УСТРОЙСТВО ДАТЧИКА КАСАНИЯ И ПРОГРАММА ДАТЧИКА КАСАНИЯ
TOUCH SENSOR DEVICE AND TOUCH SENSOR DEVICE PROGRAM

Область техники
Данное изобретение относится к устройству датчика касания и к программе датчика касания, в частности, находящим полезное применение в автомобильном устройстве датчика касания.
Уровень техники
Устройство датчика касания находит универсальное применение в различных отраслях промышленности в качестве устройства ввода, являющегося интерфейсом различного рода приборов. Достоинство такого устройства датчика касания состоит в том, что оператор может управлять прибором, всего лишь касаясь произвольного электрода обнаружения (сенсорного переключателя) на датчике касания и в этом отношении может легко выполнять заданное действие. С другой стороны, прибор работает, даже когда оператор касается электрода обнаружения непреднамеренно. Таким образом, в устройстве датчика касания имеется проблема, состоящая в том, что они имеют склонность к возникновению неправильных срабатываний. Так называемое действие наощупь или вслепую, например, для определения местоположения электрода обнаружения также вызывает непреднамеренное срабатывание. Такое действие вслепую становится ощутимой проблемой, особенно при работе с автомобильным прибором во время управления автомобилем.
При данных обстоятельствах с помощью традиционных технологий предлагаются следующие меры: период, в течение которого выходное напряжение от датчика касания равно или больше заданного порогового значения, - состояние, которое предполагается означающим прикосновение к электроду обнаружения или контакт с ним, - отсчитывается с помощью таймера, а когда этот период является заданным периодом времени или дольше его, осуществляется установление включения (см. Патентный документ 1). Альтернативно в форме электрода обнаружения создаются неровности, облегчающие работу вслепую (см. Патентный документ 2).
[Патентный документ 1]
JP-A-08-005659
[Патентный документ 2]
JP-A-2005-078104
Описание изобретения
Проблемы, решаемые с помощью изобретения
Если предпринимается попытка улучшить характеристику предотвращения неправильного срабатывания путем отсчета с помощью таймера, остается проблема с задержкой во времени отклика прибора. Боле того, в случае медленной работы наощупь на электроде обнаружения, имеющем большую контактную площадь, или при контактной операции, такой как ошибка, легко достигается пороговое значение или большее для установления включения, приводящее к неправильному срабатыванию. С другой стороны, если форме электрода обнаружения придать неровности, работа наощупь на неправильной поверхности требуемого электрода обнаружения аналогичным образом приводит к неправильному срабатыванию, если только действие не выполняется под прижимающей силой некоторой или меньшей величины. Таким образом, оператору необходимо привыкнуть к действию. Это является проблемой практической применимости.
Данное изобретение было реализовано в свете описанных выше традиционных технологий. Цель данного изобретения состоит в создании устройства датчика касания и программы датчика касания, которые могут снизить неправильное срабатывание и позволят даже действие наощупь с целью установления включения, достоверно соответствующего действию.
Средства решения проблем
Первым вариантом данного изобретения, предназначенным для достижения вышеупомянутой цели, является устройство датчика касания, содержащее:
датчик касания для преобразования наличия или отсутствия действия в величину напряжения и отправки сигнала выходного напряжения, представляющего величину напряжения;
средство для определения наличия/отсутствия действия, которое, когда сигнал выходного напряжения имеет величину, равную или больше, чем заданное пороговое значение, определяет, что датчик касания находится в состоянии срабатывания;
средство определения стабильности для обнаружения, ограничен ли дифференциальный сигнал, представляющий дифференциальную величину, полученную путем дифференцирования сигнала выходного напряжения, в заданном диапазоне или нет; и
средство таймера подсчета, которое обнаруживает период, в течение которого дифференциальный сигнал ограничен в заданном диапазоне исходя из того, что сигнал выходного напряжения имеет величину, равную или больше, чем пороговое значение, и когда период становится заданным периодом времени или дольше, отправляет сигнал установления включения и позволяет внешнему устройству работать.
В соответствии с данным вариантом установление включения осуществляется, когда обнаружено, что дифференциальный сигнал, основанный на сигнале выходного напряжения, ограничен в заданном диапазоне в течение времени, равного или большего, чем установленное время, которое было установлено заранее, исходя из того, что сигнал выходного напряжения имеет величину, равную или больше, чем заданное пороговое значение. Таким образом, неправильные срабатывания устройства датчика касания могут быть существенно сокращены.
