき前記操作の有無を判断するとともに、前記駆動信号の駆動波形を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記操作の検出を行う検出期間と、前記操作の検出を行わない非検出期間とを含む所定期間を周期として前記駆動波形を制御し、前記駆動波形は前記周期の全体にわたって一定のパターンを繰り返す周期関数に基づく形状であり、前記制御部は、前記非検出期間における前記駆動波形の特性を制御することで前記検出期間における前記駆動信号の位相を変更する。

Description

操作検出装置
　本発明は、操作検出装置に関する。
　従来より、複数のゲート線と、画像表示およびタッチ検出に共用される複数の共通電極とを備える表示装置を制御する制御装置であって、回避すべき特定周波数を取得する第１取得部と、前記複数のゲート線に供給されるゲート信号の駆動周波数を取得する第２取得部と、取得された前記特定周波数と前記駆動周波数が変更条件を満たす場合、前記駆動周波数を変更する変更部と、を備えることを特徴とする制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０２０－１５８５２４号
　ところで、従来の制御装置については、どのような期間に駆動周波数を変更するのかについては記載されていない。タッチ検出のように静電容量に基づいて操作の有無を検出する期間に駆動周波数を変更すると、検出回路の特性が変化する事で検出精度が低下するおそれがある。
　また、静電容量に基づいて操作の有無を検出する装置では、駆動周波数と比較的近い回避すべき周波数のノイズがある場合、かつ回避すべき周波数の検知についても操作有無の判断と同様に検出装置で実現するためには、このようなノイズの影響を低減することが必要になる。しかし、ノイズに基づく検出値と、タッチに基づく検出値とが類似している場合には、検出装置はノイズを拾ったときにタッチが行われたと誤判定してしまう可能性がある。
　そこで、ノイズの影響を低減し、検出精度の高い操作検出装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態の操作検出装置は、静電センサと、前記静電センサに対する操作者の操作を検出するために前記静電センサに駆動信号を出力する駆動回路と、前記静電センサの出力値に基づき前記操作の有無を判断するとともに、前記駆動信号の駆動波形を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記操作の検出を行う検出期間と、前記操作の検出を行わない非検出期間とを含む所定期間を周期として前記駆動波形を制御し、前記駆動波形は前記周期の全体にわたって一定のパターンを繰り返す周期関数に基づく形状であり、前記制御部は、前記非検出期間における前記駆動波形の特性を制御することで前記検出期間における前記駆動信号の位相を変更する。
　ノイズの影響を低減し、検出精度の高い操作検出装置を提供することができる。
実施形態の操作検出装置１００の一例を示す図である。 操作検出装置１００の構成の一例を示す図である。 センシング周期の一例を示す図である。 センシング期間における検出回路１２１の出力波形と、制御部１３０の検出値との一例を示す図である。 操作者が操作を行っていなくてノイズがある状態における検出値の変化分ΔＡＤの時間変化の一例を示す図である。 静電センサの駆動信号と駆動信号の周波数に近い周波数のノイズとを重畳した合成波の一例を示す図である。 図６に示す合成波によって得られる検出値の一例を示す図である。 駆動信号の駆動周波数に近い周波数を有するノイズを見分ける方法の一例を説明する図である。 駆動信号とノイズの合成波によって得られる検出値の一例を示す図である。 駆動信号及びノイズの位相差と合成波との関係の一例を説明する図である。 ノイズの位相差をずらす方法の一例を説明する図である。 センシング周期における周波数ホッピングを行う期間（周波数変更期間）の一例を説明する図である。 周波数ホッピングによって駆動信号とノイズの位相差をランダムに変化させた効果の一例を説明する図である。 変形例による位相差の調整方法の一例を説明する図である。
