CN1696743A - 电容式接近传感器 - Google Patents

Abstract

提供高检测感度的电容式接近传感器。电容式接近传感器具有绝缘基板11、在该绝缘基板11的一个面上以规定图形形成的探测电极12和接地电极13、对探测电极12和接地电极13之间的电容进行检测，并检测物体向探测电极12和接地电极13靠近的探测电路20。探测电极12形成为包围接地电极13的形状。

Description

电容式接近传感器

技术领域

本发明涉及利用电容变化来检测物体接近的电容式接近传感器。

背景技术

已往，作为该种类电容式接近传感器，众所周知的是如下的电容式接近传感器：在绝缘基板上的一个的面(检测面)上形成检测电极和接地电极，在另一个的面(背面)通过以覆盖检测电极及接地电极的形成区域的方式形成屏蔽电极，在检测面侧集中电力线，排除检测面的侧面或背面的物体的影响。(例如：专利文献1)

该种电容式接近传感器具有包含按基于检测电极和接地电极之间的电容而定的频率产生振荡的振荡电路以及判别该振荡电路的振荡频率的判定电路在内的探测电路，通过该探测电路，检测由于物体向检测电极和接地电极接近而产生的电容变化，由此判别物体的有无或距离。

【专利文献1】特开2000-48694号公报(段落0006，0012、图1，图2)

发明内容

所述已往电容式接近传感器，由于期待屏蔽效果因此接地电极以包围检测电极的形式而形成。但是，根据本发明者的实验得知，物体的高检测感度的区域是检测电极的近旁，而不是接地电极的近旁。

本发明鉴于该种观点而进行，其目的在于提供高检测感度的电容式接近传感器。

本发明涉及的电容式接近传感器具有绝缘基板、在该绝缘基板的一个面上按规定图形形成的探测电极和接地电极、以及检测所述探测电极和接地电极之间的电容并检测物体向所述探测电极及接地电极接近的探测电路，所述电容式接近传感器的特征在于所述探测电极形成为包围所述接地电极的形状。

关于本发明的一个实施方式，探测电极具有包围接地电极的コ字状图形。在本发明的另一实施方式中，探测电极含以接地电极为中心对称分离的第1探测电极及第2探测电极，探测电路根据第1探测电极和接地电极之间的电容与第2探测电极和接地电极之间的电容来判定物体接近的方向。在本发明的又一实施方式中，在绝缘基板的另一个的面上，形成有覆盖探测电极及接地电极的整个形成区域的屏蔽部件。

本发明由于是以探测电极包围接地电极的方式而形成，因此可提高探测电极和接地电极之间的电容，由此可排除外部噪音的影响，且可扩大由物体接近的有无而引起的电容变化，从而可提供高检测感度并可在大范围区域进行检测的电容式接近传感器。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式所涉及的电容式接近传感器的简略结构图。

图2是表示同接近传感器的探测电路的块图。

图3是表示同接近传感器的实施例1、2和比较例1、2的电极的平面图。

图4是表示同实施例1、2的测定结果，即检测对象的距离和电极的电容之间关系的曲线图。

图5是表示同比较例1、2的测定结果，即检测对象的距离和电极的电容之间关系的曲线图。

图6是接近传感器的比较例3、4的电极的平面图。

图7是表示同比较例3、4的测定结果，即检测对象的距离和电极的电容之间关系的曲线图。

图8是表示图1的I-I’剖面之一例的剖面图。

图9是表示图1的I-I’剖面另一例的剖面图。

图10是表示图1的I-I’剖面又一其他例的剖面图。

图11是表示图1的I-I’剖面又一其他例的剖面图。

图12是表示本发明另一实施方式所涉及的电容式接近传感器的简略结构图。

图13是表示同接近传感器的探测电路的详细内容的块图。

图14是表示本发明的又一实施方式所涉及的电极的平面图。

图15是表示本发明的又一实施方式所涉及的电极的平面图。

符号说明

10、30……传感器部；11、31……绝缘基板；12、32a、32b、52、62……探测电极；13、33、51、61……接地电极；14……屏蔽部件；15……间隔物；16……绝缘部件；20、40……探测电路；21、41a、41b……振荡电路、22、42a、42b……频率探测电路；23、43……判定电路；34、44……控制电路。

