JPH0497614A

JPH0497614A - タッチセンサ装置

Info

Publication number: JPH0497614A
Application number: JP2215351A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Furuya; 古屋　勝則; Takashi Iwasa; 岩佐　隆司; Yoshifumi Sakamoto; 佳史坂本; Gendo Kato; 玄道加藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1992-03-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は圧電セラミックスなどの圧電素子を用いたタッ
チセンサ装置に関する。

従来の技術近年、人体がタッチすることによシ出力を出すタッチセ
ンサ装置は、種々発明され実施されている。その中には
接点を持ったもの、静電容量を利用したもの、圧力でイ
ンピーダンスが変化する感圧素子を利用したものなどが
あるが、いずれも検出感度の設定や、動作確実性や誤動
作・寿命などの信頼性、さらに価格の面において必ずし
も完全でなく、使用目的に最も適当な方式のタッチセン
サ装置が選定されて利用されている。

一方、圧力により起電力を発生する圧電素子の圧電効果
は多方面に利用されているが、タッチセンサ装置として
利用された例はなかった。

発明者らは圧電素子の圧電効果による起電力を利用した
タッチセンサ装置を開発してきた。以下、その構成につ
いて説明する。

図に示すように、圧電素子１はタッチセンサとして利用
するものであシ、一端は接地されている。

圧電素子１の他端は演算増幅’Ｑ２と抵抗３．４からな
る比較回路５に入力し、抵抗３．４により設定される所
定の電圧と比較される。なお、６は演算増幅器２および
比較回路６の基間電圧を設定する抵抗３．４の電源であ
る。

上記構成において、まず圧電素子１にたたくようにタッ
チすると、圧電効果によりその両端に第６図（−）のよ
うな起電力が発生し、圧電素子１に触れるようにタッチ
したときは、圧電素子１の両端に第６図（ａ）のような
起電力が発生する。第５図（ａ）の出力電圧波形は、尖
頭電圧値は大きいがパルス幅が小さく、すなわち周波数
成分が高い。一方、第６図（ａ）の出力電圧波形はパル
ス幅が大きく、すなわち周波数成分が低いが尖頭電圧値
が小さくなっている。

この圧電素子１の起電力が抵抗３．４により設定される
所定の基準電圧よシ大きいとき、演算増幅器２よシ出力
信号が第６図（ｂ）および第６図（ｂ）のようにそれぞ
れ出力される。このとき、抵抗３゜４の抵抗値により、
比較回路５の基準電圧を設定することができるので、所
望する検出感度を得ることができる。

発明が解決しようとする課題このようなタッチセンサ装置では、圧電素子１の起電力
を直接比較回路５に入力させるだめ、実装上の不具合な
どにより圧電素子１に応力が加わった状態が維持される
と、不安定な起電力が発生し、誤動作する可能性がある
。またタッチの仕方や個人差により検出出力決形が安定
しておらず、確実な検出が困難であり、外来から進入し
て来るノイズにも反応して誤検出してしまう可能性があ
る。

また、圧電素子１に激しい衝撃が印加され、演算増幅器
２を破壊する恐れのあるような起電力が発生すると、演
算増幅器２の入力端子に過電圧が印加され、破壊に至る
。このとき、圧電素子１の発生する起電力は正側だけで
なく負側の電圧も出力するが、演算増幅器、２に負側の
電圧が印加される。そのため、正負両電源の演算増幅器
を使用すると、正側・負側の電源を必要としコストが増
加し、単電源で使用する演算増幅器では、負側の電圧が
印加されることによる誤動作や破壊を招くことになる。

さらに、圧電素子１は直流電圧が印加されることによる
経時劣化のためその特性が変化するが、上記タッチセン
サ装置では演算増幅器２の入力端子に直接圧電素子１を
接続しているため、演算増幅器２の入力端子の漏れ電流
などにより、圧電素子１に直流電圧が印加されつづける
ことになる。

