(57)【要約】【課題】電極の接触感度を高く保持したまま、照明構造を簡単に構成することができるとともに、製造コストを低く抑えることができるタッチ式センサを提供すること。【解決手段】複数の電極２０〜２２が接触されたことを検知して電極２０〜２２毎に検知信号を出力する検知手段と、前記検知信号に応じてどの電極２０〜２２が接触されているか接触されていないかを判定する判定手段を備えたタッチ式センサ１において、前記検知手段を構成する素子を回路基板１９上に配置するとともに、前記電極２０〜２２に前記回路基板１９の一部を露出させる開口部２０ａ〜２２ａを設け、前記回路基板１９上に配置されたＬＥＤ（発光素子）１３〜１５を前記電極２０〜２２の前記開口部２０ａ〜２２ａ内に配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極が接触されたことを検知して電極毎に検知信号を出力する検知手段と、
前記検知信号に応じてどの電極が接触されているか接触されていないかを判定する判定手段を備えたタッチ式センサにおいて、
前記検知手段を構成する素子を回路基板上に配置するとともに、前記電極に前記回路基板の一部を露出させる開口部を設け、前記回路基板上に配置された発光素子を前記電極の前記開口部内に配置したことを特徴とするタッチ式センサ。
【請求項２】
前記素子を接続する回路パターンを前記回路基板に形成するとともに、前記電極を回路パターンとして形成したことを特徴とする請求項１記載のタッチ式センサ。
【請求項３】
前記回路基板の前記電極が配置された面とは反対の面に前記回路パターンを形成したことを特徴とする請求項２記載のタッチ式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の静電容量の変化によって人が電極に接触したことを検出するタッチ式センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両のエアコンやオーディオ等の各種機器を静電容量式のタッチ式センサによって制御することが行われている。これによれば、操作者の指の移動軌跡をタッチ式センサによって読み取り、その移動軌跡がどの操作パターンにマッチングするかを判定し、操作パターンにマッチングする操作内容に基づいて各種機器を制御することが行われる。
【０００３】
ところで、特許文献２には、操作表示に対応する機能の制御をタッチ式センサの検出信号に基づいて変更するようにした車室内スイッチ装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２０４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の静電容量式のタッチ式センサにおいては、電極用のフィルムと回路基板との接続が必要であったため、部品点数が多く、又、各部品の製造工程も異なるために製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
又、電極を前面に配置する構成を採用すると、照明用の光源を背後に配置することとなるため、十分な照明構造が必要な場合には構造が複雑化するという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、電極の接触感度を高く保持したまま、照明構造を簡単に構成することができるとともに、製造コストを低く抑えることができるタッチ式センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
複数の電極が接触されたことを検知して電極毎に検知信号を出力する検知手段と、
前記検知信号に応じてどの電極が接触されているか接触されていないかを判定する判定手段を備えたタッチ式センサにおいて、
前記検知手段を構成する素子を回路基板上に配置するとともに、前記電極に前記回路基板の一部を露出させる開口部を設け、前記回路基板上に配置された発光素子を前記電極の前記開口部内に配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記素子を接続する回路パターンを前記回路基板に形成するとともに、前記電極を回路パターンとして形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記回路基板の前記電極が配置された面とは反対の面に前記回路パターンを形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、回路基板上に電極を配置したため、該電極と回路との接続が容易となり、回路基板製作と同じ工程で電極を製造することができる。