特許ウォッチ

公開番号2025024722
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-21
出願番号2023128930
出願日2023-08-08
発明の名称集積回路
出願人豊田合成株式会社
代理人弁理士法人明成国際特許事務所
主分類G01R 27/26 20060101AFI20250214BHJP(測定;試験)
要約【課題】タッチセンサ用の集積回路において、タッチセンサの感度を高める技術を提供する。
【解決手段】タッチセンサにより人体の接近を検知する集積回路であって、タッチセンサと集積回路は、電圧源により動作する。タッチセンサは、人体の接近によりタッチセンサの出力電圧としてのセンサ電圧が変動するように構成されている。集積回路は、集積回路を制御する制御部と、タッチセンサと制御部に接続されるAD変換器と、AD変換器と、電圧源と、タッチセンサと、の間の接続を切り替える第1種スイッチと、を備える。制御部は、人体の接近前に、第1種スイッチによる接続の切り替えを行いつつ、センサ電圧としての基準電圧を1回以上測定し、基準電圧の測定回数に応じて、1つ以上の基準電圧の予め定められた範囲に基づく上限電圧値と下限電圧値を、AD変換器の入力電圧の範囲に、決定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
タッチセンサにより人体の接近を検知する集積回路であって、
前記タッチセンサと前記集積回路は、電圧源により動作し、
前記タッチセンサは、前記人体の接近により前記タッチセンサの出力電圧としてのセンサ電圧が変動するように構成されており、
前記集積回路は、
前記集積回路を制御する制御部と、
前記タッチセンサと前記制御部に接続されるＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器と、前記電圧源と、前記タッチセンサと、の間の接続を切り替える第１種スイッチと、を備え
前記制御部は、
前記人体の接近前に、前記第１種スイッチによる接続の切り替えを行いつつ、前記センサ電圧としての基準電圧を１回以上測定し、
前記基準電圧の測定回数に応じて、１つ以上の基準電圧から予め定められた範囲に基づく上限電圧値と下限電圧値を、前記ＡＤ変換器の入力電圧の範囲に、決定する、集積回路。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記タッチセンサは、さらに、寄生の素子として第１静電容量を有する第１コンデンサを有し、
前記集積回路は、
予め定められた第２静電容量を有する第２コンデンサであって、前記第１コンデンサと前記ＡＤ変換器と共に前記電圧源に対して並列に接続される前記第２コンデンサを備え、
前記制御部は、前記第１種スイッチを制御することにより、
前記電圧源から前記第１コンデンサまたは前記第２コンデンサに電荷の充電を行い、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサが前記電圧源から遮断された状態において、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサを接続することにより、前記センサ電圧を発生させる、集積回路。
【請求項３】
請求項２に記載の集積回路であって、
前記制御部は、
前記基準電圧の発生に先立つ前記充電において、前記電圧源から前記第１コンデンサに電荷を充電することにより、前記基準電圧としての第１基準電圧を測定し、
前記基準電圧の発生に先立つ前記充電において、前記電圧源から前記第２コンデンサに電荷を充電することにより、前記基準電圧としての第２基準電圧を測定し、
前記上限電圧値を、前記第１基準電圧に基づいて、決定し、
前記下限電圧値を、前記第２基準電圧に基づいて、決定する、集積回路。
【請求項４】
請求項２に記載の集積回路であって、
前記制御部は、前記基準電圧の発生に先立つ前記充電において、前記電圧源から前記第１コンデンサに電荷を充電することにより、前記基準電圧としての第１基準電圧を測定し、
前記上限電圧値と前記下限電圧値は、前記第１基準電圧から予め定められた範囲に決定される、集積回路。
【請求項５】
請求項３に記載の集積回路であって、さらに、
前記制御部と前記ＡＤ変換器にそれぞれ接続される２つのＤＡ変換器を備え、
前記２つのＤＡ変換器は、
前記制御部からの信号に応じて前記上限電圧値を前記ＡＤ変換器に入力する第１ＤＡ変換器と、
前記制御部からの信号に応じて前記下限電圧値を前記ＡＤ変換器に入力する第２ＤＡ変換器と、によって構成される、集積回路。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の集積回路であって、
前記第２コンデンサは、調整用スイッチと、予め定められた静電容量を有するアディショナルコンデンサと、の直列接続を１組とした複数の組が並列接続された調整用コンデンサを含み、
前記調整用コンデンサは、
