JP2013072752A - 静電容量型センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マトリックス状の静電容量計測対象において、高精度に静電容量を計測することができる静電容量型センサ装置を提供する。
【解決手段】静電容量計測部５０は、電源２０により第一電極１１ａ〜１１ｈに電圧が印加された場合に、電気的接続された第二電極１２ａ〜１２ｈから出力される電気信号を取得する出力信号取得部５１と、マトリックス状の静電容量計測対象のうち選択された計測位置(n,m)、第一電極１１ａ〜１１ｈのうち電源２０と計測位置(n,m)との間の第一配線抵抗、および、第二電極１２ａ〜１２ｈのうち計測位置(n,m)と充電電流取得部５１との間の第二配線抵抗に基づいて、充電電流取得部５１により取得された電気信号を補正して、静電容量C_(n,m)を計測する補正部５２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数行の第一電極と複数列の第二電極とを対向して配置することによってマトリックス状の静電容量計測対象を形成し、マトリックス状の静電容量計測対象のうち選択された位置の静電容量を計測する静電容量型センサ装置に関するものである。

特公平６−５２２０６号公報（特許文献１）には、電極間の静電容量を計測する装置が記載されている。当該装置は、外力の付与によって誘電層が弾性変形することにより電極間の距離が変化する静電容量型センサを対象とし、電極間の静電容量を計測することで付与された外力の分布を計測する。静電容量型センサは、複数行の第一電極と複数列の第二電極とを対向して配置することによってマトリックス状に静電容量計測対象を配置し、静電容量計測対象のうち選択された位置の静電容量を計測している。

また、特開２００２−３１８１６４号公報（特許文献２）および特開平９−７９９３１号公報（特許文献３）には、静電容量型センサ装置ではなく、外力によって電極間の電気抵抗が変化する感圧センサであって、出力信号を補正することが記載されている。

特公平６−５２２０６号公報 特開２００２−３１８１６４号公報 特開平９−７９９３１号公報

ここで、特許文献１のように電極間の静電容量を計測する場合において、第一電極に電圧を印加する電源回路と、第二電極から出力される電気信号を取得する回路との間において、電気抵抗Ｒと静電容量ＣとのいわゆるＲＣ回路が形成される。そして、出力側の回路において、当該ＲＣ回路に流れる電流を計測して、当該電流を用いて静電容量Ｃを計測することができる。

ＲＣ回路において、電気抵抗Ｒが変化すると、ＲＣ回路に流れる電流が変化する。そうすると、出力側の回路において、計測する電流が変化するため、計測される静電容量Ｃの値が、電気抵抗Ｒの変化の影響を受けてしまう。当該ＲＣ回路において、電気抵抗Ｒには、電極の配線抵抗が含まれる。

特許文献１のようなマトリックス状の静電容量計測対象によるそれぞれのＲＣ回路において、電極の長さが異なる。電極の配線抵抗は、電極の長さに応じて異なる。つまり、静電容量の計測位置によって、ＲＣ回路の出力側の回路によって計測される電流が変化する。そのため、高精度に静電容量を計測することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マトリックス状の静電容量計測対象において、高精度に静電容量を計測することができる静電容量型センサ装置を提供することを目的とする。

・本発明に係る静電容量型センサ装置は、帯状に形成され相互に平行に配置された複数行の第一電極と、帯状に形成され相互に平行に配置されると共に、複数行の前記第一電極との対向位置がマトリックス状となるように前記第一電極に対向して設けられた複数列の第二電極と、各行の前記第一電極と各列の前記第二電極との間に設けられた誘電層と、各行の前記第一電極に選択的に電圧を印加可能な電圧印加手段と、各列の前記第二電極に選択的に電気的接続され、マトリックス状の静電容量計測対象うち、電圧を印加された前記第一電極と電気的接続された前記第二電極との間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、を備える。

前記静電容量計測手段は、前記電圧印加手段により前記第一電極に電圧が印加された場合に、電気的接続された前記第二電極から出力される電気信号を取得する出力信号取得手段と、前記マトリックス状の静電容量計測対象のうち選択された計測位置、前記第一電極のうち前記電圧印加手段と前記計測位置との間の第一配線抵抗、および、前記第二電極のうち前記計測位置と前記出力信号取得手段との間の第二配線抵抗に基づいて、前記出力信号取得手段により取得された前記電気信号を補正して、前記静電容量を計測する補正手段とを備える。

本発明によれば、補正手段が、選択された計測位置と第一配線抵抗と第二配線抵抗とに基づいて、第二電極から出力される電気信号を補正し、補正された電気信号に基づいて選択された計測位置における静電容量を計測する。従って、それぞれの計測位置において第一配線抵抗および第二配線抵抗が異なっていたとしても、計測される静電容量に対して、配線抵抗の違いの影響を低減することができる。つまり、本発明によれば、電圧印加手段と静電容量計測手段との間に形成されるそれぞれのＲＣ回路における電気抵抗の違いの影響分を低減できる。この結果、どの計測位置であっても、静電容量を高精度に計測することができる。

