静電容量型タッチセンサ
【課題】タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、人の指が触れた場合にのみスイッチ操作を有効にするという機能を持った静電容量型タッチセンサを提供する。
【解決手段】タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６はこの順に配置され、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７は、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６の列の次にこの順に配置されている。スイッチ選択回路５は、４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）を差動ペアとして順次選択する。電荷増幅器７はスイッチ選択回路５により選択された４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）について、静電容量の差に比例する出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）を順次出力する。
【解決手段】タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６はこの順に配置され、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７は、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６の列の次にこの順に配置されている。スイッチ選択回路５は、４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）を差動ペアとして順次選択する。電荷増幅器７はスイッチ選択回路５により選択された４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）について、静電容量の差に比例する出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）を順次出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型タッチセンサに関し、特に、ウォータープルーフ機能を備えた、差動方式の静電容量型タッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静電容量型タッチセンサは、携帯電話等の携帯電子機器、テレビジョン、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器のＯＮ／ＯＦＦ、チャネル選択等の機能操作スイッチとして広く用いられている。
【０００３】
静電容量型タッチセンサにおいては、タッチスイッチを人の指先が触れることで静電容量の変化が起こり、この静電容量の変化を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて、タッチスイッチが操作されたことを検出している。
【０００４】
この場合、特許文献１に記載されているように、タッチスイッチに印加される電気的ノイズをキャンセルするために、差動方式の静電容量型タッチセンサを採用することが有効である。この静電容量型タッチセンサは、１対のタッチスイッチが差動ペアを形成して、静電容量の変化を電気信号に変換する電荷増幅器に差動入力されており、１対のタッチスイッチ間の静電容量の差を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電容量型タッチセンサにおいて、タッチスイッチの表面に水が付着した場合にも、タッチスイッチには人の指が触れた場合と同じように静電容量の変化が起こる。タッチスイッチに付着する水が少量であれば、静電容量の変化は比較的小さいので、人の指と水との区別をつけることができる。
【０００７】
しかしながら、静電容量型タッチセンサが組み込まれた電子機器の使用環境によっては、タッチスイッチに大量の水が付着し、人の指と拮抗する静電容量の変化が生ずるため、両者の区別をすることができなくなる。例えば、浴室のような水場環境下に設置されるテレビジョンにおいては、シャワーからの噴射水がテレビジョンのタッチスイッチに大量に付着することがある。シャワーからの噴出水はシャワー本体が接地されていることから、噴射水も接地された状態になっており、電気的には接地された人の指と変わらない特性を持っている。
【０００８】
特に、差動方式の静電容量型タッチセンサにおいては、水の付着の影響を受けやすく、単純にタッチセンサを羅列したのみでは、大量の水付着が差動ペア相殺により、スイッチ操作の誤検出を起こすという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量型タッチセンサは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に一列に配置され、それぞれ、中央電極と、この中央電極を囲んで配置された環状電極とを有し、前記中央電極と前記環状電極の間に静電容量が形成される２ｎ個（ｎは２以上の自然数）のタッチスイッチと、前記２ｎ個のタッチスイッチの中、偶数番号２ｍ（ｍは、０〜ｎ−１の自然数であり、０を偶数に含める）のタッチスイッチと奇数番号（２ｍ＋１）のタッチスイッチとのペアで構成される１対のタッチスイッチを順次選択するスイッチ選択回路と、前記スイッチ選択回路により選択された１対のタッチスイッチの静電容量の差に比例する出力電圧を、ｎ対のタッチスイッチに対応して順次出力する差動方式の電荷増幅器と、を備え、前記電荷増幅器から順次出力されるｎ対のタッチスイッチに対応する出力電圧に基づいて、タッチスイッチのスイッチ操作を検出する静電容量型タッチセンサであって、前記偶数番号２ｍが付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号順に配置され、奇数番号（２ｍ＋１）が付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号が付与されたタッチスイッチの列の次に、奇数番号順に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の静電容量型タッチセンサによれば、差動方式における差動ペアのノイズキャンセル機能を利用し、タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、水付着と人の指の接触との区別を明確にし、人の指が触れた場合にのみスイッチ操作を有効にするという、タッチセンサのウォータープルーフ機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサの全体の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサの動作タイミング図である。
【図３】タッチスイッチの電界の様子を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図９】本発明の静電容量型タッチセンサのタッチスイッチの一般化された配置を示す図である。
【図１０】本発明の静電容量型タッチセンサにおける電荷増幅器の出力電圧の時間変化を示す図である。
【図１１】比較例における静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図１２】比較例における静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図１３】電荷増幅器の回路図である。
【図１４】電荷増幅器の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者は、タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、水付着と人の指との区別するための手法を鋭意検討した。人の指は１個のタッチスイッチのみに接触するのに対して、シャワーや水道蛇口からの噴出水は複数のタッチスイッチに付着することが多く、１個のタッチスイッチに付着しても、そのタッチスイッチから隣接する他のタッチスイッチに広がるという特性を持っている。
【００１３】
そこで、本発明者は、このような人の指と水との特性の違いに着目し、タッチスイッチの配置に工夫を施すことにより、人の指が触れた場合にのみ感応するウォータープルーフ機能を持った静電容量型タッチセンサを実現するに至った。
【００１４】
さらに、シャワー等からの水が付着している時間は、人の指がタッチスイッチにタッチしている時間に比して短いことから、静電容量型タッチセンサの出力である電荷増幅器の出力電圧の時間積分値を算出し、その時間積分値に基づいて、ウォータープルーフ機能を補完している。
【００１５】
＜＜第１の実施形態＞＞
［静電容量型タッチセンサ１００の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態における静電容量型タッチセンサ１００の全体の構成図である。静電容量型タッチセンサ１００は、タッチパネル部２０と信号処理部３０から構成されている。タッチパネル部２０は、ＰＣＢ基板等の絶縁基板１上に一列に配置された８個のタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７、クロック供給線４を含んで構成されている。また、信号処理部３０は、スイッチ選択回路５、第１のクロック発生器６、電荷増幅器７、ＡＤ変換器８、インターフェース回路９、マイクロコンピュータ１０（ＣＰＵの一例）を含んで構成されている。信号処理部３０は、１個のＩＣに内蔵することができる。
【００１６】
この場合、信号処理部３０は、スイッチ選択回路５、第１のクロック発生器、電荷増幅器７、ＡＤ変換器８、インターフェース回路９を含む１個のＩＣで形成し、マイクロコンピュータ１０は別のＩＣで形成することもできる。
【００１７】
タッチパネル部２０において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は、それぞれ中央電極２−０〜２−７と、この中央電極２−０〜２−７を囲んで配置された環状電極３とを有しており、各中央電極２−０〜２−７と、環状電極３の間に静電容量Ｃ０〜Ｃ７が形成される。環状電極３はクロック供給線４により互いに連結されており、信号処理部３０の出力端子Ｐ８、クロック供給線４を介して、第１のクロック発生器６からのクロックＣｄｒｖが供給されるようになっている。
【００１８】
偶数番号０，２，４，６が付与された４個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６はこの偶数番号順に左から右に並んで配置され、奇数番号１，３，５，７が付与された４個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７は、偶数番号が付与された４個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６の列の次に、奇数番号順に左から右に並んで配置されている。
【００１９】
信号処理部３０において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７の中央電極２−０〜２−７は、それぞれ、スイッチ選択回路５の入力端子Ｐ０〜Ｐ７に接続されている。そして、スイッチ選択回路５は、偶数番号０，２，４，６が付与された４個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６と、奇数番号１，３，５，７が付与された４個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７とで構成される４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）を差動ペアとして、順次選択する。スイッチ選択回路５は、マルチプレクサで構成することができる。
【００２０】
まず、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択されると、タッチスイッチＳＷ０の中央電極２−０は、次段の電荷増幅器７の反転入力端子（−）に入力され、タッチスイッチＳＷ１の中央電極２−１は、電荷増幅器７の非反転入力端子（＋）に入力される。次に、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３）が選択されると、タッチスイッチＳＷ２の中央電極２−２は、電荷増幅器７の反転入力端子（−）に入力され、タッチスイッチＳＷ３の中央電極２−３は、電荷増幅器７の非反転入力端子（＋）に入力される。差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）についても同様である。
【００２１】
電荷増幅器７は、図２に示すように、スイッチ選択回路５により選択された４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）について、静電容量の差に比例する出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）を順次出力する。
【００２２】
まず、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択されると、差動方式の電荷増幅器７は、タッチスイッチＳＷ１の中央電極２−１と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ１と、タッチスイッチＳＷ０の中央電極２−０と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ０の容量値の差ΔＣに比例した出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。次に、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３）が選択されると、電荷増幅器７は、タッチスイッチＳＷ３の中央電極２−３と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ３と、タッチスイッチＳＷ２の中央電極２−２と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ２の容量値の差ΔＣに比例した出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）についても同様であり、電荷増幅器７は、それぞれに対応して、Ｖｏｕｔ（３）、Ｖｏｕｔ（４）を出力する。電荷増幅器７の具体的な構成については、後述する。
【００２３】
