JP2010210414A

JP2010210414A - センサ装置

Info

Publication number: JP2010210414A
Application number: JP2009056921A
Authority: JP
Inventors: Masako Ogata; 雅子小形; Kazuhiro Suzuki; 和拓鈴木; Hideyuki Funaki; 英之舟木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】固定側センサ部上における可動側センサ部の移動を静電的に検出するセンサ装置を提供する。
【解決手段】センサ装置においては、第１基板上に第１の配列パターンを有する第１の電極部が形成され、前記第１の基板の走行に伴い第１の基板に対向される第２の基板上には、第２の配列パターンを有する第２の電極部が形成されている。第１の電極には、第１の電極部に電圧を印加する電源部が接続され、第２の電極部には、第２の電極部に誘起され、第１の基板の走行に伴い変化される誘起電圧を検出する検出部が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定側センサ部上における可動側センサ部の移動を検出するセンサ装置に関する。

近年物体の近接を検出するセンサとして、特許文献１に静電容量検出型の近接センサが提案されている。この特許文献１に開示された静電容量検出型センサは、非接触で物体の近接を検出するものである。

特許文献１に開示された静電容量検出型センサは、基本的に非接触で物体の近接を検出することが可能であり、人体或いは物体の近接又は液面の上昇を検出するに用いられている。

また、センサ自体に与えられる加速度或いは変位量を可変容量の変化として検出する静電容量検出型センサが特許文献２に開示されている。

国際公開第２００４／０５９３４３号公報特開２００３−４３０７８号公報

特許文献１及び特許文献２に開示されたいずれのセンサも相対位置の検出或いは相対速度の検出は困難である問題があり、相対位置の検出或いは相対速度を静電的に検出することが可能なセンサ装置の開発が望まれている。

また、固定側センサ部上における可動側センサ部の移動を静電的に検出するセンサ装置の種々の分野への応用が望まれ、その開発が要望されている。

この発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであって、固定側センサ部上における可動側センサ部の移動を静電的に検出するセンサ装置を提供することを目的としている。

この発明によれば、
第１の面を有する第１基板と、
この第１の面上に形成され、第１の配列パターンを有する第１の電極部と、
前記第１の基板の走行に伴い前記第１の面が対向される第２の面を有する第２の基板と、
この第２の面上に形成され、第２の配列パターンを有する第２の電極部であって、前記第１の電極との間の静電容量が前記第１の基板の走行に伴い変化される第２の電極部と、
前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に接続され、前記第１及び第２の電極部の少なくとも一方に電圧を印加する電源部と、
前記第１及び第２の電極部の少なくとも他方に接続され、前記第１及び第２の電極部の少なくとも他方に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される誘起電圧を検出する検出部と、
を具備することを特徴としたセンサ装置が提供される。

また、この本発明によれば、
第１の面を有する第１基板と、
この第１の面上に形成され、第１の配列パターンを有する第１の電極部と、
前記第１の基板の走行に伴い前記第１の面が対向される第２の面を有する第２の基板と、
この第２の面上に形成され、第２の配列パターンを有する第２の電極部であって、前記第１の電極との間の静電容量が前記第１の基板の走行に伴い変化される第２の電極部と、
前記第１及び第２の電極に接続され、前記第１及び第２の電極部に第１及び第２の電圧を印加する第１及び第２の電源部と、
前記第２の電極部に接続され、前記第１の電極部への前記第１電圧の印加に伴い前記第２の電極部に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される第１の誘起電圧に前記第２の電圧を重畳させて生成される第１の干渉波信号を検出する第１の検出部と、
を具備することを特徴としたセンサ装置が提供される。

この発明のセンサ装置は、固定側センサ部上における可動側センサ部の移動を静電的に検出することができる。従って、このセンサ装置によれば、相対位置の検出或いは相対速度の検出が可能となる。

また、単に相対的移動或いは相対位置の検出に限らず、可動側部が固定側部上を移動される相対運動に伴い静電容量が変化されることに着目して可動側部或いは固定側部に与えられた固有の物理量をＩＤ（識別子）として検出することができる。

