JP2012003554A - Capacitance type proximity sensor device and input device using the same - Google Patents

Capacitance type proximity sensor device and input device using the same Download PDF

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Kiyo Hirobe
希世 廣部
Yoshihiro Hazumi
好広 羽澄
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type proximity sensor device capable of accurately detecting the position of a sought object in a detection area and detecting the object at multiple stages, and an input device using the same.SOLUTION: A capacitance type proximity sensor device comprises: a group of electrodes including X axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b arrayed opposing each other in the X axis direction with a detection area A1 in-between and Y axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b arrayed opposing each other in the Y axis direction with the detection area A1 in-between; a drive circuit 23 that outputs a drive voltage to an electrode that is to serve as a drive electrode; a detecting circuit 24 that detects a signal outputted from an electrode that is to serve as a detecting electrode; a CPU 22 that calculates the position of a sought object in the directions of the X axis, Y axis and Z axis from the result of detection by the detecting circuit 24; and a multiplexer 21 that connects the electrode to serve as the drive electrode to the drive circuit 23 and connects the electrode to serve as the detecting electrode to the detecting circuit 24.

Description

本発明は、被検出体位置を検出する近接センサ装置に関し、特に、静電容量の変化により被検出体の近接を検出する静電容量式近接センサ装置、及びそれを用いた入力装置に関する。   The present invention relates to a proximity sensor device that detects a position of a detection object, and more particularly to a capacitance-type proximity sensor device that detects the proximity of a detection object based on a change in capacitance, and an input device using the same.

従来、人体などの被検出体を検出する装置としては、4辺及び4つの角部を持つ矩形形状のセンサ面(検出領域)の4辺に沿って配置された4つの電極を備えた静電容量型検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。かかる静電容量型検出装置においては、被検出体の接近によって各電極間に形成される静電容量が変化し、この静電容量に応じて出力される信号を介して被検出体を検出する。   Conventionally, as a device for detecting an object to be detected such as a human body, an electrostatic device having four electrodes arranged along four sides of a rectangular sensor surface (detection region) having four sides and four corners. A capacitive detection device has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In such a capacitance-type detection device, the capacitance formed between the electrodes changes due to the approach of the detection object, and the detection object is detected via a signal output in accordance with the capacitance. .

国際公開第2008/093682号パンフレットInternational Publication No. 2008/093682 Pamphlet

しかしながら、従来の静電容量型検出装置においては、矩形形状の検出領域の4辺上に配置された4つの電極を用いて被検出体位置を検出するため、検出領域内における被検出体の位置の変化は検出できるものの、絶対位置を正確に検出することは困難であった。また、被検出体が検出領域内を移動した場合において、被検出体の移動方向と平行に配置された電極間では、被検出体と電極との間の相対的な距離の変化が小さくなる。このため、被検出体の移動前後の静電容量の変化が小さくなり、被検出体の移動及び被検出体位置を正確に検出ができない問題がある。また、検出領域への被検出体の接近を多段階に検出することができない問題もあった。   However, in the conventional electrostatic capacitance type detection device, the position of the detected object in the detection region is detected because the detected object position is detected using four electrodes arranged on the four sides of the rectangular detection region. Although it is possible to detect the change of, it is difficult to accurately detect the absolute position. Further, when the detected object moves within the detection region, a change in the relative distance between the detected object and the electrode is small between the electrodes arranged in parallel with the moving direction of the detected object. For this reason, the change of the electrostatic capacitance before and after the movement of the detected object becomes small, and there is a problem that the movement of the detected object and the position of the detected object cannot be detected accurately. In addition, there is a problem that the approach of the detected object to the detection area cannot be detected in multiple stages.

また近年、静電容量型検出装置は、タッチパネルやグライドセンサと共にディスプレイ装置の入力装置などにも用途が拡大している。このような入力装置においては、ディスプレイ装置の汚れを防止する観点から、非接触での入力操作の実現が望まれている。また、装置に対する入力操作への要望も複雑化しており、例えば、人体などの接近を多段階に検出し、被検出体とセンサ面との間の距離に応じて複数の階調での入力操作を実現できる入力装置も望まれている。   In recent years, the use of the electrostatic capacity type detection device has been expanded to an input device of a display device as well as a touch panel and a glide sensor. In such an input device, it is desired to realize a non-contact input operation from the viewpoint of preventing the display device from being soiled. In addition, the demand for input operations on the device is also complicated, for example, the approach of a human body or the like is detected in multiple stages, and the input operation with multiple gradations according to the distance between the detected object and the sensor surface An input device capable of realizing the above is also desired.

本発明は、かかる点に鑑みて為されたものであり、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and is a capacitive proximity sensor device that can accurately detect the position of a detected object in a detection region and can detect the detected object in multiple stages, and uses the same. An object of the present invention is to provide an input device.

本発明の静電容量式近接センサ装置は、検出領域を挟んでそれぞれX軸方向に沿って対向して配列された複数のX軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれY軸方向に沿って対向して配列された複数のY軸電極と、を含む電極群と、前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び検出基準面に垂直なZ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、前記電極群のうち、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続すると共に、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段とを具備することを特徴とする。   The capacitive proximity sensor device of the present invention includes a plurality of X-axis electrodes arranged opposite to each other along the X-axis direction across the detection region, and each along the Y-axis direction across the detection region. An electrode group including a plurality of opposing Y-axis electrodes; a drive circuit that outputs a drive voltage to be applied to an electrode that is to be a drive electrode of the electrode group; and a detection electrode of the electrode group A detection circuit for detecting a signal output from the electrode, and a detected object position in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the detection reference plane of the detected object from the detection result of the detection circuit And a switching means for connecting an electrode serving as the drive electrode to the drive circuit and connecting an electrode serving as the detection electrode to the detection circuit in the electrode group. And

この構成によれば、複数のX軸電極及び複数のY軸電極を、それぞれ検出電極として切替えて被検出体を検出するので、検出電極として切替えられた各X軸電極及び各Y軸電極と被検出体との間の距離に応じた出力信号をそれぞれ検出できる。このため、各X軸電極及び各Y軸電極と被検出体との間の距離を検出でき、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出することが可能となる。このように、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出できるので、被検出体位置に応じて被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置を実現することができる。   According to this configuration, the plurality of X-axis electrodes and the plurality of Y-axis electrodes are switched as detection electrodes to detect the detection target, so that each X-axis electrode and each Y-axis electrode switched as the detection electrode and the target are detected. Output signals corresponding to the distance to the detection body can be detected. For this reason, the distance between each X-axis electrode and each Y-axis electrode and the detected object can be detected, and the detected object position within the detection region can be detected with high accuracy. Thus, since the detected object position within the detection region can be detected with high accuracy, it is possible to realize a capacitive proximity sensor device that can detect the detected object in multiple stages according to the detected object position.

本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記X軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のX軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記X軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記X軸電極内で検出電極対となる電極を順次切り替えることを特徴とする。   In the capacitance-type proximity sensor device of the present invention, the switching means detects at least a pair of the X axes that are opposed to each other among the plurality of X axis electrodes in detecting the position of the detection target in the X axis direction. An electrode is connected to the detection circuit as a detection electrode pair, and the electrode to be the detection electrode pair is sequentially switched in the X-axis electrode.

この構成により、複数のX軸電極内で検出電極対となるX軸電極を順次切替えるので、異なる位置に配置された複数の検出電極対を用いてX軸方向の被検出体位置を検出でき、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出できる。   With this configuration, since the X-axis electrodes that are the detection electrode pairs are sequentially switched in the plurality of X-axis electrodes, the detection object position in the X-axis direction can be detected using the plurality of detection electrode pairs arranged at different positions. The detected object position in the detection area can be detected with high accuracy.

本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Y軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のY軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Y軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Y軸電極内で検出電極対となる電極を順次切替えることを特徴とする。   In the capacitance-type proximity sensor device of the present invention, the switching means detects at least a pair of the Y axes that are opposed to each other among the plurality of Y axis electrodes when detecting the position of the detection target in the Y axis direction. An electrode is connected to the detection circuit as a detection electrode pair, and the electrode to be the detection electrode pair is sequentially switched in the Y-axis electrode.

この構成により、複数のY軸電極内で検出電極対となるY軸電極を順次切替えるので、異なる位置に配置された複数の検出電極対を用いてY軸方向の被検出体位置を検出でき、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出できる。   With this configuration, since the Y-axis electrodes that are the detection electrode pairs are sequentially switched in the plurality of Y-axis electrodes, the detected object position in the Y-axis direction can be detected using the plurality of detection electrode pairs arranged at different positions. The detected object position in the detection area can be detected with high accuracy.

本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、Z軸方向の被検出体位置の検出において、少なくとも1つの前記X軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンと、少なくとも1つの前記Y軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンとを切替えることを特徴とする。   In the capacitance-type proximity sensor device according to the present invention, the switching means detects the position of the detected object in the Z-axis direction and connects at least one X-axis electrode as a detection electrode to the detection circuit. And an electrode switching pattern for connecting to the detection circuit using at least one of the Y-axis electrodes as a detection electrode.

この構成により、X軸電極及びY軸電極のそれぞれを検出電極として用いてZ軸方向の被検出体位置を検出するので、X軸方向及びY軸方向のそれぞれからZ軸方向の被検出体位置を検出でき、精度良く被検出体位置を検出することができる。   With this configuration, the detected object position in the Z-axis direction is detected using each of the X-axis electrode and the Y-axis electrode as a detection electrode, so the detected object position in the Z-axis direction from each of the X-axis direction and the Y-axis direction. And the detected object position can be detected with high accuracy.

本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記X軸電極のうち、対向配置された少なくとも2対のX軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、前記演算手段は、前記少なくとも2つの検出電極対から出力された信号から少なくとも2つのX軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする。   In the capacitive proximity sensor device of the present invention, the switching means connects at least two X-axis electrodes opposed to each other among the X-axis electrodes as detection electrode pairs to a detection circuit, and performs the calculation. The means is characterized in that both at least two detected object positions in the X-axis direction are calculated from signals output from the at least two detection electrode pairs.

