JP2016051587A - 静電容量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水滴等が付着した場合でも確実に誤動作を抑制できる静電容量検出装置を提供する。
【解決手段】静電容量検出用の複数の電極である第１電極１０１、第２電極１０２と、第１電極１０１と第２電極１０２の周囲に隣接して配置されたシールド電極２０１と、第１電極１０１と第２電極１０２のうち１の電極を選択して検出電極とし、この検出電極の検出動作の途中で他の電極及びシールド電極２０１の電圧を２通りに電圧変動させて検出電極の２通りの電圧値を測定する静電測定部と、測定された２通りの電圧値を比較することにより、第１電極１０１と第２電極１０２との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２）とシールド電極２０１との間の接続状態を判定する判定部と、を有して静電容量検出装置を構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、静電容量検出装置に関する。

従来、パネル表面に水滴等が付着した場合の誤動作の低減を特別な構造や回路を用いることなく実現する静電容量検出装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

例えば、特許文献１の静電容量検出装置は、タッチパネル検出用センサ配線が配設されるタッチスクリーン基板と、タッチスクリーン基板と重ねて配置され、その一方主面に指示体が接触する透明基板と、指示体とタッチパネル検出用センサ配線との間の静電容量の変化を検出し、透明基板上での指示体の接触位置を検出する静電容量検出回路とを備え、透明基板は、タッチスクリーン基板のセンサ有効領域と重ならない領域に付加電極を有し、付加電極は静電容量検出回路に電気的に接続されている。このような構成を採ることで、付加電極と検出中のタッチパネル検出用センサ配線との間の電位差が小さくなり、高誘電率物質と筐体との間の寄生容量および高誘電率物質と筐体との間寄生容量が実質的に消滅し、静電容量検出レベルがタッチ閾値を超えることがなくなり、水滴が付着した場合でも誤検出を抑制できるとされている。

また、特許文献２の静電容量検出装置は、人体の接近を非接触で検出する非接触検出手段と、この非接触手段を覆う表面プレートと、この表面プレートとは電気的に絶縁された状態でその表面プレートの周囲の少なくとも一部に設けられたフレームと、表面プレートへパルス電圧を送信し、受信パルス電圧を受信して人体の接触を検出する接触検出手段とを備え、接触検出手段からの検出信号に基づいて表面プレートへの人体の接触があると判定すると、非接触検出手段からの検出信号に基づいて人体の接近があると判定しても操作入力が無いと判定する操作入力装置であって、送信パルス電圧と同一周波数かつ同位相のガードパルス電圧を前記フレームに印加するように構成されている。このような構成を採ることで、使用者が意図していないときに操作入力され動作することを防止できるとされている。

特開２０１３−１２５４９６号公報 特開２０１１−６９８１号公報

しかし、特許文献１又は２に示す静電容量検出装置は、専用のガード電極を設ける必要があり、スイッチレイアウト等に制約が発生する。また、ガード電極以外の検出電極間での水滴付着による誤検出は抑制できないという問題がある。

したがって、本発明の目的は、水滴等が付着した場合でも確実に誤動作を抑制できる静電容量検出装置を提供することにある。

〔１〕本発明は、上記目的を達成するために、静電容量検出用の複数の電極と、前記電極の周囲に隣接して配置されたシールド電極と、前記複数の電極のうち１の電極を選択して検出電極とし、前記検出電極の検出動作の途中で他の電極及び前記シールド電極の電圧を電圧変動させて前記検出電極の電圧値を測定する静電測定部と、前記電圧変動に対応した前記検出電極の電圧値を比較することにより、前記電極間又は前記電極と前記シールド電極との間の接続状態を判定する判定部と、を有する静電容量検出装置を提供する。

〔２〕前記静電測定部は、前記他の電極及び前記シールド電極の電圧を、ＬｏからＨｉ、又はＨｉからＬｏの２通りに電圧変動させる上記〔１〕に記載の静電容量検出装置であってもよい。

〔３〕また、前記２通りの電圧変動は、前記他の電極及び前記シールド電極のうち少なくとも２つが逆位相で駆動される上記〔１〕又は〔２〕に記載の静電容量検出装置であってもよい。

〔４〕また、前記他の電極及び前記シールド電極の個数は、偶数であり、前記他の電極及び前記シールド電極のうちの半々が互いに逆位相で駆動される上記〔３〕に記載の静電容量検出装置であってもよい。

〔５〕また、前記シールド電極が複数あり、前記検出電極に前記シールド電極の２つが隣接して配置されている場合、前記他の電極又は前記シールド電極の組み合わせを順次切り替えて駆動する上記〔４〕に記載の静電容量検出装置であってもよい。

