JP2018101281A - タッチ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ判定の検出精度を確保することができるタッチ検出装置を提供する。【解決手段】コントローラ１６は、閾値ＣON-OFFの調整時、センサ電極４の電圧を印加しないようにして、測定回路を追加回路１４に切り替える。このとき、コントローラ１６は、センサ電極４から磁気的に遮蔽されたシールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)をシールド電極測定制御部１５にて検出し、その値を基に操作判定の閾値ＣON-OFF（タッチ判定閾値ＣON及び非タッチ判定閾値ＣOFF）を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチ操作を検出するタッチ検出装置に関する。

図６及び図７に示すように、静電容量式のタッチ検出装置（タッチセンサ）は、タッチ操作により変化する静電容量Ｃ(t)を測定し、その値が所定のタッチ判定閾値Ｃ_ON以上となったとき、タッチ操作があったと判定する。しかし、静電容量Ｃ(t)はタッチ操作以外の要因でも増減し、これが誤動作の要因となってしまう可能性がある。誤動作の要因の１つには、例えば周辺環境の温湿度変動がある。

図６に示すように、例えばタッチ操作状態の判定中に温湿度が上昇すると、非タッチ操作に切り替わったとき、静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFF以下とならず、タッチ操作状態の判定が維持されてしまう状況が生じる。また、図７に示すように、例えばタッチ操作状態の判定中に温湿度が下降すると、タッチ状態をとっているにも関わらず、操作途中で静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFF以下となってしまい、非タッチ判定の状態に切り替わってしまう状況が生じる。

そこで、特許文献１には、以上のような問題に対処する技術が開示されている。この特許文献１は、タッチ操作有りの判定中の静電容量Ｃ(t)の変動から温湿度変動を推定し、温湿度変動があったと判定したとき、非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを異なる値に切り替えることで、正しい非タッチ判定を確保する技術となっている。

特開２０１５−１１５５８号公報

特許文献１は、静電容量Ｃ(t)の単位時間あたりの増分により、タッチ／非タッチ操作と温湿度変動とを区別する技術となっている。このため、例えばタッチ操作部に導体（指など）を接触させることによりタッチ状態を長時間継続したとき、導体の押し当て状態が揺らいでしまう（例えば、センサ電極に近接した指が揺れる）と、この揺らぎを温湿度変動と区別することができない問題があった。

本発明の目的は、タッチ判定の検出精度を確保することができるタッチ検出装置を提供することにある。

前記問題点を解決するタッチ検出装置は、センサ電極に対向配置されたシールド電極に前記センサ電極と同じ電圧を印加することで前記センサ電極の寄生容量を減少させるキャンセル機構を備えた構成において、前記シールド電極の静電容量を検出可能なシールド電極測定制御部と、前記センサ電極に電圧を印加しないことで前記シールド電極のみを作動し、この状態下での前記シールド電極の静電容量を前記シールド電極測定制御部で測定することにより、その静電容量を基に操作判定の閾値を調整するコントローラとを備えた。

本構成によれば、センサ電極に電圧を印加しないとき、シールド電極はセンサ電極と電磁的に遮蔽された状態になる。このため、シールド電極は、センサ電極側のタッチ操作に影響を受けなくなり、周囲環境に応じた静電容量を出力する。本構成では、このときのシールド電極の静電容量をシールド電極測定制御部で測定し、その値を基に操作判定の閾値を調整するので、操作判定の閾値が周辺環境に応じた好適な値に変更される。よって、タッチ判定の検出精度を確保することが可能となる。

前記タッチ検出装置において、前記コントローラは、前記シールド電極の静電容量を基に前記閾値を調整する処理を、一定周期ごとに実行することが好ましい。この構成によれば、閾値が好適な値に都度設定されるので、タッチ判定の検出精度確保に寄与する。

前記タッチ検出装置において、前記閾値は、前記センサ電極に対する操作が非タッチ操作か否かを判定するのに用いる非タッチ判定閾値であり、前記コントローラは、タッチ操作状態であるとの判定中に前記非タッチ判定閾値を調整することにより、タッチ判定中に判定が非タッチ判定に切り替わらないようにすることが好ましい。この構成によれば、センサ電極の静電容量が周辺環境に影響を受けて変化してしまう状態下であっても、ユーザのタッチ操作中、意図せずに判定が非タッチ判定に切り替わってしまう状況を生じ難くすることが可能となる。

前記タッチ検出装置において、前記コントローラは、非タッチ操作状態であるとの判定中、及びタッチ操作状態であるとの判定中のどちらにおいても、センサ電極に電圧を印加せずにシールド電極の出力を確認して閾値を調整するという同一の処理により、タッチ判定閾値及び非タッチ判定閾値を調整することが好ましい。この構成によれば、タッチ判定閾値の調整と非タッチ判定閾値の調整とで各々異なる判定ロジックを用意する必要がないので、処理や構成の簡素化に有利となる。

