JP4035418B2

JP4035418B2 - 近接スイッチおよび物体検出装置

Info

Publication number: JP4035418B2
Application number: JP2002300193A
Authority: JP
Inventors: 正小林
Original assignee: 株式会社本田電子技研
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: US20030080755A1; JP2003202383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接スイッチおよびこれを応用した物体検出装置に関し、さらに詳しく言えば、設置場所の環境や引き回しケーブルなどによって検出感度が左右されず、また、ほとんど無調整で使用できる近接スイッチに関するものである。本発明は、自動ドアの開閉制御センサを初めとして種々の分野の物体検出装置として適用される。
【０００２】
【従来の技術】
近接スイッチの多くは高周波発振型であって、例えば自動ドアの出入り口や駐車場などに設置される金属製の一対の検知板からなる静電容量性のセンサ部と、同軸ケーブルを介してセンサ部に接続され、アナログ電圧を生成する発振検波部とを備え、発振検波部からのアナログ電圧とセンサ部から得られる検知信号とを比較することにより、人や自動車などの物体を検知するようにしている（例えば、下記特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２９４６７号公報
【特許文献２】
特開平７−２８７７９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高周波近接スイッチには、実用上次のような課題がある。すなわち、センサ部の静電容量は、設置場所の温度や湿度（水分）、それに周辺に存在する金属物などの影響を受けて変化するが、この他にセンサ部と発振制御部とをつなぐケーブルの引き回し配線長によっても、そのケーブルに寄生するインピーダンス成分の影響を受けて検出感度が微妙に変化してしまう。
【０００５】
したがって、工場出荷段階でセンサ部と発振制御部のマッチングを採ったとしても、多くの場合、設置場所ごとにケーブルの引き回し配線長が異なるため、その都度、再調整を必要とする。また、往々にして設置場所の環境変化（温度や湿度など）により、動作点が経時的に変化するため、定期的、不定期的にかかわらずメンテナンスを必要とする。
【０００６】
特に、自動ドア用にあっては検出対象が人であるため、安全性の面からメンテナンスは事欠かせない。このような理由により、高周波近接スイッチの提案は多くなされているが、実用化されたものは数少ないのが実情である。
【０００７】
したがって、本発明の課題は、ケーブル長や設置場所の環境などに影響されることがなく、動作がきわめて安定しており、ほとんどメンテナンスフリーで使用することができる近接スイッチを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明は、基本的な構成として、物体検出領域に配置される平板状に形成された金属板からなる検出電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記検出電極に対して上記充電系と上記放電系とを所定の切換周波数で交互に切り換えるスイッチとを含み、被検出物体と上記検出電極との間の静電容量を上記放電系に流れる電流Ｉｓとして検出する。
【０００９】
この場合、好ましくは、スイッチの切替周波数ｆｏは、例えば数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度に設定される。直流電源の電圧をＶｏ，検出電極と物体（例えば、人）との間の静電容量をＣｓとすると、検出電極に供給される電荷Ｑ（単位；クーロン）は、Ｑ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏで表される。
【００１０】
一方、時間をｔとして、検出電極から放電系に放出される電荷Ｑは、Ｑ＝Ｉｓ・ｔで表される。したがって、Ｉｓ＝（Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏ）／ｔなる式が成り立ち、電流を考えるときｔ＝１ｓｅｃであるから、
Ｉｓ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏ
となる。
【００１１】
すなわち、本発明の基本原理は検出電極の静電容量Ｃｓの充放電であり、放電系に流れる電流Ｉｓは、もっぱら検出電極の静電容量Ｃｓのみに依存するため、物体検出感度は検出電極と検出回路（制御部）とをつなぐケーブルの配線長などに影響されない。
【００１２】
実際の使用においては、検出電極と周囲のグランドとの間の浮遊容量の変化が誤検出の原因となることがあるため、検出電極の裏面側にグランド電極が設けられるが、そうすると、上記静電容量Ｃｓに対してグランド電極によるきわめて大きな静電容量Ｃｏが並列に接続されることになる。
【００１３】
このグランド電極を設けることによって発生する静電容量Ｃｏの検出感度に対する影響を排除するには、第１の方法として、そのグランド電極と検出電極間の静電容量に起因して放電系に流れる増加分の電流Ｉｏを吸い込む電流源を電流検出手段に対して並列に設ければよい。
【００１４】
また、グランド電極を設けることによって発生する静電容量Ｃｏの検出感度に対する影響を排除する第２の方法として、放電系に、グランド電極と検出電極間の静電容量Ｃｏと同容量のキャパシタと、充電系の直流電源と逆極性の第２直流電源と、上記キャパシタに対して第２直流電源と放電系とを上記スイッチと同期して交互に切り換える第２スイッチとを設けてもよい。その場合、上記キャパシタの代替として、検出電極とグランド電極と同一の組み合わせからなる一対の電極板を用いてもよい。
【００１５】
検出電極と、充電系および放電系は、同軸ケーブルによってつながれるため、そのケーブル長や屈曲状態によっては、そのケーブルが有する静電容量の変化が、時には物体の接近による静電容量変化分より大きく現れることが想定される。
【００１６】
これを防止するため、本発明では、物体検出領域に配置される平板状に形成された金属板からなる検出電極と、同検出電極と対向的に配置される接地されたグランド電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、中心導体の周りに内皮シールドおよび外皮シールドを有する２重シールド線とを含み、上記検出電極を上記中心導体の一端に接続し、その他端側に同中心導体に対して上記充電系と上記放電系とを所定の切換周波数で交互に切り換える第１スイッチを設けるとともに、上記内皮シールドに上記第１スイッチと同期して同内皮シールドを上記充電系と接地とに交互に切り換える第２スイッチを設け、上記グランド電極を上記外皮シールドに接続し、さらに上記検出電極と上記グランド電極との間にガード電極を配置し、上記ガード電極を上記内皮シールドに接続することを特徴としている。
【００１７】
これによれば、内皮シールドと中心導体とが常に同電位に保たれるため、その間に静電容量は発生しない。
【００１８】