・また、前記静電容量型センサ装置は、各前記第一電極および各前記第二電極の全長抵抗を計測する全長抵抗計測手段を備え、前記補正手段は、新たに計測された各前記全長抵抗に応じた前記第一配線抵抗および前記第二配線抵抗に基づいて、前記電気信号を補正するようにしてもよい。

ここで、電極の経年によって、配線抵抗が経年変化することがある。そうすると、初期状態における配線抵抗に基づいて補正して静電容量を計測したとしても、計測された静電容量は、配線抵抗の経年変化分の影響を受けた値となる。そこで、本発明によれば、全長抵抗計測手段により、現在における各第一電極および各第二電極の全長抵抗を計測することができる。そして、新しい全長抵抗に応じた配線抵抗に基づいて電気信号を補正している。従って、電極の配線抵抗が経年変化したとしても、高精度に静電容量を計測することができる。

・また、前記電圧印加手段は、選択された前記第一電極の両端に電圧を印加し、前記出力信号取得手段は、選択された前記第二電極の両端に電気的接続され、前記第二配線抵抗の前記第二電極の端部から出力される電気信号を取得するようにしてもよい。

ここで、第一配線抵抗は、第一電極において計測位置と端までの距離が短いほど小さい。従って、電圧印加手段を第一電極の両端に電気的接続することで、静電容量計測対象のうち最も小さな第一配線抵抗と最も大きな第一配線抵抗との差を小さくできる。また、第二配線抵抗は、第二電極において計測位置と端までの距離が短いほど小さい。従って、出力信号取得手段を第二電極の両端に電気的接続することで、静電容量計測対象のうち最も小さな第二配線抵抗と最も大きな第二配線抵抗との差を小さくできる。従って、補正手段による補正誤差を低減でき、高精度に静電容量を計測することができる。

・また、前記第一電極および前記第二電極は、エラストマーまたは樹脂に導電性フィラーを配合させて成形された電極としてもよい。このような電極は、例えば、柔軟性（可撓性）を求められる場合に適用されることがある。つまり、電極と誘電層とにより形成される静電容量型センサが変形を許容する場合に、このような電極が適用されることがある。そして、この電極の配線抵抗は、銅配線や銀配線に比べると非常に高い。そのため、計測位置が異なることで、電極の配線抵抗が大きく異なる。そうすると、出力される電気信号は、配線抵抗の影響を大きく受ける。しかし、このような電極を適用したとしても、本発明によれば、その影響を低減できるため、高精度に静電容量を計測することができる。

本実施形態の静電容量型センサ装置の構成の概要を示す図である。図１において静電容量型センサは、断面図を示す。 第一実施形態の静電容量型センサ装置の詳細構成を示す図である。図２において、静電容量型センサは平面図を示す。 静電容量型センサの等価回路を示す。 第一電極において、第一配線抵抗のうち計測位置(n,m)より一端側の配線抵抗と、他端側の配線抵抗との関係について示す図である。 各計測位置(n,m)における配線抵抗の合計値を示す。 静電容量型センサの等価回路を模式的に表した図である。 変形態様における静電容量型センサの等価回路を示す。 第二実施形態の静電容量型センサ装置の詳細構成を示す図である。 第一電極の全長抵抗について示す図である。 静電容量計測処理を示すフローチャートである。

＜第一実施形態＞
（１）静電容量型センサ装置の構成の概要
本実施形態の静電容量型センサ装置の構成の概要について図１を参照して説明する。静電容量型センサ装置は、シート状（面状）に形成された静電容量型センサ１０を備えており、当該静電容量型センサ１０における電極間の静電容量を計測する。ここで、静電容量型センサ１０は、外力が付与された位置および大きさを検出する感圧センサに適用することもでき、例えば人間の指などの導電体が接触または接近した位置を検出するタッチパネルに適用することもできる。

図１には、前者の静電容量型センサ１０について図示している。つまり、静電容量型センサ１０の表面に押し付ける外力Ｆが付与された場合に、静電容量型センサ１０の変形に伴って静電容量が変化する。そして、静電容量の位置および大きさを検出することで、外力Ｆが付与された位置および大きさを検出できる。また、タッチパネルとして適用する場合には、静電容量型センサ１０は変形の可否は問わない。

図１に示すように、静電容量型センサ装置は、静電容量型センサ１０と、交流電源（パルス電圧発生回路）２０と、入力側切換回路３１と、出力側切換回路４１と、静電容量計測部５０とを備える。静電容量型センサ１０は、シート状に形成されており、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この静電容量型センサ１０は、平面形状のみならず、曲面形状とすることもできる。ただし、以下において、図１を参照して、平面形状の静電容量型センサ１０を例に挙げて説明する。なお、上述したように、静電容量型センサ１０をタッチパネルとして適用する場合には、可撓性および伸縮性は必ずしも必要ではない。