この構成によれば、X軸方向に対して異なる位置に配置されたX軸電極を2つの検出電極対として被検出体位置を検出するので、それぞれの検出電極対の出力信号を用いた演算処理により、複数の被検出体位置を共に検出することが可能となる。   According to this configuration, the detected object position is detected by using the X-axis electrodes arranged at different positions with respect to the X-axis direction as two detection electrode pairs, so that the arithmetic processing using the output signals of the respective detection electrode pairs Thus, it is possible to detect a plurality of detected object positions together.

本発明の静電容量式近接センサ装置においては、前記切替え手段は、前記Y軸電極のうち、対向配置された少なくとも2対のY軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、前記演算手段は、前記少なくとも2つの検出電極対から出力された信号から少なくとも2つのY軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする。   In the capacitive proximity sensor device of the present invention, the switching means connects at least two of the Y-axis electrodes opposed to each other as a detection electrode pair to the detection circuit among the Y-axis electrodes, and performs the calculation. The means is characterized in that both at least two detection object positions in the Y-axis direction are calculated from signals output from the at least two detection electrode pairs.

この構成によれば、Y軸方向に対して異なる位置に配置されたY軸電極を2つの検出電極対として被検出体位置を検出するので、それぞれの検出電極対の出力信号を用いた演算処理により、複数の被検出体位置を共に検出することが可能となる。   According to this configuration, the detected object position is detected using the Y-axis electrodes arranged at different positions with respect to the Y-axis direction as two detection electrode pairs. Therefore, the arithmetic processing using the output signals of the respective detection electrode pairs Thus, it is possible to detect a plurality of detected object positions together.

本発明の電子機器は、上記静電容量式近接センサ装置を備えたことを特徴とする。   An electronic apparatus according to the present invention includes the capacitive proximity sensor device described above.

この構成によれば、上記静電容量式近接センサ装置を備えることにより、検出領域内での被検出体位置を精度良く検出することが可能となる。このため、例えば、被検出体と電子機器との間の距離に応じて多段階の入力操作が可能な電子機器を実現できる。   According to this configuration, by providing the capacitance proximity sensor device, it is possible to accurately detect the position of the detection object within the detection region. For this reason, for example, it is possible to realize an electronic device capable of multi-stage input operations according to the distance between the detection target and the electronic device.

本発明の入力装置は、タッチパネルと、上記静電容量式近接センサ装置とを具備し、前記X軸電極は、前記タッチパネルを挟んで前記Y軸方向において対向して配列すると共に、前記Y軸電極が前記タッチパネルを挟んで前記X軸方向において対向して配列したことを特徴とする。   The input device of the present invention includes a touch panel and the capacitive proximity sensor device, and the X-axis electrodes are arranged to face each other in the Y-axis direction with the touch panel interposed therebetween, and the Y-axis electrodes Are arranged to face each other in the X-axis direction with the touch panel interposed therebetween.

この構成によれば、タッチパネルの周囲にX軸電極及びY軸電極を対向して配列することにより、タッチパネルに非接触の状態においても被検出体位置の検出が可能となり、タッチパネルに非接触での入力操作が可能となる。   According to this configuration, by arranging the X-axis electrode and the Y-axis electrode so as to face each other around the touch panel, the detection object position can be detected even in a non-contact state with the touch panel. Input operation is possible.

本発明の電極駆動方法は、検出領域を挟んでそれぞれX軸方向に沿って対向して配列された複数のX軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれY軸方向に沿って対向して配列された複数のY軸電極と、を含む電極群と、前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び検出基準面に垂直なZ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、を具備する静電容量式近接センサ装置の電極駆動方法であって、前記X軸電極のうち、対向配置された少なくとも1対のX軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記X軸方向の一方端から他方端側に向けて前記X軸電極間で順次切替えてX軸方向の被検出体位置を検出してから、前記Y軸電極のうち、対向配置された少なくとも1対のY軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Y軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Y軸電極間で順次切替えてY軸方向の被検出体位置を検出することを特徴とする。   The electrode driving method of the present invention includes a plurality of X-axis electrodes arranged opposite to each other along the X-axis direction across the detection region, and arranged opposite each other along the Y-axis direction across the detection region. An electrode group including a plurality of Y-axis electrodes, a drive circuit that outputs a drive voltage to be applied to an electrode that is a drive electrode of the electrode group, and an electrode that is a detection electrode of the electrode group A detection circuit for detecting the output signal, and a calculation for calculating the detected object position in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the detection reference plane from the detection result of the detection circuit A capacitive proximity sensor device electrode driving method comprising: switching at least one pair of X-axis electrodes opposed to each other among the X-axis electrodes as a detection electrode pair; The other electrode from one end in the X-axis direction After sequentially switching between the X-axis electrodes toward the end side to detect the position of the detected object in the X-axis direction, at least one pair of Y-axis electrodes arranged opposite to each other among the Y-axis electrodes is detected. And detecting the position of the detected object in the Y-axis direction by sequentially switching between the Y-axis electrodes from one end in the Y-axis direction to the other end side.

この方法によれば、検出領域を介して対向配置されたX軸電極及びY軸電極を、それぞれ一方端側から他方端側に向けて検出電極として切替えて検出領域内の被検出体位置を検出するので、検出領域内での正確な被検出体位置を検出することが可能となる。   According to this method, the X-axis electrode and the Y-axis electrode arranged opposite to each other through the detection region are switched from one end side to the other end side as a detection electrode, and the detected object position in the detection region is detected. As a result, it is possible to detect an accurate position of the detected object within the detection region.

本発明によれば、検出領域内の被検出体位置を精度良く検出でき、被検出体を多段階で検出できる静電容量式近接センサ装置及びそれを用いた入力装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a capacitive proximity sensor device that can accurately detect the position of the detected object in the detection region and can detect the detected object in multiple stages, and an input device using the same.

本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a capacitive proximity sensor device according to an embodiment of the present invention. FIG. (a)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部のA−A線矢視断面図であり、(b)は、センサ部の遮蔽電極の模式図である。(A) is an AA arrow directional cross-sectional view of the sensor part of the capacitive proximity sensor device which concerns on embodiment of this invention, (b) is a schematic diagram of the shielding electrode of a sensor part. . は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部の電極切替え制御の概略を示す平面模式図である。These are the plane schematic diagrams which show the outline of the electrode switching control of the sensor part of the capacitive proximity sensor device which concerns on embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のX軸方向及びY軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the detection principle of the to-be-detected body of the X-axis direction of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention, and a Y-axis direction. 本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の被検出体の動きと静電容量の変化を示す図である。It is a figure which shows the motion of the to-be-detected body of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention, and the change of an electrostatic capacitance. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のZ軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the detection principle of the to-be-detected body of the Z-axis direction of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体位置の演算処理の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the calculation process of the to-be-detected body position in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on this Embodiment. (a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるX軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンを示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the electrode switching pattern at the time of the to-be-detected body position detection of the X-axis direction in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるX軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンにおける出力信号の強度を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the intensity | strength of the output signal in the electrode switching pattern at the time of the to-be-detected body position detection in the X-axis direction in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるY軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンを示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the electrode switching pattern at the time of the to-be-detected body position detection of the Y-axis direction in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on this Embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるY軸方向の被検出体位置検出時の電極切替えパターンにおける出力信号の強度を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the intensity | strength of the output signal in the electrode switching pattern at the time of the to-be-detected body position detection in the Y-axis direction in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on this Embodiment of this invention. . 本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置において検出領域内に被検出体が存在する場合の被検出体位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a to-be-detected body position in case the to-be-detected body exists in a detection area | region in the capacitive proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の出力信号の変化を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the change of the output signal of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるセンサ部の検出範囲を示す模式図であり、(b)は、従来の近接センサ装置におけるセンサ部の検出範囲を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the detection range of the sensor part in the capacitive proximity sensor device which concerns on embodiment of this invention, (b) is the detection range of the sensor part in the conventional proximity sensor apparatus. It is a schematic diagram shown. 本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極切替えパターンの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the electrode switching pattern in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the input device provided with the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。図1に示すように、本実施の形態に係る近接センサ装置は、被検出体の近接を検出するセンサ部11と、このセンサ部11によって検出された出力信号を基に被検出体位置を算出する制御回路部12とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the proximity sensor device according to the present embodiment calculates a detected object position based on a sensor unit 11 that detects the proximity of the detected object and an output signal detected by the sensor unit 11. And a control circuit unit 12 that performs the control.

センサ部11は、検出基準面としての平面視略矩形形状の基板13と、基板13上に配列される複数のX軸電極14a、14b〜17a、17b及び複数のY軸電極18a、18b〜20a、20bとを備える。各X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bは、他の電極との間に静電容量が形成されるようにそれぞれ離間して配列されている。X軸電極14a〜17aは、基板13の一方の長辺に沿って配列され、X軸電極14b〜17bが対向辺に沿って配列されている。Y軸電極18a〜20aは、基板13の一方の短辺に沿って配列され、Y軸電極18b〜20bが対向辺に沿って配列されている。なお、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、基板13面内が検出領域A1となる、また、X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bは、電極間に形成される静電容量により、検出基準面を形成できる範囲に配置されていればよく、必ずしも同一平面に配置されている必要はない。   The sensor unit 11 includes a substrate 13 having a substantially rectangular shape in plan view as a detection reference surface, a plurality of X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and a plurality of Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a arranged on the substrate 13. , 20b. Each of the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are arranged so as to be spaced apart from each other so that a capacitance is formed between the other electrodes. The X-axis electrodes 14a to 17a are arranged along one long side of the substrate 13, and the X-axis electrodes 14b to 17b are arranged along the opposite side. The Y-axis electrodes 18a to 20a are arranged along one short side of the substrate 13, and the Y-axis electrodes 18b to 20b are arranged along the opposite side. In the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the surface of the substrate 13 is the detection area A1, and the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a. , 20b need only be arranged in a range in which the detection reference plane can be formed by the capacitance formed between the electrodes, and need not necessarily be arranged in the same plane.

