JP5315529B2 - Capacitive proximity sensor, proximity detection method, and electrode structure of capacitive proximity sensor - Google Patents

Capacitive proximity sensor, proximity detection method, and electrode structure of capacitive proximity sensor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitive proximity sensor capable of optionally setting an area of a detection region by improving the directivity without requiring a three-dimensional sensor structure, a detection method and an electrode structure. <P>SOLUTION: A capacitive proximity sensor 100 includes a sensor part 10 and a detection circuit part 20. The sensor part 10 includes first sensor electrodes 11a, 11b, a second sensor electrode 11c, a shield electrode 12, first auxiliary electrodes 13a, 13b, and a second auxiliary electrode 13c. These are connected to a positive input terminal P or a negative input terminal N of a C-V conversion circuit 21 of the detection circuit part 20, a shield driving circuit 24, or the like by change over switches SW1 to SW4. The changeover switches SW1 to SW4 are provided on the side 1 and the side 2, and can be selectively switched. The detection range of the sensor part 10 is optionally set by operation such as comparison between the capacitances C1, C2 detected by the C-V conversion circuit 21 upon switching to the side 1 and the side 2 by these changeover switches SW1 to SW4. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、静電容量変化によって人体などの検知対象物の近接を検知する静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造に関する。   The present invention relates to a capacitive proximity sensor, a proximity detection method, and an electrode structure of a capacitive proximity sensor that detect proximity of an object to be detected such as a human body by capacitance change.

人体などの検知対象物を近接する近接センサとして、例えば次のようなものが知られている。近接センサは、有底円筒状の固定シールド電極を有し、この固定シールド電極の開口端に円板状の検出基板を取り付け、さらにこの検出基板の中央部に検知対象物と対面するセンサ電極を設けた構成とされている。   For example, the following sensors are known as proximity sensors that approach a detection target such as a human body. The proximity sensor has a bottomed cylindrical fixed shield electrode, a disc-shaped detection board is attached to the open end of the fixed shield electrode, and a sensor electrode facing the detection target is further provided at the center of the detection board. It is set as the provided structure.

また、この近接センサは、固定シールド電極の外側に軸方向に沿ってスライド可能な円筒形状の可動シールド電極を有し、これらによって様々な検出条件に応じた検知可能範囲や検知感度を調整し、検知対象物を確実に検知することができる構成とされている(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, this proximity sensor has a cylindrical movable shield electrode that can slide along the axial direction outside the fixed shield electrode, thereby adjusting the detectable range and detection sensitivity according to various detection conditions, It is set as the structure which can detect a detection target object reliably (for example, refer patent document 1).

なお、このように近接センサにおいて指向性を持たせるためには、センサ電極の周囲や裏側にシールド電極を配置して不感帯を形成することで、センサ電極の所定方向の範囲が検知領域の範囲となるようにすることが一般的には行われている。   In order to provide directivity in the proximity sensor in this manner, a range of the sensor electrode in a predetermined direction is defined as a range of the detection region by arranging a shield electrode around or behind the sensor electrode to form a dead zone. It is generally done to be.

特開2001−35327号公報JP 2001-35327 A

しかしながら、上述した特許文献1に開示されている構造の近接センサによって、センサ電極の直近に存する人体などの検知対象物を検知するのではなく、センサ電極の電極サイズと同程度以上離れた場所にある検知対象物を検知する場合は、センサ電極の周囲にシールド電極が配置されていたとしても、検知対象物とセンサ電極との間の静電容量結合はほとんど低下しないため、指向性を高めることは困難であるという問題がある。   However, the proximity sensor having the structure disclosed in Patent Document 1 described above does not detect a detection target such as a human body that is in the immediate vicinity of the sensor electrode, but is located at a location that is at least as large as the electrode size of the sensor electrode. When detecting a detection object, even if a shield electrode is placed around the sensor electrode, the capacitive coupling between the detection object and the sensor electrode hardly decreases, so the directivity is increased. There is a problem that is difficult.

また、指向性を高めるために、特許文献1に記載されている近接センサのようにセンサ電極を立体的に覆うような形状のシールド電極を配置した場合は、センサ構造が立体的になってしまうため、センサ全体のサイズが大きくなってしまうとともに、センサ電極の堆積が増してしまい、センサを平面的に配置することができず配置自由度が著しく低下してしまうなどの問題もある。   Moreover, in order to improve directivity, when the shield electrode of the shape which covers a sensor electrode in three dimensions like the proximity sensor described in patent document 1 is arrange | positioned, a sensor structure will become three-dimensional. For this reason, there is a problem that the size of the entire sensor is increased and the accumulation of sensor electrodes is increased, so that the sensor cannot be arranged in a plane and the degree of freedom in arrangement is significantly reduced.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、立体的なセンサ構造を用いずに配置自由度を低下させることなく、指向性を向上させて検知領域の範囲を任意に設定することができ、検知対象物を確実に検知することができる静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造を提供することを目的とする。   In order to eliminate the above-described problems caused by the prior art, the present invention can improve the directivity and arbitrarily set the detection area range without using a three-dimensional sensor structure and without reducing the degree of freedom of arrangement. It is an object of the present invention to provide a capacitive proximity sensor, a proximity detection method, and an electrode structure of a capacitive proximity sensor that can detect a detection object reliably.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる第1の静電容量型近接センサは、第1センサ電極と、前記第1センサ電極の近傍に設けられた第2センサ電極と、前記第1および第2センサ電極の近傍に設けられた第1補助電極と、前記第1補助電極の近傍に設けられた第2補助電極と、ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、該ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と該ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、前記静電容量検知回路の各入力端子と同等の電位を電極に与えるシールド駆動回路と、少なくとも前記第1センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第1補助電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第2補助電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第1の接続状態と、少なくとも前記第1補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第1センサ電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第2センサ電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第2の接続状態とを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静電容量検知回路からの第1の静電容量値と、前記第2の接続状態における前記静電容量検知回路からの第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。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a first capacitive proximity sensor according to the present invention includes a first sensor electrode and a second sensor electrode provided in the vicinity of the first sensor electrode. A first auxiliary electrode provided in the vicinity of the first and second sensor electrodes, a second auxiliary electrode provided in the vicinity of the first auxiliary electrode, a positive input terminal, and a negative input terminal, A capacitance detection circuit that detects a capacitance value that is a difference between a capacitance of an electrode connected to the positive input terminal and a capacitance of an electrode connected to the negative input terminal; and the capacitance detection A shield driving circuit for applying an electric potential equivalent to each input terminal of the circuit to the electrode; at least the first sensor electrode is connected to the positive input terminal; the first auxiliary electrode is connected to the shield driving circuit; A first connection state in which an auxiliary electrode is connected to the negative input terminal; at least the first auxiliary electrode is connected to the positive input terminal; the first sensor electrode is connected to the shield drive circuit; and A changeover switch capable of switching between a second connection state for connecting a sensor electrode to the negative input terminal, a first capacitance value from the capacitance detection circuit in the first connection state, and the first The detection object is within the detection region based on the comparison value obtained by comparing the second capacitance value from the capacitance detection circuit in the connection state 2 and the first or second capacitance value. And a comparison / determination unit for determining whether or not the device is in the range.

前記第1の接続状態は、例えばさらに前記第2センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第2の接続状態は、例えばさらに前記第2補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続している。   In the first connection state, for example, the second sensor electrode is further connected to the positive input terminal, and in the second connection state, for example, the second auxiliary electrode is further connected to the positive input terminal.

本発明にかかる静電容量型近接センサは、以上のように構成することにより、指向性を向上させつつ検知領域の範囲を任意に設定することができるので、種々の検出条件においても検知対象物を確実に検知することが可能となる。また、立体的なセンサ構造を用いないため、センサの配置自由度が高く、種々の場所などに適用することが可能となる。   Since the capacitive proximity sensor according to the present invention is configured as described above, the range of the detection region can be arbitrarily set while improving the directivity. Therefore, the detection object can be detected even under various detection conditions. Can be reliably detected. In addition, since a three-dimensional sensor structure is not used, the degree of freedom of sensor placement is high, and it can be applied to various places.

なお、前記第1および第2センサ電極と前記第1および第2補助電極とのそれぞれの検知面とは反対側の裏面側に各センサ電極および各補助電極に対して絶縁された状態で配置され、各電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極をさらに備えてもよい。   The first and second sensor electrodes and the first and second auxiliary electrodes are arranged on the back surfaces opposite to the detection surfaces in a state of being insulated from the sensor electrodes and the auxiliary electrodes. Further, a shield electrode for shielding detection on the back side of each electrode may be further provided.

前記第1センサ電極、前記第2センサ電極、前記第1補助電極、および前記第2補助電極は、例えば同一平面上にそれぞれ互いに絶縁された状態で配置されていてもよい。   The first sensor electrode, the second sensor electrode, the first auxiliary electrode, and the second auxiliary electrode may be arranged in a mutually insulated state on the same plane, for example.

前記第1センサ電極は、前記第2センサ電極をその外周側から囲むように配置されてもよい。   The first sensor electrode may be disposed so as to surround the second sensor electrode from the outer peripheral side.

また、前記第1センサ電極は、例えば矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第2センサ電極を前記矩形部分および前記ロの字部分の間に挟むように配置されてもよい。   Further, the first sensor electrode is formed in a shape having a rectangular portion formed in a rectangular shape and a square shape formed in a square shape surrounding the rectangular portion, for example, and formed in a square shape. The second sensor electrode may be disposed so as to be sandwiched between the rectangular portion and the square-shaped portion.

前記第1補助電極は、前記第2補助電極をその外周側から囲むように配置されてもよい。   The first auxiliary electrode may be disposed so as to surround the second auxiliary electrode from the outer peripheral side.

また、前記第1補助電極は、例えば大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第2補助電極を前記複数のロの字部分の間に挟むように配置されてもよい。   In addition, the first auxiliary electrode is formed in a shape having a plurality of square-shaped portions formed in, for example, different square shapes, and the second auxiliary electrode formed in a square shape is You may arrange | position so that it may pinch | interpose between several square-shaped parts.

前記第1および第2補助電極は、例えば前記第1および第2センサ電極を囲むように配置されてもよい。   The first and second auxiliary electrodes may be disposed so as to surround the first and second sensor electrodes, for example.

前記第1センサ電極、前記第2センサ電極、前記第1補助電極、および前記第2補助電極は、例えば同心に配置されてもよい。   The first sensor electrode, the second sensor electrode, the first auxiliary electrode, and the second auxiliary electrode may be disposed concentrically, for example.

前記比較判定手段は、例えば前記第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、この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。   The comparison determination unit calculates a comparison value by multiplying a value obtained by dividing the first capacitance value by the second capacitance value by a predetermined coefficient, for example, and the comparison value is preset. It is determined whether or not there is a detection target within the detection area depending on whether or not the threshold value is exceeded.

前記静電容量検知回路は、例えば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、例えば前記第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。   The capacitance detection circuit includes, for example, a first initial capacitance that is an initial capacitance of the first capacitance value when there is no detection target within the detection region, and a detection target within the detection region. A second initial capacity that is an initial capacity of the second electrostatic capacity value when there is no object, and the comparison and determination means detects the first initial capacity from the first electrostatic capacity value, for example. A comparison value obtained by comparing a first detection value obtained by subtracting a capacitance with a second detection value obtained by subtracting the second initial capacitance from the second capacitance value, and the first or second detection. Based on the value, it is determined whether or not the detection object is within the detection area.

