DE112011103260T5

DE112011103260T5 - Elektrostatischer Kapazitätssensor und Verfahren zur Feststellung des Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors

Info

Publication number: DE112011103260T5
Application number: DE112011103260T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Togura
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: JPWO2012043443A1; DE112011103260B4; CN103119473B; US9274154B2; WO2012043443A1; CN103119473A; JP5639655B2; US20130207677A1

Abstract

Die Offenbarung stellt eine Anomalie eines elektrostatischen Kapazitätssensors fest, ohne dass eine zusätzliche Elektrode und Schaltung vorgesehen ist. Die Offenbarung umfasst: eine Detektionselektrode (2), die eine elektrostatische Kapazität detektiert, eine Schirmelektrode (3), die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode (2) angeordnet ist, einen Schirmtreiber (31), der zwischen einem ersten elektrischen Potential und einem von dem ersten elektrischen Potential verschiedenen zweiten Potential umschaltet, um das erste oder zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode (3) anzulegen, eine Detektionsschaltung (21), die ein Detektionssignal ausgibt, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode (2) detektiert wird, und eine Entscheidungsschaltung (6), die ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal von der Detektionsschaltung (21) empfängt, als Grundlage für die Entscheidung, ob eine Anomalie der Detektionselektrode (2) oder der Schirmelektrode (3) vorliegt oder nicht. Das erste Detektionssignal ist von der elektrostatischen Kapazität abhängig, die von der Detektionselektrode (2) detektiert wird, wenn der Schirmtreiber (31) das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode (3) anlegt. Das zweite Detektionssignal ist von der elektrostatischen Kapazität abhängig, die von der Detektionselektrode (2) detektiert wird, wenn der Schirmtreiber (31) das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Kapazitätssensor und ein Verfahren zur Feststellung eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors.
Für diejenigen Bestimmungsstaaten, die eine Einbeziehung von Inhalten durch Verweisung zulassen, werden die Inhalte, die in den Unterlagen der Patentanmeldung Nr. 2010-217316 , eingereicht beim Japanischen Patentamt am 28. September 2010, und der Patentanmeldung Nr. 2010-291780 , eingereicht beim Japanischen Patentamt am 28. Dezember 2010, durch Verweisung als Bestandteil in die Beschreibung und/oder die Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung einbezogen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist ein mit elektrostatischer Kapazität arbeitendes Detektionsgerät bekannt, das ein Objekt anhand einer elektrostatischen Kapazität zwischen einer Elektrode und einem geerdeten Teil detektiert und das eine unabhängige Hilfselektrode aufweist, die als Blindobjekt wirkt, um so eine Selbstdiagnose eines Ausfalls des elektrostatischen Kapazitätssensors zu ermöglichen (Patentdokument 1: veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2001-264448).
Patentliteratur

Patentdokument 1: veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2001-264448.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden
Wenn jedoch eine besondere Einrichtung zur Detektion eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors vorgesehen ist wie in Patentdokument 1, etwa eine Hilfselektrode und eine Ausfalldetektionsschaltung, so tritt das Problem auf, dass die Anzahl von Komponenten des elektrostatischen Kapazitätssensors zunimmt.
Probleme, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden, schließen die Feststellung ein, ob ein Ausfall eines elektrostatischen Kapazitätssensors vorliegt oder nicht, ohne dass zusätzliche Einrichtungen wie etwa eine Hilfselektrode und eine Ausfalldetektionsschaltung zur Detektion eines Ausfalls des elektrostatischen Kapazitätssensors bereitgestellt werden.
Mittel zur Lösung der Probleme

(1) Eine erste Erfindung schafft einen elektrostatischen Kapazitätssensor zur Lösung der oben genannten Probleme. Der elektrostatische Kapazitätssensor umfasst: eine Detektionselektrode, die eine elektrostatische Kapazität zwischen der Detektionselektrode und einem Objekt detektiert; eine Schirmelektrode, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode angeordnet ist; einen Schirmtreiber, der zwischen einem ersten elektrischen Potential und einem zweiten elektrischen Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, umschaltet, um das erste oder das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode anzulegen; eine Detektionseinrichtung, die ein Detektionssignal ausgibt, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist; und eine Entscheidungseinrichtung, die ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal von der Detektionseinrichtung erhält, als Grundlage für die Entscheidung, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht. Das erste Detektionssignal ist von der elektrostatischen Kapazität abhängig, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn der Schirmtreiber das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt. Das zweite Detektionssignal ist von der elektrostatischen Kapazität abhängig, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn der Schirmtreiber das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt.
(2) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann die Entscheidungseinrichtung feststellen, dass ein anomaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
(3) Bei der oben beschriebenen Erfindung können ein an die Detektionselektrode angelegtes elektrisches Potential und das erste elektrische Potential, das an die Schirmelektrode angelegt wird, übereinstimmen, wenn das erste Detektionssignal erhalten wird.
(4) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Detektionseinrichtung über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators verbunden sein, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden sein kann, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung kann ein Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator mit der Verbindung verbunden ist, mit einem Detektionssignal für den Fall vergleichen, dass der erste Kondensator von der Verbindung getrennt ist, und wenn die Differenz dazwischen nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, so kann die Entscheidungseinrichtung feststellen, dass die Detektionseinrichtung in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht.
(5) In der oben beschriebenen Erfindung kann der elektrostatische Kapazitätssensor weiterhin folgendes aufweisen: eine Referenzelektrode, die unabhängig von der Detektionselektrode vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung für die Referenzelektrode, die ein Referenzsignal ausgibt, das von einer mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wobei die Entscheidungseinrichtung auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals feststellen kann, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht. Das erste Detektionssignal kann auf einem Detektionssignal basieren, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, und auf dem Referenzsignal, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn der Schirmtreiber das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt. Das zweite Detektionssignal kann auf einem Detektionssignal basieren, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, und auf dem Referenzsignal, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn der Schirmtreiber das zweite elektrische Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, an die Schirmelektrode anlegt.
(6) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann eine Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode über einen zweiten Schalter mit einem Ende eines zweiten Kondensators verbunden sein, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung kann feststellen, dass die Detektionseinrichtung in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
(7) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann der elektrostatische Kapazitätssensor weiterhin eine Temperaturkompensationseinrichtung aufweisen, die die Funktion hat, eine Temperatur in der Umgebung der Detektionselektrode oder der Detektionseinrichtung zu detektieren, als Grundlage für die Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals. Die Temperaturkompensationseinrichtung kann auch die Funktion haben, eine Temperatur in der Umgebung der Referenzelektrode oder der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode zu detektieren, als Grundlage für die Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals.
(8) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann das zweite elektrische Potential zwischen 80% und 120% des ersten elektrischen Potentials betragen.
(9) Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zur Feststellung eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors, um dadurch die oben genannten Probleme zu lösen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Detektieren eines ersten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von einer Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein erstes elektrisches Potential an eine Schirmelektrode in der Nachbarschaft der Detektionselektrode angelegt ist; Detektieren eines zweiten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig, ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein von dem ersten elektrischen Potential verschiedenes zweites elektrisches Potential an die Schirmelektrode angelegt ist; und Entscheiden, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode vorliegt oder nicht, auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals.
(10) In der oben beschriebenen Erfindung kann das Verfahren zur Feststellung eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors weiterhin die folgenden Schritte aufweisen: Verbinden einer Verbindung zwischen der Detektionselektrode und einem Ausgabeteil für ein Detektionssignal, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und Entscheiden, dass eine Funktion zum Detektieren des Detektionssignals unnormal ist, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator mit der Verbindung verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
(11) Eine zweite Erfindung schafft einen elektrostatischen Kapazitätssensor zur Lösung der oben genannten Probleme. Der elektrostatische Kapazitätssensor umfasst: eine Detektionselektrode, die eine elektrostatische Kapazität zwischen der Detektionselektrode und einem Objekt detektiert, eine Schirmelektrode, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode angeordnet ist, eine Steuereinrichtung für die Detektionselektrode, die zwischen einem ersten elektrischen Potential und einem von dem ersten elektrischen Potential verschiedenen zweiten elektrischen Potential umschaltet, um das erste oder das zweite elektrische Potential an die Detektionselektrode anzulegen und ein Detektionssignal auszugeben, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, und eine Entscheidungseinrichtung die entscheidet, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht, auf der Grundlage eines ersten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, wenn die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode das erste elektrische Potential an die Detektionselektrode anlegt, und eines zweiten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode das zweite elektrische Potential an die Detektionselektrode anlegt.
(12) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann die Entscheidungseinrichtung feststellen, dass ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorliegt, wenn eine Differenz zwischen Werten des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
(13) Bei der oben beschriebenen Erfindung kann das an die Detektionselektrode angelegte erste elektrische Potential mit einem elektrischen Potential übereinstimmen, das an die Schirmelektrode angelegt wird, wenn das erste Detektionssignal erhalten wird.
(14) In der oben beschriebenen Erfindung kann eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Steuereinrichtung für die Detektionselektrode über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators verbunden sein, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung kann entscheiden, dass die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator mit der Verbindung verbunden ist, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator von der Verbindung getrennt ist, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
(15) In der oben beschriebenen Erfindung kann der elektrostatische Kapazitätssensor weiterhin aufweisen: eine Referenzelektrode, die unabhängig von der Detektionselektrode vorgesehen ist; und eine Steuereinrichtung für die Referenzelektrode, die ein Referenzsignal ausgibt, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode detektiert wird, wobei die Entscheidungseinrichtung auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals feststellen kann, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorliegt oder nicht. Das erste Detektionssignal kann auf der Grundlage eines Detektionssignals erhalten werden, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, und auf der Grundlage des Referenzsignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode detektiert wird, wenn die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode das erste elektrische Potential an die Detektionselektrode anlegt. Das zweite Detektionssignal kann auf der Grundlage eines Detektionssignals erhalten werden, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, und auf der Grundlage des Referenzsignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode detektiert wird, wenn die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode das zweite elektrische Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, an die Detektionselektrode anlegt.
(16) In der oben beschriebenen Erfindung kann eine Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode über einen zweiten Schalter mit einem Ende eines zweiten Kondensators verbunden sein, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung kann entscheiden, dass die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
(17) In der oben beschriebenen Erfindung kann der elektrostatische Kapazitätssensor so konfiguriert sein, dass er weiterhin eine Temperaturkompensationseinrichtung aufweist, die eine Funktion zur Detektion einer Temperatur in der Nachbarschaft der Detektionselektrode oder der Steuereinrichtung für die Detektionselektrode aufweist, als Grundlage für die Korrektor des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals. Außerdem kann die Temperaturkompensationseinrichtung auch die Funktion haben, eine Temperatur in der Nachbarschaft der Referenzelektrode oder der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode zu detektieren, als Grundlage für die Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals.
(18) In der oben beschriebenen Erfindung kann das zweite elektrische Potential zwischen 80% und 120% des ersten elektrischen Potentials betragen.
(19) Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zur Feststellung eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors, um so die oben genannten Probleme zu lösen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Detektieren eines ersten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit einer Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein erstes elektrisches Potential an die Detektionselektrode angelegt ist; Detektieren eines zweiten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein zweites elektrisches Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, an die Detektionselektrode angelegt ist; und Entscheiden, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode vorliegt oder nicht, auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals.
(20) In der oben beschriebenen Erfindung kann das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte aufweisen: Verbinden einer Verbindung zwischen der Detektionselektrode und einem Ausgabeteil für ein Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist; und Entscheiden, dass eine Funktion zur Detektion des Detektionssignals unnormal ist, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator mit der Verbindung verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.

Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Bei der oben beschriebenen ersten Erfindung wird die Entscheidung, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode oder der Schirmelektrode vorliegt oder nicht, auf der Grundlage des ersten Detektionssignals getroffen, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode angelegt ist, und auf der Grundlage des zweiten Detektionssignals, dass von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die mit der Detektionselektrode detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode angelegt ist, und ein Ausfall der Detektionselektrode und/kann so detektiert werden, ohne das irgendwelche zusätzlichen Einrichtungen oder Schritte erforderlich sind.
