JP5964152B2

JP5964152B2 - 静電容量検出装置

Info

Publication number: JP5964152B2
Application number: JP2012141295A
Authority: JP
Inventors: 智巨清水
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP2014006662A; US20130342220A1; US9261547B2; CN103516345A

Description

本発明は、静電容量検出装置に関する。

従来の技術として、入力方式が静電容量型のタッチスイッチ装置において、パネル表面に水がかかり水滴が出来た場合の誤動作の低減を特別な構造や回路を用いることなく実現する静電容量検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この静電容量検出装置は、制御プログラムにあらかじめスイッチ動作のＯＮ、ＯＦＦのパターンデータとしてスイッチのＯＮからＯＦＦの時間やＯＮの継続時間等のデータが格納されている。水滴がスイッチ電極上にある場合を想定して、以下のような判定を行なう。ＯＮからＯＦＦとなった場合は、現在のタイマ値を読み出し、記録されたタイマ値を減算することでＯＮであった時間を算出する。算出時間が１００ｍｓｅｃ以下の場合はＯＮと判断したものを無効とする。また、ＯＮのままの場合は、現在のタイマ値を読み出し、記録されたタイマ値を減算することでＯＮが続いている時間を算出する。算出時間が５００ｍｓｅｃ以上の場合は現状の継続するＯＮ状態をＯＦＦと判断されるまで無効とする。このように、制御プログラムの処理において各スイッチ電極のＯＮ時間の長短と複数のスイッチ電極のＯＮを判断する事で不必要なＯＮを排除し、水滴の付着による誤動作の低減を実現できるとされている。

特開２００８−１１２３３４号公報

しかし、特許文献１に示す静電容量検出装置は、通常の静電容量の検出処理に付加的な構成を必要とし、また、付加的な処理時間を要するという問題がある。

従って、本発明の目的は、通常の静電容量の検出処理を変更することなく、また、処理時間の増加がなくショート検出ができる静電容量検出装置を提供することにある。

〔１〕本発明は、上記目的を達成するために、複数の静電容量検出用の電極と、前記電極のうち１の電極を選択して検出電極とすると共に、前記検出電極以外の電極を第１の電位状態とし、又は前記第１の電位状態と異なる第２の電位状態として、前記第１の電位状態のときの前記検出電極の電圧、及び前記第２の電位状態のときの前記検出電極の電圧を測定する静電測定部と、前記第１及び第２の電位状態のときのそれぞれの検出電極の電圧に基づく測定値を比較することにより、前記電極間のショート状態を判定する判定部と、を有することを特徴とする静電容量検出装置を提供する。

〔２〕前記第１の電位状態は、オープン、Ｌｏ、Ｈｉ状態のいずれか１の状態であり、前記第２の電位状態は、前記第１の電位状態を除くオープン、Ｌｏ、Ｈｉ状態のいずれか１の状態であることを特徴とする上記〔１〕に記載の静電容量検出装置であってもよい。

〔３〕また、前記静電測定部は、前記第１及び第２の電位状態のときのそれぞれの検出電極の電圧の測定をそれぞれ複数回行なうことを特徴とする上記〔１〕又は〔２〕に記載の静電容量検出装置であってもよい。

本発明によれば、通常の静電容量の検出処理を変更することなく、また、処理時間の増加がなくショート検出ができる静電容量検出装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成の一例を示す概略図である。図２は、静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、静電容量検出装置の動作の一例を示す電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９の電圧変化を並べて示すグラフである。図４は、電極間でショートがない場合と、ショートがある場合の検出電圧の違いを示すグラフである。

（静電容量検出装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置１は、複数の静電容量検出用の電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９と、この電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９のうち１の電極を選択して検出電極ＥＬ_ｎとすると共に、検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極を第１の電位状態とし、又は第１の電位状態と異なる第２の電位状態として、第１の電位状態のときの検出電極ＥＬ_ｎの電圧、及び第２の電位状態のときの検出電極ＥＬ_ｎの電圧を測定する静電測定部２１と、第１及び第２の電位状態のときのそれぞれの検出電極ＥＬ_ｎの電圧に基づく測定値を比較することにより、電極間のショート状態を判定する判定部２２と、を有して構成されている。ここで、ｎは、１〜９の整数である。なお、本実施の形態では、電極の数を９としたがこれに限られず、２以上の複数の電極であれば適用可能である。

