JP2007324078A - 照光式近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】被検知物体の近接を高感度に検出する照光式近接センサを提供する。
【解決手段】照光式近接センサは、平板状の各部材が積層されるように構成されている。すなわち、上から順に、被覆材としての透光性被膜２と、透光性被膜２の裏側に配され人体の近接によってその静電容量が変化する検知電極４と、検知電極４の裏側に配されたシールド電極６と、このシールド電極６の裏側に配され点灯状態が任意の状態に制御されるＥＬ８とが積層されている。シールド電極６は、バッファ回路に接続されており、検知電極２と同電位に保たれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検知物体の近接又は接触を検出し、これに応じて光源の点灯・消灯・点滅などの点灯状態を制御する照光式近接センサに関する。

従来より、人体などの被検知物体の近接によって変化する検知電極の静電容量を電圧等の検出値に変換し、この検出値と予め設定されたしきい値とを比較してその大小関係に応じて光源の点灯状態の制御を行う照光式近接センサが知られている。

特許文献１には、ガラス基板の一方の面に検知電極が形成され、他方の面が絶縁被膜で覆われた照光式近接センサが開示されている。また、検知電極の上には、点灯状態が制御できるＥＬ（electro luminescence）が配され、被検知物体の接触に応じてＥＬの点灯状態が制御される。このようにガラス基板の裏側に絶縁被膜を配することで、ガラス基板の裏側から発生するノイズが遮断され、センサの誤動作を防止することができる。
特開平５−１３５６５４号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来の照光式近接センサは、被検知物体の接触による静電容量変化に応じて動作するタッチ式センサであり、非接触で被検知物体の近接を検出する際には、接触を検知する時よりも微小な静電容量変化を検知しなければならない。そのため、従来の照光式近接センサでは、非接触で被検知物体の近接を検知すると、検知電極周辺に配された電気回路、特に検知電極上に配されたＥＬと検知電極との間に静電結合及び電磁結合が生じ、センサが誤動作してしまうという問題点を有する。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、被検知物体の近接による微小な静電容量変化であっても誤動作せずに高感度に検出することが可能な照光式近接センサを提供することを目的とする。

本発明に係る照光式近接センサの第１発明は、検知電極と、該検知電極の下方に配置された照光手段と、前記検知電極とグランドとの間の静電容量を検出してこれに応じた検出値を出力する静電容量検知回路と、該静電容量検知回路から出力される検出値に基づいて前記照光手段の点灯を制御する制御回路と、を備えた照光式近接センサにおいて、前記検知電極と照光手段の間には、前記検知電極又はグランドと同等の電位に保持された第１の遮断電極をさらに備え、前記検知電極及び前記第１の遮断電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能に構成されていることを特徴とする。

このように、検知電極と照光手段との間、又は照光手段と同一平面上に第１の遮断電極を配することによって、照光手段から検知電極に発生するノイズを遮断することができる。本発明において、検知電極又はグランドと同等の電位とは、検知電極又はグランドと同一又はそれに近い電位であり、照光手段から検知電極に発生するノイズを遮断可能な電位である。

また、第１発明において、前記検知電極及び前記第１の遮断電極は、透光性を有する導電材料によって構成しても良く、また、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能な形状に構成しても良い。

本発明に係る照光式近接センサの他の第２発明は、検知電極と、該検知電極の下方に配置された照光手段と、前記検知電極とグランドとの間の静電容量を検出してこれに応じた検出値を出力する静電容量検知回路と、該静電容量検知回路から出力される検出値に基づいて前記照光手段の点灯を制御する制御回路と、を備えた照光式近接センサにおいて、前記照光手段の同一平面上に、前記検知電極又はグランドと同等の電位に保持された第１の遮断電極をさらに備え、前記検知電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能に構成されていることを特徴とする。

また、第２発明において、前記検知電極は、透光性を有する導電材料によって構成することができる。若しくは、前記検知電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能な形状に構成してもよい。

上記第１及び第２発明において、前記照光手段の前記検知電極側と反対面側には、前記検知電極又はグランドと同等の電位に保持された第２の遮断電極が更に設けられているように構成してもよい。このように、照光手段の検知電極側と反対面側に第２の遮断電極を配することで、照光手段の裏側に配された外部の電装部品から発生するノイズを遮断することができる。

