静電容量スイッチ
【課題】ノイズの影響を取り除き、検出感度、信頼度を増大することが可能な静電容量スイッチを提供する。
【解決手段】被検物が接近または接触する検出電極と、予め定められた電圧の電圧信号を生成して出力する電圧調整器と、電圧調整器から出力された電圧に基づいて、被検物の接近または接触を検出する検出モード時には、電圧調整器にて予め定められた検出電極電圧信号を生成して検出電極に印加する電圧印加制御部と、被検物の接近または接触によって検出電極と被検物との間に生ずる静電容量に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する状態判定部と、を備え、電圧印加制御部は、検出電極と被検物との間に生ずる静電容量が、予め定められた静電容量閾値を下回るときには、検出電極電圧信号とは異なるスタンバイ電圧信号を生成して検出電極に印加するスタンバイモードに遷移させることを特徴とする。
【解決手段】被検物が接近または接触する検出電極と、予め定められた電圧の電圧信号を生成して出力する電圧調整器と、電圧調整器から出力された電圧に基づいて、被検物の接近または接触を検出する検出モード時には、電圧調整器にて予め定められた検出電極電圧信号を生成して検出電極に印加する電圧印加制御部と、被検物の接近または接触によって検出電極と被検物との間に生ずる静電容量に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する状態判定部と、を備え、電圧印加制御部は、検出電極と被検物との間に生ずる静電容量が、予め定められた静電容量閾値を下回るときには、検出電極電圧信号とは異なるスタンバイ電圧信号を生成して検出電極に印加するスタンバイモードに遷移させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を監視して、被検物の接近または接触を検出する静電容量スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量検出電極と人体間の静電容量を利用して、スイッチやダイヤルなどのＨＭＩ（Human-Machine Interface）の操作を推定する方法がある。代表的な方法は次の通りである。
・静電容量に電荷を充電した後、放電に要する時間差から充電された静電容量を測定し、ユーザの操作を推定する。
・静電容量に電荷を充電した後の電圧差を測定し、ユーザの操作を推定する（チャージ・トランスファ方式等、非特許文献１参照）。
（充電した電荷はスイッチを介して別のコンデンサに蓄える場合がある）
・静電容量で発振回路を構成したときの周波数差を測定し、ユーザの操作を推定する（弛張発振方式、非特許文献１参照）。
・送受信電極の間に流れる電流を、人体間との静電容量を介してＧＮＤ（グランド）接地することによって変化した電流差を測定し、ユーザの操作を推定する。
いずれの方法も、人体を介した静電容量検出電極とＧＮＤ間の静電容量を利用し、その静電容量によって決まる時間、電圧、周波数、電流を測定するものである。
【０００３】
図９に、上述の、静電容量に電荷を充電した後の電圧差を測定し、ユーザの操作を推定する方法（チャージ・トランスファ方式）による静電容量スイッチの回路の一例を示す。静電容量スイッチ２００は、静電容量検出電極（以下、「検出電極」と略称する）１、例えば周知のオペアンプ等を含んで構成される増幅器８、周知のＡＤコンバータであるＡＤＣ９、ＣＰＵ１０、回路全体に電源を供給する電源１１、電源１１〜検出電極１の間に設けられた電荷移動用スイッチＳＷ１、検出電極１〜増幅器８の間に設けられた電荷移動用スイッチＳＷ２、一方が電荷移動用スイッチＳＷ２〜増幅器８の間に接続され他方がＧＮＤに接続された電荷積分用コンデンサ（以下、「コンデンサ」と略称）Ｃｉ、コンデンサＣｉに並列接続された放電抵抗Ｒｂ、放電抵抗Ｒｂ〜ＧＮＤの間に設けられた放電用スイッチＳＷ３を含んで構成される。
【０００４】
ＣＰＵ１０は、中央演算処理部ともいわれ、内部にはマイコン、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、マイコンがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、静電容量スイッチとしての各種動作を行う。
【０００５】
電源１１から、例えばＣＰＵ１０からのクロック制御によって、電荷移動用スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替え、検出電極１に電圧Ｖｄを印加すると、検出電極１とユーザ（人）１４との間の静電容量Ｃｓおよびとユーザ１４とＧＮＤの間の静電容量Ｃｂに応じた電荷が検出電極１に蓄積され、次に、電荷移動用スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態のときに電荷移動用スイッチＳＷ２をＯＮ状態とし、検出電極１に蓄積されている電荷をコンデンサＣｉに転送する。そして、これらの、電荷の蓄積、転送を繰り返した後に、電荷量に応じて発生するＣｉの電圧を測定した後に、放電用スイッチＳＷ３をＯＮ状態としてＣｉの電荷を放電抵抗Ｒｂで消費することで放電する（図２参照）。
【０００６】
ＣｓおよびＣｂに蓄積された電荷に応じて発生するＣｉの電圧は、増幅器８において所定の増幅率によって増幅され、ＡＤＣ９でＡＤ変換が行われ、ＣＰＵ１０において、電圧値あるいは電圧値の変化が、ユーザの手指等の、被検物の接近あるいは接触によるものかどうかを判定する。
【０００７】
上述の方法には、
・常に検出電極にパルスまたは正弦波など交流の駆動電圧を印加しており、検出電極から外部に向かって電束電流（変位電流）が流れるため、ノイズが発生しやすい。
・微弱信号を取り扱うため、特に静電容量の変化が小さい場合、それがノイズによるものか、静電容量の変化によるものなのか判別が難しい。
などの問題があった。
【０００８】
近年、車載機器においても、静電容量方式のスイッチなどのＨＭＩが普及している。車載機器の静電容量方式スイッチにおいては次のような問題がある。
・寒冷時に厚手の手袋を着用して操作することがあるが、厚手の手袋着用時の静電容量検出電極と人体間の静電容量は少なくなるため、わずかな静電容量の変化を測定できる必要がある。
・スイッチによっては高い信頼性を要求される場合もあり、誤動作・非動作をなくす必要がある。これは、静電容量検出電極の面積を大きくすることで、スイッチの感度や信頼性を向上することができるが、車載機器は限られた面積に多数のスイッチを配置する必要があり、静電容量検出電極の面積を大きくできない。また、スマートキー、ＧＰＳなど電波を扱う車載機器が増大しており、搭載機器の発生ノイズに対する要求がより厳しくなっている。
【０００９】
これらの要求に応えるため、従来技術として、ユーザがスイッチを押したときの、静電容量の変化のパターンマッチングを行い、ノイズと区別する方法が開示されている（特許文献１参照）。また、複数の電極間の相関をとり、静電容量の変化とノイズを区別する方法がある。また、検出素子の静電容量が変化しても信号出力回路からの出力信号を所定値に保持する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１００９７６号公報
【特許文献２】特開平０７−２２５１３７号公報
【特許文献３】特開平０５−００１９３４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「トランジスタ技術」２００９年８月号（ＣＱ出版社）の特集記事「タッチ・パネルのしくみと使い方」の第２章「タッチ・パネル方式事典」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１、特許文献２の方法では、検出電極には一定振幅の連続したパルスなどのまたは正弦波など交流の駆動電圧を印加して、静電容量を測定しており、検出電極から外部に向かって電束電流（変位電流）が流れるため、ノイズが発生しやすい。ＨＭＩでは微弱信号を取り扱うため、特に静電容量変化が小さい場合、それがノイズによるものか、静電容量の変化によるものかの判別が難しい。つまり、ユーザがスイッチを押したときの静電容量の変化に似たパターンがノイズによって引き起こされると誤判定する問題があり、ノイズとの判別を効率的に行うことはできない。また、測定装置に、測定に不要な周波数成分を抑制するフィルタを取り付けることで、ノイズによる影響を軽減することができるが、ノイズの周波数と測定に必要な周波数が近い場合は、フィルタを用いても、ノイズの影響を軽減できない問題がある。
