(57)【要約】【課題】  簡素な回路、電極構成でノイズ対策を達成可能な静電容量式スイッチ装置を提供する。【解決手段】  隣接する静電容量式スイッチを交互に差動アンプ１０の入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続することにより、各静電容量式スイッチが外来ノイズの影響によってノイズ信号を出力したとしても、差動アンプ１０によってノイズ信号を除去することができ、検出を行う静電容量式スイッチから出力された検出信号のみを検出することができる。よって、静電容量式スイッチの検出精度が向上するので、電子鍵盤楽器の鍵の正確なストローク位置を検出することができる。このように、外来ノイズに起因して発生したノイズを差動アンプ１０を設けるだけで除去できるので、ノイズの除去装置を簡素な構成とすることができ、安価にノイズ対策を行うことができる。【選択図】              図３
2006222022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ押し込み量に応じて静電容量が変化する複数の静電容量式スイッチに、トリガ信号出力部から順次トリガ信号を入力して静電容量を検出する静電容量式スイッチ装置において、
入力側プラス端子と入力側マイナス端子とを有し、該入力側プラス端子と入力側マイナス端子に入力された入力信号の差分を出力する差動アンプを備え、
隣接する前記静電容量式スイッチを交互に差動アンプの入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続し、前記差動アンプの出力をトリガ信号の入力された静電容量式スイッチの出力とすることを特徴とする静電容量式スイッチ装置。
【請求項２】
前記トリガ出力部は、前記差動アンプの入力側プラス端子に接続された前記静電容量式スイッチと、前記差動アンプの入力側マイナス端子に接続された前記静電容量式スイッチとで信号レベルが反転したトリガ信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項３】
前記差動アンプの入力側プラス端子に接続される前記静電容量式スイッチの数と、前記差動アンプの入力側マイナス端子に接続される前記静電容量式スイッチの数とを同数とすることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項４】
前記静電容量式スイッチは、電子鍵盤楽器の打鍵、キーボードの打鍵およびポインティングディバイスのスイッチ操作のうちのいずれかを検出するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の静電容量式スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばキーボードや電子鍵盤楽器等の入力装置の打鍵などを検出するための静電容量式スイッチであって、外来ノイズの影響を除去する静電容量式スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、キーボードや電子鍵盤楽器等の入力装置の打鍵を検出するものとして、例えば特開平９−２０４８４６号公報に記載されているように静電容量式スイッチを用いたものがある。この静電容量式スイッチは、基板上にドライブ側固定電極およびセンス側固定電極とが設けられ、ドライブ側固定電極とセンス側固定電極上で接続された可動電極（鍵の押下に応じて可動する電極）を固定電極側へ押下することにより、可動電極とセンス側固定電極との間に可動電極の押下のストロークに応じた静電容量が形成されるものである。この静電容量にもとづいて、鍵が押されたことを検出していた。
また、静電容量式スイッチのドライブ側固定電極およびセンス側固定電極（以下、単に固定電極と呼ぶ）は、基板上に形成された所定の大きさを持つ面状の電極であり、外来ノイズの影響を受けやすい。このためシールド板によって静電容量式スイッチを覆い、外来ノイズの影響を防止しようとしていた。
【特許文献１】特開平９−２０４８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の静電容量式スイッチのノイズ対策においては、静電容量式スイッチの上にシールド板を設ける必要があるなど、ノイズ対策のための構造が複雑になってしまうといった問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、簡素な回路、電極構成でノイズ対策を達成可能な静電容量式スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、それぞれ押し込み量に応じて静電容量が変化する複数の静電容量式スイッチに、トリガ信号出力部から順次トリガ信号を入力して静電容量を検出する静電容量式スイッチ装置において、入力側プラス端子と入力側マイナス端子とを有