JP4929937B2 - Capacitance detection device - Google Patents

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本発明は、静電容量検出装置に関する。   The present invention relates to a capacitance detection device.

従来の静電容量検出装置には、例えば特許文献1〜3に記載されたものがある。
米国特許第6466036号明細書 特開2005−106665号公報 特開2002−221402号公報
Examples of conventional capacitance detection devices include those described in Patent Documents 1 to 3.
US Pat. No. 6,466,036 JP 2005-106665 A JP 2002-221402 A

静電容量検出装置は、例えば自動車等の車両用ドアの開閉を制御するシステムに組込まれ、その静電容量検出装置の検出信号が、開錠をするときのトリガとして用いられている。具体的には、ユーザが車両に近づいて車両側とユーザとの間でIDコードの照合が行われた結果、車両側がアンロック許可モードに遷移したときに、ユーザが車両用ドアのアウトサイドハンドル内に配置されたアンロックセンサ(電極)に触れると、静電容量検出装置がその電極の静電容量の変化を検出し、トリガとして出力する。換言すると、静電容量検出装置はユーザからのアンロックの意思を、静電容量の変化で検出して出力する。   The capacitance detection device is incorporated in a system that controls opening and closing of a vehicle door such as an automobile, for example, and a detection signal of the capacitance detection device is used as a trigger when unlocking. Specifically, when the user approaches the vehicle and the ID code is collated between the vehicle side and the user, when the vehicle side transitions to the unlock permission mode, the user handles the outside handle of the vehicle door. When an unlock sensor (electrode) arranged inside is touched, the capacitance detection device detects a change in capacitance of the electrode and outputs it as a trigger. In other words, the capacitance detection device detects and outputs the intention of unlocking by the user based on a change in capacitance.

また、静電容量検出装置には、後突時の鞭打ちを低減するために頭部とヘッドレストとの距離を制御する安全装置に組み込まれ、電極と人体との距離に応じて静電容量が変化することを利用して頭部とヘッドレストとの間の距離を検出する距離センサとして用いられるというニーズもある。   In addition, the electrostatic capacity detection device is built into a safety device that controls the distance between the head and the headrest in order to reduce lashing at the time of rear impact, and the electrostatic capacity changes according to the distance between the electrode and the human body. There is also a need to be used as a distance sensor that detects the distance between the head and the headrest by utilizing this.

上記特許文献1に示された静電容量検出装置では、基準容量Csの一端に開閉スイッチS1を介して直流電圧源が接続され、基準容量Csの他端にはセンサ電極を介して片側が接地あるいは自由空間に接続された被測定容量Cxが接続され、基準容量Csの他端とグランドとの間には、開閉スイッチS2が接続され、基準容量Csの両端には開閉スイッチS3が接続され、基準容量Csの一端には該一端の電位を測定する電位測定部が接続されている。   In the capacitance detection device disclosed in Patent Document 1, a DC voltage source is connected to one end of a reference capacitor Cs via an open / close switch S1, and one end is grounded to the other end of the reference capacitor Cs via a sensor electrode. Alternatively, a measured capacitor Cx connected to the free space is connected, an open / close switch S2 is connected between the other end of the reference capacitor Cs and the ground, and an open / close switch S3 is connected to both ends of the reference capacitor Cs. One end of the reference capacitor Cs is connected to a potential measuring unit that measures the potential of the one end.

この静電容量検出装置は、まずスイッチS2及びスイッチS3を閉操作して直基準容量Cs及び被測定容量Cxの電荷を放電させる。つぎに、スイッチS1を閉操作して直流電圧源によって基準容量Csと被測定容量Cxを充電し、基準容量の電位を、基準容量と被測定容量の容量比で定まる電圧に上昇させた後にスイッチS1を開操作し、さらにスイッチS2を閉じて基準容量の他端を接地して比測定容量の電荷を放電させるとともに、電位測定部によって基準容量の電位を測定する動作を繰り返し、基準容量の電位が設定電位に上昇するまでの回数をカウントする。そして、この基準容量の電位が設定電位に上昇するまでの回数の増減により、被測定容量の容量値の変化の有無を検出している。   In this capacitance detection device, first, the switches S2 and S3 are closed to discharge the charges of the direct reference capacitance Cs and the measured capacitance Cx. Next, the switch S1 is closed to charge the reference capacitor Cs and the measured capacitor Cx with a DC voltage source, and the potential of the reference capacitor is increased to a voltage determined by the capacitance ratio between the reference capacitor and the measured capacitor. The operation of opening S1, closing the switch S2 and grounding the other end of the reference capacitor to discharge the charge of the specific measurement capacitor, and repeatedly measuring the potential of the reference capacitor by the potential measuring unit, the potential of the reference capacitor is repeated. The number of times until the voltage rises to the set potential is counted. The presence or absence of a change in the capacitance value of the measured capacitance is detected by increasing or decreasing the number of times until the potential of the reference capacitor rises to the set potential.

また、特許文献1には、2つの被測定容量の変化の有無を検出する静電容量検出装置も記載されている。この静電容量検出装置では、基準容量Csの両端にそれぞれセンサ電極が接続され、各センサ電極に片側が接地或いは自由空間に接続された2つの被測定容量Cx1,Cx2がそれぞれ接続されている。基準容量Csの一端は、開閉スイッチS1を介して直流電圧源が接続されると共に開閉スイッチS2を介して接地されている。基準容量Csの他端は、開閉スイッチS3を介して直流電圧源が接続されると共に開閉スイッチS4を介して接地されている。静電容量検出装置では、開閉スイッチS1〜S4を操作し、基準容量Csの両端の電位をそれぞれ測定する2つの電位測定部により測定して、2つの被測定容量Cx1,Cx2の変化の有無を検出している。   Patent Document 1 also describes a capacitance detection device that detects the presence or absence of changes in two measured capacitances. In this capacitance detection device, sensor electrodes are connected to both ends of a reference capacitor Cs, and two measured capacitors Cx1 and Cx2 having one side connected to ground or free space are connected to each sensor electrode. One end of the reference capacitor Cs is connected to a DC voltage source via an open / close switch S1 and grounded via an open / close switch S2. The other end of the reference capacitor Cs is connected to a DC voltage source via an open / close switch S3 and grounded via an open / close switch S4. In the capacitance detection device, the open / close switches S1 to S4 are operated, and the potentials at both ends of the reference capacitor Cs are measured by the two potential measuring units to determine whether there are changes in the two measured capacitances Cx1 and Cx2. Detected.

