JP2012212247A

JP2012212247A - 人体通信式タッチパネル

Info

Publication number: JP2012212247A
Application number: JP2011076708A
Authority: JP
Inventors: Mototoshi Nanbu; 元俊南部; Toyonori Yoshino; 豊憲吉野
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-11-01
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP5617735B2

Abstract

【課題】送信機の所有の有無で異なる２系統の操作者による入力操作を検出し、入力操作データを出力する人体通信式タッチパネルを提供する。
【解決手段】送信機から出力される第１固有発振信号ＳＧ１を操作者の体内を通した指から、検出電極パターンへ出力させるとともに、検出電極パターンを固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２で電位を振動させ、検出電極パターンから送信機を所有しないほぼ定電位の操作者の指へ第２固有発振信号ＳＧ２を出力する。第１信号検出手段が、検出電極パターンから第１固有発振信号ＳＧ１を検出することから、送信機を周辺に配置した操作者からの入力操作を検出し、検出電極パターンと電位が同期して変動する第２信号検出手段が、検出電極パターンから相対電位が固有周波数ｆ２で振動する第２固有発振信号ＳＧ２を検出することから、送信機を所有しない操作者からの入力操作を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルの入力操作面に配置される検出電極パターンが静電容量を介して固有発振信号を検出した際に、入力操作があったものとして入力操作データを出力する人体通信式タッチパネルに関し、更に詳しくは、送信機の所有の有無で異なる２系統の入力操作を識別し、入力操作データを出力する人体通信式タッチパネルに関する。

操作者に固有周波数の固有発振信号を出力する送信機を所有させ、操作者の人体を介して指先からタッチパネルの検出電極パターンへ固有発振信号を出力し、タッチパネル側で固有発振信号を検出した検出電極パターンから入力操作を検出する人体通信式タッチパネル（以下、単にタッチパネルという）が知られている（特許文献１）。

この従来のタッチパネル１００を、図５と図６を用いて説明すると、操作者１０は、図５に示すように、内蔵する発振器から送信電極１０３と接地電極１０４間に固有周波数ｆの固有発振信号を出力する送信機１０２を所有し、ベルト１０１を腕に巻き付けて送信電極１０３と接地電極１０４を操作者１０の腕に接触させ、送信機１０２から出力する固有発振信号を操作者１０の人体を通して指１０ａから出力している。

一方、タッチパネル１００には、絶縁パネル１０５の一面を入力操作面として、入力操作面に互いに絶縁して多数の検出電極パターン１０６が配線されている。各検出電極パターン１０６には、各検出電極パターン１０６に生じる誘導電圧を検出する同調回路型検出器１０７が接続され、いずれかの検出電極パターン１０６から誘導電圧を検出すると、その周波数に応じて、出力端子１０８ａ、１０８ｂ・・１０８ｎのいずれかに検出信号を出力する。

送信機１０２を腕に巻き付けた操作者１０が、タッチパネル１００の入力操作面に配置されたいずれかの検出電極パターン１０６に指１０ａを触れて入力操作を行うと、送信機１０２から出力される固有周波数ｆの固有発振信号が操作者１０の体内を流れて、指１０ａを触れた検出電極パターン１０６に出力される。同調回路型検出器１０７は、その検出電極パターン１０６から固有周波数ｆの固有発振信号を検出することにより、固有周波数ｆに応じたいずれかの出力端子１０８ｎから入力操作の検出を示す入力操作データを出力する。

送信機１０２から出力する固有発振信号の固有周波数ｆは、任意に設定でき、複数の送信機１０２について異なる固有周波数ｆを設定することにより、操作者１０が所有する送信機１０２毎に設定した固有周波数ｆに応じた出力端子１０８ａ、１０８ｂ・・１０８ｎから入力操作データを出力させ、所有する送信機１０２毎の入力操作を識別できる。

また、送信機１０２から出力する固有発振信号に固有識別データで変調した変調信号を含め、タッチパネル１００側にその変調信号から固有識別データを復調する復調回路を設けておけば、固有周波数ｆを異なる周波数に設定しなくても、特定の送信機１０２を所有しての操作者１０からの入力操作を識別できる。

特開２００２−３６６２９１号公報（項目００３７乃至項目００５６、図９、図１０）

特許文献１により開示されている人体通信式タッチパネル１００は、異なる送信機１０２を所有する操作者１０の入力操作を、送信機１０２毎に識別することができるが、送信機１０２を腕に巻き付けるなどして操作者１０の周囲に配置する必要があり、送信機１０２を所有していなければ入力操作が検出されない。

