JP2014230226A - Capacitive coupling type electrostatic sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】静電容量の変化をC/F変換回路で周波数に変換するタッチスイッチにおいて、生成される周波数と同じまたは近い周波数である電波ノイズまたは、電源ノイズによる同期または干渉による誤動作を防止する。【解決手段】発振器4で生成する信号を同期がとれたsin信号とcos信号とにそれぞれ変換する同期発振回路5、6と、前記sin信号を、インピーダンスを成す部材101と前記部材に接続する電極111とに印加し、前記部材と前記電極に流れる電流を電圧に変換する電流・電圧変換回路15と、前記変換された電圧に、前記sin信号及びcos信号をそれぞれ掛け算してDC信号を生成する掛け算回路19、20と、該DC信号をそれぞれ安定化させるローパス・フィルタ回路21、22とを備え、前記安定化されたDC信号と演算装置に予め格納している閾値とを比較することにより、タッチスイッチのオン、オフ状態を判断する。【選択図】図2In a touch switch that converts a change in capacitance into a frequency by a C / F conversion circuit, it is possible to prevent malfunction caused by synchronization or interference due to radio wave noise or power noise that is the same as or close to the generated frequency. Synchronous oscillation circuits (5, 6) for converting a signal generated by an oscillator (4) into a synchronized sin signal and a cos signal, respectively, and a member (101) forming an impedance and an electrode for connecting to the member And a current / voltage conversion circuit 15 that converts a current flowing through the member and the electrode into a voltage, and generates a DC signal by multiplying the converted voltage by the sin signal and the cos signal, respectively. Multiplying circuits 19 and 20 and low-pass filter circuits 21 and 22 for stabilizing the DC signal, respectively, and comparing the stabilized DC signal with a threshold value stored in advance in an arithmetic unit, Determine whether the touch switch is on or off. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、入力方式に静電容量結合方式を利用した入力装置に関するものである。 The present invention relates to an input device using a capacitive coupling method as an input method.
静電容量結合方式を利用した入力装置として、従来から、タッチスイッチが知られている。静電容量結合方式タッチスイッチは、パネルスイッチと制御基板から構成される。パネルスイッチは、フィルム(ポリエチレンステレフタートフィルム:PETフィルムが使用されている。)の表面にスイッチ電極として銀ペースト、またはITO(酸化インジウムスズ)等を印刷した電極フィルムを、アクリルやガラス及び樹脂等の絶縁基材に接着剤(両面テープ等)で貼り合わせたもので構成される。スイッチ電極に指または手が近づくと、スイッチ電極と指または手との間に平行板コンデンサが形成され静電容量が発生する。この静電容量の変化をコンデンサCと抵抗Rとで形成するC/F変換回路(静電容量Cを周波数Fに変換する回路)で周波数に変換し、その周波数をインプットキャプチャ機能(周波数の数を数える機能)でデジタルデータに置き換え、演算処理によりタッチスイッチのオン/オフ状態を判断する。スイッチ電極が複数個の場合、スイッチ電極の選択は、個々のスイッチ電極分設けた切換回路により行う(特開2005−084982号公報 参照)。
静電容量結合方式を利用したタッチスイッチは、アクリルやガラス及び樹脂等の絶縁基材を介して指または手が触れることのできる領域をスイッチ電極とし、指または手がそのスイッチ電極に近づいたことを検出するものであり、タッチスイッチのオン/オフを検出するデジタル入力装置である。
スイッチ電極は、電気的に導通する導電性材料を前記PETフィルム表面に、スクリーン印刷方式により印刷して電極フィルムを形成している。スクリーン印刷は、オープニングと呼ばれる糸と糸の間の空間(スクリーン版)からスキージ(ゴムのヘラ、または金属のヘラ)を使ってインキを押し出し、画像パターンを形成する印刷法である。スクリーン印刷は、古くから捺染や印染などの伝統工芸として日本に根付いている工法である。
また、できあがった画像パターンの厚みは、使用したスクリーン版の厚みと同じである。現在、スクリーン印刷は、エレクトロニクス分野ではなくてはならない工法として確立しており、プリント配線板や電子部品、フラットパネルディスプレイ、自動車メーターなどを製造する工程には、必ずスクリーン印刷法が用いられていることが知られている。
Conventionally, a touch switch is known as an input device using a capacitive coupling method. The capacitive coupling touch switch includes a panel switch and a control board. Panel switches are made of acrylic film, glass or resin, and electrode films with silver paste or ITO (indium tin oxide) printed on the surface of the film (polyethylene terephthalate film: PET film) as switch electrodes. It is comprised of what is bonded to an insulating base material such as an adhesive (double-sided tape or the like). When a finger or hand approaches the switch electrode, a parallel plate capacitor is formed between the switch electrode and the finger or hand, and capacitance is generated. This change in capacitance is converted to a frequency by a C / F conversion circuit (a circuit that converts capacitance C to frequency F) formed by a capacitor C and a resistor R, and the frequency is converted into an input capture function (number of frequencies). Is replaced with digital data, and the on / off state of the touch switch is determined by arithmetic processing. When there are a plurality of switch electrodes, the selection of the switch electrodes is performed by a switching circuit provided for each switch electrode (see JP-A-2005-049882).
The touch switch using the capacitive coupling method uses a region that can be touched by a finger or hand through an insulating base material such as acrylic, glass, or resin as a switch electrode, and the finger or hand approaches the switch electrode. This is a digital input device that detects on / off of a touch switch.
The switch electrode is formed by printing an electrically conductive material on the surface of the PET film by a screen printing method to form an electrode film. Screen printing is a printing method that forms an image pattern by extruding ink using a squeegee (rubber spatula or metal spatula) from the space (screen plate) between the yarns called opening. Screen printing has long been rooted in Japan as a traditional craft such as printing and printing.
Further, the thickness of the completed image pattern is the same as the thickness of the screen plate used. Currently, screen printing has been established as an indispensable method in the electronics field, and screen printing is always used in the production of printed wiring boards, electronic components, flat panel displays, and automobile meters. It is known.
スイッチ電極は、スクリーン印刷方式により前記PETフィルムの表面に導電性材料である銀ペースト(物質は銀)インクまたは、ITO(酸化インジウム)(物質は錫)インクを用いて印刷することで電極フィルムを形成している。スイッチ電極を形成するためのスクリーン版の厚さは10〜30μmの版を使用している。スクリーン版で使用する導電性材料である銀ペーストインクの抵抗値は少ないが、それでも数Ω〜数百Ω/ cm2の面積抵抗を持っている。また、同様に導電性材料であるITO(酸化インジウムスズ)インクの場合、抵抗値は高く数Ω〜数kΩ/ cm2にもなる面積抵抗を持っている。
スクリーン印刷方式で印刷されたスイッチ電極は、スキージの移動速度で決まる印刷速度、インクの粘度、印刷環境による版の伸び、縮みにより、印刷毎にスイッチ電極の大きさ、厚みが数mm単位、および数μm単位で違い、大きさ、厚みのばらつきを0にすることは難しいとされている。そのため、印刷毎のスイッチ電極の抵抗値は一定にならず、印刷毎の抵抗値のばらつきを0Ωに抑えることは難しいとされている。
The switch electrode is printed on the surface of the PET film using a silver paste ink (substance is silver) ink or ITO (indium oxide) (substance is tin) ink by screen printing. Forming. The screen plate for forming the switch electrode has a thickness of 10 to 30 μm. Silver paste ink, which is a conductive material used in the screen plate, has a small resistance value, but still has an area resistance of several Ω to several hundred Ω /
The switch electrode printed by the screen printing method has a printing speed determined by the moving speed of the squeegee, the viscosity of the ink, the expansion and contraction of the plate depending on the printing environment, and the size and thickness of the switch electrode for each printing are in units of several mm. It is said that it is difficult to make the variation in size and thickness zero by a difference of several μm. Therefore, the resistance value of the switch electrode for each printing is not constant, and it is difficult to suppress the variation in the resistance value for each printing to 0Ω.
