WO2023238704A1

WO2023238704A1 - 信号処理回路

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Publication number: WO2023238704A1
Application number: PCT/JP2023/019691
Authority: WO
Inventors: 喜弘山口
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2022-06-07
Filing date: 2023-05-26
Publication date: 2023-12-14

Abstract

センサに接続される信号線に繋がっており、且つ、センサと直列に繋がっているコンデンサと、コンデンサと並列に繋がっている可変抵抗回路と、を備えており、可変抵抗回路及びコンデンサによりカットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタを構成し、可変抵抗回路は、時間軸上のピーク成分を有する目標の信号を通過させるときに、第１の抵抗値に設定され、ピーク成分の周波数に対して、第１の抵抗値におけるカットオフ周波数は、１／１０以下である。

Description

信号処理回路

　本発明は、センサから出力された信号を処理する信号処理回路に関する。

　特許文献１には、圧電素子と回路部と受付部とを備える押圧センサが記載されている。受付部は、ユーザによる押圧操作に伴い変形する。圧電素子は、受付部に取り付けられている。圧電素子は、受付部の変形に伴い変形する。圧電素子は、圧電素子の変形量に対応した電荷を出力する。回路部は、圧電素子から発生した電荷を電圧に変換する。回路部は、予め設定された閾値以上の電圧を検知した場合、受付部に対して押圧操作がなされたと判定する。

　特許文献１の圧電素子は、押圧操作により変形すると正の電荷を発生する。圧電素子は、弾性体である。このため、正の電荷を発生した後、跳ね返りにより、逆極性の負の電荷を発生する。回路部は、押圧操作の跳ね返りによる逆極性の電圧を押圧操作として誤検出することを防止するために、閾値の大きさを変化させる。

国際公開２０１９／０６９７８６号公報

　特許文献１に示されている構成では、上記跳ね返りが更に大きくなった場合には対処出来ない。また、逆極性の成分が生じる要因は、特許文献１に示されている跳ね返りだけではない。例えば、以下に示すように、回路がハイパス特性を有する場合に、逆極性の成分が生じる場合がある。図１Ａは、ハイパスフィルタを通過した後の入力信号の時間領域の波形（電圧の波形）を示す図である。図１Ｂは、ハイパスフィルタを通過する前の入力信号の時間領域の波形（電圧の波形）を示す図である。

　入力信号がハイパスフィルタを通過したとき、入力信号の低周波数成分は、除去される。このため、ハイパスフィルタによって入力信号の時間領域の波形が崩れる。例えば、図１Ａに示すように、ハイパスフィルタは、正の時間軸上のピーク成分を有する単発波状の入力信号に対して、負の電圧成分（図１Ａにおける時刻ｔ１から時刻ｔ２の間における負の電圧）を出力する可能性がある。また、ハイパスフィルタは、負の電圧成分を有する単発波状の入力信号に対して、正の電圧成分（図１Ａにおける時刻ｔ３から時刻ｔ４の間における正の電圧）を出力する可能性がある。以下、正の電圧の入力信号に対して発生する負の電圧成分、又は、負の電圧の入力信号に対して発生する正の電圧成分を、オーバーシュートと称する。

　本発明の目的は、オーバーシュートを抑制することが可能な信号処理回路を提供することである。

　本発明の一実施形態に係る信号処理回路は、
　センサに接続される信号線に繋がっており、且つ、前記信号線と直列に接続されているコンデンサと、
　前記信号線と並列に接続されている可変抵抗回路と、
　を備えており、
　前記可変抵抗回路及び前記コンデンサによりカットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタを構成し、
　前記可変抵抗回路は、
　　時間軸上のピーク成分を有する目標の信号を通過させるときに、第１の抵抗値に設定され、
　前記ピーク成分の周波数に対して、前記第１の抵抗値における前記カットオフ周波数は、１／１０以下である。

　本発明に係る信号処理回路によれば、オーバーシュートを抑制することが出来る。

図１Ａは、ハイパスフィルタを通過した後の入力信号の時間領域の波形（電圧の波形）を示す図である。図１Ｂは、ハイパスフィルタを通過する前の入力信号の時間領域の波形（電圧の波形）を示す図である。図２は、センサシステムＳＳ１の回路構成の一例を示す図である。図３は、圧電センサ１の断面図である。図４は、ユーザの押圧量と電荷電圧変換回路２０から出力される電圧との関係を示す図である。図５は、ハイパスフィルタ２１の回路構成を示す図である。図６は、信号の周波数に対するカットオフ周波数ｆｃの比と信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比との関係を示す図である。図７は、可変抵抗回路２１１を示す図である。図８は、変形例１に係る信号処理回路２ａに備わる基準電圧発生回路２５ａを示す図である。図９は、変形例２に係る信号処理回路２ｂに備わるＡＤ変換回路２４ｂを示す図である。図１０は、変形例３に係る信号処理回路２ｃに備わるハイパスフィルタ２１ｃを示す図である。

　（第１実施形態）
　以下、本発明の一実施形態に係る信号処理回路２について図を参照しながら説明する。図２は、センサシステムＳＳ１の回路構成の一例を示す図である。図３は、圧電センサ１の断面図である。図４は、ユーザの押圧量と電荷電圧変換回路２０から出力される電圧との関係を示す図である。図５は、ハイパスフィルタ２１の回路構成を示す図である。

　センサシステムＳＳ１は、図２に示すように、圧電センサ１、信号処理回路２及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３を備えている。