静電容量型センサ１０は、面法線方向（図１の上下方向）に距離を隔てて対向して設けられた第一電極１１および第二電極１２と、電極１１，１２間に設けられた弾性変形可能な誘電層１３と、第二電極１２側の表面および第一電極１１側の裏面を被覆するように設けられた絶縁層１４，１５とを備える。ただし、静電容量型センサ１０は、図２に示すように、帯状に形成され相互に平行に配置された複数行の第一電極１１と、帯状に形成され相互に平行に配置された複数列の第二電極１２とを備えている。そして、複数行の第一電極１１と複数列の第二電極１２との対向位置がマトリックス状となるように配置されている。

ここで、各行の第一電極１１と各列の第二電極１２は、同一材質により形成されている。具体的には、第一，第二電極１１，１２は、エラストマーまたは樹脂中に導電性フィラーを配合させることにより成形している。そして、第一，第二電極１１，１２は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有するようにしている。

第一，第二電極１１，１２を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、第一，第二電極１１，１２に配合される導電性フィラーは、導電性を有する粒子であればよく、例えば、炭素材料や金属等の微粒子を適用できる。また、第一，第二電極１１，１２を構成する樹脂には、例えば、ポリエステル樹脂、変性ポリエステル樹脂、ポリエーテルウレタン樹脂、ポリカーボネートウレタン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ニトロセルロース、変性セルロース類などが適用できる。

誘電層１３は、エラストマーまたは樹脂により成形され、第一，第二電極１１，１２と同様に、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この誘電層１３を構成するエラストマーには、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、誘電層１３を構成する樹脂には、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂（架橋発泡ポリスチレン樹脂を含む）、ポリ塩化ビニル−ポリ塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸共重合体などが適用できる。

この誘電層１３は、設定された厚みを有し、第一，第二電極１１，１２の外形状と同程度または大きく形成されている。絶縁層１４，１５は、第一，第二電極１１，１２と同様に、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この絶縁層１４，１５を構成するエラストマーまたは樹脂は、例えば、誘電層１３を構成するエラストマーまたは樹脂として記載した材料が適用される。

そして、静電容量型センサ１０が静電容量型センサ１０の面法線方向に圧縮する外力Ｆを受けた場合には、誘電層１３が当該面法線方向に圧縮変形することにより、外力Ｆが付与された部位に位置する第一，第二電極１１，１２間の離間距離が短くなる。この場合、当該第一，第二電極１１，１２間の静電容量は大きくなる。

交流電源２０は、交流電圧、ここではパルス電圧を発生し、静電容量型センサ１０の第一電極１１に対して印加する。入力側切換回路３１，３２は、複数のスイッチにより構成され、一端は交流電源２０に接続され、他端は各第一電極１１に接続されている。そして、入力側切換回路３１，３２は、交流電源２０に電気的接続させる第一電極１１を選択的に切り替える。出力側切換回路４１，４２は、複数のスイッチにより構成され、一端は各第二電極１２に接続され、他端は静電容量計測部５０に接続されている。そして、出力側切換回路４１，４２は、静電容量計測部５０に電気的接続させる第二電極１２を選択的に切り替える。

静電容量計測部５０は、マトリックス状の静電容量計測対象のうち、電圧を印加された第一電極１１と静電容量計測部５０に電気的接続された第二電極１２との間の静電容量を計測する。本実施形態においては、静電容量計測部５０は、第二電極１２に電気的接続されており、第二電極１２から出力される電気信号を取得し、当該電気信号に基づいて静電容量を計測する。特に、静電容量計測部５０は、計測対象の電極１１，１２間の充電電流を計測して、当該充電電流を変換することで当該電極１１，１２間の静電容量を計測する。

（２）静電容量型センサ装置の詳細構成
次に、静電容量型センサ装置の詳細構成について、図２を参照して説明する。図２において、静電容量型センサ１０は、平面図として示す。つまり、図２に示すように、静電容量型センサ１０において、複数行の第一電極１１ａ〜１１ｈは、帯状に形成されており、図２の左右方向に延びるように、かつ相互に平行に配置されている。ここで、第一電極１１ａ〜１１ｈは、第一行から第八行の順として、以下説明する。

また、複数列の第二電極１２ａ〜１２ｈは、第一電極１１と同形状の帯状に形成されており、図２の上下方向に延びるように、かつ相互に平行に配置されている。つまり、複数列の第二電極１２ａ〜１２ｈは、第一電極１１の延びる方向に対して直交な方向に延びるように配置されている。ここで、第二電極１２ａ〜１２ｈは、第一列から第八列の順として、以下説明する。

従って、複数行の第一電極１１ａ〜１１ｈと複数列の第二電極１２ａ〜１２ｈとが図２の紙面垂直方向に対向する位置は、マトリックス状に位置している。ここでは、８×８のマトリックス状の静電容量計測対象となる。また、各行の第一電極１１ａ〜１１ｈと各列の第二電極１２ａ〜１２ｈとの間には、誘電層１３が設けられている。