前記電極フィルム上に、スイッチ電極を形成したスイッチを、タッチスイッチの入力領域として使用したときの周波数は、前記コンデンサCと抵抗Rによりt=0.7×C×Rで表せる。スイッチ電極はΔRの抵抗値を持つ。スイッチ電極の周波数は、抵抗Rにスイッチ電極の抵抗値ΔRが足された周波数として生成される。周波数tはt=0.7×C×(R+ΔR)で表せる。 The frequency when a switch in which a switch electrode is formed on the electrode film is used as an input area of the touch switch can be expressed by t = 0.7 × C × R by the capacitor C and the resistor R. The switch electrode has a resistance value of ΔR. The frequency of the switch electrode is generated as a frequency obtained by adding the resistance value ΔR of the switch electrode to the resistance R. The frequency t can be expressed by t = 0.7 × C × (R + ΔR).
図1の様にスイッチ電極が、4個の場合の周波数を求めてみる。スイッチ電極のタッチスイッチをSW1からSW4としたときの抵抗値はSW1(抵抗値:ΔR1)、SW2(抵抗値:Δ2)、SW3(抵抗値:Δ3),SW4(抵抗値:Δ4)で表せる。各スイッチ電極の周波数は
SW1の周波数t=0.7×C×(R+ΔR1)
SW2の周波数t=0.7×C×(R+ΔR2)
SW3の周波数t=0.7×C×(R+ΔR3)
SW4の周波数t=0.7×C×(R+ΔR4)
で表せる。
また、前記スクリーン印刷での印刷毎に数Ω〜数10Ω単位での抵抗値のばらつきがある。ばらつきの抵抗値をΔrとしたときの印刷毎の各周波数は
SW1の周波数t=0.7×C×(R+Δ1+Δr)
SW2の周波数t=0.7×C×(R+Δ2+Δr)
SW3の周波数t=0.7×C×(R+Δ3+Δr)
SW4の周波数t=0.7×C×(R+Δ4+Δr)
で表せる。
また、近年デジタル技術を利用した電子回路が広く用いられるようになり、デジタル信号の低域から高域までの周波数による電波障害が起こりやすい状況になっている。
たとえば、テレビ等の電化製品の側にラジオ受信機を持っていくと、ザーとかブーといったノイズ雑音が入る。これはラジオ受信機が電化製品から発生している電波ノイズを拾ってしまうことでおきる。
また、ラジオ受信機にAC電源を供給して使う場合、家庭用電源の配線によっては、AC電源ラインにノイズが混入し、電源ノイズとして拾ってしまうこともある。同じAC電源コンセントにテレビ等の電化製品とラジオ受信機をつなげて使用したとき、つなげた電化製品から発生した電源ノイズをラジオ受信機が拾ってしまいノイズによりラジオが鳴らない、雑音が入ってしまう等の誤作動を生じる。
生活環境下での前記ノイズ混入に対する対策は、機器にノイズを混入させない様な対策、またはノイズを受けても障害を発生させないようにノイズ耐性を向上させる対策がある。
As shown in FIG. 1, the frequency when there are four switch electrodes will be obtained. When the switch switches of the switch electrodes are SW1 to SW4, the resistance values can be expressed as SW1 (resistance value: ΔR1), SW2 (resistance value: Δ2), SW3 (resistance value: Δ3), SW4 (resistance value: Δ4). The frequency of each switch electrode is SW1 frequency t = 0.7 × C × (R + ΔR1)
SW2 frequency t = 0.7 × C × (R + ΔR2)
SW3 frequency t = 0.7 × C × (R + ΔR3)
SW4 frequency t = 0.7 × C × (R + ΔR4)
It can be expressed as
Further, there is a variation in resistance value in units of several ohms to several tens of ohms for each screen printing. When the resistance value of variation is Δr, each frequency for each printing is SW1 frequency t = 0.7 × C × (R + Δ1 + Δr).
SW2 frequency t = 0.7 × C × (R + Δ2 + Δr)
SW3 frequency t = 0.7 × C × (R + Δ3 + Δr)
SW4 frequency t = 0.7 × C × (R + Δ4 + Δr)
It can be expressed as
In recent years, electronic circuits using digital technology have been widely used, and radio wave interference due to frequencies from low to high of digital signals is likely to occur.
For example, if you bring a radio receiver to the side of an appliance such as a TV, you will get noise and noise. This is because the radio receiver picks up the radio noise generated from the appliance.
In addition, when AC power is supplied to a radio receiver, noise may be mixed into the AC power line and picked up as power noise depending on the wiring of the household power supply. When an electric appliance such as a TV and a radio receiver are connected to the same AC power outlet, the radio receiver picks up the power supply noise generated from the connected electric appliance and the radio does not sound due to the noise. Cause malfunctions.
As countermeasures against the noise contamination in the living environment, there are countermeasures for preventing noise from being mixed into the device, or countermeasures for improving noise resistance so as not to cause a failure even when receiving noise.
しかし、生活環境下では、どの様なノイズが機器に混入されるかわからないために、ノイズ防御対策が難しくなっているのが現状である。
前記静電容量の変化をC/F変換回路で周波数に変換する方式は、静電容量の変化をC
/F変換回路で周波数(t=0.7×C×(R+ΔR))に変換し、その周波数の変化をインプットキャプチャ機能でデジタルデータに置き換えている。この方式は周波数を用いて動作させていることで、生活環境下で発生するノイズである周波数の混入による影響は、避けられないのが現状である。
However, under the living environment, since it is not known what kind of noise is mixed in the equipment, it is difficult to take measures against noise.
The method of converting the change in capacitance into a frequency by a C / F conversion circuit is to convert the change in capacitance into C
The frequency is converted into a frequency (t = 0.7 × C × (R + ΔR)) by the / F conversion circuit, and the change in the frequency is replaced with digital data by the input capture function. Since this system is operated using frequencies, the influence of mixing of frequencies, which are noises generated in the living environment, is unavoidable.
また、前記、静電容量の変化をC/F変換回路を用いて周波数に変換する方式で、前記フィルムにスイッチ電極を印刷した電極フィルムを、タッチスイッチとして使用したときに生成される周波数は、スイッチ電極の形状により得られる抵抗値が違うことでスイッチ電極ごとに違う周波数になることがわかる。 In addition, the frequency generated when the electrode film in which the switch electrode is printed on the film is used as a touch switch in a method of converting the change in capacitance into a frequency using a C / F conversion circuit, It can be seen that different switch electrodes have different frequencies depending on the shape of the switch electrodes.
特開2005−084982号公報 JP 2005/084982 A
特許文献1では、静電容量の変化をC/F変換回路で、周波数に変換する方式のスイッチ電極に、スイッチ電極で得られる周波数と、同じまたは近い周波数である電波ノイズまたは供給電源より同じ、または近い周波数である電源ノイズが混入されると、C/F回路で生成される周波数と、ノイズの周波数とが互いに周波数との同期または干渉が起こる。そのため、C/F回路で生成される周波数とノイズの周波数の同期または干渉は、スイッチ電極に指または人が近づいても静電容量が変化しない状態となり、スイッチ電極に指が触ったにもかかわらず、スイッチの入力ができない状態になり、誤動作を生じてしまう。
スイッチ電極は、大きさの違いにより生成される周波数が変わるため、大きさの違うスイッチ電極が増える程、生成される周波数の種類が多くなる。そのため生成される周波数と同じまたは近い周波数である電波ノイズまたは、電源ノイズによる同期または干渉により誤動作が増えてしまう。静電容量の変化をC/F変換回路で周波数に変換する方式では、個々のスイッチ電極が使用している周波数に対し、発生するノイズの周波数より±数10KHzの値の周波数が離れないと、ノイズの影響を受け、スイッチ電極に指が触れてもスイッチ電極がON、またスイッチ電極より指を離してもOFFになる周波数にならない。
そのため、スイッチ電極の大きさの違いにより、使用している異なった周波数が多くなる程、ノイズの影響によるスイッチが誤動作してしまう周波数の範囲が広がり、ノイズの影響による誤動作防止の対処が非常に困難になる。
In
Since the generated frequency of the switch electrode varies depending on the difference in size, the number of generated frequencies increases as the number of switch electrodes having different sizes increases. For this reason, malfunctions increase due to radio wave noise having the same frequency as the generated frequency or synchronization or interference due to power supply noise. In the method of converting the change in capacitance into a frequency by the C / F conversion circuit, the frequency of ± several tens KHz is not separated from the frequency of noise generated with respect to the frequency used by each switch electrode. Under the influence of noise, the frequency does not become a frequency at which the switch electrode is turned on even if the finger touches the switch electrode, and turned off even if the finger is released from the switch electrode.