ＡＤ変換器８は、電荷増幅器７から順次出力される出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）をデジタル信号に変換する。この場合、ＡＤ変換器８は、電荷増幅器７の回路方式に合わせて、デルタシグマ型ＡＤ変換器で構成されることが好ましい。デルタシグマ型のＡＤ変換器８のデジタル信号はビットストリームデータの形式で出力される。
【００２４】
インターフェース回路９は、ＡＤ変換器８からのデジタル信号をマイクロコンピュータ１０に転送するためのインターフェースを行う。インターフェース回路９は、例えば、Ｉ２Ｃバスインターフェース回路であり、ＡＤ変換器８からのデジタル信号をシリアルデータとして、クロックに同期させてマイクロコンピュータ１０に転送する。マイクロコンピュータ１０は、受信したデジタル信号に基づいて、どのタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７が人に指によってスイッチ操作されたかを判断する。
【００２５】
［静電容量型タッチセンサ１００の通常の動作］
図３は、タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）の電界の様子を示す断面図である。絶縁基板１の表面に配置されたタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）は、誘電体からなる保護膜１１で覆われている。図示のように、人の指がタッチスイッチＳＷ１に触れると、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣが生じる。ΔＣは負の値である。（ΔＣ＜０）これは、人の指は接地された導電体とみなされ、タッチスイッチＳＷ１の中央電極２−１と環状電極３との間の電界が人の指により局所的に遮蔽されるためである。
【００２６】
電荷増幅器７は、この容量値の差ΔＣに比例する出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。この時、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の極性は負である。人の指がタッチスイッチＳＷ０に触れた場合には、容量値の差は、逆極性の−ΔＣとなるので、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の極性は正になる。図３の場合、マイクロコンピュータ１０は、人の指によりタッチスイッチＳＷ１が押されたと判断する。タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が人の指に触れられていない場合には、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣは生じない。（ΔＣ＝０）この時は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。また、タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）の両方が人の指に触れられている場合には、両方について静電容量の同じ変化が生じるため、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣは生じない。（ΔＣ＝０）この時、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。
【００２７】
すなわち、マイクロコンピュータ１０は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）が負の時は、タッチスイッチＳＷ１が押され、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）が正の時は、タッチスイッチＳＷ０が押され、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）が０Ｖの時は、スイッチ操作を行われていないと判断する。差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）についても同様である。
【００２８】
このように、マイクロコンピュータ１０は、受信した電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）のデジタル信号に基づいて、どのタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７が人に指によってスイッチ操作されたかを判断する。
【００２９】
通常、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔには、オフセット等の多少の誤差があるので、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣが無くても、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は正確に０Ｖにはならないことが多い。そこで、０Ｖより少し高い第１の閾値を設け、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の絶対値と第１の閾値と比較することで、スイッチ操作を判断することが好ましい。
【００３０】
［静電容量型タッチセンサ１００のウォータープルーフ機能］
次に、静電容量型タッチセンサ１００のウォータープルーフ機能を図４〜図６に基づいて説明する。なお、図４〜図６において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７の図示は簡略している。前述のように、４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１），（ＳＷ２，ＳＷ３）、（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）は差動ペアを形成している。シャワーや水道蛇口からの噴出水は複数のタッチスイッチに付着することが多く、１個のタッチスイッチに付着しても、そのタッチスイッチから隣接するタッチスイッチに広がるという特性を持っている。図４〜図６に示す水の付着パターン（斜線が付された四角で示す）はこの特性を反映している。
【００３１】
図４に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。前述のように、シャワーからの噴出水はシャワー本体が接地されていることから、噴射水も接地された状態になっており、電気的には接地された人の指と変わらない特性を持っているからである。例えば、タッチスイッチＳＷ０にのみ、水が付着した場合、タッチスイッチＳＷ０に人の指が触れた場合と同じように、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。
【００３２】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００３３】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した３個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）を出力する。
【００３４】
次に、図５に示すように、（ｄ）４個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した４個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（４）を出力する。このように、（ａ）〜（ｄ）の場合は、差動ペアの一方のタッチスイッチだけに水が付着するので、差動ペアによる相殺は起こらない。
【００３５】
（ｅ）５個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、１対の差動ペアが含まれるので、３個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ１に水が付着した場合、
差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）については、静電容量の変化は互いに相殺されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。そのため、３個のタッチスイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６のみが感応することになる。つまり、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（４）を出力する。
【００３６】
次に、図６に示すように、（ｆ）６個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、２個の差動ペアが含まれるので、２個のタッチスイッチのみが感応する。
【００３７】
（ｇ）７つの互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、３個の差動ペアが含まれるので、１個のタッチスイッチのみが感応する。
【００３８】
（ｈ）８個の全てのタッチチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、４個の差動ペアが含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。つまり、この場合は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）は全て０Ｖになる。
【００３９】
水付着パターン（ａ）〜（ｈ）に基づき、水付着の判断基準を説明する。（ｂ）〜（ｆ）については、２個以上のタッチスイッチが感応している。したがって、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）の中、２個以上が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。（ｈ）の場合は、感応するタッチスイッチは無いので問題とはならない。
【００４０】
しかしながら、（ａ）及び（ｇ）の場合は、１個のタッチスイッチのみが感応するので、人の指によるスイッチ操作と水付着とを区別することができない。そこで、この場合には、シャワー等からの水が付着している時間は、人の指がタッチスイッチに触れている時間に比して短いことに着目し、ウォータープルーフ機能を補完している。すなわち、図１０（ａ）に示すように、人の指がタッチスイッチＳＷ０に触れた場合には電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は比較的長い時間出ているが、シャワー等からの水が付着した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は比較的短い時間しか出ない。
【００４１】
そこで、スイッチＳＷ０のみが感応した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の時間積分値を算出し、この時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、タッチスイッチＳＷ０についてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、スイッチ操作が行われていないと判断することができる。
【００４２】
＜＜第２の実施形態＞＞
第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００は、８個のタッチスイッチを持っているが、本実施形態の静電容量型タッチセンサは、図７に示すように、６個のタッチスイッチを持っている。図１の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と対比すると、本実施形態では、偶数番号０，２，４が付与された３個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４は偶数番号順に配置され、奇数番号１，３，５が付与された３個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５は、偶数番号が付与された３個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４の列の次に、奇数番号順に配置されている。
【００４３】
これに応じて、スイッチ選択回路５は、３対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）を差動ペアとして、順次選択するように変更される。その他の構成は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同様である。
【００４４】
図７に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０にのみ、水が付着した場合、タッチスイッチＳＷ０に人の指が触れた場合と同じように、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。
【００４５】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００４６】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した３個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）を出力する。
【００４７】
（ｄ）４個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、１対の差動ペアが含まれるので、２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ１に水が付着した場合、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）については、静電容量の変化は互いに相殺されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。そのため、２個のタッチスイッチＳＷ２，ＳＷ４のみが感応することになる。つまり、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）を出力する。
【００４８】
（ｅ）５個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、２個の差動ペアが含まれるので、１個のタッチスイッチのみが感応する。
【００４９】
本実施形態においては、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合については、２個以上のタッチスイッチが感応している。したがって、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（３）の中、２個以上が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。