すなわち、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、略矩形形状の検出領域A1のX軸方向に沿ってX軸電極14a〜17aと、X軸電極14b〜17bとが対向して配列され、Y軸方向に沿ってY軸電極18a〜20aと、Y軸電極18b〜20bとが対向して配列されている。このように、検出領域A1のX軸方向及びY軸方向のそれぞれに沿って複数のX軸電極14a、14b〜17a、17b及び複数のY軸電極18a、18b〜20a、20bを配列することにより、検出領域A1内の被検出体位置を正確に検出することが可能となる。なお、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、静電容量の変化を検出できる範囲であれば基板13面外を含む範囲の被検出体を検出できる。   That is, in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the X-axis electrodes 14a to 17a and the X-axis electrodes 14b to 17b face each other along the X-axis direction of the substantially rectangular detection region A1. The Y-axis electrodes 18a to 20a and the Y-axis electrodes 18b to 20b are arranged to face each other along the Y-axis direction. In this way, by arranging the plurality of X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the plurality of Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b along the X-axis direction and the Y-axis direction of the detection area A1, respectively. Thus, it is possible to accurately detect the position of the detected object in the detection area A1. Note that, in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, it is possible to detect an object to be detected in a range including the outside of the substrate 13 as long as the change in capacitance can be detected.

制御回路部12は、センサ部11の各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bの切替え手段としてのマルチプレクサ21と、各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bから出力された信号より、被検出体位置を演算する演算手段としてのCPU22とを備える。CPU22とマルチプレクサ21との間には、駆動電極として切替えられた各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bに駆動電圧を印加する駆動回路23が設けられると共に、検出電極として切替えられた各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bの出力信号を検出する検出回路24が設けられている。   The control circuit unit 12 includes a multiplexer 21 serving as a switching unit for the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, and 20b of the sensor unit 11, and the X-axis electrodes 14a, 14b to 14b. 17a, 17b and a CPU 22 as a calculation means for calculating the position of the detected object from signals output from the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b. Between the CPU 22 and the multiplexer 21, there is provided a drive circuit 23 for applying a drive voltage to the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b that are switched as drive electrodes. In addition, a detection circuit 24 that detects output signals of the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b that are switched as detection electrodes is provided.

マルチプレクサ21は、センサ部11の各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bに接続されると共に、駆動回路23及び検出回路24に接続され、各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bの接続を駆動回路23及び検出回路24に切替える。また、マルチプレクサ21は、CPU22と接続され、CPU22からの切替え信号により、各X軸電極14a、14b〜17a、17b及び各Y軸電極18a、18b〜20a、20bの接続を切替え制御可能に構成されている。このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、CPU22からの切替え制御信号により、マルチプレクサ21を介して駆動電極となるX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20b(以下、単に駆動電極ともいう)を駆動回路23に接続すると共に、検出電極となるX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20b(以下、単に検出電極ともいう)を検出回路24に接続するように構成されている。   The multiplexer 21 is connected to the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b of the sensor unit 11, and is connected to the drive circuit 23 and the detection circuit 24. The connection of the shaft electrodes 14a, 14b-17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b-20a, 20b is switched to the drive circuit 23 and the detection circuit 24. The multiplexer 21 is connected to the CPU 22 and is configured to be able to switch and control the connection of the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b by a switching signal from the CPU 22. ing. As described above, the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment is configured so that the X-axis electrodes 14 a, 14 b to 17 a, 17 b and the Y-axis electrodes that serve as drive electrodes via the multiplexer 21 in response to the switching control signal from the CPU 22. 18a, 18b to 20a, 20b (hereinafter also simply referred to as drive electrodes) are connected to the drive circuit 23, and X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b to be detection electrodes are connected. (Hereinafter, also simply referred to as a detection electrode) is connected to the detection circuit 24.

駆動回路23は、図示されない発振回路を備え、駆動電極として切替えられたX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bに駆動電圧を印加する。駆動電圧の印加は、CPU22によってタイミング制御される。   The drive circuit 23 includes an oscillation circuit (not shown) and applies a drive voltage to the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b which are switched as drive electrodes. Application of the drive voltage is controlled by the CPU 22.

検出回路24は、検出電極としてのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bの出力信号を検出する。検出回路24は、正極端子及び負極端子を備えた増幅回路25と、増幅回路25に接続され増幅された出力信号をA/D変換するA/Dコンバータ26とを備える。   The detection circuit 24 detects output signals from the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, and 17b as detection electrodes and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, and 20b. The detection circuit 24 includes an amplifier circuit 25 having a positive terminal and a negative terminal, and an A / D converter 26 that is connected to the amplifier circuit 25 and performs A / D conversion on the amplified output signal.

増幅回路25の正極端子及び負極端子には、検出電極としてのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bが接続される。増幅回路25は、検出電極としてのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bの出力信号を差動で増幅してA/Dコンバータ26へ出力する。   X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b as detection electrodes are connected to the positive terminal and the negative terminal of the amplifier circuit 25. The amplifying circuit 25 differentially amplifies the output signals of the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b as detection electrodes, and outputs them to the A / D converter 26.

A/Dコンバータ26は、CPU22に接続され、増幅回路25で増幅された出力信号をフィルタリング処理及びデジタル変換してCPU22に出力する。CPU22に入力された出力信号は、検出回路としてのCPU22で差分値などが検出される。なお、差分値の検出は、A/Dコンバータ26で行ってもよい。また、演算手段としてのCPU22では、検出された出力信号を用いて、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の被検出体位置が算出される。   The A / D converter 26 is connected to the CPU 22, performs filtering processing and digital conversion on the output signal amplified by the amplifier circuit 25, and outputs it to the CPU 22. For the output signal input to the CPU 22, a difference value or the like is detected by the CPU 22 as a detection circuit. The difference value may be detected by the A / D converter 26. Further, the CPU 22 as the calculation means calculates the detected object position in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction using the detected output signal.

本実施の形態では、X軸方向及びY軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ21によって切替えられた一対のX軸電極14a、14b〜17a、17bが検出電極対として増幅回路25に接続される。この一対の検出電極対の一方の検出電極は増幅回路25の正極端子に接続され、他方の検出電極が負極端子に接続される。増幅回路25では、入力された一方の検出電極の出力信号と他方の検出電極の出力信号とが差動で増幅される。   In the present embodiment, when detecting the detected object position in the X-axis direction and the Y-axis direction, the pair of X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b switched by the multiplexer 21 serves as the detection electrode pair. 25. One detection electrode of the pair of detection electrodes is connected to the positive terminal of the amplifier circuit 25, and the other detection electrode is connected to the negative terminal. In the amplifier circuit 25, the input output signal of one detection electrode and the output signal of the other detection electrode are differentially amplified.

また、Z軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ21によって少なくとも一つのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bが検出電極として切替えられて増幅回路25の一方の端子に接続される。増幅回路25の他方の端子には、基準電圧が入力される。増幅回路25では、入力された検出電極の出力信号と基準電圧との差動で出力信号が増幅される。   When detecting the position of the detection target in the Z-axis direction, the multiplexer 21 switches at least one of the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b as detection electrodes. Is connected to one terminal of the amplifier circuit 25. A reference voltage is input to the other terminal of the amplifier circuit 25. In the amplifier circuit 25, the output signal is amplified by the differential between the input output signal of the detection electrode and the reference voltage.

このように、本実施の形態では、一つの増幅回路25において、検出方向に応じて一方の検出電極の出力信号と他方の検出電極の出力信号との差動による増幅と、検出電極の出力信号と基準信号との出力信号の差分による増幅とを時分割で切り替える。これにより、各軸毎に増幅回路25を設けることなく、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の検出を行うことができる。また、X軸方向及びY軸方向の検出に用いられた一対の検出電極の出力信号の差分値が検出下限となる状態においても、Z軸方向の検出により被検出体を検出することができ、それぞれの増幅特性による不感領域を補完することができる。   Thus, in the present embodiment, in one amplifier circuit 25, amplification by differential between the output signal of one detection electrode and the output signal of the other detection electrode and the output signal of the detection electrode in accordance with the detection direction. Amplification based on the difference between the output signal and the reference signal is switched in a time division manner. Thereby, the detection in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction can be performed without providing the amplifier circuit 25 for each axis. In addition, even in a state where the difference value between the output signals of the pair of detection electrodes used for detection in the X-axis direction and the Y-axis direction is a detection lower limit, the detection target can be detected by detection in the Z-axis direction. The insensitive area due to each amplification characteristic can be complemented.

次に、図2(a)、(b)を参照して本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部11の構成について詳細に説明する。図2(a)は、図1に示したセンサ部11のA−A線矢視断面図であり、図2(b)は、センサ部11の遮蔽電極31の模式図である。図2(a)に示すように、センサ部11の基板13の下面側(裏面側)には遮蔽電極31が設けられている。遮蔽電極31は、図2(b)に示すように、矩形枠状の平板形状を有しており、矩形形状の中央部開口31aを有する。遮蔽電極31は、センサ部11の裏面側からX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bへのノイズを遮蔽するように常時接地されている。遮蔽電極31の上面側には、遮蔽電極31の上面を覆うように基板32が設けられており、この基板32の両端部に設けられたスペーサ33を介して基板13が積層されている。基板13、32としては、例えば、アクリル板を用いることができる。   Next, the configuration of the sensor unit 11 of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2A is a cross-sectional view taken along line AA of the sensor unit 11 illustrated in FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic diagram of the shielding electrode 31 of the sensor unit 11. As shown in FIG. 2A, a shielding electrode 31 is provided on the lower surface side (back surface side) of the substrate 13 of the sensor unit 11. As shown in FIG. 2B, the shielding electrode 31 has a rectangular frame-shaped flat plate shape, and has a rectangular central opening 31a. The shield electrode 31 is always grounded so as to shield noise from the back surface side of the sensor unit 11 to the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b. A substrate 32 is provided on the upper surface side of the shield electrode 31 so as to cover the upper surface of the shield electrode 31, and the substrate 13 is laminated via spacers 33 provided at both ends of the substrate 32. As the substrates 13 and 32, for example, an acrylic plate can be used.