具体实施方式

以下参照附图，说明本发明的优选实施方式。

图1以及图2是表示本发明的一种实施方式所涉及的电容式接近传感器的简略结构图。该接近传感器包括传感器部10和探测电路20。

传感器部10由柔性印刷电路(FPC)、刚性印刷电路(RPC)等构成，其具有由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或环氧树脂等绝缘体形成的绝缘基板11、在该绝缘基板11上形成图形的包含铜、铜合金或铝等的探测电极12及接地电极13。接地电极13呈正方形或长方形，探测电极12形成为包围该接地电极13的两侧及上边的コ字形。

探测电路20如图2所示，包括根据探测电极12及接地电极13之间的电容而产生振荡频率变化的振荡电路21、检测该振荡电路21的振荡输出频率大小的频率探测电路22、根据用该频率探测电路22检测到的频率大小来判定物体接近、距离等的判定电路23和控制这些电路的控制电路24。在此，虽然向与振荡电路21连接的探测电极12施加振荡输出所对应的交变电压，但是接地电极13被固定在接地电位。频率探测电路22可包括如低通滤波器那样的将频率变换成电压的频率—电压变换器和计算振荡输出的例如计算上升沿数的频率计数器等。判定电路23可包括电压比较器或CPU等的可编程器件。控制电路24是用于增益调节比如在振荡电路、频率探测电路22及判定电路23中使用的增幅器的，以及用于补正温度、湿度等的外部环境的电路，其也可与判定电路23一起构成。

另外以上是探测电路20的一个例子，此外，通过例如按一定频率振荡的振荡电路、用探测电极和接地电极的电容使该振荡电路的输出脉冲负载产生变化的单稳态多谐振荡器、和输出该单稳态多谐振荡器的输出平均值的低通滤波器也可构成探测电路。

下面，就所述结构的电容式接近传感器的效果进行说明。

实施例1

如图3所示，在40mm见方的电极1的上边和左右边的周围，间隔10mm的缝隙形成有宽40mm的コ字形电极2。将电极1与接地电位连接作为接地电极，将电极2作为探测电极，与图2电路规定的反馈路径连接，测定了在将30mm见方的平板接地电极分别靠近图3的各点A、B、C、D时的到各点的距离和电极1、2的电容之间的关系。其结果如图4A所示。如图所示，当把比中央的电极1还小的30mm见方的平板接地电极靠近作为中央的接地电极的电极1的A点时，完全没有观测到电容的变化。但是，作为探测电极的コ字形电极2的各点B、C、D在距离靠近至20mm后的电容本身及其变化有6～10pF之大，确认了检测感度良好的事实。

实施例2

把靠近图3的电极1、2的接地电极改为50mm见方，进行了与实施例1相同的测定。其结果如图4B所示。把如此靠近的接地电极加大到比电极1大时，在电极1的A点也观测到了少量的电容变化。此外，作为探测电极的コ字形电极2的各点B、C、D，在距离靠近至20mm后的电容变化为7.5～12pF，观测到了比实施例1还大的电容及其变化。

比较例1

除将电极1作为探测电极、电极2作为接地电极以外，进行了与实施例1相同的测定。其结果如图5A所示。

比较例2

除将电极1作为探测电极、电极2作为接地电极以外，进行了与实施例2相同的测定。其结果如图5B所示。

从图5A、B得知，观测到电容变化的仅为电极1的A点，其电容及其变化较小，即在比较例1中为6～7.5pF、在比较例2中为6～8pF，检测感度、检测范围均比实施例1、2差。

比较例3

如图6所示，将40mm见方的3个电极3、4、5以10mm的间隔排成一排，在将电极3作为接地电极、电极4作为探测电极、电极5不连接任何东西的状态下，使30mm见方的平板状接地电极靠近各点A、B、C并测定电容变化，其结果如图7A所示。

比较例4

对于与比较例3相同的3个电极3、4、5，在将电极3作为接地电极、电极5作为探测电极、电极4不连接任何东西的状态下，进行了与比较例3相同的测定。其结果如图7B所示。