Вторым вариантом данного изобретения является устройство датчика касания в соответствии с первым вариантом, в котором
устанавливаются два из пороговых значений, имеющих отношение первое из пороговых значений > второго из пороговых значений, и
средство для определения наличия/отсутствия действия сконфигурировано определять, что состояние срабатывания достигается, когда величина сигнала выходного напряжения увеличивается до первого порогового значения или больше, и определять, что состояние срабатывания отпускается, когда величина сигнала выходного напряжения снижается меньше, чем второе пороговое значение.
В соответствии с описанным выше вариантом два различных пороговых значения, т.е. первое и второе пороговые значения, устанавливаются такими, что условия определения состояния срабатывания датчика касания во время увеличения сигнала выходного напряжения являются жесткими, а условия определения состояния срабатывания датчика касания во время уменьшения сигнала выходного напряжения являются мягкими. Таким образом, может быть эффективно предотвращено колебание, приписываемое сигналу выходного напряжения, отклоняющегося по обеим сторонам от первого порогового значения, и для предотвращения неправильного срабатывания может быть сформирован наиболее подходящий сигнал установления включения.
Третьим вариантом осуществления данного изобретения является устройство датчика касания в соответствии с первым или вторым вариантом осуществления, в котором
заданный диапазон в средстве определения стабильности является регулируемым в соответствии с величиной изменения сигнала выходного напряжения.
В соответствии с описанным выше вариантом регулировка заданного диапазона может быть осуществлена с учетом различий в площади контакта при действии с датчиком касания. Таким образом, может быть установлен оптимальный заданный диапазон, соответствующий площади контакта, и соответствующим образом может быть выполнено точное установление включения. Это связано с тем, что изменение площади контакта может привести к значительному изменению сигнала выходного напряжения или его варьированию.
Четвертым вариантом данного изобретения является устройство датчика касания в соответствии с любым из вариантов с первого по третий, в котором
датчик касания представляет собой датчик касания на электростатической емкости.
В соответствии с описанным выше вариантом даже когда сигнал выходного напряжения значительно различается между действием с датчиком касания голой рукой и действием с датчиком касания, например, рукой в перчатке, вышеупомянутые характерные значительные меры настоящего изобретения могут эффективно предотвратить неправильное срабатывание.
Пятым вариантом данного изобретения является устройство датчика касания в соответствии с любым из вариантов с первого по четвертый, в котором
сигнал установления включения приводит в действие автомобильное устройство.
В соответствии с этим вариантом устройство датчика касания сконфигурировано быть автомобильным устройством датчика касания, имеющего высокую вероятность работы вслепую. Таким образом, вышеупомянутые отличительные эффекты данного изобретения могут заметно проявиться.
Шестым вариантом данного изобретения является программа для устройства датчика касания, которая выполняет в компьютере следующие функции:
функцию определения, что датчик касания находится в состоянии срабатывания, когда сигнал выходного напряжения, представляющего наличие или отсутствие действия на датчике касания, имеет величину, равную или больше, чем заданное пороговое значение;
функцию обнаружения, ограничен ли дифференциальный сигнал, представляющий дифференциальную величину, полученную дифференцированием сигнала выходного напряжения, в пределах заданного диапазона или нет; и
функцию обнаружения периода, в течение которого дифференциальный сигнал ограничен в пределах заданного диапазона, исходя из того, что сигнал выходного напряжения имеет величину, равную или больше, чем пороговое значение, и когда период становится заданным периодом времени или больше, отправки сигнала установления включения и разрешения внешнему устройству работать.
В соответствии с данным вариантом вышеупомянутые отличительные эффекты данного изобретения могут быть достигнуты с помощью компьютерной программы.
Результаты изобретения
В соответствии с данным изобретением установление включения осуществляется, когда обнаруживается, что дифференциальный сигнал, представляющий дифференциальную величину сигнала выходного напряжения, представляющего выходное напряжение датчика касания, ограничен в пределах заданного диапазона в течение времени, равного или большего установленного времени, которое установлено заранее, исходя из того, что сигнал выходного напряжения имеет величину, равную или больше заданного порогового значения. Установление включения не осуществляется просто ввиду того, что сигнал выходного напряжения становится равным или большим порогового значения для установления включения. Таким образом, число неправильных срабатываний устройства датчика касания может быть значительно сокращено. В частности, когда оператор нащупывает поверхность электрода обнаружения датчика касания, сигнал выходного напряжения изменяется во времени, и дифференциальный сигнал выходит из заданного диапазона. В результате установление включения не осуществляется. Поэтому может быть выполнено достоверное установление включения, отражающее намерение оператора.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, на которой показано устройство датчика касания в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг.2(a)-2(g) - временные диаграммы сигналов, на которых показаны формы сигналов в соответствующих участках устройства датчика касания, изображенного на Фиг.1.
