JP2010223794A - 静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造 - Google Patents

Abstract

【課題】立体的なセンサ構造を用いず、指向性を向上させ検知領域の範囲を任意に設定することができる静電容量型近接センサ、検知方法および電極構造を提供する。
【解決手段】静電容量型近接センサ１００は、センサ部１０と検知回路部２０とを備え、センサ部１０は、第１センサ電極１１ａ，１１ｂおよび第２センサ電極１１ｃ、シールド電極１２、第１補助電極１３ａ，１３ｂおよび第２補助電極１３ｃを有する。これらは、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４により、検知回路部２０のＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐやネガティブ入力端子Ｎ、シールド駆動回路２４等に接続される。切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は１側と２側に切り替え可能に構成され、これら切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４にて１側および２側に切り替えられた際のＣ−Ｖ変換回路２１にて検出された静電容量値Ｃ１，Ｃ２を比較等して、センサ部１０の検知範囲を任意に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、静電容量変化によって人体などの検知対象物の近接を検知する静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造に関する。

人体などの検知対象物を近接する近接センサとして、例えば次のようなものが知られている。近接センサは、有底円筒状の固定シールド電極を有し、この固定シールド電極の開口端に円板状の検出基板を取り付け、さらにこの検出基板の中央部に検知対象物と対面するセンサ電極を設けた構成とされている。

また、この近接センサは、固定シールド電極の外側に軸方向に沿ってスライド可能な円筒形状の可動シールド電極を有し、これらによって様々な検出条件に応じた検知可能範囲や検知感度を調整し、検知対象物を確実に検知することができる構成とされている（例えば、特許文献１参照。）。

なお、このように近接センサにおいて指向性を持たせるためには、センサ電極の周囲や裏側にシールド電極を配置して不感帯を形成することで、センサ電極の所定方向の範囲が検知領域の範囲となるようにすることが一般的には行われている。

特開２００１−３５３２７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている構造の近接センサによって、センサ電極の直近に存する人体などの検知対象物を検知するのではなく、センサ電極の電極サイズと同程度以上離れた場所にある検知対象物を検知する場合は、センサ電極の周囲にシールド電極が配置されていたとしても、検知対象物とセンサ電極との間の静電容量結合はほとんど低下しないため、指向性を高めることは困難であるという問題がある。

また、指向性を高めるために、特許文献１に記載されている近接センサのようにセンサ電極を立体的に覆うような形状のシールド電極を配置した場合は、センサ構造が立体的になってしまうため、センサ全体のサイズが大きくなってしまうとともに、センサ電極の堆積が増してしまい、センサを平面的に配置することができず配置自由度が著しく低下してしまうなどの問題もある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、立体的なセンサ構造を用いずに配置自由度を低下させることなく、指向性を向上させて検知領域の範囲を任意に設定することができ、検知対象物を確実に検知することができる静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる第１の静電容量型近接センサは、第１センサ電極と、前記第１センサ電極の近傍に設けられた第２センサ電極と、前記第１および第２センサ電極の近傍に設けられた第１補助電極と、前記第１補助電極の近傍に設けられた第２補助電極と、ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、該ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と該ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、前記静電容量検知回路の各入力端子と同等の電位を電極に与えるシールド駆動回路と、少なくとも前記第１センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第１補助電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第２補助電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第１の接続状態と、少なくとも前記第１補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第１センサ電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第２センサ電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第２の接続状態とを切り替え可能な切替スイッチと、前記第１の接続状態における前記静電容量検知回路からの第１の静電容量値と、前記第２の接続状態における前記静電容量検知回路からの第２の静電容量値とを比較した比較値、および前記第１または第２の静電容量値に基づき検知対象物が検知領域の範囲内にあるか否かを判定する比較判定手段とを備えたことを特徴とする。

前記第１の接続状態は、例えばさらに前記第２センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第２の接続状態は、例えばさらに前記第２補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続している。

本発明にかかる静電容量型近接センサは、以上のように構成することにより、指向性を向上させつつ検知領域の範囲を任意に設定することができるので、種々の検出条件においても検知対象物を確実に検知することが可能となる。また、立体的なセンサ構造を用いないため、センサの配置自由度が高く、種々の場所などに適用することが可能となる。

なお、前記第１および第２センサ電極と前記第１および第２補助電極とのそれぞれの検知面とは反対側の裏面側に各センサ電極および各補助電極に対して絶縁された状態で配置され、各電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極をさらに備えてもよい。

前記第１センサ電極、前記第２センサ電極、前記第１補助電極、および前記第２補助電極は、例えば同一平面上にそれぞれ互いに絶縁された状態で配置されていてもよい。

前記第１センサ電極は、前記第２センサ電極をその外周側から囲むように配置されてもよい。

また、前記第１センサ電極は、例えば矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第２センサ電極を前記矩形部分および前記ロの字部分の間に挟むように配置されてもよい。

前記第１補助電極は、前記第２補助電極をその外周側から囲むように配置されてもよい。

また、前記第１補助電極は、例えば大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第２補助電極を前記複数のロの字部分の間に挟むように配置されてもよい。

前記第１および第２補助電極は、例えば前記第１および第２センサ電極を囲むように配置されてもよい。

前記第１センサ電極、前記第２センサ電極、前記第１補助電極、および前記第２補助電極は、例えば同心に配置されてもよい。

前記比較判定手段は、例えば前記第１の静電容量値を前記第２の静電容量値で除算した値に所定の係数を乗算して比較値を算出し、この比較値があらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定する。

前記静電容量検知回路は、例えば検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第１の静電容量値の初期容量である第１の初期容量と、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第２の静電容量値の初期容量である第２の初期容量とをさらに検出し、前記比較判定手段は、例えば前記第１の静電容量値から前記第１の初期容量を差し引いた第１の検出値と、前記第２の静電容量値から前記第２の初期容量を差し引いた第２の検出値とを比較した比較値、および前記第１または第２の検出値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内に存するか否かを判定する。

