JP2010160073A - 物体検出装置及び物体検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電容量センサの計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出できるようにする。
【解決手段】 複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群１２０と、センサ電極群１２０のうち、物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、物体との近接状態を静電容量として検出する静電容量センサ回路１１０と、静電容量センサ回路１１０で検出された静電容量に応じて、非接触状態であるセンサ電極と物体との近接距離を計算する近接距離計算部１４２と、センサ電極群１２０のうち、物体と接触状態であるセンサ電極に基づいて、物体との接触に係る詳細情報を検出する接触スイッチ回路１３０と、接触スイッチ回路１３０で検出された詳細情報を取得する取得部１４１を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、計測対象の物体を検出する物体検出装置及び物体検出方法に関するものである。

従来より、例えば、金属板と計測対象となる物体の双方を、相対する電極からなるコンデンサと仮定し、静電容量を計測することによって、金属板と計測対象物体との間の近接距離を計測する静電容量センサが開発されている。この静電容量センサは、センシング部分が電極のみで構成され、容易に近接距離の計測ができるため、物体の有無を計測する物体検知センサや、入力インターフェース向けのタッチセンサとして広く利用されている。

一方、静電容量センサの信号強度は、コンデンサのキャパシタンスの大きさで決まるが、この値は、センサ電極の面積及び計測対象物体と電極との間の近接距離に依存する。したがって、静電容量センサが計測対象物体を計測できる範囲は、センサ電極の面積及び計測対象物体と電極との間の近接距離に依存する。

ここで、計測対象物体と電極との間の近接距離を長くすると、センサ信号が小さくなるため、センサ電極の面積を大きくする必要がある。この場合、静電容量センサをアレイ状に並べて、例えば、計測対象物体の詳細な形状を知ると同時に計測対象物体との近接距離を計測したい場合には、各センサ電極の面積が増大し、解像度は相対的に低下してしまう。

この問題を解決するために、例えば、下記の特許文献１においては、接触スイッチと静電容量センサをハイブリッド化するとともに、接触スイッチの接点と静電容量センサの電極を共用する構成が示されている。この構成では、接触スイッチによって接触部位の検出精度を保ちながら、静電容量センサのセンサ電極面積を最大限大きく確保して検出感度を向上することを目指している。

特開２００７−２０５９６６号公報

しかしながら、上述した従来の構成を用いた場合には、一旦、計測対象物体が静電容量センサの電極と接触スイッチに接触すると、静電容量センサの値が飽和してしまい、近接距離を算出することが困難になるという問題があった。

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、静電容量センサ（近接センサ部）の計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出できるようにすることを目的とする。

本発明の物体検出装置は、計測対象の物体を検出する物体検出装置であって、複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、前記センサ電極群のうち、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として検出する近接センサ部と、前記近接センサ部で検出された静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算部と、前記センサ電極群のうち、前記物体と接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との接触に係る詳細情報を検出する詳細センサ部と、前記詳細センサ部で検出された詳細情報を取得する取得部とを有する。

本発明の物体検出装置における他の態様は、計測対象の物体を検出する物体検出装置であって、複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、前記センサ電極群の中から、当該センサ電極群の複数の領域に係るセンサ電極を指定する指定部と、前記センサ電極群のうち、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として検出する近接センサ部と、前記指定部で指定されたセンサ電極の前記領域ごとに、前記近接センサ部で検出された静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算部とを有する。

本発明の物体検出方法は、複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、近接センサ部と、詳細センサ部とを備え、計測対象の物体を検出する物体検出装置による物体検出方法であって、前記センサ電極群のうち、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として前記近接センサ部で検出し、前記近接センサ部で検出した静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算ステップと、前記センサ電極群のうち、前記物体と接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との接触に係る詳細情報を前記詳細センサ部で検出し、前記詳細センサ部で検出した詳細情報を取得する取得ステップとを有する。

本発明の物体検出方法における他の態様は、複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、近接センサ部とを備え、計測対象の物体を検出する物体検出装置による物体検出方法であって、前記センサ電極群の中から、当該センサ電極群の複数の領域に係るセンサ電極を指定する指定ステップと、前記指定ステップで指定されたセンサ電極の前記領域ごとに、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として前記近接センサ部で検出し、前記近接センサ部で検出された静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算ステップとを有する。

本発明によれば、静電容量センサ（近接センサ部）の計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出することができる。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（実施形態）について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る物体検出装置１００の概略構成の一例を示す模式図である。

物体検出装置１００は、計測対象である計測対象物体を検出する装置であり、図１に示すように、静電容量センサ回路１１０と、センサ電極群１２０と、接触スイッチ回路１３０と、情報処理装置１４０を有して構成されている。

静電容量センサ回路１１０は、計測対象物体の近接状態を検出するための近接センサ部として作用（機能）するものである。

センサ電極群１２０は、複数のセンサ電極（センサ電極板）が配設されて構成されている。センサ電極群１２０の各センサ電極（各センサ電極板）は、計測対象物体が接触していない場合には静電容量センサ回路１１０に電気的に接続され、計測対象物体が接触した場合には接触スイッチ回路１３０に電気的に接続されるようになっている。即ち、センサ電極群１２０の各センサ電極は、計測対象物体と接触状態に応じて、近接センサ部である静電容量センサ回路１１０との導通状態が制御される。

接触スイッチ回路１３０は、計測対象物体がセンサ電極群１２０のセンサ電極に接触した場合に、計測対象物体の接触に係る詳細情報を検出するための詳細センサ部として作用（機能）するものである。

情報処理装置１４０は、静電容量センサ回路１１０や接触スイッチ回路１３０からの情報（信号）を処理する装置であり、その内部に、スイッチ状態取得部１４１と、近接距離計算部１４２と、詳細情報認定部１４３を有して構成されている。

スイッチ状態取得部１４１は、接触スイッチ回路１３０から、接触スイッチの状態に係る情報（信号）を取得するものである。即ち、スイッチ状態取得部１４１は、接触スイッチ回路１３０で検出された、計測対象物体の接触に係る詳細情報を取得する。近接距離計算部１４２は、スイッチ状態取得部１４１及び静電容量センサ回路１１０からの情報（信号）に基づき、計測対象物体との近接距離を計算する。詳細情報認定部１４３は、例えば、スイッチ状態取得部１４１からの接触スイッチの状態に係る情報（信号）に基づき、計測対象物体の接触に係る詳細情報の認定処理を行う。具体的に、詳細情報認定部１４３は、例えば、センサ電極群１２０に設けられた各センサ電極のうち、どのセンサ電極が計測対象物体と接触しているのかを示す情報の認定を行う。

このように、物体検出装置１００は、近接センサ部及び詳細センサ部の複数のセンサを有して構成されており、複合センサということもできる。また、本実施形態では、詳細センサ部として、接触スイッチを含む接触スイッチ回路１３０、即ち、接触センサを適用した例について説明を行う。

まず、図１に示す静電容量センサ回路１１０の内部の詳細な構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す静電容量センサ回路１１０の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図２には、静電容量センサ回路１１０の内部の詳細な構成の他に、静電容量センサ回路１１０の接続に係るセンサ電極群１２０及び情報処理装置１４０も記載している。

静電容量センサ回路１１０は、図２に示すように、交流電源部２０１と、抵抗部２０２と、整流ダイオード２０４及び平滑コンデンサ２０５からなる整流部２０３と、電圧計測部２０６を有して構成されている。

次に、図１に示すセンサ電極群１２０の詳細な構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示すセンサ電極群１２０の詳細な構成の一例を示す模式図である。

センサ電極群１２０は、図３に示すように、２枚以上の複数のセンサ電極板３０１と、配線３０２と、スイッチング部３０３を有して構成されている。また、配線３０２は、静電容量センサ回路１１０と接続されている。

センサ電極板３０１は、導電体で形成され、図３に示す例では２次元行列状（具体的には、３行×３列）に配設されて構成されている。それぞれのセンサ電極板３０１は、配線３０２とスイッチング部３０３によって、電気的に結合されている。なお、図３に示す例では、説明の便宜上、３行×３列からなるセンサ電極板３０１を示しているが、本実施形態においては、本例に限定されることなく、それ以上の数のセンサ電極板３０１を構成して適用することはもちろん可能である。

ここで、本実施形態では、センサ電極群１２０にそれぞれ配設されているセンサ電極板３０１は、そのセンサ電極板の面積が等しいものとする。また、図３に示す例では、センサ電極板３０１が、２次元行列状に、ＸＹ平面形状で配置された形式となっているが、このセンサ電極板３０１の形状は必ずしも平面である必要はない。このセンサ電極板３０１は、例えば、接触スイッチ回路１３０を直下に設置することができれば、球、円筒、自由曲面といった非平面状の形状であっても適用可能である。

センサ電極板３０１は、図３に示すように、初期状態では、相互に導通状態になっており、単一の電極とみなせるセンサ電極群１２０を形成している。このセンサ電極群１２０の表面と電位差のある計測対象物体Ａ（不図示）が接近した場合には、計測対象物体Ａとセンサ電極群１２０の表面との間で電界が発生し、その結果、仮想的なコンデンサが形成される。このとき、センサ電極群１２０の表面と計測対象物体Ａとの間の距離である近接距離をｄ［ｍ］、真空の誘電率をε₀、センサ電極間に存在する媒質の比誘電率をε_rとした場合、静電容量Ｃ［Ｆ］は、以下の（１）式で表される。

ここでは、計測対象物体Ａとセンサ電極群１２０の表面が平行であり、センサ電極の面積Ｓ［ｍ²］の領域で対向し、導電特性が同様のものと仮定している。

そして、（１）式から分かるように、計測対象物体Ａが接近して近接距離ｄが減少すると、静電容量Ｃは増大する。図２に示す静電容量センサ回路１１０の交流電源部２０１から周波数ｆ［Ｈｚ］の交流電圧が供給された場合、静電容量センサ回路１１０では、この仮想的なコンデンサは、以下の（２）式に示す容量性リアクタンスＲｃ［Ω］を持つ仮想的な抵抗として作用する。

