CN101896878B - 接触式传感器装置、控制方法、触控面板装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接触式传感器装置(1)，其包括：接触式传感器(11)；平均值计算单元(12)，其计算从所述接触式传感器(11)的输出部(111)输出的输出电压的平均值；阈值计算单元(13)，其基于所述平均值来计算阈值；比较判定单元(14)，其对所述输出电压和所述阈值进行比较，在判定所述输出电压超过阈值的时候，输出判定信号。

Description

接触式传感器装置、控制方法、触控面板装置

技术领域

本发明涉及接触式传感器装置、控制方法、触控面板装置以及程序。 

背景技术

近年来，被运用于各种工业设备上的触控面板使用检测人接触了触控面板的哪个部位的接触式传感器。接触式传感器利用“当人接触或触碰触控面板上的电极时，就变为等同于将具有和人体等量的静电容量的电容器连接到电极上的状态”这一特性，将在该电极和接地点(地线)之间形成的静电容量的变化作为电气信号进行检测。 

在该情况下，以被检测的电气信号的电压是否比阈值高来判断有无接触，但是该阈值会因接触式传感器周围的温度或湿度而变化。因此，如果将阈值固定，则存在有下述的情况：即使没有人体的接触，因温度变化，电气信号可能超过阈值，从而也被判断为有接触；或者，即使在有人体接触的情况下，也可能因电气信号没有超过阈值而被判断为无接触。 

在现有技术中，为了解决这样的问题，已知存在着这样的技术：在接触式传感器装置上设置温度变化检测单元，当检测出温度变化时，则根据该温度变化来修正阈电压(例如，参照专利文献1)。 

专利文献1：日本特开平08-22361号公报(参照权利要求1和图2) 

发明内容

然而，在上述的现有技术中，存在着这样的问题：需要通过物理设备来检测温度变化，必须增加电子部件，由此，提高了成本。另外，在具备多个接触式传感器的多输入电路中，存在有“难以根据温度变化对各输入设定各自的阈值”这一问题。 

因此，本发明的目的在于：在不提高成本的情况下，提供可解决上述现有技术的问题点并且误动作较少的接触式传感器装置以及使用该传感器装置的触控面板装置。此外，本发明的目的还在于：提供使用了可解决上述现有技术的问题点并且误动作较少的接触式传感器的控制方法，以及用于该控制方法的程序。 

本发明的接触式传感器装置的特征在于包括：接触式传感器；平均值计算单元，其计算从所述接触式传感器的输出部输出的输出电压的平均值；阈值计算单元，其基于所述平均值来计算阈值；比较判定单元，其对所述输出电压和所述阈值进行比较，在判定所述输出电压超过阈值的时候，输出判定信号。根据本发明，因为能够简单且可靠地修正阈值，所以可制作出误动作少的接触式传感器装置。而且，因为不需要使用新的物理设备，因此可抑制成本的提高。 

在此，优选所述平均值计算单元包括：取样单元，其周期性地对所述输出电压进行取样，并将取样的输出电压作为输出电压数据记录到记录部中；计算单元，其计算被记录到所述记录部中的输出电压的移动平均值，并将计算的移动平均值输出到所述阈值计算单元。这样，通过周期性地对输出电压进行取样且根据取样的输出电压值计算移动平均值，可以针对因环境变化而引起的在输出电压上的轻微变化，计算出适当的阈值。另一方面，在输出电压由于与电介体(例如人体)的接触等而急剧增加的时候，因为对输出电压进行取样且根据该值计算移动平均值，所以基于移动平均值的阈值不会针对该输出电压的急剧增加而立即变动。因此，在该情况下，也可以计算出适当的阈值。 此外，通过进行取样，能够高效地计算输出电压的移动平均值。 

此外，优选电压下降检测单元被连接到所述输出部，所述电压下降检测单元包括：检测单元，其在检测出所述输出电压下降时，输出表示电压下降的信号；记录数据消除单元，其根据表示所述电压下降的信号，消除所述记录部中的输出电压数据。对于电压在增加方向上的变化，计算移动平均值；而对于电压在下降方向上的变化，则根据表示电压下降的信号消除记录部中的输出电压数据，即，通过消除在使成为误动作的原因的人体接触释放前的输出电压数据，可以使用所述平均值计算单元和阈值计算单元来重新计算适当的阈值，能够防止误动作。 