また、前記静電容量検知回路の出力を基準電圧にするための基準電圧調整手段をさらに備え、前記静電容量検知回路は、例えば検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第１の静電容量値の初期容量である第１の初期容量を前記基準電圧に調整するための第１の設定値と、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第２の静電容量値の初期容量である第２の初期容量を前記基準電圧にするための第２の設定値とをそれぞれ前記基準電圧調整手段から取得するとともに、前記第１の設定値により調整した第１の静電容量値と、前記第２の設定値により調整した第２の静電容量値とを出力するように構成され、前記比較判定手段は、例えば前記第１の設定値により調整した前記第１の静電容量値から前記基準電圧を差し引いたものを第１の検出値とし、前記第２の設定値により調整した前記第２の静電容量値から前記基準電圧を差し引いたものを第２の検出値として両者を比較した比較値、および前記第１または第２の検出値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内に存するか否かを判定する。

前記比較判定手段は、例えば検知領域の範囲内に検知対象物があると判定したときは前記第１の静電容量値、前記第２の静電容量値、前記第１の検出値、および前記第２の検出値のいずれかの値に基づき、前記検知対象物の前記第１および第２センサ電極の少なくとも１つまでの距離に応じた信号を出力し、検知領域の範囲内に検知対象物がないと判定したときは、この出力を所定の固定電圧とする。

ここで、前記所定の固定電圧は、例えば接地電圧または基準電圧である。

また、本発明にかかる近接検知方法は、ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第１センサ電極、前記第１センサ電極の近傍に設けられた第２センサ電極、前記第１および第２センサ電極の近傍に設けられた第１補助電極、および前記第１補助電極の近傍に設けられた第２補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子との接続状態を切り替える切替スイッチとを備え、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサによって前記検知対象物の近接を検知する近接検知方法であって、前記切替スイッチによって、前記各電極の前記ポジティブ入力端子およびネガティブ入力端子への接続状態を切り替えて、検知面側における検知特性を可変させる工程と、前記静電容量検知回路によって、検知特性の可変前後の静電容量値をそれぞれ検出し、第１および第２の静電容量値として取得する工程と、前記第１の静電容量値と前記第２の静電容量値との比較値、および前記第１または第２の静電容量値に基づき、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定する工程とを備えたことを特徴とする。

この近接検知方法においては、例えば検知領域の範囲内に検知対象物がある場合に、前記第１または第２の静電容量値に基づいてさらに前記検知対象物の前記第１および第２センサ電極の少なくとも１つまでの距離を判定してもよい。

本発明にかかる静電容量型近接センサの電極構造は、ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第１センサ電極、前記第１センサ電極の近傍に設けられた第２センサ電極、前記第１および第２センサ電極の近傍に設けられた第１補助電極、および前記第１補助電極の近傍に設けられた第２補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子との接続状態を切り替える切替スイッチとによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサの電極構造であって、矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第１センサ電極と、ロの字状に形成され前記第１センサ電極の矩形部分およびロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第２センサ電極と、大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され前記第１および第２センサ電極の外周側に設けられ、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第１補助電極と、ロの字状に形成され前記第１補助電極の複数のロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第２補助電極とからなることを特徴とする。

本発明によれば、立体的なセンサ構造を用いずに配置自由度を低下させることなく、指向性を向上させて検知領域の範囲を任意に設定することができ、検知対象物を確実に検知することができる静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図である。 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図である。 同静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャートである。 同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。 本発明の第２実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図である。 同静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図である。 同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。

以下に、添付の図面を参照して、この発明にかかる静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図、図２〜図５は同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。また、図６は、本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャートである。

図１に示すように、静電容量型近接センサ１００は、人体などの検知対象物を検知する箇所に配置されるセンサ部１０と、このセンサ部１０と図示しない基板などを介して一体に、あるいは別体に配置される検知回路部２０とを備えて構成されている。

センサ部１０は、主に、例えば全体として矩形平板状に形成されたセンサ電極１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）と、このセンサ電極１１の裏面側に形成されたシールド電極１２と、センサ電極１１と同一平面上に形成され全体としてセンサ電極１１をその外周側から囲むようなロの字状に形成された補助電極１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）とを備えて構成されている。これらセンサ電極１１および補助電極１３は、それぞれ互いに絶縁された状態で配置されている。シールド電極１２は、裏面の感度を減少させるために、センサ電極１１よりも大きいことが好ましい。

センサ電極１１は、第１センサ電極１１ａ，１１ｂと、この第１センサ電極１１ａ，１１ｂの近傍に設けられた第２センサ電極１１ｃとから構成される。第１センサ電極１１ａ，１１ｂは、本例では矩形状に形成された矩形部分である第１センサ電極１１ａと、この第１センサ電極１１ａを囲むロの字状に形成されたロの字部分である第１センサ電極１１ｂとからなる形状に形成されている。

また、第２センサ電極１１ｃは、同じくロの字状に形成され、第１センサ電極１１ａ，１１ｂの間に絶縁された状態で挟まれるように配置されている。

補助電極１３は、センサ電極１１の近傍に設けられた第１補助電極１３ａ，１３ｂと、この第１補助電極１３ａ，１３ｂの近傍に設けられた第２補助電極１３ｃとから構成される。第１補助電極１３ａ，１３ｂは、本例では大きさの異なるロの字状に形成された複数のロの字部分からなる形状に形成されている。

また、第２補助電極１３ｃは、同じくロの字状に形成され、第１補助電極１３ａ，１３ｂの間に絶縁された状態で挟まれるように配置されている。

そして、補助電極１３（すなわち、第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃ）は、センサ電極１１（すなわち、第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃ）を囲むように配置されるとともに、これらは同心に配置されている。また、シールド電極１２は、センサ電極１１とともに、補助電極１３の検知面とは反対側の裏面側に絶縁された状態で配置され、これらセンサ電極１１および補助電極１３の裏面側の検知をシールドしている。

一方、検知回路部２０は、第１および第２センサ電極１１ａ，１１ｂと、第１および第２補助電極１３ａ，１３ｂとに切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を介して接続された静電容量検知回路としてのＣ−Ｖ変換回路２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、ＣＰＵ２３と、シールド駆動回路２４とを備えて構成されている。

Ｃ−Ｖ変換回路２１は、各電極によってそれぞれ検知された静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換する。Ａ／Ｄ変換器２２は、Ｃ−Ｖ変換回路２１からの電圧を示すアナログ信号をディジタル信号に変換する。なお、このＣ−Ｖ変換回路２１は、本例ではポジティブ入力端子Ｐとネガティブ入力端子Ｎとを有する差動入力型の構成からなる。

