JP2008275428A - Proximity detection sensor and proximity detection method - Google Patents

Proximity detection sensor and proximity detection method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proximity detection sensor for performing high-accuracy detection with a circuit structure for computing and outputting a difference in pulse width. <P>SOLUTION: This proximity detection sensor is equipped with a detection electrode 2, a first detection circuit 4 converting a change in capacitance between the detection electrode 2 and ground into a detection pulse signal P<SB>1</SB>to output it, a reference capacitor 6 charged during a prescribed time period, a second detection circuit 8 converting a change in capacitance of the reference capacitor 6 into a reference pulse signal P<SB>2</SB>to output it, a trigger signal generation circuit 10 generating a trigger signal TG for charging the detection electrode 2 and the reference capacitor 6 at prescribed time intervals, and a computation circuit 12 for calculating a difference pulse signal P<SB>3</SB>from the pulse signal P<SB>1</SB>inputted from the detection circuit 4 and the pulse signal P<SB>2</SB>inputted from the detection circuit 8. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検知物体の近接を検知電極と接地との間の静電容量変化によって検出する近接検知センサ及び近接検知方法に関する。   The present invention relates to a proximity detection sensor and a proximity detection method for detecting the proximity of an object to be detected by a change in capacitance between a detection electrode and ground.

従来から静電容量によって被検知物体の近接を検知するセンサが知られている。この種のセンサは、センサ部である検知電極と接地との間の静電容量によって変化する周波数やデューティ比を検出することにより、物体の近接を検知している(特許文献1)。しかし、このような近接検知センサは、温度、湿度、外来ノイズといった周囲環境要素に検出値が影響を受けやすいという問題がある。このため、特許文献1に開示されたセンサには、アナログ回路の温度依存性を補償するため、所定の温度特性を示すサーミスタや半導体温度センサが設けられている。
特開2002−14174(段落0082〜0089、図8、図9)
2. Description of the Related Art Conventionally, sensors that detect the proximity of an object to be detected by electrostatic capacitance are known. This type of sensor detects the proximity of an object by detecting a frequency and a duty ratio that change depending on the capacitance between a detection electrode that is a sensor unit and ground (Patent Document 1). However, such a proximity detection sensor has a problem that the detection value is easily influenced by surrounding environmental elements such as temperature, humidity, and external noise. For this reason, the sensor disclosed in Patent Document 1 is provided with a thermistor and a semiconductor temperature sensor exhibiting predetermined temperature characteristics in order to compensate for the temperature dependence of the analog circuit.
JP 2002-14174 (paragraphs 0082 to 0089, FIGS. 8 and 9)

しかしながら特許文献1に示すような近接検知センサでは、サーミスタや半導体温度センサを搭載すると高コストになるという問題だけでなく、温度特性をアナログ回路の温度特性と適合させるための設計が難しいという問題点を有する。また、検知電極の静電容量変化を検出する上記のセンサでは、検知電極やアナログ回路によって付加される初期静電容量値に重畳して変化分が出力される。さらに、検知回路の検知出力電圧値は電源電圧に依存して有限であるため、出力値の上限を仮に電源電圧までとすると、電源電圧から初期静電容量の値を差し引いた電圧幅分の値しか取ることができない。つまり、ダイナミックレンジを大きくすることができないため、高精度の検出ができないという問題もある。   However, the proximity sensor as shown in Patent Document 1 is not only costly when a thermistor or a semiconductor temperature sensor is mounted, but also difficult to design to match the temperature characteristics with the analog circuit temperature characteristics. Have Further, in the above-described sensor that detects a change in the capacitance of the detection electrode, the change is output superimposed on the initial capacitance value added by the detection electrode or the analog circuit. Furthermore, since the detection output voltage value of the detection circuit is finite depending on the power supply voltage, assuming that the upper limit of the output value is up to the power supply voltage, the value corresponding to the voltage width obtained by subtracting the initial capacitance value from the power supply voltage. Can only take. In other words, since the dynamic range cannot be increased, there is a problem that high-precision detection cannot be performed.

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、パルス幅の差分を演算出力する回路構成で高精度な検知が可能な近接検知センサ及び近接検知方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a proximity detection sensor and a proximity detection method capable of highly accurate detection with a circuit configuration that calculates and outputs a difference in pulse width. To do.

本発明に係る近接検知センサの第1の態様は、被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極と、前記検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を出力する第1検知回路と、参照コンデンサと、前記参照コンデンサの静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を出力する第2検知回路と、前記第1のパルス信号から前記第2のパルス信号を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算手段とを備えたことを特徴とする。   According to the first aspect of the proximity detection sensor of the present invention, the detection electrode in which the capacitance between the detection object and the ground changes in accordance with the proximity of the object to be detected, and the capacitance between the detection electrode and the ground. A first detection circuit that outputs a first pulse signal having a pulse width, a reference capacitor, a second detection circuit that outputs a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance of the reference capacitor, And a calculation means for calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting the second pulse signal from the first pulse signal.

本発明に係る近接検知センサの第1の態様によれば、検知電極と同等の環境特性を有する参照コンデンサを具備することで簡易な回路構成で高精度な環境特性補償を行うことができる。   According to the first aspect of the proximity detection sensor of the present invention, it is possible to perform highly accurate environmental characteristic compensation with a simple circuit configuration by providing the reference capacitor having the environmental characteristic equivalent to that of the detection electrode.

本発明に係る近接検知センサの第2の態様は、被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極と、前記検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を出力する第1検知回路と、参照電極と、前記参照電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を出力する第2検知回路と、前記第1のパルス信号から前記第2のパルス信号を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算手段とを備えたことを特徴とする。   The second aspect of the proximity detection sensor according to the present invention is based on a detection electrode in which the capacitance between the detection object and the ground changes as the detection object approaches, and the capacitance between the detection electrode and the ground. A first detection circuit for outputting a first pulse signal having a pulse width, a reference electrode, and a second pulse signal for outputting a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance between the reference electrode and ground. It is characterized by comprising a detection circuit and calculation means for calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting the second pulse signal from the first pulse signal.

本発明に係る近接検知センサの第2の態様によれば、検知電極と参照電極を近傍に配置することで外来の影響を等しく排除可能になり簡易な回路構成で高精度な環境特性補償を行うことが可能となる。   According to the second aspect of the proximity detection sensor according to the present invention, by arranging the detection electrode and the reference electrode in the vicinity, it is possible to eliminate external influences equally and perform highly accurate environmental characteristic compensation with a simple circuit configuration. It becomes possible.

第2の態様の近接検知センサにおいて、前記参照電極は、被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する構成とすることができる。このように構成することにより、参照電極を第2の検知電極として利用することも可能である。   In the proximity detection sensor according to the second aspect, the reference electrode may be configured such that the capacitance between the reference electrode and the ground changes as the detected object approaches. With this configuration, the reference electrode can be used as the second detection electrode.

第1及び第2の態様の近接検知センサにおいて、前記第2検知回路から出力される前記第2のパルス信号の初期値は、前記第1検知回路から出力される前記第1のパルス信号の初期値とほぼ等しい値であるように構成してもよい。このように構成することにより、第1の検知回路が持つ初期の静電容量も合わせて減算して変化分だけを取り出すことができる。電源電圧を上限とする有限な値をとることしか出来ない電気回路においても、変化分だけを取り出すことにより後段での信号処理を容易にすることができる。   In the proximity detection sensor according to the first and second aspects, an initial value of the second pulse signal output from the second detection circuit is an initial value of the first pulse signal output from the first detection circuit. You may comprise so that it may be a value substantially equal to a value. With this configuration, it is possible to subtract the initial capacitance of the first detection circuit and extract only the change. Even in an electric circuit that can only take a finite value with the upper limit of the power supply voltage, signal processing at a later stage can be facilitated by extracting only the change.

第1及び第2の態様の近接検知センサにおいて、前記第1のパルス信号及び前記第2のパルス信号の立ち上がりを同期させるトリガ信号生成回路を更に備えるように構成することができる。パルス信号を同期させることにより、検知信号波形と参照信号波形の同期を取ることが出来る。これによりパルスレベルでの減算動作を容易に得ることができる。   The proximity detection sensor according to the first and second aspects may further include a trigger signal generation circuit that synchronizes rising edges of the first pulse signal and the second pulse signal. By synchronizing the pulse signal, the detection signal waveform and the reference signal waveform can be synchronized. Thereby, the subtraction operation at the pulse level can be easily obtained.

第1及び第2の態様の近接検知センサにおいて、前記第1のパルス信号を前記第2のパルス信号に対して遅延させる遅延回路を更に備えるように構成してもよい。更に、前記差分パルスを直流信号に変換するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタによって生成された直流信号を増幅する直流増幅器とを更に備えるように構成することもできる。パルス信号を意図的に遅延させる回路を挿入することにより、論理減算時におけるグリッジの発生を防ぐことが出来る。また、差分値を直流化することにより、変化分だけを取り出すことが可能になる。後段での増幅や信号処理を可能にすることができ、微小な変化を検知することが可能となる。   The proximity detection sensor according to the first and second aspects may further include a delay circuit that delays the first pulse signal with respect to the second pulse signal. Furthermore, it may be configured to further include a low-pass filter that converts the differential pulse into a DC signal and a DC amplifier that amplifies the DC signal generated by the low-pass filter. By inserting a circuit that intentionally delays the pulse signal, it is possible to prevent the occurrence of glitches during logical subtraction. Further, by converting the difference value to a direct current, it is possible to extract only the change. Amplification and signal processing at a later stage can be performed, and a minute change can be detected.

