JP4897886B2 - 静電容量型近接センサおよび近接検知方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、静電容量型近接センサ100は、人体などの検知対象物を検知する箇所に配置されるセンサ部10と、このセンサ部10と図示しない基板などを介して一体に、あるいは別体に配置される検知回路部20とを備えて構成されている。
このとき、センサ電極11の裏面側は、シールド駆動回路24に接続されたシールド電極12によって覆われた状態であるため、センサ電極11の裏面側のセンサ感度はほぼないに等しい。
また、両検知対象物A,Bはセンサ電極11からほぼ等しい距離に存するが、シールド駆動回路24に接続された補助電極13の影響によって、等静電容量線(面)Mが図2に示すような状態になり、検知対象物Bに対するセンサ感度が検知対象物Aに対するセンサ感度よりも低下する。つまり、図3(a)に示すように、センサ電極11の中心部付近に存する検知対象物Aに対するセンサ電極11からの電気力線Pは補助電極13からの電気力線P'(シールド)の影響が小さいが、図3(b)に示すように、センサ電極11に対して外側に存する検知対象物Bに対するセンサ電極11からの電気力線Pは補助電極13からの電気力線P'(シールド)の影響を受けやすい。
なお、このような動作1のときに検出された第1の静電容量値C1をCPU23によって記憶しておく。
ただし、この動作1の場合においては、センサ電極11の電極端のセンサ感度が僅かに低下する程度であるので、例えば図3(b)に示す検知対象物Aよりはセンサ電極11に近い位置に存する検知対象物Cの静電容量値は、検知対象物Aの静電容量値とほぼ等しくなってしまい、等静電容量線(面)Mが図2に示すような状態となってしまう。このため、検知対象物A,Cの違いを判別することができず、より強い指向性を持たせることができない状態であるといわざるを得ない。
このとき、センサ電極11の裏面側は、シールド駆動回路24に接続されたシールド電極12によって覆われた状態であるため、センサ電極11の裏面側のセンサ感度はほぼないに等しいが、センサ電極11の表面側(検知面側)における等静電容量線(面)Mは図4に示す状態となり、検知面側の180°の範囲で指向性が無い状態といえる。
このため、動作2の場合においては、センサ電極11からほぼ等しい距離に存する両検知対象物A,Bは、ほぼ同等の静電容量値が検出される。
このような動作2のときに検出された第2の静電容量値C2をCPU23によって記憶しておく。
一方、検知対象物が近接していないと判定された場合(ステップS103のN)や、第1の静電容量値C1と第2の静電容量値C2の比較値がしきい値以上でないと判定された場合(ステップS106のN)は、検知対象物を非検知と判定する(ステップS104)。
そして、検知対象物の検知または非検知を判定した後(ステップS104またはS107の後)、処理を終了するか否かを判定し(ステップS105)、処理を終了すると判定された場合(ステップS105のY)は、本フローチャートによる一連の近接検知処理を終了する。なお、処理を終了しないと判定された場合(ステップS105のN)は、上記ステップS101に移行して以降の処理を繰り返す。
これによって、検知対象物が近接している場合であっても(ステップS103のY)、上記ステップS106に移行して、比較値が任意のしきい値Th2よりも小さい場合(ステップS106のN)は、検知対象物は検知領域の範囲外であると認識され、検知対象物を非検知と判定される(ステップS104)。そして、検知対象物が近接している場合であって(ステップS106のY)、かつ、比較値が任意のしきい値Th2以上の場合にのみ(ステップS106のY)、検知対象物を検知と判定される(ステップS107)。
さらにまた、上述した例では、第1の静電容量値を第2の静電容量値で除算した値を用いて比較することで検知対象物の近接を判定したが、例えば、第1の静電容量値を第1の静電容量値と第2の静電容量値との和の値で除算した値を用いて比較し、検知対象物の近接を判定するようにしてもよい。
上述した第1の実施形態に係る静電容量センサは、検知回路部20のC−V変換回路21からの出力は、センサ電極11および補助電極13により検知された静電容量を示す第2の静電容量値か、センサ電極11のみにより検知された静電容量を示す第1の静電容量値かのいずれかとなる。このため、センサ電極11(を含むセンサ部10)の設置場所の周囲の構造等により検出される静電容量値が異なる場合がある。
一方、検知対象物が近接していると判定されるが(ステップS203のY)、比較値がしきい値以上でないと判定された場合(ステップS206のN)は、検知対象物を非検知として(ステップS204)、例えば指向性をもたせたときの検知領域の範囲内に検知対象物が存在しないことを示すディセーブル信号である非検知信号A(例えば、ハイインピーダンスや所定の固定電圧等)を判定出力として出力する。
