JP2003202383A

JP2003202383A - 近接スイッチおよび物体検出装置

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Publication number: JP2003202383A
Application number: JP2002300193A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kobayashi; 正小林
Original assignee: Honda Electron Co Ltd
Current assignee: Honda Electron Co Ltd
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: JP4035418B2; US20030080755A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーブル長や設置場所の環境などに影響され
ることがなく、動作がきわめて安定しており、ほとんど
メンテナンスフリーで使用することができるようにす
る。【解決手段】物体検出領域に配置される平板状に形成
された金属板からなる検出電極２０と、直流電源３０１
を有する充電系３０と、電流検出手段を有する放電系４
０と、検出電極２０に対して充電系３０と放電系４０と
を所定の切換周波数で交互に切り換えるスイッチＳ１と
を含み、被検出物体Ｈと検出電極２０との間の静電容量
Ｃｓを放電系４０に流れる電流Ｉｓとして検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接スイッチおよ
びこれを応用した物体検出装置に関し、さらに詳しく言
えば、設置場所の環境や引き回しケーブルなどによって
検出感度が左右されず、また、ほとんど無調整で使用で
きる近接スイッチに関するものである。本発明は、自動
ドアの開閉制御センサを初めとして種々の分野の物体検
出装置として適用される。

【０００２】

【従来の技術】近接スイッチの多くは高周波発振型であ
って、例えば自動ドアの出入り口や駐車場などに設置さ
れる金属製の一対の検知板からなる静電容量性のセンサ
部と、同軸ケーブルを介してセンサ部に接続され、アナ
ログ電圧を生成する発振検波部とを備え、発振検波部か
らのアナログ電圧とセンサ部から得られる検知信号とを
比較することにより、人や自動車などの物体を検知する
ようにしている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

【０００３】

【特許文献１】特開平７−２９４６７号公報

【特許文献２】特開平７−２８７７９３号公報

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
近接スイッチには、実用上次のような課題がある。すな
わち、センサ部の静電容量は、設置場所の温度や湿度
（水分）、それに周辺に存在する金属物などの影響を受
けて変化するが、この他にセンサ部と発振制御部とをつ
なぐケーブルの引き回し配線長によっても、そのケーブ
ルに寄生するインピーダンス成分の影響を受けて検出感
度が微妙に変化してしまう。

【０００５】したがって、工場出荷段階でセンサ部と発
振制御部のマッチングを採ったとしても、多くの場合、
設置場所ごとにケーブルの引き回し配線長が異なるた
め、その都度、再調整を必要とする。また、往々にして
設置場所の環境変化（温度や湿度など）により、動作点
が経時的に変化するため、定期的、不定期的にかかわら
ずメンテナンスを必要とする。

【０００６】特に、自動ドア用にあっては検出対象が人
であるため、安全性の面からメンテナンスは事欠かせな
い。このような理由により、高周波近接スイッチの提案
は多くなされているが、実用化されたものは数少ないの
が実情である。

【０００７】したがって、本発明の課題は、ケーブル長
や設置場所の環境などに影響されることがなく、動作が
きわめて安定しており、ほとんどメンテナンスフリーで
使用することができる近接スイッチを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明は、物体検出領域に配置される平板状に形
成された金属板からなる検出電極と、直流電源を有する
充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記検出電
極に対して上記充電系と上記放電系とを所定の切換周波
数で交互に切り換えるスイッチとを含み、被検出物体と
上記検出電極との間の静電容量を上記放電系に流れる電
流Ｉｓとして検出することを特徴としている。

【０００９】本発明の好ましい態様として、スイッチの
切替周波数ｆｏは、例えば数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨ
ｚ程度に設定される。直流電源の電圧をＶｏ，検出電極
と物体（例えば、人）との間の静電容量をＣｓとする
と、検出電極に供給される電荷Ｑ（単位；クーロン）
は、Ｑ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏで表される。

【００１０】一方、時間をｔとして、検出電極から放電
系に放出される電荷Ｑは、Ｑ＝Ｉｓ・ｔで表される。し
たがって、Ｉｓ＝（Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏ）／ｔなる式が成
り立ち、電流を考えるときｔ＝１ｓｅｃであるから、Ｉｓ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏとなる。

【００１１】すなわち、本発明の基本原理は検出電極の
静電容量Ｃｓの充放電であり、放電系に流れる電流Ｉｓ
は、もっぱら検出電極の静電容量Ｃｓのみに依存するた
め、物体検出感度は検出電極と検出回路（制御部）とを
つなぐケーブルの配線長などに影響されない。

【００１２】実際の使用においては、検出電極と周囲の
グランドとの間の浮遊容量の変化が誤検出の原因となる
ことがあるため、検出電極の裏面側にグランド電極が設
けられるが、そうすると、上記静電容量Ｃｓに対してグ
ランド電極によるきわめて大きな静電容量Ｃｏが並列に
接続されることになる。

【００１３】このグランド電極を設けることによって発
生する静電容量Ｃｏの検出感度に対する影響を排除する
には、第１の方法として、そのグランド電極と検出電極
間の静電容量に起因して放電系に流れる増加分の電流Ｉ
ｏを吸い込む電流源を電流検出手段に対して並列に設け
ればよい。

【００１４】また、グランド電極を設けることによって
発生する静電容量Ｃｏの検出感度に対する影響を排除す
る第２の方法として、放電系に、グランド電極と検出電
極間の静電容量Ｃｏと同容量のキャパシタと、充電系の
直流電源と逆極性の第２直流電源と、上記キャパシタに
対して第２直流電源と放電系とを上記スイッチと同期し
て交互に切り換える第２スイッチとを設けてもよい。そ
の場合、上記キャパシタの代替として、検出電極とグラ
ンド電極と同一の組み合わせからなる一対の電極板を用
いてもよい。

【００１５】検出電極と、充電系および放電系は、同軸
ケーブルによってつながれるため、そのケーブル長や屈
曲状態によっては、そのケーブルが有する静電容量の変
化が、時には物体の接近による静電容量変化分より大き
く現れることが想定される。

【００１６】これを防止するため、本発明では、物体検
出領域に配置される平板状に形成された金属板からなる
検出電極と、同検出電極と対向的に配置される接地され
たグランド電極と、直流電源を有する充電系と、電流検
出手段を有する放電系と、中心導体の周りに内皮シール
ドおよび外皮シールドを有する２重シールド線とを含
み、上記検出電極を上記中心導体の一端に接続し、その
他端側に同中心導体に対して上記充電系と上記放電系と
を所定の切換周波数で交互に切り換える第１スイッチを
設けるとともに、上記内皮シールドに上記第１スイッチ
と同期して同内皮シールドを上記充電系と接地とに交互
に切り換える第２スイッチを設け、上記グランド電極を
上記外皮シールドに接続することを特徴としている。

【００１７】これによれば、内皮シールドと中心導体と
が常に同電位に保たれるため、その間に静電容量は発生
しない。より好ましくは、上記検出電極と上記グランド
電極との間にガード電極を配置し、上記ガード電極を上
記内皮シールドに接続することが推奨される。

【００１８】次に、接近する物体を高感度に検出するた
め、本発明は、ともに平板状に形成された同一サイズの
金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並
設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する
充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１お
よび第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電
系と上記放電系とに交互に切り換えるスイッチ手段とを
備えていることを特徴としている。

【００１９】例えば、一方の検出電極に正極電圧を供給
するとともに、他方の検出電極に負極電圧を供給する
と、一方の検出電極から上記放電系に流れる電流は＋Ｉ
ｓａ，他方の検出電極から上記放電系に流れる電流は−
Ｉｓｂとなり、各検出電極の静電容量がバランスしてい
れば、上記放電系に流れる電流は０となる。物体が近づ
いて、そのバランスが崩れると、上記放電系には静電容
量の差に応じた電流が流れ、これにより物体を検知でき
る。