　本実施形態において、圧電センサ１は、押圧操作を検知する押圧センサである。圧電センサ１は、例えば、スマートフォン等の電子機器のタッチパネルディスプレイに取り付けられている。圧電センサ１は、ユーザの押圧の変化量に応じた電荷を発生する。具体的には、ユーザは、タッチパネルディスプレイを押圧操作する。タッチパネルディスプレイは、押圧に応じて変形する。これにより、タッチパネルディスプレイに取り付けられている圧電センサ１が、押圧に応じて変形（伸張乃至収縮）し、電荷を発生する。

　圧電センサ１は、図３に示すように、第１電極１０、圧電フィルム１１及び第２電極１２を含んでいる。

　以下では、図３に示すように紙面上下方向をＺ軸方向（圧電センサ１の厚み方向）とし、紙面左右方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として説明する。

　図３に示すように、圧電フィルム１１は、Ｚ軸方向に並んでいる第１主面ＳＦ１及び第２主面ＳＦ２を有している。本実施形態において、圧電フィルム１１は、例えば、キラル高分子を主材料とするフィルムである。キラル高分子とは、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）又はＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）等である。ポリ乳酸は、主鎖が螺旋構造を有するキラル高分子である。ポリ乳酸は、所定の軸方向に配向させることで圧電性を有する。この圧電性は、圧電テンソルｄ１４で示される。

　圧電フィルム１１は、延伸方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に対して約４５°の角度を形成するようにタッチパネルディスプレイに取り付けられる。これにより、タッチパネルディスプレイのＸ軸方向又はＹ軸方向の伸縮により分極が生じ、圧電センサ１に出力が生じる。すなわち、圧電フィルム１１は、タッチパネルディスプレイの変形（伸張乃至収縮）に応じて変形し、電荷を発生する。

　なお、当該延伸方向は、必ずしも、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して正確な４５度の角度を形成していなくてもよい。例えば、当該延伸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して約４５±１０°程度の角度を形成するようにタッチパネルディスプレイに取り付けられていてもよい。

　第１電極１０は、信号電極である。第１電極１０は、図示しない接着剤等によって、第１主面ＳＦ１に貼り付けられている。第１電極１０は、第１主面ＳＦ１を覆っている。第１電極１０は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の有機電極である。または、第１電極１０は、蒸着、メッキによる金属皮膜又は銀ペースト等による印刷電極膜である。

　第２電極１２は、基準電圧電極である。第２電極１２は、基準電圧源に接続される。第２電極１２は、図示しない接着剤等によって、第２主面ＳＦ２に貼り付けられている。第２電極１２は、第２主面ＳＦ２を覆っている。第２電極１２は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の有機電極である。または、第２電極１２は、蒸着、メッキによる金属皮膜又は銀ペースト等による印刷電極膜である。

　図２に示すように、信号処理回路２は、圧電センサ１とＭＰＵ３との間に配置されている。信号処理回路２は、圧電センサ１から出力された電荷を電圧信号に変換し、変換によって得られた電圧信号に対して種々の信号処理を施す。信号処理回路２は、図２に示すように、電荷電圧変換回路２０、ハイパスフィルタ２１、増幅回路２２、コンデンサ２３、ＡＤ変換回路２４及び基準電圧発生回路２５を備えている。

　図２に示すように、電荷電圧変換回路２０は、圧電センサ１とハイパスフィルタ２１との間に配置されている。電荷電圧変換回路２０は、圧電センサ１で検出された電荷を電圧に変換する。圧電フィルム１１に生じる電荷の大きさ及び極性は、押圧量の微分値に比例する。図４に示すように、ユーザがタッチパネルディスプレイを押し込んだ場合には、電荷電圧変換回路２０から出力される電圧の極性は正になる。また、ユーザがタッチパネルディスプレイの押し込みを解除する場合には、電荷電圧変換回路２０から出力される電圧の極性は負になる。

　図２に示すように、ハイパスフィルタ２１は、電荷電圧変換回路２０と増幅回路２２との間に配置されている。ハイパスフィルタ２１は、図５に示すように、コンデンサＣｄ１及び可変抵抗回路２１１を有している。コンデンサＣｄ１は、信号線と直列に接続されている。コンデンサＣｄ１は、容量値Ｃｃ１を有している。可変抵抗回路２１１は、信号線と並列に接続されている。可変抵抗回路２１１は、抵抗値Ｒｃを有している。ハイパスフィルタ２１は、可変抵抗回路２１１の抵抗値Ｒｃ及びコンデンサＣｄ１の容量値Ｃｃ１により決まるカットオフ周波数ｆｃ以上の信号を通過させる。ハイパスフィルタ２１のカットオフ周波数ｆｃは、抵抗値Ｒｃ及び容量値Ｃｃ１によって、「ｆｃ＝１／（２π×Ｒｃ×Ｃｃ１）」と示される。従って、ハイパスフィルタ２１は、「１／（２π×Ｒｃ×Ｃｃ１）」以上の周波数を有する信号を通過させる。

　ハイパスフィルタ２１は、単発波状又はバースト波状の信号を入力する。単発波状又はバースト波状の信号は、１以上の周波数成分を含んでいる場合がある。この場合、本実施形態において、信号における時間上のピーク成分の周波数を、以下の様に定義する。ハイパスフィルタ２１によって信号処理される信号に含まれている１以上の周波数成分の内、最も大きい周波数成分。