し、該入力側プラス端子と入力側マイナス端子に入力された入力信号の差分を出力する差動アンプを備え、隣接する静電容量式スイッチを交互に差動アンプの入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続し、差動アンプの出力をトリガ信号の入力された静電容量式スイッチの出力とするものとした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、隣接する静電容量式スイッチを交互に差動アンプの入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続したので、外来ノイズの影響によって検出対象の静電容量式スイッチからノイズ信号が出力された場合でも、隣接する静電容量式スイッチからもまた外来ノイズの影響によって同様のノイズ信号が出力されているため、差動アンプによってこれらの静電容量式スイッチから出力された信号の差分を取ることによって、ノイズ信号のみが除去され、静電容量検出回路はノイズ信号を含まない検出信号にもとづいて当該静電容量式スイッチの静電容量を検出することができる。
このように差動アンプを用いて外来ノイズに起因するノイズ信号を除去することができるので、簡素な回路、電極構成でノイズ対策を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
なお本実施例は、静電容量式スイッチ装置を電子鍵盤楽器の打鍵を検出するスイッチに適用した例である。
まず、静電容量式スイッチについて説明する。
図１に、静電容量式スイッチの断面を示し、図２の（ａ）に、静電容量式スイッチの固定電極のみを示す。
基板２上に、センス側固定電極４およびドライブ側固定電極５（以下、固定電極４、５と呼ぶ）が形成される。固定電極４、５は、図２の（ａ）に示すように半円形状に形成され、該２つの固定電極４、５は、それぞれの弦を向かい合わせて、若干の隙間を設けて基板２上に配置されている。
固定電極４、５は絶縁体３によって覆われている。
【０００８】
絶縁体３の上面において、固定電極４、５と対応する位置にバネで構成された可動電極６が備えられる。また可動電極６はラバー７によって覆われている。
ラバー７の図中上方には図示しない電子鍵盤楽器の鍵が位置し、鍵が押下されるとラバー７の頂部が可動電極６を圧縮しながら基板２側に近づく。
基板２、絶縁体３、固定電極４、５、可動電極６、ラバー７より、静電容量式スイッチ１が構成される。
【０００９】
ドライブ側固定電極５と可動電極６との間、およびセンス側固定電極４と可動電極６との間には、所定の静電容量が形成されている。
ラバー７を押下すると静電容量が変化するので、該静電容量を検出することによって、鍵のストロークを検出することができる。
なお、静電容量式スイッチ１の静電容量の検出方法については、特開平９−２０４８４６号公報に記載されているものと同様であり、説明を省略する。
【００１０】
次に、電子鍵盤楽器の打鍵を検出する静電容量式スイッチの回路構成について説明する。
図３に、静電容量式スイッチの回路構成を示す。
静電容量式スイッチ１（１Ａ〜１Ｆ）は、電子鍵盤楽器の鍵毎に設けられている。なお本実施例においては、電子鍵盤楽器の鍵の数を６鍵とし、鍵毎に静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆが設けられているものとする。
１列に配列された静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆのうち、静電容量式スイッチ１Ａ、１Ｃ、１Ｅのセンス側固定電極が、差動アンプ１０の入力側プラス端子に接続され、静電容量式スイッチ１Ｂ、１Ｄ、１Ｆのセンス側固定電極が、差動アンプ１０の入力側マイナス端子に接続される。
このように、１列に配置された静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆは、交互に差動アンプ１０の入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続される。
【００１１】
静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆのドライブ側固定電極には、後述のトリガ出力部１４よりトリガ信号が各スイッチごとに順次入力される。静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆから出力された検出信号は差動アンプ１０を通過することによって外来ノイズの影響によるノイズ信号が除去され、ノイズのない検出信号が静電容量検出回路１１へ入力される。なお、ノイズ信号除去の詳細については後述する。
【００１２】
静電容量検出回路１１によって検出信号より静電容量が検出され、該検出された静電容量はＡＤコンバータ１２によってアナログ−デジタル変換が行われた後、ＣＰＵ１３へ入力される。
