JP2008157920A - Capacitance detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量検出装置に関する。 The present invention relates to a capacitance detection device.
従来の静電容量検出装置には、例えば特許文献1,2に記載されたものがある。
静電容量検出装置は、例えば自動車等の車両用ドアの開閉を制御するシステムに組込まれ、その静電容量検出装置の検出信号が、開錠をするときのトリガとして用いられている。具体的には、ユーザが車両に近づいて、車載された制御装置とユーザとの間でIDコードの照合が行われた結果、制御システムがアンロック許可モードに遷移する。この際に、ユーザが車両用ドアのアウトサイドハンドル内に配置されたアンロックセンサ(電極)に触れると、静電容量検出装置がその電極の静電容量の変化を検出し、開解のトリガ信号を出力する。換言すると、静電容量検出装置はユーザからのアンロックの意思を静電容量の変化で検出し、制御システムが開錠のトリガ信号を出力する。 The capacitance detection device is incorporated in a system that controls opening and closing of a vehicle door such as an automobile, for example, and a detection signal of the capacitance detection device is used as a trigger when unlocking. Specifically, as a result of the user approaching the vehicle and collating the ID code between the control device mounted on the vehicle and the user, the control system transitions to the unlock permission mode. At this time, when the user touches an unlock sensor (electrode) disposed in the outside handle of the vehicle door, the capacitance detection device detects a change in the capacitance of the electrode, and a trigger signal for the opening is detected. Is output. In other words, the capacitance detection device detects the intention of unlocking from the user by a change in capacitance, and the control system outputs an unlocking trigger signal.
また、静電容量検出装置には、車両の後突時の鞭打ちを低減するために乗員の頭部と座席のヘッドレストとの距離を制御する安全装置に組み込まれ、ヘッドレストに内蔵された電極と人体との距離に応じて静電容量が変化することを利用し、頭部とヘッドレストとの間の距離を検出する距離センサとして用いられるというニーズもある。 In addition, the capacitance detection device is incorporated in a safety device that controls the distance between the head of the occupant and the headrest of the seat in order to reduce whipping at the time of rear-end collision of the vehicle. There is also a need to be used as a distance sensor that detects the distance between the head and the headrest using the fact that the capacitance changes according to the distance between the head and the headrest.
上記特許文献1に示された静電容量検出装置では、図44のように、基準容量Csの一端に開閉スイッチS1を介して直流電圧源が接続され、基準容量Csの他端にはセンサ電極E1を介して片側が接地あるいは自由空間に接続された被測定容量Cxが接続され、基準容量Csの他端とグランドとの間には、開閉スイッチS2が接続され、基準容量Csの両端には開閉スイッチS3が接続され、基準容量Csの一端には該一端の電位を測定する電位測定部としてのコンパレータCMP及び制御回路が接続されている。
In the capacitance detection device disclosed in
この静電容量検出装置は、図45のように、まずスイッチS2及びスイッチS3を閉操作して基準容量Cs及び被測定容量Cxの電荷を放電させる。つぎに、スイッチS1を閉操作して直流電圧源によって基準容量Csと被測定容量Cxを充電し、基準容量の電位を、基準容量Csと被測定容量Cxの容量比で定まる電圧に上昇させた後にスイッチS1を開操作し、さらにスイッチS2を閉じて基準容量Csの他端を接地して被測定容量Cxの電荷を放電させるとともに、制御部によって基準容量Csの電位を測定する動作を繰り返し、基準容量Csの電位が設定電位に上昇するまでの回数をカウントする。そして、この基準容量Csの電位が設定電位に上昇するまでの回数の増減により、被測定容量Cxの容量値の変化の有無を検出している。 As shown in FIG. 45, this capacitance detection device first closes the switch S2 and the switch S3 to discharge the charges of the reference capacitor Cs and the measured capacitor Cx. Next, the switch S1 is closed to charge the reference capacitor Cs and the measured capacitor Cx with a DC voltage source, and the potential of the reference capacitor is increased to a voltage determined by the capacitance ratio of the reference capacitor Cs and the measured capacitor Cx. Later, the switch S1 is opened, the switch S2 is closed, the other end of the reference capacitor Cs is grounded to discharge the charge of the capacitor Cx to be measured, and the operation of measuring the potential of the reference capacitor Cs by the control unit is repeated. The number of times until the potential of the reference capacitor Cs rises to the set potential is counted. The presence or absence of a change in the capacitance value of the measured capacitance Cx is detected by increasing or decreasing the number of times until the potential of the reference capacitance Cs rises to the set potential.
特許文献1には、また、2つの被測定容量の変化の有無を検出する静電容量検出装置も記載されている。この静電容量検出装置では、基準容量Csの両端にそれぞれセンサ電極が接続され、各センサ電極に片側が接地或いは自由空間に接続された2つの被測定容量Cx1,Cx2がそれぞれ接続されている。基準容量Csの一端は、開閉スイッチS1を介して直流電圧源が接続されると共に開閉スイッチS2を介して接地されている。基準容量Csの他端は、開閉スイッチS3を介して直流電圧源が接続されると共に開閉スイッチS4を介して接地されている。静電容量検出装置では、開閉スイッチS1〜S4を操作し、基準容量Csの両端の電位をそれぞれ測定する2つの電位測定部により測定して、2つの被測定容量Cx1,Cx2の変化の有無を検出している。
さらに、特許文献2に示された静電容量検出装置は、両端間に開閉スイッチS1が接続された基準容量Csの一端が直流電圧源に接続され、その基準容量Csの他端が開閉スイッチS2を介して被測定容量Cxの一端に接続され、被測定容量Cxの他端が接地され、被測定容量Cxの両端間には開閉スイッチS3が接続されている。この静電容量検出装置では、開閉スイッチS1を閉にし、開に戻す第1のスイッチ動作を行った後、開閉スイッチS2を閉にしてから開にする第2のスイッチ操作と、開閉スイッチS3を閉にしてから開に戻す第3のスイッチ操作を交互に繰り返し、基準容量Csの他端の電位が所定電位に変化するまでの第2のスイッチ動作の回数に基づいて、被測定容量Cxの静電容量値の変化を検出している。
Further, in the capacitance detection device disclosed in
しかしながら、上記従来例では、充電された基準容量に被測定容量を接続する処理を繰り返して、基準容量の電位を測定するので、その電位が、基準容量を被測定容量と基準容量の和で割った値を被測定容量の接続回数乗じた値、つまり、基準容量を被測定容量と基準容量との和で割った値を底とし、前記接続回数を指数とする指数関数の一次関数となる。よって、被測定容量であるセンサ電極が形成する静電容量の値が小さく、また、その変化量が少ないと、容量検出の精度が低くなる。また、静電容量検出装置をセンサ電極間の距離を測定する距離センサとして使用した場合、基準容量の電位が前述の指数関数の一次関数となるため、簡便な回路で距離に比例した出力にすることが困難であった。
本発明は、以上のような現状を鑑みてなされた発明であり、簡便な回路でセンサ電極の距離に比例した出力を得られる静電容量検出装置を提供することを目的とする。
However, in the above conventional example, the process of connecting the measured capacitor to the charged reference capacitor is repeated and the potential of the reference capacitor is measured. Therefore, the potential is divided by the sum of the measured capacitor and the reference capacitor. The value obtained by multiplying the measured value by the number of connections of the measured capacity, that is, a value obtained by dividing the reference capacity by the sum of the measured capacity and the reference capacity, is a linear function of an exponential function with the number of connections as an index. Therefore, if the value of the capacitance formed by the sensor electrode that is the capacitance to be measured is small and the amount of change is small, the accuracy of capacitance detection is low. In addition, when the capacitance detection device is used as a distance sensor for measuring the distance between sensor electrodes, the potential of the reference capacitance is a linear function of the exponential function described above, so that the output is proportional to the distance with a simple circuit. It was difficult.
The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a capacitance detection device that can obtain an output proportional to the distance of a sensor electrode with a simple circuit.
上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る静電容量検出装置は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有し、該非反転入力端子には第1の固定電位が入力された第1の差動増幅器と、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一方の電極が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他方の電極が接続された第1の基準容量と、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他端が接続された第1の開閉スイッチと、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続された第2の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が第1の電源電位に接続された第3の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に接続されると共にほぼ定電位の導電体に対向して該導電体との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第1のセンサ電極と、
前記第1の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第1のスイッチ操作を行った後、前記第2の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2のスイッチ操作と、前記第3の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3のスイッチ操作とを交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第1の差動増幅器の出力端子に一方の入力端子が接続され、該第1の差動増幅器の出力電圧と他方の入力端子に入力された電圧とを比較する比較器と、
前記第2のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記比較器の両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第2のスイッチ操作の回数に基づき、前記第1のセンサ電極と前記導電体との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a capacitance detection device according to a first aspect of the present invention has an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, and the non-inverting input terminal has a first fixed state. A first differential amplifier to which a potential is input;
A first reference capacitor having one electrode connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other electrode connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A first open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other end connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A second open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A third open / close switch having one end connected to the other end of the second open / close switch and the other end connected to a first power supply potential;
A first sensor electrode which is connected to the other end of the second open / close switch and forms a capacitor which faces a substantially constant potential conductor and exhibits a capacitance according to the distance from the conductor; ,
A second switch operation for closing the first open / close switch and then opening the first open / close switch and then returning the open / close switch to the open state after closing the second open / close switch; Switch control means for alternately repeating the third switch operation for returning the open state to the open state after closing the third open / close switch;
A comparator that has one input terminal connected to the output terminal of the first differential amplifier and compares the output voltage of the first differential amplifier with the voltage input to the other input terminal;
Counting means for counting the number of times the second switch operation is repeated;
Based on the number of times of the second switch operation counted by the counting means until the level of the input voltage at both input terminals of the comparator is inverted, the static between the first sensor electrode and the conductor is determined. Determining means for determining a change in electric capacity;
It is characterized by providing.
なお、前記比較器の前記他方の入力端子に入力される電圧が、当該比較器の前記一方の入力端子に入力される電圧とは逆相であってもよい。 The voltage input to the other input terminal of the comparator may be out of phase with the voltage input to the one input terminal of the comparator.
さらにまた、前記第1の差動増幅器の反転入力端子に一端が接続された第4の開閉スイッチと、
前記第4の開閉スイッチの他端に一方の電極が接続されると共に他方の電極が第1の補正電位に接続された第1の補正容量と、
前記第4の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が前記第1の補正電位に接続された第5の開閉スイッチと、
前記スイッチ制御手段は、前記第4の開閉スイッチを前記第2の開閉スイッチと同じタイミングで開閉し、前記第5の開閉スイッチを前記第3の開閉スイッチと同じタイミングで開閉する、ようにしてもよい。
Furthermore, a fourth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A first correction capacitor having one electrode connected to the other end of the fourth open / close switch and the other electrode connected to a first correction potential;
A fifth open / close switch having one end connected to the other end of the fourth open / close switch and the other end connected to the first correction potential;
The switch control means opens and closes the fourth open / close switch at the same timing as the second open / close switch, and opens and closes the fifth open / close switch at the same timing as the third open / close switch. Good.
また、前記第1のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面及び該第1のセンサ電極と前記第2及び第3の開閉スイッチとの間を接続する配線の少なくとも一部を包囲する第1のシールド部材と、
前記第1のシールド部材を、少なくとも前記第2の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の固定電位に保つ第1の電位供給回路と、
前記第1のシールド部材を少なくとも前記第3の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の電源電位に保つ第2の電位供給回路と、
を備えてもよい。
In addition, the surface of the first sensor electrode other than the surface facing the conductor and at least a part of the wiring connecting the first sensor electrode and the second and third open / close switches are surrounded. A first shield member;
A first potential supply circuit that maintains the first shield member at the first fixed potential when at least the second opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
A second potential supply circuit for maintaining the first shield member at the first power supply potential when at least the third opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
May be provided.
この場合、前記第1の電位供給回路と前記第1のシールド部材との間に接続された第1の電流検出回路と、
前記第3の開閉スイッチが閉状態の所定の期間に前記第1のシールド部材に前記第1の電源電位とは異なる電位を印加する第1の電位印加手段と、
を備えてもよい。
In this case, a first current detection circuit connected between the first potential supply circuit and the first shield member;
First potential applying means for applying a potential different from the first power supply potential to the first shield member during a predetermined period when the third open / close switch is closed;
May be provided.
また、前記第1のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面、該第1のセンサ電極と前記第2及び第3の開閉スイッチとの間を接続する配線及び前記第1のシールド部材の少なくとも一部を包囲する第1の外部シールド部材を備え、
前記第1の外部シールド部材は定電位に設定されてもよい。
A surface of the first sensor electrode other than the surface facing the conductor, wiring connecting the first sensor electrode and the second and third on / off switches, and the first shield member; A first outer shield member surrounding at least a part of
The first outer shield member may be set to a constant potential.
上記目的を達成するために、本発明の第2の観点に係る静電容量検出装置は、反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有し、該非反転入力端子には第1の固定電位が入力された第1の差動増幅器と、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一方の電極が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他方の電極が接続された第1の基準容量と、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他端が接続された第1の開閉スイッチと、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続された第2の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が第1の電源電位に接続された第3の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に接続されると共にほぼ定電位の導電体に対向して該導電体との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第1のセンサ電極と、
反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有し、該非反転入力端子には第2の固定電位が入力された第2の差動増幅器と、
前記第2の差動増幅器の前記反転入力端子に一方の電極が接続されると共に該第2の差動増幅器の前記出力端子に他方の電極が接続された第2の基準容量と、
前記第2の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続されると共に該第2の差動増幅器の前記出力端子に他端が接続された第4の開閉スイッチと、
前記第2の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続された第5の開閉スイッチと、
前記第5の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が第2の電源電位に接続された第6の開閉スイッチと、
前記第5の開閉スイッチの他端に接続されると共に前記導電体に対向して該導電体との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第2のセンサ電極と、
前記第1の開閉スイッチ及び第4の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第1のスイッチ操作を行った後、前記第2の開閉スイッチ及び第5の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2のスイッチ操作と、前記第3の開閉スイッチ及び第6の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3のスイッチ操作とを交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第1の差動増幅器の出力端子に一方の入力端子が接続されると共に前記第2の差動増幅器の出力端子に他方の入力端子が接続され、該第1の差動増幅器の出力電圧と該第2の差動増幅器の出力電圧とを比較する比較器と、
前記第2のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記比較器の両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第2のスイッチ操作の回数に基づき、前記第1のセンサ電極及び前記第2のセンサ電極の少なくとも一方と前記導電体との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a capacitance detection device according to a second aspect of the present invention has an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, and the non-inverting input terminal has a first fixed state. A first differential amplifier to which a potential is input;
A first reference capacitor having one electrode connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other electrode connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A first open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other end connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A second open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A third open / close switch having one end connected to the other end of the second open / close switch and the other end connected to a first power supply potential;
A first sensor electrode which is connected to the other end of the second open / close switch and forms a capacitor which faces a substantially constant potential conductor and exhibits a capacitance according to the distance from the conductor; ,
A second differential amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, the second fixed potential being input to the non-inverting input terminal;
A second reference capacitor having one electrode connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier and the other electrode connected to the output terminal of the second differential amplifier;
A fourth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier and the other end connected to the output terminal of the second differential amplifier;
A fifth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier;
A sixth open / close switch having one end connected to the other end of the fifth open / close switch and the other end connected to a second power supply potential;
A second sensor electrode which is connected to the other end of the fifth open / close switch and forms a capacitor which faces the conductor and exhibits a capacitance according to the distance from the conductor;
After performing the first switch operation for opening the first open / close switch and the fourth open / close switch after closing the first open / close switch and the fourth open / close switch, the second open / close switch and the fifth open / close switch are closed. Switch control means for alternately repeating a second switch operation for returning to the open state and a third switch operation for returning the open state to the open state after closing the third open / close switch and the sixth open / close switch;
One input terminal is connected to the output terminal of the first differential amplifier and the other input terminal is connected to the output terminal of the second differential amplifier, and the output voltage of the first differential amplifier is A comparator for comparing the output voltage of the second differential amplifier;
Counting means for counting the number of times the second switch operation is repeated;
Based on the number of times of the second switch operation counted by the counting means until the level of the input voltage at both input terminals of the comparator is inverted, at least one of the first sensor electrode and the second sensor electrode. Determining means for determining a change in capacitance between one and the conductor;
It is characterized by providing.