Фиг.3 - блок-схема, на которой показана процедура обработки сигнала в устройстве датчика касания, изображенного на Фиг.1.
Описание числовых обозначений
1 Датчик касания
2 Блок определения наличия/отсутствия действия
3 Дифференциальная схема
4 Таймер подсчета
5 Блок определения стабильности
6 Блок установления включения
7 Внешнее устройство
S1 Сигнал выходного напряжения
S3 Дифференциальный сигнал
S5 Сигнал установления включения
Лучший вариант осуществления изобретения
Вариант осуществления данного изобретения будет подробно описан на основе прилагаемых чертежей.
На Фиг.1 показана блок-схема, изображающая устройство датчика касания в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. На Фиг.2(a)-2(g) показаны временные диаграммы сигналов, на которых изображены формы сигналов в соответствующих участках данного устройства датчика касания. Как показано на Фиг.1, в данном варианте осуществления имеется датчик касания 1 из типа электростатической емкости, у которого имеются электрод обнаружения 1А и выходной блок преобразования 1В, с которым оператор осуществляет пальцевый контакт для заданного действия. При этом электрод обнаружения 1А выдает изменение электростатической емкости, вызванное контактом с пальцем оператора, на выходной блок преобразования 1В. Выходной блок преобразования 1В преобразует изменение электростатической емкости в величину напряжения и посылает сигнал выходного напряжения S1, представляющий эту величину напряжения, в блок определения наличия/отсутствия действия 2 и дифференциальную схему 3.
Пример сигнала выходного напряжения S1 в данном случае показан на Фиг.2(а). Из двух сигналов выходного напряжения S1, показанных на данном чертеже, форма сигнала, изображенная сплошной линией, представляет сигнал при действии голой рукой, а форма сигнала, изображенная пунктирной линией, представляет сигнал при действии рукой в перчатке (в связи с этим ниже будут представлены подробные описания).
Блок определения наличия/отсутствия действия 2 сравнивает сигнал выходного напряжения S1 с заданными пороговыми значениями Vth-on, Vth-off для обнаружения, что сигнал выходного напряжения S1 при увеличении стал заданным пороговым значением Vth-on или больше, а также обнаружения, что сигнал выходного напряжения S1 при уменьшении стал меньше заданного порогового значения Vth-off, и посылает представляющий эти факты выходной сигнал S2 таймеру подсчета 4. При этом значения устанавливаются такими, что Vth-on больше Vth-off. Таким образом, как показано на Фиг.2(b), выходной сигнал S2 становится импульсным сигналом, который возрастает в то время, когда S1 достигает порогового значения Vth-on, и спадает в то время, когда S1 становится меньше порогового значения Vth-off. В данном варианте осуществления устанавливаются два пороговых значения - пороговое значение Vth-on и пороговое значение Vth-off, но такая установка не является обязательной. Тем не менее, установка двух пороговых значений Vth-on и Vth-off в данном варианте осуществления может предотвратить колебание, приписываемое флуктуации сигнала выходного напряжения S1 вокруг порогового значения Vth-on.
Дифференциальная схема 3 дифференцирует сигнал выходного напряжения S1 и отправляет дифференциальный сигнал S3, представляющий дифференциальную величину, полученную дифференцированием. Пример дифференциального сигнала S3 в данном случае показан на Фиг.2(b).
Блок определения стабильности 5 обнаруживает, ограничено ли изменение в дифференциальном сигнале S3 в пределах заданного диапазона. Когда это изменение ограничено в пределах заданного диапазона, блок определения стабильности 5 определяет, что оператор осуществляет контакт с электродом обнаружения 1А с намерением выполнить действие и посылает представляющий этот факт выходной сигнал S4 таймеру подсчета 4. Более подробно: блок определения стабильности 5 предназначен для установления двух пороговых значений UL-Dsv и LL-Dsv на различных уровнях (UL-Dsv>LL-Dsv) и отправки выходного сигнала S4, который является импульсным сигналом, входящим в состояние «Н», когда UL-Dsv≥S3≥LL-Dsv. Это может быть легко реализовано с помощью функции двухпорогового компаратора с пороговыми значениями UL-Dsv и LL-Dsv.