前記制御部からの指令により、前記調整用コンデンサにおける複数の調整用スイッチの接続の組み合わせを変えることによって、前記アディショナルコンデンサの静電容量の合成としての前記第２静電容量の第２成分を決定する、集積回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、集積回路に関する。
続きを表示（約 4,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載されているように、静電容量式タッチセンサは、人体がタッチセンサの電極に接近することによって生じる静電容量の変化を検知する。以下において、静電容量式タッチセンサは、タッチセンサとよぶ。より具体的には、タッチセンサは、センサ部分の静電容量と、制御部としての集積回路の静電容量と、の差に基づく電圧を測定することによって、静電容量の変化を検知する。
【０００３】
人体の接近による静電容量の変化は、微小である。このため、タッチセンサの感度を上げるには、センサ部分の静電容量を増加させることが求められる。センサ部分の静電容量の増加は、センサ部分における電極の面積の拡大により可能である。すなわち、センサ部分の静電容量を増加させるには、タッチセンサを大きくする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－５３１８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、タッチセンサが搭載される製品において、タッチセンサを搭載できるスペースは、製品のサイズや形状などにより制限される。すなわち、製品のサイズや形状を変更できない場合、タッチセンサの感度を上げることは、困難である。したがって、タッチセンサのサイズや形状に係わらず、タッチセンサの感度を高める技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本開示の第１の形態によれば、タッチセンサにより人体の接近を検知する集積回路が提供される。前記タッチセンサと前記集積回路は、電圧源により動作する。前記タッチセンサは、前記人体の接近により前記タッチセンサの出力電圧としてのセンサ電圧が変動するように構成されている。前記集積回路は、前記集積回路を制御する制御部と、前記タッチセンサと前記制御部に接続されるＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器と、前記電圧源と、前記タッチセンサと、の間の接続を切り替える第１種スイッチと、を備える。前記制御部は、前記人体の接近前に、前記第１種スイッチによる接続の切り替えを行いつつ、前記センサ電圧としての基準電圧を１回以上測定し、前記基準電圧の測定回数に応じて、１つ以上の基準電圧から予め定められた範囲に基づく上限電圧値と下限電圧値を、前記ＡＤ変換器の入力電圧の範囲に、決定する。
本開示の集積回路においては、人体の接近前のセンサ電圧としての基準電圧は、ＡＤ変換器と電圧源とタッチセンサの間の接続の状態によって決定される。例えば、集積回路は、タッチセンサと電圧源を遮断した状態において、基準電圧を決定できる。電圧源から遮断された状態では、基準電圧は、タッチセンサの仕様に依存する可能性が高い。このため、本開示の集積回路は、タッチセンサの仕様に応じて、ＡＤ変換器の入力電圧の範囲を決定できる。すなわち、ＡＤ変換器の分解能が向上することにより、タッチセンサの仕様を変更することなく、タッチセンサの感度も、向上する。したがって、本開示の集積回路は、タッチセンサのサイズや形状に係わらず、タッチセンサの感度を高めることができる。
（２）上記形態において、前記タッチセンサは、さらに、寄生の素子として第１静電容量を有する第１コンデンサを有し、前記集積回路は、予め定められた第２静電容量を有する第２コンデンサであって、前記第１コンデンサと前記ＡＤ変換器と共に前記電圧源に対して並列に接続される前記第２コンデンサを備え、前記制御部は、前記第１種スイッチを制御することにより、前記電圧源から前記第１コンデンサまたは前記第２コンデンサに電荷の充電を行い、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサが前記電圧源から遮断された状態において、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサを接続することにより、前記センサ電圧を発生させてもよい。
このような静電容量式のタッチセンサを用いた形態においては、センサ電圧は、第１コンデンサと第２コンデンサが電圧源から遮断されることにより、電圧源の電圧よりも低い電圧になる。すなわち、人体の接近によるセンサ電圧の変動は、電圧源の電圧よりも低い範囲で生じる。こうした静電容量式のタッチセンサに対して、例えば、抵抗膜式のタッチセンサでは、タッチセンサの出力電圧は、タッチセンサと電圧源が接続された状態で発生する。よって、抵抗膜式のタッチセンサにおけるセンサ電圧の変動は、電圧源の電圧値を含む範囲で生じる。このため、静電容量式のタッチセンサは、抵抗膜式のタッチセンサに比べて、センサ電圧の変動の幅が小さくなる。よって、静電容量式のタッチセンサでは、センサ電圧の変動を検知するには、ＡＤ変換器に高い分解能が要求される。したがって、本開示の集積回路は、静電容量式のタッチセンサにより適する。