本発明の実施の形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している模式図である。（ａ）及び（ｂ）は、図１に示されるセンサ装置における可動側電極及び固定側電極の重なり面積と可動側センサ部の移動距離との関係を示すグラフ並びに可動側電極及び固定側電極間の静電容量と可動側センサ部の移動距離との関係を示すグラフである（ａ）は、図１に示されるセンサ装置において可動側センサ部が停止している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量及び固定側電極で検出される電圧信号を示すグラフ並びに（ｂ）は、可動側センサ部が移動している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量及び固定側電極で検出される電圧信号を示すグラフ可動側センサ部が図３（ｂ）に比べ遅い速度で移動している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量及び固定側電極で検出される電圧信号を示すグラフである。図１に示されるセンサ装置の実施の形態の変形例に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している模式図である。（ａ）は、図５に示されるセンサ装置において可動側センサ部が停止している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量及び固定側電極で検出される電圧信号を示すグラフ並びに（ｂ）は、可動側センサ部が移動している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量及び固定側電極で検出される電圧信号を示すグラフ可動側センサ部が図６（ｂ）に比べ遅い速度で移動している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量及び固定側電極で検出される電圧信号を示すグラフである。本発明の他の実施の形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している模式図である。本発明の更に他の実施の形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している模式図である。図９に示されるセンサ装置において可動側センサ部が移動している際の可動側電極及び固定側電極間の静電容量を示すグラフ本発明の他の実施の形態に係るセンサ装置における可動側センサ部における電極配列を模式的に示している模式図である。本発明の他の実施の形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している模式図である。本発明の他の実施の形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している模式図である。本発明のセンサ装置を組み込んだ識別システムを模式的に示している模式図である。本発明のセンサ装置を組み込んだ識別システムを模式的に示している模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るセンサ装置を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置の概略構成を模式的に示している。図１に示されるセンサ装置は、矢印で示される走行方向４に移動される可動側センサ部６及び移動不能に固定されている固定側センサ部８を備えている。

可動側センサ部６は、走行方向４に沿って配列され、その夫々が走行方向４に対して直交する方向に延出されている複数の可動側電極１０が絶縁体基板１２に固定配置されている。複数の可動側電極１０は、夫々交流電圧源ＡＣに接続され、この可動側電極１０には、この電源ＡＣからある周波数ｆ０を有する交流電圧Ｖが印加されている。ここで、可動側電極１０は、幅Ｗを有し、長手方向に長さＬを有する帯状に形成され、互いに隣接する可動側電極１０との間に間隙Ｗを有して走行方向にあるピッチＰで配列されているものとする。

固定側センサ部８は、可動側センサ部６と同様に走行方向４に沿って配列され、その夫々が走行方向４に対して直交する方向に延出されている複数の固定側電極（参照電極）２０が絶縁体基板２２に固定配置されている。固定側センサ部８においては、可動側センサ部６が固定側センサ部８上を近接して走行して可動側電極１０が固定側電極（参照電極）２０上を横切るように固定側電極２０上に可動側センサ部６の走行路が定められている。ここで、少なくともの１つの固定側電極２０は、夫々検出回路１４に接続され、固定側電極２０の電位が検出回路１４で検出されて検出信号が検出回路１４から出力される。この、検出回路１４は、固定側電極２０の電位変化を電圧パターン変化として一時的に記録し、このパターンを参照テーブル１６に記憶されている電圧パターンと比較することによって速度信号に変換し、速度信号が検出回路１４から出力される。

ここで、可動側電極１０と同様に固定側電極２０は、幅Ｗを有し、長手方向に長さＬを有する帯状に形成され、互いに隣接する固定側電極１０との間に間隙Ｗを有して走行方向にあるピッチＰで配列されているものとする。

このような構造を有するセンサ装置は、可動側センサ部６が固定側センサ部６上を近接して移動されるに伴い可動側電極１０が固定側電極２０に一致するように対向され、その後、一致する対向から外れるような相対的位置変化を繰り返すこととなる。詳細には、可動側電極１０及び固定側電極２０が同一平面上に投影されて面積の重なりの変化（相対的形状変化）が観察されると、図２（ａ）に示すように、可動側センサ部６が移動してその移動距離が増加するに従って、両者の重なり面積は、一致される最大面積Ｓmaxから全く一致しない最小面積Ｓminに減少し、また、最小面積Ｓminから最大面積Ｓmaxに増加するように変化し、この変化が伴い繰り返されることとなる。従って、可動側センサ部６が移動してその移動距離が増加するに従って、図２（ｂ）に示すように可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃは、可動側電極１０及び固定側電極２０間の重なり面積と同様に変化され、最大容量Ｃmaxから最小容量Ｃminに減少し、また、最大容量Ｃminから最大容量Ｃmaxに増加するように変化し、この変化が伴い繰り返されることとなる。