　以下、本発明の操作検出装置を適用した実施形態について説明する。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態の操作検出装置１００の一例を示す図である。図１に示すように、操作検出装置１００は、一例として車両に搭載され、内部に静電センサ１１０が実装されている。操作検出装置１００は、一例として運転者の手Ｈが静電センサ１１０に触れているかどうかを検出する。運転者の手Ｈが静電センサ１１０に触れているかどうかを判定することは、運転者による操作検出装置１００の操作の有無を判定することである。
　以下、一般化するために、車両の運転者を操作検出装置１００の操作者と称す。操作検出装置１００は、車両に組み込まれる用途に限定されない。以下では、静電センサ１１０が設けられた物体に操作者が触れているかどうかを判別可能な操作検出装置１００について説明する。静電センサ１１０が設けられた物体に操作者が触れることを操作者の操作と称す。
　図２は、操作検出装置１００の構成の一例を示す図である。操作検出装置１００は、静電センサ１１０、回路部１２０、及び制御部１３０を含む。
　静電センサ１１０は、センサ電極とＧＮＤ電位との間にコンデンサＣｓを有する。図２には、操作者が手Ｈで操作を行っている状態を示すため、静電センサ１１０に手Ｈに相当するコンデンサＣ１が接続されている。静電センサ１１０は回路部１２０の検出回路１２１に接続されている。
　回路部１２０は、検出回路１２１と駆動回路１２２とを有する。検出回路１２１は、静電センサ１１０の静電容量を検出し、フィルタリングや増幅を行って制御部１３０に出力する。駆動回路１２２は、所定期間を周期とする区間において正弦波や矩形波などの周期の全体にわたって一定のパターンを繰り返す周期関数に基づく形状を有する駆動波形を静電センサ１１０に出力する。一例として正弦波状の交流波形を出力し、静電センサ１１０を介して得られた電気信号に対して検出回路１２１においてフィルタリングや増幅を行う。
　制御部１３０は、一例としてマイクロコンピュータによって実現される。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。
　制御部１３０は、ＡＤ(Analog to Digital)変換部１３１とカウンタ１３２を有する。ＡＤ変換部１３１とカウンタ１３２は、制御部１３０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。
　ＡＤ変換部１３１は、検出回路１２１の出力をデジタル値に変換する。ＡＤ変換部１３１の出力は、静電センサ１１０の静電容量の検出値である。カウンタ１３２は、ＡＤ変換部１３１の出力の変化分ΔＡＤをカウントし、検出値の変化分ΔＡＤとして出力する。なお、回路部１２０と制御部１３０は、一例としてＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップで実現される。
　図３は、センシング周期の一例を示す図である。センシング周期は、操作検出装置１００が静電センサ１１０の静電容量を検出する周期であり、非センシング期間とセンシング期間とで構成される。非センシング期間は非検出期間の一例であり、センシング期間は検出期間の一例である。センシング周期の１周期の期間は、検出期間と非検出期間とを含む所定期間の一例である。非センシング期間は、一例としてセンシング期間中に検出した検出値の処理などを行う期間である。
　一例として、センシング周期の１周期は１０ミリ秒（ｍｓｅｃ）であり、非センシング期間は、周期開始からの所定の期間であり、センシング期間は非センシング期間が終わった後の残りの期間である。操作検出装置１００は、センシング期間に静電センサ１１０の静電容量を検出し、非センシング期間には静電容量を検出しない。
　図４は、センシング期間における検出回路１２１の出力波形と、制御部１３０の検出値との一例を示す図である。図４に示す出力波形と検出値は、操作者が操作を行っていない状態（操作検出装置１００が操作者の手Ｈ等を検出していない状態）で、ノイズも無い状態におけるものである。
　図４に示すように、連続する複数のセンシング期間における検出回路１２１の出力波形は等しく、制御部１３０がＡＤ変換して生成する検出値も一定になる。ノイズがない状態では、このように一定の検出値が得られる。操作者が操作を行うと、静電ＩＣ１２０の出力波形が変化し、検出値も変化する。
