(57)【要約】【課題】高速で、かつ、高精度に人体の接触非接触を検出する。【解決手段】  スイッチＳＷ１がＯＮにされて、電源ＶｃｃよりコンデンサＣａが充電すされる。スイッチＳＷ１がＯＦＦにされることにより、コンデンサＣａに充電された電荷が、コンデンサＣｓ，Ｃｘに移動する。所定の短時間だけスイッチＳＷ２，ＳＷ３をＯＮＯＦＦを繰り返すことによりコンデンサＣａの充電電荷が抵抗Ｒを介してゆっくり放電されていく。未知のコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが比較器Ｃｏｍｐにより参照電圧Ｖｒｅｆと比較され、参照電圧Ｖｒｅｆより小さくなるまでのＯＮＯＦＦの回数に基づいて、未知のコンデンサＣｘの静電容量が計算される。計算された未知のコンデンサＣｘの静電容量が人体の静電容量の近傍の値であるとき、人体が接触していると判定される。本発明は、タッチセンサに適用することができる。【選択図】図６
2006078292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の容量からなる第１の蓄電器と、未知の容量からなる第２の蓄電器とを直列に接続し、一方の端部を接地した回路により前記第２の蓄電器の容量を計測する容量計測装置において、
一方の端部が前記回路の他方の端部に接続されて、かつ、他方の端部が接地されており、前記回路の他方の端部に、自らの充電電圧を印加して、前記第１の蓄電器、および、前記第２の蓄電器に電荷を充電する第３の蓄電器と、
前記第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、前記第１の蓄電器に充電された全電荷を放電する第１の放電部と、
前記第２の蓄電器に充電された全電荷を、前記第１の放電部と略同一のタイミングで放電する第２の放電部と、
前記第１の放電部、および、前記第２の放電部の放電回数を計測する回数計測部と、
前記第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とを比較する比較部と、
前記第１の放電部、および、前記第２の放電部による放電が繰り返される場合、前記比較部の比較結果により、前記第２の蓄電器の充電電圧が、前記基準電圧と一致した、または、前記基準電圧より小さくなったとき、そのときの前記回数計測部により計測された放電回数に基づいて、前記第２の蓄電器の容量を計算する計算部と
を備えることを特徴とする容量計測装置。
【請求項２】
前記第１の放電部は、前記第３の蓄電器に直列に接続された抵抗を介して、所定の時間だけ前記第３の蓄電器に充電された電荷を放電することにより、前記第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電する
ことを特徴とする請求項１に記載の容量計測装置。
【請求項３】
前記第３の蓄電器を所定の充電電圧で充電する充電部をさらに備え、
前記充電部は、前記第３の蓄電器を直接充電する
ことを特徴とする請求項２に記載の容量計測装置。
【請求項４】
前記第３の蓄電器を所定の充電電圧で充電する充電部をさらに備え、
前記第１の放電部は、一方の端部が接地され、他方の端部が前記回路と前記抵抗の間に接続されており、
前記充電部は、前記第１の放電部の他方の端部と同位置から、前記第３の蓄電器を充電する
ことを特徴とする請求項２に記載の容量計測装置。
【請求項５】
前記第２の蓄電器は、さらに電極を備えており、
前記電極は、人体が直接、または、絶縁物を介して間接的に接触する
ことを特徴とする請求項１に記載の容量計測装置。
【請求項６】
既知の容量からなる第１の蓄電器と、未知の容量からなる第２の蓄電器とを直列に接続し、一方の端部を接地した回路と、一方の端部が前記回路の他方の端部に接続されて、かつ、他方の端部が接地されており、前記回路の他方の端部に、自らの充電電圧を印加して、前記第１の蓄電器、および、前記第２の蓄電器に電荷を充電する第３の蓄電器とにより前記第２の蓄電器の容量を計測する容量計測装置の容量計測方法において、
前記第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、前記第１の蓄電器に充電された全電荷を放電する第１の放電ステップと、
前記第２の蓄電器に充電された全電荷を、前記第１の放電ステップの処理と略同一のタイミングで放電する第２の放電ステップと、
前記第１の放電ステップの処理、および、前記第２の放電ステップの処理による放電回数を計測する回数計測ステップと、
前記第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とを比較する比較ステップと、
前記第１の放電ステップ、および、前記第２の放電ステップの処理による放電が繰り返される場合、前記比較ステップの処理での比較結果により、前記第２の蓄電器の充電電圧が、前記基準電圧と一致した、または、前記基準電圧より小さくなったとき、そのときの前記回数計測ステップの処理により計測された放電回数に基づいて、前記第２の蓄電器の容量を計算する計算ステップと
を含むことを特徴とする容量計測方法。
【請求項７】
既知の容量からなる第１の蓄電器と、未知の容量からなる第２の蓄電器とを直列に接続し、一方の端部を接地した回路と、一方の端部が前記回路の他方の端部に接続されて、かつ、他方の端部が接地されており、前記回路の他方の端部に、自らの充電電圧を印加して、前記第１の蓄電器、および、前記第２の蓄電器に電荷を充電する第３の蓄電器とにより前記第２の蓄電器の容量を計測する容量計測装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記第３の蓄電器に充電された電荷の一部の放電と、前記第１の蓄電器に充電された全電荷の放電を制御する第１の放電制御ステップと、
前記第２の蓄電器に充電された全電荷の、前記第１の放電制御ステップの処理と略同一のタイミングでの放電を制御する第２の放電制御ステップと、
前記第１の放電制御ステップの処理、および、前記第２の放電制御ステップの処理による放電回数の計測を制御する回数計測制御ステップと、
前記第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧との比較を制御する比較制御ステップと、
前記第１の放電制御ステップ、および、前記第２の放電制御ステップの処理による放電の制御が繰り返される場合、前記比較制御ステップの処理での比較結果により、前記第２の蓄電器の充電電圧が、前記基準電圧と一致した、または、前記基準電圧より小さくなったとき、そのときの前記回数計測制御ステップの処理により計測された放電回数に基づいて、前記第２の蓄電器の容量の計算を制御する計算制御ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量計測装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、人体の接触非接触を高速で、かつ、高精度に計測できるようにした容量計測装置および方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電極などの静電容量の変化に基づいて、人体の接触、または、非接触を検知するタッチセンサが一般に普及しつつある。
【０００３】
タッチセンサは、接触部分となる電極部の静電容量を検出し、検出した静電容量が人体の持つ静電容量であるか否かを判断することにより、人体の接触または非接触の状態を検出する。タッチセンサは、例えば、エレベータの操作ボタンや、パチンコ遊技機の遊技球の発射装置などに採用されている。
【０００４】
図１は、従来のタッチセンサに用いられるスイッチドキャパシタ方式の容量計測装置の回路構成を示している。
【０００５】
電源Ｖｃｃは、スイッチＳＷ１を介してコンデンサＣ１の一方の端部に接続されており、スイッチＳＷ１がＯＮにされると（接続状態にされると）、コンデンサＣ１は電源Ｖｃｃより供給される充電電圧Ｖｃｃで充電される。コンデンサＣ１の他方の端部は、接地されている。図１においては、コンデンサＣ１の充電電圧は電圧Ｖ１とされている。
【０００６】
スイッチＳＷ２は、コンデンサＣ１の一方の端部とコンデンサＣ２の一方の端部の間に設けられており、ＯＮされるとき（接続状態にするとき）、コンデンサＣ１に充電された電荷がコンデンサＣ１とコンデンサＣ２の合成容量に対応する電荷として充電される。尚、基本的に、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２は、機能上、同時にオンされることがない。
【０００７】
図１の回路において、コンデンサＣ１は、容量が未知のものであり、コンデンサＣ２は、既知の容量である。そして、図１の回路を用いることにより、コンデンサＣ１の容量が求められることにより、人体が接触したか否かが判定され、タッチセンサとして機能する。より詳細には、コンデンサＣ１は、回路上では、電荷を蓄積する、いわゆる蓄電器（コンデンサ）の体をなしているが、実際には、人体が接触できる電極として構成されている。従って、その電極が人体により接触されたとき、人体そのものがコンデンサＣ１となる（人体の有する静電容量を持った蓄電器となる）。
【０００８】
次に図２，図３を参照して、容量検出処理について説明する。図２で示されるように、第１ステップの処理において、スイッチＳＷ１がＯＮにされ、スイッチＳＷ２がＯＦＦにされることで、コンデンサＣ１に充電が開始される。すなわち、図３の時刻ｔ０において、スイッチＳＷ１がＯＮにされ、スイッチＳＷ２がＯＦＦにされることにより、コンデンサＣ１に充電電圧Ｖｃｃが印加される。
【０００９】
尚、図３において、図中の上部の細線は、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖ１を示し、太線は、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２を示している。また、図３の下部には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮまたはＯＦＦの動作状態が示されており、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれＨｉのときＯＦＦであり、ＬｏｗのときＯＮを示している。
【００１０】
第２ステップの処理において、図３の時刻ｔ１で示されるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がいずれもＯＦＦにされることにより、コンデンサＣ１に充電電圧Ｖ１（＝電源Ｖｃｃの電源電圧Ｖｃｃ）で充電された状態が保持される。尚、このとき、コンデンサＣ２には、電荷が充電されていないので、充電電圧Ｖ２＝０である。
【００１１】
第３ステップの処理において、図３の時刻ｔ２で示されるように、スイッチＳＷ１がＯＦＦのままで、スイッチＳＷ２がＯＮの状態にされることにより、コンデンサＣ１に充電された電荷がコンデンサＣ２に移動する。
【００１２】
第４ステップの処理において、図３の時刻ｔ３で示されるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がいずれもＯＦＦにされることにより、コンデンサＣ１，Ｃ２には、それぞれ充電電圧Ｖ１，Ｖ２で電荷が充電された状態が保持される。
【００１３】
ここで、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれの等しく保持されることになるため、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量比に応じた電荷が蓄積された状態となる。すなわち、それぞれのコンデンサＣ１，Ｃ２に充電されている電荷Q１，Ｑ２は、以下の式（１），式（２）で示される。
【００１４】
Q1＝C1×V1＝C1×Ｖｃｃ×（C1／（C1＋C2））（at T1）
・・・（１）
【００１５】
Q2＝C2×V2＝C1×Ｖｃｃ×（C2／（C1＋C2））（at T1）
・・・（２）
【００１６】
従って、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２は、以下の式（３）で示される。
【００１７】
