(57)【要約】【課題】特にタッチ操作時のノイズを検出可能なタッチスイッチへのノイズの検出方法を提供する。【解決手段】横軸と縦軸とを有する直交座標系であって、原点からの距離が第２交流信号の大きさであり、原点を中心とした前記横軸の正方向からの角度が第２交流信号の位相である直交座標系において、ドライブライン電極１１への前記第１交流信号の未送信時の第１座標と、ドライブライン電極１１への前記第１交流信号の送信時、かつ、スイッチ部１３への無タッチ時の第２座標とを通る基準線を求める基準線算出ステップＳ４と、ノイズの有無の判定時点における判定対象座標から前記基準線までの距離に基づいて、前記タッチスイッチへのノイズを検出するノイズ検出ステップＳ７と、を含む。【選択図】図７
2019117502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１交流信号が送信されるドライブライン電極と、前記ドライブライン電極に交差し、第２交流信号を受信するレシーブライン電極と、前記ドライブライン電極と前記レシーブライン電極との交差部分に形成されるスイッチ部とを備えるタッチスイッチを有するタッチスイッチシステムへのノイズを検出するための方法であって、
横軸と縦軸とを有する直交座標系であって、原点からの距離が前記第２交流信号の振幅であり、前記原点を中心とした前記横軸の正方向からの角度が前記第１交流信号に対する前記第２交流信号の位相である直交座標系において、前記ドライブライン電極への前記第１交流信号の未送信時の第１座標と、前記ドライブライン電極への前記第１交流信号の送信時、かつ、前記スイッチ部への無タッチ時の第２座標とを通る基準線を求める基準線算出ステップと、
ノイズの有無の判定時点における判定対象座標から前記基準線までの距離に基づいて、前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出するノイズ検出ステップと、
を含むことを特徴とする、タッチスイッチシステムへのノイズの検出方法。
【請求項２】
前記ノイズ検出ステップにおいて、前記判定対象座標から前記基準線までの距離がノイズ閾値を超えたときに、前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出することを特徴とする、請求項１に記載のタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法。
【請求項３】
前記ノイズ検出ステップにおいて、
前記基準線が前記横軸又は前記縦軸と平行となるように、前記第１座標から前記第２座標に向かう基準ベクトル、及び、前記第２座標から前記判定対象座標に向かう判定対象ベクトルを回転させ、
回転後の前記基準ベクトルに重なる直線から、回転後の前記判定対象ベクトルの終点座標までの距離に基づいて前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出することを特徴とする、請求項１又は２に記載のタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法。
【請求項４】
正弦波である前記第１交流信号の位相をｍずらした第３交流信号と、前記第２交流信号と、を乗じて得られた信号のうち、ローパスフィルタでの処理により得られた信号を第１直流信号として受信するとともに、
前記正弦波である前記第１交流信号の位相を（ｍ＋π／２）ずらした第４交流信号と、前記第２交流信号と、を乗じて得られた信号のうち、ローパスフィルタでの処理により得られた信号を第２直流信号として受信する信号受信ステップをさらに含み、
前記信号受信ステップにおいて受信した前記第１直流信号及び前記第２直流信号に基づき、前記第１座標、前記第２座標及び前記判定対象座標のそれぞれの座標を決定することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法を含むとともに、
前記スイッチ部へのタッチ操作を検出するタッチ操作検出ステップを含むことを特徴とする、タッチ操作の検出方法。
【請求項６】
前記タッチ操作検出ステップは、前記基準線の垂線であって前記判定対象座標を通る垂線と前記基準線との交点から前記第２座標までの距離がタッチ閾値を超えたときに、前記スイッチ部へのタッチ操作を検出することを特徴とする、請求項５に記載のタッチ操作の検出方法。
【請求項７】
前記タッチ操作検出ステップは、前記ノイズ検出ステップにおいて前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出したときに、蓄積された過去のデータのうち、前記判定対象座標から前記基準線までの距離がノイズ閾値以下のときのデータであって直近のデータを使用して、前記スイッチ部へのタッチ操作を検出することを特徴とする、請求項５又は６に記載のタッチ操作の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチスイッチシステムへのノイズの検出方法、及びその方法を使用したタッチ操作の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスイッチシステム（タッチスイッチそのもののほか、タッチスイッチに接続される駆動回路を含む）にノイズが混入すると、タッチスイッチの誤操作が生じる。そこで、ノイズを検出する技術が知られている。特許文献１には、タッチスイッチから受信した交流信号の実効値を閾値と比較することで、タッチスイッチシステムへのノイズを検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８５３６８１号公報（特に段落００１９参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、無駆動時の信号に基づいてノイズの有無を判定しており、特に、タッチ操作時におけるノイズの検出ができないことがあった。
【０００５】
本発明の少なくとも一実施形態は、特にタッチ操作時のノイズを検出可能なタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法、及びその方法を使用したタッチ操作の検出方法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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法は、第１交流信号が送信されるドライブライン電極と、前記ドライブライン電極に交差し、第２交流信号を受信するレシーブライン電極と、前記ドライブライン電極と前記レシーブライン電極との交差部分に形成されるスイッチ部とを備えるタッチスイッチを有するタッチスイッチシステムへのノイズを検出するための方法であって、横軸と縦軸とを有する直交座標系であって、原点からの距離が前記第２交流信号の振幅であり、前記原点を中心とした前記横軸の正方向からの角度が前記第１交流信号に対する前記第２交流信号の位相である直交座標系において、前記ドライブライン電極への前記第１交流信号の未送信時の第１座標と、前記ドライブライン電極への前記第１交流信号の送信時、かつ、前記スイッチ部への無タッチ時の第２座標とを通る基準線を求める基準線算出ステップと、ノイズの有無の判定時点における判定対象座標から前記基準線までの距離に基づいて、前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出するノイズ検出ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、タッチスイッチの構造等に起因してタッチスイッチごとに変化する基準線を決定することができる。そして、基準線により、ノイズの有無の判定時点（例えばタッチ操作時）における判定対象座標は、ノイズが存在しない場合には第１座標と第２座標とを結ぶ基準線上に存在し、ノイズが存在する場合にはノイズの大きさに基づいて基準線からの距離が変わる、という変化を読み取ることができる。この結果、タッチ操作を行っていないときのノイズは勿論のこと、タッチ操作時におけるノイズも検出することができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記ノイズ検出ステップにおいて、前記判定対象座標から前記基準線までの距離がノイズ閾値を超えたときに、前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出することを特徴とする。
