JP5562794B2

JP5562794B2 - Electrostatic touch switch device

Info

Publication number: JP5562794B2
Application number: JP2010226627A
Authority: JP
Inventors: 誠也村瀬
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: JP2012079661A

Description

本発明は、静電タッチスイッチ装置に関し、特に、輻射ノイズの小さい静電タッチスイッチ装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic touch switch device, and more particularly to an electrostatic touch switch device with low radiation noise.

従来のタッチスイッチ装置として、操作部表面に金属膜が電極として形成され、タッチされる操作者の手指と電極との間で可変コンデンサを構成して電極へのタッチにより静電容量変化を検出してスイッチ検出を行なう静電タッチスイッチ装置がある（例えば、特許文献１）。この静電タッチスイッチ装置の電極には、所定の周波数の交流信号が印加されており、手指が電極に近接または接触することにより、交流信号レベルの低下を検出回路により検出することでタッチによるスイッチ動作を検出するとされている。 As a conventional touch switch device, a metal film is formed as an electrode on the surface of the operation unit, and a variable capacitor is configured between the finger of the operator touched and the electrode to detect a change in capacitance by touching the electrode. There is an electrostatic touch switch device that performs switch detection (for example, Patent Document 1). An alternating current signal of a predetermined frequency is applied to the electrode of this electrostatic touch switch device, and a switch by touch is detected by detecting a decrease in the alternating current signal level by a detection circuit when a finger approaches or contacts the electrode. It is supposed to detect movement.

一方、高周波成分を含む回路の不要輻射ノイズを抑制するための配線パターン構造が提案されている（例えば、特許文献２）。一つの信号回路が並列する２本に分岐された信号配線パターンで構成され、分岐された信号配線パターンはＧＮＤパターンの形成された層を挟んだ２つの層の対向する位置にそれぞれ形成され、それぞれが内部の次の層に形成されたＧＮＤパターンと対応している。これにより、交流信号の流れる信号配線パターンからは、ＧＮＤパターンへと、対向面に略垂直に高周波電流が方向が互いに対向するように流れ、従って発生する磁界も逆向きになるので互いに打ち消し合い電磁波の発生は減少し外部に放射されるノイズも減少するとされている。 On the other hand, a wiring pattern structure for suppressing unnecessary radiation noise of a circuit including a high frequency component has been proposed (for example, Patent Document 2). One signal circuit is composed of two signal wiring patterns branched in parallel, and the branched signal wiring patterns are formed at opposing positions of two layers sandwiching the layer where the GND pattern is formed, respectively. Corresponds to the GND pattern formed in the next inner layer. As a result, the high-frequency current flows from the signal wiring pattern through which the AC signal flows to the GND pattern so that the directions of the high-frequency currents are substantially perpendicular to the opposing surface, and thus the generated magnetic fields are also opposite to each other. It is said that the occurrence of noise is reduced and the noise emitted to the outside is also reduced.

特開２００８−２８２７２４号公報JP 2008-282724 A 特開平８−２７４４２７号公報JP-A-8-274427

しかし、特許文献１等に示される構成のタッチスイッチ装置は、検出電極への操作者の手指の近接あるいは接触を静電容量変化として検出するので、特許文献２に示されるように背面側にＧＮＤパターンを配置することが難しい。また、操作者の手指を近接させるため検出電極の前面にＧＮＤパターンを配置することができず、タッチスイッチの検出電極から、印加される交流信号による輻射ノイズが放射される場合があった。 However, the touch switch device having the configuration shown in Patent Document 1 or the like detects the proximity or contact of the operator's finger to the detection electrode as a change in capacitance. It is difficult to place a pattern. In addition, since the operator's fingers are brought close to each other, the GND pattern cannot be arranged on the front surface of the detection electrode, and radiation noise due to the applied AC signal may be emitted from the detection electrode of the touch switch.

本発明の目的は、輻射ノイズの小さな静電タッチスイッチ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electrostatic touch switch device with low radiation noise.