【００５０】
（ｆ）６個の全てのタッチチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、３個の差動ペアが含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。つまり、この場合は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（３）は全て０Ｖになる。
【００５１】
（ａ）及び（ｅ）の場合は、１個のタッチスイッチのみが感応するので、人の指によるスイッチ操作と水付着とを区別することができない。そこで、第１の実施形態と同様に、時間積分を用いてスイッチ操作が行われたかどうかを判断する。例えば、スイッチＳＷ０のみが感応した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の時間積分値を算出し、この時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、タッチスイッチＳＷ０についてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、スイッチ操作が行われていないと判断することができる。
【００５２】
＜＜第３の実施形態＞＞
本実施形態の静電容量型タッチセンサは、図８に示すように、４個のタッチスイッチを持っている。図１の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と対比すると、本実施形態では、偶数番号０，２が付与された２個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２は偶数番号順に配置され、奇数番号１，３が付与された２個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３は、偶数番号が付与された２個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２列の次に、奇数番号順に配置されている。これに応じて、スイッチ選択回路５は、２対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３）を差動ペアとして、順次選択するように変更される。その他の構成は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同様である。
【００５３】
図８に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０にのみ、水が付着した場合、タッチスイッチＳＷ０に人の指が触れた場合と同じように、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。
【００５４】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００５５】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、１対の差動ペアが含まれるので、１個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１に水が付着した場合、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）については、静電容量の変化は互いに相殺されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。そのため、１個のタッチスイッチＳＷ２のみが感応することになる。つまり、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００５６】
（ｄ）４個の全てのタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は２個の差動ペアが含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。つまり、この場合は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１），Ｖｏｕｔ（２）は共に０Ｖになる。
【００５７】
したがって、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、Ｖｏｕｔ（２）の中、２個が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。
【００５８】
（ａ）及び（ｃ）の場合は、１個のタッチスイッチのみが感応するので、人の指によるスイッチ操作と水付着とを区別することができない。そこで、第１の実施形態と同様に、時間積分を用いてスイッチ操作が行われたかどうかを判断する。例えば、スイッチＳＷ０のみが感応した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の時間積分値を算出し、この時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、タッチスイッチＳＷ０についてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、スイッチ操作が行われていないと判断することができる。
【００５９】
このように、第１乃至第３の本実施形態の静電容量型タッチセンサ１００によれば、差動方式における差動ペアのノイズキャンセル機能を利用し、タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、水付着と人の指の接触との区別を明確にし、人の指が触れた場合にのみスイッチ操作を有効にするという、ウォータープルーフ機能を実現することができる。
【００６０】
＜＜静電容量型タッチセンサ１００の一般化した構成＞＞
次に、第１乃至第３の実施形態に基づいて一般化された静電容量型タッチセンサ１００の構成を図９に基づいて説明する。図示のように、２ｎ個（ｎは２以上の自然数）のタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ２ｎ−１が一列に絶縁基板１上に配置されている。偶数番号０，２，４・・・２ｍ（ｍは、０〜ｎ−１の自然数であり、０を偶数に含める）が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍは偶数番号順に配置されている。奇数番号１，３，５・・・２ｍ＋１が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５・・・ＳＷ２ｍ＋１は、偶数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍの列の次に、奇数番号順に配置されている。
【００６１】
このようなタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ２ｎ−１の配置に対応して、スイッチ選択回路５は、ｎ対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）・・・（ＳＷ２ｍ，ＳＷ２ｍ＋１）を差動ペアとして、順次選択するように変更される。その他の構成は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同様である。
【００６２】
この一般化された静電容量型タッチセンサ１００においては、水が付着したタッチスイッチの数をＸ、差動ペアにより相殺された後のタッチスイッチの数をＹとすると次の式が成り立つことが分かる。図５−（ｅ）の場合、Ｘ＝５、Ｙ＝３、ｎ＝４となる。
【００６３】
０＜Ｘ≦ｎの場合、Ｙ＝Ｘ、 ｎ＜Ｘ≦２ｎの場合、Ｙ＝−Ｘ＋２ｎ
すなわち、水が付着したタッチスイッチの数Ｘが２以上、２ｎ−２以下の場合は、
水付着により感応するタッチスイッチの数Ｙは、必ず２以上になる。Ｘは１又は２ｎ−１の場合は、水付着により感応するタッチスイッチの数Ｙは１になる。
【００６４】
したがって、一般化された静電容量型タッチセンサ１００においても、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（ｎ）の中、２個が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。
【００６５】
そして、１個のタッチスイッチのみが感応した場合（Ｘは１又は２ｎ−１の場合）には、第１乃至第３の実施形態と同様に、時間積分を用いてスイッチ操作が行われたかどうかを判断する。なお、本発明はｎが２以上の自然数の時に成り立つが、ｎが３以上の自然数の時に効果が大きい。２個以上のタッチスイッチが感応する場合が多くなるからである。
【００６６】
また、タッチスイッチの配置において、奇数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５・・・ＳＷ２ｍ＋１は、偶数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍの列の次に、奇数番号順に配置されているが、これと逆の構成でも全く同じ効果が得られる。
【００６７】
すなわち、偶数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍは、奇数番号１，３，５・・・２ｍ＋１が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５・・・ＳＷ２ｍ＋１の列の次に、偶数番号順に配置されていてもよい。例えば、図１において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は左から右に、ＳＷ０、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ７という順番に配置されているが、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ７、ＳＷ０、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６という順番に配置されてもよい。
【００６８】
さらに、絶縁基板１上においてタッチスイッチが配列される方向は任意である。例えば、図１においては、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は横方向に配置されているが、縦方向に配置されてもよい。
【００６９】
＜＜比較例＞＞
次に、比較例と対比することにより、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００の効果を検討する。図１１に示すように、比較例において、スイッチ選択回路は、４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）を差動ペアとして、順次選択する点は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同じである。しかしながら、８個のタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は、ＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ５，ＳＷ７という順番に配列されている点が異なる。
【００７０】
図１１に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。これは、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同じである。
【００７１】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。これも、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同じである。
【００７２】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、ケースバイケースであり、例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１に水が付着した場合は、１対の差動ペア（ＳＷ０，ＳＷ１）が含まれるので、１個のタッチスイッチＳＷ２のみが感応する。しかし、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４に水が付着した場合は、差動ペアは含まれないので、３個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４が感応する。全体で見ると、１個のタッチスイッチが感応するケースが４個あり、３個のタッチスイッチが感応するケースが２個ある。
【００７３】
（ｄ）図１２に示すように、４個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合も、ケースバイケースであり、例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１，ＳＷ３に水が付着した場合は、２対の差動ペア（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３）が含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。タッチスイッチＳＷ２，ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４に水が付着した場合は、１対の差動ペア（ＳＷ２，ＳＷ３）が含まれるので、２個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ４が感応する。
全体で見ると、０個のタッチスイッチが感応するケースが２個あり、２個のタッチスイッチが感応するケースが２個あり、４個のタッチスイッチが感応するケースが１個ある。
【００７４】
（ｅ）５個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合も、ケースバイケースであり、１個のタッチスイッチが感応するケースが２個あり、３個のタッチスイッチが感応するケースが２個ある。
【００７５】
（ｆ）６個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、３つのケースについて、いずれも２個の差動ペアが含まれるので、２個のタッチスイッチが感応する。
【００７６】