本発明によれば、水滴等が付着した場合でも確実に誤動作を抑制できることができる。また、放射ノイズを低減した静電容量検出装置を実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成を示す構成図である。 図２は、静電容量検出装置の回路構成例である。 図３（ａ）は、図１の平面図と第１電極における断面図であって、水滴が付着していない場合の第１電極とシールド電極間の静電容量Ｃｐ１を模式的に示した図であり、図３（ｂ）は、図１の平面図と第１電極における断面図であって、水滴が付着している場合の第１電極とシールド電極間の静電容量Ｃｐ２を模式的に示した図である。 図４は、第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図５（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着していない場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｃ）はシールド電極の電圧Ｖｓのそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。 図６（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着している場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｃ）はシールド電極の電圧Ｖｓのそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。 図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成を示す構成図であり、図７（ｂ）は、第１電極と第２シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図である。 図８は、第２の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図９（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着していない場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は水滴が付着している場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｃ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｄ）は第３電極の電圧Ｖｅ３、（ｅ）は第１シールド電極の電圧Ｖｓ１、（ｆ）は第２シールド電極の電圧Ｖｓ２のそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。 図１０（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成を示す構成図であり、図１０（ｂ）は、第１電極と第１及び第４シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図である。 図１１は、第３の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１２（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着していない場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は水滴が付着している場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｃ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｄ）は第３電極の電圧Ｖｅ３、（ｅ）は第１シールド電極の電圧Ｖｓ１、（ｆ）は第２シールド電極の電圧Ｖｓ２、（ｇ）は第３シールド電極の電圧Ｖｓ３、（ｈ）は第４シールド電極の電圧Ｖｓ４のそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。 図１３（ａ）は、第２電極と第３及び第４シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、第１電極と第２電極及び第１シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図である。

（第１の実施の形態）
（静電容量検出装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成を示す構成図である。本発明の実施の形態に係る静電容量検出装置１は、静電容量検出用の複数の電極である第１電極１０１、第２電極１０２と、第１電極１０１と第２電極１０２の周囲に隣接して配置されたシールド電極２０１と、第１電極１０１と第２電極１０２のうち１の電極を選択して検出電極とし、この検出電極の検出動作の途中で他の電極及びシールド電極２０１の電圧を２通りに電圧変動させて検出電極の２通りの電圧値を測定する静電測定部と、測定された２通りの電圧値を比較することにより、第１電極１０１と第２電極１０２との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２）とシールド電極２０１との間の接続状態を判定する判定部と、を有して構成されている。

静電容量検出装置１は、第１電極１０１又は第２電極１０２に指等がタッチされたかどうかを検出する静電容量検出装置として機能するが、この静電容量検出を精度よく行なうために、第１電極１０１と第２電極１０２との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２）とシールド電極２０１との間に水滴等が付着しているかどうかの判定を行なう機能を備えている。これにより水滴等の付着による誤動作を抑制することができる。

図１に示すように、第１電極１０１と第２電極１０２は、隣接して配置されている。また、第１電極１０１と第２電極１０２の周囲に隣接してシールド電極２０１が配置されている。第１電極１０１、第２電極１０２、シールド電極２０１は、基板（図示省略）上に銅等の金属により箔、層状に形成されている。

第１電極１０１、第２電極１０２、及びシールド電極２０１は、それぞれ静電測定部２０に接続されている。この静電測定部２０と判定部３０とにより制御部１０が構成されている。この制御部１０は、静電容量検出装置１の機能を発揮させるための制御全般を司る。第１電極１０１又は第２電極１０２への通常のタッチ検出を行なうと共に、静電測定部２０の検出結果に基づいて、第１電極１０１と第２電極１０２との間の水滴付着、又は、電極（第１電極１０１、第２電極１０２）とシールド電極２０１との間の水滴付着を判定する。また、この水滴付着の検出結果に基づいて、第１電極１０１又は第２電極１０２のタッチ検出を無効にする等の判断を行なうことができる。なお、制御部１０は、静電測定部２０、判定部３０を含めた制御を行なうために、ＣＰＵ、記憶部等を備えることができる。

図２は、静電容量検出装置１の回路構成例である。第１電極１０１又は第２電極１０２は、マルチプレクサ等の選択回路４０を介して静電測定部２０に接続されている。選択回路４０は、複数の電極（第１電極１０１又は第２電極１０２）のうち１の電極を選択して検出電極として選択するための回路である。選択された検出電極（第１電極１０１又は第２電極１０２）は、チャージ回路５０及びＡ/Ｄコンバータ等の量子化回路６０に接続される。検出電極には所定周波数のクロックに同期してチャージ回路５０から容量検出のためのチャージがなされる。Ａ/Ｄ変換結果（Ｎｅ１、Ｎｅ２）６１は、選択された検出電極の電極電圧に対応すると共に、検出電極の容量値に対応する。したがって、Ａ/Ｄ変換結果（Ｎｅ１、Ｎｅ２）６１は、通常のタッチ検出に使用されると共に、判定部３０に出力されて後述する水滴付着等の接続状態の判定に使用される。