なお、前記第1の差動増幅器の反転入力端子に一端が接続された第7の開閉スイッチと、
前記第7の開閉スイッチの他端に一方の電極が接続されると共に他方の電極が第1の補正電位に接続された第1の補正容量と、
前記第7の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が前記第1の補正電位に接続された第8の開閉スイッチと、
前記第2の差動増幅器の反転入力端子に一端が接続された第9の開閉スイッチと、
前記第9の開閉スイッチの他端に一方の電極が接続されると共に他方の電極が第2の補正電位に接続された第2の補正容量と、
前記第9の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が前記第2の補正電位に接続された第10の開閉スイッチとを備え、
前記スイッチ制御手段は、前記第7の開閉スイッチ及び第9の開閉スイッチを前記第2の開閉スイッチ及び第5の開閉スイッチと同じタイミングで開閉し、前記第8の開閉スイッチ及び第10の開閉スイッチを前記第3の開閉スイッチ及び第6の開閉スイッチと同じタイミングで開閉する、ようにしてもよい。
A seventh open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A first correction capacitor having one electrode connected to the other end of the seventh open / close switch and the other electrode connected to a first correction potential;
An eighth open / close switch having one end connected to the other end of the seventh open / close switch and the other end connected to the first correction potential;
A ninth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier;
A second correction capacitor having one electrode connected to the other end of the ninth open / close switch and the other electrode connected to a second correction potential;
A tenth open / close switch having one end connected to the other end of the ninth open / close switch and the other end connected to the second correction potential;
The switch control means opens and closes the seventh open / close switch and the ninth open / close switch at the same timing as the second open / close switch and the fifth open / close switch, and the eighth open / close switch and the tenth open / close switch. May be opened and closed at the same timing as the third open / close switch and the sixth open / close switch.
また、前記第1のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面及び該第1のセンサ電極と前記第2及び第3の開閉スイッチとの間を接続する配線の少なくとも一部を包囲する第1のシールド部材と、
前記第1のシールド部材を、少なくとも前記第2の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の固定電位に保つ第1の電位供給回路と、
前記第1のシールド部材を少なくとも前記第3の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の電源電位に保つ第2の電位供給回路と、
前記第2のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面及び該第2のセンサ電極と前記第5及び第6の開閉スイッチとの間を接続する配線の少なくとも一部を包囲する第2のシールド部材と、
前記第2のシールド部材を、少なくとも前記第5の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第2の固定電位に保つ第3の電位供給回路と、
前記第2のシールド部材を少なくとも前記第6の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第2の電源電位に保つ第4の電位供給回路と、
を備えてもよい。
In addition, the surface of the first sensor electrode other than the surface facing the conductor and at least a part of the wiring connecting the first sensor electrode and the second and third open / close switches are surrounded. A first shield member;
A first potential supply circuit that maintains the first shield member at the first fixed potential when at least the second opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
A second potential supply circuit for maintaining the first shield member at the first power supply potential when at least the third opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
A second surrounding the surface of the second sensor electrode other than the surface facing the conductor and at least a part of the wiring connecting the second sensor electrode and the fifth and sixth open / close switches. A shielding member of
A third potential supply circuit that maintains the second shield member at the second fixed potential when at least the fifth open / close switch transitions from a closed state to an open state;
A fourth potential supply circuit for maintaining the second shield member at the second power supply potential when at least the sixth open / close switch transits from a closed state to an open state;
May be provided.
この場合、前記第1の電位供給回路と前記第1のシールド部材との間に接続された第1の電流検出回路と、
前記第3の開閉スイッチが閉状態の所定の期間に前記第1のシールド部材に前記第1の電源電位とは異なる電位を印加する第1の電位印加手段と、
前記第3の電位供給回路と前記第2のシールド部材との間に接続された第2の電流検出回路と、
前記第4の開閉スイッチが閉状態の所定の期間に前記第2のシールド部材に前記第2の電源電位とは異なる電位を印加する第2の電位印加手段と、
を備えてもよい。
In this case, a first current detection circuit connected between the first potential supply circuit and the first shield member;
First potential applying means for applying a potential different from the first power supply potential to the first shield member during a predetermined period when the third open / close switch is closed;
A second current detection circuit connected between the third potential supply circuit and the second shield member;
Second potential applying means for applying a potential different from the second power supply potential to the second shield member during a predetermined period when the fourth open / close switch is closed;
May be provided.
また、前記第1のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面、該第1のセンサ電極と前記第2及び第3の開閉スイッチとの間を接続する配線及び前記第1のシールド部材の少なくとも一部を包囲する第1の外部シールド部材と、
前記第2のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面、該第2のセンサ電極と前記第5及び第6の開閉スイッチとの間を接続する配線及び前記第2のシールド部材の少なくとも一部を包囲する第2の外部シールド部材とを備え、
前記第1の外部シールド部材及び第2の外部シールド部材は、任意の定電位に設定されてもよい。
A surface of the first sensor electrode other than the surface facing the conductor, wiring connecting the first sensor electrode and the second and third on / off switches, and the first shield member; A first outer shield member surrounding at least a portion of
At least one of a surface of the second sensor electrode other than the surface facing the conductor, a wiring connecting the second sensor electrode and the fifth and sixth open / close switches, and at least the second shield member A second outer shield member surrounding the part,
The first outer shield member and the second outer shield member may be set to an arbitrary constant potential.
さらに、前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の面積は等しく、該第1のセンサ電極の重心と該第2のセンサ電極の重心とはほぼ一致してもよい。 Furthermore, the areas of the first sensor electrode and the second sensor electrode may be equal, and the center of gravity of the first sensor electrode and the center of gravity of the second sensor electrode may substantially coincide.
この場合、前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極は、前記重心を通る2つ以上の平面に対して対称に配されてもよい。 In this case, the first sensor electrode and the second sensor electrode may be arranged symmetrically with respect to two or more planes passing through the center of gravity.
本発明によれば、距離センサとして使用した場合でも、簡便な回路構成で距離に比例した出力を得られる静電容量検出装置を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when it uses as a distance sensor, the electrostatic capacitance detection apparatus which can obtain the output proportional to distance with a simple circuit structure is realizable.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る静電容量検出装置10を示す回路図である。
図2は、図1のA部を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a
FIG. 2 is a diagram showing a part A of FIG.
この静電容量検出装置10は、第1の差動増幅器(以下、オペアンプという)11と、比較器としてのコンパレータ12と、第1の基準容量13と、第1の開閉スイッチ14と、第2の開閉スイッチ15と、第3の開閉スイッチ16と、第1のセンサ電極E1と、制御部17とを備えている。制御部17は、開閉スイッチ14〜16のスイッチングを制御するスイッチ制御手段17a、開閉スイッチ15のオン・オフ回数をカウントするカウント手段17bと、コンパレータ12の出力レベルが変化したか否かを判定し、コンパレータ22の出力レベルが変化するまでにカウント手段17bでカウントされた数に応じた出力信号を出力する判定手段17cとを備えている。
The
オペアンプ11の出力端子は、基準容量13の一方の電極と開閉スイッチ14の一端とコンパレータ12の一方の入力端子(−)とに接続されている。オペアンプ11の反転入力端子(−)に、基準容量13の他方の電極と開閉スイッチ14の他端と開閉スイッチ15の一端が接続されている。開閉スイッチ15の他端は、一端が第1の電源電位V1に接続された開閉スイッチ16の他端とセンサ電極E1とに接続されている。オペアンプ11の非反転入力端子(+)は、第1の固定電位V3に接続されている。コンパレータ12の他方の入力端子(+)の電位Vin+は電源電位V4に固定され、コンパレータ12の出力端子が制御部17に接続されている。
The output terminal of the
センサ電極E1は、図2に示すように、ほぼ定電位の導電体E0に対向して導電体E0との間にコンデンサを形成する。センサ電極E1がそのコンデンサの一方の電極となる。このコンデンサの容量が被測容量Cx11となる。 As shown in FIG. 2, the sensor electrode E1 forms a capacitor between the sensor E1 and the conductor E0 facing the conductor E0 having a substantially constant potential. The sensor electrode E1 is one electrode of the capacitor. The capacity of this capacitor is the measured capacity Cx11.
次に、図1の静電容量検出装置の動作を、図3を参照して説明する。
図3(a)〜(f)は、図1の動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、この図3では、電位V1,V3,V4の高さの関係をV1>V3>V4としているが、電位V1,V3,V4の高さの関係をV1<V3<V4としてもよい。
Next, the operation of the capacitance detection device of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
3A to 3F are timing charts for explaining the operation of FIG. In FIG. 3, the relationship between the heights of the potentials V1, V3, and V4 is V1>V3> V4, but the relationship between the heights of the potentials V1, V3, and V4 may be V1 <V3 <V4.
図3は、初期状態として、電位VE1が電源電位V1に充電され、コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が電位V4よりも低くなっているものとして示されている。
制御部17による制御により、開閉スイッチ14を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作(図3(a))を行った後、開閉スイッチ15を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作(図3(b))と、開閉スイッチ16を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第3のスイッチ操作(図3(c))とを繰り返し行う。
FIG. 3 shows an initial state in which the potential VE1 is charged to the power supply potential V1, and the potential Vin− of the inverting input terminal of the
Under the control of the
第1のスイッチ操作により、基準容量13の両電極間が短絡され、オペアンプ11の出力端子及びコンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が電位V4を超えて電位V3に上昇し(図3(e)),コンパレータ12の出力信号Voutが高レベルから低レベルに遷移する(図3(f))。
By the first switch operation, both electrodes of the
第2のスイッチ操作により、それまでにセンサ電極E1に充電されていた電荷により、基準容量13が充電されると共に、電位Vin−が低下する。センサ電極E1の電位VE1は、第2のスイッチング操作により低下するが、第3のスイッチ操作により、センサ電極E1の電位VE1が再び電源電位V1となる。
By the second switch operation, the
第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すことにより、コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が、繰り返しの回数に応じて低下する。コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が電位V4以下になると、コンパレータ12の出力信号が高レベルに遷移する。制御部17は、コンパレータ12の出力信号Voutが遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントし、それを関数とする計算結果を出力する。
By repeating the second switch operation and the third switch operation, the potential Vin− of the inverting input terminal of the
ここで、基準容量13と開閉スイッチ14の並列回路は、オペアンプ11の負帰還インピーダンスとなり、第1のスイッチ操作により、オペアンプ11の出力端子の電位、つまりコンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−は、固定電位V3と同電位となる。第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すと、コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−は、第2のスイッチ操作の繰り返し回数nと、センサ電極E1を一方の電極とするコンデンサの被測定容量Cx11と、基準容量13の容量値Cs1と、電位V1,V3の関係から、
Vin−=V3−n×(V1−V3)×Cx11/Cs1・・・(1)
となり、第2のスイッチ操作の回数nに比例して変化する。
Here, the parallel circuit of the
Vin− = V3−n × (V1−V3) × Cx11 / Cs1 (1)
And changes in proportion to the number of times n of the second switch operation.
上式より、コンパレータ12の出力信号のレベルが遷移するまでの第2のスイッチ操作の回数n0が十分大きければ、被測定容量Cx11は、Cx11×(V1−V3)×n0≒Cs1×(V3−V4)より、次の式で表すことができる。
Cx11=(V3−V4)/(V1−V4)×Cs1/n0・・・(2)
From the above equation, if the number n0 of second switch operations until the level of the output signal of the
Cx11 = (V3-V4) / (V1-V4) × Cs1 / n0 (2)
センサ電極E1が一方の電極となるコンデンサが平板コンデンサで構成されていると仮定すると、対象となる導電体E0までの距離dと被測定容量Cx11は反比例の関係があり、(2)式より被測定容量Cx11と回数n0は反比例の関係にあるので、距離dと回数n0は比例の関係にあり、図1の静電容量検出装置10の構成を変えることなく直接、距離センサとして用いることができ、静電容量検出装置10の出力を直接、距離情報として用いることができる。
Assuming that the capacitor whose sensor electrode E1 is one electrode is a flat plate capacitor, the distance d to the target conductor E0 and the measured capacitance Cx11 are in an inversely proportional relationship. Since the measurement capacitance Cx11 and the number of times n0 are in an inversely proportional relationship, the distance d and the number of times n0 are in a proportional relationship, and can be used directly as a distance sensor without changing the configuration of the
[第2の実施形態]
前述の第1の実施形態では、コンパレータ12の他方の入力端子(+)に固定の電源電位V4を与えていたが、コンパレータ12の一方の入力端子(−)の電位Vin−に対して逆相に変化する電位Vin+を入力してもよい。その一例を第2の実施形態で示す。
[Second Embodiment]
In the first embodiment described above, the fixed power supply potential V4 is applied to the other input terminal (+) of the
図4は、本発明の第2の実施形態に係る静電容量検出装置20を示す回路図である。
図5は、図4の静電容量検出装置20のA部を示す図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a
FIG. 5 is a diagram showing a part A of the
静電容量検出装置20は、第1のオペアンプ21を備えている。オペアンプ21の出力端子がコンパレータ22の一方の入力端子(−)に接続される共に、オペアンプ21の出力端子には、第1の基準容量23の一方の電極と第1の開閉スイッチ24の一端とが接続されている。オペアンプ21の反転入力端子に基準容量23の他方の電極と開閉スイッチ24の他端と第2の開閉スイッチ25の一端とが、接続されている。開閉スイッチ25の他端は、一端が第1の電源電位V1に接続される第3の開閉スイッチ26の他端と第1のセンサ電極E1とに、接続されている。オペアンプ21の非反転入力端子(+)は、第1の固定電位V3に接続されている。
The
静電容量検出装置20には、さらに、第2のオペアンプ31が設けられている。オペアンプ31の出力端子に、第2の基準容量33の一方の電極と第4の開閉スイッチ34の一端が接続されると共に、コンパレータ22の他方の入力端子(+)が接続されている。オペアンプ31の反転入力端子(−)に基準容量33の他方の電極と開閉スイッチ34の他端と第5の開閉スイッチ35の一端とが接続されている。
The
開閉スイッチ35の他端は、一端が第2の電源電位V2に接続される第6の開閉スイッチ36の他端と第2のセンサ電極E2とに接続されている。オペアンプ31の非反転入力端子(+)は、第2の固定電位V5に接続されている。コンパレータ22の出力端子が制御部37に接続されている。制御部37は、開閉スイッチ25〜26,34〜36のスイッチングを制御するスイッチ制御手段37a、開閉スイッチ25,35のオン・オフ回数をカウントするカウント手段37bと、コンパレータ22の出力レベルが変化したか否かを判定し、コンパレータ22の出力レベルが変化するまでにカウント手段37bでカウントされた数に応じた出力信号を出力する判定手段37cとを備えている。
The other end of the opening /
センサ電極E1,E2は、図5に示すように、検出対象の導電体E0に対向して導電体E0との間に被測定容量がCx11,Cx21のコンデンサをそれぞれ形成し、センサ電極E1,E2が各コンデンサの一方の電極になる。また、センサ電極E1,E2は、近接して配置される。図5のCx0は、センサ電極E1,E2間に形成される寄生容量である。
電位V1,V2,V3,V5の高さの関係は、V1>V3>V5>V2であってもよいし、V1<V3<V5<V2でもよい。
As shown in FIG. 5, the sensor electrodes E1 and E2 are opposite to the conductor E0 to be detected and form capacitors having measured capacitances Cx11 and Cx21 between the conductor E0 and the sensor electrodes E1 and E2, respectively. Becomes one electrode of each capacitor. The sensor electrodes E1 and E2 are arranged close to each other. Cx0 in FIG. 5 is a parasitic capacitance formed between the sensor electrodes E1 and E2.
The relationship between the heights of the potentials V1, V2, V3, and V5 may be V1>V3>V5> V2 or V1 <V3 <V5 <V2.
