JP2016076826A

JP2016076826A - タッチセンサ

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Publication number: JP2016076826A
Application number: JP2014206152A
Authority: JP
Inventors: 達男辻田; Tatsuo Tsujita
Original assignee: Appside Co Ltd
Current assignee: Appside Co Ltd
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-05-12

Abstract

【課題】電極を取り囲む環境が変化しても、誤動作することなく操作体の近接を検出するタッチセンサを提供する。
【解決手段】操作体が近接する電極２ａ、操作体から隔てられた電極３ｂ、及び電極２ａ，３ｂの静電容量を検出し、電極３ｂの静電容量の検出結果が正常な場合に電極２ａの静電容量の検出結果より操作体の近接を検出する検出部２０からタッチセンサ１が構成される。操作体から隔てられた電極３ｂの静電容量の検出結果が正常な場合に、電極２ａの静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作体の近接を検出するタッチセンサに関する。

パネル状の基板に電極を設け、その電極に浮遊する静電容量（浮遊容量）の変化を検出することで手指等の操作体の近接又は接触（タッチ入力と総称する）を検知する静電容量式のタッチセンサが知られている。静電容量式のタッチセンサは、可動機構がないため耐久性に優れ、また意匠の創作性にも優れることから、近年、様々な電子機器のスイッチ装置として採用されている。しかし、静電容量式のタッチセンサでは、電極を取り囲む環境、例えば温度、湿度等の空気の状態の変化、他の電子機器が発生する又は環境中を伝搬する電磁波（環境電磁波とも呼ぶ）の影響等により、電極の浮遊容量が変化して誤動作することがある。

今日では、例えば無線通信等において、周波数３００ｋＨｚ〜３０ＧＨｚの電磁波が使用されている。ここで、周波数〜１ＧＨｚの電磁波の波長は１０ｃｍ程度である。タッチセンサにおいて、電極のサイズは例えば数ｃｍであり、また電極を電気的にシールドすることはできないため、電極は常に電磁波に晒され、その影響を受ける。特に、電極のサイズが電磁波の波長の４分の１（及びその奇数倍）の場合、共振が生じるため、微弱な電磁波であってもタッチセンサの誤動作を生ずるおそれがある。

そこで、例えば特許文献１及び２では、タッチ入力を検知するセンサ用電極と独立にノイズ検出用の電極を設け、そのノイズ検出用の電極の電位又は浮遊容量を測定し、その結果に応じてセンサ用電極によりタッチ入力を検知するための基準電位、検出時間等を変更するタッチセンサが開示されている。しかし、上述の通り、特に電磁波の共振（これも含め、電磁波に由来するノイズを電磁ノイズと呼ぶ）による誤動作を回避するには必ずしも十分ではない。

特開２００６−１７３６９９号公報特開２００８−３１１１４４号公報

本発明は、電極を取り囲む環境が変化しても、誤動作することなく操作体の近接を検出するタッチセンサを提供することを課題とする。

本発明は、操作体の近接を検出するタッチセンサであって、操作体が近接する第１電極と、操作体から隔てられた第２電極と、第１及び第２電極の静電容量を検出し、第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出する検出部と、を備えるタッチセンサである。ここで、「近接」とは、近接に限らず接触等、タッチセンサへの入力に要する操作体によるタッチ操作を意味する。これによれば、操作体から隔てられた第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に、第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接を検出することができる。

本発明のタッチセンサは、第２電極は、第１電極と同じ形状及び同じ大きさを有することを特徴とする。ここで、「同じ形状」及び「同じ大きさ」とは、第１電極を取り囲む環境電磁波の波長に対して十分良い近似で形状が等しいこと及び大きさが等しいことを意味する。これによれば、第２電極が第１電極と同じ形状及び大きさを有することで、第１電極を取り囲み得る環境電磁波によるノイズを検出することができる。

本発明のタッチセンサは、第１電極は、基板の表面に形成され、第２電極は、基板の裏面の第１電極と同じ位置に形成されることを特徴とする。ここで、「同じ位置」とは、第１電極を取り囲む環境電磁波の波長に対して十分良い近似で位置が等しいことを意味する。これによれば、第２電極が、第１電極が表面に形成された基板の裏面の第１電極と同じ位置に形成されることで、第２電極の静電容量を検出して第１電極を取り囲む環境の変化によるノイズを検出することができる。

本発明のタッチセンサは、第１電極は、基板上に形成され、第２電極は、基板と平行に配される別の基板上の平行な方向に関して第１電極と同じ位置に形成されることを特徴とする。ここで、「同じ位置」とは、先と同様に、第１電極を取り囲む環境電磁波の波長に対して十分良い近似で位置が等しいことを意味する。これによれば、第２電極が、第１電極が形成される基板と平行に配された別の基板上の第１電極と同じ位置に形成されることで、第２電極の静電容量を検出して第１電極を取り囲む環境の変化によるノイズを検出することができる。

本発明のタッチセンサは、第２電極は、操作体から第１電極を挟んで隔てられ、検出部は、第１及び第２電極の一方の静電容量を検出する際に、他方を固定電位に接続することを特徴とする。これによれば、第１及び第２電極の一方の静電容量を検出する際に他方を固定電位に接続することで、その他方の電極がシールド電極の役割を果たし、一方の電極の静電容量を正確に検出することができる。

本発明のタッチセンサは、検出部は、第２電極の静電容量を検出し、その検出結果が正常な場合に第１電極の静電容量の検出し、その検出結果より操作体の近接を検出することを特徴とする。これによれば、第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に、第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接を検出することができる。

本発明のタッチセンサは、第１電極を複数備え、第２電極を複数の第１電極のそれぞれに対応して複数備え、検出部は、複数の第１及び第２電極の静電容量を検出し、複数の第２電極のうちの少なくとも１つの第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に複数の第１電極のうちの対応する第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することを特徴とする。これによれば、操作体から隔てられた第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に、対応する第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接を検出することができる。

本発明のタッチセンサは、複数の第２電極は、操作体から複数の第１電極を挟んで隔てられ、検出部は、複数の第１及び第２電極のうちの１つ電極の静電容量を検出する際に、複数の第１及び第２電極のうちの少なくとも１つの電極に対応する電極を固定電位に接続することを特徴とする。これによれば、複数の第１及び第２電極のうちの１つの電極の静電容量を検出する際に対応する電極を固定電位に接続することで、その対応する電極がシールド電極の役割を果たし、１つの電極の静電容量を正確に検出することができる。

本発明のタッチセンサは、検出部は、複数の第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に複数の第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することを特徴とする。これによれば、複数の第２電極の静電容量の検出結果のすべてが正常な場合に、複数の第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接を検出することができる。

本発明のタッチセンサは、第１電極を少なくとも２つ備え、第２電極を２つの第１電極のそれぞれに対応して少なくとも２つ備え、検出部は、２つの第１電極の間の静電容量及び２つの第２電極の間の静電容量を検出し、２つの第２電極の間の静電容量の検出結果が正常な場合に２つの第１電極の間の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することを特徴とする。これによれば、操作体から隔てられた２つの第２電極の間の静電容量（すなわち相互容量）の検出結果が正常な場合に、２つの第１電極の間の静電容量（すなわち相互容量）の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接を検出することができる。

本発明のタッチセンサは、２つの第２電極は、操作体から２つの第１電極を挟んで隔てられ、検出部は、各２つの第１及び第２電極のうちの一方の２つの電極の間の静電容量を検出する際に、他方の２つの電極を固定電位に接続することを特徴とする。これによれば、各２つの第１及び第２電極のうちの一方の２つの電極の間の静電容量を検出する際に、他方の２つの電極を固定電位に接続することで、他方の２つの電極がシールド電極の役割を果たし、一方の２つの電極の間の静電容量を正確に検出することができる。

本発明のタッチセンサは、検出部は、さらに、２つの第１電極のうちの一方の第１電極及びその第１電極に対応する２つの第２電極のうちの一方の第２電極の静電容量を検出し、第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に第１電極の静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することを特徴とする。これによれば、２つの第１電極の間の静電容量（すなわち相互容量）の検出結果より操作体の近接を検出することができるとともに、２つの第１電極の静電容量（すなわち自己容量）の検出結果より操作体の近接を検出することができる。