第1及び第2の態様の近接検知センサにおいて、前記差分パルスのパルス幅をしきい値と比較し、その大小関係に基づいてON/OFF信号を出力するように構成してもよい。差分値を直流化することにより、変化分だけを取り出すことが可能になる。後段で増幅等を行うことで検知信号の微小な変化でもON/OFF出力が可能となる。   In the proximity detection sensor of the first and second aspects, the pulse width of the differential pulse may be compared with a threshold value, and an ON / OFF signal may be output based on the magnitude relationship. By making the difference value DC, it is possible to extract only the change. By performing amplification or the like at a later stage, ON / OFF output is possible even with a minute change in the detection signal.

第1及び第2の態様の近接検知センサにおいて、前記検知電極は複数の電極からなり、前記複数の電極からの信号を選択して前記第1検知回路に入力するセレクタ回路を更に備えるように構成することもできる。   In the proximity detection sensor according to the first and second aspects, the detection electrode includes a plurality of electrodes, and further includes a selector circuit that selects a signal from the plurality of electrodes and inputs the signal to the first detection circuit. You can also

本発明に係る近接検知方法の第1の態様は、被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第1パルス幅計測ステップと、参照コンデンサの静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第2パルス幅計測ステップと、前記第1のパルス信号のパルス幅から前記第2のパルス信号のパルス幅を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算ステップとを備えたことを特徴とする。   In the first aspect of the proximity detection method according to the present invention, the first pulse width corresponding to the capacitance between the detection electrode and the ground, in which the capacitance between the detection object and the ground changes as the object to be detected approaches. A first pulse width measuring step for measuring the pulse width by inputting one pulse signal and a second pulse width measuring for measuring the pulse width by inputting a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance of the reference capacitor And a calculation step of calculating and outputting the pulse width of the differential pulse obtained by subtracting the pulse width of the second pulse signal from the pulse width of the first pulse signal.

本発明に係る近接検知方法の第2の態様は、被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第1パルス幅計測ステップと、参照電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第2パルス幅計測ステップと、前記第1のパルス信号のパルス幅から前記第2のパルス信号のパルス幅を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算ステップとを備えたことを特徴とする。   According to the second aspect of the proximity detection method of the present invention, the first pulse width corresponding to the capacitance between the detection electrode and the ground, in which the capacitance between the detection object and the ground changes as the object to be detected approaches. A first pulse width measuring step for inputting the first pulse signal and measuring the pulse width, and a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance between the reference electrode and the ground, and measuring the pulse width. A second pulse width measuring step; and a calculation step of calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting a pulse width of the second pulse signal from a pulse width of the first pulse signal. .

本発明の近接検知センサ及び近接検知方法によれば、パルス幅の差分を演算出力する回路構成で高精度な検知を行うことが可能となる。   According to the proximity detection sensor and the proximity detection method of the present invention, it is possible to perform highly accurate detection with a circuit configuration that calculates and outputs a difference in pulse width.

次に、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the first embodiment of the present invention.

この近接検知センサは、被検知物体の近接に応じてデューティ比が変化するパルス信号を生成するパルス信号生成部1Aと、生成されたパルス信号の信号処理を行ってデューティ比に応じた出力値を出力すると共に、外部にON/OFF出力を行う信号処理部3Aとを備えて構成されている。   The proximity detection sensor includes a pulse signal generation unit 1A that generates a pulse signal whose duty ratio changes according to the proximity of an object to be detected, and performs an output value corresponding to the duty ratio by performing signal processing of the generated pulse signal. A signal processing unit 3A that outputs and outputs ON / OFF is provided.

パルス信号生成部1Aは、検知電極2と、この検知電極2と接地との間の静電容量に応じたパルス幅の検知パルス信号Pを出力する第1検知回路4と、参照コンデンサ6と、この参照コンデンサ6の静電容量に応じたパルス幅の参照パルス信号Pを出力する第2検知回路8と、第1検知回路4及び第2検知回路8にトリガ信号TGを出力し検知パルス信号P及び参照パルス信号Pの立ち上がりを同期させるトリガ信号生成回路10と、第1検知回路4から入力される検知パルス信号Pと第2検知回路8から入力される参照パルス信号Pとから差分パルス信号Pを算出する演算回路12とを備えて構成されている。 Pulse signal generator 1A includes a sense electrode 2, a first detection circuit 4 which outputs a detection pulse signal P 1 with a pulse width corresponding to the electrostatic capacitance between the ground and the detection electrode 2, and a reference capacitor 6 a second detection circuit 8 for outputting a reference pulse signal P 2 having a pulse width corresponding to the capacitance of the reference capacitor 6, the first detecting circuit 4 and the second detection circuit 8 outputs a trigger signal TG detection pulse A trigger signal generation circuit 10 that synchronizes rising edges of the signal P 1 and the reference pulse signal P 2 , a detection pulse signal P 1 that is input from the first detection circuit 4, and a reference pulse signal P 2 that is input from the second detection circuit 8. It is constituted by an arithmetic circuit 12 for calculating the differential pulse signals P 3 and a.

検知電極2は、人体等の被検知物体の近接を検知可能なエリアに設置される。検知電極2と接地との間の静電容量Cxは、被検知物体の近接に応じて変化する。第1検知回路4は、トリガ信号生成回路10から入力されるトリガ信号TGに同期し、検知電極2と接地との間の静電容量Cxに応じてデューティ比が変化する検知パルス信号Pを生成するように構成されている。生成された検知パルス信号Pは、演算回路12に出力される。 The detection electrode 2 is installed in an area where the proximity of a detected object such as a human body can be detected. The capacitance Cx between the detection electrode 2 and the ground changes according to the proximity of the detected object. First detection circuit 4 is synchronized with the trigger signal TG inputted from the trigger signal generation circuit 10, a detection pulse signal P 1 whose duty ratio changes depending on the electrostatic capacitance Cx between the ground and sensing electrodes 2 Configured to generate. The generated detection pulse signal P 1 is output to the arithmetic circuit 12.

参照コンデンサ6の静電容量Crefは、被検知物体の近接によっては変化しない。第2検知回路8は、トリガ信号生成回路10から入力されるトリガ信号TGに同期し、参照コンデンサ6の静電容量Crefに対応するデューティ比の参照パルス信号Pを生成するように構成されている。生成された参照パルス信号Pは、演算回路12に出力される。 The capacitance Cref of the reference capacitor 6 does not change depending on the proximity of the detected object. The second detection circuit 8 is configured to generate a reference pulse signal P 2 having a duty ratio corresponding to the capacitance Cref of the reference capacitor 6 in synchronization with the trigger signal TG input from the trigger signal generation circuit 10. Yes. Reference pulse signal P 2 which generated is output to the arithmetic circuit 12.

演算回路12は、入力された検知パルス信号Pから参照パルス信号Pを減じ、差分パルス信号P(=P−P)を出力するように構成されている。この差分パルス信号Pは、信号処理部3Aに出力される。 The arithmetic circuit 12 is configured to subtract the reference pulse signal P 2 from the input detection pulse signal P 1 and output a differential pulse signal P 3 (= P 1 −P 2 ). The differential pulse signal P 3 is output to the signal processing unit 3A.

信号処理部3Aは、パルス信号をデジタル値に変換して外部に出力すると共に、このデジタル値に基づいてON/OFF出力を行うCPU13を備えて構成されている。CPU13は、入力された差分パルス信号Pをデューティ比に応じたデジタル値に変換し、デジタル信号として出力すると共に、このデジタル信号に基づいた近接検知センサのON/OFF状態を切り替えるON/OFF出力を行う。なお、CPU13は論理回路として構成することもできる。 The signal processing unit 3A includes a CPU 13 that converts a pulse signal into a digital value and outputs the digital value to the outside, and performs ON / OFF output based on the digital value. CPU13 converts the differential pulse signal P 3 which is inputted to a digital value corresponding to the duty ratio, and outputs a digital signal, ON / OFF output for switching the ON / OFF states of the proximity sensor based on this digital signal I do. The CPU 13 can also be configured as a logic circuit.

このように構成された近接検知センサにおいて、検知電極2に被検知物体が近接すると、検知電極2の被検知物体を介した対接地静電容量Cxが変化し、検知パルス信号Pのデューティ比が変化する。また、検知パルス信号Pのデューティ比は、温度、湿度、外来ノイズ等の環境変化によっても変動する。一方、第2検知回路8から出力される参照パルス信号Pのデューティ比は、被検知物体の近接によっては変化せず、温度や湿度等の周囲環境にのみ依存性を有する。演算回路12は、検知パルス信号Pから参照パルス信号Pを減じることによって、検知パルス信号Pに含まれる温度や湿度等の周囲環境による影響を取り除き、被検知物体の近接のみによって変化する差分パルス信号Pを出力する。 In this proximity sensor configured to, when the detected object approaches the sense electrode 2 and to ground electrostatic capacitance Cx through the detection object of the detection electrode 2 changes, the duty ratio of the sense pulse signal P 1 Changes. Further, the duty ratio of the sense pulse signal P 1, the temperature, humidity, varies depending environmental change such as external noise. On the other hand, the duty ratio of the reference pulse signal P 2 output from the second detection circuit 8 has only dependent on the surrounding environment, such as not changing, temperature and humidity by the proximity of the detected object. Arithmetic circuit 12, by subtracting the reference pulse signal P 2 from the sense pulse signal P 1, removing the effects of temperature and ambient humidity or the like contained in the detected pulse signals P 1, varies only by the proximity of the detected object and it outputs a differential pulse signal P 3.

このような第1の実施形態に係る近接検知センサの回路構成例について説明する。図2は、第1の実施形態に係る近接検知センサのパルス信号生成部1Aの回路構成例を示す図である。   An example of the circuit configuration of the proximity detection sensor according to the first embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the pulse signal generation unit 1A of the proximity detection sensor according to the first embodiment.