Когда обнаружено, что дифференциальный сигнал S3 ограничен в пределах заданного диапазона в течение периода, равного или большего заданного периода времени Т, исходя из того, что сигнал выходного напряжения S1 при увеличении является пороговым значением Vth-on или больше, либо сигнал выходного напряжения S1 при уменьшении является пороговым значением Vth-off или больше, то есть выходной сигнал S2 находится в состоянии «Н», таймер подсчета 4 посылает сигнал установления включения S5, представляющий эти факты. При этом таймер 4 подсчета может быть реализован, например, с помощью следующих особенностей: а именно период, в течение которого выходной сигнал S4 находится в состоянии «Н», отсчитывается с помощью таймера, который может подсчитывать при условии, что выходной сигнал S2 находится в состоянии «Н». В то время когда значение его счета достигает заданного значения счета, посылается сигнал установления включения S5, как показано на Фиг.2(е).
Блок установления включения 6 оценивает намерение оператора выполнить операцию включения с помощью сигнала установления включения S5 и посылает возбуждающий сигнал S6 для приведения в действие заданного внешнего устройства 7. Внешнее устройство 7 приводится в действие этим возбуждающим сигналом S6.
В соответствии с данным изобретением, как описано выше, установление включения осуществляется, когда обнаружено, что дифференциальный сигнал S3, который представляет дифференциальную величину сигнала выходного напряжения S1, ограничен в пределах заданного диапазона (UL-Dsv≥S3≥LL-Dsv) в течение определенного времени или дольше, исходя из того, что сигнал выходного напряжения S1 при увеличении является пороговым значением Vth-on или больше, либо сигнал выходного напряжения S1 при уменьшении является пороговым значением Vth-off или больше. При этом, как показано пунктирной линией на Фиг.2(а), величина сигнала выходного напряжения S1 меньше, когда датчиком касания 1 оперируют рукой в перчатке, чем когда датчиком касания 1 оперируют голой рукой. Такое явление вызывает заметные проблемы при использовании датчика касания 1 типа электростатической емкости, претерпевающей значительные воздействия ввиду различий в диэлектрической постоянной в соответствующих случаях. Это связано с тем, что при попытке обнаружения действия при надетой перчатке пороговое значение должно быть предоставлено низким, но при этом такое предоставление порогового значения низким может привести к чрезмерной чувствительности обнаружения при выполнении действий голой рукой и легко вызвать неправильное срабатывание. В связи с этим, в соответствии с вариантом осуществления, установление включения не осуществляется просто, когда величина сигнала выходного напряжения S1 становится пороговым значением Vth-on или больше для установления включения. Таким образом, пороговое значение Vth-on возможно установить на низкой величине в соответствии с действием, использующим руку в перчатке. Несмотря на это, при наличии порогового значения Vth-on, установленного на такой низкой величине, действие голой рукой не вызовет неправильного срабатывания. То есть в данном варианте осуществления можно достичь предотвращения неправильного срабатывания, удовлетворительно приспосабливаемого как к действию голой рукой, так и к действию рукой в перчатке.
Кроме того, чувствительность датчика касания 1 устанавливается высокой, то есть пороговое значение Vth-on устанавливается на низкой величине. Таким образом, даже когда сигнал выходного напряжения S1 становится пороговым значением Vth-on или больше, перед тем как кончик пальца оператора коснется электрода обнаружения 1А, положение кончика пальца нестабильно, пока палец оператора перемещается в пространстве. В связи с этим, в таком состоянии дифференциальный сигнал S3 не ограничен в заданном диапазоне. Только в состоянии, когда кончик пальца соприкасается с электродом обнаружения 1А и его положение стабилизировалось, может быть выполнено установление включения. Следовательно, неправильное срабатывание может быть достоверно предотвращено соответствующим образом.
Фиг.2(а)-2(е), на которых основаны приведенные выше пояснения, представляют собой временные диаграммы сигналов, полученные в обычном режиме работы, а именно в режиме, в котором оператор оперировал электродом обнаружения 1А с намерением оказать воздействие. В то же время, Фиг.2(f) и 2(g) представляют собой временные диаграммы сигналов, на которых показаны сигнал выходного напряжения S1, полученный, когда оператор случайно прикасается к электроду обнаружения 1А без намерения оказать воздействие, как при состоянии вслепую (Фиг.2(f)), и дифференциальный сигнал напряжения S3, основанный на этом сигнале выходного напряжения S1 (Фиг.2(g)). Как показано на обоих чертежах, в данном случае сигнал выходного напряжения S1 существенно изменяется во времени, в результате чего его дифференциальный сигнал S3 изменяется в широком диапазоне за пределами заданного диапазона (UL-Dsv≥S3≥LL-Dsv). В результате таймер 4 подсчета не осуществляет счет, так что сигнал установления включения S5 не посылается.
Фиг.3 представляет собой блок-схему, на которой показана процедура обработки сигнала в устройстве датчика касания в соответствии с данным вариантом осуществления. В такую систему обработки сигналов, показанную на чертеже, вводится сигнал выходного напряжения S1 (см. Шаг ST1), отправленный датчиком касания 1 (см. Фиг.1).
