(57)【要約】【課題】タッチ操作の検出感度を向上させることができる検出装置を提供する。【解決手段】実施の形態に係る検出装置１は、交流信号を生成する発振部２と、発振部２から出力された交流信号の位相を反転させた反転信号を生成する反転素子３１、および容量性リアクタンスを有する複数の容量性リアクタンス素子を含み、交流信号と反転信号とを加算した加算信号を出力する加算信号生成部３と、加算信号生成部３に電気的に接続され、タッチ操作を検出する検出部４と、検出部４によるタッチ操作の検出に基づいて加算信号生成部３から出力された加算信号を増幅する増幅部５と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号を生成する発振部と、
前記発振部から出力された前記交流信号の位相を反転させた反転信号を生成する反転素子、および容量性リアクタンスを有する複数の容量性リアクタンス素子、を含み、前記交流信号と前記反転信号とを加算した加算信号を出力する加算信号生成部と、
前記加算信号生成部に電気的に接続され、タッチ操作を検出する検出部と、
前記検出部による前記タッチ操作の検出に基づいて前記加算信号生成部から出力された前記加算信号を増幅する増幅部と、
を備えた検出装置。
【請求項２】
前記加算信号は、前記検出部に前記タッチ操作がなされない状態では振幅がゼロとなる請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記加算信号生成部は、前記反転素子と並列となるように前記発振部と電気的に接続する第１の容量性リアクタンス素子と、前記反転素子と電気的に接続する第２の容量性リアクタンス素子と、前記第１の容量性リアクタンス素子および前記第２の容量性リアクタンス素子に電気的に接続する第３の容量性リアクタンス素子と、を備える請求項２に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、方形波を出力する発振源と、方形波が入力する第１抵抗と、方形波を反転した反転波を出力する反転手段と、反転手段を介して出力される方形波が入力する第２抵抗と、第２抵抗の下流側に接続された検出電極と、検出電極よりも下流側に接続された第３抵抗とを備えた静電容量変化検出回路が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この静電容量変化検出回路によれば、検出電極にタッチ操作がなされていないとき、方形波と反転波とを加算した信号がゼロとなり、また、タッチ操作がなされたとき、加算した信号がゼロではなくなるので、加算した信号の増幅率を高く設定することが可能となり、感度の高い静電容量の変化を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、電子回路には、電子回路の物理的な構造により発生する、不可避的な容量成分（寄生容量）が発生することが知られている。従って、従来の静電容量変化検出回路は、この寄生容量が発生している。つまり、従来の静電容量変化検出回路は、この寄生容量と複数の抵抗とを有していることから、回路のインピーダンスに実部と虚部とが現れ、タッチ操作がなされていないとき、加算された信号をゼロにすることができず、加算された信号の増幅率を上げることが困難であった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、タッチ操作の検出感度を向上させることができる検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、交流信号を生成する発振部と、発振部から出力された交流信号の位相を反転させた反転信号を生成する反転素子、および容量性リアクタンスを有する複数の容量性リアクタンス素子、を含み、交流信号と反転信号とを加算した加算信号を出力する加算信号生成部と、加算信号生成部に電気的に接続され、タッチ操作を検出する検出部と、検出部によるタッチ操作の検出に基づいて加算信号生成部から出力された加算信号を増幅する増幅部と、を備えた検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、タッチ操作の検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る検出装置の回路図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係る交流信号の振幅の時間変化を示す概略図であり、（ｂ）は、反転素子から出力される反転信号の振幅の時間変化を示す概略図であり、（ｃ）は、加算信号生成部から出力される加算信号の振幅の時間変化を示す概略図であり、（ｄ）は、検波部から出力される検波信号の振幅の時間変化を示す概略図である。