V2＝Ｖｃｃ×（C1／（C1＋C2））（at T1）
・・・（３）
【００１８】
ここで、周期Ｔ１は、第１ステップの処理乃至第４ステップの処理が繰り返されるときの繰り返し処理回数を示しており、繰り返し処理回数がＬ回の場合、周期ＴＬとなる。図３において、周期Ｔ１は、時刻ｔ２乃至ｔ６の期間を示している。
【００１９】
さらに、第４ステップの処理が完了した後、その処理は、第１ステップの処理に戻り、それ以降の処理が繰り返される。
【００２０】
すなわち、第１ステップの処理乃至第４ステップの処理が繰り返されることにより、例えば、2回目の処理では、第１ステップの処理において、スイッチＳＷ１がＯＮにされ、スイッチＳＷ２がＯＦＦにされることで、コンデンサＣ１に電荷の充電が開始され、図３の時刻ｔ４において、スイッチＳＷ１がＯＮにされ、スイッチＳＷ２がＯＦＦにされることにより、コンデンサＣ１に充電電圧Ｖｃｃが印加される。
【００２１】
第２ステップの処理において、図３の時刻ｔ５で示されるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がいずれもＯＦＦにされることにより、コンデンサＣ１に充電電圧V1（＝電源Ｖｃｃの電源電圧Ｖｃｃ）で電荷が充電された状態が保持される。尚、このとき、コンデンサＣ２には、上述した式（３）で示される充電電圧で電荷が充電されたままの状態である。
【００２２】
第３ステップの処理において、図３の時刻ｔ６で示されるように、スイッチＳＷ１がＯＦＦのままにされ、スイッチＳＷ２がＯＮの状態にされることにより、コンデンサＣ１に充電された電荷がコンデンサＣ２に移動する。
【００２３】
第４ステップの処理において、図３の時刻ｔ７で示されるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がいずれもＯＦＦにされることにより、コンデンサＣ１，Ｃ２には、それぞれ充電電圧Ｖ１，Ｖ２で電荷が充電された状態が保持される。
【００２４】
ここでも、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ等しく保持されることになるため、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量比に対応した電荷が蓄積された状態となる。すなわち、それぞれのコンデンサＣ１，Ｃ２に充電されている電荷Ｑ1，Ｑ２は、以下の式（４），式（５）で示される。
【００２５】
Q1＝C1×V1＝（（（C1×Ｖｃｃ）＋（C1×Ｖｃｃ×C2／（C1＋C2）））×C1／（C1＋C2））
＝Ｖｃｃ×C1（１＋C2／（C1＋C2））×（C1／（C1＋C2））（at T2）
＝Ｖｃｃ×C1（（C12＋２×C1×C2）／（C1＋C2）2）（at T2）
・・・（４）
【００２６】
Q2＝C2×V2＝（（（C1×Ｖｃｃ）＋（C1×Ｖｃｃ×C2／（C1＋C2）））×C2／（C1＋C2））
＝Ｖｃｃ×C1（１＋C2／（C1＋C2））×（C2／（C1＋C2））（at T2）
＝Ｖｃｃ×C2（（C12＋２×C1×C2）／（C1＋C2）2）（at T2）
・・・（５）
【００２７】
従って、コンデンサＣ２の充電電圧V2は、以下の式（６）で示される。
V2＝Ｖｃｃ×C2（（C12＋２×C1×C2）／（C1＋C2）2）（at T2）
・・・（６）
【００２８】
以上のように、第１ステップの処理乃至第4ステップの処理が繰り返されることにより、時刻ｔ２乃至ｔ６の周期Ｔ１で実行された処理と同様の処理が繰り返され、周期Ｔ２，Ｔ３・・・と進む。さらに、この周期が進むに連れて、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２に、コンデンサＣ２とコンデンサＣ１の充電電圧の差分電圧のうちのC2／（C1＋C2）の電圧が順次加算されていく。すなわち、図３で示されるように、周期T１においては、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２は、Ｖ２ａ＝Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１+Ｃ２）であり、周期Ｔ２においては、V2b＝Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１+Ｃ２）＋（Ｖｃｃ−Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２））×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）であり、さらに、周期Ｔ３においては、Ｖ２ｃ＝Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）＋（Ｖｃｃ−Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２））×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）＋（Ｖｃｃ−（Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）＋（Ｖｃｃ−Ｖｃｃ×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２））×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２））×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。ここで、図３で示されるように、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖ１との関係は、Ｖ２ａ＋Ｖ１ａ＝Ｖ２ｂ＋Ｖ１ｂ＝Ｖ２ｃ＋Ｖ１ｃの関係が満たされる。
【００２９】
結果として、周期ＴＮの場合（上述の第１ステップの処理乃至第４ステップの処理の繰り返し処理回数がN回された場合）、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２は、以下の式（７）で示される。
【００３０】
Ｖ２＝Ｖｃｃ×（１−（C2／（C1＋C2））N）
・・・（７）
【００３１】
式（７）で示されるように、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２は、処理回数Nに伴って増加する。また、式（７）においては、コンデンサＣ１の静電容量が既知であることから、充電電圧Ｖ２が参照電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの処理回数Nに基づいて、コンデンサＣ２の容量が求められることになる。
【００３２】
例えば、電極を人体が直接接触せずに、絶縁物を介して人体の接触（近接）を検出するタッチセンサの回路構成に適用すると、図４で示されるように、参照電圧ＶｒｅｆがＶｒｅｆ＝Ｖｃｃ／２で、かつ、コンデンサＣ２の容量が16000pFである場合、コンデンサＣ１の寄生容量（人体が接触していないときの静電容量）が仮に10pFのとき、充電電圧Ｖ２は、処理回数Nが1000回で参照電圧Ｖｒｅｆに到達する。一方、コンデンサＣ１の静電容量が仮に11ｐＦのとき（コンデンサＣ１の人体が接触していないときの静電容量に対して、人体の接触（近接）によって増加する静電容量が1pFであったとき）、充電電圧Ｖ２は、処理回数Nが1100回で参照電圧に到達する。ここで、時刻ｔｉと時刻ｔ（ｉ＋１）の時間間隔は２μＳであり、従って、処理周期Ti−T(i+1)は、８μＳである。
【００３３】
すなわち、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖ２が、参照電圧Ｖｒｅｆに到達したときの処理回数ＮによりコンデンサＣ１の容量が求められることになる。
【００３４】
尚、図４の場合、人体が接触したときと接触していないときとで、処理回数Nには、100回の差があり、この差を分解能とみれば、人体の接触非接触の分解能は、繰り返し処理回数Ｎ＝１００であると考えることができる。この分解能が、高いほど、すなわち、人体が接触した状態と非接触の状態との間の処理回数の差が大きいほど高精度に人体の接触非接触を判断することができるといえる。
【００３５】
このような原理に基づいて、スイッチドキャパシタ方式のタッチセンサは、人体の接触、または、非接触を判断している（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特表２００２−５３０６８０号公報
【特許文献２】特開平０７−３１８３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
ところで、人体の接触、または、近接等を検出するタッチセンサでは静電容量の検出結果をマイクロコントローラ等の演算により誤動作防止などの判断処理を行う必要がある。
【００３７】
しかしながら、従来技術によりマイクロコントローラにデータを取り込むことは可能であるが、既成容量に対し変化容量が小さくその変化量を高分解能で検出する場合、上述した特許文献１で示されるようなスイッチドキャパシタ方式では、測定する際にコンデンサの電荷をすべて放電し、充電電圧が０Ｖの状態から繰り返し処理により充電しながら計測するうえ、上述した時間ｔ（＝時刻ｔ（ｉ＋１）−時刻ｔｉ）を可能な限り小さくしてしまうと処理回数が増えてしまい、結果として、計測時間が長くなってしまうという課題があった。
【００３８】
また、上述した特許文献２では、データをマイクロコントローラに取り込むにはAD（Analog to Digital）変換が必要となり、高分解能のAD変換機器がないと高精度での計測ができず、精度を向上させるには、高価な部品が必要となってしまうという課題があった。
【００３９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、特に、未知の静電容量を、安価な装置により高精度で、高速に測定できるようにすると共に、静電容量の測定結果に基づいて、人体の接触非接触を高精度で高速に判定できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の容量計測装置は、一方の端部が回路の他方の端部に接続されて、かつ、他方の端部が接地されており、回路の他方の端部に、自らの充電電圧を印加して、第１の蓄電器、および、第２の蓄電器に電荷を充電する第３の蓄電器と、第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、第１の蓄電器に充電された全電荷を放電する第１の放電部と、第２の蓄電器に充電された全電荷を、第１の放電部と略同一のタイミングで放電する第２の放電部と、第１の放電部、および、第２の放電部の放電回数を計測する回数計測部と、第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とを比較する比較部と、第１の放電部、および、第２の放電部による放電が繰り返される場合、比較部の比較結果により、第２の蓄電器の充電電圧が、基準電圧と一致した、または、基準電圧より小さくなったとき、そのときの回数計測部により計測された放電回数に基づいて、第２の蓄電器の容量を計算する計算部とを備えることを特徴とする。
【００４１】
前記第１の放電部には、第３の蓄電器に直列に接続された抵抗を介して、所定の時間だけ第３の蓄電器に充電された電荷を放電することにより、第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電させるようにすることができる。
【００４２】
前記第３の蓄電器を所定の充電電圧で充電する充電部をさらに設けるようにさせることができ、充電部には、第３の蓄電器を直接充電させるようにすることができる。
【００４３】
前記第３の蓄電器を所定の充電電圧で充電する充電部をさらに設けるようにさせることができ、第１の放電部は、一方の端部が接地され、他方の端部が回路と抵抗の間に接続されるようにすることができ、充電部には、第１の放電部の他方の端部と同位置から、第３の蓄電器を充電させるようにすることができる。
【００４４】
前記第２の蓄電器には、さらに電極を設けるようにさせることができ、電極は、人体が直接、または、絶縁物を介して間接的に接触できるようにすることができる。
