JP4033999B2

JP4033999B2 - 防犯用の静電容量センサ

Info

Publication number: JP4033999B2
Application number: JP6724099A
Authority: JP
Inventors: 秀人加藤
Original assignee: ケイエステクノ株式会社
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000230983A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量センサに関し、特に、広い検出領域を容易に形成することができる防犯用の静電容量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の静電容量センサは、検出電極の面積等を拡大すると、被検出物が接近又は接触していない状態（静的状態）での検出電極の静電容量が増大するため、検出回路のしきい値を変更しなければならないという問題点があった。
【０００３】
静電容量センサの検出回路は、静的状態での検出電極の静電容量や被検出物により増加する静電容量に適合するように設計されている。即ち、検出回路に予めしきい値（基準値）を設定し、当該しきい値を越える静電容量の値（電流値）の変化を検出すると、検出信号を出力するように設計されている。しかし、検出電極の面積等を拡大すると、静的状態での検出電極の静電容量も増大するため、上記しきい値を変更しなければならない。
【０００４】
上記しきい値の変更は、電気的な定数、即ち、電圧値の変更等を伴う。そして、この電圧値と静的状態における検出電極の静電容量とは、単純な比例関係にならない。故に、しきい値の変更作業は、実際に検出回路を作動させながら調整してゆく時間と手間のかかる作業が必要となる。
【０００５】
検出電極の拡大に伴うしきい値の調整の解決を目的としたものではないが、検出電極の拡大に関し、日本国特許公開公報平成８−６４３６５号は、静電容量センサを用いた照明器具の点滅用スイッチを開示している。このスイッチは、スイッチユニット内部に設けた検出回路及び金属板の検出電極と、一方の表面を該検出電極に離間して対向すると共に他方の表面をスイッチユニット表面に露出した金属板の補助電極とを有する。
【０００６】
そして、当該公報は、上記の補助電極を設けることにより、検知可能な面積を検出電極の約１５０％の面積に拡大することが可能であることを開示している。また、補助電極の大きさ、形状、検出電極からの設置距離及び補助電極と検出電極間に挿入される物体の特性により、センサの検出能力が影響を受ける場合には、検出回路の電気的な定数を調整し対処することを開示している。さらに、補助電極と検出電極との間には、プラスチック等の誘電体を介在させることも可能であることも開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の静電容量センサは、補助電極と検出電極とを金属板により形成するため、両電極間の静電容量そのものを調整するためには、両電極の金属板の配置関係や大きさを調整する必要があり、調整の自由度が制限されるという問題点があった。また、両電極間を所定距離に維持するために、両電極を形成する各金属板を支持する支持部材が必要であり、製造コストが高価になるという問題点があった。
【０００８】
さらに、上記の静電容量センサは、金属板である補助電極を、同じく金属板である検出電極と対向して配置する必要があるため、補助電極と検出電極を隣接して配置しなければならないという問題点があった。さらに、両電極を隣接して配置しなくてはならないため、これら両電極は、外界の湿度や温度等の変化の影響を受けやすいという問題点があった。
【０００９】