第一入力側切換回路３１の一端が交流電源２０に接続され、他端が各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの一端（図２の左端）に接続されている。一方、第二入力側切換回路３２の一端は、交流電源２０に接続され、他端は、各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの他端（図２の右端）に接続されている。そして、第一，第二入力側切換回路３１，３２は、各スイッチ３１ａ〜３１ｈ、３２ａ〜３２ｈを備えており、各静電容量計測対象に応じて予め設定された第一電極１１ａ〜１１ｈの１つを閉成（ＯＮ）し、残りは開成（ＯＦＦ）する。図２においては、ハッチングを付した静電容量計測対象（第一行、第一列）の場合には、第一行の第一電極１１ａに接続されているスイッチ３１ａが閉成し、残りは開成している。つまり、交流電源２０は、各静電容量計測対象に応じて予め設定された各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの選択されたどれかの一端に接続される。従って、交流電源２０は、選択された第一電極１１の一端に交流電圧を印加する。

第一出力側切換回路４１の一端が静電容量計測部５０に接続され、他端が各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの一端（図２の上端）に接続されている。一方、第二出力側切換回路４２の一端は、静電容量計測部５０に接続され、他端は、各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの他端（図２の下端）に接続されている。そして、第一，第二出力側切換回路４１，４２は、各スイッチ４１ａ〜４１ｈ、４２ａ〜４２ｈを備えており、各静電容量計測対象に応じて予め設定された第二電極１２ａ〜１２ｈの１つを閉成（ＯＮ）し、残りは開成（ＯＦＦ）する。図２においては、ハッチングを付した静電容量計測対象（第一行、第一列）の場合には、第一列の第二電極１２ａに接続されているスイッチ４１ａが閉成し、残りは開成している。

つまり、静電容量計測部５０は、各静電容量計測対象に応じて予め設定された各列の第二電極１２ａ〜１２ｈのうち選択されたどれかの一端に接続される。従って、静電容量計測部５０は、交流電源２０と静電容量計測部５０との間において、選択された計測回路の第二電極１２の端部から出力される電気信号を取得する。そして、静電容量計測部５０は、閉成されたスイッチ３１ａ〜３１ｈ，３２ａ〜３２ｈのうち１つに接続された第一電極１１ａ〜１１ｈのどれかと、閉成されたスイッチ４１〜４１ｈ，４２ａ〜４２ｈのうち１つに接続された第二電極１２ａ〜１２ｈのどれかとの間の静電容量を計測する。

本実施形態においては、静電容量対象が第一列〜第四列の第二電極１２ａ〜１２ｄの場合には、第一入力側切換回路３１の各スイッチ３１ａ〜３１ｈのうち１つが閉成されるように設定している。静電容量対象が第五列〜第八列の第二電極１２ｅ〜１２ｈの場合には、第二入力側切換回路３２の各スイッチ３２ａ〜３２ｈのうち１つが閉成されるように設定している。また、静電容量対象が第一行〜第四行の第一電極１１ａ〜１１ｄの場合には、第一出力側切換回路４１の各スイッチ４１ａ〜４１ｈのうち１つが閉成されるように設定している。静電容量対象が第五行〜第八行の第一電極１１ｅ〜１１ｈの場合には、第二出力側切換回路４２の各スイッチ４２ａ〜４２ｈのうち１つが閉成されるように設定している。

ここで、静電容量計測部５０は、充電電流取得部５１と、補正部５２とを備える。充電電流取得部５１は、交流電源２０により第一電極１１ａ〜１１ｈのどれかに交流電圧を印加された場合に、第二電極１２ａ〜１２ｈのどれかから出力される電気信号を取得する。この電気信号は、マトリックス状の静電容量計測対象のうち選択された計測位置の静電容量に充電される電流に対応している。補正部５２は、充電電流取得部５１により取得された充電電流を補正して、計測位置の静電容量を計測する。この補正部５２による処理は、後述する。

（３）静電容量型センサの等価回路
次に、静電容量型センサ１０は、図３に示す等価回路として表される。ここで、静電容量C_(n,m)は、ｎ行の第一電極１１とｍ列の第二電極１２とが対向する領域の静電容量を意味し、Ra_nは、ｎ行の第一電極１１の全長の配線抵抗を意味し、Rb_mは、ｍ列の第二電極１２の全長の配線抵抗を意味する。

ここで、交流電源２０は、各行の第一電極１１の一方の端部に接続されるため、静電容量C_(n,m)と交流電源２０との間は、第一電極１１による配線抵抗（以下、「第一配線抵抗」と称する）が介在する。この第一配線抵抗は、第一電極１１の一端側の配線抵抗m/9*Ra_n、または、第一電極１１の他端側の配線抵抗(9-m)/9*Ra_nとして表される。以下、上記の第一電極１１の一端側の配線抵抗を「一端第一抵抗」と称し、上記の第一電極１１の他端側の配線抵抗を「他端第一抵抗」と称する。