ここで、第１の電位状態は、オープン、Ｌｏ、Ｈｉ状態のいずれか１の状態である。また、第２の電位状態は、第１の電位状態を除くオープン、Ｌｏ、Ｈｉ状態のいずれか１の状態である。したがって、第１の電位状態がオープンのときは、第２の電位状態はＬｏ、Ｈｉ状態のいずれかである。また、第１の電位状態がＬｏ状態のときは、第２の電位状態はオープン、Ｈｉ状態のいずれかである。また、第１の電位状態がＨｉ状態のときは、第２の電位状態はオープン、Ｌｏ状態のいずれかである。

図１に示すように、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９は、フレキシブル基板等により形成されたタッチパネル３上に導電性のパターンとして形成されている。この電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９は、タッチパネル３上の配線３１、コネクタ４、コネクタ端子４１を介して、制御部２に接続されている。

なお、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９は、指等のタッチ検出を容易にするためその表面の導電面が露出している。また、タッチ検出に困難を来たさない程度にその表面に樹脂等のカバーを設けることができる。一方、配線３１は、ショート、及び指等と外部部材が接触することを防止するため、厚めの樹脂等の誘電材料により被覆されている。

また、コネクタ４は、コネクタ端子４１が所定のピッチで配置されている。すなわち、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９は、指等でタッチ操作できる程度のピッチ、あるいは距離を隔てて互いに配置されているが、コネクタ端子４１は、電極に比べて狭いピッチで配置されている。ピッチは、例えば、２．５４ｍｍ、１．２７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．５ｍｍ等である。

静電容量検出装置１は、静電容量の検出及びショートの判定等を行なう制御部２を有している。この制御部２は、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９が指等によりタッチされた場合の静電容量に対応する電圧を測定する静電測定部２１と、この静電測定部２１での測定結果に基づいて電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９間でのショート、あるいは、コネクタ端子４１間等でのショートを判定する判定部２２を有している。また、制御部２は、図示省略するが、各電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９の静電容量測定をする際に各電極へ充電するための充電部、これらの測定、判定を所定のプログラムに従って実行する処理制御部（ＣＰＵ）、所定回数の測定数をカウントするカウンタ部、外部とのデータ入出力を行なうインターフェース部等を備えている。

静電測定部２１は、図１に示すように、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９にそれぞれ接続されている測定端子ＴＲ_１〜ＴＲ_９が入力として接続されている。この測定端子ＴＲ_１〜ＴＲ_９は、静電測定部２１の内部回路において、スイッチ回路、マルチプレクサ等の選択回路に接続されている。また、選択回路により選択された端子は、それぞれ、電圧測定部、第１の電位、第２の電位に接続される。

第１の電位状態は、Ｌｏ状態（グランドレベル、０ｖ等）、Ｈｉ状態（５ｖ、１２ｖ等）である。また、所定の電位に接続されないオープン状態も取り得る。また、第２の電位状態も同様に、Ｌｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態である。なお、第２の電位状態は、第１の電位状態と異なるものとする。これにより、検出電極ＥＬ_ｎの静電容量検出において、測定値に異なる影響を与えることが可能となり、電極間のショートの有無の判断が容易又は可能となる。

静電測定部２１は、前述した測定プログラムにより、選択された検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極を第１の電位状態（Ｌｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態）として、静電容量に対応する電圧を測定する。この測定は、ｎを順次変化させてすべての検出電極ＥＬ_ｎに対して行なわれる。次に、選択された検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極を第１の電位状態と異なる第２の電位状態（Ｌｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態）として、同様に、ｎを順次変化させてすべての検出電極ＥＬ_ｎに対して静電容量に対応する電圧を測定する。このような一連の測定を所定回数行ない、それぞれの検出電極ＥＬ_ｎについて測定した電圧をＡ/Ｄ変換した値を積算して、この積算した平均値をそれぞれの検出電極ＥＬ_ｎの電圧に基づく測定値Ｃ_ｎとすることができる。積算または平均をとることにより、測定誤差の低減、ノイズ等の外乱要因の排除が可能となる。

判定部２２は、第１及び第２の電位状態のときのそれぞれの検出電極ＥＬ_ｎの電圧に対応した測定値を比較する。第１の電位状態のときの検出電極ＥＬ_ｎの電圧に基づく測定値Ｃ_ｎ１と、第２の電位状態のときの検出電極ＥＬ_ｎの電圧に基づく測定値Ｃ_ｎ２の差が、所定の閾値を超えている場合は、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９、又は、コネクタ端子４１等でショートがあると判定することができる。なお、例えば、コネクタ端子４１等を樹脂等で封止することにより、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９部分に限定してショートを判定する構成とすることもできる。

