JP2012243072A - Capacitance type touch sensor - Google Patents
Capacitance type touch sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012243072A JP2012243072A JP2011112287A JP2011112287A JP2012243072A JP 2012243072 A JP2012243072 A JP 2012243072A JP 2011112287 A JP2011112287 A JP 2011112287A JP 2011112287 A JP2011112287 A JP 2011112287A JP 2012243072 A JP2012243072 A JP 2012243072A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- touch
- switch
- switches
- touch switches
- output voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
Description
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。 The present invention relates to a capacitive touch sensor, and more particularly to a differential capacitive touch sensor having a waterproof function.
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。 In recent years, a capacitive touch sensor has been widely used as a function operation switch for ON / OFF and channel selection of various electronic devices such as a mobile electronic device such as a mobile phone, a television, and a personal computer.
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。 In a capacitive touch sensor, a change in capacitance occurs when a human fingertip touches the touch switch, the change in capacitance is converted into an electrical signal, and the touch switch is converted based on the electrical signal. Detecting an operation.
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。 In this case, as described in Patent Document 1, it is effective to employ a differential capacitive touch sensor in order to cancel electrical noise applied to the touch switch. In this capacitive touch sensor, a pair of touch switches form a differential pair, and a differential input is made to a charge amplifier that converts a change in capacitance into an electrical signal. This is to detect the difference in electrostatic capacity.
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。 In the capacitive touch sensor, even when water adheres to the surface of the touch switch, the capacitance changes in the same manner as when a human finger touches the touch switch. If the amount of water adhering to the touch switch is small, the change in capacitance is relatively small, so that a human finger can be distinguished from water.
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。 However, depending on the usage environment of the electronic device in which the capacitive touch sensor is incorporated, a large amount of water adheres to the touch switch, resulting in a change in capacitance that antagonizes a human finger. I can't. For example, in a television set installed in a water environment such as a bathroom, a large amount of water sprayed from a shower may adhere to the touch switch of the television. Since the shower body is grounded, the water jetted from the shower is also grounded, and has the same characteristics as an electrically grounded human finger.
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。 In particular, differential capacitive touch sensors are easily affected by water adhesion, and if only touch sensors are listed, a large amount of water adhesion is detected by differential pair cancellation, resulting in false detection of switch operation. There is a problem of causing.
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。 The capacitance-type touch sensor of the present invention includes an insulating substrate, a row arranged on the insulating substrate, a center electrode, and an annular electrode disposed around the center electrode. And 2n (n is a natural number greater than or equal to 2) touch switches in which capacitance is formed between the annular electrodes, and among the 2n touch switches, even number 2m (m is 0 to n-1). A switch selection circuit for sequentially selecting a pair of touch switches composed of a pair of touch switches having an odd number (2m + 1) and a touch switch having an odd number (2m + 1), and a selection by the switch selection circuit. A differential type charge amplifier that sequentially outputs an output voltage proportional to a difference in capacitance between the pair of touch switches corresponding to the n pairs of touch switches, and sequentially outputs from the charge amplifier. A capacitive touch sensor that detects a switch operation of the touch switch based on an output voltage corresponding to the n pairs of touch switches, wherein the n number of touch switches to which the even number 2m is assigned is an even number The n touch switches that are arranged in order and that are given odd numbers (2m + 1) are arranged in the order of odd numbers next to the row of touch switches that are given even numbers.
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。 According to the capacitive touch sensor of the present invention, using the noise canceling function of the differential pair in the differential method, the water adhesion and the finger of a human finger can be obtained in a water environment where a large amount of water adheres to the touch switch. It is possible to realize a waterproof function of the touch sensor that makes the distinction from contact clear and enables the switch operation only when a human finger touches it.
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。 The present inventors diligently studied a method for distinguishing between water adhesion and human fingers in a water field environment where a large amount of water adheres to the touch switch. A human finger touches only one touch switch, whereas water sprayed from a shower or water faucet often adheres to multiple touch switches. It has the characteristic of spreading from a touch switch to other adjacent touch switches.
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。 Therefore, the present inventor pays attention to such a difference in characteristics between human fingers and water, and devise the arrangement of the touch switch to provide a waterproof function that is sensitive only when a human finger touches. It came to realize the capacitive touch sensor with it.
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。 Furthermore, since the time during which water from a shower or the like is attached is shorter than the time during which a human finger touches the touch switch, the output voltage of the charge amplifier that is the output of the capacitive touch sensor The time integral value is calculated, and the waterproof function is complemented based on the time integral value.
＜＜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。
<< First Embodiment >>
[Overall Configuration of Capacitive Touch Sensor 100]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a capacitive touch sensor 100 according to the first embodiment of the present invention. The capacitive touch sensor 100 includes a touch panel unit 20 and a signal processing unit 30. The touch panel unit 20 includes eight touch switches SW0 to SW7 and a clock supply line 4 arranged in a line on an insulating substrate 1 such as a PCB substrate. The signal processing unit 30 includes a switch selection circuit 5, a first clock generator 6, a charge amplifier 7, an AD converter 8, an interface circuit 9, and a microcomputer 10 (an example of a CPU). The signal processing unit 30 can be built in one IC.
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。 In this case, the signal processing unit 30 is formed by one IC including the switch selection circuit 5, the first clock generator, the charge amplifier 7, the AD converter 8, and the interface circuit 9, and the microcomputer 10 is another IC. It can also be formed.