　図５は、操作者が操作を行っていなくてノイズがある状態における検出値の変化分ΔＡＤの時間変化の一例を示す図である。図５において横軸は時間（秒）であり、一例として４秒間にわたる特性を示す。変化分ΔＡＤを示す縦軸には制御部１３０が操作の有無の判定に用いる閾値を示す。変化分ΔＡＤが閾値以上になると操作が行われていると判定される。図５に示す特性は、操作検出装置１００ではなく比較用の操作検出装置において得られるものとして説明する。比較用の操作検出装置は操作検出装置１００と同様に静電センサ１１０及び回路部１２０を有する。
　ここでは、比較用の操作検出装置の近くにノイズ源があり、駆動回路１２２の駆動信号の駆動周波数とノイズの周波数は、静電センサ１１０及び検出回路１２１における静電容量の検出に影響を与えるほど非常に近い。
　操作者が操作を行っていなくてもノイズがある場合には、静電センサ１１０でノイズが拾われるため、検出値の変化分ΔＡＤは変動する。操作者が操作を行っていなくてノイズが存在しない状態では、検出値の変化分ΔＡＤはゼロになる。また、ノイズの周波数が駆動信号の駆動周波数に近いと、検出値の変化分ΔＡＤは、図５に示すように１秒間に２～３回程度のペースでゆっくりと変化する。このように、１秒間に２～３回程度の変化があると、ノイズが無い状態で操作者が操作を行った状態に類似した特性になるため、操作が行われたと誤検出するおそれがある。
　図６は、駆動信号とノイズを重畳した合成波を示す図である。図６（Ａ）に示す駆動信号と、図６（Ｂ）に示すノイズとを重ねて示すと図６（Ｃ）の通りであり、合成波は図６（Ｄ）に示すようにＡＭ(Amplitude Modulation)変調を行ったような波形になる。
　図７は、図６に示す合成波によって得られる検出値の一例を示す図である。合成波は、検出回路１２１の出力波形として得られる。図７に示すように、駆動信号とノイズの合成波から得られる検出値は、時間の経過に伴って正弦波状に変化する。操作者が操作を行っていなくてもノイズがある場合には、静電センサ１１０でノイズが拾われるため、検出値の変化分ΔＡＤは、例えば図７に示すように変動する。このように、比較的大きな時間間隔で検出値の変化分ΔＡＤが変動する場合には、操作が行われたと誤検出するおそれがある。
　回路部１２０の内部等で駆動信号とノイズとを区別してフィルタ等で除去できればよいが、駆動回路１２２の駆動信号の駆動周波数に近い周波数を有するノイズが存在する場合には、ノイズを取り除くことは難しい。
　そこで、実施形態の操作検出装置１００では、駆動信号の駆動周波数に近い周波数を有するノイズが生じた場合には、センシング周期のうちのセンシング期間において得られる検出値が、人間の操作では生じ得ないパターンで変化するようにすることにより、人間の操作のみに基づく検出値と、駆動信号の駆動周波数に近い周波数を有するノイズを含む合成波とを区別可能とする。
　図８は、駆動信号の駆動周波数に近い周波数を有するノイズを見分ける方法の一例を説明する図である。図８（Ａ）には、図７に示す検出値の変化分ΔＡＤの時間変化と同一の波形を示す。図８（Ａ）に示す検出値の変化分ΔＡＤの時間変化は、操作者が操作を行っていない状態で、駆動信号の駆動周波数に非常に近い周波数のノイズが存在するときに得られるものである。
　実施形態の操作検出装置１００では、駆動信号の駆動周波数に近い周波数を有するノイズが生じた場合には、一例として図８（Ｂ）に示すように検出値の変化分ΔＡＤがランダムに変化するようにする。図８（Ｂ）では、横軸は時間（ミリ秒）であり、１０ミリ秒毎に変化分ΔＡＤがランダムに変化する。
　このように、１０ミリ秒毎にランダムに変化する変化分ΔＡＤは、人間の操作では実現することができない。人間は手を素早く動かしても、１秒間に数回程度が限界である。このため、実施形態の操作検出装置１００は、人間の操作によって有り得る変化分ΔＡＤの変化であるかどうかを判定することによって、ノイズによる変化分ΔＡＤの変化を人間の操作による変化分ΔＡＤの変化と見分ける。
　図９は、駆動信号とノイズの合成波によって得られる検出値の一例を示す図である。合成波は、検出回路１２１の出力波形として得られる。検出値は図８(Ｂ)と等しい。図９に示すように駆動信号とノイズの合成波から得られる検出値が時間の経過に伴って変化する場合に、検出値の変化分ΔＡＤは、ランダムに変動する。このように、数１０ミリ秒以下のような周期でランダムに変動する変化分ΔＡＤは、人間の操作によっては実現することができないため、ノイズによる変化分ΔＡＤの変化であることを見分けることができる。