［１］上記目的を達成するため、タッチ操作に基づく静電容量を形成する第１の電極を備えたタッチスイッチ部と、前記第１の電極に対応して備えられた第２の電極と、前記第１の電極に第１の交流電圧を印加して前記タッチ操作に基づく静電容量の変化を検出する検出部と、前記第１の交流電圧と逆位相である第２の交流電圧を前記第２の電極に印加するキャンセル信号発生部と、を有することを特徴とする静電タッチスイッチ装置を提供する。 [1] In order to achieve the above object, a touch switch unit including a first electrode that forms a capacitance based on a touch operation, a second electrode provided corresponding to the first electrode, A detection unit that detects a change in capacitance based on the touch operation by applying a first AC voltage to the first electrode, and a second AC voltage that is opposite in phase to the first AC voltage. There is provided an electrostatic touch switch device comprising a cancel signal generation unit applied to a second electrode.

［２］前記第２の電極は、前記第１の電極の周囲を囲う形態で形成されていることを特徴とする上記［１］に記載の静電タッチスイッチ装置であってもよい。 [2] The electrostatic touch switch device according to [1], wherein the second electrode is formed so as to surround a periphery of the first electrode.

［３］また、前記第１の電極及び前記第２の電極は、同一の基板上に形成されていることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の静電タッチスイッチ装置であってもよい。 [3] The electrostatic touch switch device according to [1] or [2], wherein the first electrode and the second electrode are formed on the same substrate. May be.

本発明の静電タッチスイッチ装置によれば、輻射ノイズの小さな静電タッチスイッチ装置を提供することができる。 According to the electrostatic touch switch device of the present invention, an electrostatic touch switch device with low radiation noise can be provided.

図１は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置のシステム構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an electrostatic touch switch device according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置を構成するキャンセル信号発生器の構成例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a cancel signal generator constituting the electrostatic touch switch device according to the embodiment of the present invention. 図３（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置を構成するタッチ検出電極とノイズキャンセル電極の電極パターン例を示す平面図であり、図３（ｂ）は、その断面図である。FIG. 3A is a plan view showing an example of an electrode pattern of touch detection electrodes and noise canceling electrodes constituting the electrostatic touch switch device according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 図４（ａ）は、タッチ検出電極に印加されるタッチ検出信号Ｖｔの信号波形を示す横軸を時間ｔとするＶｔ−ｔの信号波形図であり、図４（ｂ）は、ノイズキャンセル電極に印加されるノイズキャンセル信号Ｖｃの信号波形を示す横軸を時間ｔとするＶｃ−ｔの信号波形図である。FIG. 4A is a signal waveform diagram of Vt-t with the horizontal axis indicating the signal waveform of the touch detection signal Vt applied to the touch detection electrode as time t, and FIG. 4B is a noise cancel electrode. It is a signal waveform diagram of Vc-t with the horizontal axis indicating the signal waveform of the noise cancellation signal Vc applied to the time t. 図５（ａ）は、タッチ検出電極へのタッチ操作によるタッチ検出信号Ｖｔのタッチ区間の変化を示すＶｔ−ｔの信号波形図であり、図５（ｂ）は、タッチ検出電極へのタッチ操作によるノイズキャンセル信号Ｖｃのタッチ区間の変化を示すＶｃ−ｔの信号波形図である。FIG. 5A is a signal waveform diagram of Vt-t showing a change in the touch section of the touch detection signal Vt due to a touch operation on the touch detection electrode, and FIG. 5B is a touch operation on the touch detection electrode. It is a signal waveform figure of Vc-t which shows the change of the touch area of the noise cancellation signal Vc by. 図６（ａ）は、タッチ検出電極へのタッチ操作によるタッチ検出信号Ｖｔのタッチ区間の変化を示すＶｔ−ｔの信号波形図であり、図６（ｂ）は、ノイズキャンセル信号Ｖｃの整流およびローパスフィルタ通過後の信号Ｖｉの信号波形図であり、図６（ｃ）は、コンパレータの出力Ｖｎを示す信号波形図である。FIG. 6A is a signal waveform diagram of Vt-t showing a change in the touch section of the touch detection signal Vt due to a touch operation on the touch detection electrode, and FIG. 6B is a diagram illustrating rectification of the noise cancellation signal Vc and FIG. 6C is a signal waveform diagram of the signal Vi after passing through the low-pass filter, and FIG. 6C is a signal waveform diagram showing the output Vn of the comparator. 図７（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置を構成するタッチ検出電極とノイズキャンセル電極の別の電極パターン例を示す平面図であり、図７（ｂ）は、その断面図である。FIG. 7A is a plan view showing another electrode pattern example of the touch detection electrode and the noise canceling electrode constituting the electrostatic touch switch device according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG.