【００４５】
本発明の容量計測方法は、第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、第１の蓄電器に充電された全電荷を放電する第１の放電ステップと、第２の蓄電器に充電された全電荷を、第１の放電ステップの処理と略同一のタイミングで放電する第２の放電ステップと、第１の放電ステップの処理、および、第２の放電ステップの処理による放電回数を計測する回数計測ステップと、第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とを比較する比較ステップと、第１の放電ステップ、および、第２の放電ステップの処理による放電が繰り返される場合、比較ステップの処理での比較結果により、第２の蓄電器の充電電圧が、基準電圧と一致した、または、基準電圧より小さくなったとき、そのときの回数計測ステップの処理により計測された放電回数に基づいて、第２の蓄電器の容量を計算する計算ステップとを含むことを特徴とする。
【００４６】
本発明のプログラムは、第３の蓄電器に充電された電荷の一部の放電と、第１の蓄電器に充電された全電荷の放電を制御する第１の放電制御ステップと、第２の蓄電器に充電された全電荷の、第１の放電制御ステップの処理と略同一のタイミングでの放電を制御する第２の放電制御ステップと、第１の放電制御ステップの処理、および、第２の放電制御ステップの処理による放電回数の計測を制御する回数計測制御ステップと、第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧との比較を制御する比較制御ステップと、第１の放電制御ステップ、および、第２の放電制御ステップの処理による放電の制御が繰り返される場合、比較制御ステップの処理での比較結果により、第２の蓄電器の充電電圧が、基準電圧と一致した、または、基準電圧より小さくなったとき、そのときの回数計測制御ステップの処理により計測された放電回数に基づいて、第２の蓄電器の容量の計算を制御する計算制御ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００４７】
本発明の容量計測装置および方法、並びにプログラムにおいては、一方の端部が回路の他方の端部に接続されて、かつ、他方の端部が接地された第３の蓄電器により、回路の他方の端部に、自らの充電電圧が印加されて、第１の蓄電器、および、第２の蓄電器に電荷が充電され、第１の放電部により第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、第１の蓄電器に充電された全電荷が放電され、第２の放電部により、第２の蓄電器に充電された全電荷が、第１の放電部と略同一のタイミングで放電され、回数計測部により第１の放電部、および、第２の放電部の放電回数が計測され、比較部により第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とが比較され、第１の放電部、および、第２の放電部による放電が繰り返される場合、比較部の比較結果により、第２の蓄電器の充電電圧が、基準電圧と一致した、または、基準電圧より小さくなったとき、計算部により、そのときの回数計測部により計測された放電回数に基づいて、第２の蓄電器の容量が計算される。
【００４８】
本発明の容量計測装置は、独立した装置であっても良いし、容量計測を行うブロックであっても良い。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、未知の静電容量を、安価な装置により高精度で、高速に測定することが可能になると共に、静電容量の測定結果に基づいて、人体の接触非接触を高精度で高速に判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本明細書に記載の発明と、発明の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本明細書に記載されている発明をサポートする実施の形態が本明細書に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、発明に対応するものとして、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００５１】
さらに、この記載は、本明細書に記載されている発明の全てを意味するものではない。換言すれば、この記載は、本明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により出現、追加される発明の存在を否定するものではない。
【００５２】
即ち、本発明の容量測定装置は、一方の端部が回路の他方の端部に接続されて、かつ、他方の端部が接地されており、回路の他方の端部に、自らの充電電圧を印加して、第１の蓄電器（例えば、図６のコンデンサＣｓ）、および、第２の蓄電器（例えば、図６のコンデンサＣｘ）に電荷を充電する第３の蓄電器（例えば、図６のコンデンサＣａ）と、第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、第１の蓄電器に充電された全電荷を放電する第１の放電部（例えば、図６のスイッチＳＷ２）と、第２の蓄電器に充電された全電荷を、第１の放電部と略同一のタイミングで放電する第２の放電部（例えば、図６のスイッチＳＷ３）と、第１の放電部、および、第２の放電部の放電回数を計測する回数計測部（例えば、図７のカウンタ１３ａ）と、第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とを比較する比較部（例えば、図７の比較部１３ｂ）と、第１の放電部、および、第２の放電部による放電が繰り返される場合、比較部の比較結果により、第２の蓄電器の充電電圧が、基準電圧と一致した、または、基準電圧より小さくなったとき、そのときの回数計測部により計測された放電回数に基づいて、第２の蓄電器の容量を計算する計算部（例えば、図７の計測部１３）とを備えることを特徴とする。
【００５３】
前記第１の放電部には、第３の蓄電器（例えば、図６のコンデンサＣａ）に直列に接続された抵抗（例えば、図６の抵抗Ｒ）を介して、所定の時間（例えば、図１１の時刻ｔ１以降の（時刻ｔ（ｉ＋１）−時刻ｔｉ））だけ第３の蓄電器（例えば、図６のコンデンサＣａ）に充電された電荷を放電することにより、第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電させるようにすることができる。
【００５４】
前記第３の蓄電器を所定の充電電圧で充電する充電部（例えば、図６の電源Ｖｃｃ）をさらに設けるようにさせることができ、充電部には、第３の蓄電器を直接充電させるようにすることができる。
【００５５】
前記第３の蓄電器を所定の充電電圧で充電する充電部（例えば、図１７の電源Ｖｃｃ）をさらに設けるようにさせることができ、第１の放電部は、一方の端部が接地され、他方の端部が回路と抵抗の間に接続されるようにすることができ、充電部には、第１の放電部の他方の端部と同位置から、第３の蓄電器を充電させるようにすることができる。
【００５６】
本発明の容量計測方法は、第３の蓄電器に充電された電荷の一部を放電すると共に、第１の蓄電器に充電された全電荷を放電する第１の放電ステップ（例えば、図９のフローチャートにおけるステップＳ２７の処理）と、第２の蓄電器に充電された全電荷を、第１の放電ステップの処理と略同一のタイミングで放電する第２の放電ステップ（例えば、図９のフローチャートにおけるステップＳ２７の処理）と、第１の放電ステップの処理、および、第２の放電ステップの処理による放電回数を計測する回数計測ステップ（例えば、図９のフローチャートにおけるステップＳ２６の処理）と、第２の蓄電器の充電電圧と、基準電圧とを比較する比較ステップ（例えば、図９のフローチャートにおけるステップＳ３０の処理）と、第１の放電ステップ、および、第２の放電ステップの処理による放電が繰り返される場合、比較ステップの処理での比較結果により、第２の蓄電器の充電電圧が、基準電圧と一致した、または、基準電圧より小さくなったとき、そのときの回数計測ステップの処理により計測された放電回数に基づいて、第２の蓄電器の容量を計算する計算ステップ（例えば、図９のフローチャートにおけるステップＳ３４の処理）とを含むことを特徴とする。
【００５７】
尚、プログラムについては、容量計測方法と同様であるので、その説明は省略する。
【００５８】
図５は、本発明を適用したタッチセンサの一実施の形態の構成を示す図である。
【００５９】
マイクロコンピュータ１は、CPU（Central Processing Unit）、RAM（Random Access Memory）、および、ROM（Read Only Memory）などからなり、CPUが、ROMに記憶された所定のプログラムを必要に応じてRAMに展開して、実行することにより各種の処理を実行する。より具体的には、マイクロコンピュータ１は、プログラムを実行することにより、端子Ｐ０乃至Ｐ２に対して出力信号としてＨｉ、Ｌｏｗの信号を出力し、ＨｉＺ（高インピーダンス状態：入力信号に対して高インピーダンスの状態で信号を受け付けない、出力信号がＨｉでもＬｏｗでもない状態）を設定するすると共に、必要に応じて入力信号（端子の電圧）を測定し、測定結果に応じた処理を実行する。
【００６０】
端子Ｐ０は、コンデンサＣａに充電する電力を供給する端子であり、Ｈｉに制御されるとき、充電電圧をコンデンサＣａに印加する。尚、端子Ｐ０は、ＨｉＺ（高インピーダンス状態）に制御されるとき、充電を停止する。
【００６１】
端子Ｐ１は、コンデンサＣａに充電された電荷を抵抗Ｒを介して放電すると共に、コンデンサＣｓに充電された電荷を放電する端子であり、Ｌｏｗに制御されるとき、コンデンサＣａ，Ｃｓに充電された電荷を放電し、ＨｉＺに制御されるとき放電を停止する。
【００６２】
端子Ｐ２は、コンデンサＣｘに充電された電荷を放電させると共に、コンデンサＣｘの充電電圧を測定する端子であり、Ｌｏｗに制御されるとコンデンサＣｘに充電された電荷を放電し、ＨｉＺに制御されるとコンデンサＣｘの放電を停止し、さらに、Ｈｉに制御されるとコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを測定する。
【００６３】
コンデンサＣａは、端子Ｐ０より印加される電圧で電荷を充電し、端子Ｐ１により抵抗Ｒを介して電荷を放電する。コンデンサＣｓ，Ｃｘは、直列接続されており、コンデンサＣａに充電された電荷により、充電される。
【００６４】
コンデンサＣｘは、回路構成上の表記であり、電極Ｄに接触する人体などの静電容量の被計測物を蓄電器として示したものである。従って、コンデンサＣｘの容量は、電極Ｄに人体が接触した場合の人体の静電容量であり、人体が電極Ｄに接触していない場合、非接触状態の静電容量である。
【００６５】
尚、電極Ｄは、人体が直接接触できる構成としても良いし、絶縁物を介して間接的に接触できる構成としても良いものである。以降の説明においては、電極Ｄは、人体が絶縁物を介して間接的に接触する形式のものを採用した場合について説明を進めるが、当然のことながら、人体が直接接触する形式のものであって良いことはいうまでもない。ただし、絶縁物を介して接触する形式としている場合、人体が直接接触する形式と比べて、静電容量の変化（人体が、接触している場合と非接触の場合のコンデンサＣｘの静電容量の差）は、小さくなる。
【００６６】
図６は、図５のタッチセンサの概念を説明する回路図である。
【００６７】
スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３は、それぞれ端子Ｐ０乃至Ｐ２の動作状態を端的に示したものである。すなわち、端子Ｐ０がＨｉに制御されると、図６の回路のスイッチＳＷ１は、ＯＮの状態とされ、その結果、電源Ｖｃｃが、充電電圧ＶｃｃでコンデンサＣａを充電する。一方、端子Ｐ０が、ＨｉＺに制御されると、スイッチＳＷ０がＯＦＦの状態とされる。また、端子Ｐ１が、Ｌｏｗに制御されると、図６の回路のスイッチＳＷ２は、ＯＮにされ、ＨｉＺに制御されると、ＯＦＦに制御される。
【００６８】