For this reason, as the number of different frequencies used increases due to the difference in the size of the switch electrode, the range of frequencies at which the switch malfunctions due to the effect of noise widens, and countermeasures for preventing malfunctions due to the effect of noise are extremely important. It becomes difficult.
また、静電容量の変化を、C/F変換回路を用いて、周波数をインプットキャプチャ機能(周波数の数を数える機能)でデジタルデータに置き換え、演算処理によりタッチスイッチのオン/オフ状態を判断している。周波数がインプットキャプチャ機能で周波数の数を数えていることで、スイッチ電極ごとに周波数の数が変わり、動作速度を一定かつ、速度を上げることが非常に困難である。 In addition, the change in capacitance is replaced with digital data using the C / F conversion circuit, and the frequency is replaced with digital data by the input capture function (function for counting the number of frequencies), and the on / off state of the touch switch is determined by arithmetic processing. ing. By counting the number of frequencies with the input capture function, the number of frequencies changes for each switch electrode, and it is very difficult to keep the operation speed constant and increase the speed.
絶縁体に、導電性材料からなる電極を配置し、発振器で生成する信号を、同期発振回路により同期がとれたsin信号とcos信号に変換し、前記sin信号を、インピーダンスを成す部材に印加し、さらに、前記部材に接続する前記電極に印加し、前記部材と前記電極に流れる電流を、電流・電圧変換回路によって電圧に変換し、前記電流・電圧変換回路によって変換した電圧と、前記sin信号及びcos信号を掛け算する掛け算回路を設け、該掛け算回路により、前記sin信号及び前記cos信号をDC信号に変換し、該DC信号をローパス・フィルタ回路により安定化させ、前記安定化したDC信号の電圧を計測し、該計測した電圧と演算装置に予め格納している閾値とを比較することにより、タッチスイッチのオン、オフ状態を判断する静電容量結合方式静電センサーを提案するものである。 An electrode made of a conductive material is arranged on an insulator, and a signal generated by an oscillator is converted into a sin signal and a cos signal synchronized by a synchronous oscillation circuit, and the sin signal is applied to a member forming an impedance. Furthermore, the current applied to the electrode connected to the member, the current flowing through the member and the electrode is converted into a voltage by a current / voltage conversion circuit, the voltage converted by the current / voltage conversion circuit, and the sin signal And a cos signal are multiplied, the sin signal and the cos signal are converted into a DC signal by the multiplier circuit, the DC signal is stabilized by a low-pass filter circuit, and the stabilized DC signal By measuring the voltage and comparing the measured voltage with a threshold value stored in advance in the arithmetic unit, the touch switch is turned on or off. It proposes a capacitive coupling type electrostatic sensor for disconnection.
本発明では、抵抗値が異なるスイッチ電極を使用した場合でも、sin信号と90度位相の違うcos信号の2つを電流・電圧変換回路の出力に掛算回路で掛けることにより、真の電流値のAC信号だけが、DC信号を含む2倍のAC周波数になり、ローパスフィルタを通すことで2倍のAC周波数がなくなり、DC信号のみとなる。このDC信号を計測することにより、スイッチ電極より指および手が離れている場合、すなわち、スイッチ電極と指および手との間に静電容量が少ない場合と、スイッチ電極に指および手が近接している場合、すなわち、スイッチ電極と指および手との間に静電容量が多い場合において、DC信号の大きさに違いが計測でき、抵抗値が異なるスイッチ電極を使用しても、異なる周波数は発生しない。そして、スイッチ電極が接続されても、前記掛算回路で掛けることにより、全てsin信号の周波数より高い周波数となり、高い周波数のAC信号のままローパスフィルタを通すことで、ノイズをなくすことができる。そのため、sin信号の周波数以外のノイズ周波数がスイッチ電極に混入されても正確にスイッチ電極と指および手との間に静電容量が発生し、タッチスイッチのオン/オフの状態を検出することができる。 In the present invention, even when switch electrodes having different resistance values are used, the true current value can be obtained by multiplying the output of the current / voltage conversion circuit by the multiplying circuit by the two of the sin signal and the cos signal having a phase difference of 90 degrees. Only the AC signal becomes a double AC frequency including the DC signal, and the double AC frequency disappears by passing through the low-pass filter, and only the DC signal is obtained. By measuring the DC signal, when the finger and the hand are separated from the switch electrode, that is, when the capacitance is small between the switch electrode and the finger and the hand, the finger and the hand are close to the switch electrode. In other words, when there is a large capacitance between the switch electrode and the finger and hand, the difference in the magnitude of the DC signal can be measured, and even if switch electrodes with different resistance values are used, the different frequencies Does not occur. Even when the switch electrode is connected, all the frequencies are higher than the frequency of the sin signal by multiplying by the multiplication circuit, and noise can be eliminated by passing the low-pass filter with the high frequency AC signal. For this reason, even if a noise frequency other than the frequency of the sin signal is mixed into the switch electrode, a capacitance is accurately generated between the switch electrode and the finger and hand, and the on / off state of the touch switch can be detected. it can.
さらに、sin信号の周波数と同じノイズ周波数の混入を検出するため、sin信号をスイッチ電極に印加しない状態で、静電容量の発生を検出する。静電容量の変化を検出した場合には、同じノイズ周波数の混入と判断して、sin信号、cos信号の周波数を変更する。 Furthermore, in order to detect mixing of the same noise frequency as the frequency of the sin signal, the occurrence of capacitance is detected without applying the sin signal to the switch electrode. When a change in capacitance is detected, it is determined that the same noise frequency is mixed, and the frequencies of the sin signal and the cos signal are changed.
また、静電容量の変化をC/F変換回路を用いて周波数に変換する方式で使用する、電極フィルムのスイッチ電極をタッチスイッチとして使用することができる。すなわち、1つのタッチスイッチをなす、最小限のスイッチ電極の数を1つとして使用することができる。 Moreover, the switch electrode of an electrode film used by the system which converts the change of an electrostatic capacitance into a frequency using a C / F conversion circuit can be used as a touch switch. That is, the minimum number of switch electrodes forming one touch switch can be used as one.