また、前記静電容量検知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、前記静電容量検知回路は、例えば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するための第2の設定値とをそれぞれ前記基準電圧調整手段から取得するとともに、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の静電容量値とを出力するように構成され、前記比較判定手段は、例えば前記第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。   Further, the apparatus further includes a reference voltage adjusting unit for setting the output of the capacitance detection circuit to a reference voltage, and the capacitance detection circuit is configured to detect the first object when there is no detection target within a detection region, for example. A first set value for adjusting a first initial capacity, which is an initial capacity of the electrostatic capacity value, to the reference voltage, and the second electrostatic capacity when there is no object to be detected within the detection area. A second setting value for setting a second initial capacitance, which is an initial capacitance of the capacitance value, to the reference voltage is acquired from the reference voltage adjusting unit, and the first setting value adjusted by the first setting value is used. An electrostatic capacitance value and a second electrostatic capacitance value adjusted by the second set value are output, and the comparison determination unit is configured to output the first adjusted by the first set value, for example. Subtract the reference voltage from the capacitance value of A comparison value obtained by subtracting the reference voltage from the second capacitance value adjusted by the second setting value as a second detection value, and the first or Based on the second detection value, it is determined whether or not the detection object exists within the detection area.

前記比較判定手段は、例えば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第1および第2センサ電極の少なくとも1つ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、この出力を所定の固定電圧とする。   For example, when the comparison determination unit determines that the detection target is within the detection region, the first capacitance value, the second capacitance value, the first detection value, and the Based on one of the values of the second detection value, a signal corresponding to the distance of the detection object to at least one of the first and second sensor electrodes is output, and the detection object is within the detection area. When it is determined that there is no output, this output is set to a predetermined fixed voltage.

ここで、前記所定の固定電圧は、例えば接地電圧または基準電圧である。   Here, the predetermined fixed voltage is, for example, a ground voltage or a reference voltage.

また、本発明にかかる近接検知方法は、ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第1センサ電極、前記第1センサ電極の近傍に設けられた第2センサ電極、前記第1および第2センサ電極の近傍に設けられた第1補助電極、および前記第1補助電極の近傍に設けられた第2補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子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よって前記検知対象物の近接を検知する近接検知方法であって、前記切替スイッチによって、前記各電極の前記ポジティブ入力端子およびネガティブ入力端子への接続状態を切り替えて、検知面側における検知特性を可変させる工程と、前記静電容量検知回路によって、検知特性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の静電容量値と前記第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を備えたことを特徴とする。   The proximity detection method according to the present invention has a positive input terminal and a negative input terminal, and includes a first sensor electrode, a second sensor electrode provided in the vicinity of the first sensor electrode, the first and second sensors. Of the first auxiliary electrode provided in the vicinity of the sensor electrode and the second auxiliary electrode provided in the vicinity of the first auxiliary electrode, the capacitance of the electrode connected to the positive input terminal and the negative input terminal A capacitance detection circuit for detecting a capacitance value, which is a difference in capacitance between electrodes connected to each other, and a changeover switch for switching a connection state between these electrodes and each input terminal. A proximity detection method for detecting the proximity of the detection target by a capacitive proximity sensor capable of determining whether or not a detection target is present therein, wherein the position of each electrode is detected by the changeover switch. Switching the connection state to the active input terminal and the negative input terminal, and changing the detection characteristics on the detection surface side, and detecting the capacitance values before and after the change of the detection characteristics by the capacitance detection circuit, A step of obtaining the first and second capacitance values, a comparison value between the first capacitance value and the second capacitance value, and the first or second capacitance value; And a step of determining whether or not there is a detection target within the range of the detection region.

この近接検知方法においては、例えば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第1および第2センサ電極の少なくとも1つまでの距離を判定してもよい。   In this proximity detection method, for example, when there is a detection target in the range of the detection region, the first and second sensor electrodes of the detection target are further based on the first or second capacitance value. You may determine the distance to at least one of these.

本発明にかかる静電容量型近接センサの電極構造は、ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第1センサ電極、前記第1センサ電極の近傍に設けられた第2センサ電極、前記第1および第2センサ電極の近傍に設けられた第1補助電極、および前記第1補助電極の近傍に設けられた第2補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子との接続状態を切り替える切替スイッチとによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサの電極構造であって、矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第1センサ電極と、ロの字状に形成され前記第1センサ電極の矩形部分およびロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第2センサ電極と、大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され前記第1および第2センサ電極の外周側に設けられ、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第1補助電極と、ロの字状に形成され前記第1補助電極の複数のロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第2補助電極とからなることを特徴とする。   The electrode structure of the capacitive proximity sensor according to the present invention has a positive input terminal and a negative input terminal, and includes a first sensor electrode, a second sensor electrode provided in the vicinity of the first sensor electrode, Among the first auxiliary electrode provided in the vicinity of the first and second sensor electrodes and the second auxiliary electrode provided in the vicinity of the first auxiliary electrode, the capacitance of the electrode connected to the positive input terminal Detection is performed by a capacitance detection circuit that detects a capacitance value that is a difference in capacitance between electrodes connected to the negative input terminal, and a changeover switch that switches a connection state between these electrodes and each input terminal. An electrode structure of a capacitive proximity sensor that can determine whether or not there is a detection object within a region, and is formed in a rectangular shape that is formed in a rectangular shape and a rectangular shape surrounding the rectangular portion. Roo's A first sensor electrode connected to the positive input terminal and having a function of detecting capacitance and a function of shielding the detection; and a first sensor electrode formed in a U shape. A second sensor provided between a rectangular portion and a square-shaped portion of one sensor electrode and connected to the positive input terminal or the negative input terminal to detect a capacitance and a function to shield the detection. The sensor electrode is formed in a shape having a plurality of square-shaped portions formed in a square shape having different sizes, provided on the outer peripheral side of the first and second sensor electrodes, and connected to the positive input terminal. A first auxiliary electrode having a function of detecting electrostatic capacitance and a function of shielding the detection, and is provided between a plurality of square-shaped portions of the first auxiliary electrode formed in a square shape. The positive Characterized in that it consists of a second auxiliary electrode having a function of shielding the features and 該検 known that are connected to the input terminal or the negative input terminal for detecting the electrostatic capacitance.

本発明によれば、立体的なセンサ構造を用いずに配置自由度を低下させることなく、指向性を向上させて検知領域の範囲を任意に設定することができ、検知対象物を確実に検知することができる静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造を提供することができる。   According to the present invention, the range of the detection area can be arbitrarily set by improving directivity without using a three-dimensional sensor structure and without reducing the degree of freedom of arrangement, and the detection target can be detected reliably. It is possible to provide a capacitive proximity sensor, a proximity detection method, and an electrode structure of the capacitive proximity sensor that can be performed.

本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the whole structure of the capacitive proximity sensor concerning 1st Embodiment of this invention. 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship and the operation | movement concept of the detection target object and electric force line at the time of the detection operation | movement of the same capacitive proximity sensor. 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship and the operation | movement concept of the detection target object and electric force line at the time of the detection operation | movement of the same capacitive proximity sensor. 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship and the operation | movement concept of the detection target object and electric force line at the time of the detection operation | movement of the same capacitive proximity sensor. 同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship and the operation | movement concept of the detection target object and electric force line at the time of the detection operation | movement of the same capacitive proximity sensor. 本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the proximity detection process sequence by the proximity detection method of the capacitive proximity sensor concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the whole structure of the capacitive proximity sensor concerning 1st Embodiment of this invention. 同静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the proximity detection process sequence by the proximity detection method of the same capacitive proximity sensor. 同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the further another example of the whole structure of the electrostatic capacitance type proximity sensor. 本発明の第2実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the whole structure of the capacitive proximity sensor concerning 2nd Embodiment of this invention. 同静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the whole structure of the electrostatic capacitance type proximity sensor. 同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the further another example of the whole structure of the electrostatic capacitance type proximity sensor.

以下に、添付の図面を参照して、この発明にかかる静電容量型近接センサ、近接検知方法および静電容量型近接センサの電極構造の好適な実施の形態について詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a capacitive proximity sensor, a proximity detection method, and an electrode structure of a capacitive proximity sensor according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図、図2〜図5は同静電容量型近接センサの検知動作時における検知対象物と電気力線との関係および動作概念を説明するための説明図である。また、図6は、本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャートである。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the overall configuration of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 5 are detection objects during the detection operation of the capacitive proximity sensor. It is explanatory drawing for demonstrating the relationship and operation | movement concept of an electric force line. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a proximity detection processing procedure by the proximity detection method of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment of the present invention.

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。   As shown in FIG. 1, the capacitive proximity sensor 100 is integrated with a sensor unit 10 disposed at a position where a detection target such as a human body is detected, and the sensor unit 10 via a substrate (not shown). Or it is comprised including the detection circuit part 20 arrange | positioned separately.

センサ部10は、主に、例えば全体として矩形平板状に形成されたセンサ電極11(11a,11b,11c)と、このセンサ電極11の裏面側に形成されたシールド電極12と、センサ電極11と同一平面上に形成され全体としてセンサ電極11をその外周側から囲むようなロの字状に形成された補助電極13(13a,13b,13c)とを備えて構成されている。これらセンサ電極11および補助電極13は、それぞれ互いに絶縁された状態で配置されている。シールド電極12は、裏面の感度を減少させるために、センサ電極11よりも大きいことが好ましい。   The sensor unit 10 mainly includes, for example, a sensor electrode 11 (11a, 11b, 11c) formed as a rectangular flat plate as a whole, a shield electrode 12 formed on the back side of the sensor electrode 11, and the sensor electrode 11 The auxiliary electrode 13 (13a, 13b, 13c) is formed on the same plane and formed in a square shape so as to surround the sensor electrode 11 from the outer peripheral side as a whole. The sensor electrode 11 and the auxiliary electrode 13 are disposed in a state of being insulated from each other. The shield electrode 12 is preferably larger than the sensor electrode 11 in order to reduce the sensitivity of the back surface.

センサ電極11は、第1センサ電極11a,11bと、この第1センサ電極11a,11bの近傍に設けられた第2センサ電極11cとから構成される。第1センサ電極11a,11bは、本例では矩形状に形成された矩形部分である第1センサ電極11aと、この第1センサ電極11aを囲むロの字状に形成されたロの字部分である第1センサ電極11bとからなる形状に形成されている。   The sensor electrode 11 includes first sensor electrodes 11a and 11b and a second sensor electrode 11c provided in the vicinity of the first sensor electrodes 11a and 11b. The first sensor electrodes 11a and 11b are, in this example, a first sensor electrode 11a which is a rectangular portion formed in a rectangular shape, and a square shape portion formed in a square shape surrounding the first sensor electrode 11a. The first sensor electrode 11b is formed into a shape.

また、第2センサ電極11cは、同じくロの字状に形成され、第1センサ電極11a,11bの間に絶縁された状態で挟まれるように配置されている。   The second sensor electrode 11c is also formed in a square shape, and is disposed so as to be sandwiched between the first sensor electrodes 11a and 11b.

補助電極13は、センサ電極11の近傍に設けられた第1補助電極13a,13bと、この第1補助電極13a,13bの近傍に設けられた第2補助電極13cとから構成される。第1補助電極13a,13bは、本例では大きさの異なるロの字状に形成された複数のロの字部分からなる形状に形成されている。   The auxiliary electrode 13 includes first auxiliary electrodes 13a and 13b provided in the vicinity of the sensor electrode 11, and a second auxiliary electrode 13c provided in the vicinity of the first auxiliary electrodes 13a and 13b. In this example, the first auxiliary electrodes 13a and 13b are formed in a shape composed of a plurality of square-shaped portions having different square shapes.

また、第2補助電極13cは、同じくロの字状に形成され、第1補助電極13a,13bの間に絶縁された状態で挟まれるように配置されている。   The second auxiliary electrode 13c is also formed in a square shape and is disposed so as to be sandwiched between the first auxiliary electrodes 13a and 13b.

そして、補助電極13(すなわち、第1および第2補助電極13a〜13c)は、センサ電極11(すなわち、第1および第2センサ電極11a〜11c)を囲むように配置されるとともに、これらは同心に配置されている。また、シールド電極12は、センサ電極11とともに、補助電極13の検知面とは反対側の裏面側に絶縁された状態で配置され、これらセンサ電極11および補助電極13の裏面側の検知をシールドしている。   And the auxiliary electrode 13 (namely, 1st and 2nd auxiliary electrode 13a-13c) is arrange | positioned so that the sensor electrode 11 (namely, 1st and 2nd sensor electrode 11a-11c) may be enclosed, and these are concentric. Is arranged. The shield electrode 12 is arranged in a state of being insulated with the sensor electrode 11 on the back side opposite to the detection surface of the auxiliary electrode 13, and shields detection on the back side of the sensor electrode 11 and the auxiliary electrode 13. ing.

