容量検出装置及び方法
【課題】人体の接触による電極の静電容量の変化を検出する容量検出装置において、判定速度の向上を可能とする。
【解決手段】ｎ個（ｎは2以上の整数）の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択し、ｍ個の電極につながる容量に対して平行に、所定の期間放電を行った後、充電を行う。充電期間中、ｍ個の電極それぞれの電位と基準電位とを比較し、ｍ個の電極に対する比較結果に応じて、ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する。
【解決手段】ｎ個（ｎは2以上の整数）の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択し、ｍ個の電極につながる容量に対して平行に、所定の期間放電を行った後、充電を行う。充電期間中、ｍ個の電極それぞれの電位と基準電位とを比較し、ｍ個の電極に対する比較結果に応じて、ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量検出装置及び方法に関し、特に人体の接触による容量の変化を検出するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電極などの静電容量の変化に基づいて、人体の接触を検出するタッチセンサが広く普及しつつある。例えば、携帯電話やデジタル音楽プレーヤ、ポータブル電子機器などである。これらの装置においては、バッテリー駆動が必要となるため、低消費電力化が求められる。一方、静電容量の変化の検出には、一般に、容量への充電・放電の動作が伴うため、計測に一定の時間を要し、電力消費につながる。よって、これらの装置においては、タッチセンサにおける容量検出に要する時間を極力短くする必要がある。
【０００３】
非特許文献１には、スイッチドキャパシタを用いた静電容量の検出方法が記載されている。図１４は非特許文献１が開示している検出回路である。図において、Cmod、Cinternalは検出回路内部に設けられた静電容量、Cxが測定対象の静電容量であり、人体（指）がセンサ上にある場合はこのＣｘの値は増えるようになっている。この回路の動作は次の通りである。まず、スイッチφ１、スイッチφ２のオン／オフが交互に行われる。すなわち、静電容量Cxがスイッチドキャパシタとして動作する。このときのCxの抵抗値はR＝１／（Ｆｓ・Ｃｘ）と等価である（Ｆｓ：φ１、φ２のスイッチング周波数）。人体（指）がセンサ上にある場合は、Ｃｘの値が増えるため、抵抗値Ｒは下がる。よって、指がセンサ上にない場合のＶｒｅｆ（予め定められた電圧値）までのチャージ時間と、指がセンサ上にある場合のＶｒｅｆまでのチャージ時間は違ってくることになる。Ｖｒｅｆまでにチャージされる時間をタイマで計測することにより、指がセンサ上にあるかどうかが検出可能となる。
【非特許文献１】Ｃｙｐｒｅｓｓ‘ｓ ＣａｐＳｅｎｓｅ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（Ｃｙｐｒｅｓｓ社）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タッチセンサが広く採用されている携帯電話、デジタル音楽プレーヤ、ポータブル電子機器などでは、ユーザインターフェースとして多数のスイッチ（ボタン）が必要であり、これらにタッチセンサが設けられる。
非特許文献１が開示しているセンサをこれら多数のスイッチ機器に採用する場合、スイッチの数に応じた容量の測定、ｎチャネルのスイッチがあればｎ回の測定が必要になってしまう。これは、各静電容量（Cx、Cmod、Cinternal）への放電、充電がｎ回行われることであり、装置の消費電力化を阻害する要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る容量検出装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の電極と、ｎ個の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択する選択部と、ｍ個の電極に接続され、それぞれの電極につながる容量への充電・放電を並列して行うように制御する充放電制御部と、ｍ個の電極に接続され、充放電制御部によるそれぞれの電極の充電中の電位と基準電位とを比較し、比較結果信号を出力する比較部と、比較部に接続され、ｍ個の電極に対する比較結果信号に応じて、ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する判定部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、人体の接触による電極の静電容量の変化を検出する容量検出装置において、判定速度の向上と、判定速度向上に伴う装置の消費電力化に有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［第1の実施形態］
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の概念を説明するための全体図である。２ａ、２ｂ〜２ｎはｎチャネルの電極、１ａ、１ｂ〜１ｎは人体（指）が電極に接触した場合に変化する静電容量、セレクタ３、充放電制御部４ａ、４ｂ、比較部５、判定部６で構成される。
【０００９】
図２は、静電容量検出装置の詳細図である。セレクタ３は、ｎチャネルの入力から２チャネルを選択するための値が格納されるチャネル選択レジスタ７を更に備えている。充放電制御部４ａ、４ｂはそれぞれ、セレクタ３を介して接続される静電容量２ａ〜２ｎに対して、電源電位または接地電位に接続することで充電、放電を行うスイッチ８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂと、抵抗素子９ａ、９ｂを備える。比較部５は、セレクタ３を介して接続される静電容量２ａ〜２ｎの電位を、基準電位と比較するための比較器１１、１２を備える。判定部６は、比較器１１、１２それぞれの出力値の変化点をトリガとして、充電開始から変化点までをカウントするカウンタ１７、２つのカウント値を保存するためのバッファ（記憶部）１８、１９、２つのカウント値に基づいて、セレクタ３を介して接続された２つの静電容量の容量値の違いを判定する結果判定部２０と、比較器１１、１２の出力値を安定させるためのフィルタ１５、１６を備える。
【００１０】
次に、図３と図４を用いて、第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作を説明する。まず、セレクタ３によってｎチャネルの入力から２チャネルを選択する（Ｓ１）。２チャネルの選択方法としては、様々な方法が考えられるが、ここでは、１番目と2番目、３番目と4番目という様に、端のチャネルから重複しないように２チャネルを選択する方法で説明する。よって、チャネル選択レジスタ７には、チャネル２ａ、２ｂを選択するための値が設定され、セレクタ３によりチャネル２ａと２ｂが選択される。選択の結果、セレクタ３を介して、チャネル２ａは充放電制御部４ａに、チャネル２ｂは充放電制御部４ｂに接続される。
【００１１】
次に、時刻ｔ１において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ１０ａ、１０ｂをＯＮにする（Ｓ２）。これにより、チャネル２ａ、２ｂは接地電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量１ａ、１ｂの電荷がディスチャージされる。ディスチャージ後、時刻ｔ２において、ＳＷ１０ａ、１０ｂをＯＦＦにする（Ｓ３）。
【００１２】
次に、時刻ｔ３において、充電制御部４ａ、４ｂのスイッチ８ａ、８ｂと、判定部６のスイッチ１３、１４をＯＮにするとともに、カウンタ１７のカウント動作を開始する（Ｓ４）。スイッチ８ａ、８ｂのＯＮにより、チャネル２ａ、２ｂは抵抗９ａ、９ｂを介して電源電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量１ａ、１ｂへのチャージが開始される。チャネル２ａ、２ｂの電位は、時定数に基づいて変化する。
【００１３】
比較器１１、１２は、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量１ａ、１ｂへのチャージ中、チャネル２ａ、２ｂの電位と、基準電位とを比較し、基準電位より低い場合はＬｏを、高い場合はＨｉを出力する。なお、基準電位は予め設定しておくものであり、詳細は後述する。チャネルに人体（指）が触れていると、触れていない場合と比較して、チャネルに接続している静電容量が増加する。従って、人体が触れていない場合と比べてチャージによるチャネルの電位上昇は緩やかなものとなる。図４は、チャネル２ａに人体が触れている場合を示しており、比較器１１に接続されているチャネル２ａの電位変化が、比較器１２に接続されているチャネル２ｂの電位変化より緩やかなものとなっている。比較器１１は、チャネル２ａの電位が基準電位を超えた時刻ｔ５において、その出力がＬｏからＨｉになる。比較器１２は、チャネル２ｂの電位が基準電位を超えた時刻ｔ４において、その出力がＬｏからＨｉになる。