Bei der oben beschriebenen zweiten Erfindung wird die Entscheidung, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorliegt oder nicht, auf der Grundlage des ersten Detektionssignals getroffen, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential an die Detektionselektrode angelegt ist, und auf der Grundlage des zweiten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential an die Detektionselektrode angelegt ist, und ein Ausfall des elektrostatischen Kapazitätssensors kann somit detektiert werden, ohne das irgendwelchen zusätzlichen Einrichtungen oder Schritte erforderlich sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines elektrostatischen Kapazitätssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der ersten Erfindung illustriert;
2 ist ein Flussdiagram einer Steuerungsprozedur in einem normalen Messmodus des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors;
3 ist ein Flussdiagramm für einen Elektrodenprüfmodus des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors;
4 ist ein Flussdiagramm zur Illustration einer Kontrollprozedur in einem Schaltungsprüfmodus des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors;
5 ist ein schematisches Diagramm zur Illustration eines elektrostatischen Kapazitätssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der ersten Erfindung;
6 ist ein schematisches Diagramm eines elektrostatischen Kapazitätssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der zweiten Erfindung;
7 ist ein Flussdiagramm zur Illustration einer Kontrollprozedur in einem normalen Messmodus des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors;
8 ist ein Flussdiagramm zur Illustration einer Kontrollprozedur in einem Elektrodenprüfmodus des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors;
9 ist ein Flussdiagramm zur Illustration einer Kontrollprozedur in einem Schaltungsprüfmodus des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors; und
10 ist ein schematisches Diagramm eines elektrostatischen Kapazitätssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der zweiten Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Erste Ausführungsform der ersten Erfindung
Ein elektrostatischer Kapazitätssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der ersten Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der elektrostatische Kapazitätssensor 1 die Anwesenheit oder Abwesenheit und die Annäherung eines Objekts wie etwa eines Menschen und eines körperlichen Objekts detektiert und durch Selbstdiagnose einen Ausfall des elektrostatischen Kapazitätssensors, etwa eine Fehlfunktion der Elektrode und eine Fehlfunktion einer Schaltung feststellen kann.
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 illustriert.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine Detektionselektrode 2, eine Detektionsschaltung 21, eine Schirmelektrode 3, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist, einen Schirmtreiber 31, eine Verstärkerschaltung 5, die ein von der Detektionsschaltung 21 detektiertes Detektionssignal verstärkt, und eine Entscheidungsschaltung 6, die ein Detektionsergebnis für ein Objekt sowie ein Ergebnis einer Selbstdiagnose des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 auf der Grundlage eines oder mehrerer Werte des erhaltenen Detektionssignals feststellt.
Außerdem ist eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 über einen ersten Schalter S4 mit einem Ende eines ersten Kondensators (Cd1) verbunden, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential, etwa mit Masse, verbunden ist, dass von einem ersten elektrischen Potential verschieden ist.
Die Detektionselektrode 2 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein plattenförmiger Leiter und detektiert eine elektrostatische Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und einem Objekt, wenn die Detektionsschaltung 21 ein vorgegebenes elektrisches Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 anlegt. Es ist zu bemerken, dass die Form der Elektrode nicht auf eine plattenförmige Gestalt beschränkt ist, sondern auch stabförmig oder dreidimensional geformt sein kann.
Die Schirmelektrode 3 ist in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform umgibt die Schirmelektrode 3 die Detektionselektrode 2 mit Ausnahme einer Detektionsfläche der Detektionselektrode 2 (obere Oberfläche der Detektionselektrode, die durch den plattenförmigen Leiter gebildet wird). Dies erlaubt es, mit hoher Empfindlichkeit festzustellen, ob ein zu detektierendes Objekt (kurz als ”Objekt” bezeichnet) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches auf der Seite der Detektionsfläche der Detektionselektrode 2 (nachfolgend als ”Detektionsbereich” bezeichnet) vorhanden ist oder nicht und/oder den Abstand zu dem Objekt zu detektieren.
Der Schirmtreiber 31 hat eine Funktion, die vorbestimmte Spannungen umschaltet, um sie an die Schirmelektrode 3 anzulegen. In der vorliegenden Ausführungsform legt der Schirmtreiber 31 ein erstes elektrisches Potential (Vr') an die Schirmelektrode 3 an, und er kann auf ein zweites elektrisches Potential (Vd) umschalten, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, um dieses zweite Potential an die Schirmelektrode 3 anzulegen. Das erste elektrische Potential (Vr') kann das gleiche elektrische Potential sein wie ein elektrisches Potential (Vr), das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird oder es kann davon verschieden sein.
Die Detektionsschaltung 21 detektiert in der vorliegenden Ausführungsform ein erstes Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn der Schirmtreiber 31 das erste elektrische Potential (Vr') an die Schirmelektrode 3 anlegt, und detektiert auch ein zweites Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn der Schirmtreiber 31 das zweite elektrische Potential (Vd) an die Schirmelektrode 3 anlegt. Die Detektionsschaltung 21 übermittelt die detektierten Signale an die Verstärkerschaltung 5, wie später beschrieben werden wird.
Wenn das an die Schirmelektrode 3 angelegte erste elektrische Potential (Vr') das gleiche elektrische Potential ist wie das vorbestimmte elektrische Potential (Vr), das an die Detektionselektrode angelegt ist, wird keine elektrostatische Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 detektiert, während die Detektionsschaltung 21 ein Detektionssignal detektiert, das von einer elektrostatischen Kapazität (C1) zwischen der Detektionselektrode 2 und einem innerhalb des Detektionsbereiches vorhandenen Objekt abhängig ist, das von der Detektionselektrode 2 detektiert wird.
Das zweite elektrische Potential (Vd) kann innerhalb eines Bereiches von 80% bis 120% des ersten elektrischen Potentials liegen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn das anzulegende elektrische Potential innerhalb eines Bereiches von –20% bis +20% relativ zu dem ersten elektrischen Potential liegt, so können das erste Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn das erste elektrische Potential angelegt ist, und das zweite Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn das zweite elektrische Potential angelegt ist, in einem dynamischen Bereich liegen, und eine Fehlerdiagnose für den elektrostatischen Kapazitätssensor kann somit präzise ausgeführt werden.
Der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist außerdem eine Temperaturkompensationsschaltung 7 auf, die eine Temperaturkompensationsfunktion zur Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals auf der Basis der Temperatur in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 oder der Detektionsschaltung 21 aufweist. Die Temperaturkompensationsschaltung 7 kann als eine von der Verstärkerschaltung 5 und der Entscheidungsschaltung 6 unabhängige Schaltung konfiguriert sein oder kann auch in die Verstärkerschaltung 5 oder die Entscheidungsschaltung 6 integriert sein. Die Temperaturkompensationsschaltung 7 kann ein übliches Mittel verwenden, etwa ein Mittel, das die Temperaturkennlinie eines elektrischen Potentials in Vorwärtsrichtung im Zusammenhang mit einem Diodenelement verwendet. Das erlaubt es, den Einfluss von Temperaturen auf das Detektionsergebnis (Messwert) zu eliminieren.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 über den ersten Schalter S4 mit einem Ende des ersten Kondensators (Cd1) verbunden, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, so dass sich das von der Detektionsschaltung 21 ausgegebene Detektionssignal in Abhängigkeit vom EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters ändert. Das heißt, wenn die Detektionsschaltung 21 normal arbeitet, so ändert sich das Detektionssignal in Abhängigkeit von dem ersten Kondensator Cd1, wenn der erste Schalter S4 von AUS auf EIN geschaltet wird.
Hier ist der erste Schalter S4 ein Schalter, der bestimmt, ob das eine Ende des ersten Kondensators Cd1, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das ein von dem ersten festen elektrischen Potential verschiedenes elektrisches Potential hat, mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Detektionsschaltung verbunden ist oder nicht.
Die Verstärkerschaltung 5 verstärkt das von der Detektionsschaltung 21 erhaltene Detektionssignal. Diese Verstärkerschaltung 5 kann einen Bandpassfilter zur Beseitigung von Rauschanteilen und einen Tiefpassfilter zur Beseitigung von Rippelanteilen enthalten. Weiterhin übermittelt die Verstärkerschaltung 5 das Detektionssignal, das von der mit der Detektionselektrode 2 detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, an die Entscheidungsschaltung 6, wie später beschrieben werden wird.
Die Entscheidungsschaltung 6 weist in der vorliegenden Ausführungsform die drei nachstehend beschriebenen Funktionen auf.
Die erste Funktion steht im Zusammenhang mit einer Funktion zur Entscheidung, ob ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist oder nicht, und einer Funktion zur Bestimmung eines Abstands zu dem Objekt, auf der Grundlage des Detektionssignals, das von der detektierten elektrostatischen Kapazität zwischen dem Objekt und der Detektionselektrode abhängig ist. Die zweite Funktion ist eine Funktion zur Entscheidung, ob eine Elektrodenanomalie der Detektionselektrode 2 und/oder der Schirmelektrode 3 vorliegt oder nicht. Die dritte Funktion ist eine Funktion zur Entscheidung, ob eine Anomalie in der Detektionsfunktion der Detektionsschaltung 21 vorliegt oder nicht.
Jede Funktionalität der Entscheidungsschaltung 6 in dem elektrostatischen Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird überwacht.
Zunächst entscheidet die Entscheidungsschaltung 6, ob ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist oder nicht, und/oder sie misst den Abstand zu dem Objekt auf der Basis des ersten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode 3 angelegt ist. Bei dieser Betriebsweise kann das an die Detektionselektrode 2 angelegte elektrische Potential den gleichen Wert haben wie das erste elektrische Potential, das an die Schirmelektrode 3 angelegt ist.
Speziell entscheidet die Entscheidungsschaltung 6, dass ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist, wenn der Wert des ersten Detektionssignals, das von der Verstärkerschaltung 5 erhalten wird, gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Weiterhin berechnet die Entscheidungsschaltung 6 den Abstand zwischen der Detektionselektrode 2 und dem Objekt auf der Grundlage des Wertes des ersten Detektionssignals, das von der Verstärkerschaltung 5 erhalten wird. Verfahren zur Entscheidung, ob ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist oder nicht, und zur Bestimmung des Abstands zu dem Objekt sind nicht besonders beschränkt, und jedes zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung bekannte Verfahren kann benutzt werden.
Zweitens entscheidet die Entscheidungseinheit 6, ob ein Anomalie der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt oder nicht, beispielsweise ein Bruch, Riss, Verformung, Krümmung oder eine andere Elektrodenanomalie der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3, und zwar auf der Grundlage des ersten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode angelegt ist, und des zweiten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode 3 angelegt ist.
Speziell vergleicht die Entscheidungsschaltung 6 Werte des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals, um die Differenz (Ausmaß der Änderung) dazwischen zu erhalten, und entscheidet, dass eine Anomalie in der Detektionselektrode 2 und/der Schirmelektrode 3 vorliegt, wenn die Differenz nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Drittens vergleicht die Entscheidungsschaltung 6 in der vorliegenden Ausführungsform ein Detektionssignal, das erhalten wird, wenn der erste Kondensator Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 verbunden ist, und ein Detektionssignal, das erhalten wird, wenn der erste Kondensator Cd1 nicht verbunden ist, um so die Differenz (Ausmaß der Änderung) dazwischen zu erhalten, und entscheidet, dass eine Anomalie in der Detektionsfunktion der Detektionsschaltung 21 vorliegt, wenn die Differenz nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
So hat der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform drei Funktionsmodi: einen Messmodus zur Erkennung der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objekts und zur Messung des Abstands zu dem Objekt, einen Elektrodenprüfmodus zur Detektion einer Elektrodenanomalie wie etwa eines Bruches, Risses, einer Verformung oder Krümmung der Detektionselektrode 2 und/der der Schirmelektrode 3, und einen Schaltungsprüfmodus zur Detektion einer Anomalie der Detektionsschaltung 21, die die elektrostatische Kapazität bezüglich der Detektionselektrode 2 detektiert. In dem vorliegenden Beispiel wird zu Erläuterungszwecken der elektrostatische Kapazitätssensor 1 dargestellt, der sämtliche oben genannten Funktionalitäten aufweist, jedoch kann die Funktionalität für den Schaltungsprüfmodus fortgelassen werden.