さらに、端子Ｐ２が、Ｌｏｗに制御されると、スイッチＳＷ３は、ＯＮにされ、ＨｉＺに制御されるとＯＦＦにされる。また、端子Ｐ２が、Ｈｉに制御されると、比較器CompがコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘと、参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果を出力する。尚、比較器Compは、後述するマイクロコンピュータ１により実現される機能であり、実際の比較回路ではない。
【００６９】
尚、コンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘの充電電圧は、それぞれＶａ，Ｖｓ，Ｖｘで示されるものとする。
【００７０】
次に、図７を参照して、マイクロコンピュータ１により実現される機能について説明する。
【００７１】
制御部１１は、マイクロコンピュータ１の動作の全体を制御しており、図示せぬ操作部により動作が指示されると、スイッチ動作部１２を制御して、端子Ｐ０乃至Ｐ２の動作を制御させる。また、制御部１１は、計測部１３により計測されたコンデンサＣｘの静電容量の計測結果に基づいて、人体が接触したか否かを判定し、CRT（Cathode Ray Tube）、LCD（Liquid Crystal Display）、またはスピーカなどからなる出力部１４を制御して、人体が接触した、または、接触していないという判定結果を提示させる。
【００７２】
端子Ｐ０は、スイッチ動作部１２よりＨｉの信号が供給されると、図７には図示しないが、図６のスイッチＳＷ１をＯＮにさせた場合と同様に、電源ＶｃｃよりコンデンサＣａを充電電圧Ｖｃｃで充電させる。また、端子Ｐ０は、スイッチ動作部１２によりＨｉＺ状態にされると、図６のスイッチＳＷ１をＯＦＦにさせた場合と同様に、電源ＶｃｃからコンデンサＣａへの電源供給を停止させる。
【００７３】
端子Ｐ１は、スイッチ動作部１２よりＬｏｗの状態にされると、図６のスイッチＳＷ２をＯＮにさせた状態とし、コンデンサＣａに充電された電荷を抵抗Ｒを介して徐々に接地点から放電させると共に、コンデンサＣｓの充電電荷を接地点から瞬時に全量放電させる。また、端子Ｐ１は、スイッチ動作部１２よりＨｉＺの状態にされると、図６のスイッチＳＷ２をＯＦＦにさせた状態とし、コンデンサＣａと、コンデンサＣｓ，Ｃｘの合成コンデンサとを並列に接続した状態にする。
【００７４】
端子Ｐ２は、スイッチ動作部１２よりＬｏｗの状態にされると、図６のスイッチＳＷ３をＯＮにさせた状態とし、コンデンサＣｘに充電された充電電荷を放電させる。また、端子Ｐ２は、スイッチ動作部１２よりＨｉＺの状態にされると、スイッチＳＷ３をＯＦＦにさせた状態とし、コンデンサＣｘの充電電荷を保持する。さらに、端子Ｐ２は、スイッチ動作部１２よりＨｉの状態にされると、コンデンサＣｘの充電電圧を計測する。
【００７５】
スイッチ動作部１２は、内蔵するタイマ１２ａを参照して、所定の時間間隔毎に、端子Ｐ０乃至Ｐ２の動作を制御する。より詳細には、スイッチ動作部１２は、所定の時間間隔毎に端子Ｐ０乃至Ｐ２をＨｉ、ＨｉＺ、またはＬｏｗに所定のパターンで周期的に繰り返し切替える。また、スイッチ動作部１２は、所定のパターンで繰り返される動作が１周期終了する度に計測部１３にその信号を供給する。
【００７６】
計測部１３は、端子Ｐ２より供給されてくるコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを計測すると共に、参照電圧Ｖｒｅｆと比較し、充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆと一致したか、または、より小さくなった場合、そのときのカウンタ１３ａに記憶されている処理回数ｎ、コンデンサＣａ，Ｃｓの静電容量、抵抗R、および電源Ｖｃｃの充電電圧Ｖｃｃに基づいて、静電容量を計測する。
【００７７】
計測部１３のカウンタ１３ａは、スイッチ動作部１２より、所定のパターンで動作が繰り返される度に供給されてくる信号に基づいて、周期の回数（繰り返し処理回数）ｎをカウントすると共に、その処理回数ｎを平均で求めるため、処理回数ｎを計算した回数ｍ、並びに、ｍ回分の処理回数ｎの総和Ｎをカウントする。
【００７８】
比較部１３ｂは、図６における比較器Compに対応する構成であり、端子Ｐ２より供給されてくる充電電圧Ｖｘと、参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し、充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆと一致したか、または、充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆより小さくなったとき、そのときのカウンタ１３ａに記憶されている処理回数ｎ、コンデンサＣａ，Ｃｓの静電容量、抵抗R、および電源Ｖｃｃの充電電圧Ｖｃｃに基づいて、コンデンサＣｘの静電容量を計算し、コンデンサＣｘの計測結果として制御部１１に出力する。
【００７９】
次に、図８のフローチャートを参照して、図５のタッチセンサによるタッチスイッチ動作処理について説明する。
【００８０】
ステップＳ１において、制御部１１は、スイッチ動作部１２、および、計測部１３の動作状態を初期化させる。
【００８１】
ステップＳ２において、制御部１１は、スイッチ動作部１２をスイッチ動作させて、計測部１３にコンデンサＣｘの静電容量の計測処理を実行させる。
【００８２】
ここで、図９のフローチャートを参照して、コンデンサＣｘの静電容量の計測処理について説明する。
【００８３】
ステップＳ２１において、計測部１３は、カウンタ１３ａのカウンタｍ，Ｎを初期化して０にする。
【００８４】
ステップＳ２２において、計測部１３は、カウンタ１３ａのカウンタｎを初期化して０にする。
【００８５】
ステップＳ２３において、計測部１３のカウンタ１３ａは、カウンタｍを１インクリメントする。
【００８６】
ステップＳ２４において、スイッチ動作部１２は、端子Ｐ０の出力をＨｉに制御して、電源ＶｃｃよりコンデンサＣａを充電する。すなわち、端子Ｐ０の出力がＨｉに制御されることにより、図６で示されるスイッチＳＷ１がＯＮの状態となり、電源ＶｃｃよりコンデンサＣａに電力が供給され、コンデンサＣａが充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電される。
【００８７】
ステップＳ２５において、スイッチ動作部１２は、タイマ１２ａに基づいて、所定の時間ｔだけ端子Ｐ０乃至Ｐ２を全てＨｉＺ（高インピーダンス状態）に制御して、コンデンサＣａの充電状態を保持する。すなわち、端子Ｐ０乃至Ｐ２がＨｉＺ状態に制御されることにより、図６で示されるスイッチＳＷ１乃至ＳＷ２がＯＦＦの状態にされることにより、コンデンサＣａは、充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電された状態が維持されることになる。
【００８８】
ステップＳ２６において、計測部１３のカウンタ１３ａは、カウンタｎを１インクリメントする。
【００８９】
ステップＳ２７において、スイッチ動作部１２は、タイマ１２ａに基づいて、所定の時間だけ、端子Ｐ０をＨｉＺに制御し、端子Ｐ１，Ｐ２をＬｏｗに制御することによりコンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘに充電された電荷を放電させる。このとき、コンデンサＣｓ，Ｃｘに充電された電荷は、瞬時に接地部を介して放電されることになるが、コンデンサＣａに充電された電荷は、抵抗Ｒを介してスイッチＳＷ２より接地部に放電されることになるため、電荷の放電がゆっくりと進むことになり、所定の時間ｔ内では、コンデンサＣａに充電されていた電荷の一部のみが放電される。
【００９０】
ステップＳ２８において、スイッチ動作部１２は、タイマ１２ａに基づいて、所定の時間ｔだけ、端子Ｐ０乃至Ｐ２をＨｉＺ状態に制御することにより、コンデンサＣａに充電されている電荷（ステップＳ２７の処理により一部が放電された状態で残されている電荷）がコンデンサＣｓ，Ｃｘに移動し、コンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘが充電された状態で保持される。このとき、コンデンサＣａと、コンデンサＣｓ，Ｃｘの合成コンデンサとは、並列回路が形成されることになるため、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａは、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧Ｖｓ，Ｖｃの和に等しい状態となる。さらに、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧ＶｓとＶｘは、コンデンサＣｓ，Ｃｘの容量の逆数比の関係となる。
【００９１】
ステップＳ２９において、スイッチ動作部１２は、タイマ１２ａに基づいて、所定の時間ｔだけ、端子Ｐ２をＨｉ状態に制御することにより、計測部１３は、所定の時間ｔだけ端子Ｐ２によりコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを計測させることにより、コンデンサＣｘの充電電圧を取得する。
【００９２】
ステップＳ３０において、計測部１３の比較部１３ｂは、計測されたコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆよりも小さいか否かを判定する。例えば、充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆよりも小さくないと判定された場合、その処理は、ステップＳ２６に戻る。すなわち、ステップＳ３０において、充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆよりも小さいと判定されるまで、ステップＳ２６乃至Ｓ３０の処理が繰り返され、カウンタｎの値が、その繰り返し処理回数に応じてインクリメントされる。
【００９３】
ステップＳ３０において、充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆよりも小さいと判定された場合、ステップＳ３１において、計測部１３は、ステップＳ２６乃至Ｓ３０の処理を繰り返した処理回数の総和Ｎに今求められた処理回数ｎを加算する。
【００９４】
ステップＳ３２において、計測部１３は、繰り返し処理回数ｎを求めた回数を示すカウンタｍが、予め設定されたカウンタｍの上限値Ｍ以上であるか否かを判定し、カウンタｍが上限値Ｍ以上ではないと判定された場合、その処理は、ステップＳ２２に戻る。すなわち、カウンタｍが上限値Ｍ以上となるまで、ステップＳ２２乃至Ｓ３２の処理が繰り返されることになる。
【００９５】
ステップＳ３２において、カウンタｍが上限値Ｍ以上であると判定された場合、ステップＳ３３において、計測部１３は、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆに電圧降下するまでのステップＳ２６乃至Ｓ３０の処理回数ｎのＭ回分の平均値をcountとして求める。
【００９６】
ステップＳ３３において、計測部１３は、処理回数ｎの平均値count、コンデンサＣａ、Ｃｓの容量、ステップＳ２５，Ｓ２７，Ｓ２８の処理を実行した所定時間ｔ、電源Ｖｃｃの充電電圧Ｖｃｃ、および、参照電圧Ｖｒｅｆに基づいて、コンデンサＣｘの静電容量を計算し、制御部１１に出力し、計測処理を終了する。
【００９７】
すなわち、上述の処理をまとめると、ステップＳ２４の処理により、図１０の第１ステップの処理が実行され、すなわち、図６のスイッチＳＷ１がＯＮの状態にされる。この処理は、コンデンサＣａが充電されるだけの処理であるので、スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、ＯＮでもＯＦＦでもよい。
【００９８】