而且，优选所述电压下降检测单元被构造成：具有与所述检测单元连接的复位单元，所述复位单元根据表示所述电压下降的信号，将设置于所述取样单元上的计数器复位。这是因为：通过在检测出电压下降的时候将计数器复位，可以从此时起重新计算输出电压的平均值，因此可以将阈值修正为更适当的值。 

本发明的使用接触式传感器的控制方法的特征在于包括：平均值计算步骤，在该步骤中，计算来自接触式传感器的输出部的输出电压的平均值；阈值计算步骤，在该步骤中，根据已计算出的平均值来计算阈值；比较判定步骤，在该步骤中，比较所述输出电压和所述阈值，在判定该输出电压超过阈值的时候，发送决定设备的ON动作的判定信号。根据本发明，因为可容易地修正阈值，所以使得误动作少。 

优选所述平均值计算步骤包括：取样步骤，在该步骤中，周期性地对所述输出电压进行取样，并将该取样的输出电压作为输出电压数据记录到记录部中；计算步骤，在该步骤中，计算被记录的输出电压的移动平均值。这样，通过周期性地进行取样，可以高效地求出与环境变化对应的移动平均值，即阈值。 

优选，该使用接触式传感器的控制方法还包括：判断步骤，在该步骤中，当从所述输出部检测出所述输出电压已经下降的时候，输出表示输出电压下降的信号；记录数据消除步骤，在该步骤中，当输出表示所述输出电压下降的信号的时候，消除被记录到记录部中的输出电压数据。这样，在检测出所述输出电压下降的时候，通过消除被记录到记录部中的记录数据，可以求出与周围环境对应的准确的阈值，因此能够防止误动作。 

此外，优选在已经输出表示所述输出电压下降的信号时，将所述取样单元的计数器复位。在检测出电压下降的时候，通过将计数器复位，能够从此时起重新计算输出电压的平均值，因此可以将阈值修正为更适当的值。 

本发明的触控面板装置具备所述接触式传感器装置、面板部和控制部，其特征在于，将作为所述接触式传感器装置的输入部的接触电极设置于面板部，并且，将所述比较判定单元连接于所述控制部。本发明的触控面板装置通过使用误动作少且抑制了成本的接触式传感器装置，减少了误动作，并且抑制了成本。 

再者，本发明的程序的特征在于，所述使用了接触式传感器的控制方法的步骤按可通过计算机执行的方式被记述为程序代码。因为采用了使用误动作少的接触式传感器的控制方法，因此本发明的程序的误动作少。 

根据本发明，能够达到如下所述的优异效果：可以在不提高成本的情况下，提供误动作少的接触式传感器装置以及使用该接触式传感器装置的触控面板装置。此外，因为本发明的使用接触式传感器的控制方法以及该控制方法的步骤被记述为程序代码的本发明的程序可以容易且可靠地修正阈值，所以达到误动作少的优异效果。 

附图说明

图1是用于说明第一实施方式的接触式传感器装置1的框图。 

图2是用于说明第一实施方式的控制方法的流程图。 

图3是用于说明图2所示的接触式传感器装置1的动作的脉冲波形图。 

图4是用于说明第二实施方式的接触式传感器装置2的框图。 

图5是用于说明第二实施方式的控制方法的流程图。 

图6是用于说明图4所示的接触式传感器装置2的动作的脉冲波形图。 

符号说明 

1、2接触式传感器装置 

11接触式传感器 

12平均值计算单元 

13阈值计算单元 

14比较判定单元 

21电压下降检测单元 

具体实施方式

使用图1来说明第一实施方式的接触式传感器装置。图1是示出本实施方式的接触式传感器装置的大致结构的框图。此外，在图1至图6中，对于同一结构单元，标注相同的符号。 

本实施方式的接触式传感器装置1用于决定设置于接触式传感器装置中的外部设备的动作，并且该接触式传感器装置1包括：接触式传感器11；连接于接触式传感器11的输出部111的平均值计算单元12；与平均值计算单元12相连接的阈值计算单元13；与接触式传感器11的输出部111以及阈值计算单元13相连接的比较判定单元14。 