Jede der Steuerungsprozeduren für den normalen Messmodus A, den Elektrodenprüfmodus B und den Schaltungsprüfmodus C für die Detektionsschaltung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben werden.
2 ist ein Flussdiagramm für den normalen Messmodus A des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In Schritt S1 des in 2 gezeigten Flussdiagramms entlädt der elektrostatische Kapazitätssensor 1 zum Zweck der Initialisierung (reset) die elektrische Ladung, die in der Detektionsschaltung 21 gespeichert ist.
Im Einzelnen werden die Schalter S1 bis S3 in der Detektionsschaltung 21 des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors 1 so geschaltet, dass der Schalter S1 die Detektionselektrode 2 mit Masse verbindet, der Schalter S2 den (+)-Eingang des Operationsverstärkers in der Detektionsschaltung mit Masse verbindet, und der Schalter S3 eingeschaltet ist, um den Kondensator Cf1 kurzzuschließen. Das erlaubt eine Entladung der elektrischen Ladung, die in der Detektionsschaltung 21 gespeichert ist. Während dieser Operation ist die Schirmelektrode 3 durch den Schalter S9 in dem Schirmtreiber 31 mit Masse verbunden. Außerdem ist der erste Schalter S4 ausgeschaltet, so dass der erste Kondensator Cd1 nicht mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 verbunden ist.
Als nächstes wird in Schritt S2 das vorbestimmte elektrische Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 angelegt, während das erste elektrische Potential (Vr') an die Schirmelektrode 3 angelegt wird, und ein erster Messwert (erstes Detektionssignal) wird berechnet, in Abhängigkeit von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird.
Im Einzelnen wird der Schalter S9 in dem Schirmtreiber 31 des elektrostatischen Kapazitätssensors 1, der in 1 gezeigt ist, umgeschaltet, um die Schirmelektrode 3 mit dem ersten elektrischen Potential (Vr') zu verbinden, während die Schalter S1 bis S3 in der Detektionsschaltung 21 so geschaltet werden, dass der Schalter S1 die Detektionselektrode 2 mit dem (–)-Eingang des Operationsverstärkers verbindet, der Schalter S2 den (+)-Eingang des Operationsverstärkers mit dem vorbestimmten elektrischen Potential (Vr) verbindet, und der Schalter S3 den Kondensator Cf1 öffnet, um den Kondensator Cf1 mit einer elektrischen Ladung Qf1 = Vr·C1 + (Vr – Vr')·Cs1 aufzuladen. Danach öffnet der Schalter S1 die Detektionselektrode 2, während der Schalter S2 den (+)-Eingang des Operationsverstärkers mit Masse verbindet, und der erste Messwert wird dadurch als ein elektrisches Potential V = (Vr·C1 + (Vr – Vr')·Cs1)/Cf1 berechnet.
Das erste elektrische Potential (Vr'), das an die Schirmelektrode 3 angelegt wird, kann gleich gemacht werden mit dem elektrischen Potential (Vr), das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, so dass keine elektrostatische Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 detektiert wird und der Messwert (elektrisches Potential V = Vr·(C1/Cf1)) erhalten werden kann, der von der elektrostatischen Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und einem Objekt abhängig ist.
Weiterhin benutzt die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S3 den Wert des ersten Detektionssignals als die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Objekt (zu detektierendes Objekt) innerhalb des Detektionsbereiches, der mit der Detektionselektrode 2 detektierbar ist, vorhanden ist oder nicht, und um den Abstand zwischen der Detektionselektrode 2 und dem Objekt (dem detektierten Objekt) zu erhalten. Bei der oben beschriebenen Prozedur wird der Prozess des Messmodus A ausgeführt, um die Anwesenheit eines Objekts festzustellen und den Abstand zu dem Objekt zu messen.
Der Prozess für den Elektrodenprüfmodus B für den elektrostatischen Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
In Schritt S11 in 3 wartet die Entscheidungsschaltung 6 auf den Prozess-Startzeitpunkt für den Elektrodenprüfmodus B, während die Verarbeitung im normalen Messmodus A stattfindet. Der Elektrodenprüfmodus B kann mit einer vorbestimmten Periode oder zu vorbestimmten Zeiten durchgeführt werden, etwa wenn der Prozess abgeschlossen ist oder gestartet wird, oder er kann ausgeführt werden, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, etwa wenn eine Variation des Ausgabewertes beobachtet wird.
In Schritt S12 werden die oben beschriebenen Schritte S1 bis S2 ausgeführt, die in 2 gezeigt sind, um den ersten Messwert (erstes Detektionssignal) zu erhalten, weil die Feststellung einer Elektrodenanomalie durch Vergleich mit dem normalen Messwert erfolgt. In dem vorliegenden Prozess kann auch der erste Messwert (erstes Detektionssignal) ausgelesen werden, der zuvor ausgegeben wurde.
Anschließend führt der elektrostatische Kapazitätssensor 1 in Schritt S13 den oben beschriebenen und in 2 gezeigten Schritt S1 aus, um die Schalter S1 bis S3 in der Detektionsschaltung 21 des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors 1 umzuschalten, um dadurch die der Detektionsschaltung 21 gespeicherte elektrische Ladung zum Zweck der Initialisierung (reset) zu entladen.
In Schritt S14, der vor oder nach dem Schritt S13 ausgeführt wird, legt der Schirmtreiber 31 an die Schirmelektrode 3 ein zweites elektrische Potential an, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist. Weiterhin werden ebenso wie in dem oben beschriebenen und in 2 gezeigten Schritt S2 die Schalter S1 bis S3 in der Detektionsschaltung 21 des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors geschaltet, und ein zweiter Messwert (zweites Detektionssignal) wird dadurch in Abhängigkeit von der elektrostatischen Kapazität berechnet, die mit der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential an der Schirmelektrode 3 anliegt.
In Schritten S15 und S16 stellt die Entscheidungsschaltung 6 auf der Grundlage des ersten Messwertes und des zweiten Messwertes (des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals) eine Anomalie der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode fest. Im einzelnen berechnet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S15 eine Differenz (Ausmaß der Änderung) Y zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert. Dann entscheidet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S16, ob die Differenz Y zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (a ≤ Y ≤ b) liegt oder nicht.
Die elektrostatische Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 ist abhängig von den Flächen der Detektionselektrode und der Schirmelektrode und dem Abstand dazwischen. Als solches kann der Umstand, ob das Ausmaß der Änderung der elektrostatischen Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3, die durch das Umschalten des an die Schirmelektrode 3 angelegten elektrischen Potentials verursacht wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, als Grundlage für die Entscheidung benutzt werden, ob eine Anomalie wie etwa ein Bruch, Leitungsbruch, Krümmung oder Verformung in der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt. Das heißt, wenn die Differenz (Ausmaß der Änderung) zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, kann festgestellt werden, dass eine Elektrodenanomalie wie etwa Bruch, Leitungsbruch, Krümmung oder Verformung bei der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt.
Der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform legt vorab den Bereich (a ≤ Y ≤ b) des Ausmaßes der Änderung der elektrostatischen Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 fest, die durch das Umschalten des an die Schirmelektrode 3 angelegten Potentials verursacht wird, wenn keine Elektrodenanomalie vorliegt, und entscheidet, ob die Differenz Y innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt oder nicht. Wenn die Differenz Y nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, so schreitet der Prozess mit Schritt S17 fort, und die Entscheidungsschaltung 6 entscheidet, dass eine Anomalie in der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt. Wenn dagegen die Differenz Y innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, so schreitet der Prozess mit Schritt S18 fort, und die Entscheidungsschaltung 6 entscheidet, dass keine Anomalie der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt.
So schaltet und liefert der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwei verschiedene elektrische Potentiale Vr' und Vd an die Schirmelektrode 3, um dadurch den ersten Messwert und den zweiten Messwert (das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal) zu erhalten, und er vergleicht sie, um eine Elektrodenanomalie des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 zu detektieren. Daher kann eine Elektrodenanomalie mit einem hohen Maß an Genauigkeit detektiert werden, weil, unter Berücksichtigung der elektrostatischen Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist, eine Elektrodenanomalie detektiert wird unter Verwendung der Änderung der elektrostatischen Kapazität wenn zwei verschiedene elektrische Potentiale an die Schirmelektrode 3 angelegt werden, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist.
Schließlich wird der Schaltungsprüfmodus C für die Detektionsschaltung des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
In Schritt S21 wartet die Entscheidungsschaltung 6 auf den Startzeitpunkt für den Schaltungsprüfmodus C. Wie bei dem Prozess in Schritt S11 in dem oben beschriebenen Elektrodenprüfmodus B führt die Entscheidungsschaltung 6 den Schaltungsprüfmodus C mit einer vorbestimmten Periode oder zu vorbestimmten Zeiten aus oder andernfalls wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
In Schritt S22 wird die Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 von dem festen elektrischen Potential getrennt, und es folgt Schritt S23, in dem das erste Detektionssignal (erster Messwert A) erhalten wird. Mit anderen Worten, die in 2 gezeigten Schritte S1 bis S2 werden in dem Zustand ausgeführt, in dem der erste Schalter S4, der mit der Verbindung der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 des in 1 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors 1 verbunden ist, ausgeschaltet ist.
In dem nachfolgenden Schritt S24 wird der erste Schalter S4 eingeschaltet, um ein Ende des ersten Kondensators Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 zu verbinden. Das andere Ende des ersten Kondensators Cd1 ist mit einem elektrischen Potential verbunden, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist und bei dem es sich um das Massepotential oder auch ein bestimmtes anderes elektrisches Potential handeln kann.
In dem nachfolgenden Schritt S25 empfängt die Entscheidungsschaltung 6 das erste Detektionssignal (erster Messwert B), während der Schalter S4 eingeschaltet ist.
Weiterhin berechnet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S26 eine Differenz Z zwischen den ersten Detektionssignalen (zwischen dem ersten Messwert A und dem ersten Messwert B).
Danach entscheidet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S27, ob die Differenz Z innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (c ≤ Z ≤ d) liegt oder nicht.
Wenn die Detektionsschaltung 21 für die elektrostatische Kapazitätsmessung normal arbeitet, so tritt eine Änderung zwischen dem Detektionssignal (erster Messwert B), das erhalten wird, wenn das feste elektrische Potential über den ersten Kondensator Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 verbunden ist, und dem Detektionssignal (erster Messwert A) auf, das erhalten wird, wenn das feste elektrische Potential nicht verbunden ist, und die Änderung ist von dem angelegten festen elektrischen Potential abhängig. Das heißt, wenn die Differenz Z zwischen dem ersten Messwert A und dem ersten Messwert B nicht innerhalb eines Bereiches liegt, der von dem angelegten festen elektrischen Potential abhängig ist, so wird angenommen, dass die Detektionsschaltung 21 einen Fehler aufweist.
Bei der Entscheidung im Schritt S27 wird deshalb, wenn die Differenz Z innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, entschieden, dass die Detektionsschaltung normal arbeitet (Schritt S28), während andererseits, wenn die Differenz Z nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, entschieden wird, dass die Detektionsschaltung anomal arbeitet (Schritt S29).
Zweite Ausführungsform der ersten Erfindung
Ein elektrostatischer Kapazitätssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der ersten Erfindung weist weiterhin eine Referenzelektrode 4 und eine Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode auf, zusätzlich zu dem elektrostatischen Kapazitätssensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, und eine Differenzverstärkerschaltung 5 ersetzt die Verstärkerschaltung.
Die zweite Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine Detektionselektrode 2, eine Detektionsschaltung 21, eine Schirmelektrode 3, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist, einen Schirmtreiber 31, die Referenzelektrode 4, die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode, die Differenzverstärkerschaltung 5, die eine Differenz zwischen einem von der Detektionsschaltung 21 detektierten Detektionssignal und einem von der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode detektierten Detektionssignal verstärkt, und eine Entscheidungsschaltung 6, die auf der Grundlage der Werte der erhaltenen Detektionssignale ein Ergebnis einer Objektdetektion und ein Ergebnis einer Selbstdiagnose des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 feststellt.