本発明では、抵抗値が異なるスイッチ電極を使用した場合でも、発振器で生成する信号を同期発信回路による2つのsin信号と90度位相の違うcos信号の2つを発信し、sin信号の一方は増幅回路経由で、インピーダンスを成す部材(例えば、コンデンサや抵抗など)に印加し、前記部材を介して、前記電流・電圧変換回の抵抗Rに接続し、さらに、増幅したsin信号は、前記部材に接続するスイッチ電極に接続する。パネルスイッチは、フィルム(ポリエチレンステレフタートフィルム:PETフィルムが使用されている。)の表面にスイッチ電極として銀ペースト、またはITO(酸化インジウムスズ)等を印刷した電極フィルムを、アクリルやガラス及び樹脂等の絶縁基材に接着剤(両面テープ等)で貼り合わせたもので構成される。 In the present invention, even when switch electrodes having different resistance values are used, signals generated by an oscillator are transmitted as two sin signals by a synchronous transmission circuit and a cos signal having a phase difference of 90 degrees, and one of the sin signals is Via an amplifier circuit, an impedance is applied to a member (for example, a capacitor or a resistor), connected to the resistor R of the current / voltage conversion circuit via the member, and the amplified sin signal is Connect to the switch electrode to connect to. Panel switches are made of acrylic film, glass or resin, and electrode films with silver paste or ITO (indium tin oxide) printed on the surface of the film (polyethylene terephthalate film: PET film) as switch electrodes. It is comprised of what is bonded to an insulating base material such as an adhesive (double-sided tape etc.).
sin信号のもう一方は、2つの掛算回路の一つに接続され、また、cos信号はもう一つの掛算回路に接続される。電流・電圧変換回路の出力は、増幅回路を経由して、バンドパスフィルタを介して、それぞれ2つの掛算回路に接続し、それぞれsin信号・cos信号と掛けられる。真の電流値のAC信号だけが、DC信号を含む2倍のAC周波数になり、ローパスフィルタを通過することでDC信号になる。
前記スイッチ電極へ混入されるsin信号とcos信号の周波数以外のノイズは、全てsin信号・cos信号との掛算によりsin信号・cos信号の周波数より高い周波数のAC信号になりsin信号・cos信号の周波数より十分低いローパスフィルタを通すことで0Vの直流電圧にできる。
The other of the sin signals is connected to one of the two multiplication circuits, and the cos signal is connected to the other multiplication circuit. The output of the current / voltage conversion circuit is connected to two multiplication circuits via a band pass filter via an amplification circuit, and multiplied by a sin signal and a cos signal, respectively. Only an AC signal having a true current value has a double AC frequency including a DC signal, and becomes a DC signal by passing through a low-pass filter.
Noises other than the frequencies of the sin signal and the cos signal mixed into the switch electrode are all multiplied by the sin signal / cos signal to become an AC signal having a frequency higher than the frequency of the sin signal / cos signal. A DC voltage of 0 V can be obtained by passing through a low-pass filter sufficiently lower than the frequency.
また、発振器で生成する信号の周波数を制御することで、発振器からの信号を同期発信回路によりsin信号、cos信号に変換して、sin信号、cos信号の周波数の設定を行うことができる。そして、バンドパスフィルタを設けて、使用するsin信号の周波数の帯域の高調波成分のノイズをとることができるため、sin信号の周波数に対応したバンドパスフィルタを使用することが望ましい。
ここで、電源投入時等の初期化の状態では、インピーダンスを成す部材に接続する部材に接続する個々のスイッチ電極から、指および手等が十分に離れている状態での、sin信号との掛算による検出信号Xとcos信号との掛算による検出信号Yより、入力信号のベクトル値を制御装置に保存する。このときのベクトル値を、オフセット値と呼び、sin信号側をXoffset値、cos信号側をYoffset値と呼ぶことにする。このときのオフセット値は、増幅器回路を経由したsin信号を印加するインピーダンスを成す部材(例えば、コンデンサや抵抗など)に接続する個々のスイッチ電極と、指および手等との間にコンデンサが形成されず、増幅器回路を経由してsin信号を印加したインピーダンスを成す部材に流れる電流が流れるのみで、個々のスイッチ電極と指および手等との間に電流が流れない状態での、インピーダンスを成す部材に流れる電流を計測した値である。
そして、指および手等とスイッチ電極の状態を計測する場合、増幅器回路を経由したsin信号を、印加するインピーダンスを成す部材に接続する個々のスイッチ電極と、指および手等との間にコンデンサが形成されることによって、インピーダンスを成す部材に流れる電流の一部が、個々のスイッチ電極と指および手等との間に流れる。そのときのsin信号との掛算による検出信号Xとcos信号との掛算による検出信号Yとから入力信号のベクトル値を保存し、このベクトル値とオフセット値の差分が、個々のスイッチ電極と指および手等との間の形成されたコンデンサの静電容量の代替特性である式ルート((X-Xoffset)の二乗+(Y-Yoffset)の二乗)で計算される。
この計算した値が、閾値以上の場合は、スイッチ電極に、指および手等が近接しているとして、タッチスイッチのオンと判断し、閾値以下の場合は、スイッチ電極から指および手等が離れているとして、タッチスイッチのオフと判断する。さらに、もう一つ閾値を設けることにより、計算前のタッチスイッチのオンまたはオフの状態に対応した2つの閾値の使用ができ、計算した値に対してタッチスイッチのオンとオフにヒステリシスの制御を行うこともできる。
同様にして、他のスイッチ電極も行う。
ここで、スイッチ電極へ混入するsin信号と同じ周波数のノイズを計測する場合には、増幅器回路を経由したsin信号を、インピーダンスを成す部材及びインピーダンスを成す部材に接続する個々のスイッチ電極に印加しない状態で計測する。そのときのオフセット値を0とする。そして、計測時は、sin信号との掛算による検出信号Xとcos信号との掛算による検出信号Yから入力信号のベクトル値を式ルート(Xの二乗+Yの二乗)にし、この値が、ノイズの混入の有無を判断する値以上のときには、ノイズの混入があると判断して、発振器で生成する信号の周波数を変更する。
そして、初期化時に、スイッチ電極をドライブするsin信号と、同じ周波数のノイズがないかを前述のようにして、ノイズの混入の有無を判断する。ノイズの混入の場合には、発振器で生成する信号の周波数を変更し、発振器からの信号を同期発信回路によりsin信号、cos信号の周波数を変更し、再度、ノイズの混入の有無を判断する。ノイズがないと判断した場合は、スイッチ電極の計測を行い、タッチスイッチのオン/オフを行う。
Further, by controlling the frequency of the signal generated by the oscillator, the signal from the oscillator can be converted into a sin signal and a cos signal by the synchronous transmission circuit, and the frequency of the sin signal and the cos signal can be set. Since a bandpass filter can be provided to remove noise of harmonic components in the frequency band of the sin signal to be used, it is desirable to use a bandpass filter corresponding to the frequency of the sin signal.
Here, in an initialization state such as when the power is turned on, multiplication with the sin signal in a state where fingers and hands are sufficiently separated from the individual switch electrodes connected to the member connected to the member forming the impedance. From the detection signal Y obtained by multiplying the detection signal X by the cos signal and the cos signal, the vector value of the input signal is stored in the control device. The vector value at this time is called an offset value, the sine signal side is called an Xoffset value, and the cos signal side is called a Yoffset value. The offset value at this time is that a capacitor is formed between each switch electrode connected to a member (for example, a capacitor or a resistor) that constitutes an impedance for applying a sin signal via the amplifier circuit, and a finger and a hand. First, a member that forms an impedance in a state in which no current flows between each switch electrode and a finger, a hand, or the like, only a current that flows through the member that forms an impedance to which a sin signal is applied via an amplifier circuit. It is the value which measured the electric current which flows into.
When measuring the state of the finger and hand, etc. and the switch electrode, a capacitor is provided between the individual switch electrode that connects the sin signal that has passed through the amplifier circuit to the member that forms the impedance to be applied, and the finger and the hand. By being formed, a part of the current flowing through the member forming the impedance flows between the individual switch electrodes and the fingers and hands. The vector value of the input signal is stored from the detection signal X obtained by multiplication with the sin signal at that time and the detection signal Y obtained by multiplication of the cos signal. The difference between the vector value and the offset value is determined by the individual switch electrode and the finger and It is calculated by the formula route (square of (X-Xoffset) + square of (Y-Yoffset)) which is an alternative characteristic of the capacitance of the formed capacitor between the hand and the like.
If this calculated value is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the touch switch is on, assuming that the finger and hand are close to the switch electrode. If the calculated value is equal to or less than the threshold value, the finger and hand are separated from the switch electrode. It is determined that the touch switch is off. Furthermore, by providing another threshold value, two threshold values corresponding to the on / off state of the touch switch before calculation can be used, and hysteresis control is performed on the on / off state of the touch switch with respect to the calculated value. It can also be done.
Similarly, other switch electrodes are also performed.