【００１４】
比較器１１、１２は、チャネル２ａ、２ｂの電位が基準電位の近傍になるとノイズなどによる影響で出力が不安定となる。フィルタ１５、１６はこの対策のために設置するものである。ヒステリシスなども含まれる。比較器１１、１２のノイズ対策については、一般に知られている技術を用いればよく、詳細は省略する。
【００１５】
カウンタ１７は、チャージ開始時刻ｔ３からカウント動作を開始し、比較器１１または比較器１２のどちらか一方の出力信号が変化した時点で、その時のカウント値をバッファ１８またはバッファ１９に格納する（Ｓ５）。図４では、比較器１２の出力がまず時刻ｔ４においてＬｏからＨｉに変化するため、その時のカウント値Ａをバッファ１９に格納する。次に、比較器１３の出力が時刻ｔ５においてＬｏからＨｉに変化するため、その時のカウント値Ｂをバッファ１８に格納する。
【００１６】
結果判定部２０は、バッファ１８、１９に格納されたカウント値Ａ、Ｂに基づいて、２つのチャネルに接続される静電容量の違い、すなわち人体が触れたチャネルを判定し、判定結果を出力する（Ｓ６）。上述した通り、人体が触れたチャネルは、静電容量が増加するため、基準電位に達するまでに時間がかかる。よって、結果判定部２０は、カウント値ＡとＢとを比較することにより２つの静電容量の大小を判定する。図４の場合、カウント値Ｂ＞カウント値Ａであるから、カウント値Ｂとなったチャネル２ａの静電容量が大きく、人体の触れたチャネルと判定する。なお、バッファ１８、１９は、比較器１１、１２に対応して配置されている。結果判定部２０は、チャネル選択レジスタの値を参照して、判定対象となっているチャネルが、２ａ〜２ｎのどのチャネルであるか、また、判定対象のチャネルが比較器１１、１２のどちらに接続されているかを認識することにより、カウント値ＡとＢがそれぞれどのチャネルのものであるかを判別することができる。バッファ１８、１９は図２のようにセパレートされたものでなく、同じ記憶装置で、領域（アドレス）を分けるといった構成でも良い。
【００１７】
結果判定部２０の結果出力後、スイッチ８ａ、８ｂ、１３、１４をＯＦＦとする（Ｓ７）。そして、上述したＳ１〜Ｓ７の各ステップを、残りの２ｃ〜２ｎのチャネルに対しても繰り返し行うことで、各チャネルに人体が接触しているかどうかの判定を順次行っていく。
【００１８】
ここで基準電位について説明する。基準電位は上述したように、チャネルに人体が触れているかいないかを判定するためのものである。基準電位の設定は、充放電制御部４ａ、４ｂの電源電位以下の値で、時刻ｔ４とｔ５の差、すなわち人体が触れている場合と触れていない場合とでチャネルの電位変化の差を、カウンタ１７の分解能によって十分計測可能な範囲で予め決めておけばよい。
【００１９】
図２における、充放電制御部４ａ、４ｂはセレクタ３の前に設置することも可能である。この場合、図５に示すように、充放電制御部は、各チャネルに設置されることになる（図５では、チャネル２ａ、２ｂのみ記載）。
【００２０】
図５における、セレクタ３、スイッチ８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３、１４、充放電制御部４ａ、４ｂ、比較部５、判定部６、及び各スイッチなどの制御は、マイクロコンピュータと制御用プログラムにより実現可能である。以下、図６を用いて説明する。
【００２１】
図６で示すように、マイクロコンピュータ１００は、端子１０１ａ−１〜１０１ｎ−１と１０１ａ−２〜１０１ｎ−２を有する。端子１０１ａ−１〜１０１ｎ−１は、抵抗素子９ａ、９ｂ〜９ｎを介してチャネル２ａ〜２ｎに接続され、端子１０１ａ−２〜１０１ｎ−２は、抵抗素子を介さずにチャネル２ａ〜２ｎに接続される。
【００２２】
再度、図３を用いて、マイクロコンピュータ１００の動作について説明する。まず、電極２ａ〜２ｎのうち、２ａと２ｂを選択するようにチャネル選択レジスタ７に値を設定し（Ｓ１）、端子１０１ａ−２、１０１ｂ−２をｔ１〜ｔ２時間において接地電位とすることにより、チャネル２ａと２ｂに接続された静電容量をディスチャージする（Ｓ２）。次に、時刻ｔ３において、端子１０１ａ−２、１０１ｂ−２への接地電位の供給を停止し、端子１０１ａ−１、１０２１−１を電源電位とすることにより、チャネル２ａと２ｂに接続された静電容量へのチャージを開始する（Ｓ４）。
【００２３】
チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量へのチャージ開始から、端子１０１ａ−１、１０１ｂ−１のそれぞれの電位が基準電位となるまでをカウントし（Ｓ５）、カウント値の大きい方のチャネル、すなわちチャネル２ａが静電容量の大きいチャネルと判定する（Ｓ６）。判定後、端子１０１ａ−１、１０１ｂ−１への電源電位の供給と、カウントを停止し（Ｓ７）、Ｓ１〜Ｓ７の各ステップを、残りのチャネルに対して繰り返し行うことで、各チャネルの静電容量の大きさ、すなわち人体が接触しているかどうかの判定を順次行う。
【００２４】
以上説明した通り、本実施の形態によれば、ｎチャネルから２つのチャネルを順次選択して人体が触れたかどうかを判定していく。これにより、従来技術ではｎチャネル分の判定にｎ回の判定動作を要していたが、ｎ／２回の判定動作で可能となる。
【００２５】
結果判定部２０には、更に次のような機能を持たせることができる。まず、次の２つの値を予め計測しておき、結果判定部２０内の記憶部（図示なし）に格納しておく。第１の値は、チャネルに人体が触れていない場合に、チャネルの電位が基準電位になるまでのｔ３〜ｔ４のカウント値Ｃである。また、第２の値は、チャネルに人体が触れている場合に、チャネルの電位が基準電位になるまでのｔ３〜ｔ５のカウント値Ｄである。なお、図４は、チャネル２ａは人体が触れている場合、チャネル２ｂは触れていない場合であるので、カウント値Ｃ、Ｄは、それぞれ図４のＡとＢと同じ値となる。
【００２６】
次に、これら予め格納しておいた２つの値に基づいた結果判定部２０の動作について説明する。図３のデータ比較判定ステップ（Ｓ６）以外に変更はない。結果判定部２０は、バッファ１８、１９に格納されたカウント値Ａ、Ｂと、予め計測しておいた値Ｃ、Ｄとの比較を更に行い、次のように判定を行う。
Ａ、Ｂ＝Ｃ・・・２チャネルとも触れられていない
Ａ、Ｂ＝Ｄ・・・２チャネルとも触れられている
また、温度変動などによる誤差を考慮して以下のようにしても良い。
Ｃ−ａ≦Ａ、Ｂ≦Ｃ＋ａ・・・２チャネルとも触れられていない
Ｄ−ｂ≦Ａ、Ｂ≦Ｄ＋ｂ・・・２チャネルとも触れられている
ａ、ｂ：温度変動などによる電位変化、比較部の個体差等による変動分。これらも予め計測しておく。
【００２７】
以上説明した通り、本実施の形態によれば、２チャネルのうちどちらに人体が触れているか、2チャネルとも触れられていないか、２チャネルとも触れられているかの判定を行うことが出来る。
【００２８】
以上の本実施の形態の説明では、ｎチャネルのうち、２チャネルを選択する内容としたが、これに限られない。３チャネル以上とすることも可能である。この場合、チャネル選択数分の比較器が必要になるが、カウンタ１７、結果判定部２０の動作は同じである。
［第２の実施の形態］
【００２９】
図７は、第２の実施の形態に係る静電容量検出装置である。第１の実施の形態とは、判定部６が、カウンタ１７、排他的論理和（ＸＯＲ）２１、ラッチ回路（記憶部）２２、２３を備えていることに違いがある。なお、第１の実施の形態と同様、第２の実施の形態においても、図６のようにマイクロコンピュータと制御用プログラムにより実現可能である。
【００３０】
次に、図７〜９を用いて、第2の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作を説明する。まず、ｎチャネルの入力から２チャネル（チャネル２ａ、２ｂ）を選択し（Ｓ２１）、時刻ｔ１〜ｔ２において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ１０ａ、１０ｂをＯＮにする（Ｓ２２、Ｓ２３）。これにより、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量の電荷がディスチャージされる。
【００３１】
次に、時刻ｔ３において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ８ａ、８ｂと判定部６のスイッチ１３、１４をＯＮにする（Ｓ２４）。これにより、チャネル２ａ、２ｂは抵抗９ａ、９ｂを介して電源電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量へのチャージが開始される。