又、電極に回路基板の一部を露出させる開口部を設け、回路基板上に配置された発光素子を電極の前記開口部内に配置したため、回路基板上の電極と同じ面に発光素子を配置することができ、電極の接触感度を高く保持したまま、照明構造を簡単に構成することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、素子を接続する回路パターンを回路基板に形成するとともに、電極を回路パターンとして形成したため、回路パターンと同じ工程で電極を製造することができ、電極の材質も回路パターンの材質と同じにすることができ、回路パターンと電極との接続が容易化して製造コストを大幅に削減することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、電極の接触感度の低下の要因となる回路パターンを回路基板の電極が配置された面とは反対の面に形成したため、電極に高い接触感度を確保することができるとともに、電極の感度調整を容易に行うことができる。又、電極を配置するスペースを十分確保することができるため、複数の電極を回路基板上に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るタッチ式センサの回路構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明に係るタッチ式センサの電極への非接触時と接触時の出力変化を示す図である。
【図３】本発明に係るタッチ式センサの分解斜視図である。
【図４】本発明に係るタッチ式センサの部分側断面図である。
【図５】本発明に係るタッチ式センサのケースと操作パネルを取り外した状態の部分平面図である。
【図６】本発明に係るタッチ式センサの動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るタッチ式センサの回路構成図であり、本発明に係るタッチ式センサ１は、互いに異なる静電容量を有する４つの電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、周期的な方形波から成る作動信号を出力してこれを抵抗Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ９を介して電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ入力する発振器としての機能を有するマイコン（マイクロコンピュータ）２と、直流電源電圧Ｖｃｃを分割するように直列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２と、各電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力電圧と抵抗Ｒ１とＲ２との間のａ点の電位（基準電圧）Ｖａとを比較して電極の出力電圧の方が基準電圧Ｖａよりもが高ければＯＦＦして所定の電圧を出力し、電極の出力電圧の方が基準電圧Ｖａよりも低ければＯＮして所定の電圧を出力しないコンパレータ３，４，５，６と、これらのコンパレータ３〜６の出力をそれぞれ積分する積分回路７，８，９，１０等を備えている。
【００１７】
上記マイコン２は制御部を構成するものであって、このマイコン２は、電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが接触されたことを検知して電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に異なる検知信号を出力する。そして、このマイコン２には、前記検知信号に応じてどの電極Ａ〜Ｄが接触されているか接触されていないかを判定する判定手段２ａと、該判定手段２ａによって決定された被制御装置（オーディオ、エアコン、ナビゲーションシステム等）の制御モードが記憶された記憶部２ｂが内蔵されている。尚、マイコン２には、電源部１１から抵抗Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５を経て供給される電流の供給を受けて発光するＬＥＤ（発光ダイオード）１３，１４，１５，１６が接続されている。又、各コンパレータ３〜６の出力部は、抵抗Ｒ４，Ｒ６，，Ｒ８，Ｒ１０を介してマイコン２と抵抗Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ９の間の接続点ｂ，ｃ，ｄ，ｅとそれぞれ接続されている。即ち、各コンパレータ３〜６の出力は、マイコン２と接続され、マイコン２の方形波出力をプルアップ電源としている。
【００１８】
次に、本発明に係るタッチ式センサ１の検出原理を図２（ａ），（ｂ）に基づいて以下に説明する。
【００１９】