例えば、集合住宅の入口に設置されたドアを施錠する電子錠の入力機器としてタッチパネル１００が用いられる場合には、入居者などの特定人に送信機１０２を所持させ、送信機１０２を所有する特定人の入力操作で電子錠を開錠させることができるが、送信機１０２を忘れた特定人や一般の操作者１０は、送信機１０２を所有していないので、入力操作を認識させることができず、パスワード、入居者の部屋番号などの補助入力操作で開錠させることもできなかった。結局、補助入力操作のために別のタッチパネルを設ける必要があり、従来のタッチパネル１００のみを単独で電子錠の入力機器として用いることができなかった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、送信機を所有していない操作者の入力操作であっても、その入力操作を検出する人体通信式タッチパネルを提供することを目的とする。

また、送信機の所有の有無で異なる２系統の入力操作を識別し、入力操作データを出力する人体通信式タッチパネルを提供することを目的とする。

更に、簡単な回路構成の改良で、使用環境を選ばずに送信機を所有していない操作者の入力操作を検出できる人体通信式タッチパネルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の人体通信式タッチパネルは、絶縁パネルの一面に互いに絶縁して配設される１又は２以上の検出電極パターンと、操作者の周囲に配置され送信機から出力される固有周波数ｆ１の第１固有発振信号を、各検出電極パターンから検出する第１信号検出手段とを備え、第１信号検出手段がいずれか１又は２以上の検出電極パターンから第１固有発振信号を検出した際に、該検出電極パターンへの入力操作があったものとして、入力操作の検出を示す入力操作データを出力する人体通信式タッチパネルであって、固有周波数ｆ２の第２固有発振信号を出力する発振回路と、第２固有発振信号により、各検出電極パターンの電位を固有周波数ｆ２で振動させる電位振動手段と、各検出電極パターンと電位が同期して変動し、各検出電極パターンとの相対電位が固有周波数ｆ２で変動する第２固有発振信号を検出する第２信号検出手段を、更に備え、第２信号検出手段がいずれか１又は２以上の検出電極パターンから第２固有発振信号を検出した際に、該検出電極パターンへの入力操作があったものとして、入力操作の検出を示す入力操作データを出力することを特徴とする。

送信機を周囲に配置した操作者が、指を検出電極パターンへ接近させて入力操作を行うと、送信機から出力される固有周波数ｆ１の第１固有発振信号が操作者の体内に流れ、操作者の指から接近して静電容量が増大する検出電極パターンに出力される。第１信号検出手段は、検出電極パターンから第１固有発振信号を検出した際に、該検出電極パターンへの入力操作があったものとして、入力操作の検出を示す入力操作データを出力する。

送信機を所有しない操作者が、指を検出電極パターンへ接近させて入力操作を行うと、操作者の指と検出電極パターン間の静電容量が増大するので、電位が固有周波数ｆ２で振動する検出電極パターンから定電位の指に固有周波数ｆ２の第２固有発振信号が出力される。各検出電極パターンと同期して電位が変動する第２信号検出手段と、指に第２固有発振信号が出力された検出電極パターンとの相対電位は、固有周波数ｆ２で変動するので、第２信号検出手段は、検出電極パターンから第２固有発振信号を検出した際に、該検出電極パターンへの入力操作があったものとして、入力操作の検出を示す入力操作データを出力する。

請求項２の人体通信式タッチパネルは、送信機が、固有識別データで変調した変調信号を、固有周波数ｆ２と同一周波数とした固有周波数ｆ１の第１固有発振信号に含めて出力し、第１信号検出手段は、第１固有発振信号に含まれる変調信号から固有識別データを復調する復調手段を有し、復調信号に固有識別データが含まれていることから第１固有発振信号を検出することを特徴とする。

送信機を周囲に配置した操作者による入力操作を、固有識別データから送信機毎に識別できる。

請求項３の人体通信式タッチパネルは、第１信号検出手段による第１固有発振信号の検出と、第２信号検出手段による第２固有発振信号の検出とを識別する識別データを入力操作データに含めて出力することを特徴とする。

識別データから、送信機を用いた入力操作と送信機を用いない入力操作とを識別できる。

請求項４の人体通信式タッチパネルは、電位振動手段が、定電位で、直流電源に接続する基準電源回路と、固有周波数ｆ２に対してハイインピーダンスとなるインダクタを介して基準電源回路に接続し、各検出電極パターンに接続する振動電源回路と、振動電源回路に接続し、前記インダクタを介した直流電源の出力で駆動する発振回路と基準電源回路の間に配置されるキャパシタとからなり、キャパシタを介して発振回路から基準電源回路へ出力する第２固有発振信号の固有周波数ｆ２をインダクタとキャパシタが直列に接続される直列共振周波数の近傍とし、第２固有発振信号を増幅して各検出電極パターンの電位を振動させることを特徴とする。

