JP5441182B2 - MEASUREMENT DEVICE, CAPACITANCE SENSOR, AND MEASUREMENT METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関し、特に、静電容量の計測精度を向上させるようにした計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関する。 The present invention relates to a measurement device, a capacitance sensor, and a measurement method, and more particularly to a measurement device, a capacitance sensor, and a measurement method that improve the measurement accuracy of capacitance.
従来、検出電極に所定の電圧を印加し、検出電極と検出電極の周囲の空間との間に発生する静電容量に応じて電荷を蓄積し、蓄積した電荷を静電容量が既知の蓄電器に転送し、蓄電器の電圧を計測することで、検出電極と検出電極の周囲との間の静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a predetermined voltage is applied to the detection electrode, electric charge is accumulated according to the capacitance generated between the detection electrode and the space around the detection electrode, and the accumulated electric charge is stored in a capacitor having a known capacitance. A capacitance measuring device that measures the capacitance between the detection electrode and the surroundings of the detection electrode by transferring and measuring the voltage of the capacitor has been proposed (for example, see Patent Document 1).
また、従来、最初に蓄電器に電荷を蓄積し、蓄電器の電荷を検出電極と検出対象間に発生する静電容量に転送し、検出電極の電圧を計測することで静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, conventionally, an electrostatic charge is first accumulated in a capacitor, transferred to a capacitance generated between the detection electrode and a detection target, and the capacitance of the capacitance measured by measuring the voltage of the detection electrode. A capacity measuring device has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
また、検出電極の周囲に物体が存在する場合と存在しない場合とでは、検出電極の静電容量が異なる。さらに、検出電極の周囲に存在している物体が移動すると、検出電極の静電容量が変化する。そこで、これを利用して、例えば、静電容量計測装置により計測される検出電極の静電容量の変化に基づいて物体の有無を検出する物体検出センサや、物体の移動を検出する物体移動検出センサが実現されている。 Further, the capacitance of the detection electrode differs depending on whether or not an object is present around the detection electrode. Further, when an object existing around the detection electrode moves, the capacitance of the detection electrode changes. Therefore, using this, for example, an object detection sensor that detects the presence or absence of an object based on a change in capacitance of a detection electrode measured by a capacitance measuring device, or an object movement detection that detects the movement of an object A sensor is realized.
ところで、静電容量計測装置を用いて静電容量を計測するときに、静電容量計測装置が電気的に接続されているグランドに対して、検出電極付近にある物体が電位を持つ状態となり、検出電極とその物体との間に電位差が生じることがある。例えば、検出電極の周囲に+の電位を持つ物体が存在すると、電位差の影響を受けて−の電荷を持つ電子が引き寄せられ、検出電極に蓄積される電子の数が増加する。これにより、静電容量を正確に計測することができなくなる。 By the way, when measuring the capacitance using the capacitance measuring device, the object near the detection electrode has a potential with respect to the ground to which the capacitance measuring device is electrically connected, A potential difference may occur between the detection electrode and the object. For example, when an object having a positive potential exists around the detection electrode, electrons having a negative charge are attracted by the influence of the potential difference, and the number of electrons accumulated in the detection electrode increases. This makes it impossible to accurately measure the capacitance.
また、例えば、静電容量計測装置の検出電極を自動車のドアハンドルに組み込み、人の手などの物体のドアハンドルへの接近を検出する場合について考える。この場合、自動車のモータなどに電力を供給している電力線が検出電極の付近にあると、電力線の電位の影響を受けて、静電容量が変化していないにもかかわらず検出電極に蓄積される電荷の量が変化して、誤った静電容量が計測されるときがある。従って、モータへの電力供給がオン/オフされたときに、ドアハンドル付近に手などの物体が接近していないにもかかわらず、物体が接近したと誤判定されるおそれがある。 Further, for example, consider a case where a detection electrode of a capacitance measuring device is incorporated in a door handle of an automobile and an approach of an object such as a human hand to the door handle is detected. In this case, if a power line supplying power to a motor of an automobile is near the detection electrode, it is accumulated on the detection electrode even though the capacitance is not changed due to the potential of the power line. In some cases, the amount of charge to be changed changes and erroneous capacitance is measured. Therefore, when power supply to the motor is turned on / off, there is a possibility that it is erroneously determined that an object has approached even though an object such as a hand is not approaching near the door handle.
しかしながら、特許文献1および2に記載の発明では、検出電極の周囲に電位を持った物体が存在する場合に、計測中に検出電極に蓄積される電荷量に影響を与えるため、計測結果に誤差が生じる。
However, in the inventions described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、静電容量の計測精度を向上できるようにするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to improve the measurement accuracy of capacitance.
本発明の第1の側面の計測装置は、第1の電極と第1の電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第1の電極を接続可能な第1の接続手段と、第1の抵抗と、静電容量が第1の電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、静電容量が第1の電極より十分大きく、第1の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が第1の接続手段に接続されている第2の蓄電器と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の抵抗の第2の一端に接続されている第1の開閉手段と、第1の一端が第1の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第2の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続されている第3の開閉手段と、第1の一端が第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第4の開閉手段と、第1の一端が第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第5の開閉手段と、入力部が第1の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、入力部が第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と、第1乃至第5の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とを備える。 A measuring apparatus according to a first aspect of the present invention is a measuring apparatus that measures the capacitance between a first electrode and a space around the first electrode. The ground that can be connected to the reference voltage point, the first connecting means that can connect the first electrode, the first resistor, and the capacitance are sufficiently larger than the first electrode, and the first end is the first. A first capacitor connected to a first end of the resistor, a capacitance sufficiently larger than the first electrode, a first end connected to a second end of the first capacitor, and a second One end of which is connected to the first connection means, the first end is connected to the charge supply means, and the second end is connected to the second end of the first resistor. The first opening / closing means and the first end are connected to the second end of the first opening / closing means, and the second end is connected to the ground. Second opening / closing means, a first end connected to the charge supply means, a third opening / closing means connected to the second end of the first battery, and a first end Is connected to the second end of the third opening / closing means, the fourth opening / closing means having the second end connected to the ground, and the first end connected to the second end of the second capacitor. A fifth opening / closing means having a second end connected to the ground, a first voltage measuring means having an input portion connected to the second end of the first opening / closing means, and a third input portion. The second voltage measuring means connected to the second end of the opening / closing means and the first to fifth opening / closing means are controlled and measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means. And a capacitance measuring means for measuring the capacitance based on the voltage.
本発明の第1の側面においては、第1乃至第5の開閉手段が制御され、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、第1の電極と第1の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。 In the first aspect of the present invention, the first to fifth opening / closing means are controlled, and based on the voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means, The capacitance between the space around one electrode is measured.
従って、静電容量の計測精度が向上する。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved.
この第1の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第1の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第1の蓄電器および第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第1乃至第5の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第1の電圧計測手段、第2の電圧計測手段は、例えば、A/Dコンバータ、電圧計などにより構成される。この静電容量計測手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This 1st electrode is comprised by the electrode which consists of stainless steel etc., for example. The charge supply means includes, for example, a DC power supply, a constant voltage circuit, a constant current circuit, a predetermined charge supply circuit, an intermittent operation charge supply circuit, and the like. This reference voltage point is set to, for example, ground or body ground. The first connection means is constituted by, for example, a connection terminal. This 1st electrical storage device and the 2nd electrical storage device are constituted by a capacitor, for example. The first to fifth opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. The first voltage measuring means and the second voltage measuring means are constituted by, for example, an A / D converter, a voltmeter, and the like. This capacitance measuring means is constituted by, for example, a microcomputer.
静電容量計測手段が、第2の開閉手段、第4の開閉手段、および、第5の開閉手段を制御して、第1の蓄電器、第2の蓄電器、および、第1の接続手段に接続されている第1の電極の電荷を放電させてから、第1の開閉手段および第5の開閉手段を制御して、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器を充電した後、第3の開閉手段を制御して、第2の蓄電器および第1の電極を充電してから、第2の開閉手段および第5の開閉手段を制御し、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器の電荷を放電するとともに、第1の電極の電荷を放電する充放電処理を1回以上実行し、充放電処理により第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。 The capacitance measuring means controls the second opening / closing means, the fourth opening / closing means, and the fifth opening / closing means to connect to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. After discharging the charge of the first electrode, the first opening and closing means and the fifth opening and closing means are controlled, and the first and second capacitors are controlled until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. After charging the second capacitor, the third opening / closing means is controlled to charge the second capacitor and the first electrode, and then the second opening / closing means and the fifth opening / closing means are controlled, The charge of the first capacitor and the second capacitor is discharged until the voltage of the first capacitor reaches the threshold value, and the charge / discharge process for discharging the charge of the first electrode is executed one or more times. To measure the capacitance based on the amount of charge released from the battery Door can be.
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, the measurement precision of an electrostatic capacitance can be improved more.
第1の一端が第1の蓄電器の第1の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第6の開閉手段をさらに設け、第1の電圧計測手段の入力部が、第1の開閉手段の第2の一端ではなく、第6の開閉手段の第1の一端に接続され、静電容量計測手段には、第1乃至第6の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測させることができる。 Sixth opening / closing means having a first end connected to the first end of the first battery and a second end connected to the ground is further provided, and the input of the first voltage measuring means is The first opening / closing means is connected to the first end of the sixth opening / closing means instead of the second end of the first opening / closing means. The capacitance measuring means controls the first to sixth opening / closing means and The capacitance can be measured based on the voltage measured by the voltage measuring means and the second voltage measuring means.
これにより、静電容量の計測精度を低下させずに、計測速度を速くすることができる。 As a result, the measurement speed can be increased without reducing the capacitance measurement accuracy.
この第6の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The sixth opening / closing means is composed of, for example, various switches, relays, microcomputers and the like.
静電容量計測手段が、第4の開閉手段、第5の開閉手段、および、第6の開閉手段を制御して、第1の蓄電器、第2の蓄電器、および、第1の接続手段に接続されている第1の電極の電荷を放電させてから、第1の開閉手段および第5の開閉手段を制御して、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器を充電した後、第3の開閉手段を制御して、第2の蓄電器および第1の電極を充電してから、第2の開閉手段および第5の開閉手段を制御し、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器の電荷を放電するとともに、第1の電極の電荷を放電する充放電処理を1回以上実行し、充放電処理により第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。 The capacitance measuring means controls the fourth opening / closing means, the fifth opening / closing means, and the sixth opening / closing means, and is connected to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. After discharging the charge of the first electrode, the first opening and closing means and the fifth opening and closing means are controlled, and the first and second capacitors are controlled until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. After charging the second capacitor, the third opening / closing means is controlled to charge the second capacitor and the first electrode, and then the second opening / closing means and the fifth opening / closing means are controlled, The charge of the first capacitor and the second capacitor is discharged until the voltage of the first capacitor reaches the threshold value, and the charge / discharge process for discharging the charge of the first electrode is executed one or more times. To measure the capacitance based on the amount of charge released from the battery Door can be.
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, the measurement precision of an electrostatic capacitance can be improved more.
複数の異なる閾値のうち静電容量計測手段により計測される静電容量が最小となる閾値を正式な閾値に設定する閾値設定手段をさらに設けることができる。 Threshold setting means can be further provided for setting a threshold value that minimizes the capacitance measured by the capacitance measurement means among a plurality of different threshold values as a formal threshold value.
これにより、閾値を適切に設定することができ、静電容量の計測精度をより向上させることができる。また、閾値を設定する手間を省くことができる。 Thereby, a threshold value can be set appropriately and capacitance measurement accuracy can be further improved. Moreover, the trouble of setting the threshold can be saved.
この閾値設定手段は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。 This threshold value setting means is constituted by a microcomputer, for example.
グラウンドに接続されており、第2の電極を接続可能な第2の接続手段をさらに設けることができる。 A second connection means connected to the ground and capable of connecting the second electrode can be further provided.
これにより、第2の電極を用いてシールドすることにより、第1の電極による静電容量の計測に方向性を持たせることができる。 Thus, by using the second electrode to shield, it is possible to give directionality to the capacitance measurement by the first electrode.
この第2の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。 The second connection means is constituted by, for example, a connection terminal.
第2の電極を接続可能な第2の接続手段と、第2の抵抗と、静電容量が第2の電極より十分大きく、第1の一端が第2の抵抗の第1の一端に接続され、第2の一端が第2の接続手段に接続されている第3の蓄電器と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第2の抵抗の第2の一端に接続されている第7の開閉手段と、第1の一端が第7の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第8の開閉手段と、第1の一端が第3の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第9の開閉手段と、入力部が第7の開閉手段の第2の一端に接続されている第3の電圧計測手段と、第7乃至第9の開閉手段を制御して、第2の蓄電器と第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とをさらに設けるようにすることができる。 The second connecting means capable of connecting the second electrode, the second resistor, the capacitance is sufficiently larger than that of the second electrode, and the first end is connected to the first end of the second resistor. A third battery having a second end connected to the second connection means, a first end connected to the charge supply means, and a second end connected to the second end of the second resistor. A seventh opening / closing means, an eighth opening / closing means having a first end connected to the second end of the seventh opening / closing means and a second end connected to the ground, A ninth opening / closing means having one end connected to the second end of the third capacitor, a second end connected to the ground, and an input unit connected to the second end of the seventh opening / closing means; The third voltage measuring means and the seventh to ninth opening / closing means are controlled so that the second capacitor and the third capacitor have the same voltage. The same potential control means can be further provided that.
これにより、第1の電極および第2の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, even if the shape, relative dielectric constant, temperature, etc. of the first electrode and the second electrode change, the measurement accuracy of the capacitance can be further improved with almost no influence.