ＣＰＵ１３では、入力された静電容量の値より、鍵のストローク位置を演算し、演算結果を音源１５へ出力する。
音源１５は、入力された鍵のストローク位置に応じた音を出力する。
【００１３】
またＣＰＵ１３は、トリガ出力部１４を備える。
トリガ出力部１４は、静電容量の検出を行う静電容量式スイッチに対してトリガ信号を出力するものであり、静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆに対して順次トリガ信号を出力する。
ここでトリガ出力部１４は、差動アンプ１０の入力側プラス端子に接続された静電容量式スイッチ１Ａ、１Ｃ、１Ｅに対しては、トリガＡを出力し、差動アンプ１０の入力側マイナス端子に接続された静電容量式スイッチ１Ｂ、１Ｄ、１Ｆに対してはトリガＢを出力する。なおトリガＢは、トリガＡの信号レベルが反転したものである。
【００１４】
次に、静電容量式スイッチより出力された検出信号に混入したノイズ信号の除去動作について説明する。
まず、トリガ出力部１４からトリガ信号が出力されていない状態において、静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆの周囲に外来ノイズがあると、各静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆから外来ノイズの影響によるノイズ信号が出力される。
差動アンプ１０の入力側プラス端子には静電容量式スイッチ１Ａ、１Ｃ、１Ｅから出力されたノイズ信号の集まりであるノイズ信号Ｙが入力され、入力側マイナス端子には、静電容量式スイッチ１Ｂ、１Ｄ、１Ｆから出力されたノイズ信号の集まりであるノイズ信号Ｙが入力される。
【００１５】
ここで、静電容量式スイッチ１Ａと静電容量式スイッチ１Ｂとは隣接しているため、外来ノイズの影響を同程度に受け、静電容量式スイッチ１Ａおよび静電容量式スイッチ１Ｂから出力されるノイズ信号は同じとみなすことができる。
同様に、静電容量式スイッチ１Ｃ、１Ｄから出力されるノイズ信号は同じとみなすことができ、静電容量式スイッチ１Ｅ、１Ｆから出力されるノイズ信号も同じとみなすことができる。
したがって、静電容量式スイッチ１Ａ、１Ｃ、１Ｅから出力されたノイズＹと、静電容量式スイッチ１Ｂ、１Ｄ、１Ｆから出力されたノイズ信号Ｙは同じである。
このように、差動アンプ１０の入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続する静電容量式スイッチの数を同数とし、静電容量式スイッチを交互に入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続することにより、差動アンプ１０の入力側プラス端子と入力側マイナス端子に入力されるノイズ信号を同じとすることができる。
【００１６】
静電容量式スイッチ１Ａ〜１Ｆの周囲に外来ノイズがある状態において、トリガ出力部１４が静電容量式スイッチ１Ａに対してトリガＡを出力すると、静電容量式スイッチ１Ａからは検出信号Ｘが出力され、該検出信号Ｘが差動アンプ１０の入力側プラス端子に入力される。また同時に、差動アンプ１０の入力側プラス端子および入力側マイナス端子には、外来ノイズの影響によるノイズ信号Ｙがそれぞれ入力される。
差動アンプ１０は、入力側プラス端子と入力側マイナス端子間での信号の差分を出力するため、差動アンプ１０からはノイズ信号Ｙが除去された検出信号Ｘのみが出力される。
【００１７】
また、差動アンプ１０の入力側マイナス端子に接続された静電容量式スイッチ１Ｂ、１Ｄ、１Ｆには、トリガＡとレベルが反転したトリガＢを入力することにより、静電容量式スイッチ１Ａ、１Ｃ、１Ｅと静電容量式スイッチ１Ｂ、１Ｄ、１Ｆとで差動アンプ１０から出力される検出信号の極性を整合させることができる。
【００１８】
本実施例は以上のように構成され、隣接する静電容量式スイッチを交互に差動アンプ１０の入力側プラス端子および入力側マイナス端子に接続することにより、各静電容量式スイッチが外来ノイズの影響によってノイズ信号を出力したとしても、差動アンプ１０によってノイズ信号を除去することができ、検出を行う静電容量式スイッチから出力された検出信号のみを検出することができる。よって、静電容量式スイッチの検出精度が向上するので、電子鍵盤楽器の鍵の正確なストローク位置を検出することができる。
【００１９】
またトリガ出力部１４は、差動アンプ１０の入力側マイナス端子に接続される静電容量式スイッチに入力するトリガ信号を、差動アンプ１０の入力側プラス端子に接続される静電容量式スイッチに入力するトリガ信号のレベルが反転した信号とすることにより、差動アンプ１０から出力された検出信号の極性をすべての静電容量式スイッチについて整合させることができる。
【００２０】
また、外来ノイズに起因して発生したノイズ信号を差動アンプ１０を設けるだけで除去できるので、ノイズ信号の除去装置を簡素な構成とすることができ、安価にノイズ対策を行うことができる。