次に、接近する物体を高感度に検出するため、本発明は、ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上記放電系とに交互に切り換えるスイッチ手段とを備えていることを特徴としている。
【００１９】
例えば、一方の検出電極に正極電圧を供給するとともに、他方の検出電極に負極電圧を供給すると、一方の検出電極から上記放電系に流れる電流は＋Ｉｓａ，他方の検出電極から上記放電系に流れる電流は−Ｉｓｂとなり、各検出電極の静電容量がバランスしていれば、上記放電系に流れる電流は０となる。物体が近づいて、そのバランスが崩れると、上記放電系には静電容量の差に応じた電流が流れ、これにより物体を検知できる。
【００２０】
なお、第１および第２検出電極に、同極電圧を供給する場合には、放電系内において、減算器により一方の検出電極から得られる電流Ｉｓａと他方の検出電極から得られる電流Ｉｓｂとを減算すればよい。
【００２１】
次に、外来誘導雑音を除去するため、本発明は、ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上記放電系とに交互に切り換える主スイッチ手段とを含む近接スイッチにおいて、上記放電系は、上記主スイッチ手段と上記電流検出手段との間に並列的に設けられていて、上記第１検出電極側に接続される第１放電回路と、上記第２検出電極側に接続される第２放電回路とを備え、上記いずれか一方の放電回路には、キャパシタと、同キャパシタの両端を交代的に同放電回路から切り離して接地端子に接続する副スイッチとからなる信号反転回路が設けられており、上記主スイッチ手段が切り替えられるごとに、上記副スイッチにより上記キャパシタの極性が反転されることを特徴としている。
【００２２】
また別の形態として、本発明には、ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、これら検出電極の各々に共通として対向的に配置される駆動電極と、直流電源を有する充電系と、コンデンサおよび電流検出手段を有する放電系と、上記直流電源の少なくとも一方の極を上記駆動電極に所定の切替周波数をもって選択的に接続する第１スイッチと、同第１スイッチと同期して上記検出電極の各々をともに上記直流電源の上記一方の極と上記コンデンサとに交代的に接続する第２スイッチと、上記各スイッチと同期して上記コンデンサを上記各検出電極と上記電流検出手段とに交代的に接続する第３スイッチとを備えている近接スイッチが含まれる。
【００２３】
この場合、上記第１および第２検出電極と上記駆動電極との間に、上記検出電極と同一サイズの金属板からなる第１および第２ガード電極が配置され、上記第１検出電極と上記第１ガード電極、上記第２検出電極と上記第２ガード電極とがそれぞれ増幅率１倍のオペアンプを介して接続されていることが好ましく、これによれば、物体検出感度をより高めることができる。
【００２４】
さらに別の形態として、本発明には、ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、これら検出電極の各々に共通として対向的に配置される駆動電極と、直流電源を有する充電系と、第１，第２コンデンサおよび電流検出手段を有する放電系と、上記直流電源の少なくとも一方の極を上記駆動電極に所定の切替周波数をもって選択的に接続する第１スイッチと、同第１スイッチと同期して上記検出電極の各々を上記第１コンデンサの両極に交互に入れ替えて接続する同期検波用の第２スイッチと、上記各スイッチと同期して上記第２コンデンサを上記第１コンデンサと上記電流検出手段とに交代的に接続する第３スイッチとを備えている近接スイッチが含まれる。
【００２５】
なお、上記第３スイッチの切替周波数は、上記第１および第２スイッチの切替周波数の２倍に設定されることが好ましい。また、周辺に存在するラジオ受信機などに対する妨害を少なくするうえで、上記充電系と上記放電系とを切り替えるスイッチの切替周波数は、複数の異なる周波数を含む複合周波数であることが好ましい。
【００２６】
本発明には、上記各近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各検出電極を所定の平面もしくは曲面に沿って交互に配置することを基本的な構成とする物体検出装置が含まれる。
【００２７】
この物体検出装置において、不感帯をなくすとともに、放射雑音を低減するため、各検出電極の奇数番目と偶数番目とでは異なる極性の駆動電圧が印加されることが好ましい。この物体検出装置は、特に自動ドアの戸先センサや自動ドアの出入り口床面に配置されるマットセンサに好適である。
【００２８】
また、本発明には、別の応用例として被検出物体からその個々の検出情報を得ることができる物体検出装置が含まれる。この物体検出装置は、同一平面上に行方向および列方向に沿って並設された複数の検出電極を含むセンサ面と、誘電体層を介して上記センサ面の背面側のほぼ全面にわたって配置された駆動電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記駆動電極の反センサ面側で上記センサ面の行方向もしくは上記列方向のいずれか一方に沿って配線された複数の充電用配線およびいずれか他方に沿って配線された複数の放電用配線と、上記各検出電極を個別的に上記充電用配線もしくは上記放電用配線のいずれかに選択的に接続する検出電極切換スイッチと、上記各充電用配線を上記充電系の直流電源に順次接続する第１スキャナスイッチと、上記各放電用配線を上記放電系の電流検出手段に順次接続する第２スキャナスイッチと、上記駆動電極を上記充電系の直流電源もしくは接地のいずか一方に選択的に接続する駆動電極切換スイッチと、上記各スイッチを制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記第１スキャナスイッチを切り換えて上記充電用配線を一つずつ上記直流電源に接続するごとに、上記駆動電極切換スイッチを上記直流電源側に切り換えるとともに、上記第１スキャナスイッチにて選択された上記充電用配線に沿って存在する上記検出電極切換スイッチを同充電用配線側に切り換える第１ステップと、上記第１ステップ後において、上記駆動電極切換スイッチを上記接地側に切り換えるとともに、上記第１ステップで上記充電用配線側に切り換えられた上記検出電極切換スイッチを上記放電用配線側に切り替える第２ステップと、上記第２ステップ後において、上記第２スキャナスイッチを一巡するように順次切り換える第３ステップとを実行することを特徴している。
【００２９】
この物体検出装置によれば、例えば検出電極を床面に敷き並べることにより、人の存在はもとより、その移動方向までをも検出することができる。また、個々の検出電極をＣＣＤカメラの画素程度の大きさとすることにより、例えば人の指紋などをも検出することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照して、本発明の参考実施形態として、本発明に係る近接センサ１０Ａの基本的な構成について説明する。
【００３１】
この近接センサ１０Ａは、物体検出領域に配置される平板状に形成された金属板からなる検出電極２０と、直流電源３０１を有する充電系３０と、例えば電流−電圧変換器からなる電流検出手段４１を有する放電系４０と、検出電極２０に対して充電系３０と放電系４０とを所定の切換周波数で交互に切り換えるスイッチＳ１とを含み、人などの被検出物体Ｈと検出電極２０との間の静電容量を放電系に流れる電流Ｉｓとして検出する。
