タッチセンサ
【課題】大型化を伴わずにタッチセンサの感度を向上する。
【解決手段】周期的に変化する作動信号を出力する発振器２と、作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有し、人体の接近によって静電容量が変化して出力信号の波形を変化させるアンテナ電極３と、出力信号と予め設定した基準電圧との差に応じた検出信号を出力部８から出力する比較器４と、比較器４の出力部８に接続された積分回路５と、積分回路５から出力された検出値に基づいてアンテナ電極３への人体の接近の有無を判定する判定手段２とを備えたタッチセンサ１において、比較器４のプルアップ電源として、比較器４の出力部８に抵抗Ｒ４を介して発振器２を接続する。
【解決手段】周期的に変化する作動信号を出力する発振器２と、作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有し、人体の接近によって静電容量が変化して出力信号の波形を変化させるアンテナ電極３と、出力信号と予め設定した基準電圧との差に応じた検出信号を出力部８から出力する比較器４と、比較器４の出力部８に接続された積分回路５と、積分回路５から出力された検出値に基づいてアンテナ電極３への人体の接近の有無を判定する判定手段２とを備えたタッチセンサ１において、比較器４のプルアップ電源として、比較器４の出力部８に抵抗Ｒ４を介して発振器２を接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサに関し、特に、車両のスマートエントリーシステムに好適に用いられるタッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両において、運転者が無線装置（電子キー）を携帯して車両に接近あるいは離間すると、ドアのロック又はアンロックが自動的に行われる、いわゆるスマートエントリーシステムを備えたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
このスマートエントリーシステムにおいては、車両のドアハンドル装置内に、人がドアハンドルに接近したことを検出する静電容量式のタッチセンサを設け、人の接近が検出された場合に、ドアのロック又はアンロック処理を実行するように構成したものがある。
【０００４】
このドアハンドル装置は、タッチセンサ、および、無線送信用のアンテナ等が収納可能なように中空状になっているが、そのスペースは、ドアハンドルのデザイン上、限られたものとなっている。タッチセンサの感度を上げるためには、タッチセンサの電極を大きくすることが考えられる。しかしながら、ドアハンドル内の限られた収納スペースでのタッチセンサの電極の大型化には限界があるため、その限界を超えてタッチセンサの感度を向上させることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９５０９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５０７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、大型化を伴わずにタッチセンサの感度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する手段として、本発明のタッチセンサは、周期的に変化する作動信号を出力する発振器と、前記作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有し、人体の接近によって前記静電容量が変化して前記出力信号の波形を変化させるアンテナ電極と、前記出力信号と予め設定した基準電圧との差に応じた検出信号を出力部から出力する比較器と、前記比較器の出力部に接続された積分回路と、前記積分回路から出力された検出値に基づいて前記アンテナ電極への人体の接近の有無を判定する判定手段とを備えたタッチセンサにおいて、前記比較器のプルアップ電源として、前記比較器の出力部に抵抗を介して前記発振器を接続するようにした。
【０００８】
本発明にかかるタッチセンサにおいては、比較器のプルアップ電源として発振器の作動信号を用いているため、比較器に入力される出力信号が高電位、すなわち比較器がオンであり、発振器の作動信号が低電位である状態において、比較器の出力部の電位を低電位とすることができる。したがって、作動信号に対応した検出信号の作動信号より遅延した残余部分を除去した信号を積分回路に入力することができる。つまり、比較器の出力部に作動信号を印加することは、作動信号と検出信号の論理積を取ることに相当する。これにより、人体接近状態における検出値と人体非接近状態における検出値との差を大きくすることができる。したがって、アンテナ電極の大型化による本体の大型化を伴わずに感度を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較器のプルアップ電源として、比較器の出力部に抵抗を介して発振器を接続するようにしているので、アンテナ電極の大型化によるタッチセンサの大型化を伴わずにタッチセンサの感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかるタッチセンサの回路図。
【図２】比較例にかかるタッチセンサの回路図。
【図３】比較例にかかるタッチセンサの各信号と、本発明にかかるタッチセンサの各信号との比較を示す図。
【図４】タッチセンサの人体非接近状態および人体接近状態における出力信号と基準電圧の関係を示す図。
【図５】作動信号と検出信号の関係を示す図。
【図６】比較例にかかるタッチセンサの回路を示す図。
【図７】本発明のかかるタッチセンサの回路を示す図。
【図８ａ】人体がアンテナ電極に接近していない状態での比較例にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図８ｂ】人体がアンテナ電極に接近した状態での比較例にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図８ｃ】人体がアンテナ電極に接触した状態での比較例にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図９ａ】人体がアンテナ電極に接近していない状態での本発明にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図９ｂ】人体がアンテナ電極に接近した状態での本発明にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図９ｃ】人体がアンテナ電極に接触した状態での本発明にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明にかかるタッチセンサ１の回路図を示す。タッチセンサ１は、マイコン２、アンテナ電極３、比較器４、および積分回路５を備えている。
【００１３】
マイコン２は、周期的にオンとオフが変化する方形波からなる作動信号を出力する発振器（図示せず）としての機能を備えている。また、マイコン２は、後述の判定手段（図示せず）を備えている。判定手段（図示せず）は、アンテナ電極３への人体の接近の有無を判定する。
【００１４】
アンテナ電極３は、マイコン２と抵抗Ｒ３を介して接続されている。アンテナ電極３は、マイコン２から入力された作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有している。アンテナ電極３は、人体の接近によって前記静電容量が変化して前記出力信号の波形を変化させる。
【００１５】