一方、検知回路部20は、第1および第2センサ電極11a,11bと、第1および第2補助電極13a,13bとに切替スイッチSW1,SW2,SW3,SW4を介して接続された静電容量検知回路としてのC−V変換回路21と、A/D変換器22と、CPU23と、シールド駆動回路24とを備えて構成されている。   On the other hand, the detection circuit unit 20 includes capacitances connected to the first and second sensor electrodes 11a and 11b and the first and second auxiliary electrodes 13a and 13b via changeover switches SW1, SW2, SW3, and SW4. A CV conversion circuit 21 serving as a detection circuit, an A / D converter 22, a CPU 23, and a shield drive circuit 24 are provided.

C−V変換回路21は、各電極によってそれぞれ検知された静電容量(Capacitance)を電圧(Voltage)に変換する。A/D変換器22は、C−V変換回路21からの電圧を示すアナログ信号をディジタル信号に変換する。なお、このC−V変換回路21は、本例ではポジティブ入力端子Pとネガティブ入力端子Nとを有する差動入力型の構成からなる。   The CV conversion circuit 21 converts capacitance (Capacitance) detected by each electrode into voltage (Voltage). The A / D converter 22 converts an analog signal indicating a voltage from the CV conversion circuit 21 into a digital signal. The CV conversion circuit 21 has a differential input type configuration having a positive input terminal P and a negative input terminal N in this example.

したがって、このC−V変換回路21においては、ポジティブ入力端子Pとグランド(GND)との間の静電容量からネガティブ入力端子とグランド(GND)との間の静電容量の差分が、電圧に変換されてA/D変換器22に出力される構成となっている。各スイッチSW1〜SW4は、それぞれ例えば1側、2側に切り替え可能な構造からなり、本例では次のように接続されている。   Therefore, in the CV conversion circuit 21, the difference between the electrostatic capacitance between the positive input terminal P and the ground (GND) and the electrostatic capacitance between the negative input terminal and the ground (GND) is a voltage. It is configured to be converted and output to the A / D converter 22. Each of the switches SW1 to SW4 has a structure that can be switched to, for example, 1 side or 2 side, and is connected as follows in this example.

切替スイッチSW1は、第1センサ電極11a,11bと接続され、1側に切り替えられたときは第1センサ電極11a,11bをC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続し、2側に切り替えられたときはこれらをシールド駆動回路24に接続する。切替スイッチSW2は、第1補助電極13a,13bと接続され、1側に切り替えられたときは第1補助電極13a,13bをシールド駆動回路24に接続し、2側に切り替えられたときはこれらをC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続する。   The change-over switch SW1 is connected to the first sensor electrodes 11a and 11b, and when switched to one side, the first sensor electrodes 11a and 11b are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 and to the second side. When switched, these are connected to the shield drive circuit 24. The change-over switch SW2 is connected to the first auxiliary electrodes 13a and 13b. When switched to the 1 side, the first auxiliary electrodes 13a and 13b are connected to the shield drive circuit 24, and when switched to the 2 side, these are switched. The positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 is connected.

切替スイッチSW3は、第2センサ電極11cと接続され、1側に切り替えられたときは第2センサ電極11cをC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続し、2側に切り替えられたときはこれをC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続する。切替スイッチSW4は、第2補助電極13cと接続され、1側に切り替えられたときは第2補助電極13cをC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続し、2側に切り替えられたときはこれをC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続する。   The changeover switch SW3 is connected to the second sensor electrode 11c, and when switched to the 1 side, connects the second sensor electrode 11c to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 and when switched to the 2 side. Is connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21. The changeover switch SW4 is connected to the second auxiliary electrode 13c, and when switched to the 1 side, connects the second auxiliary electrode 13c to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 and when switched to the 2 side. Is connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21.

なお、これらの切替スイッチSW1〜SW4は、電気的な接続を切り替えられる構造であればよく、例えばFETやフォトMOSリレーなどの電子回路スイッチでも、接点切替器などの機械的なスイッチでも、いずれも採用することができる。また、センサ電極11や補助電極13は、矩形やロの字状のみならず、円形、長方形、多角形などの種々の形状で構成することができ、センサ電極11の裏面側も検知範囲にする場合は、シールド電極12を配置しない構成を採用することができる。   These change-over switches SW1 to SW4 may have any structure as long as the electrical connection can be switched. For example, electronic switches such as FETs and photo MOS relays and mechanical switches such as contact point switches are all used. Can be adopted. In addition, the sensor electrode 11 and the auxiliary electrode 13 can be configured in various shapes such as a circle, a rectangle, and a polygon as well as a rectangle or a square shape, and the back side of the sensor electrode 11 is also set as a detection range. In this case, a configuration in which the shield electrode 12 is not disposed can be employed.

さらに、補助電極13は、センサ電極11の周囲全体を囲む状態で配置したが、例えば一部を囲むような状態であったり、センサ電極11の隣接する一部に配置されたりしてもよい。   Furthermore, although the auxiliary electrode 13 is disposed so as to surround the entire periphery of the sensor electrode 11, for example, the auxiliary electrode 13 may be disposed so as to surround a part thereof, or may be disposed in a part adjacent to the sensor electrode 11.

CPU23は、静電容量型近接センサ100全体の制御を司るとともに、切替スイッチSW1〜SW4の動作を制御したり、検知領域における検知対象物の検出(検知対象物の有無)を判定したりする。シールド駆動回路24は、切替スイッチSW1〜SW4の切り替えにより接続された第1センサ電極11a,11b、および第1補助電極13a,13bの少なくとも1つと同等の電位を、例えば直接接続されているシールド電極12にも与え駆動する。すなわち、シールド駆動回路24は、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pおよびネガティブ入力端子Nと同等の電位を接続されている電極に与える。   The CPU 23 controls the entire capacitive proximity sensor 100, controls the operation of the changeover switches SW1 to SW4, and determines the detection of the detection target in the detection region (the presence or absence of the detection target). The shield drive circuit 24 has a potential equivalent to at least one of the first sensor electrodes 11a and 11b and the first auxiliary electrodes 13a and 13b connected by switching the changeover switches SW1 to SW4, for example, directly connected shield electrodes. 12 is also driven. In other words, the shield drive circuit 24 applies potentials equivalent to those of the positive input terminal P and the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 to the connected electrodes.

なお、これらセンサ部10および検知回路部20は、例えば図示しない基板上に形成されている。この基板としては、例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板またはリジッドフレキシブル基板のいずれの基板も採用することができる。センサ電極11、シールド電極12、および補助電極13は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ガラスエポキシ樹脂またはセラミックなどの絶縁体からなる基板上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムや鉄などの金属部品(導電材)や電線などで構成することができる。   The sensor unit 10 and the detection circuit unit 20 are formed on a substrate (not shown), for example. As this board | substrate, any board | substrate of a flexible printed board, a rigid board | substrate, or a rigid flexible board | substrate is employable, for example. The sensor electrode 11, the shield electrode 12, and the auxiliary electrode 13 are on a substrate made of an insulator such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA), glass epoxy resin, or ceramic. It can be composed of copper, copper alloy, metal parts (conductive material) such as aluminum and iron, electric wires, and the like.

次に、このように構成された静電容量型近接センサ100の動作例について説明する。まず、CPU23の制御により、切替スイッチSW1〜SW4が1側に切り替えられた場合の動作(動作1)について説明する。なお、図示する検知対象物Aはセンサ部10の検知範囲内の検知対象物であり、検知対象物Bはセンサ部10の検知範囲外の検知対象物であることとする。   Next, an operation example of the capacitive proximity sensor 100 configured as described above will be described. First, an operation (operation 1) when the switches SW1 to SW4 are switched to the 1 side under the control of the CPU 23 will be described. Note that the illustrated detection object A is a detection object within the detection range of the sensor unit 10, and the detection object B is a detection object outside the detection range of the sensor unit 10.

切替スイッチSW1〜SW4が1側に切り替えられた動作1の場合、静電容量型近接センサ100のセンサ部10における第1および第2センサ電極11a〜11cと、第1および第2補助電極13a〜13cの検知回路部20との接続状態は、図1〜図3に示すようになる。   In the case of the operation 1 in which the selector switches SW1 to SW4 are switched to the 1 side, the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the first and second auxiliary electrodes 13a to 13a in the sensor unit 10 of the capacitive proximity sensor 100. The connection state with the detection circuit unit 20 of 13c is as shown in FIGS.

すなわち、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pには第1センサ電極11a,11bと第2センサ電極11cとが接続され、ネガティブ入力端子Nには第2補助電極13cが接続される。これとともに、シールド電極12と第1補助電極13a,13bとがシールド駆動回路24に接続される。   That is, the first sensor electrodes 11 a and 11 b and the second sensor electrode 11 c are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, and the second auxiliary electrode 13 c is connected to the negative input terminal N. At the same time, the shield electrode 12 and the first auxiliary electrodes 13 a and 13 b are connected to the shield drive circuit 24.

したがって、この動作1のときは、第1および第2センサ電極11a〜11cと第2補助電極13cとによって、図2に示すように検知対象物A,Bとの静電容量がC−V変換回路21により検出される。   Therefore, in this operation 1, the capacitances of the detection objects A and B are converted into CV by the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the second auxiliary electrode 13c as shown in FIG. It is detected by the circuit 21.

なお、このとき、センサ電極11および補助電極13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によって全面が覆われた状態であるため、これらセンサ電極11および補助電極13の裏面側のセンサ感度をほぼない状態に等しくしているとする。これは、後述する動作2のときも同様である。   At this time, the back surfaces of the sensor electrode 11 and the auxiliary electrode 13 are covered with the shield electrode 12 connected to the shield drive circuit 24, and therefore the back surfaces of the sensor electrode 11 and the auxiliary electrode 13 are covered. It is assumed that the sensor sensitivity is equal to a state where there is almost no sensor sensitivity. The same applies to operation 2 described later.

また、図2(a)に示す検知対象物Aと同図(b)に示す検知対象物Bは、第1センサ電極11a,11bからほぼ等しい距離に存するものとする。ここで、図2(a)に示すように、検知対象物Aは第1センサ電極11a,11bの上方に存するため検知範囲内の検知対象物であり、同図(b)に示すように、検知対象物Bは第2センサ電極11cの上方外側(補助電極13の上方側)に存するため検知範囲外の検知対象物である。   Further, it is assumed that the detection object A shown in FIG. 2A and the detection object B shown in FIG. 2B are at substantially the same distance from the first sensor electrodes 11a and 11b. Here, as shown in FIG. 2A, the detection target A is a detection target within the detection range because it exists above the first sensor electrodes 11a and 11b, and as shown in FIG. Since the detection target B exists on the upper outer side (the upper side of the auxiliary electrode 13) of the second sensor electrode 11c, the detection target B is a detection target outside the detection range.

検知対象物Aは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されている第1および第2センサ電極11a〜11cと近いといえるので、これらのセンサ電極11a〜11cとの電気力線F1による結合は強いといえる。また、C−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続されている第2補助電極13cは検知対象物Aから遠く、シールド駆動回路24に接続されている第1補助電極13a,13bも検知対象物Aから遠いといえる。   Since it can be said that the detection target A is close to the first and second sensor electrodes 11a to 11c connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, electric lines of force with these sensor electrodes 11a to 11c It can be said that the bond by F1 is strong. The second auxiliary electrode 13c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is far from the detection target A, and the first auxiliary electrodes 13a and 13b connected to the shield drive circuit 24 are also detection targets. It can be said that it is far from the object A.