【００１３】
上記問題点を背景として、本発明の課題は、ノイズの影響を取り除き、検出感度を増大し、信頼性の向上が可能な静電容量スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１４】
上記課題を解決するための静電容量スイッチは、被検物が接近または接触する検出電極と、予め定められた電圧の電圧信号を生成して出力する電圧調整器と、電圧調整器から出力された電圧に基づいて、被検物の接近または接触を検出する検出モード時には、電圧調整器にて予め定められた検出電極電圧信号を生成して検出電極に印加する電圧印加制御部と、被検物の接近または接触によって、検出電極と被検物との間に生ずる静電容量に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する状態判定部と、を備え、電圧印加制御部は、検出電極と被検物との間に生ずる静電容量が、予め定められた静電容量閾値を下回るときには、検出電極電圧信号とは異なるスタンバイ電圧信号を生成して検出電極に印加するスタンバイモードに遷移させることを特徴とする。
【００１５】
人の手指（すなわち、被検物）の接近または接触の状態によって発生する静電容量は急激に変化することはない。つまり、静電容量の急激な変化は、被検物の接近または接触以外の要因により発生することが多く、結果としてノイズの影響により静電容量スイッチの信頼性の低下を招くことになる。上記構成によって、検出電極を大きくすることなく、また発生するノイズを増大することなく、静電容量スイッチの感度と信頼性を高めることが可能となる。また、ノイズによる誤検出を防止できる。
【００１６】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時には検出電極電圧信号の振幅を検出モード時よりも小さくする。
【００１７】
上記構成によって、静電容量スイッチの最低限の感度を維持しつつ、ノイズの発生を抑え、さらに誤検知を防止することができる。また、静電容量スイッチの消費電力を低減することもできる。
【００１８】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時には検出電極電圧信号の出力期間を検出モード時よりも短くする。
【００１９】
上記構成によっても、静電容量スイッチの最低限の感度を維持しつつ、ノイズの発生を抑え、さらに誤検知を防止することができる。また、静電容量スイッチの消費電力を低減することもできる。
【００２０】
また、本発明の静電容量スイッチにおける検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号である。
【００２１】
上記構成によって、定常的に電圧を印加する方法よりも、静電容量スイッチの感度を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の静電容量スイッチにおける検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号であり、電圧印加制御部は、スタンバイモード時には検出電極電圧信号の周波数を検出モード時よりも低くする。
【００２３】
上記構成によっても、静電容量スイッチの最低限の感度を維持しつつ、ノイズ等による誤検知を防止することができる。また、静電容量スイッチの消費電力を低減することもできる。
【００２４】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時に検出電極と被検物との間に生ずる静電容量の変化を検知したときには、検出モードに遷移させる。
【００２５】
上記構成によって、ノイズ等による影響を受けることなく、スタンバイモードから検出モードに遷移させることができ、被検物の接近または接触を正確に検出することができる。
【００２６】
また、本発明の静電容量スイッチは、被検物の接近または接触によって、検出電極電圧信号が印加された検出電極と被検物との間に生ずる静電容量によって発生した電荷を蓄積するコンデンサを備え、状態判定部は、コンデンサに蓄積された電荷により生ずるコンデンサ電圧に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する。
【００２７】
本構成は、上述のチャージ・トランスファ方式に相当するものである。上記構成によって、既存の構成に電圧調整器と電圧印加制御部とを加えるだけで、比較的低コストで本発明の構成を実現できる。
【００２８】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、検出モード時に、コンデンサ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るときには、スタンバイモードに遷移させる。
【００２９】
上記構成によって、既存の構成を用いることにより、比較的低コストで本発明の構成を実現できる。
【００３０】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時に、状態判定部がコンデンサ電圧の変化を検出したときには、コンデンサ電圧がモード切替閾値を下回るときでも、検出モードに遷移させる。
【００３１】
上記構成によって、チャージ・トランスファ方式においても、ノイズ等による影響を受けることなく、被検物の接近または接触を正確に検出することができる。
【００３２】
また、本発明の静電容量スイッチにおける状態判定部は、検出電極電圧信号の出力状態と、検出電極電圧信号の印加に応じて発生するコンデンサ電圧との関係が、予め定められた相関性を満たすときに、被検物が接近または接触したと判定する。
【００３３】
上記構成によって、被検物の接近または接触を、より正確に検出することができる。
【００３４】
また、本発明の静電容量スイッチにおける状態判定部は、検出電極電圧信号の出力状態を変化させたとき、コンデンサ電圧が、検出電極電圧信号の出力状態の変化に対応する変化があったと判定したときに、相関性を満たすとして、被検物が接近または接触したと判定する。
【００３５】
上記構成によって、既存の構成を用い、複雑な演算をすることなく、被検物の接近または接触を、より正確に検出することができる。
【００３６】
上述したとおり、本発明は、人の手指（すなわち、被検物）の接近または接触の状態によって発生する静電容量は急激に変化することはないことと、得られた測定値は検出電極電圧信号の印加電圧（振幅電圧）、印加時間、あるいは周波数と大きな相関性があることに着目し、これら振幅電圧、印加時間、あるいは周波数を適時出力制御して、所定回数測定することで、測定した測定値の信頼度を求めることにより、上記問題点を解決するものである。
【００３７】
すなわち、コンデンサの充電電圧や充電時間は、検出電極電圧信号の振幅電圧や印加時間に応じて、原理的に決まるが、検出電極電圧信号の振幅電圧や印加時間や印加回数を変化することで、得られた充電電圧や充電時間がノイズによるものか、静電容量によるものかを区別することができる。また、測定値に求められる信頼度に応じて、検出電極電圧信号の出力を制御できるため、発生するノイズを低減しながらスイッチの信頼性を向上することができる。例えば、相関性が高い場合は、静電容量の変化と判断することで、ノイズによる誤動作の可能性を排除でき、さらに感度を上げられることから、非検出や誤検出を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】静電容量スイッチ回路の全体構成を示すブロック図。
【図２】各スイッチの動作タイミングと、検出電極への印加電圧およびコンデンサの電圧との関係を示す図。
【図３】操作判定処理を説明するフロー図。
【図４】スタンバイモードへの移行例を示す図。