比較器４は、２つの入力部６，７、１つの出力部８、およびスイッチ部（図示せず）を備えている。入力部６は、アンテナ電極３と接続され、アンテナ電極３の出力信号が入力される。入力部７は、直流電源電圧Ｖｃｃ（Ｖ）と接地部Ｇとの間に直列に接続された２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の両者を接続する接続点ａと接続されている。出力部８は、積分回路５と接続されている。
【００１６】
比較器４の出力部８は、抵抗Ｒ４を介してマイコン２と抵抗Ｒ３の間の接続点ｂと接続されている。すなわち、比較器４の出力部８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。
【００１７】
比較器４は、アンテナ電極３の出力信号と予め設定した基準電圧の差に応じた検出信号を出力する。すなわち、比較器４は、アンテナ電極３からの出力信号と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の接続点ａの電位（基準電圧）Ｖａとを比較して、アンテナ電極３からの出力信号の電位が低ければスイッチ部（図示せず）をオンして比較器４の出力部８をスイッチ部（図示せず）を介して接地することで出力部８の電圧を０Ｖとし、アンテナ電極３からの出力信号の電位が高ければスイッチ部（図示せず）をオフして比較器４の出力部８の接地を解除（オープン）することで、出力部８にはプルアップ電源であるマイコン２の方形波出力（作動信号）が抵抗Ｒ４を介して出力される。電位Ｖａは、アンテナ電極３の出力信号の最高電位と最低電位の間の電位となるように予め設定されている。
【００１８】
積分回路５は、比較器４の出力部８から入力された検出信号を積分平滑する。積分回路５はマイコン２と接続されている。
【００１９】
マイコン２は、作動信号を出力して１ミリ秒後の積分回路５の出力電圧ｅの値を検出値として取得するようになっている。マイコン２は、記憶手段（図示せず）を備えている。記憶手段（図示せず）には、予め閾値が記憶されている。マイコン２が取得した検出値は、マイコン２内部でディジタル変換された後、アンテナ電極３への人体の接近を判定する判定手段（図示せず）により演算処理され、その判定結果に応じてマイコン２の出力部９から車両の制御手段（図示せず）に信号が出力されるようになっている。
【００２０】
図２は、比較例にかかるタッチセンサ１１の回路図を示す。本発明にかかるタッチセンサ１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００２１】
比較器４の出力部８は、抵抗Ｒ４を介してマイコン２と抵抗Ｒ３の間の接続点ｂと接続されていない。比較器４の出力部８は、抵抗Ｒ４を介して直流電源と接続されている。
【００２２】
次に、本発明にかかるタッチセンサ１の各信号について、比較例にかかるタッチセンサ１１の各信号と比較して説明する。
【００２３】
図３に、比較例にかかるタッチセンサ１１において、マイコン２から出力された作動信号ａを示す。ｘ軸は時間軸（単位：マイクロ秒）であり、ｙ軸は電圧軸（単位：ボルト）である。マイコン２は、周期的にオン電圧とオフ電圧を変化させて方形波の作動信号を形成する。
【００２４】
マイコン２からアンテナ電極３に作動信号ａが入力されると、作動信号ａはアンテナ電極３の静電容量により歪まされる。そして、アンテナ電極３に入力された作動信号ａは、方形波が歪んだ波形、すなわち立ち上がりおよび立ち下がりが遅れたのこぎり波に近い波形の出力信号ｂとなる。出力信号ｂは、アンテナ電極３から出力され、比較器４の入力部６に入力される。一方、比較器４の入力部７には、接続点ａの電位（基準電圧ｃ）Ｖａが常時入力されている。
【００２５】
比較器４では、入力部６に入力されたアンテナ電極３からの出力信号ｂと、入力部７に入力された接続点ａの電位Ｖａとの大小関係を比較する。
【００２６】
アンテナ電極３からの出力信号ｂが接続点ａの電位Ｖａより小さい場合（ｂ＜ｃである場合）、スイッチ部（図示せず）はオンになって比較器４がオフとなるように切り替える。すなわち、スイッチ部（図示せず）は出力部８を接地した状態にする。したがって、出力部８が０Ｖとなり、比較器４は、出力部８に検出信号ｄを出力しない。
【００２７】
アンテナ電極３からの出力信号ｂが接続点ａの電位Ｖａより大きい場合（ｂ＞ｃである場合）、スイッチ部（図示せず）はオフになって比較器４がオンとなるように切り替える。すなわち、スイッチ部（図示せず）は、出力部８の接地を解除した状態にする。これにより、比較器４の出力部８には、プルアップ電源である直流電源の電圧が抵抗Ｒ４を介して検出信号ｄとして出力される。図５に示すように、検出信号ｄもまた、オンとオフが変化する方形波である。そして、比較器４の検出信号ｄがオフからオンとなる時点Ｔ１は、出力信号ｂの立ち上がりの遅れによって出力信号ｂが基準電圧ｃを上回る時点も遅れるため、マイコン２の作動信号ａがオフからオンとなる時点Ｔ０に対して遅れている。また、比較器４の検出信号ｄがオンからオフとなる時点Ｔ３は、出力信号ｂの立ち下がりの遅れによって出力信号ｂが基準電圧ｃを下回る時点も遅れるため、マイコン２の作動信号ａがオンからオフとなる時点Ｔ２に対して遅れている。
【００２８】
タッチセンサ１１のアンテナ電極３に人体が接近すると、アンテナ電極３全体の静電容量（図６のＣＨ）が増加するため、アンテナ電極３の出力信号ｂ’は、図３および図４に示すように、人体非接近状態の出力信号ｂと比較して振幅が小さくなるとともに、立ち上がりおよび立ち下がりも遅れたのこぎり波となる。これにより、出力信号ｂ’の基準電圧Ｖａ以上となる時間が短くなり（Ｘ１＋Ｘ２＞Ｘ１’＋Ｘ２’）、比較器４の出力電圧のデューティ比（オンしている時間の割合）が低下する。
【００２９】
比較例にかかるタッチセンサ１１では、比較器４の出力電圧である検出信号（ｄ，ｄ’）の全てが積分回路５に入力される。そして、時間の増加に伴って積分回路５の出力電圧が上昇する。アンテナ電極３に人体が接近している場合、アンテナ電極３に人体が接近していない場合と比較して、比較器４の出力電圧のデューティ比が低下することにより、積分回路５の出力電圧上昇の傾きは小さくなる。つまり、アンテナ電極３に人体が接近している場合、アンテナ電極３に人体が接近していない場合と比較して、マイコン２が取得する検出値は小さくなる（ｅ＞ｅ’）。
【００３０】
マイコン２は検出値ｅを取得すると、記憶手段（図示せず）に予め記憶された閾値と比較する。検出値ｅが閾値より小さい場合、アンテナ電極３に人体が接近したと判断して、マイコン２の出力部９からの出力を切り替える。
【００３１】
一方、本発明にかかるタッチセンサ１では、比較器４の出力部８が抵抗Ｒ４を介してマイコン２と抵抗Ｒ３の間の接続点ｂと接続されている。すなわち、比較器４のプルアップ電源としてマイコン２の方形波出力（作動信号）を用いているため、比較器４がオンの場合に、常に高電位の検出信号が出力されるとは限らない。具体的には、積分回路５に入力される検出信号は、接続点ｂにおける電圧と、比較器４の状態に応じて次の（i）〜（iii）のように変化する。
【００３２】
（i）比較器４がオフの状態では、出力部８が接地されるため、接続点ｂの電位に関係なく、出力部８が０Ｖとなり、検出信号は、積分回路に入力されない。
【００３３】
（ii）比較器４がオンの状態で、接続点ｂの電位が高い場合、比較器４の出力部８の電位が高電位となり、この高電位の電圧が、検出信号として積分回路に入力される。
【００３４】
（iii）比較器４がオンの状態で、接続点ｂが０Ｖの場合、比較器４の出力部８が０Ｖとなり、検出信号は、積分回路に入力されない。
【００３５】