【図３】図３は、比較例に係る検出装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係る検出装置は、交流信号を生成する発振部と、発振部から出力された交流信号の位相を反転させた反転信号を生成する反転素子、および容量性リアクタンスを有する複数の容量性リアクタンス素子、を含み、交流信号と反転信号とを加算した加算信号を出力する加算信号生成部と、加算信号生成部に電気的に接続され、タッチ操作を検出する検出部と、検出部によるタッチ操作の検出に基づいて加算信号生成部から出力された加算信号を増幅する増幅部と、を備える。
【００１１】
[実施の形態]
（検出装置の構成）
図１は、実施の形態に係る検出装置の回路図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る交流信号の振幅の時間変化を示す概略図であり、（ｂ）は、反転素子から出力される反転信号の振幅の時間変化を示す概略図であり、（ｃ）は、加算信号生成部から出力される加算信号の振幅の時間変化を示す概略図であり、（ｄ）は、検波部から出力される検波信号の振幅の時間変化を示す概略図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、縦軸が電圧（Ｖ）、横軸が時間（ｔ）である。
【００１２】
実施の形態に係る検出装置１は、図１に示すように、交流信号を生成する発振部２と、発振部２から出力された交流信号の位相を反転させた反転信号を生成する反転素子３１、および容量性リアクタンスを有する複数の容量性リアクタンス素子を含み、交流信号と反転信号とが合流する点ｘ１において交流信号と反転信号とを加算した加算信号を出力する加算信号生成部３と、加算信号生成部３に電気的に接続され、タッチ操作を検出する検出部４と、検出部４によるタッチ操作の検出に基づいて加算信号生成部３から出力された加算信号を増幅する増幅部５と、を備えて概略構成されている。なお、タッチ操作とは、例えば、操作者の手指が検出部４の電極４０に触れる操作のことを示している。
【００１３】
また、検出装置１は、増幅部５から出力された増幅信号を検波する検波部６を備えている。
【００１４】
発振部２から出力される交流信号は、例えば、図２（ａ）に示すように、電圧Ｈｉ（＞０）と電圧Ｌｏ（＜０）とを周期的に繰り返す矩形波である。電圧Ｈｉと電圧Ｌｏは、一例として、その絶対値は等しいものとする。なお、発振部２は、矩形波以外の波形を有する交流信号を出力するように構成されていても良い。
【００１５】
加算信号生成部３は、反転素子３１と並列となるように発振部２と電気的に接続する第１の容量性リアクタンス素子としての第１のコンデンサ３０と、発振部２と電気的に接続する反転素子３１と電気的に接続する第２の容量性リアクタンス素子としての第２のコンデンサ３２と、第１のコンデンサ３０および第２のコンデンサ３２に電気的に接続する第３の容量性リアクタンス素子としての第３のコンデンサ３３と、を備えて概略構成されている。
【００１６】
第１のコンデンサ３０は、例えば、静電容量がＣ１である。第２のコンデンサ３２は、例えば、静電容量がＣ２である。第３のコンデンサ３３は、例えば、静電容量がＣ３である。この静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ３は、加算信号生成部３から出力される加算信号が、タッチ操作がなされていないとき、その振幅がゼロとなる静電容量とされる。
【００１７】
検出部４は、例えば、導電体を用いて形成された電極４０を備えて概略構成されている。本実施の形態に係る電極４０は、例えば、金属材料を用いて形成される。この電極４０は、例えば、加算信号生成部３の第２のコンデンサ３２と第３のコンデンサ３３との間に電気的に接続されている。
【００１８】
検出部４は、例えば、図１に示すように、電極４０にタッチ操作がなされるとき、電極４０と接地との間にコンデンサ４１が発生する。このコンデンサ４１は、例えば、静電容量が操作者により異なるため、ΔＣで示すものとする。
【００１９】
増幅部５は、非反転入力端子（＋）が接地されたオペアンプ５１と、一方が第１のコンデンサ３０および第３のコンデンサ３３、他方がオペアンプ５１の反転入力端子（−）に電気的に接続された抵抗５２と、一方がオペアンプ５１の反転入力端子、他方がオペアンプ５１の出力端子に電気的に接続された抵抗５３と、オペアンプ５１の出力端子に電気的に接続され、直流成分を遮断するコンデンサ５４と、を備えて概略構成されている。この増幅部５は、例えば、抵抗５２の抵抗値をＲ１、抵抗５３の抵抗値をＲ２とするとき、増幅率がＲ２／Ｒ１となる、増幅信号を出力するように構成されている。
【００２０】
検波部６は、例えば、入力する増幅信号に対して全波整流を行うためにブリッジ回路とされた第１のダイオード６０〜第４のダイオード３と、ブリッジ回路から出力された信号を平滑化するコンデンサ６４と、時定数を決定する抵抗６５と、を備えて概略構成されている。