次に、この静電容量検出装置20の動作を図6を参照して説明する。
図6(a)〜(g)は、図4の静電容量検出装置20の動作を説明するためのタイミングチャートである。初期状態として、センサ電極E1の電位VE1が電源電位V1に充電され、センサ電極E2の電位VE2が電源電位V2に充電されているものとして示されている。
Next, the operation of the
6A to 6G are timing charts for explaining the operation of the
制御部37は、開閉スイッチ24,34を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作を行った後、開閉スイッチ25,35を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作と、開閉スイッチ26,36を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第3のスイッチ操作とを繰り返し行う。
The
第1のスイッチ操作により(図6(a))、基準容量23,33が放電され、オペアンプ21の出力端子、つまりコンパレータ22の一方の入力端子(−)の電位Vin−が上昇し、オペアンプ31の出力端子であるコンパレータ22の他方の入力端子(+)の電位Vin+が下降する(図6(e))。電位Vin−及び電位Vin+の高低が逆転すると、コンパレータ22の出力信号Voutが例えば高レベルから低レベルに遷移する(図6(g))。
By the first switch operation (FIG. 6A), the
第2のスイッチ操作により(図6(b))、センサ電極E1,E2(図6(d),(f))に充電されていた電荷によって、基準容量23,33が充電されると共に、コンパレータ22の一方の入力端子(−)の電位Vin−が低下し,他方の入力端子(+)の電位Vin+が上昇する。第3のスイッチ操作により(図6(c))、センサ電極E1の電位VE1が再び電源電位V1となり、センサ電極E2の電位VE2が再び電源電位V2となる。
The
第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すことにより、コンパレータ22の入力端子(−)の電位Vin−のレベルと入力端子(+)の電位Vin+のレベルが反転し、コンパレータ22の出力信号Voutのレベルが遷移し、再び高レベルになる。
By repeating the second switch operation and the third switch operation, the level of the potential Vin− of the input terminal (−) of the
制御部37は、コンパレータ22の出力信号Voutが高レベルに遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントし、それを関数とする計算結果を出力する。
The
以上のように、本実施形態では、オペアンプ21、基準容量23、開閉スイッチ24〜26及びセンサ電極E1が、第1の実施形態のオペアンプ11、基準容量13、開閉スイッチ14〜16及びセンサ電極E1と同様に動作する。そして、オペアンプ21、基準容量23、開閉スイッチ24〜26及びセンサ電極E1が低下する電位Vin−を生成するのに対し、オペアンプ31、基準容量33、開閉スイッチ34〜36及びセンサ電極E2が、逆相の電位Vin+を生成してコンパレータ22に与える。
As described above, in the present embodiment, the
ここで、電位Vin−の変化は、第2のスイッチ操作の回数に比例すると共に被測定容量Cx11にほぼ比例し、電位Vin+の変化も第2のスイッチ操作の回数に比例すると共に被測定容量Cx21にほぼ比例する。被測定容量Cx11,Cx21は、センサ電極E1,E2と導電体E0との距離dに反比例するので、コンパレータ22の出力信号Voutが高レベルに遷移するまでにカウント手段でカウントされる数も距離dの関数となる。よって、静電容量検出装置20を距離センサとして使用した場合に、静電容量検出装置20の出力を距離情報として用いることができる。
Here, the change of the potential Vin− is proportional to the number of times of the second switch operation and substantially proportional to the measured capacitance Cx11, and the change of the potential Vin + is also proportional to the number of times of the second switch operation and the measured capacitance Cx21. Is almost proportional to Since the measured capacitances Cx11 and Cx21 are inversely proportional to the distance d between the sensor electrodes E1 and E2 and the conductor E0, the number counted by the counting means before the output signal Vout of the
また、被測定容量Cx11,Cx21に対応する電荷を基準容量23,33に蓄積し、基準容量23,33の両端の電位差に基づいた信号をコンパレータ22で比較して被測定容量23,33の静電容量を検出する構成であるが、センサ電極E1の面積SE1と第1の基準容量23の容量Cs2の比SE1/Cs2と、センサ電極E2の面積SE2と第2の基準容量33の容量Cs3の比SE2/Cs3を等しくすることにより、電磁気的外乱の影響を抑制でき、センサ電極E1の面積SE1とセンサ電極E1の電位変動幅SE1(V1−V3)とセンサ電極E2の面積SE2とセンサ電極E2の電位変動幅SE1(V5−V2)を等しくすることにより、ラジオノイズの発生も抑制できる。
In addition, charges corresponding to the measured capacitors Cx11 and Cx21 are accumulated in the
例えば、センサ電極E1,E2の面積を等しくし、第1の基準容量23と第2の基準容量33の容量を等しくすることにより、コンパレータ22に入力される電磁気的外乱の影響を抑制できる。さらに、V1−V3=V5−V2とすることにより、センサ電極E1,E2でのラジオノイズの発生も抑制できる。
For example, the influence of the electromagnetic disturbance input to the
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態に係る静電容量検出装置40を示す回路図であり、図1中の要素と共通する要素には共通の符号が付されている。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a
この静電容量検出装置40は、第1の実施形態と同様に接続された第1のオペアンプ11と、コンパレータ12と、第1の基準容量13と、第1の開閉スイッチ14と、第2の開閉スイッチ15と、第3の開閉スイッチ16と、第1のセンサ電極E1と、制御部17とを備えている。
The
静電容量検出装置40には、さらに、第7の開閉スイッチ41と、第8の開閉スイッチ42と、第1の補正容量43とが設けられている。
開閉スイッチ41の一端が、オペアンプ11の反転入力端子(−)に接続され、開閉スイッチ41の他端が、補正容量43の一方の電極と開閉スイッチ42の一端とに接続されている。開閉スイッチ42の他端と補正容量43の他方の電極とが、第1の補正電位V6に接続されている。尚、補正容量43の他方の電極は、補正電位V6以外の定電位に接続されていてもよい。
The
One end of the open /
制御部17は、開閉スイッチ14〜16に加えて開閉41,42のスイッチングを制御する。ここで、開閉スイッチ41は、制御部17の制御により、開閉スイッチ15と同じタイミングで開閉し、開閉スイッチ42は、開閉スイッチ16と同じタイミングで開閉する。
The
電源電位V1,V3及び補正電位V6の関係は、V1>V3>V6又はV1<V3<V6である。
補正容量43の容量値Cc1又は補正電位V6の少なくとも一方は、調整可能とし、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線に寄生する寄生容量Cα1に対して、次の(3)式となるように、容量値Cc1及び補正電位V6を調整しておく。
(V1−V3)Cα1=(V3−V6)Cc1・・・(3)
The relationship between the power supply potentials V1 and V3 and the correction potential V6 is V1>V3> V6 or V1 <V3 <V6.
At least one of the capacitance value Cc1 or the correction potential V6 of the
(V1-V3) Cα1 = (V3-V6) Cc1 (3)
この静電容量検出装置40は、制御部17による制御により、開閉スイッチ14を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作を行った後、開閉スイッチ15,41を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作と、開閉スイッチ16,42を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第3のスイッチ操作とを繰り返し行う。
The electrostatic
第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返す場合、第3のスイッチ操作によってセンサ電極E1を一方の電極とするコンデンサが充電されると同時に寄生容量Cα1も充電される。そして、第2のスイッチ操作でセンサ電極E1を一方の電極とするコンデンサ及び寄生容量Cα1が、オペアンプ11の反転入力端子(−)に接続されて放電する。
When the second switch operation and the third switch operation are repeated, the capacitor having the sensor electrode E1 as one electrode is charged by the third switch operation, and at the same time, the parasitic capacitance Cα1 is charged. Then, the capacitor having the sensor electrode E1 as one electrode and the parasitic capacitance Cα1 are connected to the inverting input terminal (−) of the
一方、補正容量43は第3のスイッチ操作の時に放電し、第2のスイッチ操作のときにオペアンプ11の反転入力端子(−)に接続される。こうして、4つのスイッチ類の開閉操作の1サイクル、すなわち、開閉スイッチ16及び開閉スイッチ42の閉操作と同スイッチ16,42の閉状態の一定時間後の開操作、これに続く開閉スイッチ15及び開閉スイッチ41の閉操作と同スイッチ15,41の閉状態の一定時間後の開操作が行われた後に、基準容量13には、(4)式で示される電荷が充電される。
On the other hand, the
ここで、補正容量43の容量値Cc1は、(3)式によって調整されているので、それまでに寄生容量Cαに充電されていた電荷に対応する電荷を充電することになる。よって、(3)式におけるCα1とCc1との関係式から、基準容量13には、(V1−V3)Cx11の電荷が、つまり、センサ電極E1を一方の電極とするコンデンサから放電された電荷に相当する電荷で充電される。即ち、基準容量13における寄生容量Cα1の影響をなくすことができ、オペアンプ11の出力信号、つまりコンパレータ12の反転入力端子(−)の電位Vin−における寄生容量Cα1の影響を除去できる。
(V1−V3)(Cx11+Cα1)+(V6−V3)Cc1・・・(4)
Here, since the capacitance value Cc1 of the
(V1-V3) (Cx11 + Cα1) + (V6-V3) Cc1 (4)
第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すことにより、コンパレータ12の反転入力端子(−)の電位Vin−が、繰り返しの回数に応じて低下する。コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が電源電位V4以下になると、コンパレータ12の出力信号が高レベルに遷移する。制御部17は、コンパレータ12の出力信号Voutが高レベルに遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントし、それを関数とする計算結果を出力する。
By repeating the second switch operation and the third switch operation, the potential Vin− of the inverting input terminal (−) of the
以上のように、この第3の実施形態の静電容量検出装置40では、オペアンプ11と、コンパレータ12と、基準容量13と、開閉スイッチ14〜16と、センサ電極E1とを備え、第1の実施形態と同様に開閉スイッチ14〜16を開閉するので、第1の実施形態の静電容量検出装置10と同様に、距離センサとして用いた場合の距離情報への変換が簡便である。さらに、開閉スイッチ41,42及び補正容量43を設け、開閉スイッチ41を開閉スイッチ15と同じタイミングで開閉し、開閉スイッチ42を開閉スイッチ16と同じタイミングで開閉するため、寄生容量Cα1の影響をなくすことができ、静電容量の検出の精度が向上する。
As described above, the
[第4の実施形態]
図8は、本発明の第4の実施形態に係る静電容量検出装置50を示す回路図であり、図4中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
静電容量検出装置50は、第1及び第2のオペアンプ21,31と、コンパレータ22と、第1及び第2の基準容量23,33と、第1〜第6の開閉スイッチ24,25,26,34,35,36と、第1及び第2のセンサ電極E1,E2と、制御部37とを備え、これらが第2の実施形態の図4と同様に接続されている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a circuit diagram showing a
The
この静電容量検出装置50には、さらに、第7の開閉スイッチ51、第8の開閉スイッチ52、第1の補正容量53、第9の開閉スイッチ54、第10の開閉スイッチ55及び第2の補正容量56が設けられている。
The
開閉スイッチ51の一端が、オペアンプ21の反転入力端子(−)に接続され、開閉スイッチ51の他端が、補正容量53の一方の電極と開閉スイッチ52の一端とに接続されている。開閉スイッチ52の他端と補正容量53の他方の電極とが、第1の補正電位V6に接続されている。尚、補正容量53の他方の電極は、補正電位V6以外の定電位に接続されていてもよい。
One end of the open /
開閉スイッチ54の一端が、オペアンプ31の反転入力端子(−)に接続され、開閉スイッチ54の他端が、補正容量56の一方の電極と開閉スイッチ55の一端とに接続されている。開閉スイッチ55の他端と補正容量56の他方の電極とが、第2の補正電位V7に接続されている。尚、補正容量56の他方の電極は、補正電位V7以外の定電位に接続されていてもよい。
電位V1〜V5及び電位V6,V7の電位の高さとの関係は、V1>V3>V5>V2かつV3>V6かつV7>V5の関係がある。
One end of the open /
The relationship between the potentials V1 to V5 and the heights of the potentials V6 and V7 is that V1>V3>V5> V2 and V3> V6 and V7> V5.
補正容量53の容量値Cc1又は補正電位V6の少なくとも一方は、調整可能であり、補正容量56の容量値Cc2又は補正電位V7の少なくとも一方は、調整可能としている。そして、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線に寄生する寄生容量Cα1に対して、(V1−V3)Cα1=(V3−V6)Cc1となるように、容量値Cc1及び補正電位V6を調整しておく。
At least one of the capacitance value Cc1 and the correction potential V6 of the
また、センサ電極E2及びセンサ電極E2と開閉スイッチ54,55とを接続する配線に寄生する寄生容量Cα2に対して、(V5−V2)Cα2=(V7−V5)Cc2となるように、容量値Cc2及び補正電位V5を調整しておく。
制御部37は、開閉スイッチ24〜26,34〜36に加えて開閉スイッチ51,52,54,55のスイッチングを制御する。ここで、開閉スイッチ51,54は、制御部37の制御により、開閉スイッチ25,35と同じタイミングで開閉し、開閉スイッチ52,55は、開閉スイッチ26,36と同じタイミングで開閉する。
The capacitance value is such that (V5−V2) Cα2 = (V7−V5) Cc2 with respect to the parasitic capacitance Cα2 parasitic on the sensor electrode E2 and the wiring connecting the sensor electrode E2 and the open /
The
この静電容量検出装置50は、第2の実施形態の静電容量検出装置20と同様に、制御部37による制御により、開閉スイッチ24,34を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作を行った後、開閉スイッチ25,35,51,54を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作と、開閉スイッチ26,36,52,55を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第3のスイッチ操作と繰り返し行う。
Similar to the
第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返す場合、第3のスイッチ操作によってセンサ電極E1,E2を一方の電極とする各コンデンサが充電されると同時に寄生容量Cα1,Cα2も充電される。そして、第2のスイッチ操作でセンサ電極E1,E2を一方の電極とするコンデンサ及び寄生容量Cα1,Cα2が、オペアンプ21,31の反転入力端子(−)にそれぞれ接続されて放電する。
When the second switch operation and the third switch operation are repeated, the capacitors having the sensor electrodes E1, E2 as one electrode are charged by the third switch operation, and at the same time, the parasitic capacitances Cα1, Cα2 are charged. Then, the capacitor having the sensor electrodes E1 and E2 as one electrode and the parasitic capacitances Cα1 and Cα2 are connected to the inverting input terminals (−) of the
一方、補正容量53,56は第3のスイッチ操作の時に放電し、第2のスイッチ操作のときにオペアンプ21,31の反転入力端子(−)に接続される。こうして、第2のスイッチ操作1回と第3のスイッチ操作1回をセットにしたスイッチ類の開閉操作の1サイクルが行われた後に、基準容量23には下記の(5)式に示される電荷が、また、基準容量33には下記の(6)式に示される電荷が充電される。ここで、補正容量53の容量値Cc1は、前述のように(V1−V3)Cα1=(V3−V6)Cc1の式によって調整され、補正容量56の容量値Cc2は(V5−V2)Cα2=(V7−V5)Cc2の式によって調整されているので、それまでに寄生容量Cα1,Cα2に充電されていた電荷に対応する電荷を充電することになる。
On the other hand, the
よって、それらの式Cα1とCc1との関係及びCα2とCc2の関係とから、基準容量23には(V1−V3)Cx11の電荷が、基準容量33には(V2−V5)Cx21の電荷が、つまり、センサ電極E1,E2を一方の電極とする各コンデンサから放電された電荷に相当する電荷で充電される。即ち、各基準容量23,33における寄生容量Cα1,Cα2の影響をそれぞれなくすことができ、オペアンプ21,31の出力信号、つまりコンパレータ37の各入力端子の電位における寄生容量Cα1,Cα2の影響を除去できる。
(V1−V3)(Cx11+Cα1)+(V6−V3)Cc1・・・(5)
(V2−V5)(Cx21+Cα2)+(V7−V5)Cc2・・・(6)
Therefore, from the relationship between the equations Cα1 and Cc1 and the relationship between Cα2 and Cc2, the
(V1-V3) (Cx11 + Cα1) + (V6-V3) Cc1 (5)
(V2−V5) (Cx21 + Cα2) + (V7−V5) Cc2 (6)
制御部37は、コンパレータ37の出力信号Voutが高レベルに遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントし、それを関数とする計算結果を出力する。
The
静電容量検出装置50では、図4の第2の実施形態の静電容量検出装置20に対し、開閉スイッチ51,52,54,55及び補正容量53,56を設け、(V1−V3)Cα1=(V3−V6)Cc1及び(V5−V2)Cα2=(V7−V5)Cc2となるように、Cc1またはV6,Cc2またはV7を調整するので、寄生容量Cα1,Cα2の影響をなくすことができ、静電容量の検出の精度が向上する。
The electrostatic
さらに、第2の実施形態の静電容量検出装置20と同様に、コンパレータ22の出力が低レベルに遷移してから、ハイレベルに遷移するまで間に、上記スイッチ類が開閉操作されるサイクル数は、定電位の導体E0までの距離にほぼ比例するのに加えて、寄生容量Cα1,Cα2の影響をなくすことができるので、距離センサとして用いた場合の距離情報への変換が精度よくできる。
Further, like the
また、第2の実施形態の静電容量検出装置20と同様に、センサ電極E1の面積SE1と第1の基準容量23の容量Cs2の比SE1/Cs2と、センサ電極E2の面積SE2と第2の基準容量33の容量Cs3の比SE2/Cs3を等しくすることにより、電磁気的外乱の影響を抑制でき、センサ電極E1の面積SE1とセンサ電極E1の電位変動幅SE1(V1−V3)とセンサ電極E2の面積SE2とセンサ電極E2の電位変動幅SE1(V4−V2)を等しくすることにより、ラジオノイズの発生も抑制できる。
Similarly to the
[第5の実施形態]
前述の第3及び第4の実施形態では、配線に寄生した寄生容量Cα1,Cα2の影響を補正容量43,53,56を用いて排除し、静電容量の検出精度を向上させたが、シールド部材と開閉スイッチを用いて寄生容量Cα1,Cα2の影響をなくすことができる。この第5の実施形態から続く第10の実施形態では、シールド部材を用いた静電容量検出装置を説明する。
[Fifth Embodiment]
In the third and fourth embodiments described above, the influence of the parasitic capacitances Cα1 and Cα2 parasitic on the wiring is eliminated using the
図9,10,11は、本発明の第5の実施形態に係る静電容量検出装置60を示す回路図であり、図1中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
図12は、図9〜11中のA部のセンサ電極E1の周辺を模式的に示す説明図である。
9, 10 and 11 are circuit diagrams showing a
FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing the periphery of the sensor electrode E1 of the A part in FIGS.