（i）〜（iii）をまとめると、比較器４がオンの状態で、接続点ｂの電位が高い場合、すなわち、マイコン２の方形波出力（作動信号）がオンの場合のみ、その作動信号の電圧が検出信号として積分回路５に入力され、接続点ｂの電位が０Ｖの場合、すなわち、マイコン２の方形波出力（作動信号）がオフの場合には、検出信号は積分回路５に入力されない。したがって、本発明にかかるタッチセンサ１では、比較器４の出力部８に作動信号を印加することにより、作動信号と論理積を取ることに相当する検出信号を積分回路５に入力することができる。
【００３６】
具体的に見てみると、図３に示すように、本発明にかかるタッチセンサ１における作動信号Ａ、出力信号Ｂ、接続点ａの電位Ｖａ（基準電圧Ｃ）は、比較例のタッチセンサ１１における作動信号ａ、出力信号ｂ、接続点ａの電位Ｖａ（基準電圧ｃ）と同様である。
【００３７】
作動信号Ａ、出力信号Ｂのいずれにおいても、立ち上がりの開始時点は同じである。
【００３８】
そして、上述したように、作動信号Ａに対して出力信号Ｂの立ち上がりは遅れるので、オフからオンへの作動信号Ａの切り替え時点から出力信号Ｂが基準電圧Ｃを上回るのに時間差を生じる。また、作動信号Ａに対して出力信号Ｂの立ち下がりも遅れるので、オンからオフへの作動信号Ａの切り替え時点から出力信号Ｂが基準電圧Ｃを下回るのに時間差を生じる。
【００３９】
ここで、図４に示すように、本発明にかかるタッチセンサ１における作動信号Ａ（接続点ｂの電位）と作動信号Ａに対応する出力信号Ｂ（出力部８の電位）それぞれの１周期分の波形を、オフからオンへの作動信号Ａの切り替え時点と異なる４つの時点で分割して考える。
【００４０】
作動信号Ａのオフからオンへの切り替え時点Ｔ０、出力信号Ｂの電圧が増加して基準電圧Ｃに達する時点をＴ１、作動信号Ａのオンからオフへの切り替え時点Ｔ２、出力信号Ｂの電圧が減少して基準電圧Ｃに達する時点をＴ３、最初の切り替え時点Ｔ０に対して次の作動信号Ａのオフからオンへの切り替え時点をＴ４とする。
【００４１】
Ｔ＝Ｔ０では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、低電位であるので、図５に示すように、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４２】
Ｔ０＜Ｔ＜Ｔ１では、作動信号Ａは高電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４３】
Ｔ＝Ｔ１では、作動信号Ａは高電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４４】
Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２では、作動信号Ａは高電位であり、出力信号Ｂも高電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、高電位であるので、検出信号Ｄは、高電位となる。
【００４５】
Ｔ＝Ｔ２では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは高電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４６】
Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは高電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。図５のハッチング部分の領域では、比較例にかかるタッチセンサ１１の検出信号ｄが高電位であるのに対し、本発明にかかるタッチセンサ１の検出信号Ｄは低電位である。この領域以外では、比較器４と検出信号（ｄ、Ｄ）のオンオフ状態は連動しているが、この領域に限っては比較器４がオンであるにもかかわらず、検出信号Ｄはオフとなっている。
【００４７】
Ｔ＝Ｔ３では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４８】
Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ４では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４９】
本発明にかかるタッチセンサ１では、比較器４のプルアップ電源としてマイコン２の方形波出力（作動信号Ａ）を用いているため、出力信号Ｂが高電位、すなわち比較器４がオンであり、マイコン２の方形波出力が低電位である状態（Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３）において、比較器４の出力部８の電位を低電位とすることができる。したがって、作動信号Ａに対応した検出信号Ｄの作動信号Ａより遅延した残余部分（図５のハッチング部分）を除去した信号、すなわち、作動信号Ａと比較器４のオンオフとの論理積を取ることに相当する検出信号Ｄを積分回路５に入力することができる。なお、比較例にかかるタッチセンサ１１では、比較器４のプルアップ電源として直流電源を用いているため、比較器４がオンの場合には常に比較器４の出力部８の電位は高電位となる。したがって、作動信号ａに対応した検出信号ｄの作動信号ａより遅延した残余部分を除去した信号を得ることはできない。
【００５０】
本発明にかかるタッチセンサ１において、タッチセンサ１１のアンテナ電極３に人体接近状態における前記除去した信号と、人体非接近状態における前記除去した信号とは除去時間の長さが異なる。すなわち、図３に示すように、人体接近状態における検出信号は、人体非接近状態における検出信号と比較して、より長時間にわたってその一部が消去されている。したがって、作動信号を出力して１ミリ秒後の積分回路５の出力電圧の値である検出値に対しては、人体非接近状態の検出値Ｅと人体接近状態の検出値Ｅ’との差を検出値ｅと検出値ｅ’との差よりも大きくすることができる。
【００５１】
次に、本発明にかかるタッチセンサ１の感度について説明する。
【００５２】
本発明のかかるタッチセンサ１の回路では、作動信号（ａ，Ａ）（方形波）を比較器４の出力に印加しているが、作動信号（ａ，Ａ）のオン時の電圧値と比較例のプルアップ電源である直流電源の電圧値とが同じであれば、比較器４の出力部８の出力である検出信号Ｄの振幅および周期は、比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のものと同一となる。したがって、各回路の感度の比較は、検出信号（ｄ，Ｄ）の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）を比べることで行うことができる。
【００５３】
図４に示すように、人体がアンテナ電極３に接近していない場合、Ｔ２−Ｔ１＝Ｘ１，Ｔ３−Ｔ２＝Ｘ２とし、人体がアンテナ電極３に接近した場合、Ｔ２−Ｔ１＝Ｘ１’，Ｔ３−Ｔ２＝Ｘ２’とすると、人体がアンテナ電極３に接近した場合にはアンテナ電極３の静電容量が大きくなり、非接近時に対して出力信号（ｂ，Ｂ）の立ち上がり、立下り時間が遅れるため、Ｘ１＞Ｘ１’，Ｘ２＜Ｘ２’となる。
【００５４】
比較例にかかるタッチセンサ１１の検出信号（ｄ，ｄ’）の波形において、人体非接近状態の幅と人体接近状態の幅との差ｒは、（Ｘ１＋Ｘ２）−（Ｘ１’＋Ｘ２’）である。
【００５５】
本発明のかかるタッチセンサ１の検出信号（Ｄ）の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）Ｒは、Ｘ１−Ｘ１’である。
【００５６】
ｒ−Ｒ＝｛（Ｘ１＋Ｘ２）−（Ｘ１’＋Ｘ２’）｝−（Ｘ１−Ｘ１’）＝Ｘ２−Ｘ２’
