JP2001178136A - 静電容量式センサ回路用電源回路 - Google Patents

静電容量式センサ回路用電源回路

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JP2001178136A
JP2001178136A JP2000075061A JP2000075061A JP2001178136A JP 2001178136 A JP2001178136 A JP 2001178136A JP 2000075061 A JP2000075061 A JP 2000075061A JP 2000075061 A JP2000075061 A JP 2000075061A JP 2001178136 A JP2001178136 A JP 2001178136A
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oscillation
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Isao Kai
勲 甲斐
Toshiyuki Kobayashi
敏幸 小林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 人体の大地間容量を大きくして動作を安定さ
せ、高信頼性の静電容量式センサ回路用電源回路を提供
する。 【解決手段】 静電容量式センサ回路10の電源回路2
0において、AC商用電源11が1次巻線に接続される
トランス12の1次巻線接地端側と、トランス12の2
次巻線に接続される整流器13の0接続点d間に高周波
パス用のコンデンサC4 を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、物体検出に用い
られる静電容量式センサ回路用電源回路に関し、特にパ
チンコ機等の球を発射するに際して、遊戯者が発射ハン
ドルに設けられた電極に触れていないと球の発射ができ
ないようにし、遊戯者が複数のパチンコ機を使用するこ
とを防止するのに好適なタッチセンサに使用される静電
容量式センサ回路や、人体(指、手のひら等)の接触を
検出して、接触位置座標を入力するタッチパネル等に使
用される静電容量式センサ回路等の電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に静電容量式センサには、人体の大
地間容量を利用し、人体が電極に接近又は接触した時の
静電容量の変化で発振回路の発振条件が変化することに
より、人体の接近又は接触を検出するものがある。人体
そのものの静電容量は非常に小さく、大地を利用してコ
ンデンサとして検出するものである。この種の従来の静
電容量式センサ回路の回路構成を図4に示す。図4にお
いて、静電容量式センサ回路10は、定電圧回路1、高
周波発振回路2、検波平滑回路3、比較回路4及び出力
回路5備えている。電源Vccは定電圧回路1で一定電圧
となり、高周波発振回路2、検波平滑回路3、比較回路
4に電力が供給される。高周波発振回路2に直流カット
用コンデンサC1 (電蝕防止)を介して電極6が接続さ
れている。また、電極6には静電気による回路素子破損
を防ぐため、静電気放電用のマイクロギャップGの一端
が接続され、このマイクロギャップGの他端が0Vに接
続されている。
【0003】高周波発振回路2の出力側には、検波平滑
回路3が接続され、発振出力が検波及び平滑される。検
波平滑回路3は比較回路4に接続されており、検波及び
平滑された出力信号が比較回路4で比較電圧(一定値)
と比較され、それに応じた出力が出力回路5に入力され
る。出力回路5では比較回路4の入力に応じて人体が電
極6に接触したか否かの出力信号を出力する。
【0004】大地間容量C0 を持った人体が電極6へ接
触すると、高周波発振回路2の発振条件が変化し、発振
出力が変化する。この発振出力が検波平滑回路3で検波
平滑され、比較回路4に入力される。比較回路4では比
較電圧以下の入力レベルになると、出力はLレベルから
Hレベルとなり、出力回路5に入力される。そして出力
回路5からは人体の接触検出信号が出力される。
【0005】これら静電容量式センサ回路10に用いら
れる電源回路には、図5に示すようなトランスと整流器
を利用して、AC商用電源から静電容量式センサ回路用
直流電源を得る電源回路や、図6に示すような制御素子
のスイッチングとトランスにより、AC商用電源から静
電容量式センサ回路用直流電源を得るスイッチング電源
回路がある。
【0006】図5に示す電源回路22において、AC商
用電源11はトランス12の1次側に入力され、トラン
ス12により変圧され、トランス12の2次側から整流
器13に入力される。整流器13で交流が全波整流さ
れ、コンデンサC2 によって平滑され、直流電源として
静電容量式センサ回路10に供給される。
【0007】図6に示す電源回路23において、AC商
用電源11は整流回路14で整流され、スイッチング回
路15で高周波交流に変換された後、トランス12の1