【００３２】
比較器１１、１２の動作は第１の実施の形態と同じである。図９は、チャネル２ａに人体が触れている場合を示している。人体の触れていないチャネル２ｂの電位は、時刻ｔ４で基準電位を超えて、比較器１２の出力がＬｏからＨｉとなる。人体の触れているチャネル２ａの電位は、時刻ｔ５で基準電位を超えて、比較器１１の出力がＬｏからＨｉとなる。ＸＯＲ２１は、比較器１１、１２の出力のどちらか一方がＨｉになるとＨｉを出力する。すなわち、時刻ｔ４でＸＯＲ２１の出力はＨｉとなり、時刻ｔ５でＬｏとなる。
【００３３】
ラッチ回路２２、２３とカウンタ１７は、ＸＯＲ２１の出力に応じて値のセットとカウントの制御が行われる（Ｓ２５）。ラッチ回路２２、２３は、ＸＯＲ２１のＨｉ出力をトリガとして、それぞれ比較器１１、１２の値をラッチする。すなわち、ラッチ回路２３は、時刻ｔ４にて比較器１２のＨｉを取り込み、ラッチ回路２２は、比較器１１のＬｏを取り込む。カウンタ１７は、時刻ｔ４のＸＯＲ２１のＨｉ出力でカウントをスタートし、時刻ｔ５のＸＯＲ２１のＬｏ出力でカウントをストップする。すなわち、カウンタ１７は、時刻ｔ４〜ｔ５の間隔をカウントする。
【００３４】
結果判定部２０は、ラッチ回路２２、２３にセットされた値とカウンタ１７のカウント値に基づいて、人体が触れたチャネルを判定する（Ｓ２６）。図９の場合は、ラッチ回路２２がＬｏであり、ラッチ回路２３がＨｉであるから、チャネル２ａの静電容量が大きく、人体の触れたチャネルであると判定する。
【００３５】
判定後、スイッチ８ａ、８ｂ、１３、１４をＯＦＦにする（Ｓ２７）。そして、上述したＳ２１〜Ｓ２７の各ステップを、残りの２ｃ〜２ｎのチャネルに対しても繰り返し行うことで、各チャネルに人体が接触しているかどうかの判定を順次行っていく。
【００３６】
なお、図９の場合とは異なり、チャネル２ａ、２ｂのどちらとも人体が触れていない場合、どちらとも人体が触れている場合を想定すると、比較器１１、１２は、時刻ｔ４付近、あるいは時刻ｔ５付近のほぼ同じ時刻で変化することになる。この場合、予め所定の値を計測しておき、結果判定部２０内の記憶部（図示なし）に格納しておくことで判定を可能とすることができる。以下で説明する。
【００３７】
どちらのチャネルも人体に触れていない、あるいはどちらも人体に触れていると判定するための値ｃである。温度変化による電位変動などの誤差、比較器の個体差などがなければ、２つのチャネルのどちらにも人体が触れていない、あるいは触れていれば、比較器１１、１２は同時刻に出力がＨｉとなるため、カウント値は０となるはずである。しかし、カウンタ１７の分解能（動作周波数）にも依存するが、誤差があれば必ずしも０にはならない。そこで、温度変化などを考慮した測定を行うことにより、どちらも人体に触れていない、あるいは触れていると判定するための値ｃを決定しておく。これにより、結果判定部２０は更に次のように判定することが可能となる。
カウント値≦０〜ｃ・・・２チャネルとも触れられていない ｏｒ ２チャネルとも触れられている
【００３８】
更に、第１の実施の形態で説明したカウント値Ｃ、Ｄを用いて、以下のように判定することが可能となる。
カウント値＝（D−Ｃ）・・・２チャネルのどちらかに人体が触れられている
どちらのチャネルに人体が触れられているかどうかは、上述の通り、ラッチ回路に格納されている値で判定される。
また、第１の実施の形態で説明した値ａ、ｂを用いれば、上式は以下のようにすることも可能である。
（Ｄ−ｂ）−（Ｃ＋ａ）＜カウント値＜（Ｄ＋ｂ）−（Ｃ−ａ）
【００３９】
第2の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、ｎチャネル分の判定がｎ／２回の判定動作で可能となる。また、ｎチャネルから選択したチャネルのうち、いずれか１つが基準電位になったことをトリガとして、各チャネルの比較器の出力を取得している。これにより、選択したチャネル全てが基準電位になるのを待たずに、各チャネルにつながる静電容量の違いを判定することができるため、より高速な判定処理が可能となる。また、第１の実施の形態では、比較器１１、１２のノイズ対策のためフィルタ１５、１６を設けていたが、比較器の出力にＸＯＲ２１を接続し、ラッチ回路２２、２３を接続した構成にすることにより、これらのフィルタを不要としている。
［第３の実施の形態］
【００４０】
図１０は、第３の実施の形態に係る静電容量検出装置である。第１、２の実施の形態とは、判定部６がカウンタ１７、ラッチ回路（記憶部）２２、２３、コンペアレジスタ２４を備えていることに違いがある。なお、第１、２の実施の形態と同様、第３の実施の形態においても、図６のようにマイクロコンピュータと制御用プログラムにより実現可能である。
【００４１】
次に、図１０〜１２を用いて、第３の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作を説明する。まず、ｎチャネルの入力から２チャネル（チャネル２ａ、２ｂ）を選択し（Ｓ３１）、時刻ｔ１〜ｔ２において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ１０ａ、１０ｂをＯＮにする（Ｓ３２、Ｓ３３）。これにより、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量の電荷がディスチャージされる。
【００４２】
次に、時刻ｔ３において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ８ａ、８ｂと判定部６のスイッチ１３、１４をＯＮにするとともに、カウンタ１７のカウントを開始する（Ｓ３４）。これにより、チャネル２ａ、２ｂは抵抗９ａ、９ｂを介して電源電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量へのチャージが開始される。
【００４３】
比較器１１、１２の動作は第１の実施の形態と同じである。図１２は、チャネル２ａに人体が触れている場合を示している。人体の触れていないチャネル２ｂの電位は、時刻ｔ４で基準電位を超えて、比較器１２の出力がＬｏからＨｉとなる。人体の触れているチャネル２ａの電位は、時刻ｔ５で基準電位を超えて、比較器１１の出力がＬｏからＨｉとなる。
【００４４】
コンペアレジスタ２４には、チャネルに人体が触れているかどうかを判定するためのカウント値Ｅが格納されている。この値Ｅは予め測定することにより求めておくもので、チャネルに人体が触れていない場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでにカウントされる値と、チャネルが人体に触れている場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでにカウントされる値との間の値が設定される。図１３で説明する。図１３は、電極に人体が触れていない場合と触れている場合の比較器の出力を示したものである。それぞれ基準電位となった時刻ｔ４、ｔ５近傍で出力が変化している。温度変動による電位変動、比較器の個体差、ノイズによる変動などを考慮し、人体が触れていないと判定する領域（期間）、人体が触れていると判定する領域にはマージンを持たせている。カウント値Eは、これらの領域の間の値、すなわち、時刻ｔ４'（ｔ４＜ｔ４'＜ｔ５）の時にカウンタ１７がカウントする値が設定される。
【００４５】
ラッチ回路２２、２３は、カウンタ１７の値がコンペアレジスタ２４の値Eになった時点での比較器１１、１２の値をラッチする（Ｓ３５）。結果判定部２０は、ラッチ回路２２、２３にセットされた値に基づいて、人体が触れたチャネルを判定する（Ｓ３６）。図１２の場合は、ラッチ２２の値がＬｏであり、ラッチ２３の値がＨｉであるから、チャネル２ａの静電容量が大きく、人体の触れたチャネルであると判定する。
【００４６】
なお、図１２とは異なり、チャネル２ａ、２ｂのどちらも人体が触れていない場合や、どちらも人体が触れている場合であっても、結果判定部２０は次のように判定をすることができる。
ラッチ回路２２、２３どちらの値もＨｉ・・・両チャネルとも人体が触れていない
ラッチ回路２２、２３どちらの値もＬｏ・・・両チャネルとも人体が触れている
【００４７】
判定後、スイッチ８ａ、８ｂ、１３、１４をＯＦＦにする（Ｓ３７）。そして、上述したＳ３１〜Ｓ３７の各ステップを、残りの２ｃ〜２ｎのチャネルに対しても繰り返し行うことで、各チャネルに人体が接触しているかどうかの判定を順次行っていく。