Ｘ２−Ｘ２’＜０であるので、ｒ−Ｒ＜０である。ゆえにｒ＜Ｒとなり、本発明のかかるタッチセンサ１の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）の方が比較例にかかるタッチセンサ１１の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）よりも大きい。つまり、本発明のかかるタッチセンサ１の感度の方が比較例にかかるタッチセンサ１１より大きい。
【００５７】
次に、パソコンによるシュミレーションの結果を示す。図６は、比較例にかかるタッチセンサ１１の回路であり、図７は、本発明にかかるタッチセンサ１の回路である。
【００５８】
図６，図７において、Ｖ１，Ｃ２，Ｕ１，Ｄ１，ＣＨ，Ｖccは、以下の各構成と対応する。
Ｖ１：マイコン２
Ｃ２：アンテナ電極３
Ｕ１：比較器４
Ｄ１，Ｃ１：積分回路５
ＣＨ：人体の静電容量
Ｖcc：直流電源
【００５９】
回路の各抵抗値は、Ｒ１＝２００ｋ（Ω），Ｒ２＝３００ｋ（Ω），Ｒ３＝５００ｋ（Ω），Ｒ４＝１０ｋ（Ω）である。回路の各コンデンサの容量は、Ｃ１＝１００００（ｐＦ），ＣＨ＝０〜６（ｐＦ）である。
【００６０】
方形波の設定条件は、方形波の下限電圧：０（Ｖ），方形波の上限電圧：３．３（Ｖ），方形波の開始時間：０（ｍｓ），方形波の立ち上がり時間：０．１（μｓ），方形波の立ち下がり時間：０．１（μｓ），方形波のオン時間：１０（μｓ），方形波の周期：２０（μｓ），方形波の周波数：５０ｋ（Ｈｚ）である。
【００６１】
シュミレーション設定条件は、シュミレーション開始時間：０（ｍｓ），シュミレーション終了時間：０．５（ｍｓ），計算間隔：０．１（μｓ）である。
【００６２】
図８ａは、人体がアンテナ電極３に接近していない状態での比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを０（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶcc＝３．３（Ｖ）とした場合、積分回路５の出力電圧（Ｖout２）は、２．２４８（Ｖ）となる。
【００６３】
図８ｂは、人体がアンテナ電極３に接近した状態での比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを３（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶcc＝３．３（Ｖ）とした場合、積分回路５の出力電圧（Ｖout２）は、２．２１３（Ｖ）となる。
【００６４】
図８ｃは、人体がアンテナ電極３にさらに接近した状態（または接触した状態）での比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを６（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶcc＝３．３（Ｖ）とした場合、積分回路５の出力電圧（Ｖout２）は、２．１２８（Ｖ）となる。
【００６５】
図９ａは、人体がアンテナ電極３に接近していない状態での本発明にかかるタッチセンサ１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを０（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶ１＝３．３（Ｖ）の方形波出力とした場合、積分回路５の出力電圧は、１．９４９（Ｖ）となる。
【００６６】
図９ｂは、人体がアンテナ電極３に接近した状態での本発明にかかるタッチセンサ１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを３（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶ１＝３．３（Ｖ）の方形波出力とした場合、積分回路５の出力電圧は、１．５７５（Ｖ）となる。
【００６７】
図９ｃは、人体がアンテナ電極３にさらに接近した状態（または接触した状態）での本発明にかかるタッチセンサ１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを６（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶ１＝３．３（Ｖ）の方形波出力とした場合、積分回路５の出力電圧は、１．１０６（Ｖ）となる。
【００６８】
以上のシュミレーション結果をまとめると、アンテナ電極３の静電容量ＣＨが０（ｐＦ）から６（ｐＦ）へと容量変化した場合、比較例にかかるタッチセンサ１１の出力電圧の変化が、０．１２（Ｖ）であるのに対して、本発明にかかるタッチセンサ１の出力電圧の変化は、０．８４３（Ｖ）である。したがって、方形波出力をプルアップ電源とする本発明にかかるタッチセンサ１の出力電圧の変化の方が比較例にかかるタッチセンサ１１の出力電圧の変化より大きい。これにより、本発明にかかるタッチセンサ１の方が比較例にかかるタッチセンサ１１よりも前記接近状態における検出値と前記非接近状態における検出値との差を大きくできることが分かる。
【００６９】
本発明によれば、比較器４のプルアップ電源としてマイコン２の方形波出力（作動信号Ａ）を用いているため、比較器４に入力される出力信号Ｂが高電位、すなわち比較器４がオンであり、マイコン２の方形波出力が低電位である状態（Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３）において、比較器４の出力部８の電位を低電位とすることができる。したがって、作動信号Ａに対応した検出信号Ｄの作動信号Ａより遅延した残余部分を除去した信号を積分回路５に入力することができる。つまり、比較器４の出力部８に作動信号Ａを印加することは、作動信号Ａと比較器４のオンオフ（検出信号）との論理積を取ることに相当する。これにより、人体接近状態における検出値Ｅ’と人体非接近状態における検出値Ｅとの差を大きくすることができる。したがって、アンテナ電極３の大型化による本体の大型化を伴わずに感度を向上させることができる。
【００７０】
また、タッチセンサ１の感度が上がることで、より微小な変化が検知可能となり、人体の接近を判定する閾値の設定可能幅が大きくなるため、ノイズの除去が簡単になる。さらに、アンテナ電極３の面積を小さくすることも可能となる。その結果、アンテナの設計の自由度が上がり、より幅広いデザインに対応可能となる。
【００７１】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、マイコン２に内蔵された発振器としての機能を使用する代わりに、タッチセンサ１が装着される装置本体の内部の発振器を使用してもよい。また、抵抗Ｒ４は、２個以上の直列に接続した抵抗からなっていてもよい。さらに、アンテナ電極３に入力する作動信号は、矩形波に限定されず、正弦波であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１，１１ タッチセンサ
２ マイコン（発振器、判定手段）
３ アンテナ電極
４ 比較器
５ 積分回路
６，７ 入力部
８ 出力部
９ 出力部
Ｇ 接地部
Ｒ４ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサに関し、特に、車両のスマートエントリーシステムに好適に用いられるタッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両において、運転者が無線装置（電子キー）を携帯して車両に接近あるいは離間すると、ドアのロック又はアンロックが自動的に行われる、いわゆるスマートエントリーシステムを備えたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