したがって、このＣ−Ｖ変換回路２１においては、ポジティブ入力端子Ｐとグランド（ＧＮＤ）との間の静電容量からネガティブ入力端子とグランド（ＧＮＤ）との間の静電容量の差分が、電圧に変換されてＡ／Ｄ変換器２２に出力される構成となっている。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれ例えば１側、２側に切り替え可能な構造からなり、本例では次のように接続されている。

切替スイッチＳＷ１は、第１センサ電極１１ａ，１１ｂと接続され、１側に切り替えられたときは第１センサ電極１１ａ，１１ｂをＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続し、２側に切り替えられたときはこれらをシールド駆動回路２４に接続する。切替スイッチＳＷ２は、第１補助電極１３ａ，１３ｂと接続され、１側に切り替えられたときは第１補助電極１３ａ，１３ｂをシールド駆動回路２４に接続し、２側に切り替えられたときはこれらをＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続する。

切替スイッチＳＷ３は、第２センサ電極１１ｃと接続され、１側に切り替えられたときは第２センサ電極１１ｃをＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続し、２側に切り替えられたときはこれをＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続する。切替スイッチＳＷ４は、第２補助電極１３ｃと接続され、１側に切り替えられたときは第２補助電極１３ｃをＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続し、２側に切り替えられたときはこれをＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続する。

なお、これらの切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、電気的な接続を切り替えられる構造であればよく、例えばＦＥＴやフォトＭＯＳリレーなどの電子回路スイッチでも、接点切替器などの機械的なスイッチでも、いずれも採用することができる。また、センサ電極１１や補助電極１３は、矩形やロの字状のみならず、円形、長方形、多角形などの種々の形状で構成することができ、センサ電極１１の裏面側も検知範囲にする場合は、シールド電極１２を配置しない構成を採用することができる。

さらに、補助電極１３は、センサ電極１１の周囲全体を囲む状態で配置したが、例えば一部を囲むような状態であったり、センサ電極１１の隣接する一部に配置されたりしてもよい。

ＣＰＵ２３は、静電容量型近接センサ１００全体の制御を司るとともに、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の動作を制御したり、検知領域における検知対象物の検出（検知対象物の有無）を判定したりする。シールド駆動回路２４は、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の切り替えにより接続された第１センサ電極１１ａ，１１ｂ、および第１補助電極１３ａ，１３ｂの少なくとも１つと同等の電位を、例えば直接接続されているシールド電極１２にも与え駆動する。すなわち、シールド駆動回路２４は、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐおよびネガティブ入力端子Ｎと同等の電位を接続されている電極に与える。

なお、これらセンサ部１０および検知回路部２０は、例えば図示しない基板上に形成されている。この基板としては、例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板またはリジッドフレキシブル基板のいずれの基板も採用することができる。センサ電極１１、シールド電極１２、および補助電極１３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ガラスエポキシ樹脂またはセラミックなどの絶縁体からなる基板上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムや鉄などの金属部品（導電材）や電線などで構成することができる。

次に、このように構成された静電容量型近接センサ１００の動作例について説明する。まず、ＣＰＵ２３の制御により、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が１側に切り替えられた場合の動作（動作１）について説明する。なお、図示する検知対象物Ａはセンサ部１０の検知範囲内の検知対象物であり、検知対象物Ｂはセンサ部１０の検知範囲外の検知対象物であることとする。

切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が１側に切り替えられた動作１の場合、静電容量型近接センサ１００のセンサ部１０における第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃと、第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃの検知回路部２０との接続状態は、図１〜図３に示すようになる。

すなわち、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐには第１センサ電極１１ａ，１１ｂと第２センサ電極１１ｃとが接続され、ネガティブ入力端子Ｎには第２補助電極１３ｃが接続される。これとともに、シールド電極１２と第１補助電極１３ａ，１３ｂとがシールド駆動回路２４に接続される。

したがって、この動作１のときは、第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃと第２補助電極１３ｃとによって、図２に示すように検知対象物Ａ，Ｂとの静電容量がＣ−Ｖ変換回路２１により検出される。

なお、このとき、センサ電極１１および補助電極１３の裏面側は、シールド駆動回路２４に接続されたシールド電極１２によって全面が覆われた状態であるため、これらセンサ電極１１および補助電極１３の裏面側のセンサ感度をほぼない状態に等しくしているとする。これは、後述する動作２のときも同様である。

また、図２（ａ）に示す検知対象物Ａと同図（ｂ）に示す検知対象物Ｂは、第１センサ電極１１ａ，１１ｂからほぼ等しい距離に存するものとする。ここで、図２（ａ）に示すように、検知対象物Ａは第１センサ電極１１ａ，１１ｂの上方に存するため検知範囲内の検知対象物であり、同図（ｂ）に示すように、検知対象物Ｂは第２センサ電極１１ｃの上方外側（補助電極１３の上方側）に存するため検知範囲外の検知対象物である。

検知対象物Ａは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されている第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃと近いといえるので、これらのセンサ電極１１ａ〜１１ｃとの電気力線Ｆ１による結合は強いといえる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続されている第２補助電極１３ｃは検知対象物Ａから遠く、シールド駆動回路２４に接続されている第１補助電極１３ａ，１３ｂも検知対象物Ａから遠いといえる。

このため、これらの補助電極１３ａ〜１３ｃと検知対象物Ａとの電気力線Ｆ２による結合は電気力線Ｆ１と比べて弱く、Ｃ−Ｖ変換回路２１によって検知される静電容量は大きくなる。

次に、検知対象物Ａよりもセンサ部１０の上方外側に存する検知対象物Ｂは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されている第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃから遠いといえるので、これらのセンサ電極１１ａ〜１１ｃとの電気力線Ｆ１による結合は弱いといえる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続されている第２補助電極１３ｃは検知対象物Ｂと近く、シールド駆動回路２４に接続されている第１補助電極１３ａ，１３ｂも検知対象物Ｂと近いといえる。

このため、これらの補助電極１３ａ〜１３ｃと検知対象物Ｂとの電気力線Ｆ２による結合は電気力線Ｆ１と比べて強く、Ｃ−Ｖ変換回路２１によって検知される静電容量は検知対象物Ａのときよりも小さくなる。したがって、この動作１の場合は、検知対象物Ａ，Ｂを区別することができ、このときのＣ−Ｖ変換回路２１からの出力による第１の静電容量値Ｃ１をＣＰＵ２３によって記憶しておく。

