特開 2024-7007 検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007007

(43)【公開日】2024-01-18

(54)【発明の名称】検出システム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20240111BHJP

   H03K 17/955 20060101ALI20240111BHJP

   B60R 16/02 20060101ALN20240111BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 580

G06F3/041 512

H03K17/955 G

B60R16/02 630L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022108102

(22)【出願日】2022-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】西本 拓也

【テーマコード（参考）】

5J050

【Ｆターム（参考）】

5J050AA05

5J050BB22

5J050FF25

(57)【要約】

【課題】検出システムにおいて、検出対象に対する感度を向上させること。
【解決手段】検出システム１は、複数の電極１４を有する静電容量式のセンサ１２と、導電体２０と、予め定められている所定周期で変動する駆動電圧Ｖｇによって生成されている駆動信号Ｓｇを複数の電極１４に出力する第１信号出力回路３１と、駆動電圧Ｖｇの位相と逆位相の逆位相電圧Ｖｒによって生成されている逆位相信号Ｓｒを導電体２０に出力する第２信号出力回路３２と、電極１４の容量に応じた検出信号Ｓｄを生成する検出信号生成回路３３と、逆位相信号Ｓｒが供給されている導電体２０によって操作者Ｍに生じている誘起電圧に応じた検出信号Ｓｄの変化を検出する検出回路３４と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電極を有する静電容量式のセンサと、
導電体と、
予め定められている所定周期で変動する駆動電圧によって生成されている駆動信号を前記複数の電極に出力する第１信号出力回路と、
前記駆動電圧の位相と逆位相の逆位相電圧によって生成されている逆位相信号を前記導電体に出力する第２信号出力回路と、
前記電極の容量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記逆位相信号が供給されている前記導電体によって操作者に生じている誘起電圧に応じた前記検出信号の変化を検出する検出回路と、を備えている、
検出システム。

【請求項2】

前記逆位相電圧の振幅は、前記駆動電圧の振幅以上である、
請求項１に記載の検出システム。

【請求項3】

前記センサは、検出面をさらに備え、
前記検出信号は、前記検出面と前記操作者との距離に応じて変化する、
請求項１に記載の検出システム。

【請求項4】

前記第２信号出力回路は、前記駆動電圧の位相と同位相の同位相電圧によって生成されている同位相信号および前記逆位相信号の一方を選択して前記導電体に出力する、
請求項１に記載の検出システム。

【請求項5】

２つの前記導電体を備え、
前記第２信号出力回路は、
一方の前記導電体に前記逆位相信号を出力し、
他方の前記導電体に、前記駆動電圧の位相と同位相の同位相電圧によって生成されている同位相信号を出力する、
請求項１に記載の検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、静電容量式のタッチパネルが注目されている。例えば、特許文献１の入力システムにおいて、タッチパネルは、表示装置であるデュアルビュー液晶と重ね合わせられて、タッチパネルディスプレイを構成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２１７７３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

静電容量式の検出システムは、操作者の指など検出対象が検出面に接触した場合、検出対象を精度よく検出する。また、検出対象が検出面に接触せずに数ｃｍ離れている場合においても、検出電圧の調整および電極の大型化によって感度を向上させることで、静電容量式の検出システムは検出対象を検出することができる。しかしながら、検出対象が検出面から比較的離れている場合、静電容量式の検出システムは検出対象を検出することができない。このような場合においても、静電容量式の検出システムが検出対象を検出できるようにするために、検出対象に対する静電容量式の検出システムの感度をさらに向上したいとの要望がある。

【0005】

本開示は、検出システムにおいて、検出対象に対する感度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の検出システムは、複数の電極を有する静電容量式のセンサと、導電体と、予め定められている所定周期で変動する駆動電圧によって生成されている駆動信号を前記複数の電極に出力する第１信号出力回路と、前記駆動電圧の位相と逆位相の逆位相電圧によって生成されている逆位相信号を前記導電体に出力する第２信号出力回路と、前記電極の容量に応じた検出信号を生成する検出信号生成回路と、前記逆位相信号が供給されている前記導電体によって操作者に生じている誘起電圧に応じた前記検出信号の変化を検出する検出回路と、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係る検出システムの構成を示す模式図である。

【図2】図２は、表示パネルの構成を模式的に示す側断面図である。

【図3】図３は、センサの平面図である。

【図4】図４は、駆動電圧の波形を示す図である。

【図5】図５は、逆位相電圧の波形を示す図である。

【図6】図６は、検出対象を検出する回路の等価回路を示す図である。

【図7】図７は、検出システムの動作のタイムチャートを示す図である。

【図8】図８は、同位相電圧の波形を示す図である。

【図9】図９は、第３実施形態に係る検出システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、本開示の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0009】

なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0010】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る検出システムの構成を示す模式図である。検出システム１は、例えば、カーナビゲーションシステムであり、車両に搭載される。検出システム１は、表示パネル１０、導電体２０、および、制御装置３０を備えている。

【0011】

図２は、表示パネルの構成を模式的に示す側断面図である。表示パネル１０は、表示部１１、および、センサ１２を備えている。

【0012】

表示部１１は、表示面１１ａを有する液晶ディスプレイである。表示部１１は、表示素子として液晶表示素子を備えている。表示部１１は、液晶表示素子を有する複数の画素を備える。表示部１１は、制御装置３０から出力される映像信号に基づいて複数の画素からなる画像を表示面１１ａの表示領域ＤＡに表示する。なお、表示部１１は、例えば、有機ＥＬディスプレイおよび無機ＥＬディスプレイでもよい。

【0013】

センサ１２は、静電容量式のセンサである。具体的には、センサ１２は、自己静電容量式のセンサである。センサ１２は、板状であり、検出面１２ａ側に位置する検出対象を検出する。検出対象は、例えば操作者Ｍの指である。なお、検出対象は、スタイラスペンおよび指以外の操作者Ｍの部位であってもよい。

【0014】

センサ１２は、検出面１２ａと反対側の板面が表示部１１の表示面１１ａに対向するようにエアギャップＡＧを介して配置される。また、検出面１２ａの検出領域ＡＡは、表示領域ＤＡと平面視で重畳している。

【0015】

センサ１２は、センサ基板１３、複数の電極１４、および、カバーパネル１５を有する。センサ基板１３、電極１４、および、カバーパネル１５は、表示部１１側から検出面１２ａ側に向けてこの順に積層されている。

【0016】

センサ基板１３は、透光性を有する基板であり、例えば、ガラス基板およびフレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）である。センサ基板１３の表示部１１に対向する板面には、シールド１３ａが配置されている。シールド１３ａは、検出面１２ａと反対側からの電極１４の容量に対する影響を抑制する。

【0017】

図３は、センサの平面図である。複数の電極１４は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性を有する導電性材料が用いられる。複数の電極１４は、平面視正方形状であり、センサ基板１３における検出面１２ａ側の板面に検出領域ＡＡに平面視で行列状に配置されている。具体的には、検出面１２ａの垂線と直交する第１方向Ｄ１に複数（５個）配置され、検出面１２ａの垂線および第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に複数（４個）配置されている。なお、複数の電極１４の形状、配置および個数が図３に示す形状、配置および個数に限定されないことは言うまでもない。また、複数の電極１４は、センサ基板１３に配置される配線Ｌを介して制御装置３０と電気的に接続される。

【0018】

図２に示すカバーパネル１５は、透光性を有する保護パネルである。カバーパネル１５は、例えばガラス製である。カバーパネル１５における電極１４と対向する板面と反対側の面は、検出面１２ａを構成する。カバーパネル１５は、接着層ＯＣを介してセンサ基板１３に配置される。接着層ＯＣは、透光性を有する接着剤が採用されることが望ましい。接着層ＯＣは、例えばＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）のように両面粘着性を有する透光性フィルムによって形成されても良い。

【0019】

表示部１１の表示面１１ａには、検出システム１を操作するための例えばボタンなどの画像が表示される。操作者Ｍが検出システム１を操作する際に、操作者Ｍの指などの検出対象がその画像に向かって検出面１２ａに近づくと、電極１４の容量が変化する。この電極１４の容量の変化に基づいて、検出システム１は、検出対象を検出する（詳細は後述する）。なお、表示部１１とセンサ１２とは一体に構成されてもよい。この場合、表示部１１の電極や基板等の部材の一部が、センサ１２の基板等に兼用されてもよい。

【0020】

図１に示す導電体２０は、シート状であり、導電性を有する。導電体２０は、例えば銅箔である。なお、導電体２０がシート状に限定されないことは言うまでもない。導電体２０は、後述する逆位相信号Ｓｒが供給されることで、センサ１２を操作する操作者Ｍに誘起電圧が生じる位置に配置されている。導電体２０は、例えば、車両のシート２に配置される。

【0021】

制御装置３０は、検出システム１を統括制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および、ＲＯＭ（Read Only Memory）を有するコンピュータによって構成されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに予め記憶されているプログラムを実行することにより、検出システム１を制御する機能部として機能する。

【0022】

制御装置３０は、機能部として、第１信号出力回路３１、第２信号出力回路３２、検出信号生成回路３３、および、検出回路３４を備えている。

【0023】

第１信号出力回路３１は、後述する図７に示す駆動信号Ｓｇを複数の電極１４に出力する。駆動信号Ｓｇは、センサ１２を駆動させるための信号である。駆動信号Ｓｇは、予め定められている第１所定周期Ｔ１で変動する駆動電圧Ｖｇによって生成される。