また、静電容量計測部５０は、各列の第二電極１２の一方の端部に接続されるため、静電容量C_(n,m)と静電容量計測部５０との間は、第二電極１２による配線抵抗（以下、「第二配線抵抗」と称する）が介在する。この第二配線抵抗は、第二電極１２の一端側の配線抵抗n/9*Rb_m、または、第二電極１２の他端側の配線抵抗(9-n)/9*Rb_mとして表される。以下、上記の第二電極１２の一端側の配線抵抗を「一端第二抵抗」と称し、上記の第二電極１２の他端側の配線抵抗を「他端第二抵抗」と称する。

「一端第一抵抗」と「一端第二抵抗」の関係について、図４を参照して、第一行の第一電極１１ａを例に挙げて詳細に説明する。図４は、第一行の第一電極１１ａの等価回路を示す。すなわち、各静電容量の計測位置(n,m)の間に、配線抵抗としての電気抵抗が介在する。さらに、第一入力側切換回路３１のスイッチ３１ａと静電容量の計測位置(1,1)との間にも、配線抵抗としての電気抵抗が介在する。また、第二入力側切換回路３２のスイッチ３２ａと静電容量の計測位置(1,8)との間にも、配線抵抗としての電気抵抗が介在する。

そして、例えば、交流電源２０と静電容量の計測位置(1,3)との間の配線抵抗について検討する。第一入力側切換回路３１側の「一端第一抵抗」は、図４の左側の二点鎖線の枠で囲まれた部分の配線抵抗となる。つまり、一端第一抵抗は、3/9*Rb_1となる。一方、第二入力側切換回路３２側の「他端第一抵抗」は、図４の右側の一点鎖線の枠で囲まれた部分の配線抵抗となる。つまり、他端第一抵抗は、6/9*Rb_1となる。従って、この場合の一端第一抵抗3/9*Rb_1は、他端第一抵抗6/9*Rb_1より小さい。

そして、静電容量計測部５０の充電電流取得部５１は、静電容量C_(n,m)の充電電流に相当する電気信号を取得する。さらに、各計測位置(n,m)において、一端第一抵抗と他端第一抵抗、および一端第二抵抗と他端第二抵抗のうちそれぞれ抵抗が小さくなる方が選択されるように、入力側切換回路３１、３２および出力側切換回路４１、４２が切り替えられる。つまり、充電電流取得部５１は、一端第一抵抗m/9*Ra_nと他端第一抵抗(9-m)/9*Ra_nのうち電気抵抗の小さい方と、一端第二抵抗n/9*Rb_mと他端第一抵抗(9-n)/9*Rb_mのうち電気抵抗の小さい方とを繋ぐ電気回路に流れる充電電流を取得するように設定されている。例えば、図４に示すように、静電容量の計測位置(1,3)の場合には、第一電極１１ａにおいては、一端第一抵抗3/9*Rb_1の影響を受けることになる。そうすると、それぞれの静電容量C_(n,m)の計測位置(n,m)における第一電極１１の配線抵抗と第二電極１２の配線抵抗の合計値は図５に示すようになる。

図５において、最左欄は入力側切換回路３１，３２において閉成されるスイッチを示し、最上段は出力側切換回路４１，４２において閉成されるスイッチを示す。例えば、静電容量の計測位置(1,3)の場合には、スイッチ３１ａおよびスイッチ４１ｃが閉成されることになり、交流電源２０と静電容量計測部５０との間において、第一電極１１および第二電極１２による配線抵抗の合計値は、3/9*Ra_1+1/9*Rb_3となる。

ここで、各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの全長の配線抵抗Ra_1〜Ra_8が同一であって、各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの全長の配線抵抗Rb_1〜Rb_8が同一であるとする。そうすると、例えば、静電容量の計測位置(1，1)、(8,1)、(1,8)、(8,8)は、同一値となる。つまり、図５において、Ａ〜Ｄの破線で囲む４つの領域に分けた場合に、各領域の配線抵抗は対応する位置と同一値となる。

そして、補正部５２が、充電電流取得部５１により取得された充電電流から静電容量に変換する際に、静電容量の計測位置(n,m)における配線抵抗の合計値（第一電極１１と第二電極１２の配線抵抗の合計値）に基づいて補正する。具体的には、補正部５２は、各計測位置(n,m)における配線抵抗の合計値に応じた補正係数を記憶しておき、充電電流に対応する値に当該補正係数を乗算することにより、計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)を計測する。

（４）充電電流取得部による計測
充電電流取得部５１により計測される充電電流は、配線抵抗の影響を受けた値となる。そのため、各電気回路における配線抵抗のばらつきによって、充電電流を用いて計測された静電容量C_(n,m)は、誤差を生じてしまう。以下に、配線抵抗と充電電流との関係について図６を参照して説明する。