なお、図３に示すように、上記検知対象物Ｂよりもセンサ部１０に近い検知対象物Ｂ’の場合は、図２（ｂ）に示した検知対象物Ｂとの場合と比較して、電気力線Ｆ１による第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃと検知対象物Ｂ’との結合は大きく増加する。したがって、第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃと検知対象物Ｂ’との電気力線Ｆ２による結合の増加が少ないと、図２（ａ）に示した検知対象物Ａと検知対象物Ｂ’とのＣ−Ｖ変換回路２１による出力は同様なものとなるので、この動作１の状態だけでは検知対象物Ｂ’を検知範囲外とすることはできなくなってしまう。

そこで、次に、ＣＰＵ２３の制御により、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が２側に切り替えられた場合の動作（動作２）について説明する。切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が２側に切り替えられた動作２の場合、静電容量型近接センサ１００のセンサ部１０における第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃと、第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃの検知回路部２０との接続状態は、図４および図５に示すようになる。

すなわち、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐには第１補助電極１３ａ，１３ｂと第２補助電極１３ｃとが接続され、ネガティブ入力端子Ｎには第２センサ電極１１ｃが接続される。これとともに、シールド電極１２と第１センサ電極１１ａ，１１ｂとがシールド駆動回路２４に接続される。

したがって、この動作２のときは、第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃと第２センサ電極１１ｃとによって、図４に示すように検知対象物Ａ，Ｂとの静電容量がＣ−Ｖ変換回路２１により検出される。

図４（ａ）に示すように、検知対象物Ａは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されている第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃから遠いといえるので、これらの補助電極１３ａ〜１３ｃとの電気力線Ｆ２による結合は弱いといえる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続されている第２センサ電極１１ｃは検知対象物Ａに近く、シールド駆動回路２４に接続されている第１センサ電極１１ａ，１１ｂも検知対象物Ａと近いといえる。

このため、これらのセンサ電極１１ａ〜１１ｃと検知対象物Ａとの電気力線Ｆ１による結合は電気力線Ｆ２と比べて強く、Ｃ−Ｖ変換回路２１によって検知される静電容量は動作１のときと比べて小さくなる。

次に、図４（ｂ）に示すように、検知対象物Ａよりもセンサ部１０の上方外側に存する検知対象物Ｂは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されている第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃに近いといえるので、これらの補助電極１３ａ〜１３ｃとの電気力線Ｆ２による結合は強いといえる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続されている第２センサ電極１１ｃは検知対象物Ｂから遠く、シールド駆動回路２４に接続されている第１センサ電極１１ａ，１１ｂも検知対象物Ｂから遠いといえる。

このため、これらのセンサ電極１１ａ〜１１ｃと検知対象物Ｆ１による結合は電気力線Ｆ２と比べて弱く、Ｃ−Ｖ変換回路２１によって検知される静電容量は検知対象物Ａのときよりも大きくなる。したがって、この動作２の場合は、検知対象物Ａ，Ｂを区別することができ、このときのＣ−Ｖ変換回路２１からの出力による第２の静電容量値Ｃ２をＣＰＵ２３によって記憶しておく。

なお、図５に示すように、上記検知対象物Ｂよりもセンサ部１０に近い検知対象物Ｂ’の場合は、図４（ｂ）に示した検知対象物Ｂとの場合と比較して、電気力線Ｆ２による第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃと検知対象物Ｂ’との結合は大きく増加する。したがって、第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃと検知対象物Ｂ’との電気力線Ｆ１による結合の増加が少ないと、図４（ａ）に示した検知対象物Ａと検知対象物Ｂ’とのＣ−Ｖ変換回路２１による出力は同様なものとなるとともに、動作１のときとほとんど変わらないものとなる。

そして、本実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００では、さらに次のような動作が行われる。まず、ＣＰＵ２３によって記憶されていた第１の静電容量値Ｃ１と第２の静電容量値Ｃ２とを比較する。例えば、上述した動作１の場合においては、検知対象物Ａ，Ｂは第１センサ電極１１ａ，１１ｂからほぼ等しい距離にあるが、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されている第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃにより近い検知対象物Ａの方が出力される検出値が大きくなる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続されている第２補助電極１３ｃが検知対象物Ａよりも検知対象物Ｂに近いのでこれらの対象物の判別効果はさらに高まる。

次に、上述した動作２の場合においては、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されているのは第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃなので、検知対象物Ｂについてはその検出値が増加し、検知対象物Ａについては減少する。また、Ｃ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続されている第２センサ電極１１ｃが検知対象物Ｂよりも検知対象物Ａに近いのでこれらの対象物の判別効果はさらに高まる。

検知対象物Ｂ’に関しては、上述したように動作１に対して動作２のときであってもその検出値はほぼ変わらないものであるが、検知対象物Ａについては第１の静電容量値Ｃ１に対して第２の静電容量値Ｃ２の方が減少するといえる。したがって、検知対象物がセンサ部１０の検知範囲内にあれば、第１の静電容量値Ｃ１が大きく第２の静電容量値Ｃ２が小さくなり、検知範囲外にあれば検知範囲内にある場合と比べて第２の静電容量値Ｃ２に対する第１の静電容量値Ｃ１の割合が減少することが判明した。

このことは、第１の静電容量値Ｃ１に対する第２の静電容量値Ｃ２を比較することで、検知対象物がセンサ部１０の中心に対してどの程度外側に存するかを算出することが可能であることを示している。したがって、本例の静電容量型近接センサ１００は、この比較値（算出値）とあらかじめ定めた所定のしきい値とを比較して、比較結果により検知対象物が検知範囲内にあるか、検知範囲外にあるかを判別可能に構成されており、指向性を向上させることができる。

なお、本発明にかかる指向性を向上させた近接検知方法によれば、例えば次のような近接検知処理が行われる。図６は、本発明の一実施形態にかかる近接検知方法による近接検知処理手順の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、上述したように切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を１側に切り替えて第１の静電容量値Ｃ１を検出するとともに、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を２側に切り替えて第２の静電容量値Ｃ２を検出する（ステップＳ１０１）。