尚、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、可動側センサ部６は、一定速度で移動し、移動距離が線形に増加しているとして描かれている。また、可動側センサ部６が移動せずに、停止している場合には、可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃは、停止位置した際の重なり面積Ｓに応じたある静電容量Ｃｆのままに留められることとなる。また、相対的形状変化が生ぜず、可動側電極１０及び固定側電極２０間の重なり（相対的形状）が一定となる。

可動側電極１０には、電源ＡＣからある周波数ｆ０を有する交流電圧Ｖ０が印加されていることから、固定側電極２０には、周波数ｆ０を有する電圧Ｖ０或いはｆｘを有する電圧Ｖ（ｘ）が誘起される。可動側センサ部６が停止している場合には、図３（ａ）に示すように可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃは、一定の静電容量Ｃｆとなり、可動側電極１０に対応する固定側電極２０には、静電容量Ｃに応じて周波数ｆ０を有し、振幅（電圧値）が一定する交流電圧信号Ｖ０が誘起される。従って、この交流電圧信号Ｖ０のパターンが参照テーブル１６に記憶された電圧パターンと比較されることによって可動側センサ部６は、停止しているとして検出回路１４からは、速度零を意味する速度信号Ｓ０が出力される。

可動側センサ部６がある速度ｍ（ｘ）で移動している場合には、可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃは、移動距離ととともに図３（ｂ）に示すように変化される静電容量Ｃｖとなる。この静電容量Ｃｖの変化に従って、可動側電極１０に対応する固定側電極２０には、周波数ｆ０を有し、振幅（電圧値）が変動する交流電圧信号Ｖ（ｘ）が誘起される。従って、この交流電圧信号Ｖ（ｘ）のパターンが参照テーブル１６に記憶された電圧パターンと比較される。この比較で交流電圧信号Ｖ（ｘ）のパターンに対応する速度信号Ｓ（ｘ）が検出回路１４から出力される。この速度信号Ｓ（ｘ）は、可動側センサ部６の移動速度を表すこととなる。

図４には、図３（ｂ）に比較される静電容量Ｃｖ１の変化及び交流電圧信号Ｖ（ｘ１）の変化のグラフが示されている。図３（ｂ）に示されるグラフでは、可動側センサ部６がある速度ｍ（ｘ）で移動されているに対して図４に示すグラフでは、可動側センサ部６がある速度ｍ（ｘ）よりも遅い速度ｍ（ｘ１）（ｍ（ｘ１）＜ｍ（ｘ））で移動されている静電容量Ｃｖ１の変化及び交流電圧信号Ｖ（ｘ１）を示している。図４及び図３（ｂ）の比較から明らかなように静電容量Ｃｖ１の変化は、静電容量Ｃｖよりも緩やかに変化され、変化の周期が大きくなる。また、交流電圧信号Ｖ（ｘ１）も同様に交流電圧信号Ｖ（ｘ）に比べて周期が大きく、交流電圧信号Ｖ（ｘ１）の周波数ｆ（ｘ１）が交流電圧信号Ｖ（ｘの）の周波数ｆ（ｘ）に比べて低下される。従って、交流電圧信号Ｖ（ｘ１）のパターンが参照テーブル１６に記憶された電圧パターンと比較されることによって速度信号Ｓ（ｘ）を検出することができる。

ここで、検出回路１４は、速度信号Ｓ（ｘ）に代えて相対位置信号Ｒｐ（ｘ）を出力しても良い。検出開始時の可動側センサ部６の移動開始位置からある時間経過した時点の位置は、速度信号Ｓ（ｘ）から求めることができることから、検出回路１４が可動側センサ部６の移動距離を位置信号として出力することもできる。また、図２（ａ）を参照して説明したように、可動側センサ部６が静止している際の可動側電極１０及び固定側電極２０間の重なりは、可動側電極１０及び固定側電極２０間の相対位置に依存している。従って、可動側電極１０及び固定側電極２０間の重なりに相関する可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃｆの値及び交流電圧信号Ｖｆの振幅（電圧値）から可動側電極１０及び固定側電極２０間の相対位置（重なりの程度）を意味する相対位置信号が検出回路１４から出力されてもよい。ここで、予め参照テーブル１６に可動側電極１０及び固定側電極２０間の重なり（相対的形状）に相当する相対位置信号が用意され、静電容量Ｃｆの値及び交流電圧信号Ｖｆの値で相対位置信号が参照されて相対位置信号が出力されてもよい。