図２において、選択回路４０により選択された検出電極（例えば、第１電極１０１）は、チャージ回路５０によりチャージ又はディスチャージ動作（充電又は放電）が行われる。チャージ動作において、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすることで、定電流源５１から電荷が検出電極（例えば、第１電極１０１）に供給される。また、ディスチャージ動作において、スイッチ回路５３がトリガ信号によりオンすることで、検出電極（例えば、第１電極１０１）から電荷がグランドに放電される。

図２に示す、検出電極に直列に接続されたＣｐ（水滴による容量）は、検出対象の電極以外（シールド電極を含む）の電極と検出電極とにより形成される容量である。

なお、選択回路４０により選択されない電極（第１電極１０１又は第２電極１０２）、及びシールド電極２０１は、図２に図示しない回路により、それぞれＨｉ状態（５ｖ、１２ｖ等）、Ｌｏ状態（グランドレベル、０ｖ等）の２通りに電圧変動される。

図３（ａ）は、図１の平面図と第１電極における断面図であって、水滴が付着していない場合の第１電極とシールド電極間の静電容量Ｃｐ１を模式的に示した図であり、図３（ｂ）は、図１の平面図と第１電極における断面図であって、水滴３００が付着している場合の第１電極とシールド電極間の静電容量Ｃｐ２を模式的に示した図である。図３（ａ）で示す水滴が付着していない場合は、図２で示したＣｐはＣｐ１であって、この容量は検出対象の電極容量（Ｃｓ１、Ｃｓ２）に対して無視できる。一方、図３（ｂ）で示すように、樹脂等の誘電材料で形成された意匠パネル７０上に水滴３００が付着している場合、意匠パネル７０及び水滴３００を介して第１電極１０１とシールド電極２０１との間で容量Ｃｐ２が形成される。図２で示したＣｐはＣｐ２であって、この容量は検出対象の電極容量（Ｃｓ１、Ｃｓ２）に対して無視できず、検出電極の電圧検出動作の途中で電圧値に影響を与える。

（第１の実施の形態における動作）
図４は、第１の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。図５（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着していない場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｃ）はシールド電極の電圧Ｖｓのそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。また、図６（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着している場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｃ）はシールド電極の電圧Ｖｓのそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。以下、図４のフローチャートに従って、図５、図６を参照しながら第１の実施の形態における動作を説明する。

静電測定部２０は、制御部１０の測定プログラムに基づいて、選択回路４０により第１電極１０１、第２電極１０２のうち１の電極を選択して検出電極とする。検出電極（例えば、第１電極１０１）は、チャージ回路５０によりチャージ又はディスチャージ動作（充電又は放電）が行われる。また、選択回路４０により選択されない電極（例えば、第２電極１０２）及びシールド電極２０１は、それぞれ所定の電圧レベルに接続される。以下の説明では、検出電極を第１電極１０１として説明する。

静電容量検出装置１の動作がスタートすると、静電測定部２０は、選択回路４０により第１電極１０１を検出電極に選択する（ステップＳ１０１）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ１でチャージ開始する（ステップＳ１０２）。なお、第１電極１０１は、時間ｔ１より前に電荷はゼロにディスチャージされている。

制御部１０は、図５（ｂ）、（ｃ）図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及びシールド電極２０１のＶｓを、時間ｔ２でＬｏレベルからＨｉレベルにする（ステップＳ１０３）。すなわち、第２電極１０２、シールド電極２０１は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動される。

チャージ回路５０は、時間ｔ３で、第１電極１０１のチャージを終了する。スイッチ回路５２をオフにし、スイッチ回路５３をオンにすることにより、ディスチャージする（ステップＳ１０４）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ４でチャージ開始する（ステップＳ１０５）。

制御部１０は、図５（ｂ）、（ｃ）図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及びシールド電極２０１のＶｓを、時間ｔ５でＨｉレベルからＬｏレベルにする（ステップＳ１０６）。すなわち、第２電極１０２、シールド電極２０１は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動される。

ステップＳ１０１からＳ１０６の検出動作における検出結果は、図２で示したＡ/Ｄ変換結果（Ｎｅ１）６１として判定部３０に出力されて記憶される。

判定部３０は、検出電極である第１電極１０１の波形が同じかどうかを判断する。図５（ａ）で示すように同じであると判断した場合（検出電極の検出結果が同じ場合）はステップＳ１０８へ進み、図６（ａ）で示すように同じであると判断しない場合（検出電極の検出結果が異なる場合）はステップＳ１０１に戻る（ステップＳ１０７）。なお、検出電極の検出結果が異なる場合は、水滴検出等の警告信号等を出力するようにしてもよい。