基準電源回路と振動電源回路は、固有周波数ｆ２の第２固有発振信号に対してハイインピーダンスとなるインダクタを介して接続するので、振動電源回路に接続する発振回路からキャパシタを介して第２固有発振信号を基準電源回路へ出力すると、定電位の基準電源回路に対して振動電源回路の電圧は、第２固有発振信号の固有周波数ｆ２で変動する。基準電源回路と振動電源回路間のインダクタと、発振回路と基準電源回路間のキャパシタは、直列に接続され、固有周波数ｆ２がその直列共振周波数近傍であるので、第２固有発振信号の電圧Ｖｉに対して振動電源回路の電圧Ｖｏが増幅される。その結果、振動電源回路に接続する検出電極パターンの電位を拡大させて振動させることができ、指との静電容量Ｃｆが微小であっても、検出電極パターンに発生する第２固有発振信号を検出容易なレベルまで増幅させることができる。

請求項１の発明によれば、送信機を周辺に配置した操作者による入力操作と、送信機を所有しない操作者による入力操作の２系統の入力操作を検出できる。

第１固有発振信号の固有周波数ｆ１と第２固有発振信号の固有周波数ｆ２が異なるようにそれぞれの周波数を調整すれば、検出電極パターンで検出した固有発振信号の周波数から、送信機を周辺に配置した操作者による入力操作と、送信機を所有しない操作者による入力操作を識別できる。

また、同一の検出電極パターンを用いて、検出電極パターンの電位を固有周波数ｆ２で振動させる電位振動手段を設ける簡単な改良で、送信機を所有していない操作者の入力操作を検出できる。

また、商用交流電源などから発生するコモンモード信号を入力操作を検出するための固有発振信号としないので、使用環境が制限されずに送信機を持たない操作者の入力操作を検出できる。

請求項２の発明によれば、第１固有発振信号の固有周波数ｆ１と第２固有発振信号の固有周波数ｆ２が同一周波数であるので、検出電極パターンから共通する検出回路で第１固有発振信号と第２固有発振信号を検出でき、固有識別データで変調した変調信号を含むことから第１固有発振信号を第２固有発振信号から識別できる。

送信機を周囲に配置した操作者の入力操作を、固有識別データから送信機毎に識別することができるので、特定の送信機を所有する操作者に限った固有の命令を実行させることができる。

請求項３の発明によれば、送信機を周辺に配置した操作者による入力操作と、送信機を所有しない操作者による入力操作を入力操作データに含まれる識別データから判別できるので、送信機の有無によって、入力操作により実行される命令や入力画面表示を異ならせることができる。

請求項４の発明によれば、直流電源が接続する基準電源回路と検出電極パターンが接続する振動電源回路とを、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータなどの高価な絶縁部品を用いずに分離して、振動電源回路を固有周波数ｆ２で電圧変動させることができる。

また、操作者の指と検出電極パターンとの静電容量が微小であっても、検出電極パターンに発生する固有発振信号のレベルが拡大し、微小な静電容量の変化から入力操作を確実に検出できる。従って、操作者の指を検出電極パターンに触れずに、非接触で入力操作ができる。

本発明の第１実施の形態に係る人体通信式タッチパネル１を示すブロック図である。人体通信式タッチパネル１の等価回路図である。本発明の第２実施の形態に係る人体通信式タッチパネル２０を示すブロック図である。本発明の第３実施の形態に係る人体通信式タッチパネル３０を示すブロック図である。従来の人体通信式タッチパネル１００に用いる送信機１０２を、操作者１０の腕に装着させた状態を示す平面図である。従来の人体通信式タッチパネル１００を示すブロック図である。

以下、本発明の第１実施の形態に係る人体通信式タッチパネル（以下、タッチパネルという）１を、図１と図２を用いて説明する。本実施の形態に係るタッチパネル１は、集合住宅の入口のドアに設けられた電子錠を開錠若しくは施錠させる入力操作機器として用いられるもので、入力キーを表示する表示素子に積層して配置される。

タッチパネル１は、図１に示すように、タッチパネル１を構成する主要回路部品が２種類の非振動側回路基板２と振動側回路基板３に分けて搭載されている。非振動回路基板２には、接地電位とした低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣとからなる基準電源回路４が配線され、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間に直流電圧Ｖｃｃを印加するＤＣ電源５が接続されている。これにより、非振動回路基板２に搭載されるインタフェース回路６等の各回路部品を基準電源回路４に接続し、ＤＣ電源５の出力電圧Ｖｃｃにより駆動させている。