この第2の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この第2の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第3の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第7乃至第9の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第3の電圧計測手段は、例えば、比較器、A/Dコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この同電位制御手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This 2nd electrode is comprised by the electrode which consists of stainless steel etc., for example. The second connection means is constituted by, for example, a connection terminal. This third battery is composed of, for example, a capacitor. The seventh to ninth opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. This third voltage measuring means is constituted by, for example, a comparator, an A / D converter, a voltmeter, a microcomputer, and the like. This equipotential control means is constituted by, for example, a microcomputer.
第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第3の蓄電器の第1の一端に接続されている第10の開閉手段と、第1の一端が第10の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第11の開閉手段とをさらに設け、第3の電圧計測手段は、第7の開閉手段の第2の一端ではなく、第10の開閉手段の第2の一端に接続され、同電位制御手段には、第7乃至第11の開閉手段を制御して、第2の蓄電器と第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御させるようにすることができる。 A tenth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means, a second end connected to the first end of the third battery, and a first end connected to the first opening of the tenth opening / closing means. And an eleventh open / close means connected to one end of the second open end and a second end connected to the ground, and the third voltage measuring means is not the second end of the seventh open / close means but the second open end. 10 is connected to the second end of the switching means, and the same potential control means controls the seventh to eleventh opening / closing means so that the second and third capacitors have the same voltage. You can make it.
これにより、第1の電極および第2の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させるとともに、計測速度を速くすることができる。 As a result, even if the shape, relative dielectric constant, temperature, etc. of the first electrode and the second electrode change, the measurement accuracy of the capacitance can be further improved and the measurement speed can be increased with little influence. Can be fast.
この第10および第11の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The tenth and eleventh opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like.
本発明の第2の側面の計測装置は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、複数のユニットであって、電極を接続可能な接続手段と、抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が第1の接続手段に接続されている第2の蓄電器と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が抵抗の第2の一端に接続されている第1の開閉手段と、第1の一端が第1の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第2の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続されている第3の開閉手段と、第1の一端が第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第4の開閉手段と、第1の一端が第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第5の開閉手段と、入力部が第1の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、入力部が第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と、第1乃至第5の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とをそれぞれ備える複数のユニットと、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極を、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、複数の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とを備える。 The measuring device according to the second aspect of the present invention can be connected to a charge supply means for supplying charges and an external reference voltage point in the measuring device for measuring the capacitance between the electrodes and the space around the electrodes. A ground, a plurality of units, a connection means capable of connecting electrodes, a resistance, a capacitance sufficiently larger than that of the electrodes, and a first end connected to a first end of the resistance And a second capacitor in which the first end is connected to the second end of the first capacitor and the second end is connected to the first connection means. A first opening / closing means having a first end connected to the charge supply means, a second end connected to the second end of the resistor, and a first end connected to the second opening of the first opening / closing means. A second opening / closing means connected to one end of the first opening and the second end connected to the ground; A third opening / closing means having an end connected to the charge supply means and a second end connected to the second end of the first battery; and a first end being the second end of the third opening / closing means. A fourth opening / closing means having a second end connected to the ground, a first end connected to the second end of the second battery, and a second end connected to the ground. The fifth opening / closing means, the first voltage measuring means having the input section connected to the second end of the first opening / closing means, and the input section being connected to the second end of the third opening / closing means. The second voltage measuring means and the first to fifth opening / closing means are controlled, and the capacitance is measured based on the voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means. A plurality of units each having a capacitance measuring means for connecting, and a connecting means for the plurality of units. Role setting means for setting each of a plurality of electrodes connected to either a detection electrode used for detecting capacitance or a shield electrode used for shielding an electric field, so that the plurality of electrodes have the same voltage. And equipotential control means for controlling.
本発明の第2の側面の計測装置においては、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極が、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定され、複数の電極が同じ電圧になるように制御され、各ユニットにおいて、第1乃至第5の開閉手段が制御され、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、第1の電極と第1の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。 In the measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, the plurality of electrodes respectively connected to the connecting means of the plurality of units are either detection electrodes used for detecting capacitance or shield electrodes used for shielding electric fields. And the plurality of electrodes are controlled to have the same voltage. In each unit, the first to fifth opening / closing means are controlled and measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means. Based on the voltage, the capacitance between the first electrode and the space around the first electrode is measured.
従って、静電容量の計測精度が向上する。また、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を柔軟に変更することができる。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved. Further, even after the electrode is installed at a predetermined position, the position and direction in which the capacitance is measured can be flexibly changed.
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第1の蓄電器および第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第1乃至第5の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第1の電圧計測手段、第2の電圧計測手段は、例えば、A/Dコンバータ、電圧計などにより構成される。この静電容量計測手段、役割設定手段、同電位設定手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This electrode is constituted by an electrode made of, for example, stainless steel. The charge supply means includes, for example, a DC power supply, a constant voltage circuit, a constant current circuit, a predetermined charge supply circuit, an intermittent operation charge supply circuit, and the like. This reference voltage point is set to, for example, ground or body ground. This 1st electrical storage device and the 2nd electrical storage device are constituted by a capacitor, for example. The first to fifth opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. The first voltage measuring means and the second voltage measuring means are constituted by, for example, an A / D converter, a voltmeter, and the like. The capacitance measuring means, role setting means, and potential setting means are constituted by, for example, a microcomputer.
本発明の第3の側面の静電容量センサは、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量に基づいて物体の検出を行う静電容量センサにおいて、電極と、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が電極に接続されている第2の蓄電器と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が抵抗の第2の一端に接続されている第1の開閉手段と、第1の一端が第1の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第2の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続されている第3の開閉手段と、第1の一端が第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第4の開閉手段と、第1の一端が第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第5の開閉手段と、入力部が第1の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、入力部が第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と、第1乃至第5の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段と、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段とを備える。 A capacitance sensor according to a third aspect of the present invention is a capacitance sensor that detects an object based on a capacitance between an electrode and a space around the electrode. A first accumulator having a supply means, a ground connectable to an external reference voltage point, a resistance, a capacitance sufficiently larger than that of the electrode, and a first end connected to the first end of the resistance; A second capacitor in which the capacitance is sufficiently larger than the electrode, the first end is connected to the second end of the first capacitor, the second end is connected to the electrode, and the first end is charged. A first opening / closing means connected to the supply means and having a second end connected to the second end of the resistor; a first end connected to the second end of the first opening / closing means; One end of which is connected to the ground, and the first end is connected to the charge supply means. A third opening / closing means having a second end connected to a second end of the first battery, a first end connected to a second end of the third opening / closing means, and a second end A fourth opening / closing means connected to the ground, a fifth opening / closing means having a first end connected to the second end of the second battery, and a second end connected to the ground; The first voltage measuring means whose input section is connected to the second end of the first opening / closing means, and the second voltage measuring means whose input section is connected to the second end of the third opening / closing means And a capacitance measuring means for controlling the first to fifth opening / closing means and measuring a capacitance based on the voltage measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means, Object detection means for detecting an object around the electrode based on the capacitance.
本発明の第3の側面においては、第1乃至第5の開閉手段が制御され、第1の電圧計測手段および第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測され、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出が行われる。 In the third aspect of the present invention, the first to fifth opening / closing means are controlled, and based on the voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means, the electrodes The capacitance between the space and the space is measured, and an object around the electrode is detected based on the capacitance.
従って、静電容量の計測精度が向上する。その結果、物体の検出精度が向上する。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved. As a result, the object detection accuracy is improved.
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第1の蓄電器および第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第1乃至第5の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第1の電圧計測手段、第2の電圧計測手段は、例えば、A/Dコンバータ、電圧計などにより構成される。このパラメータ計測手段、物体検出手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This electrode is constituted by an electrode made of, for example, stainless steel. The charge supply means includes, for example, a DC power supply, a constant voltage circuit, a constant current circuit, a predetermined charge supply circuit, an intermittent operation charge supply circuit, and the like. This reference voltage point is set to, for example, ground or body ground. This 1st electrical storage device and the 2nd electrical storage device are constituted by a capacitor, for example. The first to fifth opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. The first voltage measuring means and the second voltage measuring means are constituted by, for example, an A / D converter, a voltmeter, and the like. The parameter measuring means and the object detecting means are constituted by, for example, a microcomputer.
本発明の第4の側面の計測方法は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置の計測方法において、静電容量が電極より十分大きい第1の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第2の蓄電器、および、電極を放電する放電ステップと、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器に同じ量の電荷を供給し充電する第1の充電ステップと、第2の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧を印加し、第2の蓄電器および電極を充電する第2の充電ステップと、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器から同じ量の電荷を放電する放電ステップと、第2の充電ステップおよび放電ステップの処理を1回以上実行することにより第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、静電容量を計測する計測ステップとを含む。
A measurement method according to a fourth aspect of the present invention is a measurement method of a measurement device that measures the capacitance between an electrode and a space around the electrode. A second capacitor having a capacitance sufficiently larger than that of the electrode and connected in series to the electrode; a discharging step for discharging the electrode; and the first capacitor and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. A first charging step for supplying and charging the same amount of charge to two capacitors, a predetermined voltage greater than a threshold value is applied to both ends of a series circuit comprising the second capacitor and an electrode, and the second capacitor and the electrode are A second charging step for charging, a discharging step for discharging the same amount of charge from the first capacitor and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a threshold value, and a second charging step and a discharging step.
本発明の第4の側面においては、静電容量が電極より十分大きい第1の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第2の蓄電器、および、電極が放電され、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器に同じ量の電荷が供給され充電され、第2の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧が印加され、第2の蓄電器および電極が充電され、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第1の蓄電器および第2の蓄電器から同じ量の電荷が放電され、第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、が静電容量が計測される。 In the fourth aspect of the present invention, a first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode, a second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode and connected in series to the electrode, and the electrode being discharged The same amount of charge is supplied and charged to the first capacitor and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold, and both ends of the series circuit composed of the second capacitor and the electrode are A large predetermined voltage is applied, the second capacitor and the electrode are charged, the same amount of charge is discharged from the first capacitor and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a threshold, The capacitance is measured based on the amount of charge released from the capacitor.
従って、静電容量の計測精度が向上する。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved.
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この第1の蓄電器、第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この放電ステップ、第1の充電ステップ、第2の充電ステップ、放電ステップ、計測ステップは、例えば、マイクロコンピュータにより実行される。 This electrode is constituted by an electrode made of, for example, stainless steel. The first capacitor and the second capacitor are composed of capacitors, for example. The discharging step, the first charging step, the second charging step, the discharging step, and the measuring step are executed by, for example, a microcomputer.
本発明の第1乃至第4の側面によれば、静電容量の計測精度を向上させることができる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, capacitance measurement accuracy can be improved.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(静電容量計測装置の基本構成例)
2.第2の実施の形態(計測時間を短縮可能にする例)
3.第3の実施の形態(静電容量の計測に方向性を持たせる例)
4.第4の実施の形態(検出電極とシールド電極が同じ電圧になるように制御する例)
5.第5の実施の形態(第4の実施の形態の計測時間を短縮可能にする例)
6.第6の実施の形態(複数の電極を検出電極とシールド電極の両方に使用可能にする例)
7.第7の実施の形態(2枚の電極間の静電容量を計測する例)
8.第8の実施の形態(静電容量センサに適用した例)
9.第9の実施の形態(閾値電圧を自動設定できるようにした例)
10.変形例
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (basic configuration example of capacitance measuring device)
2. Second embodiment (example of enabling measurement time to be shortened)
3. Third Embodiment (Example in which directionality is given to capacitance measurement)
4). Fourth embodiment (an example in which the detection electrode and the shield electrode are controlled to have the same voltage)
5. Fifth embodiment (an example in which the measurement time of the fourth embodiment can be shortened)
6). Sixth Embodiment (Example in which a plurality of electrodes can be used for both detection electrodes and shield electrodes)
7). Seventh embodiment (an example of measuring the capacitance between two electrodes)
8). Eighth embodiment (example applied to capacitance sensor)
9. Ninth Embodiment (Example in which threshold voltage can be automatically set)
10. Modified example
<1.第1の実施の形態>
図1乃至図21を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
<1. First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[静電容量計測装置101の構成例]
図1は、本発明の第1の実施の形態である静電容量計測装置101の構成例を示す図である。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 101]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置101は、検出電極112と検出電極112の周囲の空間との間の静電容量を計測する装置である。
The
なお、静電容量そのものを計測するかわりに、静電容量に対応する静電容量パラメータを計測するようにすることも可能である。静電容量パラメータは、計算式によって静電容量に換算できる物理量であり、例えば、電圧、電荷量、所定の電圧になるまでの動作の繰り返し回数、所定の電圧になるまでの時間等を含む。 Instead of measuring the capacitance itself, it is also possible to measure a capacitance parameter corresponding to the capacitance. The electrostatic capacity parameter is a physical quantity that can be converted into an electrostatic capacity by a calculation formula, and includes, for example, a voltage, an amount of charge, the number of repetitions of an operation until reaching a predetermined voltage, a time until reaching a predetermined voltage, and the like.
また、本発明の静電容量計測装置が計測する静電容量には、計算式によって静電容量に換算できる物理量である静電容量パラメータを含む。従って、以下、静電容量を計測する処理を、「静電容量パラメータを計測する」と記載する場合もある。 The capacitance measured by the capacitance measuring device of the present invention includes a capacitance parameter that is a physical quantity that can be converted into a capacitance by a calculation formula. Therefore, hereinafter, the process of measuring the capacitance may be described as “measuring the capacitance parameter”.