図５（ａ）に示すように、第１電極１０１の波形が同じ場合は、水滴等の付着はないと判断される。一方、図３（ｂ）に示したように、第１電極１０１とシールド電極２０１との間に水滴３００が付着すると、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、時間ｔ２において、シールド電極２０１のＶｓがＬｏレベルからＨｉレベルに電圧電動することにより、シールド電極２０１から第１電極１０１に電荷が移動して、第１電極１０１の波形は非線形となり、検出電圧は大きくなる。一方、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、時間ｔ５において、シールド電極２０１のＶｓがＨｉレベルからＬｏレベルに電圧電動することにより、第１電極１０１からシールド電極２０１に電荷が移動して、第１電極１０１の波形は非線形となり、検出電圧は小さくなる。

すなわち、検出電極（第１電極１０１）の検出動作の途中で他の電極（第２電極１０２）及びシールド電極２０１の電圧を２通りに電圧変動させて検出電極の２通りの電圧値を比較することにより、第１電極１０１と第２電極１０２との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２）とシールド電極２０１との間の接続状態（例えば、水滴等の付着）を判定することができる。

検出電極である第１電極１０１の波形が同じと判断された場合は、制御部１０は、第１電極１０１の電圧Ｖｅ１がタッチ検出の閾値を超えたかどうかを判断する。タッチ検出の閾値を超えた場合はステップＳ１０９へ進み、タッチ検出の閾値を超えない場合はステップＳ１０１に戻る（ステップＳ１０８）。

タッチ検出の閾値を超えた場合、制御部１０は、タッチ検出信号を出力して、ステップＳ１０１に戻る（ステップＳ１０９）。

ステップＳ１０７〜１０９から戻ったステップＳ１０１においては、静電測定部２０は、選択回路４０により次の電極を検出電極に選択して、同様の検出動作を繰り返す。

なお、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９はこの順番でなくてもよく、例えば、ステップＳ１０７よりもステップＳ１０８を先にもってくることも可能である。この場合、検出電極の波形が同じでない場合は、先にされたタッチ検出の判断を無効にすることができる。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、水滴等が付着した場合でも確実に誤動作を抑制できる。すなわち、検出電極の検出動作の途中で他の電極及びシールド電極２０１の電圧を２通りに電圧変動させて検出電極の２通りの電圧値を比較するので、第１電極１０１と第２電極１０２との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２）とシールド電極２０１との間の接続状態を判定することができ、電極間に水滴等が付着した場合に確実に誤動作を抑制できる。これにより、タッチ検出の精度が向上すると共に、水滴等が付着したと判定した場合は、検出電極のタッチ検出を無効にする等の処理を行なうことが可能となる。

（第２の実施の形態）
（静電容量検出装置の構成）
第１の実施の形態で説明したように、検出動作において、電極、及びシールド電極が共にパルス駆動されるので、放射ノイズが発生する場合がある。特に、高速のタッチ検出を行なう場合は、高い周波数でのパルス駆動がされるので、放射ノイズの低減又は抑制が必要となる。第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る水滴検出機能に、さらにノイズ低減機能を付加したものである。

図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成を示す構成図であり、図７（ｂ）は、第１電極と第２シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図である。

図７（ａ）に示すように、第１電極１０１、第２電極１０２、及び第３電極１０３は、隣接して配置されている。また、第１電極１０１、第２電極１０２、及び第３電極１０３の周囲に隣接して第１シールド電極２０１及び第２シールド電極２０２が対称に配置されている。第１電極１０１、第２電極１０２、及び第３電極１０３のうちから１の電極が検出電極として選択され、選択されない他の電極とシールド電極を合計した個数は、偶数とされている。この図７（ａ）で示す例では、他の電極が２個、シールド電極が２個の合計４個の偶数とされている。

その他の構成、回路、検出電極の選択方法、チャージ方法等は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

（第２の実施の形態における動作）
図８は、第２の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。図９（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着していない場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は水滴が付着している場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｃ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｄ）は第３電極の電圧Ｖｅ３、（ｅ）は第１シールド電極の電圧Ｖｓ１、（ｆ）は第２シールド電極の電圧Ｖｓ２のそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。以下、図８のフローチャートに従って、図９（ａ）〜（ｆ）を参照しながら第２の実施の形態における動作を説明する。

静電測定部２０は、制御部１０の測定プログラムに基づいて、選択回路４０により第１電極１０１、第２電極１０２、又は第３電極１０３のうち１の電極を選択して検出電極とする。検出電極（例えば、第１電極１０１）は、チャージ回路５０によりチャージ又はディスチャージ動作（充電又は放電）が行われる。また、選択回路４０により選択されない電極（例えば、第２電極１０２、第３電極１０３）及び第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２は、それぞれ所定の電圧レベルに接続される。以下の説明では、検出電極を第１電極１０１として説明する。