振動側回路基板３には、低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣとからなる振動電源回路７が配線されている。低圧振動電源線ＳＧＮＤは低圧基準電源線ＧＮＤと、高圧振動電源線ＳＶＣＣは高圧基準電源線ＶＣＣと、それぞれコイル８、９を介して接続している。コイル８とコイル９のインダクタンスは、いずれも後述する第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２に対してハイインピーダンスとなる値に設定され、ここでは、同一のインダクタンスＬのコイル８、９を用いている。これにより、図１に示すように、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣへ、後述する発振回路１５から第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２を同期させて出力すると、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤが接地されて安定電位にあるので、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣの電位が、同期して第２固有周波数ｆ２で変動し、両者間の電圧は、基準電源回路４と同じ直流出力電圧Ｖｃｃとなる。

振動側回路基板３の後述する電子部品が実装されていない表面若しくは振動側回路基板３の近傍に配置された絶縁パネルの表面は、操作者１０が指１０ａを接近させて入力操作を行う入力操作面となっていて、この入力操作面に沿って多数の検出電極パターン１１が互いに絶縁して配置され、操作者１０が指１０ａを入力操作面に向けて入力操作を行うと、１又は２以上の検出電極パターン１１が指１０ａに対向若しくは接近する。

操作者１０がタッチパネル１の入力操作面へ指１０ａを接近させて入力操作を行うと、指１０ａが接近する位置に配置された検出電極パターン１１と指１０ａとの静電容量Ｃｆが増大する。図１に示すように、操作者１０が例えば着衣のポケットなどの周辺に、第１固有周波数ｆ１の第１固有発振信号ＳＧ１を出力する送信機４０を所持していると、送信機４０から操作者１０の体内を流れて指１０ａに表れる第１固有発振信号ＳＧ１は、増大する静電容量Ｃｆを介して指１０ａに対向若しくは接近する検出電極パターン１１に伝達され、その検出電極パターン１１は、固有周波数ｆ１で電位が所定の振幅で振動する。つまり、送信機４０を周辺に所持する操作者１０が入力操作を行うと、操作者１０の体内を通した指１０ａから入力操作位置に近接する検出電極パターン１１へ第１固有周波数ｆ１で振動する第１固有発振信号ＳＧ１が出力される。

一方、全ての検出電極パターン１１は、振動電源回路７の高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続し、従って、発振回路１５から第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２を出力している間は、検出電極パターン１１の電位も、振動電源回路７と同期して第２固有周波数ｆ２で振動している。

全ての検出電極パターン１１の電位が第２固有周波数ｆ２で振動するのに対して、送信機４０を周囲に所有していない操作者１０は、足下などの一部が接地してほぼ定電位であり、操作者１０の指１０ａの電位も定電位となっている。従って、指１０ａと検出電極パターン１１間の電圧（相対電位）は、第２固有周波数ｆ２で振動し、入力操作する指１０ａが接近し、指１０ａとの静電容量Ｃｆが増大する検出電極パターン１１では、検出電極パターン１１から指１０ａへ静電容量Ｃｆを介して第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２が伝達される。これを、検出電極パターン１１に第２固有周波数ｆ２で同期して振動する振動電源回路７側からすると、相対的に入力操作する指１０ａの電位が第２固有周波数ｆ２で振動し、操作者１０の指１０ａから入力操作位置に近接する検出電極パターン１１へ第２固有周波数ｆ２で振動する第２固有発振信号ＳＧ２が出力される。従って、振動電源回路７で駆動する信号検出手段（後述するＭＰＵ１６）では、送信機４０を周辺に所持しない操作者１０の指１０ａに対向若しくは接近する検出電極パターン１１の電位が、第２固有周波数ｆ２で所定の振幅で振動するので、その検出電極パターン１１から第２固有発振信号ＳＧ２を検出できる。

振動側回路基板３には、アナログマルチプレクサ１２、バンドパスフィルタ１３ａ、１３ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１４ａ、１４ｂ、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１６及び発振回路１５の各回路素子が搭載され、いずれも振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続し、ＤＣ電源５から出力電圧Ｖｃｃを受けて動作している。

全ての検出電極パターン１１は、アナログマルチプレクサ１２の対応する入力に接続し、アナログマルチプレクサ１２は、ＭＰＵ１６からの切り替え制御により、一定の走査周期で全ての検出電極パターン１１を一パターン毎に、図示しない増幅回路を介して第１バンドパスフィルタ１３ａと第２バンドパスフィルタ１３ｂへ接続する。

第１バンドパスフィルタ１３ａは、送信機４０から出力される第１固有発振信号ＳＧ１の第１固有周波数ｆ１以外のノイズ成分をカットし、第１固有周波数ｆ１を中心とする周波数帯域の信号を通過させて、後段の第１Ａ／Ｄコンバータ１４ａへ出力する。

また、同様に、第２バンドパスフィルタ１３ｂは、発振回路１５から出力される第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数ｆ２以外のノイズ成分をカットし、第２固有周波数ｆ２を中心とする周波数帯域の信号を通過させて、後段の第２Ａ／Ｄコンバータ１４ｂへ出力する。