特許文献2に示された静電容量検出装置は、両端間に開閉スイッチS1が接続された基準容量Csの一端が直流電圧源に接続され、その基準容量Csの他端が被測定容量Cxの一端に接続され、被測定容量Cxの他端が接地され、被測定容量Cxの両端間には開閉スイッチS3が接続されている。この静電容量検出装置では、開閉スイッチS1を閉にする第1のスイッチ動作を行った後、開閉スイッチS2を閉にしてから開にする第2のスイッチ操作と、開閉スイッチS3を閉にしてから開に戻す第3のスイッチ操作を交互に繰り返し、基準容量Csの他端の電位が所定電位に変化するまでの第2のスイッチ動作の回数に基づいて、被測定容量Cxの静電容量値の変化を検出している。
特許文献3に示された静電容量検出装置は、被測定対象に対向する2つの電極の面積を等しくし、各電極と被測定対象との間にできる2つのコンデンサに対して逆送の交流信号を流し、2つコンデンサのインピーダンスから被測定対象との距離を求めている。
In the capacitance detection device disclosed in Patent Document 2, one end of a reference capacitor Cs having an open / close switch S1 connected between both ends thereof is connected to a DC voltage source, and the other end of the reference capacitor Cs is connected to a measured capacitor Cx. Connected to one end, the other end of the measured capacitor Cx is grounded, and an open / close switch S3 is connected between both ends of the measured capacitor Cx. In this capacitance detection device, after performing the first switch operation for closing the open / close switch S1, the second switch operation for opening the open / close switch S2 and then opening the open / close switch S2 and closing the open / close switch S3 are performed. The third switch operation for returning from the open state to the open state is alternately repeated, and the capacitance value of the measured capacitance Cx is determined based on the number of times of the second switch operation until the potential at the other end of the reference capacitance Cs changes to a predetermined potential. Changes are detected.
In the capacitance detection device disclosed in Patent Document 3, the areas of two electrodes facing the object to be measured are equalized, and the alternating current is fed back to the two capacitors formed between each electrode and the object to be measured. A signal is sent and the distance to the object to be measured is obtained from the impedance of the two capacitors.

しかしながら、上記特許文献1及び2に記載された静電容量検出装置は、センサ電極の電位が大きく変動するため、大きなラジオノイズが発生すると共に、開閉スイッチS2或いは開閉スイッチS4に同期した電磁気的な外乱があると検出精度が悪化して正常動作しなくなる危険性があった。
本発明の目的は、ラジオノイズの発生を抑制すると共に、検出精度が高い静電容量検出装置を実現することにある。
However, in the electrostatic capacitance detection devices described in Patent Documents 1 and 2, since the potential of the sensor electrode greatly fluctuates, a large radio noise is generated and the electromagnetic detection is synchronized with the open / close switch S2 or the open / close switch S4. If there is a disturbance, there is a risk that the detection accuracy will deteriorate and the normal operation will not be performed.
An object of the present invention is to realize a capacitance detection device that suppresses generation of radio noise and has high detection accuracy.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る静電容量検出装置は、
一端が第1の電源電位に接続されると共に他端が第1のノードに接続された第1の開閉スイッチと、
前記第1のノードに一端が接続されると共に他端が第2の電源電位に接続された第1の基準容量と、
前記第1のノードに一端が接続されると共に他端が第2のノードに接続された第2の開閉スイッチと、
前記第2のノードに一端が接続されると共に他端が第3の電源電位に接続された第3の開閉スイッチと、
前記第2のノードに接続されると共に被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第1のセンサ電極と、
一端が前記第3の電源電位に接続されると共に他端が第3のノードに接続された第4の開閉スイッチと、
前記第3のノードに一端が接続されると共に他端が第4の電源電位に接続された第2の基準容量と、
前記第3のノードに一端が接続されると共に他端が第4のノードに接続された第5の開閉スイッチと、
前記第4のノードに一端が接続されると共に他端が前記第1の電源電位に接続された第6の開閉スイッチと、
前記第4のノードに接続され、前記被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成すると共に、前記第1のセンサ電極に近接して該第1のセンサ電極との間に静電容量を持つ第2のセンサ電極と、
前記第1のノードが一方の入力端子に接続され、前記第3のノードが他方の入力端子に接続されたコンパレータと、
前記第1の開閉スイッチ及び第4の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第1のスイッチ操作を行った後、前記第2の開閉スイッチ及び前記第5の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2のスイッチ操作と、前記第3の開閉スイッチ及び前記第6の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3のスイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第2のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記コンパレータの両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第2のスイッチ操作の回数に基づき、前記被測定対象との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a capacitance detection device according to a first aspect of the present invention includes:
A first open / close switch having one end connected to the first power supply potential and the other end connected to the first node;
A first reference capacitor having one end connected to the first node and the other end connected to a second power supply potential;
A second open / close switch having one end connected to the first node and the other end connected to a second node;
A third open / close switch having one end connected to the second node and the other end connected to a third power supply potential;
A first sensor electrode that is connected to the second node and forms a capacitor that faces the object to be measured and exhibits a capacitance according to a distance from the object to be measured;
A fourth open / close switch having one end connected to the third power supply potential and the other end connected to a third node;
A second reference capacitor having one end connected to the third node and the other end connected to a fourth power supply potential;
A fifth open / close switch having one end connected to the third node and the other end connected to a fourth node;
A sixth open / close switch having one end connected to the fourth node and the other end connected to the first power supply potential;
A capacitor connected to the fourth node, facing the object to be measured and having a capacitance corresponding to a distance from the object to be measured is formed, and in proximity to the first sensor electrode A second sensor electrode having a capacitance between the first sensor electrode and the first sensor electrode;
A comparator in which the first node is connected to one input terminal and the third node is connected to the other input terminal;
After performing the first switch operation for opening the first open / close switch and the fourth open / close switch after closing them, the second open / close switch and the fifth open / close switch are closed. Switch control means for alternately repeating a second switch operation for returning the switch from the open state to the open state, and a third switch operation for returning the open state to the open state after closing the third open / close switch and the sixth open / close switch;
Counting means for counting the number of times the second switch operation is repeated;
Based on the number of times of the second switch operation counted by the counting means until the level of the input voltage at both input terminals of the comparator is reversed, a change in capacitance with the object to be measured is determined. A determination means;
It is characterized by providing.

尚、前記第1のセンサ電極の面積と前記第1の基準容量の容量との比と、前記第2のセンサ電極の面積と前記第2の基準容量の容量との比とが、略等しい構成でもよい。
また、前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の面積は、等しくてもよい。
The ratio between the area of the first sensor electrode and the capacity of the first reference capacitor and the ratio of the area of the second sensor electrode and the capacity of the second reference capacitor are substantially equal. But you can.
The areas of the first sensor electrode and the second sensor electrode may be equal.