【0024】

図４は、駆動電圧の波形を示す図である。駆動電圧Ｖｇは、電位が第１所定周期Ｔ１で変動する交流電圧である。第１所定周期Ｔ１は、検出対象を検出可能に予め実験などによって導出されている。駆動電圧Ｖｇは、振幅Ｈｇを有する。このような駆動電圧Ｖｇによって生成される駆動信号Ｓｇは、交流矩形波である（図７）。

【0025】

第１信号出力回路３１は、駆動信号Ｓｇを予め定められている第２所定周期Ｔ２で複数の電極１４に出力する。第２所定周期Ｔ２は、検出対象を検出可能に予め実験などによって導出されており、周波数に換算すると、例えば数ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度である。

【0026】

第２信号出力回路３２は、逆位相電圧Ｖｒによって生成される逆位相信号Ｓｒ（後述する図７に示す）を導電体２０に出力する。

【0027】

図５は、逆位相電圧の波形を示す図である。逆位相電圧Ｖｒの位相は、駆動電圧Ｖｇの位相と逆位相である。逆位相電圧Ｖｒの周期は、駆動電圧Ｖｇの周期と同じく第１所定周期Ｔ１である。また、逆位相電圧Ｖｒの振幅Ｈｒは、図４に示す駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇと等しい。なお、逆位相電圧Ｖｒの振幅Ｈｒは、駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇより大きくてもよい。このような逆位相電圧Ｖｒによって生成される逆位相信号Ｓｒは、駆動信号Ｓｇと同様に交流矩形波である（図７）。

【0028】

第２信号出力回路３２は、駆動信号Ｓｇと同期させて、逆位相信号Ｓｒを導電体２０に出力する。すなわち、逆位相信号Ｓｒの周期は、駆動信号Ｓｇと等しい第２所定周期Ｔ２である。

【0029】

検出信号生成回路３３は、電極１４の容量に応じた検出信号Ｓｄを生成する。検出信号生成回路３３は、検出対象を検出する回路の等価回路Ｋを構成する。

【0030】

図６は、検出対象を検出する回路の等価回路を示す図である。等価回路Ｋは、電極１４、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、検出信号生成回路３３を備えている。等価回路Ｋは、複数の電極１４毎に構成されている。制御装置３０が第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を備えてもよいし、センサ１２が備えてもよい。

【0031】

第１スイッチＳＷ１がオンである場合、駆動信号Ｓｇを出力する第１信号出力回路３１と電極１４とが電気的に接続され、駆動信号Ｓｇが電極１４に供給される。これにより、電極１４の容量Ｃｅが充電される。第１スイッチＳＷ１がオフである場合、第１信号出力回路３１と電極１４とが電気的に遮断される。

【0032】

第２スイッチＳＷ２がオンである場合、検出信号生成回路３３と電極１４とが電気的に接続される。これにより、電極１４の容量Ｃｅの電荷が検出信号生成回路３３に移動する。第２スイッチＳＷ２がオフである場合、検出信号生成回路３３と電極１４とを電気的に遮断される。

【0033】

検出信号生成回路３３は、積分回路およびリセット回路を含んで構成されており、検出信号Ｓｄを生成する。検出信号生成回路３３は、第３スイッチＳＷ３およびコンデンサＣｄを備えている。

【0034】

第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３は、後述するように駆動信号Ｓｇと同期して検出回路３４によって制御される。これにより、検出信号生成回路３３において、コンデンサＣｄの充放電が繰り返されることで、検出電位Ｖｄが変動し、検出信号Ｓｄが生成される（詳細は後述する）。

【0035】

検出対象がセンサ１２に近づくと、電極１４の容量が変化することで、検出信号Ｓｄが変化する。この検出信号Ｓｄの変化を、検出回路３４が検出する。つまり、検出回路３４は、検出信号の変化に基づいて、検出対象を検出する（詳細は後述する）。

【0036】

次に、検出システム１が検出対象を検出していない場合の検出システム１の動作について図６および図７を参照しながら説明する。また、検出対象を操作者Ｍの指を例に説明する。つまり、検出システム１が検出対象を検出していない場合とは、操作者Ｍの指がセンサ１２に近づいていない場合である。

【0037】

図７は、検出システム１の動作のタイムチャートを示す図である。図７において、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオンオフ、駆動信号Ｓｇおよび逆位相信号Ｓｒの波形、検出システム１が検出対象を検出していないときの電極１４の容量Ｃｅ（以下、電極容量Ｃｅと称する）の電位、ならびに、検出信号Ｓｄの波形を、それぞれ、太実線で示す。