从图7A、B得知，观测电容变化的仅为探测电极的B、C点，其电容自身较小，为3.5～6.5pF和3.8～6.8pF。

如上所述，本实施方式的电容式接近传感器具有高检测感度，还可产生抗外部噪音的效果。

图1为提高探测电极12的检测感度，对电极的背面的屏蔽是有效的。

图8是图1的传感器部10的I-I’剖面图。在绝缘基板11的下面，以覆盖探测电极12及接地电极13的整个形成范围的方式，形成屏蔽部件14。由此，可去除来自绝缘基板11的背面侧的电力线的影响，提高耐噪音性。

图9是在绝缘基板11的下面，间隔由绝缘体形成的间隔物15，配置有形成了屏蔽部件14的绝缘部件16的例子。即绝缘基板11是例如75μm左右的膜片时，由于探测电极12与屏蔽部件14过于靠近，且两者之间造成电力线集中，因此通过间隔间隔物15，可增加上面侧的电力线，进一步提高检测感度。

图10是使得图8的屏蔽部件14不仅位于绝缘基板11的下面、还延长至围住电极12、13的侧面的高度的实例，图11将图9的屏蔽部件14和绝缘部件16延长至围住电极12、13的侧面的高度的实例。如这些实例那样，如果用屏蔽部件14将电极12、13的侧面也进行覆盖的话，可进一步完全地排除来自下面侧的影响。

图12及图13是涉及本发明的另一实施方式的电容式接近传感器的简略构成图。在该实施方式中，构成传感器部30的探测电极被分成2个一点和探测电路40用2个探测电极来判定物体的靠近、距离及移动方向的一点是与前述实施方式的不同之处。

传感器部30包括绝缘基板31、在该绝缘基板31上形成图形的探测电极32a、32b及接地电极33。接地电极13为正方形或者长方形，探测电极32a以包围该接地电极33的左侧及上边的左半部、探测电极32b以包围该接地电极33的右侧及上边的右半部的ㄑ字形的方式被形成。

探测电路40如图13所示，包括相对探测电极32a及接地电极33之间的电容而产生振荡频率变化的振荡电路41a、相对探测电极32b及接地电极33之间的电容而产生振荡频率变化的振荡电路41b、分别检测这些振荡电路41a和41b的振荡输出频率大小的频率探测电路42a和42b、根据用这些频率探测电路42a和42b检测的频率大小来判定物体的靠近、距离和移动方向等的判定电路43、以及控制这些电路的控制电路44。

在本实施方式中，在物体从图12的左边向右边移动时，探测电极32a的电容产生变化后，探测电极32b的电容产生变化，反之，在物体从图12的右边向左边移动时，探测电极32b的电容产生变化后，探测电极32a的电容产生变化，所以可检测物体的移动方向。

但本发明并不仅仅局限于所述实施例。

例如：作为电极的形态，如图14所示，也可是将圆形接地电极51与包围该接地电极51周围的圆环状探测电极52配置于同心圆上的图形。此外，如图15所示，也可是由矩形波状接地电极61和包围其周围的矩形探测电极62形成的图形。

总之，本发明的特征在于探测电极形成为包围接地电极的形状，只要不变更该宗旨，各种变形实施均是可能的。

Claims (4)

1.一种电容式接近传感器，包括绝缘基板；

在该绝缘基板的一个面上以规定图形形成的探测电极和接地电极；

探测电路，其检测所述探测电极和接地电极之间的电容、检测物体向所述探测电极和接地电极靠近的探测电路，

所述电容式接近传感器的特征在于：

所述探测电极形成为包围所述接地电极的形状。

2.如权利要求1所述的电容式接近传感器，其特征在于：

所述探测电极为包围所述接地电极的コ字形的图形。

3.如权利要求1或2所述的电容式接近传感器，其特征在于：

所述探测电极包括以所述接地电极为中心对称分离的第1探测电极和第2探测电极，

所述探测电路是根据所述第1探测电极和接地电极之间的容量以及所述第2探测电极和接地电极之间的容量来判定所述物体的靠近方向的电路。

4.如权利要求1～3的任意一项所述的电容式接近传感器，其特征在于：

在所述绝缘基板的另外的面上，形成有覆盖所述探测电极和接地电极的整个形成区域的屏蔽部件。

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