次に、図3を参照して、本実施の形態に係る静電容量式センサ装置の被検出体検出時の電極切替え制御の概略について説明する。図3は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の電極切替え制御の概略を示す平面模式図である。図3においては、センサ部11の検出範囲をX軸方向に対しX1〜X7に区分し、Y軸方向に対してY1〜Y5に区分して示している。   Next, with reference to FIG. 3, the outline of the electrode switching control at the time of detecting the detection object of the capacitance type sensor device according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic plan view showing an outline of electrode switching control of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. In FIG. 3, the detection range of the sensor unit 11 is divided into X1 to X7 with respect to the X-axis direction, and is divided into Y1 to Y5 with respect to the Y-axis direction.

本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれに対して、X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを検出電極及び駆動電極として切替えながら各軸毎に複数回被検出体を検出して検出領域内の被検出体位置を検出する。   In the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b with respect to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively. While detecting -20a and 20b as detection electrodes and drive electrodes, the detected object is detected a plurality of times for each axis to detect the detected object position in the detection region.

X軸方向の被検出体位置の検出においては、対向して配列されたX軸電極14a〜17aとX軸電極14b〜17bとを一対の検出電極対として切替える。そして、検出電極対となる電極をX軸電極14a、14b〜17a、17b内で矢印D1に示す方向に順次切替えながら、被検出体位置を複数回測定する。   In the detection of the position of the detection object in the X-axis direction, the X-axis electrodes 14a to 17a and the X-axis electrodes 14b to 17b that are arranged to face each other are switched as a pair of detection electrodes. And a to-be-detected object position is measured in multiple times, changing the electrode used as a detection electrode pair to the direction shown by arrow D1 within X-axis electrode 14a, 14b-17a, 17b sequentially.

Y軸方向の被検出体位置の検出においては、対向して配列されたY軸電極18a〜20aとY軸電極18b〜20bとを一対の検出電極対として切替える。そして、検出電極対となる電極をY軸電極18a、18b〜20a、20b内で矢印D2に示す方向に順次切替えながら、被検出体位置を複数回測定する。   In the detection of the position of the detection target in the Y-axis direction, the Y-axis electrodes 18a to 20a and the Y-axis electrodes 18b to 20b that are arranged to face each other are switched as a pair of detection electrodes. And a to-be-detected object position is measured in multiple times, changing the electrode used as a detection electrode pair in the direction shown by arrow D2 within Y-axis electrode 18a, 18b-20a, 20b sequentially.

Z軸方向の被検出体位置検出においては、X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bのうち、基板13の1辺に沿って配列された電極群(例えば、X軸電極14a〜17a)を検出電極として切替える。そして、検出電極となる電極群を矢印D3に示すように、基板13上の1辺沿って配列された電極群間で切替えながら被検出体位置を複数回測定する。   In detecting the position of the detected object in the Z-axis direction, an electrode group arranged along one side of the substrate 13 among the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b ( For example, the X-axis electrodes 14a to 17a) are switched as detection electrodes. Then, the position of the object to be detected is measured a plurality of times while switching between the electrode groups arranged along one side on the substrate 13, as indicated by an arrow D3.

次に、図4(a)、(b)を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるX軸方向及びY軸方向の被検出体の検出原理について説明する。図4(a)、(b)は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における検出原理を示す概念図である。なお、同図においては、X軸電極14a、14b〜17a、17bを検出電極14A〜17A及び14B〜17Bとし、Y軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極18A〜20A及び18B〜20Bとして模式的に示している。   Next, with reference to FIGS. 4A and 4B, the detection principle of the detection target in the X-axis direction and the Y-axis direction in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described. FIGS. 4A and 4B are conceptual diagrams showing the detection principle in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. In the figure, X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, and 17b are detection electrodes 14A to 17A and 14B to 17B, and Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, and 20b are drive electrodes 18A to 20A and 18B to 20B. This is shown schematically.

図4(a)は、被検出体41がX軸方向に移動する際の被検出体41の位置を検出する場合について示している。図4(a)に示すように、X軸方向の被検出体41を検出する場合、X軸方向において対向する一対の検出電極14A〜17A及び14B〜17B、及びY軸方向において対向する一対の駆動電極18A〜20A及び18B〜20Bを用いる。この場合、駆動電極18A〜20Aと検出電極14A〜17A及び検出電極14B〜17Bとの間には静電容量Cx1が形成され、駆動電極18B〜20Bと検出電極14A〜17A及び検出電極14B〜17Bとの間には静電容量Cx2が形成される。そして、この静電容量Cx1、Cx2に応じた検出電極の出力信号の差分をとることにより、被検出体41の位置を検出することができる。 FIG. 4A shows a case where the position of the detected body 41 is detected when the detected body 41 moves in the X-axis direction. As shown in FIG. 4A, when detecting the detection target 41 in the X-axis direction, a pair of detection electrodes 14A to 17A and 14B to 17B that face each other in the X-axis direction and a pair that faces each other in the Y-axis direction. Drive electrodes 18A to 20A and 18B to 20B are used. In this case, a capacitance C x1 is formed between the drive electrodes 18A to 20A, the detection electrodes 14A to 17A, and the detection electrodes 14B to 17B, and the drive electrodes 18B to 20B, the detection electrodes 14A to 17A, and the detection electrodes 14B to 14B. A capacitance C x2 is formed between the capacitor 17b and 17B. And the position of the to-be-detected body 41 is detectable by taking the difference of the output signal of the detection electrode according to this electrostatic capacitance Cx1 , Cx2 .

なお、電極配置は図4(b)に示すようにしてもよい。図4(b)は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサにおける他の電極配置の一例を示す図である。図4(b)に示す例においては、駆動電極14Eが中央となるように電極を配列し、この駆動電極14Eに対して平行に検出電極14F、14Gを配列した例を示している。この場合においては、駆動電極14Eと検出電極14Fとの間に容量Cが形成され、駆動電極14Eと検出電極14Gとの間に容量Cが形成される。そして、この静電容量C、Cに応じた検出電極の出力信号の差分値を取ることにより、被検出体41の位置を検出することができる。 The electrode arrangement may be as shown in FIG. FIG. 4B is a diagram showing an example of another electrode arrangement in the capacitive proximity sensor according to the present embodiment. The example shown in FIG. 4B shows an example in which the electrodes are arranged so that the drive electrode 14E is in the center, and the detection electrodes 14F and 14G are arranged in parallel to the drive electrode 14E. In this case, the capacitance C 1 between the drive electrodes 14E and the detection electrode 14F is formed, the capacitance C 2 is formed between the driving electrodes 14E and the detecting electrode 14G. Then, by taking the difference of the electrostatic capacitance C 1, the output signals of the detection electrodes corresponding to C 2, it is possible to detect the position of the detected member 41.

さらに、図5を参照して、被検出体41の動きと静電容量の変化について説明する。図5は、図4に示した例において、被検出体41が左右に動いた場合の静電容量の差分の変化を示した図である。図5に示すように、被検出体41がX軸方向(左右方向)のいずれかの方向に動いた場合、検出電極14A〜17A間に形成される電気力線(不図示)が被検出体41に吸収され、静電容量Cx1,Cx2が変化する。例えば、被検出体41が左側に動くと、静電容量Cx1が増加して、静電容量Cx2が減少する。このため、被検出体41がX軸方向(左右方向)に移動した場合、静電容量値の差分(Cx2−Cx1)をとることにより、図5に示すように、静電容量の変化量から被検出体のX軸方向(左右方向)の被検出体41の位置情報及び動き(モーション)を検出することが可能となる。なお、Y軸方向の被検出体41を検出する場合、駆動電極18A〜20A及び駆動電極18B〜20Bを駆動電極とし、検出電極14A〜17A及び14B〜17Bを検出電極とすることにより、X軸方向と同様の原理で被検出体を検出することができる。 Furthermore, with reference to FIG. 5, the movement of the detected body 41 and the change in capacitance will be described. FIG. 5 is a diagram showing a change in the difference in capacitance when the detection target 41 moves to the left and right in the example shown in FIG. As shown in FIG. 5, when the detected object 41 moves in any direction of the X-axis direction (left-right direction), the electric lines of force (not shown) formed between the detection electrodes 14A to 17A are detected. 41, the capacitances C x1 and C x2 change. For example, when the detected object 41 moves to the left side, the capacitance C x1 increases and the capacitance C x2 decreases. For this reason, when the detected object 41 moves in the X-axis direction (left-right direction), a change in capacitance is obtained as shown in FIG. 5 by taking a difference in capacitance value (C x2 -C x1 ). It is possible to detect the position information and motion (motion) of the detected object 41 in the X-axis direction (left-right direction) of the detected object from the amount. When detecting the detection target 41 in the Y-axis direction, the drive electrodes 18A to 20A and the drive electrodes 18B to 20B are used as drive electrodes, and the detection electrodes 14A to 17A and 14B to 17B are used as detection electrodes. The detected object can be detected by the same principle as the direction.

次に、図6(a)、(b)を参照して、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのZ軸方向における被検出体の検出原理について説明する。図6(a)、(b)は、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのZ軸方向における被検出体の検出原理を示す図である。図6(a)、(b)においては、基板40上に検出電極14A〜17A及び駆動電極14B〜17B並びに駆動電極18A〜20A(不図示の駆動電極18B〜20Bも含む)が配置され、各電極間に静電容量CX3が形成され、その周囲に電気力線42が形成された状態を示している。 Next, with reference to FIGS. 6A and 6B, the detection principle of the detection target in the Z-axis direction of the capacitive proximity sensor according to the present embodiment will be described. 6A and 6B are diagrams showing the detection principle of the detection object in the Z-axis direction of the capacitive proximity sensor according to the embodiment. 6 (a) and 6 (b), detection electrodes 14A to 17A, drive electrodes 14B to 17B, and drive electrodes 18A to 20A (including drive electrodes 18B to 20B not shown) are arranged on the substrate 40. It shows a state in which a capacitance C X3 is formed between the electrodes, and electric lines of force 42 are formed around it.