以上のように、比較例の（ｃ），（ｄ），（ｅ）の場合について、感応するタッチスイッチの個数は、０〜４の範囲でバラツキを見せるので、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００のように、「２個以上のタッチスイッチが感応した場合には、タッチスイッチに水が付着している」という判断基準を設けることができないことが分かる。
【００７７】
＜＜電荷増幅器７の具体的な構成＞＞
以下、電荷増幅器７の具体的な構成を図１３及び図１４に基づいて説明する。電荷増幅器７は、第１のクロック発生器６、第２のクロック発生器１２、基準容量ＣＸ０，基準容量ＣＸ１、差動増幅器１３、スイッチＳＷ５，ＳＷ６、第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２を含んで構成される。第１のクロック発生器６は、電荷増幅器７の一部を構成している。
【００７８】
図１３は、スイッチ選択回路５により、差動ペアを形成する１対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択された場合を示している。この場合、端子Ｐ０と、端子Ｐ８にクロック供給線４を介して接続された環状電極３の間に、タッチスイッチＳＷ０の静電容量Ｃ０が形成されている。端子Ｐ０は、スイッチ選択回路５により、差動増幅器１３の反転入力端子（−）に接続される。また、端子Ｐ１と環状電極３の間に、タッチスイッチＳＷ１の静電容量Ｃ１が形成されている。端子Ｐ１は、スイッチ選択回路５により、差動増幅器１３の非反転入力端子（＋）に接続される。前述のように、静電容量Ｃ０，Ｃ１は、それぞれタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ１の中央電極２−０，２−１と、環状電極３の間に形成される。
【００７９】
第１のクロック発生器６は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ１，ＳＷ２で形成される。第１のクロック発生器６は、スイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすると、接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。つまり、第１のクロック発生器６は、基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｈレベル）と０Ｖ（Ｌレベル）を交互に繰り返すクロックＣｄｒｖを出力する。
【００８０】
また、静電容量Ｃ０に直列に基準容量ＣＸ０が接続され、静電容量Ｃ１に直列に静電容量ＣＸ１が接続される。基準容量ＣＸ０，ＣＸ１の共通接続点には、第２のクロック発生器１２が接続される。第２のクロック発生器１２は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ３，ＳＷ４で形成される。第２のクロック発生器１２は、スイッチＳＷ３がオンし、スイッチＳＷ４がオフすると、接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ３がオフし、スイッチＳＷ４がオンすると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。そして、第１及び第２のクロック発生器６，１２は、互いに逆相のクロックＣｄｒｖ，＊Ｃｄｒｖを出力するように構成されている。
【００８１】
差動増幅器１３は非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）、非反転出力端子（＋）、反転出力端子（−）を有する完全差動型の差動増幅器であり、非反転入力端子（＋）に静電容量Ｃ１と基準容量ＣＸ１の接続点ノードＮ２から引き出された配線が接続され、その反転入力端子（−）に静電容量Ｃ０と基準容量ＣＸ０の接続点ノードＮ１から引き出された配線が接続される。
【００８２】
差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に第１のフィードバック容量Ｃｆ１が接続され、差動増幅器１３の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）第２のフィードバック容量Ｃｆ２が接続される。第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２は等しい容量値ＣｆＡを有している。
【００８３】
スイッチＳＷ５は、差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に接続され、スイッチＳＷ６は、差動増幅器１３の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に接続される。スイッチＳＷ５，ＳＷ６は同時にスイッチングする。つまり、スイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンすると、差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡されると共に、差動増幅器１３の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。
【００８４】
差動増幅器１３の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器２６の非反転出力端子（＋）からの出力電圧をＶｏｐとし、両者の差電圧をＶｏｕｔ（＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ）とする。
【００８５】
次に、上記構成の電荷増幅器７の動作を図１４に基づき説明する。電荷増幅器２０は電荷蓄積モードと第電荷転送モードという２つの動作モードを有しており、この２つの動作モードが交互に多数回繰り返される。
【００８６】
先ず、図１４（ａ）の電荷蓄積モードの時、第１のクロック発生器６のスイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすることにより、静電容量Ｃ０，Ｃ１に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、第２のクロック発生器１２のスイッチＳＷ４がオフし、スイッチＳＷ３がオンすることにより、基準容量ＣＸ０，ＣＸ１に接地電圧（０Ｖ）が印加される。
【００８７】
また、スイッチＳＷ５及びＳＷ６がオンする。これにより、差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡され、非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。この結果、ノードＮ１、ノードＮ２、反転出力端子（−）及び非反転出力端子（＋）の電圧はそれぞれ１／２Ｖｒｅｆになる。この場合、差動増幅器１３のコモンモード電圧（中心電圧）は、基準電圧の１／２である１／２Ｖｒｅｆに設定されているものとする。
【００８８】
次に、図１４（ｂ）の電荷転送モードの時、第１のクロック発生器６のスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすることにより、静電容量Ｃ０，Ｃ１に接地電圧（０Ｖ）が印加される。また、第２のクロック発生器１２のスイッチＳＷ４がオンし、スイッチＳＷ３がオフすることにより、基準容量ＣＸ０，ＣＸ１に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６がオフする。その後、図１４（ａ）の電荷蓄積モードに戻り、その後、再び図１４（ｂ）の電荷転送モードに移る。
【００８９】
基準容量ＣＸ０，ＣＸ１の容量値ＣＸ０Ａ，ＣＸ１Ａは等しいとする。つまり、ＣＸ０Ａ＝ＣＸ１Ａ＝Ｃである。また、静電容量Ｃ０，Ｃ１の容量をそれぞれＣ０Ａ、Ｃ１Ａとする。初期状態人の指先がタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ１から遠く離れている状態の容量値Ｃ０Ａ，Ｃ１ＡをＣとする。そして、人間の指先がタッチスイッチＳＷ１に触れた場合の静電容量Ｃ０と静電容量Ｃ１の容量差をΔＣとする。つまり、Ｃ１Ａ−Ｃ０Ａ＝ΔＣである。そうすると、Ｃ１Ａ＝Ｃ＋ΔＣ、Ｃ０Ａ＝Ｃが成り立つ。
【００９０】
ノードＮ２について電荷保存則を適用すると、以下の通りである。
【００９１】
電荷蓄積モードにおいて、以下の数式（１）が成り立つ。
ノードＮ２の電荷量＝（Ｃ＋ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）
・・・（１）
ここで、（Ｃ＋ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）は静電容量Ｃ１の電荷量であり、Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）は基準容量ＣＸ１の電荷量である。
【００９２】
電荷転送モードにおいて、以下の数式（２）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝（Ｃ＋ΔＣ）・（１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）
＋ＣｆＡ・（Ｖｏｍ−１／２Ｖｒｅｆ） ・・・（２）
ここで、（Ｃ＋ΔＣ）・（１／２Ｖｒｅｆ）は静電容量Ｃ１の電荷量、Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）は基準容量ＣＸ１の電荷量、ＣｆＡ・（Ｖｏｍ−１／２Ｖｒｅｆ）は、第１のフィードバック容量Ｃｆ１の電荷量である。
【００９３】
電荷蓄積モードと電荷転送モードにおいて、ノードＮ２の電荷量は等しいから、数式（１）＝数式（２）である。
【００９４】
この方程式をＶｏｍについて解くと次式が得られる。
Ｖｏｍ＝１／２Ｖｒｅｆ・（１−２・ΔＣ／ＣｆＡ） ・・・（３）
同様にして、ノードＮ１について電荷保存則を適用すると以下の通りである。
【００９５】
電荷蓄積モードにおいて、以下の数式（４）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）＝０ ・・・（４）
電荷転送モードにおいて、以下の数式（５）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）＋ＣｆＡ・（Ｖｏｐ−１／２Ｖｒｅｆ）・・・（５）
電荷蓄積モードと電荷転送モードにおいて、ノードＮ１の電荷量は等しいから、数式（４）＝数式（５）である。
【００９６】
この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。
Ｖｏｐ＝１／２Ｖｒｅｆ ・・・（６）
数式（３）、（６）から、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ＝Ｖｒｅｆ・ΔＣ／ＣｆＡ ・・・（７）
したがって、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は、静電容量Ｃ１，Ｃ０の容量差ΔＣに比例して変化することがわかる。
【００９７】
以上においては、選択回路５により、タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択された場合を説明したが、他の対のタッチスイッチ（ＳＷ２、ＳＷ３）等が選択された場合も同様である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 絶縁基板
２−０〜２−７ 中央電極
３ 環状電極
４ クロック供給線
５ スイッチ選択回路
６ 第１のクロック発生器
７ 電荷増幅器
８ ＡＤ変換器
９ インターフェース回路
１０ マイクロコンピュータ
１１ 保護膜
１２ 第２のクロック発生器
１３ 差動増幅器
ＳＷ０〜ＳＷ７ タッチスイッチ
Ｐ０〜Ｐ８ 端子
２０ タッチパネル部
３０ 信号処理部
１００ 静電容量型タッチセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型タッチセンサに関し、特に、ウォータープルーフ機能を備えた、差動方式の静電容量型タッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静電容量型タッチセンサは、携帯電話等の携帯電子機器、テレビジョン、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器のＯＮ／ＯＦＦ、チャネル選択等の機能操作スイッチとして広く用いられている。
【０００３】
静電容量型タッチセンサにおいては、タッチスイッチを人の指先が触れることで静電容量の変化が起こり、この静電容量の変化を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて、タッチスイッチが操作されたことを検出している。
【０００４】
この場合、特許文献１に記載されているように、タッチスイッチに印加される電気的ノイズをキャンセルするために、差動方式の静電容量型タッチセンサを採用することが有効である。この静電容量型タッチセンサは、１対のタッチスイッチが差動ペアを形成して、静電容量の変化を電気信号に変換する電荷増幅器に差動入力されており、１対のタッチスイッチ間の静電容量の差を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電容量型タッチセンサにおいて、タッチスイッチの表面に水が付着した場合にも、タッチスイッチには人の指が触れた場合と同じように静電容量の変化が起こる。タッチスイッチに付着する水が少量であれば、静電容量の変化は比較的小さいので、人の指と水との区別をつけることができる。
【０００７】
しかしながら、静電容量型タッチセンサが組み込まれた電子機器の使用環境によっては、タッチスイッチに大量の水が付着し、人の指と拮抗する静電容量の変化が生ずるため、両者の区別をすることができなくなる。例えば、浴室のような水場環境下に設置されるテレビジョンにおいては、シャワーからの噴射水がテレビジョンのタッチスイッチに大量に付着することがある。シャワーからの噴出水はシャワー本体が接地されていることから、噴射水も接地された状態になっており、電気的には接地された人の指と変わらない特性を持っている。
【０００８】