本発明のタッチセンサによれば、電極を取り囲む環境が変化しても、誤動作することなく操作体の近接を検出するタッチセンサを提供することが可能となる。

図１は、第１の実施形態に係るタッチセンサの概略構成を示す図である。図２は、図１のタッチセンサによるタッチ入力を検出する手順を示すフローチャートである。図３は、第２の実施形態に係るタッチセンサの構成を示す図である。図４は、図３のタッチセンサによるタッチ入力を検出する手順を示すフローチャートである。図５は、図３のタッチセンサによるタッチ入力を検出する別の手順を示すフローチャートである。図６は、第３の実施形態に係るタッチセンサの構成を示す図である。図７は、図６のタッチセンサによるタッチ入力を検出する手順を示すフローチャートである。図８は、第３の実施形態に係るタッチセンサの変形構成を示す図である。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１に、第１の実施形態に係るタッチセンサ１の概略構成を示す。タッチセンサ１は、基板に設けられたスイッチ用の電極を用いて、手指等の操作体の近接（タッチ入力）による浮遊容量（静電容量）の変化を検出することでタッチ入力を検出する静電容量式のタッチセンサである。タッチセンサ１は、本体部１ａ及び検出部２０から構成される。

本体部１ａは、積層された絶縁パネル２，３とカバー４とを有する。ただし、図１では、説明の都合上、これらを積層せず、分解して斜視図により示している。絶縁パネル２、３とカバー４とは、例えば、縦４ｃｍ及び横６ｃｍの矩形状を有し、ＰＥＴフィルム等の絶縁フィルムを用いて形成されている。

絶縁パネル２の表面には、横方向を長手とする矩形状の電極パターン（単に電極と呼ぶ）２ａが設けられている。電極２ａは、ＩＴＯ等の導電材を用いて形成される。電極２ａは、配線を介して検出部２０（後述する切換器２１の入力端）に接続されている。なお、操作体がタッチセンサ１に近接した際に、操作体と後述する電極３ｂとの間で発生する浮遊容量の容量が無視できる程度に（絶縁パネル２の裏面側に配される電極３ｂの浮遊容量の変化が無視できるように）、その誘電率に応じて絶縁パネル２の厚みを定めることとする。

絶縁パネル３の表面には、電極２ａと同じ形状及び同じ大きさを有する電極３ｂが、電極２ａの絶縁パネル２上の位置と同じ位置に設けられている。ただし、「同じ形状」、「同じ大きさ」、及び「同じ位置」とは、電極２ａ（タッチセンサ１）を取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で形状が等しいこと、大きさが等しいこと、及び位置が等しいことを意味する。電極３ｂは、電極２ａと同じ素材、すなわちＩＴＯ等の導電材を用いて形成される。電極３ｂは、配線を介して検出部２０（後述する切換器２１の入力端）に接続されている。

絶縁パネル３上の電極３ｂの上に絶縁パネル２上の電極２ａを位置決めして、絶縁パネル３の表面に絶縁パネル２の裏面が粘着剤等を用いて接着されている。それにより、同じ形状及び同じ大きさの２つの電極２ａ，３ｂが、平行に、且つ絶縁パネル２を介してその表裏に（絶縁パネル２，３が広がる２次元面に平行な方向に関して）同じ位置に設けられる。ここで、「平行」とは、電極２ａ（タッチセンサ１）を取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で平行であることを意味する。それにより、後述するように、電極３ｂを用いて、電極２ａを取り囲む環境の変化、特に環境電磁波によるノイズ（電磁ノイズ）を検出することが可能となる。

さらに、絶縁パネル２の表面にカバー４の裏面が粘着剤等を用いて接着される。それにより、カバー４の表面が、手指等の操作体により操作（タッチ入力）される操作面４ａを形成する。なお、操作体がタッチセンサ１に近接した際に、操作体と電極２ａとの間に生ずる浮遊容量が検出できる程度に（電極２ａに浮遊する浮遊容量の操作体の近接による変化が検出できるように）、その誘電率に応じてカバー４の厚みを定めることとする。

検出部２０は、切換器２１、容量検出器２２、及び信号処理器２３から構成される。ここで、電極２ａ，３ｂが配線を介して切換器２１の２つの入力端にそれぞれ接続され、切換器２１の出力端が容量検出器２２の入力端に接続され、そして容量検出器２２の出力端が信号処理器２３の入力端に接続されている。

切換器２１は、入力φ，φ’に従って、電極２ａ，３ｂの一方を容量検出器２２に、他方をグランド電位に接続する。入力φ，φ’は、パルス生成器（不図示）により、例えば２００μｓｅｃの一定周期でＯＮ信号とＯＦＦ信号を繰り返すパルス信号として生成される。ここで、入力φ，φ’の一方がＯＮ信号の場合、必ず他方はＯＦＦ信号となる。なお、パルス信号の生成周期は一定に限らず、電磁ノイズ、その他、一定の周期に由来するノイズの影響を回避するために、例えばランダムでもよい。切換器２１は、例えばマルチプレクサ、すなわち多数の入力のうちのいずれかを１つの出力に切換接続する多チャンネルスイッチを用いて実装することができる。

切換器２１により、電極２ａ，３ｂが容量検出器２２に接続されることでそれらに浮遊する浮遊容量（静電容量）が検出可能となり、電極２ａ，３ｂがグランド電位に接続されることでそれらの静電容量に貯えられた電荷が放出される。また、電極２ａ（３ｂ）は、グランド電位に接続されることで、電極３ｂ（２ａ）の静電容量を検出する際のシールド電極の役割を果たす。

容量検出器２２は、電極２ａ，３ｂに浮遊する浮遊容量（静電容量）を検出する。容量検出器２２は、切換器２１により電極２ａ，３ｂが切換え接続されると、例えば、その接続された電極を駆動する、すなわちプルアップ抵抗を介して定電圧Ｖｄを印加し、駆動から一定時間（Ｔ_{ｄｅｌａｙ}）経過後の電極の電位Ｖ_ＯＵＴを検出する。ここで、電極の電位Ｖは、駆動からの経過時間ｔに対して指数関数的な振る舞い、すなわち、
Ｖ（ｔ）＝Ｖｄ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）） …（１）
を示す。時定数τは、近似的に、電極の浮遊容量（例えばシールド電極（不図示）とカップリングすることで発生し、〜１０ｐＦ程度の容量を有する）とプルアップ抵抗の抵抗（電極２ａ，３ｂの抵抗に対して十分に大きいとする）との積により与えられる。従って、容量検出器２２により、各電極の電位
Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖｄ（１−ｅｘｐ（−Ｔ_{ｄｅｌａｙ}／τ）） …（２）
が検出される。その検出結果は、デジタル変換されて、信号処理器２３に向けて出力される。

信号処理器２３は、容量検出器２２の出力、すなわち各電極の電位の検出結果Ｖ_ＯＵＴを解析処理して、操作体の近接、すなわちタッチ入力を検出する。浮遊容量（ここでは時定数τを用いて表すこととする）は、検出結果Ｖ_ＯＵＴから、
τ＝−Ｔ_{ｄｅｌａｙ}／ｌｎ（１−Ｖ_ＯＵＴ／Ｖｄ） …（３）
と求められる。信号処理器２３は、求められた電極２ａの浮遊容量τ_２ａがタッチ入力のないときのそれに対して有意に異なる場合（電極２ａと操作体との間に静電容量が生じるため、有意に大きい場合）、タッチ入力を検出する。また、信号処理器２３は、求められた電極３ｂの浮遊容量τ_３ｂが正常時（例えばノイズレベルが安定しているとき）におけるそれに対して有意に異なる場合、ノイズを検出する。なお、タッチ入力の検出手順の詳細は後述する。

タッチセンサ１を用いて操作体の近接（タッチ入力）を検出する手順について説明する。

図２に、タッチ入力の検出手順１００を示すフローチャートを与える。タッチセンサ１の電源が投入されることにより、検出手順１００が開始する。

ステップＳ１０２では、電極３ｂの浮遊容量を検出する。ただし、これに先立って、電極３ｂはグランド電位に接続され、その浮遊容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極３ｂが容量検出器２２に接続され、これと同時に電極２ａがグランド電位に接続される。電極３ｂが容量検出器２２に接続されると、容量検出器２２により駆動から一定時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}経過後の電極３ｂの電位Ｖ_{ＯＵＴ，３ｂ}が検出される。その検出結果は信号処理器２３に送信され、信号処理器２３により式（３）から電極３ｂの浮遊容量τ_３ｂが求められる。