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。 In the touch panel unit 20, the touch switches SW0 to SW7 have center electrodes 2-0 to 2-7 and annular electrodes 3 arranged around the center electrodes 2-0 to 2-7, respectively. Capacitances C0 to C7 are formed between the central electrodes 2-0 to 2-7 and the annular electrode 3. The annular electrodes 3 are connected to each other by the clock supply line 4, and the clock Cdrv from the first clock generator 6 is supplied via the output terminal P 8 of the signal processing unit 30 and the clock supply line 4. ing.
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。 The four touch switches SW0, SW2, SW4, SW6 to which the even numbers 0, 2, 4, 6 are assigned are arranged from left to right in the order of the even numbers, and the odd numbers 1, 3, 5, 7 are assigned. The four touch switches SW1, SW3, SW5, and SW7 arranged next to the four touch switches SW0, SW2, SW4, and SW6 to which the even numbers are assigned are arranged from left to right in order of odd numbers. Has been.
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。 In the signal processing unit 30, the center electrodes 2-0 to 2-7 of the touch switches SW0 to SW7 are connected to input terminals P0 to P7 of the switch selection circuit 5, respectively. The switch selection circuit 5 includes four touch switches SW0, SW2, SW4, and SW6 assigned with even numbers 0, 2, 4, and 6, and four that are assigned odd numbers 1, 3, 5, and 7. The four pairs of touch switches (SW0, SW1), (SW2, SW3), (SW4, SW5), and (SW6, SW7), which are composed of touch switches SW1, SW3, SW5, and SW7, are sequentially used as differential pairs. select. The switch selection circuit 5 can be configured by a multiplexer.
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。 First, when the touch switches (SW0, SW1) forming the differential pair are selected, the center electrode 2-0 of the touch switch SW0 is input to the inverting input terminal (−) of the charge amplifier 7 at the next stage and touched. The center electrode 2-1 of the switch SW1 is input to the non-inverting input terminal (+) of the charge amplifier 7. Next, when the touch switches (SW2, SW3) forming the differential pair are selected, the center electrode 2-2 of the touch switch SW2 is input to the inverting input terminal (−) of the charge amplifier 7, and the touch switch SW3. The central electrode 2-3 is input to the non-inverting input terminal (+) of the charge amplifier 7. The same applies to the touch switches (SW4, SW5) and (SW6, SW7) forming the differential pair.
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。 As shown in FIG. 2, the charge amplifier 7 has four pairs of touch switches (SW0, SW1), (SW2, SW3), (SW4, SW5), (SW6, SW7) selected by the switch selection circuit 5. Output voltages Vout (1) to Vout (4) proportional to the difference in capacitance are sequentially output.
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。 First, when touch switches (SW0, SW1) forming a differential pair are selected, the differential charge amplifier 7 is formed between the center electrode 2-1 and the annular electrode 3 of the touch switch SW1. An output voltage Vout (1) proportional to the capacitance C1 and the capacitance value difference ΔC of the capacitance C0 formed between the center electrode 2-0 and the annular electrode 3 of the touch switch SW0 is output. Next, when the touch switches (SW2, SW3) that form the differential pair are selected, the charge amplifier 7 has a capacitance formed between the center electrode 2-3 and the annular electrode 3 of the touch switch SW3. An output voltage Vout (2) proportional to the difference ΔC in capacitance value of the capacitance C2 formed between C3 and the center electrode 2-2 of the touch switch SW2 and the annular electrode 3 is output. The same applies to the touch switches (SW4, SW5) and (SW6, SW7) forming the differential pair, and the charge amplifier 7 outputs Vout (3) and Vout (4) corresponding to each. A specific configuration of the charge amplifier 7 will be described later.
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。 The AD converter 8 converts the output voltages Vout (1) to Vout (4) sequentially output from the charge amplifier 7 into digital signals. In this case, the AD converter 8 is preferably composed of a delta sigma type AD converter in accordance with the circuit system of the charge amplifier 7. The digital signal of the delta sigma type AD converter 8 is output in the form of bit stream data.
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。 The interface circuit 9 performs an interface for transferring the digital signal from the AD converter 8 to the microcomputer 10. The interface circuit 9 is, for example, an I 2 C bus interface circuit, and transfers a digital signal from the AD converter 8 as serial data to the microcomputer 10 in synchronization with a clock. The microcomputer 10 determines which touch switch SW <b> 0 to SW <b> 7 has been operated by a person with a finger based on the received digital signal.
［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。
[Normal Operation of Capacitive Touch Sensor 100]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the state of the electric field of the touch switches (SW0, SW1). The touch switches (SW0, SW1) arranged on the surface of the insulating substrate 1 are covered with a protective film 11 made of a dielectric. As shown in the figure, when a human finger touches the touch switch SW1, a difference ΔC between the capacitance values of the capacitances of the touch switches SW1 and SW0 is generated. ΔC is a negative value. (ΔC <0) This is because the human finger is regarded as a grounded conductor, and the electric field between the center electrode 2-1 and the annular electrode 3 of the touch switch SW1 is locally shielded by the human finger. Because.