【００３２】
この例において、スイッチＳ１はアナログ式スイッチであり、その切替周波数ｆｏは例えば数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度に設定される。直流電源３０１の電圧をＶｏ，検出電極２０と被検出物体Ｈとの間の静電容量をＣｓとすると、検出電極に供給される電荷Ｑ（単位；クーロン）は、Ｑ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏで表される。なお、１秒間に１クーロンの電荷が運ばれるときの電流が１Ａである。
【００３３】
一方、時間をｔとして、検出電極から放電系に放出される電荷Ｑは、Ｑ＝Ｉｓ・ｔで表される。したがって、Ｉｓ＝（Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏ）／ｔなる式が成り立ち、電流を考えるときｔ＝１ｓｅｃであるから、
Ｉｓ＝Ｃｓ・Ｖｏ×ｆｏ
となる。
【００３４】
このように、本発明の基本原理は検出電極２０が有する静電容量Ｃｓの充放電であり、放電系に流れる電流Ｉｓは、もっぱら検出電極２０の静電容量Ｃｓのみに依存するため、理論上、物体検出感度は検出電極と検出回路（制御部）とをつなぐケーブルの配線長などに影響されない。
【００３５】
しかしながら、実際の使用においては、検出電極２０と周囲のグランドとの間の浮遊容量の変化が誤検出の原因となることがあるため、図２に示すように、検出電極２０の裏面側にグランド電極２１が設けられるが、そうすると、上記静電容量Ｃｓに対してグランド電極２１によるきわめて大きな静電容量Ｃｏが並列に接続されることになる。実験によれば、静電容量Ｃｓが０．１ｐＦ程度であるのに対して、静電容量Ｃｏは１００ｐＦ程度の値を示す。
【００３６】
このグランド電極２１を設けることによって発生する静電容量Ｃｏの検出感度に対する影響を排除するため、この実施形態では、上記静電容量Ｃｏに起因して放電系４０に流れる増加分の電流Ｉｏを吸い込む電流源４０１を放電系４０に対して並列に設け、上記静電容量Ｃｓによる電流Ｉｓのみを放電系４０の電流検出手段４１で検出するようにしている。
【００３７】
静電容量Ｃｏによる電流Ｉｏを除去する別の方法として、図３に示すように、放電系４０に、グランド電極２１と検出電極２０間の静電容量Ｃｏと同容量のキャパシタ４０１と、充電系３０の直流電源３０１と同電圧かつ逆極性である第２の直流電源４０２と、キャパシタ４０１に対して直流電源４０２と放電系４０とを上記スイッチＳ１と同期して交互に切り換える第２のスイッチＳ２とを設けてもよい。
【００３８】
スイッチＳ２は、スイッチＳ１が放電系４０側に切り替えられるに伴って放電系４０側に切り替えられ、これにより電流Ｉｏの電荷がキャパシタ４０１に蓄電される。次に、スイッチＳ２は、スイッチＳ１が充電系３０側に切り替えられるに伴って直流電源４０２側に切り替えられる。これにより、キャパシタ４０１に逆電圧がかけられるため、キャパシタ４０１に蓄電された電荷が消失する。
【００３９】
このようにして、静電容量Ｃｏによる電流Ｉｏがキャンセルされ、静電容量Ｃｓによる電流Ｉｓのみが放電系４０の電流検出手段４１で検出されるが、図４に示すように、キャパシタ４０１に代えて、検出電極２０とグランド電極２１と同一の組み合わせからなる静電容量Ｃｏを有する一対の電極板４０３，４０３を用いてもよい。
【００４０】
次に、図５に示すように、検出電極２０と充放電系３０，４０とは、ケーブル５０によってつながれるが、そのケーブル長や屈曲状態、また周囲温度などによっては、そのケーブルが有する静電容量の変化が、時には被検出物体Ｈの接近による静電容量変化分より大きく現れ、誤検出や感度低下をきたすことがある。そこで、この実施形態では、ケーブル５０に二重シールド線を用い、次のような対策を講じている。
【００４１】
二重シールド線５０の中心導体５１の一端に検出電極２０を接続する。中心導体５１の他端は、スイッチＳ１を介して充電系３０と放電系４０とに交代的に接続可能とする。また、二重シールド線５０の中シールド５２をスイッチＳ１ａを介して充電系３０と別に用意された放電系４０ａとに交代的に接続可能とする。グランド電極２１は二重シールド線５０の外シールド５３に接続する。なお、外シールド５３は接地する。
【００４２】
スイッチＳ１とスイッチＳ１ａは同期して切り替える。すなわち、スイッチＳ１が充電系３０の直流電源３０１に接続されるとき、スイッチＳ１ａも直流電源３０１に接続されるようにし、また、スイッチＳ１が放電系４０側に切り替えられるとき、スイッチＳ１ａも放電系４０ａ側に切り替えられるようにする。
【００４３】
これにより、中心導体５１と中シールド５２は常に同電位に保たれるため、二重シールド線５０の静電容量の影響を受けることなく、検出電極２０の静電容量Ｃｓによる電流Ｉｓのみを正確に測定することができる。このことは、設置場所に応じて異なるケーブルの静電容量分を、その都度調整する必要がなくなることを意味する。
【００４４】
本発明では、より好ましい実施形態として、図６に示すように、検出電極２０とグランド電極２１との間にガード電極２２を配置し、このガード電極２２を中シールド５２に接続する。他の構成は図５と同じであってよい。これによれば、検出電極２０とガード電極２２とが常に同電位に保たれ、グランド電極２１による静電容量Ｃｏの影響も排除することができるため、各電極板間の間隔を狭めて電極全体の厚みをきわめて薄くできる。
【００４５】
次に、図７を参照して、本発明による別の近接スイッチ１０Ｂについて説明する。この近接スイッチ１０Ｂは、ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極２０１，２０２を備えている。なお、この例では各検出電極２０１，２０２の裏面側に、それらに共通なグランド電極２１が配置されている。
【００４６】
この近接スイッチ１０Ｂにおいても、充電系３０および放電系４０を有しているが、この実施形態では、充電系３０には電圧（絶対値）が同一の正極電源３０１と負極電源３０２とが設けられている。また、放電系４０は各検出電極２０１，２０２に対して共通となっており、この放電系４０には、出力手段としてオペアンプよりなる電流検出手段としての電流−電圧変換器４１が接続されている。
【００４７】
第１検出電極２０１はスイッチＳ１１により正極電源３０１と放電系４０とに切り替えられ、また、第２検出電極２０２はスイッチＳ１２により負極電源３０２と放電系４０とに切り替えられる。スイッチＳ１１とスイッチＳ１２は同期して切り替えられる。
【００４８】
すなわち、第１検出電極２０１が正極電源３０１に接続されるとき、第２検出電極２０２も同時に負極電源３０２に接続され、また、第１検出電極２０１が放電系４０に接続されるとき、第２検出電極２０２も同時に放電系４０に接続される。
【００４９】
ここで、第１検出電極２０１から放電系４０に供給される電流をＩｓａ，第２検出電極２０２から放電系４０に供給される電流をＩｓｂとすると、電流−電圧変換器４１には、それらの加算電流Ｉｓａ＋Ｉｓｂが流れる。なお、この例において、電流極性はＩｓａが（＋）で、Ｉｓｂは（−）である。
【００５０】
例えば周辺に被検出物体Ｈが存在しないか、または、被検出物体Ｈが検出電極２０１，２０２の間の中央に存在して、第１検出電極２０１の静電容量Ｃｓ１と、第２検出電極２０２の静電容量Ｃｓ２とがバランスしているとき、加算電流Ｉｓａ＋Ｉｓｂ＝０となり、したがって出力電圧も０となる。