【0038】

駆動信号Ｓｇおよび逆位相信号Ｓｒは、上記のように互いに同期しており、第２所定周期Ｔ２でそれぞれ出力されている。図７に示す時刻ｔ１より前において、駆動信号Ｓｇの電位および逆位相信号Ｓｒの電位が基準電位Ｖ０であり、第１スイッチＳＷ１がオフであり、第２スイッチＳＷ２がオンであり、かつ、第３スイッチＳＷ３がオンである状態から説明する。このとき、検出信号生成回路３３はリセットされており、検出信号生成回路３３と電極１４とが接続されている。これにより、電極容量Ｃｅの電位、および、検出信号Ｓｄの電位は、基準電位Ｖ０と等しい。

【0039】

この状態から駆動信号Ｓｇの電位が基準電位Ｖ０から駆動電圧Ｖｇに応じた駆動電位Ｖｇ１に上昇するタイミングで、検出回路３４は、第１スイッチＳＷ１をオン、第２スイッチＳＷ２をオフおよび第３スイッチＳＷ３をオフに切り換える（時刻ｔ１）。これにより、電極１４と検出信号生成回路３３とが遮断され、第１信号出力回路３１と電極１４とが接続されると、駆動信号Ｓｇが電極１４に供給され、電極容量Ｃｅが充電されることで、電極容量Ｃｅの電位が駆動電位Ｖｇ１に対応する第１充電電位Ｖｅ１となる。

【0040】

続けて、検出回路３４は、第１スイッチＳＷ１をオフに切り換える（時刻ｔ２）。これにより、第１信号出力回路３１と電極１４とが遮断され、駆動信号Ｓｇの電極１４への供給が停止する。このとき、電極１４はフローティング状態となるが、第１充電電位Ｖｅ１は維持される。

【0041】

さらに、検出回路３４は、第２スイッチＳＷ２をオンに切り換える（時刻ｔ３）。これにより、電極１４と検出信号生成回路３３とが接続されると、電極容量Ｃｅの電荷がコンデンサＣｄの容量に移動することで、電極容量Ｃｅの電位が低下するとともに、コンデンサＣｄの容量の増加に応じて検出信号Ｓｄの電位が上昇する。このとき、検出信号Ｓｄの電位は、第１充電電位Ｖｅ１に対応する第１検出電位Ｖｄ１となる（時刻ｔ４）。

【0042】

続けて、検出回路３４は、第３スイッチＳＷ３をオンに切り換える（時刻ｔ４）。これにより、検出信号生成回路３３と電極１４とが接続されている状態で、検出信号生成回路３３がリセットされると、電極容量Ｃｅの電位および検出信号Ｓｄの電位それぞれが基準電位Ｖ０と等しくなる。なお、この時、駆動信号Ｓｇおよび逆位相信号Ｓｒの電位は、低下しており、基準電位Ｖ０と等しい。

【0043】

このように、検出回路３４は、駆動信号Ｓｇと同期させて各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の制御を繰り返し実行する。これにより、検出システム１が検出対象を検出していない場合、上記のように、検出信号Ｓｄの電位は、基準電位Ｖ０と第１検出電位Ｖｄ１との間を第２所定周期Ｔ２で繰り返し変動する。

【0044】

次に、検出システム１が検出対象を検出するときの検出システム１の動作について図６および図７を参照しながら説明する。また、本開示の特徴を明確にするために、まず、逆位相信号Ｓｒが出力されていない状態での検出システム１の動作について説明する。

【0045】

逆位相信号Ｓｒが出力されていない場合においても、上記と同様に、駆動信号Ｓｇは、第２所定周期Ｔ２で出力され、検出回路３４は、駆動信号Ｓｇと同期させて第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３を制御する。

【0046】

逆位相信号Ｓｒが出力されていない場合、操作者Ｍが導電体２０の近傍に位置していても、操作者Ｍに誘起電圧が生じない。この場合、操作者Ｍの電位は、基準電位Ｖ０とほぼ等しい。

【0047】

この状態において、図６に示す操作者Ｍの指Ｆがセンサ１２の検出面１２ａに接触すると、操作者Ｍの容量Ｃｍ（以下、人体容量Ｃｍと称する）と電極容量Ｃｅとが結合する。

【0048】

なお、本明細書において、「接触」とは、操作者Ｍが検出面１２ａに接触した状態、または、操作者Ｍが検出面１２ａに接触したと同視できるほど操作者Ｍと検出面１２ａとが近接している状態をいう。また、人体容量Ｃｍと電極容量Ｃｅとが結合した容量を、結合容量Ｃｃと称する。図７において、逆位相信号Ｓｒが出力されていない場合の結合容量Ｃｃの電位は、基準電位Ｖ０に対応する横軸を電極容量Ｃｅと共通にして、一点鎖線で示され、電極容量Ｃｅの電位と重なる部分については実線で示される。