このため、検出感度に経時変化が起きてしまい再調整が
必要になるばかりか、検出不能になる可能性がある。

このように圧電セラミックスなどに代表される圧電素子
の圧電効果による起電力は、タッチ強度によυ数十ｍＶ
から数十Ｖと広範囲であり、また起電力の出力波形もタ
ッチの仕方や個人差などによシ極性や周波数成分が定ま
っておらず、出力信号としては極めて不安定なものであ
った。このため、安定した出力信号を得ることが極めて
困難であり、検出感度の維持も困難であるという問題を
有していた。

本発明はかかる問題を解決するもので、圧電素子へのタ
ッチの方法、差による圧電素子から出力する周波数、極
性が定まらない広範囲の起電力によシ確実で安定した出
力信号を得ることを目的としている。

課題を解決するための手段本発明は上記目的を達成するために、圧電素子と、前記
圧電素子の起電力を入力する微分回路と、前記微分回路
の出力を整流するダイオードと、前記ダイオードによシ
整流した信号を入力する積分回路と、前記積分回路の出
力を所定の電圧と＝扛比較する比較回路とを備え、前記
比較回路は＠記圧電素子にタッチしたとき出力を出すよ
うにしたことを課題解決手段としている。

作　　　用本発明は上記した課題解決手段により、圧電素子より発
生する起電力より、微分回路によシ変化分のみを取シ出
し、ダイオードで整流して積分回路により安定させ、そ
の出力が所定の電圧値を越えたとき、比較回路よシ出力
信号として出力し、圧電素子にタッチしたときのみタッ
チの方法、差に関係なく出力できる。

実施例以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。

図に示すように、圧電素子７はタッチセンサとして利用
するものであり、その両端に抵抗８とコンデンサ９を接
続し、一端は接地している。圧電素子７の他端はコンデ
ンサ１０と抵抗１１からなる微分回路１２に入力Ｉ７て
いる。この微分回路１２の出力はダイオード１３のアノ
ードに入力し、ダイオード１３のカソードは抵抗１４と
コンデンサ１５からなる積分回路１６の入力に接続して
いる。

この積分回路１６の出力にツェナダイオード１７のカソ
ードを接続し、アノードは接地している。

また、ツェナダイオード１７と並列に抵抗１８を接続し
ている。演算増幅器１９は抵抗２０．２１により決定さ
れる所定の利得を有した増幅回路２２を構成している。

演算増幅器１９の出力は演算増幅器２３と抵抗２４．２
５からなる比較回路２６に入力し、抵抗２４．２５によ
シ設定される所定の電圧と比較される。なお、２了は演
算増幅器１９．２３および比較回路２６の基準電圧を設
定する抵抗２４．２５の電源である。

上記構成において動作を説明すると、まず圧電素子７に
たたくようにタッチすると、圧電効果によりその両端に
第２図（ａ）のような起電力が発生し、圧電素子７に触
れるようにタッチすると、圧電素子７の両端に第３図（
ａ）のような起電力が発生する。

第２図（ａ）の出力電圧波形は、尖頭電圧値は大きいが
パルス幅が小さく、すなわち周波数成分が高い。

一方、第３図（ａ）の出力電圧波形はパルス幅が大きく
、すなわち周波数成分が低いが尖頭電圧値が小さくなっ
ている。

この圧電素子７の出力は微分回路１２により第２図０３
）および第３図（ｉ３）のように起電力の変化分のみが
信号として取シ出す。この信号はダイオード１３で整流
することにより起電力の変化分の正側のみが積分回路１
６に入力される。積分回路１６は第２図（Ｃ）および第
３図（Ｃ）のように起電力の正側の変化分を積分し安定
化させた電圧波形にし、その出力を演算増幅器１９に入
力する。入力された信号は抵抗２０．２１で設定される
利得で増幅される。演算増幅器１９の出力波形は入力波
形と同じで電圧比による大きさの違いだけであり第２図
（Ｃ）および第３図（Ｃ）で表される。演算増幅器１９
の出力が抵抗２４．２５により設定される所定の電圧よ
り大きいとき、演算増幅器２３より出力信号が第２図（
ｄ）および第３図（ｄ）のように出力される。