図１に示されるセンサ装置では、可動側電極１０に交流電圧源ＡＣが接続されているが、図５示されるようにこの交流電圧源ＡＣに代えて直流電圧源ＤＣが可動側電極１０に接続されてもよい。

図５に示すセンサ装置においては、図６（ａ）に示されるように可動側電極１０には、電源ＤＣからある直流電圧Ｖ０が印加されていることから、固定側電極２０には、電圧Ｖ０或いはＶ（ｘ）が誘起される。可動側センサ部６が停止している場合には、図６（ａ）に示すように可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃは、一定の静電容量Ｃｆとなり、可動側電極１０に対応する固定側電極２０には、電圧値が一定の電圧信号Ｖ０が誘起される。従って、この電圧信号Ｖ０のパターンは、参照テーブル１６に記憶された電圧パターンと比較されて可動側センサ部６が停止しているとして検出回路１４からは、速度零を意味する速度信号Ｓ０が出力される。

可動側センサ部６がある速度ｍ（ｘ）で移動している場合には、可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃは、移動距離ととともに図６（ｂ）に示すように変化される静電容量Ｃｖとなる。この静電容量Ｃｖの変化に従って、可動側電極１０に対応する固定側電極２０には、振幅（電圧値）が直線的に変動する電圧信号Ｖ（ｘ）が誘起される。従って、この電圧信号Ｖ（ｘ）のパターンが参照テーブル１６に記憶された電圧パターンと比較されて可動側センサ部６の移動速度に相当する速度信号Ｓ（ｘ）が検出回路１４から出力される。

図７には、図６（ｂ）に比較される静電容量Ｃｖ１の変化及び電圧信号Ｖ（ｘ１）の変化のグラフが示されている。図３（ｂ）に示されるグラフでは、可動側センサ部６がある速度ｍ（ｘ）で移動されているに対して図５に示すグラフでは、可動側センサ部６がある速度ｍ（ｘ）よりも遅い速度ｍ（ｘ１）（ｍ（ｘ１）＜ｍ（ｘ））で移動されている静電容量Ｃｖ１の変化及び電圧信号Ｖ（ｘ１）を示している。図５及び図３（ｂ）の比較から明らかなように静電容量Ｃｖ１の変化は、静電容量Ｃｖよりも緩やかに変化され、変化の周期が大きくなる。また、電圧信号Ｖ（ｘ１）も同様に電圧信号Ｖ（ｘ）に比べて周期が大きくなる。従って、電圧信号Ｖ（ｘ１）のパターンが参照テーブル１６に記憶された電圧パターンと比較されることによって速度信号Ｓ（ｘ）を検出することができる。

既に説明したように、検出回路１４は、速度信号Ｓ（ｘ）に代えて相対位置信号Ｒｐ（ｘ）を出力しても良い。また、可動側電極１０及び固定側電極２０間の重なりに相関する可動側電極１０及び固定側電極２０間の静電容量Ｃｆの値及び電圧信号Ｖｆの電圧値から可動側電極１０及び固定側電極２０間の相対位置（重なりの程度）を意味する相対位置信号が検出回路１４から出力されてもよい。

尚、図５では、図を簡略化する目的から、図２に示した絶縁体基板１２、２２及び検出回路１４及び参照テーブルを省略していることに注意されたい。以下の説明においても、図を簡略化する目的から、絶縁体基板１２、２２及び検出回路１４及び参照テーブルを省略する場合があることも注意されたい。

また、図１及び図５に示されるセンサ装置においては、可動側電極１０に交流電圧源ＡＣ或いは直流電圧源ＤＣが接続され、固定側電極２０に検出回路１４が接続されているが、可動側電極１０に検出回路１４が接続され、固定側電極２０に交流電圧源ＡＣ或いは直流電圧源ＤＣが接続されてもよいことは明らかである。