静電容量検出装置60は、第1の実施形態と同様に接続された第1のオペアンプ11と、コンパレータ12と、第1の基準容量13と、第1の開閉スイッチ14と、第2の開閉スイッチ15と、第3の開閉スイッチ16と、ほぼ定電位の導電体E0に対向してコンデンサを形成する第1のセンサ電極E1と、制御部17とを備えている。
The
静電容量検出装置60には、第1の実施形態とは異なり、第1のシールド部材Es1が設けられている。シールド部材Es1は、センサ電極E1の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲んでいる。
Unlike the first embodiment, the
シールド部材Es1は、第11の開閉スイッチ63を介して第1の電源電位V1に、第12の開閉スイッチ64を介して第1の固定電位V3に接続されている。なお、図10のように、オペアンプ61の出力とオペアンプ61の反転入力端子及びシールド部材Es1を電気的に接続し、オペアンプ61の非反転入力端子をスイッチ63を介して電源電位V1に接続し、オペアンプ61の非反転入力端子をスイッチ64を介して固定電位V3に接続してもよい。
The shield member Es1 is connected to the first power supply potential V1 via the eleventh open /
以下、図9及び図10の静電容量検出装置の共通の動作について説明する。
制御部17は、開閉スイッチ14〜16のスイッチングを制御すると共に、開閉スイッチ63,64のスイッチングも制御する。
電源電位V1,V3,V4の高さの関係は、V1>V3>V4としてもよいし、V1<V3<V4としてもよい。
Hereinafter, operations common to the capacitance detection devices of FIGS. 9 and 10 will be described.
The
The relationship between the heights of the power supply potentials V1, V3, and V4 may be V1>V3> V4 or V1 <V3 <V4.
静電容量検出装置60の基本的動作は、第1の実施形態と同じである。
図13(a)〜(g)は、図9及び図10の静電容量検出装置60の動作を説明するためのタイミングチャートであり、電源電位V1,V3,V4の高さの関係をV1>V3>V4としている。
The basic operation of the
FIGS. 13A to 13G are timing charts for explaining the operation of the
静電容量検出装置60では、第1の実施形態と同様に、制御部17の制御により、開閉スイッチ14を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作(図13(a))を行った後、開閉スイッチ15を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作(図13(b))と、開閉スイッチ16を開状態から所定期間閉状にする第3のスイッチ操作(図13(c))とを繰り返す。尚、図13(c)のように、第1のスイッチ操作のときに、開閉スイッチ16を開状態から所定期間閉状にしてもよい。
In the electrostatic
第1のスイッチ操作により、基準容量13の両電極間が短絡され、コンパレータ12の反転入力端子(−)の電位Vin−が電位V3に上昇し(図13(e)),コンパレータ12の出力信号Voutが高レベルから低レベルに遷移する(図13(f))。
By the first switch operation, both electrodes of the
第2のスイッチ操作により、センサ電極E1に充電されていた電荷により、基準容量13が充電されると共に、電位Vin−が低下する。センサ電極E1の電位VE1(図13(d))は、第2のスイッチング操作により低下するが、第3のスイッチ操作により、センサ電極E1の電位VE1が再び電源電位V1となる。
By the second switch operation, the
第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すことにより、コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が、繰り返しの回数に応じて低下する。コンパレータ12の反転入力端子の電位Vin−が電源電位V4以下になると、コンパレータ12の出力信号が高レベルに遷移する。制御部17は、コンパレータ12の出力信号Voutが遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントし、それを関数とする計算結果を出力する。
By repeating the second switch operation and the third switch operation, the potential Vin− of the inverting input terminal of the
以上のように、オペアンプ11と、コンパレータ12と、基準容量13と、開閉スイッチ14〜16と、センサ電極E1とを備え、第1の実施形態と同様に開閉スイッチ14〜16を開閉するので、第1の実施形態の静電容量検出装置10と同様に、距離センサとして用いた場合の距離情報への変換が簡便である。
As described above, the
ここで、センサ電極E1の導電体E0に対向する電極面以外の面と、センサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線とは、図示しない寄生容量Cα1を持つ。この寄生容量Cα1には、開閉スイッチ16が閉状態のときに電荷が蓄積され、センサ電極E1を一方の電極とするコンデンサに蓄積した電荷を基準容量13に移動させるときに、寄生容量Cα1に蓄積された電荷も基準容量13に移動する。そのため、不要な電荷が基準容量13に蓄積され、静電容量検出装置60としての検出精度を低下させると共に、電気的外乱の影響を受けやすい。
Here, the surface of the sensor electrode E1 other than the electrode surface facing the conductor E0 and the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
そのため、制御部17は、開閉スイッチ63,64を制御し、開閉スイッチ15が閉
状態から開状態に遷移後且つ開閉スイッチ16が閉状態から開状態に遷移する前に開閉スイッチ63を開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移する前に開閉スイッチ63を閉状態から開状態に遷移させ、開閉スイッチ64を開閉スイッチ15と同時に開状態から閉状態に遷移させ、且つ制御部17は、開閉スイッチ63,64が同時に閉状態とならないように制御している。上記のように開閉スイッチ63,64を制御し、シールド部材Es1の電位Vs1(図13(g))を、少なくとも開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移する直前から開閉スイッチ15が閉状態から開状態に遷移直後まで、電位V3と同電位にする。
Therefore, the
シールド部材Es1の電位Vs1(図13(g))を、少なくとも開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移する直前から開閉スイッチ15が閉状態から開状態に遷移直後まで電位V3と同電位にすることにより、開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移する直前から開閉スイッチ15が閉状態から開状態に遷移直後まで、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16との間の配線と、シールド部材Es1との間の容量に電荷の蓄積がなくなる。よって、この容量からの基準容量13への電荷の移動がなくなり、寄生容量Cα1の影響による静電容量の検出精度の低下を抑制できる。
The potential Vs1 (FIG. 13 (g)) of the shield member Es1 is set to the same potential as the potential V3 at least immediately before the opening /
以上のように、本実施形態の静電容量検出装置60は、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16との間の配線に寄生する寄生容量Cα1の影響を抑制すると共に、さらに、次のような利点を有する。
As described above, the electrostatic
図13(g)のように、少なくとも開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移する直前から開閉スイッチ15が閉状態から開状態に遷移直後まで、シールド部材Es1の電位Vs1とセンサ電極E1の電位VE1とをほぼ同電位とすることにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に絶縁不良があつた場合でも、センサ電極E1とシールド部材Es1との間のリーク電流を抑制できる。よって、誤差の少ない、静電容量の検出結果が得られる。
As shown in FIG. 13G, the potential Vs1 of the shield member Es1 and the potential of the sensor electrode E1 from at least immediately before the opening /
なお、図11のように、オペアンプ61の出力端子とオペアンプ61の反転入力端子及びシールド部材Es1を電気的に接続し、オペアンプ61の非反転入力端子をセンサ電極E1に接続することにより、開閉スイッチ63,64を用いることなく、図9,10の静電容量検出装置60と同等の効果が得られる。
As shown in FIG. 11, the output terminal of the
[第6の実施形態]
図14及び図15は、本発明の第6の実施形態に係る静電容量検出装置70を示す構成図であり、図10中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
図14に示す静電容量検出装置70は、図10の第5の実施形態の静電容量検出装置60のシールド部材Es1とオペアンプ61の出力端子との間に第1の電流検出回路(電流検出)71を設けたものであり、他の構成は、図10の静電容量検出装置60と同様である。
[Sixth Embodiment]
14 and 15 are configuration diagrams showing a
The
図16(a)〜(g)は、静電容量検出装置70の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図13(a)〜(g)に対応している。
静電容量検出装置70の基本的動作は、静電容量検出装置60と同様であり、図16(a)〜(c)のように、第1のスイッチ操作を行い、その後に第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返して行う。
16A to 16G are timing charts for explaining the operation of the
The basic operation of the
ここで、制御部17の制御により、第3のスイッチ操作で開閉スイッチ16を開状態から閉状態に遷移させてから、開閉スイッチ63を閉状態から開状態に遷移させて開閉スイッチ64を閉状態とするまでに、期間T1を設けている。期間T1では、センサ電極E1の電位VE1とシールド部材Es1の電位Vs1とは同電位とならない。
Here, under the control of the
そこで、静電容量検出装置70は電流検出回路71を用い、オペアンプ61からシールド部材Es1に流れる電流を期間T1で検出する。シールド部材Es1に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができる。
Therefore, the
以上のように、本実施形態の静電容量検出装置70では、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を素早く検出することができるので、絶縁不良が発生した場合の対処を早く実施できる。
なお、シールド部材Es1と、センサ電極E1及び該センサ電極E1に接続された配線との間の絶縁不良を検出するタイミングは、図16の期間T1である必要はない。次の図17に示す期間T2のタイミングでシールド部材Es1と、センサ電極E1及び該センサ電極E1に接続された配線との間の絶縁不良を検出してもよい。
As described above, the
Note that the timing for detecting an insulation failure between the shield member Es1, the sensor electrode E1, and the wiring connected to the sensor electrode E1 does not have to be the period T1 in FIG. An insulation failure between the shield member Es1 and the sensor electrode E1 and the wiring connected to the sensor electrode E1 may be detected at the timing of a period T2 shown in FIG.
図17(a)〜(g)は、絶縁不良を検出する別のタイミングの説明図である。
コンパレータ22の出力Voutが低レベルから高レベルに遷移してから、開閉スイッチ14が閉状態から開状態に遷移した直後の開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移するまでの期間に、開閉スイッチ15が開状態且つ開閉スイッチ16が閉状態且つ開閉スイッチ64が閉状態の第1の期間を設け、この第1の期間の少なくとも一部の期間に、電流検出回路71を介してシールド部材Es1に流れる電流を測定し、シールド部材Es1に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができる。
FIGS. 17A to 17G are explanatory diagrams of other timings for detecting an insulation failure.
In the period from when the output Vout of the
図17に示す例では、第1のスイッチ操作(図17(a))により開閉スイッチ14を開状態から閉状態への遷移を行う前に、図17(c)のように、開閉スイッチ15が開状態のときに開閉スイッチ16を開状態から閉状態に遷移させ、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位を電源電位V1に固定する。
In the example shown in FIG. 17, before the opening /
ここで、開閉スイッチ16の閉状態の期間中に開閉スイッチ64を開状態から閉状態に遷移させ、シールド部材Es1の電位Vs1を電源電位V3に接続する(図17(g))。この状態で、期間T2の間、電流検出回路71により、オペアンプ61とシールド部材Es1の間を流れる電流を測定する。
Here, the open /
期間T2の間、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位はV1であり、シールド部材Es1の電位Vs1はV3であり、VE1≠VSで、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が良好であれば、電流検出回路71で流れる電流は検出されないが、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路71で流れる電流が検出される。
During the period T2, the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential of the wiring connected thereto are V1, the potential Vs1 of the shield member Es1 is V3, and VE1 ≠ VS, the sensor electrode E1 and the wiring connected thereto If the insulation of the shield member Es1 is good, the current flowing in the
図17では、開閉スイッチ16が閉状態の期間中に開閉スイッチ14を開状態から閉状態に遷移させているが、開閉スイッチ16及び開閉スイッチ64の開閉に関係なく、開閉スイッチ14を開状態から閉状態に遷移させてもよい。期間T2の経過後、第2のスイッチ操作の開始前に、開閉スイッチ64を閉状態から開状態へ遷移させ、開閉スイッチ63を開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ14及び16を閉状態から開状態へ遷移させる。
In FIG. 17, the open /
なお、図15の例では、図14のオペアンプ61を削除し、図14では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端とオペアンプ61の非反転入力端子に接続された配線を、図15では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端とシールド部材Es1に接続された配線とし、各開閉スイッチの開閉制御を図14と等しくすることにより、図14の例と同等の効果が得られる。
以上の静電容量検出装置70は、第5の静電容量検出装置60に電流検出回路71を設けた構成であり、静電容量検出装置60と同様の効果が得られると共に、センサ電極E1シールド部材Es1との間の絶縁不良を素早く検出できるという利点を有する。
In the example of FIG. 15, the
The above-described
[第7の実施形態]
図18及び図19は、本発明の第7の実施形態に係る静電容量検出装置80の特徴を示す図である。
図20は、図18,19のA部を示す図である。
[Seventh Embodiment]
18 and 19 are views showing the characteristics of the
FIG. 20 is a diagram showing a part A of FIGS.
図18の静電容量検出容量80は、第6の実施形態の図14の静電容量検出装置70に、第1の外部シールド部材Eso1と開閉スイッチ81とを設けた装置である。外部シールド部材Eso1は、センサ電極E1、センサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線及びシールド部材Es1の少なくとも一部を包囲すると共に、第3の固定電位Vso1に接続されている。開閉スイッチ81は、一端を固定電位Vso1に接続され、他端はオペアンプ61の非反転入力端子、一端が第1の電源電位V1に接続された開閉スイッチ63の他端、一端が第1の固定電位V3に接続された開閉スイッチ64の他端に接続されている。
A
制御部17は、各開閉スイッチ14,15,16,63,64,81の開閉を制御し、開閉スイッチ15,16が同時に閉状態にならないように、且つ開閉スイッチ63,64,81のうちの2つ以上が同時に閉状態にならないように制御する。
静電容量検出装置80の他の構成は、図14の第6の実施形態の静電容量検出装置70と同様である。
The
The other configuration of the
尚、シールド部材Es1でセンサ電極E1の被測定容量Cx11に対向しない面及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線のうち、シールド部材Es1で包囲していない部分があると、外部シールド部材Eso1及び近傍の配線等の導電体などとの間に寄生容量が発生し、測定誤差が増大することが予測される。そのため、シールド部材Es1で可能な限り、センサ電極E1の導電体E0に対向しない面及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線を包囲することが望ましい。また、シールド部材Es1の電位Vsはセンサ電極E1の電位VE1に連動して変動する為、電磁気的雑音を発生する可能性が高く、シールド部材Es1は第3の固定電位Vso1に接続された外部シールド部材Eso1でシールド部材Es1を包囲することが望ましい。
In addition, if there is a portion that is not surrounded by the shield member Es1 in the surface that does not oppose the measured capacitance Cx11 of the sensor electrode E1 and the wiring that connects the sensor electrode E1 and the open /
図21(a)〜(g)は、静電容量検出装置80の動作例を示すタイミングチャートである。
静電容量検出装置80の基本的動作は、開閉スイッチ14,15,64,81が閉状態から、開閉スイッチ14,16,63を閉状態とし、その後開閉スイッチ14,16,63を閉状態から開状態に少なくとも開閉スイッチ16,63を同期して遷移させる第1のスイッチ操作を行い、その後に開閉スイッチ15,64を同期させて一定期間閉状態にした後に開状態に戻す第2のスイッチ操作と第2のスイッチ操作後一定期間開閉スイッチ16を閉状態とし、少なくとも開閉スイッチ16と開閉スイッチ63とを同期して閉状態から開状態に遷移させる第3のスイッチ操作とを繰り返し行う。第3のスイッチ操作では開閉スイッチ16が閉状態の期間に開閉スイッチ63,64を開状態とし開閉スイッチ81を閉状態とする期間を設ける。
FIGS. 21A to 21G are timing charts showing an operation example of the
The basic operation of the
図21のタイミングチャートでは、第1のスイッチ操作前に開閉スイッチ16は開状態、開閉スイッチ63は閉状態であり、第1のスイッチ操作で開閉スイッチ16と開閉スイッチ14とを同期して開状態から閉状態へ遷移させ、その後開閉スイッチ14,16,63を同期して閉状態から開状態に遷移させ、第2のスイッチ操作で開閉スイッチ15,64を同期させて一定期間閉状態にした後に開状態に戻し、第3のスイッチ操作で開閉スイッチ16,81を同期して開状態から閉状態に遷移させ、その後開閉スイッチ81のみの開状態への遷移、開閉スイッチ63の開状態から閉状態への遷移、開閉スイッチ16,63の閉状態から開状態へ同期した遷移を行う。
In the timing chart of FIG. 21, the open /
第2のスイッチ操作直前において開閉スイッチ16,63は同期して閉状態から開状態へ遷移しており、第2のスイッチ操作で開閉スイッチ15と開閉スイッチ64は同期して開閉操作が行われるので、開閉スイッチ16,63が同期して閉状態から開状態へ遷移する直前から開閉スイッチ15,64が同期して閉状態から開状態へ遷移するまでセンサ電極E1とシールド部材Es1の電位VE1とVs1はほぼ等しく、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16を接続する配線とシールド部材Es1の間に形成される寄生容量Cα11に起因する電荷がなく、また、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16を接続する配線とシールド部材Es1間に絶縁不良があった場合、絶縁不良部を介してシールド部材Es1からセンサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16へ移動する電荷が無いのでセンサの検出精度が上がる。第2と第3のスイッチ操作によりシールド部材Es1の電位Vs1が周期的に変化し、ノイズを発生するが、シールド部材Eso1が電位Vso1に固定されているので、外部にノイズが放射されることが防止される。
Immediately before the second switch operation, the open /
ここで、制御部17の制御により、第3のスイッチ操作で開閉スイッチ16を開状態から閉状態に遷移させてから、開閉スイッチ16を開状態にするまでの間に開閉スイッチ81を閉状態にする期間を設け、上記開閉スイッチ81を閉状態とする期間内に、期間T1を設けている。
Here, under the control of the
期間T1には、センサ電極E1の電位VE1とシールド部材Es1の電位Vs1とは、同電位とならないので、静電容量検出装置80は電流検出回路71を用い、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に流れる電流を期間T1で検出可能である。センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁が良好の場合、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に流れる電流は無いが、センサ電極E1とシールド部材Es1との間が絶縁不良の場合、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に電流が流れる。よって、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができる。
In the period T1, since the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential Vs1 of the shield member Es1 do not become the same potential, the
また、期間T1におけるシールド部材E1の電位Vs1は、外部シールド部材Eso1と同電位の電位Vso1になっているので、シールド部材Es1と外部シールド部材Eso1との間が絶縁不良であっても、シールド部材Es1から外部シールド部材Eso1に流れる電流がなく、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16間を接続する配線と、シールド部材Es1との間の絶縁不良を検出できる。
Further, since the potential Vs1 of the shield member E1 in the period T1 is the same potential Vso1 as that of the external shield member Eso1, even if the insulation between the shield member Es1 and the external shield member Eso1 is poor, the shield member. There is no current flowing from Es1 to the external shield member Eso1, and the insulation failure between the shield member Es1 and the sensor electrode E1, the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
なお、シールド部材Es1と、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線との間の絶縁不良を検出するタイミングは、図21の期間T1である必要はない。次の図22に示す期間T2のタイミングでシールド部材Es1と、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ15,16とを接続する配線との間の絶縁不良を検出してもよい。
Note that the timing for detecting an insulation failure between the shield member Es1 and the sensor electrode E1 and the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
図22(a)〜(g)は、絶縁不良を検出する別のタイミングの説明図である。
コンパレータ22の出力Voutが低レベルから高レベルに遷移してから、開閉スイッチ14が閉状態から開状態に遷移した直後の開閉スイッチ15が開状態から閉状態に遷移するまでの期間に、開閉スイッチ15が開状態且つ開閉スイッチ16が閉状態且つ開閉スイッチ81が閉状態の期間を設け、開閉スイッチ15が開状態且つ開閉スイッチ16が閉状態且つ開閉スイッチ81が閉状態の期間中に期間T2を設け、その期間T2の少なくとも一部の期間に、電流検出回路71を介してシールド部材Es1に流れる電流を測定し、シールド部材Es1に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができる。
22A to 22G are explanatory diagrams of other timings for detecting an insulation failure.