このため、これらの補助電極13a〜13cと検知対象物Aとの電気力線F2による結合は電気力線F1と比べて弱く、C−V変換回路21によって検知される静電容量は大きくなる。   For this reason, the coupling of the auxiliary electrodes 13a to 13c and the detection target A by the electric force lines F2 is weaker than the electric force lines F1, and the capacitance detected by the CV conversion circuit 21 is increased.

次に、検知対象物Aよりもセンサ部10の上方外側に存する検知対象物Bは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されている第1および第2センサ電極11a〜11cから遠いといえるので、これらのセンサ電極11a〜11cとの電気力線F1による結合は弱いといえる。また、C−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続されている第2補助電極13cは検知対象物Bと近く、シールド駆動回路24に接続されている第1補助電極13a,13bも検知対象物Bと近いといえる。   Next, the detection target B existing on the upper outside of the sensor unit 10 with respect to the detection target A is from the first and second sensor electrodes 11 a to 11 c connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21. Since it can be said that it is far, it can be said that the coupling by the electric lines of force F1 with these sensor electrodes 11a to 11c is weak. In addition, the second auxiliary electrode 13c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is close to the detection target B, and the first auxiliary electrodes 13a and 13b connected to the shield drive circuit 24 are also detection targets. It can be said that it is close to thing B.

このため、これらの補助電極13a〜13cと検知対象物Bとの電気力線F2による結合は電気力線F1と比べて強く、C−V変換回路21によって検知される静電容量は検知対象物Aのときよりも小さくなる。したがって、この動作1の場合は、検知対象物A,Bを区別することができ、このときのC−V変換回路21からの出力による第1の静電容量値C1をCPU23によって記憶しておく。   For this reason, the coupling of the auxiliary electrodes 13a to 13c and the detection target B by the electric force lines F2 is stronger than the electric force lines F1, and the capacitance detected by the CV conversion circuit 21 is the detection target. It becomes smaller than the case of A. Therefore, in the case of this operation 1, it is possible to distinguish the detection objects A and B, and the CPU 23 stores the first capacitance value C1 by the output from the CV conversion circuit 21 at this time. .

なお、図3に示すように、上記検知対象物Bよりもセンサ部10に近い検知対象物B’の場合は、図2(b)に示した検知対象物Bとの場合と比較して、電気力線F1による第1および第2センサ電極11a〜11cと検知対象物B’との結合は大きく増加する。したがって、第1および第2補助電極13a〜13cと検知対象物B’との電気力線F2による結合の増加が少ないと、図2(a)に示した検知対象物Aと検知対象物B’とのC−V変換回路21による出力は同様なものとなるので、この動作1の状態だけでは検知対象物B’を検知範囲外とすることはできなくなってしまう。   In addition, as shown in FIG. 3, in the case of the detection target B ′ closer to the sensor unit 10 than the detection target B, as compared with the detection target B shown in FIG. The coupling between the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the detection object B ′ by the electric lines of force F1 greatly increases. Accordingly, if the increase in the coupling between the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c and the detection target B ′ due to the electric lines of force F2 is small, the detection target A and the detection target B ′ shown in FIG. Since the output from the CV conversion circuit 21 is the same, the detection object B ′ cannot be out of the detection range only in the state of the operation 1.

そこで、次に、CPU23の制御により、切替スイッチSW1〜SW4が2側に切り替えられた場合の動作(動作2)について説明する。切替スイッチSW1〜SW4が2側に切り替えられた動作2の場合、静電容量型近接センサ100のセンサ部10における第1および第2センサ電極11a〜11cと、第1および第2補助電極13a〜13cの検知回路部20との接続状態は、図4および図5に示すようになる。   Therefore, next, an operation (operation 2) when the switches SW1 to SW4 are switched to the 2 side under the control of the CPU 23 will be described. In the case of the operation 2 in which the selector switches SW1 to SW4 are switched to the second side, the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the first and second auxiliary electrodes 13a to 13a in the sensor unit 10 of the capacitive proximity sensor 100 are used. The connection state with the detection circuit unit 20 of 13c is as shown in FIG. 4 and FIG.

すなわち、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pには第1補助電極13a,13bと第2補助電極13cとが接続され、ネガティブ入力端子Nには第2センサ電極11cが接続される。これとともに、シールド電極12と第1センサ電極11a,11bとがシールド駆動回路24に接続される。   That is, the first auxiliary electrodes 13a and 13b and the second auxiliary electrode 13c are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, and the second sensor electrode 11c is connected to the negative input terminal N. At the same time, the shield electrode 12 and the first sensor electrodes 11 a and 11 b are connected to the shield drive circuit 24.

したがって、この動作2のときは、第1および第2補助電極13a〜13cと第2センサ電極11cとによって、図4に示すように検知対象物A,Bとの静電容量がC−V変換回路21により検出される。   Therefore, in this operation 2, the capacitances of the detection objects A and B are converted into CV by the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c and the second sensor electrode 11c as shown in FIG. It is detected by the circuit 21.

図4(a)に示すように、検知対象物Aは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されている第1および第2補助電極13a〜13cから遠いといえるので、これらの補助電極13a〜13cとの電気力線F2による結合は弱いといえる。また、C−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続されている第2センサ電極11cは検知対象物Aに近く、シールド駆動回路24に接続されている第1センサ電極11a,11bも検知対象物Aと近いといえる。   As shown in FIG. 4A, the detection object A is far from the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, so that these It can be said that the coupling with the auxiliary electrodes 13a to 13c by the electric lines of force F2 is weak. The second sensor electrode 11c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is close to the detection target A, and the first sensor electrodes 11a and 11b connected to the shield drive circuit 24 are also detection targets. It can be said that it is close to thing A.

このため、これらのセンサ電極11a〜11cと検知対象物Aとの電気力線F1による結合は電気力線F2と比べて強く、C−V変換回路21によって検知される静電容量は動作1のときと比べて小さくなる。   For this reason, the coupling of the sensor electrodes 11a to 11c and the detection target A by the electric force lines F1 is stronger than the electric force lines F2, and the capacitance detected by the CV conversion circuit 21 is that of the operation 1. Smaller than when.

次に、図4(b)に示すように、検知対象物Aよりもセンサ部10の上方外側に存する検知対象物Bは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されている第1および第2補助電極13a〜13cに近いといえるので、これらの補助電極13a〜13cとの電気力線F2による結合は強いといえる。また、C−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続されている第2センサ電極11cは検知対象物Bから遠く、シールド駆動回路24に接続されている第1センサ電極11a,11bも検知対象物Bから遠いといえる。   Next, as shown in FIG. 4B, the detection object B existing on the upper outside of the sensor unit 10 with respect to the detection object A is connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21. Since it can be said that it is close to the 1st and 2nd auxiliary electrodes 13a-13c, it can be said that the coupling | bonding by these electric lines of force F2 with these auxiliary electrodes 13a-13c is strong. Further, the second sensor electrode 11c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is far from the detection target B, and the first sensor electrodes 11a and 11b connected to the shield drive circuit 24 are also detection targets. It can be said that it is far from the object B.

このため、これらのセンサ電極11a〜11cと検知対象物F1による結合は電気力線F2と比べて弱く、C−V変換回路21によって検知される静電容量は検知対象物Aのときよりも大きくなる。したがって、この動作2の場合は、検知対象物A,Bを区別することができ、このときのC−V変換回路21からの出力による第2の静電容量値C2をCPU23によって記憶しておく。   For this reason, the coupling between the sensor electrodes 11a to 11c and the detection object F1 is weaker than that of the electric force line F2, and the capacitance detected by the CV conversion circuit 21 is larger than that of the detection object A. Become. Therefore, in the case of this operation 2, it is possible to distinguish the detection objects A and B, and the CPU 23 stores the second capacitance value C2 by the output from the CV conversion circuit 21 at this time. .

なお、図5に示すように、上記検知対象物Bよりもセンサ部10に近い検知対象物B’の場合は、図4(b)に示した検知対象物Bとの場合と比較して、電気力線F2による第1および第2補助電極13a〜13cと検知対象物B’との結合は大きく増加する。したがって、第1および第2センサ電極11a〜11cと検知対象物B’との電気力線F1による結合の増加が少ないと、図4(a)に示した検知対象物Aと検知対象物B’とのC−V変換回路21による出力は同様なものとなるとともに、動作1のときとほとんど変わらないものとなる。   In addition, as shown in FIG. 5, in the case of the detection target B ′ closer to the sensor unit 10 than the detection target B, compared to the detection target B shown in FIG. The coupling between the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c and the detection object B ′ by the electric lines of force F2 greatly increases. Therefore, if the increase in the coupling due to the electric lines of force F1 between the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the detection target B ′ is small, the detection target A and the detection target B ′ shown in FIG. The output from the CV conversion circuit 21 is the same as that in the operation 1, and is almost the same as that in the operation 1.

そして、本実施形態にかかる静電容量型近接センサ100では、さらに次のような動作が行われる。まず、CPU23によって記憶されていた第1の静電容量値C1と第2の静電容量値C2とを比較する。例えば、上述した動作1の場合においては、検知対象物A,Bは第1センサ電極11a,11bからほぼ等しい距離にあるが、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されている第1および第2センサ電極11a〜11cにより近い検知対象物Aの方が出力される検出値が大きくなる。また、C−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続されている第2補助電極13cが検知対象物Aよりも検知対象物Bに近いのでこれらの対象物の判別効果はさらに高まる。   In the capacitive proximity sensor 100 according to the present embodiment, the following operation is further performed. First, the first capacitance value C1 and the second capacitance value C2 stored by the CPU 23 are compared. For example, in the case of the operation 1 described above, the detection objects A and B are at substantially the same distance from the first sensor electrodes 11a and 11b, but are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21. The detection value output from the detection object A closer to the first and second sensor electrodes 11a to 11c becomes larger. In addition, since the second auxiliary electrode 13c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is closer to the detection target B than the detection target A, the discrimination effect of these targets is further enhanced.

次に、上述した動作2の場合においては、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されているのは第1および第2補助電極13a〜13cなので、検知対象物Bについてはその検出値が増加し、検知対象物Aについては減少する。また、C−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続されている第2センサ電極11cが検知対象物Bよりも検知対象物Aに近いのでこれらの対象物の判別効果はさらに高まる。   Next, in the case of the operation 2 described above, since the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, the detection object B is detected. The value increases and the detection object A decreases. Further, since the second sensor electrode 11c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is closer to the detection object A than the detection object B, the discrimination effect of these objects is further enhanced.

検知対象物B’に関しては、上述したように動作1に対して動作2のときであってもその検出値はほぼ変わらないものであるが、検知対象物Aについては第1の静電容量値C1に対して第2の静電容量値C2の方が減少するといえる。したがって、検知対象物がセンサ部10の検知範囲内にあれば、第1の静電容量値C1が大きく第2の静電容量値C2が小さくなり、検知範囲外にあれば検知範囲内にある場合と比べて第2の静電容量値C2に対する第1の静電容量値C1の割合が減少することが判明した。   As described above, the detection value of the detection object B ′ is substantially the same even when the operation 1 is the operation 2, and the detection object A has the first capacitance value. It can be said that the second capacitance value C2 decreases with respect to C1. Therefore, if the detection target is within the detection range of the sensor unit 10, the first capacitance value C1 is large and the second capacitance value C2 is small, and if it is outside the detection range, it is within the detection range. It has been found that the ratio of the first capacitance value C1 to the second capacitance value C2 decreases compared to the case.

このことは、第1の静電容量値C1に対する第2の静電容量値C2を比較することで、検知対象物がセンサ部10の中心に対してどの程度外側に存するかを算出することが可能であることを示している。したがって、本例の静電容量型近接センサ100は、この比較値(算出値)とあらかじめ定めた所定のしきい値とを比較して、比較結果により検知対象物が検知範囲内にあるか、検知範囲外にあるかを判別可能に構成されており、指向性を向上させることができる。   This means that by comparing the second capacitance value C2 with respect to the first capacitance value C1, it is possible to calculate how much the detection target exists outside the center of the sensor unit 10. It shows that it is possible. Therefore, the capacitive proximity sensor 100 of this example compares this comparison value (calculated value) with a predetermined threshold value, and whether the detection target is within the detection range based on the comparison result, It is configured to be able to determine whether it is outside the detection range, and the directivity can be improved.