次に、検出した第１の静電容量値Ｃ１と第２の静電容量値Ｃ２とを比較して比較値を算出し（ステップＳ１０２）、第１の静電容量値Ｃ１または第２の静電容量値Ｃ２に基づき検知対象物が近接しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。また、第１の静電容量値Ｃ１と第２の静電容量値Ｃ２との比較値が、例えばあらかじめ設定されたしきい値以上（あるいはしきい値以下やしきい値未満等）であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

検知対象物が近接していると判定され（ステップＳ１０３のＹ）、かつ第１の静電容量値Ｃ１と第２の静電容量値Ｃ２との比較値がしきい値以上であると判定された場合（ステップＳ１０６のＹ）は、検知対象物を検知と判定する（ステップＳ１０７）。一方、検知対象物が近接していないと判定された場合（ステップＳ１０３のＮ）や、第１の静電容量値Ｃ１と第２の静電容量値Ｃ２との比較値がしきい値以上でないと判定された場合（ステップＳ１０６のＮ）は、検知対象物を非検知と判定する（ステップＳ１０４）。

そして、検知対象物の検知または非検知を判定した後（ステップＳ１０７またはステップＳ１０４の後）、処理を終了するか否かを判定し（ステップＳ１０５）、処理を終了すると判定された場合（ステップＳ１０５のＹ）は、本フローチャートによる一連の近接検知処理を終了する。なお、処理を終了しないと判定された場合（ステップＳ１０５のＮ）は、上記ステップＳ１０１に移行して以降の処理を繰り返す。

ここで、具体的には、例えば第１の静電容量値Ｃ１が任意のしきい値Ｔｈ１よりも大きい場合は、検知対象物が第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃに近接したと判定可能に設定しておく（ステップＳ１０３）。

またこのとき、比較値α＝（ａ×Ｃ１）−（ｂ×Ｃ２）あるいは比較値β＝ｄ×（Ｃ１／Ｃ２）などの計算式（ａ，ｂ，ｄはあらかじめ定めた係数）によって算出した比較値αや比較値βが、あらかじめ設定された任意のしきい値Ｔｈ２よりも小さい場合はセンサ部１０の検知範囲外であるので非検知と判定し、大きい場合はセンサ部１０の検知範囲内であるので検知と判定可能に設定しておく（ステップＳ１０６）。

これにより、検知対象物が近接している場合であっても（ステップＳ１０３のＹ）、上記ステップＳ１０６に移行して、比較値が任意のしきい値Ｔｈ２よりも小さい場合（ステップＳ１０６のＮ）は、検知対象物は検知範囲外であると認識され、検知対象物を非検知と判定される（ステップＳ１０４）。

また、検知対象物が近接している場合であって（ステップＳ１０３のＹ）、かつ比較値が任意のしきい値Ｔｈ２以上の場合にのみ（ステップＳ１０６のＹ）、検知対象物が検知と判定される（ステップＳ１０７）ように構成することができる。なお、このステップＳ１０７において検知対象物が検知と判定された場合は、例えばＣＰＵ２３によって検知信号を出力したり、第１の静電容量値Ｃ１に基づく検知対象物の第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃに対する近接距離を示す信号（これらの電極１１ａ〜１１ｃまでの距離に応じた信号）を出力したりすることができるように構成してもよい。

また、上述した比較値α，β、係数ａ，ｂ，ｄおよびしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２の値や比較値α，βの計算式などの各要素は、静電容量型近接センサ１００のセンサ形状、設置周辺環境、目標とする検知対象物の種別などの要因により変化するので、これらの要因が決まった時点で実験等を行い、そのプロファイルを取りながら値を取得して、この値から比較値や計算式を逐次設定していけばよい。

このように、本例の静電容量型近接センサ１００の構成によれば、上述したしきい値Ｔｈ２が大きい場合は指向性を向上させ、小さい場合は指向性を低下させることができるので、のしきい値Ｔｈ２を適宜変更すれば、任意にセンサ部１０の指向性を設定することが可能となる。

そして、この静電容量型近接センサ１００では、上述した動作１のときにＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続される第２センサ電極１１ｃと、動作２のときにＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続される第２補助電極１３ｃとが設けられている。

このため、動作時にＣ−Ｖ変換回路２１によって検出された静電容量値のうちに引算成分が存在することとなるので、第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃや第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃの形状、大きさ、配置態様を変更することで、センサ部１０の指向性を任意に変更することができる。すなわち、センサ部１０の検知面側の検知特性を可変させて、可変前後の静電容量値等に基づき検知対象物の検知等を行うことができる。したがって、これを上述した比較値や計算式と組み合わせることにより、より複雑で変化に富んだ指向性を設定することが可能となる。

なお、検知回路部２０のＣ−Ｖ変換回路２１が検出した静電容量値を電圧に変換して処理することを前提としたが、電気的にあるいはソフトウェアとして扱いやすいデータに変換できればよく、例えば静電容量をパルス幅に変換したり直接ディジタル値に変換したりできる構成のものを用いてもよい。

また、Ｃ−Ｖ変換回路２１が差動動作するとともに、第２センサ電極１１ｃおよび第２補助電極１３ｃを形成したことによって、回路の温度特性を相殺したり、別途ダミー電極を設けなくてもコモンモードノイズを低減したりすることができる。

次に、本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの他の例について説明する。上述した第１実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００は、検知回路部２０のＣ−Ｖ変換回路２１からの出力は、第１の静電容量値か第２の静電容量値かのいずれかとなるため、センサ部１０の設置場所の周囲の構造等により検出される静電容量値が異なってしまう場合がある。

このような場合は、これら第１及び第２の静電容量値を比較した比較結果がセンサ部１０が設置される場所の周囲の構造等に依存して変化してしまうことが予想される。このような状況を極力回避するために、検知回路部２０の構成を、さらに次のようにしてもよい。

図７は、本発明の第１実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図、図８は同静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャート、図９は同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明と特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。

図７に示すように、本例の検知回路部２０Ａは、上述したＣ−Ｖ変換回路２１、シールド駆動回路２４の他に、例えばＣＰＵなどからなる判定回路２５と、人体などの検知対象物がセンサ部１０に接近していないときの静電容量値（初期容量、以下特に明記しない限り同じ。）を記憶する初期容量記憶装置２６と、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の切り替え動作を制御するスイッチ制御回路２７と、バッファ２８とを備えて構成されている。