特に、差動方式の静電容量型タッチセンサにおいては、水の付着の影響を受けやすく、単純にタッチセンサを羅列したのみでは、大量の水付着が差動ペア相殺により、スイッチ操作の誤検出を起こすという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量型タッチセンサは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に一列に配置され、それぞれ、中央電極と、この中央電極を囲んで配置された環状電極とを有し、前記中央電極と前記環状電極の間に静電容量が形成される２ｎ個（ｎは２以上の自然数）のタッチスイッチと、前記２ｎ個のタッチスイッチの中、偶数番号２ｍ（ｍは、０〜ｎ−１の自然数であり、０を偶数に含める）のタッチスイッチと奇数番号（２ｍ＋１）のタッチスイッチとのペアで構成される１対のタッチスイッチを順次選択するスイッチ選択回路と、前記スイッチ選択回路により選択された１対のタッチスイッチの静電容量の差に比例する出力電圧を、ｎ対のタッチスイッチに対応して順次出力する差動方式の電荷増幅器と、を備え、前記電荷増幅器から順次出力されるｎ対のタッチスイッチに対応する出力電圧に基づいて、タッチスイッチのスイッチ操作を検出する静電容量型タッチセンサであって、前記偶数番号２ｍが付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号順に配置され、奇数番号（２ｍ＋１）が付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号が付与されたタッチスイッチの列の次に、奇数番号順に配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の静電容量型タッチセンサによれば、差動方式における差動ペアのノイズキャンセル機能を利用し、タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、水付着と人の指の接触との区別を明確にし、人の指が触れた場合にのみスイッチ操作を有効にするという、タッチセンサのウォータープルーフ機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサの全体の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサの動作タイミング図である。
【図３】タッチスイッチの電界の様子を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図９】本発明の静電容量型タッチセンサのタッチスイッチの一般化された配置を示す図である。
【図１０】本発明の静電容量型タッチセンサにおける電荷増幅器の出力電圧の時間変化を示す図である。
【図１１】比較例における静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図１２】比較例における静電容量型タッチセンサに水が付着した場合のセンサ出力の状態を示す図である。
【図１３】電荷増幅器の回路図である。
【図１４】電荷増幅器の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者は、タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、水付着と人の指との区別するための手法を鋭意検討した。人の指は１個のタッチスイッチのみに接触するのに対して、シャワーや水道蛇口からの噴出水は複数のタッチスイッチに付着することが多く、１個のタッチスイッチに付着しても、そのタッチスイッチから隣接する他のタッチスイッチに広がるという特性を持っている。
【００１３】
そこで、本発明者は、このような人の指と水との特性の違いに着目し、タッチスイッチの配置に工夫を施すことにより、人の指が触れた場合にのみ感応するウォータープルーフ機能を持った静電容量型タッチセンサを実現するに至った。
【００１４】
さらに、シャワー等からの水が付着している時間は、人の指がタッチスイッチにタッチしている時間に比して短いことから、静電容量型タッチセンサの出力である電荷増幅器の出力電圧の時間積分値を算出し、その時間積分値に基づいて、ウォータープルーフ機能を補完している。
【００１５】
＜＜第１の実施形態＞＞
［静電容量型タッチセンサ１００の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態における静電容量型タッチセンサ１００の全体の構成図である。静電容量型タッチセンサ１００は、タッチパネル部２０と信号処理部３０から構成されている。タッチパネル部２０は、ＰＣＢ基板等の絶縁基板１上に一列に配置された８個のタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７、クロック供給線４を含んで構成されている。また、信号処理部３０は、スイッチ選択回路５、第１のクロック発生器６、電荷増幅器７、ＡＤ変換器８、インターフェース回路９、マイクロコンピュータ１０（ＣＰＵの一例）を含んで構成されている。信号処理部３０は、１個のＩＣに内蔵することができる。
【００１６】
この場合、信号処理部３０は、スイッチ選択回路５、第１のクロック発生器、電荷増幅器７、ＡＤ変換器８、インターフェース回路９を含む１個のＩＣで形成し、マイクロコンピュータ１０は別のＩＣで形成することもできる。
【００１７】
タッチパネル部２０において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は、それぞれ中央電極２−０〜２−７と、この中央電極２−０〜２−７を囲んで配置された環状電極３とを有しており、各中央電極２−０〜２−７と、環状電極３の間に静電容量Ｃ０〜Ｃ７が形成される。環状電極３はクロック供給線４により互いに連結されており、信号処理部３０の出力端子Ｐ８、クロック供給線４を介して、第１のクロック発生器６からのクロックＣｄｒｖが供給されるようになっている。
【００１８】
偶数番号０，２，４，６が付与された４個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６はこの偶数番号順に左から右に並んで配置され、奇数番号１，３，５，７が付与された４個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７は、偶数番号が付与された４個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６の列の次に、奇数番号順に左から右に並んで配置されている。
【００１９】
信号処理部３０において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７の中央電極２−０〜２−７は、それぞれ、スイッチ選択回路５の入力端子Ｐ０〜Ｐ７に接続されている。そして、スイッチ選択回路５は、偶数番号０，２，４，６が付与された４個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６と、奇数番号１，３，５，７が付与された４個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７とで構成される４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）を差動ペアとして、順次選択する。スイッチ選択回路５は、マルチプレクサで構成することができる。
【００２０】
まず、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択されると、タッチスイッチＳＷ０の中央電極２−０は、次段の電荷増幅器７の反転入力端子（−）に入力され、タッチスイッチＳＷ１の中央電極２−１は、電荷増幅器７の非反転入力端子（＋）に入力される。次に、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３）が選択されると、タッチスイッチＳＷ２の中央電極２−２は、電荷増幅器７の反転入力端子（−）に入力され、タッチスイッチＳＷ３の中央電極２−３は、電荷増幅器７の非反転入力端子（＋）に入力される。差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）についても同様である。
【００２１】
電荷増幅器７は、図２に示すように、スイッチ選択回路５により選択された４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）について、静電容量の差に比例する出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）を順次出力する。
【００２２】
まず、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択されると、差動方式の電荷増幅器７は、タッチスイッチＳＷ１の中央電極２−１と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ１と、タッチスイッチＳＷ０の中央電極２−０と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ０の容量値の差ΔＣに比例した出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。次に、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３）が選択されると、電荷増幅器７は、タッチスイッチＳＷ３の中央電極２−３と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ３と、タッチスイッチＳＷ２の中央電極２−２と環状電極３との間に形成される静電容量Ｃ２の容量値の差ΔＣに比例した出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）についても同様であり、電荷増幅器７は、それぞれに対応して、Ｖｏｕｔ（３）、Ｖｏｕｔ（４）を出力する。電荷増幅器７の具体的な構成については、後述する。
【００２３】
ＡＤ変換器８は、電荷増幅器７から順次出力される出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）をデジタル信号に変換する。この場合、ＡＤ変換器８は、電荷増幅器７の回路方式に合わせて、デルタシグマ型ＡＤ変換器で構成されることが好ましい。デルタシグマ型のＡＤ変換器８のデジタル信号はビットストリームデータの形式で出力される。
【００２４】
インターフェース回路９は、ＡＤ変換器８からのデジタル信号をマイクロコンピュータ１０に転送するためのインターフェースを行う。インターフェース回路９は、例えば、Ｉ２Ｃバスインターフェース回路であり、ＡＤ変換器８からのデジタル信号をシリアルデータとして、クロックに同期させてマイクロコンピュータ１０に転送する。マイクロコンピュータ１０は、受信したデジタル信号に基づいて、どのタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７が人に指によってスイッチ操作されたかを判断する。
【００２５】
［静電容量型タッチセンサ１００の通常の動作］
図３は、タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）の電界の様子を示す断面図である。絶縁基板１の表面に配置されたタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）は、誘電体からなる保護膜１１で覆われている。図示のように、人の指がタッチスイッチＳＷ１に触れると、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣが生じる。ΔＣは負の値である。（ΔＣ＜０）これは、人の指は接地された導電体とみなされ、タッチスイッチＳＷ１の中央電極２−１と環状電極３との間の電界が人の指により局所的に遮蔽されるためである。
【００２６】
電荷増幅器７は、この容量値の差ΔＣに比例する出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。この時、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の極性は負である。人の指がタッチスイッチＳＷ０に触れた場合には、容量値の差は、逆極性の−ΔＣとなるので、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の極性は正になる。図３の場合、マイクロコンピュータ１０は、人の指によりタッチスイッチＳＷ１が押されたと判断する。タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が人の指に触れられていない場合には、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣは生じない。（ΔＣ＝０）この時は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。また、タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）の両方が人の指に触れられている場合には、両方について静電容量の同じ変化が生じるため、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣは生じない。（ΔＣ＝０）この時、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。
【００２７】
すなわち、マイクロコンピュータ１０は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）が負の時は、タッチスイッチＳＷ１が押され、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）が正の時は、タッチスイッチＳＷ０が押され、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）が０Ｖの時は、スイッチ操作を行われていないと判断する。差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）についても同様である。
【００２８】
このように、マイクロコンピュータ１０は、受信した電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）のデジタル信号に基づいて、どのタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７が人に指によってスイッチ操作されたかを判断する。
【００２９】
通常、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔには、オフセット等の多少の誤差があるので、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ０の静電容量の容量値の差ΔＣが無くても、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は正確に０Ｖにはならないことが多い。そこで、０Ｖより少し高い第１の閾値を設け、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の絶対値と第１の閾値と比較することで、スイッチ操作を判断することが好ましい。
【００３０】
［静電容量型タッチセンサ１００のウォータープルーフ機能］