なお、電極２ａがグランド電位に接続されると、電極２ａの浮遊容量に貯えられた電荷が放出される。それにより、次のステップＳ１０４において、電極２ａの電位Ｖ_{ＯＵＴ，２ａ}、すなわち浮遊容量τ_２ａを正確に検出することが可能となる。また、グランド電位に接続された電極２ａが電極３ｂに対するシールド電極の役割を果たすため、上で検出される電極３ｂの浮遊容量τ_３ｂはタッチ入力の影響を受けない。従って、浮遊容量τ_３ｂの検出結果は電極２ａを取り囲む環境の変化によるノイズ（環境ノイズ）を反映することとなる。

ステップＳ１０４では、電極２ａの浮遊容量を検出する。これに先立って、ステップＳ１０２において、電極２ａはグランド電位に接続され、その浮遊容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極２ａが容量検出器２２に接続され、これと同時に電極３ｂがグランド電位に接続される。電極２ａが容量検出器２２に接続されると、容量検出器２２により駆動から一定時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}経過後の電極２ａの電位Ｖ_{ＯＵＴ，２ａ}が検出される。その検出結果は信号処理器２３に送信され、信号処理器２３により式（３）から電極２ａの浮遊容量τ_２ａが求められる。

なお、電極３ｂがグランド電位に接続されると、電極３ｂの浮遊容量に貯えられた電荷が放出される。それにより、次のサイクルにおけるステップＳ１０２において、電極３ｂの電位Ｖ_{ＯＵＴ，３ｂ}、すなわち浮遊容量τ_３ｂを正確に検出することが可能となる。また、グランド電位に接続された電極３ｂが電極２ａに対するシールド電極の役割を果たし、本体部１ａの裏面が遮蔽される、すなわち、例えば検出部２０を構成する電子素子、タッチセンサ１が設けられる電子機器等からの電磁ノイズが遮断されるため、タッチ入力による電極２ａの浮遊容量τ_２ａの変化を精度良く検出することが可能となる。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０２において求められた電極３ｂの浮遊容量τ_３ｂが正常か否かを判断する。電極３ｂは、先述のとおり、操作面４ａに操作体が近接しても（タッチ入力があっても）、操作体との間で浮遊容量を発生しない（発生する浮遊容量の容量は無視できる程度に小さい）。従って、浮遊容量τ_３ｂは電極３ｂのみに浮遊する容量に由来し、その検出結果はタッチセンサ１（すなわち電極２ａ）が置かれた環境の変化を反映する。そこで、浮遊容量τ_３ｂについて予めその容量が正常であると判断する範囲を定め、信号処理器２３はその範囲内に浮遊容量τ_３ｂの検出結果が含まれるか否かを判断する。浮遊容量τ_３ｂの検出結果が範囲内に含まれればタッチセンサ１（電極２ａ）を取り囲む環境は正常と判断され（判断が肯定され）、ステップＳ１０８に進む。範囲内に含まれない場合、環境は異常と判断され（判断が否定され）、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０４において得られた電極２ａの浮遊容量τ_２ａの検出結果を基にタッチ入力の有無を判断し、その結果を出力する。電極２ａは、操作面４ａに操作体が近接することで（タッチ入力により）、操作体との間で浮遊容量を発生する。従って、浮遊容量τ_２ａは、タッチ入力がないときの容量に対して有意に大きな容量を与える。そこで、浮遊容量τ_２ａについて、予め、タッチ入力がないときの容量の上限（リファレンス）を定め、浮遊容量τ_２ａの検出結果がリファレンスより大きいか否かを判断する。信号処理器２３は、浮遊容量τ_２ａの検出結果がリファレンスより大きければ、タッチ入力有りと判断してスイッチ出力する。小さければ、タッチ入力無しと判断してタッチ出力しない。

ステップＳ１１０では、スイッチ出力を抑制する。先のステップＳ１０６においてタッチセンサ１（電極２ａ）を取り囲む環境は異常であると判断されているため、電極２ａの浮遊容量τ_２ａの検出結果を基にタッチ入力有と判断される状況であっても（検出結果がリファレンスより大きくても）、タッチ出力しない。それにより、タッチセンサ１の誤動作が回避される。

ステップＳ１０８又はステップＳ１１０が終了すると、ステップＳ１０２に戻る。タッチセンサ１の電源が落とされるまで上述の手順を繰り返す。

以上詳細に説明したように、第１の実施形態に係るタッチセンサ１によると、操作体が近接する電極２ａ、操作体から隔てられた電極３ｂ、及び電極２ａ，３ｂの浮遊容量（静電容量）を検出し、電極３ｂの静電容量の検出結果が正常な場合に電極２ａの静電容量の検出結果より操作体の近接を検出する検出部２０を備える。操作体から隔てられた電極３ｂの静電容量の検出結果が正常な場合に、電極２ａの静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することができる。

また、第１の実施形態に係るタッチセンサ１によると、電極２ａが設けられた絶縁パネル２の裏面側に、電極２ａと同じ形状及び同じ大きさを有する電極３ｂが、絶縁パネル２と平行に配設された絶縁パネル３上の電極２ａと同じ位置に設けられる。それにより、タッチセンサ１（電極２ａ）が置かれた環境の変化によるノイズ、特に環境電磁波による電磁ノイズを検出することが可能となる。電極３ｂを用いてノイズを検出することで、電極２ａを用いて、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することが可能となる。

また、電極２ａ，３ｂがそれぞれ設けられた絶縁パネル２，３を積層することで、電極２ａ，３ｂが絶縁パネル２の表裏に設けられる。それにより、電極３ｂを用いて、電極２ａ又はこれが設けられた絶縁パネル２に加えられる機械振動等の外力、或いは熱によるノイズも検出することができる。

また、電極３ｂ及びこれが設けられた絶縁パネル３の構成は電極２ａ及びこれが設けられた絶縁パネル２の構成と同じであるため、ノイズ検出用の電極等、特殊な部品を必要とせず、タッチセンサ１を少しの種類の部品から構成することが可能となる。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図３に、第２の実施形態に係るタッチセンサ１の概略構成を示す。タッチセンサ１は、第１の実施形態に係るタッチセンサ１と同様の静電容量式のタッチセンサである。ただし、タッチ入力を検出するスイッチ用の電極が複数（Ｎ）設けられている。なお、第２の実施形態に係るタッチセンサ１の主要構成は先述の第１の実施形態におけるそれとほぼ同様のため、以下では、相違点を中心に説明する。また、第１の実施形態と同一又は同等の部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を省略する。タッチセンサ１は、本体部１ａ及び検出部２０から構成される。

本体部１ａは、積層された絶縁パネル２，３とカバー４とを有する。ただし、図３では、説明の都合上、これらを積層せず、分解して斜視図により示している。

絶縁パネル２の表面には、縦方向を長手とする矩形状のＮの電極２ａ_１〜Ｎが横方向に等間隔に配設されている。ただし、図３では、図示の都合上、一部の電極が省略されている。電極２ａ_１〜Ｎは、配線を介して検出部２０（後述する切換器２１の入力端）に接続されている。

絶縁パネル３の表面には、絶縁パネル２上のＮの電極２ａ_１〜Ｎに対応して、Ｎの電極３ｂ_１〜Ｎが配設されている。ただし、図３では、図示の都合上、一部の電極が省略されている。ここで、電極３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）は、対応する電極２ａ_ｋと同じ形状及び同じ大きさを有し、電極２ａ_ｋの絶縁パネル２上の位置と同じ絶縁パネル３上の位置に設けられている。ただし、「同じ形状」、「同じ大きさ」、及び「同じ位置」とは、電極２ａ_ｋ（タッチセンサ１）のそれぞれを取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で形状が等しいこと、大きさが等しいこと、及び位置が等しいことを意味する。電極３ｂ_１〜Ｎは、配線を介して検出部２０（後述する切換器２１の入力端）に接続されている。

絶縁パネル３上の電極３ｂ_１〜Ｎの上にそれぞれ絶縁パネル２上の電極２ａ_１〜Ｎを位置決めして、絶縁パネル３の表面に絶縁パネル２の裏面が粘着剤等を用いて接着されている。それにより、同じ形状及び同じ大きさのＮ対の電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）が、それぞれ平行に、且つ絶縁パネル２を介してその表裏に（絶縁パネル２，３が広がる２次元面に平行な方向に関して）同じ位置に設けられる。ここで、「平行」とは、電極２ａ_１〜Ｎ（タッチセンサ１）のそれぞれを取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で平行であることを意味する。それにより、後述するように、電極３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を用いて、対応する電極２ａ_ｋを取り囲む環境の変化、特に環境電磁波によるノイズ（電磁ノイズ）を検出することが可能となる。