【０００９】
上記（２）の構成によれば、判定対象座標から基準線までの距離がノイズ閾値を超えたときにノイズが存在すると判定することができる。このため、タッチスイッチのオンオフの判定に影響を及ぼさない程度のノイズについては無視でき、距離の計算（演算）を高速化することができる。これにより、検出感度の向上を図ることができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記ノイズ検出ステップにおいて、前記基準線が前記横軸又は前記縦軸と平行となるように、前記第１座標から前記第２座標に向かう基準ベクトル、及び、前記第２座標から前記判定対象座標に向かう判定対象ベクトルを回転させ、回転後の前記基準ベクトルに重なる直線から、回転後の前記判定対象ベクトルの終点座標までの距離に基づいて前記タッチスイッチシステムへのノイズを検出することを特徴とする。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、上記直交座標系における判定対象座標から、横軸又は縦軸から回転後の前記判定対象ベクトルの終点座標までの距離を容易に算出することができる。これにより、距離の計算（演算）を高速化することができ、検出感度の向上を図ることができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、正弦波である前記第１交流信号の位相をｍずらした第３交流信号と、前記第２交流信号と、を乗じて得られた信号のうち、ローパスフィルタでの処理により得られた信号を第１直流信号として受信するとともに、前記正弦波である前記第１交流信号の位相を（ｍ＋π／２）ずらした第４交流信号と、前記第２交流信号と、を乗じて得られた信号のうち、ローパスフィルタでの処理により得られた信号を第２直流信号として受信する信号受信ステップをさらに含み、前記信号受信ステップにおいて受信した前記第１直流信号及び前記第２直流信号に基づき、前記第１座標、前記第２座標及び前記判定対象座標のそれぞれの座標を決定することを特徴とする。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、ローパスフィルタを使用して、４つの交流信号（第１交流信号、第２交流信号、第３交流信号及び第４交流信号）を、２つの直流信号（第１直流信号及び第２直流信号）に変換することができる。これにより、発振回路で生成した交流信号（第１交流信号）と異なる周波数成分のノイズ（例えば、正側及び負側に同じ分布で振れるランダムノイズ）を除去できる。このため、上記直交座標系において、ノイズに起因する第１座標、第２座標及び判定対象座標の傾向の変化を抑制することができる。また、タッチ操作が行われているときに乗ってくるノイズの検出を容易に行うことができる。
【００１４】
（５）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るタッチ操作の検出方法は、上記（１）〜（４）の何れか１に記載のタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法を含むとともに、前記スイッチ部へのタッチ操作を検出するタッチ操作検出ステップを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、ノイズの影響を考慮しながら、タッチスイッチへのタッチ操作を検出することができる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、前記タッチ操作検出ステップは、前記基準線の垂線であって前記判定対象座標を通る垂線と前記基準線との交点から前記第２座標までの距離がタッチ閾値を超えたときに、前記スイッチ部へのタッチ操作を検出することを特徴とする。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、基準線の垂線であって判定対象座標を通る垂線と基準線との交点から第２座標までの距離がタッチ閾値を超えたときに、タッチ操作を検出することができる。このため、タッチ閾値以下の距離の場合にはタッチ操作は行われていないと判定し、タッチ操作を精度よく検出することができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、前記タッチ操作検出ステップは、前記ノイズ検出ステップにおいて前記タッチスイッチへのノイズを検出したときに、蓄積された過去のデータのうち、前記判定対象座標から前記基準線までの距離がノイズ閾値以下のときのデータであって直近のデータを使用して、前記スイッチ部へのタッチ操作を検出することを特徴とする。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、タッチスイッチへのノイズが検出されたときでも、蓄積された過去のデータのうち、判定対象座標から基準線までの距離がノイズ閾値以下のときのデータであって直近のデータを使用して、スイッチ部へのタッチ操作を検出することができる。これにより、ノイズが存在しても、タッチ操作を検出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、特にタッチ操作時のノイズを検出可能なタッチスイッチシステムへのノイズの検出方法、及びその方法を使用したタッチ操作の検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るタッチスイッチシステムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るタッチスイッチの上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るタッチスイッチの分解斜視図である。
【図４】掛算回路及びローパスフィルタにおいて行われる信号処理を説明する図である。
【図５】タッチスイッチコントローラに備えられる演算制御装置のブロック図である。
【図６】タッチスイッチコントローラに備えられる演算制御装置を具体化するブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るタッチスイッチへのノイズ及びタッチ操作の検出方法を示すフローチャートである。
【図８】無駆動、駆動無タッチ及び駆動タッチの各動作による直流信号の変化を示すグラフである。
【図９】位相回転の方法を説明する図である。
【図１０】位相回転後のグラフであり、ノイズの有無及びタッチ操作の検出を行う方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。
また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチシステム１００のブロック図である。タッチスイッチシステム１００は、タッチスイッチ１０と、タッチスイッチ１０へのタッチ操作を検出するためのタッチスイッチコントローラ５０とを備える。タッチスイッチコントローラ５０は、タッチスイッチ１０へのタッチ操作を検出したときに、当該タッチ操作による入力指示を外部機器７０に伝達する。これにより、外部機器７０が、タッチスイッチ１０へのタッチ操作に基づいて制御される。なお、ここでいう外部機器７０とは、例えばアミューズメント機器、家電、医療機器、セキュリティ関連機器、現金自動預け払い機、券売機等である。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ１０の上面図である。タッチスイッチ１０は、相互容量方式の静電式タッチスイッチである。タッチスイッチ１０は、ドライブライン電極１１と、ドライブライン電極１１に交差するレシーブライン電極１２と、ドライブライン電極１１とレシーブライン電極１２との交差部分に形成されるスイッチ部１３と、を備える。ドライブライン電極１１とレシーブライン電極１２とはマトリクス状に配置される。そして、タッチスイッチ１０では、スイッチ部１３が指等により押下されることで行われるタッチ操作が検出される。なお、本発明におけるタッチスイッチ１０は、少なくとも前記ドライブライン電極１１、前記レシーブライン電極１２、及び指等により押下されるスイッチ部１３を備えていればよく、例えばタッチパネル等も含まれる。