前記タッチ検出装置において、前記センサ電極及び前記シールド電極は、同じ面積に形成されていることが好ましい。この構成によれば、操作判定時にセンサ電極に発生し得る寄生容量と、閾値調整の処理時にシールド電極に発生し得る寄生容量とのうち、一方が他方に対し大きく偏って発生してしまうことがない。よって、操作判定の判定精度と閾値調整の精度確保とを両立するのに有利となる。

本発明によれば、タッチ判定の検出精度を確保することができる。

一実施形態のタッチ検出装置の構成図。 閾値調整の追加回路の作動図。 （ａ）は温湿度上昇時のセンサ電極の出力波形図、（ｂ）は温湿度上昇時のシールド電極の出力波形図。 （ａ）は温湿度下降時のセンサ電極の出力波形図、（ｂ）は温湿度下降時のシールド電極の出力波形図。 センサ電極及びシールド電極の大きさを示す電極群の斜視図。 従来のタッチ検出装置におけるセンサ電極の出力波形図。 同じくタッチ検出装置におけるセンサ電極の出力波形図。

以下、タッチ検出装置の一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、静電容量式のタッチ検出装置１は、タッチ操作部２に対する人体等のタッチ操作を検出するタッチ検出回路３を備える。本例のタッチ検出回路３は、タッチ操作部２のタッチ操作を検出するセンサ電極４と、センサ電極４の静電容量Ｃ(t)を測定してタッチ操作を判定するセンサ電極測定制御部５とを備える。タッチ操作部２は、例えばタッチパネル等である。センサ電極４は、タッチ操作部２の裏面全域に亘ってドット状に配設された電極群からなる。

タッチ操作部２がタッチ操作されると、その操作部分のセンサ電極４の静電容量Ｃ(t)が変化する。センサ電極測定制御部５は、その静電容量Ｃ(t)の変化を測定し、タッチ判定や非タッチ判定などを実行する。

タッチ検出装置１（タッチ検出回路３）は、センサ電極４に発生する寄生容量を減少させてタッチ検出の精度を確保するキャンセル機構８を備える。キャンセル機構８は、センサ電極４に対向配置されたシールド電極９と、センサ電極４及びシールド電極９の間に配置された絶縁体１０と、シールド電極９を駆動するシールド電極駆動回路１１とを備える。センサ電極測定制御部５は、センサ電極４に印加される電圧と同じ電圧を、シールド電極駆動回路１１を通じてシールド電極９に印加することにより、センサ電極４とＧＮＤ面（例えば筐体等）との間に発生する寄生容量がセンサ電極４の静電容量Ｃ(t)に含まれないようにする。これにより、静電容量Ｃ(t)の高いＳ／Ｎ比が確保される。

タッチ検出装置１は、タッチ検出装置１の周辺環境の影響を抑制してタッチ操作の検出精度を確保する補正機能（追加回路１４）を備える。本例の補正機能は、タッチ検出装置１の周辺環境（例えば温湿度）が変動しても、タッチ判定状態が意図せずに切り替わってしまわないように、操作判定の閾値Ｃ_ON-OFF（例えばタッチ判定閾値Ｃ_ON、非タッチ判定閾値Ｃ_OFF）を周辺環境に応じて調整するものである。

この場合、タッチ検出装置１（追加回路１４）は、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)を検出可能なシールド電極測定制御部１５と、閾値調整の作動を制御するコントローラ１６とを備える。コントローラ１６は、センサ電極測定制御部５、シールド電極駆動回路１１及びシールド電極測定制御部１５に接続されている。コントローラ１６は、センサ電極４に電圧を印加しないことでシールド電極９のみを作動し、この状態下でのシールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)をシールド電極測定制御部１５で測定することにより、その静電容量Ｃｓ(t)を基に操作判定の閾値Ｃ_ON-OFFを調整する。コントローラ１６は、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)を基に閾値Ｃ_ON-OFFを調整する処理を、一定周期ごとに実行する。

次に、図１〜図５を用いて、本発明の実施例であるタッチ検出装置１の作用及び効果を説明する。
図１に示すように、センサ電極測定制御部５は、操作判定の期間中、センサ電極４から出力される静電容量Ｃ(t)を監視し、この静電容量Ｃ(t)と、操作判定の所定の閾値Ｃ_ON-OFF（タッチ判定閾値Ｃ_ON及び非タッチ判定閾値Ｃ_OFF）とを比較することにより、タッチ操作を判定する。具体的には、非タッチ操作状態の判定下で静電容量Ｃ(t)がタッチ判定閾値Ｃ_ON以上となると、タッチ判定状態となり、タッチ操作状態の判定下で静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFF以下となると、非タッチ判定状態となる。