検知電極2と接地との間の静電容量Cxに応じた検知パルス信号Pを生成する第1検知回路4と、参照コンデンサ6の静電容量に応じた参照パルス信号Pを生成する第2検知回路8とはほぼ同一構成である。 A first detection circuit 4 that generates a detection pulse signal P 1 corresponding to the capacitance Cx between the detection electrode 2 and the ground, and a first pulse that generates a reference pulse signal P 2 corresponding to the capacitance of the reference capacitor 6. The two detection circuits 8 have almost the same configuration.

第1検知回路4は、2つのコンパレータ14、16と、これらコンパレータ14、16の出力がそれぞれリセット端子R、セット端子Sに入力されるRSフリップフロップ回路(以下、「RS−FF」と呼ぶ)18と、このRS−FF18の出力DISを出力するバッファ20と、RS−FF18の出力DISでON/OFF制御されるトランジスタ22とを備えて構成されている。 The first detection circuit 4 includes two comparators 14 and 16 and an RS flip-flop circuit (hereinafter referred to as “RS-FF”) in which outputs of the comparators 14 and 16 are input to a reset terminal R and a set terminal S, respectively. 18, a buffer 20 that outputs the output DIS 1 of the RS-FF 18, and a transistor 22 that is ON / OFF controlled by the output DIS 1 of the RS-FF 18.

コンパレータ16は、トリガ信号生成回路10から出力される図3に示すようなトリガ信号TGを、分圧抵抗RA1、RB1、RC1によって生成された所定のしきい値VthB1と比較して、トリガ信号TGに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、RS−FF18のQ出力をセットする。このQ出力は、ディスチャージ信号DISとしてトランジスタ22をOFF状態にする。トランジスタ22がオフ状態において、検知電極2とグランドとの間は、検知電極2の対接地静電容量Cx及び入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗RD1による時定数で決まる速度で充電される。これにより、図3に示すように、入力信号Vin1の電位が静電容量Cxによって決まる速度で上昇する。ここで、入力信号Vin1が分圧抵抗RA1、RB1、RC1で決まるしきい値VthA1を超えると、コンパレータ14の出力が反転してRS−FF18の出力を反転させる。この結果、トランジスタ22がON状態となり、検知電極2のチャージされた電荷がトランジスタ22を介して放電される。したがって、第1検知回路4は、検知電極2とグランドとの間の静電容量Cxに基づくデューティ比で発振する検知パルス信号Pを出力する。このように生成された検知パルス信号Pは、演算回路12に出力される。 The comparator 16 compares the trigger signal TG as shown in FIG. 3 output from the trigger signal generation circuit 10 with a predetermined threshold value Vth B1 generated by the voltage dividing resistors R A1 , R B1 , R C1 . The set pulse synchronized with the trigger signal TG is output. This set pulse sets the Q output of the RS-FF 18. The Q output, the transistor 22 in the OFF state as the discharge signal DIS 1. When the transistor 22 is in the off state, the speed between the detection electrode 2 and the ground is determined by a time constant based on the capacitance Cx to the ground of the detection electrode 2 and the resistor R D1 connected between the input terminal and the power supply line. Charged. As a result, as shown in FIG. 3, the potential of the input signal Vin 1 increases at a speed determined by the capacitance Cx. Here, when the input signal Vin 1 exceeds the threshold value Vth A1 determined by the voltage dividing resistors R A1 , R B1 , and R C1 , the output of the comparator 14 is inverted and the output of the RS-FF 18 is inverted. As a result, the transistor 22 is turned on, and the charged charge of the detection electrode 2 is discharged through the transistor 22. Accordingly, the first detecting circuit 4 outputs a detection pulse signal P 1 that oscillates at a duty ratio based on the electrostatic capacitance Cx between the sense electrode 2 and ground. The detection pulse signal P 1 generated in this way is output to the arithmetic circuit 12.

同様に、第2検知回路8は、2つのコンパレータ24、26と、これらコンパレータ24、26の出力がそれぞれリセット端子R、セット端子Sに入力されるRS−FF28と、このRS−FF28の出力DISを出力するバッファ30と、RS−FF28の出力DISでON/OFF制御されるトランジスタ32とを備えたタイマー回路である。 Similarly, the second detection circuit 8 includes two comparators 24 and 26, an RS-FF 28 in which outputs of the comparators 24 and 26 are input to a reset terminal R and a set terminal S, respectively, and an output DIS of the RS-FF 28. 2 is a timer circuit including a buffer 30 that outputs 2 and a transistor 32 that is ON / OFF controlled by an output DIS 2 of the RS-FF 28.

コンパレータ26は、トリガ信号生成回路10から出力されるトリガ信号TGを、分圧抵抗RA2、RB2、RC2によって生成された所定のしきい値VthB2と比較して、トリガ信号TGに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、RS−FF18のQ出力をセットし、ディスチャージ信号DISとしてトランジスタ22をOFF状態にする。これにより、入力信号Vinの電位が静電容量Cref及び入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗RD2によって決まる速度で上昇する。ここで、入力信号Vinがしきい値VthA2を超えると、トランジスタ32がON状態となり、参照コンデンサ6のチャージされた電荷が放電される。したがって、検知回路8は、参照コンデンサ6の静電容量Crefに基づくデューティ比で発振する参照パルス信号Pを出力する。このように生成された参照パルス信号Pは、演算回路12に出力される。 The comparator 26 compares the trigger signal TG output from the trigger signal generation circuit 10 with a predetermined threshold value Vth B2 generated by the voltage dividing resistors R A2 , R B2 , and R C2 , and synchronizes with the trigger signal TG. Output the set pulse. This set pulse sets the Q output of the RS-FF 18, the transistor 22 in the OFF state as the discharge signal DIS 2. Accordingly, the potential of the input signal Vin 2 is increased at a rate determined by the resistor R D2 connected between the capacitance Cref and the input terminal and the power supply line. Here, when the input signal Vin 2 exceeds the threshold value Vth A2, transistor 32 is turned ON, the charge charge reference capacitor 6 is discharged. Therefore, the detection circuit 8 outputs the reference pulse signal P 2 which oscillates at a duty ratio based on the capacitance Cref of the reference capacitor 6. The reference pulse signal P 2 which generated as is output to the arithmetic circuit 12.

演算回路12は、入力された検知パルス信号Pから参照パルス信号Pを減じ、図3に示すような差分パルス信号Pを出力する。なお、差分パルス信号Pは、例えば、検知パルス信号Pと、参照パルス信号Pの反転パルスとの論理積によって得られる。 Arithmetic circuit 12 subtracts the reference pulse signal P 2 from the sense pulse signal P 1 which is input, and outputs a differential pulse signal P 3 as shown in FIG. Incidentally, the differential pulse signal P 3 is, for example, a detection pulse signal P 1, obtained by a logical product of the inverted pulse of the reference pulse signal P 2.

このように、2つの検知回路4、8の周囲環境特性がほぼ等しいとすれば、周囲環境のみに依存性を有する第2検知回路8からの参照パルス信号Pを検知パルス信号Pから減じることにより、温度や湿度などの影響を取り除くことができる。これによって、簡易な構成により高精度な静電容量検出を行うことができる。 Thus, if the surrounding environment characteristics of the two detection circuits 4, 8 are substantially equal, reducing the reference pulse signal P 2 from the second detection circuit 8 having a dependency only on the surrounding environment from the sense pulse signal P 1 Thus, the influence of temperature and humidity can be removed. Thereby, it is possible to perform highly accurate capacitance detection with a simple configuration.

ここで、第1の実施形態に係る近接検知センサを用いて、本発明の効果を検証するために行った検証実験について説明する。第1の実施形態に係る近接検知センサにおいて、検知電極2として20pFのコンデンサ、及び参照コンデンサ6として15pFのコンデンサを接続した。このように構成された近接検知センサの周囲温度を−40℃から90℃に変化させ、CPU13から出力されるデジタル信号の変化量を調べた。図4は、10℃ごとに周囲温度を変化させたときの周囲温度と出力値の変化量との関係を示した図である。なお、変化量は25℃におけるデジタル信号値を基準とした。この結果、−40℃から90℃でのデジタル信号の値のバラつきは±1%以内であった。また、デジタル信号値は温度に応じて変化していないことから、温度依存性による影響が取り除かれることが確認された。   Here, the verification experiment performed in order to verify the effect of this invention using the proximity detection sensor which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. In the proximity detection sensor according to the first embodiment, a 20 pF capacitor was connected as the detection electrode 2 and a 15 pF capacitor was connected as the reference capacitor 6. The ambient temperature of the proximity sensor configured as described above was changed from −40 ° C. to 90 ° C., and the change amount of the digital signal output from the CPU 13 was examined. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ambient temperature and the amount of change in the output value when the ambient temperature is changed every 10 ° C. The amount of change was based on the digital signal value at 25 ° C. As a result, the variation in the value of the digital signal between −40 ° C. and 90 ° C. was within ± 1%. Moreover, since the digital signal value did not change according to the temperature, it was confirmed that the influence due to the temperature dependency was removed.

なお、被検知物体の非検知状態での第1検知回路4から出力された検知パルス信号Pのパルス幅の初期値を、第2検知回路8から出力される参照パルス信号Pのパルス幅の初期値と等しい値とするために、参照コンデンサ6の静電容量Crefを調整することができる。 Incidentally, the initial value of the first output from the detection circuit 4 the detection pulse signal P 1 having a pulse width in the non-detection state of the detection object, the reference pulse signal P 2 of a pulse width is outputted from the second detection circuit 8 The capacitance Cref of the reference capacitor 6 can be adjusted so as to be equal to the initial value.

図5は、検知電極2の静電容量と検出されるパルス信号のパルス幅の関係を示すグラフである。横軸は検知電極2と接地との間の静電容量Cxを示す。縦軸は第1検知回路4により出力されるパルス信号Pのパルス幅を示す。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the capacitance of the detection electrode 2 and the pulse width of the detected pulse signal. The horizontal axis indicates the capacitance Cx between the detection electrode 2 and the ground. The vertical axis indicates the pulse width of the pulse signal P 1 output from the first detection circuit 4.