【００２５】
ドライブライン電極１１は、後記する増幅回路５３に接続される接続線１１ａと、ひし形（ダイヤモンド型）の電極１１ｂとを備える。図２に示す例では、電極１１ｂは左右方向に１６個配置され、これらは接続線１１ａにより相互に接続される。また、ドライブライン電極１１は、図２に示す例では、上下方向に８本配置されている。
【００２６】
レシーブライン電極１２は、後記する電流電圧変換回路５５に接続される接続線１２ａと、ひし形（ダイヤモンド型）の電極１２ｂとを備える。図２に示す例では、電極１２ｂは上下方向に９個配置され、これらは接続線１２ａにより相互に接続される。また、レシーブライン電極１２は、図２に示す例では、左右方向に１５本配置されている。
【００２７】
スイッチ部１３は、上記のように、ドライブライン電極１１とレシーブライン電極１２との交差部分に形成される。具体的には、スイッチ部１３は、ドライブライン電極１１を構成する接続線１１ａと、レシーブライン電極１２を構成する接続線１２ａとの交差部分に形成される。従って、タッチスイッチ１０では、接続線１１ａと接続線１２ａとの交差部分に形成されるスイッチ部１３へのタッチ操作（押下）が検出される。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ１０の分解斜視図である。タッチスイッチ１０は、ドライブライン電極１１を配置した透明なシート１１ｃと、レシーブライン電極１２を配置した透明なシート１２ｃとを備えて構成される。これらのうち、ドライブライン電極１１は、シート１１ｃの紙面手前側の表面に配置される。また、レシーブライン電極１２は、シート１２ｃの紙面手前側の表面に配置される。そして、タッチスイッチ１０は、ドライブライン電極１１を配置したシート１１ｃと、レシーブライン電極１２を配置したシート１２ｃとを重ね合わせることで構成される。そのため、上記の図２のようにシート１１ｃ，１２ｃを重ね合わせた際には、ドライブライン電極１１とレシーブライン電極１２とは、シート１２ｃを介して異なる面に配置される。
【００２９】
シート１１ｃに配置されるドライブライン電極１１は、透明シートの表面に透明電極材料をドライブライン電極１１の形状に配置することで形成される。透明シートは、例えばガラスシートである。また、透明電極材料は、例えば酸化インジウムスズである。シート１１ｃの作製に際して、透明シートへの透明電極材料の配置は、例えばフォトリソグラフィ法を使用し、接続線１１ａ及び電極１１ｂの電極パターンを形成することで、行うことができる。
【００３０】
また、シート１２ｃに配置されるレシーブライン電極１２も、透明シートの表面に透明電極材料をドライブライン電極１１の形状に配置することで形成される。透明シート及び透明電極材料の具体例は、上記のドライブライン電極１１と同様である。また、シート１２ｃの作製も、上記のシート１１ｃの作製と同様の方法により行うことができる。
【００３１】
図１に戻って、タッチスイッチコントローラ５０は、交流信号送信部５０Ａと交流信号受信部５０Ｂとを備える。交流信号送信部５０Ａは、タッチスイッチ１０のドライブライン電極１１に交流信号（第１交流信号）を送信するためのものであり、発振回路５２と、増幅回路５３とを備える。交流信号受信部５０Ｂは、レシーブライン電極１２から交流信号（第２交流信号）を受信するためのものであり、位相シフト回路５４と、電流電圧変換回路５５と、増幅回路５６と、バンドパスフィルタ５７と、掛算回路５８，６１と、ローパスフィルタ５９，６２と、ＡＤ変換回路６０，６３（アナログデジタル変換回路）とを備える。
【００３２】
また、これら以外にも、タッチスイッチコントローラ５０は、交流信号を送信する対象となるドライブライン電極１１、及び、交流信号を受信する対象となるレシーブライン電極１２を切り替えるためのスイッチセレクタ６４を備える。さらに、タッチスイッチコントローラ５０は、詳細は後記するが、ＡＤ変換回路６０，６３の出力（後記する２つの直流信号）に基づいてスイッチ部１３（図２参照）へのタッチ操作の有無を判定するためのタッチ判定部５１ｅ（図５参照）を含む演算制御部５１を備える。
【００３３】
演算制御部５１は、タッチスイッチコントローラ５０における測定結果に基づいて、タッチスイッチ１０へのノイズの有無及びタッチ操作の有無を判定するものである。また、演算制御部５１は、判定結果に基づいて、外部機器７０を制御するものである。ここで、はじめにタッチスイッチコントローラ５０における信号の流れについて説明し、次いで、演算制御部５１の機能について説明する。
【００３４】
まず、演算制御部５１は、発振回路５２に対し、正弦波（ｓｉｎωｔ）を出力すべき旨の指令を送信する。同時に、演算制御部５１は、位相シフト回路５４に対し、発振回路５２からの正弦波の位相をｍ及び（ｍ＋π／２）ずらして変更すべき旨の指令を送信する。即ち、詳細は後記するが、位相シフト回路５４では、周波数が同じであるが異なる位相の信号が２つ生成する。そして、発振回路５２は、正弦波を生成し、正弦波（交流信号）を増幅回路５３及び位相シフト回路５４に送信する。増幅回路５３に送信された正弦波は、振幅が増幅された後、タッチスイッチ１０のドライブライン電極１１（図２参照）に送信される。増幅回路５３によって増幅された振幅の信号をドライブライン電極１１に送信することにより、タッチスイッチ１０でのタッチ操作により生じる小さな静電結合を感度良く検出できる。
【００３５】
一方で、位相シフト回路５４に送信された正弦波の位相は、上記のように、ｍ及び（ｍ＋π／２）だけずらされる。そして、位相をｍずらされた正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋ｍ））は、掛算回路５８に送信される。また、位相を（ｍ＋π／２）ずらされた正弦波、即ち、余弦波（ｃｏｓ（ωｔ＋ｍ）。即ちｓｉｎ（ωｔ＋ｍ＋π／２））は掛算回路６１に送信される。位相をｍずらすことで、タッチ操作が行われたときの信号変化を検出し易くすることができる。なお、位相シフト回路５４と、掛算回路５８，６１とは図示しない回路基板内で直接接続されているため、位相シフト回路５４の正弦波及び余弦波は、増幅されずにそのまま掛算回路５８，６１に入力される。
【００３６】
なお、タッチスイッチ１０では、スイッチセレクタ６４により、ドライブライン電極１１ごとに上記の正弦波が送信される。即ち、図２に示す例では、８本のドライブライン電極１１のそれぞれに、１本ずつ正弦波が送信される。一方で、レシーブライン電極１２（図２参照）に対しては、ドライブライン電極１１から、位相差角α（後記する）だけずれた正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋α））が伝達する。そこで、タッチスイッチ１０では、スイッチセレクタ６４により、レシーブライン電極１２ごとに上記の正弦波が受信される。なお、位相差角αは、ドライブライン電極１１とレシーブライン電極１２との間の静電結合等に起因して生じるものである。位相差角αは、スイッチ部１３へのタッチ操作が行われると変化し、また、例えばタッチスイッチ１０の構成等の条件によっては位相差角αが発生しない（α＝０）の場合もある。
【００３７】
このように、タッチスイッチ１０では、ドライブライン電極１１に対し、１本ごとに正弦波を送信する。その一方で、レシーブライン電極１２からは、１本ごとに正弦波を受信する。即ち、１本のドライブライン電極１１に正弦波が送信されている間、当該ドライブライン電極１１に交差するレシーブライン電極１２の１本ずつから、正弦波が受信される。このようにすることで、８本のドライブライン電極１１と１５本のレシーブライン電極１２との交差部分に形成される１２０個のスイッチ部１３へのタッチ操作の有無を判定することができる。
【００３８】