さらに、絶縁パネル２の表面にカバー４の裏面が粘着剤等を用いて接着される。それにより、カバー４の表面が、手指等の操作体により操作（タッチ入力）される操作面４ａを形成する。

検出部２０は、切換器２１、容量検出器２２、及び信号処理器２３から構成される。ここで、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎが配線を介して切換器２１の２Ｎの入力端にそれぞれ接続され、切換器２１の出力端が容量検出器２２の入力端に接続され、そして容量検出器２２の出力端が信号処理器２３の入力端に接続されている。

切換器２１は、入力φ_１〜Ｎ，φ’_１〜Ｎに従って、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎの１つを容量検出器２２に、それ以外をグランド電位に接続する。入力φ_１〜Ｎ，φ’_１〜Ｎは、パルス生成器（不図示）により、例えば２００μｓｅｃの一定周期でφ_１，φ’_１，φ_２，φ’_２，…，φ_Ｎ，φ’_Ｎの順にＯＮ信号を繰り返すパルス信号として生成される。入力φ_１〜Ｎ，φ’_１〜Ｎの１つがＯＮ信号、その他がＯＦＦ信号となる。

切換器２１により、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎが容量検出器２２に接続されることでそれらに浮遊する浮遊容量（静電容量）が検出可能となり、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎがグランド電位に接続されることでそれらの静電容量に貯えられた電荷が放出される。また、電極２ａ_ｋ（３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ））は、グランド電位に接続されることで、電極３ｂ_ｋ（２ａ_ｋ）の静電容量を検出する際のシールド電極の役割を果たす。

容量検出器２２は、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎに浮遊する浮遊容量（静電容量）を検出する。その詳細は第１の実施形態と同様である。

信号処理器２３は、容量検出器２２の出力、すなわち各電極の電位の検出結果Ｖ_ＯＵＴを解析処理して、操作体の近接、すなわちタッチ入力を検出する。その詳細は第１の実施形態と同様である。

図４に、タッチ入力の検出手順２００を示すフローチャートを与える。タッチセンサ１の電源が投入されることにより、検出手順２００が開始する。なお、予め、浮遊容量τ_３ｂｋ（ｋ＝１〜Ｎ）についてその容量の正常範囲が定められているものとする。また、タッチ入力の有無を判断するための基準（リファレンス）、すなわちタッチ入力がないと判断する浮遊容量τ_２ａｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の上限が定められているものとする。

ステップＳ２０２では、インデックスｋを初期化する。すなわち、インデックスｋに１が代入される。

ステップＳ２０４では、電極３ｂ_ｋ（ここでは電極３ｂ_１）の浮遊容量を検出する。ただし、これに先立って、電極３ｂ_ｋはグランド電位に接続され、その浮遊容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極３ｂ_ｋが容量検出器２２に接続され、これと同時にその他の電極がグランド電位に接続される。電極３ｂ_ｋが容量検出器２２に接続されると、容量検出器２２により駆動から一定時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}経過後の電極３ｂ_ｋの電位Ｖ_{ＯＵＴ，３ｂｋ}が検出される。その検出結果は信号処理器２３に送信され、信号処理器２３により式（３）から電極３ｂ_ｋの浮遊容量τ_３ｂｋが求められる。

なお、電極３ｂ_ｋが容量検出器２２に接続さると同時に、少なくともこれに対応する電極２ａ_ｋがグランド電位に接続されることとする。グランド電位に接続された電極２ａ_ｋが電極３ｂ_ｋに対するシールド電極の役割を果たすため、上で検出される電極３ｂ_ｋの浮遊容量τ_３ｂｋはタッチ入力の影響を受けない。従って、浮遊容量τ_３ｂｋの検出結果は電極２ａ_ｋを取り囲む環境の変化によるノイズ（環境ノイズ）を反映することとなる。

ステップＳ２０６では、電極２ａ_ｋ（ここでは電極２ａ_１）の浮遊容量を検出する。ただし、これに先立って、電極２ａ_ｋはグランド電位に接続され、その浮遊容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極２ａ_ｋが容量検出器２２に接続され、これと同時にその他の電極がグランド電位に接続される。電極２ａ_ｋが容量検出器２２に接続されると、容量検出器２２により駆動から一定時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}経過後の電極２ａ_ｋの電位Ｖ_{ＯＵＴ，２ａｋ}が検出される。その検出結果は信号処理器２３に送信され、信号処理器２３により式（３）から電極２ａ_ｋの浮遊容量τ_２ａｋが求められる。

なお、電極２ａ_ｋが容量検出器２２に接続されると同時に、少なくともこれに対応する電極３ｂ_ｋがグランド電位に接続されることとする。グランド電位に接続された電極３ｂ_ｋが電極２ａ_ｋに対するシールド電極の役割を果たし、本体部１ａの裏面が遮蔽される、すなわち、例えば検出部２０を構成する電子素子、タッチセンサ１が設けられる電子機器等からの電磁ノイズが遮断されるため、タッチ入力による電極２ａ_ｋの浮遊容量τ_２ａｋの変化を精度良く検出することが可能となる。

ステップＳ２０８では、ステップＳ２０４において求められた電極３ｂ_ｋ（ここでは電極３ｂ_１）の浮遊容量τ_３ｂｋ（ここでは浮遊容量τ_３ｂ１）が正常か否かを判断する。信号処理器２３は、浮遊容量τ_３ｂｋの検出結果が予め定められた正常範囲内に含まれるか否かを判断する。浮遊容量τ_３ｂｋの検出結果が範囲内に含まれればタッチセンサ１（電極２ａ_ｋ）を取り囲む環境は正常と判断され（判断が肯定され）、ステップＳ２１０に進む。範囲内に含まれない場合、環境は異常と判断され（判断が否定され）、ステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１０では、ステップＳ２０６において得られた電極２ａ_ｋ（ここでは電極２ａ_１）の浮遊容量τ_２ａｋ（ここでは浮遊容量τ_２ａ１）の検出結果を基にタッチ入力の有無を判断し、その結果を出力する。信号処理器２３は、浮遊容量τ_２ａｋの検出結果がリファレンスより大きければ、電極２ａ_ｋについてタッチ入力有りと判断してスイッチ出力する。小さければ、タッチ入力無しと判断してタッチ出力しない。

ステップＳ２１２では、スイッチ出力を抑制する。先のステップＳ２０８においてタッチセンサ１（電極２ａ_ｋ）を取り囲む環境は異常であると判断されているため、電極２ａ_ｋの浮遊容量τ_２ａｋの検出結果を基にタッチ入力有と判断される状況であっても（検出結果がリファレンスより大きくても）、タッチ出力しない。それにより、タッチセンサ１の誤動作が回避される。

ステップＳ２１０又はステップＳ２１２が終了すると、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、インデックスｋがＮに等しいか否か判断する。すなわち、すべての電極２ａ_１〜Ｎについてのタッチ入力の検出が終了したか否かを判断する。ここでは、インデックスｋ＝１であるため判断は否定され、ステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１６では、インデックスｋを１インクリメントする。ここでは、インデックスｋに２が代入される。ステップＳ２１６が終了すると、ステップＳ２０４に戻る。

以下、ステップＳ２１４の判断が肯定されるまで（インデックスｋがインクリメントされてその値がＮになるまで）、ステップＳ２０４〜Ｓ２１２が繰り返される。すなわち、電極２ａ_２〜Ｎについて順にタッチ入力が検出される。

全ての電極２ａ_１〜Ｎについてタッチ入力の検出が終了すると（インデックスｋの値がＮになると）、ステップＳ２１４の判断が肯定され、ステップＳ２０２に戻る。タッチセンサ１の電源が落とされるまで上述の手順を繰り返す。