上記目的を達成するために、本発明の第2の観点に係る静電容量検出装置は、
被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第1のセンサ電極と、
前記被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第2のセンサ電極と、を備え、
前記第1のセンサ電極及び記第2のセンサ電極の電位の変化に伴う、該第1のセンサ電極及び前記第2のセンサ電極が一方の電極となる前記コンデンサに蓄えられる電荷の変動を、該各第1のセンサ電極及び第2のセンサ電極に対応する基準容量にそれぞれ蓄積し、
前記第1のセンサ電極及び第2のセンサ電極が一方の電極となるコンデンサの容量を前記基準容量の両端子間の電位差により検出する静電容量検出装置であって、
前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の電位の変動は、変動幅がほぼ等しく、その変動方向が反対方向であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a capacitance detection device according to a second aspect of the present invention includes:
A first sensor electrode that constitutes one electrode of a capacitor that opposes the object to be measured and whose capacitance changes in accordance with the distance between the object to be measured;
A second sensor electrode that constitutes one electrode of a capacitor that opposes the object to be measured and whose capacitance changes according to the distance between the object to be measured;
The fluctuation of the electric charge stored in the capacitor in which the first sensor electrode and the second sensor electrode become one electrode accompanying the change in the potential of the first sensor electrode and the second sensor electrode, Accumulating in a reference capacity corresponding to each of the first sensor electrode and the second sensor electrode,
A capacitance detection device that detects a capacitance of a capacitor in which the first sensor electrode and the second sensor electrode are one electrode by a potential difference between both terminals of the reference capacitance,
The fluctuations of the potentials of the first sensor electrode and the second sensor electrode have substantially the same fluctuation width, and the fluctuation directions are opposite directions.

尚、前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の面積は、等しくてもよい。   The areas of the first sensor electrode and the second sensor electrode may be equal.

また、前記第1のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
前記第2のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
前記第1のセンサ電極の重心と第2のセンサ電極の重心とは略一致してもよい。
The first sensor electrode is composed of an arbitrary number of conductors,
The second sensor electrode is composed of an arbitrary number of conductors,
The center of gravity of the first sensor electrode and the center of gravity of the second sensor electrode may substantially coincide.

また、前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極は、前記重心を通る2つ以上の平面に対して対称に配置されてもよい。   The first sensor electrode and the second sensor electrode may be arranged symmetrically with respect to two or more planes passing through the center of gravity.

本発明によれば、ラジオノイズの発生が抑制されると共に、検出精度が高い静電容量検出装置を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of radio noise is suppressed and the electrostatic capacitance detection apparatus with high detection accuracy is realizable.

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。
図2は、図1のA部の説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a capacitance detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of part A of FIG.

この静電容量検出装置は、第1の開閉スイッチS11と、第2の開閉スイッチS21と、第3の開閉スイッチS31と、第4の開閉スイッチS12と、第5の開閉スイッチS22と、第6の開閉スイッチS32と、第1の基準容量Cs1と、第2の基準容量Cs2と、第1のセンサ電極E1と,第2のセンサ電極E2と、コンパレータCMP1と、図示しないスイッチ制御部と、カウント手段を構成する制御部10とを、備えている。   The capacitance detection device includes a first opening / closing switch S11, a second opening / closing switch S21, a third opening / closing switch S31, a fourth opening / closing switch S12, a fifth opening / closing switch S22, and a sixth opening / closing switch S21. Open / close switch S32, first reference capacitor Cs1, second reference capacitor Cs2, first sensor electrode E1, second sensor electrode E2, comparator CMP1, switch control unit (not shown), count The control part 10 which comprises a means is provided.

開閉スイッチS11の一端は、電源電位V1(第1の電源電圧)に接続され、開閉スイッチS11の他端が第1のノードN1に接続されている。ノードN1には、基準容量Cs1の一端と、開閉スイッチS21の一端と、コンパレレータCMP1の一方の入力端子Vin−とが接続されている。   One end of the open / close switch S11 is connected to the power supply potential V1 (first power supply voltage), and the other end of the open / close switch S11 is connected to the first node N1. One end of the reference capacitor Cs1, one end of the open / close switch S21, and one input terminal Vin− of the comparator CMP1 are connected to the node N1.

開閉スイッチS21の他端が第2のノードN2に接続されている。ノードN2には、センサ電極E1が接続されると共に、開閉スイッチS31の一端が接続されている。開閉スイッチS31の他端が電源電位V2(第2の電源電圧)に接続されている。基準容量Cs1の他端が、電源電位V3(第3の電源電圧)に接続されている。この電源電位V3は、電源電位V1と等しくてもよい。   The other end of the open / close switch S21 is connected to the second node N2. The sensor electrode E1 is connected to the node N2, and one end of the open / close switch S31 is connected to the node N2. The other end of the open / close switch S31 is connected to the power supply potential V2 (second power supply voltage). The other end of the reference capacitor Cs1 is connected to the power supply potential V3 (third power supply voltage). The power supply potential V3 may be equal to the power supply potential V1.

電源電位V2には、さらに、開閉スイッチS12の一端が接続され、開閉スイッチS12の他端が第3のノードN3に接続されている。ノードN3には、基準容量Cs2の一端と、開閉スイッチS21の一端と、コンパレータCMP1の他方の入力端子Vin+とが、接続されている。   Further, one end of the open / close switch S12 is connected to the power supply potential V2, and the other end of the open / close switch S12 is connected to the third node N3. One end of the reference capacitor Cs2, one end of the open / close switch S21, and the other input terminal Vin + of the comparator CMP1 are connected to the node N3.

開閉スイッチS22の他端が第4のノードN4に接続されている。ノードN4には、センサ電極E2が接続されると共に、開閉スイッチS32の一端が接続されている。開閉スイッチS32の他端が電源電位V1に接続されている。基準容量Cs2の他端が、電源電位V4(第4の電源電圧)に接続されている。この電源電位V4は、電源電位V2と等しくてもよい。   The other end of the open / close switch S22 is connected to the fourth node N4. The sensor electrode E2 is connected to the node N4, and one end of the open / close switch S32 is connected to the node N4. The other end of the open / close switch S32 is connected to the power supply potential V1. The other end of the reference capacitor Cs2 is connected to the power supply potential V4 (fourth power supply voltage). The power supply potential V4 may be equal to the power supply potential V2.

コンパレータCMP1の出力端子が、制御回路10に接続されている。各開閉スイッチS11,S21,S31,S12,S22,S32の開閉動作は、図示しないスイッチ制御部により、制御される構成である。   The output terminal of the comparator CMP1 is connected to the control circuit 10. The open / close operation of each open / close switch S11, S21, S31, S12, S22, S32 is controlled by a switch control unit (not shown).

センサ電極E1,E2は、図2に示すように、検出対象の導体E0に対向して導体E0との間に被測定容量Cx11,Cx21をそれぞれ形成し、センサ電極E1,E2が被測定容量Cx11,Cx21の一方の電極になる。また、センサ電極E1,E2は、近接して配置され、センサ電極E1,E2間にも静電容量Cx0が形成されている。   As shown in FIG. 2, the sensor electrodes E1 and E2 respectively form measured capacitors Cx11 and Cx21 facing the conductor E0 to be detected, and the sensor electrodes E1 and E2 are measured capacitors Cx11. , Cx21. The sensor electrodes E1 and E2 are arranged close to each other, and a capacitance Cx0 is also formed between the sensor electrodes E1 and E2.