【００２０】なお、第１および第２検出電極に、同極電
圧を供給する場合には、放電系内において、減算器によ
り一方の検出電極から得られる電流Ｉｓａと他方の検出
電極から得られる電流Ｉｓｂとを減算すればよい。

【００２１】次に、外来誘導雑音を除去するため、本発
明は、ともに平板状に形成された同一サイズの金属板か
らなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される
第１および第２検出電極と、直流電源を有する充電系
と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第
２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上
記放電系とに交互に切り換える主スイッチ手段とを含む
近接スイッチにおいて、上記放電系は、上記主スイッチ
手段と上記電流検出手段との間に並列的に設けられてい
て、上記第１検出電極側に接続される第１放電回路と、
上記第２検出電極側に接続される第２放電回路とを備
え、上記いずれか一方の放電回路には、キャパシタと、
同キャパシタの両端を交代的に同放電回路から切り離し
て接地端子に接続する副スイッチとからなる信号反転回
路が設けられており、上記主スイッチ手段が切り替えら
れるごとに、上記副スイッチにより上記キャパシタの極
性が反転されることを特徴としている。

【００２２】また別の形態として、本発明には、ともに
平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体
検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第
２検出電極と、これら検出電極の各々に共通として対向
的に配置される駆動電極と、直流電源を有する充電系
と、コンデンサおよび電流検出手段を有する放電系と、
上記直流電源の少なくとも一方の極を上記駆動電極に所
定の切替周波数をもって選択的に接続する第１スイッチ
と、同第１スイッチと同期して上記検出電極の各々をと
もに上記直流電源の上記一方の極と上記コンデンサとに
交代的に接続する第２スイッチと、上記各スイッチと同
期して上記コンデンサを上記各検出電極と上記電流検出
手段とに交代的に接続する第３スイッチとを備えている
近接スイッチが含まれる。

【００２３】この場合、上記第１および第２検出電極と
上記駆動電極との間に、上記検出電極と同一サイズの金
属板からなる第１および第２ガード電極が配置され、上
記第１検出電極と上記第１ガード電極、上記第２検出電
極と上記第２ガード電極とがそれぞれ増幅率１倍のオペ
アンプを介して接続されていることが好ましく、これに
よれば、物体検出感度をより高めることができる。

【００２４】さらに別の形態として、本発明には、とも
に平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物
体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および
第２検出電極と、これら検出電極の各々に共通として対
向的に配置される駆動電極と、直流電源を有する充電系
と、第１，第２コンデンサおよび電流検出手段を有する
放電系と、上記直流電源の少なくとも一方の極を上記駆
動電極に所定の切替周波数をもって選択的に接続する第
１スイッチと、同第１スイッチと同期して上記検出電極
の各々を上記第１コンデンサの両極に交互に入れ替えて
接続する同期検波用の第２スイッチと、上記各スイッチ
と同期して上記第２コンデンサを上記第１コンデンサと
上記電流検出手段とに交代的に接続する第３スイッチと
を備えている近接スイッチが含まれる。

【００２５】なお、上記第３スイッチの切替周波数は、
上記第１および第２スイッチの切替周波数の２倍に設定
されることが好ましい。また、周辺に存在するラジオ受
信機などに対する妨害を少なくするうえで、上記充電系
と上記放電系とを切り替えるスイッチの切替周波数は、
複数の異なる周波数を含む複合周波数であることが好ま
しい。

【００２６】本発明には、上記各近接スイッチを複数組
み備え、隣接する組みの各検出電極を所定の平面もしく
は曲面に沿って交互に配置することを基本的な構成とす
る物体検出装置が含まれる。

【００２７】この物体検出装置において、不感帯をなく
すとともに、放射雑音を低減するため、各検出電極の奇
数番目と偶数番目とでは異なる極性の駆動電圧が印加さ
れることが好ましい。この物体検出装置は、特に自動ド
アの戸先センサや自動ドアの出入り口床面に配置される
マットセンサに好適である。

【００２８】また、本発明には、別の応用例として被検
出物体からその個々の検出情報を得ることができる物体
検出装置が含まれる。この物体検出装置は、同一平面上
に行方向および列方向に沿って並設された複数の検出電
極を含むセンサ面と、誘電体層を介して上記センサ面の
背面側のほぼ全面にわたって配置された駆動電極と、直
流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系
と、上記駆動電極の反センサ面側で上記センサ面の行方
向もしくは上記列方向のいずれか一方に沿って配線され
た複数の充電用配線およびいずれか他方に沿って配線さ
れた複数の放電用配線と、上記各検出電極を個別的に上
記充電用配線もしくは上記放電用配線のいずれかに選択
的に接続する検出電極切換スイッチと、上記各充電用配
線を上記充電系の直流電源に順次接続する第１スキャナ
スイッチと、上記各放電用配線を上記放電系の電流検出
手段に順次接続する第２スキャナスイッチと、上記駆動
電極を上記充電系の直流電源もしくは接地のいずか一方
に選択的に接続する駆動電極切換スイッチと、上記各ス
イッチを制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、
上記第１スキャナスイッチを切り換えて上記充電用配線
を一つずつ上記直流電源に接続するごとに、上記駆動電
極切換スイッチを上記直流電源側に切り換えるととも
に、上記第１スキャナスイッチにて選択された上記充電
用配線に沿って存在する上記検出電極切換スイッチを同
充電用配線側に切り換える第１ステップと、上記第１ス
テップ後において、上記駆動電極切換スイッチを上記接
地側に切り換えるとともに、上記第１ステップで上記充
電用配線側に切り換えられた上記検出電極切換スイッチ
を上記放電用配線側に切り替える第２ステップと、上記
第２ステップ後において、上記第２スキャナスイッチを
一巡するように順次切り換える第３ステップとを実行す
ることを特徴している。

【００２９】この物体検出装置によれば、例えば検出電
極を床面に敷き並べることにより、人の存在はもとよ
り、その移動方向までをも検出することができる。ま
た、個々の検出電極をＣＣＤカメラの画素程度の大きさ
とすることにより、例えば人の指紋などをも検出するこ
とができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】まず、図１を参照して、本発明に
係る近接センサ１０Ａの基本的な構成について説明す
る。

【００３１】この近接センサ１０Ａは、物体検出領域に
配置される平板状に形成された金属板からなる検出電極
２０と、直流電源３０１を有する充電系３０と、例えば
電流−電圧変換器からなる電流検出手段４１を有する放
電系４０と、検出電極２０に対して充電系３０と放電系
４０とを所定の切換周波数で交互に切り換えるスイッチ
Ｓ１とを含み、人などの被検出物体Ｈと検出電極２０と
の間の静電容量を放電系に流れる電流Ｉｓとして検出す
る。

【００３２】この例において、スイッチＳ１はアナログ
式スイッチであり、その切替周波数ｆｏは例えば数１０
ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度に設定される。直流電源３
０１の電圧をＶｏ，検出電極２０と被検出物体Ｈとの間
の静電容量をＣｓとすると、検出電極に供給される電荷
Ｑ（単位；クーロン）は、Ｑ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏで表さ
れる。なお、１秒間に１クーロンの電荷が運ばれるとき
の電流が１Ａである。

【００３３】一方、時間をｔとして、検出電極から放電
系に放出される電荷Ｑは、Ｑ＝Ｉｓ・ｔで表される。し
たがって、Ｉｓ＝（Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏ）／ｔなる式が成
り立ち、電流を考えるときｔ＝１ｓｅｃであるから、Ｉｓ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏとなる。

【００３４】このように、本発明の基本原理は検出電極
２０が有する静電容量Ｃｓの充放電であり、放電系に流
れる電流Ｉｓは、もっぱら検出電極２０の静電容量Ｃｓ
のみに依存するため、理論上、物体検出感度は検出電極
と検出回路（制御部）とをつなぐケーブルの配線長など
に影響されない。