【００４８】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、ｎチャネル分の判定がｎ／２回の判定動作で可能となる。また、ｎチャネルから選択したチャネルにつながる各比較器からの出力を、チャネルに人体が触れていない場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでの時間と、チャネルが人体に触れている場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでの時間との間の時間で取得している。これにより、選択したチャネル全てが基準電位になるのを待たずに、各チャネルにつながる静電容量の違いを判定することができるため、より高速な判定処理が可能となる。また、第１の実施の形態では、比較器１１、１２のノイズ対策のためフィルタ１５、１６を設けていたが、ラッチ回路２２、２３が、コンペアレジスタ２４に格納された値ｄが示す時刻ｔ４'で、比較器１１、１２の値をラッチするという構成にしたため、これらのフィルタを不要としている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第1の実施の形態に係る容量検出装置の全体図である。
【図２】第1の実施の形態に係る容量検出装置の詳細図である。
【図３】第1の実施の形態に係る容量検出装置の動作フロー図である。
【図４】第１の実施の形態に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
【図５】第１の実施の形態に係る容量検出装置の変形例の図である。
【図６】第１の実施の形態に係る容量検出装置をマイクロコンピュータで実現した図である。
【図７】第２の実施の形態に係る容量検出装置の詳細図である。
【図８】第２の実施の形態に係る容量検出装置の動作フロー図である。
【図９】第２の実施の形態に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
【図１０】第３の実施の形態に係る容量検出装置の詳細図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る容量検出装置の動作フロー図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係る判定領域の説明図である。
【図１４】従来技術の図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ〜１ｎ・・・静電容量
２ａ〜２ｎ・・・電極
３・・・セレクタ
４ａ、４ｂ・・・充放電制御部
５・・・比較部
６・・・判定部
７・・・チャネル選択レジスタ
８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３、１４・・・スイッチ
９ａ、９ｂ・・・抵抗素子
１１、１２・・・比較器
１５、１６・・・フィルタ
１７・・・カウンタ
１８、１９・・・バッファ
２０・・・結果判定部
２１・・・ＸＯＲ
２２、２３・・・ラッチ回路
２４・・・コンペアレジスタ
１００・・・マイクロコンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量検出装置及び方法に関し、特に人体の接触による容量の変化を検出するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電極などの静電容量の変化に基づいて、人体の接触を検出するタッチセンサが広く普及しつつある。例えば、携帯電話やデジタル音楽プレーヤ、ポータブル電子機器などである。これらの装置においては、バッテリー駆動が必要となるため、低消費電力化が求められる。一方、静電容量の変化の検出には、一般に、容量への充電・放電の動作が伴うため、計測に一定の時間を要し、電力消費につながる。よって、これらの装置においては、タッチセンサにおける容量検出に要する時間を極力短くする必要がある。
【０００３】
非特許文献１には、スイッチドキャパシタを用いた静電容量の検出方法が記載されている。図１４は非特許文献１が開示している検出回路である。図において、Cmod、Cinternalは検出回路内部に設けられた静電容量、Cxが測定対象の静電容量であり、人体（指）がセンサ上にある場合はこのＣｘの値は増えるようになっている。この回路の動作は次の通りである。まず、スイッチφ１、スイッチφ２のオン／オフが交互に行われる。すなわち、静電容量Cxがスイッチドキャパシタとして動作する。このときのCxの抵抗値はR＝１／（Ｆｓ・Ｃｘ）と等価である（Ｆｓ：φ１、φ２のスイッチング周波数）。人体（指）がセンサ上にある場合は、Ｃｘの値が増えるため、抵抗値Ｒは下がる。よって、指がセンサ上にない場合のＶｒｅｆ（予め定められた電圧値）までのチャージ時間と、指がセンサ上にある場合のＶｒｅｆまでのチャージ時間は違ってくることになる。Ｖｒｅｆまでにチャージされる時間をタイマで計測することにより、指がセンサ上にあるかどうかが検出可能となる。
【非特許文献１】Ｃｙｐｒｅｓｓ‘ｓ ＣａｐＳｅｎｓｅ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（Ｃｙｐｒｅｓｓ社）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タッチセンサが広く採用されている携帯電話、デジタル音楽プレーヤ、ポータブル電子機器などでは、ユーザインターフェースとして多数のスイッチ（ボタン）が必要であり、これらにタッチセンサが設けられる。
非特許文献１が開示しているセンサをこれら多数のスイッチ機器に採用する場合、スイッチの数に応じた容量の測定、ｎチャネルのスイッチがあればｎ回の測定が必要になってしまう。これは、各静電容量（Cx、Cmod、Cinternal）への放電、充電がｎ回行われることであり、装置の消費電力化を阻害する要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る容量検出装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の電極と、ｎ個の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択する選択部と、ｍ個の電極に接続され、それぞれの電極につながる容量への充電・放電を並列して行うように制御する充放電制御部と、ｍ個の電極に接続され、充放電制御部によるそれぞれの電極の充電中の電位と基準電位とを比較し、比較結果信号を出力する比較部と、比較部に接続され、ｍ個の電極に対する比較結果信号に応じて、ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する判定部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、人体の接触による電極の静電容量の変化を検出する容量検出装置において、判定速度の向上と、判定速度向上に伴う装置の消費電力化に有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［第1の実施形態］
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の概念を説明するための全体図である。２ａ、２ｂ〜２ｎはｎチャネルの電極、１ａ、１ｂ〜１ｎは人体（指）が電極に接触した場合に変化する静電容量、セレクタ３、充放電制御部４ａ、４ｂ、比較部５、判定部６で構成される。
【０００９】
図２は、静電容量検出装置の詳細図である。セレクタ３は、ｎチャネルの入力から２チャネルを選択するための値が格納されるチャネル選択レジスタ７を更に備えている。充放電制御部４ａ、４ｂはそれぞれ、セレクタ３を介して接続される静電容量２ａ〜２ｎに対して、電源電位または接地電位に接続することで充電、放電を行うスイッチ８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂと、抵抗素子９ａ、９ｂを備える。比較部５は、セレクタ３を介して接続される静電容量２ａ〜２ｎの電位を、基準電位と比較するための比較器１１、１２を備える。判定部６は、比較器１１、１２それぞれの出力値の変化点をトリガとして、充電開始から変化点までをカウントするカウンタ１７、２つのカウント値を保存するためのバッファ（記憶部）１８、１９、２つのカウント値に基づいて、セレクタ３を介して接続された２つの静電容量の容量値の違いを判定する結果判定部２０と、比較器１１、１２の出力値を安定させるためのフィルタ１５、１６を備える。
【００１０】
次に、図３と図４を用いて、第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作を説明する。まず、セレクタ３によってｎチャネルの入力から２チャネルを選択する（Ｓ１）。２チャネルの選択方法としては、様々な方法が考えられるが、ここでは、１番目と2番目、３番目と4番目という様に、端のチャネルから重複しないように２チャネルを選択する方法で説明する。よって、チャネル選択レジスタ７には、チャネル２ａ、２ｂを選択するための値が設定され、セレクタ３によりチャネル２ａと２ｂが選択される。選択の結果、セレクタ３を介して、チャネル２ａは充放電制御部４ａに、チャネル２ｂは充放電制御部４ｂに接続される。