　なお、ハイパスフィルタ２１によって信号処理される信号が、ＤＣ成分を含んでいる場合がある。この場合、信号における時間上のピーク成分の周波数を、以下の様に定義する。ハイパスフィルタ２１によって信号処理される信号からＤＣ成分を除去した後の信号に含まれている１以上の周波数成分の内、最も大きい周波数成分。

　増幅回路２２は、図２に示すように、信号線に直列に接続されている。増幅回路２２は、ハイパスフィルタ２１を通過した信号を増幅する。増幅回路２２は、増幅した信号をコンデンサ２３に出力する。

　コンデンサ２３は、図２に示すように、増幅回路２２とＡＤ変換回路２４との間に配置されている。コンデンサ２３は、信号に含まれているＤＣ成分を除去するＤＣカット用のコンデンサである。コンデンサ２３は、容量値Ｃｃ２３を有する。

　ＡＤ変換回路２４は、図２に示すように、コンデンサ２３とＭＰＵ３との間に配置されている。ＡＤ変換回路２４は、コンデンサ２３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換（ＡＤ変換）する。

　基準電圧発生回路２５は、基準電圧ＰＶを発生する。基準電圧発生回路２５は、図２に示すように、圧電センサ１とハイパスフィルタ２１とに電気的に接続されている。

　ＭＰＵ３は、例えば、記憶装置（図示せず）に記憶されているプログラムをワークメモリ（図示せず）に読み出すことによって種々の処理を行う。種々の処理とは、ユーザによるタッチパネルディスプレイへの押圧操作を判定する処理である。ＭＰＵ３は、ＡＤ変換回路２４と電気的に接続されている。ＭＰＵ３は、ＡＤ変換回路２４からＡＤ変換された後の信号を入力する。ＭＰＵ３は、例えば、予め設定された（記憶装置等に記憶された）所定の閾値以上の信号の値を検知した場合に、ユーザによってタッチパネルディスプレイへ押圧操作がなされたと判定する。なお、ＭＰＵ３は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等であってもよい。

　本実施形態に係る信号処理回路２は、信号に発生するオーバーシュート（図１Ａに示すようなオーバーシュート）を抑制することが出来る。以下、図を参照しながら詳細に説明する。図６は、信号の周波数に対するカットオフ周波数ｆｃの比と信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比との関係を示す図である。図６において、横軸は、信号の周波数に対するカットオフ周波数ｆｃの比である。図６において、縦軸は、信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比である。

　本実施形態において信号のピーク電圧ＳＧＰを「圧電センサ１から出力された電圧（信号）と基準電圧ＰＶとの差ＤＦ１が最も大きくなるときの電圧」と定義する（図１Ａ及び図１Ｂ参照）。また、オーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰを「オーバーシュートにおいて、電圧（信号）と基準電圧ＰＶとの差ＤＦ２が最も大きくなるときの電圧」と定義する。

　図１Ｂは、ハイパスフィルタ２１に入力する信号の一例を示している。このような信号に対してハイパスフィルタ２１による信号処理を行った場合、図１Ａに示した様なオーバーシュートが発生する場合がある。この場合、オーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰが、所定の閾値（ＭＰＵ３における押圧操作の判定に用いられる閾値）以上となる可能性がある。結果、ＭＰＵ３が、オーバーシュートによってユーザの押圧操作が行われていないときに、ユーザの押圧操作が行われたと誤判定する可能性がある。

　そこで、本願発明者は、オーバーシュートが発生する原因について検討をした。結果、本願発明者は、「ハイパスフィルタ２１のカットオフ周波数ｆｃと、入力する信号の周波数と、の関係によりオーバーシュートが変化する」ことに気が付いた。ハイパスフィルタ２１は、カットオフ周波数ｆｃ未満の周波数のスペクトル成分を除去する。このため、時間軸上における信号の波形が、変形する。ここで、時間軸上のピーク成分を有する信号において、スペクトル成分は、基本周波数よりも低い周波数帯に広がる。カットオフ周波数ｆｃを高くすると、除去される低域成分が増える。このため、時間軸上における信号の波形が、大きく変形する。これにより、オーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰが、大きくなる。

　そこで、本願発明者は、ＭＰＵ３における誤判定を回避出来る程度に、カットオフ周波数ｆｃを低くすれば良いと考えた。本願発明者は、実験を行うことによって「信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比が、０．２以下」であれば、ＭＰＵ３における誤判定を回避出来るという結果を得た。加えて、本願発明者は、実験によって「信号のピーク成分の周波数に対するカットオフ周波数ｆｃの比が、１／１０以下」であるという条件（以下、条件Ａと称す）を満たす場合、「オーバーシュートのピーク電圧が、信号のピーク電圧に対して０．２以下となる」という結果を得た（図６参照）。ハイパスフィルタ２１においてカットオフ周波数ｆｃは、「ｆｃ＝１／（２π×Ｒｃ×Ｃｃ１）」である。従って、本願発明者は、抵抗値Ｒｃを高くすることによって、カットオフ周波数ｆｃを低くするという手法を考えた。

　そこで、本発明は、抵抗値Ｒｃを可変とすることで、オーバーシュートを抑制しつつ、センサとしての実用的な動作時間を実現する。以下、図を参照して詳細に説明する。図７は、可変抵抗回路２１１を示す図である。