【００３５】しかしながら、実際の使用においては、検
出電極２０と周囲のグランドとの間の浮遊容量の変化が
誤検出の原因となることがあるため、図２に示すよう
に、検出電極２０の裏面側にグランド電極２１が設けら
れるが、そうすると、上記静電容量Ｃｓに対してグラン
ド電極２１によるきわめて大きな静電容量Ｃｏが並列に
接続されることになる。実験によれば、静電容量Ｃｓが
０．１ｐＦ程度であるのに対して、静電容量Ｃｏは１０
０ｐＦ程度の値を示す。

【００３６】このグランド電極２１を設けることによっ
て発生する静電容量Ｃｏの検出感度に対する影響を排除
するため、この実施形態では、上記静電容量Ｃｏに起因
して放電系４０に流れる増加分の電流Ｉｏを吸い込む電
流源４０１を放電系４０に対して並列に設け、上記静電
容量Ｃｓによる電流Ｉｓのみを放電系４０の電流検出手
段４１で検出するようにしている。

【００３７】静電容量Ｃｏによる電流Ｉｏを除去する別
の方法として、図３に示すように、放電系４０に、グラ
ンド電極２１と検出電極２０間の静電容量Ｃｏと同容量
のキャパシタ４０１と、充電系３０の直流電源３０１と
同電圧かつ逆極性である第２の直流電源４０２と、キャ
パシタ４０１に対して直流電源４０２と放電系４０とを
上記スイッチＳ１と同期して交互に切り換える第２のス
イッチＳ２とを設けてもよい。

【００３８】スイッチＳ２は、スイッチＳ１が放電系４
０側に切り替えられるに伴って放電系４０側に切り替え
られ、これにより電流Ｉｏの電荷がキャパシタ４０１に
蓄電される。次に、スイッチＳ２は、スイッチＳ１が充
電系３０側に切り替えられるに伴って直流電源４０２側
に切り替えられる。これにより、キャパシタ４０１に逆
電圧がかけられるため、キャパシタ４０１に蓄電された
電荷が消失する。

【００３９】このようにして、静電容量Ｃｏによる電流
Ｉｏがキャンセルされ、静電容量Ｃｓによる電流Ｉｓの
みが放電系４０の電流検出手段４１で検出されるが、図
４に示すように、キャパシタ４０１に代えて、検出電極
２０とグランド電極２１と同一の組み合わせからなる静
電容量Ｃｏを有する一対の電極板４０３，４０３を用い
てもよい。

【００４０】次に、図５に示すように、検出電極２０と
充放電系３０，４０とは、ケーブル５０によってつなが
れるが、そのケーブル長や屈曲状態、また周囲温度など
によっては、そのケーブルが有する静電容量の変化が、
時には被検出物体Ｈの接近による静電容量変化分より大
きく現れ、誤検出や感度低下をきたすことがある。そこ
で、この実施形態では、ケーブル５０に二重シールド線
を用い、次のような対策を講じている。

【００４１】二重シールド線５０の中心導体５１の一端
に検出電極２０を接続する。中心導体５１の他端は、ス
イッチＳ１を介して充電系３０と放電系４０とに交代的
に接続可能とする。また、二重シールド線５０の中シー
ルド５２をスイッチＳ１ａを介して充電系３０と別に用
意された放電系４０ａとに交代的に接続可能とする。グ
ランド電極２１は二重シールド線５０の外シールド５３
に接続する。なお、外シールド５３は接地する。

【００４２】スイッチＳ１とスイッチＳ１ａは同期して
切り替える。すなわち、スイッチＳ１が充電系３０の直
流電源３０１に接続されるとき、スイッチＳ１ａも直流
電源３０１に接続されるようにし、また、スイッチＳ１
が放電系４０側に切り替えられるとき、スイッチＳ１ａ
も放電系４０ａ側に切り替えられるようにする。

【００４３】これにより、中心導体５１と中シールド５
２は常に同電位に保たれるため、二重シールド線５０の
静電容量の影響を受けることなく、検出電極２０の静電
容量Ｃｓによる電流Ｉｓのみを正確に測定することがで
きる。このことは、設置場所に応じて異なるケーブルの
静電容量分を、その都度調整する必要がなくなることを
意味する。

【００４４】より好ましい実施形態として、図６に示す
ように、検出電極２０とグランド電極２１との間にガー
ド電極２２を配置し、このガード電極２２を中シールド
５２に接続する。他の構成は図５と同じであってよい。
これによれば、検出電極２０とガード電極２２とが常に
同電位に保たれ、グランド電極２１による静電容量Ｃｏ
の影響も排除することができるため、各電極板間の間隔
を狭めて電極全体の厚みをきわめて薄くできる。

【００４５】次に、図７を参照して、本発明による別の
近接スイッチ１０Ｂについて説明する。この近接スイッ
チ１０Ｂは、ともに平板状に形成された同一サイズの金
属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設
される第１および第２検出電極２０１，２０２を備えて
いる。なお、この例では各検出電極２０１，２０２の裏
面側に、それらに共通なグランド電極２１が配置されて
いる。

【００４６】この近接スイッチ１０Ｂにおいても、充電
系３０および放電系４０を有しているが、この実施形態
では、充電系３０には電圧（絶対値）が同一の正極電源
３０１と負極電源３０２とが設けられている。また、放
電系４０は各検出電極２０１，２０２に対して共通とな
っており、この放電系４０には、出力手段としてオペア
ンプよりなる電流検出手段としての電流−電圧変換器４
１が接続されている。

【００４７】第１検出電極２０１はスイッチＳ１１によ
り正極電源３０１と放電系４０とに切り替えられ、ま
た、第２検出電極２０２はスイッチＳ１２により負極電
源３０２と放電系４０とに切り替えられる。スイッチＳ
１１とスイッチＳ１２は同期して切り替えられる。

【００４８】すなわち、第１検出電極２０１が正極電源
３０１に接続されるとき、第２検出電極２０２も同時に
負極電源３０２に接続され、また、第１検出電極２０１
が放電系４０に接続されるとき、第２検出電極２０２も
同時に放電系４０に接続される。

【００４９】ここで、第１検出電極２０１から放電系４
０に供給される電流をＩｓａ，第２検出電極２０２から
放電系４０に供給される電流をＩｓｂとすると、電流−
電圧変換器４１には、それらの加算電流Ｉｓａ＋Ｉｓｂ
が流れる。なお、この例において、電流極性はＩｓａが
（＋）で、Ｉｓｂは（−）である。

【００５０】例えば周辺に被検出物体Ｈが存在しない
か、または、被検出物体Ｈが検出電極２０１，２０２の
間の中央に存在して、第１検出電極２０１の静電容量Ｃ
ｓ１と、第２検出電極２０２の静電容量Ｃｓ２とがバラ
ンスしているとき、加算電流Ｉｓａ＋Ｉｓｂ＝０とな
り、したがって出力電圧も０となる。

【００５１】これに対して、例えば被検出物体Ｈが接近
して、静電容量Ｃｓ１と静電容量Ｃｓ２のバランスが崩
れると、加算電流Ｉｓａ＋Ｉｓｂ≠０となり、その差分
の電流をＩｄ，オペアンプの帰還（増幅）抵抗値をＲと
して、電流−電圧変換器４１からＩｄ×Ｒなる電圧が出
力される。なお、オペアンプの−入力端子はイマジナリ
ショートが成立しているため、その入力インピーダンス
は０である。

【００５２】なお、この近接スイッチ１０Ｂを複数組み
用いる場合、図８に示すように、各組みの正極側検出電
極２０１と負極側検出電極２０２を交互に配置すること
により、各組みの出力電圧が０Ｖを中心に±に変化す
る。例えば、被検出物体Ｈの接近により１００ｍＶの変
化があったとき、０Ｖ中心の変化であるならば、安価な
８ビットＡ／Ｄ変換器で対応可能である。また、交互配
列により不感帯もなくすことができる。