図６に示すように、模式的に、交流電源２０と充電電流取得部５１との間は、静電容量Ｃと電気抵抗ＲとによりＲＣ回路を構成されるものとする。この電気回路において、静電容量Ｃの電荷ｑは、式（１）のように表される。

このとき、静電容量Ｃに流れる充電電流ｉは、式（２）のように表される。ここで、式（２）の第一行に式（１）を代入して展開すると第二行のようになり、さらに、式（２）の第二行を整理すると第三行のようになる。

ここで、図５の領域Ａ〜Ｄのそれぞれにおいて、配線抵抗の合計値R_(A)、R_(B)、R_(C)、R_(D)は、それぞれ式（３）〜式（６）のように表される。つまり、配線抵抗の合計値は、静電容量の計測位置(n,m)によって異なる。

例えば、静電容量の計測位置(1,1)と(4,4)のそれぞれにおいて、充電電流ｉは、式（７）（８）に表されるようになる。

式（７）（８）から明らかなように、静電容量C_(1,1)とC_(4,4)が同一であったとしても、充電電流取得部５１が取得する充電電流i_(1,1)とi_(4,4)は、異なる値となってしまう。充電電流i_(1,1)は、i_(4,4)より大きな値となる。このように、充電電流ｉは、配線抵抗Ｒの影響を大きく受けてしまう。特に、配線抵抗のばらつきが大きければ大きいほど、計測される充電電流ｉに与える影響が大きくなる。そして、本実施形態における第一電極１１および第二電極１２は、エラストマーまたは樹脂に導電性フィラーを配合することにより成形している。この種の電極の配線抵抗は、例えば、銅電極や銀電極などに比べると、はるかに大きい。そのため、本実施形態においては、充電電流ｉに与える影響が大きい。

そこで、補正部５２において、各計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)が同一であるとした場合に、充電電流i_(n,m)が同一となるように、計測位置(n,m)毎に補正係数を設定しておく。そして、充電電流取得部５１により取得された充電電流i_(n,m)に対して、当該計測位置(n,m)に対応する補正係数を乗算する。補正部５２により補正された値は、配線抵抗のばらつきの影響を受けていない状態にすることができる。そして、補正部５２は、補正された充電電流ｉに基づいて、選択された計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)を計測する。

つまり、本実施形態によれば、補正部５２が、選択された計測位置(n,m)と第一電極１１の第一配線抵抗と第二電極１２の第二配線抵抗とに基づいて、第二電極１２から出力される充電電流ｉを補正し、補正された充電電流ｉに基づいて選択された計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)を計測する。従って、それぞれの計測位置(n,m)において第一電極１１の第一配線抵抗および第二電極１２の第二配線抵抗が異なっていたとしても、計測される静電容量C_(n,m)に対して、配線抵抗の違いの影響を低減することができる。つまり、本実施形態によれば、交流電源２０と静電容量計測部５０との間に形成されるそれぞれのＲＣ回路における電気抵抗の違いの影響分を低減できる。この結果、どの計測位置(n,m)であっても、静電容量C_(n,m)を高精度に計測することができる。

＜第一実施形態の変形態様＞
なお、上記実施形態では、図５に示すような４つの領域Ａ〜Ｄに分けられるように、領域ごとに入力側切換回路３１，３２および出力側切換回路４１，４２を切り替える構成とした。つまり、選択された計測位置(n,m)を含む第一電極１１および第二電極１２に対して入力側切換回路３１,３２のうち予め設定されたいずれか一方、および、出力側切換回路４１，４２のうち予め設定されたいずれか一方が接続される構成とした。この他に、選択された計測位置(n,m)を含む第一電極１１および第二電極１２に対して入力側切換回路３１,３２の両方、および、出力側切換回路４１，４２の両方を接続するようにしてもよい。

この場合の等価回路は、図７に示すようになる。図７に示すように、選択された計測位置(n,m)を含む第一電極１１の両端に電圧が印加され、選択された計測位置(n,m)を含む第二電極１２の両端から電気信号を取得する構成となる。つまり、交流電源２０は、各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの両端に接続されるため、静電容量C_(n,m)と交流電源２０との間は、第一配線抵抗として、第一電極１１の一端側の配線抵抗m/9*Ra_nと、第一電極１１の他端側の配線抵抗(9-m)/9*Ra_nとの並列回路からなる合成抵抗が介在する。また、静電容量計測部５０は、各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの両端に接続されるため、静電容量C_(n,m)と静電容量計測部５０との間は、第二配線抵抗として、第二電極１２の一端側の配線抵抗n/9*Rb_mと、第二電極１２の他端側の配線抵抗(9-n)/9*Rb_mとの並列回路からなる合成抵抗が介在する。従って、選択された計測位置(n,m)の配線抵抗の合計値R_(n,m)は、式（９）のように表される。