静電容量検出装置１の動作がスタートすると、静電測定部２０は、選択回路４０により第１電極１０１を検出電極に選択する（ステップＳ２０１）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ１でチャージ開始する（ステップＳ２０２）。なお、第１電極１０１は、時間ｔ１より前に電荷はゼロにディスチャージされている。

制御部１０は、図９（ｃ）〜（ｆ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及び第２シールド電極２０２のＶｓ２を、時間ｔ２でＬｏレベルからＨｉレベルにし、第３電極１０３の電圧Ｖｅ３及び第１シールド電極２０１のＶｓ１を、時間ｔ２でＨｉレベルからＬｏレベルにする（ステップＳ２０３）。すなわち、第２電極１０２と第２シールド電極２０２は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動され、第３電極１０３と第１シールド電極２０１は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動される。

チャージ回路５０は、時間ｔ３で、第１電極１０１のチャージを終了する。スイッチ回路５２をオフにし、スイッチ回路５３をオンにすることにより、ディスチャージする（ステップＳ２０４）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ４でチャージ開始する（ステップＳ２０５）。

制御部１０は、図９（ｃ）〜（ｆ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及び第２シールド電極２０２のＶｓ２を、時間ｔ５でＨｉレベルからＬｏレベルにし、第３電極１０３の電圧Ｖｅ３及び第１シールド電極２０１のＶｓ１を、時間ｔ５でＬｏレベルからＨｉレベルにする（ステップＳ２０６）。すなわち、第２電極１０２と第２シールド電極２０２は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動され、第３電極１０３と第１シールド電極２０１は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動される。

ステップＳ２０１からＳ２０６の検出動作における検出結果は、図２で示したＡ/Ｄ変換結果（Ｎｅ１）６１として判定部３０に出力されて記憶される。

判定部３０は、検出電極である第１電極１０１の波形が同じかどうかを判断する。同じであると判断した場合（検出電極の検出結果が同じ場合）はステップＳ２０８へ進み、同じであると判断しない場合（検出電極の検出結果が異なる場合）はステップＳ２０１に戻る（ステップＳ２０７）。なお、検出電極の検出結果が異なる場合は、水滴検出等の警告信号等を出力するようにしてもよい。

図９（ａ）に示すように、第１電極１０１の波形が同じ場合は、水滴等の付着はないと判断される。一方、図７（ｂ）に示したように、第１電極１０１と第２シールド電極２０２との間に水滴３００が付着すると、図９（ｂ）〜（ｆ）に示すように、第２シールド電極２０２のＶｓ２がＬｏレベルからＨｉレベルに電圧電動するので、時間ｔ２において、第２シールド電極２０２から第１電極１０１に電荷が移動して、第１電極１０１の波形は非線形となり、検出電圧は大きくなる。一方、図９（ｂ）〜（ｆ）に示すように、第２シールド電極２０２のＶｓ２がＨｉレベルからＬｏレベルに電圧電動するので、時間ｔ５において、第１電極１０１から第２シールド電極２０２に電荷が移動して、第１電極１０１の波形は非線形となり、検出電圧は小さくなる。

すなわち、検出電極（第１電極１０１）の検出動作の途中で他の電極（第２電極１０２、第３電極１０３）及び第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２の電圧を２通りに電圧変動させて検出電極の２通りの電圧値を比較することにより、第１電極１０１と第２電極１０２との間、第２電極１０２と第３電極１０３との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２、第３電極１０３）と第１シールド電極２０１あるいは第２シールド電極２０２との間の接続状態を判定することができる。

また、上記の２通りの電圧変動は、選択されない他の電極及び第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２のうち少なくとも２つが逆位相で駆動されるので、パルス駆動による放射ノイズの低減又は抑制が可能となる。なお、電極（第１電極１０１、第２電極１０２、第３電極１０３）と第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２の電極面積に応じて放射ノイズが発生するので、各電極面積を設計時に考慮しておくのが好ましい。

また、選択されない他の電極及びシールド電極の個数は、偶数であり、前記他の電極及び前記シールド電極のうちの半々が互いに逆位相で駆動される。本実施の形態では、第１電極１０１、第２電極１０２、及び第３電極１０３のうちから１の電極が検出電極として選択され、選択されない他の電極が２個、シールド電極が２個の合計４個の偶数とされている。このうちの半々が互いに逆位相で駆動されるので、パルス駆動による放射ノイズの低減又は抑制が可能となる。

検出電極である第１電極１０１の波形が同じと判断された場合は、制御部１０は、第１電極１０１の電圧Ｖｅ１がタッチ検出の閾値を超えたかどうかを判断する。タッチ検出の閾値を超えた場合はステップＳ２０９へ進み、タッチ検出の閾値を超えない場合はステップＳ２０１に戻る（ステップＳ２０８）。