【００５３】上記実施形態では、第１検出電極２０１と
第２検出電極２０２とに異なる極性の電源を用いている
が、同極電源としてもよく、その場合には、一方の検出
電極２０１から得られる電流Ｉｓａと他方の検出電極２
０２から得られる電流Ｉｓｂとを減算して、電流−電圧
変換器４１に通せばよい。

【００５４】ところで、近接スイッチ１０Ｂでは、第１
検出電極２０１と第２検出電極２０２とを同一平面上に
並置しているため、例えば蛍光灯などから発せられる外
来誘導雑音が各検出電極２０１，２０２に同相として入
る。その外来誘導雑音により放電系４０に現れる一つの
検出電極あたりの電流をＩｉとすると、電流−電圧変換
器４１にはＩｉ＋Ｉｉ＝２Ｉｉの誘導雑音電流が流れる
ことになる。

【００５５】この誘導雑音電流を打ち消すには、図９に
示すように、放電系４０に信号反転回路４２を設ければ
よく、次にこれについて説明する。近接スイッチ１０Ｂ
において、その放電系４０には、第１検出電極２０１側
のスイッチＳ１１から電流−電圧変換器４１に至る第１
放電回路４０ａと、第２検出電極２０２側のスイッチＳ
１２から電流−電圧変換器４１に至る第２放電回路４０
ｂとが並列的に含まれているが、この実施形態では、そ
の内の第２放電回路４０ｂ側に信号反転回路４２が設け
られている。

【００５６】この信号反転回路４２はキャパシタ４２１
を有し、このキャパシタ４２１の一方の極側には、同キ
ャパシタ４２１を第２放電回路４０ｂから切り離して接
地に接続するスイッチ４２２が設けられている。また、
キャパシタ４２１の他方の極側にも、同キャパシタ４２
１を第２放電回路４０ｂから切り離して接地に接続する
スイッチ４２３が設けられている。

【００５７】スイッチ４２２，４２３は、スイッチＳ１
１，Ｓ１２と同期して交代的に切り替えられる。すなわ
ち、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに充電系３０側に切
り替えられたとき、例えば一方のスイッチ４２２が第２
放電回路４０ｂ側に切り替えられるとすると、他方のス
イッチ４２３は接地側に切り替えられる。

【００５８】これに対して、スイッチＳ１１，Ｓ１２が
ともに放電系４０側に切り替えられたとき、一方のスイ
ッチ４２２が接地側に切り替えられ、他方のスイッチ４
２３は第２放電回路４０ｂ側に切り替えられ、この切替
動作が繰り返される。

【００５９】これによると、例えばスイッチＳ１１，Ｓ
１２がともに放電系４０側に切り替えられ、それに伴っ
て一方のスイッチ４２２が第２放電回路４０ｂ側に切り
替えられ、他方のスイッチ４２３が接地側に切り替えら
れるとすると、キャパシタ４２１には、第２検出電極２
０２側からの誘導雑音電流Ｉｉによる電荷が蓄積され
る。なお、第１放電回路４０ａには誘導雑音電流Ｉｉが
そのまま現れる。

【００６０】次に、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに充
電系３０側に切り替えられると、今度は、一方のスイッ
チ４２２が接地側、他方のスイッチ４２３が第２放電回
路４０ｂ側に切り替えられてキャパシタ４２１の極性が
反転するため、第１放電回路４０ａの誘導雑音電流Ｉｉ
がキャパシタ４２１に吸い込まれる。このようにして、
第１検出電極２０１と第２検出電極２０２に同相として
入り込む外来誘導雑音が打ち消されることになる。

【００６１】なお、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに放
電系４０側に切り替えられとき、一方のスイッチ４２２
が接地側に、他方のスイッチ４２３が第２検出電極２０
２側に切り替えられる場合、キャパシタ４２１には、第
１検出電極２０１側からの誘導雑音電流Ｉｉによる電荷
が蓄積される。

【００６２】そして、次にスイッチＳ１１，Ｓ１２がと
もに充電系３０に切り替えられるとき、一方のスイッチ
４２２が第２検出電極２０２側に、他方のスイッチ４２
３が接地側に切り替えられることにより、キャパシタ４
２１の極性が反転されるとともに、第２検出電極２０２
側からの誘導雑音電流Ｉｉにより、キャパシタ４２１の
電荷が打ち消しにより０となる。

【００６３】なお、検出電極２０１，２０２の寸法誤差
や配置誤差などにより、外来誘導雑音を完全に除去し切
れない場合には、図１０（ａ）に示すように、放電系４
０に＋，−電源と可変抵抗からなるＤＣバイアス回路４
３を設けるとよい。この場合、電流−電圧変換器４１の
入力側はイマジナリアースとされているため、ＤＣバイ
アス回路４３を付加しても感度低下は生じない。

【００６４】また、別の方法として、図１０（ｂ）に示
すように、電流−電圧変換器４１の出力側と入力側との
間にＤＣサーボ回路４４を設けてもよい。ＤＣサーボ回
路４４は、電流−電圧変換器４１の出力を反転する反転
回路４４１と、サーボ信号を電流−電圧変換器４１の入
力側に帰還する積分回路４４２と、反転回路４４１と積
分回路４４２との間に並列的に設けられた抵抗Ｒ_０，Ｒ
_１（Ｒ_０≪Ｒ_１）およびこれらを選択する２つのスイッ
チ４４３，４４４とを備えている。

【００６５】低抵抗Ｒ_０側のスイッチ４４３が、電源投
入時に応答を速くするスイッチで通常動作時はオフに設
定される。高抵抗Ｒ_１側のスイッチ４４４は、オフセッ
トを０にするためのスイッチで、図示しない制御手段に
より必要に応じてオンにされる。いずれにしても、電流
−電圧変換器４１の入力側が例えば−側にずれると、積
分回路４４２からそれを＋側に持ち上げようにする電圧
が出力され、これによりオフセットが打ち消される。

【００６６】上記近接スイッチ１０Ａ，１０Ｂは、いず
れも検出電極が有する静電容量の充放電をその基本的な
動作原理としているが、次に、コンデンサの平衡回路に
基づく本発明の近接スイッチの実施形態について説明す
る。

【００６７】まず、図１１を参照して、この近接スイッ
チ１０Ｃは、同一平面上に配置される同一の大きさの金
属板からなる第１および第２検出電極６１ａ，６１ｂ
と、その裏面側に各検出電極６１ａ，６１ｂに共通とし
て配置される駆動電極６３とを備えるが、この実施形態
では、駆動電極６３の裏面側にさらにグランド電極６４
が配置されている。なお、駆動電極６３を２枚として、
各検出電極６１ａ，６１ｂの裏面側に配置してもよい。

【００６８】このほかに、この近接スイッチ１０Ｃは直
流電源６５およびその電源ライン６５ａと、各検出電極
６１ａ，６１ｂの静電容量の差分の電荷を蓄電するため
のコンデンサ６６と、同コンデンサ６６から供給される
電流を電圧として検出する電流−電圧変換器４１と、５
つのスイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅとを備えている。

【００６９】この実施形態において、直流電源６５は片
電源として用いられ、電源ライン６５ａはスイッチ６ａ
を介して直流電源６５の＋Ｅ（正極側）とアース（０電
位）とに交代的に接続され、電源ライン６５ａには駆動
電極６３が接続されている。第１検出電極６１ａは、ス
イッチ６ｂを介して電源ライン６５ａとコンデンサ６６
の一方の極６６ａとに交互に切り換え接続される。