検知電極2に被検知物体が接近しておらず、検知電極2とグランドの間の初期静電容量がCoである場合、検出されるパルス信号のパルス幅はP(Co)である。ここで、検知電極2に被検知物体が接近した場合、静電容量Cxの変化分ΔCxに従い検知パルス信号Pの値が増加する。即ち検知パルス信号Pのパルス幅はP(Co+ΔCx)となる。検知電極2の初期静電容量によるパルス幅P(Co)が大きく、静電容量変化によるパルス幅の変化P(ΔCx)が小さいときには、増幅回路のダイナミックレンジを大きくとることができず増幅回路により増幅を行ったとしても、パルス幅の変化を高精度に検出することができない。 When the detection object is not approaching the detection electrode 2 and the initial capacitance between the detection electrode 2 and the ground is Co, the pulse width of the detected pulse signal is P (Co). Here, if the detected object approaches, the value of the sense pulse signal P 1 in accordance with variation ΔCx in the capacitance Cx increases the detection electrode 2. Or pulse width of the sense pulse signal P 1 becomes P (Co + ΔCx). When the pulse width P (Co) due to the initial capacitance of the detection electrode 2 is large and the change P (ΔCx) of the pulse width due to the capacitance change is small, the dynamic range of the amplifier circuit cannot be increased, and the amplifier circuit Even if amplification is performed, a change in pulse width cannot be detected with high accuracy.

その際に、検知電極2の初期静電容量によるパルス幅P(Co)と参照パルス信号Pのパルス幅が等しくなるように参照コンデンサ6の静電容量を調整する。すなわちP(Cref)=P(Co)となるようなCrefを選択する。ここで、第1検知回路4と第2検知回路8にも初期静電容量が存在するので、これらも見積もってCrefの値を設定する。 At that time, to adjust the capacitance of the reference capacitor 6 as the reference pulse signal the pulse width of P 2 and the initial capacitance by pulse width P of the detection electrode 2 (Co) are equal. That is, Cref is selected such that P (Cref) = P (Co). Here, since the initial capacitances also exist in the first detection circuit 4 and the second detection circuit 8, they are also estimated and the value of Cref is set.

このような状態では、検知パルス信号Pと参照パルス信号Pとの差をとった差分パルス信号PはP=P(Co+ΔCx)−P(Cref)即ちP=P(ΔCx)(∵P(Co)=P(Cref))となる。 In such a state, the differential pulse signal P 3 obtained by taking the difference between the detection pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 is P 3 = P (Co + ΔCx) −P (Cref), that is, P 3 = P (ΔCx) ( ∵P (Co) = P (Cref)).

このように、生成される差分パルス信号Pは、検知電極2における被検知物体の接近による静電容量変化のみを反映したものとなる。この場合、増幅回路のダイナミックレンジを大きくして、これを増幅することにより、検知パルス信号Pの変化が微小であっても、これを確実に検出することができる。微小な信号強度の変化を高精度に測定するための高額な素子を必要とせず、簡易な回路構成で高精度な検知を行うことができる。 Thus, the generated differential pulse signal P 3 reflects only the capacitance change due to the approach of the detected object in the detection electrode 2. In this case, by increasing the dynamic range of the amplifier circuit by amplifying it, even changes in the sense pulse signal P 1 is small, it can be reliably detected. High-precision detection can be performed with a simple circuit configuration without requiring an expensive element for measuring a minute change in signal intensity with high accuracy.

また、検知電極2において、被検知物体との関係によって決まる所定区間だけの静電容量変化を検出したい場合がある。例えば、図5におけるCxのCaからCbまでの間の変化量を検出したい場合である。この場合、Caまでの静電容量変化を検出させないように、参照コンデンサの静電容量の値としてP(Cref)=P(Ca)となるようなCrefを選べばよい。検知電極2の静電容量の値がCoからCaまでの間にあるとき、検知パルス信号Pから参照パルス信号Pを減じた差分パルス信号Pは検出されない。また、検知電極2の静電容量がCaより大きいとき、検知パルス信号Pから参照パルス信号Pを減じた差分パルス信号PはCaからの変化を反映した値をとる。上限値Cbは、例えば被検知物体が検知電極2に接触したときの静電容量に相当する。 Further, in the detection electrode 2, there is a case where it is desired to detect a change in capacitance only in a predetermined section determined by the relationship with the detected object. For example, it is a case where it is desired to detect the change amount of Cx from Ca to Cb in FIG. In this case, Cref such that P (Cref) = P (Ca) may be selected as the value of the capacitance of the reference capacitor so as not to detect the capacitance change up to Ca. When the value of the capacitance of the detection electrode 2 is between from Co to Ca, the difference pulse signal P 3 obtained by subtracting the reference pulse signal P 2 from the sense pulse signal P 1 is not detected. Further, the capacitance of the detection electrode 2 when larger than Ca, the difference pulse signal P 3 obtained by subtracting the reference pulse signal P 2 from the sense pulse signal P 1 takes a value reflecting the change from Ca. The upper limit value Cb corresponds to, for example, the capacitance when the detected object comes into contact with the detection electrode 2.

このように構成することにより、検知電極のある区間の変化量のみを高精度に計測することができる。また、CoからCaまでの容量変化をノイズマージンとし、検知電極に混入する外来ノイズと同等の静電容量変化を参照コンデンサに付加することでノイズ耐性を向上させることもできる。   By comprising in this way, only the variation | change_quantity of the area with a detection electrode can be measured with high precision. In addition, noise resistance can be improved by using a capacitance change from Co to Ca as a noise margin and adding a capacitance change equivalent to external noise mixed in the detection electrode to the reference capacitor.

次に、本発明の第2の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図6は、第2の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。第2の実施形態に係る近接検知センサは、パルス信号生成部1Bと、信号処理部3Bとを備えて構成されている。   Next, a proximity detection sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the second embodiment. The proximity detection sensor according to the second embodiment includes a pulse signal generation unit 1B and a signal processing unit 3B.

パルス信号生成部1Bは、演算回路12を有さない点で第1の実施形態におけるパルス信号生成部1Aと異なる。パルス信号生成部1Bは、第1検知回路4により生成された検知パルス信号P及び第2検知回路8により生成された参照パルス信号Pを信号処理部3Bに出力する。 The pulse signal generation unit 1B is different from the pulse signal generation unit 1A in the first embodiment in that the arithmetic circuit 12 is not provided. Pulse signal generator 1B outputs the reference pulse signal P 2 produced by the sense pulse signal P 1 and the second detection circuit 8 generated by the first detection circuit 4 to the signal processing unit 3B.

信号処理部3Bは、CPU15を備えて構成されている。ここで、CPU15は、入力された検知パルス信号P及び参照パルス信号Pをデジタル値に変換すると共に、2つのデジタル値の差分値を演算する処理を行う点で第1の実施形態に係るCPU13と異なる。CPU15は、この差分値をデジタル値として外部に出力すると共に、このデジタル値に基づいてON/OFF出力を行う点では第1の実施形態に係るCPU13と同様である。 The signal processing unit 3B is configured to include a CPU 15. Here, CPU 15 converts the detected pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 input to digital values, according to the first embodiment in that performing the process of calculating a difference value between two digital values Different from CPU13. The CPU 15 is the same as the CPU 13 according to the first embodiment in that the difference value is output to the outside as a digital value and ON / OFF output is performed based on the digital value.

信号処理部3Bにおける処理について図7を用いて説明する。図7は、CPU15において、ON/OFF出力を行う処理の例を示すフローチャートである。CPU15には、パルス信号生成部1Bにより生成された検知パルス信号P及び参照パルス信号Pが入力される。ステップS1において、CPU15は入力された検知パルス信号Pのパルス幅を計測し、検知デジタル信号Dを生成する。ステップS2において、同様に入力された参照パルス信号Pのパルス幅を計測し、参照デジタル値Dを生成する。ステップS3において、CPU15は検知デジタル値Dから参照デジタル値Dを減じ、差分パルスの幅である差分デジタル値Dを生成し、デジタル値として出力する。ステップS4において、CPU15は生成された差分デジタル値Dとあらかじめ定められているしきい値とを比較する。本実施の形態では、差分デジタル値Dが設定されたしきい値を上回っている場合にはステップS5に進みON出力を行い、下回っている場合にはステップS6に進みOFF出力を行うこととしている。近接検知センサが作動している間はCPU15はこの処理を繰り返す。 Processing in the signal processing unit 3B will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of processing for performing ON / OFF output in the CPU 15. The CPU 15, the detection pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 produced by the pulse signal generator 1B is input. In step S1, CPU 15 measures the pulse width of the input detection pulse signal P 1, and generates a sense digital signal D 1. In step S2, measured similarly input pulse width of the reference pulse signal P 2, to generate a reference digital value D 2. In step S3, CPU 15 will reduce the reference digital value D 2 from the sense digital values D 1, generates difference digital value D 3 which is the width of the difference pulse, and outputs it as a digital value. In step S4, it is compared with the threshold CPU15 is predetermined and the difference digital value D 3 produced. In this embodiment mode, the ON output proceeds to step S5 if the difference digital value D 3 is greater than the set threshold, if the below as to perform the OFF output proceeds to step S6 Yes. While the proximity sensor is operating, the CPU 15 repeats this process.

このように、信号処理部3Bにおいて、検知パルス信号P及び参照パルス信号PをCPU15を用いて処理することにより、パルス信号生成部に演算回路を設ける必要がなく、パルス信号生成部の構成をよりシンプルにすることができる。また、差分デジタル値の正負を識別でき、しきい値についても上限下限を含めて柔軟に設定することができる。 Thus, in the signal processing unit 3B, by the detection pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 is treated with a CPU 15, there is no need to provide an arithmetic circuit to the pulse signal generating unit, the configuration of the pulse signal generator Can be made simpler. Further, the sign of the difference digital value can be identified, and the threshold value can be set flexibly including the upper and lower limits.