また、例えば第1または第2の検出値(あるいは第1または第2の静電容量値C1,C2)に基づき、検知対象物は近接しているか否かを判定(ステップS203)し、検知対象物は近接していないと判定された場合(ステップS203のN)は、上記ステップS204に移行して検知対象物を非検知として、例えば検知対象物がセンサ電極11の検知領域の範囲内にないことを示すディセーブル信号である非検知信号Bを判定出力として出力する。
処理を終了しないと判定された場合(ステップS205のN)は、上記ステップS201に移行して以降の処理を繰り返す。
Claims (14)
- センサ電極と、
前記センサ電極の近傍に設けられた補助電極と、
前記センサ電極及び補助電極の検知面とは反対側の裏面側に前記センサ電極及び補助電極に対して絶縁された状態で配置され、前記センサ電極及び補助電極の裏面側をシールドするシールド電極と、
少なくとも前記センサ電極が接続され、接続された電極からの静電容量に基づく静電容量値を検出する検出回路と、
少なくとも前記シールド電極が接続され、接続された電極に前記センサ電極と同等の電位を与えるためのシールド駆動回路と、
前記補助電極を前記検出回路に接続せず前記シールド駆動回路に接続する第1の接続状態と、前記補助電極を前記シールド駆動回路に接続せず前記検出回路に接続する第2の接続状態とを選択的に切り替え可能な切替スイッチと、
前記第1の接続状態における前記検出回路からの第1の静電容量値と、前記第2の接続状態における前記検出回路からの第2の静電容量値とを比較した比較値、および前記第1または第2の静電容量値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内にあるか否かを判定する比較判定手段とを備えた
ことを特徴とする静電容量型近接センサ。 - センサ電極と、
前記センサ電極の近傍に設けられた補助電極と、
前記センサ電極及び補助電極の検知面とは反対側の裏面側に前記センサ電極及び補助電極に対して絶縁された状態で配置され、前記センサ電極及び補助電極の裏面側をシールドするシールド電極と、
接続された電極からの静電容量に基づく静電容量値を検出する検出回路と、
少なくとも前記シールド電極が接続され、接続された電極に前記検出回路と接続された電極と同等の電位を与えるためのシールド駆動回路と、
前記センサ電極を前記検出回路に接続する第1の接続状態と、前記センサ電極を前記シールド駆動回路に接続する第2の接続状態とを選択的に切り替え可能な第1切替スイッチと、
前記第1切替スイッチが前記第1の接続状態のときに前記補助電極を前記シールド駆動回路に接続し、前記第1切替スイッチが前記第2の接続状態のときに前記補助電極を前記検出回路に接続するように切り替え可能な第2切替スイッチと、
前記第1の接続状態の場合における前記検出回路からの第1の静電容量値と、前記第2の接続状態の場合における前記検出回路からの第2の静電容量値とを比較した比較値、および前記第1または第2の静電容量値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内にあるか否かを判定する比較判定手段とを備えた
ことを特徴とする静電容量型近接センサ。 - 前記補助電極は、前記センサ電極を囲むように配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の静電容量型近接センサ。
- 前記補助電極は、前記センサ電極と同心に配置されていることを特徴とする請求項3記載の静電容量型近接センサ。
- 前記比較判定手段は、前記第1の静電容量値を前記第2の静電容量値で除算した値に所定の係数を乗算して比較値を算出し、該比較値があらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
- 検知面側がシールド電極で覆われているダミー電極をさらに備え、
前記検出回路は差動動作可能に構成され、該検出回路の一方の入力端が前記センサ電極と直接接続、または前記第1切替スイッチを介して接続され、当該検出回路の他方の入力端が前記ダミー電極と接続されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。 - 前記ダミー電極は、電極面の面積が前記センサ電極の検知面の面積の1/2以下となるように形成されていることを特徴とする請求項5記載の静電容量型近接センサ。
- 前記検出回路は、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第1の静電容量値の初期容量である第1の初期容量と、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第2の静電容量値の初期容量である第2の初期容量とをさらに検出し、