以上詳細に説明したように、第２の実施形態に係るタッチセンサ１によると、操作体が近接する複数の電極２ａ_１〜Ｎ、操作体から隔てられ、複数の電極２ａ_１〜Ｎのそれぞれに対応する複数の電極３ｂ_１〜Ｎ、及び複数の電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎの浮遊容量（静電容量）を検出し、電極３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の静電容量の検出結果が正常な場合に複数の電極２ａ_１〜Ｎのうちの対応する電極２ａ_ｋの静電容量の検出結果より操作体の近接を検出する検出部２０を備える。操作体から隔てられた電極３ｂ_ｋの静電容量の検出結果が正常な場合に、対応する電極２ａ_ｋの静電容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することができる。

また、第２の実施形態に係るタッチセンサ１によると、電極２ａ_１〜Ｎが設けられた絶縁パネル２の裏面側に、電極２ａ_１〜Ｎと同じ形状及び同じ大きさを有する電極３ｂ_１〜Ｎが、絶縁パネル２と平行に配設された絶縁パネル３上の電極２ａ_１〜Ｎと同じ位置にそれぞれ設けられる。それにより、タッチセンサ１（電極２ａ_１〜Ｎ）が置かれた環境の変化によるノイズ、特に環境電磁波による電磁ノイズを検出することが可能となる。電極３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を用いてノイズを検出することで、電極２ａ_ｋを用いて、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することが可能となる。

また、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎがそれぞれ設けられた絶縁パネル２，３を積層することで、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎが絶縁パネル２の表裏に設けられる。それにより、電極３ｂ_１〜Ｎを用いて、電極２ａ_１〜Ｎ又はこれが設けられた絶縁パネル２に加えられる機械振動等の外力、或いは熱によるノイズ、電源等の配線を伝わってくるノイズも検出することができる。

また、電極３ｂ_１〜Ｎ及びこれらが設けられた絶縁パネル３の構成は電極２ａ_１〜Ｎ及びこれらが設けられた絶縁パネル２の構成と同じであるため、ノイズ検出用の電極等、特殊な部品を必要とせず、タッチセンサ１を少しの種類の部品から構成することが可能となる。

なお、第２の実施形態に係るタッチセンサ１では、電極２ａ_１〜Ｎのそれぞれの形状を同じとしたが、電磁ノイズによる誤動作を避ける目的より、互いに異なる形状にしてもよい。同様に、電極３ｂ_１〜Ｎの形状も互いに異なる形状にしてよい。ただし、対応する電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の形状は互いに等しいとする。また、電極２ａ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）毎にタッチ入力の有無を判断するためのリファレンスを、電極３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）毎にその容量の正常範囲を定めてもよい。

図５に、タッチ入力の別の検出手順２２０を示すフローチャートを与える。

タッチセンサ１の電源が投入されることにより、検出手順２２０が開始する。なお、予め、浮遊容量τ_３ｂｋ（ｋ＝１〜Ｎ）についてその容量の正常範囲が定められているものとする。また、タッチ入力の有無を判断するための基準（リファレンス）、すなわちタッチ入力がないと判断する浮遊容量τ_２ａｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の上限が定められているものとする。

ステップＳ２２２では、インデックスｋを初期化する。すなわち、インデックスｋに１が代入される。

ステップＳ２２４では、電極３ｂ_ｋ（ここでは電極３ｂ_１）の浮遊容量を検出する。ただし、これに先立って、電極３ｂ_ｋはグランド電位に接続され、その浮遊容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極３ｂ_ｋが容量検出器２２に接続され、これと同時にその他の電極がグランド電位に接続される。電極３ｂ_ｋが容量検出器２２に接続されると、容量検出器２２により駆動から一定時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}経過後の電極３ｂ_ｋの電位Ｖ_{ＯＵＴ，３ｂｋ}が検出される。その検出結果は信号処理器２３に送信され、信号処理器２３により式（３）から電極３ｂ_ｋの浮遊容量τ_３ｂｋが求められる。

ステップＳ２２６では、電極２ａ_ｋ（ここでは電極２ａ_１）の浮遊容量を検出する。ただし、これに先立って、電極２ａ_ｋはグランド電位に接続され、その浮遊容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極２ａ_ｋが容量検出器２２に接続され、これと同時にその他の電極がグランド電位に接続される。電極２ａ_ｋが容量検出器２２に接続されると、容量検出器２２により駆動から一定時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}経過後の電極２ａ_ｋの電位Ｖ_{ＯＵＴ，２ａｋ}が検出される。その検出結果は信号処理器２３に送信され、信号処理器２３により式（３）から電極２ａ_ｋの浮遊容量τ_２ａｋが求められる。

ステップＳ２２８では、インデックスｋがＮに等しいか否か判断する。すなわち、すべての電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎについて浮遊容量の検出が終了したか否かを判断する。ここでは、インデックスｋ＝１であるため判断は否定され、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２３０では、インデックスｋを１インクリメントする。ここでは、インデックスｋに２が代入される。ステップＳ２３０が終了すると、ステップＳ２２４に戻る。

以下、ステップＳ２２８の判断が肯定されるまで（インデックスｋがインクリメントされてその値がＮになるまで）、ステップＳ２２４〜Ｓ２２６が繰り返され、すべての電極２ａ_２〜Ｎ，３ｂ_２〜Ｎの浮遊容量が検出される。

すべての電極２ａ_２〜Ｎ，３ｂ_２〜Ｎの浮遊容量が検出されると（インデックスｋの値がＮになると）、ステップＳ２２８の判断が肯定され、ステップＳ２３２に進む。

ステップＳ２３２では、ステップＳ２２４において求められた電極３ｂ_１−Ｎの浮遊容量τ_{３ｂ１−Ｎ}が正常か否かを判断する。信号処理器２３は、浮遊容量τ_{３ｂ１−Ｎ}の検出結果のそれぞれが予め定められた正常範囲内に含まれるか否かを判断する。浮遊容量τ_{３ｂ１−Ｎ}の検出結果のすべてが範囲内に含まれればタッチセンサ１（電極２ａ_１−Ｎ）を取り囲む環境は正常と判断され（判断が肯定され）、ステップＳ２３４に進む。１つでも範囲内に含まれない場合、環境は異常と判断され（判断が否定され）、ステップＳ２３６に進む。

ステップＳ２３４では、ステップＳ２２６において得られた電極２ａ_１−Ｎの浮遊容量τ_{２ａ１−Ｎ}の検出結果を基にタッチ入力の有無を判断し、その結果を出力する。信号処理器２３は、浮遊容量τ_２ａｋの検出結果がリファレンスより大きければ、電極２ａ_ｋについてタッチ入力有りと判断してスイッチ出力する。小さければ、タッチ入力無しと判断してタッチ出力しない。すべての電極２ａ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の検出結果について検証する。

ステップＳ２３６では、スイッチ出力を抑制する。先のステップＳ２３２においてタッチセンサ１（電極２ａ_１−Ｎ）を取り囲む環境は異常であると判断されているため、電極２ａ_１−Ｎの浮遊容量τ_{２ａ１−Ｎ}の検出結果を基にタッチ入力有と判断される状況であっても（検出結果がリファレンスより大きくても）、タッチ出力しない。それにより、タッチセンサ１の誤動作が回避される。

ステップＳ２３４又はステップＳ２３６が終了すると、ステップＳ２２２に戻る。タッチセンサ１の電源が落とされるまで上述の手順を繰り返す。

複数の電極３ｂ_１−Ｎのうちのいずれか（電極３ｂ_ｋ）の静電容量の検出結果が異常の場合、対応する電極２ａ_ｋだけでなくその他の電極も電磁ノイズの影響下にあると考えられる。そこで、検出手順２２０では、複数の電極３ｂ_１−Ｎの静電容量の検出結果のすべてが正常の場合に複数の電極２ａ_１−Ｎの静電容量の検出結果のそれぞれより操作体の近接を検出し、複数の電極３ｂ_１−Ｎの静電容量の検出結果のうちの１でも異常の場合にスイッチ出力を抑制することで、誤動作することなく操作体の近接を検出することができる。

《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

図６に、第３の実施形態に係るタッチセンサ１の概略構成を示す。タッチセンサ１は、第１及び第２の実施形態に係るタッチセンサ１と同様の静電容量式のタッチセンサである。ただし、タッチ入力を検出するスイッチ用の電極が偶数（一例として２）設けられている。また、第１及び第２の実施形態では個々の電極に浮遊する自己容量が検出されるのに対し、本実施形態では複数（ここでは２つ）の電極間に寄生する相互容量が検出される。なお、第３の実施形態に係るタッチセンサ１の主要構成は先述の第１及び第２の実施形態におけるそれとほぼ同様のため、以下では、相違点を中心に説明する。また、第１及び第２の実施形態と同一又は同等の部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を省略する。タッチセンサ１は、本体部１ａ及び検出部２０から構成される。