【図５】相関性の判定方法を示す図。
【図６】相関性の判定方法の別例を示す図。
【図７】静電容量スイッチの他の構成への適用例を示す図。
【図８】静電容量スイッチの他の構成への適用例を示す図。
【図９】従来の静電容量スイッチ回路の全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の静電容量スイッチについて、図面を用いて説明する。図１に、静電容量スイッチ１００の全体構成を示す。静電容量スイッチ１００は、図９の従来構成の静電容量スイッチ２００に、電圧調整器２を追加したものであるため、図９と同一の構成のものについては同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００４０】
電圧調整器２は、ＣＰＵ１０の制御指示により、出力電圧Ｖｄの電圧値あるいは出力タイミングを変化させるためのものである。そして、電荷移動用スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ動作により、パルス信号が検出電極１に印加される。
【００４１】
なお、静電容量検出電極１が本発明の検出電極に相当する。また、ＣＰＵ１０が本発明の電圧印加制御部、状態判定部に相当する。また、電荷積分用コンデンサＣｉが本発明のコンデンサに相当する。
【００４２】
図２に、ＣＰＵ１０の制御指示により開閉動作が行われる電荷移動用スイッチＳＷ１およびＳＷ２、放電用スイッチＳＷ３の動作タイミングと、検出電極１への印加電圧ＶｃおよびコンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）との関係を示す。周知のとおり、コンデンサの静電容量Ｃと、コンデンサに蓄積される電荷Ｑとコンデンサの電圧Ｖとの関係は、Ｑ＝Ｃ×Ｖで表されるため、これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の動作タイミングと、コンデンサＣｉに蓄積される電荷との関係も、図２と同様のものとなる。
【００４３】
電荷移動用スイッチＳＷ１がＯＮ状態となり、電圧調整器２からの出力電圧Ｖｄが検出電極１に印加されているときには、電荷移動用スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態とし、検出電極１とユーザ１４との間の静電容量Ｃｓおよびユーザ１４とＧＮＤとの間の静電容量Ｃｂに応じた電荷が検出電極１に蓄積される。次に、電荷移動用スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態のときに電荷移動用スイッチＳＷ２をＯＮ状態とし、検出電極１に蓄積された電荷をコンデンサＣｉに転送する。Ｃｉ電圧Ｖｃは、ＣｓおよびＣｂの直列回路に蓄積された電荷に相当する値となる。これらの、電荷の蓄積、転送を繰り返した後に、電荷量に応じて発生するＣｉの電圧を測定し、最後に、電荷移動用スイッチＳＷ１およびＳＷ２をＯＦＦ状態とし、放電用スイッチＳＷ３をＯＮ状態とすることで、コンデンサＣｉに蓄積された電荷を放電する。
【００４４】
図３を用いて、ＣＰＵ１０において実行される、静電容量スイッチ１００における操作判定処理について説明する。まず、コンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）を測定する（Ｓ１１）。次に、測定したＣｉ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るとき（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１０の制御指示により、すなわち検出電極１への印加電圧を、静電容量Ｃｓの変化を検出できる最小出力となるように電圧調整器２からの出力およびスイッチＳＷ１の開閉タイミングを調整して、スタンバイモードに遷移する（Ｓ１３）。
【００４５】
一方、Ｃｉ電圧が予め定められたモード切替閾値を上回るとき（Ｓ１２：Ｎｏ）、
ステップＳ１４（後述）へジャンプする。
【００４６】
図４に、スタンバイモードへの遷移例を示す。図４（ａ）は検出モード時の状態を示したもので、図４（ａ）で示すように、検出モード時には、検出電極１への印加電圧Ｖｃは、印加電圧Ｖｄ、印加時間Ｔ１、印加周期Ｔ２となるようにＣＰＵ１０により制御されている。
【００４７】
図４（ｂ）〜（ｄ）は検出モードからスタンバイモードへの遷移例を示したものである。これら遷移例のうち、一つあるいは複数の組み合わせを用いる。
・図４（ｂ）：印加電圧を、通常の値Ｖｄよりも小さい値Ｖｄ２（例えば、Ｖｄ/２）とする。
・図４（ｃ）：印加電圧Ｖｄの周波数ｆ１を、通常の値よりも小さいｆ２とする。すなわち、印加電圧Ｖｄの印加時間Ｔ１および印加周期Ｔ２は変化させず、このときのスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦの周期を、通常よりも長くする。
・図４（ｄ）：印加時間Ｔ１を、通常よりも短く（例えば、Ｔ１/２）する。印加周期Ｔ２は変化させない。
・その他：印加周期Ｔ２を、通常よりも長くする。あるいは、パルス信号である印加電圧Ｖｄの出力デューティー比を通常よりも小さくする。
【００４８】
上述のように、スタンバイモード時は、測定したコンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）の変化の有無が分かればよいので、電圧調整器２からの出力を低減、あるいは周波数を低く（すなわち、出力周期を長く）するようスイッチＳＷ１の開閉タイミングを調節して、平均ノイズの発生を抑制することができる。
【００４９】
図３に戻り、スタンバイモード時に、測定されたコンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）が、前回測定されたＣｉ電圧から所定量あるいは所定割合だけ変化したとき（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１０の制御指示により、電圧調整器２からの出力を通常時の状態（例えば、図４（ａ）の状態）に戻して、検出モードに移行する（Ｓ１５）。そして、電圧調整器２からの出力を増大したり、周波数を上げることで、ＳＮ比を向上させる。そして、そのときのＣｉ電圧の変化が、ノイズに起因する変化か、静電容量（Ｃｓ、Ｃｂ）に起因する変化かを判別するため、駆動出力を適当な間隔で増減し（図５、図６参照）、駆動出力中の測定値から検出電極１の静電容量を求める。
【００５０】
なお、検出モードに遷移した後、測定したＣｉ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るとき、上述のように、再びスタンバイモードに遷移する。
【００５１】
検出モードに移行した後、Ｃｉ電圧を測定して、検出電極１に印加される電圧である検出電極電圧ＶｃとＣｉ電圧との相関性を算出する（Ｓ１６）。
【００５２】
図５、図６を用いて、相関性の判定方法について説明する。図５は、検出電極電圧Ｖｃが一定のときの、相関性の判定方法を示したものである。（ａ）の例では、２回の測定においてＣｉ電圧のピーク値がほぼ同じであるため、相関性が高いと判定される。一方、（ｂ）の例では、２回目の測定におけるＣｉ電圧のピーク値が、１回目の測定におけるＣｉ電圧のピーク値の約半分となっており、検出電極電圧Ｖｃが変化していないのにＣｉ電圧が変化しており、相関性が低いと判定される。
【００５３】
また、図６は、検出電極電圧Ｖｃを可変としたときの、相関性の判定方法を示したものである。図６の例では、１回目の測定時は、検出電極電圧Ｖｃは通常時と同じＶｄで、２回目の測定時は、検出電極電圧ＶｃはＶｄの２倍の値となっている。（ａ）の例では、検出電極電圧Ｖｃが約２倍に変化したときに、Ｃｉ電圧のピーク値も約２倍に変化しており、相関性が高いと判定される。一方、（ｂ）の例では、検出電極電圧Ｖｃが約２倍に変化したにもかかわらず、Ｃｉ電圧のピーク値は変化しておらず、相関性が低いと判定される。
【００５４】