後述するように、静電容量計測装置101は、例えば、検出電極112が所定の位置に設置された状態で、電源104により所定の基準電圧点に対して所定の電位を有し、検出対象ではない物体103が検出電極112の近くに存在する場合に、検出電極112に電荷を蓄積させることによって検出電極112の基準電圧点に対する電位を変化させて、検出電極112と物体103の電位が等しくなったときに静電容量を計測する。これにより、物体103の有する電位の影響を除去して、検出対象となる物体102と検出電極112との間の静電容量を正確に計測することができる。
As will be described later, the
なお、基準電圧点は、静電容量計測装置101の使用用途などに応じて任意に設定することができ、例えば、アース、車両のボディアース等に設定される。
The reference voltage point can be arbitrarily set according to the usage application of the
静電容量計測装置101は、マイクロコンピュータ111、検出電極112、抵抗R1、コンデンサC1、C2、および、接続端子T1を含むように構成される。また、マイクロコンピュータ111は、ポートP1乃至P3を備えている。
The
抵抗R1の一端はポートP1に接続され、抵抗R1の他の一端はコンデンサC1の一端に接続されている。コンデンサC1の他の一端はポートP2に接続されている。コンデンサC2は、ポートP2とポートP3の間に接続されている。接続端子T1は、ポートP3に接続されている。検出電極112は、接続端子T1に着脱自在である。なお、検出電極112を、接続端子T1ではなく、ポートP3に直接接続するようにしてもよい。
One end of the resistor R1 is connected to the port P1, and the other end of the resistor R1 is connected to one end of the capacitor C1. The other end of the capacitor C1 is connected to the port P2. The capacitor C2 is connected between the port P2 and the port P3. The connection terminal T1 is connected to the port P3. The
また、コンデンサC1およびコンデンサC2の静電容量は、検出電極112と周囲の空間との間の静電容量より十分大きい値になるように設定されている。
Further, the capacitances of the capacitor C1 and the capacitor C2 are set to be sufficiently larger than the capacitance between the
図2は、マイクロコンピュータ111の構成例を詳細に示す図である。マイクロコンピュータ111は、電圧計測部121,122、パラメータ計測部123、演算処理部124、出力部125、電荷供給部126−1,126−2、および、SW(スイッチ)1乃至5を含むように構成される。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of the
SW1の一端は、電荷供給部126−1に接続され、SW1の他の一端は、ポートP1に接続されている。SW2の一端は、ポートP1に接続され、SW2の他の一端は、グラウンドに接続されている。SW3の一端は電荷供給部126−2に接続され、SW3の他の一端は、ポートP2に接続されている。SW4の一端は、ポートP2に接続され、SW4の他の一端は、グラウンドに接続されている。SW5の一端はポートP3に接続され、SW5の他の一端は、グラウンドに接続されている。なお、グラウンドは外部の基準電圧点に接続され、その結果、マイクロコンピュータ111の動作の基準電圧が基準電圧点に設定される。
One end of SW1 is connected to the charge supply unit 126-1, and the other end of SW1 is connected to the port P1. One end of SW2 is connected to port P1, and the other end of SW2 is connected to ground. One end of SW3 is connected to the charge supply unit 126-2, and the other end of SW3 is connected to the port P2. One end of SW4 is connected to port P2, and the other end of SW4 is connected to ground. One end of SW5 is connected to port P3, and the other end of SW5 is connected to ground. The ground is connected to an external reference voltage point, and as a result, the reference voltage for the operation of the
電圧計測部121は、入力端子がポートP1に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部123に供給する。
The
電圧計測部122は、入力端子がポートP2に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部123に供給する。
The
例えば、電圧計測部121、122は、図3に示されるように、比較器141により構成される。比較器141は、入力端子に入力された電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値電圧Vrefと比較し、その結果を出力する。
For example, the
なお、比較器141として、マイクロコンピュータ111のデジタル信号入力端子を用いることが可能である。すなわち、デジタル信号入力端子は、入力信号の電圧が所定の閾値以上であるか否かに基づいて、入力信号がハイレベルかローレベルかを識別しているため、その機能を利用することが可能である。また、例えば、入出力用にマイクロコンピュータ111の2ビット分の端子を用いて、抵抗分圧して電圧を入力することで、閾値電圧Vrefを任意の値に設定することが可能である。
Note that the digital signal input terminal of the
パラメータ計測部123は、SW1乃至SW5の開閉を制御するとともに、電圧計測部121および電圧計測部122の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部123は、計測した静電容量パラメータを演算処理部124に供給する。
The
演算処理部124は、パラメータ計測部123により計測された静電容量パラメータに基づいて、他の静電容量パラメータ、例えば、静電容量の演算を行う。演算処理部124は、パラメータ計測部123により計測された静電容量パラメータ、および、演算した静電容量パラメータを出力部125に供給する。
Based on the capacitance parameter measured by the
出力部125は、静電容量パラメータを外部に出力する。
The
なお、以下、コンデンサC1の静電容量をC1、電圧をVc1、蓄積電荷量をQc1で表す。また、コンデンサC2の静電容量をC2、電圧をVc2、蓄積電荷量をQc2で表す。さらに、検出電極112と周囲の空間との間の静電容量をCxで表し、検出電極112の電圧をVx、蓄積電荷量をQxで表す。また、抵抗R1の抵抗値をR1で表す。さらに、以下、コンデンサC1の抵抗R1側の電極を正極と称し、ポートP2側の電極を負極と称する。また、以下、コンデンサC2のポートP2側の電極を正極と称し、ポートP3側の電極を負極と称する。
Hereinafter, the capacitance of the capacitor C1 is represented by C1, the voltage is represented by Vc1, and the accumulated charge amount is represented by Qc1. The capacitance of the capacitor C2 is represented by C2, the voltage is represented by Vc2, and the accumulated charge amount is represented by Qc2. Furthermore, the capacitance between the
また、以下、電荷供給部126−1,126−2を、定電圧電源である電源Vccにより構成する例を示す。それに伴い、明細書および図面において、電荷供給部126−1,126−2の代わりに、電源Vccを示す。また、以下、電源Vccの電圧をVccで表す。 Hereinafter, an example in which the charge supply units 126-1 and 126-2 are configured by a power supply Vcc that is a constant voltage power supply will be described. Accordingly, in the specification and drawings, the power supply Vcc is shown instead of the charge supply units 126-1 and 126-2. Hereinafter, the voltage of the power supply Vcc is represented by Vcc.
さらに、以下、抵抗R1とコンデンサC1の間のA点の電圧(基準電圧点を基準とするA点の電位)をVaで表す。また、コンデンサC1、コンデンサC2およびポートP3の間のB点の電圧(基準電圧点を基準とするB点の電位)をVbで表す。なお、電圧Vbは、電圧計測部122に入力される電圧とほぼ等しくなる。さらに、コンデンサC2、接続端子T1およびポートP3の間のC点の電圧(基準電圧点を基準とするC点の電位)をVcで表す。
Further, hereinafter, the voltage at point A between the resistor R1 and the capacitor C1 (potential at point A with reference to the reference voltage point) is represented by Va. Further, the voltage at point B (capacitance at point B with reference to the reference voltage point) between the capacitors C1, C2 and port P3 is represented by Vb. The voltage Vb is substantially equal to the voltage input to the
[静電容量計測装置101の処理]
次に、図4乃至図16を参照して、静電容量計測装置101の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 101]
Next, processing of the
まず、図4乃至図6を参照して、静電容量計測装置101により実行される計測処理について説明する。なお、図4は、計測処理を説明するためのフローチャートである。図5は、計測処理中のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1、コンデンサC2の電荷蓄積量Qc2、および、検出電極112の蓄積電荷量Qxの推移を示す図である。図6は、A点の電圧Va、B点の電圧Vb、および、C点の電圧Vcの推移を示すグラフである。なお、図6の横軸は時間を示し、縦軸は電圧(基準電圧点に対する電位)を示している。
First, a measurement process executed by the
ステップS1において、静電容量計測装置101は、全電荷放電処理を実行する。
In step S <b> 1, the
ここで、図7および図8を参照して、ステップS1の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図7は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図8は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the detail of the all-charge discharge process of step S1 is demonstrated. FIG. 7 is a flowchart for explaining the all charge discharge process, and FIG. 8 is a diagram showing the flow of positive charges during the all charge discharge process.
ステップS21において、パラメータ計測部123は、SW2、SW4、SW5をオンする。これにより、コンデンサC1の正極から抵抗R1およびSW2を介してグラウンドに矢印A1の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW4を介してグラウンドに矢印A2の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A3の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S21, the
ステップS22において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1、コンデンサC2および検出電極112の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S <b> 22, the
ステップS23において、パラメータ計測部123は、SW2、SW4、SW5をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S23, the
これにより、図5Aに示されるように、コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1、コンデンサC2の蓄積電荷量Qc2、および、検出電極112の蓄積電荷量Qxは、ほぼ0になる。また、全電荷放電終了時の時刻をt0とすると、図6に示されるように、時刻t0において、A点の電圧Va、B点の電圧Vb、および、C点の電圧Vcは、基準電圧点とほぼ等しくなる。
As a result, as shown in FIG. 5A, the accumulated charge amount Qc1 of the capacitor C1, the accumulated charge amount Qc2 of the capacitor C2, and the accumulated charge amount Qx of the
図4に戻り、ステップS2において、静電容量計測装置101は、C1、C2充電処理を実行する。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 2, the
ここで、図9および図10を参照して、ステップS2のC1、C2充電処理の詳細について説明する。なお、図9は、C1、C2充電処理を説明するためのフローチャートであり、図10は、C1、C2充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the detail of the C1 and C2 charge process of step S2 is demonstrated. 9 is a flowchart for explaining the C1, C2 charging process, and FIG. 10 is a diagram showing the flow of positive charges during the C1, C2 charging process.
ステップS41において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオンする。これにより、電源VccからSW1および抵抗R1を介してコンデンサC2の正極に矢印A4の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。また、コンデンサC1の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC1の負極からコンデンサC2の正極に矢印A5の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW5を介してグラウンドに矢印A6の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。このとき、矢印A4乃至A6の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサC1とコンデンサC2の充電量はほぼ等しくなる。
In step S41, the
ステップS41の処理の開始時刻をt1とすると、図6に示されるように、時刻t1以降、A点の電圧VaおよびB点の電圧Vbが、コンデンサC1、C2の充電が進むにつれて、徐々に上昇する。 Assuming that the start time of the process in step S41 is t1, as shown in FIG. 6, the voltage Va at the point A and the voltage Vb at the point B gradually increase as the charging of the capacitors C1 and C2 progresses after the time t1. To do.
ステップS42において、電圧計測部122は、コンデンサC2の電圧Vc2(より正確には、コンデンサC2の正極と基準電圧点との間の電圧)を計測する。そして、電圧計測部122は、計測した電圧Vc2を所定の閾値、すなわち閾値電圧Vrefと比較し、その結果をパラメータ計測部123に供給する。
In step S42, the
ステップS43において、パラメータ計測部123は、電圧計測部122による計測結果に基づいて、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値(=閾値電圧Vref)以上であるか否かを判定する。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS42に戻る。その後、ステップS43において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定されるまで、ステップS42およびS43の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上に達するまで、コンデンサC1、C2が充電される。
In step S43, the
一方、ステップS43において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS44に進む。 On the other hand, if it is determined in step S43 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S44.
ステップS44において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1、C2の充電が停止する。その後、C1、C2充電処理は終了する。
In step S44, the
これにより、図5Bに示されるように、コンデンサC2の蓄積電荷量Qc2は、約Qref(=C2×Vref)となる。コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1も、コンデンサC2と同様に、約Qrefとなる。検出電極112の蓄積電荷量はほぼ0のままとなる。
As a result, as shown in FIG. 5B, the accumulated charge amount Qc2 of the capacitor C2 becomes approximately Qref (= C2 × Vref). The accumulated charge amount Qc1 of the capacitor C1 is also about Qref, similarly to the capacitor C2. The accumulated charge amount of the
なお、図5は、コンデンサC1とコンデンサC2の静電容量が等しい場合の例を示しており、この場合、図5Bにおいて、各コンデンサの蓄積電荷量の高さ(=電圧)はほぼ等しくなる。ただし、コンデンサC1とコンデンサC2の静電容量は必ずしも等しくする必要はなく、静電容量が異なる場合、図5Bにおける各コンデンサの蓄積電荷量の高さは異なることになる。 FIG. 5 shows an example in which the capacitances of the capacitor C1 and the capacitor C2 are equal. In this case, in FIG. 5B, the accumulated charge amount (= voltage) of each capacitor is substantially equal. However, the capacitances of the capacitor C1 and the capacitor C2 do not necessarily have to be equal, and when the capacitances are different, the height of the accumulated charge amount of each capacitor in FIG. 5B is different.
また、C1、C2充電処理が終了した時刻をt2とすると、図6に示されるように、時刻t2において、A点の電圧Vaは、電源Vccの電圧と閾値電圧Vrefの間の電圧になり、B点の電圧Vbは閾値電圧Vrefとほぼ等しくなる。C点の電圧Vcは、ほぼ0のままとなる。 Further, when the time when the C1 and C2 charging processes are finished is t2, as shown in FIG. 6, at time t2, the voltage Va at the point A becomes a voltage between the voltage of the power supply Vcc and the threshold voltage Vref. The voltage Vb at point B is substantially equal to the threshold voltage Vref. The voltage Vc at the point C remains almost zero.
図4に戻り、ステップS3において、静電容量計測装置101は、検出電極充電処理を実行する。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 3, the
ここで、図11および図12を参照して、ステップS3の検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図11は、検出電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図12は、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 11 and FIG. 12, the detail of the detection electrode charge process of step S3 is demonstrated. FIG. 11 is a flowchart for explaining the detection electrode charging process, and FIG. 12 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode charging process.