【００７０】また、第２検出電極６１ｂも、スイッチ６
ｃを介して電源ライン６５ａとコンデンサ６６の他方の
極６６ｂとに交互に切り換え接続される。コンデンサ６
６の両極６６ａ，６６ｂは、スイッチ６ｄ，６ｅを介し
て検出電極６１ａ，６１ｂ側と電流−電圧変換器４１側
とに交互に切り換え接続される。なお、この実施形態で
は、コンデンサ６６と電流−電圧変換器４１との間に、
平滑コンデンサ６６１が接続されている。

【００７１】スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅは、所定の切替周
波数で同期的に切り替えられる。すなわち、図示実線で
示すように、スイッチＳ６ａが直流電源６５の＋Ｅ側に
接続されるとき、これと同期してスイッチ６ｂ，６ｃ
は、ともに電源ライン６５ａ側に接続され、スイッチ６
ｄ，６ｅは、ともに電流−電圧変換器４１側に接続され
る。これにより、検出電極６１ａ，６１ｂおよび駆動電
極６３には、直流電源６５から同電圧が印加される。

【００７２】これに対して、図示鎖線で示すように、ス
イッチＳ６ａが直流電源６５のアース側に接続されると
き、これと同期してスイッチ６ｂ，６ｃは、ともにコン
デンサ６６側に接続され、スイッチ６ｄ，６ｅは、とも
に検出電極６１ａ，６１ｂ側に接続される。

【００７３】次に、図１２を参照して、この近接スイッ
チ１０Ｃの動作について説明する。まず、各スイッチＳ
６ａ〜Ｓ６ｅを図１１の実線で示す切替状態として、検
出電極６１ａ，６１ｂおよび駆動電極６３を直流電源６
５の＋Ｅに接続すると、図１２（ａ）に示すように、検
出電極６１ａ，６１ｂと駆動電極６３は同電位となり、
それらの間の静電容量Ｃｏは０となる。また、検出電極
６１ａ，６１ｂには印加電圧＋Ｅにより、それぞれＣｓ
ａ，Ｃｓｂなる電荷が蓄積される。

【００７４】次に、各スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅを図１１
の鎖線で示す切替状態として、検出電極６１ａ，６１ｂ
を直流電源６５から切り離してコンデンサ６６に接続す
るとともに、駆動電極６３をアースに落とすと、図１２
（ｂ），（ｃ）に示すように、検出電極６１ａにはＣ
ｏ：Ｃｓａの比に分圧された電圧Ｖａが現れ、同様に、
検出電極６１ｂにもＣｏ：Ｃｓｂの比に分圧された電圧
Ｖｂが現れる。すなわち、Ｃｓａ：Ｃｓｂ＝Ｖａ：Ｖｂなる関係となる。

【００７５】ここで、検出電極６１ａ，６１ｂに人など
が近づいて、Ｃｓａ≠ＣｓｂすなわちＶａ≠Ｖｂであっ
たとすると、図１２（ｄ）に示すように、検出電極６１
ａ，６１ｂに蓄電された電荷の差分Ｃｘがコンデンサ６
６に転送される。なお、コンデンサ６６の静電容量は上
記静電容量Ｃｏよりも十分大きなものとする。

【００７６】再び、各スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅを図１１
の実線で示す切替状態とすると、図１２（ｄ）に示すよ
うに、コンデンサ６６に蓄電された電荷Ｃｘが電流−電
圧変換器４１に供給され、コンデンサ６６の電荷が０に
なる。これが繰り返されることにより、電流−電圧変換
器４１には各検出電極６１ａ，６１ｂの静電容量Ｃｓ
ａ，Ｃｓｂの差に応じた出力が現れる。

【００７７】この近接スイッチ１０Ｃによれば、回路が
対称であるため電気的なバランスがよい。電流−電圧変
換器４１の検出側には、検出電極６１ａ，６１ｂ間の電
荷の差分に応じた微小電流しか流れないため、Ｓ／Ｎ比
がよい。回路基板の一方の面に検出電極６１ａ，６１ｂ
を設け、他方の面に駆動電極６３を配置することによ
り、引き回しケーブルが不要で検出部をユニット化でき
る、という利点が得られる。

【００７８】なお、スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅはアナログ
スイッチであってもよいし、ＦＥＴやＣＭＯＳなどの電
子スイッチであってもよい。直流電源６５に関して、上
記実施形態では＋Ｅ−アースの片電源としているが、当
然に−Ｅ−アースの片電源であってもよく、さらには±
Ｅのバイポーラ電源としてもよい。

【００７９】この近接スイッチ１０Ｃには、次のような
変形例が含まれる。すなわち、図１３に示すように、検
出電極６１ａと駆動電極６３との間、また、検出電極６
１ｂと駆動電極６３との間に、検出電極６１ａ，６１ｂ
と同一サイズの金属板からなる第１および第２ガード電
極６１１，６２１をそれぞれ配置する。

【００８０】そして、第１検出電極６１ａと第１ガード
電極６１１を増幅率１倍のオペアンプ６１２を介して接
続し、また同じく、第２検出電極６１ｂと第２ガード電
極６２１とを増幅率１倍のオペアンプ６２２を介して接
続する。

【００８１】これによれば、引き回しケーブルの影響を
ほぼ完全に除去することができる。なお、この変形例に
おいて、駆動電極６３はなくてもよいが、安定性の面か
らすれば、駆動電極６３はあった方が好ましい。

【００８２】また、図１４に示すように、スイッチＳ６
ｂ，Ｓ６ｃを介して得られる検出電極６１ａ，６１ｂの
出力を差動増幅器７０で受けるようにしてもよい。な
お、差動増幅器７０の入力端子間には、スイッチＳ６
ｂ，Ｓ６ｃの接点抵抗などのばらつきを補正するための
可変抵抗７１が接続されている。

【００８３】次に、図１５に示す近接スッチ１０Ｄにつ
いて説明する。この近接スッチ１０Ｄは、図１１で説明
した近接スッチ１０Ｃと技術的に同列に位置するもの
で、したがって近接スッチ１０Ｃの構成要素と同一もし
くは同一と見なされてよい構成要素には同じ参照符号を
用いている。

【００８４】この近接スッチ１０Ｄにおいては、直流電
源６５を例えば＋Ｅと−Ｅのパイポーラ電源として用い
る。また、上記コンデンサ６６を第１コンデンサとし
て、この第１コンデンサ６６の入力側（検出電極側）に
設けられ、スイッチ６ｄ，６ｅを介して第１コンデンサ
６６に並列に接続される第２コンデンサ６７を備える。

【００８５】この近接スッチ１０Ｄでは、駆動電極６３
のみがスイッチＳ６ａを介して直流電源６５に接続され
るようになっており、検出電極６１ａ，６１ｂは、スイ
ッチＳ６ｂ，Ｓ６ｃを介して第２コンデンサ６７の一方
の極６７ａと他方の極６７ｂとに交代的に切替接続され
る。

【００８６】スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅは、所定の切替周
波数で同期的に切り替えられるが、この場合、スイッチ
Ｓ６ａの切替周波数がｆであるとすると、スイッチＳ６
ｂ，Ｓ６ｃは同じ切替周波数ｆで切り替えられ、スイッ
チＳ６ｄ，Ｓ６ｅは好ましくはその２倍の周波数２ｆで
切り替えられる。

【００８７】図１６を参照して、直流電源６５より駆動
電極６３に印加される電圧をＶｏ，駆動電極６３と各検
出電極６１ａ，６１ｂとの間に発生する静電容量をＣ
ｏ，検出電極６１ａ，６１ｂと例えば接地間の静電容量
をそれぞれＣｓａ，Ｃｓｂとすると、検出電極６１ａ，
６１ｂの誘導電圧Ｖａ，Ｖｂと電圧Ｖｏは次のような比
例関係となる。Ｃｏ：Ｃｓａ＝Ｖｏ：（Ｖｏ−Ｖａ）Ｃｏ：Ｃｓｂ＝Ｖｏ：（Ｖｏ−Ｖｂ）