図２（ａ），（ｂ）はは本発明に係るタッチ式センサ１の電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄへの非接触時と接触時の出力変化を示す図であり、電極Ａ〜Ｄは、その静電容量によって作動電圧を歪ませる。このため、各電極Ａ〜Ｄからの出力信号は、マイコン２から入力される方形波を歪ませた鋸刃状に近い波形（図２には完全な三角波として図示）の電圧信号となる。
【００２０】
コンパレータ３〜６は、電極Ａ〜Ｄの出力（出力信号）がａ点の電圧（基準電圧）Ｖａよりも高いときだけ電圧を出力する。積分回路７〜１０は、コンパレータ３〜６の出力を積分するため、その出力は時間の経過と共に略直線的に上昇し、その勾配はコンパレータ３〜６の出力のデューティ比（ＯＮしている時間の割合）に比例する。
【００２１】
而して、マイコン２は、積分回路７〜１０が積分を開始してから１ｍｓｅｃ後の積分回路７〜１０の出力電圧をデジタル変換して検出値Ｖｍとして記憶部２ｂに記憶する。従って、コンパレータ３〜６と積分回路７〜１０及びマイコン２は、電極Ａ〜Ｄの出力信号とａ点の基準電圧Ｖａとの差に応じた検出値Ｖｍを生成する検出回路として機能する。
【００２２】
電極Ａ〜Ｄに操作者の指が接触していないときには、図２（ａ）に示すように電極Ａ〜Ｄの出力信号の振幅が比較的大きいため、電極Ａ〜Ｄの出力信号（出力電圧）が基準電圧Ｖａ以上となる時間が比較的長くなる。このため、コンパレータ３〜６の出力電圧のデューティ比が比較的大きく、積分回路７〜１０の出力電圧の上昇勾配が比較的大きく、１ｍｓｅｃの後の電圧が比較的高くなるため、マイコン２が取得する検出値Ｖｍが比較的大きくなる。
【００２３】
すると、マイコン２の判定手段２ａは、検出値Ｖｍをマイコン２内の記憶部２ｂに記憶されている閾値Ｓｏと比較し、検出値Ｖｍが閾値Ｓｏ以上となっていれば電極Ａ〜Ｄに操作者の指が接触していないものと判定し、ＯＦＦ信号を外部出力する。
【００２４】
他方、電極Ａ〜Ｄに操作者の指が接触すると、電極Ａ〜Ｄの静電容量が増加するため、電極Ａ〜Ｄに操作者の指が接触していない図２（ａ）に示す場合と比べて、図２（ｂ）に示すように電極Ａ〜Ｄの出力信号の振幅が小さくなる。このため、電極Ａ〜Ｄの出力信号が基準電圧Ｖａ以上となる時間が短くなり、コンパレータ３〜６の出力電圧のデューティ比が低下し、積分回路７〜１０の出力電圧の上昇勾配が小さくなり、１ｍｓｅｃ後の電圧が低くなるため、マイコン２が取得する検知値Ｖｍが小さくなる。
【００２５】
すると、マイコン２の判定手段２ａは、検出値Ｖｍをマイコン２内の記憶部２ｂに記憶されている閾値Ｓｏと比較し、検出値Ｖｍが閾値Ｓｏ以下となったときに電極Ａ〜Ｄに操作者の指が接触子したものと判定し、ＯＮ信号を外部出力する。
【００２６】
次に、本発明に係るタッチ式センサ１の具体的な構成を図３〜図５に基づいて以下に説明する。
【００２７】
図３はタッチ式センサの分解斜視図、図４は同タッチ式センサの部分側断面図、図５は同タッチ式センサのケースと操作パネルを取り外した状態の部分平面図であり、本実施の形態に係るタッチ式センサ１は、車両のインストルメントパネルに設置されたヒータコントロール操作装置として使用されるものであって、３つの空間に仕切られた矩形枠状のケース１７の上下面を矩形プレート状の操作パネル１８と回路基板１９で覆って構成されている。
【００２８】
上記操作パネル１８の表面には、エアコンスイッチ、リヤデフォッガスイッチ、デフォッガスイッチ（フロント）をそれぞれ示す「Ａ／Ｃ」、「Ｒ／ＤＥＦ」及び「ＤＥＦ」が表示されている。又、回路基板１９上には検知手段を構成する不図示の素子と３つの回路パターンとして形成された電極２０，２１，２２が配置されている。そして、図５に示すように、各電極２０〜２２（図５には電極２０，２１のみ図示）には、回路基板１９の一部を露出させる矩形切欠き状の開口部２０ａ，２１ａ，２２ａがそれぞれ形成されており、各開口部２０ａ〜２２ａ内にはＬＥＤ１３，１４，１５が配置されている。尚、本実施の形態では、電極２０，２１，２２を回路パターンとして形成したが、回路基板１９上に設置される薄いフィルム状のものとしても良い。
【００２９】
又、回路基板１９の電極２０〜２２が配置された面（上面）とは反対の面（下面）には、図４に示すように回路パターン２３が設けられている。この回路パターン２３には、回路基板１９上に配置された不図示の素子が電気的に接続されるとともに、電極２０〜２２が回路パターン２３の一部として構成されている。
【００３０】
次に、本発明に係るタッチ式センサ１の動作の流れを図６に基づいて以下に説明する。
【００３１】
図６はタッチ式センサの動作の流れを示すフローチャートであり、タッチ式センサ１の動作がスタートすると（ステップＳ１）、初期化が実行され（ステップＳ２）、タイマーが開始される（ステップＳ３）。そして、マイコン２から１ｍｓｅｃ毎に出力信号を発振され（ステップＳ４），マイコン２にて測定電圧が取得される（ステップＳ５）。
【００３２】
