JP2508684Y2 - 静電センサ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、高周波の発振信号を利用して被検出体の微
小静電容量の変化を検出する静電センサ装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来からごく一般的に用いられている静電センサ装置
は、発振回路のタンク回路に用いられている静電容量を
外部静電容量の変化として発振周波数を変化させるもの
であるが、感度が低く、このため、近年においてはより
感度の高いRCA方式（発振回路の発振周波数からわずか
にずれた共振周波数をもった共振回路のコンデンサ容量
を変化させAM変調波を得る方式）の装置が使用されるよ
うになってきている。このRCA方式の静電センサ装置
は、第３図に示すように、発振回路部１と、共振回路２
と、被検出体との静電容量変化を検出する検出部３と、
検波部４と、増幅回路５とからなる。前記発振回路部１
と共振回路２はそれぞれ共振器を含み、例えば、第４図
に示すように、発振回路部１の固定発振周波数f₁に対し
て共振回路２の共振周波数f₀をわずかにずれた位置に設
定しておき、検出部３によって検出される微小静電容量
の変化ΔＣに対応させて共振周波数をf₀からΔｆだけ偏
倚させ、前記静電容量の変化ΔＣを出力電圧ΔＶの変化
として共振回路２から出力させ、これを検波部４と増幅
回路５で検波増幅して取り出すものである。

近年においては、装置の小型化および高感度化を図る
ために、発振回路部１の共振器と共振回路２の共振器と
を共に誘電体共振器を用いて構成する方式が例えば特開
昭58−85948号公報において知られているが、通常、こ
の種の誘電体共振器は他の回路素子とともにプリント基
板上に形成される。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、プリント基板上にこの誘電体共振器と
それ以外の他の回路素子とを混在させて配置すると、発
振回路部１の発振周波数を例えば１〜３GH_zの超高周波
数で使用する場合、前記他の回路素子から発せられる電
界が誘電体共振器に作用し、この誘電体共振器と他の回
路間に、電磁界的および静電的に干渉が生じ、共振回路
２の共振周波数f₀が設定値から狂ってしまうという不都
合が生じる。また、発振回路部１の誘電体共振器と共振
回路２の誘電体共振器とが、静電的、電界的に干渉する
と、共振回路２の共振周波数がこの電界干渉の変動を受
けて変動し、微小静電容量を高精度に検出することがで
きなくなってしまうといった問題も生じた。さらに、誘
電体共振器の近傍領域に何らかの導体部材が存在する
と、この導体部材と誘電体共振器との間に浮遊分布容量
をもつが、前記導体部材との距離、導体部材の大きさ等
に応じて浮遊分布容量の大きさも異なり、この浮遊分布
容量の変動に起因して共振回路２の共振周波数f₀が様々
に変化してしまうという不都合がある。従来において
は、前記のように共振周波数f₀が狂うため、装置組み立
て後に、誘電体共振器を削る等して共振周波数f₀を調整
するという面倒な作業を強いられるはめになっていた。

本考案は上記従来の課題を解決するためになされたも
のであり、その第１の目的は、発振回路部の誘電体共振
器と共振回路の誘電体共振器の相互の電界干渉を防止し
て微小静電容量の高精度の検出を可能とし、かつ、誘電
体共振器が他の回路素子と電界的および静電的に干渉を
起こすことがない静電センサ装置を提供することにあ
り、また、第２の目的は、さらに加えて近傍領域の導体
部材との浮遊分布容量の変化に起因して共振周波数が変
化することがない静電センサ装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。まず、第１の考案は、誘電体共振器を用いた
発振回路部と、被検出体との静電容量変化を検出する検
出部と、この検出部で検出される静電容量の微小変化で
同調点が変化する共振回路の誘電体共振器とを有する静
電センサ装置において、回路基板の一方側の面には導体
金属から成る高周波グランド面がほぼ全面に形成され、
この高周波グランド面上に前記発振回路部の誘電体共振
器の電界と共振回路の誘電体共振器の電界とが直角方向
になるようにこれらの誘電体共振器が互いに直角方向に
配設されるとともに、誘電体共振器を除いた回路部分は
前記高周波グランド面を境として誘電体共振器とは電磁
界的および静電的に遮断された位置に形成されているこ
とを特徴として構成されており、第２の考案はさらに前
記第１の考案に加えて前記誘電体共振器側には該誘電体
共振器を空間を介して囲むように覆うことにより該誘電
体共振器との浮遊分布容量を一定にするシールド部材が
設けられていることを特徴として構成されている。