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。 The charge amplifier 7 outputs an output voltage Vout (1) proportional to the capacitance value difference ΔC. At this time, the polarity of the output voltage Vout (1) is negative. When a human finger touches the touch switch SW0, the difference in capacitance value is −ΔC having a reverse polarity, so the polarity of the output voltage Vout (1) becomes positive. In the case of FIG. 3, the microcomputer 10 determines that the touch switch SW1 has been pressed by a human finger. When the touch switches (SW0, SW1) are not touched by human fingers, there is no difference ΔC between the capacitance values of the capacitances of the touch switches SW1, SW0. (ΔC = 0) At this time, the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 becomes 0V. Further, when both of the touch switches (SW0, SW1) are touched by a human finger, the same change in capacitance occurs for both, so the difference in capacitance values of the capacitances of the touch switches SW1, SW0. ΔC does not occur. (ΔC = 0) At this time, the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 becomes 0V.
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。 That is, in the microcomputer 10, when the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is negative, the touch switch SW1 is pressed, and when the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is positive, the touch switch SW0 is When the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is 0V, it is determined that the switch operation is not performed. The same applies to the touch switches (SW2, SW3), (SW4, SW5), (SW6, SW7) forming the differential pair.
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。 As described above, the microcomputer 10 determines which touch switches SW0 to SW7 are switched by a finger by a person based on the received digital signals of the output voltages Vout (1) to Vout (4) of the charge amplifier 7. To do.
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。 Usually, the output voltage Vout of the charge amplifier 7 has some errors such as an offset, so that the output voltage Vout (1) is accurate even if there is no difference ΔC in the capacitance values of the capacitances of the touch switches SW1 and SW0. In many cases, it does not become 0V. Therefore, it is preferable to determine the switch operation by providing a first threshold value slightly higher than 0 V and comparing the absolute value of the output voltage Vout (1) with the first threshold value.
［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。
[Waterproof Function of Capacitive Touch Sensor 100]
Next, the waterproof function of the capacitive touch sensor 100 will be described with reference to FIGS. 4 to 6, the touch switches SW0 to SW7 are illustrated simply. As described above, the four pairs of touch switches (SW0, SW1), (SW2, SW3), (SW4, SW5), and (SW6, SW7) form a differential pair. Water ejected from a shower or a water faucet often adheres to a plurality of touch switches, and even when attached to one touch switch, it has a characteristic that it spreads from the touch switch to an adjacent touch switch. The water deposition patterns (shown by hatched squares) shown in FIGS. 4 to 6 reflect this characteristic.
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。 As shown in FIG. 4, (a) when water ejected from a shower or the like adheres to one touch switch, only the touch switch to which water adheres is sensitive. As mentioned above, the water jetted from the shower is grounded because the shower body is grounded, and the water jet is also grounded, and it has the same characteristics as a human finger that is electrically grounded. Because. For example, when water adheres only to the touch switch SW0, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1) as in the case where a human finger touches the touch switch SW0.
（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。 (B) When water jetted from a shower or the like adheres to two adjacent touch switches, only the two touch switches to which water adheres are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0 and SW2, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1) and a positive output voltage Vout (2).
（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。 (C) When water jetted from a shower or the like adheres to three mutually adjacent touch switches, only the three touch switches to which water adheres are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2, and SW4, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1), a positive output voltage Vout (2), and a positive output voltage Vout (3). .
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。 Next, as shown in FIG. 5, (d) when water ejected from a shower or the like adheres to four adjacent touch switches, only the four touch switches to which water has adhered are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2, SW4, and SW6, the charge amplifier 7 causes the positive output voltage Vout (1), the positive output voltage Vout (2), the positive output voltage Vout (3), A positive output voltage Vout (4) is output. In this way, in the cases (a) to (d), water adheres only to one touch switch of the differential pair, so that no cancellation by the differential pair occurs.
（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。
(E) When squirting water from a shower or the like adheres to five mutually adjacent touch switches, since only one differential pair is included, only three touch switches are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2, SW4, SW6, SW1,
Regarding the touch switches (SW0, SW1) forming the differential pair, the change in capacitance cancels out, so the output voltage Vout (1) becomes 0V. Therefore, only the three touch switches SW2, SW4, SW6 are sensitive. That is, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (2), a positive output voltage Vout (3), and a positive output voltage Vout (4).
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。 Next, as shown in FIG. 6, (f) in the case where fountain water from a shower or the like adheres to six adjacent touch switches, two differential pairs are included, so two touch switches Only sensitive.
（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。 (G) When squirting water from a shower or the like adheres to seven mutually adjacent touch switches, since three differential pairs are included, only one touch switch is sensitive.
（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。 (H) In the case where water ejected from a shower or the like adheres to all eight touch switch, four differential pairs are included, so there is no sensitive touch switch. That is, in this case, the output voltages Vout (1) to Vout (4) of the charge amplifier 7 are all 0V.
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。 Based on the water adhesion patterns (a) to (h), criteria for determining water adhesion will be described. Regarding (b) to (f), two or more touch switches are sensitive. Therefore, when two or more touch switches are sensed, that is, when two or more of the output voltages Vout (1) to Vout (4) are positive or negative values, water adheres to the touch switch. Therefore, it can be determined that a human finger is not intentionally switched. In the case of (h), there is no sensitive touch switch, so there is no problem.
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。 However, in the case of (a) and (g), since only one touch switch is sensitive, it is not possible to distinguish between switch operation by a human finger and water adhesion. Therefore, in this case, the waterproof function is complemented by paying attention to the fact that the time during which water from a shower or the like is attached is shorter than the time during which a human finger touches the touch switch. That is, as shown in FIG. 10A, when a human finger touches the touch switch SW0, the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is output for a relatively long time, but water from a shower or the like Is attached, the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is output only for a relatively short time.