タッチ検出の閾値を超えた場合、制御部１０は、タッチ検出信号を出力して、ステップＳ２０１に戻る（ステップＳ２０９）。

ステップＳ２０７〜Ｓ２０９から戻ったステップＳ２０１においては、静電測定部２０は、選択回路４０により次の電極を検出電極に選択して、同様の検出動作を繰り返す。

なお、ステップＳ２０７〜Ｓ２０９はこの順番でなくてもよく、例えば、ステップＳ２０７よりもステップＳ２０８を先にもってくることも可能である。この場合、検出電極の波形が同じでない場合は、先にされたタッチ検出の判断を無効にすることができる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて放射ノイズの低減又は抑制が可能となる。すなわち、検出電極として選択されない他の電極及びシールド電極のうち少なくとも２つが逆位相で駆動されるので、パルス駆動による放射ノイズの低減又は抑制が可能となる。また、検出電極として選択されない他の電極及びシールド電極の個数は、偶数であり、他の電極及びシールド電極のうちの半々が互いに逆位相で駆動されるので、パルス駆動による放射ノイズの低減又は抑制が可能となる。

（第３の実施の形態）
（静電容量検出装置の構成）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る水滴検出機能にさらにノイズ低減機能を付加したものであるが、水滴の付着する場所によっては水滴検出機能が十分でない場合があり、第３の実施の形態はそれに改良を加えた構成とされている。

図１０（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る静電容量検出装置の構成を示す構成図であり、図１０（ｂ）は、第１電極と第１及び第４シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図である。

図１０（ａ）に示すように、第１電極１０１、第２電極１０２、及び第３電極１０３は、隣接して配置されている。また、第１電極１０１、第２電極１０２、及び第３電極１０３の周囲に隣接して第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２、第３シールド電極２０３、及び第４シールド電極２０４が配置されている。第１電極１０１、第２電極１０２、又は第３電極１０３のうちから１の電極が検出電極として選択され、選択されない他の電極とシールド電極を合計した個数は、偶数とされている。この図１０（ａ）で示す例では、他の電極が２個、シールド電極が４個の合計６個の偶数とされている。

その他の構成、回路、検出電極の選択方法、チャージ方法等は、第１、第２の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

（第３の実施の形態における動作）
図１１は、第３の実施の形態に係る静電容量検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１２（ａ）は、第１電極を検出電極とした場合、水滴が付着していない場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｂ）は水滴が付着している場合の第１電極の電圧Ｖｅ１、（ｃ）は第２電極の電圧Ｖｅ２、（ｄ）は第３電極の電圧Ｖｅ３、（ｅ）は第１シールド電極の電圧Ｖｓ１、（ｆ）は第２シールド電極の電圧Ｖｓ２、（ｇ）は第３シールド電極の電圧Ｖｓ３、（ｈ）は第４シールド電極の電圧Ｖｓ４のそれぞれの電圧と時間の関係を示すグラフである。以下、図１１のフローチャートに従って、図１２（ａ）〜（ｈ）を参照しながら第３の実施の形態における動作を説明する。

静電測定部２０は、制御部１０の測定プログラムに基づいて、選択回路４０により第１電極１０１、第２電極１０２、又は第３電極１０３のうち１の電極を選択して検出電極とする。検出電極（例えば、第１電極１０１）は、チャージ回路５０によりチャージ又はディスチャージ動作（充電又は放電）が行われる。また、選択回路４０により選択されない電極（例えば、第２電極１０２、第３電極１０３）及び第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２、第３シールド電極２０３、第４シールド電極２０４は、それぞれ所定の電圧レベルに接続される。以下の説明では、検出電極を第１電極１０１として説明する。

静電容量検出装置１の動作がスタートすると、静電測定部２０は、選択回路４０により第１電極１０１を検出電極に選択する（ステップＳ３０１）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ１でチャージ開始する（ステップＳ３０２）。なお、第１電極１０１は、時間ｔ１より前に電荷はゼロにディスチャージされている。

制御部１０は、図１２（ｃ）〜（ｈ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及び第１シールド電極２０１のＶｓ１、第４シールド電極２０４のＶｓ４を、時間ｔ２でＬｏレベルからＨｉレベルにし、第３電極１０３の電圧Ｖｅ３及び第２シールド電極２０２のＶｓ２、第３シールド電極２０３のＶｓ３を、時間ｔ２でＨｉレベルからＬｏレベルにする（ステップＳ３０３）。すなわち、第２電極１０２と第１シールド電極２０１、第４シールド電極２０４は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動され、第３電極１０３と第２シールド電極２０２、第３シールド電極２０３は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動される。