次に、静電容量型タッチセンサ１００のウォータープルーフ機能を図４〜図６に基づいて説明する。なお、図４〜図６において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７の図示は簡略している。前述のように、４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１），（ＳＷ２，ＳＷ３）、（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）は差動ペアを形成している。シャワーや水道蛇口からの噴出水は複数のタッチスイッチに付着することが多く、１個のタッチスイッチに付着しても、そのタッチスイッチから隣接するタッチスイッチに広がるという特性を持っている。図４〜図６に示す水の付着パターン（斜線が付された四角で示す）はこの特性を反映している。
【００３１】
図４に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。前述のように、シャワーからの噴出水はシャワー本体が接地されていることから、噴射水も接地された状態になっており、電気的には接地された人の指と変わらない特性を持っているからである。例えば、タッチスイッチＳＷ０にのみ、水が付着した場合、タッチスイッチＳＷ０に人の指が触れた場合と同じように、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。
【００３２】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００３３】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した３個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）を出力する。
【００３４】
次に、図５に示すように、（ｄ）４個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した４個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（４）を出力する。このように、（ａ）〜（ｄ）の場合は、差動ペアの一方のタッチスイッチだけに水が付着するので、差動ペアによる相殺は起こらない。
【００３５】
（ｅ）５個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、１対の差動ペアが含まれるので、３個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ１に水が付着した場合、
差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）については、静電容量の変化は互いに相殺されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。そのため、３個のタッチスイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６のみが感応することになる。つまり、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（４）を出力する。
【００３６】
次に、図６に示すように、（ｆ）６個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、２個の差動ペアが含まれるので、２個のタッチスイッチのみが感応する。
【００３７】
（ｇ）７つの互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、３個の差動ペアが含まれるので、１個のタッチスイッチのみが感応する。
【００３８】
（ｈ）８個の全てのタッチチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、４個の差動ペアが含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。つまり、この場合は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）は全て０Ｖになる。
【００３９】
水付着パターン（ａ）〜（ｈ）に基づき、水付着の判断基準を説明する。（ｂ）〜（ｆ）については、２個以上のタッチスイッチが感応している。したがって、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（４）の中、２個以上が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。（ｈ）の場合は、感応するタッチスイッチは無いので問題とはならない。
【００４０】
しかしながら、（ａ）及び（ｇ）の場合は、１個のタッチスイッチのみが感応するので、人の指によるスイッチ操作と水付着とを区別することができない。そこで、この場合には、シャワー等からの水が付着している時間は、人の指がタッチスイッチに触れている時間に比して短いことに着目し、ウォータープルーフ機能を補完している。すなわち、図１０（ａ）に示すように、人の指がタッチスイッチＳＷ０に触れた場合には電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は比較的長い時間出ているが、シャワー等からの水が付着した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は比較的短い時間しか出ない。
【００４１】
そこで、スイッチＳＷ０のみが感応した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の時間積分値を算出し、この時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、タッチスイッチＳＷ０についてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、スイッチ操作が行われていないと判断することができる。
【００４２】
＜＜第２の実施形態＞＞
第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００は、８個のタッチスイッチを持っているが、本実施形態の静電容量型タッチセンサは、図７に示すように、６個のタッチスイッチを持っている。図１の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と対比すると、本実施形態では、偶数番号０，２，４が付与された３個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４は偶数番号順に配置され、奇数番号１，３，５が付与された３個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５は、偶数番号が付与された３個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４の列の次に、奇数番号順に配置されている。
【００４３】
これに応じて、スイッチ選択回路５は、３対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）を差動ペアとして、順次選択するように変更される。その他の構成は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同様である。
【００４４】
図７に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０にのみ、水が付着した場合、タッチスイッチＳＷ０に人の指が触れた場合と同じように、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。
【００４５】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００４６】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した３個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）を出力する。
【００４７】
（ｄ）４個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、１対の差動ペアが含まれるので、２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ１に水が付着した場合、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）については、静電容量の変化は互いに相殺されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。そのため、２個のタッチスイッチＳＷ２，ＳＷ４のみが感応することになる。つまり、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（３）を出力する。
【００４８】
（ｅ）５個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、２個の差動ペアが含まれるので、１個のタッチスイッチのみが感応する。
【００４９】
本実施形態においては、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合については、２個以上のタッチスイッチが感応している。したがって、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（３）の中、２個以上が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。
【００５０】
（ｆ）６個の全てのタッチチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、３個の差動ペアが含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。つまり、この場合は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（３）は全て０Ｖになる。
【００５１】
（ａ）及び（ｅ）の場合は、１個のタッチスイッチのみが感応するので、人の指によるスイッチ操作と水付着とを区別することができない。そこで、第１の実施形態と同様に、時間積分を用いてスイッチ操作が行われたかどうかを判断する。例えば、スイッチＳＷ０のみが感応した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の時間積分値を算出し、この時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、タッチスイッチＳＷ０についてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、スイッチ操作が行われていないと判断することができる。
【００５２】
＜＜第３の実施形態＞＞
本実施形態の静電容量型タッチセンサは、図８に示すように、４個のタッチスイッチを持っている。図１の第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と対比すると、本実施形態では、偶数番号０，２が付与された２個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２は偶数番号順に配置され、奇数番号１，３が付与された２個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３は、偶数番号が付与された２個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２列の次に、奇数番号順に配置されている。これに応じて、スイッチ選択回路５は、２対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３）を差動ペアとして、順次選択するように変更される。その他の構成は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同様である。
【００５３】
図８に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０にのみ、水が付着した場合、タッチスイッチＳＷ０に人の指が触れた場合と同じように、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）を出力する。
【００５４】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２に水が付着した場合、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００５５】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、１対の差動ペアが含まれるので、１個のタッチスイッチのみが感応する。例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１に水が付着した場合、差動ペアを形成するタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）については、静電容量の変化は互いに相殺されるため、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は０Ｖになる。そのため、１個のタッチスイッチＳＷ２のみが感応することになる。つまり、電荷増幅器７は、正の出力電圧Ｖｏｕｔ（２）を出力する。
【００５６】
（ｄ）４個の全てのタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は２個の差動ペアが含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。つまり、この場合は、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１），Ｖｏｕｔ（２）は共に０Ｖになる。
【００５７】
したがって、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）、Ｖｏｕｔ（２）の中、２個が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。
【００５８】
（ａ）及び（ｃ）の場合は、１個のタッチスイッチのみが感応するので、人の指によるスイッチ操作と水付着とを区別することができない。そこで、第１の実施形態と同様に、時間積分を用いてスイッチ操作が行われたかどうかを判断する。例えば、スイッチＳＷ０のみが感応した場合には、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）の時間積分値を算出し、この時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、タッチスイッチＳＷ０についてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、スイッチ操作が行われていないと判断することができる。