次に、図1の静電容量検出装置の動作を、図3を参照しつつ、説明する。
図3(a)〜(g)は、図1の動作を説明するためのタイミングチャートであり、電源電位V1が電源電位V2よりも高く、初期状態としては、基準容量Cs1,Cs2、被測定容量Cx11,Cx21及び静電容量Cx0が放電されているとして示されている。
Next, the operation of the capacitance detection device of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
FIGS. 3A to 3G are timing charts for explaining the operation of FIG. 1, in which the power supply potential V1 is higher than the power supply potential V2, and in the initial state, the reference capacitors Cs1, Cs2 and the capacitance to be measured Cx11, Cx21 and capacitance Cx0 are shown as being discharged.

スイッチ制御部は、開閉スイッチS11,S12を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態にする第1のスイッチ操作を行い(図3(a))、第1のスイッチ操作を行った後に、開閉スイッチS21,22を閉状態から所定期間開状態にして再び閉状態にする第2のスイッチ操作(図3(b))と、開閉スイッチS31,S32を閉状態から所定期間開状態にして再び閉状態にする第3のスイッチ操作(図3(c))とを交互に繰り返す。   The switch control unit performs the first switch operation for opening and closing the open / close switches S11 and S12 from the open state to the closed state for a predetermined period (FIG. 3A), and after performing the first switch operation, A second switch operation (FIG. 3 (b)) for switching the open / close switches S21, 22 from the closed state to the open state for a predetermined period and closing the open / close switches S31, S32 from the closed state to the open state for a predetermined period again. The third switch operation (FIG. 3C) to be closed is repeated alternately.

第1のスイッチ操作により、基準容量Cs1,Cs2が充電され、コンパレータCMP1の例えば入力端子Vin−の電圧が例えば上昇し、入力端子Vin+の電圧が低下する(図3(f))。そして、コンパレータCMP1の出力端子から出力される電圧Voutが低レベルになる(図3(g))。   By the first switch operation, the reference capacitors Cs1 and Cs2 are charged, for example, the voltage of the input terminal Vin− of the comparator CMP1 increases, for example, and the voltage of the input terminal Vin + decreases (FIG. 3 (f)). Then, the voltage Vout output from the output terminal of the comparator CMP1 becomes low level (FIG. 3 (g)).

第2のスイッチ操作により、基準容量Cs1が被測定容量Cx11に接続されると共に、基準容量Cs2が被測定容量Cx21に接続され、基準容量Cs1及びCs2が放電し、被測定容量Cx11,Cx21が充電される。被測定容量Cx11,Cx21が充電されることにより、センサ電極E1の電位VE1が上昇し、センサ電極E2の電位VE2が低下する(図3(d),(e))。すなわち、センサ電極E1の電位VE1とセンサ電極E2の電位VE2とは、逆方向に変化する。   By the second switch operation, the reference capacitor Cs1 is connected to the measured capacitor Cx11, the reference capacitor Cs2 is connected to the measured capacitor Cx21, the reference capacitors Cs1 and Cs2 are discharged, and the measured capacitors Cx11 and Cx21 are charged. Is done. When the measured capacitors Cx11 and Cx21 are charged, the potential VE1 of the sensor electrode E1 rises and the potential VE2 of the sensor electrode E2 falls (FIGS. 3D and 3E). That is, the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential VE2 of the sensor electrode E2 change in opposite directions.

ここで、センサ電極E1とセンサ電極E2との間には、静電容量Cx0が形成されているので、センサ電極E1の電位VE1及びセンサ電極E2の電位VE2の電位の変化タイミングは、ほぼ等しい。これにより、ラジオノイズの発生が抑制されている。   Here, since the capacitance Cx0 is formed between the sensor electrode E1 and the sensor electrode E2, the change timings of the potential VE1 of the sensor electrode E1 and the potential VE2 of the sensor electrode E2 are substantially equal. Thereby, generation | occurrence | production of radio noise is suppressed.

基準容量Cs1が放電することにより、コンパレータCMP1の入力端子Vin−の電圧が低下し、基準容量Cs2が放電することにより、コンパレータCMP1の入力端子Vin+の電圧が上昇する。   When the reference capacitor Cs1 is discharged, the voltage of the input terminal Vin− of the comparator CMP1 is decreased, and when the reference capacitor Cs2 is discharged, the voltage of the input terminal Vin + of the comparator CMP1 is increased.

第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作が繰り返されることにより、入力端子Vin−の電圧が低下し、基準容量Cs2が放電することにより、コンパレータCMP1の入力端子Vin+と入力端子Vin−の電圧が逆転し、コンパリレータCMP1の出力信号Voutが低レベルから高レベルに遷移する。   By repeating the second switch operation and the third switch operation, the voltage of the input terminal Vin− decreases, and the reference capacitor Cs2 is discharged, so that the voltage of the input terminal Vin + and the input terminal Vin− of the comparator CMP1 is decreased. The output signal Vout of the comparator CMP1 changes from the low level to the high level.

制御回路10は、コンパレータCMP1の出力信号Voutが遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントすると共に、カウントした回数に基づいて被測定容量Cx11,Cx21の静電容量の変化を判定する。   The control circuit 10 counts the number of second switch operations repeatedly performed until the output signal Vout of the comparator CMP1 transitions, and changes in the capacitances of the measured capacitors Cx11 and Cx21 based on the counted number. Determine.

以上のように、本実施形態では、次のような利点を有する。
(1) センサ電極E1,E2を接近させて配置して第1のスイッチ操作、第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を行うので、センサ電極E1,E2の電位VE1,VE2が、図3(d),(e)のように同じタイミングで変化すると共に、その変化方向が逆方向になるので、ラジオノイズの発生を低減できる。
As described above, this embodiment has the following advantages.
(1) Since the sensor electrodes E1 and E2 are arranged close to each other to perform the first switch operation, the second switch operation, and the third switch operation, the potentials VE1 and VE2 of the sensor electrodes E1 and E2 are shown in FIG. As shown in (d) and (e), the change occurs at the same timing and the change direction is reversed, so that the generation of radio noise can be reduced.

(2) 開閉スイッチS21,S22が閉じたときの電位VE1,VE2の変化の方向が逆であり、その結果、入力端子Vin−,Vin+の電位の変化も逆方向である。これに対し、電磁気的外乱がある場合には、電磁気的外乱が入力端子Vin−,Vin+の電位に対して同方向に影響を与えるので、電磁気的外乱によってコンパレータCMP1の出力信号が影響されることを抑制できる。   (2) The direction of changes in the potentials VE1 and VE2 when the open / close switches S21 and S22 are closed is opposite. As a result, the change in the potentials of the input terminals Vin− and Vin + is also opposite. On the other hand, when there is an electromagnetic disturbance, the electromagnetic disturbance affects the potentials of the input terminals Vin− and Vin + in the same direction, so that the output signal of the comparator CMP1 is affected by the electromagnetic disturbance. Can be suppressed.