（静電タッチスイッチ装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置のシステム構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置を構成するキャンセル信号発生器の構成例を示す回路図である。また、図３（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置を構成するタッチ検出電極とノイズキャンセル電極の電極パターン例を示す平面図であり、図３（ｂ）は、その断面図である。 (Configuration of electrostatic touch switch device)
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an electrostatic touch switch device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a cancel signal generator constituting the electrostatic touch switch device according to the embodiment of the present invention. FIG. 3A is a plan view showing an example of an electrode pattern of a touch detection electrode and a noise canceling electrode constituting the electrostatic touch switch device according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG.

本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置１０は、操作者がタッチ操作することにより静電容量が変化してスイッチ動作を行なうことができるもので、操作者がタッチ操作する第１の電極とそれに対応して備えられた第２の電極を有する。第１の電極にはタッチ検出を行なうための交流電圧が印加され、第２の電極にはこれと逆位相の交流電圧が印加されているので、輻射ノイズの一部がキャンセルされて輻射ノイズの小さな静電タッチスイッチ装置１０が可能となる。 The electrostatic touch switch device 10 according to the embodiment of the present invention can perform a switch operation by changing the capacitance when the operator performs a touch operation. It has the electrode and the 2nd electrode provided corresponding to it. An AC voltage for touch detection is applied to the first electrode, and an AC voltage having an opposite phase is applied to the second electrode, so that part of the radiation noise is canceled and the radiation noise is reduced. A small electrostatic touch switch device 10 is possible.

（静電タッチスイッチ装置の構成）
本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置１０は、操作者がタッチ操作することにより静電容量が変化して形成される第１の電極としてのタッチ検出電極１１０であるタッチスイッチ部と、タッチ検出電極１１０に対応して備えられた第２の電極であるノイズキャンセル電極１２０と、タッチ検出電極１１０に交流電圧を印加してタッチ操作に基づく静電容量の変化を検出する検出部２００と、この交流電圧と逆位相の交流電圧をノイズキャンセル電極１２０に印加するキャンセル信号発生器１４０と、を有して構成される。 (Configuration of electrostatic touch switch device)
The electrostatic touch switch device 10 according to the embodiment of the present invention includes a touch switch unit that is a touch detection electrode 110 as a first electrode that is formed by changing an electrostatic capacity when an operator performs a touch operation. , A noise canceling electrode 120 that is a second electrode provided corresponding to the touch detection electrode 110, and a detection unit 200 that detects a change in capacitance based on a touch operation by applying an AC voltage to the touch detection electrode 110. And a cancel signal generator 140 that applies an AC voltage having a phase opposite to that of the AC voltage to the noise cancellation electrode 120.

タッチ検出電極１１０は、図１に示すように、抵抗Ｒ０を介して発振器１３０に接続されて交流電圧Ｖｔが印加されている。また、タッチ検出電極１１０は、検出部２００の整流器１５０に接続されると共に、キャンセル信号発生器１４０に接続されている。図１に示すＣｔは、タッチ操作する操作者の手指に相当する可変容量コンデンサＣｔであって、操作者の手指がタッチ検出電極１１０にタッチあるいは近接すると、図１に示すようにタッチ検出電極１１０と可変容量コンデンサＣｔが接続された状態となって、タッチ検出電極１１０はこの可変容量コンデンサＣｔを介してグランドＧＮＤ（ゼロレベル）に接続される。尚、タッチされない状態では、図１に示す可変容量コンデンサＣｔが接続されないで、ハイインピーダンス状態となっている。 As shown in FIG. 1, the touch detection electrode 110 is connected to an oscillator 130 via a resistor R0 and is applied with an AC voltage Vt. In addition, the touch detection electrode 110 is connected to the rectifier 150 of the detection unit 200 and to the cancel signal generator 140. Ct shown in FIG. 1 is a variable capacitor Ct corresponding to a finger of an operator who performs a touch operation. When the operator's finger touches or approaches the touch detection electrode 110, the touch detection electrode 110 is shown in FIG. As a result, the touch detection electrode 110 is connected to the ground GND (zero level) via the variable capacitor Ct. When not touched, the variable capacitor Ct shown in FIG. 1 is not connected and is in a high impedance state.