〔作用〕

本考案において、発振回路部から超高周波数の信号を
出力すると、発振回路部および共振回路の誘電体共振器
以外の回路素子から電界が発生し、これらの回路素子と
誘電体共振器との間に電磁界的および静電的に干渉をお
よぼそうとする。ところが、本考案では、誘電体共振器
と他の回路素子とは高周波グランド面を境として電磁界
的および静電的に遮断されるので、前記他の回路素子か
ら発せられる電界等の影響を受けることがなく、共振回
路の共振周波数は設定値（設計値）から変化することは
ない。

また、誘電体共振器側にシールド部材を設けた構成に
あっては、このシールド部材と誘電体共振器との間には
一定の浮遊分布容量が発生し、前記シールド部材の周り
に導体部材が存在しても、この導体部材と誘電体共振器
間にはシールド部材に遮断されることで、浮遊分布容量
は生じない。つまり、導体部材の有無に関わらずシール
ド部材と誘電体共振器間の浮遊分布容量は常に一定とな
り、これにより共振回路の共振周波数は周りの導体部材
に影響されることなく安定した設計値通りの値を維持す
る。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。な
お、本実施例の説明において、従来例と同一の部分には
同一符号を付し、その重複説明を省略する。

第１図には第１の考案の一実施例の要部構成が示され
ている。同図において、両面基板からなるプリント基板
６の一方側の面には導体金属、本実施例では銅体箔によ
ってほぼ全面にわたり高周波グランド面７が形成されて
おり、この高周波グランド面７上に発振回路部１の誘電
体共振器８と、共振回路２の誘電体共振器９とが配設さ
れている。本実施例では前記誘電体共振器8,9はセラミ
ック共振器により構成されており、誘電体共振器８と同
９は電界干渉を起こさない態様で、本実施例では誘電体
共振器８の電界と誘電体共振器９の電界とが直角方向に
なるように向きを変えて互いに直角方向に配設されてい
る。

前記プリント基板６の他方側の面、つまり高周波グラ
ンド面７が形成されている面と反対側の面には発振回路
部１と、共振回路２と、検出部３と、検波部４と、増幅
回路５とを構成する回路10が形成されており、前記誘電
体共振器８の電極11と誘電体共振器９の電極12はプリン
ト基板６に設けた孔を通して裏側の回路10に接続されて
いる。

本第１の実施例においては、プリント基板６の高周波
グランド面７上に配設されている誘電体共振器8,9とプ
リント基板６の裏面側に形成されている回路10とは高周
波グランド面７によって電磁界的および静電的に遮断さ
れている。したがって、超高周波数の発振信号を用いて
被検出体との微小静電容量の変化を検出する場合、回路
10から発生する電界の大部分は高周波グランド面７側に
引き寄せられて消失し、誘電体共振器8,9に影響をおよ
ぼすことがない。また、この場合、回路10から飛び出す
電界の大部分は高周波グランド面７側に引き寄せられる
から、プリント基板６の表面側に飛び出す鎖線方向の電
界は非常に小さくなり、この回路側に飛び出す電界によ
り回路素子相互間の干渉の悪影響を防止できるという新
たな効果を得ることができる。

さらに、回路10と誘電体共振器8,9との間はグランド
面７によって静電的に遮断されているので、回路10によ
る静電的な影響が誘電体共振器8,9におよぶことはな
い。

上記のように、本実施例によれば、回路10の素子と誘
電体共振器8,9との静電容量は高周波グランド面７によ
る静電遮断によって生じることがなく、また、回路10か
ら飛び出す電界も前記高周波グランド面７により消失さ
れて誘電体共振器8,9側に及ぶことがないから、共振回
路２の共振周波数f₀が回路動作に際して設定値から狂う
ということがなく、これにより従来必要であった面倒な
作業、すなわち、プリント基板上に回路を組み込んだ
後、共振周波数f₀を例えば誘電体共振器を削って調整す
るという面倒な作業から解放されることができる。

第２図には第２の考案の一実施例が示されている。こ
の実施例が前記第１図に示す実施例と異なることは、誘
電体共振器8,9側に、これらの共振器8,9を覆う導体金属
からなるシールド部材としてのシールドケース13が大地
接地状態で設けられていることであり、その他の構成は
前記第１図に示すものと同一である。このように、シー
ルドケース13を設ければ、このシールドケース13の外側
に配置される導体部材14の有無に関わらずシールドケー
ス13と誘電体共振器8,9との間の浮遊分布容量が一定と
なり、これにより、前記共振周波数f₀の安定化が一層図
られることになる。