前記比較判定手段は、前記第1の静電容量値から前記第1の初期容量を差し引いた第1の検出値と、前記第2の静電容量値から前記第2の初期容量を差し引いた第2の検出値とを比較した比較値、および前記第1または第2の検出値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内に存するか否かを判定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。 - 前記検出回路の出力を基準電圧にするための基準電圧調整手段をさらに備え、
前記検出回路は、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第1の静電容量値の初期容量である第1の初期容量を前記基準電圧に調整するための第1の設定値と、検知領域の範囲内に検知対象物がないときの前記第2の静電容量値の初期容量である第2の初期容量を前記基準電圧に調整するための第2の設定値とをそれぞれ取得するとともに、前記第1の設定値により調整した第1の静電容量値と、前記第2の設定値により調整した第2の静電容量値を出力するように構成され、
前記比較判定手段は、前記第1の設定値により調整した前記第1の静電容量値から前記基準電圧を差し引いたものを前記第1の検出値とし、前記第2の設定値により調整した前記第2の静電容量値から前記基準電圧を差し引いたものを前記第2の検出値として両者を比較した比較値、および前記第1または第2の検出値に基づき、検知対象物が検知領域の範囲内に存するか否かを判定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。 - 前記比較判定手段は、検知領域の範囲内に検知対象物があると判定したときは、前記第1の静電容量値、前記第2の静電容量値、前記第1の検出値および前記第2の検出値のいずれかの値に基づき、前記検知対象物の前記センサまでの距離に応じた信号を出力し、検知領域の範囲内に検知対象物がないと判定したときは、該出力を所定の固定電圧とすることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
- 前記所定の固定電圧は、接地電圧または基準電圧であることを特徴とする請求項10記載の静電容量型近接センサ。
- 前記比較判定手段は、検知領域の範囲内に検知対象物があると判定したときは、前記第1の静電容量値、前記第2の静電容量値、前記第1の検出値および前記第2の検出値のいずれかの値に基づき、前記検知対象物の前記センサ電極までの距離に応じた信号を出力し、検知領域の範囲内に検知対象物がないと判定したときは、該出力をハイインピーダンスとすることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
- センサ電極と、該センサ電極の近傍に設けられた補助電極と、前記センサ電極及び補助電極の検知面とは反対側の裏面側に前記センサ電極及び補助電極に対して絶縁された状態で配置され、前記センサ電極及び補助電極の裏面側をシールドするシールド電極と、前記センサ電極および前記補助電極の少なくともいずれかにより検知された静電容量に基づく静電容量値を検出する検出回路と、前記シールド電極及び前記補助電極のうち接続された電極に前記センサ電極と同等の電位を与えるためのシールド駆動回路と、各電極と前記検出回路との接続状態を切り替える切替スイッチとを備え、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサにおける近接検知方法であって、
前記切替スイッチによって、前記センサ電極および前記補助電極と前記検出回路および前記シールド駆動回路との接続状態を切り替えて、検知面側における等静電容量線(面)を可変させる工程と、
前記検出回路によって、等静電容量線(面)の可変前後の静電容量値をそれぞれ検出し、第1および第2の静電容量値として取得する工程と、
前記第1の静電容量値と第2の静電容量値との比較値、および前記第1または第2の静電容量値に基づき、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定する工程と
により、検知対象物の近接を検知することを特徴とする近接検知方法。 - 検知領域の範囲内に検知対象物がある場合に、前記第1または第2の静電容量値に基づいてさらに前記検知対象物の前記センサ電極までの距離を判定することを特徴とする請求項13記載の近接検知方法。
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