このスマートエントリーシステムにおいては、車両のドアハンドル装置内に、人がドアハンドルに接近したことを検出する静電容量式のタッチセンサを設け、人の接近が検出された場合に、ドアのロック又はアンロック処理を実行するように構成したものがある。
【０００４】
このドアハンドル装置は、タッチセンサ、および、無線送信用のアンテナ等が収納可能なように中空状になっているが、そのスペースは、ドアハンドルのデザイン上、限られたものとなっている。タッチセンサの感度を上げるためには、タッチセンサの電極を大きくすることが考えられる。しかしながら、ドアハンドル内の限られた収納スペースでのタッチセンサの電極の大型化には限界があるため、その限界を超えてタッチセンサの感度を向上させることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９５０９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５０７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、大型化を伴わずにタッチセンサの感度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する手段として、本発明のタッチセンサは、周期的に変化する作動信号を出力する発振器と、前記作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有し、人体の接近によって前記静電容量が変化して前記出力信号の波形を変化させるアンテナ電極と、前記出力信号と予め設定した基準電圧との差に応じた検出信号を出力部から出力する比較器と、前記比較器の出力部に接続された積分回路と、前記積分回路から出力された検出値に基づいて前記アンテナ電極への人体の接近の有無を判定する判定手段とを備えたタッチセンサにおいて、前記比較器のプルアップ電源として、前記比較器の出力部に抵抗を介して前記発振器を接続するようにした。
【０００８】
本発明にかかるタッチセンサにおいては、比較器のプルアップ電源として発振器の作動信号を用いているため、比較器に入力される出力信号が高電位、すなわち比較器がオンであり、発振器の作動信号が低電位である状態において、比較器の出力部の電位を低電位とすることができる。したがって、作動信号に対応した検出信号の作動信号より遅延した残余部分を除去した信号を積分回路に入力することができる。つまり、比較器の出力部に作動信号を印加することは、作動信号と検出信号の論理積を取ることに相当する。これにより、人体接近状態における検出値と人体非接近状態における検出値との差を大きくすることができる。したがって、アンテナ電極の大型化による本体の大型化を伴わずに感度を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較器のプルアップ電源として、比較器の出力部に抵抗を介して発振器を接続するようにしているので、アンテナ電極の大型化によるタッチセンサの大型化を伴わずにタッチセンサの感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかるタッチセンサの回路図。
【図２】比較例にかかるタッチセンサの回路図。
【図３】比較例にかかるタッチセンサの各信号と、本発明にかかるタッチセンサの各信号との比較を示す図。
【図４】タッチセンサの人体非接近状態および人体接近状態における出力信号と基準電圧の関係を示す図。
【図５】作動信号と検出信号の関係を示す図。
【図６】比較例にかかるタッチセンサの回路を示す図。
【図７】本発明のかかるタッチセンサの回路を示す図。
【図８ａ】人体がアンテナ電極に接近していない状態での比較例にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図８ｂ】人体がアンテナ電極に接近した状態での比較例にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図８ｃ】人体がアンテナ電極に接触した状態での比較例にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図９ａ】人体がアンテナ電極に接近していない状態での本発明にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図９ｂ】人体がアンテナ電極に接近した状態での本発明にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【図９ｃ】人体がアンテナ電極に接触した状態での本発明にかかるタッチセンサの回路のシュミレーション波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明にかかるタッチセンサ１の回路図を示す。タッチセンサ１は、マイコン２、アンテナ電極３、比較器４、および積分回路５を備えている。
【００１３】
マイコン２は、周期的にオンとオフが変化する方形波からなる作動信号を出力する発振器（図示せず）としての機能を備えている。また、マイコン２は、後述の判定手段（図示せず）を備えている。判定手段（図示せず）は、アンテナ電極３への人体の接近の有無を判定する。
【００１４】
アンテナ電極３は、マイコン２と抵抗Ｒ３を介して接続されている。アンテナ電極３は、マイコン２から入力された作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有している。アンテナ電極３は、人体の接近によって前記静電容量が変化して前記出力信号の波形を変化させる。
【００１５】
比較器４は、２つの入力部６，７、１つの出力部８、およびスイッチ部（図示せず）を備えている。入力部６は、アンテナ電極３と接続され、アンテナ電極３の出力信号が入力される。入力部７は、直流電源電圧Ｖｃｃ（Ｖ）と接地部Ｇとの間に直列に接続された２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の両者を接続する接続点ａと接続されている。出力部８は、積分回路５と接続されている。
【００１６】
比較器４の出力部８は、抵抗Ｒ４を介してマイコン２と抵抗Ｒ３の間の接続点ｂと接続されている。すなわち、比較器４の出力部８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。
【００１７】
比較器４は、アンテナ電極３の出力信号と予め設定した基準電圧の差に応じた検出信号を出力する。すなわち、比較器４は、アンテナ電極３からの出力信号と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の接続点ａの電位（基準電圧）Ｖａとを比較して、アンテナ電極３からの出力信号の電位が低ければスイッチ部（図示せず）をオンして比較器４の出力部８をスイッチ部（図示せず）を介して接地することで出力部８の電圧を０Ｖとし、アンテナ電極３からの出力信号の電位が高ければスイッチ部（図示せず）をオフして比較器４の出力部８の接地を解除（オープン）することで、出力部８にはプルアップ電源であるマイコン２の方形波出力（作動信号）が抵抗Ｒ４を介して出力される。電位Ｖａは、アンテナ電極３の出力信号の最高電位と最低電位の間の電位となるように予め設定されている。
【００１８】
積分回路５は、比較器４の出力部８から入力された検出信号を積分平滑する。積分回路５はマイコン２と接続されている。
【００１９】