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。 Therefore, when only the switch SW0 is sensed, the time integral value of the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is calculated, and when this time integral value is larger than the second threshold, the switch for the touch switch SW0 is switched. If it is determined that an operation has been performed and the time integral value is smaller than the second threshold value, it can be determined that no switch operation has been performed.
＜＜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。
<< Second Embodiment >>
Although the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment has eight touch switches, the capacitive touch sensor of the present embodiment has six touch switches as shown in FIG. have. In contrast to the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment of FIG. 1, in this embodiment, the three touch switches SW0, SW2, SW4 to which the even numbers 0, 2, 4 are assigned are in order of the even numbers. The three touch switches SW1, SW3, SW5 to which the odd numbers 1, 3, 5 are assigned are odd numbers next to the row of the three touch switches SW0, SW2, SW4 to which the even numbers are assigned. Arranged in order.
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。 In response to this, the switch selection circuit 5 is changed to sequentially select three pairs of touch switches (SW0, SW1), (SW2, SW3), (SW4, SW5) as differential pairs. Other configurations are the same as those of the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment.
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。 As shown in FIG. 7, (a) When water ejected from a shower or the like adheres to one touch switch, only the touch switch to which water adheres is sensitive. For example, when water adheres only to the touch switch SW0, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1) as in the case where a human finger touches the touch switch SW0.
（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。 (B) When water jetted from a shower or the like adheres to two adjacent touch switches, only the two touch switches to which water adheres are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0 and SW2, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1) and a positive output voltage Vout (2).
（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。 (C) When water jetted from a shower or the like adheres to three mutually adjacent touch switches, only the three touch switches to which water adheres are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2, and SW4, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1), a positive output voltage Vout (2), and a positive output voltage Vout (3). .
（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。 (D) In the case where squirting water from a shower or the like adheres to four mutually adjacent touch switches, since only one differential pair is included, only two touch switches are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2, SW4, and SW1, with respect to the touch switches (SW0 and SW1) that form the differential pair, the capacitance changes cancel each other, so that the output voltage Vout ( 1) becomes 0V. Therefore, only the two touch switches SW2 and SW4 are sensitive. That is, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (2) and a positive output voltage Vout (3).
（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。 (E) When squirting water from a shower or the like adheres to five mutually adjacent touch switches, since two differential pairs are included, only one touch switch is sensitive.
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。 In the present embodiment, two or more touch switches are sensitive to cases (b), (c), and (d). Therefore, when two or more touch switches are sensed, that is, when two or more of the output voltages Vout (1) to Vout (3) are positive or negative values, water adheres to the touch switch. Therefore, it can be determined that a human finger is not intentionally switched.
（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。 (F) In the case where water jetted from a shower or the like adheres to all six touch switches, there are no sensitive touch switches because three differential pairs are included. That is, in this case, the output voltages Vout (1) to Vout (3) of the charge amplifier 7 are all 0V.
（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。 In the case of (a) and (e), since only one touch switch is sensitive, it is not possible to distinguish between switch operation by a human finger and water adhesion. Therefore, as in the first embodiment, it is determined whether or not a switch operation has been performed using time integration. For example, when only the switch SW0 is sensitive, the time integral value of the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is calculated, and when this time integral value is larger than the second threshold value, the switch for the touch switch SW0 is switched. If it is determined that an operation has been performed and the time integral value is smaller than the second threshold value, it can be determined that no switch operation has been performed.
＜＜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。
<< Third Embodiment >>
As shown in FIG. 8, the capacitive touch sensor of this embodiment has four touch switches. In contrast to the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment of FIG. 1, in this embodiment, the two touch switches SW0, SW2 assigned with even numbers 0, 2 are arranged in order of even numbers, and odd numbers The two touch switches SW1 and SW3 assigned with numbers 1 and 3 are arranged in the order of odd numbers next to the two touch switches SW0 and SW2 assigned with even numbers. In response to this, the switch selection circuit 5 is changed to sequentially select two pairs of touch switches (SW0, SW1) and (SW2, SW3) as a differential pair. Other configurations are the same as those of the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment.
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。 As shown in FIG. 8, (a) when water ejected from a shower or the like adheres to one touch switch, only the touch switch to which water adheres is sensitive. For example, when water adheres only to the touch switch SW0, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1) as in the case where a human finger touches the touch switch SW0.
（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。 (B) When water jetted from a shower or the like adheres to two adjacent touch switches, only the two touch switches to which water adheres are sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0 and SW2, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (1) and a positive output voltage Vout (2).
（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。 (C) When jetted water from a shower or the like adheres to three mutually adjacent touch switches, since only one differential pair is included, only one touch switch is sensitive. For example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2, and SW1, with respect to the touch switches (SW0 and SW1) that form a differential pair, the capacitance changes cancel each other, so the output voltage Vout (1) Becomes 0V. Therefore, only one touch switch SW2 is sensitive. That is, the charge amplifier 7 outputs a positive output voltage Vout (2).
（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。 (D) When the squirting water from a shower or the like adheres to all four touch switches, two differential pairs are included, so there is no sensitive touch switch. That is, in this case, the output voltages Vout (1) and Vout (2) of the charge amplifier 7 are both 0V.
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。 Therefore, when two or more touch switches are sensed, that is, when two of the output voltages Vout (1) and Vout (2) are positive or negative values, water adheres to the touch switch. Therefore, it can be determined that the finger of the person is not intentionally switched.