このとき、交流電源部２０１から供給する交流電圧をＶｃｃ［Ｖ］、抵抗部２０２の抵抗値をＲ［Ω］とした場合、静電容量センサ回路１１０におけるセンサ電極群１２０の仮想的なコンデンサによる電圧降下Ｖｄ［Ｖ］は、以下の（３）式のように表される。

そして、（１）式〜（３）式から、以下の（４）式が導かれる。

（４）式で示されるように、電圧降下Ｖｄの変化が、近接距離ｄの変化、つまり計測対象物体との近接距離を表している。そして、図２に示す静電容量センサ回路１１０では、この電圧降下Ｖｄを整流部２０３内の整流ダイオード２０４において直流化し、平滑コンデンサ２０５において直流化に伴うリプル電圧を平滑化した後、平滑化後の電圧を電圧計測部２０６で測定する。そして、この電圧計測部２０６で測定された電圧値から、（４）式を用いて、センサ電極群１２０と計測対象物体との近接距離ｄを計測することができる。

なお、（１）式〜（３）式から、計測対象物体とセンサ電極群１２０が接触して近接距離ｄ＝０になると、電圧降下Ｖｄ＝０となる。このため、少しでもセンサ電極群１２０に計測対象物体との接触部分が発生すると、電圧計測部２０６で計測する電圧降下Ｖｄは０となり、その接触部分の周囲の近傍部分の状態を計測値に反映することができない。これを防ぐために、本実施形態では、図３に示すセンサ電極群１２０のセンサ電極板３０１が計測対象物体と接触すると、当該センサ電極板は、他のセンサ電極板と電気的に絶縁され、周囲に設けられた静電容量センサ回路１１０と切り離されるようになっている。この原理について、図４を用いて以下に詳しく説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す模式図である。

計測対象物体４０１（図４に示す例では、人間の指）が図４に示すセンサ電極板４０２と接触した場合、このセンサ電極板４０２は、下方に変位する。このセンサ電極板４０２の変位によって、センサ電極板４０２の周囲に設けられ、センサ電極板４０２と配線３０２とを通電していたスイッチング部３０３ａの電気的結合が解除される。これにより、計測対象物体４０１と接触したセンサ電極板４０２は、計測対象物体４０１と接触していないその他のセンサ電極板４０３と絶縁状態となる。

図５は、本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図５において、図４に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。

図５では、計測対象物体４０１とセンサ電極板４０３とは離れた状態にあり、近接距離ｄの計測には、（４）式からセンサ電極の面積を大きくすることが望ましい。本実施形態では、この状態において、図５に示す３つのセンサ電極板４０３は導通状態にあり、全体として１つの電極を形成しており、この場合、センサ電極の有効面積Ｓは最大になっている。これにより、計測対象物体４０１の近接距離ｄの測定可能範囲を最大限にすることができる。

図６は、本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図６において、図４に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。

図６において、計測対象物体４０１は、図５に示す３つのセンサ電極板４０３のうちの左に位置するセンサ電極板（図６のセンサ電極板４０２）と接触している。また、計測対象物体４０１と接触していない図６に示すセンサ電極板４０３と計測対象物体４０１とは、図５に示す場合と比較してより近接した状態となっている。

そして、図６に示すセンサ電極板４０２は、計測対象物体４０１の接触によって下方に変位し、スイッチング部３０３ａによって電気的に絶縁され、センサ電極板４０３及びその周囲の静電容量センサ回路１１０と電気的に切り離されている。本実施形態では、この状態において、近接距離ｄを、図６に示すセンサ電極板４０３のセンサ電極の面積Ｓのみで計測を行う。この場合、図５に示す非接触状態と比較すると、近接距離ｄの計測に用いるセンサ電極の有効面積Ｓは減少する。そして、図６に示すように、計測対象物体４０１が一部接触しているような状況であれば、測定すべき近接距離ｄは短くなるため、計測に必要なセンサ電極の有効面積Ｓは小さくてよい。センサ電極群１２０をこのように構成することで、計測対象物体４０１と接触した接触部位以外の部分における、近接距離ｄの計測も可能となる。

次に、図１に示す接触スイッチ回路１３０の内部の詳細な構成について説明する。
この接触スイッチ回路１３０は、図１に示すように、センサ電極群１２０の直下に配置されている。

図７は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す接触スイッチ回路１３０の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図７には、接触スイッチ回路１３０の内部の詳細な構成の他に、接触スイッチ回路１３０の接続に係るセンサ電極群１２０及び情報処理装置１４０のスイッチ状態取得部１４１も記載している。また、実際の物体検出装置１００の構成では、センサ電極群１２０が接触スイッチ回路１３０の各接触スイッチ７０１の直上に位置するものであるが、図７においては、説明の便宜のために、センサ電極群１２０を接触スイッチ７０１の上部に離して記載している。

接触スイッチ回路１３０は、接触スイッチ７０１と、グリッド行配線７０２と、グリッド列配線７０３と、行リレー部７０４と、列リレー部７０５と、行指定信号線７０６と、列指定信号線７０７を有して構成されている。

ここで、接触スイッチ７０１は、図７に示すように、センサ電極群１２０の各センサ電極板３０１に対応して、複数配置されている。また、行リレー部７０４の内部には、スイッチ状態取得部１４１からグリッド行配線７０２への導通を切り替える行リレー７０４ａが構成されている。また、列リレー部７０５の内部には、スイッチ状態取得部１４１からグリッド列配線７０３への導通を切り替える列リレー７０５ａが構成されている。

行リレー部７０４及び列リレー部７０５は、それぞれ、内部の行リレー７０４ａ及び列リレー７０５ａの導通を切り替えることにより、任意の接触スイッチ７０１の状態（通電状態）をスイッチ状態取得部１４１で取得可能とする。

また、行リレー７０４ａ及び列リレー７０５ａのそれぞれの導通状態は、それぞれ、行指定信号線７０６及び列指定信号線７０７を介して、スイッチ状態取得部１４１により制御される。スイッチ状態取得部１４１は、行リレー７０４ａ及び列リレー７０５ａを切り替えて、任意の接触スイッチ７０１を指定する。この様子について、図８を用いて説明する。

図８は、本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す接触スイッチ回路１３０に設けられた接触スイッチの中から任意の接触スイッチを指定した際の様子の一例を示す模式図である。

スイッチ状態取得部１４１の制御により、図８に示すように、行リレー７０４ａ内の行リレースイッチ８０１と列リレー７０５ａ内の列リレースイッチ８０２で指定される任意の接触スイッチ７０１の導通状態を検出し取得することができる。スイッチ状態取得部１４１によるグリッド行配線７０２及びグリッド列配線７０３の二線間の導通状態の検出方法としては、抵抗値を計測する方法が代表的であるが、本実施形態においては、導通状態を検出可能であれば、構成に応じて他の方法を用いてもよい。

図９は、本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図９において、図５に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。即ち、図９は、図５に対して、接触スイッチ回路１３０の接触スイッチ７０１を追加して記載している。

図９に示すように、計測対象物体４０１がセンサ電極板４０３に非接触状態の場合には、センサ電極板４０３が相互に導通状態にあると同時に、接触スイッチ７０１は絶縁状態にある。

図１０は、本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図１０において、図６に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。即ち、図１０は、図６に対して、接触スイッチ回路１３０の接触スイッチ７０１を追加して記載している。

図１０において、計測対象物体４０１は、図９に示す３つのセンサ電極板４０３のうちの左に位置するセンサ電極板（図１０のセンサ電極板４０２）と接触している。この場合、計測対象物体４０１と接触したセンサ電極板４０２は、スイッチング部３０３ａによってその他のセンサ電極板４０３との電気的結合が解除されると同時に、その直下にある左の接触スイッチ７０１が導通状態となる。

次に、図１に示す情報処理装置１４０の詳細な構成について説明する。
図１に示す情報処理装置１４０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭやＲＡＭ、外部メモリ等）、外部インターフェースなどのハードウエア構成を備える一般的なコンピュータで構成されている。情報処理装置１４０では、例えば、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラム等を実行することにより、図１に示すスイッチ状態取得部１４１、近接距離計算部１４２及び詳細情報認定部１４３の機能構成が実現される。

スイッチ状態取得部１４１は、例えば、図７に示すように、行リレー部７０４及び列リレー部７０５を制御して接触スイッチ回路１３０の各接触スイッチ７０１の導通状態を走査し、全ての接触スイッチ７０１の導通状態に係る情報（信号）を取得する。即ち、スイッチ状態取得部１４１は、接触スイッチ回路１３０で検出された、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報を取得する。

近接距離計算部１４２は、スイッチ状態取得部１４１で取得された全ての接触スイッチ７０１の通電状態に係る情報（信号）を用いて、静電容量センサ回路１１０からの情報（信号）に基づき、計測対象物体４０１との近接距離を計算する。具体的に、近接距離計算部１４２は、上述したように、センサ電極群１２０のセンサ電極の有効面積Ｓを求め、前記電圧降下Ｖｄから、計測対象物体４０１との近接距離ｄを計算する。

ここで、図４に示すセンサ電極板４０２もしくはセンサ電極板４０３の１つあたりの面積をＳ₁［ｍ²］とし、計測対象物体４０１が接触していないセンサ電極板４０３の枚数をｘ枚とする。そうすると、計測対象物体４０１が接触していないセンサ電極板４０３の総面積がセンサ電極の有効面積Ｓに相当するため、センサ電極の有効面積Ｓは、以下の（５）式で表せる。