【００５１】
これに対して、例えば被検出物体Ｈが接近して、静電容量Ｃｓ１と静電容量Ｃｓ２のバランスが崩れると、加算電流Ｉｓａ＋Ｉｓｂ≠０となり、その差分の電流をＩｄ，オペアンプの帰還（増幅）抵抗値をＲとして、電流−電圧変換器４１からＩｄ×Ｒなる電圧が出力される。なお、オペアンプの−入力端子はイマジナリショートが成立しているため、その入力インピーダンスは０である。
【００５２】
なお、この近接スイッチ１０Ｂを複数組み用いる場合、図８に示すように、各組みの正極側検出電極２０１と負極側検出電極２０２を交互に配置することにより、各組みの出力電圧が０Ｖを中心に±に変化する。例えば、被検出物体Ｈの接近により１００ｍＶの変化があったとき、０Ｖ中心の変化であるならば、安価な８ビットＡ／Ｄ変換器で対応可能である。また、交互配列により不感帯もなくすことができる。
【００５３】
上記実施形態では、第１検出電極２０１と第２検出電極２０２とに異なる極性の電源を用いているが、同極電源としてもよく、その場合には、一方の検出電極２０１から得られる電流Ｉｓａと他方の検出電極２０２から得られる電流Ｉｓｂとを減算して、電流−電圧変換器４１に通せばよい。
【００５４】
ところで、近接スイッチ１０Ｂでは、第１検出電極２０１と第２検出電極２０２とを同一平面上に並置しているため、例えば蛍光灯などから発せられる外来誘導雑音が各検出電極２０１，２０２に同相として入る。その外来誘導雑音により放電系４０に現れる一つの検出電極あたりの電流をＩｉとすると、電流−電圧変換器４１にはＩｉ＋Ｉｉ＝２Ｉｉの誘導雑音電流が流れることになる。
【００５５】
この誘導雑音電流を打ち消すには、図９に示すように、放電系４０に信号反転回路４２を設ければよく、次にこれについて説明する。近接スイッチ１０Ｂにおいて、その放電系４０には、第１検出電極２０１側のスイッチＳ１１から電流−電圧変換器４１に至る第１放電回路４０ａと、第２検出電極２０２側のスイッチＳ１２から電流−電圧変換器４１に至る第２放電回路４０ｂとが並列的に含まれているが、この実施形態では、その内の第２放電回路４０ｂ側に信号反転回路４２が設けられている。
【００５６】
この信号反転回路４２はキャパシタ４２１を有し、このキャパシタ４２１の一方の極側には、同キャパシタ４２１を第２放電回路４０ｂから切り離して接地に接続するスイッチ４２２が設けられている。また、キャパシタ４２１の他方の極側にも、同キャパシタ４２１を第２放電回路４０ｂから切り離して接地に接続するスイッチ４２３が設けられている。
【００５７】
スイッチ４２２，４２３は、スイッチＳ１１，Ｓ１２と同期して交代的に切り替えられる。すなわち、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに充電系３０側に切り替えられたとき、例えば一方のスイッチ４２２が第２放電回路４０ｂ側に切り替えられるとすると、他方のスイッチ４２３は接地側に切り替えられる。
【００５８】
これに対して、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに放電系４０側に切り替えられたとき、一方のスイッチ４２２が接地側に切り替えられ、他方のスイッチ４２３は第２放電回路４０ｂ側に切り替えられ、この切替動作が繰り返される。
【００５９】
これによると、例えばスイッチＳ１１，Ｓ１２がともに放電系４０側に切り替えられ、それに伴って一方のスイッチ４２２が第２放電回路４０ｂ側に切り替えられ、他方のスイッチ４２３が接地側に切り替えられるとすると、キャパシタ４２１には、第２検出電極２０２側からの誘導雑音電流Ｉｉによる電荷が蓄積される。なお、第１放電回路４０ａには誘導雑音電流Ｉｉがそのまま現れる。
【００６０】
次に、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに充電系３０側に切り替えられると、今度は、一方のスイッチ４２２が接地側、他方のスイッチ４２３が第２放電回路４０ｂ側に切り替えられてキャパシタ４２１の極性が反転するため、第１放電回路４０ａの誘導雑音電流Ｉｉがキャパシタ４２１に吸い込まれる。このようにして、第１検出電極２０１と第２検出電極２０２に同相として入り込む外来誘導雑音が打ち消されることになる。
【００６１】
なお、スイッチＳ１１，Ｓ１２がともに放電系４０側に切り替えられとき、一方のスイッチ４２２が接地側に、他方のスイッチ４２３が第２検出電極２０２側に切り替えられる場合、キャパシタ４２１には、第１検出電極２０１側からの誘導雑音電流Ｉｉによる電荷が蓄積される。
【００６２】
そして、次にスイッチＳ１１，Ｓ１２がともに充電系３０に切り替えられるとき、一方のスイッチ４２２が第２検出電極２０２側に、他方のスイッチ４２３が接地側に切り替えられることにより、キャパシタ４２１の極性が反転されるとともに、第２検出電極２０２側からの誘導雑音電流Ｉｉにより、キャパシタ４２１の電荷が打ち消しにより０となる。
【００６３】
なお、検出電極２０１，２０２の寸法誤差や配置誤差などにより、外来誘導雑音を完全に除去し切れない場合には、図１０（ａ）に示すように、放電系４０に＋，−電源と可変抵抗からなるＤＣバイアス回路４３を設けるとよい。この場合、電流−電圧変換器４１の入力側はイマジナリアースとされているため、ＤＣバイアス回路４３を付加しても感度低下は生じない。
【００６４】
また、別の方法として、図１０（ｂ）に示すように、電流−電圧変換器４１の出力側と入力側との間にＤＣサーボ回路４４を設けてもよい。ＤＣサーボ回路４４は、電流−電圧変換器４１の出力を反転する反転回路４４１と、サーボ信号を電流−電圧変換器４１の入力側に帰還する積分回路４４２と、反転回路４４１と積分回路４４２との間に並列的に設けられた抵抗Ｒ_０，Ｒ_１（Ｒ_０≪Ｒ_１）およびこれらを選択する２つのスイッチ４４３，４４４とを備えている。
【００６５】
低抵抗Ｒ_０側のスイッチ４４３が、電源投入時に応答を速くするスイッチで通常動作時はオフに設定される。高抵抗Ｒ_１側のスイッチ４４４は、オフセットを０にするためのスイッチで、図示しない制御手段により必要に応じてオンにされる。いずれにしても、電流−電圧変換器４１の入力側が例えば−側にずれると、積分回路４４２からそれを＋側に持ち上げようにする電圧が出力され、これによりオフセットが打ち消される。
【００６６】
上記近接スイッチ１０Ａ，１０Ｂは、いずれも検出電極が有する静電容量の充放電をその基本的な動作原理としているが、次に、コンデンサの平衡回路に基づく本発明の近接スイッチの実施形態について説明する。
【００６７】
まず、図１１を参照して、この近接スイッチ１０Ｃは、同一平面上に配置される同一の大きさの金属板からなる第１および第２検出電極６１ａ，６１ｂと、その裏面側に各検出電極６１ａ，６１ｂに共通として配置される駆動電極６３とを備えるが、この実施形態では、駆動電極６３の裏面側にさらにグランド電極６４が配置されている。なお、駆動電極６３を２枚として、各検出電極６１ａ，６１ｂの裏面側に配置してもよい。
【００６８】
このほかに、この近接スイッチ１０Ｃは直流電源６５およびその電源ライン６５ａと、各検出電極６１ａ，６１ｂの静電容量の差分の電荷を蓄電するためのコンデンサ６６と、同コンデンサ６６から供給される電流を電圧として検出する電流−電圧変換器４１と、５つのスイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅとを備えている。