なお、トリガ信号生成回路10において生成されるトリガ信号TGの代わりにCPUからの出力信号を用いることもできる。CPU15において、検知パルス信号P及び参照パルス信号Pのパルス幅を計測するほかに、ADコンバータ等を用いて検知パルス信号P及び参照パルス信号Pを計測しデジタル値として出力するよう構成することも可能である。 Note that an output signal from the CPU may be used instead of the trigger signal TG generated in the trigger signal generation circuit 10. In CPU 15, in addition to measuring the pulse width of the sense pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2, measures the sense pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 with the AD converter or the like so as to output as a digital value configuration It is also possible to do.

次に、本発明の第3の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図8は、第3の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。第3の実施形態に係る近接検知センサは、パルス信号生成部1Cと、信号処理部3Cとを備えて構成されている。   Next, a proximity detection sensor according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the third embodiment. The proximity detection sensor according to the third embodiment includes a pulse signal generation unit 1C and a signal processing unit 3C.

この実施形態では、信号処理部3CがCPU13の前段にローパスフィルタ(LPF)40と直流増幅器42とを備え、生成された差分パルス信号Pを一旦アナログ値に変換している。図1のトリガ信号生成回路10は、発振回路35とこの発振回路35の出力を分周してトリガ信号TGを生成する分周回路34とにより構成されている。発振回路35は内部発振可能なもので、外部に水晶やセラミックの発振子を接続したものでも良い。図1の演算回路12は、第2検知回路8から出力される参照パルス信号Pを反転させるインバータ38と、第1検知回路4から出力される検知パルス信号P及びインバータ38の出力を論理積するAND回路36により構成されている。 In this embodiment, the signal processing unit 3C is converted into a preceding stage of the CPU13 includes a low-pass filter (LPF) 40 and a DC amplifier 42, a differential pulse signal P 3 generated once into an analog value. The trigger signal generation circuit 10 in FIG. 1 includes an oscillation circuit 35 and a frequency division circuit 34 that divides the output of the oscillation circuit 35 to generate a trigger signal TG. The oscillation circuit 35 is capable of internal oscillation, and may be one having a crystal or ceramic resonator connected to the outside. Arithmetic circuit 12 in FIG. 1, the logic inverter 38 for inverting the reference pulse signal P 2 output from the second detection circuit 8, the output of the detection pulse signal P 1 and the inverter 38 is outputted from the first detection circuit 4 The AND circuit 36 is configured to be stacked.

AND回路36から出力される差分パルス信号Pは、LPF40によって直流電圧に変換され、直流増幅器42によって増幅されてCPU13に入力される。CPU13は、この信号に基づいてデジタル値出力及びON/OFF出力を行う。 Differential pulse signal P 3 outputted from the AND circuit 36 is converted into a DC voltage by the LPF 40, is input to CPU13 are amplified by the DC amplifier 42. The CPU 13 performs digital value output and ON / OFF output based on this signal.

このように、差分パルス信号Pを直流化するため、電圧初期値を小さくすることができ、後段の直流増幅器42の増幅度を初期静電容量を含んだパルスを直流化するよりも高くすることができ、ダイナミックレンジの大きな高精度の検知が可能になる。また、信号処理部3Cにおいて、LPF40を用いて差分パルス信号Pを平滑化することにより、検知パルス信号P及び参照パルス信号Pの立ち上がりの時間差から生じるグリッジを除去することができる。 Thus, in order to direct the differential pulse signals P 3, it is possible to reduce the voltage initial value, it is higher than direct current pulses including the initial capacitance of the amplification degree of the subsequent DC amplifier 42 And high-precision detection with a large dynamic range becomes possible. Further, the signal processing unit 3C, it is possible difference by a pulse signal smoothing the P 3, to remove the glitch resulting from a time difference between the rise of the detection pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 with the LPF 40.

本発明の第4の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図9は、本発明の第4の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。   A proximity detection sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

第4の実施形態に係る近接検知センサは、パルス信号生成部1Dと、信号処理部3Aとを備えて構成されている。   The proximity detection sensor according to the fourth embodiment includes a pulse signal generation unit 1D and a signal processing unit 3A.

パルス信号生成部1Dは、グリッジを除去するための遅延回路44が設けられている。遅延回路44は、第1検知回路4から出力される検知パルス信号Pを第2検知回路8から出力される参照パルス信号Pに対して僅かに遅延させる。 The pulse signal generator 1D is provided with a delay circuit 44 for removing glitches. The delay circuit 44 slightly delays the detection pulse signal P 1 output from the first detection circuit 4 with respect to the reference pulse signal P 2 output from the second detection circuit 8.

これによって、検知パルス信号P及び参照パルス信号Pの立ち上がりの時間差から生じるグリッジを除去することができる。 Thereby, it is possible to remove a glitch resulting from a time difference between the rise of the detection pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2.

また、グリッジを除去する他の手段としては、フリップフロップ回路を設け、このフリップフロップ回路にサンプルクロックを入力することにより同期型のサンプリング回路を構成して各パルス信号P、Pをサンプリングするようにしてもよい。或いは、第1検知回路4及び第2検知回路8からの出力を同期させて出力するよう構成することも可能である。 As another means for removing the glitch, a flip-flop circuit is provided, and a sampling clock is input to the flip-flop circuit to form a synchronous sampling circuit to sample the pulse signals P 1 and P 2 . You may do it. Alternatively, the outputs from the first detection circuit 4 and the second detection circuit 8 can be synchronized and output.

本発明の第5の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図10は、本発明の第5の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。   A proximity detection sensor according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the fifth embodiment of the present invention.

第5の実施形態は、パルス信号生成部1Cと、信号処理部3Dとを備えて構成されている。なお、パルス信号生成部1Cは、第3の実施形態と同一構成である。信号処理部3Dは、パルス信号生成部1Cから入力された差分パルス信号Pのパルス幅をデジタル値に変換して出力するパルス幅計測回路46と、しきい値を生成するしきい値設定回路48と、デジタル値としきい値とを入力して大小関係を比較し、その大小関係に基づいてON/OFF出力を行う比較回路50とを備えている。 The fifth embodiment includes a pulse signal generation unit 1C and a signal processing unit 3D. The pulse signal generation unit 1C has the same configuration as that of the third embodiment. The signal processing unit 3D includes a pulse width measuring circuit 46 to the pulse width of the difference pulse signal P 3 which is inputted from the pulse signal generator 1C into a digital value and outputs the threshold setting circuit for generating a threshold 48 and a comparison circuit 50 for inputting a digital value and a threshold value, comparing the magnitude relation, and performing ON / OFF output based on the magnitude relation.

パルス信号生成部1Cによって生成された差分パルス信号Pは、パルス幅計測回路46によってそのパルス幅に応じたデジタル値に変換される。このデジタル値は外部に出力されると共に、比較回路50に出力される。比較回路50は、一方にこのデジタル値を入力し、他方にしきい値設定回路48によって設定されたしきい値を入力し、その大小関係に応じてON/OFF出力を行う。 Differential pulse signal P 3 generated by the pulse signal generator 1C is converted into a digital value corresponding to the pulse width by the pulse width measuring circuit 46. This digital value is output to the outside and also output to the comparison circuit 50. The comparison circuit 50 inputs this digital value to one side, and inputs the threshold value set by the threshold value setting circuit 48 to the other side, and performs ON / OFF output according to the magnitude relationship.

本発明の第6の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図11は、第6の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。   A proximity detection sensor according to a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the sixth embodiment.

第6の実施形態は、パルス号生成部1C及び信号処理部3Eを備えて構成されている。なお、パルス信号生成部1Cは、第3の実施形態と同一構成である。   The sixth embodiment includes a pulse number generation unit 1C and a signal processing unit 3E. The pulse signal generation unit 1C has the same configuration as that of the third embodiment.

信号処理部3Eは、パルス信号生成部1Cによって生成された差分パルス信号Pを直流化するLPF40と、このLPF40から出力された信号をGain設定部54によって設定された増幅度で増幅する直流増幅器42と、しきい値設定回路52と、直流増幅器42によって増幅された信号としきい値設定回路52によって生成されたしきい値との大小関係を比較し、その大小関係に応じてON/OFF出力を行うヒステリシスコンパレータ56と、このヒステリシスコンパレータ56のヒステリシス特性を設定するヒステリシス設定回路58とを備えている。 The signal processing unit. 3E, a differential pulse signal P 3 generated by the pulse signal generator 1C and LPF40 to direct current, amplifies the signal output from the LPF40 in amplification degree set by the Gain setting section 54 DC amplifier 42, the threshold value setting circuit 52, and the magnitude relationship between the signal amplified by the DC amplifier 42 and the threshold value generated by the threshold value setting circuit 52, and ON / OFF output according to the magnitude relationship. And a hysteresis setting circuit 58 for setting the hysteresis characteristics of the hysteresis comparator 56.

パルス信号生成部1Cによって生成された差分パルス信号Pは、LPF40によって直流化された後、直流増幅器42においてGain設定部54によって設定されたゲインで増幅される。増幅された直流信号は、アナログ値として外部に出力されると共に、ヒステリシスコンパレータ56によってしきい値と比較され、その大小関係に応じてON/OFF出力に変換される。この実施形態では、ヒステリシスコンパレータ56を使用しているため、耐ノイズ特性が、さらに向上する。 Differential pulse signal P 3 generated by the pulse signal generator 1C, after being DC by LPF 40, is amplified by the gain set by the Gain setting unit 54 in a DC amplifier 42. The amplified DC signal is output to the outside as an analog value, compared with a threshold value by a hysteresis comparator 56, and converted to an ON / OFF output according to the magnitude relationship. In this embodiment, since the hysteresis comparator 56 is used, the noise resistance characteristics are further improved.