したがって、計測対象物体４０１とセンサ電極板４０３の近接距離ｄは、（５）式を用いて（４）式から計算することができる。

次に、本実施形態に係る物体検出装置１００の処理手順について説明する。
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る物体検出装置１００で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図１１に示すフローチャートでは、物体検出処理として、計測対象物体４０１との近接距離ｄの算出処理、及び、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理について示している。

まず、ステップＳ１０１において、スイッチ状態取得部１４１は、例えば図８に示すように、行リレー部７０４及び列リレー部７０５を制御して、接触スイッチ回路１３０の複数の接触スイッチ７０１の中から、１つの接触スイッチ７０１を選択する。これにより、ステップＳ１０１では、結果的に、当該１つの接触スイッチ７０１に対応する、計測対象となるセンサ電極板３０１が選択される。

続いて、ステップＳ１０２において、スイッチ状態取得部１４１は、ステップＳ１０１で選択した接触スイッチ７０１の状態に係る情報（信号）を接触スイッチ回路１３０から取得する処理を行う。

このステップＳ１０２で取得した接触スイッチ７０１の状態（具体的に本例では、導通（通電）／絶縁の状態）に係る情報（詳細情報）は、スイッチ状態取得部１４１によって、例えば情報処理装置１４０のメモリに保持される。そして、ここで保持された接触スイッチ７０１の状態に係る情報は、次に当該センサ電極板３０１が選択され、当該接触スイッチ７０１の状態に係る情報が取得された際に更新される。

続いて、ステップＳ１０３において、情報処理装置１４０は、ステップＳ１０２で取得した接触スイッチ７０１の状態が導通状態（通電状態）であるか、絶縁状態であるかを判断する。

ステップＳ１０３の判断の結果、ステップＳ１０２で取得した接触スイッチ７０１の状態が導通状態（通電状態）である場合には、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４に進むと、情報処理装置１４０は、計測対象物体４０１が、当該センサ電極板３０１と接触状態であると判定する。その後、ステップＳ１０６に進む。

一方、ステップＳ１０３の判断の結果、ステップＳ１０２で取得した接触スイッチ７０１の状態が絶縁状態である場合には、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５に進むと、情報処理装置１４０は、計測対象物体４０１が、当該センサ電極板３０１と非接触状態であると判定する。その後、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６に進むと、情報処理装置１４０は、ステップＳ１０１においてセンサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１の選択を行ったか否かを判断する。

ステップＳ１０６の判断の結果、ステップＳ１０１において未だ選択を行っていないセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ１０１に戻り、未選択であるセンサ電極板３０１の選択処理を行って、以降の処理を再度行う。

一方、ステップＳ１０６の判断の結果、ステップＳ１０１においてセンサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１の選択を行った場合には、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７に進むと、情報処理装置１４０は、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かを判断する。この非接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かの判断は、ステップＳ１０５の判定が行われたセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。より具体的には、ステップＳ１０２で取得し保持した、対応する接触スイッチ７０１が絶縁状態である旨の情報に係るセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。

ステップＳ１０７の判断の結果、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８に進むと、近接距離計算部１４２は、ステップＳ１０２で取得し保持した、接触スイッチ７０１の状態に係る情報に基づいて、センサ電極の有効面積Ｓを計算する。具体的には、接触スイッチ７０１が絶縁状態である旨の情報に基づく、計測対象物体４０１と非接触のセンサ電極板３０１の枚数ｘと、センサ電極板３０１の１つあたりの面積Ｓ₁から、（５）式を用いて、センサ電極の有効面積Ｓを計算する。

続いて、ステップＳ１０９において、静電容量センサ回路１１０の電圧計測部２０６は、近接距離計算部１４２による制御に基づいて、電圧降下Ｖｄを計測する。

続いて、ステップＳ１１０において、近接距離計算部１４２は、ステップＳ１０８で計算したセンサ電極の有効面積Ｓと、ステップＳ１０９で計測された電圧降下Ｖｄから、（４）式を用いて、計測対象物体４０１との近接距離ｄを算出する。

ステップＳ１１０の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ１０７で計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１がないと判断された場合には、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１に進むと、情報処理装置１４０は、計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かを判断する。この接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かの判断は、ステップＳ１０４の判定が行われたセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。より具体的には、ステップＳ１０２で取得し保持した、対応する接触スイッチ７０１が導通状態である旨の情報に係るセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。

ステップＳ１１１の判断の結果、計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２に進むと、詳細情報認定部１４３は、ステップＳ１０２で取得し保持した接触スイッチ７０１の状態に係る情報に基づき、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理を行う。具体的に、詳細情報認定部１４３は、例えば、ステップＳ１０２で取得し保持した全ての接触スイッチ７０１の通電状態に係る情報に基づき、どのセンサ電極板３０１が計測対象物体４０１と接触しているのかを示す詳細情報の認定を行う。そして、この場合、詳細情報認定部１４３は、例えば、どのセンサ電極板３０１が計測対象物体４０１と接触しているのかについての認定に基づき、更に、計測対象物体４０１の形状などの認定を行うこともできる。

ステップＳ１１２の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ１１１で計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１がないと判断された場合には、図１１のフローチャートの処理を終了する、又は、必要に応じて、再度、ステップＳ１０１から処理を行う。

このように、本実施形態の物体検出装置１００では、計測対象物体４０１とセンサ電極板３０１との接触部位に基づく計測対象物体４０１の詳細情報の認定処理と、当該接触部位以外の非接触部位に基づく近接距離ｄの検出処理の双方を同時に行うことができる。

なお、図１１に示すフローチャートでは、センサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１を走査し選択を行っているが、この走査・選択は、計測対象物体４０１の動作が変化する時間に比べて十分速い時間で行われる。例えば、この走査・選択は、数１０ｍｓ以内で全てのセンサ電極板３０１について行われる。したがって、センサ電極板３０１を全走査・選択する間には、計測対象物体４０１の位置関係は実質的に変化しないものと考えることができる。

第１の実施形態によれば、静電容量センサ（近接センサ部）の計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出すると同時に、計測対象物体の接触に係る詳細情報を検出することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る物体検出装置２００の概略構成の一例を示す模式図である。ここで、図１２において、図１に示す第１の実施形態に係る物体検出装置１００と同様の機能を有する構成については、同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

物体検出装置２００は、図１２に示すように、静電容量センサ回路１１０と、センサ電極群１２０と、圧力センサ回路２３０と、情報処理装置２４０を有して構成されている。また、情報処理装置２４０は、圧力センサ値取得部２４１と、近接距離計算部２４２と、詳細情報認定部２４３を有して構成されている。

第２の実施形態の物体検出装置２００では、詳細センサ部として、圧力センサを含む圧力センサ回路２３０を適用する。図１２に示すように、圧力センサ回路２３０は、センサ電極群１２０の直下に配置されている。以下、この圧力センサ回路２３０について説明を行う。

図１３は、本発明の第２の実施形態を示し、図１２に示す圧力センサ回路２３０の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図１３には、圧力センサ回路２３０の内部の詳細な構成の他に、圧力センサ回路２３０の接続に係るセンサ電極群１２０及び情報処理装置２４０の圧力センサ値取得部２４１も記載している。また、実際の物体検出装置２００の構成では、センサ電極群１２０が圧力センサ回路２３０の各圧力センサ１３０１の直上に位置するものであるが、図１３においては、説明の便宜のために、センサ電極群１２０を圧力センサ１３０１の上部に離して記載している。

圧力センサ回路２３０は、圧力センサ１３０１と、グリッド行配線１３０２と、グリッド列配線１３０３と、行リレー部１３０４と、列リレー部１３０５と、行指定信号線１３０６と、列指定信号線１３０７を有して構成されている。

図１４は、本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示す圧力センサ１３０１の詳細な構成の一例を示す模式図である。
圧力センサ１３０１は、図１４に示すように、その内部に炭素粉１４０１が充填され、ピン１４０２が内部に押し込まれるときに生じる圧力変化を、導線１４０３と導線１４０４との間の抵抗値の変化として出力する特性をもつ。なお、図１４に示す圧力センサ１３０１は、本実施形態に適用できる一例を示したものであり、その他、圧力変化を検出できるセンサであれば、要求される精度、使用される環境に応じて好適なものを用いることができる。

ここで、再び、図１３の説明に戻る。
圧力センサ１３０１は、図１３に示すように、センサ電極群１２０の各センサ電極板３０１に対応して、複数配置されている。また、行リレー部１３０４の内部には、圧力センサ値取得部２４１からグリッド行配線１３０２への導通を切り替える行リレー１３０４ａが構成されている。また、列リレー部１３０５の内部には、圧力センサ値取得部２４１からグリッド列配線１３０３への導通を切り替える列リレー１３０５ａが構成されている。

行リレー部１３０４及び列リレー部１３０５は、それぞれ、内部の行リレー１３０４ａ及び列リレー１３０５ａの導通を切り替えることにより、任意の圧力センサ１３０１における抵抗値（圧力センサ値）を圧力センサ値取得部２４１で取得可能とする。

また、行リレー１３０４ａ及び列リレー１３０５ａのそれぞれの導通状態は、それぞれ、行指定信号線１３０６及び列指定信号線１３０７を介して、圧力センサ値取得部２４１により制御される。圧力センサ値取得部２４１は、行リレー１３０４ａ及び列リレー１３０５ａを切り替えて、任意の圧力センサ１３０１を指定する。この様子について、図１５を用いて説明する。

図１５は、本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示す圧力センサ回路２３０に設けられた圧力センサの中から任意の圧力センサを指定した際の様子の一例を示す模式図である。