　図１０は、駆動信号及びノイズの位相差と合成波との関係の一例を説明する図である。図１０に示す合成波は、図９に示す合成波と等しい。図１０では上側に合成波を示し、下側に駆動信号及びノイズの波形と位相差を示す。
　駆動信号に対するノイズの位相差は、一例として１０ミリ秒毎に、１３５度、－１６０度、－１５度、－１８０度、－１６０度、１２０度、－１８０度、１５度、１３５度、－１６０度、２０度となっている。このように、駆動信号に対するノイズの位相差をランダムにずらすことができれば、駆動信号とノイズの合成波をセンシング期間ごとにランダムに異なるものとすることができ、変化分ΔＡＤをランダムに変化させることができる。
　図１１は、駆動信号に対するノイズの位相差をずらす方法の一例を説明する図である。図１１には、操作検出装置１００の回路部１２０が出力する駆動信号とノイズの波形の一例を示す。ここでは周波数ホッピングにより駆動信号の駆動周波数を一時的に変化させる。
　駆動信号の駆動周波数を周波数ホッピングによって一時的に異なる周波数に変更する。ここでは分かり易くするために、周波数ホッピングを行う直前の時刻ｔ１において、駆動信号とノイズの位相が揃っていることとする。時刻ｔ１から期間Ｔ１にわたって周波数ホッピングによって駆動信号の駆動周波数を異なる周波数に変更する。ノイズの周波数は変化しない。期間Ｔ１が終了する時刻ｔ２では駆動信号とノイズの位相がずれている。時刻ｔ２以降は駆動信号の駆動周波数を元の周波数に戻している。
　駆動回路１２２を制御することにより、このように駆動信号の駆動周波数を変化させることができる。駆動回路１２２は、振幅を変えずに周波数のみを変えることができるため、歪になりづらく、周波数を変化させる際の放射ノイズ悪化の影響は軽微である。時刻ｔ１、ｔ２では駆動信号の波形の連続性を保ちながら周波数を変化させることができる。
　なお、周波数ホッピングを行う前の駆動信号の駆動周波数、及び、ノイズの周波数と異なる周波数にホッピングさせればよいため、どのような周波数でも同様の効果が得られる。
　図１２は、センシング周期における周波数ホッピングを行う期間（周波数変更期間）の一例を説明する図である。制御部１３０は、センシング周期のうちのセンシング期間において検出回路１２１の出力をＡＤ変換し、検出値の変化分ΔＡＤを算出する。このため、センシング期間において駆動信号とノイズの位相差がずれるようにすればよい。センシング期間は変化分ΔＡＤを算出する期間であるため、周波数ホッピングをセンシング期間内に行うのは好ましくない。
　このため、図１２に示すように、非センシング期間内に周波数ホッピングを行う。このようにすれば、センシング期間における駆動信号とノイズの位相差をずらすことができるとともに、センシング期間内の駆動信号の波形には変更がないため、駆動周波数を変更する事によって検出値の変化分ΔＡＤに影響が生じることはない。
　このような考え方に基づき、操作検出装置１００は、一例としてセンシング周期毎に非センシング期間内で周波数ホッピングを行い、センシング周期毎にセンシング期間内で駆動信号とノイズの位相差がランダムに変化するようにする。
　このようにすれば、駆動信号の駆動周波数に近い周波数のノイズが生じた場合に、図１０に示すように駆動信号とノイズの位相差をランダムに変更することができ、人間の操作では実現できないように検出値ΔＡＤを素早くランダムに変化させることができる。
　このような検出値ΔＡＤの変化を検出することにより、ノイズによる変化分ΔＡＤの変化を人間の操作による変化分ΔＡＤの変化と見分けることができる。
　なお、非センシング期間内において周波数ホッピングにおいて周波数を変更する周波数変更期間は、次のように設定すればよい。周波数ホッピングの行う直前の図１１における時刻ｔ１における駆動信号とノイズの位相差を０度から３６０度の範囲内でずらすことのできる範囲で調整すればよい。
　なお、周波数変更期間が終了する時点と、センシング期間が開始する時点との間に期間がある場合には、周波数変更期間が終了する時点における駆動信号及びノイズの位相差と、センシング期間が開始する時点における駆動信号及びノイズの位相差とは厳密には異なるが、駆動信号とノイズの周波数の差はごく僅かであるため、無視できる程度である。