ノイズキャンセル電極１２０は、キャンセル信号発生器１４０の出力部に接続されている。このノイズキャンセル電極１２０は、図１に示すように、他に接続されずにハイインピーダンス状態となっている。 The noise cancellation electrode 120 is connected to the output unit of the cancellation signal generator 140. As shown in FIG. 1, the noise cancellation electrode 120 is in a high impedance state without being connected to others.

タッチ検出電極１１０とノイズキャンセル電極１２０の電極パターンは、例えば、図３（ａ）に示すようなものである。回路基板２１０上に、例えば、銅箔で円形にパターン形成され、その周囲を囲むようにノイズキャンセル電極１２０が同様に形成される。図３（ｂ）の断面に示すように、タッチ検出電極１１０は、スルーホール１１３を介して回路基板２１０裏面のパターン１１５に接続され、抵抗Ｒ０や検出部２００、キャンセル信号発生器１４０に接続される。ノイズキャンセル電極１２０も同様に、スルーホール１２３を介して回路基板２１０裏面のパターン１２５に接続され、抵抗Ｒ３を介してキャンセル信号発生器１４０の出力部に接続される。 The electrode patterns of the touch detection electrode 110 and the noise cancellation electrode 120 are, for example, as shown in FIG. On the circuit board 210, for example, a circular pattern is formed with copper foil, and the noise cancellation electrode 120 is similarly formed so as to surround the periphery. As shown in the cross section of FIG. 3B, the touch detection electrode 110 is connected to the pattern 115 on the back surface of the circuit board 210 through the through hole 113, and is connected to the resistor R0, the detection unit 200, and the cancel signal generator 140. The Similarly, the noise cancellation electrode 120 is connected to the pattern 125 on the back surface of the circuit board 210 through the through hole 123 and is connected to the output portion of the cancellation signal generator 140 through the resistor R3.

尚、上記示したタッチ検出電極１１０とノイズキャンセル電極１２０は、一例であり、タッチ検出電極１１０に対応してノイズキャンセル電極１２０が設けられていればよい。すなわち、ノイズキャンセル電極１２０がタッチ検出電極１１０の回りを取り囲まないパターンであってもよく、また、同一の回路基板２１０上に形成されずに別基板上に形成されたものであってもよい。 Note that the touch detection electrode 110 and the noise cancellation electrode 120 described above are examples, and it is only necessary that the noise cancellation electrode 120 is provided corresponding to the touch detection electrode 110. That is, the noise cancellation electrode 120 may be a pattern that does not surround the touch detection electrode 110, or may be formed on a different substrate without being formed on the same circuit substrate 210.

検出部２００は、整流器１５０、フィルタ回路１６０、比較器１７０等から構成されている。整流器１５０は、例えばダイオード等の整流作用を有するものであれば使用でき、一端がタッチ検出電極１１０に接続されている。よって、所定の周波数である交流電圧Ｖｔが入力され、また、タッチ検出電極１１０への操作者のタッチ操作により振幅変調された信号が入力される。整流器１５０の他端は、フィルタ回路１６０に接続されている。フィルタ回路１６０は、低周波数領域を通過させるローパスフィルタが使用でき、整流器１５０から入力される信号を平滑化する。フィルタ回路１６０の出力は、比較器１７０に入力される。比較器１７０は、例えば、オペアンプによるコンパレータが使用でき、閾値電圧Ｖrefと比較されて、ＨｉまたはＬｏ信号を出力信号Ｖｎとして出力する。尚、上記示した検出部の構成は一例であり、入力信号を整流、平滑、比較する回路を含むものであれば種々の回路を使用でき、また、比較する回路はマイコン（ＣＰＵ）等に信号を取り込んで判断する構成としてもよい。 The detection unit 200 includes a rectifier 150, a filter circuit 160, a comparator 170, and the like. The rectifier 150 can be used as long as it has a rectifying action such as a diode, and one end thereof is connected to the touch detection electrode 110. Therefore, an AC voltage Vt having a predetermined frequency is input, and a signal whose amplitude is modulated by an operator's touch operation on the touch detection electrode 110 is input. The other end of the rectifier 150 is connected to the filter circuit 160. The filter circuit 160 can use a low-pass filter that passes the low frequency region, and smoothes the signal input from the rectifier 150. The output of the filter circuit 160 is input to the comparator 170. For example, a comparator using an operational amplifier can be used as the comparator 170. The comparator 170 is compared with the threshold voltage Vref and outputs a Hi or Lo signal as the output signal Vn. The above-described configuration of the detection unit is an example, and various circuits can be used as long as the circuit includes a circuit for rectifying, smoothing, and comparing the input signal. The circuit to be compared is a signal to a microcomputer (CPU) or the like. It is good also as a structure which takes in and judges.