タッチ操作中の判定下のとき、静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFF以下とならない限り、タッチ操作中の判定状態は維持される。タッチ操作中の判定下のとき、静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを一度でも下回ると、静電容量Ｃ(t)がタッチ判定閾値Ｃ_ONを再度超えない限り、タッチ操作中の判定には移行しない。

また、センサ電極測定制御部５は、操作判定の期間中、センサ電極４に印加する電圧と同じ電圧を、シールド電極駆動回路１１を通じてシールド電極９に印加する。これにより、センサ電極４とＧＮＤ面との間に発生する寄生容量がキャンセルされ、静電容量Ｃ(t)の高いＳ／Ｎが確保される。

図２に示すように、コントローラ１６は、一定周期ごとに周辺環境（本例は温湿度）の変動を確認する。本例の場合、コントローラ１６は、一定周期ごとに、電極を測定する測定回路を、タッチ操作の有無を検出するタッチ検出回路３から、周辺環境に応じた閾値調整を行う追加回路１４に切り替える。一定周期は、例えば温湿度を測定すべき所定のタイミングに設定されることが好ましい。

電極測定の測定回路を追加回路１４に切り替えるにあたり、まずコントローラ１６は、センサ電極４及びシールド電極駆動回路１１に電圧を印加しないことにより、タッチ検出回路３を無効化する。このとき、センサ電極４が接地されるとともに、シールド電極駆動回路１１が機能停止する。電極測定の測定回路が追加回路１４に切り替えられたとき、シールド電極９は、接地されたセンサ電極４によって電磁気的に遮蔽された状態になるので、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)は、タッチ操作の影響を受けなくなる。但し、実際には完全に遮蔽することができないが、タッチ操作の影響を無視できる程度には遮蔽することが可能である。

シールド電極測定制御部１５は、測定回路が追加回路１４になったときのシールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)を測定し、この測定値をコントローラ１６に出力する。コントローラ１６は、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)を基に、周囲環境（温湿度）の変動を判定する。

ここで、図３（ａ），（ｂ）に、タッチ操作状態であるとの判定中に温湿度が上昇したときの静電容量Ｃ(t)，Ｃｓ(t)のそれぞれの波形変化図を示す。同図からも分かるように、タッチ操作状態の判定中のときに温湿度が上昇すると、静電容量Ｃ(t)，Ｃｓ(t)がともに上昇する。コントローラ１６は、閾値調整の処理時、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)の変化量に応じた補正量αを非タッチ判定閾値Ｃ_OFFに加算して、非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを調整する。これにより、ユーザの操作が非タッチ状態となったとき、問題なくセンサ電極４の静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを下回る。

また、図４（ａ），（ｂ）に、タッチ操作状態であるとの判定中に温湿度が下降したときの静電容量Ｃ(t)，Ｃｓ(t)のそれぞれの波形変化図を示す。同図からも分かるように、タッチ操作状態の判定中のときに温湿度が下降すると、静電容量Ｃ(t)，Ｃｓ(t)がともに下降する。コントローラ１６は、閾値調整の処理時、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)の変化量に応じた補正量βを非タッチ判定閾値Ｃ_OFFに加算して、非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを調整する。これにより、ユーザの操作がタッチ操作中であるにもかからず、センサ電極４の静電容量Ｃ(t)が非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを下回ることがない。

さて、本例の場合、センサ電極４の電圧を印加しないとき、シールド電極９はセンサ電極４と電磁的に遮蔽された状態となる。このため、シールド電極９は、センサ電極４側のタッチ操作に影響を受けなくなり、周囲環境（温湿度変動）に応じた静電容量Ｃｓ(t)を出力する。本例では、このときのシールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)をシールド電極測定制御部１５で測定し、その値を基に操作判定の閾値Ｃ_ON-OFFを調整するので、操作判定の閾値Ｃ_ON-OFFが周辺環境に応じた好適な値に変更される。よって、タッチ判定の検出精度を確保することができる。

コントローラ１６は、シールド電極９の静電容量Ｃｓ(t)を基に閾値Ｃ_ON-OFFを調整する処理を、一定周期ごとに実行する。よって、閾値Ｃ_ON-OFFが好適な値に都度設定されるので、タッチ判定の検出精度確保に寄与する。

コントローラ１６は、タッチ操作状態であるとの判定中に非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを調整することにより、タッチ判定中に判定が非タッチ判定に切り替わらないようにする。よって、センサ電極４の静電容量Ｃ(t)が周辺環境に影響を受けて変化してしまう状態下であっても、ユーザのタッチ操作中、意図せずに判定が非タッチ判定に切り替わってしまう状況を生じ難くすることができる。