ステップS61において、パラメータ計測部123は、SW3をオンする。これにより、B点の電圧Vbは電圧Vccとほぼ等しくなり、コンデンサC2と検出電極112からなる直列回路の両端には電圧Vccとほぼ等しい電圧が印加される。そして、電源VccからSW3を介してコンデンサC2の正極に矢印A7の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A8の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。このとき、矢印A7の方向に移動する電荷量と矢印A8の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサC2と検出電極112の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
In step S61, the
ステップS62において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、検出電極112が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S62, the
ステップS63において、パラメータ計測部123は、SW3をオフする。これにより、コンデンサC2および検出電極112の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
In step S63, the
この検出電極充電処理が終了した時点のコンデンサC2の電圧Vc2および検出電極112の電圧Vxは、検出電極充電処理の前に予めコンデンサC2に電荷量Qref(=C2×Vref)の電荷が蓄積されているため、次式(1)および(2)となる。
The voltage Vc2 of the capacitor C2 and the voltage Vx of the
ここで、コンデンサC2の静電容量C2≫検出電極112の静電容量Cxに設定されているため、Cx/(C2+Cx)≒0、C2/(C2+Cx)≒1となる。これを式(1)および(2)に適用すると、コンデンサC2の電圧Vc2≒Vref、検出電極112の電圧Vx≒Vcc−Vrefとなる。そして、閾値電圧Vrefを適切な値に設定することにより、検出電極112の充電時の電圧Vxを物体103の電圧とほぼ等しい値に設定することができる。従って、閾値電圧Vrefは、電源Vccの電圧Vccから、物体103の基準電圧点に対する電圧(=電源104の電圧)を引いた値に設定される。
Here, since the capacitance C2 of the capacitor C2 is set to the capacitance Cx of the
そして、検出電極112の充電時の電圧Vxを物体103の電圧とほぼ等しい値に設定することにより、検出電極112と物体103との間の静電容量がほぼ0の状態で、検出電極112に電荷が蓄積される。換言すれば、検出電極112とその周囲との間の静電容量のうち検出電極112と物体103との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷が、検出電極112に蓄積される。すなわち、物体103の電位の影響をほとんど受けずに、検出電極112に電荷が蓄積される。
Then, by setting the voltage Vx at the time of charging the
また、検出電極充電処理によるコンデンサC2の電荷の増加量をΔQとすると、ΔQは、検出電極充電処理の終了時の検出電極112の蓄積電荷量とほぼ等しくなる。従って、コンデンサC2の電荷増加量ΔQも、物体103の影響をほとんど受けない値となる。
Further, if the increase amount of the charge of the capacitor C2 due to the detection electrode charging process is ΔQ, ΔQ is substantially equal to the accumulated charge amount of the
そして、図5Cに示されるように、検出電極充電処理が終了した時点で、コンデンサC2の蓄積電荷量Qc2=Qref+ΔQとなり、検出電極112の蓄積電荷量Qx=ΔQとなる。コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1はQrefのままである。なお、電荷増加量ΔQは、次式(3)により表される。
As shown in FIG. 5C, when the detection electrode charging process is completed, the accumulated charge amount Qc2 of the capacitor C2 = Qref + ΔQ, and the accumulated charge amount Qx = ΔQ of the
図4に戻り、ステップS4において、静電容量計測装置101は、C2電圧調整処理を実行する。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 4, the
ここで、図13および図14を参照して、ステップS4のC2電圧調整処理の詳細について説明する。なお、図13は、C2電圧調整処理を説明するためのフローチャートであり、図14は、C2電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 13 and FIG. 14, the detail of the C2 voltage adjustment process of step S4 is demonstrated. FIG. 13 is a flowchart for explaining the C2 voltage adjustment process, and FIG. 14 is a diagram showing the flow of positive charges during the C2 voltage adjustment process.
ステップS81において、パラメータ計測部123は、SW2、SW5をオンする。これにより、コンデンサC1の正極から抵抗R1およびSW2を介してグラウンドに矢印A9の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC1の正極から正電荷が放電されることにより、コンデンサC2の正極からコンデンサC1の負極に矢印A10の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A11の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S81, the
ステップS82において、図9のステップS42の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測され、ステップS83において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値(=閾値電圧Vref)以下であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS82に戻る。その後、ステップS83において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定されるまで、ステップS82およびS83の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下になるまで、コンデンサC1、C2の放電が行われる。 In step S82, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S42 of FIG. 9, and in step S83, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than a threshold value (= threshold voltage Vref). The If it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than the threshold value, the process returns to step S82. Thereafter, in step S83, steps S82 and S83 are repeatedly executed until it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value. As a result, the capacitors C1 and C2 are discharged until the voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes equal to or lower than the threshold value.
一方、ステップS83において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS84に進む。 On the other hand, when it is determined in step S83 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, the process proceeds to step S84.
ステップS84において、パラメータ計測部123は、SW2、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1、C2の放電が停止する。その後、C2電圧調整処理は終了する。
In step S84, the
このC2電圧調整処理により、図5Dに示されるように、ステップS3の検出電極充電処理によるコンデンサC2の電荷の増加量ΔQとほぼ等しい量の電荷が、コンデンサC1、C2から放電される。すなわち、コンデンサC1およびC2の蓄積電荷量とも、約ΔQ減少する。従って、この時点のコンデンサC1の電圧Vc1は、次式(4)により求められる。 By this C2 voltage adjustment process, as shown in FIG. 5D, an amount of charge that is substantially equal to the increase amount ΔQ of the charge of the capacitor C2 by the detection electrode charging process in step S3 is discharged from the capacitors C1 and C2. That is, the accumulated charge amount of the capacitors C1 and C2 also decreases by about ΔQ. Therefore, the voltage Vc1 of the capacitor C1 at this time is obtained by the following equation (4).
上述したように、ステップS3の検出電極充電処理によるコンデンサC2の電荷の増加量ΔQは、物体103の影響をほとんど受けないため、C2電圧調整処理後のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1も物体103の影響をほとんど受けない。
As described above, the increase amount ΔQ of the charge of the capacitor C2 due to the detection electrode charging process in step S3 is hardly affected by the
図4に戻り、ステップS5において、パラメータ計測部123は、ステップS3乃至S5の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップS3に戻り、ステップS5において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップS3乃至S5の処理が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 5, the
一方、ステップS5において、ステップS3乃至S5の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップS6に進む。 On the other hand, if it is determined in step S5 that the processes in steps S3 to S5 have been repeated a predetermined number of times, the process proceeds to step S6.
なお、ステップS3乃至S5の処理をn回繰り返したとすると、図5Eに示されるように、コンデンサC1には、約Qref−n×ΔQの量の電荷が残る。また、ステップS3乃至S5の処理をn回繰り返した後のコンデンサC1の電圧Vc1(n)は、次式(5)により示される値となる。 If the processes in steps S3 to S5 are repeated n times, as shown in FIG. 5E, the capacitor C1 has a charge of about Qref−n × ΔQ. Further, the voltage Vc1 (n) of the capacitor C1 after the processes of steps S3 to S5 are repeated n times is a value represented by the following equation (5).
従って、図6に示されるように、ステップS3乃至S5の処理を繰り返している期間(図中、時刻t2と時刻t3の間の期間)において、コンデンサC1の放電が進むにつれて、A点の電圧Vaは徐々に下降していく。なお、時刻t2と時刻t3の間の期間において、A点の電圧Vaは、検出電極112の放電時に、式(5)の値とほぼ等しくなり、検出電極112の充電時に、式(5)の値にVcc−Vrefを加算した値とほぼ等しくなる。また、A点の電圧Vaは、電源Vccの電圧を超える場合がある。
Therefore, as shown in FIG. 6, the voltage Va at the point A increases as the discharge of the capacitor C1 progresses during the period in which the processing of steps S3 to S5 is repeated (the period between time t2 and time t3 in the figure). Gradually descends. In the period between time t2 and time t3, the voltage Va at point A is substantially equal to the value of equation (5) when the
また、B点の電圧Vbは、検出電極112の放電時に基準電圧Vrefとほぼ等しくなり、検出電極112の充電時に電圧Vccとほぼ等しくなる。
The voltage Vb at point B is substantially equal to the reference voltage Vref when the
さらに、C点の電圧Vcは、検出電極112の放電時に基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、検出電極112の充電時にVcc−Vrefとほぼ等しくなる。
Further, the voltage Vc at the point C is substantially equal to the voltage at the reference voltage point when the
ステップS6において、静電容量計測装置101は、パラメータ計測処理を実行する。
In step S <b> 6, the
ここで、図15および図16を参照して、ステップS6のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図15は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図16は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 15 and FIG. 16, the details of the parameter measurement processing in step S6 will be described. FIG. 15 is a flowchart for explaining the parameter measurement process, and FIG. 16 is a diagram showing the flow of positive charges during the parameter measurement process.
ステップS101において、パラメータ計測部123は、SW1、SW4をオンする。これにより、電源VccからSW1および抵抗R1を介してコンデンサC1の正極に矢印A12の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の負極からSW4を介してグラウンドに矢印A13の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。
In step S101, the
従って、パラメータ計測処理の開始時刻をt3とすると、図6に示されるように、時刻t3において、A点の電圧Vaは、式(5)に示される電圧とほぼ等しくなり、B点の電圧Vbは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。また、A点の電圧Vaは、時刻t3以降、徐々に上昇していく。 Accordingly, if the start time of the parameter measurement process is t3, as shown in FIG. 6, at time t3, the voltage Va at point A becomes substantially equal to the voltage shown in equation (5) and the voltage Vb at point B. Is substantially equal to the voltage at the reference voltage point. Further, the voltage Va at the point A gradually increases after time t3.
ステップS102において、パラメータ計測部123は、時間計測を開始する。
In step S102, the
ステップS103において、パラメータ計測部123は、SW1をオフする。これにより、コンデンサC1の充電が一時的に停止する。
In step S103, the
ステップS104において、電圧計測部121は、コンデンサC1の電圧Vc1(より正確には、コンデンサC1の正極と基準電圧点との間の電圧)を計測する。そして、電圧計測部121は、計測した電圧Vc1を所定の閾値、すなわち閾値電圧Vrefと比較し、その結果をパラメータ計測部123に供給する。
In step S104, the
ステップS105において、パラメータ計測部123は、SW1をオンする。これにより、コンデンサC1の充電が再開する。
In step S105, the
ステップS106において、パラメータ計測部123は、電圧計測部121による計測結果に基づいて、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサC1の電圧Vc1が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS103に戻る。その後、ステップS106において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定されるまで、ステップS103乃至S106の処理が繰り返し実行される。
In step S <b> 106, the
一方、ステップS106において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS107に進む。 On the other hand, if it is determined in step S106 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S107.
ステップS107において、パラメータ計測部123は、時間計測を終了する。これにより、コンデンサC1の電圧Vc1が、上述した式(5)に示される電圧から閾値電圧Vrefに達するまでの充電時間tが計測される。パラメータ計測部123は、計測した充電時間tを演算処理部124に供給する。
In step S107, the
なお、ステップS4の電荷転送処理をn回行った後のコンデンサC1の電圧Vc1(n)と充電時間tとの関係は、次式(6)により表される。 Note that the relationship between the voltage Vc1 (n) of the capacitor C1 and the charging time t after the charge transfer process of step S4 is performed n times is expressed by the following equation (6).
なお、検出電極112の静電容量Cxが大きく、蓄積電荷量ΔQの値が大きくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1および電圧Vc1が小さくなるため、充電時間tは長くなる。逆に、検出電極112の静電容量Cxが小さくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1および電圧Vc1が大きくなるため、充電時間tは短くなる。
As the electrostatic capacitance Cx of the
また、上述したように、コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1は、物体103の影響をほとんど受けないため、充電時間tも物体103の影響をほとんど受けない。すなわち、充電時間tは、物体103の影響を除いた検出電極112の静電容量Cxを反映した値となる。
Further, as described above, the accumulated charge amount Qc1 of the capacitor C1 is hardly affected by the
ステップS108において、パラメータ計測部123は、SW1、SW4をオフする。これにより、コンデンサC1の充電が停止する。
In step S108, the
ステップS109において、パラメータ計測部123は、SW5をオンする。これにより、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A14の方向に正電荷が移動し、検出電極112の電荷が放電される。
In step S109, the
その後、パラメータ計測処理は終了する。 Thereafter, the parameter measurement process ends.
パラメータ計測処理の終了時の時刻をt4とすると、t4において、A点の電圧Vaは閾値電圧Vrefとほぼ等しくなり、B点の電圧VbおよびC点の電圧Vcは、基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。 When the time at the end of the parameter measurement process is t4, at time t4, the voltage Va at the point A becomes substantially equal to the threshold voltage Vref, and the voltage Vb at the point B and the voltage Vc at the point C are almost equal to the voltage at the reference voltage point. Will be equal.
なお、コンデンサC1に対する閾値電圧VrefとコンデンサC2に対する閾値電圧Vrefを、必ずしも同じ値に設定する必要はない。なお、図5は、コンデンサC1とコンデンサC2の静電容量および閾値電圧Vrefを同じ値に設定した場合の例を示しており、この場合、図5Fに示されるように、パラメータ計測処理終了時のコンデンサC1の蓄積電荷量は約Qrefとなる。 Note that the threshold voltage Vref for the capacitor C1 and the threshold voltage Vref for the capacitor C2 are not necessarily set to the same value. FIG. 5 shows an example in which the capacitance of the capacitor C1 and the capacitor C2 and the threshold voltage Vref are set to the same value. In this case, as shown in FIG. The amount of charge stored in the capacitor C1 is about Qref.