圧力センサ値取得部２４１の制御により、図１５に示すように、行リレー１３０４ａ内の行リレースイッチ１５０１と列リレー１３０５ａ内の列リレースイッチ１５０２で指定される任意の圧力センサ１３０１の抵抗値（圧力センサ値）を取得することができる。つまり、圧力センサ値取得部２４１は、指定した圧力センサ１３０１の抵抗値（圧力センサ値）を計測し取得、即ち、圧力センサ回路２３０で検出された、計測対象物体の接触に係る詳細情報を取得する。そして、例えば圧力センサ値取得部２４１は、取得した抵抗値（圧力センサ値）を、当該圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに変換する。ここで、例えば圧力センサ値取得部２４１は、予め圧力センサ１３０１の抵抗値と圧力Ｐｒとの対応関係を示すテーブルを備えており、当該テーブルを用いて当該圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒを算出する。なお、この抵抗値（圧力センサ値）から圧力Ｐｒへの変換処理を、詳細情報認定部２４３で行う形態であってもよい。

そして、詳細情報認定部２４３では、例えば、圧力センサ値取得部２４１で求められた全ての圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報に基づき、計測対象物体４０１の接触部位に係る圧力分布を示す情報の認定を行う。

図１６は、本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図１６において、図９に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。即ち、図１６は、図９に対して、接触スイッチ７０１に替えて圧力センサ１３０１を適用したものである。

図１６に示すように、計測対象物体４０１がセンサ電極板４０３に非接触状態の場合には、センサ電極板４０３が相互に導通状態となっており、単一の電極とみなすことができ、センサ電極の有効面積Ｓは最大になっている。これにより、計測対象物体４０１の近接距離ｄの測定可能範囲を最大限に取ることができる。また、図１６に示す状態では、圧力センサ１３０１に圧力はかかっていない。

図１７は、本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図１７において、図１０に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。即ち、図１７は、図１０に対して、接触スイッチ７０１に替えて圧力センサ１３０１を適用したものである。

図１７において、計測対象物体４０１は、図１６に示す３つのセンサ電極板４０３のうちの左に位置するセンサ電極板（図１７のセンサ電極板４０２）と接触している。この場合、計測対象物体４０１と接触したセンサ電極板４０２は、スイッチング部３０３ａによってその他のセンサ電極板４０３と電気的に絶縁され、周囲に設けられた静電容量センサ回路１１０と切り離されるようになっている。同時に、センサ電極板４０２の直下にある圧力センサ１３０１によって印加された圧力に基づく抵抗値（圧力センサ値）が検出される。

本実施形態においても、（５）式における近接距離ｄは、センサ電極板４０３のセンサ電極面積Ｓのみから計測を行う。図１７に示す状態の場合、図１６に示す状態と比較すると、センサ電極の有効面積Ｓは減少する。したがって、測定可能な近接距離ｄは減少し、センサ電極板４０３に近づいた計測対象物体４０１を良好に測定できるようになる。

次に、図１２に示す情報処理装置２４０の詳細な構成について説明する。
図１２に示す情報処理装置２４０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭやＲＡＭ、外部メモリ等）、外部インターフェースなどのハードウエア構成を備える一般的なコンピュータで構成されている。情報処理装置２４０では、例えば、ＣＰＵがメモリに記憶されているプログラム等を実行することにより、図１２に示す圧力センサ値取得部２４１、近接距離計算部２４２及び詳細情報認定部２４３の機能構成が実現される。

圧力センサ値取得部２４１は、図１３に示す行リレー部１３０４及び列リレー部１３０５と同期して各圧力センサ１３０１の導通状態を走査し、全ての圧力センサ１３０１から、印加された圧力に基づく抵抗値（圧力センサ値）を取得する処理を行う。そして、圧力センサ値取得部２４１は、取得した抵抗値（圧力センサ値）に基づき、当該圧力センサ１３０１に印加された圧力Ｐｒを算出する。

近接距離計算部２４２は、圧力センサ値取得部２４１で算出された全ての圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報を用いて、静電容量センサ回路１１０からの情報（信号）に基づき、計測対象物体４０１との近接距離を計算する。なお、近接距離計算部２４２による近接距離の具体的な算出方法は、第１の実施形態における近接距離計算部２４２で行う算出方法と同様であるため、その説明は省略する。

詳細情報認定部２４３は、圧力センサ値取得部２４１で算出された全ての圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報に基づき、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理を行う。具体的に、詳細情報認定部２４３は、例えば、計測対象物体４０１の接触部位に係る圧力分布を示す情報の認定を行う。

次に、本実施形態に係る物体検出装置２００の処理手順について説明する。
図１８は、本発明の第２の実施形態に係る物体検出装置２００で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図１８に示すフローチャートでは、物体検出処理として、計測対象物体４０１との近接距離ｄの算出処理、及び、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理について示している。

まず、ステップＳ２０１において、圧力センサ値取得部２４１は、例えば図１５に示すように、行リレー部１３０４及び列リレー部１３０５を制御して、圧力センサ回路２３０の複数の圧力センサ１３０１の中から、１つの圧力センサ１３０１を選択する。これにより、ステップＳ２０１では、結果的に、当該１つの圧力センサ１３０１に対応する、計測対象となるセンサ電極板３０１が選択される。

続いて、ステップＳ２０２において、圧力センサ値取得部２４１は、ステップＳ２０１で選択した圧力センサ１３０１から、印加された圧力に基づく抵抗値（圧力センサ値）に係る情報（信号）を取得する処理を行う。

続いて、ステップＳ２０３において、圧力センサ値取得部２４１は、ステップＳ２０２で取得した抵抗値（圧力センサ値）に基づき、当該圧力センサ１３０１に印加された圧力Ｐｒを算出する。

このステップＳ２０３で算出された圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報は、圧力センサ値取得部２４１によって、例えば情報処理装置２４０のメモリに保持される。そして、ここで保持された圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報は、次に当該センサ電極板３０１が選択され、当該圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報が取得された際に更新される。

続いて、ステップＳ２０４において、情報処理装置２４０は、ステップＳ２０３で算出した圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒが０であるか否かを判断する。

ステップＳ２０４の判断の結果、ステップＳ２０３で算出した圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒが０でない場合には、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５に進むと、情報処理装置２４０は、当該圧力センサ１３０１に圧力が印加されたため、計測対象物体４０１が、当該センサ電極板３０１と接触状態であると判定する。その後、ステップＳ２０７に進む。

一方、ステップＳ２０４の判断の結果、ステップＳ２０３で算出した圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒが０である場合には、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６に進むと、情報処理装置２４０は、当該圧力センサ１３０１に圧力が印加されていないため、計測対象物体４０１が、当該センサ電極板３０１と非接触状態であると判定する。その後、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７に進むと、情報処理装置２４０は、ステップＳ１０１においてセンサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１の選択を行ったか否かを判断する。

ステップＳ２０７の判断の結果、ステップＳ１０１において未だ選択を行っていないセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ１０１に戻り、未選択であるセンサ電極板３０１の選択処理を行って、以降の処理を再度行う。

一方、ステップＳ２０７の判断の結果、ステップＳ１０１においてセンサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１の選択を行った場合には、ステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８に進むと、情報処理装置２４０は、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かを判断する。この非接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かの判断は、ステップＳ２０６の判定が行われたセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。より具体的には、ステップＳ２０３で算出された圧力Ｐｒが０であるセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。

ステップＳ２０８の判断の結果、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ２０９に進む。
ステップＳ２０９に進むと、近接距離計算部２４２は、ステップＳ２０３で算出された圧力Ｐｒに係る情報に基づいて、センサ電極の有効面積Ｓを計算する。具体的には、圧力センサ１３０１に印加された圧力Ｐｒが０である旨の情報に基づく、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１の枚数ｘと、センサ電極板３０１の１つあたりの面積Ｓ₁から、（５）式を用いて、センサ電極の有効面積Ｓを計算する。

続いて、ステップＳ２１０において、静電容量センサ回路１１０の電圧計測部２０６は、近接距離計算部２４２による制御に基づいて、電圧降下Ｖｄを計測する。

続いて、ステップＳ２１１において、近接距離計算部２４２は、ステップＳ２０９で計算したセンサ電極の有効面積Ｓと、ステップＳ２１０で計測された電圧降下Ｖｄから、（４）式を用いて、計測対象物体４０１との近接距離ｄを算出する。

ステップＳ２１１の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ２０８で計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１がないと判断された場合には、ステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２に進むと、情報処理装置２４０は、計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かを判断する。この接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かの判断は、ステップＳ２０５の判定が行われたセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。より具体的には、より具体的には、ステップＳ２０３で算出された圧力Ｐｒが０でないセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。

ステップＳ２１２の判断の結果、計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１３に進むと、詳細情報認定部２４３は、ステップＳ２０３で算出された全ての圧力センサ１３０１の圧力Ｐｒに係る情報に基づき、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理を行う。具体的に、詳細情報認定部２４３は、例えば、計測対象物体４０１の接触部位に係る圧力分布を示す情報の認定を行う。

ステップＳ２１３の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ２１２で計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１がないと判断された場合には、図１８のフローチャートの処理を終了する、又は、必要に応じて、再度、ステップＳ２０１から処理を行う。

このように、本実施形態の物体検出装置２００では、計測対象物体４０１とセンサ電極板３０１との接触部位に基づく計測対象物体４０１の詳細情報の認定処理と、当該接触部位以外の非接触部位に基づく近接距離ｄの検出処理の双方を同時に行うことができる。

第２の実施形態によれば、静電容量センサ（近接センサ部）の計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出すると同時に、計測対象物体の接触に係る詳細情報を検出することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１９は、本発明の第３の実施形態に係る物体検出装置３００の概略構成の一例を示す模式図である。ここで、図１９において、図１に示す第１の実施形態に係る物体検出装置１００と同様の機能を有する構成については、同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

物体検出装置３００は、図１９に示すように、静電容量センサ回路１１０と、センサ電極群１２０と、静電容量圧力センサ回路３３０と、情報処理装置３４０を有して構成されている。また、情報処理装置３４０は、静電容量圧力センサ値取得部３４１と、近接距離計算部３４２と、詳細情報認定部３４３を有して構成されている。