　本実施形態において、可変抵抗回路２１１は、図７に示すように、スイッチＳ１，Ｓ２及びコンデンサＣｄ２を有しているスイッチトキャパシタである。スイッチＳ１及びスイッチＳ２の両方は、本発明における第１スイッチに該当する。コンデンサＣｄ２は、信号線に対して並列に接続されている。コンデンサＣｄ２は、容量値Ｃｃ２を有する。スイッチＳ１は、信号線とコンデンサＣｄ２の間に配置されている。スイッチＳ２は、コンデンサＣｄ２に並列に接続されている。

　可変抵抗回路２１１の抵抗値Ｒｃは、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えに用いられるスイッチング周波数ｆｓに基づいて決まるスイッチトキャパシタの等価的な抵抗値である。具体的には、スイッチトキャパシタの等価的な抵抗値Ｒｃは、「Ｒｃ＝１／（ｆｓ×Ｃｃ２）」である。従って、スイッチング周波数ｆｓが高くなるにしたがって、スイッチトキャパシタの等価的な抵抗値Ｒｃは、低くなる。なお、スイッチＳ１，Ｓ２のオンオフの切り換えは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の処理装置（図示せず）によって行われる。

　可変抵抗回路２１１は、ハイパスフィルタ２１で目標の信号を通過させる場合に、抵抗値Ｒｃを高くする（スイッチング周波数ｆｓを低くする）。具体的には、可変抵抗回路２１１は、信号の時間軸上のピーク成分の周波数に対するハイパスフィルタ２１のカットオフ周波数ｆｃが、１／１０以下となるように（条件Ａを満たすように）、抵抗値Ｒｃ（第１の抵抗値）を高くする。この場合、図６に示すように、信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比が、０．２以下となる。従って、ＭＰＵ３が、オーバーシュートによってユーザの押圧操作が行われていないときに、ユーザの押圧操作が行われたと誤判定する可能性が低くなる。

　ここで、センサシステムＳＳ１が起動してからハイパスフィルタ２１が所望の動作を実行可能になるまでには、時定数τ程度の待ち時間を要する。具体的には、センサシステムＳＳ１の回路が所望の動作をするために、コンデンサＣｄ１は、コンデンサＣｄ１の両端にバイアスされているＤＣ電圧と、コンデンサＣｄ１の容量と、で決まる電荷量になるまでおおよそ充電されている必要がある。この状態となるには、センサシステムＳＳ１は、センサシステムＳＳ１が起動した後に「時定数τ＝Ｒｃ×Ｃｃ」程度の待ち時間を要する。言い換えれば、時定数τを削減することで、使用時の待ち時間を削減することが出来る。

　例えば、本実施形態において、コンデンサＣｄ１の容量値Ｃｃ１は、０．１μＦであり、コンデンサＣｄ２の容量値Ｃｃ２は、６．５ｐＦである。また、スイッチトキャパシタのスイッチング周波数ｆｓは、例えば、５ｋＨｚである。この場合、ハイパスフィルタ２１におけるカットオフ周波数ｆｃは、約０．０５Ｈｚになる。従って、カットオフ周波数ｆｃは、入力信号の周波数：１Ｈｚに対して１／１０以下となる。ここで、ハイパスフィルタ２１の時定数τは、「τ＝１／（２π×ｆｃ）」で示される。このため、ハイパスフィルタ２１におけるカットオフ周波数ｆｃが０．０５Ｈｚである場合、時定数τは、約３ｓｅｃである。つまり、ユーザは、所望の動作をするセンサシステムＳＳ１を使用するために、少なくとも３ｓｅｃ程度待機する必要がある。これにより、ユーザは、センサシステムＳＳ１の使用時に違和感を覚える可能性がある。

　そこで、可変抵抗回路２１１は、ハイパスフィルタ２１で目標の信号を通過させるとき以外（信号を信号処理するとき以外）には、抵抗値Ｒｃを第１の抵抗値よりも低い、第２の抵抗値にする（スイッチング周波数ｆｓを高くする）。目標の信号を通過させるとき以外とは、例えば、ユーザが、スマートフォン等の電子機器の電源を投入したとき（センサシステムＳＳ１を起動したとき）等である。これにより、ハイパスフィルタ２１の時定数τが、ハイパスフィルタ２１で目標の信号を通過させるときに比べて、短くなる。

　例えば、スイッチトキャパシタのスイッチング周波数ｆｓが、上記５ｋＨｚの１００倍の５００ｋＨｚとなれば、時定数τは、１／１００の約３０ｍｓｅｃとなる。従って、ユーザが、センサシステムＳＳ１を起動してから使用するために要する時間は３０ｍｓｅｃ程度となる。３０ｍｓｅｃは、人にとってほぼ感知出来ない程度に短い時間である。このため、ユーザは、違和感を覚えにくい。つまり、本実施形態に係る信号処理回路２は、センサシステムＳＳ１として、実用的な動作を実現することが可能となる。

　なお、可変抵抗回路２１１は、抵抗値Ｒｃを変化させることが可能であればどの様な構成であってもよい。例えば、可変抵抗回路２１１は、可変抵抗器であってもよい。

　なお、圧電センサ１は、必ずしも、押圧センサでなくてもよい。

　なお、図１Ａ及び図１Ｂに示す例では、信号処理回路２に入力する信号は、単発波状である。しかし、信号処理回路２は、連続する２以上の波が含まれているバースト波状の信号を入力してもよい。この場合、信号処理回路２は、バースト波状の入力信号に発生するオーバーシュートを抑制することが可能である。

