JP2000230983A - 静電容量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】湿度や温度変化にも検出精度を維持すると共に
簡素な構成により広い検出領域を形成することができ
る。 【解決手段】検出回路１と比較的面積の大きい検出電極
２とを備え、検出回路１と検出電極２との間に直列に接
続された第１コンデンサ８と、第１コンデンサ８と並列
に設けた第２コンデンサ９とを有すると共に、第２コン
デンサ９はアースされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量センサに
関し、特に、広い検出領域を容易に形成することができ
る静電容量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電容量センサは、検出電極の面
積等を拡大すると、被検出物が接近又は接触していない
状態（静的状態）での検出電極の静電容量が増大するた
め、検出回路のしきい値を変更しなければならないとい
う問題点があった。

【０００３】静電容量センサの検出回路は、静的状態で
の検出電極の静電容量や被検出物により増加する静電容
量に適合するように設計されている。即ち、検出回路に
予めしきい値を設定し、当該しきい値を越える静電容量
の変化を検出すると、検出信号を出力するように設計さ
れている。しかし、検出電極の面積等を拡大すると、静
的状態での検出電極の静電容量も増大するため、上記し
きい値を変更しなければならない。

【０００４】上記しきい値の変更は、電気的な定数、即
ち、電圧値の変更等を伴う。そして、この電圧値と静的
状態における検出電極の静電容量とは、単純な比例関係
にならない。故に、しきい値の変更作業は、実際に検出
回路を作動させながら調整してゆく時間と手間のかかる
作業が必要となる。

【０００５】検出電極の拡大に伴うしきい値の調整の解
決を目的としたものではないが、検出電極の拡大に関
し、日本国特許公開公報平成８−６４３６５号は、静電
容量センサを用いた照明器具の点滅用スイッチを開示し
ている。このスイッチは、スイッチユニット内部に設け
た検出回路及び金属板の検出電極と、一方の表面を該検
出電極に離間して対向すると共に他方の表面をスイッチ
ユニット表面に露出した金属板の補助電極とを有する。

【０００６】そして、当該公報は、上記の補助電極を設
けることにより、検知可能な面積を検出電極の約１５０
％の面積に拡大することが可能であることを開示してい
る。また、補助電極の大きさ、形状、検出電極からの設
置距離及び補助電極と検出電極間に挿入される物体の特
性により、センサの検出能力が影響を受ける場合には、
検出回路の電気的な定数を調整し対処することを開示し
ている。さらに、補助電極と検出電極との間には、プラ
スチック等の誘電体を介在させることも可能であること
も開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の静電容量センサ
は、補助電極と検出電極とを金属板により形成するた
め、両電極間の静電容量そのものを調整するためには、
両電極の金属板の配置関係や大きさを調整する必要があ
り、調整の自由度が制限されるという問題点があった。
また、両電極間を所定距離に維持するために、両電極を
形成する各金属板を支持する支持部材が必要であり、製
造コストが高価になるという問題点があった。

【０００８】さらに、上記の静電容量センサは、金属板
である補助電極を、同じく金属板である検出電極と対向
して配置する必要があるため、補助電極と検出電極を隣
接して配置しなければならないという問題点があった。
さらに、両電極を隣接して配置しなくてはならないた
め、これら両電極は、外界の湿度や温度等の変化の影響
を受けやすいという問題点があった。

【０００９】本発明に係る静電容量センサは、湿度や温
度変化にも検出精度を維持すると共に簡素な構成により
広い検出領域を容易に形成することができる静電容量セ
ンサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の静電容量
センサは、１以上の検出回路と１の検出電極とを有する
静電容量センサであって、該各検出回路と該検出電極と
の間に直列に接続された１以上のコンデンサを備えると
共に、該コンデンサは、該検出電極と離間して設けられ
ていることを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の静電容量センサは、１以上
の検出回路と１の検出電極とを有する静電容量センサで
あって、該各検出回路と該検出電極との間に直列に接続
された１以上の第１コンデンサと、該第１コンデンサと
並列に設けた１以上の第２コンデンサとを有すると共
に、該第２コンデンサはアースされていることを特徴と
する。