また、第１及び第２発明において、前記照光手段は、ＥＬ又はＬＥＤによって構成することが好ましい。

本発明によれば、第１の遮断電極を設けることにより、被検知物体の近接による微小な静電容量変化であっても誤動作せずに高感度に検出することが可能となる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る照光式近接センサを説明する。図１は、第１の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。

この照光式近接センサは、平板状の各部材が積層されるように構成されている。すなわち、上から順に、被覆材としての透光性被膜２と、透光性被膜２の裏側に配され人体の近接によってその静電容量が変化する検知電極４と、検知電極４の裏側に配されたシールド電極６と、このシールド電極６の裏側に配され点灯状態が任意の状態に制御されるＥＬ８とが積層されている。

透光性被膜２は、透光性を有する樹脂、ガラス等の材料により形成され、所望の図形や模様などが形成されている。検知電極４及びシールド電極６は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）又はエポキシ樹脂などの透明の絶縁板上に、ＩＴＯ（錫ドープ酸かインジウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）又は導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の透明導電材料が塗布されることによって構成されている。ＥＬ８は、複数の半導体素子からなり、検知電極４及びシールド電極６を介して透光性被膜２まで透過する光を発する光源として機能する。ＥＬ８は、その各半導体素子の発光色、輝度を任意に調整することによって、文字や図形などを表示することができる。

この照光式近接センサの電気的構成の概略図を図２に示す。検知電極４は、静電容量検知回路１０に接続されており、静電容量検知回路１０は、検知電極４と接地との間の静電容量Ｃｘに応じた検出値を制御回路１２及びバッファ回路１４に出力する。この静電容量検知回路１０は、例えば発振回路を内蔵し、検知電極４によって生成される静電容量Ｃｘに応じて発振周波数又はデューティー比が変化するように構成される。制御回路１２は、入力された検出値を予め設定された１つ以上のしきい値と比較し、その大小関係に応じてＥＬ８に制御入力を出力する。バッファ回路１４は、静電容量検知回路１０から入力された検出値をシールド電極６に出力し、シールド電極６を検知電極４と同電位に設定する。ＥＬ８は、入力された制御入力によって予め設定された発光色、輝度に調整され、点滅、点灯、消灯といった点灯状態に制御される。

なお、検知電極４及びシールド電極６は、異方性導電膜（ＡＣＦ）、電線、又は電線がシールド部材によって覆われたシールド線によってそれぞれ静電容量検知回路１０及びバッファ回路１４に接続されている。

このように構成された照光式近接センサにおいて、検知電極４に例えば指などの被検知物体が近接すると、検知電極４の人体を介した対接地容量が変化する。ここで、検知電極４は、ＥＬ８との間にシールド電極６が介されているため、ＥＬ８から発生するノイズが遮断され、その影響を受けることはない。この結果、検知電極４の表面側からの被検知物体の近接により静電容量検知回路１０から出力される検出値が増加する。制御回路１２は、この検出値が予め設定されたしきい値を超えると、ＥＬ８に制御出力を行い、ＥＬ８の発光色、輝度を調整し、点滅、点灯、消灯といった点灯状態を制御する。

このように、検知電極４とＥＬ８との間にシールド電極６を配し、検知電極４とシールド電極６を同電位に保つことにより、外部の電装部品からの影響、特にシールド電極６の裏側に配されているＥＬ８が駆動時に発生するノイズの影響を除去することができる。これによって、被検知物体の近接による微小な静電容量変化を検出することができる。

次に、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。先ず、第１の実施形態に係るシールド電極６を有する照光式近接センサＡを用いて実験を行った。被検知物体と検知電極４との距離が距離ｄより大きいときはＥＬ８をＯＮとし、小さいときはＯＦＦとするように第１の実施形態に係る照光式近接センサＡを設定した。この照光式近接センサＡを用い、（ａ）被検知物体を近接させていった場合と、（ｂ）遠ざけていった場合のＥＬ８の点灯状態を監視した。一方、比較実験として、シールド電極６を有さない照光式近接センサＢについて同様に設定を行い、ＥＬ８の点灯状態を監視した。