本体部１ａは、積層された絶縁パネル２，３とカバー４とを有する。ただし、図６では、説明の都合上、これらを積層せず、分解して斜視図により示している。

絶縁パネル２の表面には、横方向を長手とする矩形状の２の電極２ａ_１，２ａ_２が配設されている。電極２ａ_１，２ａ_２は、配線を介して検出部２０（後述する切換器２１の入力端）に接続されている。

絶縁パネル３の表面には、絶縁パネル２上の２つの電極２ａ_１，２ａ_２に対応して、２つの電極３ｂ_１，３ｂ_２が配設されている。ここで、電極３ｂ_１（３ｂ_２）は、対応する電極２ａ_１（２ａ_２）と同じ形状及び同じ大きさを有し、電極２ａ_１（２ａ_２）の絶縁パネル２上の位置と同じ絶縁パネル３上の位置に設けられている。ただし、「同じ形状」、「同じ大きさ」、及び「同じ位置」とは、電極２ａ_１，２ａ_２（タッチセンサ１）のそれぞれを取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で形状が等しいこと、大きさが等しいこと、及び位置が等しいことを意味する。電極３ｂ_１，３ｂ_２は、配線を介して検出部２０（後述する切換器２１の入力端）に接続されている。

絶縁パネル３上の電極３ｂ_１，３ｂ_２の上にそれぞれ絶縁パネル２上の電極２ａ_１，２ａ_２を位置決めして、絶縁パネル３の表面に絶縁パネル２の裏面が粘着剤等を用いて接着されている。それにより、同じ形状及び同じ大きさの２対の電極２ａ_１，３ｂ_１及び電極２ａ_２，３ｂ_２が、それぞれ平行に、且つ絶縁パネル２を介してその表裏に（絶縁パネル２，３が広がる２次元面に平行な方向に関して）同じ位置に設けられる。ここで、「平行」とは、電極２ａ_１，２ａ_２（タッチセンサ１）のそれぞれを取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で平行であることを意味する。それにより、後述するように、電極３ｂ_１，３ｂ_２を用いて、対応する電極２ａ_１，２ａ_２を取り囲む環境の変化、特に環境電磁波によるノイズ（電磁ノイズ）を検出することが可能となる。

検出部２０は、切換器２１、相互容量検出器２２ａ、及び信号処理器２３ａから構成される。ここで、電極２ａ_１，２ａ_２，３ｂ_１，３ｂ_２が配線を介して切換器２１の４つの入力端にそれぞれ接続され、切換器２１の出力端が容量検出器２２ａの入力端に接続され、そして容量検出器２２ａの出力端が信号処理器２３ａの入力端に接続されている。

切換器２１は、入力φ，φ’に従って、電極２ａ_１，２ａ_２又は電極３ｂ_１，３ｂ_２の一方を相互容量検出器２２ａに、他方をグランド電位に接続する。入力φ，φ’は、パルス生成器（不図示）により、例えば２００μｓｅｃの一定周期でＯＮ信号とＯＦＦ信号を繰り返すパルス信号として生成される。ここで、入力φ，φ’の一方がＯＮ信号の場合、必ず他方はＯＦＦ信号となる。

切換器２１により、電極２ａ_１，２ａ_２又は電極３ｂ_１，３ｂ_２が相互容量検出器２２ａに接続されることでそれらの電極間に寄生する相互容量が検出可能となり、電極２ａ_１，２ａ_２又は電極３ｂ_１，３ｂ_２がグランド電位に接続されることでそれら間の相互容量（とともにそれぞれに浮遊する浮遊容量）に貯えられた電荷が放出される。また、電極２ａ_１，２ａ_２（３ｂ_１，３ｂ_２）は、グランド電位に接続されることで、電極３ｂ_１，３ｂ_２（２ａ_１，２ａ_２）の相互容量を検出する際のシールド電極の役割を果たす。

相互容量検出器２２ａは、電極２ａ_１，２ａ_２又は電極３ｂ_１，３ｂ_２の間に寄生する相互容量を検出する。容量検出器２２ａは、切換器２１により電極２ａ_１，２ａ_２（３ｂ_１，３ｂ_２）が接続されると、一方の電極を駆動して相互容量に電荷を蓄積し、他方の電極を用いて相互容量に蓄積された電荷量を検出する。電荷量の検出結果は、デジタル変換されて、信号処理器２３ａに向けて出力される。

信号処理器２３ａは、容量検出器２２ａの出力、電極２ａ_１，２ａ_２及び電極３ｂ_１，３ｂ_２の電荷量の検出結果を解析処理して、操作体の近接、すなわちタッチ入力を検出する。信号処理器２３ａは、電極２ａ_１，２ａ_２の電荷量の検出結果からそれらの電極間に寄生する相互容量を求め、その相互容量τ_２がタッチ入力のないときのそれに対して有意に異なる場合（電極と操作体との間に静電容量が生じるため、有意に大きい場合）、電極２ａ_１，２ａ_２へのタッチ入力を検出する。また、信号処理器２３ａは、求められた電極３ｂ_１，３ｂ_２間の相互容量τ_３が正常時（例えばノイズレベルが安定しているとき）におけるそれに対して有意に異なる場合、ノイズを検出する。なお、タッチ入力の検出手順の詳細は後述する。

図７に、タッチ入力の検出手順３００を示すフローチャートを与える。タッチセンサ１の電源が投入されることにより、検出手順３００が開始する。なお、予め、相互容量τ_３についてその容量の正常範囲が定められているものとする。また、タッチ入力の有無を判断するための基準（リファレンス）、すなわちタッチ入力がないと判断する相互容量τ_２の上限が定められているものとする。

ステップＳ３０２では、電極３ｂ_１，３ｂ_２の相互容量を検出する。ただし、これに先立って、電極３ｂ_１，３ｂ_２はグランド電位に接続され、その相互容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極３ｂ_１，３ｂ_２が容量検出器２２ａに接続され、これと同時に電極２ａ_１，２ａ_２がグランド電位に接続される。電極３ｂ_１，３ｂ_２が容量検出器２２ａに接続されると、容量検出器２２ａにより一方の電極が駆動され、他方の電極を用いて電極３ｂ_１，３ｂ_２間の相互容量に蓄積された電荷量が検出される。その検出結果は信号処理器２３ａに送信され、信号処理器２３ａにより電極３ｂ_１，３ｂ_２間の相互容量τ_３が求められる。

なお、グランド電位に接続された電極２ａ_１，２ａ_２が電極３ｂ_１，３ｂ_２に対するシールド電極の役割を果たすため、上で検出される電極３ｂ_１，３ｂ_２の相互容量τ_３はタッチ入力の影響を受けない。従って、相互容量τ_３の検出結果は電極２ａ_１，２ａ_２を取り囲む環境の変化によるノイズ（環境ノイズ）を反映することとなる。

ステップＳ３０４では、電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量を検出する。ただし、これに先立って、電極２ａ_１，２ａ_２はグランド電位に接続され、その相互容量に貯えられた電荷は十分に放出されているものとする。切換器２１により、電極２ａ_１，２ａ_２が容量検出器２２ａに接続され、これと同時に電極３ｂ_１，３ｂ_２がグランド電位に接続される。電極２ａ_１，２ａ_２が容量検出器２２ａに接続されると、容量検出器２２ａにより一方の電極が駆動され、他方の電極を用いて電極２ａ_１，２ａ_２間の相互容量に蓄積された電荷量が検出される。その検出結果は信号処理器２３ａに送信され、信号処理器２３ａにより電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量τ_２が求められる。

なお、グランド電位に接続された電極３ｂ_１，３ｂ_２が電極２ａ_１，２ａ_２に対するシールド電極の役割を果たし、本体部１ａの裏面が遮蔽される、すなわち、例えば検出部２０を構成する電子素子、タッチセンサ１が設けられる電子機器等からの電磁ノイズが遮断されるため、タッチ入力による電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量τ_２の変化を精度良く検出することが可能となる。