図4に戻り、ステップS7において、演算処理部124は、演算処理を行う。例えば、演算処理部124は、充電時間tを用いて、検出電極112の静電容量Cxを算出する。具体的には、上述した式(6)に、式(5)を代入し、静電容量Cxについて解くと、次式(7)となる。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 7, the
演算処理部124は、式(7)に基づいて、検出電極112の静電容量Cxを算出する。これにより、物体103の影響を除いた検出電極112の静電容量Cxを求めることができる。演算処理部124は、算出した静電容量Cx、および、パラメータ計測部123により計測された充電時間tを出力部125に供給する。
The
ステップS8において、出力部125は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Cxおよび充電時間tの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
In step S8, the
以上のようにして、基準電圧点と異なる電圧の物体103の影響を除去して、検出電極112とその周囲の空間との間の静電容量に基づく静電容量を計測することができる。
As described above, it is possible to remove the influence of the
例えば、自動車の車内で周囲の空間の静電容量を計測する場合、他の電子回路や他のセンサの検出部など、基準となるボディアースと電位差をもつ物体が、検出電極の周囲に存在することが多い。しかし、静電容量計測装置101を用いれば、検出電極112の周囲にボディアースに対して電位差を持つ物体が存在する場合でも、その物体の影響を受けずに静電容量を計測することができる。
For example, when measuring the capacitance of the surrounding space in an automobile, an object having a potential difference from the reference body ground, such as another electronic circuit or a detection unit of another sensor, exists around the detection electrode. There are many cases. However, if the
また、図6に示されるように、C点の電圧Vc(≒検出電極112の電圧Vx)は、ほとんどの時間で基準電圧点に落ちているため、静電容量の計測において、ノイズの影響を受けにくくすることができる。 Further, as shown in FIG. 6, the voltage Vc at the point C (≈the voltage Vx of the detection electrode 112) has dropped to the reference voltage point in most of the time. It can be made difficult to receive.
[検出電極充電処理およびC2電圧調整処理の変形例]
ここで、図17乃至図19を参照して、図4のステップS3の検出電極充電処理およびステップS4のC2電圧調整処理の変形例について説明する。なお、図17は、検出電極充電処理の変形例を説明するためのフローチャートであり、図18は、C2電圧調整処理の変形例を説明するためのフローチャートであり、図19は、検出電極充電処理およびC2電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
[Modification of Detection Electrode Charging Process and C2 Voltage Adjustment Process]
Here, with reference to FIGS. 17 to 19, a modification of the detection electrode charging process in step S3 and the C2 voltage adjustment process in step S4 in FIG. 4 will be described. 17 is a flowchart for explaining a modification of the detection electrode charging process, FIG. 18 is a flowchart for explaining a modification of the C2 voltage adjustment process, and FIG. 19 is a detection electrode charging process. It is a figure which shows the flow of the positive charge during C2 voltage adjustment processing.
まず、図17および図19を参照して、図4のステップS3の検出電極充電処理の変形例について説明する。 First, with reference to FIG. 17 and FIG. 19, the modification of the detection electrode charging process of step S3 of FIG. 4 is demonstrated.
ステップS121において、パラメータ計測部123は、SW4をオンする。これにより、B点の電圧Vbは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、コンデンサC2と検出電極112からなる直列回路の両端には−Vrefとほぼ等しい電圧が印加される。そして、コンデンサC2の正極からSW4を介して矢印A21の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極から正電荷が放電されることにより、検出電極112からコンデンサC2の負極に矢印A22の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極112の正電荷の放電が開始される。なお、ステップS1の全電荷放電処理により検出電極112の蓄積電荷量がほぼ0になっているため、検出電極112は、正電荷を放出することにより、実質的に負電荷により充電される。
In step S121, the
このとき、矢印A21の方向に移動する電荷量と矢印A22の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサC2と検出電極112の電荷の減少量はほぼ等しくなる。
At this time, since the amount of charge moving in the direction of the arrow A21 and the amount of charge moving in the direction of the arrow A22 are substantially equal, the amount of decrease in the charges of the capacitor C2 and the
ステップS122において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、検出電極112が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S122, the
ステップS123において、パラメータ計測部123は、SW4をオフする。これにより、コンデンサC2の放電、および、検出電極112の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
In step S123, the
次に、図18および図19を参照して、図4のステップS4のC2電圧調整処理の変形例について説明する。 Next, a modification of the C2 voltage adjustment process in step S4 of FIG. 4 will be described with reference to FIGS.
ステップS141において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオンする。これにより、電源VccからSW1および抵抗R1を介してコンデンサC1の正極に矢印A23の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。また、コンデンサC1の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC1の負極からコンデンサC2の正極に矢印A24の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW5を介して矢印A25の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。このとき、コンデンサC1とコンデンサC2の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
In step S141, the
また、図示していないが、グラウンドからSW5を介して検出電極112に正電荷が移動することにより、検出電極112の放電が開始される。
Although not shown in the figure, the positive electrode moves from the ground to the
ステップS142において、図9のステップS42の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測され、ステップS143において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値(=閾値電圧Vref)以上であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS142に戻る。その後、ステップS143において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定されるまで、ステップS142およびS143の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上になるまで、コンデンサC1およびコンデンサC2の充電が継続する。 In step S142, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S42 of FIG. 9, and in step S143, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or higher than a threshold value (= threshold voltage Vref). The When it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is less than the threshold value, the process returns to step S142. Thereafter, the processes of steps S142 and S143 are repeatedly executed until it is determined in step S143 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or higher than the threshold value. Thereby, charging of the capacitor C1 and the capacitor C2 is continued until the voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes equal to or higher than the threshold value.
一方、ステップS143において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS144に進む。 On the other hand, if it is determined in step S143 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S144.
ステップS144において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1およびコンデンサC2の充電が停止する。
In step S144, the
従って、この変形例では、検出電極充電処理およびC2電圧調整処理を実行する毎に、コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1がΔQずつ増加する。 Therefore, in this modification, the accumulated charge amount Qc1 of the capacitor C1 increases by ΔQ every time the detection electrode charging process and the C2 voltage adjustment process are executed.
なお、静電容量パラメータは、以上の例に限定されるものではなく、検出電極112の静電容量Cx(1回の充電で蓄積される検出電極112の蓄積電荷量ΔQ)に応じて変化する他の種類のパラメータを計測するようにしてもよい。ここで、図20および図21を参照して、静電容量パラメータの他の例について説明する。
The capacitance parameter is not limited to the above example, and changes according to the capacitance Cx of the detection electrode 112 (accumulated charge amount ΔQ of the
[静電容量パラメータの第1の変形例]
まず、図20を参照して、静電容量パラメータの第1の変形例について説明する。図20は、静電容量パラメータの第1の変形例に対応する計測処理を説明するためのフローチャートである。
[First Modification of Capacitance Parameter]
First, a first modification of the capacitance parameter will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a flowchart for explaining a measurement process corresponding to the first modification of the capacitance parameter.
ステップS161において、図4のステップS1の処理と同様に、全電荷放電処理が実行される。 In step S161, as in the process of step S1 of FIG. 4, the all charge discharge process is executed.
ステップS162において、図4のステップS2の処理と同様に、C1、C2充電処理が実行される。 In step S162, the C1 and C2 charging processes are executed as in the process of step S2 of FIG.
ステップS163において、図4のステップS3の処理と同様に、検出電極充電処理が実行される。 In step S163, the detection electrode charging process is executed in the same manner as the process in step S3 of FIG.
ステップS164において、図4のステップS4の処理と同様に、電荷転送処理が実行される。 In step S164, a charge transfer process is executed in the same manner as in step S4 of FIG.
ステップS165において、図15のステップS104の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が計測される。 In step S165, the voltage Vc1 of the capacitor C1 is measured as in the process of step S104 in FIG.
ステップS166において、パラメータ計測部123は、コンデンサC1の放電回数をインクリメントする。
In step S166, the
ステップS167において、パラメータ計測部123は、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサC1の電圧Vc1が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS163に戻る。その後、ステップS167において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以下であると判定されるまで、ステップS163乃至S167の処理が繰り返し実行される。
In step S167, the
一方、ステップS167において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS168に進む。 On the other hand, when it is determined in step S167 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is equal to or less than the threshold value, the process proceeds to step S168.
ステップS168において、演算処理部124は、演算処理を行う。具体的には、パラメータ計測部123は、カウントした放電回数nを演算処理部124に供給する。演算処理部124は、放電回数nに基づいて、検出電極112の静電容量Cxを算出する。なお、コンデンサVc1が閾値電圧Vref以下になったときの放電回数をnとすると、上述した式(5)の左辺にVc1(n)=Vrefを代入することにより、検出電極112の静電容量Cxを算出することができる。ただし、このときの閾値電圧Vrefは、C1、C2充電処理終了時のコンデンサC1の電圧Vc1より低い値に設定する必要がある。
In step S168, the
演算処理部124は、算出した静電容量Cx、および、パラメータ計測部123により計測された放電回数nを出力部125に供給する。
The
ステップS169において、出力部125は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Cxおよび放電回数nの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
In step S169, the
なお、放電回数nの代わりに、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以下になるまでの放電時間を静電容量パラメータとして計測するようにしてもよい。 Instead of the number of discharges n, the discharge time until the voltage Vc1 of the capacitor C1 becomes equal to or less than the threshold value may be measured as a capacitance parameter.
[静電容量パラメータの第2の変形例]
次に、図21を参照して、静電容量パラメータの第2の変形例について説明する。
[Second Modification of Capacitance Parameter]
Next, a second modification of the capacitance parameter will be described with reference to FIG.
この第2の変形例の場合、電圧計測部121、122は、例えば、A/D変換器により構成される。すなわち、電圧計測部121、122は、入力されたアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換して出力する。
In the case of the second modification, the
また、この場合、図4のステップS6のパラメータ計測処理は、図21のフローチャートに従って実行される。 In this case, the parameter measurement process in step S6 of FIG. 4 is executed according to the flowchart of FIG.
すなわち、ステップS181において、パラメータ計測部123は、SW4をオンする。
That is, in step S181, the
ステップS182において、電圧計測部122は、コンデンサC1の電圧Vc1を計測し、計測結果をパラメータ計測部123に供給する。この場合、コンデンサC1の電圧Vc1と閾値電圧Vrefの比較結果ではなく、電圧Vc1の実測値がパラメータ計測部123に供給される。パラメータ計測部123は、取得した電圧Vc1の実測値を静電容量パラメータに設定する。
In step S <b> 182, the
そして、電圧Vc1が分かれば、上述した式(5)に基づいて、検出電極112の静電容量Cxを求めることができる。
And if voltage Vc1 is known, the electrostatic capacitance Cx of the
<2.第2の実施の形態>
次に、図22乃至図27を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the measurement time can be shortened as compared with the first embodiment.
[静電容量計測装置201の構成例]
図22は、本発明の第2の実施の形態である静電容量計測装置201の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 201]
FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of the
静電容量計測装置201は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ211が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ211は、マイクロコンピュータ111と比較して、ポートP4およびSW6が追加され、パラメータ計測部123の代わりにパラメータ計測部221が設けられている点が異なる。
The
さらに、静電容量計測装置201では、静電容量計測装置101と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗R1はポートP1とポートP4の間に接続され、コンデンサC1はポートP4とポートP2の間に接続されている。SW6の一端はポートP4に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部121は、入力端子がポートP4に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置101と同様である。
Furthermore, in the
パラメータ計測部221は、SW1乃至SW6の開閉を制御するとともに、電圧計測部121および電圧計測部122の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部221は、計測した静電容量パラメータを演算処理部124に供給する。
The
[静電容量計測装置201の処理]
次に、図23乃至図27を参照して、静電容量計測装置201の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 201]
Next, processing of the
まず、図23のフローチャートを参照して、静電容量計測装置201により実行される計測処理について説明する。
First, a measurement process executed by the
ステップS201において、静電容量計測装置201は、全電荷放電処理を実行する。
In step S201, the
ここで、図24および図25を参照して、ステップS201の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図24は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図25は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 24 and FIG. 25, the detail of the all-charge discharge process of step S201 is demonstrated. FIG. 24 is a flowchart for explaining the all-charge discharge process, and FIG. 25 is a diagram showing the flow of positive charges during the all-charge discharge process.
ステップS221において、パラメータ計測部221は、SW4、SW5、SW6をオンする。これにより、コンデンサC1の正極からSW6を介してグラウンドに矢印A31の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW4を介してグラウンドに矢印A32の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A33の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S221, the
このとき、コンデンサC1の電荷を抵抗R1を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。 At this time, the electric charge of the capacitor C1 can be discharged without going through the resistor R1, and the discharge time can be shortened.
ステップS222において、パラメータ計測部221は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1、コンデンサC2および検出電極112の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S222, the
ステップS223において、パラメータ計測部123は、SW4、SW5、SW6をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S223, the
図23に戻り、ステップS202乃至S205の処理は、図4のステップS2乃至S5の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。 Returning to FIG. 23, the processing in steps S202 to S205 is the same as the processing in steps S2 to S5 in FIG.
ステップS206において、静電容量計測装置201は、パラメータ計測処理を実行する。
In step S206, the
ここで、図26および図27を参照して、ステップS206のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図26は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図27は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 26 and FIG. 27, the details of the parameter measurement processing in step S206 will be described. FIG. 26 is a flowchart for explaining the parameter measurement process, and FIG. 27 is a diagram showing the flow of positive charges during the parameter measurement process.
ステップS241において、パラメータ計測部221は、SW1、SW4をオンする。これにより、電源VccからSW1および抵抗R1を介してコンデンサC1の正極に矢印A34の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の負極からSW4を介してグラウンドに矢印A35の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。
In step S241, the
ステップS242において、パラメータ計測部221は、時間計測を開始する。
In step S242, the
ステップS243において、図15のステップS104の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が計測される。このとき、図15のパラメータ計測処理と比較して、SW1をオフせず、コンデンサC1の充電を継続したまま、コンデンサC1の電圧Vc1を計測することができ、計測時間を短縮することができる。 In step S243, the voltage Vc1 of the capacitor C1 is measured as in the process of step S104 in FIG. At this time, compared with the parameter measurement process of FIG. 15, the voltage Vc1 of the capacitor C1 can be measured while the capacitor C1 is continuously charged without turning off the SW1, and the measurement time can be shortened.