Weiterhin ist eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Detektionsschaltung 21 über einen ersten Schalter S4 mit einem ersten Kondensator Cd1 verbunden, während eine Verbindung zwischen der Referenzelektrode 4 und der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode über einen zweiten Schalter S14 mit einem zweiten Kondensator Cd2 verbunden ist.
Die Detektionselektrode 2, die Detektionsschaltung 21, die Schirmelektrode 3, der Schirmtreiber 31, die Entscheidungsschaltung 6 und der erste Schalter S4 in der zweiten Ausführungsform haben die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Komponenten in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird deshalb bei der Beschreibung die Erläuterung der gemeinsamen Ausbildungen und Funktionalitäten mit dem elektrostatischen Kapazitätssensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform zu Hilfe genommen.
Die Referenzelektrode 4 ist in dieser Ausführungsform ein plattenförmiger Leiter (die Zeichnung zeigt der Deutlichkeit halber eine perspektivische Ansicht). Diese Referenzelektrode 4 ist so konfiguriert, dass sie in der Lage ist, eine elektrostatische Kapazität der Umgebung der Detektionselektrode 2 zum Zeitpunkt der Detektion zu detektieren, ohne durch ein zu detektierendes Objekt beeinflusst zu werden, etwa dadurch, dass sie hinreichend kleiner ausgebildet ist als die Detektionselektrode 2, und ist an ihrem gesamten Umfang von der Schirmelektrode 3 umgeben und an einem Ort angeordnet, wo das zu detektierende Objekt nicht vorhanden ist. Die Form der Referenzelektrode ist nicht auf plattenförmige Gestaltungen beschränkt, sondern kann stabförmig oder dreidimensional sein.
Die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode detektiert ein Referenzsignal, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die vorliegt, wenn ein bestimmtes elektrisches Potential an die Referenzelektrode 4 angelegt ist. Diese von der Referenzelektrode 4 detektierte elektrostatische Kapazität wird von der elektrostatischen Kapazität subtrahiert, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, und es kann so eine elektrostatische Kapazität unter Berücksichtigung des Einflusses der Umgebung zum Zeitpunkt der Detektion detektiert werden. Obgleich dies keine Beschränkung darstellt, ist es bevorzugt, dass das elektrische Potential, das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, und das elektrische Potential, das an die Referenzelektrode angelegt wird, die gleichen sind. Die Referenzelektrode 4 und die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode müssen nicht geerdet sein. Die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode übermittelt das detektierte Signal an die Differenzverstärkerschaltung 5, wie später beschrieben werden wird.
Die Differenzverstärkerschaltung 5 in der vorliegenden Ausführungsform, die einen oder mehrere invertierende Verstärker von Operationsverstärkern aufweist, hat eine Funktionalität, die einen Wert des von der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode detektierten Detektionssignals von einem Wert des Detektionssignals subtrahiert, das von der Detektionsschaltung 21 detektiert wurde, um ein Detektionssignal zu erhalten, das von der elektrostatischen Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und einem Objekt abhängig ist, ohne von der Umgebung beeinflusst zu sein. Diese Differenzverstärkerschaltung 5 kann einen Filter zur Beseitigung von Rauschanteilen aufweisen. Weiterhin übermittelt die Differenzverstärkerschaltung 5 das Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und dem Objekt abhängig ist, an die Entscheidungsschaltung 6, wie später beschriebne werden wird.
Die Differenzverstärkerschaltung 5 in der vorliegenden Ausführungsform berücksichtigt das Detektionssignal. das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, sowohl bei der Bestimmung des oben beschriebenen ersten Messwertes als auch bei der Bestimmung des zweiten Messwertes (des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals). Im einzelnen subtrahiert die Differenzverstärkerschaltung 5 bei der Bestimmung des ersten Messwertes (erstes Detektionssignal) von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode 3 angelegt ist, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, um den ersten Messwert (erstes Detektionssignal) zu erhalten, bei dem der Einfluss der Umgebung eliminiert ist.
Ähnlich subtrahiert die Differenzverstärkerschaltung 5 bei der Bestimmung des zweiten Detektionssignals von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode 3 angelegt ist, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, um so den zweiten Messwert (zweites Detektionssignal) zu erhalten, bei dem der Einfluss der Umgebung eliminiert ist. Die Differenzverstärkerschaltung 5 übermittelt diese Werte an die Entscheidungsschaltung 6.
Wenn die oben beschriebenen ersten Messwerte A und B (erstes Detektionssignal A und erstes Detektionssignal B) erhalten werden, so wird auch das Detektionssignal berücksichtigt, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode 4 detektiert wird. Im einzelnen subtrahiert zum Zeitpunkt der Messung des ersten Detektionssignals A die Differenzverstärkerschaltung 5 von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn der erste Schalter S4 den ersten Kondensator Cd1 nicht mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Detektionsschaltung verbindet, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, wenn der zweite Schalter S14 den zweiten Kondensator Cd2 nicht mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuerschaltung für die Referenzelektrode verbindet, um so den ersten Messwert A (Detektionssignal) zu erhalten, bei dem der Einfluss der Umgebung eliminiert ist.
Ähnlich subtrahiert die Differenzverstärkerschaltung 5 zum Zeitpunkt der Messung des ersten Messwertes B (Detektionssignal) von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn der erste Schalter S4 den ersten Kondensator Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Detektionsschaltung verbindet, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, wenn der zweite Schalter S14 den zweiten Kondensator Cd2 mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuerschaltung für die Referenzelektrode verbindet, um so den ersten Messwert B (Detektionssignal) zu erhalten, bei dem der Einfluss der Umgebung eliminiert ist. Die Differenzverstärkerschaltung 5 übermittelt diese Werte an die Entscheidungsschaltung 6.
Die Entscheidungsschaltung 6 kann feststellen, dass ein Objekt innerhalb eines vorbestimmten Detektionsbereiches vorhanden ist, wenn der erste Messwert (der Wert des ersten Detektionssignals), der von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist und von der Differenzverstärkerschaltung erhalten wird, gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert. Außerdem benutzt die Entscheidungsschaltung 6 den Wert des ersten Detektionssignals als die Grundlage für die Bestimmung eines Abstands zu einem menschlichen Körper mit Bezug auf die Korrespondenzinformation, die den ersten Messwert (den Wert des ersten Detektionssignals) mit einem Abstand zu einem menschlichen Körper (Objekt) in Verbindung bringt. Bei dem oben beschriebenen Prozess wird der Prozess eines Messmodus A ausgeführt, um die Anwesenheit eines Objektes festzustellen und den Abstand des Objekts zu messen, wie bei der ersten Ausführungsform.
Außerdem empfängt die Entscheidungsschaltung 6 den ersten Messwert und den zweiten Messwert (das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal), die von den elektrostatischen Kapazitäten abhängig sind, von der Differenzverstärkerschaltung 5 als Grundlage für die Ausführung eines Prüfmodus B im Zusammenhang mit der Feststellung einer Elektrodenanomalie der Detektionselektrode, der Referenzelektrode und der Schirmelektrode, wie in dem Prüfmodus für eine Elektrodenanomalie in der ersten Ausführungsform.
Weiterhin empfängt die Entscheidungsschaltung 6 von der Differenzverstärkerschaltung 5 den ersten Messwert A und den ersten Messwert B (das erste Detektionssignal A und das erste Detektionssignal B), die von den elektrostatischen Kapazitäten abhängig sind, als Grundlage für die Ausführung eines Schaltungsprüfmodus C im Zusammenhang mit der Feststellung einer Schaltungsanomalie der Steuerschaltung für die Referenzelektrode, wie in dem Prüfmodus für die Detektionsschaltung in der ersten Ausführungsform.
So schaltet und liefert der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwei verschiedene elektrische Potentiale Vr' und Vd an die Schirmelektrode 3, um so das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal zu erhalten, und verwendet die Differenz dazwischen als die Grundlage für die Detektion einer Anomalie, etwa eines Bruches oder Risses, der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode 3. Deshalb kann eine Elektrodenanomalie detektiert werden, ohne dass eine zusätzliche Elektrode und Schaltung bereitgestellt werden müssen.
Der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform kann auch eine Temperaturkompensationsschaltung 7 aufweisen, die eine Temperaturkompensationsfunktion zur Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals auf der Grundlage der Temperatur in der Umgebung der Detektionselektrode 2 oder der Detektionsschaltung 21 oder der Temperatur in der Umgebung der Referenzelektrode 4 oder der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode hat. Diese Temperaturkompensationsschaltung 7 kann als von der Differenzverstärkerschaltung 5 und der Entscheidungsschaltung 6 unabhängige Schaltung konfiguriert sein, oder sie kann auch in die Differenzverstärkerschaltung 5 oder die Entscheidungsschaltung 6 integriert sein.
Die oben erläuterten Ausführungsformen wurden beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und sollen die Erfindung nicht einschränken. Die in den oben beschriebenen Ausführungsformen dargestellten Einzelheiten sollen deshalb alle konstruktiven Abwandlungen und Äquivalente umfassen und innerhalb des technischen Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Beispiel des elektrostatischen Kapazitätssensors gemäß der vorliegenden Erfindung, der eine Detektionselektrode, eine Detektionseinrichtung, eine Schirmelektrode, einen Schirmtreiber und eine Entscheidungseinrichtung aufweist, der elektrostatische Kapazitätssensor 1 beschrieben worden, der die Detektionselektrode 2, die Detektionsschaltung 21, die Schirmelektrode 3, den Schirmtreiber 31, die Differenzverstärkerschaltung 5 und die Entscheidungsschaltung 6 aufweist, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Obgleich die vorliegende Ausführungsform für ein Beispiel beschrieben worden ist, bei dem die Entscheidungseinrichtung als eine Schaltung konfiguriert worden ist, zur Entscheidung, ob eine Anomalie der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorliegt oder nicht, kann die Entscheidungseinrichtung auch als Software konfiguriert werden.
Erste Ausführungsform der zweiten Erfindung
Ein elektrostatischer Kapazitätssensor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der zweiten Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der elektrostatische Kapazitätssensor 1 die Anwesenheit oder Abwesenheit und die Annäherung eines Objekts wie etwa eines Menschen und eines körperlichen Objekts detektiert und durch Selbstdiagnose einen Ausfall des elektrostatischen Kapazitätssensors, etwa eine Fehlfunktion der Elektrode und eine Fehlfunktion einer Schaltung feststellen kann.
6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 illustriert.
Wie in 6 gezeigt ist, umfasst der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine Detektionselektrode 2, eine Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode, eine Schirmelektrode 3, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist, einen Schirmtreiber 31, eine Verstärkerschaltung 5, die ein von der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode detektiertes Detektionssignal verstärkt, und eine Entscheidungsschaltung 6, die ein Detektionsergebnis für ein Objekt sowie ein Ergebnis einer Selbstdiagnose des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 auf der Grundlage eines oder mehrerer Werte des erhaltenen Detektionssignals feststellt.
Außerdem ist eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode über einen ersten Schalter S4 mit einem Ende eines ersten Kondensators (Cd1) verbunden, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential, etwa mit Masse, verbunden ist, dass von einem ersten elektrischen Potential verschieden ist.
Die Detektionselektrode 2 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein plattenförmiger Leiter und detektiert eine elektrostatische Kapazität zwischen dieser Detektionselektrode 2 und einem Objekt, wenn die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode ein vorgegebenes elektrisches Potential an die Detektionselektrode 2 anlegt. Es ist zu bemerken, dass die Form der Elektrode nicht auf eine plattenförmige Gestalt beschränkt ist, sondern auch stabförmig oder dreidimensional geformt sein kann.