ここで、第6の実施形態に係る近接検知センサを用いて、本発明の効果を検証するために行った検証実験について説明する。第6の実施形態に係る近接検知センサにおいて、パルス信号生成部1C及び信号処理部3Eは電子回路により構成される。その検知電極2として5pFのコンデンサ、参照コンデンサ6として3pFのコンデンサを接続した。このように構成された近接検知センサの周囲温度を−40℃、25℃及び85℃に変化させ、直流増幅器42から出力されるアナログ信号の変化量を調べた。この温度特性の測定を、第2検知回路8を停止させ第1検知回路4のみの信号を通過させるようにした場合と、第2検知回路8を動作させ第1検知回路4の信号との差分値を演算した場合との2通り行った。実験には、温度特性等の環境特性が同じコンデンサを用いた。表1は、周囲温度を変化させたときの周囲温度と出力値の変化量との関係を示した表である。なお、変化量は25℃におけるアナログ信号値を基準とした。

Figure 2008275428
Here, a verification experiment performed to verify the effect of the present invention using the proximity detection sensor according to the sixth embodiment will be described. In the proximity detection sensor according to the sixth embodiment, the pulse signal generation unit 1C and the signal processing unit 3E are configured by electronic circuits. A 5 pF capacitor was connected as the detection electrode 2, and a 3 pF capacitor was connected as the reference capacitor 6. The ambient temperature of the proximity sensor configured as described above was changed to −40 ° C., 25 ° C., and 85 ° C., and the amount of change in the analog signal output from the DC amplifier 42 was examined. In this temperature characteristic measurement, the difference between the case where the second detection circuit 8 is stopped and the signal of only the first detection circuit 4 is passed, and the case where the second detection circuit 8 is operated and the signal of the first detection circuit 4 is operated. This was done in two ways: when the value was calculated. In the experiment, capacitors having the same environmental characteristics such as temperature characteristics were used. Table 1 is a table showing the relationship between the ambient temperature and the amount of change in the output value when the ambient temperature is changed. The amount of change was based on an analog signal value at 25 ° C.
Figure 2008275428

この結果、−40℃と85℃での本実施形態に係る近接検知センサのアナログ出力値は、第1検知回路4のみの信号に基づくアナログ出力値に比べ、変化量にして約半分程度までの改善が確認された。また、アナログ信号値のバラつきは、ほぼ±1%以内であり、温度による近接検知センサへの影響が取り除かれることが確認された。   As a result, the analog output value of the proximity detection sensor according to the present embodiment at −40 ° C. and 85 ° C. is approximately half the amount of change compared to the analog output value based on the signal of only the first detection circuit 4. Improvement was confirmed. Moreover, the variation of the analog signal value is within ± 1%, and it was confirmed that the influence on the proximity detection sensor due to the temperature was removed.

本発明の第7の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図12は、第7の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。   A proximity detection sensor according to a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the seventh embodiment.

第7の実施形態は、パルス号生成部1E及び信号処理部3Eを備えて構成されている。なお、信号処理部3Eは、第6の実施形態と同一構成である。   The seventh embodiment includes a pulse number generation unit 1E and a signal processing unit 3E. The signal processing unit 3E has the same configuration as that of the sixth embodiment.

パルス信号生成部1Eにおいて、検知電極61はセレクタ回路60を介して第1検知回路4に接続されている。セレクタ回路60には、chセレクト信号を出力するCPU62が接続されている。また、CPU62には、ON/OFF出力に基づいてCPU62により点灯が制御されるLED64が接続されている。   In the pulse signal generation unit 1E, the detection electrode 61 is connected to the first detection circuit 4 via the selector circuit 60. The selector circuit 60 is connected to a CPU 62 that outputs a ch select signal. The CPU 62 is connected to an LED 64 whose lighting is controlled by the CPU 62 based on the ON / OFF output.

パルス信号生成部1Eは、更に、オペアンプ65を備えている。オペアンプ65は、利得1のバッファを構成するもので、検知電極61とその周りのガード電極及びシールド線等とを同電位に保つことにより、両者の間での充放電を防止するものである。オペアンプ65は、ON/OFF信号によって選択的に動作する。   The pulse signal generator 1E further includes an operational amplifier 65. The operational amplifier 65 constitutes a buffer with a gain of 1, and prevents charging / discharging between the sensing electrode 61 and the surrounding guard electrode, shield line, and the like by keeping them at the same potential. The operational amplifier 65 is selectively operated by an ON / OFF signal.

本実施形態において、CPU62は、chセレクト信号をセレクタ回路60に出力する。セレクタ回路60はchセレクト信号に基づいて、検知電極61が備える複数の電極を順番にスキャンする。検知電極61の複数の電極からの信号は、それぞれ順番に第1検知回路4に入力され、検知パルス信号Pとして出力される。この検知パルス信号Pと第2検知回路8から出力される参照パルス信号Pに基づいて生成された差分パルス信号Pは信号処理部3EのLPF40及び直流増幅器42により直流変換され、アナログ値として出力される。また、このアナログ値出力はヒステリシスコンパレータ56においてしきい値と比較される。セレクタ回路60によりスキャンされた検知電極61のあるチャンネルの電極について、その信号に基づくアナログ値出力がしきい値を超えた場合にON/OFF出力を行う。本実施形態においては、アナログ出力がしきい値よりも高い場合にON出力を行うものとする。 In the present embodiment, the CPU 62 outputs a ch select signal to the selector circuit 60. The selector circuit 60 sequentially scans a plurality of electrodes included in the detection electrode 61 based on the ch select signal. Signals from a plurality of electrodes of the detection electrode 61 are respectively inputted to the first detection circuit 4 in turn, it is outputted as a detection pulse signal P 1. The detection pulse signal P 1 and the reference pulse signal P 2 differential pulse signal P 3 generated based on the output from the second sense circuit 8 is DC conversion by LPF40 and DC amplifier 42 of the signal processor 3E, an analog value Is output as The analog value output is compared with a threshold value in the hysteresis comparator 56. For an electrode of a channel having the detection electrode 61 scanned by the selector circuit 60, ON / OFF output is performed when an analog value output based on the signal exceeds a threshold value. In the present embodiment, the ON output is performed when the analog output is higher than the threshold value.

このON/OFF出力は、CPU62に入力される。CPU62は、ONになっているチャンネルに応じた出力でLED64を点灯させる。これにより検知電極の各チャンネルの検知に応じた表示を行うことができる。   This ON / OFF output is input to the CPU 62. The CPU 62 lights the LED 64 with an output corresponding to the channel that is turned on. Thereby, display according to detection of each channel of the detection electrode can be performed.

また、ON/OFF出力はオペアンプ65に入力される。オペアンプ65は、ON/OFF信号によって検知電極61の周囲のガード電極に対してガード出力を行う。   The ON / OFF output is input to the operational amplifier 65. The operational amplifier 65 outputs a guard to the guard electrode around the detection electrode 61 by an ON / OFF signal.

この発明の第7の実施形態において、本発明の効果を検証するために行った検証実験について説明する。   In the seventh embodiment of the present invention, a verification experiment conducted for verifying the effect of the present invention will be described.

図13は、検証実験に用いた検知電極61を示す平面図である。図13(a)は検知電極61の表面部、図13(b)は検知電極61の裏面部を示す。検知電極61は、表面部に4行4列に配置された16個のリング状の電極部66を有する。電極部66の各電極間の間隔は2.5mmである。この電極部66はスルーホール68を介して検知電極の裏面部に接続され、配線70により接続端子72へと配線されている。この検知電極61の16個のチャンネルの電極がそれぞれセレクタ回路60に接続される。また、電極部66の周囲にはガード電極74が配置されている。ガード電極74には、オペアンプのガード出力が入力される。   FIG. 13 is a plan view showing the detection electrode 61 used in the verification experiment. FIG. 13A shows the front surface portion of the detection electrode 61, and FIG. 13B shows the back surface portion of the detection electrode 61. The detection electrode 61 has 16 ring-shaped electrode portions 66 arranged in 4 rows and 4 columns on the surface portion. The interval between the electrodes of the electrode portion 66 is 2.5 mm. The electrode portion 66 is connected to the back surface portion of the detection electrode through a through hole 68, and is wired to the connection terminal 72 by a wiring 70. The electrodes of the 16 channels of the detection electrode 61 are connected to the selector circuit 60, respectively. A guard electrode 74 is disposed around the electrode portion 66. The guard output of the operational amplifier is input to the guard electrode 74.

本検証実験において、第1検知回路4及び第2検知回路8に用いられる検知用の抵抗はいずれも75kΩのものを用いた。参照コンデンサ6には56pFのコンデンサを使用した。また、Gain設定部54による直流増幅器42のGainは2倍とし、しきい値設定回路52におけるしきい値は2.5Vとした。   In this verification experiment, the detection resistors used for the first detection circuit 4 and the second detection circuit 8 are both 75 kΩ. A 56 pF capacitor was used as the reference capacitor 6. Further, the gain of the DC amplifier 42 by the gain setting unit 54 is doubled, and the threshold value in the threshold setting circuit 52 is 2.5V.