次側に入力される。入力された電圧はトランス12によ
り変圧され、2次側から整流回路16に入力され、直流
電源として静電容量式センサ回路10に供給される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように静電容量
式センサでは、人体そのものの静電容量は非常に小さ
く、大地を利用してコンデンサとして検出するようにし
ている。しかし、静電容量式センサ回路を大地に直接接
地することが難しく、電源回路及びAC商用電源を介し
て間接的に接地される。ところが現在では、省エネのた
め小型・低消費電力化が進み、トランスも非常に小型の
ものが使用されるようになってきている。そのため、こ
の種の従来の電源回路ではトランスの結合容量C3 が非
常に小さく接地が不充分なため、人体の大地間容量も非
常に小さくなってしまう。特に図4に示した電源回路2
2の場合は、整流器13のダイオードの静電容量がトラ
ンスの結合容量C3 に直列に接続されるため、更に小さ
い結合容量となる。また、図6に示すスイッチング電源
回路では損失が少なく、図5のトランス12に比べて小
型でよいため、小型の分トランスの結合容量が小さくな
る。したがって、検出する静電容量値を小さく設定する
必要があり、人体の違いによる大地間容量のバラツキ
や、温度変化等の環境変化により動作が不安定になると
いう問題があった。
【0009】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、静電容量式センサ回路を充分な接地状態
とし、人体の大地間容量を大きくして動作を安定させ、
高信頼性の静電容量式センサ回路用電源回路を提供する
ことを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の静電容量式センサ回路用電源回路は、AC
商用電源からの入力側と静電容量式センサ回路への出力
側とを高周波パス回路で接続している。これにより、電
極から出される高周波では、静電容量式センサ回路を充
分な接地状態とし、人体の大地間容量を大きくして動作
を安定化している。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図1はこの発明の一実施形
態である静電容量式センサ回路用電極回路20の回路構
成を示すブロック図である。図1において、AC商用電
源11はトランス12の1次側に接続されており、必要
な電圧に変圧されてトランス12の2次側に接続された
整流器13に入力される。整流器13はダイオードD1
〜D4 からなる全波整流器である。トランス12の2次
側出力は整流器13で全波整流された後、コンデンサC
2 によって平滑され、直流電源Vccとして静電容量式セ
ンサ回路10に供給される。また、トランス12の1次
側と整流器13の0V側(d点)にはコンデンサC4
接続されており、電極から出される高周波では整流器1
3の0V側が接地された状態になっている。コンデンサ
4 と整流器13の0V側の接続点は、トランス12の
2次側であればどの位置でもよいが、整流器13よりA
C商用電源11側では整流器13の静電容量がコンデン
サC4 と直列に接続されるため、その分静電容量が減少
してしまう。したがって、整流器13の出力側に接続す
る方が好ましい。コンデンサC4 は高耐圧で漏れ電流が
少なく、人体に安全な値のものが使用される。静電容量
式センサ回路10は、図4に示すものと同様であり、供
給された電源Vccは定電圧回路1で一定電圧となり、高
周波発振回路2、検波平滑回路3、比較回路4に電力が
供給される。高周波発振回路2と、この高周波発振回路
2に直流カット用コンデンサC1 (電蝕防止)を介して
電極6が接続されている。また、電極6には静電気によ
る回路素子破損を防ぐため、静電気放電用のマイクロギ
ャップGの一端が接続され、このマイクロギャップGの
他端が0Vに接続されている。
【0012】高周波発振回路2の出力側には、検波平滑
回路3が接続され、発振出力が検波及び平滑される。検
波平滑回路3は比較回路4に接続されており、検波及び
平滑された出力信号が比較回路4で比較電圧(一定値)
と比較され、それに応じた出力が出力回路5に入力され
る。出力回路5では、比較回路4の入力に応じて人体M
が電極6に接触したか否かの出力信号を出力する。
【0013】このように構成した静電容量式センサ回路
用電源回路においては、電極6から出される高周波では
整流器13の0V側(d点)が接地された状態となり、
大地間容量C0 を持った人体Mが電極6へ接触すると、
高周波発振回路2の選択度Qが大幅に低下し、発振のゲ
インが下がる。発振は検波平滑回路3で検波平滑され、
電圧レベルの下がった信号として比較回路4に入力され
る。比較回路4では比較電圧以下の入力レベルになる
と、出力はLレベルからHレベルとなり、出力回路5に
入力される。そして、出力回路5からは人体Mの接触検
出信号として出力される。
【0014】図2は、本発明の別実施形態である静電容
量式センサ回路用電源回路21の回路構成を示すブロッ
ク図である。
【0015】AC商用電源11は、整流回路14で一旦