　なお、ハイパスフィルタ２１は、複数の周波数を有する信号を信号処理する場合がある。この場合、カットオフ周波数ｆｃが、信号に含まれている複数の周波数の内の、最も低い周波数に対して１／１０以下であればよい。信号が複数の周波数を有する場合とは、例えば、センサシステムＳＳ１が複数の圧電センサ１を備える場合、又は、ユーザがタッチパネルディスプレイを押圧する速度を変化させることによって圧電センサ１が変形する速度が変化する場合等である。

　なお、図１Ｂに示した、ハイパスフィルタ２１に入力する信号は、一例である。従って、ハイパスフィルタ２１に入力する信号は、必ずしも、図１Ｂに示した信号と同じでなくてよい。

　（変形例１）
　以下、変形例１に係る信号処理回路２ａについて図を参照しながら説明する。図８は、変形例１に係る信号処理回路２ａに備わる基準電圧発生回路２５ａを示す図である。

　本変形例において、信号処理回路２ａは、基準電圧発生回路２５の代わりに基準電圧発生回路２５ａを備えている。基準電圧発生回路２５ａは、図８に示すように、基準電圧源Ｐａ、バッファアンプＡｐ１ａ及びスイッチＳ１ａ（第２スイッチ）を有している。基準電圧源Ｐａは、基準電圧を発生する。バッファアンプＡｐ１ａは、基準電圧源Ｐａの出力と基準電圧を供給する回路との間に配置されている。例えば、バッファアンプＡｐ１ａは、可変抵抗回路２１１及び基準電圧源Ｐａに直列に接続されている。スイッチＳ１ａは、バッファアンプＡｐ１ａに並列に繋がっている。バッファアンプＡｐ１は、基準電圧源Ｐａから供給される電流を増加させる。

　スイッチング周波数ｆｓが高くなるにしたがって、コンデンサＣｄ２を充電する速度は速くなる。このとき、コンデンサＣｄ２の充電速度が、基準電圧源Ｐａの電流供給能力を超える可能性がある。この場合、目標とする充電時間（例えば、３０ｍｓｅｃ）でコンデンサＣｄ２を充電出来ない可能性がある。つまり、センサシステムＳＳ１として、実用的な動作を実現することが困難となる可能性がある。そこで、可変抵抗回路２１１の抵抗値Ｒｃが第２の抵抗値に設定されているとき、バッファアンプＡｐ１はオンに設定され、且つ、スイッチＳ１ａが、オフにされる。これにより、基準電圧源Ｐａから供給される電流を増加させ、コンデンサＣｄ２の充電速度が、基準電圧源Ｐａの電流供給能力を超える可能性を低減する。

　一方、可変抵抗回路２１１の抵抗値Ｒｃが第１の抵抗値に設定されているとき（スイッチング周波数ｆｓが低い場合）、バッファアンプＡｐ１ａは、オフに設定され、且つ、スイッチＳ１ａは、オンに設定される。すなわち、コンデンサＣｄ２に入力される電流を増加させる必要がない場合、バッファアンプＡｐ１ａはオフに設定される。これにより、バッファアンプＡｐ１ａにおいて不必要に電力が消費されることを防止出来る。

　なお、図８に示した基準電圧発生回路２５ａの回路構成は、一例である。従って、基準電圧発生回路２５ａの回路構成は、必ずしも、図８に示した回路構成でなくてもよい。

　（変形例２）
　以下、変形例２に係る信号処理回路２ｂについて図を参照しながら説明する。図９は、変形例２に係る信号処理回路２ｂに備わるＡＤ変換回路２４ｂを示す図である。

　本変形例において、信号処理回路２ｂは、ＡＤ変換回路２４の代わりにＡＤ変換回路２４ｂを備えている。ＡＤ変換回路２４ｂは、図９に示すように、サンプルホールド回路２４ｂ１と積分回路２４ｂ２とを有している。

　サンプルホールド回路２４ｂ１は、積分回路２４ｂ２の入力側に配置されている。本変形例において、サンプルホールド回路２４ｂ１は、スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂと、コンデンサＣｄ１ｂと、を有しているスイッチトキャパシタ（以下、変形例２に係るスイッチトキャパシタと称す）である。スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂは、信号線に直列に接続されている。スイッチＳ２ｂ，Ｓ４ｂは、信号線に並列に接続されている。スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂは、コンデンサＣｄ１ｂの入力側に配置されている。スイッチＳ３ｂ，Ｓ４ｂは、コンデンサＣｄ１ｂの出力側に配置されている。コンデンサＣｄ１ｂはスイッチＳ１ｂとスイッチＳ３ｂとの間に配置されている。コンデンサＣｄ１ｂは、容量値Ｃｃｂを有する。

　サンプルホールド回路２４ｂ１は、スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂの切り替えを行うことによって、信号のサンプルホールド処理を行う。具体的には、サンプルホールド回路２４ｂ１は、スイッチＳ１ｂ，Ｓ４ｂをオンにし、且つ、スイッチＳ２ｂ，Ｓ３ｂをオフにする。これにより、サンプルホールド回路２４ｂ１は、コンデンサＣｄ１ｂを充電してサンプルホールドを行う。そして、サンプルホールド回路２４ｂ１は、スイッチＳ１ｂ，Ｓ４ｂをオフにし、且つ、スイッチＳ２ｂ，Ｓ３ｂをオンにする。これにより、積分回路２４ｂ２にサンプルホールドされた信号が出力される。スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂのオンオフの切り替えは、スイッチング周波数ｆｓｂに基づいて行われる。