なお、本発明にかかる指向性を向上させた近接検知方法によれば、例えば次のような近接検知処理が行われる。図6は、本発明の一実施形態にかかる近接検知方法による近接検知処理手順の一例を示すフローチャートである。図6に示すように、まず、上述したように切替スイッチSW1〜SW4を1側に切り替えて第1の静電容量値C1を検出するとともに、切替スイッチSW1〜SW4を2側に切り替えて第2の静電容量値C2を検出する(ステップS101)。   According to the proximity detection method with improved directivity according to the present invention, for example, the following proximity detection processing is performed. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a proximity detection processing procedure by the proximity detection method according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, first, as described above, the changeover switches SW1 to SW4 are switched to the 1 side to detect the first capacitance value C1, and the changeover switches SW1 to SW4 are switched to the 2 side to set the second capacitance. Is detected (step S101).

次に、検出した第1の静電容量値C1と第2の静電容量値C2とを比較して比較値を算出し(ステップS102)、第1の静電容量値C1または第2の静電容量値C2に基づき検知対象物が近接しているか否かを判定する(ステップS103)。また、第1の静電容量値C1と第2の静電容量値C2との比較値が、例えばあらかじめ設定されたしきい値以上(あるいはしきい値以下やしきい値未満等)であるか否かを判定する(ステップS106)。   Next, the detected first capacitance value C1 and the second capacitance value C2 are compared to calculate a comparison value (step S102), and the first capacitance value C1 or the second static value is calculated. Based on the capacitance value C2, it is determined whether or not the detection object is close (step S103). Whether the comparison value between the first capacitance value C1 and the second capacitance value C2 is, for example, not less than a preset threshold value (or less than the threshold value or less than the threshold value). It is determined whether or not (step S106).

検知対象物が近接していると判定され(ステップS103のY)、かつ第1の静電容量値C1と第2の静電容量値C2との比較値がしきい値以上であると判定された場合(ステップS106のY)は、検知対象物を検知と判定する(ステップS107)。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と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)。   It is determined that the detection target is close (Y in step S103), and it is determined that the comparison value between the first capacitance value C1 and the second capacitance value C2 is greater than or equal to the threshold value. If it is detected (Y in step S106), it is determined that the detection target is detected (step S107). On the other hand, when it is determined that the detection target is not close (N in Step S103), the comparison value between the first capacitance value C1 and the second capacitance value C2 is not equal to or greater than the threshold value. Is determined (N in step S106), it is determined that the detection target is not detected (step 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S107またはステップS104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。   Then, after determining the detection or non-detection of the detection target (after step S107 or step S104), it is determined whether or not to end the process (step S105), and when it is determined to end the process (step S105). Y) ends the series of proximity detection processing according to this flowchart. If it is determined not to end the process (N in step S105), the process proceeds to step S101 and the subsequent processes are repeated.

ここで、具体的には、例えば第1の静電容量値C1が任意のしきい値Th1よりも大きい場合は、検知対象物が第1および第2センサ電極11a〜11cに近接したと判定可能に設定しておく(ステップS103)。   Here, specifically, for example, when the first capacitance value C1 is larger than an arbitrary threshold value Th1, it can be determined that the detection target has approached the first and second sensor electrodes 11a to 11c. (Step S103).

またこのとき、比較値α=(a×C1)−(b×C2)あるいは比較値β=d×(C1/C2)などの計算式(a,b,dはあらかじめ定めた係数)によって算出した比較値αや比較値βが、あらかじめ設定された任意のしきい値Th2よりも小さい場合はセンサ部10の検知範囲外であるので非検知と判定し、大きい場合はセンサ部10の検知範囲内であるので検知と判定可能に設定しておく(ステップS106)。   At this time, the comparison value α = (a × C1) − (b × C2) or the comparison value β = d × (C1 / C2) is calculated by a calculation formula (a, b, d are predetermined coefficients). When the comparison value α or the comparison value β is smaller than a predetermined threshold value Th2, it is outside the detection range of the sensor unit 10, so it is determined as non-detection, and when it is larger, it is within the detection range of the sensor unit 10. Therefore, it is set so that it can be detected and determined (step S106).

これにより、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)。   Thereby, even when the detection target is close (Y in Step S103), the process proceeds to Step S106 and the comparison value is smaller than the arbitrary threshold value Th2 (N in Step S106). Is recognized that the detection target is outside the detection range, and it is determined that the detection target is not detected (step S104).

また、検知対象物が近接している場合であって(ステップS103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)、検知対象物が検知と判定される(ステップS107)ように構成することができる。なお、このステップS107において検知対象物が検知と判定された場合は、例えばCPU23によって検知信号を出力したり、第1の静電容量値C1に基づく検知対象物の第1および第2センサ電極11a〜11cに対する近接距離を示す信号(これらの電極11a〜11cまでの距離に応じた信号)を出力したりすることができるように構成してもよい。   Further, only when the detection object is close (Y in step S103) and the comparison value is equal to or larger than an arbitrary threshold Th2 (Y in step S106), the detection object is determined to be detected. (Step S107). If it is determined in step S107 that the detection target is detected, for example, the CPU 23 outputs a detection signal or the first and second sensor electrodes 11a of the detection target based on the first capacitance value C1. A signal indicating a proximity distance to ˜11c (a signal corresponding to the distance to these electrodes 11a to 11c) may be output.

また、上述した比較値α,β、係数a,b,dおよびしきい値Th1,Th2の値や比較値α,βの計算式などの各要素は、静電容量型近接センサ100のセンサ形状、設置周辺環境、目標とする検知対象物の種別などの要因により変化するので、これらの要因が決まった時点で実験等を行い、そのプロファイルを取りながら値を取得して、この値から比較値や計算式を逐次設定していけばよい。   In addition, each element such as the above-described comparison values α, β, coefficients a, b, d and threshold values Th1, Th2 and a calculation formula for the comparison values α, β is the sensor shape of the capacitive proximity sensor 100. Because it varies depending on factors such as the surrounding environment of the installation and the type of target object to be detected, an experiment is conducted when these factors are determined, and a value is obtained while taking the profile, and a comparison value is obtained from this value. And the calculation formula should be set sequentially.

このように、本例の静電容量型近接センサ100の構成によれば、上述したしきい値Th2が大きい場合は指向性を向上させ、小さい場合は指向性を低下させることができるので、のしきい値Th2を適宜変更すれば、任意にセンサ部10の指向性を設定することが可能となる。   Thus, according to the configuration of the capacitive proximity sensor 100 of this example, the directivity can be improved when the threshold Th2 is large, and the directivity can be decreased when the threshold Th2 is small. If the threshold value Th2 is appropriately changed, the directivity of the sensor unit 10 can be arbitrarily set.

そして、この静電容量型近接センサ100では、上述した動作1のときにC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続される第2センサ電極11cと、動作2のときにC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続される第2補助電極13cとが設けられている。   In this capacitive proximity sensor 100, the second sensor electrode 11 c connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 in the operation 1 described above and the CV conversion in the operation 2. A second auxiliary electrode 13 c connected to the negative input terminal N of the circuit 21 is provided.

このため、動作時にC−V変換回路21によって検出された静電容量値のうちに引算成分が存在することとなるので、第1および第2センサ電極11a〜11cや第1および第2補助電極13a〜13cの形状、大きさ、配置態様を変更することで、センサ部10の指向性を任意に変更することができる。すなわち、センサ部10の検知面側の検知特性を可変させて、可変前後の静電容量値等に基づき検知対象物の検知等を行うことができる。したがって、これを上述した比較値や計算式と組み合わせることにより、より複雑で変化に富んだ指向性を設定することが可能となる。   For this reason, since a subtraction component exists in the capacitance value detected by the CV conversion circuit 21 during operation, the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the first and second auxiliary electrodes are present. The directivity of the sensor unit 10 can be arbitrarily changed by changing the shape, size, and arrangement of the electrodes 13a to 13c. That is, it is possible to vary the detection characteristic on the detection surface side of the sensor unit 10 and to detect the detection object based on the capacitance values before and after the variable. Therefore, by combining this with the above-described comparison values and calculation formulas, it becomes possible to set more complex and varied directivity.

なお、検知回路部20のC−V変換回路21が検出した静電容量値を電圧に変換して処理することを前提としたが、電気的にあるいはソフトウェアとして扱いやすいデータに変換できればよく、例えば静電容量をパルス幅に変換したり直接ディジタル値に変換したりできる構成のものを用いてもよい。   Although it is assumed that the capacitance value detected by the CV conversion circuit 21 of the detection circuit unit 20 is converted into a voltage and processed, it may be converted into data that can be handled electrically or as software. You may use the thing of the structure which can convert an electrostatic capacitance into a pulse width, or can convert it into a digital value directly.

また、C−V変換回路21が差動動作するとともに、第2センサ電極11cおよび第2補助電極13cを形成したことによって、回路の温度特性を相殺したり、別途ダミー電極を設けなくてもコモンモードノイズを低減したりすることができる。   In addition, the CV conversion circuit 21 performs differential operation, and the second sensor electrode 11c and the second auxiliary electrode 13c are formed, so that the temperature characteristics of the circuit can be offset and a common electrode can be provided without providing a dummy electrode. Mode noise can be reduced.

次に、本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの他の例について説明する。上述した第1実施形態にかかる静電容量型近接センサ100は、検知回路部20のC−V変換回路21からの出力は、第1の静電容量値か第2の静電容量値かのいずれかとなるため、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ってしまう場合がある。   Next, another example of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. In the capacitive proximity sensor 100 according to the first embodiment described above, whether the output from the CV conversion circuit 21 of the detection circuit unit 20 is the first capacitance value or the second capacitance value. For this reason, the capacitance value detected by the structure around the place where the sensor unit 10 is installed may differ.

このような場合は、これら第1及び第2の静電容量値を比較した比較結果がセンサ部10が設置される場所の周囲の構造等に依存して変化してしまうことが予想される。このような状況を極力回避するために、検知回路部20の構成を、さらに次のようにしてもよい。   In such a case, it is expected that the comparison result obtained by comparing the first and second capacitance values will change depending on the structure around the place where the sensor unit 10 is installed. In order to avoid such a situation as much as possible, the configuration of the detection circuit unit 20 may be further configured as follows.

図7は、本発明の第1実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図、図8は同静電容量型近接センサの近接検知方法による近接検知処理手順の例を示すフローチャート、図9は同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明と特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。   FIG. 7 is a schematic view showing another example of the overall configuration of the capacitive proximity sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a proximity detection processing procedure by the proximity detection method of the capacitive proximity sensor. FIG. 9 is a schematic diagram showing still another example of the overall configuration of the capacitance proximity sensor. In the following description, parts that are the same as those already described are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and parts not particularly related to the present invention may not be specified.

図7に示すように、本例の検知回路部20Aは、上述したC−V変換回路21、シールド駆動回路24の他に、例えばCPUなどからなる判定回路25と、人体などの検知対象物がセンサ部10に接近していないときの静電容量値(初期容量、以下特に明記しない限り同じ。)を記憶する初期容量記憶装置26と、切替スイッチSW1〜SW4の切り替え動作を制御するスイッチ制御回路27と、バッファ28とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 7, in the detection circuit unit 20A of this example, in addition to the CV conversion circuit 21 and the shield drive circuit 24 described above, a determination circuit 25 including, for example, a CPU and a detection target such as a human body are included. An initial capacitance storage device 26 that stores an electrostatic capacitance value when not approaching the sensor unit 10 (initial capacitance, the same unless otherwise specified), and a switch control circuit that controls the switching operation of the selector switches SW1 to SW4. 27 and a buffer 28.