整流され、スイッチング回路15で高周波交流に変換さ
れた後、トランス12の1次側に入力される。入力され
た電圧はトランス12により変圧され、2次側から整流
回路16に入力される。これにより高周波交流は整流回
路16で整流され、直流電源として静電容量式センサ回
路10に供給される。また、トランス12の1次側と2
次側にはコンデンサC 4 が接続されており、電極から出
される高周波ではトランスの2次側が接地された状態に
なっている。コンデンサC4 は前記図1の実施形態のも
のと同様に高耐圧で漏れ電流が少なく、人体に安全な値
のものが使用される。
【0016】このように構成した静電容量式センサ回路
用電源回路においては、電極6から出される高周波では
トランス12の2次側が接地されたと同様になるため、
大地間容量C0 を持った人体Mが電極6へ接触すると、
高周波発振回路2の選択度Qが大幅に低下し、発振のゲ
インが下がる。発振は検波平滑回路3で検波平滑され、
電圧レベルの下がった信号として比較回路4に入力され
る。比較回路4では比較電圧以下の入力レベルになると
出力はLレベルからHレベルとなり、出力回路5に入力
される。そして、出力回路5からは人体の接触検出信号
として出力される。
【0017】また、図2に代わる他の実施形態として、
図3に示すように、整流回路14の入力側と整流回路1
6の出力側にコンデンサC4 を接続してもよい。
【0018】なお、上記実施形態において、静電容量式
センサ回路は、人体等が電極に接触すると静電容量が変
化し、この静電容量の変化に応じ、発生回路の発振条件
が変化して発振回路の出力レベルが変化するのを検出す
るものについて説明したが、この発明は静電容量の変化
によって発振回路の発振条件が変化するものに限らず、
発振条件が変化せずとも、静電容量の変化により、発振
回路から静電容量式センサ回路に入力される信号が変化
し、この信号変化を検出するようにした静電容量式セン
サ回路にも広く適用できる。そのような静電容量式セン
サ回路の一例を図7に示す。
【0019】図7に示す静電容量式センサ回路は、発振
回路32と、フリップフロップ33と、検波平滑回路3
4と、出力回路35と、電極36とを備えている。発振
回路32の出力端Aはフリップフロップ33のセット入
力端Sに接続されるとともに、抵抗R0 を介して電極3
6及びフリップフロップ33のリセット入力端Rに接続
されている。
【0020】この静電容量式センサ回路では、人体Mが
電極36に接触していないときは、静電容量C0 無しの
状態であり、発振回路32の出力点A、電極36の接続
点B及びフリップフロップ33の出力点Cの各波形は、
図8の(a)のA、B、Cに示す通りであり、フリップ
フロップ33の出力C点のパルス幅(デュティ)が小さ
い。そのため、このパルス出力を検波回路34で平滑し
てもレベルは小であり、出力回路35のトランジスタは
ONしない。
【0021】人体Mが電極36に接触すると、静電容量
0 が有りとなり、図8の(b)に示すように、発振回
路32の出力Aの周波数及びレベルは変化しないが、点
Aと点B、つまり発振回路32の出力と電極36での波
形の位相関係が変化し、フリップフロップ33の出力C
の波形のパルス幅(デュティ)が大となる。このパルス
出力を検波回路34で平滑すると、そのレベルが大であ
り、これにより出力回路35のトランジスタをONす
る。つまり、人体Mの接触を検出する。
【0022】このような図7、図8で説明した静電容量
式センサ回路においても、人体Mに対する静電容量C0
発生は大地に対する容量であるから、電源が大地に対し
て浮いている(小さな電池を用いた電源等)と、動作し
ないこととなる。そのため、図7に示す静電容量式セン
サ回路を、図1、図2に示す静電容量式センサ回路10
として使用すれば、安定した動作を確保できる。
【0023】また、タッチパネルには、パネル面に指が
タッチされると、パネルとその位置と接地間に人体によ
る静電容量が発生し、発振回路からの信号電流がパネル
に形成された抵抗層の一端と他端からの2ルートの回路
から、上記静電容量に流れるように構成し、発振回路の
出力電圧、抵抗層の両端の電圧に基づいて、指のタッチ
及びその位置を検出するものがある(例:特開昭63−
108423号公報)。本発明は、このような原理のタ
ッチパネルの静電容量センサ回路用電源回路としても適
用できる。
【0024】また、本発明の静電容量式センサ回路用電
源回路は、パチンコ機やタッチパネルに使用するだけで
なく、電子機器のON/OFFスイッチ、ドアノブスイ
ッチ、エレベータのスイッチ等、人体の接触を検出する
静電容量式センサ回路用電源回路として種々のものに用
いることができる。
【0025】
【発明の効果】本発明の静電容量式センサ回路用電源回
路は、AC商用電源からの入力側と静電容量式センサ回
路への出力側とを高周波パス回路で接続することとした
ので、電極から出される高周波では、静電容量式センサ
回路が接地された状態になるため、人体の大地間容量を
大きくすることができる。したがって、検出する静電容