【００１１】
次に、時刻ｔ１において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ１０ａ、１０ｂをＯＮにする（Ｓ２）。これにより、チャネル２ａ、２ｂは接地電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量１ａ、１ｂの電荷がディスチャージされる。ディスチャージ後、時刻ｔ２において、ＳＷ１０ａ、１０ｂをＯＦＦにする（Ｓ３）。
【００１２】
次に、時刻ｔ３において、充電制御部４ａ、４ｂのスイッチ８ａ、８ｂと、判定部６のスイッチ１３、１４をＯＮにするとともに、カウンタ１７のカウント動作を開始する（Ｓ４）。スイッチ８ａ、８ｂのＯＮにより、チャネル２ａ、２ｂは抵抗９ａ、９ｂを介して電源電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量１ａ、１ｂへのチャージが開始される。チャネル２ａ、２ｂの電位は、時定数に基づいて変化する。
【００１３】
比較器１１、１２は、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量１ａ、１ｂへのチャージ中、チャネル２ａ、２ｂの電位と、基準電位とを比較し、基準電位より低い場合はＬｏを、高い場合はＨｉを出力する。なお、基準電位は予め設定しておくものであり、詳細は後述する。チャネルに人体（指）が触れていると、触れていない場合と比較して、チャネルに接続している静電容量が増加する。従って、人体が触れていない場合と比べてチャージによるチャネルの電位上昇は緩やかなものとなる。図４は、チャネル２ａに人体が触れている場合を示しており、比較器１１に接続されているチャネル２ａの電位変化が、比較器１２に接続されているチャネル２ｂの電位変化より緩やかなものとなっている。比較器１１は、チャネル２ａの電位が基準電位を超えた時刻ｔ５において、その出力がＬｏからＨｉになる。比較器１２は、チャネル２ｂの電位が基準電位を超えた時刻ｔ４において、その出力がＬｏからＨｉになる。
【００１４】
比較器１１、１２は、チャネル２ａ、２ｂの電位が基準電位の近傍になるとノイズなどによる影響で出力が不安定となる。フィルタ１５、１６はこの対策のために設置するものである。ヒステリシスなども含まれる。比較器１１、１２のノイズ対策については、一般に知られている技術を用いればよく、詳細は省略する。
【００１５】
カウンタ１７は、チャージ開始時刻ｔ３からカウント動作を開始し、比較器１１または比較器１２のどちらか一方の出力信号が変化した時点で、その時のカウント値をバッファ１８またはバッファ１９に格納する（Ｓ５）。図４では、比較器１２の出力がまず時刻ｔ４においてＬｏからＨｉに変化するため、その時のカウント値Ａをバッファ１９に格納する。次に、比較器１３の出力が時刻ｔ５においてＬｏからＨｉに変化するため、その時のカウント値Ｂをバッファ１８に格納する。
【００１６】
結果判定部２０は、バッファ１８、１９に格納されたカウント値Ａ、Ｂに基づいて、２つのチャネルに接続される静電容量の違い、すなわち人体が触れたチャネルを判定し、判定結果を出力する（Ｓ６）。上述した通り、人体が触れたチャネルは、静電容量が増加するため、基準電位に達するまでに時間がかかる。よって、結果判定部２０は、カウント値ＡとＢとを比較することにより２つの静電容量の大小を判定する。図４の場合、カウント値Ｂ＞カウント値Ａであるから、カウント値Ｂとなったチャネル２ａの静電容量が大きく、人体の触れたチャネルと判定する。なお、バッファ１８、１９は、比較器１１、１２に対応して配置されている。結果判定部２０は、チャネル選択レジスタの値を参照して、判定対象となっているチャネルが、２ａ〜２ｎのどのチャネルであるか、また、判定対象のチャネルが比較器１１、１２のどちらに接続されているかを認識することにより、カウント値ＡとＢがそれぞれどのチャネルのものであるかを判別することができる。バッファ１８、１９は図２のようにセパレートされたものでなく、同じ記憶装置で、領域（アドレス）を分けるといった構成でも良い。
【００１７】
結果判定部２０の結果出力後、スイッチ８ａ、８ｂ、１３、１４をＯＦＦとする（Ｓ７）。そして、上述したＳ１〜Ｓ７の各ステップを、残りの２ｃ〜２ｎのチャネルに対しても繰り返し行うことで、各チャネルに人体が接触しているかどうかの判定を順次行っていく。
【００１８】
ここで基準電位について説明する。基準電位は上述したように、チャネルに人体が触れているかいないかを判定するためのものである。基準電位の設定は、充放電制御部４ａ、４ｂの電源電位以下の値で、時刻ｔ４とｔ５の差、すなわち人体が触れている場合と触れていない場合とでチャネルの電位変化の差を、カウンタ１７の分解能によって十分計測可能な範囲で予め決めておけばよい。
【００１９】
図２における、充放電制御部４ａ、４ｂはセレクタ３の前に設置することも可能である。この場合、図５に示すように、充放電制御部は、各チャネルに設置されることになる（図５では、チャネル２ａ、２ｂのみ記載）。
【００２０】
図５における、セレクタ３、スイッチ８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３、１４、充放電制御部４ａ、４ｂ、比較部５、判定部６、及び各スイッチなどの制御は、マイクロコンピュータと制御用プログラムにより実現可能である。以下、図６を用いて説明する。
【００２１】
図６で示すように、マイクロコンピュータ１００は、端子１０１ａ−１〜１０１ｎ−１と１０１ａ−２〜１０１ｎ−２を有する。端子１０１ａ−１〜１０１ｎ−１は、抵抗素子９ａ、９ｂ〜９ｎを介してチャネル２ａ〜２ｎに接続され、端子１０１ａ−２〜１０１ｎ−２は、抵抗素子を介さずにチャネル２ａ〜２ｎに接続される。
【００２２】
再度、図３を用いて、マイクロコンピュータ１００の動作について説明する。まず、電極２ａ〜２ｎのうち、２ａと２ｂを選択するようにチャネル選択レジスタ７に値を設定し（Ｓ１）、端子１０１ａ−２、１０１ｂ−２をｔ１〜ｔ２時間において接地電位とすることにより、チャネル２ａと２ｂに接続された静電容量をディスチャージする（Ｓ２）。次に、時刻ｔ３において、端子１０１ａ−２、１０１ｂ−２への接地電位の供給を停止し、端子１０１ａ−１、１０２１−１を電源電位とすることにより、チャネル２ａと２ｂに接続された静電容量へのチャージを開始する（Ｓ４）。
【００２３】
チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量へのチャージ開始から、端子１０１ａ−１、１０１ｂ−１のそれぞれの電位が基準電位となるまでをカウントし（Ｓ５）、カウント値の大きい方のチャネル、すなわちチャネル２ａが静電容量の大きいチャネルと判定する（Ｓ６）。判定後、端子１０１ａ−１、１０１ｂ−１への電源電位の供給と、カウントを停止し（Ｓ７）、Ｓ１〜Ｓ７の各ステップを、残りのチャネルに対して繰り返し行うことで、各チャネルの静電容量の大きさ、すなわち人体が接触しているかどうかの判定を順次行う。
【００２４】
以上説明した通り、本実施の形態によれば、ｎチャネルから２つのチャネルを順次選択して人体が触れたかどうかを判定していく。これにより、従来技術ではｎチャネル分の判定にｎ回の判定動作を要していたが、ｎ／２回の判定動作で可能となる。
【００２５】
結果判定部２０には、更に次のような機能を持たせることができる。まず、次の２つの値を予め計測しておき、結果判定部２０内の記憶部（図示なし）に格納しておく。第１の値は、チャネルに人体が触れていない場合に、チャネルの電位が基準電位になるまでのｔ３〜ｔ４のカウント値Ｃである。また、第２の値は、チャネルに人体が触れている場合に、チャネルの電位が基準電位になるまでのｔ３〜ｔ５のカウント値Ｄである。なお、図４は、チャネル２ａは人体が触れている場合、チャネル２ｂは触れていない場合であるので、カウント値Ｃ、Ｄは、それぞれ図４のＡとＢと同じ値となる。
【００２６】
次に、これら予め格納しておいた２つの値に基づいた結果判定部２０の動作について説明する。図３のデータ比較判定ステップ（Ｓ６）以外に変更はない。結果判定部２０は、バッファ１８、１９に格納されたカウント値Ａ、Ｂと、予め計測しておいた値Ｃ、Ｄとの比較を更に行い、次のように判定を行う。
Ａ、Ｂ＝Ｃ・・・２チャネルとも触れられていない
Ａ、Ｂ＝Ｄ・・・２チャネルとも触れられている
また、温度変動などによる誤差を考慮して以下のようにしても良い。
Ｃ−ａ≦Ａ、Ｂ≦Ｃ＋ａ・・・２チャネルとも触れられていない
Ｄ−ｂ≦Ａ、Ｂ≦Ｄ＋ｂ・・・２チャネルとも触れられている