また、選択された計測位置(n,m)の充電電流i_(n,m)は、式（１０）のように表される。

このように、選択された計測位置(n,m)を含む第一電極１１の両端に電圧が印加され、選択された計測位置(n,m)を含む第二電極１２の両端から電気信号を取得する構成であっても、第一実施形態と同様の補正部５２の補正処理により、交流電源２０と静電容量計測部５０との間に形成されるそれぞれのＲＣ回路における電気抵抗の違いの影響分を低減でき、どの計測位置(n,m)であっても、静電容量C_(n,m)を高精度に計測することができる。

＜第二実施形態＞
（５）静電容量型センサ装置の詳細構成
次に、第二実施形態の静電容量型センサ装置の構成について、図８を参照して説明する。ここで、第二実施形態の静電容量型センサ装置において、第一実施形態の静電容量型センサ装置と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。ここで、本実施形態の静電容量型センサ装置は、第一実施形態に対して、入力側切換回路３６，３７および出力側切換回路４６，４７が相違すると共に、新たに第一、第二直流電圧印加回路６１，７１および第一、第二全長抵抗計測回路６２，７２を追加する。

ここで、第一実施形態において、第一，第二電極１１，１２の配線抵抗のばらつきが、計測する静電容量に影響を与えることを記載した。そして、第一，第二電極１１，１２は、外力の付与によって変形するため、経年によって、配線抵抗が変化するおそれがある。つまり、経年変化する配線抵抗により、計測される静電容量に影響を与えるおそれがある。そこで、本実施形態においては、現在の第一，第二電極１１，１２の配線抵抗を実際に計測し、計測した配線抵抗を用いて静電容量を計測することとした。以下、第一実施形態との相違点について説明する。

第一入力側切換回路３６は、各行の第一電極１１の一端（図８の左端）と交流電源２０とを接続する状態、各行の第一電極１１の一端と第一直流電圧印加回路６１とを接続する状態、および、各行の第一電極１１の一端をどこにも接続していない状態に切り換えるスイッチ３６ａ〜３６ｈを備える。第一直流電圧印加回路６１は、接続されている第一電極１１に直流電圧を印加する回路である。

また、第二入力側切換回路３７は、各行の第一電極１１の他端（図８の右端）と交流電源２０とを接続する状態、各行の第一電極１１の他端と第一全長抵抗計測回路６２とを接続する状態、および、各行の第一電極１１の他端をどこにも接続していない状態に切り換えるスイッチ３７ａ〜３７ｈを備える。第一全長抵抗計測回路６２は、第一直流電圧印加回路６１により直流電圧が印加されている第一電極１１の他端から出力される電流に基づいて、当該第一電極１１の全長抵抗を計測する。

第一出力側切換回路４６は、各列の第二電極１２の一端（図８の上端）と静電容量計測部５０とを接続する状態、各列の第二電極１２の一端と第二直流電圧印加回路７１とを接続する状態、および、各列の第二電極１２の一端をどこにも接続していない状態に切り換えるスイッチ４６ａ〜４６ｈを備える。第二直流電圧印加回路７１は、接続されている第二電極１２に直流電圧を印加する回路である。

また、第二出力側切換回路４７は、各列の第二電極１２の他端（図８の下端）と静電容量計測部５０とを接続する状態、各列の第二電極１２の他端と第二全長抵抗計測回路７２とを接続する状態、および、各列の第二電極１２の他端をどこにも接続していない状態に切り換えるスイッチ４７ａ〜４７ｈを備える。第二全長抵抗計測回路７２は、第二直流電圧印加回路７１により直流電圧が印加されている第二電極１２の他端から出力される電流に基づいて、当該第二電極１２の全長抵抗を計測する。

ここで、第一行の第一電極１１ａの全長抵抗と、各計測位置(n,m)における配線抵抗との関係について、図９を参照して説明する。図９に示すように、第一電極１１ａの電気抵抗は、各計測位置(n,m)間に９個の電気抵抗が直列接続された回路となる。そして、第一直流電圧印加回路６１が第一電極１１ａの一端に接続され、第一全長抵抗計測回路６２が第一電極１１ａの他端に接続されている。第一直流電圧印加回路６１により第一電極１１ａに対して直流電圧を印加するときに、第一全長抵抗計測回路６２により計測される電気抵抗は、第一電極１１ａの全長の配線抵抗となる。

図８に戻り説明する。補正部５２は、充電電流取得部５１により計測された充電電流ｉに対して、各計測位置(n,m)に応じた補正に加えて、第一，第二全長抵抗計測回路６２，７２により計測された現在の第一，第二電極１１，１２の全長抵抗に応じて補正する。そして、補正部５２は、各計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)を算出する。つまり、補正部５２により算出された各計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)は、第一，第二電極１１，１２の経年変化によるばらつきを低減した値となる。