キャンセル信号発生器１４０は、タッチ検出電極１１０に印加される交流信号Ｖｔを位相反転させて、また、ゲイン調整して出力し、この出力Ｖｃをノイズキャンセル電極１２０に印加するものである。図２に示すように、本実施の形態では、オペアンプ１４２を反転アンプとして使用する。反転入力端子に抵抗Ｒ１を介して交流信号Ｖｔが入力され、出力Ｖｃが反転出力される。Ｖｔに対するＶｃの大きさは、抵抗Ｒ１とＲ２の比を適宜調整して調整される。この調整は、後述する輻射ノイズのレベルを判断しながら行なうことができる。 The cancel signal generator 140 outputs the AC signal Vt applied to the touch detection electrode 110 by inverting the phase and adjusting the gain, and applying the output Vc to the noise cancellation electrode 120. As shown in FIG. 2, in this embodiment, an operational amplifier 142 is used as an inverting amplifier. The AC signal Vt is input to the inverting input terminal via the resistor R1, and the output Vc is inverted and output. The magnitude of Vc with respect to Vt is adjusted by appropriately adjusting the ratio of the resistors R1 and R2. This adjustment can be performed while judging the level of radiation noise described later.

（静電タッチスイッチ装置の動作）
図４（ａ）は、タッチ検出電極に印加されるタッチ検出信号Ｖｔの信号波形を示す横軸を時間ｔとするＶｔ−ｔの信号波形図である。発振器１３０により、図４（ａ）に示すようなタッチ検出信号Ｖｔをタッチ検出電極１１０に印加する。タッチ検出信号Ｖｔは、例えば、振幅Ｖｔ、５Ｖの交流信号であり、周波数は１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度である。尚、タッチ検出信号Ｖｔは、上記の振幅、周波数に限られず、また、交流成分を含む信号、及びパルス信号等も使用可能である。 (Operation of electrostatic touch switch device)
FIG. 4A is a signal waveform diagram of Vt−t, where the horizontal axis indicating the signal waveform of the touch detection signal Vt applied to the touch detection electrode is time t. A touch detection signal Vt as shown in FIG. 4A is applied to the touch detection electrode 110 by the oscillator 130. The touch detection signal Vt is, for example, an AC signal with an amplitude of Vt and 5 V, and the frequency is about 100 kHz to several MHz. The touch detection signal Vt is not limited to the above amplitude and frequency, and a signal including an AC component, a pulse signal, and the like can be used.

図４（ｂ）は、ノイズキャンセル電極に印加されるノイズキャンセル信号Ｖｃの信号波形を示す横軸を時間ｔとするＶｃ−ｔの信号波形図である。ノイズキャンセル信号Ｖｃは、タッチ検出電極に印加されるタッチ検出信号Ｖｔから生成される。キャンセル信号発生器１４０に入力される図４（ａ）に示すタッチ検出信号Ｖｔは、図４（ｂ）に示すように、ゲインＲ２／Ｒ１で反転出力される。振幅Ｖｃはキャンセル信号発生器１４０の抵抗Ｒ１とＲ２の比を調整することで変化させることができる。 FIG. 4B is a signal waveform diagram of Vc-t with the horizontal axis indicating the signal waveform of the noise cancellation signal Vc applied to the noise cancellation electrode as time t. The noise cancellation signal Vc is generated from the touch detection signal Vt applied to the touch detection electrode. The touch detection signal Vt shown in FIG. 4A input to the cancel signal generator 140 is inverted and output with a gain R2 / R1 as shown in FIG. 4B. The amplitude Vc can be changed by adjusting the ratio of the resistances R1 and R2 of the cancel signal generator 140.