なお、８本のドライブライン電極１１のうち、正弦波を送信する対象となるドライブライン電極１１の選択は、スイッチセレクタ６４によって行われる。具体的には、増幅回路５３と８本のドライブライン電極１１との間に配置された８個のアナログスイッチ（図示しない）のオンオフを切り替えることで、正弦波を送信する対象となるドライブライン電極１１に対し、正弦波を送信することができる。そして、これらのアナログスイッチの切り替えは、スイッチセレクタ６４によって行われる。
【００３９】
また、レシーブライン電極１２での正弦波の受信も同様であり、１５本のレシーブライン電極１２のうち、正弦波を受信する対象となるレシーブライン電極１２の選択は、スイッチセレクタ６４によって行われる。具体的には、電流電圧変換回路５５と１５本のレシーブライン電極１２との間に配置された１５個のアナログスイッチ（図示しない）のオンオフを切り替えることで、正弦波を受信する対象となるレシーブライン電極１２において、正弦波を受信することができる。そして、これらのアナログスイッチの切り替えは、スイッチセレクタ６４によって行われる。
【００４０】
タッチスイッチ１０を構成するレシーブライン電極１２で受信した正弦波は、電流電圧変換回路５５に入力される。電流電圧変換回路５５には、静電結合によってレシーブライン電極１２に誘導された微弱な電流が入力される。一方で、電流電圧変換回路５５の後段（増幅回路５６等）では、電圧の高低に基づく信号処理が行われる。そこで、電流電圧変換回路５５において、タッチスイッチ１０において生成した電流から電圧への変換が行われる。
【００４１】
そして、電流電圧変換回路５５を経た正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋α））は、増幅回路５６で振幅を増幅されて振幅Ａの正弦波（Ａｓｉｎ（ωｔ＋α））に変換された後、バンドパスフィルタ５７で信号処理される。なお、ここでいう「Ａ」の記載に関して、バンドパスフィルタ５７に入力される信号は、増幅回路５３，５６、電流電圧変換回路５５、タッチスイッチ１０での容量結合等を経て得られた信号のため、その振幅を正確に把握することが難しい。そこで、便宜的に振幅をＡとし、「Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）」との表記を使用している。
【００４２】
タッチスイッチシステム１００では、バンドパスフィルタ５７と、バンドパスフィルタ５７の後段に接続される掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２とにより、元の正弦波の周波数以外の成分（ノイズ）が良好に除去される。ただし、バンドパスフィルタ５７は備えられることが好ましいが、備えられなくてもよい。以下、図４を参照しながら、掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２における信号処理について説明する。
【００４３】
図４は、掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２において行われる信号処理を説明する図である。図４では、説明の便宜上、位相シフト回路５４、掛算回路５８，６１及びローパスフィルタ５９，６２の他にも、タッチスイッチ１０を図示している。また、図４の説明においては、説明の便宜上、上記の図１〜図３の説明と重複することがある。
【００４４】
タッチスイッチコントローラ５０では、上記のように、タッチスイッチ１０のドライブライン電極１１（図４では図示しない）及び位相シフト回路５４に正弦波（ｓｉｎωｔ、第１交流信号）が送信される。そして、ドライブライン電極１１と交差するレシーブライン電極１２では、タッチ操作に起因する位相差角αを有する正弦波（Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、第２交流信号）が受信され、この正弦波は、掛算回路５８，６１に送信される。
【００４５】
一方で、位相シフト回路５４では、位相シフト回路５４に入力された正弦波（第１交流信号）の位相をｍずらした正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋ｍ）、第３交流信号）が出力される。これに加えて、位相シフト回路５４では、位相シフト回路５４に入力された正弦波（第１交流信号）の位相を（ｍ＋π／２）ずらした余弦波（ｃｏｓ（ωｔ＋ｍ）、第４交流信号）も出力される。これらのうち、正弦波（第３交流信号）は掛算回路５８に送信され、余弦波（第４交流信号）は掛算回路６１に送信される。
【００４６】
掛算回路５８では、タッチスイッチ１０から送信された正弦波（第２交流信号）と、位相シフト回路５４から送信された正弦波（第３交流信号）とが乗じられる。これにより、以下の式（１）で表される余弦波が得られる。
【００４７】
【数１】
2019117502.tif 000003
【００４８】
ここで得られた余弦波（時間ｔで振幅が変化する）は、極めて低い周波数成分のみを通過させるローパスフィルタ５９で処理される。ローパスフィルタ５９での処理により、（Ａ／２）×ｃｏｓ（α−ｍ）のみが上記の第１直流信号として抽出される。（Ａ／２）×ｃｏｓ（α−ｍ）は時間によらず一定であるから、ローパスフィルタ５９での処理により、交流信号が直流信号（第１直流信号）に変換される。変換された直流信号は、ＡＤ変換回路６０（図１参照、図４では図示しない）において、数値化される。
【００４９】
一方で、掛算回路６１では、タッチスイッチ１０から送信された正弦波（第２交流信号）と、位相シフト回路５４から送信された余弦波（第４交流信号）とが乗じられる。これにより、以下の式（２）で表される正弦波が得られる。
【００５０】
【数２】
2019117502.tif 000004
【００５１】
ここで得られた正弦波（時間ｔで振幅が変化する）は、極めて低い周波数成分のみを通過させるローパスフィルタ６２で処理される。ローパスフィルタ６２での処理により、（Ａ／２）×ｓｉｎ（α−ｍ）のみが上記の第２直流信号として抽出される。（Ａ／２）×ｓｉｎ（α−ｍ）は時間によらず一定であるから、ローパスフィルタ６２での処理により、交流信号が直流信号（第２直流信号）に変換される。変換された直流信号は、ＡＤ変換回路６３（図１参照、図４では図示しない）において、数値化される。
【００５２】
そして、ＡＤ変換回路６０，６３において数値化された２つの直流信号（第１直流信号及び第２直流信号）は、ｘ軸（横軸）とｙ軸（縦軸）とを有する直交座標系に適用される。横軸であるｘ軸は、タッチスイッチ１０及び位相シフト回路５４に送信された正弦波（第１交流信号）と同位相である成分を表す。また、縦軸であるｙ軸は、タッチスイッチ１０及び位相シフト回路５４に送信された正弦波（第１交流信号）からπ／２位相がずれた成分を表す。
【００５３】
従って、説明の簡略化のためにｍを考慮しなければ、スイッチ部１３において、発振回路５２の正弦波の位相からαずれた場合、位相差角αが例えば０＜α＜π／２の範囲であれば、得られる直流信号のプロットは、上記直交座標系で第１象限に存在する。なお、位相差角αに応じて、上記直交座標系におけるプロット位置の象限は変化する。また、ここでいう「発振回路５２の正弦波」は上記の第１交流信号に相当する。さらには、説明の簡略化のためにｍを考慮しなければ、スイッチ部１３において、発振回路５２の正弦波の位相から位相がずれなかった場合には、位相差角αは０である。そのため、得られる直流信号のプロットは、上記直交座標系でｘ軸上に存在する。
【００５４】
この直交座標系では、原点Ｏからの距離がレシーブライン電極１２からの正弦波（第２交流信号）の振幅である。また、原点Ｏを中心としたｘ軸の正方向からの角度が、ドライブライン電極１１に送信した正弦波（第１交流信号）に対する、レシーブライン電極１２からの正弦波（第２交流信号）の位相である。例えば、原点Ｏから座標（（Ａ／２）×ｃｏｓ（α−ｍ），（Ａ／２）×ｓｉｎ（α−ｍ））に向かうベクトルの長さ（Ａ／２）が、交流信号の実効値の大きさに相当する。一方で、ｘ軸の正方向と当該ベクトルとの為す角が、上記の位相差角αに相当する。そして、図１に示す演算制御部５１は、これら２つの信号を上記直交座標系に適用し、ノイズの検出に使用する第１座標、第２座標及び判定対象座標（いずれも図８等を参照しながら後記する）を決定することで、タッチスイッチ１０へのノイズを検出するようになっている。
【００５５】