Die Schirmelektrode 3 ist in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform umgibt die Schirmelektrode 3 die Detektionselektrode 2 mit Ausnahme einer Detektionsfläche der Detektionselektrode 2 (obere Oberfläche der Detektionselektrode, die durch den plattenförmigen Leiter gebildet wird). Dies erlaubt es, mit hoher Empfindlichkeit festzustellen, ob ein zu detektierendes Objekt (kurz als ”Objekt” bezeichnet) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches auf der Seite der Detektionsfläche der Detektionselektrode 2 (nachfolgend als ”Detektionsbereich” bezeichnet) vorhanden ist oder nicht und/oder den Abstand zu dem Objekt zu detektieren. Außerdem ist der Schirmelektrode 3 ein Schirmtreiber 31 zugeordnet, der die Funktion hat, ein vorbestimmtes elektrisches Potential (Vr') an diese Schirmelektrode 3 anzulegen.
Die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode hat eine Funktion, die zwischen einem ersten elektrischen Potential (Vr) und einem von dem ersten elektrischen Potential verschiedenen zweiten elektrischen Potential (Vd) umschaltet, um sie an die Detektionselektrode 2 anzulegen.
Außerdem detektiert in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode ein erstes Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist, und sie detektiert auch ein zweites Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential (Vd) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist. Die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode übermittelt die detektierten Signale an die Verstärkerschaltung 5, wie später beschrieben werden wird.
Das elektrische Potential (Vr), das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, kann das gleiche sein wie das Potential (Vr'), das an die Schirmelektrode 3 angelegt wird, oder ein anderes Potential. Wenn erste elektrische Potential (Vr), das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, das gleiche ist wie das Potential (Vr'), das an die Schirmelektrode 3 angelegt wird, so wird keine elektrostatische Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 detektiert, und die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode kann so ein Detektionssignal detektieren, das von einer elektrostatischen Kapazität (C1) zwischen der Detektionselektrode 2 und einem innerhalb des Detektionsbereiches vorhandenen Objekt abhängig ist.
Der Wert des zweiten elektrischen Potentials (Vd), das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, kann innerhalb eines Bereiches von 80% bis 120% des ersten elektrischen Potentials liegen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn das anzulegende elektrische Potential innerhalb eines Bereiches von –20% bis +20% relativ zu dem ersten elektrischen Potential liegt, so können das erste Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn das erste elektrische Potential angelegt ist, und das zweite Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn das zweite elektrische Potential angelegt ist, in einem dynamischen Bereich liegen, und eine Fehlerdiagnose für den elektrostatischen Kapazitätssensor kann somit präzise ausgeführt werden.
Der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist außerdem eine Temperaturkompensationsschaltung 7 auf, die eine Temperaturkompensationsfunktion zur Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals auf der Basis der Temperatur in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 oder der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode aufweist. Die Temperaturkompensationsschaltung 7 kann als eine von der Verstärkerschaltung 5 und der Entscheidungsschaltung 6 unabhängige Schaltung konfiguriert sein oder kann auch in die Verstärkerschaltung 5 oder die Entscheidungsschaltung 6 integriert sein. Die Temperaturkompensationsschaltung 7 kann ein übliches Mittel verwenden, etwa ein Mittel, das die Temperaturkennlinie eines elektrischen Potentials in Vorwärtsrichtung im Zusammenhang mit einem Diodenelement verwendet. Das erlaubt es, den Einfluss von Temperaturen auf das Detektionsergebnis (Messwert) zu eliminieren.
Weiterhin weist der elektrostatische Kapazitätssensor 1 bei der vorliegenden Ausführungsform den ersten Schalter S4 auf, der an der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode angeordnet ist. Dieser erste Schalter S4 verbindet die Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode mit einem Ende des ersten Kondensators (Cd1), dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential (Vr) verschieden ist. Somit ändert sich das von der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode ausgegebene Detektionssignal in Abhängigkeit vom EIN/AUS-Zustand des ersten Schalters S4. Das heißt, wenn die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode normal arbeitet, kann man das Detektionssignal mit einem Wert erhalten, der sich in Abhängigkeit von dem ersten Kondensator Cd1 ändert, wenn der erste Schalter S4 von AUS auf EIN geschaltet wird.
Hier ist der erste Schalter S4 ein Schalter, der bestimmt, ob das eine Ende des ersten Kondensators Cd1, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das ein von dem ersten festen elektrischen Potential (Vr) verschiedenes elektrisches Potential hat, mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode verbunden ist oder nicht.
Die Verstärkerschaltung 5 verstärkt das von der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode erhaltene Detektionssignal. Diese Verstärkerschaltung 5 kann einen Filter zur Beseitigung von Rauschanteilen enthalten. Weiterhin übermittelt die Verstärkerschaltung 5 das Detektionssignal, das von der mit der Detektionselektrode 2 detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, an die Entscheidungsschaltung 6, wie später beschrieben werden wird.
Nachfolgend werden die Funktionen der Entscheidungsschaltung 6 beschrieben. Die Entscheidungsschaltung 6 weist in der vorliegenden Ausführungsform die drei nachstehend beschriebenen Funktionen auf.
Die erste Funktion der Entscheidungsschaltung 6 ist eine Funktion zur Entscheidung, ob ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist oder nicht, und eine Funktion zur Bestimmung eines Abstands zu dem Objekt, auf der Grundlage des Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Objekt und der Detektionselektrode abhängig ist. Die zweite Funktion ist eine Funktion zur Entscheidung, ob eine Elektrodenanomalie der Detektionselektrode 2 und/oder der Schirmelektrode 3 vorliegt oder nicht. Die dritte Funktion ist eine Funktion zur Entscheidung, ob eine Anomalie in der Detektionsfunktion der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode vorliegt oder nicht.
Jede Funktionalität der Entscheidungsschaltung 6 wird im folgenden dargestellt.
Zunächst entscheidet die Entscheidungsschaltung 6, ob ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist oder nicht, und/oder sie misst den Abstand zu dem Objekt auf der Basis des ersten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist. Bei dieser Betriebsweise kann das an die Detektionselektrode 2 angelegte erste elektrische Potential (Vr) den gleichen Wert haben wie das elektrische Potential (Vr'), das an die Schirmelektrode 3 angelegt ist.
Speziell erhält die Entscheidungsschaltung 6 das erste Detektionssignal von der Verstärkerschaltung 5, als Grundlage für die Bestimmung der Größe und/oder des Abstands eines Objekts, dass sich in der Nähe der Detektionselektrode innerhalb des Detektionsbereiches befindet. Die Entscheidungsschaltung entscheidet, dass ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist, wenn der Wert des ersten Detektionssignals, das von der Verstärkerschaltung 5 erhalten wird, gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Weiterhin berechnet die Entscheidungsschaltung 6 den Abstand zwischen der Detektionselektrode 2 und dem Objekt auf der Grundlage des Wertes des ersten Detektionssignals, das von der Verstärkerschaltung 5 erhalten wird. Verfahren zur Entscheidung, ob ein Objekt innerhalb des Detektionsbereiches vorhanden ist oder nicht, und zur Bestimmung des Abstands zu dem Objekt sind nicht besonders beschränkt, und jedes zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung bekannte Verfahren kann benutzt werden.
Zweitens entscheidet die Entscheidungseinheit 6, ob ein Anomalie der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt oder nicht, beispielsweise ein Bruch, Riss, Verformung, Krümmung oder eine andere Elektrodenanomalie der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3, und zwar auf der Grundlage des ersten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist, und des zweiten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential (Vd) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist.
Speziell vergleicht die Entscheidungsschaltung 6 Werte des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals, um die Differenz (Ausmaß der Änderung) dazwischen zu erhalten, und entscheidet, dass eine Anomalie in der Detektionselektrode 2 und/der Schirmelektrode 3 vorliegt, wenn die Differenz nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Die Schwellenwerte (der vorbestimmte Bereich) für die Feststellung einer Anomalie kann vorab definiert werden, entsprechend dem Unterschied zwischen dem ersten elektrischen Potential (Vr) und dem zweiten elektrischen Potential (Vd), die and die Detektionselektrode anzulegen sind.
Drittens vergleicht die Entscheidungsschaltung 6 in der vorliegenden Ausführungsform ein Detektionssignal, das erhalten wird, wenn der erste Kondensator Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode verbunden ist, und ein Detektionssignal, das erhalten wird, wenn der erste Kondensator Cd1 nicht verbunden ist, um so die Differenz (Ausmaß der Änderung) dazwischen zu erhalten, und entscheidet, dass eine Anomalie in der Detektionsfunktion der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode vorliegt, wenn die Differenz nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
So hat der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform drei Funktionsmodi: einen Messmodus zur Erkennung der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objekts und zur Messung des Abstands zu dem Objekt, einen Elektrodenprüfmodus zur Detektion einer Elektrodenanomalie wie etwa eines Bruches, Risses, einer Verformung oder Krümmung der Detektionselektrode 2 und/der der Schirmelektrode 3, und einen Schaltungsprüfmodus zur Detektion einer Anomalie der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode, die die elektrostatische Kapazität bezüglich der Detektionselektrode 2 detektiert. In dem vorliegenden Beispiel wird zu Erläuterungszwecken der elektrostatische Kapazitätssensor 1 dargestellt, der sämtliche oben genannten Funktionalitäten aufweist, jedoch kann die Funktionalität für den Schaltungsprüfmodus fortgelassen werden.
Jede der Steuerungsprozeduren für den normalen Messmodus A, den Elektrodenprüfmodus B und den Schaltungsprüfmodus C für die Detektionsschaltung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 bis 9 beschrieben werden.
7 ist ein Flussdiagramm für den normalen Messmodus A des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In Schritt S101 des in 7 gezeigten Flussdiagramms entlädt der elektrostatische Kapazitätssensor 1 zum Zweck der Initialisierung (reset) die elektrische Ladung, die in der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode gespeichert ist.
Im Einzelnen werden die Schalter S1 bis S3 in der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors 1 so geschaltet, dass der Schalter S1 die Detektionselektrode 2 mit Masse verbindet, der Schalter S2 den (+)-Eingang des Operationsverstärkers in der Steuerschaltung für die Detektionselektrode mit Masse verbindet, und der Schalter S3 eingeschaltet ist, um den Kondensator Cf1 kurzzuschließen. Das erlaubt eine Entladung der elektrischen Ladung, die in der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode gespeichert ist. Während dieser Operation ist die Schirmelektrode 3 durch den Schalter S9 in dem Schirmtreiber 31 mit Masse verbunden. Außerdem ist der erste Schalter S4 ausgeschaltet, so dass der erste Kondensator Cd1 nicht mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode verbunden ist.
Als nächstes wird in Schritt S102 das erste elektrische Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 angelegt, während das vorbestimmte elektrische Potential (Vr') an die Schirmelektrode 3 angelegt wird, und ein erster Messwert (erstes Detektionssignal) wird berechnet, in Abhängigkeit von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird.
Im Einzelnen wird der Schalter S9 in dem Schirmtreiber 31 des elektrostatischen Kapazitätssensors 1, der in 6 gezeigt ist, umgeschaltet, um die Schirmelektrode 3 mit dem vorbestimmten elektrischen Potential (Vr') zu verbinden, während die Schalter S1 bis S3 in der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode so geschaltet werden, dass der Schalter S1 die Detektionselektrode 2 mit dem (–)-Eingang des Operationsverstärkers verbindet, der Schalter S2 den (+)-Eingang des Operationsverstärkers mit dem vorbestimmten elektrischen Potential (Vr) verbindet, und der Schalter S3 den Kondensator Cf1 öffnet, um den Kondensator Cf1 mit einer elektrischen Ladung Qf1 = Vr·C1 + (Vr – Vr')·Cs1 aufzuladen. Danach öffnet der Schalter S1 die Detektionselektrode 2, während der Schalter S2 den (+)-Eingang des Operationsverstärkers mit Masse verbindet, und der erste Messwert wird dadurch als ein elektrisches Potential V = (Vr·C1 + (Vr – Vr')·Cs1)/Cf1 berechnet.