（静電容量検出装置の動作）
図２は、静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下では、第１の電位状態をオープン、第２の電位状態をＬｏ状態として説明する。

静電容量検出装置１の動作がスタートすると、まず、Ｓｔｅｐ１（Ｓ１）〜Ｓｔｅｐ７（Ｓ７）により、検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極をオープン状態とした測定を所定回数行なう。

制御部２は、カウンタ部でのカウンタ値をｎ＝１として、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９から検出電極ＥＬ_１を選択する（Ｓ１）。

制御部２は、検出電極への充電準備として、測定端子ＴＲ_１をグランドレベルに接続して検出電極ＥＬ_１の放電を行なう（Ｓ２）。

制御部２は、充電部から測定端子ＴＲ_１を介して検出電極ＥＬ_１へ充電を行なう（Ｓ３）。

制御部２は、検出電極ＥＬ_１以外の電極をオープン状態にして、検出電極ＥＬ_１の電圧を測定する（Ｓ４）。

制御部２は、検出電極ＥＬ_１の電圧測定値を積算して測定値Ｃ_１１を得る（Ｓ５）。

制御部２は、ｎ＝９かどうかを判断する。ｎ＝９の場合は、Ｓｔｅｐ８（Ｓ８）へ進み、ｎ＝９でない場合は、Ｓｔｅｐ７（Ｓ７）でカウンタ値を２（ｎ＝ｎ＋１）として、Ｓｔｅｐ２（Ｓ２）へ戻る。

上記の検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極をオープン状態とした測定は、ｎ＝９となるまで、各検出電極ＥＬ_ｎについて電圧測定値の積算を行ない、各検出電極ＥＬ_ｎについて測定値Ｃ_ｎ１を得る。

上記の検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極をオープン状態とした測定が終了した後に、Ｓｔｅｐ９（Ｓ９）〜Ｓｔｅｐ１５（Ｓ１５）により、検出電極ＥＬ_ｍ以外の電極をＬｏ状態とした測定を所定回数行なう。

制御部２は、カウンタ部でのカウンタ値をｍ＝１として、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９から検出電極ＥＬ_１を選択する（Ｓ８）。

制御部２は、検出電極への充電準備として、測定端子ＴＲ_１をグランドレベルに接続して検出電極ＥＬ_１の放電を行なう（Ｓ９）。

制御部２は、充電部から測定端子ＴＲ_１を介して検出電極ＥＬ_１へ充電を行なう（Ｓ１０）。

制御部２は、検出電極ＥＬ_１以外の電極をＬｏ状態にして、検出電極ＥＬ_１の電圧を測定する（Ｓ１１）。

制御部２は、検出電極ＥＬ_１の電圧測定値を積算して測定値Ｃ_１２を得る（Ｓ１２）。

制御部２は、ｍ＝９かどうかを判断する。ｍ＝９の場合は、Ｓｔｅｐ１５（Ｓ１５）へ進み、ｍ＝９でない場合は、Ｓｔｅｐ１４（Ｓ１４）でカウンタ値を２（ｍ＝ｍ＋１）として、Ｓｔｅｐ９（Ｓ９）へ戻る。

上記の検出電極ＥＬ_ｍ以外の電極をＬｏ状態とした測定は、ｍ＝９となるまで、各検出電極ＥＬ_ｍについて電圧測定値の積算を行ない、各検出電極ＥＬ_ｎについて測定値Ｃ_ｎ２を得る。

制御部２は、判定部２２において、検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極をオープン状態とした測定値Ｃ_ｎ１と、検出電極ＥＬ_ｍ以外の電極をＬｏ状態とした測定値Ｃ_ｍ１を比較して、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９部分のショートの有無を判定する。なお、比較は、それぞれｎ＝ｍの場合について、すなわち、同一電極について、オープン状態とＬｏ状態の違いにより測定値に差が生じているかどうかによりショートの有無を判定する。

図３は、静電容量検出装置の動作の一例を示す電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９の電圧変化を並べて示すグラフである。また、図４は、電極間でショートがない場合と、ショートがある場合の検出電圧の違いを示すグラフである。

図３において、電極ＥＬ_１には、時間ｔ０〜ｔ１で放電が行なわれ（Ｓｔｅｐ２）、時間ｔ１〜ｔ２で充電が行なわれる（Ｓｔｅｐ３）。時間ｔ２〜ｔ３の測定期間Ｔ１で、電圧の測定、Ａ/Ｄ変換、積算が行なわれる。この電圧波形は、ループ測定に従って、同様の電圧波形が電極ＥＬ_１、ＥＬ_２、・・・・、ＥＬ_９に現れる。