このように構成された検知回路部20Aの動作の概要としては、例えばセンサ部10を所定の設置場所に設置した後、検知対象物がセンサ部10に接近していないときの動作1と動作2における静電容量値を、スイッチ制御回路27の制御によって切替スイッチSW1〜SW4を切り替えてそれぞれ検出する。   As an outline of the operation of the detection circuit unit 20A configured as described above, for example, an operation 1 and an operation 2 when the detection target is not approaching the sensor unit 10 after the sensor unit 10 is installed at a predetermined installation location. Are detected by switching the change-over switches SW1 to SW4 under the control of the switch control circuit 27, respectively.

そして、初期容量記憶装置26によってこれらの値を記憶しておき、判定回路25によって上述した動作1,2のときの第1および第2の静電容量値から初期容量記憶装置26に記憶されたこれらの初期容量を差し引いて比較し、比較結果に基づいて検知対象物が検知範囲内に存するか否かを判定する。   These values are stored in the initial capacity storage device 26, and stored in the initial capacity storage device 26 from the first and second electrostatic capacitance values in the operations 1 and 2 described above by the determination circuit 25. These initial capacities are subtracted and compared, and it is determined whether or not the detection target is within the detection range based on the comparison result.

具体的には、上記初期容量は、スイッチ制御回路27の制御によって第1および第2センサ電極11a〜11cがC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続され、第1補助電極13a,13bがシールド駆動回路24に接続されるとともに、第2補助電極13cがC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続された場合の上記動作1のときのものを第1の初期容量とする。   Specifically, the initial capacitance is such that the first and second sensor electrodes 11a to 11c are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 under the control of the switch control circuit 27, and the first auxiliary electrodes 13a and 13b. Is connected to the shield drive circuit 24, and the first initial capacitance is the one in the above operation 1 when the second auxiliary electrode 13c is connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21.

また、初期容量は、スイッチ制御回路27の制御によって第1および第2補助電極13a,13bがC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続され、第1センサ電極11a,11bがシールド駆動回路24に接続されるとともに、第2センサ電極11cがC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続された場合の上記動作2のものを第2の初期容量とする。これら第1および第2の初期容量は、初期容量記憶装置26に記憶される。   The initial capacitance is such that the first and second auxiliary electrodes 13a and 13b are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 under the control of the switch control circuit 27, and the first sensor electrodes 11a and 11b are shield drive circuits. 24 and the second operation electrode when the second sensor electrode 11c is connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 is defined as a second initial capacitance. These first and second initial capacities are stored in the initial capacity storage device 26.

そして、実際の動作1のときは、判定回路25によって、検出された第1の静電容量値から初期容量記憶装置26に記憶しておいた第1の初期容量を差し引いて第1の検出値(検出値1)とする。また、実際の動作2のときは、検出された第2の静電容量値から初期容量記憶装置26に記憶しておいた第2の初期容量を差し引いて第2の検出値(検出値2)とする。   Then, in the actual operation 1, the determination circuit 25 subtracts the first initial capacitance stored in the initial capacitance storage device 26 from the detected first capacitance value to obtain the first detection value. (Detection value 1). In the actual operation 2, the second detection value (detection value 2) is obtained by subtracting the second initial capacitance stored in the initial capacitance storage device 26 from the detected second capacitance value. And

すなわち、図8に示すように、まず、上述したような第1の検出値と第2の検出値とを検出し(ステップS201)、判定回路25によってこれらを比較して比較値を算出する(ステップS202)。そして、第1の検出値または第2の検出値に基づき検知対象物が近接しているか否かを判定するとともに(ステップS203)第1の検出値と第2の検出値との比較値が、例えばあらかじめ設定された所定のしきい値以上(あるいはしきい値以下やしきい値未満等)であるか否かを判定する(ステップS206)。   That is, as shown in FIG. 8, first, the first detection value and the second detection value as described above are detected (step S201), and the determination circuit 25 compares them to calculate a comparison value ( Step S202). Then, based on the first detection value or the second detection value, it is determined whether or not the detection object is close (step S203), and the comparison value between the first detection value and the second detection value is: For example, it is determined whether or not it is greater than or equal to a predetermined threshold value set in advance (or less than the threshold value or less than the threshold value) (step S206).

この処理では、つまり、第1の検出値(検出値1)および第2の検出値(検出値2)と、その比較結果とによって検知範囲内に検知対象物があるか否かを判定する。検知対象物が近接していると判定され(ステップS203のY)、かつ比較値がしきい値以上であると判定された場合(ステップS206のY)は、検知対象物を検知とする(ステップS207)。   In this process, that is, it is determined whether or not there is a detection target in the detection range based on the first detection value (detection value 1), the second detection value (detection value 2), and the comparison result. When it is determined that the detection object is close (Y in step S203) and the comparison value is determined to be greater than or equal to the threshold (Y in step S206), the detection object is detected (step S206). S207).

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)、例えば指向性を持たせたときのセンサ部10の検知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、所定の固定電圧)を判定出力として出力する。   On the other hand, if it is determined that the detection target is close (Y in step S203), but it is determined that the comparison value is not equal to or greater than the threshold value (N in step S206), the detection target is determined as non-detection. (Step S204), for example, a non-detection signal A (for example, a predetermined fixed voltage) that is a disable signal indicating that the detection target does not exist within the detection range of the sensor unit 10 when having directivity is determined. Output as output.

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し(ステップS203)、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部10の検知範囲内にないことを示すディセーブル信号Bを判定出力として出力する。   Further, for example, based on the first or second detection value (or the first or second capacitance value C1, C2), it is determined whether or not the detection target is close (step S203), and the detection target is determined. If it is determined that the object is not in close proximity (N in step S203), the process proceeds to step S204, and the detection target is not detected. For example, the detection target is not within the detection range of the sensor unit 10. The disable signal B shown is output as a determination output.

検知対象物の検知または非検知を判定した後(ステップS207またはステップS204の後)、処理を終了するか否かを判定して(ステップS205)、処理を終了すると判定された場合(ステップS205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。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。   After determining whether or not the detection object is detected (after step S207 or step S204), it is determined whether or not to end the process (step S205), and when it is determined to end the process (in step S205) Y) ends the series of proximity detection processing according to this flowchart. If it is determined not to end the process (N in step S205), the process proceeds to step S201 and the subsequent processes are repeated.

このように、判定回路25の出力を判定結果によって、例えばイネーブル信号あるいはディセーブル信号とすることで、検知対象物がセンサ部10の検知範囲内にあるときはイネーブル信号がバッファ28に入力され、このバッファ28から検出値1が出力される。また、検知対象物がセンサ部10の検知範囲内にないときはディセーブル信号として判定出力が接地電圧や基準電圧などの所定の固定電位に固定される出力となる。   In this way, by setting the output of the determination circuit 25 to, for example, an enable signal or a disable signal according to the determination result, when the detection target is within the detection range of the sensor unit 10, the enable signal is input to the buffer 28, The detection value 1 is output from the buffer 28. When the detection object is not within the detection range of the sensor unit 10, the determination output is an output that is fixed to a predetermined fixed potential such as a ground voltage or a reference voltage as a disable signal.

なお、検知対象物が検知範囲内にあるときは、検出値1の他に、検出値2や、第1あるいは第2の静電容量値C1,C2が出力されてもよい。また、これら検出値1、検出値2、第1の静電容量値C1、および第2静電容量値C2は、検知対象物のセンサ電極11a〜11cまでの距離に応じた値を示すものである。   In addition, when the detection target is within the detection range, in addition to the detection value 1, the detection value 2 and the first or second capacitance values C1 and C2 may be output. Moreover, these detection value 1, detection value 2, 1st electrostatic capacitance value C1, and 2nd electrostatic capacitance value C2 show the value according to the distance to the sensor electrodes 11a-11c of a detection target. is there.

このように、上記構成の検知回路部20Aによれば、検知対象物が検知範囲内にあるときはその距離に応じた検出値等が出力され、検知範囲内にないときは所定の固定電圧等の出力となるので、検知範囲内に検知対象物があるか否か、またあるとすればどのくらいの距離にあるかを判別することが可能となる。すなわち、静電容量型近接センサ100の指向性の強度をより高くしたり、指向性をより詳細に設定したりすることができる。   Thus, according to the detection circuit unit 20A having the above-described configuration, when the detection target is within the detection range, a detection value or the like corresponding to the distance is output, and when the detection target is not within the detection range, a predetermined fixed voltage or the like is output. Therefore, it is possible to determine whether or not there is a detection target within the detection range, and if so, how long it is. That is, the intensity of directivity of the capacitive proximity sensor 100 can be increased, and the directivity can be set in more detail.

また、センサ部10が設置される周囲の構造等の影響を回避する方法の他の例として、次のように基準電圧を調整することでこれらを保持することも可能となる。すなわち、図9に示すように、この例の検知回路部20Bは、C−V変換回路21およびシールド駆動回路24の他に、基準電圧調整回路40および減算回路31を備えて構成されている。   In addition, as another example of a method for avoiding the influence of the surrounding structure or the like where the sensor unit 10 is installed, these can be held by adjusting the reference voltage as follows. That is, as shown in FIG. 9, the detection circuit unit 20 </ b> B of this example includes a reference voltage adjustment circuit 40 and a subtraction circuit 31 in addition to the CV conversion circuit 21 and the shield drive circuit 24.

基準電圧調整回路40は、上述したような第1および第2の初期容量測定時に、C−V変換回路21の出力が基準電位になるように調整するものであり、ここでは、コンパレータ41と、制御回路42と、レジスタ43と、D/A変換器44と、調整部45とを備えて構成されている。   The reference voltage adjustment circuit 40 adjusts the output of the CV conversion circuit 21 to the reference potential during the first and second initial capacitance measurements as described above. Here, the comparator 41, A control circuit 42, a register 43, a D / A converter 44, and an adjustment unit 45 are provided.

この基準電圧調整回路40は、例えばC−V変換回路21の出力をコンパレータ41のプラス側入力端から入力し、基準電圧(Reference Voltage:RV)をマイナス側入力端から入力して両者を比較し、この比較結果に基づく制御回路42の制御によってレジスタ43の設定値を変化させる。   For example, the reference voltage adjustment circuit 40 inputs the output of the CV conversion circuit 21 from the positive input terminal of the comparator 41 and inputs the reference voltage (Reference Voltage: RV) from the negative input terminal, and compares the two. The set value of the register 43 is changed under the control of the control circuit 42 based on the comparison result.

そして、レジスタ43の出力をD/A変換器44によってディジタル信号からアナログ信号に変換した後、調整部45にて電圧調整を行い、この調整部45からの出力によってC−V変換回路21の入力を調整する。このようにして、検知対象物がセンサ部10に近接していないときの上述した動作1において、C−V変換回路21からの出力が基準電位に最も近くなったところでレジスタ43の設定値を固定して第1の初期容量の出力を基準電圧とし、そのときの設定値(設定値1)を記憶する。   The output of the register 43 is converted from a digital signal to an analog signal by the D / A converter 44, and then the voltage is adjusted by the adjustment unit 45. The output from the adjustment unit 45 is used to input the CV conversion circuit 21. Adjust. In this way, in the above-described operation 1 when the detection target is not close to the sensor unit 10, the set value of the register 43 is fixed when the output from the CV conversion circuit 21 is closest to the reference potential. Then, the output of the first initial capacity is set as the reference voltage, and the set value (set value 1) at that time is stored.

これとともに、検知対象物がセンサ部10に近接していないときの上述した動作2において、C−V変換回路21からの出力が基準電位に最も近くなったところでレジスタ43の設定値を固定して第2の初期容量の出力を基準電圧とし、そのときの設定値(設定値2)を記憶する。   At the same time, in the above-described operation 2 when the detection object is not close to the sensor unit 10, the set value of the register 43 is fixed when the output from the CV conversion circuit 21 is closest to the reference potential. The output of the second initial capacity is used as a reference voltage, and the set value (set value 2) at that time is stored.