Das vorbestimmte elektrische Potential (Vr'), das an die Schirmelektrode 3 angelegt wird, kann gleich gemacht werden mit dem ersten elektrischen Potential (Vr), das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, so dass keine elektrostatische Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 detektiert wird und der Messwert (elektrisches Potential V = Vr·(C1/Cf1)) erhalten werden kann, der von der elektrostatischen Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und einem Objekt abhängig ist.
Weiterhin benutzt die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S103 den Wert des ersten Detektionssignals als die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Objekt (zu detektierendes Objekt) innerhalb des Detektionsbereiches, der mit der Detektionselektrode 2 detektierbar ist, vorhanden ist oder nicht, und um den Abstand zwischen der Detektionselektrode 2 und dem Objekt (dem detektierten Objekt) zu erhalten. Bei der oben beschriebenen Prozedur wird der Prozess des Messmodus A ausgeführt, um die Anwesenheit eines Objekts festzustellen und den Abstand zu dem Objekt zu messen.
Der Prozess für den Elektrodenprüfmodus B für den elektrostatischen Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
In Schritt S111 in 8 wartet die Entscheidungsschaltung 6 auf den Prozess-Startzeitpunkt für den Elektrodenprüfmodus B, während die Verarbeitung im normalen Messmodus A stattfindet. Der Elektrodenprüfmodus B kann mit einer vorbestimmten Periode oder zu vorbestimmten Zeiten durchgeführt werden, etwa wenn der Prozess abgeschlossen ist oder gestartet wird, oder er kann ausgeführt werden, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, etwa wenn eine Variation des Ausgabewertes beobachtet wird.
In Schritt S112 werden die oben beschriebenen Schritte S101 bis S102 ausgeführt, die in 7 gezeigt sind, um den ersten Messwert (erstes Detektionssignal) zu erhalten, weil die Feststellung einer Elektrodenanomalie durch Vergleich mit dem normalen Messwert erfolgt. In dem vorliegenden Prozess kann auch der erste Messwert (erstes Detektionssignal) ausgelesen werden, der zuvor ausgegeben wurde.
Anschließend führt der elektrostatische Kapazitätssensor 1 in Schritt S113 den oben beschriebenen und in 7 gezeigten Schritt S101 aus, um die Schalter S1 bis S3 in der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors 1 umzuschalten, um dadurch die der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode gespeicherte elektrische Ladung zum Zweck der Initialisierung (reset) zu entladen.
In Schritt S114, der vor oder nach dem Schritt S113 ausgeführt wird, legt die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode an die Detektionselektrode 2 ein zweites elektrische Potential (Vd) an, das von dem ersten elektrischen Potential (Vr) verschieden ist. Weiterhin werden ebenso wie in dem oben beschriebenen und in 7 gezeigten Schritt S102 die Schalter S1 bis S3 in der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors geschaltet, und ein zweiter Messwert (zweites Detektionssignal) wird dadurch in Abhängigkeit von der elektrostatischen Kapazität berechnet, die mit der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential (Vd) an der Detektionselektrode 2 anliegt.
In Schritten S115 und S116 stellt die Entscheidungsschaltung 6 auf der Grundlage des ersten Messwertes und des zweiten Messwertes (des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals) eine Anomalie der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode fest. Im einzelnen berechnet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S115 eine Differenz (Ausmaß der Änderung) Y zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert. Dann entscheidet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S116, ob die Differenz Y zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (a ≤ Y ≤ b) liegt oder nicht.
Die elektrostatische Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 ist abhängig von den Flächen der Detektionselektrode und der Schirmelektrode und dem Abstand dazwischen. Als solches kann der Umstand, ob das Ausmaß der Änderung der elektrostatischen Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3, die durch das Umschalten des an die Detektionselektrode 2 angelegten elektrischen Potentials verursacht wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, als Grundlage für die Entscheidung benutzt werden, ob eine Anomalie wie etwa ein Bruch, Leitungsbruch, Krümmung oder Verformung in der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt. Das heißt, wenn die Differenz (Ausmaß der Änderung) zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, kann festgestellt werden, dass eine Elektrodenanomalie wie etwa Bruch, Leitungsbruch, Krümmung oder Verformung bei der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt.
Der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform legt vorab den Bereich (a ≤ Y ≤ b) des Ausmaßes der Änderung der elektrostatischen Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3 fest, die durch das Umschalten des an die Detektionselektrode 2 angelegten Potentials verursacht wird, wenn keine Elektrodenanomalie vorliegt, und entscheidet, ob die Differenz Y innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt oder nicht. Wenn die Differenz Y nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, so schreitet der Prozess mit Schritt S117 fort, und die Entscheidungsschaltung 6 entscheidet, dass eine Anomalie in der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt. Wenn dagegen die Differenz Y innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, so schreitet der Prozess mit Schritt S118 fort, und die Entscheidungsschaltung 6 entscheidet, dass keine Anomalie der Detektionselektrode 2 oder der Schirmelektrode 3 vorliegt.
So schaltet und liefert der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwei verschiedene elektrische Potentiale Vr und Vd an die Detektionselektrode 2, um dadurch den ersten Messwert und den zweiten Messwert (das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal) zu erhalten, und er vergleicht sie, um eine Elektrodenanomalie des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 zu detektieren. Daher kann eine Elektrodenanomalie mit einem hohen Maß an Genauigkeit detektiert werden, weil, unter Berücksichtigung der elektrostatischen Kapazität (Cs1) zwischen der Detektionselektrode 2 und der Schirmelektrode 3, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist, eine Elektrodenanomalie detektiert wird unter Verwendung der Änderung der elektrostatischen Kapazität wenn zwei verschiedene elektrische Potentiale an die Detektionselektrode 2 angelegt werden.
Schließlich wird der Schaltungsprüfmodus C für die Steuerschaltung für die Detektionselektrode des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
In Schritt S201 wartet die Entscheidungsschaltung 6 auf den Startzeitpunkt für den Schaltungsprüfmodus C. Wie bei dem Prozess in Schritt S111 in dem oben beschriebenen Elektrodenprüfmodus B führt die Entscheidungsschaltung 6 den Schaltungsprüfmodus C mit einer vorbestimmten Periode oder zu vorbestimmten Zeiten aus oder andernfalls wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
In Schritt S202 wird die Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode von dem ersten Kondensator Cd1 getrennt, und es folgt Schritt S203, in dem das erste Detektionssignal (erster Messwert A) erhalten wird. Mit anderen Worten, die in 7 gezeigten Schritte S101 bis S102 werden in dem Zustand ausgeführt, in dem der erste Schalter S4, der mit der Verbindung der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode des in 6 gezeigten elektrostatischen Kapazitätssensors 1 verbunden ist, ausgeschaltet ist.
In dem nachfolgenden Schritt S204 wird der erste Schalter S4 eingeschaltet, um ein Ende des ersten Kondensators Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode zu verbinden. Das andere Ende des ersten Kondensators Cd1 ist mit einem elektrischen Potential verbunden, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist und bei dem es sich um das Massepotential oder auch ein bestimmtes anderes elektrisches Potential handeln kann.
In dem nachfolgenden Schritt S205 empfängt die Entscheidungsschaltung 6 das erste Detektionssignal (erster Messwert B), während der Schalter S4 eingeschaltet ist.
Weiterhin berechnet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S206 eine Differenz Z zwischen den ersten Detektionssignalen (zwischen dem ersten Messwert A und dem ersten Messwert B).
Danach entscheidet die Entscheidungsschaltung 6 in Schritt S207, ob die Differenz Z innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (c ≤ Z ≤ d) liegt oder nicht.
Wenn die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode für die elektrostatische Kapazitätsmessung normal arbeitet, so tritt eine Änderung zwischen dem Detektionssignal (erster Messwert B), das erhalten wird, wenn der erste Kondensator Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode verbunden ist, und dem Detektionssignal (erster Messwert A) auf, das erhalten wird, wenn der erste Kondensator Cd1 nicht verbunden ist, und die Änderung ist von dem angeschlossenen ersten Kondensator Cd1 abhängig. Das heißt, wenn die Differenz Z zwischen dem ersten Messwert A und dem ersten Messwert B nicht innerhalb eines Bereiches liegt, der von dem angeschlossenen ersten Kondensator Cd1 abhängig ist, so wird angenommen, dass die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode einen Fehler aufweist.
Bei der Entscheidung im Schritt S207 wird deshalb, wenn die Differenz Z innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, entschieden, dass die Steuerschaltung für die Detektionselektrode normal arbeitet (Schritt S208), während andererseits, wenn die Differenz Z nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, entschieden wird, dass die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode anomal arbeitet (Schritt S209).
Zweite Ausführungsform der zweiten Erfindung
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der zweiten Erfindung beschrieben. Ein elektrostatischer Kapazitätssensor gemäß der zweiten Ausführungsform der zweiten Erfindung weist weiterhin eine Referenzelektrode 4 und eine Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode auf, zusätzlich zu dem elektrostatischen Kapazitätssensor gemäß der ersten Ausführungsform, und eine Differenzverstärkerschaltung 51 ersetzt die Verstärkerschaltung.
Die zweite Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Wie in 10 gezeigt ist, umfasst der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine Detektionselektrode 2, eine Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode, eine Schirmelektrode 3, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 angeordnet ist, einen Schirmtreiber 31, die Referenzelektrode 4, die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode, die Differenzverstärkerschaltung 51, die eine Differenz zwischen einem von der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode detektierten Detektionssignal und einem von der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode detektierten Detektionssignal verstärkt, und eine Entscheidungsschaltung 6, die auf der Grundlage der Werte der erhaltenen Detektionssignale ein Ergebnis einer Objektdetektion und ein Ergebnis einer Selbstdiagnose des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 feststellt.
Weiterhin ist eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode über einen ersten Schalter S4 mit einem Ende eines ersten Kondensators Cd1 verbunden, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, während eine Verbindung zwischen der Referenzelektrode 4 und der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode über einen zweiten Schalter S14 mit einem Ende eines zweiten Kondensators Cd2 verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist.
Die Detektionselektrode 2, die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode, die Schirmelektrode 3, der Schirmtreiber 31, die Entscheidungsschaltung 6 und der erste Schalter S4 in der zweiten Ausführungsform haben die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Komponenten in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird deshalb bei der Beschreibung die Erläuterung der gemeinsamen Ausbildungen und Funktionalitäten mit dem elektrostatischen Kapazitätssensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform zu Hilfe genommen.
Die Referenzelektrode 4 ist in dieser Ausführungsform ein plattenförmiger Leiter. Diese Referenzelektrode 4 ist so konfiguriert, dass sie in der Lage ist, eine elektrostatische Kapazität der Umgebung der Detektionselektrode 2 zum Zeitpunkt der Detektion zu detektieren, ohne durch ein zu detektierendes Objekt beeinflusst zu werden, etwa dadurch, dass sie hinreichend kleiner ausgebildet ist als die Detektionselektrode 2, und ist an ihrem gesamten Umfang von der Schirmelektrode 3 umgeben und an einem Ort angeordnet, wo das zu detektierende Objekt nicht vorhanden ist. Die Form der Referenzelektrode ist nicht auf plattenförmige Gestaltungen beschränkt, sondern kann stabförmig oder dreidimensional sein.
Die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode detektiert ein Referenzsignal, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die vorliegt, wenn ein bestimmtes elektrisches Potential an die Referenzelektrode 4 angelegt ist. Diese von der Referenzelektrode 4 detektierte elektrostatische Kapazität wird von der elektrostatischen Kapazität subtrahiert, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, und es kann so eine elektrostatische Kapazität unter Berücksichtigung des Einflusses der Umgebung zum Zeitpunkt der Detektion detektiert werden. Obgleich dies keine Beschränkung darstellt, ist es bevorzugt, dass das elektrische Potential, das an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, und das elektrische Potential, das an die Referenzelektrode 4 angelegt wird, die gleichen sind. Die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode übermittelt das detektierte Signal an die Differenzverstärkerschaltung 51, wie später beschrieben werden wird.