【0049】

操作者Ｍの指Ｆが検出面１２ａに接触した状態で電極１４に駆動信号Ｓｇが供給されると（時刻ｔ１～ｔ２）、結合容量Ｃｃが充電される。このとき、充電された結合容量Ｃｃの第２充電電位Ｖｅ２は、充電された人体容量Ｃｍの分、第１充電電位Ｖｅ１より大きい（時刻ｔ１～ｔ３）。この充電された人体容量Ｃｍは、操作者Ｍの電位である基準電位Ｖ０と駆動電圧Ｖｇとの電位差に対応している。

【0050】

さらに、検出信号Ｓｄの電位は、一点鎖線で示すように、第２充電電位Ｖｅ２に対応する第２検出電位Ｖｄ２となる（時刻ｔ４）。第２検出電位Ｖｄ２は、第１充電電位Ｖｅ１と第２充電電位Ｖｅ２との電位差に対応する分、検出システム１が検出対象を検出していない場合の第１検出電位Ｖｄ１より大きい。

【0051】

検出回路３４は、第１検出電位Ｖｄ１と第２検出電位Ｖｄ２との電位差に基づいて、操作者Ｍの指Ｆを検出する。例えば、検出回路３４は、検出信号Ｓｄの電位が閾値Ｖｈ以上となると、操作者Ｍの指Ｆを検出する。閾値Ｖｈは、第１検出電位Ｖｄ１と第２検出電位Ｖｄ２との間の検出信号Ｓｄの電位であり、予め実験等によって実測されて導出され、制御装置３０に記憶されている。つまり、検出信号Ｓｄの電位が第１検出電位Ｖｄ１から閾値Ｖｈより大きい第２検出電位Ｖｄ２となると、検出回路３４は、操作者Ｍの指Ｆを検出する。このように、検出回路３４は、検出信号の変化を検出し、この検出信号の変化に基づいて、検出対象を検出する。

【0052】

次に、逆位相信号Ｓｒが出力されている状態において、検出システム１が検出対象を検出するときの検出システム１の動作について説明する。このとき、駆動信号Ｓｇおよび逆位相信号Ｓｒは、図７に示すように、上記と同様に互いに同期しており、第２所定周期Ｔ２でそれぞれ出力されている。また、検出回路３４は、上記のように、駆動信号Ｓｇと同期させて第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３を制御する。

【0053】

操作者Ｍは、例えば車両のシート２に座ること等により、逆位相信号Ｓｒが供給されている導電体２０の近傍に位置している。これにより、操作者Ｍに逆位相電圧Ｖｒに応じた誘起電圧が生じる。逆位相電圧Ｖｒに応じた誘起電圧の位相は、逆位相電圧Ｖｒと同位相であり、駆動電圧Ｖｇと逆位相である。

【0054】

誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、誘起電圧に対応する電波が操作者Ｍから外部に放射される。これにより、操作者Ｍの指Ｆがセンサ１２に近づくと、操作者Ｍの指Ｆが検出面１２ａに接触していない状態でも、操作者Ｍの指Ｆから放射される電波が電極１４に到達することで、人体容量Ｃｍと電極容量Ｃｅとが結合する。図７において、逆位相信号Ｓｒが出力されている場合の結合容量Ｃｃの電位は、基準電位Ｖ０に対応する横軸を電極容量Ｃｅと共通にして、破線で示され、電極容量Ｃｅの電位と重なる部分については実線で示される。

【0055】

誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、充電された人体容量Ｃｍは、誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとの電位差によって充電される。逆位相電圧Ｖｒに応じた誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとは互いに逆位相であるため、この誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとの電位差は、基準電位Ｖ０と駆動電圧Ｖｇとの電位差より大きい。よって、逆位相電圧Ｖｒに応じた誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合において充電された人体容量Ｃｍは、上記のように誘起電圧が操作者Ｍに生じていない場合において基準電位Ｖ０と駆動電圧Ｖｇの電位差によって充電された人体容量Ｃｍよりも大きい。

【0056】

よって、逆位相電圧Ｖｒに応じた誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、充電された結合容量Ｃｃの第３充電電位Ｖｅ３は、破線で示すように、充電された人体容量Ｃｍが誘起電圧によって増加した分、第２充電電位Ｖｅ２よりも大きい（時刻ｔ１～ｔ３）。

【0057】

さらに、逆位相電圧Ｖｒに応じた誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、検出信号Ｓｄの電位は、破線で示すように、第３充電電位Ｖｅ３に対応する第３検出電位Ｖｄ３となる（時刻ｔ４）。第３検出電位Ｖｄ３は、第２充電電位Ｖｅ２と第３充電電位Ｖｅ３との電位差に対応する分、誘起電圧が操作者Ｍに生じていない場合の第２検出電位Ｖｄ２よりも大きい。検出信号Ｓｄの電位が第１検出電位Ｖｄ１から閾値Ｖｈより大きい第３検出電位Ｖｄ３となると、検出回路３４は、操作者Ｍの指Ｆを検出する。