In the period from when the output Vout of the
図22では、例えば第1のスイッチ操作(図22(a))により開閉スイッチ14を開状態から閉状態に遷移を行う前に、図22(c)のように、開閉スイッチ63を閉状態から開状態に遷移させ、開閉スイッチ15を開状態とし、開閉スイッチ16と開閉スイッチ81を開状態から閉状態に遷移させ、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位を電源電位V1に固定させ、シールド部材Es1の電位Vs1を電位Vso1に固定し、両者の間に電位差を設ける。
In FIG. 22, for example, before the opening /
上記開閉スイッチ15,63,64を開状態、開閉スイッチ16,81を閉状態に維持する期間中に期間T2を設定し、少なくともこの期間T2中に電流検出回路71を介してシールド部材Es1に流れる電流を検出する。開閉スイッチ14を開状態から閉状態に遷移させ、期間T2終了後、開閉スイッチ81を開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ63を開状態から閉状態に遷移させた後、開閉スイッチ14,16,63を同期させて閉状態から開状態に戻す。則ち、第1のスイッチ操作を終了させ、第2のスイッチ操作に備える。
A period T2 is set during a period in which the open /
なお、図19の静電容量検出装置80では、図18の静電容量検出装置80に対してオペアンプ61を省き、図18では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端と開閉スイッチ81の一端とオペアンプ61の非反転入力端子に接続された配線を、図19では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端と開閉スイッチ81の一端とシールド部材Es1に接続された配線とし、各開閉スイッチの開閉制御を図18と等しくすることにより、図18の例と同等の効果が得られる。
19, the
以上のように、静電容量検出装置80は電流検出回路71を用い、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に流れる電流を期間T2で検出する。センサ電極E1とシールド部材Es1との間に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができる。
As described above, the
[第8の実施形態]
図23、図24、図25は、本発明の第8の実施形態に係る静電容量検出装置90を示す回路図であり、第2の実施形態を示す図4中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
図26は、図23〜25中のA部の概要を示す図である。
図23の静電容量検出装置90は、第1及び第2のオペアンプ21,31と、コンパレータ22と、第1及び第2の基準容量23,33と、第1〜第6の開閉スイッチ24,25,26,34,35,36と、第1及び第2のセンサ電極E1,E2と、制御部37とを備え、これらが第2の実施形態の図4と同様に接続されている。
[Eighth Embodiment]
23, 24, and 25 are circuit diagrams showing a
FIG. 26 is a diagram showing an outline of part A in FIGS.
23 includes a first and second
センサ電極E1,E2は、図26に示すように、検出対象の導電体E0に対向して導電体E0との間に被測定容量がCx11,Cx21のコンデンサをそれぞれ形成し、センサ電極E1,E2が各コンデンサの一方の電極になる。また、センサ電極E1,E2は、近接して配置され、センサ電極E1,E2間にも静電容量Cx0が形成されている。 As shown in FIG. 26, the sensor electrodes E1 and E2 are formed with capacitors with measured capacitances Cx11 and Cx21 between the conductor E0 and the conductor E0, respectively. Becomes one electrode of each capacitor. The sensor electrodes E1 and E2 are arranged close to each other, and a capacitance Cx0 is also formed between the sensor electrodes E1 and E2.
静電容量検出装置90には、第2の実施形態とは異なり、第1のシールド部材Es1と第2のシールド部材Es2とが設けられている。
シールド部材Es1は、センサ電極E1の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲んでいる。
Unlike the second embodiment, the
The shield member Es1 surrounds a surface of the sensor electrode E1 other than the electrode surface facing the conductor E0 via a predetermined insulating layer, and also surrounds the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
シールド部材Es2は、センサ電極E2の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲んでいる。
The shield member Es2 surrounds a surface of the sensor electrode E2 other than the electrode surface facing the conductor E0 with a predetermined insulating layer, and also surrounds the wiring connecting the sensor electrode E2 and the open /
シールド部材Es1には、オペアンプ61の出力端子が接続されている。
オペアンプ61の非反転入力端子(+)は、他端が第1の電源電位V1に接続された開閉スイッチ63の一端及び他端が第1の固定電位V3に接続された開閉スイッチ64の一端に接続され、オペアンプ61の反転入力端子(−)は、オペアンプ61の出力端子に接続されている。
The output terminal of the
The non-inverting input terminal (+) of the
シールド部材Es2には、オペアンプ91の出力端子が接続されている。
オペアンプ91の非反転入力端子(+)は、他端が第2の電源電位V2に接続された開閉スイッチ93の一端及び他端が第2の固定電位V5に接続された開閉スイッチ94の一端に接続され、オペアンプ91の反転入力端子(−)は、オペアンプ91の出力端子に接続されている。
The output terminal of the
The non-inverting input terminal (+) of the
制御部37は、開閉スイッチ24〜26,34〜36のスイッチング動作を制御すると共に、開閉スイッチ63,64,93,94のスイッチング動作も制御する。なお、開閉スイッチ25と26、開閉スイッチ35と36、開閉スイッチ63,64、開閉スイッチ93と94の組み合わせにおいて、各組合わせ内の開閉スイッチが同時に閉状態になることはない。
電位V1,V2,V3,V5の高さの関係は、V1>V3>V5>V2としてもよいし、V1<V3<V5<V2としてもよい。
The
The relationship between the heights of the potentials V1, V2, V3, and V5 may be V1>V3>V5> V2, or may be V1 <V3 <V5 <V2.
静電容量検出装置90の基本的動作は、第2の実施形態の静電容量検出装置20の基本動作と同じである。
図27(a)〜(i)は、図23の静電容量検出装置90の動作を説明するためのタイミングチャートであり、電源電位V1,V2,V3,V5の高さの関係をV1>V3>V5>V2としている。
The basic operation of the
FIGS. 27A to 27I are timing charts for explaining the operation of the
静電容量検出装置90では、第2の実施形態と同様に、制御部37の制御により、開閉スイッチ24,34を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作(図27(a))を行った後、開閉スイッチ25,35を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作(図27(b))と、開閉スイッチ26,36を開状態から所定期間閉状にする第3のスイッチ操作(図27(c))とを繰り返す。尚、図27のように、第1のスイッチ操作のときに、開閉スイッチ26,36を開状態から所定期間閉状態にしてもよい。
In the
上記スイッチ操作において、開閉スイッチ26,36が閉状態の期間に開閉スイッチ63,93を開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ26,36の閉状態から開状態への遷移以降且つ第2のスイッチ操作前に、開閉スイッチ63,93を閉状態から開状態に遷移させ、第2のスイッチ操作において開閉スイッチ25,35,64,94を同時に開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ25,35を閉状態から開状態に遷移し開閉スイッチ26,36の開状態から閉状態への遷移後に開閉スイッチ64,94を閉状態から開状態に遷移させる。
In the above switch operation, the open /
第1のスイッチ操作により、基準容量23,33の両電極間が短絡され、コンパレータ22の反転入力端子(−)の電位Vin−が電位V3に上昇し(図27(e)),コンパレータ22の非反転入力端子(+)の電位Vin+の電位が、電位V5に降下する(図27(e))。これにより、コンパレータ22の出力信号Voutが高レベルから低レベルに遷移する(図27(g))。
By the first switch operation, both electrodes of the
第2のスイッチ操作により、センサ電極E1の電位VE1の変動に伴う電荷(Cx11(V1−V3))が基準容量23に充電されると共に、電位Vin−が低下する。これと同時に、センサ電極E2の電位VE2の変動に伴う電荷(Cx21(V2−V5)))が基準容量33が充電されると共に、電位Vin+が上昇する。
By the second switch operation, the charge (Cx11 (V1-V3)) associated with the fluctuation of the potential VE1 of the sensor electrode E1 is charged in the
センサ電極E1の電位VE1(図27(d))は、第2のスイッチング操作により低下して第1の固定電位V3と同電位となるが、第3のスイッチ操作により、センサ電極E1の電位VE1が再び上昇して電源電位V1となる。
センサ電極E2の電位VE2(図27(f))は、第2のスイッチング操作により上昇して第2の固定電位V5と同電位となるが、第3のスイッチ操作により、センサ電極E2の電位VE2は、再び降下して電源電位V2となる。
The potential VE1 (FIG. 27 (d)) of the sensor electrode E1 is lowered by the second switching operation and becomes the same potential as the first fixed potential V3. However, the potential VE1 of the sensor electrode E1 is obtained by the third switch operation. Rises again to the power supply potential V1.
The potential VE2 (FIG. 27 (f)) of the sensor electrode E2 rises by the second switching operation and becomes the same potential as the second fixed potential V5, but the potential VE2 of the sensor electrode E2 by the third switch operation. Drops again to the power supply potential V2.
第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すことにより、コンパレータ22の反転入力端子(−)の電位Vin−が、繰り返しの回数に応じて低下し、コンパレータ22の非反転入力端子(+)の電位Vin+が上昇する。
By repeating the second switch operation and the third switch operation, the potential Vin− of the inverting input terminal (−) of the
コンパレータ22の反転入力端子(−)の電位Vin−が、コンパレータ22の非反転入力端子(+)の電位Vin+以下になると、コンパレータ22の出力信号が高レベルに遷移する。制御部37は、コンパレータ22の出力信号Voutが高レベルに遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントし、それを関数とする計算結果を出力する。
When the potential Vin− of the inverting input terminal (−) of the
電位Vin−の変化は、第2のスイッチ操作の回数に比例すると共に被測定容量Cx11にほぼ比例し、電位Vin+の変化も第2のスイッチ操作の回数に比例すると共に被測定容量Cx21にほぼ比例する。被測定容量Cx11,Cx21は、センサ電極E1,E2と導電体E0との距離に反比例するので、コンパレータ22の出力信号Voutも距離の関数となる。よって、静電容量検出装置90を距離センサとして使用した場合に、距離情報への変換が容易である。
The change of the potential Vin− is proportional to the number of times of the second switch operation and substantially proportional to the measured capacitance Cx11, and the change of the potential Vin + is also proportional to the number of times of the second switch operation and substantially proportional to the measured capacitance Cx21. To do. Since the measured capacitances Cx11 and Cx21 are inversely proportional to the distance between the sensor electrodes E1 and E2 and the conductor E0, the output signal Vout of the
また、センサ電極E1の面積SE1と第1の基準容量23の容量Cs2の比SE1/Cs2と、センサ電極E2の面積SE2と第2の基準容量33の容量Cs3の比SE2/Cs3を等しくすることにより、電磁気的外乱の影響を抑制でき、センサ電極E1の面積SE1とセンサ電極E1の電位変動幅SE1(V1−V3)とセンサ電極E2の面積SE2とセンサ電極E2の電位変動幅SE1(V5−V2)を等しくすることにより、ラジオノイズの発生も抑制できる。
Further, the ratio SE1 / Cs2 of the area SE1 of the sensor electrode E1 and the capacity Cs2 of the
ここで、センサ電極E1の導電体E0に対向する電極面以外の面と、センサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線とは、図示しない寄生容量Cα1を持ち、導電体E0の電位が一定とすると、この寄生容量Cα1により第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返すたびにCα1(V1−V3)の電荷が基準容量23に移動し、また導電体E0の電位が一定とすると、センサ電極E1とセンサ電極E2の間に形成される寄生容量Cx0により、第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返すたびにCx0(V1−V2−V3+V5)の電荷が、基準容量23に移動する。そのため、不要な電荷が基準容量23に蓄積される。
Here, the surface of the sensor electrode E1 other than the electrode surface facing the conductor E0 and the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
同様に、センサ電極E2の導電体E0に対向する電極面以外の面と、センサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線とは、図示しない寄生容量Cα2を持つ。この寄生容量Cα2により、第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返すたびにCα2(V2−V5)の電荷が基準容量23に移動し、また、センサ電極E1とセンサ電極E2の間に形成される寄生容量Cx0により、第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返すたびにCx0(V2−V1−V5+V3)の電荷が、基準容量33に移動する。こうして、これらの寄生容量Cα1、Cα2及びCx0の存在によって、静電容量検出装置90としての検出精度を低下させると共に、電気的外乱の影響を受けやすい。
Similarly, the surface of the sensor electrode E2 other than the electrode surface facing the conductor E0 and the wiring connecting the sensor electrode E2 and the open /
そこで、静電容量検出装置90では、シールド部材Es1がセンサ電極E1の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲み、シールド部材Es2が、センサ電極E2の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲む為、第2の実施形態に係る静電容量検出装置20に比べて同じセンサ電極及びセンサ電極に接続される配線の構成を用いた場合、センサ電極E1とE2及びそれぞれに接続される配線が直接対向する面積が低減するため、Cx0が小さくなる。
Therefore, in the
また、シールド部材Es1は、センサ電極E1の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲み、図27の(d),(h)に示すようにシールド部材Es2は、センサ電極E2の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲む為、寄生容量Cα1及びCα2が形成されるが、図27(d),(f),(h),(i)に示すように、少なくとも開閉スイッチ26,36の開状態から閉状態への遷移前から開閉スイッチ25,35の閉状態から開状態への遷移直後まで、第1のセンサ電極E1の電位VE1と第1のシールド部材Es1の電位Vs1は等しく、第2のセンサ電極E2の電位VE2と第1のシールド部材Es2の電位Vs2は等しい。
The shield member Es1 surrounds a surface of the sensor electrode E1 other than the electrode surface facing the conductor E0 via a predetermined insulating layer, and surrounds the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