図５（ａ）は、タッチ検出電極へのタッチ操作によるタッチ検出信号Ｖｔのタッチ区間の変化を示すＶｔ−ｔの信号波形図であり、図５（ｂ）は、タッチ検出電極へのタッチ操作によるノイズキャンセル信号Ｖｃのタッチ区間の変化を示すＶｃ−ｔの信号波形図である。操作者がタッチ検出電極１１０に手指を接触させ、あるいは、近接させると、タッチ区間においてタッチ検出信号ＶｔのレベルがＶｔ１に低下する。これは、図１に示す可変容量コンデンサＣｔがタッチ等により容量増加し、交流成分が操作者を介してグランド（ＧＮＤ）に流れ込むからである。 FIG. 5A is a signal waveform diagram of Vt-t showing a change in the touch section of the touch detection signal Vt due to a touch operation on the touch detection electrode, and FIG. 5B is a touch operation on the touch detection electrode. It is a signal waveform figure of Vc-t which shows the change of the touch area of the noise cancellation signal Vc by. When the operator brings a finger into contact with or close to the touch detection electrode 110, the level of the touch detection signal Vt decreases to Vt1 in the touch section. This is because the capacitance of the variable capacitor Ct shown in FIG. 1 increases due to touch or the like, and the AC component flows into the ground (GND) via the operator.

タッチ検出信号Ｖｔが印加されたタッチ検出電極１１０からは輻射ノイズが放射され、また、ノイズキャンセル電極１２０からも輻射ノイズが放射される。これらは互いに逆位相の輻射ノイズであり、周囲に放射される輻射ノイズとしては大きく軽減されたものとなる。あるいは、近接するタッチ検出電極１１０とノイズキャンセル電極１２０の間で逆位相の磁気ベクトルと電気ベクトルが互いにキャンセルされて、放射される輻射ノイズが大きく軽減されたものとなる。ここで、キャンセル信号発生器１４０の抵抗Ｒ１とＲ２の比を調整することにより反転出力のゲインを調整することができる。輻射ノイズのレベルを測定しながらそれが最小付近になるように最適な調整を行なうことができる。 Radiation noise is emitted from the touch detection electrode 110 to which the touch detection signal Vt is applied, and radiation noise is also emitted from the noise cancellation electrode 120. These are radiation noises having opposite phases to each other, and are greatly reduced as radiation noises radiated to the surroundings. Alternatively, the magnetic vector and the electric vector having opposite phases are canceled between the touch detection electrode 110 and the noise cancellation electrode 120 which are close to each other, and the radiated radiation noise is greatly reduced. Here, the gain of the inverted output can be adjusted by adjusting the ratio of the resistors R1 and R2 of the cancel signal generator 140. While measuring the level of radiation noise, it is possible to make an optimal adjustment so that it is near the minimum.

図６（ａ）は、タッチ検出電極へのタッチ操作によるタッチ検出信号Ｖｔのタッチ区間の変化を示すＶｔ−ｔの信号波形図であり、図６（ｂ）は、ノイズキャンセル信号Ｖｃの整流およびローパスフィルタ通過後の信号Ｖｉの信号波形図であり、図６（ｃ）は、コンパレータの出力Ｖｎを示す信号波形図である。 FIG. 6A is a signal waveform diagram of Vt-t showing a change in the touch section of the touch detection signal Vt due to a touch operation on the touch detection electrode, and FIG. 6B is a diagram illustrating rectification of the noise cancellation signal Vc and FIG. 6C is a signal waveform diagram of the signal Vi after passing through the low-pass filter, and FIG. 6C is a signal waveform diagram showing the output Vn of the comparator.

図６（ａ）に示すように、操作者がタッチ検出電極１１０に手指を接触させ、あるいは、近接させると、タッチ区間においてタッチ検出信号ＶｔのレベルがＶｔ１に低下する。図６（ａ）に示すような信号が検出部２００に入力されると、整流作用、平滑作用により図６（ｂ）に示すような信号となり、これが比較器１７０に入力信号として入力される。タッチ検出信号のＶｔとＶｔ１に対応するＶｃとＶｃ１との間に閾値電圧Ｖrefを設定することにより、比較器１７０からＨｉまたはＬｏ信号を出力信号Ｖｎとして出力する。すなわち、操作者がタッチした場合には、タッチ区間でＨｉ信号、タッチしない区間でＬｏ信号を出力信号Ｖｎとして出力する。尚、この出力信号Ｖｎは、ＨｉとＬｏが反転した状態で出力することも可能である。これらの動作により静電タッチスイッチ装置として機能することができる。 As shown in FIG. 6A, when the operator touches or touches the touch detection electrode 110 with a finger, the level of the touch detection signal Vt decreases to Vt1 in the touch section. When a signal as shown in FIG. 6A is input to the detection unit 200, a signal as shown in FIG. 6B is obtained by rectification and smoothing, and this signal is input to the comparator 170 as an input signal. By setting a threshold voltage Vref between Vc and Vc1 corresponding to Vt and Vt1 of the touch detection signal, the comparator 170 outputs a Hi or Lo signal as the output signal Vn. That is, when the operator touches, the Hi signal is output as the output signal Vn in the touch section and the Lo signal is output in the non-touch section. The output signal Vn can be output in a state where Hi and Lo are inverted. These operations can function as an electrostatic touch switch device.