第１Ａ／Ｄコンバータ１４ａと第２Ａ／Ｄコンバータ１４ｂは、それぞれ入力される固有発振信号ＳＧ１、ＳＧ２の固有周波数ｆ１、ｆ２の少なくとも２倍以上の周波数でサンプリングし、第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２のレベルを量子化してＭＰＵ１６へ出力する。

Ａ／Ｄコンバータ１４ａ、１４ｂから出力される量子化データは、その時にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した検出電極パターン１１に発生する第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２の検出レベルを表すので、検出電極パターン１１の信号検出手段として作用するＭＰＵ１６では、その検出電極パターン１１の接続期間中にＡ／Ｄコンバータ１４ａ、１４ｂから入力された量子化データの総和を所定の閾値と比較する。

第１Ａ／Ｄコンバータ１４ａから入力された量子化データの総和が所定の閾値以上である場合には、第１固有発振信号ＳＧ１を検出したものと判定し、送信機４０を所有する操作者１０による入力操作があったことと、その時にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した検出電極パターン１１の配設位置から入力操作位置を検出する。

また、アナログマルチプレクサ１２、第２バンドパスフィルタ１３ｂ、第２Ａ／Ｄコンバータ１４ｂ及びＭＰＵ１６は、いずれも振動電源回路７に接続し、各電位は、検出電極パターン１１の電位に同期して振動しているので、検出電極パターン１１に発生する第２固有発振信号ＳＧ２を検出することができ、ＭＰＵ１６は、第２Ａ／Ｄコンバータ１４ｂから入力された量子化データの総和が所定の閾値以上である場合には、第２固有発振信号ＳＧ２を検出したものと判定し、送信機４０を所有しない操作者１０による入力操作があったことと、その時にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した検出電極パターン１１の配設位置から入力操作位置を検出する。

ＭＰＵ１６は、いずれかの入力操作を検出すると、第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２のいずれを検出したかを示す識別データと、その入力操作位置を含む入力操作データを、電源線から絶縁された信号線を介して、非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６に出力し、インターフェース回路６は、その入力操作データをＵＳＢ通信、Ｉ^２Ｃ通信等で入力操作データを利用する上位機器である電子錠へ出力する。

電子錠では、入力操作データに含まれる識別データにより、異なる動作を実行し、例えば、識別データが、送信機４０を所有する操作者１０による入力操作の検出を示す場合には、直ちにドアを開錠し、送信機４０を所有しない一般の操作者１０による入力操作の検出を示す場合には、暗証番号の入力や集合住宅の部屋番号を入力してインタフォーンで住人の呼び出しを促す表示を表示素子に表示させ、暗証番号の入力や住人からの操作で開錠させる。

発振回路１５も、振動電源回路７に接続し、その電位は振動電源回路７と同期して振動するが、基準電源回路４との間で直流電圧を遮断し、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣへ第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数ｆ２を出力するために、その出力を二股に分岐し、それぞれコンデンサ１７、１８を介して基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに接続している。コンデンサ１７とコンデンサ１８のキャパシタンスは任意であるが、ここでは、同一のキャパシタンスＣのコンデンサ１７、１８を用いている。

ＭＰＵ１６は、発振回路１５の動作を制御し、送信機４０を所有しない操作者１０の入力操作を検出する間に、発振回路１５から第２固有発振信号ＳＧ２を出力させている。検出電極パターン１１を第２固有周波数ｆ２で振動させていても、第１固有周波数ｆ１と第２固有周波数ｆ２が異なれば、第１固有周波数ｆ１の第１固有発振信号ＳＧ１、すなわち送信機４０を所有する操作者１０の入力操作は検出できるが、より精度良く検出するために、送信機４０を所有する操作者１０の入力操作を検出する場合には、ノイズとなる発振回路１５の出力を停止させている。

また、ＭＰＵ１６は、発振回路１５から出力される第２固有発振信号ＳＧ２の振幅や第２固有周波数ｆ２を任意の値に制御し、ここでは、１８７ｋＨｚの第２固有周波数ｆ２で振幅（ピーク間の電圧Ｖｐ−ｐ）が５Ｖの第２固有発振信号ＳＧ２を出力する。第２固有周波数ｆ２を１８７ｋＨｚとした理由を以下に説明する。

第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２が基準電源回路４と振動電源回路７に流れる場合に、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間及び低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣ間が近接して配線され、第２固有周波数ｆ２の帯域でこれらの電源線間は短絡しているとすれば、図１の基準電源回路４と振動電源回路７は、図２の等価回路図で示される。