（６）静電容量計測処理
次に、本実施形態において、静電容量の計測処理について、図１０を参照して説明する。図１０に示すように、第一直流電圧印加回路６１および第一全長抵抗計測回路６２を用いて、各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの全長抵抗Ra_nを計測する（Ｓ１）。このとき、第一，第二入力側切換回路３６ａ〜３６ｈ，３７ａ〜３７ｈを、順次切り替えながら行う。続いて、第二直流電圧印加回路７１および第二全長抵抗計測回路７２を用いて、各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの全長抵抗Rb_nを計測する（Ｓ２）。このとき、第一，第二出力側切換回路４６ａ〜４６ｈ，４７ａ〜４７ｈを、順次切り替えながら行う。

続いて、第一，第二入力側切換回路３６，３７を交流電源２０側に順次切り替え、かつ、第一，第二出力側切換回路４６，４７を静電容量計測部５０側に順次切り替えて、充電電流取得部５１によって各計測位置(n,m)における充電電流ｉを計測する（Ｓ３）。続いて、補正部５２にて、充電電流取得部５１により計測された充電電流ｉ、第一実施形態にて説明した各計測位置(n,m)に応じた補正係数、および、現在の第一，第二電極１１，１２の全長抵抗Ra_n,Rb_mに基づいて補正して、各計測位置(n,m)における静電容量C_(n,m)を算出する（Ｓ４）。

ここで、第一実施形態において図５を参照して説明したように、各計測位置(n,m)における配線抵抗の合計値は、各行の第一電極１１ａ〜１１ｈの全長抵抗Ra_n、および、各列の第二電極１２ａ〜１２ｈの全長抵抗Rb_mを用いて表される。そこで、第一，第二全長抵抗計測回路６２，７２により計測される各全長抵抗を用いて補正係数を補正することができる。その結果、第一，第二電極１１，１２の経年によって、配線抵抗が経年変化した場合であっても、高精度に静電容量を計測することができる。

なお、図１０に示す静電容量計測処理においては、静電容量を計測する度毎に第一，第二電極１１，１２の全長抵抗を計測しているが、その回数を低減してもよい。例えば、ある一定期間が経過した場合に、第一，第二電極１１，１２の全長抵抗を計測するようにしてもよい。この場合、新たな全長抵抗が計測されるまでの間は、以前に計測した全長抵抗を用いて補正すればよい。また、第一，第二電極１１，１２の全長抵抗の初期値を予め記憶しておき、計測される各全長抵抗をこの初期値に基づいて補正を行い、補正後の全長抵抗を用いるようにしてもよい。

１０：静電容量型センサ、 １１：第一電極、 １２：第二電極、 １３：誘電層、 １４，１５：絶縁層、 ２０：交流電源、 ３１，３２，３６，３７：入力側切換回路、 ４１，４２，４６，４７：出力側切換回路、 ５０：静電容量計測部、 ５１：充電電流取得部、 ５２：補正部、 ６１，７１：直流電圧印加回路、 ６２，７２：全長抵抗計測回路

Claims (4)

1. 帯状に形成され相互に平行に配置された複数行の第一電極と、
   帯状に形成され相互に平行に配置されると共に、複数行の前記第一電極との対向位置がマトリックス状となるように前記第一電極に対向して設けられた複数列の第二電極と、
   各行の前記第一電極と各列の前記第二電極との間に設けられた誘電層と、
   各行の前記第一電極に選択的に電圧を印加可能な電圧印加手段と、
   各列の前記第二電極に選択的に電気的接続され、マトリックス状の静電容量計測対象うち、電圧を印加された前記第一電極と電気的接続された前記第二電極との間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、
   を備え、
   前記静電容量計測手段は、
   前記電圧印加手段により前記第一電極に電圧が印加された場合に、電気的接続された前記第二電極から出力される電気信号を取得する出力信号取得手段と、
   前記マトリックス状の静電容量計測対象のうち選択された計測位置、前記第一電極のうち前記電圧印加手段と前記計測位置との間の第一配線抵抗、および、前記第二電極のうち前記計測位置と前記出力信号取得手段との間の第二配線抵抗に基づいて、前記出力信号取得手段により取得された前記電気信号を補正して、前記静電容量を計測する補正手段と、
   を備える静電容量型センサ装置。
2. 請求項１において、
   前記静電容量型センサ装置は、各前記第一電極および各前記第二電極の全長抵抗を計測する全長抵抗計測手段を備え、
   前記補正手段は、新たに計測された各前記全長抵抗に応じた前記第一配線抵抗および前記第二配線抵抗に基づいて、前記電気信号を補正する静電容量型センサ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記電圧印加手段は、選択された前記第一電極の両端に電圧を印加し、
   前記出力信号取得手段は、選択された前記第二電極の両端に電気的接続され、前記第二配線抵抗の前記第二電極の端部から出力される電気信号を取得する静電容量型センサ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項において、
   前記第一電極および前記第二電極は、エラストマーまたは樹脂に導電性フィラーを配合させて成形された電極である静電容量型センサ装置。
   

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