コントローラ１６は、非タッチ操作状態であるとの判定中、及びタッチ操作状態であるとの判定中のどちらにおいても、センサ電極４に電圧を印加せずにシールド電極９の出力を確認して閾値Ｃ_ON-OFFを調整するという同一の処理により、タッチ判定閾値Ｃ_ON及び非タッチ判定閾値Ｃ_OFFを調整する。よって、タッチ判定閾値Ｃ_ONの調整と非タッチ判定閾値Ｃ_OFFの調整とで各々異なる判定ロジックを用意する必要がないので、処理や構成の簡素化に有利となる。

図５に示すように、センサ電極４及びシールド電極９は、同じ面積に形成されている。ところで、タッチ検出装置１の測定回路をタッチ検出回路３にしてセンサ電極４の静電容量Ｃ(t)からタッチ判定を行うとき、センサ電極４に寄生容量が発生しており、同様に、測定回路を追加回路１４に切り替えて閾値Ｃ_ON-OFFを調整するとき、シールド電極９に寄生容量が発生する。ここで、例えばシールド電極９の面積をセンサ電極４よりも大きくして、判定操作時のセンサ電極４の寄生容量を小さく抑えることもできるが、その背反として、測定回路を追加回路１４を切り替えたとき、シールド電極９に大きな寄生容量が発生してしまい、閾値Ｃ_ON-OFFの正確な調整に支障を来す。

そこで、本例の場合、センサ電極４及びシールド電極９を同じ面積に形成しているので、操作判定時にセンサ電極４に発生し得る寄生容量と、閾値調整の処理時にシールド電極９に発生し得る寄生容量とのうち、一方が他方に対し大きく偏って発生してしまうことがない。よって、操作判定の判定精度と閾値調整の精度確保とを両立するのに有利となる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・閾値Ｃ_ON-OFFの調整方法は、実施例で述べたような温湿度の変化量に応じた一対一関係の補正量α，βが閾値Ｃ_ON-OFFに加減算される方法に限定されない。例えば、温湿度の変化量の範囲ごとに閾値Ｃ_ON-OFFの補正量が加減算設定される調整方法としてもよい。

・閾値Ｃ_ON-OFFの調整方法は、閾値Ｃ_ON-OFFに補正量α，βが加算、減算される方法に限定されず、例えば現在の閾値Ｃ_ON-OFFに定数を乗算するなど、他の方法に変更してもよい。

・キャンセル機構８は、実施例に述べた構成に限らず、シールド電極を有していれば、他の構造のものに変更可能である。
・タッチ判定閾値Ｃ_ON及び非タッチ判定閾値Ｃ_OFFの一方のみを調整するタッチ検出装置１としてもよい。

・タッチ検出装置１は、例えばパームレストなど、種々の機器や装置に適用可能である。

１…タッチ検出装置、４…センサ電極、８…キャンセル機構、９…シールド電極、１５…シールド電極測定制御部、１６…コントローラ、Ｃ(t)…静電容量、Ｃｓ(t)…静電容量、Ｃ_ON-OFF…閾値、Ｃ_ON…タッチ判定閾値、Ｃ_OFF…非タッチ判定閾値。

Claims (5)

1. センサ電極に対向配置されたシールド電極に前記センサ電極と同じ電圧を印加することで前記センサ電極の寄生容量を減少させるキャンセル機構を備えたタッチ検出装置において、
   前記シールド電極の静電容量を検出可能なシールド電極測定制御部と、
   前記センサ電極に電圧を印加しないことで前記シールド電極のみを作動し、この状態下での前記シールド電極の静電容量を前記シールド電極測定制御部で測定することにより、その静電容量を基に操作判定の閾値を調整するコントローラと
   を備えたことを特徴とするタッチ検出装置。
2. 前記コントローラは、前記シールド電極の静電容量を基に前記閾値を調整する処理を、一定周期ごとに実行する
   請求項１に記載のタッチ検出装置。
3. 前記閾値は、前記センサ電極に対する操作が非タッチ操作か否かを判定するのに用いる非タッチ判定閾値であり、
   前記コントローラは、タッチ操作状態であるとの判定中に前記非タッチ判定閾値を調整することにより、タッチ判定中に判定が非タッチ判定に切り替わらないようにする
   請求項１又は２に記載のタッチ検出装置。
4. 前記コントローラは、非タッチ操作状態であるとの判定中、及びタッチ操作状態であるとの判定中のどちらにおいても、センサ電極に電圧を印加せずにシールド電極の出力を確認して閾値を調整するという同一の処理により、タッチ判定閾値及び非タッチ判定閾値を調整する
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のタッチ検出装置。
5. 前記センサ電極及び前記シールド電極は、同じ面積に形成されている
   請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のタッチ検出装置。

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