第３の実施形態の物体検出装置３００では、詳細センサ部として、静電容量圧力センサを含む静電容量圧力センサ回路３３０を適用する。図１９に示すように、静電容量圧力センサ回路３３０は、センサ電極群１２０の直下に配置されている。以下、この静電容量圧力センサ回路３３０について説明を行う。

図２０は、本発明の第３の実施形態を示し、図１９に示す静電容量圧力センサ回路３３０の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図２０には、静電容量圧力センサ回路３３０の内部の詳細な構成の他に、静電容量圧力センサ回路３３０の接続に係るセンサ電極群１２０及び情報処理装置３４０の静電容量圧力センサ値取得部３４１も記載している。また、実際の物体検出装置３００の構成では、センサ電極群１２０が各静電容量圧力センサ電極２００１の直上に位置するものであるが、図２０においては、説明の便宜のために、センサ電極群１２０を静電容量圧力センサ電極２００１の上部に離して記載している。

静電容量圧力センサ回路３３０は、静電容量圧力センサ電極２００１と、グリッド列配線２００２と、静電容量圧力センサ接点２００３と、グリッド行配線２００４を有している。さらに、静電容量圧力センサ回路３３０は、行リレー部２００５と、列リレー部２００６と、行指定信号線２００７と、列指定信号線２００８を有して構成されている。

ここで、グリッド行配線２００４は、行方向の静電容量圧力センサ電極２００１を結線するものである。また、グリッド列配線２００２は、列方向の静電容量圧力センサ接点２００３を結線するものである。なお、静電容量圧力センサ電極２００１は、図３に示すセンサ電極板３０１と同様の形状、材質で構成されている。

図２１は、本発明の第３の実施形態を示し、図２０に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図２１において、図９に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。即ち、図２１は、図９に対して、接触スイッチ７０１に替えて、図２０に示す静電容量圧力センサ回路３３０の一部の構成並びにその他の構成を適用したものである。

図２１に示すように、センサ電極板４０３（図２１に示すセンサ電極板３０１と同一）と静電容量圧力センサ電極２００１は、弾性のある誘電体２１０１を介して上下に配置されている。計測対象物体４０１が接近している左の位置するセンサ電極板４０３と、静電容量圧力センサ接点２００３とは初期状態では離れており、電気的に絶縁されている。この状態の場合には、センサ電極板４０３が相互に導通状態となっており、単一の電極とみなすことができ、センサ電極の有効面積Ｓは最大になっている。これにより、計測対象物体４０１の近接距離ｄの測定可能範囲を最大限に取ることができる。

図２２は、本発明の第３の実施形態を示し、図２０に示すセンサ電極群１２０に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。ここで、図２２において、図１０に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。即ち、図２２は、図１０に対して、接触スイッチ７０１に替えて、図２０に示す静電容量圧力センサ回路３３０の一部の構成並びにその他の構成を適用したものである。

図２２において、計測対象物体４０１は、図２１に示す３つのセンサ電極板４０３のうちの左に位置するセンサ電極板（図２２のセンサ電極板４０２）と接触している。この場合、計測対象物体４０１と接触したセンサ電極板４０２は、スイッチング部３０３ａによってその他のセンサ電極板４０３と電気的に絶縁され、周囲に設けられた静電容量センサ回路１１０と切り離されるようになっている。これと同時に、センサ電極板４０２と静電容量圧力センサ接点２００３とが導通状態となり、静電容量圧力センサ電極２００１とセンサ電極板４０２との間で誘電体２１０１を挟持したコンデンサとして作用（機能）する。この静電容量圧力センサ電極２００１とセンサ電極板４０２と誘電体２１０１からなるコンデンサは、静電容量圧力センサ２２０１として使用される。

図２２の状態において、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、静電容量圧力センサ電極２００１と導通しているグリッド行配線２００４と、センサ電極板４０２と導通しているグリッド列配線２００２との静電容量Ｃｐを静電容量圧力センサ値として取得する。

本実施形態においても、（５）式における近接距離ｄは、センサ電極板４０３のセンサ電極面積Ｓのみから計測を行う。図２２に示す状態の場合、図２１に示す状態と比較すると、センサ電極の有効面積Ｓは減少するが、計測対象物体４０１が一部接触しているような状況であれば、測定すべき近接距離ｄは小さくなるため、計測に必要なセンサ電極面積Ｓは減少する。

ここで、再び、図２０の説明に戻る。
静電容量圧力センサ電極２００１は、図２０に示すように、センサ電極群１２０の各センサ電極板３０１に対応して、複数配置されている。また、行リレー部２００５の内部には、グリッド行配線２００４への導通を切り替える行リレー２００５ａが構成されている。また、列リレー部２００６の内部には、グリッド列配線２００２への導通を切り替える列リレー２００６ａが構成されている。

行リレー部２００５及び列リレー部２００６は、それぞれ、内部の行リレー２００５ａ及び列リレー２００６ａの導通を切り替えることにより、任意の静電容量圧力センサ２２０１の静電容量Ｃｐを静電容量圧力センサ値取得部３４１で取得可能とする。そして、静電容量圧力センサ値取得部３４１では、取得した静電容量圧力センサ２２０１の静電容量Ｃｐに基づき、対応するセンサ電極板３０１に印加された圧力Ｐｃを算出する。

また、行リレー２００５ａ及び列リレー２００６ａのそれぞれの導通状態は、それぞれ、行指定信号線２００７及び列指定信号線２００８を介して、静電容量圧力センサ値取得部３４１により制御される。静電容量圧力センサ値取得部３４１は、行リレー２００５ａ及び列リレー２００６ａを切り替えて、任意の静電容量圧力センサ２２０１を指定する。この様子について、図２３を用いて説明する。

図２３は、本発明の第３の実施形態を示し、図２０に示す静電容量圧力センサ回路３３０に設けられた静電容量圧力センサの中から任意の静電容量圧力センサを指定した際の様子の一例を示す模式図である。

静電容量圧力センサ値取得部３４１の制御により、図２３に示すように、行リレー２００５ａ内の行リレースイッチ２３０１と列リレー２００６ａ内の列リレースイッチ２３０２で指定される任意の静電容量圧力センサ２２０１の静電容量Ｃｐを取得できる。ここで、静電容量圧力センサ２２０１は、図２３に示すように、センサ電極板３０１、弾性のある誘電体２１０１及び静電容量圧力センサ電極２００１から構成される。即ち、静電容量圧力センサ２２０１では、センサ電極群１２０のセンサ電極板３０１が、当該静電容量圧力センサ２２０１のセンサ電極を兼ねて構成される。そして、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、上述したように、取得した静電容量Ｃｐ（静電容量圧力センサ値）に基づき、圧力Ｐｃを算出する。この圧力Ｐｃの計算方法は後述する。

図２４は、本発明の第３の実施形態を示し、図１９に示す静電容量圧力センサ値取得部３４１の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図２４には、静電容量圧力センサ値取得部３４１の内部の詳細な構成の他に、図２３に示す静電容量圧力センサ回路３３０の構成も記載している。

静電容量圧力センサ値取得部３４１は、交流電源部２４０１、抵抗部２４０２、整流ダイオード２４０４及び平滑コンデンサ２４０５からなる整流部２４０３、電圧計測部２４０６、電極指定部２４０７及び圧力計算部２４０８を有して構成されている。

ここで、図２０に示すセンサ電極板３０１と静電容量圧力センサ電極２００１との距離をｄｐ［ｍ］、真空の誘電率をε₀、当該電極の間に存在する弾性のある誘電体２１０１の比誘電率をε_pとする。そして、センサ電極板３０１と静電容量圧力センサ電極２００１が平行でセンサ電極の有効面積Ｓ［ｍ²］の領域で対向している場合、静電容量圧力センサ２２０１のコンデンサとしての静電容量Ｃｐ［Ｆ］は、以下の（６）式で表される

そして、（６）式から分かるように、物体が接近して電極間距離ｄｐが減少すると、静電容量Ｃｐは増大する。図２４に示す静電容量圧力センサ値取得部３４１の交流電源部２４０１から周波数ｆ［Ｈｚ］の交流電圧が供給された場合、静電容量圧力センサ２２０１は、以下の（７）式に示す容量性リアクタンスＲｐ［Ω］を持つ仮想的な抵抗として作用する。

このとき、交流電源部２４０１から供給する交流電圧をＶｃｐ［Ｖ］、抵抗部２４０２の抵抗をＲ₂［Ω］とした場合、静電容量圧力センサ２２０１の両極間における電圧降下Ｖｄｐ［Ｖ］は、以下の（８）式のように表される。

そして、（６）式〜（８）式から、電極間距離ｄｐ［ｍ］について整理すると、以下の（９）式のようになる。

（９）式で示されるように、電圧降下Ｖｄｐの変化が、電極間距離ｄｐの変化を表している。そして、静電容量圧力センサ値取得部３４１では、この電圧降下Ｖｄｐを整流部２４０３内の整流ダイオード２４０４において直流化し、平滑コンデンサ２４０５において直流化に伴うリプル電圧を平滑化した後、電圧計測部２４０６で測定する。

ここで、上述した電極間の初期状態での電極間距離をｄｐ₀［ｍ］、弾性のある誘電体２１０１がヤング率Ｅ［Ｐａ］で弾性変形すると考えた場合、計測対象物体４０１との接触で生じたセンサ電極板３０１の圧力Ｐｃ［Ｐａ］は、以下の（１０）式で表せる。

以上の（６）式〜（１０）式の計算を行うことにより、静電容量圧力センサ値取得部３４１の圧力計算部２４０８は、電極指定部２４０７で指定された任意の静電容量圧力センサ２２０１におけるセンサ電極板３０１に生じた圧力Ｐｃを算出することができる。