図２に示すように、振動電源回路７に接続する発振回路１５の出力と基準電源回路４間には、並列にキャパシタンスＣのコンデンサ１７、１８が接続されているので、その合成キャパシタンスは、２Ｃであり、また、基準電源回路４と振動電源回路７間に並列に接続されるコイル８、９の合成インダクタンスは、Ｌ／２となる。これらのキャパシタとインダクタは、第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２が流れる閉回路において直列に接続され、第２固有発振信号ＳＧ２の振幅（レベル）をＶｉ、コイル８、９両端の基準電源回路４と振動電源回路７間の電圧をＶｏ、２πｆで表される角速度をω（ｒａｄ／ｓｅｃ）とすれば、
Ｖｏ＝［ω^２ＬＣ／（ω^２ＬＣ−１）］Ｖｉ・・・（１）式
で表される。
ここで、図２に示す回路は、ω^２ＬＣ＝１で直列共振し、そのときの周波数ｆ_０は、
ｆ_０＝１／［２π（ＬＣ）^１／２］・・・（２）式
となる。

つまり、（２）式関係から得られる共振周波数ｆ_０を、第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数ｆ２とすれば、第２固有発振信号ＳＧ２のレベルに対して、（１）式から理論上振動電源回路７の電位が無限大で振動し、振動電源回路７に接続する検出電極パターン１１の電位も無限大に振動させることができる。その結果、検出電極パターン１１と指１０ａとの静電容量が１０ｐＦ程度と微小であっても、検出電極パターン１１と指１０ａ間に発生する電圧が無限大に拡大するので、第２固有周波数ｆ２で第２Ａ／Ｄコンバータ１４ｂからＭＰＵ１６へ出力される第２固有発振信号ＳＧ２のレベルが増大し、ＭＰＵ１６により容易に検出可能となる。

実際のタッチパネル１では、基準電源回路４と振動電源回路７のインダクタンス、浮遊容量などの影響から、（２）式から得る周波数ｆ_０で共振せず、また、基準電源回路４と振動電源回路７に第２固有発振信号ＳＧ２が流れる際のエネルギーロス等により、振動電源回路７は、第２固有発振信号ＳＧ２のレベルに対して有限倍率に拡大された振幅で電位が振動する。一方、操作者１０の指１０ａが触れることのある検出電極パターン１１に大電圧を加えることはできないので、第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数ｆ２を共振周波数ｆ_０からずらしてその近傍とするとともに、第２固有発振信号ＳＧ２の振幅を調整して、第２Ａ／Ｄコンバータ１４ｂのリファレンス電圧内となるように、検出電極パターン１１の電圧振動の振幅を制限している。

使用環境やコイル８、９、コンデンサ１７、１８等の回路定数によって調整する必要のある第２固有発振信号ＳＧ２の振幅と第２固有周波数ｆ２は、上述したように、ＭＰＵ１６からの制御で容易に調整できる。第２固有周波数ｆ２は、任意の周波数とすることができるが、商用交流電源線の周囲では、操作者１０の指１０ａが定電位ではなく商用交流電源の周波数のコモンモードノイズにより振動することがあるので、商用交流電源の周波数とその高調波を除く周波数とすることが好ましい。

例えば、図１に示すタッチパネル１において、コイル８、９のインダクタンスが２２０μＨ、コンデンサ１７、１８のキャパシタンスが３３０ｐＦであるとして、振幅（Ｖｐ−ｐ）が５Ｖで第２固有周波数ｆ２が１８７ｋＨｚの第２固有発振信号ＳＧ２を発振回路１５から出力すると、振動電源回路７と振動電源回路７に接続する検出電極パターン１１は、４倍の２０Ｖの振幅（Ｖｐ−ｐ）で振動することが実測された。

上述の第１実施の形態では、第１固有発振信号ＳＧ１の第１固有周波数ｆ１と第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数ｆ２を異なる周波数としたが、送信機４０の所有有無で操作者１０の入力操作を識別する必要がなければ、同一の周波数であってもよい。また、同一の周波数としても、送信機４０の所有有無で操作者１０の入力操作を識別することが可能であり、以下、この共通の周波数で入力操作を識別できる第２実施の形態に係るタッチパネル２０を図３を用いて説明する。タッチパネル２０の主要構成は、第１実施の形態に係るタッチパネル１と同一であるので、同一に作用する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、操作者１０が周辺に所有する送信機４１から出力される第１固有発振信号ＳＧ１の第１固有周波数と、発振回路１５から出力される第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数は、同一の周波数ｆ３となっている。また、送信機４１は、図示しない変調回路を備え、変調回路において送信機４１を特定する固有識別データで変調した変調信号を、第１固有発振信号ＳＧ１に含めて出力している。