（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。 In the case of (a) and (c), since only one touch switch is sensitive, it is not possible to distinguish between switch operation by a human finger and water adhesion. Therefore, as in the first embodiment, it is determined whether or not a switch operation has been performed using time integration. For example, when only the switch SW0 is sensitive, the time integral value of the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 is calculated, and when this time integral value is larger than the second threshold value, the switch for the touch switch SW0 is switched. If it is determined that an operation has been performed and the time integral value is smaller than the second threshold value, it can be determined that no switch operation has been performed.
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。 As described above, according to the capacitive touch sensors 100 of the first to third embodiments, the water in which a large amount of water adheres to the touch switch using the noise canceling function of the differential pair in the differential method. Under the field environment, it is possible to realize a waterproof function of clarifying the distinction between water adhesion and human finger contact and enabling the switch operation only when the human finger touches.
＜＜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。
<< Generalized Configuration of Capacitive Touch Sensor 100 >>
Next, a configuration of the capacitive touch sensor 100 generalized based on the first to third embodiments will be described with reference to FIG. As shown in the figure, 2n (n is a natural number of 2 or more) touch switches SW0 to SW2n-1 are arranged on the insulating substrate 1 in a line. N touch switches SW0, SW2, SW4... SW2m to which even numbers 0, 2, 4... 2m (m is a natural number from 0 to n-1 and 0 is included in even numbers) are assigned. Arranged in order of even numbers. N touch switches SW1, SW3, SW5... SW2m + 1 to which odd numbers 1, 3, 5... 2m + 1 are assigned are n touch switches SW0, SW2, SW4. Next to the SW2m column, they are arranged in odd number order.
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。 Corresponding to the arrangement of the touch switches SW0 to SW2n-1, the switch selection circuit 5 includes n pairs of touch switches (SW0, SW1), (SW2, SW3), (SW4, SW5), ... (SW2m). , SW2m + 1) are selected as a differential pair in order. Other configurations are the same as those of the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment.
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。 In this generalized capacitive touch sensor 100, if the number of touch switches to which water adheres is X and the number of touch switches after being canceled by the differential pair is Y, the following equation may be established. I understand. In the case of FIG. 5E, X = 5, Y = 3, and n = 4.
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。
When 0 <X ≦ n, Y = X, when n <X ≦ 2n, Y = −X + 2n
That is, when the number X of touch switches to which water adheres is 2 or more and 2n-2 or less,
The number Y of touch switches sensitive to water adhesion is always 2 or more. When X is 1 or 2n-1, the number Y of touch switches sensitive to water adhesion is 1.
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。 Accordingly, even in the generalized capacitive touch sensor 100, when two or more touch switches are responsive, that is, two of the output voltages Vout (1) to Vout (n) are positive or negative. In the case of the value, it can be determined that water has adhered to the touch switch and that the finger of the person is not intentionally operated by the switch.
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。 If only one touch switch is sensed (X is 1 or 2n-1), whether or not the switch operation is performed using time integration, as in the first to third embodiments. Judging. The present invention is valid when n is a natural number of 2 or more, but the effect is great when n is a natural number of 3 or more. This is because two or more touch switches are often sensitive.
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。 In addition, in the arrangement of touch switches, n touch switches SW1, SW3, SW5... SW2m + 1 to which odd numbers are assigned are n touch switches SW0, SW2, SW4. Next to the columns of the columns, the odd numbers are arranged in the order of odd numbers, but the same effect can be obtained with the reverse configuration.
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。 That is, n touch switches SW0, SW2, SW4... SW2m to which even numbers are assigned are n touch switches SW1, SW3, SW5,. .. May be arranged in the order of even numbers next to the column of SW2m + 1. For example, in FIG. 1, the touch switches SW0 to SW7 are arranged in the order of SW0, SW2, SW4, SW6, SW1, SW3, SW5, and SW7 from left to right, but SW1, SW3, SW5, SW7, and SW0. , SW2, SW4, SW6 may be arranged in this order.
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。 Furthermore, the direction in which the touch switches are arranged on the insulating substrate 1 is arbitrary. For example, in FIG. 1, the touch switches SW0 to SW7 are arranged in the horizontal direction, but may be arranged in the vertical direction.
＜＜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。
<< Comparative Example >>
Next, the effect of the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment will be examined by comparing with a comparative example. As shown in FIG. 11, in the comparative example, the switch selection circuit includes four pairs of touch switches (SW0, SW1), (SW2, SW3), (SW4, SW5), and (SW6, SW7) as differential pairs. The point of sequential selection is the same as that of the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment. However, the eight touch switches SW0 to SW7 are different in that they are arranged in the order of SW0, SW2, SW1, SW3, SW4, SW6, SW5, and SW7.
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。 As shown in FIG. 11, (a) when water ejected from a shower or the like adheres to one touch switch, only the touch switch to which water adheres is sensitive. This is the same as the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment.
（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。 (B) When water jetted from a shower or the like adheres to two adjacent touch switches, only the two touch switches to which water adheres are sensitive. This is also the same as the capacitive touch sensor 100 of the first embodiment.
（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。 (C) Cases where water squirts from a shower or the like adheres to three mutually adjacent touch switches; for example, when water adheres to the touch switches SW0, SW2 and SW1, a pair of Since a differential pair (SW0, SW1) is included, only one touch switch SW2 is sensitive. However, when water adheres to the touch switches SW1, SW3, SW4, the differential pair is not included, so the three touch switches SW1, SW3, SW4 are sensitive. Overall, there are four cases where one touch switch is sensitive, and there are two cases where three touch switches are sensitive.