なお、静電容量圧力センサ接点２００３とセンサ電極板３０１とが非接触の場合、静電容量圧力センサ２２０１は形成されない。つまり、Ｃｐ＝０となるため、（７）式よりＲｐ＝∞、（８）式よりＶｄｐ＝Ｖｃｐとなる。よって、圧力計算部２４０８では、Ｖｄｐ＝Ｖｃｐであるか否かの判定を行うことで、計測対象物体４０１と選択したセンサ電極板３０１が非接触であるか否かの判定も行える。

次に、本実施形態に係る物体検出装置３００の処理手順について説明する。
図２５は、本発明の第３の実施形態に係る物体検出装置３００で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図２５に示すフローチャートでは、物体検出処理として、計測対象物体４０１との近接距離ｄの算出処理、及び、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理について示している。

まず、ステップＳ３０１において、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、例えば図２３に示すように、行リレー部２００５及び列リレー部２００６を制御して、複数の静電容量圧力センサ２２０１の中から、１つの静電容量圧力センサ２２０１を選択する。これにより、ステップＳ３０１では、結果的に、当該１つの静電容量圧力センサ２２０１における、計測対象となるセンサ電極板３０１が選択される。

続いて、ステップＳ３０２において、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、ステップＳ３０１で選択した静電容量圧力センサ２２０１から、印加された圧力に基づく静電容量Ｃｐ（静電容量圧力センサ値）に係る情報（信号）を取得する処理を行う。

続いて、ステップＳ３０３において、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、ステップＳ３０２で取得した静電容量Ｃｐ（静電容量圧力センサ値）に基づき、（７）式及び（８）式から電圧降下Ｖｄｐを算出する。

続いて、ステップＳ３０４において、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、ステップＳ３０３で算出した電圧降下Ｖｄｐと、（８）式に示される電圧Ｖｃｐとが等しい（Ｖｄｐ＝Ｖｃｐ）か否かを判断する。

ステップＳ３０４の判断の結果、ステップＳ３０３で算出した電圧降下Ｖｄｐと、（８）式に示される電圧Ｖｃｐとが等しくない場合には、ステップＳ３０５に進む。
ステップＳ３０５に進むと、情報処理装置３４０（例えば、静電容量圧力センサ値取得部３４１）は、計測対象物体４０１が、当該センサ電極板３０１と接触状態であると判定する。

続いて、ステップＳ３０６において、静電容量圧力センサ値取得部３４１は、（６）〜（１０）式を用いて、当該センサ電極板３０１に生じた圧力Ｐｃを算出する。このステップＳ３０６で算出された圧力Ｐｃに係る情報は、静電容量圧力センサ値取得部３４１によって、例えば情報処理装置３４０のメモリに保持される。そして、ここで保持された圧力Ｐｃに係る情報は、次に当該センサ電極板３０１が選択された際に更新される。ステップＳ３０６の処理が終了すると、ステップＳ３０８に進む。

一方、ステップＳ３０４の判断の結果、ステップＳ３０３で算出した電圧降下Ｖｄｐと、（８）式に示される電圧Ｖｃｐとが等しい場合には、ステップＳ３０７に進む。
ステップＳ３０７に進むと、情報処理装置３４０（例えば、静電容量圧力センサ値取得部３４１）は、計測対象物体４０１が、当該センサ電極板３０１と非接触状態であると判定する。その後、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８に進むと、情報処理装置３４０は、ステップＳ１０１においてセンサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１の選択を行ったか否かを判断する。

ステップＳ３０８の判断の結果、ステップＳ１０１において未だ選択を行っていないセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ１０１に戻り、未選択であるセンサ電極板３０１の選択処理を行って、以降の処理を再度行う。

一方、ステップＳ３０８の判断の結果、ステップＳ１０１においてセンサ電極群１２０に設けられている全てのセンサ電極板３０１の選択を行った場合には、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９に進むと、情報処理装置３４０は、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かを判断する。この非接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かの判断は、ステップＳ３０７の判定が行われたセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。

ステップＳ３０９の判断の結果、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０に進むと、近接距離計算部３４２は、センサ電極の有効面積Ｓを計算する。具体的には、計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１の枚数ｘと、センサ電極板３０１の１つあたりの面積Ｓ₁から、（５）式を用いて、センサ電極の有効面積Ｓを計算する。

続いて、ステップＳ３１１において、静電容量センサ回路１１０の電圧計測部２０６は、近接距離計算部３４２による制御に基づいて、電圧降下Ｖｄを計測する。

続いて、ステップＳ３１２において、近接距離計算部３４２は、ステップＳ３１０で計算したセンサ電極の有効面積Ｓと、ステップＳ３１１で計測された電圧降下Ｖｄから、（４）式を用いて、計測対象物体４０１との近接距離ｄを算出する。

ステップＳ３１２の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ３０９で計測対象物体４０１と非接触状態のセンサ電極板３０１がないと判断された場合には、ステップＳ３１３に進む。

ステップＳ３１３に進むと、情報処理装置３４０は、計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かを判断する。この接触状態のセンサ電極板３０１があるか否かの判断は、ステップＳ３０５の判定が行われたセンサ電極板３０１があるか否かに基づくものである。

ステップＳ３１３の判断の結果、計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１がある場合には、ステップＳ３１４に進む。

ステップＳ３１４に進むと、詳細情報認定部３４３は、ステップＳ３０６で算出された圧力Ｐｃに係る情報に基づき、計測対象物体４０１の接触に係る詳細情報の認定処理を行う。具体的に、詳細情報認定部３４３は、例えば、計測対象物体４０１の接触部位に係る圧力分布を示す情報の認定を行う。

ステップＳ３１４の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ３１３で計測対象物体４０１と接触状態のセンサ電極板３０１がないと判断された場合には、図２５のフローチャートの処理を終了する、又は、必要に応じて、再度、ステップＳ３０１から処理を行う。

このように、本実施形態の物体検出装置３００では、計測対象物体４０１とセンサ電極板３０１との接触部位に基づく計測対象物体４０１の詳細情報の認定処理と、当該接触部位以外の非接触部位に基づく近接距離ｄの検出処理の双方を同時に行うことができる。また、本実施形態では、センサ電極板３０１を静電容量圧力センサ２２０１の一部として流用するため、センサ部分の機構を簡略化することができる。

第３の実施形態によれば、静電容量センサ（近接センサ部）の計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出すると同時に、計測対象物体の接触に係る詳細情報を検出することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図２６は、本発明の第４の実施形態に係る物体検出装置４００の概略構成の一例を示す模式図である。ここで、図２６において、図１に示す第１の実施形態に係る物体検出装置１００と同様の機能を有する構成については、同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

第４の実施形態では、第１〜第３の実施形態と異なり、詳細センサ部を用いずに、センサ電極群のセンサ電極板の導通を動的に切り替えることで、計測対象物体との近接距離を好適に算出できるようにしたものである。

物体検出装置４００は、図２６に示すように、静電容量センサ回路１１０と、センサ電極群２６０１と、センサ電極指定回路２６０２と、情報処理装置４４０を有して構成されている。また、情報処理装置４４０は、センサ電極指定部４４１と、近接距離計算部４４２を有して構成されている。

静電容量センサ回路１１０は、第１〜第３の実施形態に係る物体検出装置と同様に、計測対象物体の近接状態を検出するための近接センサ部として作用（機能）するものである。センサ電極群２６０１は、複数のセンサ電極（センサ電極板）が配設されて構成され、静電容量センサ回路１１０に接続されている。センサ電極指定回路２６０２は、センサ電極群２６０１の直下に配置されており、情報処理装置４４０のセンサ電極指定部４４１からの制御により、センサ電極群２６０１のセンサ電極（センサ電極板）を指定する。
より詳細に、センサ電極指定部４４１は、センサ電極群２６０１の中から、当該センサ電極群２６０１の複数の領域（具体的に、本実施形態ではセンサ電極の有効面積Ｓに相当する）に係るセンサ電極を指定する。

図２７は、本発明の第４の実施形態を示し、図２６に示すセンサ電極群２６０１の一例を示す横断面図である。ここで、図２７において、図２６に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。

センサ電極群２６０１は、図２７に示すように、センサ電極板２７０１と、センサ配線２７０２と、電磁スイッチ２７０３を有して構成されている。
センサ電極板２７０１は、例えば、２枚以上の複数の２次元行列状でセンサ電極群２６０１に配設されている。センサ配線２７０２は、静電容量センサ回路１１０と電気的に接続されている配線である。電磁スイッチ２７０３は、スイッチング部として作用（機能）するものである。

センサ電極板２７０１とセンサ配線２７０２とは、初期状態では絶縁状態にあり、電磁スイッチ２７０３によって随時、導通状態に移行することができる。電磁スイッチ２７０３は、センサ電極指定回路２６０２を介して、情報処理装置４４０のセンサ電極指定部４４１により制御される。

センサ電極板２７０１がセンサ配線２７０２と導通状態にある場合には、図３に示すセンサ電極板３０１と同様に、電位差のある計測対象物体Ａ（不図示）が接近した場合に、計測対象物体Ａとセンサ電極板２７０１との間に仮想的なコンデンサが形成される。この仮想的なコンデンサの静電容量Ｃ［Ｆ］は、第１の実施形態における（１）式と同様に求められる。このとき、センサ電極の有効面積Ｓは、センサ電極板２７０１の１つあたりの電極面積をＳ₂［ｍ²］とし、センサ配線２７０２と導通状態にあるセンサ電極板２７０１の枚数をｘとすると、以下の（１１）式となる。

また、静電容量センサ回路１１０における、仮想的なコンデンサの容量性リアクタンスＲｃ［Ω］は、第１の実施形態における（２）式と同様に求められる。また、センサ配線２７０２と導通状態にある場合には、センサ電極板２７０１の仮想的なコンデンサによる電圧降下Ｖｄは、第１の実施形態における（３）式と同様に表される。そして、前述した（１）〜（３）式より、（４）式を用いて、計測対象物体Ａと、センサ配線２７０２と導通状態にあるセンサ電極板２７０１との近接距離ｄを計測することができる。