【００５９】
このように、第１乃至第３の本実施形態の静電容量型タッチセンサ１００によれば、差動方式における差動ペアのノイズキャンセル機能を利用し、タッチスイッチに大量の水が付着する水場環境下において、水付着と人の指の接触との区別を明確にし、人の指が触れた場合にのみスイッチ操作を有効にするという、ウォータープルーフ機能を実現することができる。
【００６０】
＜＜静電容量型タッチセンサ１００の一般化した構成＞＞
次に、第１乃至第３の実施形態に基づいて一般化された静電容量型タッチセンサ１００の構成を図９に基づいて説明する。図示のように、２ｎ個（ｎは２以上の自然数）のタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ２ｎ−１が一列に絶縁基板１上に配置されている。偶数番号０，２，４・・・２ｍ（ｍは、０〜ｎ−１の自然数であり、０を偶数に含める）が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍは偶数番号順に配置されている。奇数番号１，３，５・・・２ｍ＋１が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５・・・ＳＷ２ｍ＋１は、偶数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍの列の次に、奇数番号順に配置されている。
【００６１】
このようなタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ２ｎ−１の配置に対応して、スイッチ選択回路５は、ｎ対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）・・・（ＳＷ２ｍ，ＳＷ２ｍ＋１）を差動ペアとして、順次選択するように変更される。その他の構成は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同様である。
【００６２】
この一般化された静電容量型タッチセンサ１００においては、水が付着したタッチスイッチの数をＸ、差動ペアにより相殺された後のタッチスイッチの数をＹとすると次の式が成り立つことが分かる。図５−（ｅ）の場合、Ｘ＝５、Ｙ＝３、ｎ＝４となる。
【００６３】
０＜Ｘ≦ｎの場合、Ｙ＝Ｘ、 ｎ＜Ｘ≦２ｎの場合、Ｙ＝−Ｘ＋２ｎ
すなわち、水が付着したタッチスイッチの数Ｘが２以上、２ｎ−２以下の場合は、
水付着により感応するタッチスイッチの数Ｙは、必ず２以上になる。Ｘは１又は２ｎ−１の場合は、水付着により感応するタッチスイッチの数Ｙは１になる。
【００６４】
したがって、一般化された静電容量型タッチセンサ１００においても、２個以上のタッチスイッチが感応した場合、つまり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１）〜Ｖｏｕｔ（ｎ）の中、２個が正か負の値の場合には、タッチスイッチに水が付着しているのであり、人の指が意図的にスイッチ操作したものではないと判断することができる。
【００６５】
そして、１個のタッチスイッチのみが感応した場合（Ｘは１又は２ｎ−１の場合）には、第１乃至第３の実施形態と同様に、時間積分を用いてスイッチ操作が行われたかどうかを判断する。なお、本発明はｎが２以上の自然数の時に成り立つが、ｎが３以上の自然数の時に効果が大きい。２個以上のタッチスイッチが感応する場合が多くなるからである。
【００６６】
また、タッチスイッチの配置において、奇数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５・・・ＳＷ２ｍ＋１は、偶数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍの列の次に、奇数番号順に配置されているが、これと逆の構成でも全く同じ効果が得られる。
【００６７】
すなわち、偶数番号が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４・・・ＳＷ２ｍは、奇数番号１，３，５・・・２ｍ＋１が付与されたｎ個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５・・・ＳＷ２ｍ＋１の列の次に、偶数番号順に配置されていてもよい。例えば、図１において、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は左から右に、ＳＷ０、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ７という順番に配置されているが、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ７、ＳＷ０、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６という順番に配置されてもよい。
【００６８】
さらに、絶縁基板１上においてタッチスイッチが配列される方向は任意である。例えば、図１においては、タッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は横方向に配置されているが、縦方向に配置されてもよい。
【００６９】
＜＜比較例＞＞
次に、比較例と対比することにより、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００の効果を検討する。図１１に示すように、比較例において、スイッチ選択回路は、４対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３），（ＳＷ４，ＳＷ５）、（ＳＷ６，ＳＷ７）を差動ペアとして、順次選択する点は、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同じである。しかしながら、８個のタッチスイッチＳＷ０〜ＳＷ７は、ＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ５，ＳＷ７という順番に配列されている点が異なる。
【００７０】
図１１に示すように、（ａ）１個のタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着したタッチスイッチのみが感応する。これは、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同じである。
【００７１】
（ｂ）２個の隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、水が付着した２個のタッチスイッチのみが感応する。これも、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００と同じである。
【００７２】
（ｃ）３個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、ケースバイケースであり、例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１に水が付着した場合は、１対の差動ペア（ＳＷ０，ＳＷ１）が含まれるので、１個のタッチスイッチＳＷ２のみが感応する。しかし、タッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４に水が付着した場合は、差動ペアは含まれないので、３個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４が感応する。全体で見ると、１個のタッチスイッチが感応するケースが４個あり、３個のタッチスイッチが感応するケースが２個ある。
【００７３】
（ｄ）図１２に示すように、４個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合も、ケースバイケースであり、例えば、タッチスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ１，ＳＷ３に水が付着した場合は、２対の差動ペア（ＳＷ０，ＳＷ１）、（ＳＷ２，ＳＷ３）が含まれるので、感応するタッチスイッチは無い。タッチスイッチＳＷ２，ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４に水が付着した場合は、１対の差動ペア（ＳＷ２，ＳＷ３）が含まれるので、２個のタッチスイッチＳＷ１，ＳＷ４が感応する。
全体で見ると、０個のタッチスイッチが感応するケースが２個あり、２個のタッチスイッチが感応するケースが２個あり、４個のタッチスイッチが感応するケースが１個ある。
【００７４】
（ｅ）５個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合も、ケースバイケースであり、１個のタッチスイッチが感応するケースが２個あり、３個のタッチスイッチが感応するケースが２個ある。
【００７５】
（ｆ）６個の互いに隣接するタッチスイッチにシャワー等からの噴出水が付着した場合は、３つのケースについて、いずれも２個の差動ペアが含まれるので、２個のタッチスイッチが感応する。
【００７６】
以上のように、比較例の（ｃ），（ｄ），（ｅ）の場合について、感応するタッチスイッチの個数は、０〜４の範囲でバラツキを見せるので、第１の実施形態の静電容量型タッチセンサ１００のように、「２個以上のタッチスイッチが感応した場合には、タッチスイッチに水が付着している」という判断基準を設けることができないことが分かる。
【００７７】
＜＜電荷増幅器７の具体的な構成＞＞
以下、電荷増幅器７の具体的な構成を図１３及び図１４に基づいて説明する。電荷増幅器７は、第１のクロック発生器６、第２のクロック発生器１２、基準容量ＣＸ０，基準容量ＣＸ１、差動増幅器１３、スイッチＳＷ５，ＳＷ６、第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２を含んで構成される。第１のクロック発生器６は、電荷増幅器７の一部を構成している。
【００７８】
図１３は、スイッチ選択回路５により、差動ペアを形成する１対のタッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択された場合を示している。この場合、端子Ｐ０と、端子Ｐ８にクロック供給線４を介して接続された環状電極３の間に、タッチスイッチＳＷ０の静電容量Ｃ０が形成されている。端子Ｐ０は、スイッチ選択回路５により、差動増幅器１３の反転入力端子（−）に接続される。また、端子Ｐ１と環状電極３の間に、タッチスイッチＳＷ１の静電容量Ｃ１が形成されている。端子Ｐ１は、スイッチ選択回路５により、差動増幅器１３の非反転入力端子（＋）に接続される。前述のように、静電容量Ｃ０，Ｃ１は、それぞれタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ１の中央電極２−０，２−１と、環状電極３の間に形成される。
【００７９】
第１のクロック発生器６は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ１，ＳＷ２で形成される。第１のクロック発生器６は、スイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすると、接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。つまり、第１のクロック発生器６は、基準電圧Ｖｒｅｆ（Ｈレベル）と０Ｖ（Ｌレベル）を交互に繰り返すクロックＣｄｒｖを出力する。
【００８０】
また、静電容量Ｃ０に直列に基準容量ＣＸ０が接続され、静電容量Ｃ１に直列に静電容量ＣＸ１が接続される。基準容量ＣＸ０，ＣＸ１の共通接続点には、第２のクロック発生器１２が接続される。第２のクロック発生器１２は、交互にスイッチングするスイッチＳＷ３，ＳＷ４で形成される。第２のクロック発生器１２は、スイッチＳＷ３がオンし、スイッチＳＷ４がオフすると、接地電圧（０Ｖ）を出力し、スイッチＳＷ３がオフし、スイッチＳＷ４がオンすると、基準電圧Ｖｒｅｆ（プラス電圧）を出力する。そして、第１及び第２のクロック発生器６，１２は、互いに逆相のクロックＣｄｒｖ，＊Ｃｄｒｖを出力するように構成されている。
【００８１】
差動増幅器１３は非反転入力端子（＋）、反転入力端子（−）、非反転出力端子（＋）、反転出力端子（−）を有する完全差動型の差動増幅器であり、非反転入力端子（＋）に静電容量Ｃ１と基準容量ＣＸ１の接続点ノードＮ２から引き出された配線が接続され、その反転入力端子（−）に静電容量Ｃ０と基準容量ＣＸ０の接続点ノードＮ１から引き出された配線が接続される。
【００８２】
差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に第１のフィードバック容量Ｃｆ１が接続され、差動増幅器１３の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）第２のフィードバック容量Ｃｆ２が接続される。第１及び第２のフィードバック容量Ｃｆ１，Ｃｆ２は等しい容量値ＣｆＡを有している。
【００８３】
スイッチＳＷ５は、差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）の間に接続され、スイッチＳＷ６は、差動増幅器１３の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）の間に接続される。スイッチＳＷ５，ＳＷ６は同時にスイッチングする。つまり、スイッチＳＷ５，ＳＷ６がオンすると、差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡されると共に、差動増幅器１３の非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。
【００８４】
差動増幅器１３の反転出力端子（−）からの出力電圧をＶｏｍとし、差動増幅器２６の非反転出力端子（＋）からの出力電圧をＶｏｐとし、両者の差電圧をＶｏｕｔ（＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ）とする。
【００８５】
次に、上記構成の電荷増幅器７の動作を図１４に基づき説明する。電荷増幅器２０は電荷蓄積モードと第電荷転送モードという２つの動作モードを有しており、この２つの動作モードが交互に多数回繰り返される。
【００８６】