ステップS244において、パラメータ計測部221は、電圧計測部121による計測結果に基づいて、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサC1の電圧Vc1が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS243に戻る。その後、ステップS244において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定されるまで、ステップS243乃至S244の処理が繰り返し実行される。
In step S244, the
一方、ステップS244において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS245に進む。 On the other hand, if it is determined in step S244 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S245.
ステップS245およびS246の処理は、図15のステップS107およびS108の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。 The processing in steps S245 and S246 is the same as the processing in steps S107 and S108 in FIG. 15, and the description thereof will be omitted because it will be repeated.
図23に戻り、ステップS207およびS208の処理は、図4のステップS7およびS8の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。 Returning to FIG. 23, the processing in steps S207 and S208 is the same as the processing in steps S7 and S8 in FIG.
このようにして、この第2の実施の形態では、第1の実施の形態と比較して、静電容量の計測時間を短縮することができる。 Thus, in the second embodiment, the capacitance measurement time can be shortened as compared with the first embodiment.
<3.第3の実施の形態>
次に、図28および図29を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態は、検出電極112の静電容量Cxの検出に方向性を持たせるようにするものである。
<3. Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, the direction of detection of the capacitance Cx of the
[静電容量計測装置の構成例]
図28は、本発明の第3の実施の形態である静電容量計測装置301の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration example of capacitance measuring device]
FIG. 28 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置301は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ311が設けられ、シールド電極312および接続端子T2が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ311は、マイクロコンピュータ111と比較して、ポートP4が追加されている点が異なる。
The
ポートP4は、グラウンドに接続されるとともに、接続端子T2に接続されている。 The port P4 is connected to the ground and connected to the connection terminal T2.
シールド電極312は、電界の遮蔽に用いられる電極であり、接続端子T2に着脱自在である。また、シールド電極312は、接続端子T2に接続された状態において、接続端子T2およびポートP3を介してマイクロコンピュータ311のグラウンドに接続され、基準電圧点の電圧に保持される。なお、シールド電極312を、接続端子T2ではなく、ポートP3に直接接続するようにしてもよい。
The
なお、以下、シールド電極312と周囲の空間との間の静電容量をCsで表し、シールド電極312の電圧をVs、蓄積電荷量をQsで表す。
Hereinafter, the capacitance between the
図29は、シールド電極312の形状の一例を模式的に示す断面図である。この例において、シールド電極312は、検出電極112を覆うような箱形の形状をしている。
FIG. 29 is a cross-sectional view schematically showing an example of the shape of the
上述したように、シールド電極312は、基準電圧点の電圧に保持されるため、シールド電極312側から物体が接近しても、検出電極112周辺の電界はほとんど変化しない。従って、シールド電極312側から物体が接近しても、検出電極112の静電容量Cxはほとんど変化しないため、静電容量の計測方向を限定することが可能である。例えば、図29の例の場合、静電容量の計測方向を紙面の上方向に限定することが可能である。また、例えば、図28に示されるように、検出電極112と物体103の間にシールド電極312を配置することにより、物体103の影響をより小さくして、静電容量を計測することが可能になる。
As described above, since the
なお、以上の説明では、シールド電極312をグラウンドに接続する例を示したが、グラウンド以外の電圧保持手段に接続して、シールド電極312の電圧がほぼ一定になるようにするようにしてもよい。
In the above description, the
<4.第4の実施の形態>
次に、図30乃至図39を参照して、本発明の第4の実施の形態について説明する。この第4の実施の形態は、第3の実施の形態と比較して、検出電極112とシールド電極312が同じ電圧になるように制御するようにしたものである。
<4. Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, as compared with the third embodiment, the
[静電容量計測装置401の構成例]
図30は、本発明の第4の実施の形態である静電容量計測装置401の構成例を示す図である。なお、図中、図28と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 401]
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置401は、図28の静電容量計測装置301と比較して、マイクロコンピュータ311の代わりマイクロコンピュータ411が設けられ、抵抗R2およびコンデンサC3が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ411は、マイクロコンピュータ311と比較して、電圧計測部421、同電位制御部422、SW7乃至SW9、および、ポートP5が追加されている点が異なる。
The
抵抗R2の一端は、ポートP5に接続され、抵抗R2の他の一端は、コンデンサC3の一端に接続されている。コンデンサC3の他の一端は、ポートP4および接続端子T2に接続されている。また、SW7の一端は、電源Vccに接続され、SW7の他の一端は、ポートP5に接続されている。SW8の一端は、ポートP5に接続され、SW8の他の一端は、グラウンドに接続されている。SW9の一端は、ポートP4に接続され、SW9の他の一端は、グラウンドに接続されている。 One end of the resistor R2 is connected to the port P5, and the other end of the resistor R2 is connected to one end of the capacitor C3. The other end of the capacitor C3 is connected to the port P4 and the connection terminal T2. One end of SW7 is connected to the power supply Vcc, and the other end of SW7 is connected to port P5. One end of SW8 is connected to port P5, and the other end of SW8 is connected to ground. One end of SW9 is connected to port P4, and the other end of SW9 is connected to the ground.
また、コンデンサC3の静電容量は、シールド電極312と周囲の空間との間の静電容量Csより十分大きい値になるように設定されている。
Further, the capacitance of the capacitor C3 is set to be sufficiently larger than the capacitance Cs between the
なお、以下、コンデンサC3の静電容量をC3、電圧をVc3、蓄積電荷量をQc3で表す。 Hereinafter, the capacitance of the capacitor C3 is represented by C3, the voltage is represented by Vc3, and the accumulated charge amount is represented by Qc3.
また、以下、コンデンサC3の抵抗R3側の電極を正極と称し、接続端子T2側の電極を負極と称する。 Hereinafter, the electrode on the resistor R3 side of the capacitor C3 is referred to as a positive electrode, and the electrode on the connection terminal T2 side is referred to as a negative electrode.
電圧計測部421は、入力端子がポートP5に接続されている。電圧計測部421は、電圧計測部121、122と同様に、入力端子に入力される電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値(閾値電圧Vref)と比較し、比較した結果を同電位制御部422に供給する。
The
同電位制御部422は、電圧計測部122および電圧計測部421の計測結果に基づいて、SW7乃至SW9の開閉を制御して、検出電極112とシールド電極312の電圧が同じになるように調整する。
The
[静電容量計測装置401の処理]
次に、図31至図39を参照して、静電容量計測装置401の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 401]
Next, processing of the
まず、図31のフローチャートを参照して、静電容量計測装置401により実行される計測処理について説明する。
First, the measurement process executed by the
ステップS301において、静電容量計測装置401は、全電荷放電処理を実行する。
In step S301, the
ここで、図32および図33を参照して、ステップS301の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図32は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図33は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 32 and FIG. 33, the details of the all charge discharge process in step S301 will be described. FIG. 32 is a flowchart for explaining the all charge discharge process, and FIG. 33 is a diagram showing the flow of positive charges during the all charge discharge process.
ステップS321において、パラメータ計測部123は、SW2、SW4、SW5をオンし、同電位制御部422は、SW8、SW9をオンする。これにより、コンデンサC1の正極から抵抗R1およびSW2を介してグラウンドに矢印A51の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW4を介してグラウンドに矢印A52の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A53の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S321, the
また、コンデンサC3の正極から抵抗R2およびSW8を介してグラウンドに矢印A54の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の放電が開始される。さらに、シールド電極312からSW9を介してグラウンドに矢印A55の方向に正電荷が移動し、シールド電極312の放電が開始される。
Further, the positive charge moves from the positive electrode of the capacitor C3 to the ground via the resistors R2 and SW8 in the direction of the arrow A54, and the discharge of the capacitor C3 is started. Further, the positive charge moves from the
ステップS322において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1乃至C3、検出電極112、および、シールド電極312の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S322, the
ステップS323において、パラメータ計測部123は、SW2、SW3、SW5をオフし、同電位制御部422は、SW8、SW9をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S323, the
図31に戻り、ステップS302において、静電容量計測装置401は、C1、C2、C3充電処理を実行する。
Referring back to FIG. 31, in step S302, the
ここで、図34および図35を参照して、ステップS302のC1、C2、C3充電処理の詳細について説明する。なお、図34は、C1、C2、C3充電処理を説明するためのフローチャートであり、図35は、C1、C2、C3充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 34 and FIG. 35, the details of the C1, C2, and C3 charging processes in step S302 will be described. FIG. 34 is a flowchart for explaining the C1, C2, C3 charging process, and FIG. 35 is a diagram showing the flow of positive charges during the C1, C2, C3 charging process.
ステップS341において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオンし、同電位制御部422は、SW7、SW9をオンする。これにより、電源VccからSW1および抵抗R1を介してコンデンサC1の正極に矢印A56の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。また、コンデンサC1の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC1の負極からコンデンサC2の正極に矢印A57の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW5を介してグラウンドに矢印A58の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。
In step S341, the
さらに、電源VccからSW7および抵抗R2を介してコンデンサC3の正極に矢印A59の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の負極からSW9を介してグラウンドに矢印A60の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の充電が開始される。 Further, a positive charge moves from the power source Vcc to the positive electrode of the capacitor C3 via the SW7 and the resistor R2 in the direction of arrow A59, and a positive charge moves from the negative electrode of the capacitor C3 to the ground via the SW9 in the direction of arrow A60. Charging of the capacitor C3 is started.
ステップS342において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5がオンであるか否かを判定する。SW1、SW5がオンであると判定された場合、処理はステップS343に進む。
In step S342, the
ステップS343において、図9のステップS42の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測され、ステップS344において、図9のステップS43の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS345に進む。 In step S343, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S42 in FIG. 9, and in step S344, whether the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or greater than the threshold value, as in the process of step S43 in FIG. It is determined whether or not. If it is determined that the voltage Vc3 of the capacitor C3 is equal to or greater than the threshold, the process proceeds to step S345.
ステップS345において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1、C2の充電が停止する。その後、処理はステップS346に進む。
In step S345, the
一方、ステップS344において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、ステップS345の処理はスキップされ、処理はステップS346に進む。 On the other hand, when it is determined in step S344 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is less than the threshold value, the process of step S345 is skipped, and the process proceeds to step S346.
また、ステップS342において、SW1、SW5がオフであると判定された場合、ステップS343乃至S345の処理はスキップされ、処理はステップS346に進む。 If it is determined in step S342 that SW1 and SW5 are off, the processes in steps S343 to S345 are skipped, and the process proceeds to step S346.
ステップS346において、同電位制御部422は、SW7、SW9がオンであるか否かを判定する。SW7、SW9がオンであると判定された場合、処理はステップS347に進む。
In step S346, the same
ステップS347において、電圧計測部421は、コンデンサC3の電圧Vc3を計測する。具体的には、電圧計測部421は、コンデンサC3の電圧Vc3(より正確には、コンデンサC3の正極と基準電圧点との間の電圧)を計測し、計測した電圧Vc3を閾値(閾値電圧Vref)と比較し、その結果を同電位制御部422に供給する。
In step S347, the
ステップS348において、同電位制御部422は、電圧計測部421による計測結果に基づいて、コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS349に進む。
In step S348, the same
ステップS349において、同電位制御部422は、SW7、SW9をオフする。これにより、コンデンサC3の充電が停止する。その後、処理はステップS350に進む。
In step S349, the same
一方、ステップS348において、コンデンサC3の電圧Vc3が閾値未満であると判定された場合、ステップS349の処理はスキップされ、処理はステップS350に進む。 On the other hand, when it is determined in step S348 that the voltage Vc3 of the capacitor C3 is less than the threshold value, the process of step S349 is skipped, and the process proceeds to step S350.
また、ステップS346において、SW7、SW9がオフであると判定された場合、ステップS347乃至S349の処理はスキップされ、処理はステップS350に進む。 If it is determined in step S346 that SW7 and SW9 are off, the processes in steps S347 to S349 are skipped, and the process proceeds to step S350.
ステップS350において、パラメータ計測部123は、全てのスイッチがオフであるか否かを判定する。1つ以上のスイッチがオンであると判定された場合、処理はステップS342に戻る。その後、ステップS350において、全てのスイッチがオフであると判定されるまで、ステップS342乃至S350の処理が繰り返し実行される。
In step S350, the
一方、ステップS350において、全てのスイッチがオフであると判定された場合、C1、C2、C3充電処理は終了する。 On the other hand, if it is determined in step S350 that all the switches are off, the C1, C2, and C3 charging processing ends.
このようにして、コンデンサC2、C3が、ほぼ同じ電圧(閾値電圧Vref)になるまで充電される。 In this way, the capacitors C2 and C3 are charged until they have substantially the same voltage (threshold voltage Vref).
図31に戻り、ステップS303において、静電容量計測装置401は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
Returning to FIG. 31, in step S303, the
ここで、図36および図37を参照して、ステップS303の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図36は、検出電極、シールド電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図37は、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 36 and FIG. 37, the details of the detection electrode and shield electrode charging process in step S303 will be described. 36 is a flowchart for explaining the detection electrode and shield electrode charging process, and FIG. 37 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode and shield electrode charging process.