マイコン２は、作動信号を出力して１ミリ秒後の積分回路５の出力電圧ｅの値を検出値として取得するようになっている。マイコン２は、記憶手段（図示せず）を備えている。記憶手段（図示せず）には、予め閾値が記憶されている。マイコン２が取得した検出値は、マイコン２内部でディジタル変換された後、アンテナ電極３への人体の接近を判定する判定手段（図示せず）により演算処理され、その判定結果に応じてマイコン２の出力部９から車両の制御手段（図示せず）に信号が出力されるようになっている。
【００２０】
図２は、比較例にかかるタッチセンサ１１の回路図を示す。本発明にかかるタッチセンサ１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００２１】
比較器４の出力部８は、抵抗Ｒ４を介してマイコン２と抵抗Ｒ３の間の接続点ｂと接続されていない。比較器４の出力部８は、抵抗Ｒ４を介して直流電源と接続されている。
【００２２】
次に、本発明にかかるタッチセンサ１の各信号について、比較例にかかるタッチセンサ１１の各信号と比較して説明する。
【００２３】
図３に、比較例にかかるタッチセンサ１１において、マイコン２から出力された作動信号ａを示す。ｘ軸は時間軸（単位：マイクロ秒）であり、ｙ軸は電圧軸（単位：ボルト）である。マイコン２は、周期的にオン電圧とオフ電圧を変化させて方形波の作動信号を形成する。
【００２４】
マイコン２からアンテナ電極３に作動信号ａが入力されると、作動信号ａはアンテナ電極３の静電容量により歪まされる。そして、アンテナ電極３に入力された作動信号ａは、方形波が歪んだ波形、すなわち立ち上がりおよび立ち下がりが遅れたのこぎり波に近い波形の出力信号ｂとなる。出力信号ｂは、アンテナ電極３から出力され、比較器４の入力部６に入力される。一方、比較器４の入力部７には、接続点ａの電位（基準電圧ｃ）Ｖａが常時入力されている。
【００２５】
比較器４では、入力部６に入力されたアンテナ電極３からの出力信号ｂと、入力部７に入力された接続点ａの電位Ｖａとの大小関係を比較する。
【００２６】
アンテナ電極３からの出力信号ｂが接続点ａの電位Ｖａより小さい場合（ｂ＜ｃである場合）、スイッチ部（図示せず）はオンになって比較器４がオフとなるように切り替える。すなわち、スイッチ部（図示せず）は出力部８を接地した状態にする。したがって、出力部８が０Ｖとなり、比較器４は、出力部８に検出信号ｄを出力しない。
【００２７】
アンテナ電極３からの出力信号ｂが接続点ａの電位Ｖａより大きい場合（ｂ＞ｃである場合）、スイッチ部（図示せず）はオフになって比較器４がオンとなるように切り替える。すなわち、スイッチ部（図示せず）は、出力部８の接地を解除した状態にする。これにより、比較器４の出力部８には、プルアップ電源である直流電源の電圧が抵抗Ｒ４を介して検出信号ｄとして出力される。図５に示すように、検出信号ｄもまた、オンとオフが変化する方形波である。そして、比較器４の検出信号ｄがオフからオンとなる時点Ｔ１は、出力信号ｂの立ち上がりの遅れによって出力信号ｂが基準電圧ｃを上回る時点も遅れるため、マイコン２の作動信号ａがオフからオンとなる時点Ｔ０に対して遅れている。また、比較器４の検出信号ｄがオンからオフとなる時点Ｔ３は、出力信号ｂの立ち下がりの遅れによって出力信号ｂが基準電圧ｃを下回る時点も遅れるため、マイコン２の作動信号ａがオンからオフとなる時点Ｔ２に対して遅れている。
【００２８】
タッチセンサ１１のアンテナ電極３に人体が接近すると、アンテナ電極３全体の静電容量（図６のＣＨ）が増加するため、アンテナ電極３の出力信号ｂ’は、図３および図４に示すように、人体非接近状態の出力信号ｂと比較して振幅が小さくなるとともに、立ち上がりおよび立ち下がりも遅れたのこぎり波となる。これにより、出力信号ｂ’の基準電圧Ｖａ以上となる時間が短くなり（Ｘ１＋Ｘ２＞Ｘ１’＋Ｘ２’）、比較器４の出力電圧のデューティ比（オンしている時間の割合）が低下する。
【００２９】
比較例にかかるタッチセンサ１１では、比較器４の出力電圧である検出信号（ｄ，ｄ’）の全てが積分回路５に入力される。そして、時間の増加に伴って積分回路５の出力電圧が上昇する。アンテナ電極３に人体が接近している場合、アンテナ電極３に人体が接近していない場合と比較して、比較器４の出力電圧のデューティ比が低下することにより、積分回路５の出力電圧上昇の傾きは小さくなる。つまり、アンテナ電極３に人体が接近している場合、アンテナ電極３に人体が接近していない場合と比較して、マイコン２が取得する検出値は小さくなる（ｅ＞ｅ’）。
【００３０】
マイコン２は検出値ｅを取得すると、記憶手段（図示せず）に予め記憶された閾値と比較する。検出値ｅが閾値より小さい場合、アンテナ電極３に人体が接近したと判断して、マイコン２の出力部９からの出力を切り替える。
【００３１】
一方、本発明にかかるタッチセンサ１では、比較器４の出力部８が抵抗Ｒ４を介してマイコン２と抵抗Ｒ３の間の接続点ｂと接続されている。すなわち、比較器４のプルアップ電源としてマイコン２の方形波出力（作動信号）を用いているため、比較器４がオンの場合に、常に高電位の検出信号が出力されるとは限らない。具体的には、積分回路５に入力される検出信号は、接続点ｂにおける電圧と、比較器４の状態に応じて次の（i）〜（iii）のように変化する。
【００３２】
（i）比較器４がオフの状態では、出力部８が接地されるため、接続点ｂの電位に関係なく、出力部８が０Ｖとなり、検出信号は、積分回路に入力されない。
【００３３】
（ii）比較器４がオンの状態で、接続点ｂの電位が高い場合、比較器４の出力部８の電位が高電位となり、この高電位の電圧が、検出信号として積分回路に入力される。
【００３４】
（iii）比較器４がオンの状態で、接続点ｂが０Ｖの場合、比較器４の出力部８が０Ｖとなり、検出信号は、積分回路に入力されない。
【００３５】
（i）〜（iii）をまとめると、比較器４がオンの状態で、接続点ｂの電位が高い場合、すなわち、マイコン２の方形波出力（作動信号）がオンの場合のみ、その作動信号の電圧が検出信号として積分回路５に入力され、接続点ｂの電位が０Ｖの場合、すなわち、マイコン２の方形波出力（作動信号）がオフの場合には、検出信号は積分回路５に入力されない。したがって、本発明にかかるタッチセンサ１では、比較器４の出力部８に作動信号を印加することにより、作動信号と論理積を取ることに相当する検出信号を積分回路５に入力することができる。
【００３６】
具体的に見てみると、図３に示すように、本発明にかかるタッチセンサ１における作動信号Ａ、出力信号Ｂ、接続点ａの電位Ｖａ（基準電圧Ｃ）は、比較例のタッチセンサ１１における作動信号ａ、出力信号ｂ、接続点ａの電位Ｖａ（基準電圧ｃ）と同様である。
【００３７】
作動信号Ａ、出力信号Ｂのいずれにおいても、立ち上がりの開始時点は同じである。
【００３８】
そして、上述したように、作動信号Ａに対して出力信号Ｂの立ち上がりは遅れるので、オフからオンへの作動信号Ａの切り替え時点から出力信号Ｂが基準電圧Ｃを上回るのに時間差を生じる。また、作動信号Ａに対して出力信号Ｂの立ち下がりも遅れるので、オンからオフへの作動信号Ａの切り替え時点から出力信号Ｂが基準電圧Ｃを下回るのに時間差を生じる。
【００３９】
ここで、図４に示すように、本発明にかかるタッチセンサ１における作動信号Ａ（接続点ｂの電位）と作動信号Ａに対応する出力信号Ｂ（出力部８の電位）それぞれの１周期分の波形を、オフからオンへの作動信号Ａの切り替え時点と異なる４つの時点で分割して考える。
【００４０】
作動信号Ａのオフからオンへの切り替え時点Ｔ０、出力信号Ｂの電圧が増加して基準電圧Ｃに達する時点をＴ１、作動信号Ａのオンからオフへの切り替え時点Ｔ２、出力信号Ｂの電圧が減少して基準電圧Ｃに達する時点をＴ３、最初の切り替え時点Ｔ０に対して次の作動信号Ａのオフからオンへの切り替え時点をＴ４とする。