【００２１】
第１のダイオード６０のアノードは、第４のダイオード６３のアノードに電気的に接続され、さらに接地されている。また、第１のダイオード６０のカソードは、第２のダイオード６１のアノードに電気的に接続されている。第２のダイオード６１のカソードは、第３のダイオード６２のカソードと電気的に接続され、さらにコンデンサ６４に電気的に接続されている。第３のダイオード６２のアノードは、第４のダイオード６３のカソードに電気的に接続され、さらに接地されている。
【００２２】
この検波部６は、例えば、時間ｔ１〜時間ｔ２において、電圧０を境に振幅する増幅信号を全検波し、図２（ｄ）に示すように、タッチ操作が行われている期間（時間ｔ１〜時間ｔ２）において、一定電圧Ｖ３となる検波信号を生成する。検波部６から出力される検波信号は、図２（ｄ）に示すように、タッチ操作が行われていない場合、電圧はゼロとなる。
【００２３】
以下に、実施の形態の加算信号と比較例の加算信号と、を比較することにより、タッチ操作の検出感度について説明する。
【００２４】
（検出装置の検出感度について）
図３は、比較例に係る検出装置の回路図である。比較例に係る検出装置７は、図３に示すように、発振部７０と、加算信号生成部７１と、検出部７３と、を備えている。発振部７０は、例えば、実施の形態に係る発振部２に対応する。検出部７３は、例えば、実施の形態に係る検出部４に対応する。比較例では、実施の形態の増幅部５および検波部６は、省略している。
【００２５】
加算信号生成部７１は、実施の形態に係る加算信号生成部３の第１のコンデンサ３０が第１の抵抗７１１、第２のコンデンサ３２が第２の抵抗７１２、および第３のコンデンサ３３が第３の抵抗７１３に置き換わった構成を有する。
【００２６】
第１の抵抗７１１は、例えば、抵抗値がＲ３である。第２の抵抗７１２は、例えば、抵抗値がＲ４である。第３の抵抗７１３は、例えば、抵抗値がＲ５である。
【００２７】
また、加算信号生成部７１は、交流信号と反転信号とが合流する点ｙ１から加算信号を出力する。
【００２８】
一般的に電子回路には、電子回路の物理的な構造、例えば、基板と、基板に配置された配線との関係により発生する、不可避的な容量成分（寄生容量Ｃ０）が発生することが知られている。この寄生容量Ｃ０は、例えば、図１および図３において、寄生容量１０および寄生容量７２として図示している。
【００２９】
また、比較例の電極７３０にタッチ操作がなされるとき、電極７３０と接地との間にコンデンサ７４が発生する。なお、図１および図３では、寄生容量は、加算信号生成部と検出部との間に図示しているが、増幅部までのいずれかの位置に発生する寄生容量をまとめて図示したものである。
【００３０】
検出部に対するタッチ操作の検出を高感度で行うためには、加算信号をより大きな増幅率で増幅することが求められる。そのためには、タッチ操作がなされていない状態で、加算信号がゼロであることが望ましい。なぜなら、加算信号がゼロでない場合、増幅部による増幅率を大きくすることにより、タッチ操作がなされていない場合であっても増幅部から出力される増幅信号が飽和してしまう可能性があるからである。
【００３１】
ここで、比較例の加算信号生成部７１に入力する電圧Ｖｉｎと、加算信号生成部７１の点ｙ１における加算信号の電圧Ｖｉと、の関係は、以下の式（１）から求められる。ただし、タッチ操作はなされていないものとする。
Ｖｉ＝Ｖｉｎ×（Ｒ４＋Ｒ５−Ｒ３＋ｊ×ω×Ｃ０×Ｒ４×Ｒ５）／{Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５＋ｊ×ω×Ｃ０×（Ｒ３×Ｒ４＋Ｒ４×Ｒ５）}・・・（１）
ｊ：虚数単位
ω：交流の角周波数
【００３２】
一方、実施の形態の加算信号生成部３に入力する電圧Ｖｉｎと、加算信号生成部３の点ｘ１における加算信号の電圧Ｖｔと、の関係は、以下の式（２）から求められる。ただし、タッチ操作はなされていないものとする。
Ｖｔ＝Ｖｉｎ×（Ｃ０×Ｃ１＋Ｃ１×Ｃ２＋Ｃ１×Ｃ３−Ｃ２×Ｃ３）／（Ｃ０×Ｃ１＋Ｃ１×Ｃ３＋Ｃ０×Ｃ３＋Ｃ１×Ｃ２＋Ｃ２×Ｃ３）・・・（２）
【００３３】
比較例では、第１の抵抗７１２〜第３の抵抗７１３のみならず、不可避的な寄生容量Ｃ０が存在するため、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｉとの関係式に、虚数単位が現れ、この式（１）の分子（Ｒ４＋Ｒ５−Ｒ３＋ｊωＣ０×Ｒ４×Ｒ５）をゼロにすることができない。従って、比較例の加算信号は、タッチ操作がなされていない状態であってもゼロにすることはできない。つまり、比較例の検出装置７は、検出感度を上げるため、タッチ操作がなされたときの加算信号の増幅率を大きくすると、タッチ操作がなされていないときの増幅信号が飽和する問題が生じる。