量値を大きく設定することができ、動作を安定化させ、
信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態である静電容量式センサ
回路用電源回路の回路構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の他の実施形態である静電容量式セン
サ回路用電源回路の回路構成を示すブロック図である。
【図3】この発明のさらに他の実施形態である静電容量
式センサ回路用電源回路の回路構成を示すブロック図で
ある。
【図4】一般的な静電容量式センサ回路の回路構成を示
すブロック図である。
【図5】従来の静電容量式センサ回路用電源回路の回路
構成を示すブロック図である。
【図6】さらに別の従来の静電容量式センサ回路用電源
回路の回路構成を示すブロック図である。
【図7】図1、図2に示した実施形態電源回路を使用す
る他の静電容量式センサ回路を示す回路図である。
【図8】同静電容量式センサ回路の動作を説明するため
の波形図である。
【符号の説明】
10 静電容量式センサ回路 11 AC商用電源 12 トランス 13 整流器 C4 高周波パス用コンデンサ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体が電極に接近又は接触した時の物体の
    大地間容量の変化で、発振回路の発振条件又は発振回路
    から入力される信号が変化し、この変化を検出すること
    により、物体の接近又は接触を検出する静電容量式セン
    サ回路に使用する静電容量式センサ回路用電源回路にお
    いて、 AC商用電源からの入力側と静電容量式センサ回路への
    出力側とを、高周波パス回路で接続したことを特徴とす
    る静電容量式センサ回路用電源回路。
  2. 【請求項2】物体が電極に接近又は接触した時の物体の
    大地間容量の変化で、発振回路の発振条件又は発振回路
    から入力される信号が変化し、この変化を検出すること
    により、物体の接近又は接触を検出する静電容量式セン
    サ回路に使用する静電容量式センサ回路用電源回路にお
    いて、 1次側がAC商用電源に接続されるトランスと、このト
    ランスの2次側に接続される整流器と、この整流器の出
    力を平滑する平滑回路とからなり、前記トランスの1次
    側と2次側とを、高周波パスコンデンサで接続したこと
    を特徴とする静電容量式センサ回路用電源回路。
  3. 【請求項3】物体が電極に接近又は接触した時の物体の
    大地間容量の変化で、発振回路の発振条件又は発振回路
    から入力される信号が変化し、この変化を検出すること
    により、物体の接近又は接触を検出する静電容量式セン
    サ回路に使用する静電容量式センサ回路用電源回路にお
    いて、 1次側がAC商用電源に接続されるトランスと、このト
    ランスの2次側に接続される整流器と、この整流器の出
    力を平滑する平滑回路とからなり、前記トランスの1次
    側と整流器の出力側とを、高周波パスコンデンサで接続
    したことを特徴とする静電容量式センサ回路用電源回
    路。
  4. 【請求項4】物体が電極に接近又は接触した時の物体の
    大地間容量の変化で、発振回路の発振条件又は発振回路
    から入力される信号が変化し、この変化を検出すること
    により、物体の接近又は接触を検出する静電容量式セン
    サ回路に使用する静電容量式センサ回路用電源回路にお
    いて、 AC商用電源を入力に受けて整流する第1の整流回路
    と、この第1の整流回路の出力をオン/オフするスイッ
    チング回路と、このスイッチング回路出力を変圧するト
    ランスと、このトランスの2次側出力を整流する第2の
    整流回路とからなり、前記トランスの1次側と2次側と
    を、高周波パスコンデンサで接続したことを特徴とする
    静電容量式センサ回路用電源回路。
  5. 【請求項5】物体が電極に接近又は接触した時の物体の
    大地間容量の変化で、発振回路の発振条件又は発振回路
    から入力される信号が変化し、この変化を検出すること
    により、物体の接近又は接触を検出する静電容量式セン
    サ回路に使用する静電容量式センサ回路用電源回路にお
    いて、 AC商用電源を入力に受けて整流する第1の整流回路
    と、この第1の整流回路の出力をオン/オフするスイッ
    チング回路と、このスイッチング回路出力を変圧するト
    ランスと、このトランスの2次側出力を整流する第2の
    整流回路とからなり、前記第1の整流回路の入力側と前
    記第2の整流回路の出力側とを、高周波パスコンデンサ
    で接続したことを特徴とする静電容量式センサ回路用電
    源回路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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