この検証実験では、検知電極61の指で触れた状態の一つの電極と、指で触れていない状態の別の電極のアナログ値出力を測定した。また、第2検知回路8を停止させ、第1検知回路4のみの信号を通過させるようにした場合と、第2検知回路8を動作させ、第1検知回路4の信号との差分値を演算した場合との2通りについて上記測定を行った。表2は、指で接触した電極と、接触していない電極との間の、LPF及び直流増幅器の出力電圧の関係を示した表である。

Figure 2008275428
In this verification experiment, the analog value output of one electrode in a state in which the detection electrode 61 is touched with a finger and another electrode in a state in which the detection electrode 61 is not touched with a finger was measured. Further, when the second detection circuit 8 is stopped and the signal of only the first detection circuit 4 is allowed to pass, the second detection circuit 8 is operated, and the difference value from the signal of the first detection circuit 4 is calculated. The above measurements were performed in two ways. Table 2 is a table showing the relationship between the output voltage of the LPF and the DC amplifier between the electrode in contact with the finger and the electrode not in contact.
Figure 2008275428

第1検知回路4のみの信号に基づく直流増幅器42のアナログ値出力は、指で触れた電極と触れていない電極とが、ともにしきい値である2.5Vを越えており両方ともON出力がされる。このため、この状態では近接検知センサとしては動作しないこととなる。   The analog value output of the DC amplifier 42 based on the signal of only the first detection circuit 4 is that both the electrode touched by the finger and the electrode not touched exceed the threshold value of 2.5 V, and both output ON. Is done. For this reason, it does not operate as a proximity detection sensor in this state.

第2検知回路8を動作させ、参照コンデンサ6の出力に基づく参照パルス信号Pとの減算を行った場合、直流増幅器42のアナログ値出力は互いに異なる値を示している。ここで、検知電極61のch16の電極に指で触れている場合には、出力電圧はしきい値である2.5Vを越えているためON出力がなされる。一方、検知電極61のch12の電極に指で触れていない場合には、出力電圧はしきい値を超えていないためOFF出力がなされる。この状態では、所定の電極に指が触れた際に、その出力電圧に基づくON出力で所定のLEDを点灯することが可能である。よって、被検知物体の近接を検知する近接検知センサとして動作する。 Operates the second sense circuit 8, when the subtraction of the reference pulse signal P 2 based on the output of the reference capacitor 6 was carried out, the analog value output of the DC amplifier 42 indicates different values. Here, when the ch16 electrode of the detection electrode 61 is touched with a finger, the output voltage exceeds the threshold value of 2.5 V, and an ON output is made. On the other hand, when the ch12 electrode of the detection electrode 61 is not touched with a finger, the output voltage does not exceed the threshold value, and an OFF output is made. In this state, when a finger touches a predetermined electrode, it is possible to light a predetermined LED with an ON output based on the output voltage. Therefore, it operates as a proximity detection sensor that detects the proximity of the detected object.

検証実験の第1検知回路4のみで動作させた近接検知センサにおいて、しきい値を4.4V以上の値に設定し、Gain設定部におけるGainを1倍とすれば、指の接触の弁別は可能である。しかし、信号処理部における回路の測定上限値は電源電圧の5Vであり、これに近い値を使用することは、設計マージンを確保することを困難にさせる。信号処理部での増幅度を上げることが困難であるため、これ以上感度の小さい検知は測定不能となる。   In the proximity detection sensor operated only by the first detection circuit 4 of the verification experiment, if the threshold value is set to a value of 4.4 V or more and the Gain in the Gain setting unit is set to 1 time, the discrimination of the finger contact is Is possible. However, the upper limit of measurement of the circuit in the signal processing unit is 5 V of the power supply voltage, and using a value close to this makes it difficult to secure a design margin. Since it is difficult to increase the amplification degree in the signal processing unit, detection with a lower sensitivity becomes impossible.

一方、第2検知回路8を動作させた近接検知センサにおいて、アナログ値出力は測定上限値である電源電圧の3分の2程度である。このため、感度の小さい検知であっても減算値を大きくしたり、増幅度を上げたりすることにより検知が可能である。   On the other hand, in the proximity detection sensor in which the second detection circuit 8 is operated, the analog value output is about two-thirds of the power supply voltage that is the measurement upper limit value. For this reason, even detection with low sensitivity can be detected by increasing the subtraction value or increasing the amplification degree.

この検証実験において、ガード電極74が用いられている。ガード電極74なしで検知を行うと、電極部66が互いに影響を与える可能性がある。そのため、電極部66や各電極から第1検知回路8への配線70をガード電極74を用いてシールドする。このガード電極には、GNDを用いることもでき、電極部66が離れて配置されている場合には、用いなくても良い。   In this verification experiment, the guard electrode 74 is used. If detection is performed without the guard electrode 74, the electrode portions 66 may affect each other. For this reason, the electrode 70 and the wiring 70 from each electrode to the first detection circuit 8 are shielded by using the guard electrode 74. GND can also be used for this guard electrode, and it is not necessary to use it when the electrode part 66 is arranged apart.

本実施形態における近接検知センサにおいて、有限の電源電圧内であっても、減算動作を行うことにより微小な静電容量の変化を検知することが可能となった。   In the proximity detection sensor according to the present embodiment, it is possible to detect a minute change in capacitance by performing a subtraction operation even within a finite power supply voltage.

上記の全ての実施形態において、参照コンデンサ6の代わりに参照電極76を用いることができる。この場合、例えば図14に示すように、検知電極2の裏側にシールド78を介して参照電極76を配するように構成することができる。このような構成により、検知電極2は被検知物体の近接に伴って検出値を変化させるが、参照電極76は、被検知物体の近接に影響されずに参照値を出力させることができる。また、参照電極76の裏側から発生する参照電極76へのノイズの影響を除去するため、参照電極76の裏側に更にシールド78を配してもよい。   In all the above embodiments, the reference electrode 76 can be used instead of the reference capacitor 6. In this case, for example, as shown in FIG. 14, a reference electrode 76 can be arranged on the back side of the detection electrode 2 via a shield 78. With such a configuration, the detection electrode 2 changes the detection value with the proximity of the detected object, but the reference electrode 76 can output the reference value without being affected by the proximity of the detected object. Further, a shield 78 may be further provided on the back side of the reference electrode 76 in order to remove the influence of noise on the reference electrode 76 generated from the back side of the reference electrode 76.

本発明の第8の実施形態に係る近接検知センサについて説明する。図15は、本発明の第8の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。   A proximity detection sensor according to an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a block diagram showing an electrical configuration of the proximity detection sensor according to the eighth embodiment of the present invention.

第8の実施形態は、パルス信号生成部1Fと、信号処理部3Fとを備えて構成されている。パルス信号生成部1Fは、第3の実施形態における参照コンデンサ6に変わって、被検知物体の接近により静電容量を変化させる検知電極76が参照電極として用いられている点において第3の実施形態に係るパルス信号生成部1Cと異なる。また、コンデンサ80が第1検知回路4に接続されている点においても第3の実施形態に係るパルス信号生成部1Cと異なる。信号処理部3Fは、第6の実施形態に係る信号処理部1Eにおけるアナログ値出力部分と同様の構成である。   The eighth embodiment includes a pulse signal generation unit 1F and a signal processing unit 3F. The pulse signal generator 1F is the third embodiment in that a detection electrode 76 that changes the capacitance by the approach of the detected object is used as a reference electrode instead of the reference capacitor 6 in the third embodiment. This is different from the pulse signal generation unit 1C according to the above. Also, the point that the capacitor 80 is connected to the first detection circuit 4 is different from the pulse signal generation unit 1C according to the third embodiment. The signal processing unit 3F has the same configuration as the analog value output portion in the signal processing unit 1E according to the sixth embodiment.

パルス信号生成部1Fにおいて、検知電極2は第1検知回路4に接続されており、第1検知回路4は検知パルス信号Pを出力する。ここで、検知電極2及び検知電極76に被検知物体が近接していない状態でもその出力がフルレンジの中間値を示すように第1検知回路4の入力端子に初期静電容量を増加させるためのコンデンサ80が接続される。 In the pulse signal generator 1F, the detection electrode 2 is connected to the first detection circuit 4, the first detection circuit 4 outputs a detection pulse signal P 1. Here, even when the detection object is not in proximity to the detection electrode 2 and the detection electrode 76, the initial capacitance is increased at the input terminal of the first detection circuit 4 so that the output shows the intermediate value of the full range. A capacitor 80 is connected.

パルス信号生成部1Fにおいて、検知電極76は、第2検知回路に接続されている。第2検知回路8は、第1検知回路4と同様に、検知電極76と接地との間の静電容量変化を参照パルス信号Pに変換して出力する。ここで、検知電極76は初期静電容量が第1検出回路4の初期静電容量とほぼ等しく、被検知物体の接近により接地との間の静電容量が変化する。静電容量の変化に伴い参照パルス信号Pのパルス幅も変化する。 In the pulse signal generation unit 1F, the detection electrode 76 is connected to the second detection circuit. Similar to the first detection circuit 4, the second detection circuit 8 converts the capacitance change between the detection electrode 76 and the ground into a reference pulse signal P 2 and outputs it. Here, the initial capacitance of the detection electrode 76 is substantially equal to the initial capacitance of the first detection circuit 4, and the capacitance between the detection electrode 76 and the ground changes due to the approach of the detected object. The pulse width of the reference pulse signal P 2 with the change in the electrostatic capacitance also changes.

第8の実施形態に係る近接検知センサによれば、検知電極2に被検知物体が接近することにより、検知電極2の静電容量が変化し、アナログ値として出力される電圧値がフルレンジの中間値から増加する。また、検知電極76に被検知物体が接近することにより、検知電極76の静電容量が変化し、出力される電圧値がフルレンジの中間値から減少する。上述の第1〜第7の実施形態では、参照コンデンサ6の出力する参照値は、検出値を減ずる温度補正のために使用されていたが、本実施形態に示すように参照コンデンサ6を電極76に置き換えることにより、第2の検知電極として使用することも可能である。この場合、周囲環境変化は同相ノイズであるからキャンセルされる。   According to the proximity detection sensor according to the eighth embodiment, the capacitance of the detection electrode 2 changes due to the detection object approaching the detection electrode 2, and the voltage value output as an analog value is in the middle of the full range. Increase from value. Further, when the object to be detected approaches the detection electrode 76, the capacitance of the detection electrode 76 changes, and the output voltage value decreases from the intermediate value of the full range. In the first to seventh embodiments described above, the reference value output from the reference capacitor 6 is used for temperature correction to reduce the detected value. However, as shown in the present embodiment, the reference capacitor 6 is connected to the electrode 76. It is also possible to use as the second detection electrode by replacing with. In this case, the ambient environment change is canceled because it is in-phase noise.