(3) センサ電極E1の面積と基準容量Cs1の容量との比と、センサ電極E2の面積と基準容量Cs2の容量との比とを概ね等しくすることにより、電磁気的外乱により誘起される電荷がセンサ電極E1,E2の面積に比例し、基準容量Cs1,Cs2の電位変動、つまり、入力端子Vin−及びVin+の電位変動は、基準容量Cs1,Cs2の容量に反比例し、電荷の変化量に比例するため、電磁気的外乱による入力端子Vin−及びVin+の電位の変動幅が等しくなり、入力端子Vin−及びVin+の電位が逆転するタイミングへの影響を抑制することができる。   (3) By making the ratio of the area of the sensor electrode E1 and the capacity of the reference capacity Cs1 and the ratio of the area of the sensor electrode E2 and the capacity of the reference capacity Cs2 substantially equal, the charge induced by the electromagnetic disturbance is reduced. In proportion to the area of the sensor electrodes E1, E2, the potential fluctuations of the reference capacitors Cs1, Cs2, that is, the potential fluctuations of the input terminals Vin− and Vin + are inversely proportional to the capacitances of the reference capacitors Cs1, Cs2, and are proportional to the amount of change in charge. Therefore, the fluctuation range of the potentials of the input terminals Vin− and Vin + due to electromagnetic disturbance becomes equal, and the influence on the timing at which the potentials of the input terminals Vin− and Vin + are reversed can be suppressed.

(4)センサ電極E1,E2の面積を等しくすることにより、ラジオノイズをより抑制できる。さらに、センサ電極E1の面積と基準容量Cs1の容量との比と、センサ電極E2の面積と基準容量Cs2の容量との比とを概ね等しくすることにより、センサ電極E1,E2の電位VE1,VE2の変動幅も等しくなり、さらなるラジオノイズの低減が可能になる。   (4) By making the areas of the sensor electrodes E1, E2 equal, radio noise can be further suppressed. Furthermore, by making the ratio of the area of the sensor electrode E1 and the capacity of the reference capacity Cs1 and the ratio of the area of the sensor electrode E2 and the capacity of the reference capacity Cs2 substantially equal, the potentials VE1, VE2 of the sensor electrodes E1, E2 As a result, the radio noise can be further reduced.

[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram showing a capacitance detection device according to the second embodiment of the present invention.

この静電容量検出装置は、開閉スイッチS51,S61,S71,S52,S62,S72と、センサ電極E11,E12と、基準容量Cs11,Cs12と、オペレーションアンプ(以下、オペアンプという)OP1,OP2と、コンパレータCMP2と、制御回路20と、各開閉スイッチS51,S61,S71,S52,S62,S72の開閉を制御する図示しないスイッチング制御部とを備えている。   This capacitance detection device includes open / close switches S51, S61, S71, S52, S62, S72, sensor electrodes E11, E12, reference capacitors Cs11, Cs12, operational amplifiers (hereinafter referred to as operational amplifiers) OP1, OP2, The comparator CMP2, the control circuit 20, and a switching control unit (not shown) for controlling the opening / closing of the open / close switches S51, S61, S71, S52, S62, and S72 are provided.

オペアンプOP1の出力端子に基準容量Cs11及び開閉スイッチS51の一端が接続され、オペアンプOP1の反転入力端子に基準容量Cs11及び開閉スイッチ51の他端と開閉スイッチ61の一端が接続されている。開閉スイッチ61の他端は、一端が電源電位V1に接続される開閉スイッチ71の他端とセンサ電極E11とに接続されている。オペアンプOP1の非反転入力端子は、電源電位V3に接続されている。オペアンプOP1の出力端子が、コンパレータCMP2の一方の入力端子Vin−に接続されている。   One end of the reference capacitor Cs11 and the open / close switch S51 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1, and the other end of the reference capacitor Cs11 and the open / close switch 51 and one end of the open / close switch 61 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. The other end of the open / close switch 61 is connected to the other end of the open / close switch 71 whose one end is connected to the power supply potential V1 and the sensor electrode E11. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the power supply potential V3. The output terminal of the operational amplifier OP1 is connected to one input terminal Vin− of the comparator CMP2.

オペアンプOP2の出力端子に基準容量Cs12及び開閉スイッチS52の一端が接続され、オペアンプOP2の反転入力端子に基準容量Cs12及び開閉スイッチ52の他端と開閉スイッチ62の一端が接続されている。開閉スイッチ62の他端は、一端が電源電位V2に接続される開閉スイッチ72の他端とセンサ電極E12とに接続されている。オペアンプOP2の非反転入力端子は、電源電位V4に接続されている。オペアンプOP2の出力端子が、コンパレータCMP2の他方の入力端子Vin+に接続されている。コンパレータCMP2の出力端子が制御回路20に接続されている。   One end of the reference capacitor Cs12 and the open / close switch S52 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP2, and the other end of the reference capacitor Cs12 and the open / close switch 52 and one end of the open / close switch 62 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2. The other end of the open / close switch 62 is connected to the other end of the open / close switch 72 whose one end is connected to the power supply potential V2 and the sensor electrode E12. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the power supply potential V4. The output terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the other input terminal Vin + of the comparator CMP2. The output terminal of the comparator CMP2 is connected to the control circuit 20.

センサ電極E11,E12は、図5に示すように、検出対象の導体E0に対向して導体E0との間に被測定容量Cx11,Cx21をそれぞれ形成し、センサ電極E11,E12が被測定容量Cx11,Cx21の一方の電極になる。また、センサ電極E11,E12は、近接して配置され、センサ電極E11,E12間にも静電容量Cx0が形成されている。この静電容量Cx0が形成されることにより、センサ電極E11の電位VE11とセンサ電極E12の電位VE12の変化するタイミングが同じになる。   As shown in FIG. 5, the sensor electrodes E11 and E12 form the measured capacitors Cx11 and Cx21, respectively, facing the conductor E0 to be detected, and the sensor electrodes E11 and E12 are respectively measured capacitors Cx11. , Cx21. The sensor electrodes E11 and E12 are arranged close to each other, and a capacitance Cx0 is also formed between the sensor electrodes E11 and E12. By forming this capacitance Cx0, the timing at which the potential VE11 of the sensor electrode E11 and the potential VE12 of the sensor electrode E12 change is the same.

例えば電源電位V1は電源電位V2よりも高く、電源電位V2は電源電位V3よりも高く,電源電位V3は電源電位V4よりも高い。   For example, the power supply potential V1 is higher than the power supply potential V2, the power supply potential V2 is higher than the power supply potential V3, and the power supply potential V3 is higher than the power supply potential V4.