　上記に示す構成のサンプルホールド回路２４ｂ１は、図２に示すコンデンサ２３の出力側の信号線を基準電圧に対して並列に抵抗を介して接続したことと等価となる。つまり、サンプルホールド回路２４ｂ１は、本願発明における可変抵抗回路と等価であり、サンプルホールド回路２４ｂ１及びコンデンサ２３によってハイパスフィルタ（以下、変形例２に係るハイパスフィルタと称す）が構成される。このとき、変形例２に係るハイパスフィルタの抵抗値Ｒｂは、スイッチＳ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂの切り替えに用いられるスイッチング周波数ｆｓｂ及びコンデンサＣｄ１ｂの容量値Ｃｃｂに基づいて決まるスイッチトキャパシタ（以下、変形例２に係るスイッチトキャパシタと称す）の等価的な抵抗値である。具体的には、抵抗値Ｒｂは、「Ｒｂ＝１／（ｆｓｂ×Ｃｃｂ）」である。

　変形例２に係るハイパスフィルタは、変形例２に係るスイッチトキャパシタの等価的な抵抗値ＲｂとコンデンサＣｄ１ｂの容量値Ｃｃｂとにより決まるカットオフ周波数ｆｃｂ以上の信号を通過させる。具体的には、カットオフ周波数ｆｃｂは、「ｆｃｂ＝１／（２π×Ｒｂ×Ｃｃｂ）」と示される。この場合、ハイパスフィルタ２１と同様にして、変形例２に係るハイパスフィルタによって、時間軸上における信号の波形が大きく変形する。結果、オーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰが大きくなる。そこで、変形例２に係るハイパスフィルタで目標の信号を通過させるとき、信号の周波数に対するカットオフ周波数ｆｃｂが、１／１０以下となるように抵抗値Ｒｂを設定する。例えば、本変形例において、コンデンサ２３の容量値Ｃｃ２３は、０．０８２ｐＦであり、コンデンサＣｄ１ｂの容量値Ｃｃｂは、３．５ｐＦである。また、変形例２に係るスイッチトキャパシタのスイッチング周波数ｆｓｂは、例えば、約５ｋＨｚである。このとき、変形例２に係るハイパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃｂは、約０．０３４Ｈｚであり、入力信号の周波数：１Ｈｚに対して１／１０以下となる。従って、信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比が、０．２以下となる（図６参照）。これにより、第１実施形態に係る信号処理回路２と同様にして、信号処理回路２ｂによれば、ＭＰＵ３が、誤判定を行う可能性を低下させることが可能となる。

　ここで、変形例２に係るハイパスフィルタの時定数τｂは、「τｂ＝１／（２π×ｆｃｂ）」と示され約４．７ｓｅｃである。このため、第１実施形態に係る信号処理回路２と同様にして、センサシステムＳＳ１の起動時にユーザが違和感を覚える可能性がある。

　そこで、信号処理回路２ｂは、目標の信号を通過させる場合以外には、スイッチング周波数ｆｓｂを、目標の信号を通過させるときに比べて高く設定する。例えば、信号処理回路２ｂは、スイッチング周波数ｆｓｂを約１００倍の５００ｋＨｚに設定する。この場合、時定数τｂは、４．７ｓｅｃの１／１００である約４７ｍｓｅｃとなる。４７ｍｓｅｃは、人にとってほぼ感知出来ない程度に短い時間である。従って、ユーザは、違和感を覚えにくい。つまり、変形例２に係る信号処理回路２ｂは、センサシステムＳＳ１として実用的な動作を実現することが可能となる。

　積分回路２４ｂ２は、アンプＡｐ１ｂ及びコンデンサＣｄ２ｂを含んでいる。積分回路２４ｂ２は、アンプＡｐ１ｂは、スイッチＳ３ｂとＭＰＵ３との間に配置されている。コンデンサＣｄ２ｂは、アンプＡｐ１ｂと並列に接続されている。アンプＡｐ１ｂ及びコンデンサＣｄ２ｂは、積分回路２４ｂ２に入力された信号を積分する処理を行う。

　なお、図９に示したＡＤ変換回路２４ｂの回路構成は、一例である。従って、ＡＤ変換回路２４ｂの回路構成は、必ずしも、図９に示す回路構成でなくてよい。

　（変形例３）
　以下、変形例３に係る信号処理回路２ｃについて図を参照しながら説明する。図１０は、変形例３に係る信号処理回路２ｃに備わるハイパスフィルタ２１ｃを示す図である。

　図１０に示すように、信号処理回路２ｃは、ハイパスフィルタ２１の代わりにハイパスフィルタ２１ｃを有している。ハイパスフィルタ２１ｃは、可変抵抗回路２１１の代わりに可変抵抗回路２１１ｃを有している。

　可変抵抗回路２１１ｃは、スイッチＳ１ｃ、バッファアンプＡｐ１ｃ及び固定抵抗器Ｒ１ｃを有している。固定抵抗器Ｒ１ｃは、信号線に並列に繋がっている。スイッチＳ１ｃ（第３スイッチ）及びバッファアンプＡｐ１ｃは、固定抵抗器Ｒ１ｃに並列に接続されている。バッファアンプＡｐ１ｃは、スイッチＳ１ｃに直列に接続されている。なお、固定抵抗器Ｒ１ｃは、可変抵抗やスイッチトキャパシタ等であってもよい。