実験の結果、第１の実施形態に係る照光式近接センサについては、（ａ）被検知物体を検知電極４に近接させていったとき、及び（ｂ）被検知物体を検知電極４から遠ざけていったときにおいて距離ｄの付近でＥＬ８の点灯状態がＯＮ／ＯＦＦに切り替わった。なお、ＥＬ８がＯＮになった距離よりもＥＬ８がＯＦＦになった距離ｄの方が若干小さい値となった。一方の比較実験においては、（ａ）被検知物体を検知電極４に近接させていったときに設定通りにＥＬ８の点灯状態がＯＦＦからＯＮへ切り替わったが、（ｂ）被検知物体を検知電極４から遠ざけていったときは、被検知物体と検知電極４との距離が距離ｄに至ってもＥＬ８の点灯状態は切り替わらなかった。

以上の結果から、シールド電極６を備えていない照光式近接センサＢにおいては、駆動状態にあるＥＬ８からノイズが発生し誤作動が生じることが分かった。また、検知電極４とＥＬ８との間に配されたシールド電極６が、ＥＬ８から生じるノイズを遮断するのに有効な手段であることを確認することができた。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照光式近接センサについて説明する。図３は、第２の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。

第２の実施形態に係る照光式近接センサは、ＥＬ８の裏側に更にシールド電極１６が設けられている点で第１の実施形態と異なる。検知電極４とＥＬ８との間に配されたシールド電極６、及びＥＬ８の裏側に配されたシールド電極１６は、いずれもバッファ回路７に接続されており検知電極２と同電位に保たれている。このように構成された照光式近接センサは、例えば図４に示すように、フレキシブルプリント基板１８の一方の面に第２の実施形態に係る照光式近接センサを配し、他面に電気実装部品２０を配する場合であっても、検知電極４の裏側に配されたフレキシブルプリント基板１８及び電気実装部品２０から生じるノイズをシールド電極１６によって遮断することができる。

本発明の第３の実施形態に係る照光式近接センサについて説明する。図５は、第３の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。

第３の実施形態に係る照光式近接センサは、第１の実施形態と異なり、照光式近接センサにおける検知電極４、及びシールド電極６の中央にそれぞれ透光部が形成されている。この照光式近接センサは、上から順に透光性被膜２と、検知電極４Ａと、シールド電極６Ａと、ＥＬ８とが積層されている。検知電極４Ａ及びシールド電極６Ａは、絶縁板の周囲にロの字を形成するように導電材料が塗布されており、導電材料が塗布されていない中心部によって、下方からの光を透過する透光部４Ａａ、６Ａａが形成される。また、シールド電極６Ａの裏側に配されるＥＬ８Ａは、この透光部４Ａａ、６Ａａとほぼ同じ大きさに構成されている。ここで、検知電極４Ａ及びシールド電極６Ａの導電材が塗布された部分は、図示しない照光式近接センサの外装の枠部分に位置するよう構成することができる。

このように検知電極４Ａとシールド電極６Ａに透光部４Ａａ、６Ａａを形成することによって、ＥＬ８Ａからの発光を照光式近接センサの最上部まで効率よく透過させることができる。そのため、検知電極４Ａ、及びシールド電極６Ａは透明電極として構成する必要がない。なお、検知電極４Ａ、シールド電極６Ａ、及びＥＬ８は、図６のように、一枚のフレキシブルプリント基板７上にこれらを制御する回路部品９と共に形成することができる。この場合、検知電極４Ａ（シールド電極６Ａ、ＥＬ８）及び回路部品９が搭載されたフレキシブルプリント基板７の上表面をカバーフィルム１１で覆い、検知電極４Ａ（シールド電極６Ａ、ＥＬ８）と回路部品９との間を両部品の背面同士を合わせるように折り曲げるようにして配置する。また、フレキシブルプリント基板７の折り曲げ部分に補強板１３を配するようにしてもよい。これにより、照光式近接センサの配置スペースを小さくすることができる。

また、第３の実施形態において、検知電極４Ａ及びシールド電極６Ａは、導電材料がロの字状に塗布されて形成されているが、検知電極４Ａ及びシールド電極６Ａの機能を害さず、かつＥＬ８Ａからの光の少なくとも一部を透過させる形状であれば良く、例えばコの字状に形成しても良く、またＥＬ８Ａの面積を検知電極４Ａ及びシールド電極６Ａの面積よりも大きく形成するようにしても良い。

本発明の第４の実施形態に係る照光式近接センサについて説明する。図７は、第４の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。