【００６９】
この実施形態において、直流電源６５は片電源として用いられ、電源ライン６５ａはスイッチ６ａを介して直流電源６５の＋Ｅ（正極側）とアース（０電位）とに交代的に接続され、電源ライン６５ａには駆動電極６３が接続されている。第１検出電極６１ａは、スイッチ６ｂを介して電源ライン６５ａとコンデンサ６６の一方の極６６ａとに交互に切り換え接続される。
【００７０】
また、第２検出電極６１ｂも、スイッチ６ｃを介して電源ライン６５ａとコンデンサ６６の他方の極６６ｂとに交互に切り換え接続される。コンデンサ６６の両極６６ａ，６６ｂは、スイッチ６ｄ，６ｅを介して検出電極６１ａ，６１ｂ側と電流−電圧変換器４１側とに交互に切り換え接続される。なお、この実施形態では、コンデンサ６６と電流−電圧変換器４１との間に、平滑コンデンサ６６１が接続されている。
【００７１】
スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅは、所定の切替周波数で同期的に切り替えられる。すなわち、図示実線で示すように、スイッチＳ６ａが直流電源６５の＋Ｅ側に接続されるとき、これと同期してスイッチ６ｂ，６ｃは、ともに電源ライン６５ａ側に接続され、スイッチ６ｄ，６ｅは、ともに電流−電圧変換器４１側に接続される。これにより、検出電極６１ａ，６１ｂおよび駆動電極６３には、直流電源６５から同電圧が印加される。
【００７２】
これに対して、図示鎖線で示すように、スイッチＳ６ａが直流電源６５のアース側に接続されるとき、これと同期してスイッチ６ｂ，６ｃは、ともにコンデンサ６６側に接続され、スイッチ６ｄ，６ｅは、ともに検出電極６１ａ，６１ｂ側に接続される。
【００７３】
次に、図１２を参照して、この近接スイッチ１０Ｃの動作について説明する。まず、各スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅを図１１の実線で示す切替状態として、検出電極６１ａ，６１ｂおよび駆動電極６３を直流電源６５の＋Ｅに接続すると、図１２（ａ）に示すように、検出電極６１ａ，６１ｂと駆動電極６３は同電位となり、それらの間の静電容量Ｃｏは０となる。また、検出電極６１ａ，６１ｂには印加電圧＋Ｅにより、それぞれＣｓａ，Ｃｓｂなる電荷が蓄積される。
【００７４】
次に、各スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅを図１１の鎖線で示す切替状態として、検出電極６１ａ，６１ｂを直流電源６５から切り離してコンデンサ６６に接続するとともに、駆動電極６３をアースに落とすと、図１２（ｂ），（ｃ）に示すように、検出電極６１ａにはＣｏ：Ｃｓａの比に分圧された電圧Ｖａが現れ、同様に、検出電極６１ｂにもＣｏ：Ｃｓｂの比に分圧された電圧Ｖｂが現れる。すなわち、
Ｃｓａ：Ｃｓｂ＝Ｖａ：Ｖｂ
なる関係となる。
【００７５】
ここで、検出電極６１ａ，６１ｂに人などが近づいて、Ｃｓａ≠ＣｓｂすなわちＶａ≠Ｖｂであったとすると、図１２（ｄ）に示すように、検出電極６１ａ，６１ｂに蓄電された電荷の差分Ｃｘがコンデンサ６６に転送される。なお、コンデンサ６６の静電容量は上記静電容量Ｃｏよりも十分大きなものとする。
【００７６】
再び、各スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅを図１１の実線で示す切替状態とすると、図１２（ｄ）に示すように、コンデンサ６６に蓄電された電荷Ｃｘが電流−電圧変換器４１に供給され、コンデンサ６６の電荷が０になる。これが繰り返されることにより、電流−電圧変換器４１には各検出電極６１ａ，６１ｂの静電容量Ｃｓａ，Ｃｓｂの差に応じた出力が現れる。
【００７７】
この近接スイッチ１０Ｃによれば、回路が対称であるため電気的なバランスがよい。電流−電圧変換器４１の検出側には、検出電極６１ａ，６１ｂ間の電荷の差分に応じた微小電流しか流れないため、Ｓ／Ｎ比がよい。回路基板の一方の面に検出電極６１ａ，６１ｂを設け、他方の面に駆動電極６３を配置することにより、引き回しケーブルが不要で検出部をユニット化できる、という利点が得られる。
【００７８】
なお、スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅはアナログスイッチであってもよいし、ＦＥＴやＣＭＯＳなどの電子スイッチであってもよい。直流電源６５に関して、上記実施形態では＋Ｅ−アースの片電源としているが、当然に−Ｅ−アースの片電源であってもよく、さらには±Ｅのバイポーラ電源としてもよい。
【００７９】
この近接スイッチ１０Ｃには、次のような変形例が含まれる。すなわち、図１３に示すように、検出電極６１ａと駆動電極６３との間、また、検出電極６１ｂと駆動電極６３との間に、検出電極６１ａ，６１ｂと同一サイズの金属板からなる第１および第２ガード電極６１１，６２１をそれぞれ配置する。
【００８０】
そして、第１検出電極６１ａと第１ガード電極６１１を増幅率１倍のオペアンプ６１２を介して接続し、また同じく、第２検出電極６１ｂと第２ガード電極６２１とを増幅率１倍のオペアンプ６２２を介して接続する。
【００８１】
これによれば、引き回しケーブルの影響をほぼ完全に除去することができる。なお、この変形例において、駆動電極６３はなくてもよいが、安定性の面からすれば、駆動電極６３はあった方が好ましい。
【００８２】
また、図１４に示すように、スイッチＳ６ｂ，Ｓ６ｃを介して得られる検出電極６１ａ，６１ｂの出力を差動増幅器７０で受けるようにしてもよい。なお、差動増幅器７０の入力端子間には、スイッチＳ６ｂ，Ｓ６ｃの接点抵抗などのばらつきを補正するための可変抵抗７１が接続されている。
【００８３】
次に、図１５に示す近接スッチ１０Ｄについて説明する。この近接スッチ１０Ｄは、図１１で説明した近接スッチ１０Ｃと技術的に同列に位置するもので、したがって近接スッチ１０Ｃの構成要素と同一もしくは同一と見なされてよい構成要素には同じ参照符号を用いている。
【００８４】
この近接スッチ１０Ｄにおいては、直流電源６５を例えば＋Ｅと−Ｅのパイポーラ電源として用いる。また、上記コンデンサ６６を第１コンデンサとして、この第１コンデンサ６６の入力側（検出電極側）に設けられ、スイッチ６ｄ，６ｅを介して第１コンデンサ６６に並列に接続される第２コンデンサ６７を備える。
【００８５】
この近接スッチ１０Ｄでは、駆動電極６３のみがスイッチＳ６ａを介して直流電源６５に接続されるようになっており、検出電極６１ａ，６１ｂは、スイッチＳ６ｂ，Ｓ６ｃを介して第２コンデンサ６７の一方の極６７ａと他方の極６７ｂとに交代的に切替接続される。
【００８６】
スイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｅは、所定の切替周波数で同期的に切り替えられるが、この場合、スイッチＳ６ａの切替周波数がｆであるとすると、スイッチＳ６ｂ，Ｓ６ｃは同じ切替周波数ｆで切り替えられ、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅは好ましくはその２倍の周波数２ｆで切り替えられる。
【００８７】