（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。
(D) As shown in FIG. 12, the case where spout water from a shower or the like adheres to four mutually adjacent touch switches is also a case-by-case case. For example, water is applied to the touch switches SW0, SW2, SW1, SW3. Is attached, since there are two differential pairs (SW0, SW1) and (SW2, SW3), there is no sensitive touch switch. When water adheres to the touch switches SW2, SW1, SW3, SW4, since one differential pair (SW2, SW3) is included, the two touch switches SW1, SW4 are sensitive.
As a whole, there are two cases where 0 touch switches are sensitive, two cases where two touch switches are sensitive, and one case where four touch switches are sensitive.
（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。 (E) Cases where water squirts from a shower or the like adheres to five adjacent touch switches are also case-by-case, there are two cases where one touch switch is sensitive, and three touch switches There are two sensitive cases.
（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。 (F) When squirting water from a shower or the like adheres to six adjacent touch switches, since two differential pairs are included in all three cases, the two touch switches are sensitive. .
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。 As described above, in the case of the comparative examples (c), (d), and (e), the number of sensitive touch switches varies in the range of 0 to 4, and thus the electrostatic capacitance of the first embodiment. As with the capacitive touch sensor 100, it can be seen that it is not possible to provide a determination criterion that “when two or more touch switches are sensitive, water adheres to the touch switch”.
＜＜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。
<< Specific Configuration of Charge Amplifier 7 >>
Hereinafter, a specific configuration of the charge amplifier 7 will be described with reference to FIGS. 13 and 14. The charge amplifier 7 includes a first clock generator 6, a second clock generator 12, a reference capacitor CX0, a reference capacitor CX1, a differential amplifier 13, switches SW5 and SW6, and first and second feedback capacitors Cf1 and Cf2. It is comprised including. The first clock generator 6 constitutes a part of the charge amplifier 7.
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。 FIG. 13 shows a case where the switch selection circuit 5 selects a pair of touch switches (SW0, SW1) that form a differential pair. In this case, a capacitance C0 of the touch switch SW0 is formed between the terminal P0 and the annular electrode 3 connected to the terminal P8 via the clock supply line 4. The terminal P 0 is connected to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 13 by the switch selection circuit 5. Further, a capacitance C1 of the touch switch SW1 is formed between the terminal P1 and the annular electrode 3. The terminal P1 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 13 by the switch selection circuit 5. As described above, the capacitances C0 and C1 are formed between the center electrodes 2-0 and 2-1 of the touch switches SW0 and SW1 and the annular electrode 3, respectively.
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。 The first clock generator 6 is formed by switches SW1 and SW2 that switch alternately. The first clock generator 6 outputs the ground voltage (0V) when the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off, and the reference voltage Vref (plus voltage) is outputted when the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on. Output. That is, the first clock generator 6 outputs a clock Cdrv that alternately repeats the reference voltage Vref (H level) and 0 V (L level).
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。 Further, a reference capacitor CX0 is connected in series to the capacitance C0, and a capacitance CX1 is connected in series to the capacitance C1. The second clock generator 12 is connected to the common connection point of the reference capacitors CX0 and CX1. The second clock generator 12 is formed by switches SW3 and SW4 that switch alternately. When the switch SW3 is turned on and the switch SW4 is turned off, the second clock generator 12 outputs the ground voltage (0V), and when the switch SW3 is turned off and the switch SW4 is turned on, the second clock generator 12 outputs the reference voltage Vref (plus voltage). Output. The first and second clock generators 6 and 12 are configured to output clocks Cdrv and * Cdrv having opposite phases to each other.
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。 The differential amplifier 13 is a fully differential type differential amplifier having a non-inverting input terminal (+), an inverting input terminal (−), a non-inverting output terminal (+), and an inverting output terminal (−). The terminal (+) is connected to the wiring drawn from the connection node N2 of the capacitance C1 and the reference capacitance CX1, and the inverting input terminal (−) is drawn from the connection node N1 of the capacitance C0 and the reference capacitance CX0. Connected wiring is connected.
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。 A first feedback capacitor Cf1 is connected between the inverting output terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 13, and the non-inverting output terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 13 are connected. ) The second feedback capacitor Cf2 is connected. The first and second feedback capacitors Cf1 and Cf2 have the same capacitance value CfA.
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。 The switch SW5 is connected between the inverting output terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 13, and the switch SW6 is connected to the non-inverting output terminal (+) and the inverting input terminal ( -) Connected between. The switches SW5 and SW6 are switched simultaneously. That is, when the switches SW5 and SW6 are turned on, the inverting output terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 13 are short-circuited, and the inverting output terminal (+) of the differential amplifier 13 is inverted. The input terminal (−) is short-circuited.
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。 The output voltage from the inverting output terminal (−) of the differential amplifier 13 is Vom, the output voltage from the non-inverting output terminal (+) of the differential amplifier 26 is Vop, and the difference voltage between them is Vout (= Vop−Vom). ).
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。 Next, the operation of the charge amplifier 7 configured as described above will be described with reference to FIG. The charge amplifier 20 has two operation modes of a charge accumulation mode and a first charge transfer mode, and these two operation modes are alternately repeated many times.