（本発明の実施の形態の効果）
ノイズキャンセル信号Ｖｃは、タッチ検出信号Ｖｔを基にしてキャンセル信号発生器１４０で位相反転して生成するので、操作者がタッチ検出電極１１０にタッチしてタッチ検出信号Ｖｔが変化すると、位相が反転した変化信号が信号Ｖｃとしてノイズキャンセル電極１２０に印加されることになる。これにより、タッチ検出電極１１０にタッチ操作がされる時でも、されない時でも、常に位相が互いに反転した信号がタッチ検出電極１１０とノイズキャンセル電極１２０に印加される。従って、タッチ検出電極１１０からの輻射ノイズとノイズキャンセル電極１２０からの輻射ノイズは互いにキャンセルされる。あるいは、それぞれの輻射ノイズの一部が互いにキャンセルされ、静電タッチスイッチ装置１０から放射される輻射ノイズの量が軽減される。 (Effect of Embodiment of the Present Invention)
Since the noise cancellation signal Vc is generated by inverting the phase by the cancellation signal generator 140 based on the touch detection signal Vt, the phase is inverted when the operator touches the touch detection electrode 110 and the touch detection signal Vt changes. The changed signal is applied to the noise cancellation electrode 120 as the signal Vc. As a result, a signal whose phases are mutually inverted is always applied to the touch detection electrode 110 and the noise cancellation electrode 120 regardless of whether or not the touch operation is performed on the touch detection electrode 110. Therefore, the radiation noise from the touch detection electrode 110 and the radiation noise from the noise cancellation electrode 120 are canceled each other. Or a part of each radiation noise is mutually canceled, and the quantity of the radiation noise radiated | emitted from the electrostatic touch switch apparatus 10 is reduced.

上記のような作用により輻射ノイズの量が軽減されるので、タッチ検出電極１１０に印加する電圧を小さくすることにより輻射ノイズを低減させる必要がない。これにより、タッチ検出精度が高く、輻射ノイズの小さな静電タッチスイッチ装置を実現できる。 Since the amount of radiation noise is reduced by the above operation, it is not necessary to reduce the radiation noise by reducing the voltage applied to the touch detection electrode 110. Thereby, an electrostatic touch switch device with high touch detection accuracy and low radiation noise can be realized.

また、静電タッチスイッチ装置１０においては、タッチ検出電極１１０を操作者がタッチするので、その前面に輻射ノイズを吸収する吸収部材、あるいは、グランドレベルに接続されたＧＮＤパターン等を配置することが難しい。従って、逆位相の輻射ノイズを発生させるノイズキャンセル電極１２０を有する構成は、特に、静電タッチスイッチ装置に有効である。 Further, in the electrostatic touch switch device 10, since the operator touches the touch detection electrode 110, an absorbing member that absorbs radiation noise or a GND pattern connected to the ground level may be disposed on the front surface thereof. difficult. Therefore, the configuration having the noise canceling electrode 120 that generates radiation noise in the opposite phase is particularly effective for the electrostatic touch switch device.

また、キャンセル信号発生器１４０は、ゲイン調整して反転出力することができるので、輻射ノイズのレベルを測定しながら、それが最小付近になるよう最適な設定にすることが可能となる。それぞれの電極パターンの形状やその周辺の状況に応じて、適宜最適な設定にすることも可能となる。 In addition, since the cancel signal generator 140 can adjust the gain and output the inverted signal, it is possible to make an optimum setting so that it becomes near the minimum while measuring the level of the radiation noise. Optimum settings can be made as appropriate according to the shape of each electrode pattern and the surrounding conditions.