検出電極電圧Ｖｃの値を可変とする方法の他に、検出電極電圧Ｖｃの周波数を変化させること（図４（ｃ）参照）、あるいは印加時間Ｔ１変化させること（図４（ｄ）参照）により、相関性を判定してもよい。無論、印加周期Ｔ２を変化させることにより、相関性を判定してもよい。また、これら電圧値および周波数等の変化を適宜組み合わせることで、さらに精度よく相関性を判定することができる。
【００５５】
図３に戻り、検出電極電圧ＶｃとＣｉ電圧との相関性が高いと判定されたとき（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、得られた測定値（すなわち、Ｃｉ電圧）の信頼度を、検出電極電圧Ｖｃの振幅あるいは周波数と測定値との相関から求める。検出電極電圧Ｖｃの振幅が大きいとき、あるいは検出電極電圧Ｖｃの周波数が高いときに得られた測定値が大きい場合は、相関性が高いと判定する。また、相関性が高いと判定された状態が、所定の測定回数または所定時間継続したときに、測定値の信頼度が高いと判定する。
【００５６】
信頼度が高いと判定されたとき（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、被検物が接近または接触し、スイッチ入力があったと判定する（Ｓ１９）。この後、スイッチ入力に応じた処理あるいは動作を行うが、本発明の構成とは関係ないので、詳細については割愛する。そして、ステップＳ１３へ戻り、スタンバイモードへ移行する。一方、信頼度が低いと判定されたとき（Ｓ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１５へ戻り、再度測定を行う。
【００５７】
本発明の構成は、上述した他の方式の静電容量スイッチへの適用も可能である。上述の、「静電容量に電荷を充電した後、放電に要する時間差から充電された静電容量を測定し、ユーザの操作を推定する」の構成においては、静電容量（すなわち検出電極）に印加する電圧の状態を、検出モードとスタンバイモードに応じて切り替えるようにすればよい。
【００５８】
また、図７（非特許文献１より抜粋）に、上述のチャージ・トランスファ方式の変形例であるＣＳＤ（CapSense Sigima-Delta）方式への適用例を示す。図７では、ＣＳＤ方式による被検物の接近あるいは接触の検出原理を示しているが、ＶＤＤを本発明の電圧調整器２と同様の機能を有するものとし、電荷移動用スイッチであるＳＷ１１、ＳＷ１２および放電用スイッチＳＷ１３は、それぞれ図２のＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と同様の動作を行うように制御する。
【００５９】
また、図８（非特許文献１より抜粋）に、上述の弛張発振方式への適用例を示す。図８では、ＲとＣｓで発振回路を形成する弛張発振方式による、被検物の接近あるいは接触の検出原理図を示しているが、Ｖｄを本発明の電圧調整器２と同様の機能を有するものとし、ＶｄとＲとの間に図１と同等の動作を行うスイッチＳＷ１を設ければよい。
【００６０】
また、上述の、「送受信電極の間に流れる電流を、人体間との静電容量を介してＧＮＤ接地することによって変化した電流差を測定し、ユーザの操作を推定する」構成においては、送信電極に印加する電圧の状態を、検出モードとスタンバイモードに応じて切り替えるようにすればよい。
【００６１】
さらに、特許文献３のような、液面などの高さ測定において液体と測定電極間の静電容量を用いて測定するセンサにも、本発明の構成を適用可能である。例えば、特許文献３の図１の発振回路（６）からの出力状態を、図４（ｂ）〜（ｄ）に示したような、検出モードとスタンバイモードに応じて切り替えるようにすればよい。無論、測定の対象となる液体は、燃料のような、血液等の生化学に関するもの以外でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
静電スイッチ、静電タッチパネルなど、静電容量を利用したＨＭＩに用いるスイッチやダイヤル（人体と電極間の静電容量、電極間の静電容量を利用したもの）以外にも、液面などの高さ測定において液体と測定電極間の静電容量を用いて測定するセンサなどにも利用することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 静電容量検出電極（検出電極）
２ 電圧調整器
８ 増幅器
９ ＡＤＣ
１０ ＣＰＵ（電圧印加制御部、状態判定部）
１１ 電源
１００ 静電容量スイッチ
ＳＷ１、ＳＷ２ 電荷移動用スイッチ
Ｃｉ 電荷積分用コンデンサ（コンデンサ）
Ｒｂ 放電抵抗
ＳＷ３ 放電用スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を監視して、被検物の接近または接触を検出する静電容量スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量検出電極と人体間の静電容量を利用して、スイッチやダイヤルなどのＨＭＩ（Human-Machine Interface）の操作を推定する方法がある。代表的な方法は次の通りである。
・静電容量に電荷を充電した後、放電に要する時間差から充電された静電容量を測定し、ユーザの操作を推定する。
・静電容量に電荷を充電した後の電圧差を測定し、ユーザの操作を推定する（チャージ・トランスファ方式等、非特許文献１参照）。
（充電した電荷はスイッチを介して別のコンデンサに蓄える場合がある）
・静電容量で発振回路を構成したときの周波数差を測定し、ユーザの操作を推定する（弛張発振方式、非特許文献１参照）。
・送受信電極の間に流れる電流を、人体間との静電容量を介してＧＮＤ（グランド）接地することによって変化した電流差を測定し、ユーザの操作を推定する。
いずれの方法も、人体を介した静電容量検出電極とＧＮＤ間の静電容量を利用し、その静電容量によって決まる時間、電圧、周波数、電流を測定するものである。
【０００３】
図９に、上述の、静電容量に電荷を充電した後の電圧差を測定し、ユーザの操作を推定する方法（チャージ・トランスファ方式）による静電容量スイッチの回路の一例を示す。静電容量スイッチ２００は、静電容量検出電極（以下、「検出電極」と略称する）１、例えば周知のオペアンプ等を含んで構成される増幅器８、周知のＡＤコンバータであるＡＤＣ９、ＣＰＵ１０、回路全体に電源を供給する電源１１、電源１１〜検出電極１の間に設けられた電荷移動用スイッチＳＷ１、検出電極１〜増幅器８の間に設けられた電荷移動用スイッチＳＷ２、一方が電荷移動用スイッチＳＷ２〜増幅器８の間に接続され他方がＧＮＤに接続された電荷積分用コンデンサ（以下、「コンデンサ」と略称）Ｃｉ、コンデンサＣｉに並列接続された放電抵抗Ｒｂ、放電抵抗Ｒｂ〜ＧＮＤの間に設けられた放電用スイッチＳＷ３を含んで構成される。
【０００４】
ＣＰＵ１０は、中央演算処理部ともいわれ、内部にはマイコン、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、マイコンがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、静電容量スイッチとしての各種動作を行う。
【０００５】
電源１１から、例えばＣＰＵ１０からのクロック制御によって、電荷移動用スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替え、検出電極１に電圧Ｖｄを印加すると、検出電極１とユーザ（人）１４との間の静電容量Ｃｓおよびとユーザ１４とＧＮＤの間の静電容量Ｃｂに応じた電荷が検出電極１に蓄積され、次に、電荷移動用スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態のときに電荷移動用スイッチＳＷ２をＯＮ状態とし、検出電極１に蓄積されている電荷をコンデンサＣｉに転送する。そして、これらの、電荷の蓄積、転送を繰り返した後に、電荷量に応じて発生するＣｉの電圧を測定した後に、放電用スイッチＳＷ３をＯＮ状態としてＣｉの電荷を放電抵抗Ｒｂで消費することで放電する（図２参照）。
【０００６】
ＣｓおよびＣｂに蓄積された電荷に応じて発生するＣｉの電圧は、増幅器８において所定の増幅率によって増幅され、ＡＤＣ９でＡＤ変換が行われ、ＣＰＵ１０において、電圧値あるいは電圧値の変化が、ユーザの手指等の、被検物の接近あるいは接触によるものかどうかを判定する。