図１６を参照して、直流電源６５より駆動電極６３に印加される電圧をＶｏ，駆動電極６３と各検出電極６１ａ，６１ｂとの間に発生する静電容量をＣｏ，検出電極６１ａ，６１ｂと例えば接地間の静電容量をそれぞれＣｓａ，Ｃｓｂとすると、検出電極６１ａ，６１ｂの誘導電圧Ｖａ，Ｖｂと電圧Ｖｏは次のような比例関係となる。
Ｃｏ：Ｃｓａ＝Ｖｏ：（Ｖｏ−Ｖａ）
Ｃｏ：Ｃｓｂ＝Ｖｏ：（Ｖｏ−Ｖｂ）
【００８８】
次に、この近接スイッチ１０Ｄの動作の一例について説明する。まず、図１７（ａ）に示すように、駆動電極６３がスイッチＳ６ａにより直流電源６５の＋Ｅ側に接続されるとき、検出電極６１ａはスイッチＳ６ｂにより第２コンデンサ６７の一方の極６７ａに接続され、検出電極６１ｂはスイッチＳ６ｃにより第２コンデンサ６７の他方の極６７ｂに接続される。なお、第１コンデンサ６６は第２コンデンサ６７から切り離され、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅにより電流−電圧変換器４１側に接続される。
【００８９】
次に、図１７（ｂ）に示すように、駆動電極６３がスイッチＳ６ａにより直流電源６５の−Ｅ側に接続されるとき、検出電極６１ａはスイッチＳ６ｂにより第２コンデンサ６７の他方の極６７ｂに接続され、検出電極６１ｂはスイッチＳ６ｃにより第２コンデンサ６７の一方の極６７ａに接続される。このときにも、第１コンデンサ６６は電流−電圧変換器４１側に接続されたままの状態とされる。
【００９０】
このようにして、駆動電極６３に対する電源の切替と同期して同期検波が行われる。図１８に一方の検出電極６１ａの同期検波波形を示す。これにより、第２コンデンサ６７には、検出電極６１ａ，６１ｂの誘導電圧Ｖａ，Ｖｂの差分の電荷Ｃｘが蓄電される。
【００９１】
そして、再び駆動電極６３が直流電源６５の＋Ｅ側に接続されるとき、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅが第２コンデンサ６７側に切り替えられて、その電荷Ｃｘが第１コンデンサ６６に転送され、その後の所定のタイミング時点で、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅが電流−電圧変換器４１側に切り替えられる。
【００９２】
なお、第１コンデンサ６６の前段に第２コンデンサ６７があるため、スイッチＳ６ｄ，Ｓ６ｅの切替周波数を他のスイッチＳ６ａ〜Ｓ６ｃと同じとしてもよく、その場合には、近接スイッチ１０Ｄの回路を図１９に示すように組み替えてもよい。
【００９３】
上記近接スイッチ１０Ｃ，１０Ｄは最小単位として一対の検出電極６１ａ，６１ｂを有し、その各々に駆動電極６３が設けられるが、複数対の検出電極を並べて使用する際には、その駆動電極６３から放射される雑音を低減するため、図２０に示すように、検出電極６１１ａと６１１ｂが対、検出電極６１２ａと６１２ｂが対であるとして、それらを交互に配置し、かつ、それらの各駆動電極６３１と駆動電極６３２に印加する電圧の極性を交互に入れ替えることが好ましい。
【００９４】
本発明には、上記近接スイッチ１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄのいずれかを複数組み所定の平面もしくは曲面に沿って交互に配置してなる物体検出装置が含まれ、その用途としては、例えば、図２１（ａ）に示すように、自動ドア７００の戸先センサ７０１がある。また、図２１（ｂ）に示すように、自動ドア７００のマットセンサ７０２としても使用できる。
【００９５】
さらには、図２１（ｃ）に示すように、各検出電極をマトリクス状に並べて平面センサ８００とすることも可能である。特に、この平面センサ８００によれば、単なる物体検知だけでなく、その物体がどの位置に存在しているかまで検知することができる。
【００９６】
次に、図２２の模式的な斜視図および図２３の配線図を参照して、図２１（ｃ）に示す平面センサ８００の構成をその駆動系を含めてさらに詳しく説明する。この平面センサ８００は、同一平面上に行方向（Ｘ方向）および列方向（Ｙ方向）に沿ってマトリクス状に並設された複数の検出電極８１１を含むセンサ面８１０を備えている。
【００９７】
なお、行数がＸ１〜Ｘｎ，列数がＹ１〜Ｙｍ（ｍ，ｎは２以上の任意に選択される整数）であるとして、以下の説明において、個々の検出電極を指す必要がある場合にはその位置を表すため符号Ｘ，Ｙを用い、各検出電極の共通事項を説明する場合には総称としての符号８１１を用いる。
【００９８】
各検出電極８１１には平板状の金属板が用いられ、その大きさはこの平面センサ８００の用途に応じて適宜選択される。例えば、人の存在や歩く方向を検出するため室内の床面に配置される場合には、人の足の大きさ程度であってよい。
【００９９】
別の例として、人の指紋の検出に用いられるならば、平面センサ８００自体がいわゆる切手サイズとされることから、各検出電極８１１はミクロン（μｍ）オーダーの大きさとされる。図２２には詳しく示されていないが、各検出電極８１１の支持板には例えばガラス板や合成樹脂板が用いられ、その支持板上に各検出電極８１１が上記したようにマトリクス状に配置される。なお、指紋センサなどの小型センサとする場合には、例えば蒸着法もしくはスパッタ法によりシリコンウェハに検出電極としての金属膜を形成すればよい。
【０１００】
センサ面８１０の背面側には、図示しない所定の誘電体層を介して駆動電極８２０が配置される。駆動電極８２０にも、平板状の金属板が用いられるが、その大きさはセンサ面８１０と同じかそれよりも大きい。センサ面８１０と駆動電極８２０との間に介在される誘電体層は、センサ面８１０の支持板である例えば合成樹脂板やガラス板などとなるが、それに加えてさらに別の合成樹脂板もしくは空気層を介在させてもよい。
【０１０１】
この平面センサ８００においても、直流電源８３１を有する充電系８３０と、電流検出手段としての電流−電圧変換器（電流検出手段）８４１を有する放電系８４０とを備えるが、個々の検出電極８１１から検出情報が得られるようにするため、次のような手段を講じている。
【０１０２】
すなわち、センサ面８１０の行方向（Ｘ方向）に沿って、その行数と同数の充電用配線８５０（８５０_１〜８５０_ｎ）が設けられており、また、センサ面８１０の列方向（Ｙ方向）に沿って、その列数と同数の放電用配線８６０（８６０_１〜８６０_ｍ）が設けられている。充電用配線８５０および放電用配線８６０は、ともに駆動電極８２０の反センサ面側（図２２において下側）に配置される。
【０１０３】
充電用配線８５０と充電系８３０との間には、各充電用配線８５０_１〜８５０_ｎを充電系８３０の直流電源９３１に順次接続するための第１スキャナスイッチ８７１が設けられ、また、放電用配線８６０と放電系８４０とのとの間には、各放電用配線８６０_１〜８６０_ｍを放電系８４０の電流−電圧変換器８４１に順次接続するための第２スキャナスイッチ８７２が設けられる。
【０１０４】
各検出電極８１１は、駆動電極８２０を電気絶縁的に貫通して下方に引き出される引出線８１２を備え、引出線８１２の各々には充電用配線８５０と放電用配線８６０とに選択的に切り換えられる検出電極切換スイッチ８１３が設けられている。検出電極（Ｘ１Ｙ１）を例にして説明すると、この検出電極（Ｘ１Ｙ１）は、検出電極切換スイッチ８１３により、充電用配線８５０_１もしくは放電用配線８６０_１のいずれかに選択的に接続される。
【０１０５】