【００４１】
Ｔ＝Ｔ０では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、低電位であるので、図５に示すように、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４２】
Ｔ０＜Ｔ＜Ｔ１では、作動信号Ａは高電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４３】
Ｔ＝Ｔ１では、作動信号Ａは高電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４４】
Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２では、作動信号Ａは高電位であり、出力信号Ｂも高電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、高電位であるので、検出信号Ｄは、高電位となる。
【００４５】
Ｔ＝Ｔ２では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは高電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４６】
Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは高電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂのうち少なくとも一方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。図５のハッチング部分の領域では、比較例にかかるタッチセンサ１１の検出信号ｄが高電位であるのに対し、本発明にかかるタッチセンサ１の検出信号Ｄは低電位である。この領域以外では、比較器４と検出信号（ｄ、Ｄ）のオンオフ状態は連動しているが、この領域に限っては比較器４がオンであるにもかかわらず、検出信号Ｄはオフとなっている。
【００４７】
Ｔ＝Ｔ３では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４８】
Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ４では、作動信号Ａは低電位であり、出力信号Ｂは低電位である。したがって、作動信号Ａ、出力信号Ｂの両方が、低電位であるので、検出信号Ｄは、低電位となる。
【００４９】
本発明にかかるタッチセンサ１では、比較器４のプルアップ電源としてマイコン２の方形波出力（作動信号Ａ）を用いているため、出力信号Ｂが高電位、すなわち比較器４がオンであり、マイコン２の方形波出力が低電位である状態（Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３）において、比較器４の出力部８の電位を低電位とすることができる。したがって、作動信号Ａに対応した検出信号Ｄの作動信号Ａより遅延した残余部分（図５のハッチング部分）を除去した信号、すなわち、作動信号Ａと比較器４のオンオフとの論理積を取ることに相当する検出信号Ｄを積分回路５に入力することができる。なお、比較例にかかるタッチセンサ１１では、比較器４のプルアップ電源として直流電源を用いているため、比較器４がオンの場合には常に比較器４の出力部８の電位は高電位となる。したがって、作動信号ａに対応した検出信号ｄの作動信号ａより遅延した残余部分を除去した信号を得ることはできない。
【００５０】
本発明にかかるタッチセンサ１において、タッチセンサ１１のアンテナ電極３に人体接近状態における前記除去した信号と、人体非接近状態における前記除去した信号とは除去時間の長さが異なる。すなわち、図３に示すように、人体接近状態における検出信号は、人体非接近状態における検出信号と比較して、より長時間にわたってその一部が消去されている。したがって、作動信号を出力して１ミリ秒後の積分回路５の出力電圧の値である検出値に対しては、人体非接近状態の検出値Ｅと人体接近状態の検出値Ｅ’との差を検出値ｅと検出値ｅ’との差よりも大きくすることができる。
【００５１】
次に、本発明にかかるタッチセンサ１の感度について説明する。
【００５２】
本発明のかかるタッチセンサ１の回路では、作動信号（ａ，Ａ）（方形波）を比較器４の出力に印加しているが、作動信号（ａ，Ａ）のオン時の電圧値と比較例のプルアップ電源である直流電源の電圧値とが同じであれば、比較器４の出力部８の出力である検出信号Ｄの振幅および周期は、比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のものと同一となる。したがって、各回路の感度の比較は、検出信号（ｄ，Ｄ）の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）を比べることで行うことができる。
【００５３】
図４に示すように、人体がアンテナ電極３に接近していない場合、Ｔ２−Ｔ１＝Ｘ１，Ｔ３−Ｔ２＝Ｘ２とし、人体がアンテナ電極３に接近した場合、Ｔ２−Ｔ１＝Ｘ１’，Ｔ３−Ｔ２＝Ｘ２’とすると、人体がアンテナ電極３に接近した場合にはアンテナ電極３の静電容量が大きくなり、非接近時に対して出力信号（ｂ，Ｂ）の立ち上がり、立下り時間が遅れるため、Ｘ１＞Ｘ１’，Ｘ２＜Ｘ２’となる。
【００５４】
比較例にかかるタッチセンサ１１の検出信号（ｄ，ｄ’）の波形において、人体非接近状態の幅と人体接近状態の幅との差ｒは、（Ｘ１＋Ｘ２）−（Ｘ１’＋Ｘ２’）である。
【００５５】
本発明のかかるタッチセンサ１の検出信号（Ｄ）の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）Ｒは、Ｘ１−Ｘ１’である。
【００５６】
ｒ−Ｒ＝｛（Ｘ１＋Ｘ２）−（Ｘ１’＋Ｘ２’）｝−（Ｘ１−Ｘ１’）＝Ｘ２−Ｘ２’
Ｘ２−Ｘ２’＜０であるので、ｒ−Ｒ＜０である。ゆえにｒ＜Ｒとなり、本発明のかかるタッチセンサ１の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）の方が比較例にかかるタッチセンサ１１の波形の幅の差（人体非接近状態−人体接近状態）よりも大きい。つまり、本発明のかかるタッチセンサ１の感度の方が比較例にかかるタッチセンサ１１より大きい。
【００５７】
次に、パソコンによるシュミレーションの結果を示す。図６は、比較例にかかるタッチセンサ１１の回路であり、図７は、本発明にかかるタッチセンサ１の回路である。
【００５８】
図６，図７において、Ｖ１，Ｃ２，Ｕ１，Ｄ１，ＣＨ，Ｖccは、以下の各構成と対応する。
Ｖ１：マイコン２
Ｃ２：アンテナ電極３
Ｕ１：比較器４
Ｄ１，Ｃ１：積分回路５
ＣＨ：人体の静電容量
Ｖcc：直流電源
【００５９】
回路の各抵抗値は、Ｒ１＝２００ｋ（Ω），Ｒ２＝３００ｋ（Ω），Ｒ３＝５００ｋ（Ω），Ｒ４＝１０ｋ（Ω）である。回路の各コンデンサの容量は、Ｃ１＝１００００（ｐＦ），ＣＨ＝０〜６（ｐＦ）である。
【００６０】
方形波の設定条件は、方形波の下限電圧：０（Ｖ），方形波の上限電圧：３．３（Ｖ），方形波の開始時間：０（ｍｓ），方形波の立ち上がり時間：０．１（μｓ），方形波の立ち下がり時間：０．１（μｓ），方形波のオン時間：１０（μｓ），方形波の周期：２０（μｓ），方形波の周波数：５０ｋ（Ｈｚ）である。
【００６１】
シュミレーション設定条件は、シュミレーション開始時間：０（ｍｓ），シュミレーション終了時間：０．５（ｍｓ），計算間隔：０．１（μｓ）である。
【００６２】