ａ、ｂ：温度変動などによる電位変化、比較部の個体差等による変動分。これらも予め計測しておく。
【００２７】
以上説明した通り、本実施の形態によれば、２チャネルのうちどちらに人体が触れているか、2チャネルとも触れられていないか、２チャネルとも触れられているかの判定を行うことが出来る。
【００２８】
以上の本実施の形態の説明では、ｎチャネルのうち、２チャネルを選択する内容としたが、これに限られない。３チャネル以上とすることも可能である。この場合、チャネル選択数分の比較器が必要になるが、カウンタ１７、結果判定部２０の動作は同じである。
［第２の実施の形態］
【００２９】
図７は、第２の実施の形態に係る静電容量検出装置である。第１の実施の形態とは、判定部６が、カウンタ１７、排他的論理和（ＸＯＲ）２１、ラッチ回路（記憶部）２２、２３を備えていることに違いがある。なお、第１の実施の形態と同様、第２の実施の形態においても、図６のようにマイクロコンピュータと制御用プログラムにより実現可能である。
【００３０】
次に、図７〜９を用いて、第2の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作を説明する。まず、ｎチャネルの入力から２チャネル（チャネル２ａ、２ｂ）を選択し（Ｓ２１）、時刻ｔ１〜ｔ２において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ１０ａ、１０ｂをＯＮにする（Ｓ２２、Ｓ２３）。これにより、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量の電荷がディスチャージされる。
【００３１】
次に、時刻ｔ３において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ８ａ、８ｂと判定部６のスイッチ１３、１４をＯＮにする（Ｓ２４）。これにより、チャネル２ａ、２ｂは抵抗９ａ、９ｂを介して電源電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量へのチャージが開始される。
【００３２】
比較器１１、１２の動作は第１の実施の形態と同じである。図９は、チャネル２ａに人体が触れている場合を示している。人体の触れていないチャネル２ｂの電位は、時刻ｔ４で基準電位を超えて、比較器１２の出力がＬｏからＨｉとなる。人体の触れているチャネル２ａの電位は、時刻ｔ５で基準電位を超えて、比較器１１の出力がＬｏからＨｉとなる。ＸＯＲ２１は、比較器１１、１２の出力のどちらか一方がＨｉになるとＨｉを出力する。すなわち、時刻ｔ４でＸＯＲ２１の出力はＨｉとなり、時刻ｔ５でＬｏとなる。
【００３３】
ラッチ回路２２、２３とカウンタ１７は、ＸＯＲ２１の出力に応じて値のセットとカウントの制御が行われる（Ｓ２５）。ラッチ回路２２、２３は、ＸＯＲ２１のＨｉ出力をトリガとして、それぞれ比較器１１、１２の値をラッチする。すなわち、ラッチ回路２３は、時刻ｔ４にて比較器１２のＨｉを取り込み、ラッチ回路２２は、比較器１１のＬｏを取り込む。カウンタ１７は、時刻ｔ４のＸＯＲ２１のＨｉ出力でカウントをスタートし、時刻ｔ５のＸＯＲ２１のＬｏ出力でカウントをストップする。すなわち、カウンタ１７は、時刻ｔ４〜ｔ５の間隔をカウントする。
【００３４】
結果判定部２０は、ラッチ回路２２、２３にセットされた値とカウンタ１７のカウント値に基づいて、人体が触れたチャネルを判定する（Ｓ２６）。図９の場合は、ラッチ回路２２がＬｏであり、ラッチ回路２３がＨｉであるから、チャネル２ａの静電容量が大きく、人体の触れたチャネルであると判定する。
【００３５】
判定後、スイッチ８ａ、８ｂ、１３、１４をＯＦＦにする（Ｓ２７）。そして、上述したＳ２１〜Ｓ２７の各ステップを、残りの２ｃ〜２ｎのチャネルに対しても繰り返し行うことで、各チャネルに人体が接触しているかどうかの判定を順次行っていく。
【００３６】
なお、図９の場合とは異なり、チャネル２ａ、２ｂのどちらとも人体が触れていない場合、どちらとも人体が触れている場合を想定すると、比較器１１、１２は、時刻ｔ４付近、あるいは時刻ｔ５付近のほぼ同じ時刻で変化することになる。この場合、予め所定の値を計測しておき、結果判定部２０内の記憶部（図示なし）に格納しておくことで判定を可能とすることができる。以下で説明する。
【００３７】
どちらのチャネルも人体に触れていない、あるいはどちらも人体に触れていると判定するための値ｃである。温度変化による電位変動などの誤差、比較器の個体差などがなければ、２つのチャネルのどちらにも人体が触れていない、あるいは触れていれば、比較器１１、１２は同時刻に出力がＨｉとなるため、カウント値は０となるはずである。しかし、カウンタ１７の分解能（動作周波数）にも依存するが、誤差があれば必ずしも０にはならない。そこで、温度変化などを考慮した測定を行うことにより、どちらも人体に触れていない、あるいは触れていると判定するための値ｃを決定しておく。これにより、結果判定部２０は更に次のように判定することが可能となる。
カウント値≦０〜ｃ・・・２チャネルとも触れられていない ｏｒ ２チャネルとも触れられている
【００３８】
更に、第１の実施の形態で説明したカウント値Ｃ、Ｄを用いて、以下のように判定することが可能となる。
カウント値＝（D−Ｃ）・・・２チャネルのどちらかに人体が触れられている
どちらのチャネルに人体が触れられているかどうかは、上述の通り、ラッチ回路に格納されている値で判定される。
また、第１の実施の形態で説明した値ａ、ｂを用いれば、上式は以下のようにすることも可能である。
（Ｄ−ｂ）−（Ｃ＋ａ）＜カウント値＜（Ｄ＋ｂ）−（Ｃ−ａ）
【００３９】
第2の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、ｎチャネル分の判定がｎ／２回の判定動作で可能となる。また、ｎチャネルから選択したチャネルのうち、いずれか１つが基準電位になったことをトリガとして、各チャネルの比較器の出力を取得している。これにより、選択したチャネル全てが基準電位になるのを待たずに、各チャネルにつながる静電容量の違いを判定することができるため、より高速な判定処理が可能となる。また、第１の実施の形態では、比較器１１、１２のノイズ対策のためフィルタ１５、１６を設けていたが、比較器の出力にＸＯＲ２１を接続し、ラッチ回路２２、２３を接続した構成にすることにより、これらのフィルタを不要としている。
［第３の実施の形態］
【００４０】
図１０は、第３の実施の形態に係る静電容量検出装置である。第１、２の実施の形態とは、判定部６がカウンタ１７、ラッチ回路（記憶部）２２、２３、コンペアレジスタ２４を備えていることに違いがある。なお、第１、２の実施の形態と同様、第３の実施の形態においても、図６のようにマイクロコンピュータと制御用プログラムにより実現可能である。
【００４１】
次に、図１０〜１２を用いて、第３の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作を説明する。まず、ｎチャネルの入力から２チャネル（チャネル２ａ、２ｂ）を選択し（Ｓ３１）、時刻ｔ１〜ｔ２において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ１０ａ、１０ｂをＯＮにする（Ｓ３２、Ｓ３３）。これにより、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量の電荷がディスチャージされる。
【００４２】
次に、時刻ｔ３において、充放電制御部４ａ、４ｂのスイッチ８ａ、８ｂと判定部６のスイッチ１３、１４をＯＮにするとともに、カウンタ１７のカウントを開始する（Ｓ３４）。これにより、チャネル２ａ、２ｂは抵抗９ａ、９ｂを介して電源電位に接続され、チャネル２ａ、２ｂに接続された静電容量へのチャージが開始される。
【００４３】
比較器１１、１２の動作は第１の実施の形態と同じである。図１２は、チャネル２ａに人体が触れている場合を示している。人体の触れていないチャネル２ｂの電位は、時刻ｔ４で基準電位を超えて、比較器１２の出力がＬｏからＨｉとなる。人体の触れているチャネル２ａの電位は、時刻ｔ５で基準電位を超えて、比較器１１の出力がＬｏからＨｉとなる。
【００４４】
コンペアレジスタ２４には、チャネルに人体が触れているかどうかを判定するためのカウント値Ｅが格納されている。この値Ｅは予め測定することにより求めておくもので、チャネルに人体が触れていない場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでにカウントされる値と、チャネルが人体に触れている場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでにカウントされる値との間の値が設定される。図１３で説明する。図１３は、電極に人体が触れていない場合と触れている場合の比較器の出力を示したものである。それぞれ基準電位となった時刻ｔ４、ｔ５近傍で出力が変化している。温度変動による電位変動、比較器の個体差、ノイズによる変動などを考慮し、人体が触れていないと判定する領域（期間）、人体が触れていると判定する領域にはマージンを持たせている。カウント値Eは、これらの領域の間の値、すなわち、時刻ｔ４'（ｔ４＜ｔ４'＜ｔ５）の時にカウンタ１７がカウントする値が設定される。