【００８８】次に、この近接スイッチ１０Ｄの動作の一
例について説明する。まず、図１７（ａ）に示すよう
に、駆動電極６３がスイッチＳ６ａにより直流電源６５
の＋Ｅ側に接続されるとき、検出電極６１ａはスイッチ
Ｓ６ｂにより第２コンデンサ６７の一方の極６７ａに接
続され、検出電極６１ｂはスイッチＳ６ｃにより第２コ
ンデンサ６７の他方の極６７ｂに接続される。なお、第
１コンデンサ６６は第２コンデンサ６７から切り離さ
れ、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅにより電流−電圧変換器４
１側に接続される。

【００８９】次に、図１７（ｂ）に示すように、駆動電
極６３がスイッチＳ６ａにより直流電源６５の−Ｅ側に
接続されるとき、検出電極６１ａはスイッチＳ６ｂによ
り第２コンデンサ６７の他方の極６７ｂに接続され、検
出電極６１ｂはスイッチＳ６ｃにより第２コンデンサ６
７の一方の極６７ａに接続される。このときにも、第１
コンデンサ６６は電流−電圧変換器４１側に接続された
ままの状態とされる。

【００９０】このようにして、駆動電極６３に対する電
源の切替と同期して同期検波が行われる。図１８に一方
の検出電極６１ａの同期検波波形を示す。これにより、
第２コンデンサ６７には、検出電極６１ａ，６１ｂの誘
導電圧Ｖａ，Ｖｂの差分の電荷Ｃｘが蓄電される。

【００９１】そして、再び駆動電極６３が直流電源６５
の＋Ｅ側に接続されるとき、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅが
第２コンデンサ６７側に切り替えられて、その電荷Ｃｘ
が第１コンデンサ６６に転送され、その後の所定のタイ
ミング時点で、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅが電流−電圧変
換器４１側に切り替えられる。

【００９２】なお、第１コンデンサ６６の前段に第２コ
ンデンサ６７があるため、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅの切
替周波数を他のスイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｃと同じとしても
よく、その場合には、近接スイッチ１０Ｄの回路を図１
９に示すように組み替えてもよい。

【００９３】上記近接スイッチ１０Ｃ，１０Ｄは最小単
位として一対の検出電極６１ａ，６１ｂを有し、その各
々に駆動電極６３が設けられるが、複数対の検出電極を
並べて使用する際には、その駆動電極６３から放射され
る雑音を低減するため、図２０に示すように、検出電極
６１１ａと６１１ｂが対、検出電極６１２ａと６１２ｂ
が対であるとして、それらを交互に配置し、かつ、それ
らの各駆動電極６３１と駆動電極６３２に印加する電圧
の極性を交互に入れ替えることが好ましい。

【００９４】本発明には、上記近接スイッチ１０Ｂ，１
０Ｃ，１０Ｄのいずれかを複数組み所定の平面もしくは
曲面に沿って交互に配置してなる物体検出装置が含ま
れ、その用途としては、例えば、図２１（ａ）に示すよ
うに、自動ドア７００の戸先センサ７０１がある。ま
た、図２１（ｂ）に示すように、自動ドア７００のマッ
トセンサ７０２としても使用できる。

【００９５】さらには、図２１（ｃ）に示すように、各
検出電極をマトリクス状に並べて平面センサ８００とす
ることも可能である。特に、この平面センサ８００によ
れば、単なる物体検知だけでなく、その物体がどの位置
に存在しているかまで検知することができる。

【００９６】次に、図２２の模式的な斜視図および図２
３の配線図を参照して、図２１（ｃ）に示す平面センサ
８００の構成をその駆動系を含めてさらに詳しく説明す
る。この平面センサ８００は、同一平面上に行方向（Ｘ
方向）および列方向（Ｙ方向）に沿ってマトリクス状に
並設された複数の検出電極８１１を含むセンサ面８１０
を備えている。

【００９７】なお、行数がＸ１〜Ｘｎ，列数がＹ１〜Ｙ
ｍ（ｍ，ｎは２以上の任意に選択される整数）であると
して、以下の説明において、個々の検出電極を指す必要
がある場合にはその位置を表すため符号Ｘ，Ｙを用い、
各検出電極の共通事項を説明する場合には総称としての
符号８１１を用いる。

【００９８】各検出電極８１１には平板状の金属板が用
いられ、その大きさはこの平面センサ８００の用途に応
じて適宜選択される。例えば、人の存在や歩く方向を検
出するため室内の床面に配置される場合には、人の足の
大きさ程度であってよい。

【００９９】別の例として、人の指紋の検出に用いられ
るならば、平面センサ８００自体がいわゆる切手サイズ
とされることから、各検出電極８１１はミクロン（μ
ｍ）オーダーの大きさとされる。図２２には詳しく示さ
れていないが、各検出電極８１１の支持板には例えばガ
ラス板や合成樹脂板が用いられ、その支持板上に各検出
電極８１１が上記したようにマトリクス状に配置され
る。なお、指紋センサなどの小型センサとする場合に
は、例えば蒸着法もしくはスパッタ法によりシリコンウ
ェハに検出電極としての金属膜を形成すればよい。

【０１００】センサ面８１０の背面側には、図示しない
所定の誘電体層を介して駆動電極８２０が配置される。
駆動電極８２０にも、平板状の金属板が用いられるが、
その大きさはセンサ面８１０と同じかそれよりも大き
い。センサ面８１０と駆動電極８２０との間に介在され
る誘電体層は、センサ面８１０の支持板である例えば合
成樹脂板やガラス板などとなるが、それに加えてさらに
別の合成樹脂板もしくは空気層を介在させてもよい。

【０１０１】この平面センサ８００においても、直流電
源８３１を有する充電系８３０と、電流検出手段として
の電流−電圧変換器（電流検出手段）８４１を有する放
電系８４０とを備えるが、個々の検出電極８１１から検
出情報が得られるようにするため、次のような手段を講
じている。

【０１０２】すなわち、センサ面８１０の行方向（Ｘ方
向）に沿って、その行数と同数の充電用配線８５０（８
５０_１〜８５０_ｎ）が設けられており、また、センサ面
８１０の列方向（Ｙ方向）に沿って、その列数と同数の
放電用配線８６０（８６０_１〜８６０_ｍ）が設けられて
いる。充電用配線８５０および放電用配線８６０は、と
もに駆動電極８２０の反センサ面側（図２２において下
側）に配置される。

【０１０３】充電用配線８５０と充電系８３０との間に
は、各充電用配線８５０_１〜８５０ _ｎを充電系８３０の
直流電源９３１に順次接続するための第１スキャナスイ
ッチ８７１が設けられ、また、放電用配線８６０と放電
系８４０とのとの間には、各放電用配線８６０_１〜８６
０_ｍを放電系８４０の電流−電圧変換器８４１に順次接
続するための第２スキャナスイッチ８７２が設けられ
る。

【０１０４】各検出電極８１１は、駆動電極８２０を電
気絶縁的に貫通して下方に引き出される引出線８１２を
備え、引出線８１２の各々には充電用配線８５０と放電
用配線８６０とに選択的に切り換えられる検出電極切換
スイッチ８１３が設けられている。検出電極（Ｘ１Ｙ
１）を例にして説明すると、この検出電極（Ｘ１Ｙ１）
は、検出電極切換スイッチ８１３により、充電用配線８
５０_１もしくは放電用配線８６０_１のいずれかに選択的
に接続される。

【０１０５】また、この平面センサ８００は、駆動電極
切換スイッチ８２１と、放電系８４０の電流−電圧変換
器８４１の出力側にＡ／Ｄ変換器８７１を介して接続さ
れる制御手段（ＣＰＵ）８７０とを備えている。駆動電
極切換スイッチ８２１は、駆動電極８２０を充電系８３
０の直流電源８３１と接地とに選択的に接続する。