結果として、図１０の第１ステップの処理により、図１１の左部で示されるように、時刻ｔ０において、端子Ｐ０が、Ｈｉに制御されることにより、図６のスイッチＳＷ１がＯＮの状態にされて、コンデンサＣａが充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電される。尚、図１１においては、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がＯＮとなっているが（端子Ｐ１，Ｐ２がＬｏｗであるが）、上部のコンデンサＣｘの充電電圧は、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がＯＦＦであって、抵抗Ｒを介して充電された場合の充電電圧Ｖｘ＝Ｖ＿ｈｉを示している。このとき、コンデンサＣｓ，Ｃｘは、直列に接続されているので、Ｖａ＝Ｖｘ＋Ｖｃが成り立つことになる。また、コンデンサＣｓ，Ｃｘは、直列に接続されているので、充電電圧Ｖｘ，Ｖｃの比率は、Ｖｘ：Ｖｓ＝１／Ｃｓ：１／Ｃｘとなる。
【００９９】
尚、図１１において、上部のグラフは、太い実線が、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａを示し、点線がコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを示す。さらに、その下には、端子Ｐ２の動作状態が示されており、計測は、端子Ｐ２を介して計測部１３によりコンデンサＣｘ（の充電電圧Ｖｘ）が計測される状態を示し、ＨｉＺは、高インピーダンス状態、すなわち、端子Ｐ２が出力を行っていない状態を示し、ＯＵＴ＿Ｌは、Ｌｏｗに設定された状態を示している。
【０１００】
端子Ｐ２の下には、端子Ｐ１の動作状態が示されており、ＨｉＺは、高インピーダンス状態、すなわち、端子Ｐ１が出力を行っていない状態を示し、ＯＵＴ＿Ｌは、Ｌｏｗに設定された状態を示している。端子Ｐ１の下には、端子Ｐ０の動作状態が示されており、ＨｉＺは、高インピーダンス状態、すなわち、端子Ｐ０が出力を行っていない状態を示し、ＯＵＴ＿Ｌは、Ｌｏｗに設定された状態を示している。
【０１０１】
また、その下には、スイッチＳＷ３乃至ＳＷ１の動作状態がそれぞれ示されている。尚、スイッチＳＷ１の動作は、端子Ｐ０に連動して、端子Ｐ０がＨｉに設定されたときのみ、ＯＮの状態にされ、それ以外のときオフの状態である。また、スイッチＳＷ２，ＳＷ３の動作は、端子Ｐ１，Ｐ２に連動して、端子Ｐ１，Ｐ２がＬｏｗに設定されたときのみ、ＯＮの状態にされ、それ以外のときＯＦＦの状態である。また、図１１上で示される各種の処理タイミングは、マイクロコンピュータ１で実装されるプログラムにより、例えば、図１１上で同一のタイミングであっても、処理の手順により多少前後することがあるが、動作全体からみて十分無視できるレベルである。
【０１０２】
さらに、ステップＳ２５の処理により、図１０の第２ステップの処理が実行され、すなわち、図６のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦの状態にされる。結果として、図１０の第２ステップの処理により、図１１の左部で示されるように、時刻ｔ１において、端子Ｐ０乃至Ｐ２が、ＨｉＺに制御されることにより、図６のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦの状態にされて、コンデンサＣａが充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電されたままの状態が保持される。
【０１０３】
そして、ステップＳ２７の処理により、図１０の第３ステップの処理が実行され、すなわち、図６のスイッチＳＷ１がＯＦＦにされ、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がＯＮにされる。結果として、図１０の第３ステップの処理により、図１１の左部で示されるように、時刻ｔ２において、端子Ｐ１，Ｐ２が、Ｌｏｗに制御されることにより、図６のスイッチＳＷ２，ＳＷ３がＯＮの状態にされて、コンデンサＣｘ，Ｃｓに充電されていた電荷の全量が放電されると共に、コンデンサＣａに充電されていた電荷が抵抗Ｒを介してゆっくりと一部のみが放電される。
【０１０４】
さらに、ステップＳ２８の処理により、図１０の第４ステップの処理が実行され、すなわち、図６のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦにされる。結果として、時刻ｔ３において、コンデンサＣａより時刻ｔ２乃至ｔ３間（時間ｔ）で一部抵抗Ｒを介して電荷が放出された後、コンデンサＣａに残っている電荷によりコンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘが充電された状態で維持される。すなわち、時刻ｔ２乃至ｔ３間で、コンデンサＣａの充電電荷が一部放出されることにより、図１１で示されるように、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａは、減少する。従って、上述したように、第１ステップの処理で、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦにされていた場合、コンデンサＣｘに充電されていた充電電圧Ｖｘも、これに伴って、当初の充電電圧Ｖ＿ｈｉよりも減少することになる。しかしながら、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧Ｖｓ，Ｖｘの比率は一定のまま維持される。
【０１０５】
そして、ステップＳ２９の処理により、図１０の第５ステップの処理、すなわち、図６のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦのままであるが、時刻ｔ４において、計測部１３が、端子Ｐ２を介してコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを計測し、計測した充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆよりも小さくない限り、ステップＳ２６乃至Ｓ３０の処理、すなわち、図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理が繰り返される。
【０１０６】
すなわち、上述した処理は、図１１における時刻Ｔ１（＝時刻ｔ２）乃至Ｔ２（＝時刻ｔ５）において実行される処理であるが、図１０で示される第３ステップの処理乃至第５ステップの処理が繰り返されることにより、図１１で示されるように、同様の処理が、時刻Ｔ２乃至Ｔ３、時刻Ｔ３乃至Ｔ４、時刻Ｔ４乃至Ｔ５・・・、と繰り返されることとなる。
【０１０７】
結果として、第３ステップの処理乃至第５ステップの処理がなされる度に、コンデンサＣａの充電電圧が減少すると共に、コンデンサＣｘの充電電圧も減少することになる。
【０１０８】
そこで、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆに減少するまでの第３ステップの処理乃至第５ステップの処理の繰り返し処理回数countに基づいて、コンデンサＣｘの静電容量を求めることができる。
【０１０９】
すなわち、上述したように、コンデンサＣｘの充電電圧ＶｘとコンデンサＣｓの充電電圧Ｖｓの和が、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａであるので、第３ステップの処理乃至第５ステップの処理が繰り返されることにより、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａが減少するとき、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘも、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａと一定の比率を維持したまま減少し続けることになる。
【０１１０】
従って、例えば、図１１で示されるように、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘと、参照電圧Ｖｒｅｆとの差が大きいほど、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを参照電圧Ｖｒｅｆに到達するための、図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理回数は多くなり、逆に、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘと、参照電圧Ｖｒｅｆとの差が小さいほど、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを参照電圧Ｖｒｅｆに到達するための、図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理回数は少ないといえる。
【０１１１】
すなわち、図１１の左部においては、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘの最初の充電電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ＿ｈｉであり、図１１の右部におけるコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘの最初の充電電圧Ｖｘである、Ｖｘ＝Ｖ＿ｌｏｗよりも参照電圧Ｖｒｅｆとの差は大きい。このため、図１１の左部においては、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆに減少するまでの図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理回数は７回（時刻Ｔ１乃至Ｔ８）であるのに対して、図１１の右部においては、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆに減少するまでの図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理回数は５回（時刻Ｔ１乃至Ｔ６）であり、繰り返し処理回数が少ない。
【０１１２】
結果として、図１２で示されるように、コンデンサＣｘの静電容量が大きい方が（コンデンサＣｘの初期の充電電圧Ｖｘが低い方が）少ない処理回数で充電電圧Ｖｘを参照電圧Ｖｒｅｆに減少させることができる。図１２においては、横軸が、処理回数countを示し、縦軸が電圧を示している。また、図１２においては、細線がコンデンサＣａの充電電圧Ｖａを示し、太線がコンデンサＣｘの静電容量が10pFの場合の充電電圧Ｖｘの変化を示し、点線がコンデンサＣｘの静電容量が11pFの場合の充電電圧Ｖｘの変化を示している。図１２においては、コンデンサＣｘの静電容量が10pFの場合、処理回数countが100回で参照電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖｃｃ／２）に減少しているのに対して、コンデンサＣｘの静電容量が11pFの場合、処理回数countが200回で参照電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖｃｃ／２）に減少しており、コンデンサＣｘの静電容量が大きい方が、少ない処理回数countで参照電圧Ｖｒｅｆに減少していることが示されている。尚、図１２においては、コンデンサＣｓの静電容量が12pF、抵抗Rが10kΩ、コンデンサＣａの静電容量が0.1μF、および、図１１の時刻ｔ１以降における時間ｔ（＝時刻ｔ（ｉ＋１）−時刻ｔｉ）が2μSである。
【０１１３】
つまり、図９のフローチャートにおけるステップＳ３４の処理においては、このような性質に基づいて、上述した図１０の第３ステップの処理および第５ステップの処理の繰り返し処理回数countからコンデンサＣｘの静電容量が求められている。
【０１１４】
すなわち、図６におけるコンデンサＣａ、抵抗Ｒ、およびスイッチＳＷ２の関係は、図１３で示される閉回路として表すことができる。コンデンサＣａは、充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電されているものとする。
【０１１５】