　本変形例において、可変抵抗回路２１１ｃは、ハイパスフィルタ２１ｃで目標の信号を通過させる場合、スイッチＳ１ｃをオフにする。この場合、可変抵抗回路２１１ｃの抵抗値Ｒｃｃは、固定抵抗器Ｒ１ｃの有する抵抗値（第１の抵抗値）により決まる。本変形例において、固定抵抗器Ｒ１ｃの抵抗値は、条件Ａを満たす値（信号の周波数に対するハイパスフィルタ２１ｃのカットオフ周波数が、１／１０以下となる場合の抵抗値）である。このため、図６に示すように、信号のピーク電圧ＳＧＰに対するオーバーシュートのピーク電圧ＯＳＰの比が、０．２以下となる。従って、信号処理回路２と同様にして、ＭＰＵ３が、誤判定を行う可能性を低下させることが可能となる。

　一方、ハイパスフィルタ２１ｃは、目標の信号を通過させるとき以外には、スイッチＳ１ｃをオンし、且つ、バッファアンプＡｐ１ｃをオンに設定する。これにより、固定抵抗器Ｒ１ｃがバイパスされる。この場合、ハイパスフィルタ２１ｃは、抵抗値Ｒｃｃを、主に固定抵抗器Ｒ１ｃの有する抵抗値により決まる値（第１の抵抗値）から、バッファアンプＡｐ１ｃ及び配線を含む回路全体の現実の抵抗値により決まる値（第２の抵抗値）に変化させる。バッファアンプＡｐ１ｃ及び配線を含む回路全体の現実の抵抗値は、固定抵抗器Ｒ１ｃの有する抵抗値よりも低い。従って、コンデンサＣｄ２を充電するために要する時間は、スイッチＳ１ｃをオフする場合と比べて、短くなる。つまり、信号処理回路２と同様にして、信号処理回路２ｃによれば、センサシステムＳＳ１として、実用的な動作を実現することが可能となる。

　バッファアンプＡｐ１ｃは、スイッチＳ１ｃがオフされているとき（抵抗値Ｒｃｃが、第１の抵抗値に設定されているとき）は、オフに設定される。これにより、バッファアンプＡｐ１ｃにおいて不必要に電力が消費されることを防止出来る。

　なお、可変抵抗回路２１１ｃは、基準電圧源の電流供給量が目標の時定数（例えば、１００ｍｓｅｃ）を達成するために十分である場合、バッファアンプＡｐ１ｃを有していなくてよい。

　なお、可変抵抗回路２１１ｃは、固定抵抗器Ｒ１ｃの代わりに、抵抗値を変化させることが可能な可変抵抗器、又は、スイッチトキャパシタを有していてもよい。この場合も、信号処理回路２ｃは、固定抵抗器Ｒ１ｃを有している場合と同様の効果を奏する。

　なお、可変抵抗回路２１１，２１１ｃは、目標の信号を通過させるとき以外の任意なタイミングで、第１の抵抗値よりも低い第２の抵抗値に設定すればよい。このため、可変抵抗回路２１１，２１１ｃは、目標の信号を通過させるとき以外の時刻において、第１の抵抗値のままであってもよい。

　なお、可変抵抗回路２１１，２１１ｃは、目標の信号を通過させるとき以外、常に、第１の抵抗値よりも低い第２の抵抗値に設定されていてもよい。

　なお、信号処理回路２，２ａ～２ｃの構成を任意に組み合わせても良い。

　本発明は、以下の構造を有する。

　（１）　
　センサに接続される信号線に繋がっており、且つ、前記信号線と直列に接続されているコンデンサと、
　前記信号線と並列に接続されている可変抵抗回路と、
　を備えており、
　前記可変抵抗回路及び前記コンデンサによりカットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタを構成し、
　前記可変抵抗回路は、
　　時間軸上のピーク成分を有する目標の信号を通過させるときに、第１の抵抗値に設定され、
　前記ピーク成分の周波数に対して、前記第１の抵抗値における前記カットオフ周波数は、１／１０以下である、
　信号処理回路。

　（２）　
　前記可変抵抗回路は、前記目標の信号が通過していない任意のとき、前記第１の抵抗値よりも低い第２の抵抗値に設定される、
　（１）に記載の信号処理回路。

　（３）
　前記可変抵抗回路は、前記目標の信号を通過させるとき以外、常に、前記第１の抵抗値より低い第２の抵抗値に設定される、
　（１）に記載の信号処理回路。

　（４）　
　前記可変抵抗回路は、コンデンサと第１スイッチとを有しているスイッチトキャパシタを含み、
　前記可変抵抗回路は、前記第１スイッチのスイッチング周波数を高くすることによって前記第１の抵抗値を前記第２の抵抗値に変化させる、
　（２）又は（３）に記載の信号処理回路。

　（５）　
　前記可変抵抗回路は、可変抵抗器である、
　（２）又は（３）に記載の信号処理回路。

　（６）　
　前記信号処理回路は、
　　前記可変抵抗回路と基準電圧源とに直列に接続されているバッファアンプと、
　　前記バッファアンプに並列に接続されている第２スイッチと、
　を含んでおり、
　前記バッファアンプは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オフに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オンに設定される、
　前記第２スイッチは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オンに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オフに設定される、
　（４）又は（５）に記載の信号処理回路。

　（７）　
　前記可変抵抗回路は、
　　抵抗器と、
　　前記抵抗器に並列に接続されている第３スイッチと、
　を含んでおり、
　前記第３スイッチをオンすることによって、前記第１の抵抗値を前記第２の抵抗値に変化させる、
　（２）又は（３）に記載の信号処理回路。