【００４５】
ラッチ回路２２、２３は、カウンタ１７の値がコンペアレジスタ２４の値Eになった時点での比較器１１、１２の値をラッチする（Ｓ３５）。結果判定部２０は、ラッチ回路２２、２３にセットされた値に基づいて、人体が触れたチャネルを判定する（Ｓ３６）。図１２の場合は、ラッチ２２の値がＬｏであり、ラッチ２３の値がＨｉであるから、チャネル２ａの静電容量が大きく、人体の触れたチャネルであると判定する。
【００４６】
なお、図１２とは異なり、チャネル２ａ、２ｂのどちらも人体が触れていない場合や、どちらも人体が触れている場合であっても、結果判定部２０は次のように判定をすることができる。
ラッチ回路２２、２３どちらの値もＨｉ・・・両チャネルとも人体が触れていない
ラッチ回路２２、２３どちらの値もＬｏ・・・両チャネルとも人体が触れている
【００４７】
判定後、スイッチ８ａ、８ｂ、１３、１４をＯＦＦにする（Ｓ３７）。そして、上述したＳ３１〜Ｓ３７の各ステップを、残りの２ｃ〜２ｎのチャネルに対しても繰り返し行うことで、各チャネルに人体が接触しているかどうかの判定を順次行っていく。
【００４８】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、ｎチャネル分の判定がｎ／２回の判定動作で可能となる。また、ｎチャネルから選択したチャネルにつながる各比較器からの出力を、チャネルに人体が触れていない場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでの時間と、チャネルが人体に触れている場合に、チャネルの電位が基準電位となるまでの時間との間の時間で取得している。これにより、選択したチャネル全てが基準電位になるのを待たずに、各チャネルにつながる静電容量の違いを判定することができるため、より高速な判定処理が可能となる。また、第１の実施の形態では、比較器１１、１２のノイズ対策のためフィルタ１５、１６を設けていたが、ラッチ回路２２、２３が、コンペアレジスタ２４に格納された値ｄが示す時刻ｔ４'で、比較器１１、１２の値をラッチするという構成にしたため、これらのフィルタを不要としている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第1の実施の形態に係る容量検出装置の全体図である。
【図２】第1の実施の形態に係る容量検出装置の詳細図である。
【図３】第1の実施の形態に係る容量検出装置の動作フロー図である。
【図４】第１の実施の形態に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
【図５】第１の実施の形態に係る容量検出装置の変形例の図である。
【図６】第１の実施の形態に係る容量検出装置をマイクロコンピュータで実現した図である。
【図７】第２の実施の形態に係る容量検出装置の詳細図である。
【図８】第２の実施の形態に係る容量検出装置の動作フロー図である。
【図９】第２の実施の形態に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
【図１０】第３の実施の形態に係る容量検出装置の詳細図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る容量検出装置の動作フロー図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係る判定領域の説明図である。
【図１４】従来技術の図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ〜１ｎ・・・静電容量
２ａ〜２ｎ・・・電極
３・・・セレクタ
４ａ、４ｂ・・・充放電制御部
５・・・比較部
６・・・判定部
７・・・チャネル選択レジスタ
８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３、１４・・・スイッチ
９ａ、９ｂ・・・抵抗素子
１１、１２・・・比較器
１５、１６・・・フィルタ
１７・・・カウンタ
１８、１９・・・バッファ
２０・・・結果判定部
２１・・・ＸＯＲ
２２、２３・・・ラッチ回路
２４・・・コンペアレジスタ
１００・・・マイクロコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎは２以上の整数）個の電極と、
前記ｎ個の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択する選択部と、
前記ｍ個の電極に接続され、それぞれの電極につながる容量への充電・放電を平行して行うように制御する充放電制御部と、
前記ｍ個の電極に接続され、前記充放電制御部によるそれぞれの電極の充電中の電位と基準電位とを比較し、比較結果信号を出力する比較部と、
前記比較部に接続され、前記ｍ個の電極に対する比較結果信号に応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する判定部とを備える容量検出装置。
【請求項２】
前記比較部はｍ個の比較器を有し、
前記判定部は、前記ｍ個の比較器それぞれに対応した記憶部を有し、当該記憶部は充電中における所定の１つのタイミングで前記ｍ個の比較部からの比較結果信号を取得して格納し、前記判定部は、前記記憶部に格納された値に応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項３】
前記判定部は、更に計測部を有し、当該計測部は前記ｍ個の比較器それぞれの前記比較結果信号の変化点の時間間隔を計測し、前記判定部は、計測された時間間隔と前記記憶部に格納された値とに応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項２に記載の容量検出装置。
【請求項４】
前記所定の１つのタイミングは、前記ｍ個の比較器からの比較結果信号のうち、いずれか１つの比較結果信号が変化したタイミングである請求項２または３に記載の容量検出装置。
【請求項５】
前記判定部は、更に排他的論理和算出部を有し、当該排他的論理和算出部は、前記ｍ個の比較器からの比較結果信号が入力され、前記記憶部は、充電開始後、前記排他的論理和算出部の出力の最初の変化点で前記ｍ個の比較結果信号の値を格納し、前記計測部は、充電開始後、前記排他的論理和算出部の出力の変化点の間隔を計測する請求項３に記載の容量検出装置。
【請求項６】
前記所定の１つのタイミングは、電極に人体が接触していない場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間と、電極に人体が接触した場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間との間の時間で設定される請求項２に記載の容量検出装置。
【請求項７】
前記判定部は、更に計測部を有し、
前記記憶部は、前記計測部の計測時間が前記所定の１つのタイミングが示す時間になった時に前記ｍ個の比較器からの比較結果信号の値を格納する請求項６に記載の容量検出装置。
【請求項８】
前記判定部は計測部を有し、当該計測部は充電開始から前記比較結果信号のｍ個の変化点までの時間を計測し、計測した時間の違いにより前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項９】
前記比較部は、ｍ個の比較器を有し、
前記判定部は、前記ｍ個の比較器それぞれに対応した記憶部を有し、前記計測部は、前記比較結果信号のｍ個の変化点に対して計測した時間を、それぞれに対応する前記記憶部に記憶し、前記判定部は前記記憶部に格納された計測時間により前記m個の電極につながる容量の違いを判定する請求項８に記載の容量検出装置。
【請求項１０】
前記充放電制御部は、所定の期間前記電極を接地電位に接続して放電を行い、抵抗を介して電源電位に接続して充電を行う請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項１１】
前記判定部は、計測部を有し、当該計測部は前記ｍ個の比較器それぞれの前記比較結果信号の変化点の時間間隔を計測し、前記判定部は、計測された時間間隔に応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項１２】
ｎ個（ｎは２以上の整数）の電極につながる容量の検出を行う方法であって、
前記ｎ個の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択する選択ステップと、