Here, in the case of measuring noise having the same frequency as the sin signal mixed into the switch electrode, the sin signal via the amplifier circuit is not applied to the individual switch electrodes connected to the impedance member and the impedance member. Measure in state. The offset value at that time is set to 0. At the time of measurement, the vector value of the input signal is changed from the detection signal Y obtained by multiplication with the sin signal to the expression signal (the square of X + the square of Y) from the detection signal Y obtained by multiplication of the cosine signal. When the value is equal to or greater than the value for determining the presence or absence of mixing, it is determined that noise is mixed and the frequency of the signal generated by the oscillator is changed.
Then, at the time of initialization, whether or not noise is mixed is determined as described above to determine whether or not there is noise of the same frequency as the sin signal that drives the switch electrode. In the case of noise mixing, the frequency of the signal generated by the oscillator is changed, the frequency of the sin signal and the cos signal is changed by the synchronous transmission circuit of the signal from the oscillator, and the presence / absence of noise mixing is determined again. If it is determined that there is no noise, the switch electrode is measured and the touch switch is turned on / off.
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。まず、本実施例を図2〜10を用いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. First, this embodiment will be described with reference to FIGS.
図2に、本実施例の入力装置のタッチスイッチのオン/オフを計測する場合の構成図を示す。まず、制御装置2は、CPU3と、プログラムと定数(例えば閾値)を内蔵するROM28と、ワーキングメモリを内蔵するRAM29と、信号をsin信号、cos信号に変換する同期発信回路5,6に信号を出力する発振器4、sin信号を供給するコンデンサ101〜104を選択する切替回路8を制御し、スイッチ81〜84を選択するスイッチ選択27と、コンデンサ101〜104を選択した際に接続するスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114と、コンデンサ101〜104及びスイッチ電極111〜114の電流を計測する抵抗14とその抵抗14の両端の電圧を検出する電流電圧変換回路15に接続するために、スイッチ131〜134を選択する切替回路13を制御するスイッチ選択26と、切替回路13からの電流を検出ために一方をGND接続した抵抗14と、抵抗14の両端の電圧を検出する電流電圧変換回路15と、電流・電圧変換回路15の電圧を増幅する増幅回路16と、増幅回路16に接続するバンドパスフィルタ回路17と、バンドパスフィルタ回路17よりsin信号の周波数帯域に対応したバンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを選択する切替回路18を制御するスイッチ選択25と、同期発信回路5からのsin信号とバンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを介したsin信号とを掛算し、ローパスフィルタ21を介した信号をデジタルデータに変換するA/D変換回路23と、同期発信回路6からのcos信号とバンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを介したsin信号とを掛算し、ローパスフィルタ22を介した信号をデジタルデータに変換するA/D変換回路24と、2つのA/D変換回路23、24のデジタルデータを演算して、タッチスイッチのオンまたはオフ情報を外部処理装置31に出力する外部I/F30とから構成している。
そこで、本実施例では、タッチスイッチの数を4個設けたものを例に説明する。入力エリア121は、スイッチ電極群11のスイッチ電極111に近接または離れた状態をタッチスイッチのオンまたはオフ情報として生成するための入力エリアであり、同様に、入力エリア122は、スイッチ電極112に近接または離れた状態をタッチスイッチのオンまたはオフ情報として生成するための入力エリアであり、入力エリア123は、スイッチ電極113に近接または離れた状態をタッチスイッチのオンまたはオフ情報として生成するための入力エリアであり、入力エリア124は、スイッチ電極114に近接または離れた状態をタッチスイッチのオンまたはオフ情報として生成するための入力エリアである。そして、パネルスイッチ9を構成するPETフィルムの表面に銀ペースト、またはITOで印刷したスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114に使用者の指1は、パネルスイッチ9を構成する絶縁基材(アクリルやガラス及び樹脂等)を介して、スイッチ電極111〜114にタッチする。
本実施例では、入力エリアとスイッチ電極を1対1で説明しているが、複数のスイッチ電極を1つの入力エリアとして、1つのタッチスイッチのオンまたはオフ情報として生成してもよい。
また、発振器4から出力する発振周波数の種類を3個とし、このsin信号の周波数の帯域を通過させるバンドパスフィルタの種類も3個として説明する。
制御装置2のCPU3によって発振器4から出力する発振周波数を設定し、発振器4から出力する信号を2つの同期発信回路5、6より、sin信号とcos信号を90度の位相差に変換して出力する。この発振周波数の設定の際には、スイッチ選択25より切替回路18のスイッチ181〜183を制御してsin信号の周波数の帯域に対応したバンドパスフィルタ回路17のバンドパスフィルタ171〜173の何れかに設定する。
そして、sin信号は増幅回路7により、4個のスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114に印加する線を選択する切替回路8に接続する。スイッチ選択27より切替回路8を制御し、スイッチ81〜84の何れかを選択し、スイッチ81〜84に対応したコンデンサ101〜104に印加し、さらにコンデンサ101〜104を介して接続するスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114にも印加する。一方、選択して印加しているコンデンサ101〜104とスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114に、対応するスイッチ選択26より切替回路13のスイッチ131〜134を制御して、抵抗14に接続する。そして、抵抗14を介してGND、または、本実施例では記載していなしが、印加するsin信号の中点の電圧などの一定の電圧に接続し、この抵抗14に流れる電流を計測する。
このとき、接続しないスイッチ電極は、スイッチ選択27より切替回路8を、スイッチ選択26より切替回路13を制御して、未接続にするか、または、本実施例では記載していなしが、印加するsin信号の中点の電圧などの一定の電圧に接続する。
選択して印加しているコンデンサ101〜104とスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114に流れる電流i1〜i4は、抵抗14を通過することで電圧E1〜E4に変換し、増幅回路16で増幅する。そして、スイッチ選択25より切替回路18を制御して発振器4より出力する発振周波数によって、生成するsin信号の帯域に対応するバンドパスフィルタ回路17のバンドパスフィルタ171〜173の何れかを通過し、sin信号の周波数の通過帯域以外の周波数をカットする。
バンドパスフィルタ回路17のバンドパスフィルタ171〜173の何れかより切替回路18を介して出力する周波数は、それぞれ2つの掛算回路19、20のy側に入力する。2つの掛算回路19、20のx側にはsin信号、cos信号が入力する。それぞれの掛算回路19、20の通過によって、周波数をそれぞれの掛算回路19,20の結果は、非常に低い周波数帯域を通過させるローパスフィルタ21、22において、ノイズ信号が消され、DC信号が取り出される。そして、それぞれのDC信号は制御装置2のA/D変換器23、24でデジタルデータに変換し、CPU3に入力する。CPU3は、スイッチ電極111、112、113、114の順番に、スイッチ選択27とスイッチ選択26を介して、切替回路8と切替回路13を逐次制御して、デジタルデータを入力する。
FIG. 2 shows a configuration diagram in the case of measuring on / off of the touch switch of the input device of this embodiment. First, the
Therefore, in this embodiment, an example in which four touch switches are provided will be described. The
In this embodiment, the input area and the switch electrode are described on a one-to-one basis. However, a plurality of switch electrodes may be used as one input area and may be generated as on / off information of one touch switch.
The description will be made assuming that the number of oscillation frequencies output from the oscillator 4 is three and the number of types of band-pass filters that pass the frequency band of the sin signal is three.