【0058】

また、検出信号は、操作者Ｍの指Ｆと検出面１２ａとの距離に応じて変化する。具体的には、操作者Ｍの指Ｆと検出面１２ａとの距離が近いほど、第３検出電位Ｖｄ３が大きくなる。なぜなら、操作者Ｍの指Ｆから放射される電波の駆動信号Ｓｇに対する影響が検出面１２ａに近づくほど大きくなり、誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとの電位差が大きくなるためである。よって、閾値Ｖｈを調整することで、検出回路３４が操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象を検出するときの検出対象と検出面１２ａとの距離を調整することができる。

【0059】

このように、操作者Ｍの指Ｆと検出面１２ａとが接触せずに比較的離れていても、検出回路３４は、逆位相信号Ｓｒが供給されている導電体によって操作者に生じている誘起電圧に応じた検出信号Ｓｄの変化を検出し、ひいては、操作者Ｍの指Ｆを検出することができる。つまり、第２信号出力回路３２が逆位相信号Ｓｒを導電体２０に出力することで、検出対象に対する検出システム１の感度を向上させることができる。なお、本開示では、検出面１２ａに操作者Ｍの指Ｆが非接触状態において、操作者Ｍの指Ｆの位置や動作を検出できることをホバー検出という。

【0060】

また、操作者Ｍが操作を行ったときに生じる検出信号Ｓｄの電位差は、導電体２０に逆位相信号Ｓｒが供給されていない場合の電位差（＝第２検出電位Ｖｄ２－第１検出電位Ｖｄ１）よりも、導電体２０に逆位相信号Ｓｒが供給されている場合の電位差（＝第３検出電位Ｖｄ３－第１検出電位Ｖｄ１）の方が大きい。すなわち、第２信号出力回路３２が逆位相信号Ｓｒを導電体２０に出力し、操作者Ｍに誘起電圧が生じることで、操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象に対する検出システム１の感度が向上する。

【0061】

また、第３検出電位Ｖｄ３と閾値Ｖｈとの電位差は、第２検出電位Ｖｄ２と閾値Ｖｈとの電位差より大きくなる。よって、検出回路３４は、操作者Ｍがセンサ１２に接触しない場合においても、操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象を容易に検出できる。さらに、検出回路３４は、操作者Ｍの人体容量Ｃｍが比較的小さい場合および操作者Ｍの人体容量Ｃｍが外的要因によって変動する場合においても、操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象を容易に検出できる。

【0062】

なお、駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇに対して逆位相電圧Ｖｒの振幅Ｈｒひいては誘起電圧の振幅が大きくなるほど、第３充電電位Ｖｅ３ひいては第３検出電位Ｖｄ３は大きくなり、第１検出電位Ｖｄ１と第３検出電位Ｖｄ３との電位差は大きくなる。つまり、駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇに対して逆位相電圧Ｖｒの振幅Ｈｒを大きくするほど、操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象に対するセンサ１２の感度を大きくすることができる。なお、逆位相電圧Ｖｒの振幅は、駆動電圧Ｖｇの振幅より小さくてもよい。

【0063】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る検出システム１について、主として上記の第１実施形態の検出システム１と異なる部分を説明する。

【0064】

第２実施形態の検出システム１において、制御装置３０は、動作モードの選択をして、検出システム１を制御する。具体的には、制御装置３０は、検出システム１が検出対象を検出する検出モード、および、検出システム１が検出対象を検出しない非検出モードの一方を選択して、検出システム１を制御する。制御装置３０は、例えば検出システム１がさらに備えるスイッチ（不図示）が操作者Ｍによって操作されることで、検出モードおよび非検出モードの一方を選択する。

【0065】

制御装置３０が検出モードで検出システム１を制御する場合、上記の第１実施形態と同様に、第２信号出力回路３２は、逆位相信号Ｓｒを導電体２０に出力する。これにより、上記の第１実施形態と同様に、検出対象に対する検出システム１の感度が向上し、検出回路３４は、操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象が検出面１２ａから比較的離れている場合においても、操作者Ｍの指Ｆを検出（すなわちホバー検出）する。

【0066】

なお、制御装置３０が検出モードで検出システム１を制御する場合、第２信号出力回路３２は、導電体２０に逆位相信号Ｓｒを出力しなくてもよい。この場合、上記のように、検出回路３４は、操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象が検出面１２ａに接触することで、操作者Ｍの指Ｆを検出する。つまり、検出モードにおいて、検出システム１に対する操作者Ｍの操作は許容される。