少なくとも、開閉スイッチ26の閉状態から開状態への遷移前から、開閉スイッチ25の閉状態から開状態への遷移直後まで、第1のセンサ電極E1の電位VE1と第1のシールド部材Es1の電位Vs1を等しくすることにより、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26との間の配線と、シールド部材Es1との間の容量に電荷の蓄積が無い状態で、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26との間の配線が一方の電極となる容量(CX11,Cα1,Cx0)における開閉スイッチ25の開状態から閉状態に遷移前後の変化量が基準容量23に蓄積される。
At least the potential VE1 of the first sensor electrode E1 and the potential of the first shield member Es1 from before the transition of the open /
ここで、上記のようにCx0は第2の実施形態に係る静電容量検出装置20に比べて小さくなり、シールド部材Es1はセンサ電極E1の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲むため、Cα1の主成分は、センサ電極E1及びセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26との間の配線と、シールド部材Es1との間の容量となるので、Cα1及びCx0に起因する基準容量23への電荷の移動が低減され、寄生容量の影響による静電容量の検出精度の低下を抑制できる。
Here, as described above, Cx0 is smaller than that of the
同様に、少なくとも、開閉スイッチ36の閉状態から開状態への遷移前から、開閉スイッチ35の閉状態から開状態への遷移直後まで、第2のセンサ電極E2の電位VE2と第2のシールド部材Es2の電位Vs2を等しくすることにより、センサ電極E2及びセンサ電極E2と開閉スイッチ35,36との間の配線と、シールド部材Es2との間の容量に電荷の蓄積が無い状態で、センサ電極E2及びセンサ電極E2と開閉スイッチ35,36との間の配線が一方の電極となる容量(CX21,Cα2,Cx0)における開閉スイッチ35の開状態から閉状態に遷移前後の変化量が基準容量33に蓄積される。
Similarly, the potential VE2 of the second sensor electrode E2 and the second shield member are at least before the opening /
ここで、上記のようにCx0は第2の実施形態に係る静電容量検出装置20に比べて小さくなり、シールド部材Es2はセンサ電極E2の導電体E0と対向する電極面以外の面を所定の絶縁層を介して包囲すると共に、センサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線の周囲を所定の絶縁層を介して囲むため、Cα2の主成分は、センサ電極E2及びセンサ電極E2と開閉スイッチ25,26との間の配線と、シールド部材Es2の間の容量となるので、Cα2及びCx0に起因する基準容量33への電荷の移動が低減され、寄生容量の影響による静電容量の検出精度の低下を抑制できる。
Here, as described above, Cx0 is smaller than that of the
以上のように、本実施形態の図23の静電容量検出装置90は、センサ電極E1及びセンサ電極E2とそれらに接続された配線との間の配線に寄生する寄生容量の影響を抑制すると共に、次のような利点を有する。
As described above, the
図27(h)のように、少なくとも開閉スイッチ26を開状態から閉状態への遷移前から開閉スイッチ25の閉状態から開状態への遷移直後まで、第1のセンサ電極E1の電位VE1と第1のシールド部材Es1の電位Vs1を等しくすることにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に絶縁不良があった場合でも、センサ電極E1とシールド部材Es1との間に流れる電流に起因する電荷が基準容量23に蓄積されることがない。
As shown in FIG. 27H, the potential VE1 of the first sensor electrode E1 and the first potential are at least before the opening /
また、図27(i)のように、少なくとも開閉スイッチ36を開状態から閉状態への遷移前から開閉スイッチ35の閉状態から開状態への遷移直後まで、第2のセンサ電極E2の電位VE2と第2のシールド部材Es2の電位Vs2を等しくすることにより、センサ電極E2とシールド部材Es2との間に絶縁不良があった場合でも、センサ電極E2とシールド部材Es2との間に流れる電流に起因する電荷が基準容量33に蓄積されることがない。よって、測定対象であるセンサ電極間で形成される静電容量を測定する際の精度を向上できる。
In addition, as shown in FIG. 27 (i), the potential VE2 of the second sensor electrode E2 is at least before the opening /
なお、図24の静電容量検出装置90では、図23の静電容量検出装置90に対し、オペアンプ61,91を省き、図23では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端とオペアンプ61の非反転入力端子に接続された配線を、図24では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端とシールド部材Es1に接続された配線とし、図23では開閉スイッチ93の一端と開閉スイッチ94の一端とオペアンプ91の非反転入力端子に接続された配線を、図24では開閉スイッチ93の一端と開閉スイッチ94の一端とシールド部材Es2に接続された配線とし、各開閉スイッチの開閉制御を図23と等しくすることにより、図23の例と同等の効果が得られる。
24, the
また、図25の静電容量検出装置90では、図23の静電容量検出装置90に対し開閉スイッチ63,64,93,94を省き、センサ電極E1に接続された配線をオペアンプ61の非反転入力端子に接続し、センサ電極E2に接続された配線をオペアンプ91の非反転入力端子に接続したもので、図23の例の開閉スイッチの制御に対し、開閉スイッチスイッチ63,64,93,94の制御を無くすことにより、図25の静電容量検出装置90は、図23の静電容量検出装置90と同等の効果が得られる。
25, the open /
[第9の実施形態]
図28及び図29は、本発明の第9の実施形態に係る静電容量検出装置100を示す構成図であり、図23,24,25中の要素と共通する要素には、共通の符号が付されている。
[Ninth Embodiment]
28 and 29 are configuration diagrams showing the
図28の静電容量検出装置100は、第8の実施形態の図23の静電容量検出装置90のシールド部材Es1とオペアンプ61の出力端子との間に、第1の電流検出回路71を設け、シールド部材Es2とオペアンプ91の出力端子との間に、第2の電流検出回路101を設けたものであり、他の構成は、図23の静電容量検出装置90と同様である。
The
図30(a)〜(i)は、静電容量検出装置100の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図27(a)〜(i)に対応している。
図28の静電容量検出装置100の基本的動作は、図23の静電容量検出装置90と同様であり、図30(a)〜(c)のように、第1のスイッチ操作を行い、その後に第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返して行う。
なお、静電容量検出装置90と同様、開閉スイッチ25と26、開閉スイッチ35と36、開閉スイッチ63と64、開閉スイッチ93と94の組み合わせにおいて、各組合わせの開閉スイッチが同時に閉状態になることはない。
FIGS. 30A to 30I are timing charts for explaining the operation of the
The basic operation of the
As with the
ここで、制御部37の制御により、開閉スイッチ26,36を閉状態から開状態に遷移させる前に、開閉スイッチ63,93を開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ26,36の閉状態から開状態への遷移以降に開閉スイッチ63,93を閉状態から開状態に遷移させ、第2のスイッチ操作において開閉スイッチ25,35,64,94を同時に開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ25,35の閉状態から開状態への遷移以後に開閉スイッチ64,94を閉状態から開状態に遷移させ、開閉スイッチ26,36が閉状態、開閉スイッチ25,35が開状態、開閉スイッチ64,94が閉状態、開閉スイッチろ63,93が開状態の期間T1を設けている。
Here, before the open /
そこで、静電容量検出装置100は電流検出回路71を用い、開閉スイッチ63を介してシールド部材Es1に流れる電流を期間T1に検出し、電流検出回路101を用い、開閉スイッチ93を介してシールド部材Es2に流れる電流を期間T1で検出する。開閉スイッチ63を介してシールド部材Es1に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができる。開閉スイッチ93を介してシールド部材Es2に流れる電流を検出することにより、センサ電極E2とシールド部材Es2との間の絶縁不良を検出することができる。
Therefore, the electrostatic
期間T1においてセンサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位はV1であり、シールド部材Es1の電位Vs1はV3で、VE1≠Vs1で、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が良好であれば電流検出回路71で流れる電流は検出されないが、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路71で流れる電流は検出される。一方、センサ電極E2の電位VE2及びそれに接続された配線の電位はV2であり、シールド部材Es2の電位Vs2はV5で、VE2≠Vs2で、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が良好であれば電流検出回路101で流れる電流は検出されないが、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路101で流れる電流は検出される。
よって、電流検出回路71により、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁不良が検出できる。電流検出回路101により、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁不良が検出できる。
In the period T1, the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential of the wiring connected to the sensor electrode E1 are V1, the potential Vs1 of the shield member Es1 is V3, and VE1 ≠ Vs1, and the sensor electrode E1, the wiring connected thereto, and the shield member Es1. If the insulation is good, the current flowing in the
Therefore, the
以上のように、静電容量検出装置100では、センサ電極E1,E2とシールド部材Es1,Es2との間の絶縁不良を早く検出することができるので、絶縁不良が発生したときの対処を早く実施できる。
なお、シールド部材Es1,E2と、センサ電極E1,E2及びそれに接続された配線との間の絶縁不良を検出するタイミングは、図30(i)の期間T1である必要はない。次の図31(i)に示す期間T2のタイミングでシールド部材Es1,Es2と、センサ電極E1及びそれに接続された配線との間の絶縁不良を検出してもよい。
As described above, the
Note that the timing of detecting an insulation failure between the shield members Es1 and E2, the sensor electrodes E1 and E2, and the wiring connected thereto does not have to be during the period T1 in FIG. An insulation failure between the shield members Es1, Es2 and the sensor electrode E1 and the wiring connected thereto may be detected at the timing of the period T2 shown in FIG.
図31(a)〜(i)は、絶縁不良を検出する別のタイミングの説明図であり、図30(a)〜(i)にそれぞれ対応しており、第2、第3のスイッチ操作は、図30のタイミングを用いた第2、第3のスイッチ操作と同じである。 FIGS. 31A to 31I are explanatory diagrams of other timings for detecting an insulation failure, corresponding to FIGS. 30A to 30I, respectively, and the second and third switch operations are as follows. This is the same as the second and third switch operations using the timing of FIG.
コンパレータ22の出力Voutが低レベルから高レベルに遷移してから開閉スイッチ24,34が閉状態から開状態に遷移した直後の開閉スイッチ25,35が開状態から閉状態に遷移するまでの期間に、開閉スイッチ25,35,63,93が開状態且つ開閉スイッチ26,36,64,94が閉状態の第1の期間を設け、上記第1の期間の少なくとも一部の期間に電流検出回路71を介してシールド部材Es1に流れる電流及び電流検出回路101を介してシールド部材Es2に流れる電流を測定し、シールド部材Es1に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができ、シールド部材Es2に流れる電流を検出することにより、センサ電極E2とシールド部材Es2との間の絶縁不良を検出することができる。
During a period from when the output Vout of the
図31に示す例では、第1のスイッチ操作(図31(a))により開閉スイッチ24,34が開状態から閉状態への遷移を行う前に、図31(c)のように、開閉スイッチ25,35が開状態で開閉スイッチ26,36を開状態から閉状態に遷移させ、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位を電源電位V1に固定し、センサ電極E2の電位VE2及びそれに接続された配線の電位を電源電位V2に固定する。
In the example shown in FIG. 31, before the open /
ここで、開閉スイッチ26,36の閉状態の期間中に開閉スイッチ63,93を開状態とし、開閉スイッチ64,94を開状態から閉状態に遷移させ、シールド部材Es1の電位Vs1を固定電位V3に接続し、シールド部材Es2の電位Vs2を固定電位V5に接続する(図31(g))。この状態で、期間T2の間、オペアンプ61とシールド部材Es1の間を流れる電流を電流検出回路71により測定し、オペアンプ91とシールド部材Es2の間を流れる電流を電流検出回路101により測定する。期間T2の間、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位はV1であり、シールド部材Es1の電位Vs1はV3で、VE1≠Vs1で、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が良好であれば電流検出回路71で流れる電流は検出されないが、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路71で流れる電流は検出される。
Here, the open /
また、期間T2の間、センサ電極E2の電位VE2及びそれに接続された配線の電位はV2であり、シールド部材Es2の電位Vs2はV5で、VE2≠Vs2で、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が良好であれば電流検出回路101で流れる電流は検出されないが、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路101で流れる電流は検出される。
In addition, during the period T2, the potential VE2 of the sensor electrode E2 and the potential of the wiring connected to the sensor electrode E2 are V2, the potential Vs2 of the shield member Es2 is V5, and VE2 ≠ Vs2, and the sensor electrode E2 and the wiring connected thereto. If the insulation between the shield member Es2 and the shield member Es2 is good, the current flowing in the
図31では、開閉スイッチ26,36が閉状態の期間中に開閉スイッチ24,34を開状態から閉状態に遷移させているが、開閉スイッチ26,36,64,94の開閉に関係なく、開閉スイッチ24,34を開状態から閉状態に遷移させてもよい。期間T2経過後、第2のスイッチ操作の開始前に、開閉スイッチ64,94を閉状態から開状態に遷移させ、開閉スイッチ63,93を開状態から閉状態に遷移させた後、開閉スイッチ24,34,26,36を閉状態から開状態に遷移させて第1のスイッチ操作を終了し、開閉スイッチ63,93を閉状態から開状態に遷移させて、第2のスイッチ操作に備える。
In FIG. 31, the open /
なお、図29の静電容量検出装置100では、図28の静電容量検出装置100に対してオペアンプ61,91を省き、図28では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端とオペアンプ61の非反転入力端子に接続された配線を、図29では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端とシールド部材Es1に接続された配線とし、且つ、開閉スイッチ93の一端と開閉スイッチ94の一端とオペアンプ91の非反転入力端子に接続された配線を、図29では開閉スイッチ93の一端と開閉スイッチ94の一端とシールド部材Es2に接続された配線とし、各開閉スイッチの開閉制御を図28と等しくすることにより、図28の例と同等の効果が得られる。
29, the
以上のように、図29の静電容量検出装置100では、電流検出回路71を介してシールド部材Es1に流れる電流を検出し、電流検出回路101を介してシールド部材Es2に流れる電流を検出する。これにより、各センサ電極E1,E2とシールド部材Es1,Es2との間の絶縁不良を検出することができる。
As described above, in the
[第10の実施形態]
図32及び図33は、本発明の第10の実施形態に係る静電容量検出装置110を示す構成図である。
図34は、図32及び図33のA部を示す図である。
[Tenth embodiment]
32 and 33 are configuration diagrams showing a
FIG. 34 is a diagram showing a part A of FIGS. 32 and 33.