図４に示すように、検出電極以外の電極をオープン状態で測定した場合にショートがある場合は、検出電極から周囲の電極に電流が流れるので、検出電極の電位は低下する。また、検出電極以外の電極をＬｏ状態で測定した場合にショートがある場合は、検出電極から周囲の電極に電流が流れさらにグランドに電流が流れるので、オープン状態での測定よりも検出電極の電位低下は大きい。

前述したように、第１又は第２の電位状態として、Ｈｉ状態をとることもできる。図４において、検出電極以外の電極をＨｉ状態で測定した場合にショートがある場合は、検出電極に周囲の電極から電流が流れ込むので、検出電極の電位は上昇する。

上記示したような電位の変化を各測定期間Ｔ１〜Ｔ９において電圧測定し、これをＡ/Ｄ変換して積算した測定値を、第１の電位状態（Ｌｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態）と第２の電位状態（第１の電位状態と異なるＬｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態）で比較することで、各検出電極のショートの有無が判定できる。

上記の一連の動作により、電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９部分のショートの有無が判定可能となる。ショートの有無の判定は、それぞれの電極ＥＬ_１〜ＥＬ_９について判定可能である。したがって、それぞれの電極間でのショートの発生を検出できる。また、前述のように、コネクタ４のコネクタ端子４１におけるピン間ショートの発生も検出可能である。

なお、上記示したフローでは、オープン状態でのループ測定、Ｌｏ状態でのループ測定を、それぞれ１回行なったが、それぞれについて複数回のループ測定を行なうことが可能である。また、測定の順序は、静電測定部２１における選択回路の選択動作を変更することにより任意に設定することができる。

（本実施の形態に係る静電容量検出装置の効果）
本実施の形態に係る静電容量検出装置によれば、以下のような効果を有する。
（１）本実施の形態に係る静電容量検出装置１は、検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極を第１の電位状態（Ｌｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態）として、静電容量に対応する電圧を測定し、この電圧をＡ/Ｄ変換した値を積算して平均値としたものを測定値Ｃ_ｎ１とする。また、検出電極ＥＬ_ｎ以外の電極を第２の電位状態（第１の電位状態と異なるＬｏ状態、Ｈｉ状態、オープンのいずれか１の状態）として、静電容量に対応する電圧を測定し、この電圧をＡ/Ｄ変換した値を積算して平均値としたものを測定値Ｃ_ｎ２とする。２つの電位状態による測定値を比較することによりショートの有無を判定するので、通常の静電容量の検出処理を変更することなく、また、処理時間の増加がなくショート検出ができる静電容量検出装置を提供することが可能となる。
（２）測定した電圧をＡ/Ｄ変換した値を積算し、また、所定回数繰り返した平均値を比較することにより、測定誤差の低減、ノイズ等の外乱要因の排除が可能となる。
（３）電極間のショートの判定だけでなく、コネクタ端子等のピン間ショートの検出も可能である。特に、狭ピッチのコネクタを使用する場合等に効果を有する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態およびその変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…静電容量検出装置
２…制御部
３…タッチパネル
４…コネクタ
２１…静電測定部
２２…判定部
３１…配線
４１…コネクタ端子
ＥＬ_１〜ＥＬ_９…電極
ＴＲ_１〜ＴＲ_９…測定端子
Ｃ、Ｃ_ｎ１、Ｃ_ｎ２、Ｃ_ｍ１、Ｃ_ｍ２…測定値

Claims

複数の静電容量検出用の電極と、
前記電極のうち１の電極を選択して検出電極とすると共に、前記検出電極以外の電極を第１の電位状態とし、又は前記第１の電位状態と異なる第２の電位状態として、前記第１の電位状態のときの前記検出電極の電圧、及び前記第２の電位状態のときの前記検出電極の電圧を測定する静電測定部と、
前記第１及び第２の電位状態のときのそれぞれの検出電極の電圧に基づく測定値を比較することにより、前記電極間のショート状態を判定する判定部と、
を有することを特徴とする静電容量検出装置。
前記第１の電位状態は、オープン、Ｌｏ、Ｈｉ状態のいずれか１の状態であり、前記第２の電位状態は、前記第１の電位状態を除くオープン、Ｌｏ、Ｈｉ状態のいずれか１の状態であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
前記静電測定部は、前記第１及び第２の電位状態のときのそれぞれの検出電極の電圧の測定をそれぞれ複数回行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量検出装置。