図８ａは、人体がアンテナ電極３に接近していない状態での比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを０（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶcc＝３．３（Ｖ）とした場合、積分回路５の出力電圧（Ｖout２）は、２．２４８（Ｖ）となる。
【００６３】
図８ｂは、人体がアンテナ電極３に接近した状態での比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを３（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶcc＝３．３（Ｖ）とした場合、積分回路５の出力電圧（Ｖout２）は、２．２１３（Ｖ）となる。
【００６４】
図８ｃは、人体がアンテナ電極３にさらに接近した状態（または接触した状態）での比較例にかかるタッチセンサ１１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを６（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶcc＝３．３（Ｖ）とした場合、積分回路５の出力電圧（Ｖout２）は、２．１２８（Ｖ）となる。
【００６５】
図９ａは、人体がアンテナ電極３に接近していない状態での本発明にかかるタッチセンサ１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを０（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶ１＝３．３（Ｖ）の方形波出力とした場合、積分回路５の出力電圧は、１．９４９（Ｖ）となる。
【００６６】
図９ｂは、人体がアンテナ電極３に接近した状態での本発明にかかるタッチセンサ１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを３（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶ１＝３．３（Ｖ）の方形波出力とした場合、積分回路５の出力電圧は、１．５７５（Ｖ）となる。
【００６７】
図９ｃは、人体がアンテナ電極３にさらに接近した状態（または接触した状態）での本発明にかかるタッチセンサ１の回路のシュミレーション波形である。アンテナ電極３の静電容量ＣＨを６（ｐＦ）、比較器４の出力（Ｖout１）に対するプルアップ電源ＶpuをＶ１＝３．３（Ｖ）の方形波出力とした場合、積分回路５の出力電圧は、１．１０６（Ｖ）となる。
【００６８】
以上のシュミレーション結果をまとめると、アンテナ電極３の静電容量ＣＨが０（ｐＦ）から６（ｐＦ）へと容量変化した場合、比較例にかかるタッチセンサ１１の出力電圧の変化が、０．１２（Ｖ）であるのに対して、本発明にかかるタッチセンサ１の出力電圧の変化は、０．８４３（Ｖ）である。したがって、方形波出力をプルアップ電源とする本発明にかかるタッチセンサ１の出力電圧の変化の方が比較例にかかるタッチセンサ１１の出力電圧の変化より大きい。これにより、本発明にかかるタッチセンサ１の方が比較例にかかるタッチセンサ１１よりも前記接近状態における検出値と前記非接近状態における検出値との差を大きくできることが分かる。
【００６９】
本発明によれば、比較器４のプルアップ電源としてマイコン２の方形波出力（作動信号Ａ）を用いているため、比較器４に入力される出力信号Ｂが高電位、すなわち比較器４がオンであり、マイコン２の方形波出力が低電位である状態（Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３）において、比較器４の出力部８の電位を低電位とすることができる。したがって、作動信号Ａに対応した検出信号Ｄの作動信号Ａより遅延した残余部分を除去した信号を積分回路５に入力することができる。つまり、比較器４の出力部８に作動信号Ａを印加することは、作動信号Ａと比較器４のオンオフ（検出信号）との論理積を取ることに相当する。これにより、人体接近状態における検出値Ｅ’と人体非接近状態における検出値Ｅとの差を大きくすることができる。したがって、アンテナ電極３の大型化による本体の大型化を伴わずに感度を向上させることができる。
【００７０】
また、タッチセンサ１の感度が上がることで、より微小な変化が検知可能となり、人体の接近を判定する閾値の設定可能幅が大きくなるため、ノイズの除去が簡単になる。さらに、アンテナ電極３の面積を小さくすることも可能となる。その結果、アンテナの設計の自由度が上がり、より幅広いデザインに対応可能となる。
【００７１】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、マイコン２に内蔵された発振器としての機能を使用する代わりに、タッチセンサ１が装着される装置本体の内部の発振器を使用してもよい。また、抵抗Ｒ４は、２個以上の直列に接続した抵抗からなっていてもよい。さらに、アンテナ電極３に入力する作動信号は、矩形波に限定されず、正弦波であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１，１１ タッチセンサ
２ マイコン（発振器、判定手段）
３ アンテナ電極
４ 比較器
５ 積分回路
６，７ 入力部
８ 出力部
９ 出力部
Ｇ 接地部
Ｒ４ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に変化する作動信号を出力する発振器と、
前記作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有し、人体の接近によって前記静電容量が変化して前記出力信号の波形を変化させるアンテナ電極と、
前記出力信号と予め設定した基準電圧との差に応じた検出信号を出力部から出力する比較器と、
前記比較器の出力部に接続された積分回路と、
前記積分回路から出力された検出値に基づいて前記アンテナ電極への人体の接近の有無を判定する判定手段とを備えたタッチセンサにおいて、
前記比較器のプルアップ電源として、前記比較器の出力部に抵抗を介して前記発振器を接続したことを特徴とするタッチセンサ。
【請求項１】
周期的に変化する作動信号を出力する発振器と、
前記作動信号を歪ませて出力信号を形成する静電容量を有し、人体の接近によって前記静電容量が変化して前記出力信号の波形を変化させるアンテナ電極と、
前記出力信号と予め設定した基準電圧との差に応じた検出信号を出力部から出力する比較器と、
前記比較器の出力部に接続された積分回路と、
前記積分回路から出力された検出値に基づいて前記アンテナ電極への人体の接近の有無を判定する判定手段とを備えたタッチセンサにおいて、
前記比較器のプルアップ電源として、前記比較器の出力部に抵抗を介して前記発振器を接続したことを特徴とするタッチセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【公開番号】特開２０１２−１１９９０６（Ｐ２０１２−１１９９０６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７３７０（Ｐ２０１０−２６７３７０）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１３８４６２）株式会社ユーシン (241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１３８４６２）株式会社ユーシン (241)
【Ｆターム（参考）】
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