上述のようにマイコン２にて測定電圧が取得されると、周波数変更の必要性があるか否かが判定される（ステップＳ６）。この判定において測定電圧が所定の周波数変更閾値（上限値）未満であれば（ステップＳ６での判定結果がＮｏであれば）、ＯＮ（接触）判定がなされる（ステップＳ７）。このＯＮ判定においては、測定電圧がＯＮ判定基準電圧よりも低い場合にはＯＮと判定し（ステップＳ７での判定結果がＹｅｓ）、フィルタリング処理がなされる（ステップＳ８）。このフィルタリング処理においては、データバッファから過去３回分の測定電圧が取得され、この測定電圧とＯＮ判定基準電圧とが比較される。尚、ステップＳ６での判定において、測定電圧が周波数変更閾値（上限値）以上であれば周波数変更の必要があると判定された場合（ステップＳ６での判定結果がＹｅｓである場合）には、発振器の周波数を上げて測定電圧を下げる周波数変更がなされ（ステップＳ１６）、データバッファが初期化される（ステップＳ１２）。又、ステップＳ７での判定において、ＯＮと判定されない場合（ステップＳ７での判定結果がＮｏである場合）には、測定電圧がデータバッファに保存され（ステップＳ１５）、マイコン２が休止される（ステップＳ２３）。
【００３３】
而して、ステップＳ８でのフィルタリング処理において、データバッファから過去３回分の測定電圧が取得され、この測定電圧とＯＮ判定基準電圧とが比較されてＯＮ確定か否かが判定される（ステップＳ９）。この判定においては、過去３回の測定電圧がＯＮ判定基準電圧よりも低い場合にはＯＮ確定と判断され（ステップＳ９での判定結果がＹｅｓとされ）、ＯＮ出力がなされてＯＮ（接触）された電極（Ａ〜Ｄ）に対応するＬＥＤ（１３〜１６）が起動されて発光するとともに、通信がなされる（ステップＳ１０）。そして、その後に周波数変更処理がなされ（ステップＳ１１）、データバッファが初期化され（ステップＳ１２）、マイコン２が休止される（ステップＳ１３）。その後はタイマーによって計測される時間が１０ｍｓｅｃを経過したか否かが判定され（ステップＳ１４）、１０ｍｓｅｃが経過すると（ステップＳ１４での判定結果がＹｓｅであると）、以上の処理が繰り返される。即ち、以上説明した一連の処理が１０ｍｓｅｃ毎に繰り返される。
【００３４】
以上において、本発明に係るタッチ式センサ１においては、図３〜図５に示すように、回路基板１９上に電極２０〜２２を配置したため、該電極２０〜２２と回路との接続が容易となり、回路基板１９の製作と同じ工程で電極２０〜２２を製造することができる。そして、電極２０〜２２に回路基板１９の一部を露出させる開口部２０ａ〜２２ａを設け、回路基板１９上に配置されたＬＥＤ１３〜１５を電極２０〜２２の前記開口部２０ａ〜２２ａ内に配置したため、回路基板１９上の電極２０〜２２と同じ面（上面）にＬＥＤ１３〜１５を配置することができ、電極２０〜２２の接触感度を高く保持したまま、照明構造を簡単に構成することができる。
【００３５】
又、本発明に係るタッチ式センサ１によれば、素子を接続する回路パターン２３を回路基板１９に形成するとともに、電極２０〜２２を回路パターン２３として形成したため、回路パターン２３と同じ工程で電極２０〜２２を製造することができ、電極２０〜２２の材質も回路パターン２３の材質と同じにすることができ、回路パターン２３と電極２０〜２２との接続が容易化して製造コストを大幅に削減することができる。
【００３６】
更に、本発明に係るタッチ式センサ１によれば、電極２０〜２２の接触感度の低下の要因となる回路パターン２３を回路基板１９の電極２０〜２２が配置された面とは反対の面に形成したため、電極２０〜２２に高い接触感度を確保することができるとともに、電極２０〜２２の感度調整を容易に行うことができる。又、電極２０〜２２を配置するスペースを十分確保することができるため、複数の電極２０〜２２を回路基板１９上に配置することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１              タッチ式センサ
２              マイコン
２ａ            マイコンの判定手段
２ｂ            マイコンの記憶部
３〜６          コンパレータ
７〜１０        積分回路
１１            電源部
１３〜１６      ＬＥＤ（発光素子）
１７            ケース
１８            操作パネル
１９            回路基板
２０〜２２      電極
２０ａ〜２２ａ  電極の開口部
２３            回路パターン
Ａ〜Ｄ          電極
【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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