本発明に係る静電容量センサは、湿度や温度変化にも検出精度を維持すると共に簡素な構成により広い検出領域を容易に形成することができる静電容量センサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の防犯用の静電容量センサは、（Ａ）所定箇所に設置される検出電極と、この検出電極に電気的に接続する１以上のコンデンサと、このコンデンサと電気的に接続するアース或はアース電極と、（Ｂ）前記検出電極に電気的に接続すると共に、該検出電極の静電容量の変化の値を取得する差動増幅器、ＡＣ−ＤＣ変換器及び基準値に基づいて差動増幅器側からの値を比較する比較器を含む１以上の検出回路とから成る静電容量センサであって、（Ｃ）前記検出電極２は、住宅の壁面に幅広く張り付けられ、かつ合成樹脂の基材に導電性物質を混入して形成した導電性合成樹脂製シート、又は住宅を構成し、かつ導電層を有するか又は導電物質が混入されている導電性ガラス板の何れかであり、（Ｄ）また前記コンデンサは、第１コンデンサ（８、１０）と第２コンデンサ（９、１１）とを含み、前記第１コンデンサは、シールド線としてのリード線を介して前記検出電極と離間する前記住宅に設置され、一方、前記第２コンデンサは、第１コンデンサに並列又は直列の何れかに接続された状態でアースされ、（Ｅ）さらに、前記検出回路は、前記検出電極の検出領域内に存在する人体を検出対象とし、かつ検出電極と前記アース或はアース電極間における該検出電極の静電容量の変化を検出して検出信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
前記コンデンサについて付言すると、１以上のコンデンサは、パルス信号発生回路３と検出電極２との間に存在する第１コンデンサ８と、この第１コンデンサに対して並列又は直列のいずれかに設けられ第２コンデンサ９とを有すると共に、この第２コンデンサ９はアースされていることを特徴とする（図１に記載の実施例、図２に記載の実施例）。なお、本実施例の静電容量センサの１以上のコンデンサは、パルス信号発生回路と検出電極との間に存在する抵抗７により静電容量の値が調整されている。
【００１２】
また、請求項２記載の静電容量センサは、請求項１に於いて、検出回路は、検出電極２とコンデンサ１２を介して接続する第１検出回路１Ａと、この第１検出回路１Ａと絶縁された状態で前記検出電極２に別個のコンデンサ１３を介して接続する第２検出回路１Ｂとか成ることを特徴とする。
【００１３】
なお、本実施例では、コンデンサは、その静電容量を可変できるように構成されている。
【００１４】
また、住宅の壁面に幅広く張り付けられる導電性合成樹脂製シートは、合成樹脂の基材に導電性物質を混入して形成したものであり、一方、住宅を構成する導電性ガラス板は、その表面に導電層を有するか又は導電物質が混入されているかのいずれかである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第１の実施の形態の静電容量センサを、図１を参照しつつ説明する。この静電容量センサは、検出回路１と、比較的広い面積を有する検出電極２と、第１コンデンサ８と、第２コンデンサ９とから構成されている。この検出回路１は、一連に接続されたパルス信号発生回路３と、差動増幅器４と、ＡＣ−ＤＣ変換器５と、比較器６と、さらに、パルス信号発生回路３の分枝線に設けた抵抗７とから構成されている。
【００１６】
抵抗７には、直列に第１コンデンサ８が接続されており、この第１コンデンサ８の電極８ｂには、さらにリード線８ｃを介して検出電極２に接続されている。また、抵抗７には、第１コンデンサ８と並列に第２コンデンサ９が接続されており、さらにこのコンデンサ９の電極９ｂは、リード線９ｃを介してアースされている。
【００１７】
広い検出領域を形成する検出電極２は、約２ｍ×約２ｍの面積を有する厚さ０．３ｍｍ程度の透明の導電性を有する透明の合成樹脂製のシートである。このシートは、合成樹脂の基材に導電性物質を混入して形成したものであり、鋏等により所望の大きさに切断できる。さらに、このシートの裏面には、感圧粘着層（図示せず）が設けられており、所望の場所（段落００２８に記載のように住宅等の壁面）に簡単に貼付することができる。リード線８ｃとの電気的接続のためには、金属製のクリップ（図示せず）端子等を用いる。
【００１８】
本実施の形態において、検出回路１のしきい値は、静的状態における検出電極の静電容量が１００ｐＦ以上になると検出信号を出力するように設定されている。検出電極２の静電容量値が１０，０００ｐＦである場合、両コンデンサ８、９の静電容量を夫々５０ｐＦにすると、略静的状態における抵抗７からみた静電容量値を１００ｐＦ弱に減少することができる。第１コンデンサ８と検出電極２は、直列に接続されているため、両者の加算された静電容量値は、５０ｐＦ弱になるからである。
【００１９】