図２８は、本発明の第４の実施形態を示し、図２６に示すセンサ電極指定回路２６０２の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図２８には、センサ電極指定回路２６０２の内部の詳細な構成の他に、センサ電極指定回路２６０２の接続に係るセンサ電極群２６０１及び情報処理装置４４０のセンサ電極指定部４４１も記載している。また、実際の物体検出装置４００の構成では、センサ電極群２６０１がセンサ電極指定回路２６０２の直上に位置するものであるが、図２８においては、説明の便宜のために、センサ電極群２６０１をセンサ電極指定回路２６０２の上部に離して記載している。

センサ電極指定回路２６０２は、行電源配線２８０１と、列電源配線２８０２と、グリッド行配線２８０３と、グリッド列配線２８０４と、行リレー部２８０５と、列リレー部２８０６と、行指定信号線２８０７と、列指定信号線２８０８を有して構成されている。また、センサ電極群２６０１内の電磁スイッチ２７０３は、グリッド行配線２８０３とグリッド列配線２８０４との交差する部分に配置されている。

行リレー部２８０５の内部には、センサ電極指定部４４１からグリッド行配線２８０３への導通を切り替える行リレー２８０５ａが構成されている。また、列リレー部２８０６の内部には、センサ電極指定部４４１からグリッド列配線２８０４の導通を切り替える列リレー２８０６ａが構成されている。また、行電源配線２８０１と列電源配線２８０２との間には、常に電位差が生じるように、センサ電極指定部４４１から電源が供給されている。行電源配線２８０１は、行リレー２８０５ａに接続され、列電源配線２８０２は、列リレー２８０６ａに接続されている。

行リレー部２８０５及び列リレー部２８０６は、それぞれ、内部の行リレー２８０５ａ及び列リレー２８０６ａの導通を制御することにより、任意の電磁スイッチ２７０３に電源を供給できる。行リレー２８０５ａ及び列リレー２８０６ａのそれぞれの導通状態は、行指定信号線２８０７、列指定信号線２８０８を介してセンサ電極指定部４４１により制御される。

図２９は、本発明の第４の実施形態を示し、図２７に示す電磁スイッチ２７０３の詳細な構成の一例を示す模式図である。なお、図２９には、電磁スイッチ２７０３の内部の詳細な構成の他に、電磁スイッチ２７０３の接続に係るセンサ電極板２７０１、センサ配線２７０２、グリッド行配線２８０３及びグリッド列配線２８０４も記載している。

電磁スイッチ２７０３は、導通スイッチ２９０１と、電磁石２９０２を有して構成されている。電磁スイッチ２７０３は、内部の導通スイッチ２９０１のオン／オフによってセンサ電極板２７０１とセンサ配線２７０２との間の導通を切り替える。また、導通スイッチ２９０１は、電磁石２９０２によって駆動される。電磁石２９０２は、接続されているグリッド行配線２８０３とグリッド列配線２８０４との間に電源が供給されると駆動する。なお、電磁スイッチ２７０３は、必ずしも導通スイッチ２９０１と電磁石２９０２を用いる形式でなくてもよく、例えば、導通を高速に切り替える必要がある場合には、導通スイッチ２９０１に半導体である双方向サイリスタなどを用いるのが好適である。

図３０は、本発明の第４の実施形態を示し、図２８に示すセンサ電極群２６０１の一部の構成とセンサ電極指定回路２６０２の一部の構成を上から見た際の一例を示す模式図である。なお、図３０には、図２８に示すセンサ電極群２６０１の一部の構成とセンサ電極指定回路２６０２の一部の構成の他に、静電容量センサ回路１１０及びセンサ電極指定部４４１等も記載している。

センサ電極指定部４４１は、行リレー２８０５ａと列リレー２８０６ａを制御することで、任意のセンサ電極板２７０１とセンサ配線２７０２との導通状態を切り替える。例えば、行リレー２８０５ａ内の行リレースイッチ３００１と、列リレー２８０６ａ内の列リレースイッチ３００２を導通させることで、センサ配線２７０２と図３０に示すセンサ電極板２７０１ａを導通状態にすることができる。本実施形態においては、一度に導通させるセンサ電極板２７０１ａは１つに限らず、任意の数のセンサ電極板２７０１ａを同時に導通させることができる。

図３１は、本発明の第４の実施形態を示し、図３０に示す導通に係るセンサ電極板２７０１ａの導通パターンの一例を示す模式図である。この図３１には、センサ電極の有効面積Ｓを変化させるセンサ電極板２７０１ａの導通パターンの一例が示されている。

図３１（ａ）は、図３０に示す場合と同様に、３行×３列に配設されたセンサ電極板２７０１のうち、１つのセンサ電極板２７０１ａだけセンサ電極指定部４４１により導通させた導通パターンを示している。このときのセンサ電極の有効面積Ｓは、（１１）式より、Ｓ＝Ｓ₂となる。

図３１（ｂ）は、図３１（ａ）に示すセンサ電極の有効面積Ｓを一段階大きくし、横及び縦（即ち、行及び列）共に２つずつ、計４つのセンサ電極板２７０１ａを導通させた導通パターンを示している。このときのセンサ電極の有効面積Ｓは、（１１）式より、Ｓ＝４Ｓ₂となる。

図３１（ｃ）は、図３１（ｂ）に示すセンサ電極の有効面積Ｓを更に一段階大きくし、横及び縦（即ち、行及び列）共に３つずつ、全てのセンサ電極板２７０１ａを導通させた導通パターンを示している。このときのセンサ電極の有効面積Ｓは、（１１）式より、Ｓ＝９Ｓ₂となる。

図３１に示すように、導通パターンを切り替えることで、センサ電極の有効面積Ｓに応じて、導通させるセンサ電極板２７０１ａの数を随時変化させることができる。

図３２は、本発明の第４の実施形態を示し、図３０に示す導通に係るセンサ電極板２７０１ａの導通パターンの一例を示す模式図である。この図３２には、センサ電極板２７０１ａの走査時の導通パターンの一例が示されている。

図３２（ａ）は、図３１（ｂ）と同様に横及び縦（即ち、行及び列）共に２つずつ、計４つのセンサ電極板２７０１ａをセンサ電極指定部４４１により導通させた導通パターンを示している。この場合、センサ電極の有効面積Ｓ＝４・Ｓ₂で、主に、上から観察して左上方向に存在する計測対象物体の接近を計測することができる。

そして、センサ電極の有効面積Ｓはそのままで、導通させるセンサ電極板２７０１ａの導通パターンを図３２（ｂ）〜図３２（ｄ）のように時系列で変化させれば、センサ電極板が配置された全領域に対して、センサ電極の有効面積Ｓの領域毎で詳細に走査できる。

ここで、センサ電極の有効面積Ｓは、例えば、本実施形態の構成では、センサ電極板２７０１を１つだけ選択するＳ＝Ｓ₂から、全てのセンサ電極板２７０１を選択するＳ＝９Ｓ₂の任意の値を取ることができる。なお、センサ電極の有効面積Ｓが最大であるＳ＝９Ｓ₂の場合、走査可能な導通パターンは１通りのみとなる。

次に、本実施形態に係る物体検出装置４００の処理手順について説明する。
図３３は、本発明の第４の実施形態に係る物体検出装置４００で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図３３に示すフローチャートでは、物体検出処理として、センサ電極板の導通を動的に切り替えて、計測対象物体４０１との近接距離ｄの算出処理を行う場合について示している。

まず、ステップＳ４０１において、情報処理装置４４０（例えば、センサ電極指定部４４１）は、最初に計測するセンサ電極の有効面積Ｓを最大に設定する。具体的に、本例では、センサ電極の有効面積Ｓを最大のＳ＝９Ｓ₂に設定する。このとき、センサ電極板２７０１は、全て導通状態にある。

続いて、ステップＳ４０２において、情報処理装置４４０（センサ電極指定部４４１及び近接距離計算部４４２）は、センサ電極板２７０１ａの走査を行って計測対象物体４０１との近接距離ｄの算出処理を行うセンサ走査・計測サブルーチンの処理を行う。その後、図３３のフローチャートの処理を終了する、又は、必要に応じて、再度、ステップＳ４０１から処理を行う。

図３４は、図３３のステップＳ４０２におけるセンサ走査・計測サブルーチンの詳細な処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、計測対象物体４０１との近接距離ｄは、センサ電極板２７０１ごとに計算される。

図３３のステップＳ４０２では、まず、図３４のステップＳ５０１において、近接距離計算部４４２は、現在設定されているセンサ電極の有効面積Ｓで、電圧降下Ｖｄの計測を行う。

続いて、ステップＳ５０２において、近接距離計算部４４２は、ステップＳ５０１で計測した電圧降下Ｖｄと、（３）式における電圧Ｖｃｃを比較し、電圧降下Ｖｄが電圧Ｖｃｃと等しい（即ち、Ｖｄ＝Ｖｃｃ）か否かを判断する。

ステップＳ５０２の判断の結果、電圧降下Ｖｄが電圧Ｖｃｃと等しい場合には、（４）式で表される近接距離ｄが無限大に発散するため、近接距離ｄの計算を行わずに、図３４に示すフローチャートの処理を終了する。

一方、ステップＳ５０２の判断の結果、電圧降下Ｖｄが電圧Ｖｃｃと等しくない場合には、ステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３に進むと、近接距離計算部４４２は、（４）式で表される近接距離ｄが有限の値となって計算可能であるため、（４）式を用いて、現在設定されているセンサ電極の有効面積Ｓに基づき、計測対象物体４０１との近接距離ｄの計算を行う。

続いて、ステップＳ５０４において、例えば近接距離計算部４４２は、ステップＳ５０３で算出された近接距離ｄを、現在導通しているセンサ電極板２７０１ａ（センサ電極指定部４４１で選択されたセンサ電極板）の近接距離ｄとして、更新して記録する。