【０１０６】ＣＰＵ８７０は、放電系８４０から得られ
る各検出電極８１１の検出情報を受けて各種の判定を行
う。例えば、この平面センサ８００が指紋センサである
場合には、あらかじめ登録されている指紋データと検出
指紋データとを照合したり、あるいはその検出指紋デー
タにより指紋を再現して図示しないプリンタやディスプ
レイなどに表示する。また、ＣＰＵ８７０は、各検出電
極８１１から検出情報を収集するにあたって、各スイッ
チを次のように制御する。

【０１０７】第１スキャナスイッチ８７１は、各充電用
配線８５０_１〜８５０_ｎを直流電源９３１に順次切り換
え接続するが、例えば１番目の充電用配線８５０_１が選
択されると、これと同期して駆動電極切換スイッチ８２
１を直流電源９３１側に切り換えるとともに、１行目の
検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）の各検出電極切換
スイッチ８１３を充電用配線８５０_１側に切り換える。

【０１０８】これにより、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ
１）〜（Ｘ１Ｙｍ）と駆動電極８２０とが同電位とな
り、駆動電極８２０が一種のアクティブシールドプレー
トとして作用するため、反センサ面側（回路側）からの
ノイズの影響を受けることなく、各検出電極（Ｘ１Ｙ
１）〜（Ｘ１Ｙｍ）と被検出物体との間で生ずる静電容
量を正確に検出できる。

【０１０９】また、各検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙ
ｍ）と反センサ面側の回路との間の静電容量が実質的に
０になるので、不要な容量に対する給電がなくなり、Ｓ
／Ｎ比が大幅に向上する。さらには、Ｓ／Ｎ比の向上に
伴ってセンサ表面の保護層を厚くでき機械的な強度も高
めることができる。

【０１１０】上記のようにして所定時間充電（給電）し
た後、駆動電極切換スイッチ８２１を接地側に切り換
え、また、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙ
ｍ）の各検出電極切換スイッチ８１３を放電用配線８６
０_１に切り換える。しかる後、第２スキャナスイッチ８
７２を放電用配線８６０_１〜８６０_ｍまで一巡するよう
に順次切り換える。

【０１１１】これにより、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ
１）〜（Ｘ１Ｙｍ）の各静電容量に基づく電流が電流−
電圧変換器８４１およびＡ／Ｄ変換器８７１を介してＣ
ＰＵ８７０に順次取り込まれる。

【０１１２】続いて、第１スキャナスイッチ８７１が２
番目の充電用配線８５０_２→３番目の充電用配線８５０
_３→…→ｎ番目の充電用配線８５０_ｎへと順次切り換え
られるごとに、駆動電極切換スイッチ８２１，検出電極
切換スイッチ８１３および第２スキャナスイッチ８７２
が上記のように切り換えられ、検出電極８１１の各々か
らＣＰＵ８７０に検出情報が取り込まれる。

【０１１３】なお、上記の例においては、行方向（Ｘ方
向）に充電用配線８５０を配線し、列方向に放電用配線
８６０を配線するようにしているが、これとは逆に、行
方向（Ｘ方向）に放電用配線８６０を配線し、列方向に
充電用配線８５０を配線してもよい。

【０１１４】また、各スイッチは機械式スイッチ，電子
式スイッチのいずれであってもよいが、上記した各実施
形態において、充電系と放電系とを切り換えるスイッチ
の切替周波数を固定した場合、その高調波がラジオ受信
機などに妨害を与えるおそれがある。

【０１１５】例えば、スイッチの切替周波数を６４ｋＨ
ｚの矩形波とした場合、これには多くの高調波が含ま
れ、そのうちの１０次成分は６４０ｋＨｚで、これが常
時出力されることになる。したがって、ラジオ受信機な
どの受信周波数に６４０ｋＨｚが含まれている場合には
妨害波となる。

【０１１６】これを防止するには、図２４に示すよう
に、充電系と放電系を切り替えるスッチの切替周波数
を、例えば４つの異なる周波数Ｔ１〜Ｔ４を含む複合周
波数ＴＡとし、これを繰り返して用いることが好まし
い。

【０１１７】一例として、複合周波数ＴＡを６４，６
５，６６，６７（ｋＨｚ）の組み合わせとした場合、１
０次成分については６４０，６５０，６６０，６７０
（ｋＨｚ）が交代的に出力されることになるため、ラジ
オ受信機などに対する妨害を少なくすることができる。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のように高周波発振によらないため、ケーブル長や
設置場所の環境などに影響されることがなく、動作がき
わめて安定しており、ほとんどメンテナンスフリーで使
用することができる近接スイッチが提供される。また、
この近接スイッチを応用した各種の物体検出装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な第１実施形態を示す模式図。