【0067】

一方、制御装置３０が非検出モードで検出システム１を制御する場合、第２信号出力回路３２は、同位相電圧Ｖｓによって生成される同位相信号Ｓｓを導電体２０に出力する。

【0068】

図８は、同位相電圧の波形を示す図である。同位相電圧Ｖｓの位相は、駆動電圧Ｖｇの位相と同位相である。同位相電圧Ｖｓの周期は、駆動電圧Ｖｇの周期と同じく第１所定周期Ｔ１である。また、同位相電圧Ｖｓの振幅は、図４に示す駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｓと等しい。

【0069】

このような同位相電圧Ｖｓによって生成される同位相信号Ｓｓは、駆動信号Ｓｇおよび逆位相信号Ｓｒと同様に交流矩形波である。また、第２信号出力回路３２は、駆動信号Ｓｇと同期させて、同位相信号Ｓｓを導電体２０に出力する。すなわち、同位相信号Ｓｓの周期は、駆動信号Ｓｇおよび逆位相信号Ｓｒと等しい第２所定周期Ｔ２である。

【0070】

このように、動作モードに応じて、第２信号出力回路３２は、駆動電圧Ｖｇの位相と同位相の同位相電圧Ｖｓによって生成されている同位相信号Ｓｓおよび逆位相信号Ｓｒの一方を選択して導電体２０に出力する。

【0071】

次に、制御装置３０が非検出モードで検出システム１を制御する場合における検出システム１の動作を、図７を用いて説明する。図７において、同位相信号Ｓｓの波形は、逆位相信号Ｓｒの波形と一致しており、実線で示される。

【0072】

操作者Ｍは、検出システム１の操作を行う場合、同位相信号Ｓｓが供給されている導電体２０の近傍に位置しており、操作者Ｍに同位相電圧Ｖｓに応じた誘起電圧が生じる。同位相電圧Ｖｓに応じた誘起電圧の位相は、同位相電圧Ｖｓと同位相であり、駆動電圧Ｖｇと同位相である。

【0073】

誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、誘起電圧に対応する電波が操作者Ｍから外部に放射される。これにより、操作者Ｍの指Ｆが検出面１２ａに近づくと、操作者Ｍの指Ｆがセンサ１２に接触していない状態でも、操作者Ｍから放射される電波が電極１４に到達することで、人体容量Ｃｍと電極容量Ｃｅとが結合する。

【0074】

また、誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、充電された人体容量Ｃｍは、誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとの電位差によって充電される。同位相電圧Ｖｓに応じた誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとは互いに同位相であり、同位相電圧Ｖｓの振幅Ｈｓと駆動電圧Ｖｇの振幅とが等しいため、この誘起電圧と駆動電圧Ｖｇとの電位差は、ほぼゼロである。つまり、同位相電圧Ｖｓに応じた誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合において、人体容量Ｃｍは充電されず、ほぼゼロである。

【0075】

よって、同位相電圧Ｖｓに応じた誘起電圧が操作者Ｍに生じている場合、電極容量Ｃｅのみが充電されるため、充電された結合容量Ｃｃの電位は、第１充電電位Ｖｅ１とほぼ等しい（時刻ｔ１～ｔ３）。よって、充電された結合容量Ｃｃの電位に対応する検出信号Ｓｄの電位は、第１充電電位Ｖｅ１に対応する第１検出電位Ｖｄ１とほぼ等しい（時刻ｔ４）。

【0076】

つまり、同位相信号Ｓｓが導電体２０に供給されている場合、操作者Ｍが検出システム１を操作しても、検出信号Ｓｄの電位がほとんど変動せず、閾値Ｖｈ以上とならない。よって、検出回路３４は、操作者Ｍの指Ｆを検出しない。すなわち、非検出モードにおいて、第２信号出力回路３２が同位相信号Ｓｓを出力することで、検出システム１に対する操作者Ｍの操作を禁止することができる。

【0077】

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る検出システム１について、主として上記の第２実施形態の検出システム１と異なる部分を説明する。

【0078】

図９は、第３実施形態に係る検出システム１の構成を示す図である。第３実施形態の検出システム１は、２つの導電体１２０を備えている。具体的には、検出システム１は、第１導電体１２１および第２導電体１２２を備えている。

【0079】

第１導電体１２１および第２導電体１２２は、それぞれ互いに異なる複数の操作者Ｍが位置するように配置される。例えば、第１導電体１２１は車両の運転席３に配置され、第２導電体１２２はその車両の助手席４に配置される。

【0080】

第３実施形態において、制御装置３０は、運転席３および助手席４それぞれに対して動作モードの選択をして、検出システム１を制御する。第２信号出力回路３２は、動作モードに応じて、第１導電体１２１および第２導電体１２２それぞれに、逆位相信号Ｓｒおよび同位相信号Ｓｓの一方を選択して出力する。