例如，接触式传感器11是多输入的接触式传感器，并且具有许多接触电极，由于当电介体(例如人体)接触任何接触电极时，在该接触电极和接地点(地线)之间形成的静电容量发生变化，因此，将该变化作为电气信号进行检测并从输出部111输出。该接触式传感器11被构造成：在与电介体接触时，输出仅比不与电介体接触时的电压高Vt的电压。但是如上面所述，因温度变化等，该输出电压值并不是恒定的。 

平均值计算单元12被构造成：记录从输出部111输出的输出电压，并且，基于所记录的输出电压来计算每一规定时间的输出电压的平均值。 

阈值计算单元13被构造成：将规定的值加到输入到阈值计算单元13的值，即加到由平均值计算单元12所算出的输出电压的平均值中，从而计算阈值。 

比较判定单元14被构造成：比较从接触式传感器11的输出部111输出的输出电压和通过阈值计算单元13获得的阈值，并且判定输出电压是否比阈值高，当输出电压高于阈值的时候，该比较判定单元14输出表示ON状态的信号，当输出电压低于阈值的时候，该比较判定单元14输出表示OFF状态的信号；将该信号与连接到比较判定单元14的外部设备(未图示)的控制部连接，以决定该外部设备的ON-OFF动作。 

上述结构的接触式传感器装置1通过平均值计算单元12计算来自接触式传感器11的输出电压的平均值；根据该输出的平均值，由阈值计算单元13计算阈值；通过比较判定单元14，将来自接触式传感器11的输出电压与由阈值计算单元13算出的阈值进行比较，输出决定外部设备的动作的输出信号。 

也就是说，在上述结构的接触式传感器装置1中，即使接触式传感器11的输出特性因该接触式传感器11周围的温度变化等而变化，也使得平均值计算单元12能够顺应该变化求出输出电压的每规定时间的平均值，并且基于该平均值可求出阈值，所以该接触式传感器装置1能够容易地修正阈值。因此，即使没有温度变化检测单元等的其它物理设备，对于与电介体的接触的灵敏度也是高的，并且可以防止误动作。 

具体地说，这样的平均值计算单元12包括：与输出部111连接的取样单元121；与取样单元121连接的记录部122；与取样单元121和记录部122连接的计算单元123；与取样单元121连接的计数器124。 

取样单元121被构造成：通过计数器124计数周期，按照这些周期，每隔一个周期对来自输出部111的输出电压进行取样(例如在时刻t＝0、n、2n、…，即每隔n秒)，并将取样的输出电压记录到记录部122中。 

记录部122被构造成：可以将周期性地被取样的各输出电压值作为输出电压数据来记录。 

计算单元123被构造成：计算被记录到记录部122中的输出电压值的每规定时间(N秒)的移动平均值，并将计算的移动平均值输出到与该计算单元123连接的阈值计算单元13中。即，计算单元123被构造成：计算每n秒被取样并被记录到记录部122中的输出电压数据的每N秒的移动平均值。 

也就是说，在上述结构的平均值计算单元12中，被取样的输出电压的移动平均值是每隔时间n所求得的离散值，例如，在时刻t＝0所求的平均值被输出到阈值计算单元13，且阈值被算出后，在时刻t为0＜t＜n时的期间，平均值不变化，即，阈值不变化，在t＝n时，基于t＝n 时的平均值，阈值被再次计算并且被重新设定。根据平均值计算单元12的这些特征，因为仅以周期性取样的值来求移动平均值，所以能够高效率地计算平均值。 

下面，对使用了上述结构的接触式传感器装置1的、外部设备的控制方法进行说明。 

使用了接触式传感器装置1的、外部设备的控制方法为：计算来自接触式传感器11的输出部111的输出电压的平均值，根据所算出的平均值计算阈值，并根据来自接触式传感器的输出电压是否高于阈电压来决定外部设备的ON-OFF动作。 

使用图2来详细地说明该控制方法。图2是用于说明接触式传感器装置1的控制方法的流程图。 

如图2所示，在某时间t＝x时，将来自接触式传感器11的输出部111的输出电压输入到平均值计算单元12(传感器输出步骤：S11)的时候，首先通过取样单元121来判断时间t＝x是否为取样周期(t＝0、n、2n、…)，即是否为取样的时刻(取样判断步骤：S12)。 