図８には、図１に示したセンサ装置の実施の形態の変形例が示されている。この変形例では、参照電極としての複数の固定側電極２０Ａ〜２０Ｃの３つの電極２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが選定されて電極２０Ｃ、２０Ｄには、第１の作動増幅器３０が接続され、電極２０Ｂ、２０Ｄには、第２の作動増幅器３２が接続されている。この第１及び第２の作動増幅器３０、３２からの第１及び第２作動信号が夫々検出回路１４に入力されている。

このように第１及び第２の作動増幅器３０、３２が電極２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄに接続されることによって可動側電極１０の速度或いは相対位置のみでなく、その進行方向をも特定することができる。例えば、矢印３４に示す方向に可動側電極１０が移動される場合には、可動側電極１０Ａが固定側電極２０Ｄに対向するように進入を開始し、可動側電極１０Ａが固定側電極２０Ｄに対向する過程で図３（ｂ）に示す電圧信号Ｖ（ｘ）が固定側電極２０Ｄから出力される。このとき他の電極２０Ｃ、２０Ｂは、固定側電極２０Ｄに比べて可動側電極１０Ａから離れているため、電極２０Ｃ、２０Ｂからの検出電圧が小さく、第１及び第２の作動増幅器３０、３２からの出力信号は、固定側電極２０Ｄからの検出信号が支配的となる。次に、可動側電極１０Ａが固定側電極２０Ｃに対向するようになると、可動側電極１０Ｂも固定側電極２０Ｄに対向し、固定側電極２０Ｃ、２０Ｄの検出電圧は、略同一であるので第１の作動増幅器３０からの出力が低下し、第２の作動増幅器３２からの出力信号は、固定側電極２０Ｄからの検出信号が支配的となる。更に、可動側電極１０Ａが固定側電極２０Ｂに対向するようになると、可動側電極１０Ｂも固定側電極２０Ｃに対向し、可動側電極１０Ｃも固定側電極２０Ｄに対向し、固定側電極２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの検出電圧は、略同一であるので第１及び第２の作動増幅器３０、３２からの出力が低下することとなる。次に、可動側電極１０Ａが固定側電極２０Ａに対向するようになると、可動側電極１０Ｂ、１０Ｃ，１０Ｄが固定側電極２０Ｂ，２０Ｃ、２０Ｄに対向し、やはり、固定側電極２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの検出電圧は、略同一であるので第１及び第２の作動増幅器３０、３２からの出力が低下することとなる。その後、可動側電極１０Ｂが固定側電極２０Ｂから外れ、可動側電極１０Ｃが固定側電極２０Ｂから外れ、更に、可動側電極１０Ｄが固定側電極２０Ｂから外れるように配置が変化される。この変化に伴い、第１及び第２の作動増幅器３０、３２からの差動出力信号が変化される。

検出回路１４では、第１及び第２の作動増幅器３０、３２からの差動出力信号からの信号パターンを検知し、検出回路１４は、このパターンを参照テーブル１６に記憶した参照波形と比較することとによって速度信号Ｓ（ｘ）或いは相対位置信号を発生することができる。ここで、可動子側センサ部６が矢印３４の方向に移動するのであれば、初めに固定側電極２０Ｄから検出信号が発生され、第１の作動増幅器３０から差動出力が発生され、次に第２の作動増幅器３２から差動出力が発生される。対照的に、可動子側センサ部６が矢印３４とは反対方向からセンサ装置に進入するのであれば、初めに固定側電極２０Ｂから検出信号が発生され、第２の作動増幅器３２から差動出力が初めに発生され、次に第１の作動増幅器３０から差動出力が発生される。このように差動出力の発生順序で可動子側センサ部６の移動方向を特定することができる。

図８に示すセンサ装置では、作動増幅器３０、３２が固定電極３０に接続されているが、作動増幅器に代えて２つの加算回路が異なる固定電極３０に接続され、異なる固定電極からの検出信号が夫々加算されて出力されても良い。加算出力の出力順序で可動センサ部６の移動方向を特定することができる。

図１から図８を参照するセンサ装置では、可動側電極１０及び固定側電極２０は、同一形状及び同一配列を有するとして説明したが、両者間の相対的位置に応じて両者間の静電容量が変化するのであれば、異なる形状或いは異なる配列で形成されても良いことは明らかである。一例として、図９に示すように、可動側電極１０及び固定側電極２０が帯状に形成されず、平面屈曲された同一形状のパターンに形成されている場合には、矢印３４に示す方向に限らず、この方向３４に交叉する方向に可動側センサ部６が移動されても可動側センサ部６の移動速度或いは相対位置を検出することができる。図１０には、図９に示すセンサ部６の矢印３４で示す方向への移動にともなく可動側電極１０及び固定側電極２０との間の静電容量の時間変化が示されている。この図１０に示される静電容量の変化に伴い検出信号が変化されることから、可動側センサ部６の移動速度或いは相対位置を移動方法とともに検出することができる。