The oscillation frequency output from the oscillator 4 is set by the CPU 3 of the
Then, the sin signal is connected by the amplifier circuit 7 to the switching circuit 8 for selecting a line to be applied to the
At this time, the switch electrodes that are not connected are controlled by switching the switching circuit 8 from the
The currents i1 to i4 flowing through the selected
The frequency output from any of the
図3の(1)に、本実施例のタッチスイッチのオン/オフを計測する場合の掛算回路19,20の波形図を示す。掛算回路19、20のx側の入力には、sin信号あるいはcos信号を入力する。抵抗14の片側はGNDに接続する。y側の入力には、増幅回路7を通過したsin信号が切替回路8、コンデンサ101を介して接続したスイッチ電極群11のスイッチ電極111に、切替回路13、抵抗14、バンドパスフィルタ回路17、切替回路18を介して接続する。
例えば、人間の指等が、スイッチ電極群11のスイッチ電極111に近づくと、電流i1は、ドライブ線を接続しているスイッチ電極群11のスイッチ電極111から指等を介し、電流が流れて変化し、抵抗14の両端に電位差E1に変化が発生し、掛算回路19、20のy側に入力する。x側とy側の入力信号は、掛算され真の電流値のAC信号だけがDC信号を含む2倍のAC周波数になり、次のローパスフィルタ21、22を通すことでDC信号になる。スイッチ電極群11のスイッチ電極111に他の周波数成分であるノイズが混入しても、ノイズの周波数は全てsin信号・cos信号との掛算によりsin信号・cos信号の周波数より高い周波数のAC信号になりsin信号・cos信号の周波数より十分低いローパスフィルタ21,22を通すことでなくなる。このようにして、人間の指等が、スイッチ電極111に近づいていることを把握することができる。
また、図3の(2)には、図3の(1)のコンデンサ101の代わりに抵抗R’にした場合の図である。コンデンサ101と抵抗R’のインピーダンスが同じならば、図3の(1)に対してローパスフィルタ21、22からのDC信号の値は、コンデンサと抵抗の位相差による違いによって、ベクトルや位相の違いはあるが、図4の説明の式によりベクトルの大きさは同じになる。
図3の(3)には、図3の(1)のコンデンサ101と電極111の位置を変更した場合の図である。動作は図3の(1)と同等になる。
FIG. 3 (1) shows a waveform diagram of the
For example, when a human finger or the like approaches the
FIG. 3B is a diagram in the case where a resistor R ′ is used instead of the
FIG. 3 (3) is a diagram when the positions of the
図4に、本発明の入力信号レベルと位相差図を示す。図3の掛算回路19、20でsin信号と掛算された入力信号はローパスフィルタ21を介してsinによる検出信号になり、cos信号と掛算された入力信号はローパスフィルタ22を介してcosによる検出信号になる。ここで、電源投入時等の初期化の状態で、スイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114に人間の指等が接していない状態での、sin信号との掛算にローパスフィルタ21を介した検出信号Xと、cos信号との掛算にローパスフィルタ22による検出信号YとからA/D変換器23、24を介して計測し、計測した値をベクトル値とし、特に、電源投入時等でのベクトル値をオフセット値と呼ぶ。
そして、そのオフセット値のsin信号側をXoffset値、cos信号側をYoffset値とする。そして、計測を行うときには、そのときのsin信号との掛算にローパスフィルタ21を介した検出信号Xとcos信号との掛算にローパスフィルタ22を介した検出信号Yとから入力信号のベクトル値とオフセット値の差分の大きさは、式ルート((X-Xoffset)の二乗+(Y-Yoffset)の二乗)を計算する。また、位相差は式アークタンジェント((X-Xoffset)/(Y-Yoffset))から求められる。
入力信号のベクトル値、位相差を求め利用することは、精度が要求される位置座標検出等にはとても有効な手段である。
FIG. 4 shows the input signal level and phase difference diagram of the present invention. The input signal multiplied by the sin signal in the
Then, the sin signal side of the offset value is the Xoffset value, and the cos signal side is the Yoffset value. When measurement is performed, the vector value and offset of the input signal are calculated from the detection signal X via the low-
Obtaining and using the vector value and phase difference of the input signal is a very effective means for detecting position coordinates and the like that require accuracy.
図5に人間の指とスイッチ電極との関係を示す。図5の(1)は、人間の指がスイッチ電極より十分に離れている場合である。人間の指が、スイッチ電極群11のスイッチ電極111より十分に離れていても、指とスイッチ電極群A10のスイッチ電極101の間には静電容量は発生する。しかし、人間の指とスイッチ電極の距離があるため、静電容量が非常に小さくなり、電流Δiが、スイッチ電極群11のスイッチ電極111から指を介して大地にほとんど流れないため、増幅回路7を介して供給しているsin信号は、コンデンサ101を介して、電流が抵抗14に流れる。このときの抵抗14の両端の電圧を検出する電流電圧変換回路15からのsin信号の電圧は、電源投入時等の初期化の状態と同じ程度のため、その後の増幅回路16、バンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを介し、sin信号、cos信号との掛算回路19、20、及び、ローパスフィルタ21、22を通った信号は電源投入時等の初期化の状態と変化しない。
FIG. 5 shows the relationship between human fingers and switch electrodes. (1) in FIG. 5 is a case where the human finger is sufficiently separated from the switch electrode. Even if the human finger is sufficiently separated from the
図5の(2)は、人間の指がスイッチ電極111に近接した場合である。
人間の指とスイッチ電極群11のスイッチ電極111とがコンデンサを形成し、そのため、静電容量が発生し、電流Δiがスイッチ電極群11のスイッチ電極111から指を介して大地に流れだし、電流Δiを失う。そのため、増幅回路7を介して供給しているsin信号は、コンデンサ101を介して、抵抗14に流れる電流の一部の電流Δiがスイッチ電極111から指を介して大地に流れだすため、電源投入時等の初期化の状態より電流が小さくなる。このときの抵抗14の両端の電圧を検出する電流電圧変換回路15からのsin信号の電圧は、電源投入時等の初期化の状態より振幅が小さくなり、その後の増幅回路16、バンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを介し、sin信号、cos信号との掛算回路19、20、及び、ローパスフィルタ21、22を通った信号は電源投入時等の初期化の状態より振幅が小さくなる。
FIG. 5 (2) shows a case where a human finger is close to the
The human finger and the
人間の指がスイッチ電極群11のスイッチ電極111に指が十分に離れている時の電流i1を前もって測定し、近接したときの電流i1をタッチスイッチ121がオン状態となる電流の変化量を閾値とすることで、タッチスイッチとして動作する。
The current i1 when the finger is sufficiently separated from the
図6にsin信号掛算波形図を示す。a・sinαとb・sinαを掛けると式は、 (a・sinα)・(b・sinα)=(a・b/2)−(a・b・cos2α)/2となり、a・b/2だけ加えられたところに2倍の周波数の半分になったcos信号がある。この演算結果が十分低いローパスフィルタ21または22を通過するとcos信号分が0となり、a・b/2の定数のみになる。この式によりa・sinαの周波数以外のノイズ周波数が混入してもノイズ周波数をカットし、ノイズ周波数による影響はなくなる。
FIG. 6 shows a sin signal multiplication waveform diagram. Multiplying a · sin α and b · sin α yields (a · sin α) · (b · sin α) = (a · b / 2) − (a · b · cos 2α) / 2, where only a · b / 2. Where added, there is a cos signal that is half the frequency doubled. If this calculation result passes through the low-
図7は、スイッチ電極へ混入するsin信号と同じ周波数のノイズを計測する場合の入力装置の構成図である。図2の構成図におけるスイッチ選択27より切替回路8のスイッチ81〜84を未接続にし、sin信号は増幅回路7により、切替回路8のスイッチ81〜84に対応したコンデンサ101〜104、及び、コンデンサ101〜104を介して接続するスイッチ電極群11のスイッチ電極111〜114に印加しない状態にする。かつ、スイッチ選択26より切替回路13のスイッチ131を選択して接続し、その他のスイッチ132〜134を未接続し、スイッチ電極群11のスイッチ電極111を切替回路13のスイッチ131を介して抵抗14と接続した状態で、CPU3がデジタルデータを入力する。この図7の状態でのスイッチ電極へ混入するsin信号と同じ周波数のノイズ計測時の関係図を図8に示す。
FIG. 7 is a configuration diagram of the input device in the case of measuring noise having the same frequency as the sin signal mixed into the switch electrode. The
図8の(1)はノイズがない場合で、抵抗14に電流が流れないため、電流電圧変換回路15、増幅回路16、バンドパスフィルタ回路17、切替回路18、掛算回路19、20、ローパスフィルタ21、22、A/D変換器23,24を介して、計測するデジタルデータはGNDのデジタルデータがCPU3にて計測する。
図8の(2)はsin信号と違う周波数のノイズある場合で、抵抗14に電流が流れ、電流電圧変換回路15、増幅回路16、バンドパスフィルタ回路17、切替回路18、掛算回路19、20に進むが、掛算回路19、20でDC信号が含まれない交流だけの信号がローパスフィルタ21、22に出力されるが、ローパスフィルタ21,22で交流の信号がカットされるため、ローパスフィルタ21、22で取り出されるDC信号はGNDとなり、A/D変換器23、24を介して、CPU3がGNDのデジタルデータを計測する。