在时间t＝x为取样的时刻的情况下，通过取样单元121对该输出电压值进行取样(取样步骤：S13)，并记录到记录部122中(记录步骤：S14)。接着，通过计算单元123，调用被记录在记录部122中的输出电压数据(记录数据调用步骤：S15)，并且计算该输出电压数据的移动平均值(平均值计算步骤：S16)。 

接着，由阈值计算单元13基于在平均值计算步骤中所计算出的移动平均值来计算阈值(阈值计算步骤：S17)，并将所算出的阈值输入到比较判定单元14中。然后，将记录于比较判定单元14的未图示的记录部中的阈值改写为所计算出的阈值，并记录(阈值改写步骤：S18)。 由此，所计算出的阈值保持不变，直到下一次取样的时刻为止。 

最后，比较来自接触式传感器11的输出电压和存储在比较判定单元14中的阈值，并判定输出电压是否超过阈值(比较判定步骤：S19)。在输出电压超过阈值时，输出表示ON动作的信号(ON信号输出步骤：S20)，并发送到外部设备。在输出电压小于阈值的时候，输出表示OFF动作的信号(OFF信号输出步骤：S21)，并发送到外部设备。 

另一方面，在指定时间不是取样时刻的时候(参照取样步骤S12)，将接触式传感器11的输出电压输入到比较判定单元14，在比较判定单元14中，对输出电压和被输入并被记录到比较判定单元14中的阈值进行比较。当比较的结果被判定为输出电压更大的时候，输出表示ON动作的信号，并输出到外部设备。当输出电压更小的时候，输出表示OFF动作的信号，且输出到外部设备。 

重复这样的S11～S21的各步骤，求出每规定时间的输出电压的移动平均值，基于该平均值，可以计算出阈值，因此通过本控制方法，能够将阈值修正为顺应周围的环境变化的合适的阈值。 

图3(a)是表示本发明的接触式传感器装置的动作的脉冲波形图。在时间t＝0～t1时，虽然没有人体接触，但是输出电压因接触传感器周围的环境而变得不稳定。在时间t＝t1时，由于有人体的接触，因此来自接触式传感器11的输出急剧地增加，在t1＜t＜t2时，输出为恒定的，在t＝t2时，人体的接触被释放(人体离开接触式传感器)，因此输出急剧下降。在该情况下，通过平均值计算单元12周期性(t＝0、n、2n、…)地计算平均值，并基于该平均值计算阈值，因此阈值是离散值。在有人体的接触动作的时间t1＜t＜t2时，输出电压超过阈值，所以比较判定单元14仅在时间t1＜t＜t2时，输出表示ON动作的信号。 

另一方面，在图3(b)所示的现有技术的接触式传感器装置的情 况下，因为阈值被固定，所以即使是无人体接触的时候，输出电压也会因温度变化而变化，变得比阈值高，从而引起误动作。 

这样，若采用本发明，则即使是在输出电压因接触式传感器的周围温度变化等而变化的情况下，也会顺应该输出电压的变化来修正阈值，因此，虽然是简易的结构，但是可以有效地防止误动作。 

然而，在上述结构中，例如，在作为电介体的人体从接触式传感器装置的电源被接通之前起就已经与接触式传感器接触的情况下，由于从接通电源时起，来自接触式传感器的输出电压较高，因此平均值也变得较高。其结果，使阈值也变高，因为考虑到存在即使一旦使人体的接触释放(例如，即使手离开接触式传感器)，该阈值在下一个阈值计算时间之前也不会下降，并产生误动作的情况，所以也可以将本发明构造成防止这种情况。 

也就是说，如图4所示，将第二实施方式中的接触式传感器装置2构造成：设置检测接触式传感器11的输出电压下降的电压下降检测单元21，在检测出输出电压下降时，立即将用于计算阈值的平均值复位。另外，图4是示意性地表示本发明第二实施方式的接触式传感器装置2的结构的框图。 

电压下降检测单元21具体由检测单元211、与检测单元211相连接的记录数据消除单元212和复位单元213构成。检测单元211与接触式传感器11的输出部111相连接，并被构造成检测来自接触式传感器11的输出电压下降，即检测输出电压下降。具体地说，该检测单元211被构造成：根据每时间段的输出电压的数据，计算输出电压的变化，该变化如果是负的，则输出表示电压下降的信号。 