さらに、差動アンプ１０より出力された検出信号に外来ノイズによる影響がないため、検出信号にノイズ信号によるゆれがない。したがって、静電容量式スイッチ１の検出結果をアナログ的に用いる場合に（たとえば本実施例のように鍵の１ストローク中において複数のストローク位置を検出する場合など）、正確にストローク位置を検出できるといった効果が特に高い。
【００２１】
なお本実施例において、電子鍵盤楽器の鍵の数が奇数であったり、偶数でも位置的に離れている場合には、鍵が備えられていないダミーの静電容量式スイッチを１つ追加し、差動アンプ１０の入力側プラス端子と入力側マイナス端子とに接続される静電容量式スイッチを同数とすることもできる。
また図２の（ａ）に示したように、固定電極４、５の形状を半円形状としたが、これに限定されず、たとえば図２の（ｂ）に示すようにセンス側固定電極４Ａを円形とし、センス側固定電極４Ａの周囲に一部切りかかれたドーナツ形状のドライブ側固定電極５Ａを設けてもよい。
【００２２】
次に応用例として、静電容量式スイッチ装置をパソコン等のキーボードに適用した場合について説明する。
図４は、静電容量式スイッチをキーボードに適用した場合の回路構成を示す図である。
なお図では、静電容量検出回路やＡＤコンバータ等は省略し静電容量式スイッチの周辺部のみを示してある。
キーボードの各キーに対応させて設けるため静電容量式スイッチ１の数が多くなった場合、まず図に示すように各静電容量式スイッチ１（１Ａａ、１Ｂａ・・・）をＡ列、Ｂ列、Ｃ列の順で縦の列ごとに分け、アナログ切り替えスイッチ２２によって差動アンプ１０の入力側プラス端子にＡ列、Ｃ列の順で１列置きに接続切り替え可能とし、同様にアナログ切り替えスイッチ２３によって差動アンプ１０の入力側マイナス端子にＢ列、Ｄ列の順で１列置きに接続切り替え可能とする。
なお、アナログ切り替えスイッチ２２、２３の切り替えは、たとえばアナログ切り替えスイッチ２２がＡ列を選択している場合には、アナログ切り替えスイッチ２３はＢ列を選択するなど、アナログ切り替えスイッチ２２、２３は常に隣接した列を選択するものとする。
【００２３】
次に図に示すように各静電容量式スイッチ１をａ行、ｂ行、ｃ行の順で横の行ごとに分け、トリガ出力部１４Ａから出力されるトリガＡの入力先静電容量式スイッチをアナログ切り替えスイッチ２０によって各行ごとに順次切り替え可能とし、同様にトリガＢの入力先静電容量式スイッチをアナログ切り替えスイッチ２１によって各行ごとに順次切り替え可能とする。
なお、トリガＡは差動アンプ１０の入力側プラス端子に接続される静電容量式スイッチ１Ａａ、１Ｃａ、１Ｅａ、１Ａｂ・・・にのみ入力され、トリガＢは差動アンプ１０の入力側マイナス端子に接続される静電容量式スイッチ１Ｂａ、１Ｄａ、１Ｆａ・・・にのみ入力されるようになっている。
【００２４】
この様な構成とすることで、たとえばＡ列にある静電容量式スイッチ１Ａａの静電容量を検出する場合には、アナログ切り替えスイッチ２２はＡ列を、アナログ切り替えスイッチ２３はＢ列を選択し、アナログ切り替えスイッチ２０がトリガＡを入力する行を切り替える。これにより差動アンプ１０によってＡ列の静電容量式スイッチより出力されたノイズ信号と、Ｂ列の静電容量式スイッチより出力されたノイズ信号とが相殺され、上記と同様にノイズ信号が除去された検出信号のみを得ることができる。
なお、アナログ切り替えスイッチ２０〜２３以外でも、信号の入出力先を切り替え可能なものであれば、他の切り替え装置を用いることもできる。
【００２５】
また上記で挙げた電子鍵盤楽器やキーボードに限らず、静電容量式スイッチ装置を他のポインティングディバイスのスイッチに用いるなど、スイッチを備えた種々の装置に適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】静電容量式スイッチの断面を示す図である。
【図２】静電容量式スイッチの固定電極のみを示す図である。
【図３】静電容量式スイッチの回路構成を示す図である。
【図４】静電容量式スイッチをキーボードに適用した場合の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ    静電容量式スイッチ
２    基板
３    絶縁体
４、４Ａ    センス側固定電極
５、５Ａ    ドライブ側固定電極
６    可動電極
７    ラバー
１０    差動アンプ
１１    静電容量検出回路
１２    ＡＤコンバータ
１３    ＣＰＵ
１４    トリガ出力部
１５    音源
２０〜２３    アナログ切り替えスイッチ
【図１】
2006222022.tif 000003
【図２】
2006222022.tif 000004
【図３】
2006222022.tif 000005
【図４】
2006222022.tif 000006