このようにすることで、ローパスフィルタ５９，６２を使用して、４つの交流信号（第１交流信号、第２交流信号、第３交流信号及び第４交流信号）を、２つの直流信号（第１直流信号及び第２直流信号）に変換することができる。これにより、発振回路５２で生成した交流信号（第１交流信号）と異なる周波数成分のノイズ（例えば、正側及び負側に同じ分布で振れるランダムノイズ）を除去できる。このため、上記直交座標系において、ノイズに起因する第１座標、第２座標及び判定対象座標の傾向の変化を抑制することができる。また、タッチ操作が行われているときに乗ってくるノイズの検出を容易に行うことができる。
【００５６】
なお、詳細は後記するが、２つの信号（第１直流信号及び第２直流信号）の取得は、少なくとも３回行われる。具体的には、ドライブライン電極１１への交流信号の未送信時、かつ、スイッチ部１３への無タッチ時（第１時点）と、ドライブライン電極１１への交流信号の送信時、かつ、スイッチ部１３への無タッチ時（第２時点）と、タッチ操作の有無の判定時（第３時点）との３回である。そして、後記する図８において、第１時点で取得された２つの信号を適用した座標が点Ｐの座標（第１座標）、第２時点で取得された２つの信号を適用した座標が点Ｑの座標（第２座標）、第３時点で取得された２つの信号を適用した座標が図８に示す点Ｒの座標（判定対象座標）である。
【００５７】
図５は、タッチスイッチコントローラ５０に備えられる演算制御部５１のブロック図である。演算制御部５１は、スイッチ選択部５１ａと、送信指令部５１ｂと、信号受信部５１ｃと、データ記録部５１ｄと、タッチ判定部５１ｅと、外部機器通信部５１ｆと、データベース５１ｇとを備える。
【００５８】
スイッチ選択部５１ａは、交流信号を送信する対象となるドライブライン電極１１（対象ドライブライン電極）に交流信号を送信できるように、対象ドライブライン電極に繋がるアナログスイッチ（図示しない）をオンに切り替えるものである。アナログスイッチのオンオフの切り替えは、上記のように、スイッチセレクタ６４を介して行われる。そのため、スイッチ選択部５１ａは、対象ドライブライン電極に繋がるアナログスイッチをオンにするように、スイッチセレクタ６４に指令を与えるようになっている。
【００５９】
また、スイッチ選択部５１ａは、交流信号の送信と同様に、交流信号を受信する対象となるレシーブライン電極１２（対象レシーブライン電極）で交流信号を受信できるように、対象レシーブライン電極に繋がるアナログスイッチ（図示しない）をオンに切り替えるものでもある。そして、スイッチ選択部５１ａは、交流信号の送信と同様に、対象レシーブライン電極に繋がるアナログスイッチをオンにするように、スイッチセレクタ６４に指令を与えるようになっている。
【００６０】
上記のように、スイッチ部１３は、ドライブライン電極１１とレシーブライン電極１２との交差部分に形成される。そのため、対象ドライブライン電極と対象レシーブライン電極とが選択されることで、これらの交差部分に形成されるスイッチ部１３が選択される。
【００６１】
送信指令部５１ｂは、タッチスイッチ１０のドライブライン電極１１に交流信号を送信するように、上記の交流信号送信部５０Ａに指令を与えるものである。具体的には、送信指令部５１ｂは、交流信号送信部５０Ａを構成する発振回路５２を駆動させて、正弦波（ｓｉｎωｔ）を生成させる。これにより、生成させた正弦波がドライブライン電極１１に送信される。なお、送信指令部５１ｂは、位相シフト回路５４に正弦波の位相をｍ変更すべき旨の指令を送信する。位相シフト回路５４は、発振回路５２から送信された正弦波を、位相をｍだけ変更し、位相を変更された正弦波（ｓｉｎ（ωｔ＋ｍ））、及び位相を変更された正弦波と同じ周波数であって、かつ位相がπ／２異なる、位相を変更された余弦波（ｃｏｓ（ωｔ＋ｍ））を生成させる。位相を変更された正弦波は掛算回路５８に、位相を変更された余弦波は掛算回路６１に送信される。
【００６２】
信号受信部５１ｃは、交流信号受信部５０Ｂで得られた直流信号（第１直流信号及び第２直流信号）を受信するためのものである。なお、交流信号受信部５０Ｂは、上記のように、タッチスイッチ１０のレシーブライン電極１２で交流信号（ｓｉｎ（ωｔ＋α））を受信するものである。そして、交流信号受信部５０Ｂでは、受信した交流信号を直流信号に変換し、変換された直流信号が信号受信部５１ｃに送信されるようになっている。
【００６３】
データ記録部５１ｄは、信号受信部５１ｃで受信した直流信号をデータベース５１ｇに記録するためのものである。データ記録部５１ｄは、スイッチセレクタ６４により選択されたスイッチ部１３毎に、受信した直流信号をデータベース５１ｇに記録している。
【００６４】
タッチ判定部５１ｅは、スイッチ部１３へのタッチ操作の有無を判定するためのものである。タッチ操作の有無の判定の具体的な方法は、図７以降を参照しながら後記するが、タッチ判定部５１ｅは、タッチ操作の有無の判定とともに、タッチスイッチシステム１００へのノイズを検出するようになっている。従って、タッチ判定部５１ｅは、ノイズ検出部（図示しない）としても機能するようになっている。
【００６５】
外部機器通信部５１ｆは、上記のタッチ判定部５１ｅによってスイッチ部１３にタッチ操作があると判定された場合に、そのタッチ操作に応じて外部機器７０（図１参照）と通信するものである。例えば、タッチスイッチ１０がテンキーの場合には、外部機器通信部５１ｆは、押下された数字を外部機器７０に送信するようになっている。
【００６６】
図６は、タッチスイッチコントローラ５０に備えられる演算制御部５１を具体化するブロック図である。演算制御部５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ。例えばＥＥＰＲＯＭ、ＦｌａｓｈＲＯＭ等）５１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５１３、Ｉ／Ｆ５１４（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）等を備える。そして、演算制御部５１は、ＲＯＭ５１２に格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵ５１１によって実行されることにより具現化される。
【００６７】
図７は、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチ１０へのノイズ及びタッチ操作の検出方法を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、上記の図１に示す回路図において、上記の図５に示した演算制御部５１により実行される。そこで、以下の説明では、図７のほか、適宜図１及び図５、及びさらには後記する図８〜図１０をあわせて参照するものとする。
【００６８】
まず、ユーザ等が電源スイッチをオンにする等することで、タッチスイッチシステム１００が起動される（ステップＳ１）。起動後、演算制御部５１は、タッチスイッチ１０への交流信号（ｓｉｎωｔ）の送信前に、全レシーブライン電極１２からの信号を受信し、記録する（ステップＳ２、信号受信ステップ）。具体的には、例えば、スイッチ選択部５１ａは、スイッチセレクタ６４によって、全ドライブライン電極１１に繋がるアナログスイッチをオフにし、かつ、全レシーブライン電極１２に繋がるアナログスイッチをオンにする。
なお、ドライブライン電極１１には交流信号が送信されないので、ノイズが乗っていない状態では、交流信号受信部５０Ｂが受信する交流信号の大きさはほぼ０である（この点の詳細は後記する）。
【００６９】
そして、信号受信部５１ｃは、交流信号受信部５０Ｂにおいて上記の方法により変換された直流信号（第１直流信号及び第２直流信号）を受信する。そして、受信した直流信号は、データ記録部５１ｄにより、各スイッチ部１３の「無駆動のデータ」として、データベース５１ｇに記録される。ここで、「無駆動のデータ」について、図８を参照しながら説明する。
【００７０】