Затем определяется, если сигнал выходного напряжения S1 ≥ порогового значения Vth-on или нет (см. Шаг ST2), и также определяется, если сигнал выходного напряжения S1 ≥ порогового значения Vth-off или нет (см. Шаг ST3). Одновременно выполняется дифференцирование сигнала выходного напряжения S1 (см. Шаг ST4).
Если определение на шаге ST2 показывает, что сигнал выходного напряжения S1 ≥ порогового значения Vth-on, таймер подсчета 4 (см. Фиг.1) переводится в дежурный режим. С другой стороны, если сигнал выходного напряжения S1 < порогового значения Vth-on, программа возвращается в начало, и обработки на шагах ST2-ST4 повторяются.
Затем, после получения результатов дифференцирования сигнала выходного напряжения S1 (см. Шаг ST4), определяется, ограничен ли дифференциальный сигнал S3 в пределах заданного диапазона, то есть что пороговое значение LL-Dsv ≤ S3 ≤ порогового значения UL-Dsv или нет (см. Шаг ST5).
Затем, на основе результатов определения на шаге ST5 и при условии, что таймер подсчета 4 находится в дежурном режиме, отсчитывается период, в течение которого пороговое значение LL-Dsv ≤ S3 ≤ порогового значения UL-Dsv (см. Шаг ST6). То есть таймер подсчета 4 отсчитывает период t, в течение которого пороговое значение LL-Dsv ≤ S3 ≤ порогового значения UL-Dsv только в состоянии дежурного режима, в котором возможен отсчет.
Затем определяется, является ли отсчитанный период t равным или большим установленного периода Т, который был установлен заранее (см. Шаг ST7). Если в результате обработки на шаге ST7 обнаруживается, что t≥Т, осуществляется установление включения (см. Шаг ST8) для приведения в действие заданного внешнего устройства 7 (см. Фиг.1). Если t<Т, программа возвращается в начало, повторяя обработки на шагах ST2-ST4.
Если обработка на шаге ST3 определила, что сигнал выходного напряжения S1 ≥ порогового значения Vth-off, программа возвращается в начало и повторяет обработки на шагах ST2-ST4. С другой стороны, если обработка на шаге ST3 определила, что сигнал выходного напряжения S1 < порогового значения Vth-off, таймер подсчета 4 сбрасывается (см. Шаг ST6).
В том случае если обработка на шаге ST5 обнаружила, что дифференциальный сигнал S3 < порогового значения LL-Dsv либо дифференциальный сигнал S3 > порогового значения UL-Dsv, таймер подсчета 4 аналогичным образом сбрасывается (см. Шаг ST9). Затем программа возвращается в начало, повторяя обработки на шагах ST2-ST4.
Пороговые значения UL-Dsv и LL-Dsv, установленные в блоке определения стабильности 5 описанного выше варианта осуществления, принимаются как фиксированные значения, но могут быть предназначены быть регулируемыми в соответствии с величиной изменения сигнала выходного напряжения S1. В таком случае возможно установить оптимальный заданный диапазон (UL-Dsv≥S3≥LL-Dsv) с учетом различий в площади контакта при действиях с датчиком касания 1. В данном случае, когда площадь контакта между пальцем и электродом обнаружения 1А возрастает, как в случае прикосновения к электроду обнаружения 1А (см. Фиг.1) наиболее толстой частью пальца, сигнал выходного напряжения S1 и его отклонения также значительно изменяются пропорционально возрастанию. Ввиду этого, если вышеупомянутый заданный диапазон (UL-Dsv≥S3≥LL-Dsv) является фиксированным, может возникнуть ситуация, в которой установление включения не осуществляется несмотря на контакт с электродом обнаружения 1А, и обнаруживается ошибочный исход.
Далее, датчик касания 1 в вышеупомянутом варианте осуществления описан как датчик типа электростатической емкости, но ограничиваться этим необязательно. На его тип нет никаких особых ограничений, поскольку это датчик касания для передачи намерения оператора через переключатель, например, нажимного или пьезоэлектрического типа. Тем не менее, как отмечалось выше, с датчиком касания типа электростатической емкости могут быть продемонстрированы исключительные действия и эффекты.
Функции устройства датчика касания в соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления могут быть реализованы в виде программы для выполнения их в компьютере.
Промышленная применимость
Данное изобретение может применяться в сенсорном переключателе, используемом в различных отраслях промышленности, и может использоваться в тех отраслях промышленности, в которых осуществляется производство и продажа устройств, использующих сенсорные переключатели.