そして、実際の動作1のときは、レジスタ43を設定値1に固定したときのC−V変換回路21の出力を、例えば減算回路31のプラス側入力端に入力するとともに、基準電圧RVをマイナス側入力端に入力して、出力を基準電圧RVで減算して検出値1とする。また、実際の動作2のときは、レジスタ43を設定値2に固定したときのC−V変換回路21の出力を、例えば減算回路31のプラス側入力端に入力するとともに、基準電圧RVをマイナス側入力端に入力して、出力を基準電圧RVで減算して検出値2とする。   In the actual operation 1, the output of the CV conversion circuit 21 when the register 43 is fixed to the set value 1 is input to the positive input terminal of the subtraction circuit 31, for example, and the reference voltage RV is negative. The value is input to the side input terminal, and the output is subtracted by the reference voltage RV to obtain the detected value 1. Further, in the actual operation 2, the output of the CV conversion circuit 21 when the register 43 is fixed to the set value 2 is input to, for example, the plus side input terminal of the subtraction circuit 31, and the reference voltage RV is minus. The value is input to the side input terminal, and the output is subtracted by the reference voltage RV to obtain the detection value 2.

その後、これら検出値1と検出値2とを比較することにより上記と同様に検知範囲内に検知対象物があるか否か、またあるとすればどのくらいの距離にあるかを判別する。なお、C−V変換回路21への入力の調整は、例えば入力に接続した固定コンデンサ等からなる調整部45にD/A変換器44の電圧を加えることで、入力する静電容量を増減させることにより実現することができる。   Thereafter, by comparing the detection value 1 and the detection value 2, it is determined whether or not there is a detection target within the detection range, and if so, how far it is. The input to the CV conversion circuit 21 is adjusted by, for example, increasing or decreasing the input capacitance by applying the voltage of the D / A converter 44 to the adjustment unit 45 including a fixed capacitor connected to the input. Can be realized.

図10は、本発明の第2実施形態にかかる静電容量型近接センサの全体構成の例を示す概略図、図11は同静電容量型近接センサの全体構成の他の例を示す概略図、図12は同静電容量型近接センサの全体構成のさらに他の例を示す概略図である。本例の静電容量型近接センサ100Aは、切替スイッチSW1〜SW4によるセンサ電極11a〜11cおよび補助電極13a〜13cのC−V変換回路21との接続態様が、第1実施形態にかかる静電容量型近接センサ100とは相違している。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of the overall configuration of the capacitive proximity sensor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a schematic diagram illustrating another example of the overall configuration of the capacitive proximity sensor. FIG. 12 is a schematic view showing still another example of the entire configuration of the capacitance proximity sensor. In the capacitive proximity sensor 100A of this example, the connection mode of the sensor electrodes 11a to 11c and the auxiliary electrodes 13a to 13c with the CV conversion circuit 21 by the changeover switches SW1 to SW4 is the electrostatic capacitance according to the first embodiment. This is different from the capacitive proximity sensor 100.

具体的には、切替スイッチSW1,SW2については、第1実施形態と同様であるため説明を省略するが、切替スイッチSW3は、第2センサ電極11cと接続され、1側に切り替えられたときは第2センサ電極11cをシールド駆動回路24に接続し、2側に切り替えられたときはこれをC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続する。   Specifically, since the selector switches SW1 and SW2 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. However, when the selector switch SW3 is connected to the second sensor electrode 11c and switched to the 1 side, The second sensor electrode 11c is connected to the shield drive circuit 24. When the second sensor electrode 11c is switched to the second side, it is connected to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21.

また、切替スイッチSW4は、第2補助電極13cと接続され、1側に切り替えられたときは第2補助電極13cをC−V変換回路21のネガティブ入力端子Nに接続し、2側に切り替えられたときはこれをシールド駆動回路24に接続する。これにより、上述した動作1のときに、第1実施形態においては第2センサ電極11cがC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されていたが、第2実施形態においてはこれをシールド駆動回路24に接続する。   The changeover switch SW4 is connected to the second auxiliary electrode 13c, and when switched to the 1 side, connects the second auxiliary electrode 13c to the negative input terminal N of the CV conversion circuit 21 and is switched to the 2 side. When this occurs, it is connected to the shield drive circuit 24. Thereby, at the time of the operation 1 described above, the second sensor electrode 11c is connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 in the first embodiment, but this is shielded in the second embodiment. Connected to the drive circuit 24.

さらに、上述した動作2のときに、第1実施形態においては第2補助電極13cがC−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続されていたが、第2実施形態においてはこれをシールド駆動回路24に接続する。このように、第2実施形態の静電容量型近接センサ100Aでは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに接続される電極面積を第1実施形態のときと比べて減少させることができ。   Furthermore, during the operation 2 described above, the second auxiliary electrode 13c is connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 in the first embodiment, but this is shield driven in the second embodiment. Connect to circuit 24. As described above, in the capacitive proximity sensor 100A of the second embodiment, the area of the electrode connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21 can be reduced compared to the case of the first embodiment. .

したがって、第2実施形態にかかる静電容量型近接センサ100Aでは、この面積減少分の電極がシールド電極12と同様に作用するため、センサ部10全体の感度は低下するが、第1実施形態にかかる静電容量型近接センサ100と同様に、しきい値Th1,Th2等を適宜変更し、任意にセンサ部10の指向性を設定することができる。   Therefore, in the capacitive proximity sensor 100A according to the second embodiment, since the electrode for the area reduction acts in the same manner as the shield electrode 12, the sensitivity of the entire sensor unit 10 is reduced. Similar to the capacitive proximity sensor 100, the threshold values Th1, Th2 and the like can be appropriately changed to arbitrarily set the directivity of the sensor unit 10.

なお、上述した切替スイッチSW1〜SW4によって、センサ部10と検知回路部20とは次のような接続状態となってもよい。すなわち、例えば上述した動作1のときは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pには第1センサ電極11a,11bが接続され、ネガティブ入力端子Nには第2補助電極13cが接続されて、シールド電極12と第2センサ電極11cと第1補助電極13a,13bとがシールド駆動回路24に接続される。また、上述した動作2のときは、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pには第1および第2補助電極13a〜13cが接続され、ネガティブ入力端子Nには第2センサ電極11cが接続されて、シールド電極12と第1センサ電極11a,11bとがシールド駆動回路24に接続される。そして、このような接続状態によって得られた比較結果により、同様に検知対象物が検知範囲内にあるか、検知範囲外にあるかを判別してもよい。   In addition, the sensor part 10 and the detection circuit part 20 may be in the following connection states by the changeover switches SW1 to SW4 described above. That is, for example, in the above-described operation 1, the first sensor electrodes 11a and 11b are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, and the second auxiliary electrode 13c is connected to the negative input terminal N. The shield electrode 12, the second sensor electrode 11c, and the first auxiliary electrodes 13a and 13b are connected to the shield drive circuit 24. In the operation 2 described above, the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, and the second sensor electrode 11c is connected to the negative input terminal N. Thus, the shield electrode 12 and the first sensor electrodes 11 a and 11 b are connected to the shield drive circuit 24. Then, based on the comparison result obtained by such a connection state, it may be similarly determined whether the detection target is within the detection range or outside the detection range.

さらに、例えば動作1のときに、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに第1および第2センサ電極11a〜11cを接続し、ネガティブ入力端子Nに第2補助電極13cを接続して、シールド電極12と第1補助電極13a,13bとをシールド駆動回路24に接続する。また、動作2のときに、C−V変換回路21のポジティブ入力端子Pに第1補助電極13a,13bを接続し、ネガティブ入力端子Nに第2センサ電極11cを接続して、シールド電極12と第1センサ電極11a,11bと第2補助電極13cとをシールド駆動回路24に接続する。このような接続状態によっても、上記のような判別が可能となる。   Further, for example, during the operation 1, the first and second sensor electrodes 11a to 11c are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, and the second auxiliary electrode 13c is connected to the negative input terminal N. The shield electrode 12 and the first auxiliary electrodes 13a and 13b are connected to the shield drive circuit 24. In operation 2, the first auxiliary electrodes 13a and 13b are connected to the positive input terminal P of the CV conversion circuit 21, the second sensor electrode 11c is connected to the negative input terminal N, and the shield electrode 12 The first sensor electrodes 11 a and 11 b and the second auxiliary electrode 13 c are connected to the shield drive circuit 24. Such a determination can also be made by such a connection state.

また、第1および第2センサ電極11a〜11cや第1および第2補助電極13a〜13cの形状、大きさ、配置態様を変更することで、センサ部10の指向性を任意に変更し、これらを上述した比較値や計算式と組み合わせれば、より複雑で変化に富んだ指向性を設定することができる。   In addition, the directivity of the sensor unit 10 can be arbitrarily changed by changing the shape, size, and arrangement of the first and second sensor electrodes 11a to 11c and the first and second auxiliary electrodes 13a to 13c. Can be combined with the above-described comparison values and calculation formulas to set more complex and varied directivity.

なお、この第2実施形態にかかる静電容量型近接センサ100Aにおいても、図11に示すように、検知回路部20Aとして判定回路25等を備えた構成や、図12に示すように、検知回路部20Bとして基準電圧調整回路40等を備えた構成を採用しても、第1実施形態にかかる静電容量型近接センサ100と同様の作用や効果を実現することができる。   Also in the capacitive proximity sensor 100A according to the second embodiment, as shown in FIG. 11, the detection circuit unit 20A includes a determination circuit 25 or the like, or the detection circuit as shown in FIG. Even when a configuration including the reference voltage adjustment circuit 40 or the like is employed as the unit 20B, the same operations and effects as those of the capacitive proximity sensor 100 according to the first embodiment can be realized.

10 センサ部
11 センサ電極
11a 第1センサ電極
11b 第1センサ電極
11c 第2センサ電極
12 シールド電極
13a 第1補助電極
13b 第1補助電極
13c 第2補助電極
20 検知回路部
20A 検知回路部
20B 検知回路部
21 C−V変換回路
22 A/D変換器
23 CPU
24 シールド駆動回路
25 判定回路
26 初期容量記憶装置
27 スイッチ制御回路
31 減算回路
40 基準電圧調整回路
41 コンパレータ
42 制御回路
43 レジスタ
44 D/A変換器
100 静電容量型近接センサ
100A 静電容量型近接センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor part 11 Sensor electrode 11a 1st sensor electrode 11b 1st sensor electrode 11c 2nd sensor electrode 12 Shield electrode 13a 1st auxiliary electrode 13b 1st auxiliary electrode 13c 2nd auxiliary electrode 20 Detection circuit part 20A Detection circuit part 20B Detection circuit Unit 21 CV conversion circuit 22 A / D converter 23 CPU
24 Shield Drive Circuit 25 Judgment Circuit 26 Initial Capacity Storage Device 27 Switch Control Circuit 31 Subtraction Circuit 40 Reference Voltage Adjustment Circuit 41 Comparator 42 Control Circuit 43 Register 44 D / A Converter 100 Capacitive Proximity Sensor 100A Capacitive Proximity Proximity Sensor

Claims (18)