このように構成された検知回路部２０Ａの動作の概要としては、例えばセンサ部１０を所定の設置場所に設置した後、検知対象物がセンサ部１０に接近していないときの動作１と動作２における静電容量値を、スイッチ制御回路２７の制御によって切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を切り替えてそれぞれ検出する。

そして、初期容量記憶装置２６によってこれらの値を記憶しておき、判定回路２５によって上述した動作１，２のときの第１および第２の静電容量値から初期容量記憶装置２６に記憶されたこれらの初期容量を差し引いて比較し、比較結果に基づいて検知対象物が検知範囲内に存するか否かを判定する。

具体的には、上記初期容量は、スイッチ制御回路２７の制御によって第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃがＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続され、第１補助電極１３ａ，１３ｂがシールド駆動回路２４に接続されるとともに、第２補助電極１３ｃがＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続された場合の上記動作１のときのものを第１の初期容量とする。

また、初期容量は、スイッチ制御回路２７の制御によって第１および第２補助電極１３ａ，１３ｂがＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続され、第１センサ電極１１ａ，１１ｂがシールド駆動回路２４に接続されるとともに、第２センサ電極１１ｃがＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続された場合の上記動作２のものを第２の初期容量とする。これら第１および第２の初期容量は、初期容量記憶装置２６に記憶される。

そして、実際の動作１のときは、判定回路２５によって、検出された第１の静電容量値から初期容量記憶装置２６に記憶しておいた第１の初期容量を差し引いて第１の検出値（検出値１）とする。また、実際の動作２のときは、検出された第２の静電容量値から初期容量記憶装置２６に記憶しておいた第２の初期容量を差し引いて第２の検出値（検出値２）とする。

すなわち、図８に示すように、まず、上述したような第１の検出値と第２の検出値とを検出し（ステップＳ２０１）、判定回路２５によってこれらを比較して比較値を算出する（ステップＳ２０２）。そして、第１の検出値または第２の検出値に基づき検知対象物が近接しているか否かを判定するとともに（ステップＳ２０３）第１の検出値と第２の検出値との比較値が、例えばあらかじめ設定された所定のしきい値以上（あるいはしきい値以下やしきい値未満等）であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

この処理では、つまり、第１の検出値（検出値１）および第２の検出値（検出値２）と、その比較結果とによって検知範囲内に検知対象物があるか否かを判定する。検知対象物が近接していると判定され（ステップＳ２０３のＹ）、かつ比較値がしきい値以上であると判定された場合（ステップＳ２０６のＹ）は、検知対象物を検知とする（ステップＳ２０７）。

一方、検知対象物が近接していると判定されるが（ステップＳ２０３のＹ）、比較値がしきい値以上でないと判定された場合（ステップＳ２０６のＮ）は、検知対象物を非検知として（ステップＳ２０４）、例えば指向性を持たせたときのセンサ部１０の検知範囲内に検知対象物が存在しないことを示すディセーブル信号である非検知信号Ａ（例えば、所定の固定電圧）を判定出力として出力する。

また、例えば第１または第２の検出値（あるいは第１または第２の静電容量値Ｃ１，Ｃ２）に基づき、検知対象物は近接しているか否かを判定し（ステップＳ２０３）、検知対象物は近接していないと判定された場合（ステップＳ２０３のＮ）は、上記ステップＳ２０４に移行して検知対象物を非検知として、例えば検知対象物がセンサ部１０の検知範囲内にないことを示すディセーブル信号Ｂを判定出力として出力する。

検知対象物の検知または非検知を判定した後（ステップＳ２０７またはステップＳ２０４の後）、処理を終了するか否かを判定して（ステップＳ２０５）、処理を終了すると判定された場合（ステップＳ２０５のＹ）は、本フローチャートによる一連の近接検知処理を終了する。処理を終了しないと判定された場合（ステップＳ２０５のＮ）は、上記ステップＳ２０１に移行して以降の処理を繰り返す。

このように、判定回路２５の出力を判定結果によって、例えばイネーブル信号あるいはディセーブル信号とすることで、検知対象物がセンサ部１０の検知範囲内にあるときはイネーブル信号がバッファ２８に入力され、このバッファ２８から検出値１が出力される。また、検知対象物がセンサ部１０の検知範囲内にないときはディセーブル信号として判定出力が接地電圧や基準電圧などの所定の固定電位に固定される出力となる。

なお、検知対象物が検知範囲内にあるときは、検出値１の他に、検出値２や、第１あるいは第２の静電容量値Ｃ１，Ｃ２が出力されてもよい。また、これら検出値１、検出値２、第１の静電容量値Ｃ１、および第２静電容量値Ｃ２は、検知対象物のセンサ電極１１ａ〜１１ｃまでの距離に応じた値を示すものである。

このように、上記構成の検知回路部２０Ａによれば、検知対象物が検知範囲内にあるときはその距離に応じた検出値等が出力され、検知範囲内にないときは所定の固定電圧等の出力となるので、検知範囲内に検知対象物があるか否か、またあるとすればどのくらいの距離にあるかを判別することが可能となる。すなわち、静電容量型近接センサ１００の指向性の強度をより高くしたり、指向性をより詳細に設定したりすることができる。

また、センサ部１０が設置される周囲の構造等の影響を回避する方法の他の例として、次のように基準電圧を調整することでこれらを保持することも可能となる。すなわち、図９に示すように、この例の検知回路部２０Ｂは、Ｃ−Ｖ変換回路２１およびシールド駆動回路２４の他に、基準電圧調整回路４０および減算回路３１を備えて構成されている。

基準電圧調整回路４０は、上述したような第１および第２の初期容量測定時に、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力が基準電位になるように調整するものであり、ここでは、コンパレータ４１と、制御回路４２と、レジスタ４３と、Ｄ／Ａ変換器４４と、調整部４５とを備えて構成されている。

この基準電圧調整回路４０は、例えばＣ−Ｖ変換回路２１の出力をコンパレータ４１のプラス側入力端から入力し、基準電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＲＶ）をマイナス側入力端から入力して両者を比較し、この比較結果に基づく制御回路４２の制御によってレジスタ４３の設定値を変化させる。