スイッチＳＷ２がＯＮの状態にされると、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａは、図１４で示されるように、スイッチがＯＮにされた状態が継続している時間ｔの経過と共に減衰していく。この関係は、以下の式（８）のように表すことができる。
【０１１６】
Ｖａ＝Ｖｃｃ×ｅ＾（−（スイッチＳＷ２のＯＮ時間）／（Ｃａ×Ｒ））
・・・（８）
【０１１７】
ここで、「＾」は指数を表す。スイッチＳＷ２がＯＮの状態で継続している時間は、上述した図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理の各処理時間が時間Ｔで一定である場合、繰り返し処理回数count×時間Ｔであると考えることができる。従って、上述の式（８）は、以下の式（９）で表されることになる。すなわち、図１１においては、時刻ｔ１以降において、（時刻ｔ（ｉ＋１）−時刻ｔｉ）は、時間ｔであるので、各処理時間（図１０の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理が１回なされる時間）は３ｔとなる。
【０１１８】
Ｖａ＝Ｖｃｃ×ｅ＾（−（count×３ｔ）／（Ｃａ×Ｒ））
・・・（９）
【０１１９】
一方、図１５で示されるように、図１０の第５ステップの処理においては、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦにされているのでコンデンサＣａの充電電圧Ｖａは、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧Ｖｓ，Ｖｘの和になると共に、充電電圧Ｖｓ，Ｖｘの比率は、Ｖｓ：Ｖｘ＝１／Ｃｘ：１／Ｃｓである（ここで、Ｃｓ，Ｃｘは、コンデンサＣｓ，Ｃｘの静電容量である）。
【０１２０】
従って、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘは、以下の式（１０）で示される。
【０１２１】
Ｖｘ＝Ｖｃｃ（（１／Ｃｘ）／（（１／Ｃｘ）＋（１／Ｃｓ）））
×ｅ＾（−（count×３ｔ）／（Ｃａ×Ｒ））
・・・（１０）
【０１２２】
結果として、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆと一致する場合、以下の式（１１）が成立することになる。
【０１２３】
Ｖｒｅｆ＝Ｖｃｃ（（１／Ｃｘ）／（（１／Ｃｘ）＋（１／Ｃｓ）））
×ｅ＾（−（count×３ｔ）／（Ｃａ×Ｒ））
・・・（１１）
【０１２４】
以上の関係からコンデンサＣｘの静電容量は以下の式（１２）により求められることになる。
【０１２５】
Ｃｘ＝Ｃｓ（１−（Ｖｃｃ／Ｖｒｅｆ）×ｅ＾（−（count×３ｔ）／（Ｃａ×Ｒ）））
・・・（１２）
【０１２６】
式（１２）より、例えば、コンデンサＣｓの静電容量が10pF、抵抗Rが10kΩ、コンデンサＣａの静電容量が0.1μF、および、時間ｔが2μSであった場合、コンデンサCxと処理回数countの関係は、図１６で示されるような関係となる。図１６においては、コンデンサＣｘの静電容量が8pF近傍である場合、１pF当たり処理回数countにして約２０回分の分解能で静電容量Ｃｘが求められることになる。
【０１２７】
ただし、以上の処理においては、繰り返し処理により、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを減少させて、参照電圧Ｖｒｅｆと一致した条件で、上述した式（１２）によりコンデンサＣｘの静電容量が求められることになるので、最初の充電時に、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆよりも大きいことが前提となる。従って、参照電圧Ｖｒｅｆは、以下の式（１３）を満たす必要がある。
【０１２８】
Ｖｒｅｆ／Ｖｃｃ＜（１／Ｃｓ）／（（１／Ｃｘ）＋（１／Ｃｓ））
・・・（１３）
【０１２９】
以上の処理においては、時刻ｔ１以降の時間ｔ（＝時刻ｔ（ｉ＋１）−時刻ｔｉ）が短いほど分解能を高めることが可能であるが、逆に、時間ｔが短すぎると処理回数countが増えてしまうことになる。タッチセンサの場合（電極Ｄが絶縁物を介して間接的に人体と接触する構成であるタッチセンサの場合）、人体が接触した場合の静電容量が11pF近傍の値であり、非接触の場合の静電容量が10pF近傍の値であることがわかっているので、上述した式（１３）の条件を満たし、さらに、以下の式（１４）の関係が満たされていれば、時間ｔを短くすることで高分解能にすることが可能となると共に、少ない処理回数で未知のコンデンサＣｘの静電容量を求めることが可能となる。
【０１３０】
Ｖｒｅｆ／Ｖｃｃ≒（１／Ｃｓ）／（（１／Ｃｘ）＋（１／Ｃｓ））
・・・（１４）
【０１３１】
すなわち、参照電圧Ｖｒｅｆを、コンデンサＣａの充電電圧ＶａのときのコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘに近い値に設定すれば、繰り返し処理回数を少なくすることができ、その分、時間ｔを短くして高分解能にすることが可能となる。
【０１３２】
結果として、従来のように、未知のコンデンサの静電容量を計測する際、充電電圧を０から繰り返し処理により充電させてから求めるよりも、少ない処理回数で、かつ、高精度に未知のコンデンサの静電容量を求めることが可能となる。従って、例えば、電極Ｄの構成が、人体が絶縁物を介して間接的に接触するような構成などであって、コンデンサＣｘの静電容量の変化が小さい場合（人体が接触した場合と非接触の場合のコンデンサＣｘの静電容量の変化量が小さい場合）であっても、静電容量の変化量に応じて上述の式（１３），式（１４）の関係を満たすように参照電圧Ｖｒｅｆと充電電圧Ｖｃｃを設定することで高精度、かつ、高速に静電容量を検出することが可能となる。
【０１３３】
また、図９のフローチャートにおけるステップＳ３１乃至Ｓ３３の処理により、処理回数ｎのＭ回分の平均値を処理回数countとして求めることになるため、例えば、1回の測定で、リップルノイズなどが発生した場合においても正確に処理回数を求めることが可能となる。尚、リップルノイズの発生の有無を検出させ、リップルノイズが検出されなかった場合、Mを１とするようにして、平均値を求めるための繰り返し処理を少なくすることで、処理速度を向上させるようにしても良い。
【０１３４】
ここで、図８のフローチャートの説明に戻る。
【０１３５】
ステップＳ３において、制御部１１は、計測部１３より供給された未知のコンデンサＣｘの静電容量に基づいて、人体が電極Ｄに接触したか否かを判定する。より詳細には、人体の静電容量は、11pF近傍の値であるので、制御部１１は、計測部１３より供給されたコンデンサＣｘの静電容量が11pF近傍の値であるか否かを判定することにより、人体が電極Dに接触しているか否かを判定する。
【０１３６】
ステップＳ３において、人体が接触していると判定された場合、ステップＳ４において、制御部１１は、出力部１４を制御して、人体が接触していることを提示し、その処理は、ステップＳ２に戻る。
【０１３７】
一方、ステップＳ３において、人体が接触していないと判定された場合、ステップＳ５において、制御部１１は、出力部１４を制御して、人体が接触していないことを提示させ、その処理は、ステップＳ２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。
【０１３８】
以上によれば、少ない処理回数countで、かつ、高精度に未知のコンデンサＣｘの静電容量を検出することが可能となるので、人体の接触の有無を正確にかつ高速で認識することが可能となる。
【０１３９】
尚、接触する物体が、予め人体であることがわかっているため、適当な参照電圧Ｖｒｅｆを予め設定することで高速に、処理することが可能となっているが、例えば、接触する物体の静電容量が不明であるような場合、時間ｔを長くして、すなわち、低分解能の状態で、参照電圧Ｖｒｅｆを変化させながら、粗く静電容量を検出した後、その検出された静電容量に基づいて、コンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘに近い参照電圧Ｖｒｅｆを設定し直した後、時間ｔを短くして高精度で検出するようにしても良い。
【０１４０】
以上においては、端子Ｐ０乃至Ｐ２の３個の端子からなるマイクロコンピュータ１を用いてタッチセンサを構成する例について説明してきたが、例えば、端子Ｐ０，Ｐ１の機能を１個に集約するようにしても良い。
【０１４１】
すなわち、図５のタッチセンサの場合、回路構成としては、図６で示されるように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２が抵抗Ｒを挟んだ構成となっていたため、同一の端子で制御することができない。しかしながら、図１７で示されるように、スイッチＳＷ１を抵抗Ｒを挟んだ反対の位置に接続したような回路構成とすることにより、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を１個の端子で制御することが可能となる。
【０１４２】
図１８は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を１個の端子で制御するようにしたタッチセンサの構成を示している。マイクロコンピュータ２１には、端子Ｐ１１，Ｐ１２の２端子が設けられている。端子Ｐ１２の機能は、図５のマイクロコンピュータ１の端子Ｐ２と同様であるが、図１８における端子Ｐ１１は、図５における端子Ｐ０，Ｐ１の両方の機能を備えている。尚、図１８において、図５と同一の構成については、同一の符号を付しており、その説明は適宜省略する。
【０１４３】
端子Ｐ１１は、スイッチ動作部３１よりＨｉの状態にされると、図１７のスイッチＳＷ１をＯＮの状態にし、コンデンサＣａに電源Ｖｃｃの電源電圧Ｖｃｃで充電させる。また、端子Ｐ１１は、スイッチ動作部３１よりＨｉＺの状態にされると、図１７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＦＦの状態にし、図６のスイッチＳＷ２をＯＦＦにさせた状態とし、コンデンサＣａと、コンデンサＣｓ，Ｃｘの合成コンデンサとを並列に接続した状態にする。さらに、端子Ｐ１１は、スイッチ動作部３１よりＬｏｗの状態にされると、図１７のスイッチＳＷ２をＯＮにさせた状態とし、コンデンサＣａに充電された電荷を抵抗Ｒを介して徐々に接地点から放電させると共に、コンデンサＣｓの充電電荷を接地点から瞬時に全量放電させる。尚、端子Ｐ１２は、図５の端子Ｐ２と同様のものであるので、その説明は省略する。
【０１４４】
次に、図１９を参照して、図１８のマイクロコンピュータ２１により実現される機能について説明する。尚、図１９において、図７のマイクロコンピュータ１により実現される機能と対応する機能については、同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。
【０１４５】
スイッチ動作部３１は、基本的には、図７のスイッチ動作部１２と同様の機能を有するものであり、内蔵するタイマ３１ａを参照して、所定の時間間隔毎に、端子Ｐ１１，Ｐ１２の動作を制御する。より詳細には、スイッチ動作部３１は、所定の時間間隔毎に端子Ｐ１１，Ｐ１２の動作状態を所定のパターンで周期的に繰り返し切替える。また、スイッチ動作部３１は、所定のパターンで繰り返される動作が１周期終了する度に計測部１３にその信号を供給する。
【０１４６】
次に、図１８のタッチセンサによるタッチスイッチ動作処理について説明するが、図８のフローチャートを参照して説明した処理のうち、異なるのはステップＳ２の計測処理のみであるので、図１８のタッチセンサによる計測処理についてのみ図２０のフローチャートを参照して説明する。
【０１４７】
尚、図２０のフローチャートにおけるステップＳ４１乃至Ｓ４３、および、ステップＳ４９乃至Ｓ５４の処理については、図９のフローチャートを参照して説明したステップＳ２１乃至Ｓ２３、および、ステップＳ２９乃至Ｓ３４の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１４８】