　図１３は、周波数ホッピングによって駆動信号とノイズの位相差をランダムに変化させた効果の一例を説明する図である。図１３（Ａ）には比較用に駆動信号の周波数ホッピングを行わない場合の検出値の変化分ΔＡＤを示す。変化分ΔＡＤはカウント値で±１５００である。
　図１３（Ｂ）には駆動信号の周波数ホッピングを行った場合の検出値の変化分ΔＡＤを示す。変化分ΔＡＤがランダムかつ頻繁に変化していることが分かる。人間の操作ではこのように素早くランダムな変化は実現できないため、ノイズによって変化分ΔＡＤが変化したことを判別することができる。なお、変化分ΔＡＤはカウント値で±１５００である。
　以上のように、非センシング期間において周波数ホッピングによって駆動信号の駆動周波数を変化させることにより、非センシング期間に続くセンシング期間において駆動信号とノイズの位相差を数１０ミリ秒以下のペースでランダムに変化させることができる。このように素早くランダムな変化は人間の操作では実現できないレベルである。また、人間の操作によって検出値の変化分ΔＡＤが変化した場合には、変化の回数は１秒間に多くても数回程度であり、変化分ΔＡＤの変化が素早くランダムになることはない。このため、検出値の変化分ΔＡＤの変化に基づいて、ノイズによる変化分ΔＡＤの変化と人間の操作による変化分ΔＡＤの変化とを判別して検出することができる。結果、ノイズによる変化分ΔＡＤが発生したと判別した際には、駆動信号の駆動周波数を全期間において変更（周波数ホッピング）することで、ノイズの影響を低減することが可能となる。
　したがって、ノイズの影響を低減し、検出精度の高い操作検出装置１００を提供することができる。
　また、制御部１３０は、非センシング期間における駆動信号の駆動波形の周波数を変化させるので、センシング期間における駆動信号とノイズとの位相差を変化させることができる。また、非センシング期間において周波数を変化させる周波数ホッピングを行うので、センシング期間では駆動信号の周波数は一定であり、センシング期間内の駆動信号の波形には変更がないため、検出値の変化分ΔＡＤに影響が生じることはない。
　また、制御部１３０は、センシング周期毎に非センシング期間における駆動信号の周波数をランダムに変化させるので、検出値の変化分ΔＡＤがランダムに変化し、人間の操作による検出値の変化分ΔＡＤの変化と見分けやすくなる。この結果、ノイズの影響を低減し、検出精度のより高い操作検出装置１００を提供することができる。
　また、制御部１３０は、静電センサ１１０の出力値に基づいて操作の有無を判断するために生成する検出値の変化分ΔＡＤのセンシング期間における変化がノイズによる変化であると判別可能なレベルの変化になるように、非センシング期間における駆動信号の駆動周波数を変化させるので、ノイズによる検出値の変化分ΔＡＤの変化と、人間の操作による検出値の変化分ΔＡＤの変化とを確実に見分けることができる。この結果、ノイズの影響を低減し、検出精度のさらに高い操作検出装置１００を提供することができる。
　また、ノイズによる検出値の変化分ΔＡＤの変化であると判別可能なレベルの変化は、人間の操作によって実現不能な速度での検出値の変化分ΔＡＤの変化であるので、ノイズによる検出値の変化分ΔＡＤの変化をより確実に見分けることができる。この結果、ノイズの影響を低減し、検出精度の非常に高い操作検出装置１００を提供することができる。
　また、制御部１３０は、センシング期間の始点における駆動信号とノイズとの位相差を０度から３６０度の範囲内で調整するので、センシング期間の始点における駆動信号とノイズとの位相差を確実に調整することができる。
　なお、周波数ホッピングを行うための条件（所定条件）を静電センサ１１０の出力値に設けてもよい。例えば、ノイズが常に発生している訳ではなく、連続的なノイズの発生前に非常に大きなレベルの断続的なノイズを発生する場合には、静電センサ１１０の出力値が非常に大きなレベルの断続的なノイズを表すことを制御部１３０が検出した場合に、周波数ホッピングを行って、センシング期間に備えてもよい。静電センサ１１０の出力値が周波数ホッピングを行うための所定条件を満たした場合に、ノイズと駆動信号の位相差を調整することができ、ノイズによる検出値の変化分ΔＡＤの変化と、人間の操作による検出値の変化分ΔＡＤの変化とをより効率的かつ確実に見分けることができる。