（３）上記形態において、前記制御部は、前記基準電圧の発生に先立つ前記充電において、前記電圧源から前記第１コンデンサに電荷を充電することにより、前記基準電圧としての第１基準電圧を測定し、前記基準電圧の発生に先立つ前記充電において、前記電圧源から前記第２コンデンサに電荷を充電することにより、前記基準電圧としての第２基準電圧を測定し、前記上限電圧値を、前記第１基準電圧に基づいて、決定し、前記下限電圧値を、前記第２基準電圧に基づいて、決定してもよい。
このような形態とすることで、人体の接近前におけるＡＤ変換器の入力電圧の範囲は、第１基準電圧により上限電圧値が決定され、第２基準電圧により下限電圧値が決定される。センサ電圧は、人体の接近前と人体の接近時においても、同様に測定される。よって、人体の接近時において、第１コンデンサに充電する場合、センサ電圧は、第１基準電圧を基準として発生する。また、人体の接近時において、第２コンデンサに充電する場合、センサ電圧は、第２基準電圧を基準として発生する。すなわち、上限電圧値と下限電圧値は、人体の接近時におけるセンサ電圧が基準とする基準電圧に基づいて決定される。よって、本開示の集積回路は、上限電圧値と下限電圧値を、人体の接近時におけるセンサ電圧に近づけることできる。すなわち、本開示の集積回路は、ＡＤ変換器の分解能を向上できる。
（４）上記形態において、前記制御部は、前記基準電圧の発生に先立つ前記充電において、前記電圧源から前記第１コンデンサに電荷を充電することにより、前記基準電圧としての第１基準電圧を測定し、前記上限電圧値と前記下限電圧値は、前記第１基準電圧から予め定められた範囲に決定されてもよい。
このような形態とすることで、第１基準電圧のみにより、ＡＤ変換器の入力電圧の範囲は、決定される。よって、本開示の集積回路は、ＡＤ変換器の入力電圧の範囲の決定のために、センサ電圧を複数回測定する必要がない。したがって、本開示の集積回路は、センサ電圧を複数回測定する場合に比べて、容易にＡＤ変換器の入力電圧の範囲を決定できる。
（５）上記形態において、さらに、前記制御部と前記ＡＤ変換器にそれぞれ接続される２つのＤＡ変換器を備え、前記２つのＤＡ変換器は、前記制御部からの信号に応じて前記上限電圧値を前記ＡＤ変換器に入力する第１ＤＡ変換器と、前記制御部からの信号に応じて前記下限電圧値を前記ＡＤ変換器に入力する第２ＤＡ変換器と、によって構成されてもよい。
このような形態とすることで、本開示の集積回路は、ＤＡ変換器により、ＡＤ変換器の入力電圧の範囲を決定する。よって、本開示の集積回路は、例えば、デジタルポテンショメータのように、抵抗の分圧のみによりデジタル信号をアナログ信号に変換する場合に比べて、より高い精度でＡＤ変換器の入力電圧の範囲を決定できる。
（６）上記形態において、前記第２コンデンサは、調整用スイッチと、予め定められた静電容量を有するアディショナルコンデンサと、の直列接続を１組とした複数の組が並列接続された調整用コンデンサを含み、前記調整用コンデンサは、前記制御部からの指令により、前記調整用コンデンサにおける複数の調整用スイッチの接続の組み合わせを変えることによって、前記アディショナルコンデンサの静電容量の合成としての前記第２静電容量の第２成分を決定してもよい。
このような形態とすることで、第２コンデンサは、第２成分を可変できる調整用コンデンサにより、第２静電容量を調整できる。センサ電圧の基準電圧は、電圧源から遮断されることにより、第１コンデンサと第２コンデンサのそれぞれの静電容量の関係によって変動する。すなわち、本開示の集積回路は、第２静電容量を調整することによってＡＤ変換器の入力電圧の範囲を調整することにより、タッチセンサの感度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１実施形態の集積回路の構成を示す回路図。
タッチセンサによる検知の処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．回路構成：
図１は、第１実施形態の集積回路１２０の構成を示す回路図である。集積回路１２０は、タッチセンサ１１０により人体の接近を検知する。より具体的には、集積回路１２０は、人体の接近により変化するセンサ電圧Ｖｄを測定する回路である。集積回路１２０は、例えば、車両Ｖにおいて、インストルメントパネルＰやルームランプなどの製品に搭載されるタッチセンサ１１０に使用される。
【００１０】
集積回路１２０は、電圧源１２４、ＡＤ変換器１２１と、ＤＡ変換器１２３と、制御部１２２と、第２コンデンサ１２７と、第１種スイッチ１２５と、第４スイッチ１２６と、を備える。まず、集積回路１２０における各素子とタッチセンサ１１０の接続について説明する。なお、図２におけるＡＤＣは、ＡＤ変換器１２１を表す。ＤＡＣは、ＤＡ変換器１２３を表す。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許