【０００７】
上述の方法には、
・常に検出電極にパルスまたは正弦波など交流の駆動電圧を印加しており、検出電極から外部に向かって電束電流（変位電流）が流れるため、ノイズが発生しやすい。
・微弱信号を取り扱うため、特に静電容量の変化が小さい場合、それがノイズによるものか、静電容量の変化によるものなのか判別が難しい。
などの問題があった。
【０００８】
近年、車載機器においても、静電容量方式のスイッチなどのＨＭＩが普及している。車載機器の静電容量方式スイッチにおいては次のような問題がある。
・寒冷時に厚手の手袋を着用して操作することがあるが、厚手の手袋着用時の静電容量検出電極と人体間の静電容量は少なくなるため、わずかな静電容量の変化を測定できる必要がある。
・スイッチによっては高い信頼性を要求される場合もあり、誤動作・非動作をなくす必要がある。これは、静電容量検出電極の面積を大きくすることで、スイッチの感度や信頼性を向上することができるが、車載機器は限られた面積に多数のスイッチを配置する必要があり、静電容量検出電極の面積を大きくできない。また、スマートキー、ＧＰＳなど電波を扱う車載機器が増大しており、搭載機器の発生ノイズに対する要求がより厳しくなっている。
【０００９】
これらの要求に応えるため、従来技術として、ユーザがスイッチを押したときの、静電容量の変化のパターンマッチングを行い、ノイズと区別する方法が開示されている（特許文献１参照）。また、複数の電極間の相関をとり、静電容量の変化とノイズを区別する方法がある。また、検出素子の静電容量が変化しても信号出力回路からの出力信号を所定値に保持する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１００９７６号公報
【特許文献２】特開平０７−２２５１３７号公報
【特許文献３】特開平０５−００１９３４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「トランジスタ技術」２００９年８月号（ＣＱ出版社）の特集記事「タッチ・パネルのしくみと使い方」の第２章「タッチ・パネル方式事典」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１、特許文献２の方法では、検出電極には一定振幅の連続したパルスなどのまたは正弦波など交流の駆動電圧を印加して、静電容量を測定しており、検出電極から外部に向かって電束電流（変位電流）が流れるため、ノイズが発生しやすい。ＨＭＩでは微弱信号を取り扱うため、特に静電容量変化が小さい場合、それがノイズによるものか、静電容量の変化によるものかの判別が難しい。つまり、ユーザがスイッチを押したときの静電容量の変化に似たパターンがノイズによって引き起こされると誤判定する問題があり、ノイズとの判別を効率的に行うことはできない。また、測定装置に、測定に不要な周波数成分を抑制するフィルタを取り付けることで、ノイズによる影響を軽減することができるが、ノイズの周波数と測定に必要な周波数が近い場合は、フィルタを用いても、ノイズの影響を軽減できない問題がある。
【００１３】
上記問題点を背景として、本発明の課題は、ノイズの影響を取り除き、検出感度を増大し、信頼性の向上が可能な静電容量スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１４】
上記課題を解決するための静電容量スイッチは、被検物が接近または接触する検出電極と、予め定められた電圧の電圧信号を生成して出力する電圧調整器と、電圧調整器から出力された電圧に基づいて、被検物の接近または接触を検出する検出モード時には、電圧調整器にて予め定められた検出電極電圧信号を生成して検出電極に印加する電圧印加制御部と、被検物の接近または接触によって、検出電極と被検物との間に生ずる静電容量に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する状態判定部と、を備え、電圧印加制御部は、検出電極と被検物との間に生ずる静電容量が、予め定められた静電容量閾値を下回るときには、検出電極電圧信号とは異なるスタンバイ電圧信号を生成して検出電極に印加するスタンバイモードに遷移させることを特徴とする。
【００１５】
人の手指（すなわち、被検物）の接近または接触の状態によって発生する静電容量は急激に変化することはない。つまり、静電容量の急激な変化は、被検物の接近または接触以外の要因により発生することが多く、結果としてノイズの影響により静電容量スイッチの信頼性の低下を招くことになる。上記構成によって、検出電極を大きくすることなく、また発生するノイズを増大することなく、静電容量スイッチの感度と信頼性を高めることが可能となる。また、ノイズによる誤検出を防止できる。
【００１６】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時には検出電極電圧信号の振幅を検出モード時よりも小さくする。
【００１７】
上記構成によって、静電容量スイッチの最低限の感度を維持しつつ、ノイズの発生を抑え、さらに誤検知を防止することができる。また、静電容量スイッチの消費電力を低減することもできる。
【００１８】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時には検出電極電圧信号の出力期間を検出モード時よりも短くする。
【００１９】
上記構成によっても、静電容量スイッチの最低限の感度を維持しつつ、ノイズの発生を抑え、さらに誤検知を防止することができる。また、静電容量スイッチの消費電力を低減することもできる。
【００２０】
また、本発明の静電容量スイッチにおける検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号である。
【００２１】
上記構成によって、定常的に電圧を印加する方法よりも、静電容量スイッチの感度を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の静電容量スイッチにおける検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号であり、電圧印加制御部は、スタンバイモード時には検出電極電圧信号の周波数を検出モード時よりも低くする。
【００２３】
上記構成によっても、静電容量スイッチの最低限の感度を維持しつつ、ノイズ等による誤検知を防止することができる。また、静電容量スイッチの消費電力を低減することもできる。
【００２４】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時に検出電極と被検物との間に生ずる静電容量の変化を検知したときには、検出モードに遷移させる。
【００２５】
上記構成によって、ノイズ等による影響を受けることなく、スタンバイモードから検出モードに遷移させることができ、被検物の接近または接触を正確に検出することができる。
【００２６】
また、本発明の静電容量スイッチは、被検物の接近または接触によって、検出電極電圧信号が印加された検出電極と被検物との間に生ずる静電容量によって発生した電荷を蓄積するコンデンサを備え、状態判定部は、コンデンサに蓄積された電荷により生ずるコンデンサ電圧に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する。
【００２７】
本構成は、上述のチャージ・トランスファ方式に相当するものである。上記構成によって、既存の構成に電圧調整器と電圧印加制御部とを加えるだけで、比較的低コストで本発明の構成を実現できる。
【００２８】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、検出モード時に、コンデンサ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るときには、スタンバイモードに遷移させる。
【００２９】
上記構成によって、既存の構成を用いることにより、比較的低コストで本発明の構成を実現できる。
【００３０】