図6(a)に示すように、基板40と被検出体41との間のZ軸方向の距離が大きい場合には、被検出体41による電気力線42の吸収が一部のみとなるので、静電容量CX3は大きくなる。一方、図6(b)に示すように、基板40と被検出体41との距離が小さい場合には、被検出体41によって電気力線42の大半が吸収されるので、静電容量CX3が小さくなる。このように、本実施の形態においては、基板40と被検出体41との間の距離が小さい場合には、静電容量CX3が減少して検出電極14A〜17Aの出力信号が大きくなる。また、基板40と被検出体41との間の距離が大きい場合には、静電容量CX3が増大して検出電極14A〜17Aの出力信号が小さくなる。以上のようにして、被検出体41のZ軸方向の位置を検出することができる。 As shown in FIG. 6A, when the distance in the Z-axis direction between the substrate 40 and the detected body 41 is large, the electric field lines 42 are only partially absorbed by the detected body 41. The capacitance C X3 increases. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the distance between the substrate 40 and the detected body 41 is small, most of the lines of electric force 42 are absorbed by the detected body 41, so that the capacitance C X3 Becomes smaller. Thus, in the present embodiment, when the distance between the substrate 40 and the detection target 41 is small, the capacitance C X3 decreases and the output signals of the detection electrodes 14A to 17A increase. Further, when the distance between the substrate 40 and the detection object 41 is large, the capacitance C X3 increases and the output signals of the detection electrodes 14A to 17A become small. As described above, the position of the detection object 41 in the Z-axis direction can be detected.

次に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法(電極切替えパターン)について詳細に説明する。下記表1に本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の検出に用いられる電極切替えパターンを示す。   Next, an electrode driving method (electrode switching pattern) in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described in detail. Table 1 below shows electrode switching patterns used for detection in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment.

Figure 2012003554
Figure 2012003554

X軸方向の被検出体位置の検出においては、X軸方向に沿って対向して配列されたX軸電極14a、14b〜17a、17bから一対の電極を検出電極対として切替え、残りのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極として切替える。そして、検出電極対となる電極を順次切替えながら被検出体位置を検出する。まず、X軸電極14a、14bを検出電極対とし、残りのX軸電極15a、15b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極とする(表1:電極パターンX1)。次いで、電極15a、15bを検出電極対とし、残りの電極14a、14b、16a、16b、17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極とする(表1:電極パターンX2)。次に、X軸電極16a、16bを検出電極対とし、残りのX軸電極14a、14b、15a、15b、17a、17b、及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極とする(表1:電極パターンX3)。次いで、X軸電極17a、17bを検出電極対とし、残りのX軸電極14a、14b〜16a、16b、及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極とする(表1:電極パターンX4)。   In the detection of the position of the detection object in the X-axis direction, a pair of electrodes is switched as a detection electrode pair from the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b arranged facing each other along the X-axis direction, and the remaining X-axis The electrodes 14a, 14b-17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b-20a, 20b are switched as drive electrodes. And a to-be-detected body position is detected, changing the electrode used as a detection electrode pair sequentially. First, the X-axis electrodes 14a and 14b are used as detection electrode pairs, and the remaining X-axis electrodes 15a, 15b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b are used as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern X1). . Next, the electrodes 15a and 15b are used as detection electrode pairs, and the remaining electrodes 14a, 14b, 16a, 16b, 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b are used as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern X2). . Next, the X-axis electrodes 16a and 16b are used as detection electrode pairs, and the remaining X-axis electrodes 14a, 14b, 15a, 15b, 17a and 17b, and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b are used as drive electrodes (Table). 1: Electrode pattern X3). Next, the X-axis electrodes 17a and 17b are used as detection electrode pairs, and the remaining X-axis electrodes 14a, 14b to 16a and 16b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b are used as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern X4). ).

Y軸方向の被検出体位置の検出の際には、Y軸方向に沿って対向して配置されたY軸電極18a、18b〜20a、20bから一対の電極を検出電極として切替え、残りのY軸電極18a、18b〜20a、20b及びX軸電極14a、14b〜17a、17bを駆動電極として切替える。まず、Y軸電極18a、18bを検出電極対とし、残りのY軸電極19a、19b、20a、20b及びX軸電極14a、14b〜17a、17bを駆動電極とする(表1:電極パターンY1)。次いで、Y軸電極19a、19bを検出電極対とし、残りのY軸電極18a、18b、20a、20b及びX軸電極14a、14b〜17a、17bを駆動電極とする(表1:電極パターンY2)。次に、Y軸電極20a、20bを検出電極対とし、残りのY軸電極18a、18b、19a、19b及びX軸電極14a、14b〜17a、17bを駆動電極とする(表1:電極パターンY3)。   When detecting the position of the detection target in the Y-axis direction, a pair of electrodes are switched as detection electrodes from the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b arranged facing each other along the Y-axis direction, and the remaining Y The shaft electrodes 18a, 18b to 20a, 20b and the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b are switched as drive electrodes. First, the Y-axis electrodes 18a and 18b are used as detection electrode pairs, and the remaining Y-axis electrodes 19a, 19b, 20a and 20b and the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b are used as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Y1). . Next, the Y-axis electrodes 19a and 19b are used as detection electrode pairs, and the remaining Y-axis electrodes 18a, 18b, 20a and 20b and the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b are used as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Y2). . Next, the Y-axis electrodes 20a, 20b are used as detection electrode pairs, and the remaining Y-axis electrodes 18a, 18b, 19a, 19b and the X-axis electrodes 14a, 14b-17a, 17b are used as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Y3). ).

Z軸方向の被検出体位置の検出の際には、X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bのうち基板13の1辺に沿って配列された電極を検出電極群として切替え、残りのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極として切替える。まず、X軸電極14a〜17aを検出電極群として切替え、残りのX軸電極14b〜17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極として切替える(表1:電極パターンZ1)。次に、Y軸電極18a〜20aを検出電極群として切替え、残りのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18b〜20bを駆動電極として切替える(表1:電極パターンZ2)。次いで、X軸電極14b〜17bを検出電極群として切替え、残りのX軸電極14a〜17a及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを駆動電極として切替える(表1:電極パターンZ3)。次に、Y軸電極18b〜20bを検出電極群として切替え、残りのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a〜20aを駆動電極として切替える(表1:電極パターンZ4)。   When detecting the position of the detection target in the Z-axis direction, electrodes arranged along one side of the substrate 13 among the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b Are switched as detection electrode groups, and the remaining X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are switched as drive electrodes. First, the X-axis electrodes 14a to 17a are switched as detection electrode groups, and the remaining X-axis electrodes 14b to 17b and Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are switched as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Z1). Next, the Y-axis electrodes 18a to 20a are switched as detection electrode groups, and the remaining X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18b to 20b are switched as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Z2). Next, the X-axis electrodes 14b to 17b are switched as detection electrode groups, and the remaining X-axis electrodes 14a to 17a and Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are switched as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Z3). Next, the Y-axis electrodes 18b to 20b are switched as detection electrode groups, and the remaining X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a to 20a are switched as drive electrodes (Table 1: Electrode pattern Z4).

次に、図7を参照して本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の演算処理について詳細に説明する。図7は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体の演算処理の一例を示すフロー図である。   Next, the arithmetic processing of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the calculation process of the detection target in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment.

図7に示すように、まず、上記表1に示した電極パターンX1〜X4で被検出体を検出し、出力信号が最大の電極パターンにおいて検出電極対として用いたX軸電極14a、14b〜17a、17bの位置を決定する(ステップS1)。次いで、上記表1に示した電極パターンY1〜Y3で被検出体を検出し、出力信号が最大の電極パターンにおいて検出電極対として用いたY軸電極18a、18b〜20a、20bの位置を決定する(ステップS2)。以上より、最大出力が得られたX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを特定し、被検出体存在領域を図3に示したX1〜X7及びY1〜Y5の範囲で判別する(ステップS3)。   As shown in FIG. 7, first, the detected object is detected by the electrode patterns X1 to X4 shown in Table 1 above, and the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a used as the detection electrode pairs in the electrode pattern having the maximum output signal. , 17b are determined (step S1). Next, the detection target is detected by the electrode patterns Y1 to Y3 shown in Table 1 above, and the positions of the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b used as the detection electrode pairs in the electrode pattern having the maximum output signal are determined. (Step S2). As described above, the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a and 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a and 20b that have obtained the maximum output are specified, and the detected object existence region is indicated by X1 to X7 and Y1 shown in FIG. Determination is made in the range of ~ Y5 (step S3).

次に、上記表1に示した電極パターンZ1〜Z4で被検出体を検出し、電極パターンZ1〜Z4の検出電極の出力信号と、上記ステップS1で得られたX軸電極14a、14b〜17a、17bの出力信号とを用いてX軸方向の被検出体位置を判別する(ステップS4)。次いで、上記ステップS1で得られたY軸電極18a、18b〜20a、20bの出力信号を用いてY軸方向の被検出体位置を判別する(ステップS5)。   Next, an object to be detected is detected by the electrode patterns Z1 to Z4 shown in Table 1 above, and the output signals of the detection electrodes of the electrode patterns Z1 to Z4 and the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a obtained in Step S1 above. , 17b is used to determine the position of the detected object in the X-axis direction (step S4). Next, the detected object position in the Y-axis direction is determined using the output signals of the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b obtained in step S1 (step S5).