図９に示すセンサ装置では、単一のパターンが可動側基板１２及び固定側基板２２に設けられているが、異なるパターンの電極４０、４２、４３，４４が可動側基板１２上に設けられ、異なるパターンの電極４０、４２、４３，４４が夫々周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を有する交流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を発生する第１〜第４の交流電源ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３、ＡＣ４に接続されてもよい。固定側基板２２には、可動側基板１２と同様に電極４０、４２、４３，４４と同一のパターンを有する複数の電極２２が同一の配列で配置され、それぞれが検出回路１４に接続されてもよい。図１１に示すようなセンサ装置によれば、複数の固定側電極２２から複数の検出電圧が出力され、この複数の検出電圧の出力波形が異なるためより精度良く、可動側センサ部６の速度或いは相対位置を検出することができる。

図９及び図１１に示されるようなセンサ部６では、可動側センサ部６の電極配列及び配列に応じて単一の固定側電極２２及び複数の固定側電極２２からの電圧パターンが異なる為、可動側センサ部６が真正なパターンが形成されている真正な可動センサ部である旨も判別することが可能となる。後に説明されるように、可動側センサ部６がＩＤカードに利用される場合には、固定側センサ部８で可動側センサ部６が真正品であることを識別するＩＤカードとしても利用することもできる。

図１２は、この発明の他の実施の形態に係るセンサ装置を示している。このセンサ装置は、センサ部６の移動速度或いは相対位置を検出のみならず、図１或いは図５に示されるように単純な形状を有する電極１０，２０が配列されているセンサ部６，８でありながら、センサ部６をセンサ部８で識別する識別装置としても利用することができる。

図１２に示される可動側センサ部６おいては、交流電源ＡＣ１からは周波数ｆ１を有する交流電圧Ｖ１が発生され、この交流電圧が抵抗４６を介して可動側電極１０に接続されている。また、固定側センサ部８には、固定側電極２２が交流電源ＡＣ２に接続されるとともに抵抗４８を介して検出回路１４に接続されている。交流電源ＡＣ２からは、周波数ｆ２を有する交流電圧Ｖ２が発生され、この交流電圧Ｖ２が固定側電極２２に印加されている。

図１２に示される装置においては、可動側センサ部６が固定側センサ部８上を移動されると、可動側電極１０及び固定側電極２２間の容量Ｃが変化され、可動側センサ部６の移動に伴い固定側電極２２に交流電圧が誘起され、誘起された交流電圧が交流電源ＡＣ２から発生される交流電圧ＡＣ２に重畳される。従って、抵抗４８を介して図１２（ｂ）に示すような干渉波形を有する干渉信号としての交流電圧が検出回路１４に入力される。検出回路１４で検出された交流電圧は、参照テーブル１６で参照されて速度信号或いは相対位置信号或いはＩＤ信号に変換される。ここで、干渉波は、第１及び第２の周波数ｆ１，ｆ２の差分（＝｜ｆ１−ｆ２｜）に相当する周波数ｆを有し、その振幅は、交流電源ＡＣ１，ＡＣ２からの電圧値、抵抗４６、キャパシタＣ及び抵抗４８によって定められる。従って、可動側センサ部６に固有の抵抗４６及び交流電圧源ＡＣ１に設けることによって可動側センサ部６から固定側センサ８に固有の交流電圧を重畳することができ、可動側センサ部６に固有の干渉信号が検出回路１４で検出することが可能となる。このように図１２に示されたセンサ装置では、可動側センサ部６から可動側センサ部６に固有のパターンを有する交流信号を発生させることで、固定側センサ部８において、この可動側センサ６を識別することができる。

図１２に示されるセンサ装置においては、固定側センサ部８においてのみ可動側センサ部６を識別しているが、図１３に示されるように固定側センサ部８においても干渉信号を第２の検出回路５２で検出し、固定側センサ部８を識別するに用いる第２の干渉信号のパターンを記憶部５０に格納するようにしても良い。この記憶部５０に格納された第２の干渉信号パターンが他の解析装置(図示せず）で解析することによって固定側センサ部８を後に識別することが可能となる。