また、この平面センサ８００は、駆動電極切換スイッチ８２１と、放電系８４０の電流−電圧変換器８４１の出力側にＡ／Ｄ変換器８７１を介して接続される制御手段（ＣＰＵ）８７０とを備えている。駆動電極切換スイッチ８２１は、駆動電極８２０を充電系８３０の直流電源８３１と接地とに選択的に接続する。
【０１０６】
ＣＰＵ８７０は、放電系８４０から得られる各検出電極８１１の検出情報を受けて各種の判定を行う。例えば、この平面センサ８００が指紋センサである場合には、あらかじめ登録されている指紋データと検出指紋データとを照合したり、あるいはその検出指紋データにより指紋を再現して図示しないプリンタやディスプレイなどに表示する。また、ＣＰＵ８７０は、各検出電極８１１から検出情報を収集するにあたって、各スイッチを次のように制御する。
【０１０７】
第１スキャナスイッチ８７１は、各充電用配線８５０_１〜８５０_ｎを直流電源９３１に順次切り換え接続するが、例えば１番目の充電用配線８５０_１が選択されると、これと同期して駆動電極切換スイッチ８２１を直流電源９３１側に切り換えるとともに、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）の各検出電極切換スイッチ８１３を充電用配線８５０_１側に切り換える。
【０１０８】
これにより、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）と駆動電極８２０とが同電位となり、駆動電極８２０が一種のアクティブシールドプレートとして作用するため、反センサ面側（回路側）からのノイズの影響を受けることなく、各検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）と被検出物体との間で生ずる静電容量を正確に検出できる。
【０１０９】
また、各検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）と反センサ面側の回路との間の静電容量が実質的に０になるので、不要な容量に対する給電がなくなり、Ｓ／Ｎ比が大幅に向上する。さらには、Ｓ／Ｎ比の向上に伴ってセンサ表面の保護層を厚くでき機械的な強度も高めることができる。
【０１１０】
上記のようにして所定時間充電（給電）した後、駆動電極切換スイッチ８２１を接地側に切り換え、また、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）の各検出電極切換スイッチ８１３を放電用配線８６０_１に切り換える。しかる後、第２スキャナスイッチ８７２を放電用配線８６０_１〜８６０_ｍまで一巡するように順次切り換える。
【０１１１】
これにより、１行目の検出電極（Ｘ１Ｙ１）〜（Ｘ１Ｙｍ）の各静電容量に基づく電流が電流−電圧変換器８４１およびＡ／Ｄ変換器８７１を介してＣＰＵ８７０に順次取り込まれる。
【０１１２】
続いて、第１スキャナスイッチ８７１が２番目の充電用配線８５０_２→３番目の充電用配線８５０_３→…→ｎ番目の充電用配線８５０_ｎへと順次切り換えられるごとに、駆動電極切換スイッチ８２１，検出電極切換スイッチ８１３および第２スキャナスイッチ８７２が上記のように切り換えられ、検出電極８１１の各々からＣＰＵ８７０に検出情報が取り込まれる。
【０１１３】
なお、上記の例においては、行方向（Ｘ方向）に充電用配線８５０を配線し、列方向に放電用配線８６０を配線するようにしているが、これとは逆に、行方向（Ｘ方向）に放電用配線８６０を配線し、列方向に充電用配線８５０を配線してもよい。
【０１１４】
また、各スイッチは機械式スイッチ，電子式スイッチのいずれであってもよいが、上記した各実施形態において、充電系と放電系とを切り換えるスイッチの切替周波数を固定した場合、その高調波がラジオ受信機などに妨害を与えるおそれがある。
【０１１５】
例えば、スイッチの切替周波数を６４ｋＨｚの矩形波とした場合、これには多くの高調波が含まれ、そのうちの１０次成分は６４０ｋＨｚで、これが常時出力されることになる。したがって、ラジオ受信機などの受信周波数に６４０ｋＨｚが含まれている場合には妨害波となる。
【０１１６】
これを防止するには、図２４に示すように、充電系と放電系を切り替えるスッチの切替周波数を、例えば４つの異なる周波数Ｔ１〜Ｔ４を含む複合周波数ＴＡとし、これを繰り返して用いることが好ましい。
【０１１７】
一例として、複合周波数ＴＡを６４，６５，６６，６７（ｋＨｚ）の組み合わせとした場合、１０次成分については６４０，６５０，６６０，６７０（ｋＨｚ）が交代的に出力されることになるため、ラジオ受信機などに対する妨害を少なくすることができる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のように高周波発振によらないため、ケーブル長や設置場所の環境などに影響されることがなく、動作がきわめて安定しており、ほとんどメンテナンスフリーで使用することができる近接スイッチが提供される。また、この近接スイッチを応用した各種の物体検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考実施形態を示す模式図。
【図２】グランド電極の静電容量による影響を排除する第１の方法を示す模式図。
【図３】グランド電極の静電容量による影響を排除する第２の方法を示す模式図。
【図４】グランド電極の静電容量による影響を排除する第３の方法を示す模式図。
【図５】ケーブルの静電容量による影響を排除する第１の方法を示す模式図。
【図６】ケーブルの静電容量による影響を排除する第２の方法（本発明の第１実施形態）を示す模式図。
【図７】本発明の第２実施形態を示す模式図。
【図８】上記第２実施形態の検出電極の配置の一例を示す模式図。
【図９】上記第２実施形態において、外来誘導雑音の除去方法を説明する回路図。
【図１０】上記外来誘導雑音の除去に適用される補正手段を示す回路図。
【図１１】本発明の第３実施形態を示す回路図。
【図１２】上記第３実施形態の動作説明図。
【図１３】上記第３実施形態の変形例を示す回路図。
【図１４】上記第３実施形態の別の変形例を示す回路図。
【図１５】本発明の第４実施形態を示す回路図。
【図１６】上記第４実施形態の動作原理を示す模式図。
【図１７】上記第４実施形態の動作説明図。
【図１８】上記第４実施形態の同期検波波形を示す波形図。
【図１９】上記第４実施形態の変形例を示す回路図。
【図２０】低放射雑音化を図る検出電極の配置を示す模式図。
【図２１】本発明の用途を例示した模式図。
【図２２】本発明による平面センサの構成を示す模式的な斜視図。
【図２３】上記平面センサの回路図。
【図２４】本発明において、充電系と放電系とを切り替えるスイッチの好ましい切替周波数を示す波形図。

Claims

物体検出領域に配置される平板状に形成された金属板からなる検出電極と、上記検出電極と対向的に配置される接地されたグランド電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、中心導体の周りに内皮シールドおよび外皮シールドを有する２重シールド線とを含み、上記検出電極を上記中心導体の一端に接続し、その他端側に上記中心導体に対して上記充電系と上記放電系とを所定の切換周波数で交互に切り換える第１スイッチを設けるとともに、上記内皮シールドに上記第１スイッチと同期して同内皮シールドを上記充電系と接地とに交互に切り換える第２スイッチを設け、上記グランド電極を上記外皮シールドに接続し、さらに上記検出電極と上記グランド電極との間にガード電極を配置し、上記ガード電極を上記内皮シールドに接続してなることを特徴とする近接スイッチ。
ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上記放電系とに交互に切り換えるスイッチ手段とを備え、上記第１および第２検出電極をともに上記充電系に接続する際、一方の検出電極は直流電源の正極側に接続され、他方の検出電極は直流電源の負極側に接続され、上記第１および第２検出電極をともに上記放電系に接続する際、上記一方の検出電極から得られる電流Ｉｓａと上記他方の検出電極から得られる電流Ｉｓｂとが上記放電系内で加算されることを特徴とする近接スイッチ。
ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上記放電系とに交互に切り換えるスイッチ手段とを備え、上記第１および第２検出電極をともに上記充電系に接続する際、その各検出電極は直流電源の同一極側に接続され、上記第１および第２検出電極をともに上記放電系に接続する際、一方の検出電極から得られる電流Ｉｓａと他方の検出電極から得られる電流Ｉｓｂとが上記放電系内で相対的に減算されることを特徴とする近接スイッチ。
ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第２検出電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上記放電系とに交互に切り換える主スイッチ手段とを含み、上記放電系は、上記主スイッチ手段と上記電流検出手段との間に並列的に設けられていて、上記第１検出電極側に接続される第１放電回路と、上記第２検出電極側に接続される第２放電回路とを備え、上記いずれか一方の放電回路には、キャパシタと、上記キャパシタの両端を交代的に同放電回路から切り離して接地端子に接続する副スイッチとからなる信号反転回路が設けられており、上記主スイッチ手段が切り替えられるごとに、上記副スイッチにより上記キャパシタの極性が反転されることを特徴とする近接スイッチ。
ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、これら検出電極の各々に共通として対向的に配置される駆動電極と、直流電源を有する充電系と、コンデンサおよび電流検出手段を有する放電系と、上記直流電源の少なくとも一方の極を上記駆動電極に所定の切替周波数をもって選択的に接続する第１スイッチと、上記第１スイッチと同期して上記検出電極の各々をともに上記直流電源の上記同極と上記コンデンサとに交代的に接続する第２スイッチと、上記各スイッチと同期して上記コンデンサを上記各検出電極と上記電流検出手段とに交代的に接続する第３スイッチとを備えていることを特徴とする近接スイッチ。
上記第１および第２検出電極と上記駆動電極との間に、上記検出電極と同一サイズの金属板からなる第１および第２ガード電極が配置されており、上記第１検出電極と上記第１ガード電極、上記第２検出電極と上記第２ガード電極とがそれぞれ増幅率１倍のオペアンプを介して接続されている請求項５に記載の近接スイッチ。
ともに平板状に形成された同一サイズの金属板からなり、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設される第１および第２検出電極と、これら検出電極の各々に共通として対向的に配置される駆動電極と、直流電源を有する充電系と、第１，第２コンデンサおよび電流検出手段を有する放電系と、上記直流電源の少なくとも一方の極を上記駆動電極に所定の切替周波数をもって選択的に接続する第１スイッチと、上記第１スイッチと同期して上記検出電極の各々を上記第１コンデンサの両極に交互に入れ替えて接続する同期検波用の第２スイッチと、上記各スイッチと同期して上記第２コンデンサを上記第１コンデンサと上記電流検出手段とに交代的に接続する第３スイッチとを備えていることを特徴とする近接スイッチ。
上記第３スイッチの切替周波数が、上記第１および第２スイッチの切替周波数の２倍に設定されている請求項７に記載の近接スイッチ。
上記充電系と上記放電系とを切り替えるスイッチの切替周波数は、複数の異なる周波数を含む複合周波数であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の近接スイッチ。
請求項２ないし９のいずれか１項に記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各検出電極を所定の平面もしくは曲面に沿って交互に配置してなることを特徴とする物体検出装置。
請求項２ないし９のいずれか１項に記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各検出電極を所定の平面もしくは曲面に沿って交互に配置するとともに、その奇数番目と偶数番目とでは異なる極性の駆動電圧を印加することを特徴とする物体検出装置。
請求項２ないし９のいずれか１項に記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各検出電極を自動ドアの戸先に沿って交互に配置してなることを特徴とする自動ドア開閉制御用の物体検出装置。
請求項２ないし９のいずれか１項に記載の近接スイッチを複数組み備え、隣接する組みの各検出電極を自動ドアの出入り口床面に交互に配置してなることを特徴とする自動ドア開閉制御用の物体検出装置。
同一平面上に行方向および列方向に沿って並設された複数の検出電極を含むセンサ面と、誘電体層を介して上記センサ面の背面側のほぼ全面にわたって配置された駆動電極と、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記駆動電極の反センサ面側で上記センサ面の行方向もしくは上記列方向のいずれか一方に沿って配線された複数の充電用配線およびいずれか他方に沿って配線された複数の放電用配線と、上記各検出電極を個別的に上記充電用配線もしくは上記放電用配線のいずれかに選択的に接続する検出電極切換スイッチと、上記各充電用配線を上記充電系の直流電源に順次接続する第１スキャナスイッチと、上記各放電用配線を上記放電系の電流検出手段に順次接続する第２スキャナスイッチと、上記駆動電極を上記充電系の直流電源もしくは接地のいずか一方に選択的に接続する駆動電極切換スイッチと、上記各スイッチを制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第１スキャナスイッチを切り換えて上記充電用配線を一つずつ上記直流電源に接続するごとに、上記駆動電極切換スイッチを上記直流電源側に切り換えるとともに、上記第１スキャナスイッチにて選択された上記充電用配線に沿って存在する上記検出電極切換スイッチを同充電用配線側に切り換える第１ステップと、
上記第１ステップ後において、上記駆動電極切換スイッチを上記接地側に切り換えるとともに、上記第１ステップで上記充電用配線側に切り換えられた上記検出電極切換スイッチを上記放電用配線側に切り替える第２ステップと、
上記第２ステップ後において、上記第２スキャナスイッチを一巡するように順次切り換える第３ステップとを実行することを特徴とする物体検出装置。
検出対象の物体が、人の指紋であることを特徴とする請求項１４に記載の物体検出装置。