以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications and applications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、図７（ａ）は、本発明の実施の形態に係る静電タッチスイッチ装置を構成するタッチ検出電極とノイズキャンセル電極の別の電極パターン例を示す平面図であり、図７（ｂ）は、その断面図である。尚、図７（ａ）では、カバー２２０がない状態で図示している。 For example, FIG. 7A is a plan view showing another electrode pattern example of the touch detection electrode and the noise canceling electrode constituting the electrostatic touch switch device according to the embodiment of the present invention, and FIG. Is a cross-sectional view thereof. In FIG. 7A, the cover 220 is not shown.

図３で示した電極パターンと異なる別の電極パターン例を示すものであり、タッチ検出電極３１０とノイズキャンセル電極３２０が櫛歯状に対向して配置されている。このように配置することでタッチ検出電極３１０とノイズキャンセル電極３２０の対称性が向上して、放射される輻射ノイズの低減がさらに期待できる。 FIG. 4 shows another example of an electrode pattern different from the electrode pattern shown in FIG. 3, in which a touch detection electrode 310 and a noise cancellation electrode 320 are arranged to oppose each other in a comb shape. By arranging in this way, the symmetry of the touch detection electrode 310 and the noise cancellation electrode 320 is improved, and further reduction of the radiated noise can be expected.

また、図７（ｂ）に示すように、回路基板２１０上に配置されたタッチ検出電極３１０とノイズキャンセル電極３２０を覆うカバー２２０を設けることも可能である。例えば、カバー２２０は絶縁性の樹脂が使用でき、この状態でも図１に示した可変容量コンデンサＣｔの変化を検出できるので、静電タッチスイッチ装置として機能することができる。 In addition, as shown in FIG. 7B, it is possible to provide a cover 220 that covers the touch detection electrode 310 and the noise cancellation electrode 320 disposed on the circuit board 210. For example, an insulating resin can be used for the cover 220, and even in this state, the change of the variable capacitor Ct shown in FIG. 1 can be detected, so that it can function as an electrostatic touch switch device.

１０…静電タッチスイッチ装置
１１０…タッチ検出電極
１１３…スルーホール
１１５…パターン
１２０…ノイズキャンセル電極
１２３…スルーホール
１２５…パターン
１３０…発振器
１４０…キャンセル信号発生器
１４２…オペアンプ
１５０…整流器
１６０…フィルタ回路
１７０…比較器
２００…検出部
２１０…回路基板
２２０…カバー
３１０…タッチ検出電極
３２０…ノイズキャンセル電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrostatic touch switch device 110 ... Touch detection electrode 113 ... Through hole 115 ... Pattern 120 ... Noise cancellation electrode 123 ... Through hole 125 ... Pattern 130 ... Oscillator 140 ... Cancel signal generator 142 ... Operational amplifier 150 ... Rectifier 160 ... Filter circuit 170: Comparator 200 ... Detection unit 210 ... Circuit board 220 ... Cover 310 ... Touch detection electrode 320 ... Noise canceling electrode

Claims

タッチ操作に基づく静電容量を形成する第１の電極を備えたタッチスイッチ部と、
前記第１の電極に対応して備えられた第２の電極と、
前記第１の電極に第１の交流電圧を印加して前記タッチ操作に基づく静電容量の変化を検出する検出部と、
前記第１の交流電圧と逆位相である第２の交流電圧を前記第２の電極に印加するキャンセル信号発生部と、
を有することを特徴とする静電タッチスイッチ装置。 A touch switch unit including a first electrode that forms a capacitance based on a touch operation;
A second electrode provided corresponding to the first electrode;
A detection unit that detects a change in capacitance based on the touch operation by applying a first alternating voltage to the first electrode;
A cancel signal generator for applying a second AC voltage having a phase opposite to that of the first AC voltage to the second electrode;
An electrostatic touch switch device comprising:

前記第２の電極は、前記第１の電極の周囲を囲う形態で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電タッチスイッチ装置。 The electrostatic touch switch device according to claim 1, wherein the second electrode is formed so as to surround the periphery of the first electrode.

前記第１の電極及び前記第２の電極は、同一の基板上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電タッチスイッチ装置。

The electrostatic touch switch device according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are formed on the same substrate.