図１３に示されるセンサ装置においては、図１２に示されるセンサ装置と同様に第１の干渉パターンが第１の検出回路１４で検出されて可動側センサ部６の識別に供させることができる。固定側センサ部６においては、第２の交流電源ＡＣ２から発生される交流電圧で可動側電極１０に誘起電圧が生じ、第１の交流電源ＡＣ１から抵抗４６を介して可動側電極１０に印加される交流電圧にこの誘起電圧が重畳されて干渉信号としての交流電圧が第２の検出回路５２で検出される。この検出された電圧が波形として或いはこの電圧の周波数及び振幅の時間的変化がデータとして記憶部５０に干渉パターンの情報として記憶される。この記憶された干渉パターンは、参照テーブル１６のようなテーブルを有する識別器を有する解析装置で解析され、固定側センサ部８を特定することができる。第２の干渉信号のパターンを記憶部５０に格納するに際しては、第２の干渉パターンが識別番号等として記憶部５０に記憶されても良く、また、記憶されるデータ或いは波形は、時刻情報ととともに記憶されることが好ましい。固定側センサ部８を後に特定することができることから、可動側センサ部６を解析することによってこの可動側センサ部６を携帯する人が利用した固定側センサ部８、即ち、識別装置を特定することができ、可動側センサ部６を携帯する人の通過経路をも特定することができる。

図１４は、図１３に示されるセンサ装置をより具体化したセンサ装置であって、図１３に示す単純な電極パターンに代えて図９或いは図１１に示されるような複雑な電極パターン６２、６７が夫々可動側センサ部６及び固定側センサ部８に設けられている識別システムを示している。この識別システムにおいては、携帯可能な識別カード６０に可動側センサ部６が組み込まれ、この携帯カード６０を識別する識別装置６４が固定側センサ部８を備えている。図１４に示すシステムでは、識別カード６０が符号７２に示すように識別装置６４内に差し込まれて移動されることによって符号６６に示すような干渉波Ａが検出回路５２で検出され、また、符号６８で示すような干渉波Ｂが検出回路１４で検出される。この干渉波Ａ，Ｂは、夫々可動側センサ部６及び固定側センサ部８に固有の波形を有することから、可動側センサ部６及び固定側センサ部８において、互いに他方を識別することができる。

尚、図１４に示されるシステムにおいては、可動側センサ部６及び固定側センサ部８のいずれにも複雑な電極パターンが設けられているが、図１５に示されるように可動側センサ部６及び固定側センサ部８のいずれかに複雑な電極パターンが設けられ、好ましくは、固定側センサ部８に複雑な電極パターンが設けられ、他方のセンサ部６，８には、単純なパターン形状を有する電極パターン７０が設けられても良い。図１４に示されるシステムに識別カード６０が符号７２に示すように識別装置６４内に差し込まれて移動されることによって識別カード６０は、識別装置６４を識別することができ、識別装置６４は、識別カード６０を識別することができる。

図１２〜図１５に示される識別システムは、入退室に際してカード６０で扉の解錠が可能なスライド式ドアスイッチを有する入退出システムの他、パーソナルコンピュータ或いは他の電子機器での利用を許す認証システムに利用することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

以上のように、この発明によれば、固定側センサ部上における可動側センサ部の移動を静電的に検出するセンサ装置が提供される。

４．．．走行方向、６．．．可動側センサ部、８．．．固定側センサ部、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ，１０Ｄ．．．可動側電極、１２．．．絶縁基板、１４．．．検出回路、１６．．．参照テーブル、２０、２０Ａ〜２０Ｄ．．．固定側電極、２２．．．絶縁基板、３０，３２．．．作動増幅器、４０、４２、４３，４４．．．電極、４６、４８．．．抵抗、５０．．．記憶部、５２．．．検出回路、６０．．．携帯カード、６４．．．識別装置