ステップＳ３０６では、ステップＳ３０２において求められた電極３ｂ_１，３ｂ_２の相互容量τ_３が正常か否かを判断する。信号処理器２３ａは、相互容量τ_３の検出結果が予め定められた正常範囲内に含まれるか否かを判断する。相互容量τ_３の検出結果が範囲内に含まれればタッチセンサ１（電極２ａ_１，２ａ_２）を取り囲む環境は正常と判断され（判断が肯定され）、ステップＳ３０８に進む。範囲内に含まれない場合、環境は異常と判断され（判断が否定され）、ステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３０８では、ステップＳ３０４において得られた電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量τ_２の検出結果を基にタッチ入力の有無を判断し、その結果を出力する。信号処理器２３ａは、相互容量τ_２の検出結果がリファレンスより大きければ、電極２ａ_１，２ａ_２ついてタッチ入力有りと判断してスイッチ出力する。小さければ、タッチ入力無しと判断してタッチ出力しない。

ステップＳ３１０では、スイッチ出力を抑制する。先のステップＳ３０６においてタッチセンサ１（電極２ａ_１，２ａ_２）を取り囲む環境は異常であると判断されているため、電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量τ_２の検出結果を基にタッチ入力有と判断される状況であっても（検出結果がリファレンスより大きくても）、タッチ出力しない。それにより、タッチセンサ１の誤動作が回避される。

ステップＳ３０８又はステップＳ３１０が終了すると、ステップＳ３０２に戻る。タッチセンサ１の電源が落とされるまで上述の手順を繰り返す。

以上詳細に説明したように、第３の実施形態に係るタッチセンサ１によると、操作体が近接する電極２ａ_１，２ａ_２、操作体から隔てられ、電極２ａ_１，２ａ_２のそれぞれに対応する電極３ｂ_１，３ｂ_２、及び電極２ａ_１，２ａ_２又は電極３ｂ_１，３ｂ_２の相互容量を検出し、電極３ｂ_１，３ｂ_２の相互容量の検出結果が正常な場合に電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量の検出結果より操作体の近接を検出する検出部２０を備える。操作体から隔てられた電極３ｂ_１，３ｂ_２の相互容量の検出結果が正常な場合に、電極２ａ_１，２ａ_２の相互容量の検出結果より操作体の近接を検出することで、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することができる。

また、第３の実施形態に係るタッチセンサ１によると、電極２ａ_１，２ａ_２が設けられた絶縁パネル２の裏面側に、電極２ａ_１，２ａ_２と同じ形状及び同じ大きさを有する電極３ｂ_１，３ｂ_２が、絶縁パネル２と平行に配設された絶縁パネル３上の電極２ａ_１，２ａ_２と同じ位置にそれぞれ設けられる。それにより、タッチセンサ１（電極２ａ_１，２ａ_２）が置かれた環境の変化によるノイズ、特に環境電磁波による電磁ノイズを検出することが可能となる。電極３ｂ_１，３ｂ_２を用いてノイズを検出することで、電極２ａ_１，２ａ_２を用いて、誤動作することなく操作体の近接（タッチ入力）を検出することが可能となる。

また、電極２ａ_１，２ａ_２及び電極３ｂ_１，３ｂ_２がそれぞれ設けられた絶縁パネル２，３を積層することで、電極２ａ_１，２ａ_２及び電極３ｂ_１，３ｂ_２が絶縁パネル２の表裏に設けられる。それにより、電極３ｂ_１，３ｂ_２を用いて、電極２ａ_１，２ａ_２又はこれが設けられた絶縁パネル２に加えられる機械振動等の外力、或いは熱によるノイズ、電源等の配線を伝わってくるノイズも検出することができる。

また、電極３ｂ_１，３ｂ_２及びこれらが設けられた絶縁パネル３の構成は電極２ａ_１，２ａ_２及びこれらが設けられた絶縁パネル２の構成と同じであるため、ノイズ検出用の電極等、特殊な部品を必要とせず、タッチセンサ１を少しの種類の部品から構成することが可能となる。

なお、第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、電極２ａ_１，２ａ_２のそれぞれの形状を同じとしたが、電磁ノイズによる誤動作を避ける目的より、互いに異なる形状にしてもよい。同様に、電極３ｂ_１，３ｂ_２の形状も互いに異なる形状にしてよい。ただし、対応する電極２ａ_１，３ｂ_１及び２ａ_２，３ｂ_２の形状は互いに等しいとする。

また、第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、タッチ入力を検出するスイッチ用の電極として２つの電極２ａ_１，２ａ_２を設けたが、２に限らず任意の偶数（２Ｎ）設けることとしてもよい。これに応じて、ノイズ検出用の電極も同数設けることとする。このとき、スイッチ用のＮの電極を絶縁パネル２の縦方向を長手としてその上に横方向に配設し、残りのＮの電極を絶縁パネル２の横方向を長手としてその上に縦方向に配設し、２Ｎの電極を格子状に配設してもよい。ノイズ検出用の２Ｎの電極も、同様に絶縁パネル３上に配設する。それにより、タッチセンサ１（操作面４ａ）上の操作体のタッチ位置が検出可能となる。

また、第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、２つの電極２ａ_１，２ａ_２の間に寄生す相互容量を検出することでタッチ入力を検出することとしたが、これとともに、第１及び第２の実施形態と同様に２つの電極２ａ_１，２ａ_２のそれぞれに浮遊する浮遊容量を検出してもよい。図８に、タッチセンサ１の変形構成を示す。切換器２１は、入力φ_１，φ_２，φ_１’，φ_２’に従って、２つの電極２ａ_１，２ａ_２の間に寄生する相互容量を検出する場合、それらを相互容量検出器２２ａに接続し、残りの電極をグランド電位に接続する。２つの電極３ｂ_１，３ｂ_２の間に寄生する相互容量を検出する場合、それらを相互容量検出器２２ａに接続し、残りの電極をグランド電位に接続する。切換器２１は、入力φ_１，φ_２，φ_１’，φ_２’に従って、電極２ａ_１，２ａ_２，３ｂ_１，３ｂ_２のそれぞれに浮遊する浮遊容量を検出する場合、その電極を自己容量検出器（第１及び第２の実施形態における容量検出器）２２に接続し、残りの電極をグランド電位に接続する。電極３ｂ_１，３ｂ_２の間の相互容量だけでなくそれぞれの自己容量（静電容量）をもノイズ検出のために使用することで、より確実にノイズ（特に電磁ノイズ）を検出することが可能となる。

なお、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２がそれぞれ設けられた絶縁パネル２，３を積層することで、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２を絶縁パネル２を挟んでその表裏に設けることとしたが、これに限らず、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）、又は電極２ａ_１，３ｂ_１及び２ａ_２，３ｂ_２を平行且つその平行な方向に関して同じ位置に配設するのであれば、例えば、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２がそれぞれ設けられた絶縁パネル２，３を間隙を挟んで平行に配設してもよい。また、電極３ｂ、電極３ｂ_ｋ、又は電極３ｂ_１，３ｂ_２を、絶縁パネル２の裏面の電極２ａ、電極２ａ_ｋ、又は電極２ａ_１，２ａ_２と同じ位置に設けても良い。電極３ｂ、電極３ｂ_１〜Ｎ、又は電極３ｂ_１，３ｂ_２は、電極２ａ、電極２ａ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２を挟んで操作体から隔てられる。それにより、電極３ｂ、電極３ｂ_ｋ、又は電極３ｂ_１，３ｂ_２の電位又は電荷量を検出して電極２ａ、電極２ａ_ｋ、又は電極２ａ_１，２ａ_２を取り囲む環境の変化、特に環境電磁波によるノイズ（電磁ノイズ）を検出することができる。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、２つの電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）、電極２ａ_１，３ｂ_１及び電極２ａ_２，３ｂ_２は互いに同じ形状及び同じ大きさを有し、互いに平行に、その平行な方向に関して同じ位置に設けることとした。ここで、「同じ形状」、「同じ大きさ」、及び「同じ位置」とは、電極２ａ，２ａ_１〜Ｎ，２ａ_１，２ａ_２（タッチセンサ１）を取り囲み得る環境電磁波の波長に対して十分良い近似で形状が等しいこと、大きさが等しいこと、及び位置が等しいことを意味するものとしたが、電極２ａ，３ｂ，２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ，２ａ_１，２ａ_２，３ｂ_１，３ｂ_２の製造誤差の範囲内で形状が等しいこと、大きさが等しいこと、及び位置が等しいことを含め、実質的に等しいことも意味するものとする。例えば、矩形状の電極２ａに対してその４つの角部を丸めた略矩形状の電極３ｂは、環境電磁波が電極２ａに共振すれば電極３ｂにもほぼ同様に共振するため、実質的に「同じ形状」、「同じ大きさ」、及び「同じ位置」に設けられているに等しい。