记录数据消除单元212也与记录部122相连接，并被构造成：如果从检测单元211输入表示电压下降的信号，则将记录在记录部122 中的输出电压数据全部消除。这样，通过消除记录部122中的数据，能够消除成为误动作的原因的输出电压数据，该数据是在输入了表示电压下降的信号时之前，例如，人体的接触被释放时之前存在的数据，从这时候起，可以重新开始取样并且开始计算输出电压的移动平均值，因此，能够计算出适当的阈值，可以防止误动作。 

复位单元213也与取样单元121的计数器124相连接，并被构造成：如果从检测单元211输入表示电压下降的信号，则将计数器124复位。即计数器124被构造成：如果从检测单元211输入表示电压下降的信号，则将该计数器124重新设定为t＝0。顺应消除记录部122的数据而将计数器124复位，由此，能够以规定的时间重新计算输出电压的移动平均值，所以能够计算出更适当的阈值，可以防止误动作。 

使用图5来说明运用了这样的接触式传感器装置2的、外部设备的控制方法。表示图5所示的运用了接触式传感器装置2的、外部设备的控制方法的流程图因“具有电压下降检测步骤S22、记录部数据消除步骤S23和复位步骤S24”这一点，而与表示图2所示的运用了接触式传感器装置1的控制方法的流程图不相同。 

具体地说，在图5所示的流程图中，从接触式传感器11的输出部111输出输出电压(传感器输出步骤：S11)时，通过电压下降检测单元21的检测单元211来判断输出电压是否因人体接触的释放等而下降(判断步骤：S22)。在判断为电压下降的时候，从检测单元211将表示电压下降的信号发送到记录数据消除单元212和复位单元213，由记录数据消除单元212消除记录部122中的数据(记录数据消除步骤：S23)，然后，计数器124被复位，并被重新设定为时刻t＝0(复位步骤：S24)。 

如果通过复位步骤，将时刻设定为t＝0，则在取样判断步骤(S12)中判断为是取样的时刻，因此，输出电压值被取样，通过计算单元123 计算出作为平均值的输出电压值，并被发送到阈值计算单元13。 

通过收到作为平均值的在电压下降时的输出电压的阈值计算单元13来计算阈值，并将计算的阈值输出到比较判定单元14。在比较判定单元14中，比较来自接触式传感器11的输出电压和阈值，在输出电压大的情况下，输出表示ON动作的信号，并将该信号输出到外部设备，在输出电压小的情况下，输出表示OFF动作的信号。 

另一方面，在判断为输出电压没下降的情况下，将输出电压保持原样地输入到取样单元121，并执行与上面已叙述的、图2所示的步骤(S12～S21)相同的步骤。 

这样，在本控制方法中，求出与周围的环境变化对应的阈值，检测输出电压是否下降，如果检测出表示输出电压下降的信号，则消除此时记录在记录部中的成为误动作的原因的数据，并且将计数器复位，因此可以更准确地求出阈值，能够防止接触式传感器的误动作。 

图6是表示第二实施方式的接触式传感器装置2的动作的脉冲波形图。在时间0＜t＜t1时，人体保持接触状态，输出电压逐渐地变化。接着，在t＝t1时，因为人体的接触被释放，输出电压急剧下降。然后，在时间t＝t2时，由于有人体的接触，因此来自接触式传感器11的输出电压急剧增加，在t2＜t＜t3时，输出电压为恒定的，在t＝t3时，输出电压急剧下降。而且，因为到t＝t3为止输出电压持续下降，所以在t3≤t＜t3’的时区内，检测单元的输出信号持续输出表示电压下降的信号。在t＝t3之后，没有人体接触，输出电压逐渐增加，阈值也随着逐渐增加。接着，在时间t＝t4时，由于有人体接触，因此来自接触式传感器11的输出电压急剧增加，在t4＜t＜t5时，输出电压是恒定的，在t＝t5时，人体的接触被释放，输出电压急剧降低。 

在0＜t＜t1以及t3’＜t＜t4时，阈值顺应输出电压的缓慢增加而 增加。另一方面，通过检测单元211，在时间t＝t1、t3～t3`以及t5时，发送表示电压下降的信号。基于这些信号，在这些时间时，将记录部122中的数据消除，并且将计数器124复位，因此，在该时间t＝t1、t3～t3`以及t5时，分别重新计算阈值。 