【0081】

運転席３に検出モードが選択されている場合、第２信号出力回路３２は、第１導電体１２１に逆位相信号Ｓｒを出力する。この場合、検出回路３４は、運転席３に位置する操作者Ｍの指Ｆを上記のように検出する。よって、運転席３に位置する操作者Ｍは、検出システム１の操作を許容される。

【0082】

一方、運転席３に非検出モードが選択されている場合、第２信号出力回路３２は、第１導電体１２１に同位相信号Ｓｓを出力する。この場合、検出回路３４は、運転席３に位置する操作者Ｍの指Ｆを上記のように検出しない。よって、運転席３に位置する操作者Ｍは、検出システム１の操作を禁止される。

【0083】

また、助手席４に検出モードが選択されている場合、第２信号出力回路３２は、第２導電体１２２に逆位相信号Ｓｒを出力する。この場合、検出回路３４は、助手席４に位置する操作者Ｍの指Ｆを上記のように検出する。よって、助手席４に位置する操作者Ｍは、検出システム１の操作を許容される。

【0084】

一方、助手席４に非検出モードが選択されている場合、第２信号出力回路３２は、第２導電体１２２に同位相信号Ｓｓを出力する。この場合、検出回路３４は、助手席４に位置する操作者Ｍの指Ｆを上記のように検出しない。よって、助手席４に位置する操作者Ｍは、検出システム１の操作を禁止される。

【0085】

このように、第１導電体１２１および第２導電体１２２それぞれに、逆位相信号Ｓｒおよび同位相信号Ｓｓの一方が選択して供給されることで、第１導電体１２１に対応する操作者Ｍおよび第２導電体１２２に対応する操作者Ｍに対して、検出システム１の操作を許容したり禁止したりすることができる。

【0086】

例えば、運転席３に位置する操作者Ｍの操作を許容し、助手席４に位置する操作者Ｍの操作を禁止する場合、第２信号出力回路３２は、第１導電体１２１に逆位相信号Ｓｒを出力し、第２導電体１２２に同位相信号Ｓｓを出力する。

【0087】

なお、検出システム１は、導電体１２０を２つ有しているが、導電体１２０の個数がこれに限定されないことは言うまでもない。例えば、検出システム１は、３つの導電体１２０を備え、３つの導電体１２０は、それぞれ、車両の運転席３、助手席４および後部座席に配置されてもよい。また、導電体１２０は、車両以外の乗り物、公共施設および娯楽施設などにおいて、座席などの操作者の近傍に位置するものに配置されてもよい。

【0088】

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。

【0089】

例えば、上記のセンサ１２は、自己静電容量式のセンサであるが、センサ基板１３の周縁部に複数（例えば４つ）の電極が配置される表面型静電容量式、および、複数の電極が例えば平面視で格子状に配置されている投影型静電容量式などの他の静電容量式のセンサでもよい。

【0090】

また、同位相電圧Ｖｓの振幅Ｈｓは、駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇと異なってもよい。この場合、同位相電圧Ｖｓの振幅Ｈｓと駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇとの差が小さいほど、操作者Ｍの指Ｆが近づくことによる検出信号Ｓｄの電位の変動が小さくなる。よって、同位相電圧Ｖｓの振幅Ｈｓと駆動電圧Ｖｇの振幅Ｈｇとの差が小さいほど、容易に、検出システム１が操作者Ｍの指Ｆなどの検出対象を検出できないようにすることができる。

【0091】

また、第２信号出力回路３２は、導電体２０、１２０の近傍に操作者Ｍが位置する場合に逆位相信号Ｓｒおよび同位相信号Ｓｓの一方を出力し、導電体２０、１２０の近傍に操作者Ｍが位置しない場合に逆位相信号Ｓｒおよび同位相信号Ｓｓの一方を出力しなくてもよい。この場合、検出システム１は、操作者Ｍを検知する検知センサをさらに備え、この検知センサによって操作者Ｍが検知された場合に第２信号出力回路３２は、逆位相信号Ｓｒおよび同位相信号Ｓｓの一方を出力する。この検知センサは、例えば、操作者Ｍの体重によって作動するスイッチ、操作者Ｍの体重を検出する荷重センサ、および、操作者Ｍとの距離を検出する測距センサである。

【0092】

また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0093】

１ 検出システム
１２ センサ
１２ａ 検出面
２０、１２０ 導電体
３０ 制御装置
３１ 第１信号出力回路
３２ 第２信号出力回路
３３ 検出信号生成回路
３４ 検出回路
Ｈｇ 振幅
Ｈｒ 振幅
Ｈｓ 振幅
Ｍ 操作者
Ｓｄ 検出信号
Ｓｇ 駆動信号
Ｓｒ 逆位相信号
Ｓｓ 同位相信号
Ｔ１ 第１所定周期（所定周期）
Ｖｇ 駆動電圧
Ｖｒ 逆位相電圧
Ｖｓ 同位相電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】