最後にステップS4及びステップS5で得られたX軸方向及びY軸方向の被検出体位置を基に被検出体位置を判別する(ステップS6)。以上のようにして、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれに対して検出電極となる電極をそれぞれ切替えながら複数回測定することにより、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3軸方向の被検出体位置を検出する。   Finally, the detected object position is determined based on the detected object position in the X-axis direction and the Y-axis direction obtained in steps S4 and S5 (step S6). As described above, by measuring a plurality of times while switching the electrodes serving as detection electrodes for the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are measured. The detected object position in the triaxial direction is detected.

次に、図8〜図11を参照して、検出領域に被検出体が存在しない状態における各電極パターンX1〜X4及び電極パターンY1〜Y3の出力信号について説明する。図8(a)〜(d)は、X軸方向の被検出体位置検出時の各電極パターンX1〜X4を示す図であり、図9(a)〜(d)は、図8(a)〜(d)における出力信号の強度を示す図である。   Next, output signals of the electrode patterns X1 to X4 and the electrode patterns Y1 to Y3 in a state where the detection target does not exist in the detection region will be described with reference to FIGS. FIGS. 8A to 8D are diagrams showing the electrode patterns X1 to X4 when detecting the position of the detection target in the X-axis direction, and FIGS. 9A to 9D are FIGS. It is a figure which shows the intensity | strength of the output signal in (d).

図8(a)に示すX軸電極14a、14bを検出電極対とする電極パターンX1では、X軸電極14a(X2.5、Y1)近傍の出力信号が最大となり、X軸電極14b(X2.5、Y5)近傍の出力が最小となる(図9(a))。また、X軸電極14aから離れるにつれて信号強度が0に向けて減少し、X軸電極14bから離れるにつれて信号強度が0に向けて増大する。このように、電極パターンX1では、検出電極対となるX軸電極14a、14b近傍では出力信号が大きく変化し、X軸電極14a、14bから離れるにつれて出力信号の変化が減少する。この結果から、被検出体がX軸電極14a、14b近傍に存在する場合には、出力信号の変化が大きくなることが分かる。   In the electrode pattern X1 using the X-axis electrodes 14a and 14b as the detection electrode pair shown in FIG. 8A, the output signal in the vicinity of the X-axis electrode 14a (X2.5, Y1) becomes the maximum, and the X-axis electrode 14b (X2. 5, Y5) the output in the vicinity is minimized (FIG. 9A). Further, the signal intensity decreases toward 0 as the distance from the X-axis electrode 14a increases, and the signal intensity increases toward 0 as the distance from the X-axis electrode 14b increases. Thus, in the electrode pattern X1, the output signal changes greatly in the vicinity of the X-axis electrodes 14a and 14b serving as the detection electrode pair, and the change in the output signal decreases as the distance from the X-axis electrodes 14a and 14b increases. From this result, it can be seen that when the detected object is present in the vicinity of the X-axis electrodes 14a and 14b, the change in the output signal becomes large.

図8(b)〜(d)に示す電極パターンX2〜X4では、電極パターンX1と同様に検出電極対となるX軸電極15a(X3.5、Y1)、16a(X4.5、Y1)、17a(X5.5、Y1)近傍の出力信号が最大となり、X軸電極15b(X3.5、Y5)、16b(X4.5、Y5)、17b(X5.5、Y5)近傍の出力が最小となる(図9(b)〜(d))。これらの結果から、電極パターンX1〜X4を順次切り替えて被検出体位置を検出することにより、被検出体の存在領域近傍のX軸電極14a、14b〜17a、17bが検出電極対として切替えられた場合に出力信号の変化が最も大きくなり、X軸方向における被検出体位置の検出が可能となることが分かる。   In the electrode patterns X2 to X4 shown in FIGS. 8B to 8D, the X-axis electrodes 15a (X3.5, Y1), 16a (X4.5, Y1), which are detection electrode pairs, like the electrode pattern X1, The output signal in the vicinity of 17a (X5.5, Y1) is maximized, and the output in the vicinity of X-axis electrodes 15b (X3.5, Y5), 16b (X4.5, Y5), 17b (X5.5, Y5) is minimized. (FIGS. 9B to 9D). From these results, the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b in the vicinity of the region where the detected object exists are switched as detection electrode pairs by sequentially switching the electrode patterns X1 to X4 to detect the detected object position. In this case, the change of the output signal becomes the largest, and it can be seen that the detection object position in the X-axis direction can be detected.

図10(a)〜(c)は、Y軸方向の被検出体位置検出時の各電極パターンY1〜Y3を示す図であり、図11(a)〜(c)は、図10(a)〜(c)における出力信号の強度を示す図である。   FIGS. 10A to 10C are diagrams showing the electrode patterns Y1 to Y3 when detecting the position of the detection target in the Y-axis direction. FIGS. 11A to 11C are FIGS. It is a figure which shows the intensity | strength of the output signal in (c).

図10(a)に示すように、Y軸電極18a、18bを検出電極対とする電極パターンY1では、Y軸電極18a(X1.5、Y1)近傍の出力信号が最小となり、Y軸電極18b(X6、Y1)近傍の出力信号が最大となる(図11(a))。また、Y軸電極18aから離れるにつれて信号強度が0に向けて増大し、Y軸電極18bから離れるにつれて信号強度が0に向けて減少する。このように、電極パターンY1では、検出電極対となるY軸電極18a、18b近傍では出力信号が大きく変化し、Y軸電極18a、18bから離れるにつれて出力信号の変化が減少する。この結果から、被検出体がY軸電極18a、18b近傍に存在する場合には、出力信号の変化が大きくなることが分かる。   As shown in FIG. 10A, in the electrode pattern Y1 using the Y-axis electrodes 18a and 18b as a detection electrode pair, the output signal in the vicinity of the Y-axis electrode 18a (X1.5, Y1) is minimized, and the Y-axis electrode 18b The output signal in the vicinity of (X6, Y1) is maximized (FIG. 11 (a)). Further, the signal intensity increases toward 0 as the distance from the Y-axis electrode 18a increases, and the signal intensity decreases toward 0 as the distance from the Y-axis electrode 18b increases. Thus, in the electrode pattern Y1, the output signal changes greatly in the vicinity of the Y-axis electrodes 18a and 18b serving as the detection electrode pair, and the change in the output signal decreases as the distance from the Y-axis electrodes 18a and 18b increases. From this result, it can be seen that when the detected object is present in the vicinity of the Y-axis electrodes 18a and 18b, the change in the output signal becomes large.

図10(b)、(c)に示すように、電極パターンY2、Y3に順次切り替えた場合、電極パターンY1と同様に検出電極対となるY軸電極19a(X1.5、Y3)、20a(X1.5、Y5)近傍の出力信号が最小となり、Y軸電極19b(X6、Y3)、20b(X6、Y5)近傍の出力信号が最大となる(図11(b)、(c))。これらの結果から、電極パターンY1〜Y3を順次切り替えて被検出体位置を検出することにより、被検出体の存在領域近傍のY軸電極18a、18b〜20a、20bが検出電極対として切替えられた場合に出力信号の変化が最も大きくなり、Y軸方向における被検出体位置の検出が可能となることが分かる。   As shown in FIGS. 10B and 10C, when the electrode patterns Y2 and Y3 are sequentially switched, the Y-axis electrodes 19a (X1.5 and Y3) and 20a (20a), which are detection electrode pairs, like the electrode pattern Y1. The output signal near X1.5, Y5) is minimized, and the output signal near Y-axis electrodes 19b (X6, Y3) and 20b (X6, Y5) is maximized (FIGS. 11B and 11C). From these results, the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b in the vicinity of the existence region of the detected object are switched as detection electrode pairs by sequentially switching the electrode patterns Y1 to Y3 to detect the detected object position. In this case, the change of the output signal becomes the largest, and it can be seen that the detection object position in the Y-axis direction can be detected.

次に、図12及び図13を参照して検出領域内に被検出体が存在する場合における検出電極対の出力信号の変化について説明する。図12は、検出領域内(X2、Y5)に被検出体が存在する場合の被検出体位置を示す模式図であり、図13(a)、(b)は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の出力信号の変化を示す図である。図13(a)においては、図12に示す領域に被検出体41が存在する場合における図9(a)〜(d)に示した出力信号値からの出力信号の変化量を示し、図13(b)においては、図12に示す領域に被検出体41が存在する場合における図11(a)〜(c)に示した出力信号値からの出力信号の変化量を示している。   Next, with reference to FIG. 12 and FIG. 13, a change in the output signal of the detection electrode pair when the detection target exists in the detection region will be described. FIG. 12 is a schematic diagram showing the position of the detected object when the detected object exists in the detection region (X2, Y5), and FIGS. 13A and 13B are diagrams illustrating the static object according to the present embodiment. It is a figure which shows the change of the output signal of a capacitive proximity sensor apparatus. 13A shows the amount of change in the output signal from the output signal value shown in FIGS. 9A to 9D when the detection object 41 is present in the region shown in FIG. FIG. 11B shows the amount of change in the output signal from the output signal values shown in FIGS. 11A to 11C when the detection object 41 is present in the region shown in FIG.

図13(a)に示すように、被検出体41が(X2、Y5)に存在する場合において、被検出体41近傍のX軸電極14a、14bが検出電極対となる電極パターンX1で出力信号の変化量が最大となる。また、被検出体41と検出電極対となる電極との距離が離れるにつれて出力信号の変化量が小さくなる(電極パターンX2〜X4参照)。また、図13(b)に示すように、被検出体41近傍のY軸電極18a、18bが検出電極対となる電極パターンY1で出力信号が最大となる。また、被検出体41と検出電極対となる電極との距離が離れるにつれて出力信号の変化量が小さくなることが分かる(電極パターンY2、Y3参照)。   As shown in FIG. 13A, when the detected object 41 exists at (X2, Y5), the output signal is an electrode pattern X1 in which the X-axis electrodes 14a and 14b in the vicinity of the detected object 41 form a detection electrode pair. The amount of change is the maximum. In addition, the amount of change in the output signal decreases as the distance between the detected object 41 and the electrode that forms the detection electrode pair increases (see electrode patterns X2 to X4). Further, as shown in FIG. 13B, the output signal is maximized in the electrode pattern Y1 in which the Y-axis electrodes 18a and 18b in the vicinity of the detection object 41 are a detection electrode pair. It can also be seen that the amount of change in the output signal decreases as the distance between the detected object 41 and the electrode that forms the detection electrode pair increases (see electrode patterns Y2 and Y3).