ステップS361において、パラメータ計測部123は、SW3をオンし、同電位制御部422は、SW7をオンする。これにより、電源VccからSW3を介してコンデンサC2の正極に矢印A61の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A62の方向に正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。さらに、電源VccからSW7および抵抗R2を介してコンデンサC3の正極に矢印A63の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の充電が開始される。また、コンデンサC3の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC3の負極からシールド電極312に矢印A64の方向に正電荷が移動し、シールド電極312の充電が開始される。
In step S361, the
ステップS362において、パラメータ計測部123および同電位制御部422は、所定の時間、すなわち、検出電極112およびシールド電極312が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S362, the
ステップS363において、パラメータ計測部123は、SW3をオフし、同電位制御部522は、SW7をオフする。これにより、コンデンサC2、コンデンサC3、検出電極112およびシールド電極312の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
In step S363, the
ここで、コンデンサC3の静電容量C3≫シールド電極312の静電容量Csなので、充電後のシールド電極312の電圧は、電源Vccの電圧Vcc−基準電圧Vrefとほぼ等しくなる。よって、充電後のシールド電極312の電圧は、充電後の検出電極112の電圧とほぼ等しくなる。
Here, since the capacitance C3 of the capacitor C3 >> the capacitance Cs of the
従って、検出電極112、シールド電極312および物体103の電圧がほぼ等しく、検出電極112と物体103およびシールド電極312との間の静電容量がほぼ0の状態で、検出電極112に電荷が蓄積される。換言すれば、検出電極112とその周囲との間の静電容量のうち検出電極112と物体103およびシールド電極312との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷が、検出電極112に蓄積される。
Accordingly, charges are accumulated in the
従って、1回あたりの検出電極112の充電量ΔQ(=後述するC2、C3電圧調整処理1回あたりのコンデンサC1の放電量)は、物体103およびシールド電極312の影響をほぼ除いた値となる。そのため、検出電極112およびシールド電極312の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量を計測することが可能になる。
Therefore, the charge amount ΔQ of the
図31に戻り、ステップS304において、静電容量計測装置401は、C2、C3電圧調整処理を実行する。
Returning to FIG. 31, in step S304, the
ここで、図38および図39を参照して、ステップS304のC2、C3電圧調整処理の詳細について説明する。なお、図38は、C2、C3電圧調整処理を説明するためのフローチャートであり、図39は、C2、C3電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 38 and FIG. 39, the detail of the C2 and C3 voltage adjustment process of step S304 is demonstrated. FIG. 38 is a flowchart for explaining the C2, C3 voltage adjustment processing, and FIG. 39 is a diagram showing the flow of positive charges during the C2, C3 voltage adjustment processing.
ステップS381において、パラメータ計測部123は、SW2、SW5をオンし、同電位制御部422は、SW8、SW9をオンする。これにより、コンデンサC1の正極から抵抗R1およびSW2を介してグラウンドに矢印A65の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC1の正極から正電荷が放電されることにより、コンデンサC2の正極からコンデンサC1の負極に矢印A66の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A67の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S381, the
また、コンデンサC3の正極から抵抗R2およびSW8を介してグラウンドに矢印A68の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の放電が開始される。また、シールド電極312からSW9を介してグラウンドに矢印A69の方向に正電荷が移動し、シールド電極312の放電が開始される。
Further, the positive charge moves in the direction of arrow A68 from the positive electrode of the capacitor C3 to the ground via the resistors R2 and SW8, and the discharge of the capacitor C3 is started. Further, the positive charge moves in the direction of arrow A69 from the
ステップS382において、パラメータ計測部123は、SW2、SW5がオンであるか否かを判定する。SW2、SW5がオンであると判定された場合、処理はステップS383に進む。
In step S382, the
ステップS383において、図9のステップS42の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測され、ステップS384において、図13のステップS83の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS385に進む。 In step S383, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured in the same manner as in step S42 of FIG. 9, and in step S384, whether the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or less than the threshold value, as in step S83 of FIG. It is determined whether or not. If it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold, the process proceeds to step S385.
ステップS385において、パラメータ計測部123は、SW2、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1、C2の放電が停止する。
In step S385, the
一方、ステップS384において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値より大きいと判定された場合、ステップS385の処理はスキップされ、処理はステップS386に進む。 On the other hand, if it is determined in step S384 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than the threshold value, the process of step S385 is skipped, and the process proceeds to step S386.
また、ステップS382において、SW2、SW5がオフであると判定された場合、ステップS383乃至S385の処理はスキップされ、処理はステップS386に進む。 If it is determined in step S382 that SW2 and SW5 are off, the processes in steps S383 to S385 are skipped, and the process proceeds to step S386.
ステップS386において、同電位制御部422は、SW8、SW9がオンであるか否かを判定する。SW8、SW9がオンであると判定された場合、処理はステップS387に進む。
In step S386, the same
ステップS387において、図34のステップS347の処理と同様に、電圧計測部421によりコンデンサC3の電圧Vc3が計測される。
In step S387, the voltage Vc3 of the capacitor C3 is measured by the
ステップS388において、同電位制御部422は、電圧計測部421による計測結果に基づいて、コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS389に進む。
In step S388, the
ステップS389において、同電位制御部422は、SW8、SW9をオフする。これにより、コンデンサC3の放電が停止する。その後、処理はステップS390に進む。
In step S389, the same
一方、ステップS388において、コンデンサC3の電圧Vc3が閾値より大きいと判定された場合、ステップS389の処理はスキップされ、処理はステップS390に進む。 On the other hand, if it is determined in step S388 that the voltage Vc3 of the capacitor C3 is greater than the threshold value, the process of step S389 is skipped, and the process proceeds to step S390.
また、ステップS386において、SW8、SW9がオンであると判定された場合、ステップS387乃至S389の処理はスキップされ、処理はステップS390に進む。 If it is determined in step S386 that SW8 and SW9 are on, the processes in steps S387 to S389 are skipped, and the process proceeds to step S390.
ステップS390において、パラメータ計測部123は、全てのスイッチがオフであるか否かを判定する。1つ以上のスイッチがオンであると判定された場合、処理はステップS382に戻る。その後、ステップS390において、全てのスイッチがオフであると判定されるまで、ステップS382乃至S390の処理が繰り返し実行される。
In step S390, the
一方、ステップS390において、全てのスイッチがオフであると判定された場合、C2、C3電圧調整処理は終了する。 On the other hand, if it is determined in step S390 that all the switches are off, the C2 and C3 voltage adjustment processing ends.
図31に戻り、ステップS305において、パラメータ計測部123は、ステップS303乃至S305の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだステップS303乃至S305の処理を所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップS303に戻る。その後、ステップS305において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップS303乃至S305の処理が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 31, in step S305, the
一方、ステップS305において、ステップS303乃至S305の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップS306に進む。 On the other hand, if it is determined in step S305 that the processes in steps S303 to S305 have been repeated a predetermined number of times, the process proceeds to step S306.
ステップS306乃至S308の処理は、図4のステップS6乃至S8の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。その後、計測処理は終了する。 The processing in steps S306 to S308 is the same as the processing in steps S6 to S8 in FIG. Thereafter, the measurement process ends.
以上のようにして、第3の実施の形態と比較して、さらに静電容量の計測精度を向上させることができる。 As described above, the capacitance measurement accuracy can be further improved as compared with the third embodiment.
[静電容量計測装置401の変形例]
図40は、静電容量計測装置401の変形例を示している。この例では、シールド電極312に、静電容量が既知のオフセットコンデンサ451が追加され、シールド電極312およびオフセットコンデンサ451により1つのシールド電極が構成される。なお、オフセットコンデンサ451の一端は、接続端子T2に接続され、他の一端は基準電圧点に接続されている。
[Modification of Capacitance Measuring Device 401]
FIG. 40 shows a modification of the
このように、オフセットコンデンサ451を追加することにより、シールド電極312に物体が近づくなどの要因によりシールド電極312の静電容量が変化しても、その変化の度合いを小さくすることができる。その結果、シールド電極312の電圧の変動が小さくなり、検出電極112とシールド電極312を同じ電圧にする制御が容易になる。
In this way, by adding the offset
例えば、シールド電極312の静電容量をCs、オフセットコンデンサ451の静電容量をCofsとすると、シールド電極全体の静電容量Ctは、次式(9)により表される。
For example, if the electrostatic capacity of the
Ct=Cs+Cofs
=Cofs×(Cs/Cofs+1) ・・・(9)
Ct = Cs + Cofs
= Cofs × (Cs / Cofs + 1) (9)
ここで、Cs≪Cofsとなるように静電容量Cofsを設定すると、Cs/Cofsがほぼ0になる。従って、静電容量Csが変化しても、静電容量Ctはほとんど変化しないようになる。 Here, when the capacitance Cofs is set so that Cs << Cofs, Cs / Cofs becomes almost zero. Accordingly, even if the capacitance Cs changes, the capacitance Ct hardly changes.
<5.第5の実施の形態>
次に、図41乃至図46を参照して、本発明の第5の実施の形態について説明する。この第5の実施の形態は、第4の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
<5. Fifth embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the measurement time can be shortened as compared with the fourth embodiment.
[静電容量計測装置501の構成例]
図41は、本発明の第5の実施の形態である静電容量計測装置501の構成例を示す回路図である。なお、図中、図22および図30と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 501]
FIG. 41 is a circuit diagram showing a configuration example of a
静電容量計測装置501は、図30の静電容量計測装置401と比較して、マイクロコンピュータ411の代わりにマイクロコンピュータ511が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ511は、マイクロコンピュータ411と比較して、SW6、SW10、SW11およびポートP6、P7が追加され、パラメータ計測部123および同電位制御部422の代わりに、パラメータ計測部521および同電位制御部522が設けられている点が異なる。
The
さらに、静電容量計測装置501では、静電容量計測装置401と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗R1はポートP1とポートP6の間に接続され、コンデンサC1はポートP2とポートP6の間に接続されている。SW6の一端はポートP6に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部121は、入力端子がポートP6に接続されている。
Furthermore, in the
また、抵抗R2は、ポートP5とポートP7の間に接続され、コンデンサC3は、ポートP4とポートP7の間に接続されている。SW10の一端は、電源Vccに接続され、SW10の他の一端は、ポートP7に接続されている。SW11の一端は、ポートP7に接続され、SW11の他の一端は、グラウンドに接続されている。電圧計測部421は、入力端子がポートP7に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置401と同様である。
The resistor R2 is connected between the port P5 and the port P7, and the capacitor C3 is connected between the port P4 and the port P7. One end of SW10 is connected to power supply Vcc, and the other end of SW10 is connected to port P7. One end of SW11 is connected to port P7, and the other end of SW11 is connected to the ground. The
パラメータ計測部521は、SW1乃至SW6の開閉を制御するとともに、電圧計測部121および電圧計測部122の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部521は、計測した静電容量パラメータを演算処理部124に供給する。
The
同電位制御部522は、電圧計測部122および電圧計測部421の計測結果に基づいて、SW7乃至SW11の開閉を制御して、検出電極112とシールド電極312の電圧が同じになるように調整する。
The
[静電容量計測装置501の処理]
次に、図42至図46を参照して、静電容量計測装置501の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 501]
Next, processing of the
まず、図42のフローチャートを参照して、静電容量計測装置501により実行される計測処理について説明する。
First, the measurement process executed by the
ステップS401において、静電容量計測装置501は、全電荷放電処理を実行する。
In step S401, the
ここで、図43および図44を参照して、ステップS401の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図43は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図44は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 43 and FIG. 44, the details of the all charge discharge process in step S401 will be described. FIG. 43 is a flowchart for explaining the all-charge discharge process, and FIG. 44 is a diagram showing the flow of positive charges during the all-charge discharge process.
ステップS421において、パラメータ計測部521は、SW4、SW5、SW6をオンし、同電位制御部422は、SW9、SW11をオンする。これにより、コンデンサC1の正極からSW6を介してグラウンドに矢印A81の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW4を介してグラウンドに矢印A82の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW5を介してグラウンドに矢印A83の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S421, the
このとき、コンデンサC1の電荷を抵抗R1を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。 At this time, the electric charge of the capacitor C1 can be discharged without going through the resistor R1, and the discharge time can be shortened.
また、コンデンサC3の正極からSW11を介してグラウンドに矢印A84の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の放電が開始される。さらに、シールド電極312からSW9を介してグラウンドに矢印A85の方向に正電荷が移動し、シールド電極312の放電が開始される。
Further, the positive charge moves from the positive electrode of the capacitor C3 to the ground via the SW11 in the direction of the arrow A84, and the discharge of the capacitor C3 is started. Further, the positive charge moves from the
このとき、コンデンサC3の電荷を抵抗R2を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。 At this time, the electric charge of the capacitor C3 can be discharged without going through the resistor R2, and the discharge time can be shortened.
ステップS422において、パラメータ計測部521は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1乃至C3、検出電極112、および、シールド電極312の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S422, the
ステップS423において、パラメータ計測部521は、SW4、SW5、SW6をオフし、同電位制御部422は、SW9、SW11をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S423, the
図42に戻り、ステップS402において、図31のステップS302の処理と同様に、C1、C2、C3充電処理が実行される。 Returning to FIG. 42, in step S402, the C1, C2, and C3 charging processes are executed in the same manner as in step S302 of FIG.
ステップS403において、静電容量計測装置501は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
In step S403, the
ここで、図45および図46を参照して、ステップS403の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図45は、検出電極、シールド電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図46は、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 45 and FIG. 46, the details of the detection electrode and shield electrode charging process in step S403 will be described. 45 is a flowchart for explaining the detection electrode and shield electrode charging process, and FIG. 46 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode and shield electrode charging process.