チャージ回路５０は、時間ｔ３で、第１電極１０１のチャージを終了する。スイッチ回路５２をオフにし、スイッチ回路５３をオンにすることにより、ディスチャージする（ステップＳ３０４）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ４でチャージ開始する（ステップＳ３０５）。

制御部１０は、図１２（ｃ）〜（ｈ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及び第１シールド電極２０１のＶｓ１、第４シールド電極２０４のＶｓ４を、時間ｔ５でＨｉレベルからＬｏレベルにし、第３電極１０３の電圧Ｖｅ３及び第２シールド電極２０２のＶｓ２、第３シールド電極２０３のＶｓ３を、時間ｔ５でＬｏレベルからＨｉレベルにする（ステップＳ３０６）。すなわち、第２電極１０２と第１シールド電極２０１、第４シールド電極２０４は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動され、第３電極１０３と第２シールド電極２０２、第３シールド電極２０３は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動される。

チャージ回路５０は、時間ｔ６で、第１電極１０１のチャージを終了する。スイッチ回路５２をオフにし、スイッチ回路５３をオンにすることにより、ディスチャージする（ステップＳ３０７）。

第２シールド電極２０２を時間ｔ７でＨｉレベルからＬｏレベルにし、第４シールド電極２０４を時間ｔ７でＬｏレベルからレベルにＨｉにする（ステップＳ３０８）。これにより、選択されない他の電極又はシールド電極の組み合わせの順次切り替えが行われる。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ８でチャージ開始する（ステップＳ３０９）。

制御部１０は、図１２（ｃ）〜（ｈ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及び第１シールド電極２０１のＶｓ１、第２シールド電極２０２のＶｓ２を、時間ｔ９でＬｏレベルからＨｉレベルにし、第３電極１０３の電圧Ｖｅ３及び第３シールド電極２０３のＶｓ３、第４シールド電極２０４のＶｓ４を、時間ｔ９でＨｉレベルからＬｏレベルにする（ステップＳ３１０）。すなわち、第２電極１０２と第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動され、第３電極１０３と第３シールド電極２０３、第４シールド電極２０４は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動される。

チャージ回路５０は、時間ｔ１０で、第１電極１０１のチャージを終了する。スイッチ回路５２をオフにし、スイッチ回路５３をオンにすることにより、ディスチャージする（ステップＳ３１１）。

チャージ回路５０は、スイッチ回路５２がトリガ信号によりオンすると共に、スイッチ回路５３をオフにして、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電極１０１を時間ｔ１１でチャージ開始する（ステップＳ３１２）。

制御部１０は、図１２（ｃ）〜（ｈ）に示すように、第２電極１０２の電圧Ｖｅ２及び第１シールド電極２０１のＶｓ１、第２シールド電極２０２のＶｓ２を、時間ｔ１２でＨｉレベルからＬｏレベルにし、第３電極１０３の電圧Ｖｅ３及び第３シールド電極２０３のＶｓ３、第４シールド電極２０４のＶｓ４を、時間ｔ１２でＬｏレベルからＨｉレベルにする（ステップＳ３１３）。すなわち、第２電極１０２と第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２は、検出電極の検出動作の途中でＨｉレベルからＬｏレベルに電圧変動され、第３電極１０３と第３シールド電極２０３、第４シールド電極２０４は、検出電極の検出動作の途中でＬｏレベルからＨｉレベルに電圧変動される。

判定部３０は、検出電極である第１電極１０１の波形が同じかどうかを判断する。同じであると判断した場合（検出電極の検出結果が同じ場合）はステップＳ３１５へ進み、同じであると判断しない場合（検出電極の検出結果が異なる場合）はステップＳ３０１に戻る（ステップＳ３１４）。なお、検出電極の検出結果が異なる場合は、水滴検出等の警告信号等を出力するようにしてもよい。

図１２（ａ）に示すように、第１電極１０１の波形が同じ場合は、水滴等の付着はないと判断される。一方、図１０（ｂ）に示したように、第１電極１０１と第１シールド電極２０１、第４シールド電極２０４との間に水滴３００が付着すると、図１２（ｂ）〜（ｈ）に示すように、第１シールド電極２０１のＶｓ１及び第４シールド電極２０４のＶｓ４がＬｏレベルからＨｉレベルに電圧電動するので、時間ｔ２において、第１シールド電極２０１及び第４シールド電極２０４から第１電極１０１に電荷が移動して、第１電極１０１の波形は非線形となり、検出電圧は大きくなる。一方、図１０（ｂ）〜（ｈ）に示すように、第１シールド電極２０１のＶｓ１及び第４シールド電極２０４のＶｓ４がＨｉレベルからＬｏレベルに電圧電動するので、時間ｔ５において、第１電極１０１から第１シールド電極２０１及び第４シールド電極２０４に電荷が移動して、第１電極１０１の波形は非線形となり、検出電圧は小さくなる。