図32の静電容量検出容量110は、第9の実施形態の図28の静電容量検出装置100に、第1の外部シールド部材Eso1と、第2の外部シールド部材Eso2と、開閉スイッチ81と、開閉スイッチ111とを設けた装置である。
外部シールド部材Eso1は、第1のセンサ電極E1、そのセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線及び第1のシールド部材Es1の少なくとも一部を包囲すると共に、第3の固定電位Vso1に接続されている。
The
The external shield member Eso1 surrounds at least a part of the first sensor electrode E1, the wiring connecting the sensor electrode E1 and the open /
開閉スイッチ81は、一端が第3の固定電位Vso1に固定され、他端は一端が第1の固定電位V3に接続された開閉スイッチ64の他端と一端が第1の電源電位V1に接続された開閉スイッチ63の他端とオペアンプ61の非反転入力端子に接続され、制御部37によりオン・オフが制御される。
The open /
外部シールド部材Eso2は、第2のセンサ電極E2、そのセンサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線及びシールド部材Es2の少なくとも一部を包囲すると共に、第4の固定電位Vso2に接続されている。開閉スイッチ111は、一端が第4の固定電位Vso2に接続され、他端は一端が第2の固定電位V5に接続された開閉スイッチ94の他端と一端が第2の電源電位V2に接続された開閉スイッチ93の他端とオペアンプ91の非反転入力端子に接続され、制御部37によりオン・オフが制御される。
The external shield member Eso2 surrounds at least a part of the second sensor electrode E2, the wiring connecting the sensor electrode E2 and the open /
上記外部シールド部材Eso1,Eso2と、開閉スイッチ81,111以外の静電容量検出装置110の他の構成は、第9の実施形態の静電容量検出装置100と同様である。
Other configurations of the
なお、開閉スイッチ25と26、開閉スイッチ35と36、開閉スイッチ63と64と81、開閉スイッチ93と94と111の組み合わせにおいて、各組合わせ内の開閉スイッチが同時に閉状態になることはない。
尚、シールド部材Es1でセンサ電極E1の導電体E0に対向しない面及びセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線のうち、シールド部材Es1で包囲していない部分があると、外部シールド部材Eso1との間に寄生容量が発生する。そのため、シールド部材Es1で可能な限り、センサ電極E1の導電体E0に対向しない面及びセンサ電極E1と開閉スイッチ25,26とを接続する配線を包囲し、外部シールド部材Eso1でシールド部材Es1を包囲することが望ましい。
In the combination of the open /
It should be noted that if there is a portion of the shield member Es1 that does not oppose the conductor E0 of the sensor electrode E1 and the wiring that connects the sensor electrode E1 and the open /
同様の理由により、シールド部材Es2で可能な限り、センサ電極E2の導電体E0に対向しない面及びセンサ電極E2と開閉スイッチ35,36とを接続する配線を包囲し、外部シールド部材Eso2でシールド部材Es2を包囲することが望ましい。
For the same reason, the shield member Es2 surrounds the surface of the sensor electrode E2 that does not face the conductor E0 and the wiring connecting the sensor electrode E2 and the open /
図35(a)〜(i)は、静電容量検出装置110の動作例を示すタイミングチャートである。
静電容量検出装置110の基本的動作は、電容量検出装置100と同様、図35(a)〜(c)のように、第1のスイッチ操作を行い、その後に第2のスイッチ操作と第3のスイッチ操作を繰り返し行う。
FIGS. 35A to 35I are timing charts showing an operation example of the
The basic operation of the
則ち、第2の実施形態と同様に、制御部37の制御により、開閉スイッチ24,34を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作(図35(a))を行った後、開閉スイッチ25,35を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第2のスイッチ操作(図35(b))と、開閉スイッチ26,36を開状態から所定期間閉状態にする第3のスイッチ操作(図35(c))とを繰り返す。
That is, in the same manner as in the second embodiment, the first switch operation for returning the open /
尚、第1のスイッチ操作後に第2のスイッチ操作で開閉スイッチ25,35を開状態から閉状態に遷移させる前に、開閉スイッチ26,36を開状態から所定期間閉状態にしてもよい。
Note that the open /
上記第2のスイッチ操作において開閉スイッチ25,35,64,94を同時に開状態から閉状態に遷移させ、開閉スイッチ25,35の閉状態から開状態への遷移以後に開閉スイッチ64,94を閉状態から開状態に遷移させ、第3のスイッチ操作において、開閉スイッチ26,36が閉状態の期間に、開閉スイッチ63,64,93,94を開状態且つ開閉スイッチ81,111を閉状態とする期間T1を設け、開閉スイッチ26,36が閉状態から開状態への遷移前に開閉スイッチ64,94,81,111を開状態且つ開閉スイッチ63,93を閉状態とし、開閉スイッチ26,36の閉状態から開状態への遷移以後且つ開閉スイッチ25,35の開状態から閉状態への遷移前に開閉スイッチ63,93を閉状態から開状態に遷移させる。
In the second switch operation, the open /
図35において第2のスイッチ操作で開閉スイッチ25,35を閉状態から開状態に戻すときには、シールド部材Es1の電位Vs1は固定電位V3に設定されると共に、シールド部材Es2の電位Vs2は固定電位V5に設定される。
In FIG. 35, when the open /
第3のスイッチ操作で開閉スイッチ26,36を開状態から閉状態に戻すときには、シールド部材Es1の電位Vs1は電源電位V1に設定され、シールド部材Es2の電位Vs2は電源電位V2に設定される。よって、第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作が繰り返されると、シールド部材Es1,Es2の電位Vs1,Vs2が周期的に変化し、ノイズを発生するが、外部シールド部材Eso1,Eso2が電位Vso1,Vso2に固定されているので、外部にノイズが放射されることが防止される。尚、電位Vso1,Vso2は同電位でもよい。
When the open /
ここで、制御部37の制御により、第3のスイッチ操作で開閉スイッチ26,36を閉状態から開状態に遷移させてから、開閉スイッチ63,93を開状態から閉状態に遷移するまでの間に期間T1を設け、その期間T1に開閉スイッチ81,111を閉状態にしている。期間T1では、センサ電極E1の電位VE1は電源電位V1に設定され、シールド部材Es1の電位Vs1は第3の固定電位Vso1に設定され、センサ電極E2の電位VE2は電源電位V2に設定され、シールド部材Es2の電位Vs2は第4の固定電位Vso2に設定される。
Here, under the control of the
期間T1においてセンサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位はV1であり、シールド部材Es1の電位Vs1はVso1で、VE1≠Vs1で、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が良好であれば電流検出回路71で流れる電流は検出されないが、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路71で流れる電流は検出される。
In the period T1, the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential of the wiring connected thereto are V1, the potential Vs1 of the shield member Es1 is Vso1, and VE1 ≠ Vs1, and the sensor electrode E1, the wiring connected thereto, and the shield member Es1. If the insulation is good, the current flowing in the
一方、センサ電極E2の電位VE2及びそれに接続された配線の電位はV2であり、シールド部材Es2の電位Vs2はVso2で、VE2≠Vs2で、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が良好であれば電流検出回路101で流れる電流は検出されないが、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路101で流れる電流は検出される。
On the other hand, the potential VE2 of the sensor electrode E2 and the potential of the wiring connected thereto are V2, the potential Vs2 of the shield member Es2 is Vso2, and VE2 ≠ Vs2, and the sensor electrode E2 and the wiring connected thereto and the shield member Es2 If the insulation is good, the current flowing in the
よって、電流検出回路71を流れる電流によりセンサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁不良が検出できる。電流検出回路101を流れる電流によりセンサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁不良が検出できる。また、期間T1においてシールド部材Es1と第1の外部シールド部材Eso1の電位はほぼ等しいので、シールド部材Es1と外部シールド部材Eso1との間に絶縁不良があっても期間T1ではシールド部材Es1と外部シールド部材Eso1との間に流れる電流がほぼ0である。
Therefore, an insulation failure between the sensor electrode E1 and the wiring connected thereto and the shield member Es1 can be detected by the current flowing through the
同様に、期間T1においてシールド部材Es2と第2の外部シールド部材Eso2の電位はほぼ等しいので、シールド部材Es2と外部シールド部材Eso2との間に絶縁不良があっても期間T1ではシールド部材Es2と外部シールド部材Eso2との間に流れる電流がほぼ0である。よって、期間T1における電流検出回路71,111に流れる電流に、シールド部材Es1と第1の外部シールド部材Eso1間及びシールド部材Es2と第2の外部シールド部材Eso2間の絶縁不良に起因する影響を抑制でき、センサ動作の精度低下の原因となる絶縁不良のみを検出できる。
Similarly, since the potentials of the shield member Es2 and the second external shield member Eso2 are substantially equal in the period T1, even if there is a poor insulation between the shield member Es2 and the external shield member Eso2, the shield member Es2 and the external part in the period T1. The current flowing between the shield member Eso2 is almost zero. Therefore, the current flowing in the
なお、シールド部材Es1,Es2と、センサ電極E1,E2及びそれに接続された配線との間の絶縁不良を検出するタイミングは、図35(i)の期間T1である必要はない。次の図36に示す期間T2のタイミングでシールド部材Es1,Es2と、センサ電極E1,E2及びそれに接続された配線との間の絶縁不良を検出してもよい。 Note that the timing for detecting an insulation failure between the shield members Es1 and Es2, the sensor electrodes E1 and E2, and the wiring connected thereto does not have to be during the period T1 in FIG. An insulation failure between the shield members Es1, Es2 and the sensor electrodes E1, E2 and the wiring connected thereto may be detected at the timing of the period T2 shown in FIG.
図36(a)〜(i)は、絶縁不良を検出する別のタイミングの説明図であり、図35(a)〜(i)にそれぞれ対応しており、第2、第3のスイッチ操作は、図34のタイミングを用いた第2、第3のスイッチ操作と同じである。 36 (a) to (i) are explanatory diagrams of other timings for detecting an insulation failure, and correspond to FIGS. 35 (a) to (i), respectively, and the second and third switch operations are as follows. This is the same as the second and third switch operations using the timing of FIG.
コンパレータ22の出力Voutが低レベルから高レベルに遷移してから開閉スイッチ24,34が閉状態から開状態に遷移した直後の開閉スイッチ25,35が開状態から閉状態に遷移するまでの期間に、開閉スイッチ25,35,63,93,64,94が開状態且つ開閉スイッチ26,36,81,111が閉状態の第1の期間を設け、上記第1の期間の少なくとも一部の期間に電流検出回路71を介してシールド部材Es1に流れる電流及び電流検出回路101を介してシールド部材Es2に流れる電流を測定し、シールド部材Es1に流れる電流を検出することにより、センサ電極E1とシールド部材Es1との間の絶縁不良を検出することができ、シールド部材Es2に流れる電流を検出することにより、センサ電極E2とシールド部材Es2との間の絶縁不良を検出することができる。
During a period from when the output Vout of the
図35に示す例では、第1のスイッチ操作(図35(a))により開閉スイッチ24,34が開状態から閉状態への遷移を行う前に、図35(c)のように、開閉スイッチ25,35が開状態で開閉スイッチ26,36を開状態から閉状態に遷移させ、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位を電源電位V1に固定し、センサ電極E2の電位VE2及びそれに接続された配線の電位を電源電位V2に固定する。
In the example shown in FIG. 35, before the open /
ここで、開閉スイッチ26,36の閉状態の期間中に開閉スイッチ63,64,93,94を開状態とし、開閉スイッチ81,111を開状態から閉状態に遷移させ、シールド部材Es1の電位Vs1を固定電位Vso1に接続し、シールド部材Es2の電位Vs2を固定電位Vso2に接続する(図35(g))。この状態で、期間T2の間、オペアンプ61とシールド部材Es1の間を流れる電流を電流検出回路71により測定し、オペアンプ91とシールド部材Es2の間を流れる電流を電流検出回路101により測定する。
Here, the open /
期間T2の間、センサ電極E1の電位VE1及びそれに接続された配線の電位はV1であり、シールド部材Es1の電位Vs1はV3で、VE1≠Vs1で、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が良好であれば電流検出回路71で流れる電流は検出されないが、センサ電極E1及びそれに接続された配線とシールド部材Es1の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路71で流れる電流は検出される。
During the period T2, the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential of the wiring connected thereto are V1, the potential Vs1 of the shield member Es1 is V3, and VE1 ≠ Vs1, and the sensor electrode E1 and the wiring connected thereto and the shield are shielded. If the insulation of the member Es1 is good, the current flowing in the
また、期間T2の間、センサ電極E2の電位VE2及びそれに接続された配線の電位はV2であり、シールド部材Es2の電位Vs2はV5で、VE2≠Vs2で、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が良好であれば電流検出回路101で流れる電流は検出されないが、センサ電極E2及びそれに接続された配線とシールド部材Es2の絶縁が破壊されていれば、電流検出回路101で流れる電流は検出される。
In addition, during the period T2, the potential VE2 of the sensor electrode E2 and the potential of the wiring connected to the sensor electrode E2 are V2, the potential Vs2 of the shield member Es2 is V5, and VE2 ≠ Vs2, and the sensor electrode E2 and the wiring connected thereto. If the insulation between the shield member Es2 and the shield member Es2 is good, the current flowing in the
期間T2においてシールド部材Es1と第1の外部シールド部材Eso1の電位はほぼ等しいので、シールド部材Es1と外部シールド部材Eso1との間に絶縁不良があっても期間T2ではシールド部材Es1と外部シールド部材Eso1との間に流れる電流がほぼ0である。 Since the potentials of the shield member Es1 and the first external shield member Eso1 are substantially equal in the period T2, even if there is a poor insulation between the shield member Es1 and the external shield member Eso1, the shield member Es1 and the external shield member Eso1 in the period T2. The current flowing between and is almost zero.
同様に、期間T2においてシールド部材Es2と第2の外部シールド部材Eso2の電位はほぼ等しいので、シールド部材Es2と外部シールド部材Eso2との間に絶縁不良があっても期間T2ではシールド部材Es2と外部シールド部材Eso2との間に流れる電流がほぼ0である。よって、期間T2における電流検出回路71,101に流れる電流に、シールド部材Es1と第1の外部シールド部材Eso1間及びシールド部材Es2と第2の外部シールド部材Eso2間の絶縁不良に起因する影響を抑制でき、センサ動作の精度低下の原因となる絶縁不良のみを検出できる。
Similarly, since the potentials of the shield member Es2 and the second external shield member Eso2 are substantially equal in the period T2, even if there is a poor insulation between the shield member Es2 and the external shield member Eso2, the shield member Es2 and the external part in the period T2 The current flowing between the shield member Eso2 is almost zero. Therefore, the current flowing through the
図36では、開閉スイッチ26,36が閉状態の期間中に開閉スイッチ24,34を開状態から閉状態に遷移させているが、開閉スイッチ26,36,81,111の開閉に関係なく、開閉スイッチ24,34を開状態から閉状態に遷移させてもよい。
期間T2経過後、第2のスイッチ操作の開始前に、開閉スイッチ81,111を閉状態から開状態に遷移させ、開閉スイッチ63,93を開状態から閉状態に遷移させた後、開閉スイッチ24,34,26,36を閉状態から開状態に遷移させて第1のスイッチ操作を終了し、開閉スイッチ63,93を閉状態から開状態に遷移させて、第2のスイッチ操作に備える。
In FIG. 36, the open /
After the elapse of the period T2, before the start of the second switch operation, the open /
なお、図33の静電容量検出装置110では、図32の静電容量検出装置100に対してオ61,91を省き、図32では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端と開閉スイッチ81の一端とオペアンプ61の非反転入力端子に接続された配線を、図33では開閉スイッチ63の一端と開閉スイッチ64の一端と開閉スイッチ81の一端とシールド部材Es1に接続された配線とし、各開閉スイッチの開閉制御を図32と等しくすることにより、図32の例と同等の効果が得られる。
33 omits the
[第11の実施形態]
上記第2の実施形態、第4の実施形態、及び第8〜第10の実施形態の静電容量検出装置のセンサ電極E1,E2には、種々の形態が考えられる。本実施形態では、センサ電極の実施形態を説明する。
[Eleventh embodiment]
Various forms are conceivable for the sensor electrodes E1, E2 of the capacitance detection devices of the second embodiment, the fourth embodiment, and the eighth to tenth embodiments. In this embodiment, an embodiment of a sensor electrode will be described.
図37は、センサ電極E1,E2の一例を示す図である。
センサ電極E1とセンサ電極E2とは対向し、互いに相手側に突出する凸部を持っている。センサ電極E1の凸部とセンサ電極E2の凸部とが重ならないように、配置されている。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1の重心とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1及びセンサ電極E2の電位の変動幅は等しく逆相とする。
FIG. 37 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
The sensor electrode E1 and the sensor electrode E2 are opposed to each other and have convex portions that protrude to the other side. It arrange | positions so that the convex part of sensor electrode E1 and the convex part of sensor electrode E2 may not overlap. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The center of gravity of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. In addition, the fluctuation ranges of the potentials of the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2 are equal and opposite in phase.
面積を等しくすることにより、センサ電極E1及びセンサ電極E2に蓄積される電荷の変動幅が等しくなる。重心を一致させることにより、センサ電極E1及びセンサ電極E2に蓄積される電荷が重心付近に集中していると考えると、外部からみたときの電気モーメントの変化が低減され、ラジオノイズの発生が抑制される。また、外乱により誘導される電荷も、センサ電極E1及びセンサ電極E2で等しくなり、センサ電極E1,E2と接続される回路がコンパレータ22の入力前まで等価であれば、外乱の影響を低減することができる。
By equalizing the areas, the fluctuation ranges of the charges accumulated in the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2 become equal. By matching the center of gravity, it is considered that the electric charges accumulated in the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2 are concentrated near the center of gravity, so that the change in the electric moment when viewed from the outside is reduced and the generation of radio noise is suppressed. Is done. Further, the electric charges induced by the disturbance are also equal in the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2, and if the circuit connected to the sensor electrodes E1, E2 is equivalent to the input before the
図38は、センサ電極E1及びE2の一例を示す図である。
このセンサ電極E1とセンサ電極E2とは同心円状に配置されている。センサ電極E1は、センサ電極E2の外側を囲んでいる。センサ電極E1の重とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1及びE2は、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状になっている。
FIG. 38 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
The sensor electrode E1 and the sensor electrode E2 are arranged concentrically. The sensor electrode E1 surrounds the outside of the sensor electrode E2. The weight of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The sensor electrodes E1 and E2 have a symmetrical shape with two or more planes of symmetry passing through the center of gravity.
このように、センサ電極E1及びE2を、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状することにより、外部からみたときの電気モーメントの変化が低減し、ラジオノイズをさらに抑制できる。また、外乱により誘導される電荷も、センサ電極E1及びセンサ電極E2でより均等にできるようになり、センサ電極E1,E2で接続される回路がコンパレータ22への入力直前で等価であれば、外乱の影響をより低減することができる。
As described above, by forming the sensor electrodes E1 and E2 symmetrically on two or more symmetry planes passing through the center of gravity, the change in electric moment when viewed from the outside is reduced, and radio noise can be further suppressed. Further, the charges induced by the disturbance can be made more uniform by the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2, and if the circuit connected by the sensor electrodes E1 and E2 is equivalent immediately before the input to the
図39は、センサ電極E1及びE2の一例を示す図である。
このセンサ電極E2は、正方形であり、センサ電極E1は、センサ電極E2を囲むように形成されている。
センサ電極E1の重心とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1及びE2は、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状になっている。
FIG. 39 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
The sensor electrode E2 is square, and the sensor electrode E1 is formed so as to surround the sensor electrode E2.
The center of gravity of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The sensor electrodes E1 and E2 have a symmetrical shape with two or more planes of symmetry passing through the center of gravity.
図40は、センサ電極E1及びE2の一例を示す図である。
このセンサ電極E2は、長方形であり、センサ電極E1は、センサ電極E2を囲むように形成されている。
センサ電極E1の重心とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1及びE2は、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状になっている。
FIG. 40 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
The sensor electrode E2 is rectangular, and the sensor electrode E1 is formed so as to surround the sensor electrode E2.
The center of gravity of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The sensor electrodes E1 and E2 have a symmetrical shape with two or more planes of symmetry passing through the center of gravity.
図41は、センサ電極E1及びE2の一例を示す図である。
センサ電極E1及びセンサ電極E2は、それぞれ任意数の導体で構成することができる。図11では、センサ電極E1を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極E2を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極E1の導体と、センサ電極E2の導体とを対角線上に配置している。
FIG. 41 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
Each of the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2 can be composed of an arbitrary number of conductors. In FIG. 11, the sensor electrode E1 is composed of two square conductors, the sensor electrode E2 is composed of two square conductors, and the conductor of the sensor electrode E1 and the conductor of the sensor electrode E2 are arranged diagonally. Yes.
センサ電極E1の重心とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1及びE2は、重心を通る2つ以上の対称面に対称になっている。 The center of gravity of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The sensor electrodes E1 and E2 are symmetric with respect to two or more symmetry planes passing through the center of gravity.