抵抗２０．２１および抵抗２４．２５の抵抗値により、
増幅回路２２の利得および比較回路２６の基準電圧を設
定することができるので、所望する検出感度を自由に得
ることができる。

微分回路１２は圧電累子了の発生する起電力の変化分の
みを出力するため、圧電素子７にタッチされたときにの
み出力を出し、実装上の不具合などにより圧電素子７に
応力が加わった状態が維持されても出力を吊すことがな
く、誤動作することもない。

また、積分回路１６により起電力の変化を積分して安定
させてから増幅、比較しているため、タッチの仕方や個
人差に左右されることなく確実に検出できる。また、積
分回路１ｅはノ・イカットフィルタとしても動作するた
め外来から進入して来るノイズもこの部分で遮断される
。

もし圧電素子７に激しい衝撃が印加され、演算増幅器１
９を破壊する恐れのあるような起電力が発生してもツェ
ナダイオード１７により、演算増幅器１９の入力電圧は
制限されるので、破壊に至ることはない。

また、微分回路１２は圧電素子Ｔの発生する起電力の変
化分のみを出力するため正側だけでなく負側の電圧も出
力するが、ダイオード１３により負側の電圧が遮断され
るため、演算増幅器１９に負側の電圧が印加されること
もない。したがって単電源で使用する演算増幅器であっ
ても、負側の電圧が印加されることによる誤動作や破壊
を防ぐことができる。

さらに、圧電素子７は直流電圧が印加されることによる
経時劣化のためその特性が変化するが、微分回路１２の
コンデンサ１ｏが圧電素子７を直流的に絶縁し、抵抗８
によって電圧が吸収されるため劣化もなく、スイッチの
ような接点を持たないので寿命信頼性が高い。

発明の効果以上の実施例から明らかなように本発明によれば、圧電
素子の起電力を入力する微分回路と、前記微分回路の出
力を整流するダイオードと、前記ダイオードにより整流
した信号を入力する積分回路と、前記積分回路の出力を
所定の電圧と比較する比較回路とを備えているから、圧
電素子が出力する周波数、極性の定まっていない広範囲
な起電力に対して確実で安定した出力信号を得ることが
でき、特に、微分回路により圧電素子の起電力の変化分
のみを検出するため、タッチしたときにのみ検出でき、
圧電素子に応力が加わりつづけることによる誤動作など
がなく、信頼性を非常に高くでき、また、積分回路によ
り起電力の変化を安定させるため、タッチの仕方や個人
差による圧電素子の起電力の出力波形の極性や周波数成
分に影響されず検出することができるので、確実性を非
常に高くでき、さらに、ダイオードによシ演算増幅器の
回路保護や誤動作防止がなされ、信頼性を高くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のタッチセンサ装置の回路図
、第２図（、）〜（ｄ）はそれぞれ同タッチセンサ装置
の圧電素子にたたくようにタッチしたときの要部電圧波
形図、第３図（、）〜（ｄ）はそれぞれ同圧電素子に触
れるようにタッチしたときの要部電圧波形図、第４図は
本発明者らが先に開発したタッチセンサ装置の回路図、
第５図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ同タッチセンサ装
置の圧電素子にたたくようにタッチしたときの要部電圧
波形図、第６図（、）　、　（ｂ）は同圧電素子に触れ
るようにタッチしたときの要部電圧波形図である。７・・・・・・圧電素子、１２・・・・・・微分回路、
１３・・・・・・ダイオード、１６・・・・・・積分回
路、２６・・・・・・比較回路。代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名・−
五ａｔ子微分１Ｍ路 −タイオード・−・積分回路一比拳交回路第２図１図２グ篤図第第図図

Claims

【特許請求の範囲】

圧電素子と、前記圧電素子の起電力を入力する微分回路
と、前記微分回路の出力を整流するダイオードと、前記
ダイオードにより整流した信号を入力する積分回路と、
前記積分回路の出力を所定の電圧と比較する比較回路と
を備え、前記比較回路は前記圧電素子にタッチしたとき
出力を出すようにしてなるタッチセンサ装置。