すなわち、検出電極（第１電極１０１）の検出動作の途中で他の電極（第２電極１０２、第３電極１０３）及び第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２、第３シールド電極２０３、第４シールド電極２０４の電圧を順次電圧変動させて、検出電極の電圧値を比較することにより、第１電極１０１と第２電極１０２との間、第２電極１０２と第３電極１０３との間、又は電極（第１電極１０１、第２電極１０２、第３電極１０３）と第１シールド電極２０１、第２シールド電極２０２、第３シールド電極２０３、あるいは第４シールド電極２０４との間の接続状態を判定することができる。

検出電極である第１電極１０１の波形が同じと判断された場合は、制御部１０は、第１電極１０１の電圧Ｖｅ１がタッチ検出の閾値を超えたかどうかを判断する。タッチ検出の閾値を超えた場合はステップＳ３１６へ進み、タッチ検出の閾値を超えない場合はステップＳ３０１に戻る（ステップＳ３１５）。

タッチ検出の閾値を超えた場合、制御部１０は、タッチ検出信号を出力して、ステップＳ３０１に戻る（ステップＳ３１６）。

ステップＳ３１４〜Ｓ３１６から戻ったステップＳ３０１においては、静電測定部２０は、選択回路４０により次の電極を検出電極に選択して、同様の検出動作を繰り返す。

なお、ステップＳ３１４〜Ｓ３１６はこの順番でなくてもよく、例えば、ステップＳ３１４よりもステップＳ３１５を先にもってくることも可能である。この場合、検出電極の波形が同じでない場合は、先にされたタッチ検出の判断を無効にすることができる。

図１３（ａ）は、第２電極と第３及び第４シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、第１電極と第２電極及び第１シールド電極に跨って水滴が付着した場合を示す平面図である。

図１３（ａ）で示す、第２電極１０２と第３シールド電極２０３及び第４シールド電極２０４に跨って水滴が付着した場合は、第３シールド電極２０３及び第４シールド電極２０４が同位相で電圧変動した場合に、検出電極の波形が異なることになる。また、図１３（ｂ）で示す、第１電極１０１と第２電極１０２及び第１シールド電極２０１に跨って水滴が付着した場合は、第２電極１０２及び第１シールド電極２０１が同位相で電圧変動した場合に、検出電極の波形が異なることになる。

選択されない他の電極及びシールド電極の電圧変動の組み合わせを順次切り替えることにより、上記のような同位相となる電圧変動の組み合わせがおこる。これにより、どのような位置に水滴が付着した場合でも検出電極の波形が異なるタイミングを捉えることができる。

（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によれば、第１及び第２の実施の形態の効果に加えてどのような位置に水滴が付着した場合でも検出電極の波形が異なるタイミングを捉えることができる。したがって、どの電極間に水滴等が付着した場合でも正確な水滴検出ができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態およびその変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…静電容量検出装置
１０…制御部
２０…静電測定部
３０…判定部
４０…選択回路
５０…チャージ回路、５１…定電流源、５２、５３…スイッチ回路
６０…量子化回路、６１…Ａ/Ｄ変換結果
７０…意匠パネル
１０１…第１電極、１０２…第２電極、１０３…第３電極
２０１…第１シールド電極、２０２…第２シールド電極、２０３…第３シールド電極、２０４…第４シールド電極
３００…水滴

Claims (5)

1. 静電容量検出用の複数の電極と、
   前記電極の周囲に隣接して配置されたシールド電極と、
   前記複数の電極のうち１の電極を選択して検出電極とし、前記検出電極の検出動作の途中で他の電極及び前記シールド電極の電圧を電圧変動させて前記検出電極の電圧値を測定する静電測定部と、
   前記電圧変動に対応した前記検出電極の電圧値を比較することにより、前記電極間又は前記電極と前記シールド電極との間の接続状態を判定する判定部と、
   を有する静電容量検出装置。
2. 前記静電測定部は、前記他の電極及び前記シールド電極の電圧を、ＬｏからＨｉ、又はＨｉからＬｏの２通りに電圧変動させる請求項１に記載の静電容量検出装置。
3. 前記２通りの電圧変動は、前記他の電極及び前記シールド電極のうち少なくとも２つが逆位相で駆動される請求項１又は２に記載の静電容量検出装置。
4. 前記他の電極及び前記シールド電極の個数は、偶数であり、前記他の電極及び前記シールド電極のうちの半々が互いに逆位相で駆動される請求項３に記載の静電容量検出装置。
5. 前記シールド電極が複数あり、前記検出電極に前記シールド電極の２つが隣接して配置されている場合、前記他の電極又は前記シールド電極の組み合わせを順次切り替えて駆動する請求項４に記載の静電容量検出装置。

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