検出電極２に人体等が接触又は接近すると、検出電極２の電荷量は増大し、この電荷は電流となって、リード線８ｃを介し、電極８ｂへ到達する。このため、両コンデンサ８、９側の静電容量値（電流値の意味）が上昇し、パルス信号Ｖ２は、パルス信号Ｖ１に対して遅延する。当該遅延により生じた位相差を差動増幅器４により増幅してＶ３信号を生成し、さらに、当該Ｖ３信号をＡＣ−ＤＣ変換器５により直流電圧Ｖ４に変換する。最後に、当該Ｖ４が所定のしきい値（基準値）以上であれば、比較器６は、検出信号を出力する。従って、検出回路１のしきい値を調整することなく、両コンデンサの容量を計算値通り設定することにより、容易に大容量の検出電極２に対応することが可能となる。
【００２０】
検出電極２を、直射日光を受け温度や湿度の変化の激しい環境に設置せざるを得ない場合でも、リード線８ｃ、９ｃを介し、両コンデンサ８、９を検出電極２から離間し、温度や湿度の変化の少ない場所に配設することにより、両コンデンサ８、９の温度上昇を最小限に抑えることが可能である。即ち、両コンデンサ８、９内部の誘電体等が温度等の影響を受けることにより引き起こされる両コンデンサ８、９の静電容量の変動を防止することができ、検出回路１の誤動作を防止することができる。
【００２１】
さらに、リード線８ｃは、この部分が外界の電界の変動の影響を受けないようにするために、シールド線とすることが好ましい。また、図１においては、リード線９ｃは、検出回路１の回路上のアースに接続されているが、適宜、検出電極２周囲の大地に直接アースしても良い。また、本実施の形態においては、検出回路の安定動作のため第２コンデンサを設けたが、回路の安定動作が確保されているのであれば、第２コンデンサは必ずしも必要がない。この場合、第１コンデンサ８は、１００ｐＦの容量を有するコンデンサを用いる。
【００２２】
次に、本発明に係る第２の実施の形態の静電容量センサを図２を参照しつつ説明する。この静電容量センサは、上記第１の実施の形態の検出回路１を用いている。しかし、第１コンデンサ１０と第２コンデンサ１１とが、直列に接続されており、検出電極２は、各コンデンサの電極１０ｂと電極１１ａに接続されている。
【００２３】
本実施の形態の回路では、両コンデンサ１０、１１が直列接続されているため、上記第１の実施の形態のコンデンサ８、９よりも更に小さな容量のコンデンサを用いることができるという利点がある。
【００２４】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の静電容量センサを図３を参照しつつ説明する。この静電容量センサは、上記第１の実施の形態の検出回路１を用いている。
【００２５】
検出電極２は、第１コンデンサ２０を介して検出回路１に接続されている。また、検出電極２の裏面側には、検出電極２と対向してアース電極２１が配設されている。このアース電極２１は、検出電極２と同一の導電性を有する透明の合成樹脂製のシートである。検出電極２とアース電極２１は、離間して設けることにより絶縁されているが、透明の絶縁性の合成樹脂製のシート等を間に配設し、両者を絶縁しても良い。
【００２６】
本実施の形態では、検出電極２及びアース電極２１の間に極めて大きな静電容量が存在するが、第１コンデンサ２０が、これら電極と直列に接続されているため、静的状態における抵抗７からみた静電容量値が、略第１コンデンサ２０と略同等であるという利点がある。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、検出領域が検出電極２の表面側（図３においては、検出電極２の上面側）のみに形成される。従って、アース電極２１の裏面側（図３においては、アース電極２１の下面側）に、人体等が接近等しても、この接近等により増大したアース電極２１の電荷は電流となってアースに流れ、検出回路１が検出信号を出力することはない。
【００２８】
従って、１枚の板ガラスの表面に透明な導電層を形成し、これを検出電極２とし、また、その裏面に、同様の透明な導電層を形成し、これをアース電極２１とした場合、この板ガラスの表面側は、人体等の接触を感知できるが、この板ガラスの裏面側は、電荷量の変動があっても検出信号を出力しない。この建具としての板ガラスは、住宅等の防犯センサに用いることができ、特に、アース電極を室内側に配置した場合には、カーテン等がこの板ガラスに接触しても検出信号を出力しないという利点がある。
【００２９】
次に、本発明に係る第４の実施の形態の静電容量センサを図４を参照しつつ説明する。この静電容量センサは、上記第１の実施の形態の検出回路１と略同様の構成を有する第１検出回路１Ａ及び第２検出回路１Ｂを用いている。