図8の(3)はsin信号と同じ周波数のノイズある場合で、抵抗14に電流が流れ、電流電圧変換回路15、増幅回路16、バンドパスフィルタ回路17、切替回路18、掛算回路19,20に進み、掛算回路19、20でDC信号を含んだ交流の信号がローパスフィルタ21,22に出力され、ローパスフィルタ21,22で交流がカットされ、ローパスフィルタ21、22で取り出されるDC信号が、A/D変換器23、24を介して、CPU3がデジタルデータを計測する。
(1) in FIG. 8 is a case where there is no noise, and no current flows through the
(2) in FIG. 8 shows a case where there is noise having a frequency different from that of the sin signal. A current flows through the
(3) in FIG. 8 is a case where there is noise having the same frequency as the sin signal, a current flows through the
そこで、図7のスイッチ電極へ混入するsin信号と同じ周波数のノイズをCPU3が計測しているときに、GND近傍以外のデジタルデータをCPU3が計測した場合、CPU3は、sin信号と同じ周波数のノイズがあると判断し、発振器4の発振周波数を制御して、sin信号、cos信号の周波数をノイズの周波数と違う周波数に変更し、さらに、sin信号の周波数帯域に対応したバンドパスフィルタ回路17のバンドパスフィルタ171〜173の何れかを切替回路18によって設定する。
Therefore, when the CPU 3 measures noise having the same frequency as that of the sin signal mixed in the switch electrode in FIG. 7, when the CPU 3 measures digital data other than the vicinity of the GND, the CPU 3 detects noise having the same frequency as that of the sin signal. The frequency of the sin signal and the cos signal is changed to a frequency different from the frequency of the noise by controlling the oscillation frequency of the oscillator 4, and the band-
図9と図10を用いて制御フローを説明する。図9は、実施例1の制御フローを表し、図10は、制御フローに使用するROM28、RAM29に配置しているメモリを表している。まず、外部処理装置31に接続する外部I/F30を初期化する(S1)(Sはステップを表す)。そして、RAM29に配置しているHとIの変数を0に設定する(S2、S3)。
The control flow will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 shows the control flow of the first embodiment, and FIG. 10 shows the memory arranged in the
そして、ROM28に保存している発振周波数のデータを3種類保存するデータテーブルHZのI番目の発振周波数のデータを発振器4に設定する。この発振器4からの信号を2つの同期発信回路5、6より出力するsin信号、cos信号の周波数に対応する、バンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを選択するデータを保存するデータテーブルHZFILのI番目のデータを、スイッチ選択25を介して切替回路18のスイッチ181〜183に設定する(S4)。
次に入力エリア121のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極111に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ81のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ131のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW1_Xoffset、SW1_YoffsetのI番目に保存する(S5)。
同様に入力エリア122のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極112に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ82のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ132のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとをsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW2_Xoffset、SW2_YoffsetのI番目に保存する(S6)。
同様に入力エリア123のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極113に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ83のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ133のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとをsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW3_Xoffset、SW3_YoffsetのI番目に保存する(S7)。
同様に入力エリア124のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極114に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ84のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ134のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとをsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW4_Xoffset、SW4_YoffsetのI番目に保存する(S8)。
同様にsin信号と同じ周波数のノイズのデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極111をノイズ計測用に設定する。この際、スイッチ電極111には、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加しないが、計測は行い、その他のスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ81〜84を未接続にし、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ131のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列NOISE_Xoffset、NOISE_YoffsetのI番目に保存する(S9)。このときに、sin信号と違う周波数のノイズやノイズがない場合のデジタルデータは、GND近傍のGND_X、GND_Yのデジタルデータを示す。このGND_X、GND_Yは、ROM28上に予め配置している。
そして、S10では、式ルート((NOISE_XoffsetのI番目−GND_X)の二乗+(NOISE_YoffsetのI番目−GND_Y)の二乗)の値が、ROM28上に配置しているsin信号と同じ周波数のノイズが混入したかの閾値NOISE_MAX以上と判断した場合、S12に進み、未満と判断した場合、HにIを代入(S11)して、S12に進む。
Then, data of the I-th oscillation frequency in the data table HZ that stores three types of oscillation frequency data stored in the
Next, in order to measure the digital data in the
Similarly, in order to measure the digital data in the
Similarly, in order to measure the digital data in the
Similarly, in order to measure digital data in the
Similarly, in order to measure digital data of noise having the same frequency as the sin signal, the
In S10, the value of the formula root ((NOISE_Xoffset I-th−GND_X) squared + (NOISE_Yoffset I-th−GND_Y) squared) is mixed with noise having the same frequency as the sin signal arranged on the
そして、Iに1を加え(S12)、Iが3未満ならばS4に進み、Iが3以上ならばS14に進む。このS3からS13のループは、電源投入時の発振器4の3種類の発振周波数に対応したスイッチ電極111〜124に対応したタッチスイッチのオフセット値の計測およびノイズの計測をするためのキャリブレーションを表している。
S14では、ROM28に保存している発振周波数のデータを3種類保存するデータテーブルHZのH番目の発振周波数のデータを発振器4に設定する。この発振器4からの信号を2つの同期発信回路5、6より出力するsin信号、cos信号の周波数に対応する、バンドパスフィルタ回路17のバンドフィルタ171〜173の何れかを選択するデータを保存するデータテーブルHZFILのH番目のデータを、スイッチ選択25を介して切替回路18のスイッチ181〜183に設定する。
Then, 1 is added to I (S12), and if I is less than 3, the process proceeds to S4, and if I is 3 or more, the process proceeds to S14. This loop from S3 to S13 represents calibration for measuring the offset value of the touch switch corresponding to the
In
これらのS2からS14は、起動時にsin信号と同じ周波数のノイズの混入ない周波数を選択する工程である。
S15では、sin信号と同じ周波数のノイズのデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極111をノイズ計測用に設定する。この際、スイッチ電極111には、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加しないが、計測は行い、その他のスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ81〜84を未接続にし、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ131のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列NOISE_X、NOISE_YのH番目に保存する。(S9)
このS15は、sin信号と同じ周波数のノイズの計測を行う工程である。
These S2 to S14 are steps for selecting a frequency free from noise having the same frequency as that of the sin signal at the time of activation.
In S15, the
S15 is a step of measuring noise having the same frequency as the sin signal.