【００１２】請求項３記載の静電容量センサは、１以上
の検出回路と１の検出電極とを有する静電容量センサで
あって、該各検出回路と該検出電極との間に直列に接続
された１以上の第１コンデンサと、該検出電極と該第１
コンデンサに接続された１以上の第２コンデンサとを有
すると共に、該第２コンデンサはアースされていること
を特徴とする。

【００１３】請求項４又は５記載の静電容量センサは、
前記の各コンデンサは、その静電容量を可変できるよう
に構成されているというものである。

【００１４】請求項６又は７記載の静電容量センサは、
前記検出電極が、ガラス板又は合成樹脂シートの表面に
設けた導電層又は導電物質を混入したガラス板又は合成
樹脂シートであるというものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の実施の形態の
静電容量センサを図１を参照しつつ説明する。この静電
容量センサは、検出回路１と、比較的広い面積を有する
検出電極２と、第１コンデンサ８と、第２コンデンサ９
とから構成されている。この検出回路１は、公知の検出
回路であり、一連に接続されたパルス信号発生回路３
と、差動増幅器４と、ＡＣ−ＤＣ変換器５と、比較器６
と、さらに、パルス信号発生回路３の分枝線に設けた抵
抗７とから構成されている。

【００１６】抵抗７には、直列に第１コンデンサ８が接
続されており、この第１コンデンサ８の電極８ｂには、
さらにリード線８ｃを介して検出電極２に接続されてい
る。また、抵抗７には、第１コンデンサ８と並列に第２
コンデンサ９が接続されており、さらにこのコンデンサ
９の電極９ｂは、リード線９ｃを介してアースされてい
る。

【００１７】広い検出領域を形成する検出電極２は、約
２ｍ×約２ｍの面積を有する厚さ０．３ｍｍ程度の透明
の導電性を有する透明の合成樹脂製のシートである。こ
のシートは、合成樹脂の基材に導電性物質を混入して形
成したものであり、鋏等により所望の大きさに切断でき
る。さらに、このシートの裏面には、感圧粘着層（図示
せず）が設けられており、所望の場所に簡単に貼付する
ことができる。リード線８ｃとの電気的接続のために
は、金属製のクリップ（図示せず）端子等を用いる。

【００１８】本実施の形態において、検出回路１のしき
い値は、静的状態における検出電極の静電容量が１００
ｐＦ以上になると検出信号を出力するように設定されて
いる。検出電極２の静電容量値が１０，０００ｐＦであ
る場合、両コンデンサ８、９の静電容量を夫々５０ｐＦ
にすると、略静的状態における抵抗７からみた静電容量
値を１００ｐＦ弱に減少することができる。第１コンデ
ンサ８と検出電極２は、直列に接続されているため、両
者の加算された静電容量値は、５０ｐＦ弱になるからで
ある。

【００１９】検出電極２に人体等が接触又は接近する
と、検出電極２の電荷量は増大し、この電荷は電流とな
って、リード線８ｃを介し、電極８ｂへ到達する。この
ため、両コンデンサ８、９の静電容量値が上昇し、パル
ス信号Ｖ２は、パルス信号Ｖ１に対して遅延する。当該
遅延により生じた位相差を差動増幅器４により増幅して
Ｖ３信号を生成し、さらに、当該Ｖ３信号をＡＣ−ＤＣ
変換器５により直流電圧Ｖ４に変換する。最後に、当該
Ｖ４が所定のしきい値以上であれば、比較器６は、検出
信号を出力する。従って、検出回路１のしきい値を調整
することなく、両コンデンサの容量を計算値通り設定す
ることにより、容易に大容量の検出電極２に対応するこ
とが可能となる。