図42は、センサ電極E1及びE2の一例を示す図である。
図34では、センサ電極E1を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極E2を1つの長方形の導体で構成し、センサ電極E1の導体で、センサ電極E2の導体をはさんだ配置になっている。
センサ電極E1の重心とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1及びE2は、重心を通る2つ以上の対称面に対称になっている。
FIG. 42 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
In FIG. 34, the sensor electrode E1 is composed of two square conductors, the sensor electrode E2 is composed of one rectangular conductor, and the sensor electrode E1 is sandwiched between the sensor electrode E2 and the conductor. .
The center of gravity of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The sensor electrodes E1 and E2 are symmetric with respect to two or more symmetry planes passing through the center of gravity.
図43は、センサ電極E1及びE2の一例を示す図である。
図43では、センサ電極E1を3つの三角形の導体で構成し、センサ電極E2を3つの三角形の導体で構成し、これらを全体が6角形になるように、交互に配置している。
FIG. 43 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1 and E2.
In FIG. 43, the sensor electrode E1 is composed of three triangular conductors, the sensor electrode E2 is composed of three triangular conductors, and these are alternately arranged so as to form a hexagon as a whole.
センサ電極E1の重心とセンサ電極E2の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1の面積とセンサ電極E2の面積とは等しい。センサ電極E1及びE2は、重心を通る2つ以上の対称面に対称になっている。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
The center of gravity of the sensor electrode E1 and the center of gravity of the sensor electrode E2 are substantially the same. Further, the area of the sensor electrode E1 is equal to the area of the sensor electrode E2. The sensor electrodes E1 and E2 are symmetric with respect to two or more symmetry planes passing through the center of gravity.
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.
10,20,40,50,60,70,80,90,100,110・・・静電容量検出装置
11,21・・・第1のオペアンプ
31・・・第2のオペアンプ
12,22・・・コンパレータ
13,23・・・第1の基準容量
14,24・・・第1の開閉スイッチ
15,25・・・第2の開閉スイッチ
16,26・・・第3の開閉スイッチ
17,37・・・制御部(スイッチ制御手段、カウント手段、判定手段)
33・・・第2の基準容量
34・・・第4の開閉スイッチ
35・・・第5の開閉スイッチ
36・・・第6の開閉スイッチ
41・・・第7の開閉スイッチ
42・・・第8の開閉スイッチ
43・・・第1の補正容量
51・・・第7の開閉スイッチ
52・・・第8の開閉スイッチ
53・・・第1の補正容量
54・・・第7の開閉スイッチ
55・・・第8の開閉スイッチ
56・・・第2の補正容量
63・・・開閉スイッチ(第1の電位供給回路)
64・・・開閉スイッチ(第2の電位供給回路)
93・・・開閉スイッチ(第3の電位供給回路)
94・・・開閉スイッチ(第4の電位供給回路)
E1・・・第1のセンサ電極
E2・・・第2のセンサ電極
E0・・・導電体
Es1・・・第1のシールド部材
Es2・・・第2のシールド部材
Eso1・・・第1の外部シールド部材
Eso2・・・第2の外部シールド部材
V1・・・第1の電源電位
V2・・・第2の電源電位
V3・・・第1の固定電位
V5・・・第2の固定電位
V6・・・第1の補正電位
V7・・・第2の補正電位
10, 20, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110...
33 ...
64 .. Open / close switch (second potential supply circuit)
93. Open / close switch (third potential supply circuit)
94. Open / close switch (fourth potential supply circuit)
E1 ... 1st sensor electrode E2 ... 2nd sensor electrode E0 ... Conductor Es1 ... 1st shield member Es2 ... 2nd shield member Eso1 ... 1st exterior Shield member Eso2 ... second outer shield member V1 ... first power supply potential V2 ... second power supply potential V3 ... first fixed potential V5 ... second fixed potential V6. ..First correction potential V7 ... Second correction potential
Claims (13)
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一方の電極が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他方の電極が接続された第1の基準容量と、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他端が接続された第1の開閉スイッチと、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続された第2の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が第1の電源電位に接続された第3の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に接続されると共にほぼ定電位の導電体に対向して該導電体との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第1のセンサ電極と、
前記第1の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第1のスイッチ操作を行った後、前記第2の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2のスイッチ操作と、前記第3の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3のスイッチ操作とを交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第1の差動増幅器の出力端子に一方の入力端子が接続され、該第1の差動増幅器の出力電圧と他方の入力端子に入力された電圧とを比較する比較器と、
前記第2のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記比較器の両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第2のスイッチ操作の回数に基づき、前記第1のセンサ電極と前記導電体との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする静電容量検出装置。 A first differential amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, the first fixed potential being input to the non-inverting input terminal;
A first reference capacitor having one electrode connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other electrode connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A first open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other end connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A second open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A third open / close switch having one end connected to the other end of the second open / close switch and the other end connected to a first power supply potential;
A first sensor electrode which is connected to the other end of the second open / close switch and forms a capacitor which faces a substantially constant potential conductor and exhibits a capacitance according to the distance from the conductor; ,
A second switch operation for closing the first open / close switch and then opening the first open / close switch and then returning the open / close switch to the open state after closing the second open / close switch; Switch control means for alternately repeating the third switch operation for returning the open state to the open state after closing the third open / close switch;
A comparator that has one input terminal connected to the output terminal of the first differential amplifier and compares the output voltage of the first differential amplifier with the voltage input to the other input terminal;
Counting means for counting the number of times the second switch operation is repeated;
Based on the number of times of the second switch operation counted by the counting means until the level of the input voltage at both input terminals of the comparator is inverted, the static between the first sensor electrode and the conductor is determined. Determining means for determining a change in electric capacity;
An electrostatic capacity detection device comprising:
前記第4の開閉スイッチの他端に一方の電極が接続されると共に他方の電極が第1の補正電位に接続された第1の補正容量と、
前記第4の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が前記第1の補正電位に接続された第5の開閉スイッチと、
前記スイッチ制御手段は、前記第4の開閉スイッチを前記第2の開閉スイッチと同じタイミングで開閉し、前記第5の開閉スイッチを前記第3の開閉スイッチと同じタイミングで開閉する、
ことを特徴とする請求項1に記載の静電容量検出装置。 A fourth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A first correction capacitor having one electrode connected to the other end of the fourth open / close switch and the other electrode connected to a first correction potential;
A fifth open / close switch having one end connected to the other end of the fourth open / close switch and the other end connected to the first correction potential;
The switch control means opens and closes the fourth open / close switch at the same timing as the second open / close switch, and opens and closes the fifth open / close switch at the same timing as the third open / close switch.
The electrostatic capacitance detection apparatus according to claim 1.
前記第1のシールド部材を、少なくとも前記第2の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の固定電位に保つ第1の電位供給回路と、
前記第1のシールド部材を少なくとも前記第3の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の電源電位に保つ第2の電位供給回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の静電容量検出装置。 The first sensor electrode surrounds at least a part of the wiring connecting the first sensor electrode other than the surface facing the conductor and the first sensor electrode and the second and third open / close switches. A shielding member of
A first potential supply circuit that maintains the first shield member at the first fixed potential when at least the second opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
A second potential supply circuit for maintaining the first shield member at the first power supply potential when at least the third opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
The capacitance detection device according to claim 1, further comprising:
前記第3の開閉スイッチが閉状態の所定の期間に前記第1のシールド部材に前記第1の電源電位とは異なる電位を印加する第1の電位印加手段と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載の静電容量検出装置。 A first current detection circuit connected between the first potential supply circuit and the first shield member;
First potential applying means for applying a potential different from the first power supply potential to the first shield member during a predetermined period when the third open / close switch is closed;
The capacitance detection device according to claim 4, comprising:
前記第1の外部シールド部材は定電位に設定されている、
ことを特徴とする請求項4に記載の静電容量検出装置。 At least one of the first sensor electrode other than the surface facing the conductor, wiring connecting the first sensor electrode and the second and third open / close switches, and at least the first shield member A first outer shield member surrounding a portion;
The first outer shield member is set to a constant potential;
The electrostatic capacitance detection apparatus according to claim 4.
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一方の電極が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他方の電極が接続された第1の基準容量と、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続されると共に該第1の差動増幅器の前記出力端子に他端が接続された第1の開閉スイッチと、
前記第1の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続された第2の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が第1の電源電位に接続された第3の開閉スイッチと、
前記第2の開閉スイッチの他端に接続されると共にほぼ定電位の導電体に対向して該導電体との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第1のセンサ電極と、
反転入力端子と非反転入力端子と出力端子とを有し、該非反転入力端子には第2の固定電位が入力された第2の差動増幅器と、
前記第2の差動増幅器の前記反転入力端子に一方の電極が接続されると共に該第2の差動増幅器の前記出力端子に他方の電極が接続された第2の基準容量と、
前記第2の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続されると共に該第2の差動増幅器の前記出力端子に他端が接続された第4の開閉スイッチと、
前記第2の差動増幅器の前記反転入力端子に一端が接続された第5の開閉スイッチと、
前記第5の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が第2の電源電位に接続された第6の開閉スイッチと、
前記第5の開閉スイッチの他端に接続されると共に前記導電体に対向して該導電体との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第2のセンサ電極と、
前記第1の開閉スイッチ及び第4の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第1のスイッチ操作を行った後、前記第2の開閉スイッチ及び第5の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2のスイッチ操作と、前記第3の開閉スイッチ及び第6の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3のスイッチ操作とを交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第1の差動増幅器の出力端子に一方の入力端子が接続されると共に前記第2の差動増幅器の出力端子に他方の入力端子が接続され、該第1の差動増幅器の出力電圧と該第2の差動増幅器の出力電圧とを比較する比較器と、
前記第2のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記比較器の両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第2のスイッチ操作の回数に基づき、前記第1のセンサ電極及び前記第2のセンサ電極の少なくとも一方と前記導電体との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする静電容量検出装置。 A first differential amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, the first fixed potential being input to the non-inverting input terminal;
A first reference capacitor having one electrode connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other electrode connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A first open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and the other end connected to the output terminal of the first differential amplifier;
A second open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A third open / close switch having one end connected to the other end of the second open / close switch and the other end connected to a first power supply potential;
A first sensor electrode which is connected to the other end of the second open / close switch and forms a capacitor which faces a substantially constant potential conductor and exhibits a capacitance according to the distance from the conductor; ,
A second differential amplifier having an inverting input terminal, a non-inverting input terminal, and an output terminal, the second fixed potential being input to the non-inverting input terminal;
A second reference capacitor having one electrode connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier and the other electrode connected to the output terminal of the second differential amplifier;
A fourth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier and the other end connected to the output terminal of the second differential amplifier;
A fifth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier;
A sixth open / close switch having one end connected to the other end of the fifth open / close switch and the other end connected to a second power supply potential;
A second sensor electrode which is connected to the other end of the fifth open / close switch and forms a capacitor which faces the conductor and exhibits a capacitance according to the distance from the conductor;
After performing the first switch operation for opening the first open / close switch and the fourth open / close switch after closing the first open / close switch and the fourth open / close switch, the second open / close switch and the fifth open / close switch are closed. Switch control means for alternately repeating a second switch operation for returning to the open state and a third switch operation for returning the open state to the open state after closing the third open / close switch and the sixth open / close switch;
One input terminal is connected to the output terminal of the first differential amplifier and the other input terminal is connected to the output terminal of the second differential amplifier, and the output voltage of the first differential amplifier is A comparator for comparing the output voltage of the second differential amplifier;
Counting means for counting the number of times the second switch operation is repeated;
Based on the number of times of the second switch operation counted by the counting means until the level of the input voltage at both input terminals of the comparator is inverted, at least one of the first sensor electrode and the second sensor electrode. Determining means for determining a change in capacitance between one and the conductor;
An electrostatic capacity detection device comprising:
前記第7の開閉スイッチの他端に一方の電極が接続されると共に他方の電極が第1の補正電位に接続された第1の補正容量と、
前記第7の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が前記第1の補正電位に接続された第8の開閉スイッチと、
前記第2の差動増幅器の反転入力端子に一端が接続された第9の開閉スイッチと、
前記第9の開閉スイッチの他端に一方の電極が接続されると共に他方の電極が第2の補正電位に接続された第2の補正容量と、
前記第9の開閉スイッチの他端に一端が接続されると共に他端が前記第1の補正電位に接続された第10の開閉スイッチとを備え、
前記スイッチ制御手段は、前記第7の開閉スイッチ及び第9の開閉スイッチを前記第2の開閉スイッチ及び第5の開閉スイッチと同じタイミングで開閉し、前記第8の開閉スイッチ及び第10の開閉スイッチを前記第3の開閉スイッチ及び第6の開閉スイッチと同じタイミングで開閉する、
ことを特徴とする請求項7に記載の静電容量検出装置。 A seventh open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier;
A first correction capacitor having one electrode connected to the other end of the seventh open / close switch and the other electrode connected to a first correction potential;
An eighth open / close switch having one end connected to the other end of the seventh open / close switch and the other end connected to the first correction potential;
A ninth open / close switch having one end connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier;
A second correction capacitor having one electrode connected to the other end of the ninth open / close switch and the other electrode connected to a second correction potential;
A tenth open / close switch having one end connected to the other end of the ninth open / close switch and the other end connected to the first correction potential;
The switch control means opens and closes the seventh open / close switch and the ninth open / close switch at the same timing as the second open / close switch and the fifth open / close switch, and the eighth open / close switch and the tenth open / close switch. Open and close at the same timing as the third open / close switch and the sixth open / close switch,
The electrostatic capacitance detection apparatus according to claim 7.
前記第1のシールド部材を、少なくとも前記第2の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の固定電位に保つ第1の電位供給回路と、
前記第1のシールド部材を少なくとも前記第3の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第1の電源電位に保つ第2の電位供給回路と、
前記第2のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面及び該第2のセンサ電極と前記第5及び第6の開閉スイッチとの間を接続する配線の少なくとも一部を包囲する第2のシールド部材と、
前記第2のシールド部材を、少なくとも前記第5の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第2の固定電位に保つ第3の電位供給回路と、
前記第2のシールド部材を少なくとも前記第6の開閉スイッチが閉状態から開状態に遷移するときに前記第2の電源電位に保つ第4の電位供給回路と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の静電容量検出装置。 The first sensor electrode surrounds at least a part of the wiring connecting the first sensor electrode other than the surface facing the conductor and the first sensor electrode and the second and third open / close switches. A shielding member of
A first potential supply circuit that maintains the first shield member at the first fixed potential when at least the second opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
A second potential supply circuit for maintaining the first shield member at the first power supply potential when at least the third opening / closing switch transitions from a closed state to an open state;
A second surrounding the surface of the second sensor electrode other than the surface facing the conductor and at least a part of the wiring connecting the second sensor electrode and the fifth and sixth open / close switches. A shield member of
A third potential supply circuit that maintains the second shield member at the second fixed potential when at least the fifth open / close switch transitions from a closed state to an open state;
A fourth potential supply circuit for maintaining the second shield member at the second power supply potential when at least the sixth open / close switch transits from a closed state to an open state;
The capacitance detection device according to claim 7, further comprising:
前記第3の開閉スイッチが閉状態の所定の期間に前記第1のシールド部材に前記第1の電源電位とは異なる電位を印加する第1の電位印加手段と、
前記第3の電位供給回路と前記第2のシールド部材との間に接続された第2の電流検出回路と、
前記第4の開閉スイッチが閉状態の所定の期間に前記第2のシールド部材に前記第2の電源電位とは異なる電位を印加する第2の電位印加手段と、
を備えることを特徴とする請求項9に記載の静電容量検出装置。 A first current detection circuit connected between the first potential supply circuit and the first shield member;
First potential applying means for applying a potential different from the first power supply potential to the first shield member during a predetermined period when the third open / close switch is closed;
A second current detection circuit connected between the third potential supply circuit and the second shield member;
Second potential applying means for applying a potential different from the second power supply potential to the second shield member during a predetermined period when the fourth open / close switch is closed;
The capacitance detection device according to claim 9, further comprising:
前記第2のセンサ電極の前記導電体に対向した面以外の面、該第2のセンサ電極と前記第5及び第6の開閉スイッチとの間を接続する配線及び前記第2のシールド部材の少なくとも一部を包囲する第2の外部シールド部材とを備え、
前記第1の外部シールド部材及び第2の外部シールド部材は、任意の定電位に設定されている、
ことを特徴とする請求項9に記載の静電容量検出装置。 At least one of the first sensor electrode other than the surface facing the conductor, wiring connecting the first sensor electrode and the second and third open / close switches, and at least the first shield member A first outer shield member surrounding a portion;
At least one of a surface of the second sensor electrode other than the surface facing the conductor, a wiring connecting the second sensor electrode and the fifth and sixth open / close switches, and at least the second shield member A second outer shield member surrounding the part,
The first outer shield member and the second outer shield member are set to an arbitrary constant potential,
The electrostatic capacitance detection apparatus according to claim 9.
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