また、「環境電磁波の波長に対して十分良い近似」とは、今日において使用可能な電磁波の波長に対して十分良い近似を意味するものとし、例えば無線通信等において周波数３００ｋＨｚ〜３０ＧＨｚの電磁波が使用されていることから、一例として〜１ＧＨｚの電磁波について、その波長（約１０ｃｍ）に対して、望ましくは共振を生ずるその波長の４分の１（約２．５ｃｍ）に対して、安全係数１０分の１程度の約１ｃｍ、望ましくは約０．２５ｃｍのオーダで近似することを意味するものとする。また、安全係数もタッチセンサ１が使用される条件等により適切に定めることとする。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、すべての電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２について１組の容量検出器２２及び信号処理器２３を設けたが、それらの数は任意であり、例えば、第１実施形態に係るタッチセンサ１においては電極２ａ及び電極３ｂについて各１組設ける、第２実施形態に係るタッチセンサ１においては電極２ａ_１〜Ｎ及び電極３ｂ_１〜Ｎについて各１組設ける、第３実施形態に係るタッチセンサ１においては電極２ａ_１，２ａ_２及び電極３ｂ_１，３ｂ_２について各１組設けることとしてもよい。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２の電位又は電荷量の検出結果からそれらの浮遊容量又は相互容量を求め、その結果をリファレンス等と比較することでタッチ入力又はノイズを検出したが、これに限らず、電位又は電荷量の検出結果をリファレンス等と比較することでタッチ入力又はノイズを検出することとしてもよい。係る場合、予め、電位又は電荷量に対するリファレンス或いは正常範囲を定めることとする。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、検出部２０（容量検出器２２又は相互容量検出器２２ａ）により電極２ａ，３ｂ，２ａ_１〜Ｎ，３ｂ_１〜Ｎ、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２の電位又は電荷量を検出することによりそれらの浮遊容量を検出することとしたが、浮遊容量を検出することができれば電位及び電荷量に限らず、浮遊容量に関係するその他の量を検出することとしてもよい。例えば、各電極を駆動後、その電位が定められた基準レベルに達するのに要する経過時間等、電位の時間応答特性を検出することとしてもよい。その他、発振回路を構成し、これを用いて発振周波数の変化を検出してもよいし、自己容量を検出する場合においても電極に帯電した（浮遊容量に蓄積された）電荷の量を検出してもよい。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、検出部２０は電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２の両方の浮遊容量（自己容量又は相互容量）を検出し、その結果を用いてタッチセンサ１（すなわち電極２ａ、電極２ａ_ｋ、又は電極２ａ_１，２ａ_２）を取り囲む環境が正常であるか判断するとともに、操作体の近接（タッチ入力）を検出することとしたが、それに限らず、検出部２０は、まず、電極３ｂ、電極３ｂ_ｋ、又は電極３ｂ_１，３ｂ_２の浮遊容量を検出し、その検出結果が正常な場合に電極２ａ、電極２ａ_ｋ、又は電極２ａ_１，２ａ_２の浮遊容量を検出し、その検出結果よりタッチ入力を検出することとしてもよい。それにより、誤動作することなく操作体の近接を検出することができるとともに、電極３ｂ、電極３ｂ_ｋ、又は電極３ｂ_１，３ｂ_２の浮遊容量の検出結果が異常な場合には電極２ａ、電極２ａ_ｋ、又は電極２ａ_１，２ａ_２の浮遊容量の検出を省くことができる。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１では、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２の一方を容量検出器２２に接続すると同時に、他方をグランド電位に接続することとしたが、グランド電位に限らず、シールド電位等の固定された電位（固定電位）に接続することとしてもよい。なお、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２は、例えば、その裏面側等、電位の変動要因から遮蔽するために導体を設けることでシールドされる。電極は、その導体にクランプすることで、シールド電位に接続することができる。それにより、グランド電位に接続する場合と同様に、電極の静電容量に貯えられた電荷が放出される。また、他方の電極の静電容量を検出する際のシールド電極の役割を果たす。

また、第１〜第３の実施形態に係るタッチセンサ１において、電極２ａ，３ｂ、電極２ａ_ｋ，３ｂ_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）、又は電極２ａ_１，２ａ_２及び３ｂ_１，３ｂ_２の間に１つ以上の別の電極を設けてもよい。例えば、絶縁パネル２，３の間に別の絶縁パネルを設け、その絶縁パネルの表面に１つ以上の別の電極を設けてもよい。

本発明のタッチセンサは、電極を取り囲む環境が変化しても、誤動作することなく操作体の近接を検出するのに好適である。

１…タッチセンサ、１ａ…本体部、２，３…絶縁パネル、２ａ，２ａ_１〜Ｎ，２ａ_１，２ａ_２，３ｂ，３ｂ_１〜Ｎ，３ｂ_１，３ｂ_２…電極、４…カバー、４ａ…操作面、２０…検出部、２１…切換器、２２（２２ａ）…容量検出器（相互容量検出器）、２３，２３ａ…信号処理器、１００，２００，２２０，３００…検出手順。

Claims

操作体の近接を検出するタッチセンサであって、
操作体が近接する第１電極と、
前記操作体から隔てられた第２電極と、
前記第１及び第２電極の静電容量を検出し、前記第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に前記第１電極の静電容量の検出結果より前記操作体の近接を検出する検出部と、
を備えるタッチセンサ。
前記第２電極は、前記第１電極と同じ形状及び同じ大きさを有することを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサ。
前記第１電極は、基板の表面に形成され、
前記第２電極は、前記基板の裏面の前記第１電極と同じ位置に形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタッチセンサ。
前記第１電極は、基板上に形成され、
前記第２電極は、前記基板と平行に配される別の基板上の前記平行な方向に関して前記第１電極と同じ位置に形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のタッチセンサ。
前記第２電極は、前記操作体から前記第１電極を挟んで隔てられ、
前記検出部は、前記第１及び第２電極の一方の静電容量を検出する際に、他方を固定電位に接続することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
前記検出部は、前記第２電極の静電容量を検出し、該検出結果が正常な場合に前記第１電極の静電容量の検出し、該検出結果より前記操作体の近接を検出することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
前記第１電極を複数備え、
前記第２電極を前記複数の第１電極のそれぞれに対応して複数備え、
前記検出部は、前記複数の第１及び第２電極の静電容量を検出し、前記複数の第２電極のうちの少なくとも１つの第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に前記複数の第１電極のうちの対応する第１電極の静電容量の検出結果より前記操作体の近接を検出することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
前記複数の第２電極は、前記操作体から前記複数の第１電極を挟んで隔てられ、
前記検出部は、前記複数の第１及び第２電極のうちの１つ電極の静電容量を検出する際に、前記複数の第１及び第２電極のうちの少なくとも前記１つの電極に対応する電極を固定電位に接続することを特徴とする、請求項７に記載のタッチセンサ。
前記検出部は、前記複数の第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に前記複数の第１電極の静電容量の検出結果より前記操作体の近接を検出することを特徴とする、請求項７又は８に記載のタッチセンサ。
前記第１電極を少なくとも２つ備え、
前記第２電極を前記２つの第１電極のそれぞれに対応して少なくとも２つ備え、
前記検出部は、前記２つの第１電極の間の静電容量及び前記２つの第２電極の間の静電容量を検出し、前記２つの第２電極の間の静電容量の検出結果が正常な場合に前記２つの第１電極の間の静電容量の検出結果より前記操作体の近接を検出することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
前記２つの第２電極は、前記操作体から前記２つの第１電極を挟んで隔てられ、
前記検出部は、前記各２つの第１及び第２電極のうちの一方の２つの電極の間の静電容量を検出する際に、他方の２つの電極を固定電位に接続することを特徴とする、請求項１０に記載のタッチセンサ。
前記検出部は、さらに、前記２つの第１電極のうちの一方の第１電極及び該第１電極に対応する前記２つの第２電極のうちの一方の第２電極の静電容量を検出し、前記第２電極の静電容量の検出結果が正常な場合に前記第１電極の静電容量の検出結果より前記操作体の近接を検出することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のタッチセンサ。