　また、以上では、静電センサ１１０に駆動信号を常に印加する形態について説明したが、このような形態に限られるものではない。静電センサ１１０に駆動信号を印加するのは、例えば断続的であってもよい。
　また、以上では、非センシング期間に周波数ホッピングを行うことによって、センシング期間内における駆動信号とノイズの位相差を調整する形態について説明したが、図１４に示すようにして位相差を調整してもよい。図１４は、変形例による位相差の調整方法の一例を説明する図である。
　図１４では、一例としてセンシング周期は１０ミリ秒であり、非センシング期間は、周期開始からの所定の期間であり、センシング期間は非センシング期間が終わった後の残りの期間である。ここでは駆動信号はセンシング期間においてのみ駆動する。
　非センシング期間からセンシング期間に切り替わってから駆動信号の駆動を開始する。センシング期間の最初にタイミング調整期間を設けて、駆動信号の駆動を開始するタイミングを調整することにより、ノイズと駆動信号の位相差を調整することができる。例えば、センシング周期毎にタイミング調整期間の長さを変えることにより、ノイズを検出した場合に、検出値の変化分ΔＡＤを素早くランダムに変化させることができる。これにより、ノイズによる検出値の変化分ΔＡＤの変化と、人間の操作による検出値の変化分ΔＡＤの変化と確実に見分けることができる。この結果、ノイズの影響を低減し、検出精度の高い操作検出装置１００を提供することができる。
　以上、本発明の例示的な実施形態の操作検出装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０２１年４月１日に出願した日本国特許出願２０２１－０６３１０４に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
　１００　操作検出装置
　１１０　静電センサ
　１２０　回路部
　１２１　検出回路
　１２２　駆動回路
　１３０　制御部

Claims (7)

  1. 　静電センサと、
    　前記静電センサに対する操作者の操作を検出するために前記静電センサに駆動信号を出力する駆動回路と、
    　前記静電センサの出力値に基づき前記操作の有無を判断するとともに、前記駆動信号の駆動波形を制御する制御部と
    　を含み、
    　前記制御部は、前記操作の検出を行う検出期間と、前記操作の検出を行わない非検出期間とを含む所定期間を周期として前記駆動波形を制御し、
    　前記駆動波形は前記周期の全体にわたって一定のパターンを繰り返す周期関数に基づく形状であり、
    　前記制御部は、前記非検出期間における前記駆動波形の特性を制御することで前記検出期間における前記駆動信号の位相を変更する、操作検出装置。
  2. 　前記制御部は、前記特性を制御することとして、前記非検出期間における前記駆動信号の周波数を変化させる、請求項１に記載の操作検出装置。
  3. 　前記制御部は、前記周期毎に前記非検出期間における前記駆動信号の周波数をランダムに変化させる、請求項２に記載の操作検出装置。
  4. 　前記制御部は、前記静電センサの出力値に基づいて前記操作の有無を判断するために生成する検出値の前記検出期間における変化がノイズによる変化であると判別可能なレベルの変化になるように、前記非検出期間における前記駆動信号の周波数を変化させる、請求項２又は３に記載の操作検出装置。
  5. 　前記ノイズによる変化であると判別可能なレベルの変化は、人間の操作によって実現不能な速度での前記検出値の変化である、請求項４に記載の操作検出装置。
  6. 　前記制御部は、前記静電センサの出力値が所定条件を満たした場合に、前記非検出期間における前記駆動信号の周波数を変化させる、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の操作検出装置。
  7. 　前記制御部は、前記検出期間の始点における前記駆動信号とノイズとの位相差を０度から３６０度の範囲内に設定するために、前記非検出期間における前記駆動信号の周波数を変化させる期間を調整する、請求項６に記載の操作検出装置。
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