そして、S16では、式ルート((NOISE_XのH番目−GND_X)の二乗+(NOISE_YのH番目−GND_Y)の二乗)の値が、ROM28上に配置しているsin信号と同じ周波数のノイズが混入したかの閾値NOISE_MAX未満で、かつ、式ルート((NOISE_XoffsetのH番目−GND_X)の二乗+(NOISE_YoffsetのH番目−GND_Y)の二乗)の値が、閾値NOISE_MAX未満と判断した場合、S17に進み、それ以外の場合、S33に進む。
In S16, the value of the formula route ((NOISE_XHth-GND_X) square + (NOISE_YHth-GND_Y) squared) is mixed with noise having the same frequency as the sin signal arranged on the
このS16は、sin信号と同じ周波数のノイズの混入を判断する工程である。
次に入力エリア121のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極111に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ81のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ131のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW1_X、SW1_YのH番目に保存する(S17)。
同様に入力エリア122のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極112に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ82のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ132のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとをsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW2_X、SW2_YのH番目に保存する(S18)。
同様に入力エリア123のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極113に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ83のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ133のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとをsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW3_X、SW3_YのH番目に保存する(S19)。
同様に入力エリア124のデジタルデータを計測するため、スイッチ電極群11のスイッチ電極114に、発振器4からの同期発信器5よりのsin信号を、増幅回路7を介して印加し、かつ、計測し、その他のタッチスイッチを構成するスイッチ電極には、印加せず、かつ、計測しないように、スイッチ選択27を介して制御する切替回路8ではスイッチ84のみを接続し、スイッチ選択26を介して制御する切替回路13ではスイッチ134のみ接続して設定する。そして、そのときの発振器4からの同期発信器5よりのsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータと、発振器4からの同期発信器6よりのcos信号で計測したA/D変換器24を介したデジタルデータとをsin信号で計測したA/D変換器23を介したデジタルデータとを、RAM29上に配置した一次元配列SW4_X、SW4_YのH番目に保存する(S20)。
そして、S21では、式ルート((SW1_XのH番目−SW1_XoffsetのH番目)の二乗+(SW1_YのH番目−SW1_YoffsetのH番目)の二乗)の値が、スイッチ電極111に指および手が近傍に接していると判断するROM28上に配置している閾値SW1_ON_LEVEL以上の場合、S22に進み、外部I/F30にスイッチ電極111に対応するタッチスイッチSW1がONであることを設定し、S24に進む。閾値SW1_ON_LEVEL未満の場合、S23に進み、外部I/F30にスイッチ電極111に対応するタッチスイッチSW1がOFFであることを設定し、S24に進む。
S24では、式ルート((SW2_XのH番目−SW2_XoffsetのH番目)の二乗+(SW2_YのH番目−SW2_YoffsetのH番目)の二乗)の値が、スイッチ電極112に指および手が近傍に接していると判断するROM28上に配置している閾値SW2_ON_LEVEL以上の場合、S25に進み、外部I/F30にスイッチ電極112に対応するタッチスイッチSW2がONであることを設定し、S27に進む。閾値SW2_ON_LEVEL未満の場合、S26に進み、外部I/F30にスイッチ電極112に対応するタッチスイッチSW2がOFFであることを設定し、S27に進む。
S27では、式ルート((SW3_XのH番目−SW3_XoffsetのH番目)の二乗+(SW3_YのH番目−SW3_YoffsetのH番目)の二乗)の値が、スイッチ電極113に指および手が近傍に接していると判断するROM28上に配置している閾値SW3_ON_LEVEL以上の場合、S28に進み、外部I/F30にスイッチ電極113に対応するタッチスイッチSW3がONであることを設定し、S30に進む。閾値SW3_ON_LEVEL未満の場合、S29に進み、外部I/F30にスイッチ電極113に対応するタッチスイッチSW3がOFFであることを設定し、S30に進む。
S30では、式ルート((SW4_XのH番目−SW4_XoffsetのH番目)の二乗+(SW4_YのH番目−SW4_YoffsetのH番目)の二乗)の値が、スイッチ電極114指および手が近傍に接していると判断するROM28上に配置している閾値SW4_ON_LEVEL以上の場合、S31に進み、外部I/F30にスイッチ電極114に対応するタッチスイッチSW4がONであることを設定し、S15に戻る。閾値SW4_ON_LEVEL未満の場合、S32に進み、外部I/F30にスイッチ電極114に対応するタッチスイッチSW4がOFFであることを設定し、S15に戻る。
Step S16 is a step of determining whether noise having the same frequency as that of the sin signal is mixed.
Next, in order to measure the digital data in the
Similarly, in order to measure the digital data in the
Similarly, in order to measure the digital data in the
Similarly, in order to measure digital data in the
In S21, the value of the formula root ((SW1_XHth−SW1_XoffsetHth) squared + (SW1_YHth−SW1_YoffsetHth) squared) is equal to the
In S24, the value of the formula root ((SW2_XHth−SW2_XoffsetHth) squared + (SW2_YHth−SW2_YoffsetHth) squared) is the value when the finger and the hand touch the switch electrode 112 in the vicinity. If it is equal to or greater than the threshold value SW2_ON_LEVEL arranged on the
In S27, the value of the formula root ((SW3_XHth−SW3_XoffsetHth) squared + (SW3_YHth−SW3_YoffsetHth) squared) is the value when the finger and the hand touch the
In S30, the value of the formula root ((SW4_XHth−SW4_XoffsetHth) squared + (SW4_YHth−SW4_YoffsetHth) squared) is the value at which the
これらのS17からS32は、スイッチの計測を行う工程である。
ここで、S17からS20において、スイッチ電極111〜114に対応するsin側、cos側のデジタルデータを一旦FIFOのバッファに保存し、さらに、デジタルデータを複数回計測し、バッファに保存し、このバッファの内容から最大値、最小値を除いた平均値をSW1_X、SW1_Y、SW2_X、SW2_Y、SW3_X、SW3_Y、SW4_X、SW4_Yの各H番目保存することにより、さらにノイズに対処して、スイッチ電極111〜114に対応するタッチスイッチSW1〜SW4のオン、オフ情報の精度良くする。
These S17 to S32 are steps for measuring the switches.
Here, in S17 to S20, the sin side and cos side digital data corresponding to the
また、S33では、Hに1を加え、Hが3未満ならば、S14に戻り、Hが3以上ならば、Hを0にして(S35)、S14に戻る。 In S33, 1 is added to H. If H is less than 3, the process returns to S14. If H is 3 or more, H is set to 0 (S35), and the process returns to S14.
これらのS33からS35、S14は、sin信号と同じ周波数のノイズの混入が有る場合、sin信号の周波数を違う周波数に変更させる工程である。本実施例では、3つの違う周波数を順次変えて行っているが、乱数を用いて周波数を変更してもよい。 These S33 to S35 and S14 are steps for changing the frequency of the sin signal to a different frequency when noise having the same frequency as the sin signal is mixed. In this embodiment, three different frequencies are sequentially changed, but the frequency may be changed using a random number.
1 指
2 制御装置
3 CPU
4 発振器
5 同期発信回路
6 同期発信回路
7 増幅回路
8 切替回路
81 スイッチ
82 スイッチ
83 スイッチ
84 スイッチ
9 パネルスイッチ
101 コンデンサ
102 コンデンサ
103 コンデンサ
104 コンデンサ
11 スイッチ電極群
111 スイッチ電極
112 スイッチ電極
113 スイッチ電極
114 スイッチ電極
121 入力エリア
122 入力エリア
123 入力エリア
124 入力エリア
13 切替回路
131 スイッチ
132 スイッチ
133 スイッチ
134 スイッチ
14 抵抗
15 電流電圧変換器
16 増幅回路
17 バンドパスフィルタ回路
171 バンドパスフィルタ
172 バンドパスフィルタ
173 バンドパスフィルタ
18 切替回路
181 スイッチ
182 スイッチ
183 スイッチ
19 掛算回路
20 掛算回路
21 ローパスフィルタ
22 ローパスフィルタ
23 A/D変換器
24 A/D変換器
25 スイッチ選択
26 スイッチ選択
27 スイッチ選択
28 ROM
29 RAM
30 外部I/F
31 外部処理装置
1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4
29 RAM
30 External I / F
31 External processing device
Claims (1)
An electrode made of a conductive material is arranged on an insulator, and a signal generated by an oscillator is converted into a sin signal and a cos signal synchronized by a synchronous oscillation circuit, and the sin signal is applied to a member forming an impedance. Furthermore, the current applied to the electrode connected to the member, the current flowing through the member and the electrode is converted into a voltage by a current / voltage conversion circuit, the voltage converted by the current / voltage conversion circuit, and the sin signal And a cos signal are multiplied, the sin signal and the cos signal are converted into a DC signal by the multiplier circuit, the DC signal is stabilized by a low-pass filter circuit, and the stabilized DC signal By measuring the voltage and comparing the measured voltage with a threshold value stored in advance in the arithmetic unit, the touch switch is turned on or off. Capacitive coupling type electrostatic sensor, characterized in that the cross-sectional.
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