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。 First, in the charge accumulation mode of FIG. 14A, the switch SW1 of the first clock generator 6 is turned off and the switch SW2 is turned on, so that the reference voltage Vref is applied to the capacitances C0 and C1. . Further, when the switch SW4 of the second clock generator 12 is turned off and the switch SW3 is turned on, the ground voltage (0 V) is applied to the reference capacitors CX0 and CX1.
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。 Also, the switches SW5 and SW6 are turned on. As a result, the inverting output terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 13 are short-circuited, and the non-inverting output terminal (+) and the inverting input terminal (−) are short-circuited. As a result, the voltages of the node N1, the node N2, the inverting output terminal (−), and the non-inverting output terminal (+) are each ½ Vref. In this case, it is assumed that the common mode voltage (center voltage) of the differential amplifier 13 is set to 1/2 Vref, which is 1/2 of the reference voltage.
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。 Next, in the charge transfer mode of FIG. 14B, the switch SW1 of the first clock generator 6 is turned on and the switch SW2 is turned off, so that the ground voltage (0 V) is applied to the capacitances C0 and C1. Applied. Further, when the switch SW4 of the second clock generator 12 is turned on and the switch SW3 is turned off, the reference voltage Vref is applied to the reference capacitors CX0 and CX1. Also, SW5 and SW6 are turned off. Thereafter, the operation returns to the charge accumulation mode shown in FIG. 14A, and then again moves to the charge transfer mode shown in FIG.
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。 Assume that the capacitance values CX0A and CX1A of the reference capacitors CX0 and CX1 are equal. That is, CX0A = CX1A = C. The capacitances of the capacitances C0 and C1 are C0A and C1A, respectively. Let C be the capacitance values C0A and C1A in a state where the fingertip of the initial state person is far away from the touch switches SW0 and SW1. A capacitance difference between the capacitance C0 and the capacitance C1 when a human fingertip touches the touch switch SW1 is denoted by ΔC. That is, C1A−C0A = ΔC. Then, C1A = C + ΔC and C0A = C are established.
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。 When the charge conservation law is applied to the node N2, it is as follows.
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。
In the charge accumulation mode, the following formula (1) is established.
Charge amount of the node N2 = (C + ΔC) · (−½Vref) + C · (½Vref)
... (1)
Here, (C + ΔC) · (−½Vref) is the charge amount of the capacitance C1, and C · (½Vref) is the charge amount of the reference capacitor CX1.
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。
In the charge transfer mode, the following formula (2) is established.
Charge amount of node N1 = (C + ΔC) · (½Vref) + C · (−½Vref)
+ CfA · (Vom−1 / 2Vref) (2)
Here, (C + ΔC) · (1 / 2Vref) is the charge amount of the capacitance C1, C · (−1 / 2Vref) is the charge amount of the reference capacitor CX1, and CfA · (Vom−1 / 2Vref) is the first charge amount. Charge amount of the feedback capacitor Cf1.
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。 In the charge accumulation mode and the charge transfer mode, the amount of charge at the node N2 is equal, and therefore, Expression (1) = Expression (2).
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。
Solving this equation for Vom yields:
Vom = 1 / 2Vref · (1-2 · ΔC / CfA) (3)
Similarly, applying the charge conservation law to the node N1 is as follows.
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。
In the charge accumulation mode, the following formula (4) is established.
Charge amount of the node N1 = C · (−½Vref) + C · (1 / 2Vref) = 0 (4)
In the charge transfer mode, the following formula (5) is established.
Charge amount of node N1 = C · (1 / 2Vref) + C · (−1 / 2Vref) + CfA · (Vop−1 / 2Vref) (5)
In the charge accumulation mode and the charge transfer mode, the amount of charge at the node N1 is equal, and therefore, Expression (4) = Expression (5).
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。
Solving this equation for Vop yields:
Vop = 1 / 2Vref (6)
From equations (3) and (6),
Vout = Vop−Vom = Vref · ΔC / CfA (7)
Therefore, it can be seen that the output voltage Vout (1) of the charge amplifier 7 changes in proportion to the capacitance difference ΔC between the capacitances C1 and C0.
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。 Although the case where the touch switch (SW0, SW1) is selected by the selection circuit 5 has been described above, the same applies when another pair of touch switches (SW2, SW3) or the like is selected.
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
1 Insulating Substrate 2-0 to 2-7 Central Electrode 3 Ring Electrode 4 Clock Supply Line 5 Switch Selection Circuit 6 First Clock Generator 7 Charge Amplifier 8 AD Converter 9 Interface Circuit 10 Microcomputer 11 Protective Film 12 Second Clock generator 13 Differential amplifier SW0 to SW7 Touch switch P0 to P8 Terminal 20 Touch panel unit 30 Signal processing unit 100 Capacitive touch sensor
Claims (5)
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。 An insulating substrate;
2n arranged in a row on the insulating substrate, each having a central electrode and an annular electrode disposed around the central electrode, and a capacitance is formed between the central electrode and the annular electrode. (N is a natural number of 2 or more) touch switches;
Among the 2n touch switches, the touch switch includes an even number 2m (m is a natural number of 0 to n-1 and includes 0 as an even number) and an odd number (2m + 1) touch switch. A switch selection circuit for sequentially selecting a pair of touch switches;
A differential type charge amplifier that sequentially outputs an output voltage proportional to a difference in capacitance between the pair of touch switches selected by the switch selection circuit corresponding to the n pairs of touch switches, A capacitive touch sensor that detects a switch operation of a touch switch based on output voltages corresponding to n pairs of touch switches sequentially output from a charge amplifier,
The n touch switches to which the even number 2m is assigned are arranged in the order of the even numbers, and the n touch switches to which the odd number (2m + 1) is assigned are next to the row of touch switches to which the even number is assigned. The capacitive touch sensor is arranged in the order of odd numbers.