Die Differenzverstärkerschaltung 51 in der vorliegenden Ausführungsform hat eine Funktionalität, die einen Wert des von der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode detektierten Detektionssignals von einem Wert des Detektionssignals subtrahiert, das von der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode detektiert wurde, um ein Detektionssignal zu erhalten, das von der elektrostatischen Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und einem Objekt abhängig ist. Diese Differenzverstärkerschaltung 51 kann einen Filter zur Beseitigung von Rauschanteilen aufweisen. Weiterhin übermittelt die Differenzverstärkerschaltung 51 das Detektionssignal, das von der elektrostatischen Kapazität zwischen der Detektionselektrode 2 und dem Objekt abhängig ist, an die Entscheidungsschaltung 6, wie später beschrieben werden wird.
Die Differenzverstärkerschaltung 51 in der vorliegenden Ausführungsform berücksichtigt das Detektionssignal. das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, sowohl bei der Bestimmung des oben beschriebenen ersten Messwertes als auch bei der Bestimmung des zweiten Messwertes (des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals). Im einzelnen subtrahiert die Differenzverstärkerschaltung 51 bei der Bestimmung des ersten Messwertes (erstes Detektionssignal) von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das erste elektrische Potential (Vr) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, um den ersten Messwert (erstes Detektionssignal) zu erhalten.
Ähnlich subtrahiert die Differenzverstärkerschaltung 5 bei der Bestimmung des zweiten Detektionssignals von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn das zweite elektrische Potential (Vd) an die Detektionselektrode 2 angelegt ist, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, um so den zweiten Messwert (zweites Detektionssignal) zu erhalten. Die Differenzverstärkerschaltung 5 übermittelt diese Werte an die Entscheidungsschaltung 6. Zu der Zeit, wenn das erste elektrische Potential (Vr) an der Detektionselektrode 2 anliegt und der erste Messwert erhalten wird, kann dasselbe erste elektrische Potential (Vr) and der Referenzelektrode 4 anliegen, und zu der Zeit, wenn das zweite elektrische Potential (Vd) an der Detektionselektrode 2 anliegt und der zweite Messwert erhalten wird, kann dasselbe zweite elektrische Potential (Vd) and der Referenzelektrode 4 anliegen.
Wenn die oben beschriebenen ersten Messwerte A und B (erstes Detektionssignal A und erstes Detektionssignal B) erhalten werden, so kann auch das Detektionssignal berücksichtigt werden, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Referenzelektrode 4 detektiert wird. Im einzelnen subtrahiert zum Zeitpunkt der Messung des ersten Detektionssignals A die Differenzverstärkerschaltung 51 von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn der erste Schalter S4 den ersten Kondensator Cd1 nicht mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode 2 und der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode verbindet, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, wenn der zweite Schalter S14 den zweiten Kondensator Cd2 nicht mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode 4 und der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode verbindet, um so den ersten Messwert A (Detektionssignal) zu erhalten.
Ähnlich subtrahiert die Differenzverstärkerschaltung 51 zum Zeitpunkt der Messung des ersten Messwertes B (Detektionssignal) von der elektrostatischen Kapazität, die von der Detektionselektrode 2 detektiert wird, wenn der erste Schalter S4 den ersten Kondensator Cd1 mit der Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Detektionsschaltung verbindet, die elektrostatische Kapazität, die zur gleichen Zeit von der Referenzelektrode 4 detektiert wird, wenn der zweite Schalter S14 den zweiten Kondensator Cd2 mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode 4 und der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode verbindet, um so den ersten Messwert B (Detektionssignal) zu erhalten. Die Differenzverstärkerschaltung 51 übermittelt diese Werte an die Entscheidungsschaltung 6.
Die Entscheidungsschaltung 6 kann feststellen, dass ein Objekt innerhalb eines vorbestimmten Detektionsbereiches vorhanden ist, wenn der erste Messwert (der Wert des ersten Detektionssignals), der von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist und von der Differenzverstärkerschaltung 51 erhalten wird, gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert. Außerdem benutzt die Entscheidungsschaltung 6 den Wert des ersten Detektionssignals als die Grundlage für die Bestimmung eines Abstands zu einem menschlichen Körper mit Bezug auf die Korrespondenzinformation, die den ersten Messwert (den Wert des ersten Detektionssignals) mit einem Abstand zu einem menschlichen Körper (Objekt) in Verbindung bringt. Bei dem oben beschriebenen Prozess wird der Prozess eines Messmodus A ausgeführt, um die Anwesenheit eines Objektes festzustellen und den Abstand des Objekts zu messen, wie bei der ersten Ausführungsform.
Außerdem empfängt die Entscheidungsschaltung 6 den ersten Messwert und den zweiten Messwert (das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal), die von den elektrostatischen Kapazitäten abhängig sind, von der Differenzverstärkerschaltung 51 als Grundlage für die Ausführung eines Prüfmodus B im Zusammenhang mit der Feststellung einer Elektrodenanomalie der Detektionselektrode, der Referenzelektrode und der Schirmelektrode, wie in dem Prüfmodus für eine Elektrodenanomalie in der ersten Ausführungsform.
Weiterhin empfängt die Entscheidungsschaltung 6 von der Differenzverstärkerschaltung 51 den ersten Messwert A und den ersten Messwert B (das erste Detektionssignal A und das erste Detektionssignal B), die von den elektrostatischen Kapazitäten abhängig sind, als Grundlage für die Ausführung eines Schaltungsprüfmodus C im Zusammenhang mit der Feststellung einer Schaltungsanomalie der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode, wie in dem Prüfmodus für die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode in der ersten Ausführungsform.
So schaltet und liefert der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwei verschiedene elektrische Potentiale Vr' und Vd an die Detektionselektrode 2, um so das erste Detektionssignal und das zweite Detektionssignal zu erhalten, und verwendet die Differenz dazwischen als die Grundlage für die Detektion einer Anomalie, etwa eines Bruches oder Risses, der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode 3. Deshalb kann eine Elektrodenanomalie detektiert werden, ohne dass eine zusätzliche Elektrode und Schaltung bereitgestellt werden müssen.
Es wird nun die Arbeitsweise des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die grundlegenden Verarbeitungsprozeduren für den Messmodus A, den Elektrodenprüfmodus B und den Schaltungsprüfmodus C des elektrostatischen Kapazitätssensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform stimmen überein mit denjenigen bei der ersten Ausführungsform, so dass sich die Beschreibung auf die Unterschiede konzentrieren wird, unter Zuhilfenahme der Beschreibung zu 7 bis 9.
Die Verarbeitung im Messmodus A folgt dem Flussdiagramm, das in 7 gezeigt ist. Während des Messmodus führen die Schalter S11 bis S13 der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode ähnliche Operationen aus wie die Schalter S1 bis S3 der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode. Obgleich dies nicht als Beschränkung gemeint ist, wenn an die Detektionselektrode 2 das erste elektrische Potential (Vr) angelegt wird, so wird an die Referenzelektrode 4 ebenfalls das erste elektrische Potential (Vr) angelegt.
Die Verarbeitung im Elektrodenprüfmodus B folgt dem Flussdiagramm, das in 8 gezeigt ist. Während der Verarbeitung im Elektrodenprüfmodus B führt der Schalter S12 der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode eine ähnliche Operation aus wie der Schalter S2 der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode. Das heißt, wenn an die Detektionselektrode 2 das erste elektrische Potential (Vr) angelegt wird, so wird auch an die Referenzelektrode 4 das erste elektrische Potential (Vr) angelegt, und wenn an die Detektionselektrode 2 das zweite elektrische Potential (Vd) angelegt wird, so wird auch an die Referenzelektrode 4 das zweite elektrische Potential (Vd) angelegt.
Im Einzelnen, wenn das erste elektrische Potential (Vr) in Schritt S112 in 8 an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, so wird das erste elektrische Potential (Vr) auch an die Referenzelektrode 4 angelegt, um den ersten Messwert zu berechnen, und wenn in Schritt S114 das zweite elektrische Potential (Vd) an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, so wird das zweite elektrische Potential (Vd) auch an die Referenzelektrode 4 angelegt, um den zweiten Messwert zu berechnen, und danach kann dieser zweite Messwert mit dem ersten Messwert verglichen werden, um einen Fehler der Detektionselektrode 2, der Schirmelektrode 3 oder der Referenzelektrode 4 festzustellen (Elektrodenprüfschema 1).
Die Arbeitsweise des Schalters S12 ist nicht auf den Aspekt beschränkt, dass dasselbe elektrische Potential an die Detektionselektrode 2 und die Referenzelektrode 4 angelegt wird, sondern es ist auch eine andere Arbeitsweise möglich, wie unten beschrieben wird.
Zum Beispiel kann, wenn das zweite elektrische Potential (Vd) in Schritt S14 in 8 an die Detektionselektrode 2 angelegt wird, der Schalter S12 so geschaltet werden, dass er das erste elektrische Potential (Vr) an die Referenzelektrode 4 anlegt, um den zweiten Messwert zu berechnen, und dieser zweite Messwert kann mit dem ersten Messwert verglichen werden, der in dem Messmodus (Schritt S112) gemessen wurde, um so einen Fehler der Detektionselektrode 2 und/oder der Schirmelektrode festzustellen (Elektrodenprüfschema 2).
Alternativ oder zusätzlich kann das erste elektrische Potential (Vr) in Schritt S114 in 8 an die Detektionselektrode 2 angelegt werden, während der Schalter S12 so geschaltet ist, dass er das zweite elektrische Potential (Vd) an die Referenzelektrode 4 anlegt, um den zweiten Messwert zu berechnen, und dieser zweite Messwert kann mit dem ersten Messwert verglichen werden, der in dem Messmodus (Schritt S112) gemessen wurde, um so einen Fehler der Referenzelektrode 4 und/oder der Schirmelektrode 3 festzustellen (Elektrodenprüfschema 3).
Von oben beschriebenen Elektrodenprüfschemata 1, 2 und 3 kann das Elektrodenprüfschema 1 allein ausgeführt werden, oder die Elektrodenprüfschemata 2 und 3 können ausgeführt werden, oder es können sämtliche Elektrodenprüfschemata 1, 2 und 3 ausgeführt werden.
Die Arbeitsweise im Schaltungsprüfmodus C folgt dem Flussdiagramm, das in 9 gezeigt ist.
Während der Verarbeitung im Schaltungsprüfmodus C führt der zweite Schalter S14 eine ähnliche Operation aus wie der erste Schalter S4. Das heißt, wenn in Schritt S204 in 9 der erste Kondensator Cd1 mit der Detektionselektrode 2 verbunden ist, so ist gleichzeitig der zweite Kondensator Cd2 mit der Referenzelektrode 4 verbunden, und in diesem Zustand wird der erste Messwert B gemessen. Dieser erste Messwert B wird mit dem ersten Messwert A verglichen, der in dem Zustand gemessen wurde, in dem der erste Kondensator Cd1 und der zweite Kondensator Cd2 abgetrennt waren (gemessen in Schritt S203), um so die Schaltungsprüfung auszuführen (Schritt S206 und nachfolgende Schritte). Dies erlaubt es, die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode und/oder die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode zu prüfen.
Die obige Ausführungsform ist als ein Beispiel beschrieben worden, bei dem der zweite Schalter S14 der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode eine ähnliche Operation ausführt wie der erste Schalter S4 der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode, doch ist ein Aspekt der Schaltungsprüfung nicht hierauf beschränkt.
Zum Beispiel, wenn der erste Kondensator Cd1 mit der Detektionselektrode 2 verbunden ist, kann der zweite Kondensator Cd2 von der Referenzelektrode 4 getrennt sein, um einen ersten Messwert B1 zu messen, und dieser erste Messwert B1 kann mit dem ersten Messwert A verglichen werden, der in dem Zustand gemessen wurde, in dem der ersten Kondensator Cd1 und der zweite Kondensator Cd2 abgetrennt waren, um so die Prüfung für die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode auszuführen.