ステップＳ４４において、スイッチ動作部３１は、端子Ｐ１１の出力をＨｉに制御して、電源ＶｃｃよりコンデンサＣａを充電する。すなわち、端子Ｐ１１の出力がＨｉに制御されることにより、図１７で示されるスイッチＳＷ１がＯＮの状態となり、電源Ｖｃｃより抵抗Ｒを介して、コンデンサＣａに電力が供給され、コンデンサＣａが徐々に充電し、最終的にコンデンサＣａを充電電圧Ｖｃｃで充電する。
【０１４９】
ステップＳ４５において、スイッチ動作部３１は、タイマ３１ａに基づいて、所定の時間ｔだけ端子Ｐ１１，Ｐ１２を全てＨｉＺ（高インピーダンス状態）に制御して、コンデンサＣａの充電状態を保持する。すなわち、端子Ｐ１１，Ｐ１２がＨｉＺ状態に制御されることにより、図１７で示されるスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦの状態にされることにより、コンデンサＣａは、充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電された状態が保持されることになる。
【０１５０】
ステップＳ４６において、計測部１３のカウンタ１３ａは、カウンタｎを１インクリメントする。
【０１５１】
ステップＳ４７において、スイッチ動作部３１は、タイマ３１ａに基づいて、所定の時間ｔだけ、端子Ｐ１１，Ｐ１２をＬｏｗに制御することによりコンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘに充電された電荷を放電させる。このとき、コンデンサＣｓ，Ｃｘに充電された電荷は、瞬時に接地部を介して放電されることになるが、コンデンサＣａに充電された電荷は、抵抗Ｒを介してスイッチＳＷ２より接地部に放電されることになるため、電荷の放電がゆっくりと進むことになるため、所定の時間ｔ内では、充電されていた電荷の一部のみが放電される。
【０１５２】
ステップＳ４８において、スイッチ動作部３１は、タイマ３１ａに基づいて、所定の時間ｔだけ、端子Ｐ１１，Ｐ１２をＨｉＺ状態に制御することにより、コンデンサＣａに充電されている電荷（ステップＳ４７の処理により一部が放電された状態で残されている電荷）がコンデンサＣｓ，Ｃｘに移動し、コンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘが充電された状態で保持される。このとき、コンデンサＣａと、コンデンサＣｓ，Ｃｘの合成コンデンサとは、並列回路が形成されることになるため、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａは、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧Ｖｓ，Ｖｃの和に等しい状態となる。さらに、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧ＶｓとＶｘの充電電圧は、コンデンサＣｓ，Ｃｘの容量の逆数比の関係となる。
【０１５３】
結果として、ステップＳ４４の処理により、図２１の第１ステップの処理が実行され、すなわち、図１７のスイッチＳＷ１がＯＮの状態にされる。この処理は、コンデンサＣａが充電されるだけの処理であるので、スイッチＳＷ２はＯＦＦ、ＳＷ３は、ＯＮでもＯＦＦでもよい。結果として、図２１の第１ステップの処理により、図２２の左部で示されるように、時刻ｔ０において、端子Ｐ１１が、Ｈｉに制御されることにより、図１７のスイッチＳＷ１がＯＮの状態にされて、コンデンサＣａが充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電される。ただし、図１１と比較してもわかるように、図５のタッチセンサにおいては、スイッチＳＷ１がＯＮにされると同時にコンデンサＣａの充電電圧Ｖａが、Ｖｃｃに達するが、図２２で示されるように、図１８のタッチセンサにおいては、電源ＶｃｃからコンデンサＣａに供給される電力は抵抗Ｒを介して供給されるため、充電に時間が掛かる。
【０１５４】
尚、図２２において、上部のグラフは、太い実線が、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａを示し、点線がコンデンサＣｘの充電電圧を示す。さらに、その下には、端子Ｐ１２の動作状態が示されており、計測は、端子Ｐ１２を介して計測部１３によりコンデンサＣｘが計測される状態を示し、ＨｉＺは、高インピーダンス状態、すなわち、端子Ｐ１２が出力を行っていない状態を示し、ＯＵＴ＿Ｌは、Ｌｏｗに設定された状態を示している。
【０１５５】
端子Ｐ１２の下には、端子Ｐ１１の動作状態が示されており、Ｈｉは、端子Ｐ１１を介して電源ＶｃｃよりコンデンサＣａに電力が供給されて、充電電圧Ｖｃｃで充電される状態を示している。ＨｉZは、高インピーダンス状態、すなわち、端子Ｐ１１が出力を行っていない状態を示し、OUT_Lは、Ｌｏｗに設定された状態を示している。
【０１５６】
さらに、その下には、スイッチＳＷ３乃至ＳＷ１の動作状態がそれぞれ示されている。尚、スイッチＳＷ１の動作は、端子Ｐ１１に連動して、端子Ｐ１１がＨｉに設定されたとき、ＯＮの状態にされ、ＨｉＺのときオフの状態にされ、さらに、Ｌｏｗに設定されたとき、スイッチＳＷ２がＯＮの状態にされる。このように、端子Ｐ１１のみで、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御することができる。スイッチＳＷ３の動作は、端子Ｐ１２に連動して、端子Ｐ１２がＬｏｗに設定されたときのみ、ＯＮの状態にされ、それ以外のときオフの状態である。
【０１５７】
さらに、ステップＳ４５の処理により、図２１の第２ステップの処理が実行され、すなわち、図１７のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ２がＯＦＦの状態にされる。結果として、図２１の第２ステップの処理により、図２２の左部で示されるように、時刻ｔ１において、端子Ｐ１１，Ｐ１２が、ＨｉＺに制御されることにより、図１７のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦの状態にされて、コンデンサＣａが充電電圧Ｖａ＝Ｖｃｃで充電されたままの状態が保持される。
【０１５８】
そして、ステップＳ４７の処理により、図２１の第３ステップの処理が実行され、すなわち、図１７のスイッチＳＷ１がＯＦＦにされ、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がＯＮにされる。結果として、図２１の第３ステップの処理により、図２１の左部で示されるように、時刻ｔ２において、端子Ｐ１１が、Ｌｏｗに制御されることにより、図１７のスイッチＳＷ２，ＳＷ３がＯＮの状態にされて、コンデンサＣｘ，Ｃｓに充電されていた電荷の全量が放電されると共に、コンデンサＣａに充電されていた電荷が抵抗Ｒを介してゆっくりと放電される。
【０１５９】
さらに、ステップＳ４８の処理により、図２１の第４ステップの処理が実行され、すなわち、図１７のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦにされる処理が実行される。結果として、時刻ｔ３において、コンデンサＣａより時刻ｔ２乃至ｔ３間で一部抵抗Ｒを介して電荷が放出された後、コンデンサＣａに残っている電荷によりコンデンサＣａ，Ｃｓ，Ｃｘが充電された状態で維持される。すなわち、時刻ｔ２乃至ｔ３間で、コンデンサＣａの充電電荷が一部放出されることにより、図２２で示されるように、コンデンサＣａの充電電圧Ｖａは、減少する。従って、上述したように、図２１の第１ステップの処理で、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＦＦにされていた場合、コンデンサＣｘに充電されていた充電電圧Ｖｘ＝Ｖ＿ｈｉもこれに伴って減少することになる。しかしながら、コンデンサＣｓ，Ｃｘの充電電圧Ｖｓ，Ｖｘの比率は一定のまま維持される。
【０１６０】
そして、ステップＳ４９の処理により、図２１の第５ステップの処理が実行される。すなわち、図１７のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ３がＯＦＦのままであるが、時刻ｔ４において、計測部１３が、端子Ｐ１２を介してコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘを計測し、計測された充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆよりも小さくない限り、ステップＳ４６乃至Ｓ５０の処理、すなわち、図２１の第３ステップの処理乃至第５ステップの処理が繰り返される。
【０１６１】
結果として、図１８のタッチセンサは、図５のタッチセンサと同様に、高速で、かつ、高精度に人体の接触非接触を検出することが可能となるだけでなく、マイクロコンピュータ２１により制御すべき端子が２個で済むため、製造上のコストを低減させることが可能となる。
【０１６２】
尚、図２２で示されるように、図１８のタッチセンサにおいても、コンデンサＣａの充電電圧ＶａがＶａ＝ＶｃｃであるときのコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが、参照電圧Ｖｒｅｆに近い値である方が、繰り返し処理回数が少ないのは同様である。すなわち、図２２の左部においては、コンデンサＣａの充電電圧ＶａがＶａ＝ＶｃｃであるときのコンデンサＣｘの充電電圧ＶｘがＶ＿ｈｉであって、繰り返し処理回数が７回で充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆに到達しているのに対して、図２２の右部においては、コンデンサＣａの充電電圧ＶａがＶａ＝ＶｃｃであるときのコンデンサＣｘの充電電圧ＶｘがＶ＿ｌｏｗ（＜Ｖ＿ｈｉ）であって、繰り返し処理回数が５回で充電電圧Ｖｘが参照電圧Ｖｒｅｆに到達しており、コンデンサＣａの充電電圧ＶａがＶａ＝ＶｃｃであるときのコンデンサＣｘの充電電圧Ｖｘが小さく、参照電圧Ｖｒｅｆに近いほど繰り返し処理回数が少ないことが示されている。
【０１６３】
以上においては、１個の電極Ｄにより人体が接触（絶縁物を介して接触）しているか否かを判定する例について説明してきたが、図１８のタッチセンサにおける構成を複数に設けるようにして、複数の電極を用いて、複数の位置において人体の接触非接触を検出させるようにしても良い。
【０１６４】
例えば、図２３で示されるように、４個の電極Ｄ１乃至Ｄ４を備えた構成を４個並列に設けて、検出するようにしても良い。尚、図２３においては、コンデンサＣａ１乃至Ｃａ４が図１８におけるコンデンサＣａに、コンデンサＣｓ１乃至Ｃｓ４が、図１８におけるコンデンサＣｓに、コンデンサＣｘ１乃至Ｃｘ４が、図１８におけるコンデンサＣｘに、抵抗Ｒ１乃至Ｒ４が、図１８における抵抗Ｒに、電極Ｄ１乃至Ｄ４が、図１８における電極Ｄにそれぞれ対応するものであり、いずれも同一のものである。また、対応してマイクロコンピュータ５１には、端子Ｐ２１乃至Ｐ２８の８個の端子が設けられており、端子Ｐ２１，Ｐ２３，Ｐ２５，Ｐ２７が、端子１１に、端子Ｐ２２，Ｐ２４，Ｐ２６，Ｐ２８が端子１２にそれぞれ対応しており同一のものである。マイクロコンピュータ５１は、端子Ｐ２１，Ｐ２２を用いて電極Ｄ１における人体の接触非接触を計測し、端子Ｐ２３，Ｐ２４を用いて電極Ｄ２における人体の接触非接触を計測し、端子Ｐ２５，Ｐ２６を用いて電極Ｄ３における人体の接触非接触を計測し、さらに、端子Ｐ２７，Ｐ２８を用いて電極Ｄ４における人体の接触非接触を計測する。
【０１６５】
ただし、マイクロコンピュータ５１は、端子Ｐ２２，Ｐ２４，Ｐ２６，Ｐ２８で計測されるコンデンサＣｘ１乃至Ｃｘ４の充電電圧Ｖｘ１乃至Ｖｘ４は、同時に計測されるわけではなく、例えば、端子Ｐ２１，Ｐ２２を用いて電極Ｄ１における人体の接触非接触を計測した後、端子Ｐ２３，Ｐ２４を用いて電極Ｄ２における人体の接触非接触を計測し、その後、端子Ｐ２５，Ｐ２６を用いて電極Ｄ３における人体の接触非接触を計測し、さらにその後、端子Ｐ２７，Ｐ２８を用いて電極Ｄ４における人体の接触非接触を計測する。そして、この処理が順次繰り返されることにより、電極Ｄ１乃至Ｄ４における人体の接触非接触が順番に検出される。
【０１６６】