【００３０】
第１検出回路１Ａは、静電容量の増大を検出する検出回路であり、被検出物が検出電極２に接近又は接触すると検出信号を出力する。一方、第２検出回路１Ｂは、静電容量の減少を検出する検出回路であり、被検出物が検出電極２から遠ざかって行くと検出信号を出力する。
【００３１】
両検出回路１Ａ、１Ｂは、夫々、コンデンサ１２、１３を介して検出電極２に接続されている。しかし、検出電極２を共用しているにもかかわらず、両コンデンサ１２、１３により、両検出回路１Ａ、１Ｂは、互いに絶縁されているため、両回路間の電気的な干渉が低減されている。このため、各検出回路１Ａ、１Ｂは、他の検出回路の影響をほとんど受けることなく、夫々、安定した動作を行うことができる。
【００３２】
上記の各実施の形態の検出回路１は、説明のために、比較的簡単な構成を有する検出回路として例示したものであり、静電容量の変動を検出できる公知の検出回路であれば、アナログ／デジタルの何れの動作方法を採るものであっても適用できる。
【００３３】
さらに、上記の各実施の形態の検出電極２やアース電極２１は、本発明の所期の目的（簡素な構成により広い検出領域を容易に形成する）を達成するためには、その形態は問わないということではなく、シート状（請求項１の特定要件）、あるいは、板状（請求項４の特定要件）であり、かつ導電性を有するものであることが必要である。また、１以上のコンデンサは、第１コンデンサ（８、１０、２０）は絶対条件であり、一方、第２コンデンサ（９、１１）は、前述したように（段落００２１）、検出回路１の安定動作のために設けたものであるから、必須要件ではない。さらに、第１及び第２コンデンサは、その静電容量を可変できるようにしたものであっても良い。例えば、複数の小容量のコンデンサを切り替え可能に並列に設け、適宜、その容量を可変できるようにし、検出電極の静電容量の大小に合わせて静的状態の静電容量を調整可能にすることができる。なお、第１及び第２コンデンサ８、９（１０、１１）の静電容量を調整する抵抗７はあった方が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の静電容量センサの説明図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の静電容量センサの説明図である。
【図３】本発明に係る第３の実施の形態の静電容量センサの説明図である。
【図４】本発明に係る第４の実施の形態の静電容量センサの説明図である。
【符号の説明】
１…検出回路、１Ａ…第１検出回路、１Ｂ…第２検出回路、２…検出電極、３…パルス信号発生回路、４…差動増幅器、５…ＡＣ−ＤＣ変換器、６…比較器、７…抵抗、８、１０、２０…第１コンデンサ、９、１１…第２コンデンサ、１２、１３…コンデンサ、２１…アース電極。

Claims

（Ａ）所定箇所に設置される検出電極と、この検出電極に電気的に接続する１以上のコンデンサと、このコンデンサと電気的に接続するアース或はアース電極と、（Ｂ）前記検出電極に電気的に接続すると共に、該検出電極の静電容量の変化の値を取得する差動増幅器、ＡＣ−ＤＣ変換器及び基準値に基づいて差動増幅器側からの値を比較する比較器を含む１以上の検出回路とから成る静電容量センサであって、（Ｃ）前記検出電極２は、住宅の壁面に幅広く張り付けられ、かつ合成樹脂の基材に導電性物質を混入して形成した導電性合成樹脂製シート、又は住宅を構成し、かつ導電層を有するか又は導電物質が混入されている導電性ガラス板の何れかであり、（Ｄ）また前記コンデンサは、第１コンデンサ（８、１０）と第２コンデンサ（９、１１）とを含み、前記第１コンデンサは、シールド線としてのリード線を介して前記検出電極と離間する前記住宅に設置され、一方、前記第２コンデンサは、第１コンデンサに並列又は直列の何れかに接続された状態でアースされ、（Ｅ）さらに、前記検出回路は、前記検出電極の検出領域内に存在する人体を検出対象とし、かつ検出電極と前記アース或はアース電極間における該検出電極の静電容量の変化を検出して検出信号を出力することを特徴とする防犯用の静電容量センサ。
（Ｆ）請求項１に於いて、検出回路は、検出電極２とコンデンサ１２を介して接続する第１検出回路１Ａと、この第１検出回路１Ａと絶縁された状態で前記検出電極２に別個のコンデンサ１３を介して接続する第２検出回路１Ｂとか成ることを特徴とする防犯用の静電容量センサ。