図８は、無駆動、駆動無タッチ及び駆動タッチの各動作による直流信号の変化を示すグラフである。基準線及び点Ｓについては後記する。上記のように、信号受信部５１ｃは、「（Ａ／２）×ｓｉｎ（α−ｍ）」及び「（Ａ／２）×ｃｏｓ（α−ｍ）」で表される２つの直流信号を受信する（図４参照）。受信した２つの直流信号は、データ記録部５１ｄにより、スイッチ部１３毎にデータベース５１ｇに記録される。なお、「無駆動」の場合に受信した直流信号は、全レシーブライン電極１２で生じたものであるが、同じ値を各スイッチ部１３における「無駆動」時の直流信号として扱うものとする。ただし、全レシーブライン電極１２に繋がるアナログスイッチを、個別のレシーブライン電極１２ごとにオン（残りのレシーブライン電極１２に繋がるアナログスイッチはオフ）にして測定した値を、各レシーブライン電極１２に形成される各スイッチ部１３の「無駆動」時の直流信号としてもよい。
【００７１】
そして、無駆動時に受信した直流信号を上記直交座標系に適用し、座標として表してプロットしたものが、図８の点Ｐである。また、この図８には、駆動無タッチ（点Ｑ）及び駆動タッチ（点Ｒａ〜点Ｒｇにより構成される点Ｒ）の各動作による直流信号も一緒にプロットしている。
【００７２】
なお、ｘ軸は、上記のように、タッチスイッチ１０及び位相シフト回路５４に送信された正弦波と同位相である成分を表す。無駆動の時点では、タッチスイッチ１０には交流電流は送信されないが、位相シフト回路５４には「ｓｉｎωｔ」で表される正弦波（第１交流信号）が送信される。従って、ｘ軸の正方向と線分ＰＯとのなす角は、位相シフト回路５４に送信された正弦波と、レシーブライン電極１２から受信された正弦波との位相差を表している。なお、位相シフト回路５４に送信された正弦波と、レシーブライン電極１２から受信された正弦波とが一致し、位相差が０である場合には、点Ｐはｘ軸上に位置する。
【００７３】
また、上記のように、ドライブライン電極１１には交流信号が送信されないので、交流信号の大きさはほぼ０である。しかし、無駆動時を示す点Ｐは、ノイズが乗っていないとしても、通常は、上記直交座標系の原点Ｏとは重ならない。これは、次のような理由による。
【００７４】
交流信号受信部５０Ｂにおいては、０Ｖから交流信号受信部５０Ｂの電源電圧までの範囲の中で交流信号が扱われる。そのため、ローパスフィルタ５９，６２に入力される交流信号は、例えば、０Ｖと電源電圧との中間電位を中心に電圧が振動するように設計されることが多い。この結果、レシーブライン電極１２が何も信号を受信しない場合には、ローパスフィルタ５９，６２から出力され、信号受信部５１ｃが受信する直流信号は、０Ｖと電源電圧との中間電位付近になり、０Ｖとはならない。これにより、無駆動時を示す点Ｐは、ノイズが乗っていないとしても、通常は、座標系内の原点Ｏとは重ならないことになる。
【００７５】
点Ｐは、上記のように無駆動時のプロットである。そして、ドライブライン電極１１への交流信号の送信が開始されると、信号受信部５１ｃが受信する直流信号の値は変化する。そして、変化した直流信号を上記直交座標系に適用し、座標として表してプロットしたものが点Ｑである（駆動無タッチ）。詳細は後記するが、駆動無タッチの点Ｑは、各ドライブライン電極１１にタッチ操作のない状態（例えばタッチスイッチシステム１００が起動され、交流信号を送信し始めた直後等）で交流信号を送信した直後のデータを使用して得ることができる。そして、点Ｐ及び点Ｑのデータが得られた時点で、タッチ判定部５１ｅは、タッチスイッチ１０へのタッチ操作をスイッチ部１３毎に待機する。即ち、タッチ判定部５１ｅは、スイッチ選択部５１ａによって各ドライブライン電極１１と各レシーブライン電極１２とを切り替えながら、待機する。
【００７６】
タッチ操作の待機中、タッチ操作が行われたときのほか、ノイズの大きさ及び種類（いずれか一方でもよい）が変化したときにも、信号受信部５１ｃで受信する直流信号は変化する。そのため、図８において点Ｒで示すように、点Ｐ及び点Ｑとは異なる直流信号が得られる。なお、図８では、直流信号の変化が複数回（例えば７回）検出されたと仮定し、複数の点Ｒを７つ（点Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ）として示している。
【００７７】
ここで、本発明者が検討したところ、駆動無タッチ（点Ｑ）の状態でタッチ操作が行われると、駆動タッチを示す点Ｒは、点Ｐと点Ｑとの間に配置されることがわかった。即ち、点Ｑから点Ｒに向かうベクトルは、点Ｐから点Ｑに向かうベクトルとは反対の方向を向くことがわかった。この理由は、本発明者が検討したところ、次のように考えられる。
【００７８】
即ち、無駆動状態（点Ｐ）から、駆動無タッチ（点Ｑ）へ向かうベクトルの大きさは、ドライブライン電極１１へ交流信号を送信したために、レシーブライン電極１２が受信する信号が増加した増加分を示す。一方、駆動状態におけるタッチ操作により、ドライブライン電極１１へ送信した交流信号のうちのいくらかを、タッチした指が受信する。このため、タッチ操作下では、レシーブライン電極１２が受信する信号がその分少なくなり、駆動無タッチ（点Ｑ）から無駆動状態（点Ｐ）へ戻るように見えるのだと考えられる。この結果、点Ｐ、点Ｑ及び点Ｒ（点Ｒａ〜Ｒｇ）の相対的な位置は、概ね図８に示すものになり、特にノイズのない状況下では、点Ｒは、点Ｐと点Ｑとを結ぶ直線の近傍に位置すると考えられる。
【００７９】
図７に戻り、上記のステップＳ２において、タッチスイッチへの信号送信前に全レシーブライン電極１２から信号を受信すると、タッチ判定部５１ｅは、スイッチ部１３毎に、図８の点Ｐの位置（第１座標）を決定する。そして、送信指令部５１ｂは、交流信号送信部５０Ａに指令を与え、ドライブライン電極１１毎に交流信号への送信を開始する（ステップＳ３）。そして、信号受信部５１ｃは、スイッチ部１３毎にレシーブライン電極１２からの信号を受信し、データベース５１ｇに記録する（ステップＳ４、信号受信ステップ）。ここで、タッチ判定部５１ｅは、スイッチ部１３毎に、信号受信部５１ｃにおいて最初に受信した直流信号に基づき、点Ｑの位置（第２座標、図８参照）を決定する。そして、タッチ判定部５１ｅは、決定した点Ｑと上記の点Ｐとを通り、上記の図８に示す基準線を算出する（基準線算出ステップ）。
【００８０】
その後、タッチ判定部５１ｅは、直流信号を受信しながら、スイッチ部１３毎に待機を行う（ステップＳ５、信号受信ステップ）。待機中、タッチ判定部５１ｅは、スイッチ部１３毎に受信した信号を解析し、上記の図８に示した点Ｒの位置（判定対象座標）を決定する（ステップＳ６）。具体的には、タッチ判定部５１ｅは、レシーブライン電極１２から信号を受信するたびに点Ｒを決定する。従って、上記図８においては、７回の受信が行われたと仮定し、点Ｒａ〜Ｒｇにより構成される７つの点Ｒが示されている。
【００８１】
待機中、タッチ判定部５１ｅは、図８に示す点Ｒが検出されるごとに、検出された点Ｒがノイズに起因する信号であるか否か（即ちタッチスイッチ１０へのノイズの有無）を判定する（ステップＳ７、ノイズ検出ステップ）。即ち、タッチ判定部５１ｅは、ノイズの有無の判定時点において、点Ｒから点Ｐと点Ｑとを通る基準線（図８参照）までの距離に基づいて、ノイズの有無を判定する。具体的には、タッチ判定部５１ｅは、点Ｒから上記基準線までの距離がノイズ閾値を超えたときに、タッチスイッチ１０へのノイズが存在すると判定する。なお、ノイズ閾値の決定方法については後記する。このように、ノイズ閾値を指標としてノイズの検出を行うことで、タッチスイッチ１０のオンオフの判定に影響を及ぼさない程度のノイズについては無視でき、タッチスイッチコントローラ５０による距離の計算（演算）を高速化することができる。これにより、検出感度の向上を図ることができる。
【００８２】
また、ステップＳ７において、点Ｒがノイズに起因する信号変化ではないと判定された場合、タッチ判定部５１ｅは、点Ｒがタッチ操作に起因する信号であるか否かを判定する（ステップＳ８、タッチ操作検出ステップ）。具体的には、タッチ判定部５１ｅは、上記基準線の垂線であって点Ｒを通る垂線と上記基準線との交点Ｓ（図８参照）から点Ｑまでの距離がタッチ閾値を超えたときに、スイッチ部１３にタッチ操作が行われたと判定する。なお、タッチ閾値の決定方法については後記する。そして、点Ｒがタッチ操作に起因する信号変化であると判定された場合に、タッチ判定部５１ｅは、スイッチ部１３へのタッチ操作が検出されたと判定する（ステップＳ９）。このようにすることで、タッチ閾値以下の距離の場合にはタッチ操作は行われていないと判定し、タッチ操作を精度よく検出することができる。また、上記の方法に沿ってノイズの検出を行いつつ、タッチ操作の検出をさらに行うことで、ノイズの影響を考慮しながら、タッチスイッチへのタッチ操作を検出することができる。