また、本発明の静電容量スイッチにおける電圧印加制御部は、スタンバイモード時に、状態判定部がコンデンサ電圧の変化を検出したときには、コンデンサ電圧がモード切替閾値を下回るときでも、検出モードに遷移させる。
【００３１】
上記構成によって、チャージ・トランスファ方式においても、ノイズ等による影響を受けることなく、被検物の接近または接触を正確に検出することができる。
【００３２】
また、本発明の静電容量スイッチにおける状態判定部は、検出電極電圧信号の出力状態と、検出電極電圧信号の印加に応じて発生するコンデンサ電圧との関係が、予め定められた相関性を満たすときに、被検物が接近または接触したと判定する。
【００３３】
上記構成によって、被検物の接近または接触を、より正確に検出することができる。
【００３４】
また、本発明の静電容量スイッチにおける状態判定部は、検出電極電圧信号の出力状態を変化させたとき、コンデンサ電圧が、検出電極電圧信号の出力状態の変化に対応する変化があったと判定したときに、相関性を満たすとして、被検物が接近または接触したと判定する。
【００３５】
上記構成によって、既存の構成を用い、複雑な演算をすることなく、被検物の接近または接触を、より正確に検出することができる。
【００３６】
上述したとおり、本発明は、人の手指（すなわち、被検物）の接近または接触の状態によって発生する静電容量は急激に変化することはないことと、得られた測定値は検出電極電圧信号の印加電圧（振幅電圧）、印加時間、あるいは周波数と大きな相関性があることに着目し、これら振幅電圧、印加時間、あるいは周波数を適時出力制御して、所定回数測定することで、測定した測定値の信頼度を求めることにより、上記問題点を解決するものである。
【００３７】
すなわち、コンデンサの充電電圧や充電時間は、検出電極電圧信号の振幅電圧や印加時間に応じて、原理的に決まるが、検出電極電圧信号の振幅電圧や印加時間や印加回数を変化することで、得られた充電電圧や充電時間がノイズによるものか、静電容量によるものかを区別することができる。また、測定値に求められる信頼度に応じて、検出電極電圧信号の出力を制御できるため、発生するノイズを低減しながらスイッチの信頼性を向上することができる。例えば、相関性が高い場合は、静電容量の変化と判断することで、ノイズによる誤動作の可能性を排除でき、さらに感度を上げられることから、非検出や誤検出を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】静電容量スイッチ回路の全体構成を示すブロック図。
【図２】各スイッチの動作タイミングと、検出電極への印加電圧およびコンデンサの電圧との関係を示す図。
【図３】操作判定処理を説明するフロー図。
【図４】スタンバイモードへの移行例を示す図。
【図５】相関性の判定方法を示す図。
【図６】相関性の判定方法の別例を示す図。
【図７】静電容量スイッチの他の構成への適用例を示す図。
【図８】静電容量スイッチの他の構成への適用例を示す図。
【図９】従来の静電容量スイッチ回路の全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の静電容量スイッチについて、図面を用いて説明する。図１に、静電容量スイッチ１００の全体構成を示す。静電容量スイッチ１００は、図９の従来構成の静電容量スイッチ２００に、電圧調整器２を追加したものであるため、図９と同一の構成のものについては同一の符号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００４０】
電圧調整器２は、ＣＰＵ１０の制御指示により、出力電圧Ｖｄの電圧値あるいは出力タイミングを変化させるためのものである。そして、電荷移動用スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ動作により、パルス信号が検出電極１に印加される。
【００４１】
なお、静電容量検出電極１が本発明の検出電極に相当する。また、ＣＰＵ１０が本発明の電圧印加制御部、状態判定部に相当する。また、電荷積分用コンデンサＣｉが本発明のコンデンサに相当する。
【００４２】
図２に、ＣＰＵ１０の制御指示により開閉動作が行われる電荷移動用スイッチＳＷ１およびＳＷ２、放電用スイッチＳＷ３の動作タイミングと、検出電極１への印加電圧ＶｃおよびコンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）との関係を示す。周知のとおり、コンデンサの静電容量Ｃと、コンデンサに蓄積される電荷Ｑとコンデンサの電圧Ｖとの関係は、Ｑ＝Ｃ×Ｖで表されるため、これらスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の動作タイミングと、コンデンサＣｉに蓄積される電荷との関係も、図２と同様のものとなる。
【００４３】
電荷移動用スイッチＳＷ１がＯＮ状態となり、電圧調整器２からの出力電圧Ｖｄが検出電極１に印加されているときには、電荷移動用スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態とし、検出電極１とユーザ１４との間の静電容量Ｃｓおよびユーザ１４とＧＮＤとの間の静電容量Ｃｂに応じた電荷が検出電極１に蓄積される。次に、電荷移動用スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態のときに電荷移動用スイッチＳＷ２をＯＮ状態とし、検出電極１に蓄積された電荷をコンデンサＣｉに転送する。Ｃｉ電圧Ｖｃは、ＣｓおよびＣｂの直列回路に蓄積された電荷に相当する値となる。これらの、電荷の蓄積、転送を繰り返した後に、電荷量に応じて発生するＣｉの電圧を測定し、最後に、電荷移動用スイッチＳＷ１およびＳＷ２をＯＦＦ状態とし、放電用スイッチＳＷ３をＯＮ状態とすることで、コンデンサＣｉに蓄積された電荷を放電する。
【００４４】
図３を用いて、ＣＰＵ１０において実行される、静電容量スイッチ１００における操作判定処理について説明する。まず、コンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）を測定する（Ｓ１１）。次に、測定したＣｉ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るとき（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１０の制御指示により、すなわち検出電極１への印加電圧を、静電容量Ｃｓの変化を検出できる最小出力となるように電圧調整器２からの出力およびスイッチＳＷ１の開閉タイミングを調整して、スタンバイモードに遷移する（Ｓ１３）。
【００４５】
一方、Ｃｉ電圧が予め定められたモード切替閾値を上回るとき（Ｓ１２：Ｎｏ）、
ステップＳ１４（後述）へジャンプする。
【００４６】
図４に、スタンバイモードへの遷移例を示す。図４（ａ）は検出モード時の状態を示したもので、図４（ａ）で示すように、検出モード時には、検出電極１への印加電圧Ｖｃは、印加電圧Ｖｄ、印加時間Ｔ１、印加周期Ｔ２となるようにＣＰＵ１０により制御されている。
【００４７】
図４（ｂ）〜（ｄ）は検出モードからスタンバイモードへの遷移例を示したものである。これら遷移例のうち、一つあるいは複数の組み合わせを用いる。
・図４（ｂ）：印加電圧を、通常の値Ｖｄよりも小さい値Ｖｄ２（例えば、Ｖｄ/２）とする。
・図４（ｃ）：印加電圧Ｖｄの周波数ｆ１を、通常の値よりも小さいｆ２とする。すなわち、印加電圧Ｖｄの印加時間Ｔ１および印加周期Ｔ２は変化させず、このときのスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦの周期を、通常よりも長くする。
・図４（ｄ）：印加時間Ｔ１を、通常よりも短く（例えば、Ｔ１/２）する。印加周期Ｔ２は変化させない。
・その他：印加周期Ｔ２を、通常よりも長くする。あるいは、パルス信号である印加電圧Ｖｄの出力デューティー比を通常よりも小さくする。
【００４８】
上述のように、スタンバイモード時は、測定したコンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）の変化の有無が分かればよいので、電圧調整器２からの出力を低減、あるいは周波数を低く（すなわち、出力周期を長く）するようスイッチＳＷ１の開閉タイミングを調節して、平均ノイズの発生を抑制することができる。