続いて、ステップＳ５０５において、情報処理装置４４０（例えば、近接距離計算部４４２）は、現在設定されているセンサ電極の有効面積Ｓによって、全てのセンサ電極板２７０１が走査されたか否かを判断する。

ステップＳ５０５の判断の結果、全てのセンサ電極板２７０１が走査されていない場合には、ステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０６に進むと、センサ電極指定部４４１は、現在設定されているセンサ電極の有効面積Ｓにおける他の導通パターンを選択してセンサ電極板２７０１の走査を行う。その後、ステップＳ５０１に戻り、再度、ステップＳ５０１以降の処理が行われる。

一方、ステップＳ５０５の判断の結果、全てのセンサ電極板２７０１が走査された場合には、ステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０７に進むと、例えばセンサ電極指定部４４１は、現在設定しているセンサ電極の有効面積Ｓが最小（最小単位）であるか否かを判断する。具体的に、本例では、センサ電極の有効面積Ｓが最小のＳ＝Ｓ₂であるか否かを判断する。

ステップＳ５０７の判断の結果、現在設定しているセンサ電極の有効面積Ｓが最小である場合には、センサ電極の有効面積Ｓの全ての段階について近接距離ｄの算出処理を行ったと判断し、図３４に示すフローチャートの処理を終了する。

一方、ステップＳ５０７の判断の結果、現在設定しているセンサ電極の有効面積Ｓが最小でない場合には、ステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０８に進むと、例えばセンサ電極指定部４４１は、現在設定しているセンサ電極の有効面積Ｓを一段階減少させて、現在設定しているセンサ電極の有効面積Ｓを更新する。これにより、一段階減少させたセンサ電極の有効面積Ｓが現在のセンサ電極の有効面積Ｓとして設定される。ここで、センサ電極の有効面積Ｓを一段階減少させるには、例えば図３１（ｂ）から図３１（ａ）への変化のように、センサ電極板２７０１ａの導通パターンを横及び縦（即ち、行及び列）を１つずつ減少させる。より詳細に、センサ電極指定部４４１は、センサ電極の有効面積Ｓ（領域）を指定するごとに、当該領域に含まれないセンサ電極板２７０１を静電容量センサ回路１１０から電気的に切り離して、当該領域に係るセンサ電極板２７０１ａを指定する。この際、計測対象物体Ａの形状・大きさによって、横及び縦の比を異ならせるような導通パターンを用いてもよい。ステップＳ５０８の処理が終了すると、その後、ステップＳ５０１に戻り、再度、ステップＳ５０１以降の処理が行われる。

上述した図３３及び図３４の処理によって、センサ電極の有効面積Ｓを段階ごとに設定してセンサ電極板２７０１を走査し、センサ電極の有効面積Ｓが最小単位になるまで各センサ電極板２７０１の計測対象物体Ａとの近接距離ｄを算出することができる。これにより、センサ電極群２６０１において、計測対象物体Ａと離れた部分のセンサ電極板２７０１における大まかな近接距離ｄと、計測対象物体Ａが近づいた部分のセンサ電極板２７０１における詳細な近接距離ｄを同時に計測することができる。

第４の実施形態によれば、静電容量センサ（近接センサ部）の計測範囲を最大限に確保しながら、計測対象物体との近接距離を好適に算出することができる。

なお、第４の実施形態に係る物体検出装置４００では、詳細センサ部を用いずに、センサ電極指定部４４１でセンサ電極群のセンサ電極板の導通を動的に切り替えるものであったが、更に、詳細センサ部を設けた態様も適用することができる。この場合、例えば、図１に示すスイッチ状態取得部１４１、図１２に示す圧力センサ値取得部２４１、静電容量圧力センサ値取得部３４１に、それぞれ、本実施形態のセンサ電極指定部４４１における機能を更に具備する態様となる。

（本発明の他の実施形態）
前述した各実施形態に係る物体検出装置を構成する各手段、並びに、物体検出方法を示す図１１、図１８、図２５、図３３及び図３４の各ステップは、コンピュータのＣＰＵがＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムを実行することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。

また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、１つの機器からなる装置に適用してもよい。

なお、本発明は、前述した各実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図１１、図１８、図２５、図３３及び図３４に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システム或いは装置に直接、或いは遠隔から供給するものを含む。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合も本発明に含まれる。

したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、若しくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。

また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、ダウンロードした鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した各実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した各実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した各実施形態の機能が実現される。

なお、前述した各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る物体検出装置の概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す静電容量センサ回路の詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示すセンサ電極群の詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す接触スイッチ回路の詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す接触スイッチ回路に設けられた接触スイッチの中から任意の接触スイッチを指定した際の様子の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る物体検出装置で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る物体検出装置の概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態を示し、図１２に示す圧力センサ回路の詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示す圧力センサの詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示す圧力センサ回路に設けられた圧力センサの中から任意の圧力センサを指定した際の様子の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態を示し、図１３に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る物体検出装置で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る物体検出装置の概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態を示し、図１９に示す静電容量圧力センサ回路の詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態を示し、図２０に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触する前の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第３の実施形態を示し、図２０に示すセンサ電極群に計測対象物体が接触した際の様子の一例を示す横断面図である。 本発明の第３の実施形態を示し、図２０に示す静電容量圧力センサ回路に設けられた静電容量圧力センサの中から任意の静電容量圧力センサを指定した際の様子の一例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態を示し、図１９に示す静電容量圧力センサ値取得部の詳細な構成の一例を示す模式図である 本発明の第３の実施形態に係る物体検出装置で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る物体検出装置の概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態を示し、図２６に示すセンサ電極群の一例を示す横断面図である。 本発明の第４の実施形態を示し、図２６に示すセンサ電極指定回路の詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態を示し、図２７に示す電磁スイッチの詳細な構成の一例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態を示し、図２８に示すセンサ電極群の一部の構成とセンサ電極指定回路の一部の構成を上から見た際の一例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態を示し、図３０に示す導通に係るセンサ電極板の導通パターンの一例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態を示し、図３０に示す導通に係るセンサ電極板の導通パターンの一例を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る物体検出装置で行われる物体検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図３３のステップＳ４０２におけるセンサ走査・計測サブルーチンの詳細な処理手順の一例を示すフローチャートである。

１００ 物体検出装置
１１０ 静電容量センサ回路
１２０ センサ電極群
１３０ 接触スイッチ回路
１４０ 情報処理装置
１４１ スイッチ状態取得部
１４２ 近接距離計算部
１４３ 詳細情報認定部

Claims (14)

1. 計測対象の物体を検出する物体検出装置であって、
   複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、
   前記センサ電極群のうち、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として検出する近接センサ部と、
   前記近接センサ部で検出された静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算部と、
   前記センサ電極群のうち、前記物体と接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との接触に係る詳細情報を検出する詳細センサ部と、
   前記詳細センサ部で検出された詳細情報を取得する取得部と
   を有することを特徴とする物体検出装置。
2. 前記センサ電極群の各センサ電極は、前記物体と接触状態に応じて、前記近接センサ部との導通状態が制御されることを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
3. 前記近接センサ部は、前記静電容量に基づく電圧を測定する電圧計測部を含み構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物体検出装置。
4. 前記詳細センサ部は、接触スイッチを含むものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
5. 前記詳細センサ部は、圧力センサを含むものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
6. 前記詳細センサ部は、静電容量に基づく圧力センサを含むものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物体検出装置。
7. 前記静電容量に基づく圧力センサでは、前記センサ電極群のセンサ電極が、当該圧力センサのセンサ電極を兼ねて構成されることを特徴とする請求項６に記載の物体検出装置。
8. 前記接触スイッチは、前記センサ電極における前記物体との接触状態に応じて、その導通状態が切り替わるものであることを特徴とする請求項４に記載の物体検出装置。
9. 計測対象の物体を検出する物体検出装置であって、
   複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、
   前記センサ電極群の中から、当該センサ電極群の複数の領域に係るセンサ電極を指定する指定部と、
   前記センサ電極群のうち、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として検出する近接センサ部と、
   前記指定部で指定されたセンサ電極の前記領域ごとに、前記近接センサ部で検出された静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算部と
   を有することを特徴とする物体検出装置。
10. 前記センサ電極群の各センサ電極は、前記物体と接触状態に応じて、前記近接センサ部との導通状態が制御されることを特徴とする請求項９に記載の物体検出装置。
11. 前記指定部は、前記領域を指定するごとに、当該領域に含まれないセンサ電極を前記近接センサ部から電気的に切り離すことを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
12. 前記近接センサ部は、前記静電容量に基づく電圧を測定する電圧計測部を含み構成されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の物体検出装置。
13. 複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、近接センサ部と、詳細センサ部とを備え、計測対象の物体を検出する物体検出装置による物体検出方法であって、
    前記センサ電極群のうち、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として前記近接センサ部で検出し、前記近接センサ部で検出した静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算ステップと、
    前記センサ電極群のうち、前記物体と接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との接触に係る詳細情報を前記詳細センサ部で検出し、前記詳細センサ部で検出した詳細情報を取得する取得ステップと
    を有することを特徴とする物体検出方法。
14. 複数のセンサ電極が配設されて構成されたセンサ電極群と、近接センサ部とを備え、計測対象の物体を検出する物体検出装置による物体検出方法であって、
    前記センサ電極群の中から、当該センサ電極群の複数の領域に係るセンサ電極を指定する指定ステップと、
    前記指定ステップで指定されたセンサ電極の前記領域ごとに、前記物体と非接触状態であるセンサ電極に基づいて、前記物体との近接状態を静電容量として前記近接センサ部で検出し、前記近接センサ部で検出された静電容量に応じて、前記非接触状態であるセンサ電極と前記物体との近接距離を計算する近接距離計算ステップと
    を有することを特徴とする物体検出方法。

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