以上の結果から、電極パターンX1〜X4及び電極パターンY1〜Y3を順次切替えて検出領域内の被検出体位置を検出することにより、被検出体41の存在領域近傍のX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bを検出電極対とした場合の出力信号の変化量が大きくなることが分かる。このため、出力信号の変化量を検出することにより、検出領域内の被検出体位置を正確に検出することができる。   Based on the above results, the electrode patterns X1 to X4 and the electrode patterns Y1 to Y3 are sequentially switched to detect the position of the detected body in the detection area, whereby the X-axis electrodes 14a and 14b in the vicinity of the existing area of the detected body 41 are detected. It can be seen that the amount of change in the output signal increases when 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are used as detection electrode pairs. For this reason, the detected object position in the detection region can be accurately detected by detecting the change amount of the output signal.

次に、再び図1を参照して、以上のように構成された本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の動作について説明する。まず、マルチプレクサ21によって、X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bが駆動電極及び検出電極として切替えられる。次いで、CPU22よりタイミング制御された駆動電圧が、駆動回路23から駆動電極として切替えられたX軸電極14a、14b〜17a、17bに印加される。ここで、被検出体が検出領域A1内に存在する場合、電極間に形成される静電容量が変化するので、それぞれの静電容量に応じた信号が検出電極から出力される。   Next, the operation of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. 1 again. First, the multiplexer 21 switches the X axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b as drive electrodes and detection electrodes. Next, the drive voltage whose timing is controlled by the CPU 22 is applied to the X-axis electrodes 14 a, 14 b to 17 a, 17 b switched from the drive circuit 23 as drive electrodes. Here, when the object to be detected exists in the detection region A1, the capacitance formed between the electrodes changes, so that a signal corresponding to each capacitance is output from the detection electrode.

検出電極としてのX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bから出力された信号は、検出回路24の増幅回路25に入力されて増幅される。増幅回路25で増幅された出力信号は、A/Dコンバータ26でフィルタリング処理及びA/D変換されてCPU22に入力される。CPU22では、入力された出力信号を基にX軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20bによって検出された被検出体位置を算出する。以上のようにして、本実施の形態に係る近接センサ装置においては、検出方向に応じて電極群パターンを切替えながら被検出体の接近によって生じるセンサ部11の静電容量の変化に基づいて、被検出体位置を検出する。   Signals output from the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b as detection electrodes are input to the amplification circuit 25 of the detection circuit 24 and amplified. The output signal amplified by the amplifier circuit 25 is filtered and A / D converted by the A / D converter 26 and input to the CPU 22. The CPU 22 calculates the detected object position detected by the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b based on the input output signal. As described above, in the proximity sensor device according to the present embodiment, based on the change in the capacitance of the sensor unit 11 caused by the approach of the detection object while switching the electrode group pattern according to the detection direction, The position of the detection object is detected.

このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、検出領域A1を挟んでX軸方向に沿って複数のX軸電極14a、14b〜17a、17bを対向して配列し、Y軸方向に沿って複数のY軸電極18a、18b〜20a、20bを対向して配列したので、被検出体の正確な位置を測定することができる。例えば、図14(a)に示すように、被検出体が領域A2に存在する場合においては、X軸電極16a、16bを検出電極対とする電極パターンX3及びY軸電極18a、18bを検出電極対とする電極パターンY1の出力信号が最大となるので、被検出体の存在領域を精度良く特定することが可能となる。   Thus, in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the plurality of X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b are arranged to face each other along the X-axis direction with the detection region A1 interposed therebetween. Since the plurality of Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are arranged to face each other along the Y-axis direction, the accurate position of the detection target can be measured. For example, as shown in FIG. 14A, when the detection target exists in the region A2, the electrode pattern X3 having the X-axis electrodes 16a and 16b as the detection electrode pair and the Y-axis electrodes 18a and 18b are the detection electrodes. Since the output signal of the paired electrode pattern Y1 is maximized, it is possible to accurately specify the existence region of the detected object.

これに対し、従来の近接センサ装置においては、図14(b)に示すように、被検出体が領域A3に存在する場合、電極100a〜100dのうち、100a近傍の静電容量が最も大きく減少する。このため、例えば、電極100a及び100cを検出電極として被検出体を検出することにより、センサの中心点P1からみて矢印D4方向に被検出体が存在することは判別できるが、被検出体位置を正確に検出することは困難となる。   On the other hand, in the conventional proximity sensor device, as shown in FIG. 14B, when the detection target exists in the region A3, the capacitance in the vicinity of 100a among the electrodes 100a to 100d is greatly reduced. To do. For this reason, for example, by detecting the detected object using the electrodes 100a and 100c as the detection electrodes, it can be determined that the detected object exists in the direction of the arrow D4 as viewed from the center point P1 of the sensor. It is difficult to detect accurately.

なお、上記実施の形態においては、検出電極対として対向配置された一対のX軸電極及びY軸電極を検出電極対として用いる実施の形態について説明したが、複数のX軸電極及びY軸電極を複数の検出電極対として共に切替えて用いてもよい。図15に本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における電極切替えパターンの他の例を示す。図15に示すように、X軸方向の被検出体の検出時において、X軸電極14a、14b及びX軸電極17a、17bをそれぞれ検出電極対として用いてもよい。このように、X軸方向に対して2対の検出電極対を用いて被検出体位置を検出することにより、複数の被検出体を検出することも可能となる。なお、Y軸方向においても同様にして複数の検出電極対を用いる構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the embodiment in which a pair of X-axis electrodes and Y-axis electrodes arranged opposite to each other as detection electrode pairs is used as the detection electrode pair. However, a plurality of X-axis electrodes and Y-axis electrodes are used. A plurality of detection electrode pairs may be switched and used together. FIG. 15 shows another example of the electrode switching pattern in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 15, the X-axis electrodes 14a and 14b and the X-axis electrodes 17a and 17b may be used as detection electrode pairs at the time of detection of the detection target in the X-axis direction. As described above, it is possible to detect a plurality of detection objects by detecting the detection object positions using two detection electrode pairs in the X-axis direction. Note that a plurality of detection electrode pairs may be similarly used in the Y-axis direction.

次に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の応用例について説明する。図16は、上記実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置の一例を示す図である。この入力装置は、上記静電容量式近接センサ装置50と、タッチパネル51と、を備える。静電容量式近接センサ50は、平面視略矩形形状の基板52の四辺上に複数の電極53〜59が配列され、基板52中央部に基板52と相似形状を有するタッチパネル51が配置されている。各電極53〜59は、タッチパネル51の外周面に沿って設けられており、X軸電極53a〜56aとX軸電極53b〜56bとが対向して配列され、Y軸電極57a〜59aとY軸電極57b〜59bとが対向して配列されている。このように、タッチパネル51と静電容量式近接センサ装置50とを組み合わせて入力装置として用いることにより、タッチパネル50に接触する前に被検出体としてのオペレータの手を検出できるため、非接触での入力操作を実現することができる。また、タッチパネル51上でのオペレータの手の位置に応じてタッチパネル51の入力モードを変更するように構成することも可能となる。   Next, an application example of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an input device including the capacitive proximity sensor device according to the above embodiment. This input device includes the capacitive proximity sensor device 50 and a touch panel 51. In the capacitive proximity sensor 50, a plurality of electrodes 53 to 59 are arranged on four sides of a substantially rectangular substrate 52 in plan view, and a touch panel 51 having a similar shape to the substrate 52 is disposed at the center of the substrate 52. . The electrodes 53 to 59 are provided along the outer peripheral surface of the touch panel 51, the X-axis electrodes 53a to 56a and the X-axis electrodes 53b to 56b are arranged to face each other, and the Y-axis electrodes 57a to 59a and the Y-axis are arranged. The electrodes 57b to 59b are arranged to face each other. Thus, by using the touch panel 51 and the capacitive proximity sensor device 50 in combination as an input device, it is possible to detect the operator's hand as a detected object before touching the touch panel 50, so that non-contact An input operation can be realized. In addition, the input mode of the touch panel 51 can be changed according to the position of the operator's hand on the touch panel 51.

以上説明したように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、検出領域を挟んでX軸方向に沿って複数のX軸電極14a、14b〜17a、17bを対向配置し、Y軸方向に沿って複数のY軸電極18a、18b〜20a、20bを対向配置したので、被検出体の位置を精度良く検出することが可能となる。   As described above, in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the plurality of X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b are arranged to face each other along the X-axis direction with the detection region interposed therebetween. Since the plurality of Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are arranged to face each other along the Y-axis direction, the position of the detection target can be detected with high accuracy.

特に、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに対して、X軸電極14a、14b〜17a、17b及びY軸電極18a、18b〜20a、20b内で検出電極対を順次切替えることにより、各検出電極対と被検出体との間の距離に応じた出力信号を検出できるので、検出範囲内での被検出体の位置を精度よく検出することが可能となる。このため、被検出体位置に応じて多段階の入力操作や非接触においても入力操作可能な静電容量式近接センサ装置を実現することができる。   In particular, in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and the Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. By sequentially switching the detection electrode pairs within 20b, an output signal corresponding to the distance between each detection electrode pair and the detected object can be detected, so that the position of the detected object within the detection range can be detected accurately. It becomes possible to do. Therefore, it is possible to realize a capacitive proximity sensor device that can perform an input operation even in a multi-stage input operation or non-contact depending on the position of the detected object.