因为在有人体的接触动作的时刻t2＜t＜t3、t4＜t＜t5时，输出电压超过阈值，所以比较判定单元14仅在时刻t＝t2＜t＜t3和t＝t4＜t＜t5时输出表示ON动作的信号。 

这样，即使从接通电源时起，来自接触式传感器的输出电压已经保持为较高，如上所述，接触式传感器装置2也会随着作为电介体的人体的接触的释放(例如，手离开接触式传感器)，而消除到此时为止被记录的数据，并且计数器也被复位，因此，阈值在此时被修正，从而可以防止产生误动作。 

接触式传感器装置1，以及具备上述接触式传感器装置2、面板部、控制部的触控面板装置，即作为所述接触式传感器的输入部的接触电极被设置在面板部，且所述比较判定单元14与所述控制部连接的触控面板装置，能够防止误动作，并且可以防止成本的提高。 

此外，因为上述的任一控制方法都可利用程序在计算机上执行，所以在该情况下，可以将触控面板装置构造成：将作为所述接触式传感器的输入部的接触电极设置在面板部，并且通过被设置于触控面板装置本身的计算机，来执行控制方法，可以防止成本的提高。 

产业上的可利用性 

本接触式传感器装置可以作为有机EL板和触控面板(例如，搭载于车辆中的设备的显示面板或音响用开关)等的接触式传感器装置来使用。因此，可在产业设备领域中进行利用。 

Claims (5)

1.一种接触式传感器装置，包括：

接触式传感器；

平均值计算单元，该平均值计算单元计算从所述接触式传感器的输出部输出的输出电压的移动平均值；

阈值计算单元，该阈值计算单元基于所述移动平均值来计算阈值；

比较判定单元，该比较判定单元对所述输出电压和所述阈值进行比较，在判定所述输出电压超过所述阈值的时候，输出判定信号；以及

电压下降检测单元，该电压下降检测单元连接于所述输出部，其中

所述平均值计算单元包括：

取样单元，该取样单元周期性地对所述输出电压进行取样，并将取样的输出电压作为输出电压数据记录到记录部中；以及

计算单元，该计算单元计算被记录到所述记录部中的所述输出电压的所述移动平均值，并将算出的移动平均值输出到所述阈值计算单元，并且

所述电压下降检测单元包括：

检测单元，该检测单元在检测出所述输出电压下降时，输出表示电压下降的信号；以及

记录数据消除单元，该记录数据消除单元根据表示所述电压下降的信号，消除所述记录部中的所述输出电压数据。

2.根据权利要求1所述的接触式传感器装置，其特征在于，

所述电压下降检测单元具有与所述检测单元连接的复位单元，所述复位单元根据表示所述电压下降的信号，将设置于所述取样单元上的计数器复位。

3.一种使用接触式传感器的控制方法，包括：

平均值计算步骤，在该步骤中，计算来自接触式传感器的输出部的输出电压的移动平均值；

阈值计算步骤，在该步骤中，根据已计算出的所述移动平均值来计算阈值；

比较判定步骤，在该步骤中，比较所述输出电压和所述阈值，在判定所述输出电压超过所述阈值的时候，发送决定设备的ON动作的判定信号；

判断步骤，在该步骤中，当从所述输出部检测出所述输出电压已经下降的时候，输出表示输出电压下降的信号；以及

记录数据消除步骤，在该步骤中，当输出了表示所述输出电压下降的信号的时候，消除记录在记录部中的输出电压数据；其中

所述平均值计算步骤包括：

取样步骤，在该步骤中，周期性地对所述输出电压进行取样，并将取样的输出电压作为输出电压数据记录到记录部中；以及

计算步骤，在该步骤中，计算被记录的输出电压的移动平均值。

4.根据权利要求3所述的使用接触式传感器的控制方法，其特征在于，在输出了表示所述输出电压下降的信号时，将取样单元的计数器复位。

5.一种触控面板装置，该触控面板装置具备权利要求1所述的接触式传感器装置、面板部和控制部，其特征在于，

作为所述接触式传感器装置的输入部的接触电极设置于面板部，并且，所述比较判定单元与所述控制部连接。

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