このとき、上述したように、コンデンサＣａ１乃至Ｃａ４は、いずれも抵抗Ｒ１乃至Ｒ４により充電に時間が掛かるため、各コンデンサＣａ１乃至Ｃａ４の容量が求められてから充電を開始すると充電の待ち時間が発生し、処理時間がかかりすぎてしまう恐れがある。
【０１６７】
そこで、図２４で示されるように、静電容量を計算している間に、次に、静電容量を求めようとするコンデンサＣａの充電を開始させるようにしてもよい。すなわち、例えば、図２４の上段で示されるように、マイクロコンピュータ５１は、端子Ｐ２１，Ｐ２２を用いて時刻Ｔ０乃至Ｔ１００までの間にコンデンサＣａ１を充電し、時刻Ｔ１００において、図２１における第３ステップ乃至第５ステップの処理を繰り返す処理を開始する。このとき、マイクロコンピュータ５１は、時刻ｔ１００以降において、コンデンサＣｘ２の静電容量を求めるために、図２４の中段で示されるように、図２１における第３ステップ乃至第５ステップの処理を繰り返す処理に入ったところで、端子Ｐ２３，Ｐ２４を用いて、例えば、時刻ｔ２００において、コンデンサＣａ２の充電を開始させる。そして、マイクロコンピュータ５１は、コンデンサＣｘ１の静電容量が求められた時刻ｔ２１０において、コンデンサＣａ２の充電が完了しているので、コンデンサＣｘ２の静電容量を求めるために、図２１における第３ステップ乃至第５ステップの処理を繰り返す処理に入る。同様にして、コンデンサＣｘ３の静電容量を求めるために、図２１における第３ステップ乃至第５ステップの処理を繰り返す処理に入ったところで、端子Ｐ２５，Ｐ２６を用いて、例えば、時刻ｔ３００において、コンデンサＣａ３の充電を開始させる。そして、マイクロコンピュータ５１は、コンデンサＣｘ２の静電容量が求められた時刻ｔ３１０において、コンデンサＣａ３の充電が完了しているので、コンデンサＣｘ３の静電容量を求めるために、図２１における第３ステップ乃至第５ステップの処理を繰り返す処理に入る。
【０１６８】
このように、コンデンサＣｘ１乃至Ｃｘ４の静電容量を求めるために、図２１における第３ステップ乃至第５ステップの処理の繰り返し処理に入っているタイミングで、次に処理しようとしている電極に対応するコンデンサＣａ１乃至Ｃａ４の充電を行うことにより、充電による待ち時間を短縮させることができるので、複数の位置で人体の接触非接触を検出する場合においても、高速で、かつ、高精度に人体の接触非接触を検出することが可能となる。
【０１６９】
また、上述したように、マイクロコンピュータは、複数の端子があっても、同時に３個以上の端子を用いた処理をしていない。さらに、コンデンサＣａおよび抵抗Ｒは、最初に充電された後、繰り返し処理により充電電荷が放出されるだけのものであるので、複数のコンデンサＣｓ，Ｃｘ、および電極Ｄと並列に接続されていてもよい。従って、例えば、図２５で示されるように、コンデンサＣａ１および抵抗Ｒ１からなる端子Ｐ３２に、電極Ｄ１における人体の接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ１，Ｃｘ１の端子Ｐ３１と、電極Ｄ２における人体の接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ２，Ｃｘ２の端子Ｐ３３とをそれぞれ並列に接続し、さらに、コンデンサＣａ２および抵抗Ｒ２からなる端子Ｐ３５に、電極Ｄ３における人体の接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ３，Ｃｘ３の端子Ｐ３４と、電極Ｄ４における人体の接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ４，Ｃｘ４の端子Ｐ３６とをそれぞれ並列に接続するようにしてもよい。
【０１７０】
図２５のタッチセンサの場合、マイクロコンピュータ６１は、電極Ｄ１の人体の接触非接触は、端子Ｐ３１，Ｐ３２を制御して計測し、電極Ｄ２の人体の接触非接触は、端子Ｐ３２，Ｐ３３を制御して計測し、電極Ｄ３の人体の接触非接触は、端子Ｐ３４，Ｐ３５を制御して計測し、電極Ｄ４の人体の接触非接触は、端子Ｐ３５，Ｐ３６を制御して計測することになる。
【０１７１】
結果として、マイクロコンピュータ６１は、６個の端子で４箇所の人体の接触非接触を検出するタッチセンサを制御することが可能となるので、タッチセンサの製造コストを低減させることが可能となる。
【０１７２】
さらに、上述した複数の人体の接触非接触の検出をするタッチセンサは、図１８で示されるタッチセンサの構成に限らず、例えば、図５のタッチセンサの構成であっても実現することが可能であり、例えば、図２６で示されるように、構成しても良い。図２６のタッチセンサにおいては、図５の端子Ｐ０に対応する端子Ｐ４１と、端子Ｐ１に対応する端子４２、抵抗Ｒ、およびコンデンサＣａが設けられ、端子Ｐ２に対応する端子が４個並列に設けられている。すなわち、端子Ｐ４３には、電極Ｄ１の人体接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ１，Ｃｘ１が接続され、端子Ｐ４４には、電極Ｄ２の人体接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ２，Ｃｘ２が接続され、端子Ｐ４５には、電極Ｄ３の人体接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ３，Ｃｘ３が接続され、さらに、端子Ｐ４６には、電極Ｄ４の人体接触非接触を検出するためのコンデンサＣｓ４，Ｃｘ４が接続されている。
【０１７３】
図２６のタッチセンサの場合、マイクロコンピュータ７１は、電極Ｄ１の人体の接触非接触は、端子Ｐ４１乃至Ｐ４３を制御して計測し、電極Ｄ２の人体の接触非接触は、端子Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４４を制御して計測し、電極Ｄ３の人体の接触非接触は、端子Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４５を制御して計測し、電極Ｄ４の人体の接触非接触は、端子Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４６を制御して計測することになる。
【０１７４】
以上によれば、結果として、マイクロコンピュータ７１は、６個の端子で４箇所の人体の接触非接触を検出するタッチセンサを制御することが可能となる。
【０１７５】
尚、以上においては、未知のコンデンサＣｘの静電容量を求めることにより、人体の接触非接触を計測する例について説明してきたが、静電容量の変化に基づいて、計測できるものであれば、その他の計測装置に応用しても良く、例えば、圧力に応じて電極間距離が変化することにより、静電容量が変化するような構成を設けるようにすることで、静電容量の計測により圧力を計測する圧力センサを構成するようにしても良い。
【０１７６】
以上によれば、未知の静電容量を、安価な装置により高精度で、高速に測定することが可能になると共に、静電容量の測定結果に基づいて、人体の接触非接触を高精度で高速に判定することが可能となる。
【０１７７】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行させることが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに記録媒体からインストールされる。
【０１７８】
図２７は、図５，図１８，図２３，図２５，図２６のマイクロコンピュータ１，２１，５１，６１，７１の電気的な内部構成をソフトウェアにより実現する場合のパーソナルコンピュータの一実施の形態の構成を示している。パーソナルコンピュータのCPU１０１は、パーソナルコンピュータの全体の動作を制御する。また、CPU１０１は、バス１０４および入出力インタフェース１０５を介してユーザからキーボードやマウスなどからなる入力部１０６から指令が入力されると、それに対応してROM(Read ＯＮly Memory) １０２に格納されているプログラムを実行する。あるいはまた、CPU１０１は、ドライブ１１０に接続された磁気ディスク１２１、光ディスク１２２、光磁気ディスク１２３、または半導体メモリ１２４から読み出され、記憶部１０８にインストールされたプログラムを、RAM(Random Access Memory) １０３にロードして実行する。これにより、上述した図５，図１８，図２３，図２５，図２６のマイクロコンピュータ１，２１，５１，６１，７１の機能が、ソフトウェアにより実現されている。さらに、CPU１０１は、通信部１０９を制御して、外部と通信し、データの授受を実行する。
【０１７９】
プログラムが記録されている記録媒体は、図２７に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク１２１（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク１２２（CD-ROM(Compact Disc-Read ＯＮly Memory)，DVD（Digital Versatile Disk）を含む）、光磁気ディスク１２３（MD（Mini-Disc）を含む）、もしくは半導体メモリ１２４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM１０２や、記憶部１０８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１８０】
尚、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理は、もちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】従来のタッチセンサを構成する回路を説明する図である。
【図２】図１のタッチセンサの動作を説明する図である。
【図３】図１のタッチセンサの動作を説明する図である。
【図４】図１のタッチセンサの動作を説明する図である。
【図５】本発明を適用したタッチセンサの一実施の形態の構成を説明する図である。
【図６】図５のタッチセンサの概念を説明する回路図である。
【図７】図５のマイクロコンピュータにより実現される機能を説明する図である。
【図８】図５のタッチセンサによるタッチスイッチ動作処理を説明するフローチャートである。
【図９】図５のタッチセンサによる計測処理を説明するフローチャートである。
【図１０】図５のタッチセンサによる計測処理を説明する図である。
【図１１】図５のタッチセンサによる計測処理を説明するタイミングチャートである。
【図１２】未知のコンデンサの容量の計算方法を説明する図である。
【図１３】未知のコンデンサの容量の計算方法を説明する図である。
【図１４】未知のコンデンサの容量の計算方法を説明する図である。
【図１５】未知のコンデンサの容量の計算方法を説明する図である。
【図１６】未知のコンデンサの容量の計算方法を説明する図である。
【図１７】タッチセンサのその他の構成を説明する回路図である。
【図１８】図１７の回路構成からなるタッチセンサの構成を説明する図である。
【図１９】図１８のマイクロコンピュータにより実現される機能を説明する図である。
【図２０】図１８のタッチセンサによる計測処理を説明するフローチャートである。
【図２１】図１８のタッチセンサによる計測処理を説明する図である。
【図２２】図１８のタッチセンサによる計測処理を説明するタイミングチャートである。
【図２３】タッチセンサのさらにその他の構成を説明する図である。
【図２４】図２３によるタッチセンサの動作を説明する図である。
【図２５】タッチセンサのさらにその他の構成を説明する図である。
【図２６】タッチセンサのさらにその他の構成を説明する図である。
【図２７】記録媒体を説明する図である。
【符号の説明】
【０１８２】
１  マイクロコンピュータ，  １１  制御部，  １２  スイッチ動作部，  １２ａ  タイマ，  １３  計測部，  １３ａ  カウンタ，  １３ｂ  比較部，  ２１  マイクロコンピュータ，  ３１  スイッチ動作部，  ３１ａ  タイマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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