【００３４】
一方、実施の形態では、静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ３、および不可避的な寄生容量Ｃ０を用いて電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｉとの関係式を求めることができるので、虚数単位が現れず、式（２）の分子（Ｃ０×Ｃ１＋Ｃ１×Ｃ２＋Ｃ１×Ｃ３−Ｃ２×Ｃ３）をゼロとすることができる。従って、実施の形態の検出装置１は、タッチ操作がなされていないときの加算信号をゼロとすることができるので、比較例と比べて、増幅率を大きくしても、タッチ操作がなされていないときの増幅信号が飽和することはない。
【００３５】
以上の結果により、静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ３は、加算信号をゼロとなる条件、すなわち、式（２）の分子をゼロとすることにより求められる。
【００３６】
以下に、本実施の形態に係る検出装置１の動作について、各図を参照しながら説明する。なお、タッチ操作は、図２（ｄ）に示すように、時間ｔ１〜時間ｔ２の間、継続的に行われたものとする。
【００３７】
（動作）
まず、図２（ａ）に示すように、発振部２より、交流信号が出力され、加算信号生成部３に入力する。
【００３８】
加算信号生成部３の反転素子３１は、入力した交流信号の位相を反転した反転信号を生成する。
【００３９】
ここで、検出部４に対するタッチ操作がなされていない場合、第１のコンデンサ３０を経由した交流信号と、反転素子３１、第２のコンデンサ３２および第３のコンデンサ３３を経由した反転信号と、を点ｘ１において加算した加算信号は、ゼロとなる。つまり、検出装置１は、タッチ操作がなされていない場合、ゼロとなる検波信号を検波部６から出力する。
【００４０】
一方、検出部の電極４０にタッチ操作がなされた場合、コンデンサ４１が形成されることから静電容量ΔＣが検出部４と接地との間に現れる。この静電容量ΔＣにより、図２（ｂ）に示すように、タッチ操作が行われた時間ｔ１〜時間ｔ２において、反転信号の電圧Ｈｉが＋Ｖ１に、電圧Ｌｏが−Ｖ１に変化するので、加算信号は、図２（ｃ）に示すように、タッチ操作が行われた期間内において、電圧＋Ｖ２および電圧−Ｖ２を繰り返す信号となる。
【００４１】
加算信号は、増幅部５により、予め定められた増幅率に増幅され、検波部６に出力される。
【００４２】
検波部６は、入力する増幅信号を全検波し、図２（ｄ）に示すように、タッチ操作が行われた期間において、一定電圧Ｖ３となる検波信号を出力する。この検波信号は、例えば、検出装置１に接続された判定装置に出力される。判定装置は、例えば、この入力した検波信号に基づいて、時間ｔ１〜時間ｔ２の間おいて、タッチ操作がなされたと判定する。
【００４３】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る検出装置１によれば、加算信号生成部に抵抗成分が含まれる場合と比べて、タッチ操作の検出感度を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施の形態に係る検出装置１によれば、加算信号生成部に抵抗成分が含まれる場合と比べて、増幅部５の増幅率を高くすることが可能となり、タッチ操作の検出感度を向上させることができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態に係る検出装置１は、加算信号生成部に抵抗成分が含まれる場合と比べて、加算信号をゼロとする第１のコンデンサ３０、第２のコンデンサ３２および第３のコンデンサ３３の静電容量を容易に決定することができ、検出装置１の設計が容易となる。
【００４６】
以上、本発明のいくつか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。
【符号の説明】
【００４７】
１…検出装置、２…発振部、３…加算信号生成部、４…検出部、５…増幅部、６…検波部、７…検出装置、１０…寄生容量、３０…第１のコンデンサ、３１…反転素子、３２…第２のコンデンサ、３３…第３のコンデンサ、４０…電極、４１…コンデンサ、５１…オペアンプ、５２…抵抗、５３…抵抗、５４…コンデンサ、６０〜６３…第１のダイオード〜第４のダイオード、６４…コンデンサ、６５…抵抗、７０…発振部、７１…加算信号生成部、７２…寄生容量、７３…検出部、７４…コンデンサ、７１１…第１の抵抗、７１２…第２の抵抗、７１３…第３の抵抗、７３０…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012156799.tif 000005