この第２実施の形態では、検出電極パターン１１に、同一周波数ｆ３の第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２が重畳すると、位相差で電位が周波数ｆ３で振動せずに、いずれの固有発振信号ＳＧ１、ＳＧ２も検出できない恐れがあるので、送信機４１を周辺に所有する操作者１０からの入力操作を検出する際は、ＭＰＵ１６からの制御で、発振回路１５からの第２固有発振信号ＳＧ２の出力を停止しておく。また、コイル８とコイル９のインダクタンスは、第２固有周波数ｆ３の第２固有発振信号ＳＧ２に対してハイインピーダンスとなる値に設定する。

このタッチパネル２０では、第１固有発振信号ＳＧ１の第１固有周波数と、第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数が共通する周波数ｆ３であるため、アナログマルチプレクサ１２の出力に接続されるバンドパスフィルタ１３ｃは、周波数ｆ３を中心とする周波数帯域の信号を通過させる１素子のみであり、検出電極パターン１１に発生する第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２のいずれも後段のＡ／Ｄコンバータ１４ｃと復調回路２１へ出力する。

Ａ／Ｄコンバータ１４ｃは、周波数ｆ３の少なくとも２倍以上の周波数でサンプリングし、第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２のレベルを量子化してＭＰＵ１６へ出力する。

また、アナログマルチプレクサ１２とＭＰＵ１６間に、Ａ／Ｄコンバータ１４ｃと並列に接続される復調回路２１は、アナログマルチプレクサ１２から出力される固有発振信号から復調を試み、固有発振信号に含まれる変調信号から送信機４１を特定する固有識別データが復調された場合には、その固有識別データをＭＰＵ１６へ出力する。

ＭＰＵ１６では、復調回路２１から固有識別データが入力された際に、Ａ／Ｄコンバータ１４ｃから入力された量子化データの総和が所定の閾値以上である場合には、第１固有発振信号ＳＧ１を検出したものと判定し、固有識別データで特定される送信機４０を所有する操作者１０による入力操作があったことと、その時にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した検出電極パターン１１の配設位置から入力操作位置を検出する。隣接する検出電極パターン１１について、同じ固有識別データが入力された場合には、各Ａ／Ｄコンバータ１４ｃから入力された量子化データの総和を比較して、入力操作位置を検出する。

ＭＰＵ１６では、復調回路２１から固有識別データが入力されずに、Ａ／Ｄコンバータ１４ｃから入力された量子化データの総和が所定の閾値以上である場合には、第２固有発振信号ＳＧ２を検出したものと判定し、送信機４０を所有しない操作者１０による入力操作があったことと、その時にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した検出電極パターン１１の配設位置から入力操作位置を検出する。

ＭＰＵ１６は、第１固有発振信号ＳＧ１と第２固有発振信号ＳＧ２のいずれを検出したかを示す識別データと、その入力操作位置と、更に、第１固有発振信号ＳＧ１を検出した場合には、固有識別データから送信機４０を特定する送信機データとを含めた入力操作データを、インタフェース回路６を介して上位機器へ出力する。

上述の第１、第２実施の形態では、検出電極パターン１１の電位を第２固有周波数ｆ２、ｆ３で振動させる電位振動手段として、定電位の基準電源回路４と振動電源回路７を第２固有周波数ｆ２、ｆ３の第２固有発振信号ＳＧ２に対してハイインピーダンスとなるインダクタンスのコイル８、９で接続したが、図４に示す第３実施の形態に係るタッチパネル３０のように、定電位の基準電源回路４と振動電源回路７間を絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３１で接続し、振動電源回路７に接続する検出電極パターン１１の電位を第２固有周波数ｆ２で振動させてもよい。第３実施の形態に係るタッチパネル３０も第１実施の形態に係るタッチパネル１と主要構成は、第１実施の形態に係るタッチパネル１と同一であるので、同一に作用する構成には同一の番号を付してその説明を省略する。

このタッチパネル３０では、振動側回路基板３に搭載される全ての回路素子を、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を用いて、本体や周囲の機器から絶縁し、振動側回路基板３に配線される振動電源回路７を、第２固有発振信号ＳＧ２の第２固有周波数ｆ２で振動させる。

そのため、第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２を出力する発振回路３２は、タッチパネル１、２０と異なり、振動側回路基板３から絶縁された非振動側回路基板２に搭載され、非振動側回路基板２配線される基準電源回路４に接続して、ＤＣ電源５の直流電圧Ｖｃｃで動作する。発振回路３２の出力は、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤに接続し、これにより低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣは、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３１の出力電圧の電位差を保ちながら、各電位が第２固有周波数ｆ２で同期して振動する。

振動電源回路７に接続する検出電極パターン１１、ＰＭＵ１６等の電位は、第２固有周波数ｆ２で振動するので、定電位の操作者１０の指１０ａを接近させた検出電極パターン１１から第２固有周波数ｆ２の第２固有発振信号ＳＧ２を検出できる。