次に、この静電容量検出装置の動作を図6を参照して説明する。
図6(a)〜(g)は、図4の動作を説明するためのタイミングチャートである。初期状態として、電位VE11が電源電位V1に充電され、電位VE12が電源電位V4に充電されているものとして示されている。
Next, the operation of this capacitance detection device will be described with reference to FIG.
6A to 6G are timing charts for explaining the operation of FIG. As an initial state, the potential VE11 is shown as being charged to the power supply potential V1, and the potential VE12 is shown as being charged to the power supply potential V4.

スイッチ制御部は、開閉スイッチS51,S52を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第1のスイッチ操作を行った後、開閉スイッチS61,S62を閉状態から所定期間開状態にして再び閉状態に戻す第2のスイッチ操作と、開閉スイッチS71,S72を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第3のスイッチ操作と繰り返し行う。   The switch control unit performs the first switch operation for returning the open / close switches S51 and S52 from the open state to the open state for a predetermined period, and then changing the open / close switches S61 and S62 from the closed state to the open state for a predetermined period again. The second switch operation to return to the closed state and the third switch operation to return the open / close switches S71 and S72 from the open state to the closed state for a predetermined period are repeated.

第1のスイッチ操作により、基準容量Cs11,Cs12が放電され、入力端子Vin−の電位が上昇し,入力端子Vin+の電位が下降し、コンパレータCMP2の出力信号Voutが低レベルになる。第2のスイッチ操作により、センサ電極E11,E12の電位VE11,VE12に充電されていた電荷により、基準容量Cs11,Cs12が充電されると共に、入力端子Vin−の電位が低下し,入力端子Vin+の電位が上昇する。第3のスイッチ操作により、センサ電極E11の電位VE11が再び電源電位V1となり、センサ電極E12の電位VE12が再び電源電位V2となる。   By the first switch operation, the reference capacitors Cs11 and Cs12 are discharged, the potential of the input terminal Vin− increases, the potential of the input terminal Vin + decreases, and the output signal Vout of the comparator CMP2 becomes low level. As a result of the second switch operation, the reference capacitors Cs11 and Cs12 are charged by the charges charged in the potentials VE11 and VE12 of the sensor electrodes E11 and E12, and the potential of the input terminal Vin− is lowered. The potential increases. By the third switch operation, the potential VE11 of the sensor electrode E11 becomes the power supply potential V1 again, and the potential VE12 of the sensor electrode E12 becomes the power supply potential V2 again.

第2のスイッチ操作及び第3のスイッチ操作を繰り返すことにより、入力端子Vin−のレベルと入力端子Vin+のレベルが反転し、コンパレータCMP2の出力信号Voutのレベルが遷移し、再び高レベルになる。   By repeating the second switch operation and the third switch operation, the level of the input terminal Vin− and the level of the input terminal Vin + are inverted, the level of the output signal Vout of the comparator CMP2 changes, and becomes high again.

制御回路20は、コンパレータCMP2の出力信号Voutが遷移するまでに繰り返し行われた第2のスイッチ操作の回数をカウントすると共に、カウントした回数に基づいて被測定容量Cx11,Cx21の静電容量の変化を判定する。   The control circuit 20 counts the number of second switch operations repeatedly performed until the output signal Vout of the comparator CMP2 transitions, and changes in the capacitances of the measured capacitors Cx11 and Cx21 based on the counted number. Determine.

以上のように、本実施形態は、被測定容量Cx11,Cx21の静電容量に対応する電荷を基準容量Cs11,Cs12に蓄積し、基準容量Cs11,Cs12の両端の電位差に基づいた信号をコンパレータCMPで比較して被測定容量Cx11,Cx21の静電容量を検出する構成であるが、例えば、V1−V3=V4−V2とし、センサ電極E11,E12の面積を等しくすることでセンサ電極E11,E12の電位VE11,VE12の変動幅を等しく、反対方向に等しいタイミングで等しく変動させることができる。これにより、電磁気的外乱の影響を抑制できる。また、ラジオノイズの発生も抑制できる。   As described above, in the present embodiment, charges corresponding to the capacitances of the measured capacitors Cx11 and Cx21 are accumulated in the reference capacitors Cs11 and Cs12, and a signal based on the potential difference between both ends of the reference capacitors Cs11 and Cs12 is stored in the comparator CMP. The capacitances of the measured capacitances Cx11 and Cx21 are detected, for example. For example, V1-V3 = V4-V2, and the sensor electrodes E11, E12 are made equal by setting the areas of the sensor electrodes E11, E12 equal. The fluctuation ranges of the potentials VE11 and VE12 can be made equal and can be changed equally at the same timing in the opposite direction. Thereby, the influence of electromagnetic disturbance can be suppressed. Moreover, generation of radio noise can be suppressed.

[第3の実施形態]
上記第1の実施形態の静電容量検出装置のセンサ電極E1,E2及び第2の実施形態の静電容量検出装置のセンサ電極E11,E12は、種々の形態が考えられる。本実施形態では、これらを説明する。
[Third Embodiment]
Various forms are conceivable for the sensor electrodes E1 and E2 of the capacitance detection device of the first embodiment and the sensor electrodes E11 and E12 of the capacitance detection device of the second embodiment. In the present embodiment, these will be described.

図7は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
センサ電極E1,E11とセンサ電極E2,E12とは対向し、互いに相手側に突出する凸部を持っている。センサ電極E1,E11の凸部とセンサ電極E2,E12の凸部とが重ならないように、配置されている。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,12の重心は、ほぼ一致する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
The sensor electrodes E1 and E11 and the sensor electrodes E2 and E12 are opposed to each other and have convex portions that protrude to the other side. It arrange | positions so that the convex part of sensor electrode E1, E11 and the convex part of sensor electrode E2, E12 may not overlap. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The centroids of the sensor electrodes E1, E11 and the centroids of the sensor electrodes E2, 12 are substantially coincident.

面積を等しくすることにより、センサ電極E1,E11及びセンサ電極E2,E12に蓄積される電荷の総和が等しくなる。重心を一致させることにより、センサ電極E1,E11及びセンサ電極E2,E12に蓄積される電荷が重心付近に集中していると考えると、外部からみたときの電気モーメントの変化が低減され、ラジオノイズの発生が抑制される。また、外乱により誘導される電荷も、センサ電極E1,E11及びセンサ電極E2,E12で等しくなり、外乱の影響を低減することができる。   By equalizing the area, the total sum of charges accumulated in the sensor electrodes E1, E11 and the sensor electrodes E2, E12 becomes equal. Considering that the electric charges accumulated in the sensor electrodes E1 and E11 and the sensor electrodes E2 and E12 are concentrated near the center of gravity by matching the centers of gravity, a change in electric moment when viewed from the outside is reduced, and radio noise Is suppressed. Further, the charges induced by the disturbance are also equal in the sensor electrodes E1, E11 and the sensor electrodes E2, E12, and the influence of the disturbance can be reduced.