そして、レジスタ４３の出力をＤ／Ａ変換器４４によってディジタル信号からアナログ信号に変換した後、調整部４５にて電圧調整を行い、この調整部４５からの出力によってＣ−Ｖ変換回路２１の入力を調整する。このようにして、検知対象物がセンサ部１０に近接していないときの上述した動作１において、Ｃ−Ｖ変換回路２１からの出力が基準電位に最も近くなったところでレジスタ４３の設定値を固定して第１の初期容量の出力を基準電圧とし、そのときの設定値（設定値１）を記憶する。

これとともに、検知対象物がセンサ部１０に近接していないときの上述した動作２において、Ｃ−Ｖ変換回路２１からの出力が基準電位に最も近くなったところでレジスタ４３の設定値を固定して第２の初期容量の出力を基準電圧とし、そのときの設定値（設定値２）を記憶する。

そして、実際の動作１のときは、レジスタ４３を設定値１に固定したときのＣ−Ｖ変換回路２１の出力を、例えば減算回路３１のプラス側入力端に入力するとともに、基準電圧ＲＶをマイナス側入力端に入力して、出力を基準電圧ＲＶで減算して検出値１とする。また、実際の動作２のときは、レジスタ４３を設定値２に固定したときのＣ−Ｖ変換回路２１の出力を、例えば減算回路３１のプラス側入力端に入力するとともに、基準電圧ＲＶをマイナス側入力端に入力して、出力を基準電圧ＲＶで減算して検出値２とする。

その後、これら検出値１と検出値２とを比較することにより上記と同様に検知範囲内に検知対象物があるか否か、またあるとすればどのくらいの距離にあるかを判別する。なお、Ｃ−Ｖ変換回路２１への入力の調整は、例えば入力に接続した固定コンデンサ等からなる調整部４５にＤ／Ａ変換器４４の電圧を加えることで、入力する静電容量を増減させることにより実現することができる。

図１０は、本発明の第２実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図、図１１は同静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図、図１２は同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。本例の静電容量型近接センサ１００Ａは、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４によるセンサ電極１１ａ〜１１ｃおよび補助電極１３ａ〜１３ｃのＣ−Ｖ変換回路２１との接続態様が、第１実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００とは相違している。

具体的には、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２については、第１実施形態と同様であるため説明を省略するが、切替スイッチＳＷ３は、第２センサ電極１１ｃと接続され、１側に切り替えられたときは第２センサ電極１１ｃをシールド駆動回路２４に接続し、２側に切り替えられたときはこれをＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続する。

また、切替スイッチＳＷ４は、第２補助電極１３ｃと接続され、１側に切り替えられたときは第２補助電極１３ｃをＣ−Ｖ変換回路２１のネガティブ入力端子Ｎに接続し、２側に切り替えられたときはこれをシールド駆動回路２４に接続する。これにより、上述した動作１のときに、第１実施形態においては第２センサ電極１１ｃがＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されていたが、第２実施形態においてはこれをシールド駆動回路２４に接続する。

さらに、上述した動作２のときに、第１実施形態においては第２補助電極１３ｃがＣ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続されていたが、第２実施形態においてはこれをシールド駆動回路２４に接続する。このように、第２実施形態の静電容量型近接センサ１００Ａでは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに接続される電極面積を第１実施形態のときと比べて減少させることができ。

したがって、第２実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００Ａでは、この面積減少分の電極がシールド電極１２と同様に作用するため、センサ部１０全体の感度は低下するが、第１実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００と同様に、しきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２等を適宜変更し、任意にセンサ部１０の指向性を設定することができる。

なお、上述した切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４によって、センサ部１０と検知回路部２０とは次のような接続状態となってもよい。すなわち、例えば上述した動作１のときは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐには第１センサ電極１１ａ，１１ｂが接続され、ネガティブ入力端子Ｎには第２補助電極１３ｃが接続されて、シールド電極１２と第２センサ電極１１ｃと第１補助電極１３ａ，１３ｂとがシールド駆動回路２４に接続される。また、上述した動作２のときは、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐには第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃが接続され、ネガティブ入力端子Ｎには第２センサ電極１１ｃが接続されて、シールド電極１２と第１センサ電極１１ａ，１１ｂとがシールド駆動回路２４に接続される。そして、このような接続状態によって得られた比較結果により、同様に検知対象物が検知範囲内にあるか、検知範囲外にあるかを判別してもよい。

さらに、例えば動作１のときに、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃを接続し、ネガティブ入力端子Ｎに第２補助電極１３ｃを接続して、シールド電極１２と第１補助電極１３ａ，１３ｂとをシールド駆動回路２４に接続する。また、動作２のときに、Ｃ−Ｖ変換回路２１のポジティブ入力端子Ｐに第１補助電極１３ａ，１３ｂを接続し、ネガティブ入力端子Ｎに第２センサ電極１１ｃを接続して、シールド電極１２と第１センサ電極１１ａ，１１ｂと第２補助電極１３ｃとをシールド駆動回路２４に接続する。このような接続状態によっても、上記のような判別が可能となる。

また、第１および第２センサ電極１１ａ〜１１ｃや第１および第２補助電極１３ａ〜１３ｃの形状、大きさ、配置態様を変更することで、センサ部１０の指向性を任意に変更し、これらを上述した比較値や計算式と組み合わせれば、より複雑で変化に富んだ指向性を設定することができる。

なお、この第２実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００Ａにおいても、図１１に示すように、検知回路部２０Ａとして判定回路２５等を備えた構成や、図１２に示すように、検知回路部２０Ｂとして基準電圧調整回路４０等を備えた構成を採用しても、第１実施形態にかかる静電容量型近接センサ１００と同様の作用や効果を実現することができる。

１０ センサ部
１１ センサ電極
１１ａ 第１センサ電極
１１ｂ 第１センサ電極
１１ｃ 第２センサ電極
１２ シールド電極
１３ａ 第１補助電極
１３ｂ 第１補助電極
１３ｃ 第２補助電極
２０ 検知回路部
２０Ａ 検知回路部
２０Ｂ 検知回路部
２１ Ｃ−Ｖ変換回路
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ ＣＰＵ
２４ シールド駆動回路
２５ 判定回路
２６ 初期容量記憶装置
２７ スイッチ制御回路
３１ 減算回路
４０ 基準電圧調整回路
４１ コンパレータ
４２ 制御回路
４３ レジスタ
４４ Ｄ／Ａ変換器
１００ 静電容量型近接センサ
１００Ａ 静電容量型近接センサ