【００４９】
図３に戻り、スタンバイモード時に、測定されたコンデンサＣｉの電圧（Ｃｉ電圧）が、前回測定されたＣｉ電圧から所定量あるいは所定割合だけ変化したとき（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１０の制御指示により、電圧調整器２からの出力を通常時の状態（例えば、図４（ａ）の状態）に戻して、検出モードに移行する（Ｓ１５）。そして、電圧調整器２からの出力を増大したり、周波数を上げることで、ＳＮ比を向上させる。そして、そのときのＣｉ電圧の変化が、ノイズに起因する変化か、静電容量（Ｃｓ、Ｃｂ）に起因する変化かを判別するため、駆動出力を適当な間隔で増減し（図５、図６参照）、駆動出力中の測定値から検出電極１の静電容量を求める。
【００５０】
なお、検出モードに遷移した後、測定したＣｉ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るとき、上述のように、再びスタンバイモードに遷移する。
【００５１】
検出モードに移行した後、Ｃｉ電圧を測定して、検出電極１に印加される電圧である検出電極電圧ＶｃとＣｉ電圧との相関性を算出する（Ｓ１６）。
【００５２】
図５、図６を用いて、相関性の判定方法について説明する。図５は、検出電極電圧Ｖｃが一定のときの、相関性の判定方法を示したものである。（ａ）の例では、２回の測定においてＣｉ電圧のピーク値がほぼ同じであるため、相関性が高いと判定される。一方、（ｂ）の例では、２回目の測定におけるＣｉ電圧のピーク値が、１回目の測定におけるＣｉ電圧のピーク値の約半分となっており、検出電極電圧Ｖｃが変化していないのにＣｉ電圧が変化しており、相関性が低いと判定される。
【００５３】
また、図６は、検出電極電圧Ｖｃを可変としたときの、相関性の判定方法を示したものである。図６の例では、１回目の測定時は、検出電極電圧Ｖｃは通常時と同じＶｄで、２回目の測定時は、検出電極電圧ＶｃはＶｄの２倍の値となっている。（ａ）の例では、検出電極電圧Ｖｃが約２倍に変化したときに、Ｃｉ電圧のピーク値も約２倍に変化しており、相関性が高いと判定される。一方、（ｂ）の例では、検出電極電圧Ｖｃが約２倍に変化したにもかかわらず、Ｃｉ電圧のピーク値は変化しておらず、相関性が低いと判定される。
【００５４】
検出電極電圧Ｖｃの値を可変とする方法の他に、検出電極電圧Ｖｃの周波数を変化させること（図４（ｃ）参照）、あるいは印加時間Ｔ１変化させること（図４（ｄ）参照）により、相関性を判定してもよい。無論、印加周期Ｔ２を変化させることにより、相関性を判定してもよい。また、これら電圧値および周波数等の変化を適宜組み合わせることで、さらに精度よく相関性を判定することができる。
【００５５】
図３に戻り、検出電極電圧ＶｃとＣｉ電圧との相関性が高いと判定されたとき（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、得られた測定値（すなわち、Ｃｉ電圧）の信頼度を、検出電極電圧Ｖｃの振幅あるいは周波数と測定値との相関から求める。検出電極電圧Ｖｃの振幅が大きいとき、あるいは検出電極電圧Ｖｃの周波数が高いときに得られた測定値が大きい場合は、相関性が高いと判定する。また、相関性が高いと判定された状態が、所定の測定回数または所定時間継続したときに、測定値の信頼度が高いと判定する。
【００５６】
信頼度が高いと判定されたとき（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、被検物が接近または接触し、スイッチ入力があったと判定する（Ｓ１９）。この後、スイッチ入力に応じた処理あるいは動作を行うが、本発明の構成とは関係ないので、詳細については割愛する。そして、ステップＳ１３へ戻り、スタンバイモードへ移行する。一方、信頼度が低いと判定されたとき（Ｓ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１５へ戻り、再度測定を行う。
【００５７】
本発明の構成は、上述した他の方式の静電容量スイッチへの適用も可能である。上述の、「静電容量に電荷を充電した後、放電に要する時間差から充電された静電容量を測定し、ユーザの操作を推定する」の構成においては、静電容量（すなわち検出電極）に印加する電圧の状態を、検出モードとスタンバイモードに応じて切り替えるようにすればよい。
【００５８】
また、図７（非特許文献１より抜粋）に、上述のチャージ・トランスファ方式の変形例であるＣＳＤ（CapSense Sigima-Delta）方式への適用例を示す。図７では、ＣＳＤ方式による被検物の接近あるいは接触の検出原理を示しているが、ＶＤＤを本発明の電圧調整器２と同様の機能を有するものとし、電荷移動用スイッチであるＳＷ１１、ＳＷ１２および放電用スイッチＳＷ１３は、それぞれ図２のＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と同様の動作を行うように制御する。
【００５９】
また、図８（非特許文献１より抜粋）に、上述の弛張発振方式への適用例を示す。図８では、ＲとＣｓで発振回路を形成する弛張発振方式による、被検物の接近あるいは接触の検出原理図を示しているが、Ｖｄを本発明の電圧調整器２と同様の機能を有するものとし、ＶｄとＲとの間に図１と同等の動作を行うスイッチＳＷ１を設ければよい。
【００６０】
また、上述の、「送受信電極の間に流れる電流を、人体間との静電容量を介してＧＮＤ接地することによって変化した電流差を測定し、ユーザの操作を推定する」構成においては、送信電極に印加する電圧の状態を、検出モードとスタンバイモードに応じて切り替えるようにすればよい。
【００６１】
さらに、特許文献３のような、液面などの高さ測定において液体と測定電極間の静電容量を用いて測定するセンサにも、本発明の構成を適用可能である。例えば、特許文献３の図１の発振回路（６）からの出力状態を、図４（ｂ）〜（ｄ）に示したような、検出モードとスタンバイモードに応じて切り替えるようにすればよい。無論、測定の対象となる液体は、燃料のような、血液等の生化学に関するもの以外でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
静電スイッチ、静電タッチパネルなど、静電容量を利用したＨＭＩに用いるスイッチやダイヤル（人体と電極間の静電容量、電極間の静電容量を利用したもの）以外にも、液面などの高さ測定において液体と測定電極間の静電容量を用いて測定するセンサなどにも利用することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 静電容量検出電極（検出電極）
２ 電圧調整器
８ 増幅器
９ ＡＤＣ
１０ ＣＰＵ（電圧印加制御部、状態判定部）
１１ 電源
１００ 静電容量スイッチ
ＳＷ１、ＳＷ２ 電荷移動用スイッチ
Ｃｉ 電荷積分用コンデンサ（コンデンサ）
Ｒｂ 放電抵抗
ＳＷ３ 放電用スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物が接近または接触する検出電極と、
予め定められた電圧の電圧信号を生成して出力する電圧調整器と、
前記電圧調整器から出力された電圧に基づいて、前記被検物の接近または接触を検出する検出モード時には、前記電圧調整器にて予め定められた検出電極電圧信号を生成して前記検出電極に印加する電圧印加制御部と、
前記被検物の接近または接触によって前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する状態判定部と、
を備え、
前記電圧印加制御部は、前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量が、予め定められた静電容量閾値を下回るときには、前記検出電極電圧信号とは異なるスタンバイ電圧信号を生成して前記検出電極に印加するスタンバイモードに遷移させることを特徴とする静電容量スイッチ。