第４の実施形態の特徴は、光源としてＥＬ８の代わりにＬＥＤ２２を用いた点にある。この照光式近接センサは、上から順に透光性被膜２と、検知電極４と、シールド電極６Ｂと、フレキシブルプリント基板１８Ｂとが積層されるようにして構成されている。また、フレキシブルプリント基板１８Ｂの裏側には、電気実装部品が実装されている。

フレキシブルプリント基板１８Ｂの一方の面には、ＬＥＤ２２が任意の位置に配置されている。ＬＥＤ２２は、第１の実施形態におけるＥＬ８と同様に、制御回路１２に接続されており、被検知物体の近接によって任意の点灯状態に制御される。ＬＥＤ２２が実装されたフレキシブルプリント基板１８Ｂ上に配されるシールド電極６Ｂには、ＬＥＤ２２の平面方向の位置と重なる位置に孔６Ｂａが形成され、この孔６ＢａからＬＥＤ２２が上方に突出するように構成されている。また、シールド電極６Ｂは、孔６Ｂａから突出したＬＥＤ２２の光を上方に向かって反射する反射板としての機能を備えている。このように、用途に応じて光源を選び本発明に係る照光式近接センサを構成することができる。

上記の実施形態では、シールド電極６は検知電極２と同電位となるように構成されていたが、シールド電極６の代わりに接地電極を配するように構成してもよい。

また、上記の実施形態において、検知電極２と静電容量検知回路１０との接続部分の配線は、同軸シールド線を用いることができる。このように、配線の外周をシールド部材で覆うことで配線部に生じるノイズの影響を遮断することができる。

更に、上記の実施形態において、フレキシブルプリント基板上に制御回路１２を形成し、フレキシブルプリント基板と、検知電極２及びシールド電極６，１６とを導電性接着剤で接続するように構成してもよい。この場合、使用時の場所に応じてフレキシブルプリント基板に対してシールド加工するように構成することも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。 第１の実施形態に係る照光式近接センサの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る照光式近接センサの実装例を示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る照光式近接センサの構成を示す分解斜視図である。 第３の実施形態に係る照光式近接センサ式の一部断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る照光式近接センサの分解斜視図である。

符号の説明

２…透光性被膜
４…検知電極
６、１６…シールド電極
８…ＥＬ
１０…静電容量検知回路
１２…制御回路
１４…バッファ回路
１８…フレキシブルプリント基板
２０…電気実装部品

Claims (8)

1. 検知電極と、該検知電極の下方に配置された照光手段と、前記検知電極とグランドとの間の静電容量を検出してこれに応じた検出値を出力する静電容量検知回路と、該静電容量検知回路から出力される検出値に基づいて前記照光手段の点灯を制御する制御回路と、を備えた照光式近接センサにおいて、
   前記検知電極と照光手段の間には、前記検知電極又はグランドと同等の電位に保持された第１の遮断電極をさらに備え、
   前記検知電極及び前記第１の遮断電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能に構成されていることを特徴とする照光式近接センサ。
2. 前記検知電極及び前記第１の遮断電極は、透光性を有する導電材料からなることを特徴とする請求項１記載の照光式近接センサ。
3. 前記検知電極及び前記第１の遮断電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能な形状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の照光式近接センサ。
4. 検知電極と、該検知電極の下方に配置された照光手段と、前記検知電極とグランドとの間の静電容量を検出してこれに応じた検出値を出力する静電容量検知回路と、該静電容量検知回路から出力される検出値に基づいて前記照光手段の点灯を制御する制御回路と、を備えた照光式近接センサにおいて、
   前記照光手段の同一平面に、前記検知電極又はグランドと同等の電位に保持された第１の遮断電極をさらに備え、
   前記検知電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能に構成されていることを特徴とする照光式近接センサ。
5. 前記検知電極は、透光性を有する導電材料からなることを特徴とする請求項４記載の照光式近接センサ。
6. 前記検知電極は、前記照光手段からの光の少なくとも一部が透光可能な形状に構成されていることを特徴とする請求項４記載の照光式近接センサ。
7. 前記照光手段の前記検知電極側と反対面側には、前記検知電極又はグランドと同等の電位に保持された第２の遮断電極が更に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の照光式近接センサ。
8. 前記照光手段は、ＥＬ又はＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項記載の照光式近接センサ。

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