先ず、図１４（ａ）の電荷蓄積モードの時、第１のクロック発生器６のスイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすることにより、静電容量Ｃ０，Ｃ１に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、第２のクロック発生器１２のスイッチＳＷ４がオフし、スイッチＳＷ３がオンすることにより、基準容量ＣＸ０，ＣＸ１に接地電圧（０Ｖ）が印加される。
【００８７】
また、スイッチＳＷ５及びＳＷ６がオンする。これにより、差動増幅器１３の反転出力端子（−）と非反転入力端子（＋）とが短絡され、非反転出力端子（＋）と反転入力端子（−）とが短絡される。この結果、ノードＮ１、ノードＮ２、反転出力端子（−）及び非反転出力端子（＋）の電圧はそれぞれ１／２Ｖｒｅｆになる。この場合、差動増幅器１３のコモンモード電圧（中心電圧）は、基準電圧の１／２である１／２Ｖｒｅｆに設定されているものとする。
【００８８】
次に、図１４（ｂ）の電荷転送モードの時、第１のクロック発生器６のスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすることにより、静電容量Ｃ０，Ｃ１に接地電圧（０Ｖ）が印加される。また、第２のクロック発生器１２のスイッチＳＷ４がオンし、スイッチＳＷ３がオフすることにより、基準容量ＣＸ０，ＣＸ１に基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、ＳＷ５及びＳＷ６がオフする。その後、図１４（ａ）の電荷蓄積モードに戻り、その後、再び図１４（ｂ）の電荷転送モードに移る。
【００８９】
基準容量ＣＸ０，ＣＸ１の容量値ＣＸ０Ａ，ＣＸ１Ａは等しいとする。つまり、ＣＸ０Ａ＝ＣＸ１Ａ＝Ｃである。また、静電容量Ｃ０，Ｃ１の容量をそれぞれＣ０Ａ、Ｃ１Ａとする。初期状態人の指先がタッチスイッチＳＷ０，ＳＷ１から遠く離れている状態の容量値Ｃ０Ａ，Ｃ１ＡをＣとする。そして、人間の指先がタッチスイッチＳＷ１に触れた場合の静電容量Ｃ０と静電容量Ｃ１の容量差をΔＣとする。つまり、Ｃ１Ａ−Ｃ０Ａ＝ΔＣである。そうすると、Ｃ１Ａ＝Ｃ＋ΔＣ、Ｃ０Ａ＝Ｃが成り立つ。
【００９０】
ノードＮ２について電荷保存則を適用すると、以下の通りである。
【００９１】
電荷蓄積モードにおいて、以下の数式（１）が成り立つ。
ノードＮ２の電荷量＝（Ｃ＋ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）
・・・（１）
ここで、（Ｃ＋ΔＣ）・（−１／２Ｖｒｅｆ）は静電容量Ｃ１の電荷量であり、Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）は基準容量ＣＸ１の電荷量である。
【００９２】
電荷転送モードにおいて、以下の数式（２）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝（Ｃ＋ΔＣ）・（１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）
＋ＣｆＡ・（Ｖｏｍ−１／２Ｖｒｅｆ） ・・・（２）
ここで、（Ｃ＋ΔＣ）・（１／２Ｖｒｅｆ）は静電容量Ｃ１の電荷量、Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）は基準容量ＣＸ１の電荷量、ＣｆＡ・（Ｖｏｍ−１／２Ｖｒｅｆ）は、第１のフィードバック容量Ｃｆ１の電荷量である。
【００９３】
電荷蓄積モードと電荷転送モードにおいて、ノードＮ２の電荷量は等しいから、数式（１）＝数式（２）である。
【００９４】
この方程式をＶｏｍについて解くと次式が得られる。
Ｖｏｍ＝１／２Ｖｒｅｆ・（１−２・ΔＣ／ＣｆＡ） ・・・（３）
同様にして、ノードＮ１について電荷保存則を適用すると以下の通りである。
【００９５】
電荷蓄積モードにおいて、以下の数式（４）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）＝０ ・・・（４）
電荷転送モードにおいて、以下の数式（５）が成り立つ。
ノードＮ１の電荷量＝Ｃ・（１／２Ｖｒｅｆ）＋Ｃ・（−１／２Ｖｒｅｆ）＋ＣｆＡ・（Ｖｏｐ−１／２Ｖｒｅｆ）・・・（５）
電荷蓄積モードと電荷転送モードにおいて、ノードＮ１の電荷量は等しいから、数式（４）＝数式（５）である。
【００９６】
この方程式をＶｏｐについて解くと次式が得られる。
Ｖｏｐ＝１／２Ｖｒｅｆ ・・・（６）
数式（３）、（６）から、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｐ−Ｖｏｍ＝Ｖｒｅｆ・ΔＣ／ＣｆＡ ・・・（７）
したがって、電荷増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ（１）は、静電容量Ｃ１，Ｃ０の容量差ΔＣに比例して変化することがわかる。
【００９７】
以上においては、選択回路５により、タッチスイッチ（ＳＷ０，ＳＷ１）が選択された場合を説明したが、他の対のタッチスイッチ（ＳＷ２、ＳＷ３）等が選択された場合も同様である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 絶縁基板
２−０〜２−７ 中央電極
３ 環状電極
４ クロック供給線
５ スイッチ選択回路
６ 第１のクロック発生器
７ 電荷増幅器
８ ＡＤ変換器
９ インターフェース回路
１０ マイクロコンピュータ
１１ 保護膜
１２ 第２のクロック発生器
１３ 差動増幅器
ＳＷ０〜ＳＷ７ タッチスイッチ
Ｐ０〜Ｐ８ 端子
２０ タッチパネル部
３０ 信号処理部
１００ 静電容量型タッチセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に一列に配置され、それぞれ、中央電極と、この中央電極を囲んで配置された環状電極とを有し、前記中央電極と前記環状電極の間に静電容量が形成される２ｎ個（ｎは、２以上の自然数）のタッチスイッチと、
前記２ｎ個のタッチスイッチの中、偶数番号２ｍ（ｍは、０〜ｎ−１の自然数であり、０を偶数に含める）のタッチスイッチと奇数番号（２ｍ＋１）のタッチスイッチとのペアで構成される１対のタッチスイッチを順次選択するスイッチ選択回路と、
前記スイッチ選択回路により選択された１対のタッチスイッチの静電容量の差に比例する出力電圧を、ｎ対のタッチスイッチに対応して順次出力する差動方式の電荷増幅器と、を備え、前記電荷増幅器から順次出力されるｎ対のタッチスイッチに対応する出力電圧に基づいて、タッチスイッチのスイッチ操作を検出する静電容量型タッチセンサであって、
前記偶数番号２ｍが付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号順に配置され、奇数番号（２ｍ＋１）が付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号が付与されたタッチスイッチの列の次に、奇数番号順に配置されていることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項２】
前記電荷増幅器から順次出力される前記ｎ対のタッチスイッチに対応した出力電圧を第１の閾値と比較し、２対以上のタッチスイッチに対応する出力電圧が前記第１の閾値より大きい場合には、タッチスイッチのスイッチ操作は行われていないと判断するＣＰＵを備えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項３】
前記ＣＰＵは、１対のタッチスイッチに対応する出力電圧のみが前記第１の閾値以上である場合には、この出力電圧の時間積分値を算出し、この時間積分値と第２の閾値とを比較し、前記時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、当該１対のタッチスイッチについてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、当該１対のタッチスイッチについてスイッチ操作が行われていないと判断することを特徴とする請求項２に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項４】
前記ＣＰＵは、前記時間積分値が第２の閾値より大きい場合に、前記出力電圧の極性に応じて、前記１対のタッチスイッチの中、いずれかのタッチスイッチについてスイッチ操作が行われたかを判断することを特徴とする請求項３に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項５】
前記電荷増幅器は、前記環状電極に印加される第１のクロック信号を発生する第１のクロック発生器と、
前記第１のクロックと逆相の第２のクロックを発生する第２のクロック発生器と、
前記スイッチ選択回路によって選択された１対のタッチスイッチの中、一方のタッチスイッチの中央電極が非反転入力端子に接続され、他方のタッチスイッチの中央電極が反転入力端子に接続された差動増幅器と、
前記一方のタッチスイッチの中央電極と前記環状電極との間に形成される第１の静電容量と直列に接続された第１の基準容量と、
前記他方のタッチスイッチの中央電極と前記環状電極との間に形成される第２の静電容量と直列に接続された第２の基準容量と、
前記第１及び第２の基準容量に印加される、第１のクロックと逆相の第２のクロックを発生する第２のクロック発生器と、
前記差動増幅器の反転出力端子と非反転入力端子の間に接続された第１のフィードバック容量と、
前記差動増幅器の非反転出力端子と反転入力端子の間に接続された第２のフィードバック容量と、
前記差動増幅器の反転出力端子と非反転入力端子の間に接続された第１のスイッチと、
前記差動増幅器の非反転出力端子と反転入力端子の間に接続された第２のスイッチと、を備え、前記第１のクロックが第１のレベルの時に、前記第１及び第２のスイッチをオンし、前記第１のクロックが第２のレベルの時に、前記第１及び第２のスイッチをオフすることにより、前記差動増幅器から、前記第１の静電容量と第２の静電容量の容量値の差に比例する出力電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に一列に配置され、それぞれ、中央電極と、この中央電極を囲んで配置された環状電極とを有し、前記中央電極と前記環状電極の間に静電容量が形成される２ｎ個（ｎは、２以上の自然数）のタッチスイッチと、
前記２ｎ個のタッチスイッチの中、偶数番号２ｍ（ｍは、０〜ｎ−１の自然数であり、０を偶数に含める）のタッチスイッチと奇数番号（２ｍ＋１）のタッチスイッチとのペアで構成される１対のタッチスイッチを順次選択するスイッチ選択回路と、
前記スイッチ選択回路により選択された１対のタッチスイッチの静電容量の差に比例する出力電圧を、ｎ対のタッチスイッチに対応して順次出力する差動方式の電荷増幅器と、を備え、前記電荷増幅器から順次出力されるｎ対のタッチスイッチに対応する出力電圧に基づいて、タッチスイッチのスイッチ操作を検出する静電容量型タッチセンサであって、
前記偶数番号２ｍが付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号順に配置され、奇数番号（２ｍ＋１）が付与されたｎ個のタッチスイッチは、偶数番号が付与されたタッチスイッチの列の次に、奇数番号順に配置されていることを特徴とする静電容量型タッチセンサ。
【請求項２】
前記電荷増幅器から順次出力される前記ｎ対のタッチスイッチに対応した出力電圧を第１の閾値と比較し、２対以上のタッチスイッチに対応する出力電圧が前記第１の閾値より大きい場合には、タッチスイッチのスイッチ操作は行われていないと判断するＣＰＵを備えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項３】
前記ＣＰＵは、１対のタッチスイッチに対応する出力電圧のみが前記第１の閾値以上である場合には、この出力電圧の時間積分値を算出し、この時間積分値と第２の閾値とを比較し、前記時間積分値が第２の閾値より大きい場合には、当該１対のタッチスイッチについてスイッチ操作が行われたと判断し、前記時間積分値が第２の閾値より小さい場合には、当該１対のタッチスイッチについてスイッチ操作が行われていないと判断することを特徴とする請求項２に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項４】
前記ＣＰＵは、前記時間積分値が第２の閾値より大きい場合に、前記出力電圧の極性に応じて、前記１対のタッチスイッチの中、いずれかのタッチスイッチについてスイッチ操作が行われたかを判断することを特徴とする請求項３に記載の静電容量型タッチセンサ。
【請求項５】
前記電荷増幅器は、前記環状電極に印加される第１のクロック信号を発生する第１のクロック発生器と、
前記第１のクロックと逆相の第２のクロックを発生する第２のクロック発生器と、
前記スイッチ選択回路によって選択された１対のタッチスイッチの中、一方のタッチスイッチの中央電極が非反転入力端子に接続され、他方のタッチスイッチの中央電極が反転入力端子に接続された差動増幅器と、
前記一方のタッチスイッチの中央電極と前記環状電極との間に形成される第１の静電容量と直列に接続された第１の基準容量と、
前記他方のタッチスイッチの中央電極と前記環状電極との間に形成される第２の静電容量と直列に接続された第２の基準容量と、
前記第１及び第２の基準容量に印加される、第１のクロックと逆相の第２のクロックを発生する第２のクロック発生器と、
前記差動増幅器の反転出力端子と非反転入力端子の間に接続された第１のフィードバック容量と、
前記差動増幅器の非反転出力端子と反転入力端子の間に接続された第２のフィードバック容量と、
前記差動増幅器の反転出力端子と非反転入力端子の間に接続された第１のスイッチと、
前記差動増幅器の非反転出力端子と反転入力端子の間に接続された第２のスイッチと、を備え、前記第１のクロックが第１のレベルの時に、前記第１及び第２のスイッチをオンし、前記第１のクロックが第２のレベルの時に、前記第１及び第２のスイッチをオフすることにより、前記差動増幅器から、前記第１の静電容量と第２の静電容量の容量値の差に比例する出力電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型タッチセンサ。
【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２０１２−２４３０７２（Ｐ２０１２−２４３０７２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２２８７（Ｐ２０１１−１１２２８７）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（３０００５７２３０）セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（３０００５７２３０）セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (119)
【Ｆターム（参考）】
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