ここで、第8の実施形態に係る近接検知センサの効果を検証するために行った検証実験について説明する。パルス信号生成部における、検知電極2及び検知電極76として50mm角の銅箔を用い、この2つの検知電極を20mmの間隔をあけて配置した。また、各検知電極上に厚さ1mmのアクリル板を配置した。そして、第1検知回路の入力端子に20pFのコンデンサを接続した。このように構成された近接検知センサの各検知電極に指を接触させていない状態と指を接触させた状態との出力電圧を計測した。   Here, a verification experiment performed in order to verify the effect of the proximity detection sensor according to the eighth embodiment will be described. A 50 mm square copper foil was used as the detection electrode 2 and the detection electrode 76 in the pulse signal generation unit, and the two detection electrodes were arranged with an interval of 20 mm. In addition, an acrylic plate having a thickness of 1 mm was disposed on each detection electrode. Then, a 20 pF capacitor was connected to the input terminal of the first detection circuit. The output voltages of the state where the finger is not in contact with the detection electrodes of the proximity detection sensor configured as described above and the state where the finger is in contact were measured.

この検証実験において、両電極に何も接触していない状態の出力電圧と検知電極に指で接触した状態の出力電圧との比較を以下の表3に示す。

Figure 2008275428
Table 3 below shows a comparison between the output voltage in a state where nothing is in contact with both electrodes and the output voltage in a state where the finger is in contact with the detection electrode in this verification experiment.
Figure 2008275428

この結果、検知電極2及び検知電極76にそれぞれ接触した状態の出力の変化は十分に計測できることが確認された。また、両電極に接触した場合の出力の変化はそれぞれの電極に接触した場合の出力の変化の差分値とほぼ一致している。従って、両検知電極に同時に接触した場合は、近接検知センサにおいて非検知状態を通知する構成とすることも可能である。また、このような近接検知センサは、初期静電容量を増加させるコンデンサを用いずに構成することも可能である。   As a result, it was confirmed that the change in the output in contact with the detection electrode 2 and the detection electrode 76 can be sufficiently measured. In addition, the change in output when the electrodes are in contact with each other substantially coincides with the difference value of the change in output when the electrodes are in contact with each other. Therefore, when both detection electrodes are contacted at the same time, the proximity detection sensor can notify the non-detection state. Further, such a proximity detection sensor can be configured without using a capacitor that increases the initial capacitance.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加等が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change, addition, etc. are possible in the range which does not deviate from the meaning of invention.

例えば、トリガ信号生成回路10は、内部発振可能な発振回路を用いて構成したが、外部からサンプル同期信号を入力するように構成してもよい。   For example, the trigger signal generation circuit 10 is configured using an oscillation circuit capable of internal oscillation, but may be configured to input a sample synchronization signal from the outside.

第1の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the proximity detection sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る近接検知センサの一部回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the partial circuit structure of the proximity detection sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る近接検知センサの回路構成例におけるタイミングチャートである。It is a timing chart in the circuit structural example of the proximity detection sensor which concerns on 1st Embodiment. 周囲温度と変化量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ambient temperature and a variation | change_quantity. 第1の実施形態に係る近接検知センサの検知電極の静電容量と検出されるパルス信号のパルス幅を示すグラフである。It is a graph which shows the electrostatic capacitance of the detection electrode of the proximity detection sensor which concerns on 1st Embodiment, and the pulse width of the detected pulse signal. 第2の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 2nd Embodiment. CPUにおいて、ON/OFF出力を行う処理の例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of processing for performing ON / OFF output in a CPU. 第3の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 7th Embodiment. 検知電極の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of a detection electrode. 検知電極と参照電極との配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of arrangement | positioning of a detection electrode and a reference electrode. 第8の実施形態に係る近接検知センサの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the proximity detection sensor which concerns on 8th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2、61…検知電極、 4…第1検知回路、 6…参照コンデンサ、 8…第2検知回路、 10…トリガ信号発信回路、 12…演算回路、 14、16、24、26…コンパレータ、 18、28…RSフリップフロップ回路、 20、30…バッファ、 22、32…トランジスタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 2,61 ... Detection electrode, 4 ... 1st detection circuit, 6 ... Reference capacitor, 8 ... 2nd detection circuit, 10 ... Trigger signal transmission circuit, 12 ... Arithmetic circuit 14, 16, 24, 26 ... Comparator 18, 28 ... RS flip-flop circuit, 20, 30 ... buffer, 22, 32 ... transistor.

Claims (11)

被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極と、
前記検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を出力する第1検知回路と、
参照コンデンサと、
前記参照コンデンサの静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を出力する第2検知回路と、
前記第1のパルス信号から前記第2のパルス信号を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算手段と
を備えたことを特徴とする近接検知センサ。
A sensing electrode whose capacitance with the ground changes with the proximity of the object to be detected;
A first detection circuit that outputs a first pulse signal having a pulse width corresponding to a capacitance between the detection electrode and the ground;
A reference capacitor;
A second detection circuit that outputs a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance of the reference capacitor;
A proximity detection sensor comprising: a calculation means for calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting the second pulse signal from the first pulse signal.
被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極と、
前記検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を出力する第1検知回路と、
参照電極と、
前記参照電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を出力する第2検知回路と、
前記第1のパルス信号から前記第2のパルス信号を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算手段と
を備えたことを特徴とする近接検知センサ。
A sensing electrode whose capacitance with the ground changes with the proximity of the object to be detected;
A first detection circuit that outputs a first pulse signal having a pulse width corresponding to a capacitance between the detection electrode and the ground;
A reference electrode;
A second detection circuit that outputs a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance between the reference electrode and the ground;
A proximity detection sensor comprising: a calculation means for calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting the second pulse signal from the first pulse signal.
前記参照電極は、被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化することを特徴とする請求項2記載の近接検知センサ。   The proximity detection sensor according to claim 2, wherein a capacitance between the reference electrode and the ground changes as the object to be detected approaches. 前記第2検知回路から出力される前記第2のパルス信号の初期値は、前記第1検知回路から出力される前記第1のパルス信号の初期値とほぼ等しい値であることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の近接検知センサ。   The initial value of the second pulse signal output from the second detection circuit is substantially equal to the initial value of the first pulse signal output from the first detection circuit. Item 5. The proximity detection sensor according to any one of Items 1 to 3. 前記第1のパルス信号及び前記第2のパルス信号の立ち上がりを同期させるトリガ信号生成回路を更に備えたことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の近接検知センサ。   The proximity detection sensor according to claim 1, further comprising a trigger signal generation circuit that synchronizes rising edges of the first pulse signal and the second pulse signal. 前記第1のパルス信号を前記第2のパルス信号に対して遅延させる遅延回路を更に備えたことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項記載の近接検知センサ。   The proximity detection sensor according to claim 1, further comprising a delay circuit that delays the first pulse signal with respect to the second pulse signal. 前記差分パルスを直流信号に変換するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタによって生成された直流信号を増幅する直流増幅器とを更に備えたことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の近接検知センサ。   The low-pass filter that converts the differential pulse into a direct-current signal and the direct-current amplifier that amplifies the direct-current signal generated by the low-pass filter are further provided. Proximity detection sensor. 前記差分パルスのパルス幅をしきい値と比較し、その大小関係に基づいてON/OFF信号を出力するように構成されたことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項記載の近接検知センサ。   The pulse width of the differential pulse is compared with a threshold value, and an ON / OFF signal is output based on the magnitude relationship thereof. Proximity detection sensor. 前記検知電極は複数の電極からなり、前記複数の電極からの信号を選択して前記第1検知回路に入力するセレクタ回路を更に備えたことを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1項記載の近接検知センサ。   9. The detection electrode according to claim 1, further comprising a selector circuit configured to select a signal from the plurality of electrodes and input the signal to the first detection circuit. The proximity detection sensor according to the item. 被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第1パルス幅計測ステップと、
参照コンデンサの静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第2パルス幅計測ステップと、
前記第1のパルス信号のパルス幅から前記第2のパルス信号のパルス幅を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算ステップと
を備えたことを特徴とする近接検知方法。
A first pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance between the detection electrode and the ground, in which the capacitance between the ground and the object to be detected changes, is measured. A pulse width measurement step;
A second pulse width measuring step of inputting a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance of the reference capacitor and measuring the pulse width;
A proximity detection method comprising: a calculation step of calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting a pulse width of the second pulse signal from a pulse width of the first pulse signal.
被検知物体の近接に伴いグランドとの間の静電容量が変化する検知電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第1のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第1パルス幅計測ステップと、
参照電極とグランドとの間の静電容量に応じたパルス幅の第2のパルス信号を入力しパルス幅を計測する第2パルス幅計測ステップと、
前記第1のパルス信号のパルス幅から前記第2のパルス信号のパルス幅を減じた差分パルスのパルス幅を演算出力する演算ステップと
を備えたことを特徴とする近接検知方法。
A first pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance between the detection electrode and the ground, in which the capacitance between the ground and the object to be detected changes, is measured. A pulse width measurement step;
A second pulse width measurement step of inputting a second pulse signal having a pulse width corresponding to the capacitance between the reference electrode and the ground and measuring the pulse width;
A proximity detection method comprising: a calculation step of calculating and outputting a pulse width of a differential pulse obtained by subtracting a pulse width of the second pulse signal from a pulse width of the first pulse signal.
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