Alternativ oder zusätzlich kann, wenn der erste Kondensator Cd1 von der Detektionselektrode 2 getrennt ist, der zweite Kondensator Cd2 mit der Referenzelektrode 4 verbunden werden, um einen ersten Messwert B2 zu messen, und dieser erste Messwert B2 kann mit dem ersten Messwert A verglichen werden, der in dem Zustand gemessen wurde, in dem der erste Kondensator Cd1 und der zweite Kondensator Cd2 abgetrennt waren, um so die Prüfung für die Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode auszuführen.
Die zuvor erläuterten Ausführungsformen wurden beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und sollen die Erfindung nicht beschränken. Es ist deshalb vorgesehen, dass die in den obigen Ausführungsformen dargestellten Elemente einschließlich aller konstruktiven Abwandlungen und Äquivalente im technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.
Der elektrostatische Kapazitätssensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform kann auch eine Temperaturkompensationsschaltung 7 aufweisen, die eine Temperaturkompensationsfunktion zur Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals auf der Grundlage der Temperatur in der Nachbarschaft der Detektionselektrode 2 oder der Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode oder auf der Grundlage der Temperatur in der Nachbarschaft der Referenzelektrode 4 oder der Steuerschaltung 41 für die Referenzelektrode hat. Diese Temperaturkompensationsschaltung 7 kann als eine von der Differenzerstärkerschaltung 51 und der Entscheidungsschaltung 6 unabhängige Schaltung ausgeführt sein oder in die Differenzverstärkerschaltung 51 oder die Entscheidungsschaltung 6 integriert sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Beispiel des elektrostatischen Kapazitätssensors gemäß der vorliegenden Erfindung, der eine Detektionselektrode, eine Steuereinrichtung für die Detektionselektrode, eine Schirmelektrode, einen Schirmtreiber und eine Entscheidungseinrichtung aufweist, der elektrostatische Kapazitätssensor 1 beschrieben worden, der die Detektionselektrode 2, die Steuerschaltung 21 für die Detektionselektrode, die Schirmelektrode 3, den Schirmtreiber 31, die Differenzverstärkerschaltung 5 und die Entscheidungsschaltung 6 aufweist, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Als ein weiteres Beispiel des elektrostatischen Kapazitätssensors, der eine Referenzelektrode und eine Steuereinrichtung für die Referenzelektrode aufweist, ist der elektrostatische Kapazitätssensor 1 beschrieben worden, der weiterhin die Referenzelektrode 4 und eine Steuereinrichtung 41 für die Referenzelektrode aufweist, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Als ein weiteres Beispiel des elektrostatischen Kapazitätssensors, der eine Temperaturkompensationseinrichtung aufweist, ist der elektrostatische Kapazitätssensor 1 beschrieben worden, der Temperaturkompensationsschaltung 7 aufweist, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein Beispiel beschrieben worden, bei dem die Entscheidungseinrichtung als eine Schaltung konfiguriert worden ist, zur Entscheidung, ob eine Anomalie der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorliegt oder nicht, doch kann die Entscheidungseinrichtung auch als Software konfiguriert werden.
Bezugszeichenliste
In Bezug auf die erste Erfindung

1: Elektrostatischer Kapazitätssensor
2: Detektionselektrode
21: Steuerschaltung für die Detektionselektrode
3: Schirmelektrode
31: Schirmtreiber
4: Referenzelektrode
41: Steuerschaltung für die Referenzelektrode
5: Verstärkerschaltung
51: Differenzverstärkerschaltung
6: Entscheidungsschaltung
7: Temperaturkompensationsschaltung
S1–S3, S11–S13: Schalter
S4: erster Schalter
S14: zweiter Schalter
S9: Schalter
Vr: vorbestimmtes elektrisches Potential
Vr': erstes elektrisches Potential
Vd: zweites elektrisches Potential

1: Elektrostatischer Kapazitätssensor
2: Detektionselektrode
21: Steuerschaltung für die Detektionselektrode
3: Schirmelektrode
31: Schirmtreiber
4: Referenzelektrode
41: Steuerschaltung für die Referenzelektrode
5: Verstärkerschaltung
51: Differenzverstärkerschaltung
6: Entscheidungsschaltung
7: Temperaturkompensationsschaltung
S1–S3, S11–S13: Schalter
S4: erster Schalter
S14: zweiter Schalter
S9: Schalter
Vr: erstes elektrisches Potential
Vd: zweites elektrisches Potential
Vr': vorbestimmtes elektrisches Potential

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-217316 [0002]
JP 2010-291780 [0002]

Claims

Elektrostatischer Kapazitätssensor, der folgendes umfasst: eine Detektionselektrode, die eine elektrostatische Kapazität zwischen der Detektionselektrode und einem Objekt detektiert; eine Schirmelektrode, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode angeordnet ist; einen Schirmtreiber, der zwischen einem ersten elektrischen Potential und einem zweiten elektrischen Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, umschaltet, um das erste oder das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode anzulegen; eine Detektionseinrichtung, die ein Detektionssignal ausgibt, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist; und eine Entscheidungseinrichtung, die ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal von der Detektionseinrichtung erhält, als Grundlage für die Entscheidung, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht, wobei das erste Detektionssignal von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn der Schirmtreiber das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt, und das zweite Detektionssignal ist von der elektrostatischen Kapazität abhängig, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn der Schirmtreiber das zweite elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach Anspruch 1, bei dem die Entscheidungseinrichtung feststellt, dass ein anomaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein an die Detektionselektrode angelegtes elektrisches Potential und das erste elektrische Potential, das an die Schirmelektrode angelegt wird, übereinstimmen, wenn das erste Detektionssignal erhalten wird.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Detektionseinrichtung über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung feststellt, dass die Detektionseinrichtung in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator mit der Verbindung verbunden ist, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator von der Verbindung getrennt ist, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin folgendes aufweist: eine Referenzelektrode, die unabhängig von der Detektionselektrode vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung für die Referenzelektrode, die ein Referenzsignal ausgibt, das von einer mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wobei die Entscheidungseinrichtung auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals feststellt, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht, wobei das erste Detektionssignal auf einem Detektionssignal basiert, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, und auf dem Referenzsignal, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn der Schirmtreiber das erste elektrische Potential an die Schirmelektrode anlegt, und das zweite Detektionssignal auf einem Detektionssignal basiert, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, und auf dem Referenzsignal, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn der Schirmtreiber das zweite elektrische Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, an die Schirmelektrode anlegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach Anspruch 5, bei dem eine Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode über einen zweiten Schalter mit einem Ende eines zweiten Kondensators verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung feststellt, dass die Detektionseinrichtung in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der weiterhin aufweist: eine Temperaturkompensationseinrichtung, die die Funktion hat, eine Temperatur in der Umgebung der Detektionselektrode oder der Detektionseinrichtung zu detektieren, als Grundlage für eine Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das zweite elektrische Potential zwischen 80% und 120% des ersten elektrischen Potentials beträgt.
Verfahren zur Feststellung eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors, mit den folgenden Schritten: Detektieren eines ersten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von einer Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein erstes elektrisches Potential an eine Schirmelektrode in der Nachbarschaft der Detektionselektrode angelegt ist; Detektieren eines zweiten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig, ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein von dem ersten elektrischen Potential verschiedenes zweites elektrisches Potential an die Schirmelektrode angelegt ist; und Entscheiden, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode vorliegt oder nicht, auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals.
Verfahren nach Anspruch 9, mit den folgenden weiteren Schritten: Verbinden einer Verbindung zwischen der Detektionselektrode und einem Ausgabeteil für ein Detektionssignal, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und Entscheiden, dass eine Funktion zum Detektieren des Detektionssignals unnormal ist, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator mit der Verbindung verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor, der folgendes umfasst: eine Detektionselektrode, die eine elektrostatische Kapazität zwischen der Detektionselektrode und einem Objekt detektiert; eine Schirmelektrode, die in der Nachbarschaft der Detektionselektrode angeordnet ist; eine Steuereinrichtung für die Detektionselektrode, die zwischen einem ersten elektrischen Potential und einem zweiten elektrischen Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, umschaltet, um das erste oder das zweite elektrische Potential an die Detektionselektrode anzulegen, und die ein Detektionssignal ausgibt, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist; und eine Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht, auf der Grundlage eines ersten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn die Steuereinrichtung das erste elektrische Potential an die Detektionselektrode anlegt, und eines zweiten Detektionssignals, das von der elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn die Steuereinrichtung das zweite elektrische Potential an die Detektionselektrode anlegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach Anspruch 11, bei dem die Entscheidungseinrichtung feststellt, dass ein anomaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist, wenn eine Differenz zwischen dem ersten Detektionssignal und dem zweiten Detektionssignal nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das an die Detektionselektrode angelegte erste elektrisches Potential und das elektrische Potential, das an die Schirmelektrode angelegt wird, übereinstimmen, wenn das erste Detektionssignal erhalten wird.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem eine Verbindung zwischen der Detektionselektrode und der Steuereinrichtung für die Detektionselektrode über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung feststellt, dass die Detektionseinrichtung in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator mit der Verbindung verbunden ist, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Kondensator von der Verbindung getrennt ist, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 14, der weiterhin folgendes aufweist: eine Referenzelektrode, die unabhängig von der Detektionselektrode vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung für die Referenzelektrode, die ein Referenzsignal ausgibt, das von einer mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wobei die Entscheidungseinrichtung auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals feststellt, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode und/oder der Schirmelektrode vorhanden ist oder nicht, wobei das erste Detektionssignal auf einem Detektionssignal basiert, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, und auf dem Referenzsignal, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode das erste elektrische Potential an die Detektionselektrode anlegt, und das zweite Detektionssignal auf einem Detektionssignal basiert, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, und auf dem Referenzsignal, das von der mit der Referenzelektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, wenn die Steuereinrichtung für die Detektionselektrode das zweite elektrische Potential, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, an die Detektionselektrode anlegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach Anspruch 15, bei dem eine Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode über einen zweiten Schalter mit einem Ende eines zweiten Kondensators verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und die Entscheidungseinrichtung feststellt, dass die Detektionseinrichtung in ihrer Detektionsfunktion von der Norm abweicht, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator mit der für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator mit der Verbindung zwischen der Referenzelektrode und der Steuereinrichtung für die Referenzelektrode verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der zweite Schalter den zweiten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 16, der weiterhin aufweist: eine Temperaturkompensationseinrichtung, die die Funktion hat, eine Temperatur in der Umgebung der Detektionselektrode oder der Steuereinrichtung für die Detektionselektrode zu detektieren, als Grundlage für eine Korrektur des ersten Detektionssignals und/oder des zweiten Detektionssignals.
Elektrostatischer Kapazitätssensor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem das zweite elektrische Potential zwischen 80% und 120% des ersten elektrischen Potentials beträgt.
Verfahren zur Feststellung eines Ausfalls eines elektrostatischen Kapazitätssensors, mit den folgenden Schritten: Detektieren eines ersten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig ist, die von einer Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein erstes elektrisches Potential an die Detektionselektrode angelegt ist; Detektieren eines zweiten Detektionssignals, das von einer elektrostatischen Kapazität abhängig, ist, die von der Detektionselektrode detektiert wird, wenn ein von dem ersten elektrischen Potential verschiedenes zweites elektrisches Potential an die Detektionselektrode angelegt ist; und Entscheiden, ob ein unnormaler Zustand der Detektionselektrode vorliegt oder nicht, auf der Grundlage des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals.
Verfahren nach Anspruch 19, mit den folgenden weiteren Schritten: Verbinden einer Verbindung zwischen der Detektionselektrode und einem Ausgabeteil für ein Detektionssignal, das von der mit der Detektionselektrode detektierten elektrostatischen Kapazität abhängig ist, über einen ersten Schalter mit einem Ende eines ersten Kondensators, dessen anderes Ende mit einem festen elektrischen Potential verbunden ist, das von dem ersten elektrischen Potential verschieden ist, und Entscheiden, dass eine Funktion zum Detektieren des Detektionssignals unnormal ist, wenn eine Differenz zwischen einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator mit der Verbindung verbindet, und einem Detektionssignal für den Fall, dass der erste Schalter den ersten Kondensator von der Verbindung trennt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.