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置においては、4対のX軸電極14a、14b〜17a、17b及び3対のY軸電極18a、18b〜20a、20bを用いる構成としたが、X軸電極及びY軸電極の数は、検出範囲内の被検出体位置を検出できる数であれば特に限定されず適時変更可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. For example, in the capacitive proximity sensor device according to the above embodiment, four pairs of X-axis electrodes 14a, 14b to 17a, 17b and three pairs of Y-axis electrodes 18a, 18b to 20a, 20b are used. However, the number of the X-axis electrodes and the Y-axis electrodes is not particularly limited as long as it is a number that can detect the detected object position within the detection range, and can be changed as appropriate.

また、上記実施の形態の静電容量式近接センサ装置においては、X軸電極及びY軸電極を略矩形形状の基板の4辺上に配置する構成としたが、X軸電極及びY軸電極の配置は、検出範囲内の被検出体位置を検出できるものであればこの構成に限定されず適時変更可能である。例えば、円形、楕円、菱形などの電極配置としてもよい。   In the capacitive proximity sensor device of the above embodiment, the X-axis electrode and the Y-axis electrode are arranged on the four sides of the substantially rectangular substrate. The arrangement is not limited to this configuration as long as the position of the detected object within the detection range can be detected, and can be changed as appropriate. For example, an electrode arrangement such as a circle, an ellipse, and a rhombus may be used.

また、上記実施の形態の静電容量式近接センサ装置においては、対向配置されたX軸電極14a、14bを検出電極対としてX軸方向の被検出体位置を検出する構成としたが、検出電極対は、被検出体位置を検出できれば必ずしも対向配置されたX軸電極を検出電極対とする必要はない。例えば、X軸電極14a、15bを検出電極対として用いてもよく、X軸電極15a、14bを検出電極対として用いてもよい。同様にしてY軸方向の被検出体位置の検出においても検出電極対は、適時変更可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。   In the capacitive proximity sensor device of the above embodiment, the X-axis electrodes 14a and 14b arranged opposite to each other are used as detection electrode pairs to detect the position of the detection object in the X-axis direction. As long as the pair can detect the position of the detection object, the X-axis electrodes arranged to face each other do not necessarily have to be the detection electrode pair. For example, the X-axis electrodes 14a and 15b may be used as a detection electrode pair, and the X-axis electrodes 15a and 14b may be used as a detection electrode pair. Similarly, the detection electrode pair can be changed in a timely manner in detecting the position of the detection target in the Y-axis direction. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

本発明は、例えば、携帯機器、デジタルフォトフレーム、PC、オーディオの操作パネルなど、各種入力デバイスに適用可能である。   The present invention is applicable to various input devices such as portable devices, digital photo frames, PCs, and audio operation panels.

11 センサ部
12 制御回路部
13、32、40、52 基板
14a、14b〜17a、17b、53a、53b〜56a、56b X軸電極
18a、18b〜20a、20b、57a、57b〜59a、59b Y軸電極
14A〜17A、14B〜17B、14F、14G 検出電極
14E、18A〜20A、18B〜20B 駆動電極
21 マルチプレクサ
22 CPU
23 駆動回路
24 検出回路
25 増幅回路
26 A/Dコンバータ
31 遮蔽電極
33 スペーサ
50 静電容量式近接センサ装置
51 タッチパネル
100a〜100d 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sensor part 12 Control circuit part 13, 32, 40, 52 Board | substrate 14a, 14b-17a, 17b, 53a, 53b-56a, 56b X-axis electrode 18a, 18b-20a, 20b, 57a, 57b-59a, 59b Y-axis Electrode 14A-17A, 14B-17B, 14F, 14G Detection electrode 14E, 18A-20A, 18B-20B Drive electrode 21 Multiplexer 22 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 Drive circuit 24 Detection circuit 25 Amplification circuit 26 A / D converter 31 Shielding electrode 33 Spacer 50 Capacitive proximity sensor apparatus 51 Touch panel 100a-100d Electrode

Claims (9)

検出領域を挟んでそれぞれX軸方向に沿って対向して配列された複数のX軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれY軸方向に沿って対向して配列された複数のY軸電極と、を含む電極群と、
前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び検出基準面に垂直なZ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、
前記電極群のうち、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続すると共に、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段とを具備することを特徴とする静電容量式近接センサ装置。
A plurality of X-axis electrodes arranged opposite to each other along the X-axis direction across the detection region; and a plurality of Y-axis electrodes arranged opposite to each other along the Y-axis direction across the detection region; An electrode group comprising:
A drive circuit for outputting a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode in the electrode group;
A detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode in the electrode group;
A calculation means for calculating the detected object position in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the detection reference plane from the detection result of the detection circuit;
A capacitive proximity proximity device comprising: switching means for connecting an electrode serving as the drive electrode to the drive circuit in the electrode group and connecting an electrode serving as the detection electrode to the detection circuit. Sensor device.
前記切替え手段は、
前記X軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のX軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記X軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記X軸電極内で検出電極対となる電極を順次切り替えることを特徴とする請求項1記載の静電容量式近接センサ装置。
The switching means is
In detecting the position of the detected object in the X-axis direction, at least one pair of the X-axis electrodes arranged opposite to each other among the plurality of X-axis electrodes is connected to the detection circuit as a detection electrode pair, 2. The capacitive proximity sensor device according to claim 1, wherein the electrodes to be the detection electrode pair are sequentially switched.
前記切替え手段は、
前記Y軸方向の被検出体位置の検出において、前記複数のY軸電極のうち、対向配置された少なくとも一対の前記Y軸電極を検出電極対として前記検出回路に接続し、前記Y軸電極内で検出電極対となる電極を順次切替えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電容量式近接センサ装置。
The switching means is
In detecting the position of the detection target in the Y-axis direction, at least a pair of the Y-axis electrodes arranged opposite to each other among the plurality of Y-axis electrodes is connected to the detection circuit as a detection electrode pair, The capacitive proximity sensor device according to claim 1 or 2, wherein the electrodes to be the detection electrode pairs are sequentially switched.
前記切替え手段は、
Z軸方向の被検出体位置の検出において、少なくとも1つの前記X軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンと、少なくとも1つの前記Y軸電極を検出電極として前記検出回路に接続する電極切替えパターンとを切替えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
The switching means is
In detecting the position of the detected object in the Z-axis direction, an electrode switching pattern for connecting to the detection circuit using at least one X-axis electrode as a detection electrode, and connecting to the detection circuit using at least one Y-axis electrode as a detection electrode The capacitive proximity sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein an electrode switching pattern to be switched is switched.
前記切替え手段は、前記X軸電極のうち、対向配置された少なくとも2対のX軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、
前記演算手段は、前記少なくとも2つの検出電極対から出力された信号から少なくとも2つのX軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
The switching means connects at least two X-axis electrodes arranged opposite to each other among the X-axis electrodes as detection electrode pairs to a detection circuit,
5. The calculation unit according to claim 1, wherein the calculation unit calculates at least two detection object positions in the X-axis direction from signals output from the at least two detection electrode pairs. Capacitive proximity sensor device.
前記切替え手段は、前記Y軸電極のうち、対向配置された少なくとも2対のY軸電極を検出電極対としてそれぞれ検出回路に接続し、
前記演算手段は、前記少なくとも2つの検出電極対から出力された信号から少なくとも2つのY軸方向の被検出体位置を共に算出することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置。
The switching means connects at least two pairs of Y-axis electrodes arranged opposite to each other among the Y-axis electrodes as detection electrode pairs to a detection circuit,
6. The calculation unit according to claim 1, wherein the calculation unit calculates at least two detected object positions in the Y-axis direction from signals output from the at least two detection electrode pairs. Capacitive proximity sensor device.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置を備えたことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the capacitive proximity sensor device according to any one of claims 1 to 6. タッチパネルと、請求項1から請求項6のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置とを具備し、前記X軸電極は、前記タッチパネルを挟んで前記Y軸方向において対向して配列すると共に、前記Y軸電極が前記タッチパネルを挟んで前記X軸方向において対向して配列したことを特徴とする入力装置。   A touch panel and the capacitive proximity sensor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the X-axis electrodes are arranged to face each other in the Y-axis direction with the touch panel interposed therebetween. The input device is characterized in that the Y-axis electrodes are arranged to face each other in the X-axis direction with the touch panel interposed therebetween. 検出領域を挟んでそれぞれX軸方向に沿って対向して配列された複数のX軸電極と、前記検出領域を挟んでそれぞれY軸方向に沿って対向して配列された複数のY軸電極と、を含む電極群と、
前記電極群のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記電極群のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び検出基準面に垂直なZ軸方向の被検出体位置を演算する演算手段と、を具備する静電容量式近接センサ装置の電極駆動方法であって、
前記X軸電極のうち、対向配置された少なくとも1対のX軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記X軸方向の一方端から他方端側に向けて前記X軸電極間で順次切替えてX軸方向の被検出体位置を検出してから、
前記Y軸電極のうち、対向配置された少なくとも1対のY軸電極を検出電極対として切替え、検出電極対となる電極を前記Y軸方向の一方端から他方端側に向けて前記Y軸電極間で順次切替えてY軸方向の被検出体位置を検出することを特徴とする電極駆動方法。
A plurality of X-axis electrodes arranged opposite to each other along the X-axis direction across the detection region; and a plurality of Y-axis electrodes arranged opposite to each other along the Y-axis direction across the detection region; An electrode group comprising:
A drive circuit for outputting a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode in the electrode group;
A detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode in the electrode group;
A capacitive proximity unit comprising: a calculation means for calculating a position of the detected body in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the detection reference plane from the detection result of the detection circuit; An electrode driving method of a sensor device,
Among the X-axis electrodes, at least one pair of X-axis electrodes arranged opposite to each other is switched as a detection electrode pair, and the electrode serving as the detection electrode pair is directed from one end to the other end side in the X-axis direction. After detecting the position of the detected object in the X-axis direction by sequentially switching between
Among the Y-axis electrodes, at least one pair of opposing Y-axis electrodes is switched as a detection electrode pair, and the electrode serving as the detection electrode pair is directed from one end to the other end side in the Y-axis direction. An electrode driving method characterized by detecting the position of the detected object in the Y-axis direction by sequentially switching between them.
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