【００２０】検出電極２を直射日光を受け温度や湿度の
変化の激しい環境に設置せざるを得ない場合でも、リー
ド線８ｃ、９ｃを介し、両コンデンサ８、９を検出電極
２から離間し、温度や湿度の変化の少ない場所に配設す
ることにより、両コンデンサ８、９の温度上昇を最小限
に抑えることが可能である。即ち、両コンデンサ８、９
内部の誘電体等が温度等の影響を受けることにより引き
起こされる両コンデンサ８、９の静電容量の変動を防止
することができ、検出回路１の誤動作を防止することが
できる。

【００２１】さらに、リード線８ｃは、この部分が外界
の電界の変動の影響を受けないようにするために、シー
ルド線とすることが好ましい。また、図１においては、
リード線９ｃは、検出回路１の回路上のアースに接続さ
れているが、適宜、検出電極２周囲の大地に直接アース
しても良い。また、本実施の形態においては、検出回路
の安定動作のため第２コンデンサを設けたが、回路の安
定動作が確保されているのであれば、第２コンデンサは
必ずしも必要がない。この場合、第１コンデンサ８は、
１００ｐＦの容量を有するコンデンサを用いる。

【００２２】次に、本発明に係る第２の実施の形態の静
電容量センサを図２を参照しつつ説明する。この静電容
量センサは、上記第１の実施の形態の検出回路１を用い
ている。しかし、第１コンデンサ１０と第２コンデンサ
１１とが、直列に接続されており、検出電極２は、各コ
ンデンサの電極１０ｂと電極１１ａに接続されている。

【００２３】本実施の形態の回路では、両コンデンサ１
０、１１が直列接続されているため、上記第１の実施の
形態のコンデンサ８、９よりも更に小さな容量のコンデ
ンサを用いることができるという利点がある。

【００２４】次に、本発明に係る第３の実施の形態の静
電容量センサを図３を参照しつつ説明する。この静電容
量センサは、上記第１の実施の形態の検出回路１を用い
ている。

【００２５】検出電極２は、第１コンデンサ２０を介し
て検出回路１に接続されている。また、検出電極２の裏
面側には、検出電極２と対向してアース電極２１が配設
されている。このアース電極２１は、検出電極２と同一
の導電性を有する透明の合成樹脂製のシートである。検
出電極２とアース電極２１は、離間して設けることによ
り絶縁されているが、透明の絶縁性の合成樹脂製のシー
ト等を間に配設し、両者を絶縁しても良い。

【００２６】本実施の形態では、検出電極２及びアース
電極２１の間に極めて大きな静電容量が存在するが、第
１コンデンサ２０が、これら電極と直列に接続されてい
るため、静的状態における抵抗７からみた静電容量値
が、略第１コンデンサ２０と略同等であるという利点が
ある。

【００２７】さらに、本実施の形態では、検出領域が検
出電極２の表面側（図３においては、検出電極２の上面
側）のみに形成される。従って、アース電極２１の裏面
側（図３においては、アース電極２１の下面側）に、人
体等が接近等しても、この接近等により増大したアース
電極２１の電荷は電流となってアースに流れ、検出回路
１が検出信号を出力することはない。

【００２８】従って、例えば、１枚の板ガラスの表面に
透明な導電層を形成し、これを検出電極２とし、また、
その裏面に、同様の透明な導電層を形成し、これをアー
ス電極２１とした場合、この板ガラスの表面側は、人体
等の接触を感知できるが、この板ガラスの裏面側は、電
荷量の変動があっても検出信号を出力しない。この板ガ
ラスは、住宅等の防犯センサに用いることができ、特
に、アース電極を室内側に配置した場合には、カーテン
等がこの板ガラスに接触しても検出信号を出力しないと
いう利点がある。

【００２９】次に、本発明に係る第４の実施の形態の静
電容量センサを図４を参照しつつ説明する。この静電容
量センサは、上記第１の実施の形態の検出回路１と略同
様の構成を有する第１検出回路１Ａ及び第２検出回路１
Ｂを用いている。