【図２】グランド電極の静電容量による影響を排除する
第１の方法を示す模式図。

【図３】グランド電極の静電容量による影響を排除する
第２の方法を示す模式図。

【図４】グランド電極の静電容量による影響を排除する
第３の方法を示す模式図。

【図５】ケーブルの静電容量による影響を排除する第１
の方法を示す模式図。

【図６】ケーブルの静電容量による影響を排除する第２
の方法を示す模式図。

【図７】本発明の第２実施形態を示す模式図。

【図８】上記第２実施形態の検出電極の配置の一例を示
す模式図。

【図９】上記第２実施形態において、外来誘導雑音の除
去方法を説明する回路図。

【図１０】上記外来誘導雑音の除去に適用される補正手
段を示す回路図。

【図１１】本発明の第３実施形態を示す回路図。

【図１２】上記第３実施形態の動作説明図。

【図１３】上記第３実施形態の変形例を示す回路図。

【図１４】上記第３実施形態の別の変形例を示す回路
図。

【図１５】本発明の第４実施形態を示す回路図。

【図１６】上記第４実施形態の動作原理を示す模式図。

【図１７】上記第４実施形態の動作説明図。

【図１８】上記第４実施形態の同期検波波形を示す波形
図。

【図１９】上記第４実施形態の変形例を示す回路図。

【図２０】低放射雑音化を図る検出電極の配置を示す模
式図。

【図２１】本発明の用途を例示した模式図。

【図２２】本発明による平面センサの構成を示す模式的
な斜視図。

【図２３】上記平面センサの回路図。

【図２４】本発明において、充電系と放電系とを切り替
えるスイッチの好ましい切替周波数を示す波形図。

【符号の説明】

１０Ａ〜１０Ｄ近接スイッチ２０検出電極２１グランド電極３０充電系３０１直流電源４０放電系４１電流−電圧変換器（電流検出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体検出領域に配置される平板状に形成
された金属板からなる検出電極と、直流電源を有する充
電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記検出電極
に対して上記充電系と上記放電系とを所定の切換周波数
で交互に切り換えるスイッチとを含み、被検出物体と上
記検出電極との間の静電容量を上記放電系に流れる電流
Ｉｓとして検出することを特徴とする近接スイッチ。
【請求項２】接地されたグランド電極を上記検出電極
と対向して配置するとともに、上記グランド電極と上記
検出電極間の静電容量に起因して上記放電系に流れる増
加分の電流Ｉｏを吸い込む電流源を上記電流検出手段に
対して並列に設けることを特徴とする請求項１に記載の
近接スイッチ。
【請求項３】接地されたグランド電極を上記検出電極
と対向して配置するとともに、上記放電系には、上記グ
ランド電極と上記検出電極間の静電容量と同容量のキャ
パシタと、上記充電系の直流電源と逆極性の第２直流電
源と、上記キャパシタに対して上記第２直流電源と上記
放電系とを上記スイッチと同期して交互に切り換える第
２スイッチとを設けることを特徴とする請求項１に記載
の近接スイッチ。
【請求項４】上記キャパシタとして、上記検出電極と
上記グランド電極と同一の組み合わせからなる一対の電
極板を用いることを特徴とする請求項３に記載の近接ス
イッチ。
【請求項５】物体検出領域に配置される平板状に形成
された金属板からなる検出電極と、同検出電極と対向的
に配置される接地されたグランド電極と、直流電源を有
する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、中心導
体の周りに内皮シールドおよび外皮シールドを有する２
重シールド線とを含み、上記検出電極を上記中心導体の
一端に接続し、その他端側に同中心導体に対して上記充
電系と上記放電系とを所定の切換周波数で交互に切り換
える第１スイッチを設けるとともに、上記内皮シールド
に上記第１スイッチと同期して同内皮シールドを上記充
電系と接地とに交互に切り換える第２スイッチを設け、
上記グランド電極を上記外皮シールドに接続してなるこ
とを特徴とする近接スイッチ。
【請求項６】上記検出電極と上記グランド電極との間
にガード電極を配置し、上記ガード電極を上記内皮シー
ルドに接続してなることを特徴とする請求項５に記載の
近接スイッチ。
【請求項７】ともに平板状に形成された同一サイズの
金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並
設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する
充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１お
よび第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電
系と上記放電系とに交互に切り換えるスイッチ手段とを
備えていることを特徴とする近接スイッチ。
【請求項８】上記第１および第２検出電極をともに上
記充電系に接続する際、一方の検出電極は直流電源の正
極側に接続され、他方の検出電極は直流電源の負極側に
接続され、上記第１および第２検出電極をともに上記放
電系に接続する際、上記一方の検出電極から得られる電
流Ｉｓａと上記他方の検出電極から得られる電流Ｉｓｂ
とが上記放電系内で加算されることを特徴とする請求項
７に記載の近接スイッチ。
【請求項９】上記第１および第２検出電極をともに上
記充電系に接続する際、その各検出電極は直流電源の同
一極側に接続され、上記第１および第２検出電極をとも
に上記放電系に接続する際、一方の検出電極から得られ
る電流Ｉｓａと他方の検出電極から得られる電流Ｉｓｂ
とが上記放電系内で相対的に減算されることを特徴とす
る請求項７に記載の近接スイッチ。
【請求項１０】ともに平板状に形成された同一サイズ
の金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に
並設される第１および第２検出電極と、直流電源を有す
る充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１
および第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充
電系と上記放電系とに交互に切り換える主スイッチ手段
とを含み、上記放電系は、上記主スイッチ手段と上記電
流検出手段との間に並列的に設けられていて、上記第１
検出電極側に接続される第１放電回路と、上記第２検出
電極側に接続される第２放電回路とを備え、上記いずれ
か一方の放電回路には、キャパシタと、同キャパシタの
両端を交代的に同放電回路から切り離して接地端子に接
続する副スイッチとからなる信号反転回路が設けられて
おり、上記主スイッチ手段が切り替えられるごとに、上
記副スイッチにより上記キャパシタの極性が反転される
ことを特徴とする近接スイッチ。
【請求項１１】ともに平板状に形成された同一サイズ
の金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に
並設される第１および第２検出電極と、これら検出電極
の各々に共通として対向的に配置される駆動電極と、直
流電源を有する充電系と、コンデンサおよび電流検出手
段を有する放電系と、上記直流電源の少なくとも一方の
極を上記駆動電極に所定の切替周波数をもって選択的に
接続する第１スイッチと、同第１スイッチと同期して上
記検出電極の各々をともに上記直流電源の上記同極と上
記コンデンサとに交代的に接続する第２スイッチと、上
記各スイッチと同期して上記コンデンサを上記各検出電
極と上記電流検出手段とに交代的に接続する第３スイッ
チとを備えていることを特徴とする近接スイッチ。
【請求項１２】上記第１および第２検出電極と上記駆
動電極との間に、上記検出電極と同一サイズの金属板か
らなる第１および第２ガード電極が配置されており、上
記第１検出電極と上記第１ガード電極、上記第２検出電
極と上記第２ガード電極とがそれぞれ増幅率１倍のオペ
アンプを介して接続されている請求項１１に記載の近接
スイッチ。
【請求項１３】ともに平板状に形成された同一サイズ
の金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に
並設される第１および第２検出電極と、これら検出電極
の各々に共通として対向的に配置される駆動電極と、直
流電源を有する充電系と、第１，第２コンデンサおよび
電流検出手段を有する放電系と、上記直流電源の少なく
とも一方の極を上記駆動電極に所定の切替周波数をもっ
て選択的に接続する第１スイッチと、同第１スイッチと
同期して上記検出電極の各々を上記第１コンデンサの両
極に交互に入れ替えて接続する同期検波用の第２スイッ
チと、上記各スイッチと同期して上記第２コンデンサを
上記第１コンデンサと上記電流検出手段とに交代的に接
続する第３スイッチとを備えていることを特徴とする近
接スイッチ。
【請求項１４】上記第３スイッチの切替周波数が、上
記第１および第２スイッチの切替周波数の２倍に設定さ
れている請求項１３に記載の近接スイッチ。
【請求項１５】上記充電系と上記放電系とを切り替え
るスイッチの切替周波数は、複数の異なる周波数を含む
複合周波数であることを特徴とする請求項１ないし１４
のいずれか１項に記載の近接スイッチ。
【請求項１６】請求項７ないし１５のいずれか１項に
記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各
検出電極を所定の平面もしくは曲面に沿って交互に配置
してなることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１７】請求項７ないし１５のいずれか１項に
記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各
検出電極を所定の平面もしくは曲面に沿って交互に配置
するとともに、その奇数番目と偶数番目とでは異なる極
性の駆動電圧を印加することを特徴とする物体検出装
置。
【請求項１８】請求項７ないし１５のいずれか１項に
記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各
検出電極を自動ドアの戸先に沿って交互に配置してなる
ことを特徴とする自動ドア開閉制御用の物体検出装置。
【請求項１９】請求項７ないし１５のいずれか１項に
記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各
検出電極を自動ドアの出入り口床面に交互に配置してな
ることを特徴とする自動ドア開閉制御用の物体検出装
置。
【請求項２０】同一平面上に行方向および列方向に沿
って並設された複数の検出電極を含むセンサ面と、誘電
体層を介して上記センサ面の背面側のほぼ全面にわたっ
て配置された駆動電極と、直流電源を有する充電系と、
電流検出手段を有する放電系と、上記駆動電極の反セン
サ面側で上記センサ面の行方向もしくは上記列方向のい
ずれか一方に沿って配線された複数の充電用配線および
いずれか他方に沿って配線された複数の放電用配線と、
上記各検出電極を個別的に上記充電用配線もしくは上記
放電用配線のいずれかに選択的に接続する検出電極切換
スイッチと、上記各充電用配線を上記充電系の直流電源
に順次接続する第１スキャナスイッチと、上記各放電用
配線を上記放電系の電流検出手段に順次接続する第２ス
キャナスイッチと、上記駆動電極を上記充電系の直流電
源もしくは接地のいずか一方に選択的に接続する駆動電
極切換スイッチと、上記各スイッチを制御する制御手段
とを備え、上記制御手段は、上記第１スキャナスイッチ
を切り換えて上記充電用配線を一つずつ上記直流電源に
接続するごとに、上記駆動電極切換スイッチを上記直流
電源側に切り換えるとともに、上記第１スキャナスイッ
チにて選択された上記充電用配線に沿って存在する上記
検出電極切換スイッチを同充電用配線側に切り換える第
１ステップと、上記第１ステップ後において、上記駆動
電極切換スイッチを上記接地側に切り換えるとともに、
上記第１ステップで上記充電用配線側に切り換えられた
上記検出電極切換スイッチを上記放電用配線側に切り替
える第２ステップと、上記第２ステップ後において、上
記第２スキャナスイッチを一巡するように順次切り換え
る第３ステップとを実行することを特徴とする物体検出
装置。
【請求項２１】検出対象の物体が、人の指紋であるこ
とを特徴とする請求項２０に記載の物体検出装置。