なお、本第１および第２の考案は上記実施例に限定さ
れることはなく様々な実施の態様を採り得るものであ
る。例えば、第２の考案の実施例を示す第２図において
は、プリント基板６の誘電体共振器8,9側が全面的にシ
ールドケース13により覆われているが、このように全面
にわたり覆うことなく、誘電体共振器8,9の配設領域
（例えば第２図のＡ−Ｂ区間）をシールド部材により局
部的に覆うようにしても同様の効果を得ることができ
る。

また、以上の実施例では回路基板として両面基板を例
にして述べたが、多層基板であっても、高周波グランド
面を形成することにより、上述と同様の効果を得ること
ができる。

〔考案の効果〕

本考案は発振回路部および共振回路の誘電体共振器を
回路部分と高周波グランド面を境として電磁界的および
静電的に遮断したものであるから、回路部分との静電干
渉や当該回路部分から発せられる電界の影響を受けるこ
となく共振回路の共振周波数を設計値通りに安定に維持
することが可能となり、従来必要であった回路組み込み
後の面倒な共振周波数のチューニング作業から解放され
ることができる。

また、本考案においては、発振回路部の誘電体共振器
の電界と共振回路の誘電体共振器の電界とが直角方向に
なるように、これらの誘電体共振器が互いに直角方向に
配設されているために、これらの誘電体共振器同士が電
界干渉を起こすことを抑制することが可能となり、共振
回路の共振周波数が誘電体共振器同士の電界干渉の変動
を受けて変動することがなくなり、これによって高精度
の静電容量検出を可能とすることができる。

また、誘電体共振器を囲むように覆って誘電体共振器
側に該誘電体共振器との浮遊分布容量を一定にするシー
ルド部材を設けた構成にあっては、これら誘電体共振器
を囲むシールド部材の外側近傍領域のどの位置に導体部
材が配置されても、そのシールド部材が誘電体共振器の
全体を囲んで導体部材に対して静電遮断し、誘電体共振
器と外部導体部材との間に浮遊分布容量をもつことを完
全に防止でき、前記共振周波数の安定化を一層確実に図
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の考案の一実施例を示す要部構成図、第２
図は第２の考案の一実施例を示す要部構成図、第３図は
RCA方式による静電センサ装置の一般的なブロック図、
第４図はRCA方式による静電センサ装置の動作原理を示
す説明図である。 １…発振回路部、２…共振回路、３…検出部、４…検波
部、５…増幅回路、６…プリント基板、７…高周波グラ
ンド面、8,9…誘電体共振器、10…回路、11,12…電極、
13…シールドケース、14…導体部材。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体共振器を用いた発振回路部と、被検
   出体との静電容量変化を検出する検出部と、この検出部
   で検出される静電容量の微小変化で同調点が変化する共
   振回路の誘電体共振器とを有する静電センサ装置におい
   て、回路基板の一方側の面には導体金属から成る高周波
   グランド面がほぼ全面に形成され、この高周波グランド
   面上に前記発振回路部の誘電体共振器の電界と共振回路
   の誘電体共振器の電界とが直角方向になるようにこれら
   の誘電体共振器が互いに直角方向に配設されるととも
   に、誘電体共振器を除いた回路部分は前記高周波グラン
   ド面を境として誘電体共振器とは電磁界的および静電的
   に遮断された位置に形成されていることを特徴とする静
   電センサ装置。
2. 【請求項２】誘電体共振器を用いた発振回路部と、被検
   出体との静電容量変化を検出する検出部と、この検出部
   で検出される静電容量の微小変化で同調点が変化する共
   振回路の誘電体共振器とを有する静電センサ装置におい
   て、回路基板の一方側の面には導体金属から成る高周波
   グランド面がほぼ全面に形成され、この高周波グランド
   面上に前記発振回路部の誘電体共振器の電界と共振回路
   の誘電体共振器の電界とが直角方向になるようにこれら
   の誘電体共振器が互いに直角方向に配設されるととも
   に、誘電体共振器を除いた回路部分は前記高周波グラン
   ド面を境として誘電体共振器とは電磁界的および静電的
   に遮断された位置に形成されており、また、前記誘電体
   共振器側には該誘電体共振器を空間を介して囲むように
   覆うことにより該誘電体共振器との浮遊分布容量を一定
   にするシールド部材が設けられていることを特徴とする
   静電センサ装置。