Claims

第１の面を有する第１基板と、
この第１の面上に形成され、第１の配列パターンを有する第１の電極部と、
前記第１の基板の走行に伴い前記第１の面が対向される第２の面を有する第２の基板と、
この第２の面上に形成され、第２の配列パターンを有する第２の電極部であって、前記第１の電極との間の静電容量が前記第１の基板の走行に伴い変化される第２の電極部と、
前記第１及び第２の電極の少なくとも一方に接続され、前記第１及び第２の電極部の少なくとも一方に電圧を印加する電源部と、
前記第１及び第２の電極部の少なくとも他方に接続され、前記第１及び第２の電極部の少なくとも他方に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される誘起電圧を検出する検出部と、
を具備することを特徴としたセンサ装置。
前記検出部は、前記誘起電圧に基づいて前記第１及び第２の電極部間の相対位置或いは相対速度を導出することを特徴とする請求項１のセンサ装置。
前記第１の電極部が前記第１の基板の走行方向に配列された多数の第１の電極を含み、前記第１の電極部が前記第１の電極と同一配列で配列された第２の電極を含むことを特徴とする請求項１或いは請求項２のセンサ装置。
前記電源部は、第１の周波数を有する交流電圧を発生する交流電源を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項のセンサ装置。
前記電源部は、第１の周波数を有する第１の交流電圧を発生し、前記第１の電極部に前記第１の電極部に印加する第１の交流電源及び第２の周波数を有する第２の交流電圧を発生する第２の交流電源を含み、
前記第１の面上に形成され、第３の配列パターンを有する第３の電極部であって、前記第２の交流電圧が印加される第３の電源部と、
前記第２の面上に形成され、第４の配列パターンを有する第４の電極部であって、前記第３の電極との間の静電容量が前記第１の基板の走行に伴い変化される第４の電極部と、
前記検出部は、前記第２の電極部に接続され、前記第２の電極部に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される第１の誘起電圧を検出する第１の検出部及び前記第４の電極部に接続され、前記第４の電極部に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される第２の誘起電圧を検出する第２の検出部を含む請求項１の近接センサ。
前記第１の電極部は、当該電極部に固有の電極パターンを有し、前記検出部は、前記誘起電圧に基づいて前記第１の電極部に固有の識別情報を導出することを特徴とする請求項１のセンサ装置。
前記第１の電極部が前記第１の基板の走行方向に配列された多数の第１の電極を含み、前記第１の電極部が前記第１の電極と同一配列で配列された第２の電極を含み、
前記電源部は、前記第１の電極に接続され、前記第１の電極に電圧を印加し、
前記センサ装置は、
任意の１組の前記第２の電極に接続され、前記第２の電極に誘起された誘起電圧を作動増幅する第１の差動増幅器と、
他の任意の１組の前記第２の電極に接続され、前記第２の電極に誘起された誘起電圧を作動増幅する第２の差動増幅器と、
を更に具備し、
前記検出部が前記第１及び第２の差動増幅器からの第１及び第２の出力信号に基づいて前記相対速度及び走行方向を導出することを特徴とする請求項１のセンサ装置。
第１の面を有する第１基板と、
この第１の面上に形成され、第１の配列パターンを有する第１の電極部と、
前記第１の基板の走行に伴い前記第１の面が対向される第２の面を有する第２の基板と、
この第２の面上に形成され、第２の配列パターンを有する第２の電極部であって、前記第１の電極との間の静電容量が前記第１の基板の走行に伴い変化される第２の電極部と、
前記第１及び第２の電極に接続され、前記第１及び第２の電極部に第１及び第２の電圧を印加する第１及び第２の電源部と、
前記第２の電極部に接続され、前記第１の電極部への前記第１電圧の印加に伴い前記第２の電極部に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される第１の誘起電圧に前記第２の電圧を重畳させて生成される第１の干渉波信号を検出する第１の検出部と、
を具備することを特徴としたセンサ装置。
前記第１の電極部に接続され、前記第２の電極部への前記第２電圧の印加に伴い前記第１の電極部に誘起され、前記第１の基板の走行に伴い変化される第２の誘起電圧に前記第１の電圧を重畳させて生成される第２の干渉波信号を検出する第２の検出部を更に具備することを特徴とする請求項７のセンサ装置。
前記第１の電極部は、当該電極部に固有の電極パターンを有し、前記第１の検出部は、前記第１の干渉波信号に基づいて前記第１の電極部に固有の識別情報を導出し、
前記第２の電極部は、当該電極部に固有の電極パターンを有し、前記第２の検出部は、前記第２の干渉波信号に基づいて前記第２の電極部に固有の識別情報を導出し、
することを特徴とする請求項７のセンサ装置。