【００３０】第１検出回路１Ａは、静電容量の増大を検
出する検出回路であり、被検出物が検出電極２に接近又
は接触すると検出信号を出力する。一方、第２検出回路
１Ｂは、静電容量の減少を検出する検出回路であり、被
検出物が検出電極２から遠ざかって行くと検出信号を出
力する。

【００３１】両検出回路１Ａ、１Ｂは、夫々、コンデン
サ１２、１３を介して検出電極２に接続されている。し
かし、検出電極２を共用しているにもかかわらず、両コ
ンデンサ１２、１３により、両検出回路１Ａ、１Ｂは、
互いに絶縁されているため、両回路間の電気的な干渉が
低減されている。このため、各検出回路１Ａ、１Ｂは、
他の検出回路の影響をほとんど受けることなく、夫々、
安定した動作を行うことができる。

【００３２】上記の各実施の形態の検出回路１は、説明
のために、比較的簡単な構成を有する検出回路として例
示したものであり、静電容量の変動を検出できる公知の
検出回路であれば、アナログ／デジタルの何れの動作方
法を採るものであっても適用できる。

【００３３】さらに、上記の各実施の形態の検出電極２
やアース電極２１は、シート状、あるいは、板状に限定
されず、導電性を有するものであれば、その形態は問わ
ない。また、上記第１及び第２コンデンサは、その静電
容量を可変できるようにしたものであっても良い。例え
ば、複数の小容量のコンデンサを切り替え可能に並列に
設け、適宜、その容量を可変できるようにし、検出電極
の静電容量の大小に合わせて静的状態の静電容量を調整
可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態の静電容量セン
サの説明図である。

【図２】本発明に係る第２の実施の形態の静電容量セン
サの説明図である。

【図３】本発明に係る第３の実施の形態の静電容量セン
サの説明図である。

【図４】本発明に係る第４の実施の形態の静電容量セン
サの説明図である。

【符号の説明】

１ 検出回路 １Ａ 第１検出回路 １Ｂ 第２検出回路 ２ 検出電極 ３ パルス信号発生回路 ４ 差動増幅器 ５ ＡＣ−ＤＣ変換器 ６ 比較器 ７ 抵抗 ８、１０、２０ 第１コンデンサ ９、１１ 第２コンデンサ １２、１３ コンデンサ ２１ アース電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １以上の検出回路と１の検出電極とを有
   する静電容量センサであって、 該各検出回路と該検出電極との間に直列に接続された１
   以上のコンデンサを備えると共に、該コンデンサは、該
   検出電極と離間して設けられていることを特徴とする静
   電容量センサ。
2. 【請求項２】 １以上の検出回路と１の検出電極とを有
   する静電容量センサであって、 該各検出回路と該検出電極との間に直列に接続された１
   以上の第１コンデンサと、該第１コンデンサと並列に設
   けた１以上の第２コンデンサとを有すると共に、該第２
   コンデンサはアースされていることを特徴とする静電容
   量センサ。
3. 【請求項３】 １以上の検出回路と１の検出電極とを有
   する静電容量センサであって、 該各検出回路と該検出電極との間に直列に接続された１
   以上の第１コンデンサと、該検出電極と該第１コンデン
   サに接続された１以上の第２コンデンサとを有すると共
   に、該第２コンデンサはアースされていることを特徴と
   する静電容量センサ。
4. 【請求項４】 前記コンデンサは、その静電容量を可変
   できるように構成されている請求項１記載の静電容量セ
   ンサ。
5. 【請求項５】 第１コンデンサおよび／又は前記第２コ
   ンデンサは、その静電容量を可変できるように構成され
   ている請求項２乃至請求項３記載の静電容量センサ。
6. 【請求項６】 前記検出電極は、ガラス板表面に設けた
   導電層又は導電物質を混入したガラス板である請求項１
   乃至請求項５の何れかに記載の静電容量センサ。
7. 【請求項７】 前記検出電極は、合成樹脂製シート表面
   に設けた導電層又は導電物質を混入した合成樹脂製シー
   トである請求項１乃至請求項５の何れかに記載の静電容
   量センサ。