この第３実施の形態に係るタッチパネル３０によれば、ＤＣ電源５の直流電圧Ｖｃｃに対して振動電源回路７の直流電圧を、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ３１により、振動側回路基板３に搭載されたＰＭＵ１６等の回路部品の動作電圧に合わせて任意に調整できる。

上述の各実施の形態において説明したように、送信機４０は、必ずしも操作者１０に直接接触していなくても、着衣のポケット等操作者１０の周辺に配置されていれば、操作者１０の体内を通して指１０ａに近接する検出電極パターン１１に第１固有発振信号ＳＧ１が発生し、ＰＭＵ１６において入力操作を検出できる。

同様に、操作者１０の指１０ａを検出電極パターン１１に接触させずに、増大する静電容量Ｃｆを介して非接触で操作者１０の入力操作を検出できる。

上述の各実施の形態では、複数の検出電極パターン１１を入力操作面に配置し、固有発振信号ＳＧ１、ＳＧ２を検出した検出電極パターン１１の配置位置から入力操作位置も検出しているが、単一の検出電極パターン１１から固有発振信号ＳＧ１、ＳＧ２を検出し、入力操作のみがあったことを検出する静電容量スイッチとして機能するタッチパネルであってもよい。

また、発振回路１５は、ＭＰＵ１６と別に設けているが、ＭＰＵ１６に内蔵させてもよい。

また、検出電極パターン１１の電位を、第２固有周波数ｆ２で振動させる電位振動手段は、上述の各実施の形態のタッチパネル１、３０の手段に限らない。

本発明は、操作者１０の体内を通して指１０ａに表れる送信機４０の出力信号を検出することから、操作者１０の入力操作を検出する人体通信式タッチパネルに適している。

１、２０、３０人体通信式タッチパネル
４基準電源回路
５直流電源
７振動電源回路
８、９インダクタ（電位振動手段）
１０操作者
１１検出電極パターン
１５、３２発振回路
１６ＰＭＵ（第１信号検出手段、第２信号検出手段）
１７、１８キャパシタ
２１復調回路（復調手段）
３１絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ（電位振動手段）
４０送信機
ＳＧ１第１固有発振信号
ＳＧ２第２固有発振信号

Claims

絶縁パネルの一面に互いに絶縁して配設される１又は２以上の検出電極パターンと、
操作者の周囲に配置され送信機から出力される固有周波数ｆ１の第１固有発振信号を、各検出電極パターンから検出する第１信号検出手段とを備え、
第１信号検出手段がいずれか１又は２以上の検出電極パターンから第１固有発振信号を検出した際に、該検出電極パターンへの入力操作があったものとして、入力操作の検出を示す入力操作データを出力する人体通信式タッチパネルであって、
固有周波数ｆ２の第２固有発振信号を出力する発振回路と、
第２固有発振信号により、各検出電極パターンの電位を固有周波数ｆ２で振動させる電位振動手段と、
各検出電極パターンと電位が同期して変動し、各検出電極パターンとの相対電位が固有周波数ｆ２で変動する第２固有発振信号を検出する第２信号検出手段を、更に備え、
第２信号検出手段がいずれか１又は２以上の検出電極パターンから第２固有発振信号を検出した際に、該検出電極パターンへの入力操作があったものとして、入力操作の検出を示す入力操作データを出力することを特徴とする人体通信式タッチパネル。
送信機は、固有識別データで変調した変調信号を、固有周波数ｆ２と同一周波数とした固有周波数ｆ１の第１固有発振信号に含めて出力し、
第１信号検出手段は、第１固有発振信号に含まれる変調信号から固有識別データを復調する復調手段を有し、復調信号に固有識別データが含まれていることから第１固有発振信号を検出することを特徴とする請求項１に記載の人体通信式タッチパネル。
第１信号検出手段による第１固有発振信号の検出と、第２信号検出手段による第２固有発振信号の検出とを識別する識別データを入力操作データに含めて出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人体通信式タッチパネル。
電位振動手段は、
定電位で、直流電源に接続する基準電源回路と、
固有周波数ｆ２に対してハイインピーダンスとなるインダクタを介して基準電源回路に接続し、各検出電極パターンに接続する振動電源回路と、
振動電源回路に接続し、前記インダクタを介した直流電源の出力で駆動する発振回路と基準電源回路の間に配置されるキャパシタとからなり、
キャパシタを介して発振回路から基準電源回路へ出力する第２固有発振信号の固有周波数ｆ２をインダクタとキャパシタが直列に接続される直列共振周波数の近傍とし、第２固有発振信号を増幅して各検出電極パターンの電位を振動させることを特徴とする請求項１に記載の人体通信式タッチパネル。