【００８３】
ここで、上記のタッチ閾値及びノイズ閾値の決定方法について説明する。
【００８４】
タッチ閾値は、試験室等において外部ノイズが入らない状態で、指、又は基準として用いる人工指等によってタッチ操作を行い、その状態で測定した結果得られた点Ｐ、点Ｑ及び点Ｒによって決定することができる。ノイズのない状態では、点Ｒは、点Ｐと点Ｑとを結ぶ基準線の近傍に位置する。そこで、タッチ閾値は、例えば点Ｓ（図８参照）から点Ｑまでの距離の例えば５０％の距離（ＳＱ間の距離に応じた数値）とすることができる。ただし、５０％という数値は、用途等によって使用者等が任意に変更することができる。例えば、応答性を重視してより軽いタッチ操作で入力できるのが好ましいような用途では、タッチ閾値を小さくすることができる。一方、入力間違いを少なくするためにしっかりタッチ操作をするのが好ましいような用途では、タッチ閾値を大きくすることができる。
【００８５】
タッチ閾値に関して、タッチ操作の強さがタッチ閾値と同等程度であるようなタッチをされている場合、又は比較的低速でタッチ操作が行われるような場合には、頻繁にオン判定とオフ判定とが繰り返されることがある。そこで、このような場合には、例えば、オフ判定に用いるオフ閾値をタッチ閾値よりも小さい値に設定し、オンオフ動作にヒステリシスを持たせるようにすることができる。
【００８６】
また、ノイズ閾値は、試験室等において外部ノイズが入らない状態で、以下のようにして決定することができる。具体的には、まず、指、又は基準として用いる人工指等により、タッチスイッチ１０に対してタッチ操作が行われる。そして、タッチ操作が行われた状態で、発振回路５２（図１参照）から出力される正弦波の周波数（即ち駆動周波数）と同じ周波数のノイズが意図的に印加され、印加するノイズの強度が徐々に大きくされる。そして、点Ｓ（図８参照）から点Ｑまでの距離が上記のタッチ閾値を下回るような測定データが発生するようになったときの点Ｒから基準線までの距離（ＲＳ間の距離）を、ノイズ閾値とすることができる。このことを換言すれば、実際にタッチしているにもかかわらず「タッチ無し」と判定されたとき（誤判定されたとき）のノイズの値を、ノイズ閾値とすることができる。従って、このノイズ閾値を超えると、実際にタッチ操作があるにも関わらず、「タッチ無し」と誤判定される。
【００８７】
一方で、ノイズの影響により、タッチ操作がないにも関わらず、「タッチ有り」と判定される可能性もある。そこで、この可能性を考慮したノイズ閾値の決定を行うこともできる。具体的には、タッチ操作を行わないこと以外は上記の場合と同様にして、ノイズ閾値を決定することができる。そして、ここで決定されたノイズ閾値と、タッチ操作を行いながら決定した上記のノイズ閾値とを比較し、小さな方のノイズ閾値をタッチスイッチシステム１００でのノイズ閾値として採用することができる。このようにすることで、タッチ操作が実際にあるにも関わらず「タッチ無し」と誤判定されたり、タッチ操作が実際にはないにも関わらず「タッチ有り」と誤判定されたりすることを抑制することができる。
【００８８】
ノイズ閾値の決定方法について、図８を参照しながらさらに詳細に説明する。ノイズのない状態でタッチ操作をしたときの点Ｒを、点Ｒａ〜点Ｒｇのうち、便宜的に、並びで中央の点である点Ｒｄとする。ノイズを印加することにより、Ｒｅ、Ｒｆ及びＲｇの方向へより大きく測定データが変化するが、Ｒｃ、Ｒｂ及びＲａの方向へも、ノイズによる変化が生じる。このため、印加するノイズを大きくしていくと測定データが点Ｑに近づく。この結果、実際にタッチ操作をしている状態でも、点Ｓから点Ｑまでの距離がタッチ閾値を下回り、「タッチ無し」と誤判定してしまう場合が発生する。
【００８９】
そこで、そのようになる大きさのノイズよりも少し小さいノイズを印加した状態で、ノイズによりＲｄからＲｇ及びＲａのそれぞれの方向へ変化した測定データの中から、点Ｒから基準線までの距離の最大値を選択し、例えばそれをノイズ閾値とする。ここでいう「そのようになる大きさのノイズよりも少し小さいノイズ」とは、例えば、上記の試験室等において、タッチ閾値を超えたときのノイズの強度よりも例えば１０％小さい強度のノイズであって、１０％小さいことにより、タッチ閾値を超えなくなる強度のノイズをいう。このようにすれば、点Ｒから基準線までの距離がノイズ閾値よりも小さいようなノイズの場合には、交点Ｓから点Ｑまでの距離がタッチ閾値を下回ることはなく、オンオフの判定に影響を与えにくくなる。
【００９０】
タッチスイッチシステム１００へのノイズの人工的な印加は、例えば、波形発生器で生成し、パワーアンプによって増幅した交流信号を、タッチスイッチシステム１００の電源ケーブル等に、クランプ等を用いて注入すればよい。波形発生器の設定によってノイズの周波数を、さらには、パワーアンプの設定によってノイズの大きさを変更することができる。
【００９１】
さらに、上記の演算制御部５１（図１参照）により位相シフト回路５４（図１参照）に指示されるｍの決定方法について説明する。上記のノイズ閾値は、ノイズを印加した際、ノイズによる影響が点Ｒから基準線までの距離が主に増加する現象として現れるように、決定される。そこで、位相シフト回路５４には、このような現象が生じるような交流信号（第３交流信号及び第４交流信号）を送信できるように、演算制御部５１によりｍが送信される。より具体的には、ノイズによって生じる信号変化の方向が上記基準線から離れる方向になるように、ｍが決定される。このようなｍは、例えば上記の試験室での確認試験等により決定することができる。なお、タッチ閾値、ノイズ閾値、及びｍの値は、それぞれ、スイッチ部１３ごとに設定されてもよく、全てのスイッチ部１３において同じ値であってもよい。
【００９２】
本発明の一実施形態では、上記基準線と点Ｒとの位置関係により、ノイズの有無及びタッチ操作の検出が行われる。しかし、任意の方向を向く基準線と点Ｒとの関係を決定することは計算が煩雑になる可能性がある。そこで、本発明の一実施形態では、計算を簡略化するために、点Ｐ及び点Ｑを通る基準線及び点Ｒを含むグラフを位相回転させ、位相回転後のグラフに基づいて、ノイズの有無及びタッチ操作の検出が行われる。
【００９３】
図９は、位相回転の方法を説明する図である。図９において、破線で示すグラフは、上記の図８に示したグラフと同じもの、二点鎖線で示すグラフは、破線で示すグラフを平行移動させた後のグラフ、太実線で示すグラフは、二点鎖線で示すグラフを原点Ｏを中心として回転させた後のグラフである。
【００９４】
まず、上記の図１に示した交流信号受信部５０Ｂで得られた信号をプロットした原データである破線のグラフが、点Ｑを原点Ｏに一致させるように平行移動される（図９に示す実線矢印Ａ）。これにより、点Ｑが原点Ｏと一致する。なお、平行移動前の点Ｐ、点Ｑ及び点Ｒは、それぞれ、平行移動後の点Ｐ１、点Ｑ１及び点Ｒ１に相当する。
【００９５】
次いで、平行移動後のグラフ（二点鎖線で示すグラフ）が、原点Ｏ（点Ｑ１と一致する）を回転中心として、位相回転される（図９に示す実線矢印Ｂ）。換言すれば、点Ｐ（第１座標）から点Ｑ（第２座標）に向かう基準ベクトルと同じ向き及び長さのベクトル、及び、点Ｐ（第２座標）から点Ｒ（判定対象座標）に向かう判定対象ベクトルと同じ向き及び長さのベクトルが回転される。これにより、基準線がｘ軸と重なる。なお、位相回転前の点Ｐ１、点Ｑ１及び点Ｒ１は、それぞれ、位相回転後の点Ｐ２、点Ｑ２及び点Ｒ２に相当する。
【００９６】
位相回転の回転角度としては、点Ｐ及び点Ｑを通る基準線が例えばｘ軸と平行となる角度（即ち位相が０又はπとなる角度）である。位相回転の具体的方法としては、例えば、２次元アフィン変換を適用することができる。なお、位相回転の回転角度は、点Ｐ及び点Ｑを通る基準線が例えばｙ軸と平行となる角度（即ち位相がπ／２又は３π／２となる角度）にしてもよい。
【００９７】