図8は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
このセンサ電極E1,E11とセンサ電極E2,E12とは同心円状に配置されている。センサ電極E1,E11は、センサ電極E2,E12の外側を囲んでいる。センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,E12の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E11及びE2,E12は、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状になっている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
The sensor electrodes E1 and E11 and the sensor electrodes E2 and E12 are arranged concentrically. The sensor electrodes E1 and E11 surround the outside of the sensor electrodes E2 and E12. The center of gravity of the sensor electrodes E1 and E11 and the center of gravity of the sensor electrodes E2 and E12 substantially coincide. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The sensor electrodes E1, E11 and E2, E12 have a symmetrical shape with two or more symmetry planes passing through the center of gravity.

このように、センサ電極E1,E11及びE2,E12を、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状することにより、外部からみたときの電気モーメントの変化が低減し、ラジオノイズをさらに抑制できる。また、外乱により誘導される電荷も、センサ電極E1,E11及びセンサ電極E2,E12でより均等にできるようになり、外乱の影響をより低減することができる。   In this way, the sensor electrodes E1, E11, E2, and E12 are symmetrically shaped on two or more symmetry planes that pass through the center of gravity, thereby reducing changes in electrical moment when viewed from the outside and further suppressing radio noise. it can. Further, the charges induced by the disturbance can be made more uniform by the sensor electrodes E1, E11 and the sensor electrodes E2, E12, and the influence of the disturbance can be further reduced.

図9は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
このセンサ電極E2,E12は、正方形であり、センサ電極E1,E11は、センサ電極E2,E12を囲むように形成されている。
センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,E12の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E1及びE2,E12は、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状になっている。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
The sensor electrodes E2 and E12 are square, and the sensor electrodes E1 and E11 are formed so as to surround the sensor electrodes E2 and E12.
The center of gravity of the sensor electrodes E1 and E11 and the center of gravity of the sensor electrodes E2 and E12 substantially coincide. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The sensor electrodes E1, E1 and E2, E12 have a symmetrical shape with two or more symmetry planes passing through the center of gravity.

図10は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
このセンサ電極E2,E12は、長方形であり、センサ電極E1,E11は、センサ電極E2,E12を囲むように形成されている。
センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,E12の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E11及びE2,E12は、重心を通る2つ以上の対称面に対称な形状になっている。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
The sensor electrodes E2 and E12 are rectangular, and the sensor electrodes E1 and E11 are formed so as to surround the sensor electrodes E2 and E12.
The center of gravity of the sensor electrodes E1 and E11 and the center of gravity of the sensor electrodes E2 and E12 substantially coincide. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The sensor electrodes E1, E11 and E2, E12 have a symmetrical shape with two or more symmetry planes passing through the center of gravity.

図11は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
センサ電極E1,E11及びセンサ電極E2,E12は、それぞれ任意数の導体で構成することができる。図11では、センサ電極E1,E11を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極E2,E12を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極E1,E11の導体と、センサ電極E2,E12の導体とを対角線上に配置している。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
Each of the sensor electrodes E1 and E11 and the sensor electrodes E2 and E12 can be composed of an arbitrary number of conductors. In FIG. 11, the sensor electrodes E1 and E11 are constituted by two square conductors, the sensor electrodes E2 and E12 are constituted by two square conductors, the conductors of the sensor electrodes E1 and E11, and the conductors of the sensor electrodes E2 and E12. Are arranged diagonally.

センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,E12の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E1及びE2,E12は、重心を通る2つ以上の対称面に対称になっている。   The center of gravity of the sensor electrodes E1 and E11 and the center of gravity of the sensor electrodes E2 and E12 substantially coincide. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The sensor electrodes E1, E1 and E2, E12 are symmetric with respect to two or more planes of symmetry passing through the center of gravity.

図12は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
図12では、センサ電極E1,E11を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極E2,E12を1つの長方形の導体で構成し、センサ電極E1,E11の導体で、センサ電極E2,E12の導体をはさんだ配置になっている。
センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,E12の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E11及びE2,E12は、重心を通る2つ以上の対称面に対称になっている。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
In FIG. 12, the sensor electrodes E1 and E11 are composed of two square conductors, the sensor electrodes E2 and E12 are composed of one rectangular conductor, and the sensor electrodes E1 and E11 are the conductors of the sensor electrodes E2 and E12. The arrangement is sandwiched between.
The center of gravity of the sensor electrodes E1 and E11 and the center of gravity of the sensor electrodes E2 and E12 substantially coincide. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The sensor electrodes E1, E11 and E2, E12 are symmetric with respect to two or more planes of symmetry passing through the center of gravity.

図13は、センサ電極E1,E2及びE11,E12の一例を示す図である。
図13では、センサ電極E1,E11を3つの三角形の導体で構成し、センサ電極E2,E12を3つの三角形の導体で構成し、これらを全体が6角形になるように、交互に配置している。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the sensor electrodes E1, E2 and E11, E12.
In FIG. 13, the sensor electrodes E1 and E11 are composed of three triangular conductors, the sensor electrodes E2 and E12 are composed of three triangular conductors, and these are alternately arranged so as to form a hexagon as a whole. Yes.

センサ電極E1,E11の重心とセンサ電極E2,E12の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極E1,E11の面積とセンサ電極E2,E12の面積とは等しい。センサ電極E1,E1及びE2,E12は、重心を通る2つ以上の対称面に対称になっている。   The center of gravity of the sensor electrodes E1 and E11 and the center of gravity of the sensor electrodes E2 and E12 substantially coincide. Moreover, the area of sensor electrode E1, E11 and the area of sensor electrode E2, E12 are equal. The sensor electrodes E1, E1 and E2, E12 are symmetric with respect to two or more planes of symmetry passing through the center of gravity.

本発明の第1の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the electrostatic capacitance detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1のA部の説明図である。It is explanatory drawing of the A section of FIG. 図1の静電容量検出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining the operation of the capacitance detection device of FIG. 1. 本発明の第2の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the electrostatic capacitance detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図4のA部の説明図である。。It is explanatory drawing of the A section of FIG. . 図4の静電容量検出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the electrostatic capacitance detection apparatus of FIG. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode. センサ電極の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sensor electrode.