　（８）　
　前記可変抵抗回路は、前記第３スイッチに直列に接続されているバッファアンプを更に含んでおり、
　前記バッファアンプは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オフに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オンに設定される、
　（７）に記載の信号処理回路。

　（９）　
　前記信号処理回路は、
　　前記センサの電荷を電圧に変換する電荷電圧変換回路と、
　　前記信号の増幅を行う増幅回路と、
　を更に備えており、
　前記コンデンサ及び前記可変抵抗回路は、前記電荷電圧変換回路と前記増幅回路との間に配置されている、
　（１）から（８）のいずれかに記載の信号処理回路。

　（１０）　
　前記信号処理回路は、
　　前記信号の増幅を行う増幅回路と、
　　前記信号をＡＤ変換する積分回路を有するＡＤ変換回路と、
　を更に備えており、
　前記可変抵抗回路は、前記積分回路の入力側に配置されている、
　（１）から（８）のいずれかに記載の信号処理回路。

　（１１）　
　前記センサは、押圧操作を検知する押圧センサである、
　（１）から（１０）のいずれかに記載の信号処理回路。

１：圧電センサ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ：信号処理回路
２０：電荷電圧変換回路
２１，２１ｃ：ハイパスフィルタ
２２：増幅回路
２３：コンデンサ
２４，２４ｂ：ＡＤ変換回路
２１１，２１１ｃ：可変抵抗回路
Ｃｄ１，Ｃｄ１ｂ，Ｃｄ２，Ｃｄ２ｂ：コンデンサ
Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｃｃ：抵抗値
ｆｃ，ｆｃｂ：カットオフ周波数
ｆｓ，ｆｓｂ：スイッチング周波数
τ，τｂ：時定数

Claims

　センサに接続される信号線に繋がっており、且つ、前記信号線と直列に接続されているコンデンサと、
　前記信号線と並列に接続されている可変抵抗回路と、
　を備えており、
　前記可変抵抗回路及び前記コンデンサによりカットオフ周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタを構成し、
　前記可変抵抗回路は、
　　時間軸上のピーク成分を有する目標の信号を通過させるときに、第１の抵抗値に設定され、
　前記ピーク成分の周波数に対して、前記第１の抵抗値における前記カットオフ周波数は、１／１０以下である、
　信号処理回路。
　前記可変抵抗回路は、前記目標の信号が通過していない任意のとき、前記第１の抵抗値よりも低い第２の抵抗値に設定される、
　請求項１に記載の信号処理回路。
　前記可変抵抗回路は、前記目標の信号を通過させるとき以外、常に、前記第１の抵抗値よりも低い第２の抵抗値に設定される、
　請求項１に記載の信号処理回路。
　前記可変抵抗回路は、コンデンサと第１スイッチとを有しているスイッチトキャパシタを含み、
　前記可変抵抗回路は、前記第１スイッチのスイッチング周波数を高くすることによって前記第１の抵抗値を前記第２の抵抗値に変化させる、
　請求項２又は請求項３に記載の信号処理回路。
　前記可変抵抗回路は、可変抵抗器である、
　請求項２又は請求項３に記載の信号処理回路。
　前記信号処理回路は、
　　前記可変抵抗回路と基準電圧源とに直列に接続されているバッファアンプと、
　　前記バッファアンプに並列に接続されている第２スイッチと、
　を含んでおり、
　前記バッファアンプは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オフに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オンに設定される、
　前記第２スイッチは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オンに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オフに設定される、
　請求項４に記載の信号処理回路。
　前記信号処理回路は、
　　前記可変抵抗回路と基準電圧源とに直列に接続されているバッファアンプと、
　　前記バッファアンプに並列に接続されている第２スイッチと、
　を含んでおり、
　前記バッファアンプは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オフに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オンに設定される、
　前記第２スイッチは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オンに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オフに設定される、
　請求項５に記載の信号処理回路。
　前記可変抵抗回路は、
　　抵抗器と、
　　前記抵抗器に並列に接続されている第３スイッチと、
　を含んでおり、
　前記第３スイッチをオンすることによって、前記第１の抵抗値を前記第２の抵抗値に変化させる、
　請求項２又は請求項３に記載の信号処理回路。
　前記可変抵抗回路は、前記第３スイッチに直列に接続されているバッファアンプを更に含んでおり、
　前記バッファアンプは、
　　前記第１の抵抗値に設定されているときは、オフに設定され、
　　前記第２の抵抗値に設定されているときは、オンに設定される、
　請求項８に記載の信号処理回路。
　前記信号処理回路は、
　　前記センサの電荷を電圧に変換する電荷電圧変換回路と、
　　前記信号の増幅を行う増幅回路と、
　を更に備えており、
　前記コンデンサ及び前記可変抵抗回路は、前記電荷電圧変換回路と前記増幅回路との間に配置されている、
　請求項１から請求項９のいずれかに記載の信号処理回路。
　前記信号処理回路は、
　　前記信号の増幅を行う増幅回路と、
　　前記信号をＡＤ変換する積分回路を有するＡＤ変換回路と、
　を更に備えており、
　前記可変抵抗回路は、前記積分回路の入力側に配置されている、
　請求項１から請求項９のいずれかに記載の信号処理回路。
　前記センサは、押圧操作を検知する押圧センサである、
　請求項１から請求項１１のいずれかに記載の信号処理回路。