図１０は、位相回転後のグラフであり、ノイズの有無及びタッチ操作の検出を行う方法を説明する図である。上記のように、ノイズの有無は、上記の図８に示すように、点Ｒから上記基準線までの距離がノイズ閾値を超えたか否かで判定される。一方で、タッチ操作の検出は、上記の図８に示すように、上記基準線の垂線であって点Ｒ（判定対象座標）を通る垂線と上記基準線との交点Ｓから点Ｑ（第２座標）までの距離がタッチ閾値を超えたか否かで判定される。ここで、上記の図８に示す点Ｒから上記基準線までの距離は、図１０に示す点Ｒ２からｘ軸までの距離と等しい。そのため、点Ｒから上記基準線までの距離は、点Ｒ２におけるｙ軸方向の座標ｙ１と一致する。
【００９８】
また、上記の図８に示す交点Ｓは、図１０に示す交点Ｓ２に対応する。そのため、上記の図８に示す交点Ｓから点Ｑまでの距離は、図１０に示す点Ｓ２から原点までの距離と等しい。従って、交点Ｓから点Ｑまでの距離は、点Ｒ２におけるｘ軸方向の座標ｘ１と一致する。
【００９９】
そこで、本発明の一実施形態では、位相回転後に得られる点Ｒ２（位相回転前の判定対象座標である点Ｒに対応）の座標（ｘ１，ｙ１）に基づいて、ノイズの有無及びタッチ操作の検出を行うことができる。具体的には、点Ｒから基準線までの距離を表すｙ１が上記のノイズ閾値を超えたときに、タッチ判定部５１ｅはタッチスイッチ１０へのノイズが存在すると判定する。従って、回転後の上記基準ベクトルに重なる直線から、回転後の上記判定対象ベクトルの終点座標までの距離に基づいて、タッチスイッチ１０へのノイズの有無が判定されるといえる。
【０１００】
一方で、上記基準線の垂線であって点Ｒを通る垂線と上記基準線との交点Ｓから点Ｑまでの距離を表すｘ１が上記のタッチ閾値を超えたときに、タッチ判定部５１ｅはスイッチ部１３にタッチ操作が行われたと判定する。このように、点Ｑ（図９参照、図１０では図示しない）を原点Ｏと一致させ、基準線をｘ軸（ｙ軸でもよい）と一致させた状態で判定対象座標と基準線との関係を決定することで、上記直交座標系における判定対象座標から、ｘ軸又はｙ軸から回転後の判定対象ベクトルの終点座標（回転前の点Ｒに対応）までの距離を容易に算出することができる。これにより、タッチスイッチコントローラ５０による距離の計算（演算）を高速化することができ、検出感度の向上を図ることができる。
【０１０１】
また、位相回転を行うに当たって行われる平行移動及び回転は、２次元アフィン変換の変換行列として、一つの変換行列にまとめることができる。このため、ある座標を位相回転するには、変換行列を一回適用すれば済む。また、座標に対して変換行列を適用する計算は単純な積和計算であるため、基準線が任意の方向を向いた状態で処理を行うのに比べると、計算負荷を低減させることができる。
【０１０２】
図７に戻り、上記のステップＳ９において、タッチ操作が検出されると、外部機器通信部５１ｆは、タッチ操作に関する情報を外部機器７０に送信する（ステップＳ１０）。これにより、タッチスイッチ１０が例えばテンキーの場合には、スイッチ部１３に対応する数字の情報が外部機器７０に送信され、外部機器７０は受信した数字に基づいて駆動する。
【０１０３】
次いで、ユーザが電源ボタンを押下する等、タッチスイッチシステム１００の駆動を停止する場合には（ステップＳ１１のＹｅｓ）、図７に示すフローは終了する。しかし、電源ボタンが押下されていない等、タッチスイッチシステム１００の駆動が継続される場合には（ステップＳ１１のＮｏ）、タッチ判定部５１ｅは、上記の上記ステップＳ４における受信（点Ｑを決定したときの受信）から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【０１０４】
所定時間（例えば数秒〜数十秒）が経過しており、かつ、タッチ操作が行われていなければ（例えばタッチ閾値以下）（ステップＳ１２のＹｅｓ）、再度上記のステップＳ２を行い、点Ｐが再度決定される。即ち、所定時間（例えば数秒〜重々秒）ごとに、点Ｐの位置がリセットされる。また、ステップＳ２の後にはステップＳ４が行われるから、点Ｐに加えて点Ｑもリセットされる。点Ｐ及び点Ｑの位置がリセットされることで、タッチスイッチシステム１００が置かれている環境の気温の変化等により、無駆動時及び無タッチ時の信号が変化するような現象に対応することができる。また、無駆動時の信号取得を行うことによってノイズに対し適切な対処が可能となる。一方で、所定時間経過前であれば、再度ステップＳ５以降が行われる。
【０１０５】
また、上記のステップＳ７において、点Ｒ（判定対象座標）がノイズに起因する信号と判定された場合、タッチ判定部５１ｅは、タッチスイッチ１０へのノイズが存在すると判定する。この場合、タッチ判定部５１ｅは、データベース５１ｇに蓄積された過去のデータのうち、点Ｒ（判定対象座標）から基準線までの距離がノイズ閾値以下のときのデータであって直近のデータを使用して、スイッチ部１３へのタッチ操作の有無を判定する（ステップＳ１３、タッチ操作検出ステップ）。このようにすることで、タッチスイッチ１０へのノイズが検出されたときでも、蓄積された過去のデータのうち、判定対象座標から基準線までの距離がノイズ閾値以下のときのデータであって直近のデータを使用して、スイッチ部１３へのタッチ操作を検出することができる。これにより、ノイズが存在しても、タッチ操作を検出することができる。
【０１０６】
以上のように、本発明の一実施形態に係るタッチスイッチシステム１００では、タッチスイッチの構造等に起因してタッチスイッチごとに変化する基準線を決定することができる。そして、基準線により、ノイズの有無の判定時点（例えばタッチ操作時）における判定対象座標は、ノイズが存在しない場合には第１座標と第２座標とを結ぶ基準線上に存在し、ノイズが存在する場合にはノイズの大きさに基づいて基準線からの距離が変わる、という変化を読み取ることができる。この結果、タッチ操作を行っていないときのノイズは勿論のこと、タッチ操作時におけるノイズも検出することができる。
【０１０７】
なお、上記の例では、掛算回路５８，６１、ローパスフィルタ５９，６２等を使用して、ノイズ及びタッチ操作の検出等が行われている。上記のように、掛算回路５８，６１、ローパスフィルタ５９，６２等により、発振回路５２で生成した交流信号と異なる周波数成分のノイズを除去できる。そのため、掛算回路５８，６１、ローパスフィルタ５９，６２等を備えることが好ましいものの、発振回路５２で生成した交流信号と異なる周波数は点Ｐ、点Ｑ、点Ｒ及び基準線の位置に影響を及ぼしにくいことから、掛算回路５８，６１、ローパスフィルタ５９，６２等は備えられてなくてもよい。即ち、タッチスイッチ１０からの交流信号を直接解析してもよい。この場合、第２交流信号の大きさ（振幅）が原点からの距離、第１交流信号に対する第２交流信号の位相（位相差角α）が横軸とのなす角に相当する。そして、得られた点Ｐ、点Ｑ、点Ｒ及び基準線に基づき上記の距離を算出すれば、ノイズ及びタッチ操作を検出することができる。
【０１０８】
また、上記の図９等を参照しながら説明したグラフの移動及び回転も、計算の簡略化のために好ましい形態ではあるが、移動及び回転のうちの少なくとも一方を行わずに直接基準線からの距離を算出し、ノイズ及びタッチ操作を検出することもできる。この場合、直交座標系において、直線から点までの距離を算出する任意の方法を使用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  タッチスイッチ
１１  ドライブライン電極
１１ａ，１２ａ  接続線
１１ｂ，１２ｂ  電極
１１ｃ，１２ｃ  シート
１２  レシーブライン電極
１３  スイッチ部
５０  タッチスイッチコントローラ
５０Ａ  交流信号送信部
５０Ｂ  交流信号受信部
５１  演算制御部
５１ａ  スイッチ選択部
５１ｂ  送信指令部
５１ｃ  信号受信部
５１ｄ  データ記録部
５１ｅ  タッチ判定部
５１ｆ  外部機器通信部
５１ｇ  データベース
５２  発振回路
５３，５６  増幅回路
５４  位相シフト回路
５５  電流電圧変換回路
５７  バンドパスフィルタ
５８，６１  掛算回路
５９，６２  ローパスフィルタ
６０，６３  変換回路
６４  スイッチセレクタ
７０  外部機器
１００  タッチスイッチシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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