符号の説明Explanation of symbols

S11,S12,S21,S22,S31,S32,S51,S52,S61,S62,S71,S72・・・開閉スイッチ
Cs1,Cs2,Cs11,Cs12・・・基準容量
E1,E2,E11,E12・・・センサー電極
CMP1,CMP2・・・コンパレータ
V1・・・第1の電源電圧
V2・・・第2の電源電圧
V3・・・第3の電源電圧
V4・・・第4の電源電圧
N1・・・第1のノード
N2・・・第2のノード
N3・・・第3のノード
N4・・・第4のノード
10・・・制御回路(カウント手段、判定手段)
S11, S12, S21, S22, S31, S32, S51, S52, S61, S62, S71, S72... Open / close switch Cs1, Cs2, Cs11, Cs12... Reference capacity E1, E2, E11, E12. Sensor electrodes CMP1, CMP2 ... Comparator V1 ... First power supply voltage V2 ... Second power supply voltage V3 ... Third power supply voltage V4 ... Fourth power supply voltage N1 ... First 1 node N2 ... 2nd node N3 ... 3rd node N4 ... 4th node 10 ... control circuit (counting means, judging means)

Claims (7)

一端が第1の電源電位に接続されると共に他端が第1のノードに接続された第1の開閉スイッチと、
前記第1のノードに一端が接続されると共に他端が第2の電源電位に接続された第1の基準容量と、
前記第1のノードに一端が接続されると共に他端が第2のノードに接続された第2の開閉スイッチと、
前記第2のノードに一端が接続されると共に他端が第3の電源電位に接続された第3の開閉スイッチと、
前記第2のノードに接続されると共に被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第1のセンサ電極と、
一端が前記第3の電源電位に接続されると共に他端が第3のノードに接続された第4の開閉スイッチと、
前記第3のノードに一端が接続されると共に他端が第4の電源電位に接続された第2の基準容量と、
前記第3のノードに一端が接続されると共に他端が第4のノードに接続された第5の開閉スイッチと、
前記第4のノードに一端が接続されると共に他端が前記第1の電源電位に接続された第6の開閉スイッチと、
前記第4のノードに接続され、前記被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成すると共に、前記第1のセンサ電極に近接して該第1のセンサ電極との間に静電容量を持つ第2のセンサ電極と、
前記第1のノードが一方の入力端子に接続され、前記第3のノードが他方の入力端子に接続されたコンパレータと、
前記第1の開閉スイッチ及び第4の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第1のスイッチ操作を行った後、前記第2の開閉スイッチ及び前記第5の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第2のスイッチ操作と、前記第3の開閉スイッチ及び前記第6の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第3のスイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第2のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記コンパレータの両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第2のスイッチ操作の回数に基づき、前記被測定対象との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする静電容量検出装置。
A first open / close switch having one end connected to the first power supply potential and the other end connected to the first node;
A first reference capacitor having one end connected to the first node and the other end connected to a second power supply potential;
A second open / close switch having one end connected to the first node and the other end connected to a second node;
A third open / close switch having one end connected to the second node and the other end connected to a third power supply potential;
A first sensor electrode that is connected to the second node and forms a capacitor that faces the object to be measured and exhibits a capacitance according to a distance from the object to be measured;
A fourth open / close switch having one end connected to the third power supply potential and the other end connected to a third node;
A second reference capacitor having one end connected to the third node and the other end connected to a fourth power supply potential;
A fifth open / close switch having one end connected to the third node and the other end connected to a fourth node;
A sixth open / close switch having one end connected to the fourth node and the other end connected to the first power supply potential;
A capacitor connected to the fourth node, facing the object to be measured and having a capacitance corresponding to a distance from the object to be measured is formed, and in proximity to the first sensor electrode A second sensor electrode having a capacitance between the first sensor electrode and the first sensor electrode;
A comparator in which the first node is connected to one input terminal and the third node is connected to the other input terminal;
After performing the first switch operation for opening the first open / close switch and the fourth open / close switch after closing them, the second open / close switch and the fifth open / close switch are closed. Switch control means for alternately repeating a second switch operation for returning the switch from the open state to the open state, and a third switch operation for returning the open state to the open state after closing the third open / close switch and the sixth open / close switch;
Counting means for counting the number of times the second switch operation is repeated;
Based on the number of times of the second switch operation counted by the counting means until the level of the input voltage at both input terminals of the comparator is reversed, a change in capacitance with the object to be measured is determined. A determination means;
An electrostatic capacity detection device comprising:
前記第1のセンサ電極の面積と前記第1の基準容量の容量との比と、前記第2のセンサ電極の面積と前記第2の基準容量の容量との比とが、略等しいことを特徴とする請求項1に記載の静電容量検出装置。   The ratio between the area of the first sensor electrode and the capacity of the first reference capacitor and the ratio of the area of the second sensor electrode and the capacity of the second reference capacitor are substantially equal. The capacitance detection device according to claim 1. 前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の面積は、等しいことを特徴とする請求項1に記載の静電容量検出装置。   The capacitance detection device according to claim 1, wherein areas of the first sensor electrode and the second sensor electrode are equal. 被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第1のセンサ電極と、
前記被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第2のセンサ電極と、を備え、
前記第1のセンサ電極及び記第2のセンサ電極の電位の変化に伴う、該第1のセンサ電極及び前記第2のセンサ電極が一方の電極となる前記コンデンサに蓄えられる電荷の変動を、該各第1のセンサ電極及び第2のセンサ電極に対応する基準容量にそれぞれ蓄積し、
前記第1のセンサ電極及び第2のセンサ電極が一方の電極となるコンデンサの容量を前記基準容量の両端子間の電位差により検出する静電容量検出装置であって、
前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の電位の変動は、変動幅がほぼ等しく、その変動方向が反対方向であることを特徴とする静電容量検出装置。
A first sensor electrode that constitutes one electrode of a capacitor that opposes the object to be measured and whose capacitance changes in accordance with the distance between the object to be measured;
A second sensor electrode that constitutes one electrode of a capacitor that opposes the object to be measured and whose capacitance changes according to the distance between the object to be measured;
The fluctuation of the electric charge stored in the capacitor in which the first sensor electrode and the second sensor electrode become one electrode accompanying the change in the potential of the first sensor electrode and the second sensor electrode, Accumulating in a reference capacity corresponding to each first sensor electrode and second sensor electrode,
A capacitance detection device that detects a capacitance of a capacitor in which the first sensor electrode and the second sensor electrode are one electrode by a potential difference between both terminals of the reference capacitance,
The capacitance detection device according to claim 1, wherein the fluctuations of the potentials of the first sensor electrode and the second sensor electrode have substantially the same fluctuation width and opposite fluctuation directions.
前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極の面積は、等しいことを特徴とする請求項4に記載の静電容量検出装置。   The capacitance detection device according to claim 4, wherein areas of the first sensor electrode and the second sensor electrode are equal. 前記第1のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
前記第2のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
前記第1のセンサ電極の重心と第2のセンサ電極の重心とは略一致することを特徴とする請求項5に記載の静電容量検出装置。
The first sensor electrode is composed of an arbitrary number of conductors,
The second sensor electrode is composed of an arbitrary number of conductors,
6. The capacitance detection device according to claim 5, wherein the center of gravity of the first sensor electrode and the center of gravity of the second sensor electrode substantially coincide with each other.
前記第1のセンサ電極と前記第2のセンサ電極は、前記重心を通る2つ以上の平面に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の静電容量検出装置。   The capacitance detection apparatus according to claim 6, wherein the first sensor electrode and the second sensor electrode are arranged symmetrically with respect to two or more planes passing through the center of gravity.
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