前記ｍ個の電極につながる容量に対して平行して、所定の期間放電を行った後、充電を行う充放電ステップと、
前記ｍ個の電極のそれぞれの充電中の電位を基準電位と比較し、比較結果を出力する比較ステップと、
前記ｍ個の電極に対する比較結果に応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する判定ステップとを備え、
前記選択ステップ、充放電ステップ、比較ステップ、判定ステップをｎ／ｍ回行う容量検出方法。
【請求項１３】
前記判定ステップは、前記ｍ個の比較結果を、充電中における所定の１つのタイミングで取得し、取得した比較結果に応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１２に記載の容量検出方法。
【請求項１４】
前記判定ステップは、前記ｍ個の電極それぞれに対する前記比較結果を取得した時間の間隔と前記取得した比較結果とに応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１３に記載の容量検出方法。
【請求項１５】
前記所定のタイミングは、電極に人体が接触していない場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間と、電極に人体が接触した場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間との間の時間で設定される請求項１３に記載の容量検出方法。
【請求項１６】
前記判定ステップは、充電開始から前記比較結果が出力されるまでの時間を計測し、計測した時間の違いにより前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１２に記載の容量検出方法。
【請求項１７】
前記判定ステップは、前記ｍ個の電極それぞれに対する前記比較結果を取得した時間の間隔に応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１２に記載の容量検出方法。
【請求項１】
ｎ（ｎは２以上の整数）個の電極と、
前記ｎ個の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択する選択部と、
前記ｍ個の電極に接続され、それぞれの電極につながる容量への充電・放電を平行して行うように制御する充放電制御部と、
前記ｍ個の電極に接続され、前記充放電制御部によるそれぞれの電極の充電中の電位と基準電位とを比較し、比較結果信号を出力する比較部と、
前記比較部に接続され、前記ｍ個の電極に対する比較結果信号に応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する判定部とを備える容量検出装置。
【請求項２】
前記比較部はｍ個の比較器を有し、
前記判定部は、前記ｍ個の比較器それぞれに対応した記憶部を有し、当該記憶部は充電中における所定の１つのタイミングで前記ｍ個の比較部からの比較結果信号を取得して格納し、前記判定部は、前記記憶部に格納された値に応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項３】
前記判定部は、更に計測部を有し、当該計測部は前記ｍ個の比較器それぞれの前記比較結果信号の変化点の時間間隔を計測し、前記判定部は、計測された時間間隔と前記記憶部に格納された値とに応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項２に記載の容量検出装置。
【請求項４】
前記所定の１つのタイミングは、前記ｍ個の比較器からの比較結果信号のうち、いずれか１つの比較結果信号が変化したタイミングである請求項２または３に記載の容量検出装置。
【請求項５】
前記判定部は、更に排他的論理和算出部を有し、当該排他的論理和算出部は、前記ｍ個の比較器からの比較結果信号が入力され、前記記憶部は、充電開始後、前記排他的論理和算出部の出力の最初の変化点で前記ｍ個の比較結果信号の値を格納し、前記計測部は、充電開始後、前記排他的論理和算出部の出力の変化点の間隔を計測する請求項３に記載の容量検出装置。
【請求項６】
前記所定の１つのタイミングは、電極に人体が接触していない場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間と、電極に人体が接触した場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間との間の時間で設定される請求項２に記載の容量検出装置。
【請求項７】
前記判定部は、更に計測部を有し、
前記記憶部は、前記計測部の計測時間が前記所定の１つのタイミングが示す時間になった時に前記ｍ個の比較器からの比較結果信号の値を格納する請求項６に記載の容量検出装置。
【請求項８】
前記判定部は計測部を有し、当該計測部は充電開始から前記比較結果信号のｍ個の変化点までの時間を計測し、計測した時間の違いにより前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項９】
前記比較部は、ｍ個の比較器を有し、
前記判定部は、前記ｍ個の比較器それぞれに対応した記憶部を有し、前記計測部は、前記比較結果信号のｍ個の変化点に対して計測した時間を、それぞれに対応する前記記憶部に記憶し、前記判定部は前記記憶部に格納された計測時間により前記m個の電極につながる容量の違いを判定する請求項８に記載の容量検出装置。
【請求項１０】
前記充放電制御部は、所定の期間前記電極を接地電位に接続して放電を行い、抵抗を介して電源電位に接続して充電を行う請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項１１】
前記判定部は、計測部を有し、当該計測部は前記ｍ個の比較器それぞれの前記比較結果信号の変化点の時間間隔を計測し、前記判定部は、計測された時間間隔に応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１に記載の容量検出装置。
【請求項１２】
ｎ個（ｎは２以上の整数）の電極につながる容量の検出を行う方法であって、
前記ｎ個の電極からｍ個（ｍはｎ≧ｍ≧２である整数）の電極を選択する選択ステップと、
前記ｍ個の電極につながる容量に対して平行して、所定の期間放電を行った後、充電を行う充放電ステップと、
前記ｍ個の電極のそれぞれの充電中の電位を基準電位と比較し、比較結果を出力する比較ステップと、
前記ｍ個の電極に対する比較結果に応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する判定ステップとを備え、
前記選択ステップ、充放電ステップ、比較ステップ、判定ステップをｎ／ｍ回行う容量検出方法。
【請求項１３】
前記判定ステップは、前記ｍ個の比較結果を、充電中における所定の１つのタイミングで取得し、取得した比較結果に応じて前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１２に記載の容量検出方法。
【請求項１４】
前記判定ステップは、前記ｍ個の電極それぞれに対する前記比較結果を取得した時間の間隔と前記取得した比較結果とに応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１３に記載の容量検出方法。
【請求項１５】
前記所定のタイミングは、電極に人体が接触していない場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間と、電極に人体が接触した場合に前記基準電位までの充電に要する充電時間との間の時間で設定される請求項１３に記載の容量検出方法。
【請求項１６】
前記判定ステップは、充電開始から前記比較結果が出力されるまでの時間を計測し、計測した時間の違いにより前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１２に記載の容量検出方法。
【請求項１７】
前記判定ステップは、前記ｍ個の電極それぞれに対する前記比較結果を取得した時間の間隔に応じて、前記ｍ個の電極につながる容量の違いを判定する請求項１２に記載の容量検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２３９６６６（Ｐ２００９−２３９６６６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８３７３３（Ｐ２００８−８３７３３）
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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