【請求項２】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時には前記検出電極電圧信号の振幅を前記検出モード時よりも小さくする請求項１に記載の静電容量スイッチ。
【請求項３】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時には前記検出電極電圧信号の出力期間を前記検出モード時よりも短くする請求項１または請求項２に記載の静電容量スイッチ。
【請求項４】
前記検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号である請求項２または請求項３に記載の静電容量スイッチ。
【請求項５】
前記検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号であり、
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時には前記検出電極電圧信号のパルス周波数を前記検出モード時よりも低くする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項６】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時に前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量の変化を検知したときには、前記検出モードに遷移させる請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項７】
前記被検物の接近または接触によって、前記検出電極電圧信号が印加された前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量によって発生した電荷を蓄積するコンデンサを備え、
前記状態判定部は、前記コンデンサに蓄積された電荷により生ずるコンデンサ電圧に基づいて、前記被検物が接近または接触したか否かを判定する請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項８】
前記電圧印加制御部は、前記検出モード時に、前記コンデンサ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るときには、前記スタンバイモードに遷移させる請求項７に記載の静電容量スイッチ。
【請求項９】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時に、前記状態判定部が前記コンデンサ電圧の変化を検出したときには、前記コンデンサ電圧が前記モード切替閾値を下回るときでも、前記検出モードに遷移させる請求項８に記載の静電容量スイッチ。
【請求項１０】
前記状態判定部は、前記検出電極電圧信号の出力状態と、前記検出電極電圧信号の印加に応じて発生する前記コンデンサ電圧との関係が、予め定められた相関性を満たすときに、前記被検物が接近または接触したと判定する請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項１１】
前記状態判定部は、前記検出電極電圧信号の出力状態を変化させたとき、前記コンデンサ電圧が、前記検出電極電圧信号の出力状態の変化に対応する変化があったと判定したときに、前記相関性を満たすとして、前記被検物が接近または接触したと判定する請求項１０に記載の静電容量スイッチ。
【請求項１】
被検物が接近または接触する検出電極と、
予め定められた電圧の電圧信号を生成して出力する電圧調整器と、
前記電圧調整器から出力された電圧に基づいて、前記被検物の接近または接触を検出する検出モード時には、前記電圧調整器にて予め定められた検出電極電圧信号を生成して前記検出電極に印加する電圧印加制御部と、
前記被検物の接近または接触によって前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量に基づいて、被検物が接近または接触したか否かを判定する状態判定部と、
を備え、
前記電圧印加制御部は、前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量が、予め定められた静電容量閾値を下回るときには、前記検出電極電圧信号とは異なるスタンバイ電圧信号を生成して前記検出電極に印加するスタンバイモードに遷移させることを特徴とする静電容量スイッチ。
【請求項２】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時には前記検出電極電圧信号の振幅を前記検出モード時よりも小さくする請求項１に記載の静電容量スイッチ。
【請求項３】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時には前記検出電極電圧信号の出力期間を前記検出モード時よりも短くする請求項１または請求項２に記載の静電容量スイッチ。
【請求項４】
前記検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号である請求項２または請求項３に記載の静電容量スイッチ。
【請求項５】
前記検出電極電圧信号は、パルス信号または交流信号であり、
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時には前記検出電極電圧信号のパルス周波数を前記検出モード時よりも低くする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項６】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時に前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量の変化を検知したときには、前記検出モードに遷移させる請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項７】
前記被検物の接近または接触によって、前記検出電極電圧信号が印加された前記検出電極と前記被検物との間に生ずる静電容量によって発生した電荷を蓄積するコンデンサを備え、
前記状態判定部は、前記コンデンサに蓄積された電荷により生ずるコンデンサ電圧に基づいて、前記被検物が接近または接触したか否かを判定する請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項８】
前記電圧印加制御部は、前記検出モード時に、前記コンデンサ電圧が予め定められたモード切替閾値を下回るときには、前記スタンバイモードに遷移させる請求項７に記載の静電容量スイッチ。
【請求項９】
前記電圧印加制御部は、前記スタンバイモード時に、前記状態判定部が前記コンデンサ電圧の変化を検出したときには、前記コンデンサ電圧が前記モード切替閾値を下回るときでも、前記検出モードに遷移させる請求項８に記載の静電容量スイッチ。
【請求項１０】
前記状態判定部は、前記検出電極電圧信号の出力状態と、前記検出電極電圧信号の印加に応じて発生する前記コンデンサ電圧との関係が、予め定められた相関性を満たすときに、前記被検物が接近または接触したと判定する請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の静電容量スイッチ。
【請求項１１】
前記状態判定部は、前記検出電極電圧信号の出力状態を変化させたとき、前記コンデンサ電圧が、前記検出電極電圧信号の出力状態の変化に対応する変化があったと判定したときに、前記相関性を満たすとして、前記被検物が接近または接触したと判定する請求項１０に記載の静電容量スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−８４４５３（Ｐ２０１２−８４４５３Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１０６４（Ｐ２０１０−２３１０６４）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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