Claims (18)

1. 第１センサ電極と、
   前記第１センサ電極の近傍に設けられた第２センサ電極と、
   前記第１および第２センサ電極の近傍に設けられた第１補助電極と、
   前記第１補助電極の近傍に設けられた第２補助電極と、
   ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、該ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と該ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、
   前記静電容量検知回路の各入力端子と同等の電位を電極に与えるシールド駆動回路と、
   少なくとも前記第１センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第１補助電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第２補助電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第１の接続状態と、少なくとも前記第１補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第１センサ電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第２センサ電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第２の接続状態とを切り替え可能な切替スイッチと、
   前記第１の接続状態における前記静電容量検知回路からの第１の静電容量値と、前記第２の接続状態における前記静電容量検知回路からの第２の静電容量値とを比較した比較値、および前記第１または第２の静電容量値に基づき検知対象物が検知領域の範囲内にあるか否かを判定する比較判定手段とを備えた
   ことを特徴とする静電容量型近接センサ。
2. 前記第１の接続状態は、さらに前記第２センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第２の接続状態は、さらに前記第２補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続している
   ことを特徴とする請求項１記載の静電容量型近接センサ。
3. 前記第１および第２センサ電極と前記第１および第２補助電極とのそれぞれの検知面とは反対側の裏面側に各センサ電極および各補助電極に対して絶縁された状態で配置され、各電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の静電容量型近接センサ。
4. 前記第１センサ電極、前記第２センサ電極、前記第１補助電極、および前記第２補助電極は、同一平面上にそれぞれ互いに絶縁された状態で配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
5. 前記第１センサ電極は、前記第２センサ電極をその外周側から囲むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
6. 前記第１センサ電極は、矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第２センサ電極を前記矩形部分および前記ロの字部分の間に挟むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
7. 前記第１補助電極は、前記第２補助電極をその外周側から囲むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
8. 前記第１補助電極は、大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第２補助電極を前記複数のロの字部分の間に挟むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
9. 前記第１および第２補助電極は、前記第１および第２センサ電極を囲むように配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
10. 前記第１センサ電極、前記第２センサ電極、前記第１補助電極、および前記第２補助電極は、同心に配置されている
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
11. 前記比較判定手段は、前記第１の静電容量値を前記第２の静電容量値で除算した値に所定の係数を乗算して比較値を算出し、この比較値があらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
12. 前記静電容量検知回路は、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第１の静電容量値の初期容量である第１の初期容量と、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第２の静電容量値の初期容量である第２の初期容量とをさらに検出し、
    前記比較判定手段は、前記第１の静電容量値から前記第１の初期容量を差し引いた第１の検出値と、前記第２の静電容量値から前記第２の初期容量を差し引いた第２の検出値とを比較した比較値、および前記第１または第２の検出値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内に存するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
13. 前記静電容量検知回路の出力を基準電圧にするための基準電圧調整手段をさらに備え、
    前記静電容量検知回路は、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第１の静電容量値の初期容量である第１の初期容量を前記基準電圧に調整するための第１の設定値と、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第２の静電容量値の初期容量である第２の初期容量を前記基準電圧に調整するための第２の設定値とをそれぞれ前記基準電圧調整手段から取得するとともに、前記第１の設定値により調整した第１の静電容量値と、前記第２の設定値により調整した第２の静電容量値とを出力するように構成され、
    前記比較判定手段は、前記第１の設定値により調整した前記第１の静電容量値から前記基準電圧を差し引いたものを第１の検出値とし、前記第２の設定値により調整した前記第２の静電容量値から前記基準電圧を差し引いたものを第２の検出値として両者を比較した比較値、および前記第１または第２の検出値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内に存するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の静電容量型近接センサ。
14. 前記比較判定手段は、検知領域の範囲内に検知対象物があると判定したときは、前記第１の静電容量値、前記第２の静電容量値、前記第１の検出値、および前記第２の検出値のいずれかの値に基づき、前記検知対象物の前記第１および第２センサ電極の少なくとも１つまでの距離に応じた信号を出力し、
    検知領域の範囲内に検知対象物がないと判定したときは、この出力を所定の固定電圧とする
    ことを特徴とする請求項１２または１３記載の静電容量型近接センサ。
15. 前記所定の固定電圧は、接地電圧または基準電圧である
    ことを特徴とする請求項１４記載の静電容量型近接センサ。
16. ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第１センサ電極、前記第１センサ電極の近傍に設けられた第２センサ電極、前記第１および第２センサ電極の近傍に設けられた第１補助電極、および前記第１補助電極の近傍に設けられた第２補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子との接続状態を切り替える切替スイッチとを備え、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサによって前記検知対象物の近接を検知する近接検知方法であって、
    前記切替スイッチによって、前記各電極の前記ポジティブ入力端子およびネガティブ入力端子への接続状態を切り替えて、検知面側における検知特性を可変させる工程と、
    前記静電容量検知回路によって、検知特性の可変前後の静電容量値をそれぞれ検出し、第１および第２の静電容量値として取得する工程と、
    前記第１の静電容量値と前記第２の静電容量値との比較値、および前記第１または第２の静電容量値に基づき、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定する工程とを備えた
    ことを特徴とする近接検知方法。
17. 検知領域の範囲内に検知対象物がある場合に、前記第１または第２の静電容量値に基づいてさらに前記検知対象物の前記第１および第２センサ電極の少なくとも１つまでの距離を判定する
    ことを特徴とする請求項１６記載の近接検知方法。
18. ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第１センサ電極、前記第１センサ電極の近傍に設けられた第２センサ電極、前記第１および第２センサ電極の近傍に設けられた第１補助電極、および前記第１補助電極の近傍に設けられた第２補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子との接続状態を切り替える切替スイッチとによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサの電極構造であって、
    矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第１センサ電極と、
    ロの字状に形成され前記第１センサ電極の矩形部分およびロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第２センサ電極と、
    大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され前記第１および第２センサ電極の外周側に設けられ、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第１補助電極と、
    ロの字状に形成され前記第１補助電極の複数のロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第２補助電極とからなる
    ことを特徴とする静電容量型近接センサの電極構造。

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