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。 The charge amplifier includes a first clock generator for generating a first clock signal applied to the annular electrode;
A second clock generator for generating a second clock having a phase opposite to that of the first clock;
Among the pair of touch switches selected by the switch selection circuit, a differential amplifier in which the center electrode of one touch switch is connected to the non-inverting input terminal and the center electrode of the other touch switch is connected to the inverting input terminal When,
A first reference capacitor connected in series with a first capacitor formed between the center electrode of the one touch switch and the annular electrode;
A second reference capacitor connected in series with a second capacitor formed between the center electrode of the other touch switch and the annular electrode;
A second clock generator for generating a second clock having a phase opposite to that of the first clock applied to the first and second reference capacitors;
A first feedback capacitor connected between an inverting output terminal and a non-inverting input terminal of the differential amplifier;
A second feedback capacitor connected between a non-inverting output terminal and an inverting input terminal of the differential amplifier;
A first switch connected between an inverting output terminal and a non-inverting input terminal of the differential amplifier;
A second switch connected between a non-inverting output terminal and an inverting input terminal of the differential amplifier, and the first and second switches when the first clock is at a first level. When the first clock is at the second level, the first and second switches are turned off to turn off the first capacitance and the second capacitance from the differential amplifier. 5. The capacitive touch sensor according to claim 1, wherein an output voltage proportional to the difference between the capacitance values is output.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011112287A JP2012243072A (en) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | Capacitance type touch sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011112287A JP2012243072A (en) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | Capacitance type touch sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012243072A true JP2012243072A (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=47464721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011112287A Withdrawn JP2012243072A (en) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | Capacitance type touch sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012243072A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104252399A (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | 中兴通讯股份有限公司 | Calibration processing method and device of touch screen, touch screen and terminal |
| JP2015172459A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 大阪瓦斯株式会社 | Operation device for bathing |
| CN106293194A (en) * | 2015-06-12 | 2017-01-04 | 映智科技股份有限公司 | Sensing device |
| CN109118498A (en) * | 2018-08-22 | 2019-01-01 | 科大讯飞股份有限公司 | A kind of camera head stain detection method, device, equipment and storage medium |
-
2011
- 2011-05-19 JP JP2011112287A patent/JP2012243072A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104252399A (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | 中兴通讯股份有限公司 | Calibration processing method and device of touch screen, touch screen and terminal |
| WO2014205934A1 (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | 中兴通讯股份有限公司 | Touchscreen calibration processing method, apparatus, touchscreen, and terminal |
| JP2015172459A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 大阪瓦斯株式会社 | Operation device for bathing |
| CN106293194A (en) * | 2015-06-12 | 2017-01-04 | 映智科技股份有限公司 | Sensing device |
| CN109118498A (en) * | 2018-08-22 | 2019-01-01 | 科大讯飞股份有限公司 | A kind of camera head stain detection method, device, equipment and storage medium |
| CN109118498B (en) * | 2018-08-22 | 2021-04-30 | 科大讯飞股份有限公司 | Camera stain detection method, device, equipment and storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5411670B2 (en) | Capacitive touch panel signal processing circuit | |
| US20120062464A1 (en) | Touch sensor | |
| US8575947B1 (en) | Receive demodulator for capacitive sensing | |
| US8547114B2 (en) | Capacitance to code converter with sigma-delta modulator | |
| KR101135821B1 (en) | Signal processing device of touch panel and input device | |
| US7924029B2 (en) | Half-bridge for capacitive sensing | |
| KR101178731B1 (en) | Circuit for processing touch line signal of touch screen | |
| US9218096B2 (en) | Sensing methods for touch sensing devices | |
| JP6184317B2 (en) | Input device | |
| KR101198359B1 (en) | A touch screen device, a driving device and a driving method for a touch screen device | |
| KR20180072042A (en) | Touch circuit, touch sensing device, and touch sensing method | |
| JP2010282539A (en) | Signal processing circuit for electrostatic capacity type touch sensor | |
| JP5814707B2 (en) | Capacitance detection circuit for touch panel, capacity detection method, touch panel input device using the same, and electronic device | |
| JP2009015489A (en) | Touch panel-equipped display device | |
| JP2012014509A (en) | Capacitance type touch sensor | |
| TW201205401A (en) | System for and method of transferring charge to convert capacitance to voltage for touchscreen controllers | |
| KR20130134109A (en) | Apparatus and method for sensing capacitance, and touchscreen apparatus | |
| US10521064B2 (en) | Capacitance detection device and driving method of the same | |
| JP2012243072A (en) | Capacitance type touch sensor | |
| US20100309165A1 (en) | Signal processing circuit of electrostatic capacity type touch panel | |
| JP2011039663A (en) | Signal processing circuit for capacitance type touch sensor | |
| JP2011113186A (en) | Signal processing circuit for electrostatic capacity type touch panel | |
| US9904426B2 (en) | Capacitive type touch input device with compensation circuit for stray capacitance | |
| KR101553604B1 (en) | Touch detecting apparatus and method | |
| JP2011113188A (en) | Signal processing circuit for capacitance type touch panel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140805 |