第1センサ電極と、
前記第1センサ電極の近傍に設けられた第2センサ電極と、
前記第1および第2センサ電極の近傍に設けられた第1補助電極と、
前記第1補助電極の近傍に設けられた第2補助電極と、
ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、該ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と該ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、
前記静電容量検知回路の各入力端子と同等の電位を電極に与えるシールド駆動回路と、
少なくとも前記第1センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第1補助電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第2補助電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第1の接続状態と、少なくとも前記第1補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第1センサ電極を前記シールド駆動回路に接続するとともに、前記第2センサ電極を前記ネガティブ入力端子に接続する第2の接続状態とを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静電容量検知回路からの第1の静電容量値と、前記第2の接続状態における前記静電容量検知回路からの第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。
A first sensor electrode;
A second sensor electrode provided in the vicinity of the first sensor electrode;
A first auxiliary electrode provided in the vicinity of the first and second sensor electrodes;
A second auxiliary electrode provided in the vicinity of the first auxiliary electrode;
A positive input terminal and a negative input terminal are provided, and a capacitance value that is a difference between a capacitance of an electrode connected to the positive input terminal and a capacitance of an electrode connected to the negative input terminal is detected. A capacitance detection circuit;
A shield drive circuit for applying an electric potential to the electrode equivalent to each input terminal of the capacitance detection circuit;
A first connection state in which at least the first sensor electrode is connected to the positive input terminal, the first auxiliary electrode is connected to the shield drive circuit, and the second auxiliary electrode is connected to the negative input terminal; A second connection state in which at least the first auxiliary electrode is connected to the positive input terminal, the first sensor electrode is connected to the shield drive circuit, and the second sensor electrode is connected to the negative input terminal. A changeable switch,
The first capacitance value from the capacitance detection circuit in the first connection state was compared with the second capacitance value from the capacitance detection circuit in the second connection state. A capacitance type comprising a comparison value and a comparison determination means for determining whether or not the detection object is within the range of the detection region based on the comparison value and the first or second capacitance value Proximity sensor.
前記第1の接続状態は、さらに前記第2センサ電極を前記ポジティブ入力端子に接続し、前記第2の接続状態は、さらに前記第2補助電極を前記ポジティブ入力端子に接続している
ことを特徴とする請求項1記載の静電容量型近接センサ。
In the first connection state, the second sensor electrode is further connected to the positive input terminal, and in the second connection state, the second auxiliary electrode is further connected to the positive input terminal. The capacitive proximity sensor according to claim 1.
前記第1および第2センサ電極と前記第1および第2補助電極とのそれぞれの検知面とは反対側の裏面側に各センサ電極および各補助電極に対して絶縁された状態で配置され、各電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1または2記載の静電容量型近接センサ。
The first and second sensor electrodes and the first and second auxiliary electrodes are disposed on the back side opposite to the respective detection surfaces in a state of being insulated from the sensor electrodes and the auxiliary electrodes, The capacitive proximity sensor according to claim 1, further comprising a shield electrode that shields detection on the back side of the electrode.
前記第1センサ電極、前記第2センサ電極、前記第1補助電極、および前記第2補助電極は、同一平面上にそれぞれ互いに絶縁された状態で配置されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
The said 1st sensor electrode, the said 2nd sensor electrode, the said 1st auxiliary electrode, and the said 2nd auxiliary electrode are arrange | positioned in the state mutually insulated on the same plane, respectively. 4. The capacitive proximity sensor according to any one of 3 above.
前記第1センサ電極は、前記第2センサ電極をその外周側から囲むように配置されている
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。
5. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein the first sensor electrode is disposed so as to surround the second sensor electrode from an outer peripheral side thereof.
前記第1センサ電極は、矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第2センサ電極を前記矩形部分および前記ロの字部分の間に挟むように配置されている
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。
The first sensor electrode is formed in a shape having a rectangular portion formed in a rectangular shape and a square shape formed in a square shape surrounding the rectangular portion, and the first sensor electrode is formed in a square shape. The capacitive proximity sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the second sensor electrode is disposed so as to be sandwiched between the rectangular portion and the square-shaped portion.
前記第1補助電極は、前記第2補助電極をその外周側から囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
The capacitance type proximity sensor according to claim 1, wherein the first auxiliary electrode is disposed so as to surround the second auxiliary electrode from the outer peripheral side.
前記第1補助電極は、大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され、ロの字状に形成された前記第2補助電極を前記複数のロの字部分の間に挟むように配置されている
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
The first auxiliary electrode is formed in a shape having a plurality of B-shaped portions formed in a B shape having different sizes, and the second auxiliary electrode formed in a B shape is connected to the plurality of B-shaped portions. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein the capacitive proximity sensor is disposed so as to be sandwiched between the character portions.
前記第1および第2補助電極は、前記第1および第2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1〜8のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein the first and second auxiliary electrodes are arranged so as to surround the first and second sensor electrodes.
前記第1センサ電極、前記第2センサ電極、前記第1補助電極、および前記第2補助電極は、同心に配置されている
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。
The static electricity according to any one of claims 1 to 9, wherein the first sensor electrode, the second sensor electrode, the first auxiliary electrode, and the second auxiliary electrode are arranged concentrically. Capacitive proximity sensor.
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、この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1〜10のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
The comparison determination unit calculates a comparison value by multiplying a value obtained by dividing the first capacitance value by the second capacitance value by a predetermined coefficient, and the comparison value is set in advance. The capacitance proximity sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein it is determined whether or not there is an object to be detected within a detection area depending on whether or not the threshold value is exceeded. .
前記静電容量検知回路は、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1〜11のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
The capacitance detection circuit includes a first initial capacitance that is an initial capacitance of the first capacitance value when there is no detection target within the detection area, and a detection target within the detection area. A second initial capacitance that is an initial capacitance of the second capacitance value when there is no
The comparison determination means includes a first detection value obtained by subtracting the first initial capacitance from the first capacitance value, and a first detection value obtained by subtracting the second initial capacitance from the second capacitance value. It is determined whether a detection target exists in the range of a detection area based on the comparison value which compared two detection values, and the 1st or 2nd detection value. 11. The capacitive proximity sensor according to any one of 11 above.
前記静電容量検知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、
前記静電容量検知回路は、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前記基準電圧調整手段から取得するとともに、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の静電容量値と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1〜11のいずれか1項記載の静電容量型近接センサ。
Reference voltage adjusting means for setting the output of the capacitance detection circuit to a reference voltage
The capacitance detection circuit is configured to adjust a first initial capacitance, which is an initial capacitance of the first capacitance value when there is no detection target within a detection area, to the reference voltage. And a second setting value for adjusting the second initial capacitance, which is the initial capacitance of the second capacitance value when there is no detection object within the detection area, to the reference voltage Are obtained from the reference voltage adjusting means, and a first capacitance value adjusted by the first set value and a second capacitance value adjusted by the second set value are output. Configured to
The comparison determination means sets the first detection value obtained by subtracting the reference voltage from the first capacitance value adjusted by the first setting value, and the first adjustment value adjusted by the second setting value. Based on the comparison value obtained by subtracting the reference voltage from the capacitance value of 2 as the second detection value and comparing the two, and the first or second detection value, the detection target is within the detection region. The capacitance type proximity sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein the capacitance type proximity sensor is determined.
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第1および第2センサ電極の少なくとも1つ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、この出力を所定の固定電圧とする
ことを特徴とする請求項12または13記載の静電容量型近接センサ。
When the comparison determination unit determines that the detection target is within the detection region, the first capacitance value, the second capacitance value, the first detection value, and the Based on one of the second detection values, a signal corresponding to the distance to the at least one of the first and second sensor electrodes of the detection object is output,
The capacitive proximity sensor according to claim 12 or 13, wherein when it is determined that there is no detection target within the detection area, the output is set to a predetermined fixed voltage.
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14記載の静電容量型近接センサ。
The capacitive proximity sensor according to claim 14, wherein the predetermined fixed voltage is a ground voltage or a reference voltage.
ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第1センサ電極、前記第1センサ電極の近傍に設けられた第2センサ電極、前記第1および第2センサ電極の近傍に設けられた第1補助電極、および前記第1補助電極の近傍に設けられた第2補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子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よって前記検知対象物の近接を検知する近接検知方法であって、
前記切替スイッチによって、前記各電極の前記ポジティブ入力端子およびネガティブ入力端子への接続状態を切り替えて、検知面側における検知特性を可変させる工程と、
前記静電容量検知回路によって、検知特性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の静電容量値と前記第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を備えた
ことを特徴とする近接検知方法。
A first auxiliary electrode having a positive input terminal and a negative input terminal; a first sensor electrode; a second sensor electrode provided in the vicinity of the first sensor electrode; and a first auxiliary provided in the vicinity of the first and second sensor electrodes. Of the electrode and the second auxiliary electrode provided in the vicinity of the first auxiliary electrode, the difference between the capacitance of the electrode connected to the positive input terminal and the capacitance of the electrode connected to the negative input terminal A capacitance detection circuit for detecting a capacitance value and a changeover switch for switching a connection state between these electrodes and each input terminal, and whether or not a detection target is within the detection area. A proximity detection method of detecting the proximity of the detection object by a capacitive proximity sensor capable of being determined,
Switching the connection state of the electrodes to the positive input terminal and the negative input terminal by the changeover switch, and varying the detection characteristics on the detection surface side;
Detecting the capacitance values before and after the detection characteristics are varied by the capacitance detection circuit, respectively, and obtaining the first and second capacitance values;
Based on the comparison value between the first capacitance value and the second capacitance value and the first or second capacitance value, whether or not there is a detection target within the detection area A proximity detecting method comprising: a step of determining whether or not.
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第1および第2センサ電極の少なくとも1つまでの距離を判定する
ことを特徴とする請求項16記載の近接検知方法。
When there is a detection object within the range of the detection region, a distance to at least one of the first and second sensor electrodes of the detection object is further determined based on the first or second capacitance value. The proximity detection method according to claim 16, wherein the determination is performed.
ポジティブ入力端子とネガティブ入力端子とを有し、第1センサ電極、前記第1センサ電極の近傍に設けられた第2センサ電極、前記第1および第2センサ電極の近傍に設けられた第1補助電極、および前記第1補助電極の近傍に設けられた第2補助電極のうち、前記ポジティブ入力端子に接続される電極の静電容量と前記ネガティブ入力端子に接続される電極の静電容量の差である静電容量値を検出する静電容量検知回路と、これらの電極と各入力端子との接続状態を切り替える切替スイッチとによって、検知領域の範囲内に検知対象物があるか否かを判定可能な静電容量型近接センサの電極構造であって、
矩形状に形成された矩形部分とこの矩形部分を囲むロの字状に形成されたロの字部分とを有する形状に形成され、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第1センサ電極と、
ロの字状に形成され前記第1センサ電極の矩形部分およびロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第2センサ電極と、
大きさが異なるロの字状に形成された複数のロの字部分を有する形状に形成され前記第1および第2センサ電極の外周側に設けられ、前記ポジティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第1補助電極と、
ロの字状に形成され前記第1補助電極の複数のロの字部分の間に設けられ、前記ポジティブ入力端子または前記ネガティブ入力端子に接続されて静電容量を検知する機能と該検知をシールドする機能とを備えた第2補助電極とからなる
ことを特徴とする静電容量型近接センサの電極構造。
A first auxiliary electrode having a positive input terminal and a negative input terminal; a first sensor electrode; a second sensor electrode provided in the vicinity of the first sensor electrode; and a first auxiliary provided in the vicinity of the first and second sensor electrodes. Of the electrode and the second auxiliary electrode provided in the vicinity of the first auxiliary electrode, the difference between the capacitance of the electrode connected to the positive input terminal and the capacitance of the electrode connected to the negative input terminal It is determined whether there is a detection object within the detection area by a capacitance detection circuit that detects the capacitance value and a changeover switch that switches the connection state between these electrodes and each input terminal. An electrode structure of a capacitive proximity sensor that is possible,
A function of detecting a capacitance connected to the positive input terminal, formed in a shape having a rectangular portion formed in a rectangular shape and a square shape formed in a square shape surrounding the rectangular portion; A first sensor electrode having a function of shielding the detection;
A function of detecting a capacitance by being connected to the positive input terminal or the negative input terminal and being detected between the rectangular part of the first sensor electrode and the rectangular part of the first sensor electrode. A second sensor electrode having a shielding function;
Capacitance formed in a shape having a plurality of square-shaped portions formed in different square shapes having different sizes, provided on the outer peripheral side of the first and second sensor electrodes, and connected to the positive input terminal A first auxiliary electrode having a function of detecting and a function of shielding the detection;
A function of detecting a capacitance by being connected to the positive input terminal or the negative input terminal and shielding the detection, provided between the plurality of square-shaped portions of the first auxiliary electrode. An electrode structure of a capacitive proximity sensor, comprising: a second auxiliary electrode having a function of:
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