ステップS461において、パラメータ計測部123は、SW3をオンし、同電位制御部422は、SW10をオンする。これにより、電源VccからSW3を介してコンデンサC2の正極に矢印A86の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A87の方向に正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。さらに、電源VccからSW10を介してコンデンサC3の正極に矢印A88の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の充電が開始される。また、コンデンサC3の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC3の負極からシールド電極312に矢印A89の方向に正電荷が移動し、シールド電極312の充電が開始される。
In step S461, the
このとき、抵抗R2を介さずにコンデンサC3を充電することができ、その結果、コンデンサC3およびシールド電極312の充電時間を短縮することができる。
At this time, the capacitor C3 can be charged without going through the resistor R2, and as a result, the charging time of the capacitor C3 and the
ステップS462において、パラメータ計測部521および同電位制御部522は、所定の時間、すなわち、検出電極112およびシールド電極312が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S462, the
ステップS463において、パラメータ計測部123は、SW3をオフし、同電位制御部522は、SW10をオフする。これにより、コンデンサC2、コンデンサC3、検出電極112およびシールド電極312の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
In step S463, the
図42に戻り、ステップS404乃至S408の処理は、図31のステップS303乃至S308の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。 Returning to FIG. 42, the processing of steps S404 to S408 is the same as the processing of steps S303 to S308 of FIG. 31, and the description thereof will be omitted because it will be repeated.
以上のようにして、第4の実施の形態と比較して、静電容量の計測時間を短縮することができる。 As described above, the capacitance measurement time can be shortened as compared with the fourth embodiment.
<6.第6の実施の形態>
次に、図47乃至図49を参照して、本発明の第6の実施の形態について説明する。この第6の実施の形態は、複数の電極を設けて、各電極を検出電極またはシールド電極のいずれにも使用できるようにするものである。
<6. Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the sixth embodiment, a plurality of electrodes are provided so that each electrode can be used as either a detection electrode or a shield electrode.
[静電容量計測装置601の構成例]
図47は、本発明の第6の実施の形態である静電容量計測装置601の構成例を示す図である。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 601]
FIG. 47 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置601は、マイクロコンピュータ611、抵抗R1−1乃至R1−n、コンデンサC1−1乃至C1−n、コンデンサC2−1乃至C2−n、接続端子T1−1乃至T1−n、および、電極612−1乃至612−nにより構成される。また、マイクロコンピュータ611は、ポートP1−1乃至P1−n、P2−1乃至P2−n、および、P3−1乃至P3−nを備える。
The
抵抗R1−i(i=1〜n)の一端は、ポートP1−iに接続され、抵抗R1−iの他の一端は、コンデンサC1−iの一端に接続されている。コンデンサC1−iの他の一端は、ポートP2−iに接続されている。コンデンサC2−iは、ポートP2−iとポートP3−iの間に接続されている。接続端子T1−iは、ポートP3−iに接続されている。電極612−iは、接続端子T1−iに着脱自在である。なお、電極612−iを、接続端子T1−iではなく、ポートP3−iに直接接続するようにしてもよい。 One end of the resistor R1-i (i = 1 to n) is connected to the port P1-i, and the other end of the resistor R1-i is connected to one end of the capacitor C1-i. The other end of the capacitor C1-i is connected to the port P2-i. The capacitor C2-i is connected between the port P2-i and the port P3-i. The connection terminal T1-i is connected to the port P3-i. The electrode 612-i is detachable from the connection terminal T1-i. The electrode 612-i may be directly connected to the port P3-i instead of the connection terminal T1-i.
なお、以下、抵抗R1−1乃至R1−n、コンデンサC1−1乃至C1−n、コンデンサC2−1乃至C2−n、接続端子T1−1乃至T1−n、電極612−1乃至612−n、ポートP1−1乃至P1−n、P2−1乃至P2−n、および、P3−1乃至P3−nを個々に区別する必要がない場合、単に、抵抗R1、コンデンサC1、コンデンサC2、接続端子T1、電極612、ポートP1、ポートP2、および、ポートP3と称する。
Hereinafter, resistors R1-1 to R1-n, capacitors C1-1 to C1-n, capacitors C2-1 to C2-n, connection terminals T1-1 to T1-n, electrodes 612-1 to 612-n, When it is not necessary to individually distinguish the ports P1-1 to P1-n, P2-1 to P2-n, and P3-1 to P3-n, the resistor R1, the capacitor C1, the capacitor C2, and the connection terminal T1 are simply used. ,
[マイクロコンピュータ611の構成例]
図48は、マイクロコンピュータ611の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には、同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Microcomputer 611]
FIG. 48 is a diagram illustrating a configuration example of the
マイクロコンピュータ611は、計測部631−1乃至631−n、役割設定部632、および、同電位制御部633を含むように構成される。
The
計測部631−1乃至631−nは、それぞれ図2のマイクロコンピュータ111と同様の構成を有している。従って、計測部631−i(i=1〜n)、抵抗R1−i、コンデンサC1−i、コンデンサC2−i、および、電極612−iにより、静電容量計測装置101と同様の構成を備える1つのユニットが構成され、合計n個のユニットが、静電容量計測装置601に設けられている。
Each of the measurement units 631-1 to 631-n has the same configuration as the
なお、以下、計測部631−1乃至631−nを個々に区別する必要がない場合、単に計測部631と称する。 Hereinafter, when it is not necessary to individually distinguish the measurement units 631-1 to 631-n, they are simply referred to as measurement units 631.
役割設定部632は、各計測部631に接続されている電極612の役割を設定する。すなわち、役割設定部632は、各電極612を、検出電極として用いるか、シールド電極として用いるかを設定する。
The
同電位制御部633は、図30の同電位制御部422と同様の機能を有しており、各電極612が同じ電圧になるように制御する。
The same
[静電容量計測装置601の処理]
次に、図49のフローチャートを参照して、静電容量計測装置601により実行される計測処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 601]
Next, measurement processing executed by the
ステップS601において、役割設定部632は、各電極612の役割を設定する。すなわち、役割設定部632は、ユーザ設定等に基づいて、各電極612を検出電極またはシールド電極のいずれの電極として用いるかを設定する。
In step S601, the
ステップS602乃至S609の処理は、図4のステップS1乃至S8の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。 The processing in steps S602 to S609 is the same as the processing in steps S1 to S8 in FIG.
[静電容量計測装置601の使用例]
静電容量計測装置601では、各電極の役割を切り替えることにより、静電容量を計測する位置や方向を変更することが可能である。
[Usage example of capacitance measuring device 601]
The
例えば、車両のドアの表と裏にそれぞれ1つずつ電極612を設置しておき、ドアの表側の電極612を検出電極に設定し、裏側の電極612をシールド電極に設定することにより、ドアの裏側の影響を受けずに、ドアの表側の静電容量を計測することができる。逆に、ドアの表側の電極612をシールド電極に設定し、裏側の電極612を検出電極に設定することにより、ドアの表側の影響を受けずに、ドアの裏側の静電容量を計測することができる。
For example, by setting one
<7.第7の実施の形態>
次に、図50を参照して、本発明の第7の実施の形態について説明する。この第7の実施の形態は、2枚の電極間の静電容量を計測できるようにするものである。
<7. Seventh Embodiment>
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the seventh embodiment, the capacitance between two electrodes can be measured.
[静電容量計測装置701の構成例]
図50は、本発明の第7の実施の形態である静電容量計測装置701の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 701]
FIG. 50 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置701は、図2の静電容量計測装置101と比較して、接続端子T2および基準電圧電極711が追加されている点が異なる。
The
接続端子T2は、基準電圧点に接続されており、基準電圧電極711は、接続端子T2に接続されている。従って、基準電圧電極711の電圧は基準電圧点の電圧に保持される。
The connection terminal T2 is connected to a reference voltage point, and the
これにより、検出電極112と基準電圧電極711との間に発生する静電容量を計測することができる。そして、検出電極112と基準電圧電極711とで形成される空間付近に導電帯や誘電体が存在すると、静電容量の実測値が変化する。
Thereby, the electrostatic capacitance generated between the
<8.第8の実施の形態>
次に、図51および図52を参照して、本発明の第8の実施の形態について説明する。この第8の実施の形態は、本発明を、静電容量に基づいて周囲の物体の検出(例えば、物体の有無や動き等の検出)を行う静電容量センサに適用するようにしたものである。
<8. Eighth Embodiment>
Next, with reference to FIG. 51 and FIG. 52, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the eighth embodiment, the present invention is applied to a capacitance sensor that detects surrounding objects (for example, detection of the presence or absence of an object or movement) based on the capacitance. is there.
[静電容量センサ801の構成例]
図51は、本発明の第8の実施の形態である静電容量センサ801の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Sensor 801]
FIG. 51 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量センサ801は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ811が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ811は、マイクロコンピュータ111と比較して、物体検出部821が設けられ、演算処理部124および出力部125が設けられていない点が異なる。
The
物体検出部821は、パラメータ計測部123により計測される静電容量パラメータに基づいて、検出電極112の周囲の物体の有無を検出する。
The
[計測静電容量センサ801の処理]
次に、図52のフローチャートを参照して、静電容量センサ801により実行される物体検出処理について説明する。
[Processing of Measurement Capacitance Sensor 801]
Next, the object detection process executed by the
ステップS701乃至S706において、図4のステップS1乃至S6と同様の処理が行われ、検出電極112の静電容量Cxに基づく静電容量パラメータである、コンデンサC1の充電時間tが計測される。なお、上述したように、検出電極112の静電容量Cxが大きくなるほど、充電時間tは長くなり、静電容量Cxが小さくなるほど、充電時間tは短くなる。
In steps S701 to S706, processing similar to that in steps S1 to S6 in FIG. 4 is performed, and the charging time t of the capacitor C1, which is a capacitance parameter based on the capacitance Cx of the
ステップS707において、物体検出部821は、充電時間tが所定の閾値以上であるか否かを判定する。充電時間tが閾値以上であると判定された場合、すなわち、検出電極112の静電容量Cxが所定の値以上である場合、処理はステップS708に進む。
In step S707, the
ステップS708において、物体検出部821は、検出電極112の周囲に物体が存在すると判定する。物体検出部821は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
In step S <b> 708, the
一方、ステップS707において、充電時間tが閾値未満であると判定された場合、すなわち、検出電極112の静電容量Cxが所定の値未満である場合、処理はステップS709に進む。
On the other hand, if it is determined in step S707 that the charging time t is less than the threshold value, that is, if the capacitance Cx of the
ステップS709において、物体検出部821は、検出電極112の周囲に物体が存在しないと判定する。物体検出部821は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
In step S <b> 709, the
上述したように、静電容量パラメータの計測値は、物体103の影響をほとんど受けないため、物体103の影響をほとんど受けずに、検出電極112の周囲の物体(例えば、物体102)を確実に検出することができる。
As described above, since the measured value of the capacitance parameter is hardly affected by the
なお、他の静電容量パラメータ、例えば、上述した放電回数n、コンデンサC1の電圧Vc1、検出電極112の静電容量Cx等を用いて、物体の検出を行うようにしてもよい。
The object may be detected using other capacitance parameters, for example, the number of discharges n described above, the voltage Vc1 of the capacitor C1, the capacitance Cx of the
また、静電容量パラメータの変化に基づいて、物体の接近または遠離などの動きを検出するようにすることも可能である。 It is also possible to detect a movement of an object such as approaching or moving away based on a change in capacitance parameter.
<9.第9の実施の形態>
次に、図53および図54を参照して、本発明の第9の実施の形態について説明する。この第9の実施の形態では、物体103の電圧に応じて閾値電圧Vrefを自動設定できるようにするものである。
<9. Ninth Embodiment>
Next, with reference to FIGS. 53 and 54, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the ninth embodiment, the threshold voltage Vref can be automatically set according to the voltage of the
[静電容量計測装置901の構成例]
図53は、本発明の第9の実施の形態である静電容量計測装置901の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 901]
FIG. 53 is a diagram showing a configuration example of a
静電容量計測装置901は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ911が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ911は、マイクロコンピュータ111と比較して、閾値電圧設定部921が設けられている点が異なる。
The
閾値電圧設定部921は、パラメータ計測部123により計測される静電容量パラメータに基づいて、閾値電圧Vrefを求め、電圧計測部121、122に設定する。
The threshold voltage setting unit 921 obtains the threshold voltage Vref based on the capacitance parameter measured by the
[静電容量計測装置901の処理]
次に、図54のフローチャートを参照して、静電容量計測装置901により実行される閾値電圧設定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、検出電極112を実際に使用する位置に設置し、検出対象から除外したい物体103以外の物体が、検出電極112の周囲に存在しない状態で行われる。
[Processing of Capacitance Measuring Device 901]
Next, the threshold voltage setting process executed by the
ステップS801において、閾値電圧設定部921は、閾値電圧Vrefを仮設定する。例えば、閾値電圧設定部921は、電圧計測部121、122の閾値電圧Vrefを基準電圧点の電圧に設定する。
In step S801, the threshold voltage setting unit 921 temporarily sets the threshold voltage Vref. For example, the threshold voltage setting unit 921 sets the threshold voltage Vref of the
ステップS802において、図4を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップS901において仮設定した閾値電圧Vrefを用いて静電容量が計測され、計測結果が出力部125から閾値電圧設定部921に供給される。
In step S802, the measurement process described above with reference to FIG. 4 is executed. That is, the capacitance is measured using the threshold voltage Vref temporarily set in step S901, and the measurement result is supplied from the
ステップS803において、閾値電圧設定部921は、閾値電圧Vrefを変更する。例えば、閾値電圧設定部921は、電圧計測部121、122の閾値電圧Vrefを所定の値だけ大きくする。
In step S803, the threshold voltage setting unit 921 changes the threshold voltage Vref. For example, the threshold voltage setting unit 921 increases the threshold voltage Vref of the
ステップS804において、図4を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップS803において変更した閾値電圧Vrefを用いて、静電容量が計測され、計測結果が出力部125から閾値電圧設定部921に供給される。
In step S804, the measurement process described above with reference to FIG. 4 is executed. That is, the capacitance is measured using the threshold voltage Vref changed in step S803, and the measurement result is supplied from the
ステップS805において、閾値電圧設定部921は、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少しているか否かを判定する。いまの場合、まだ計測処理が2回しか行われていないため、この処理は行われずに、処理はステップS803に戻る。 In step S805, the threshold voltage setting unit 921 determines whether the current capacitance has increased from the previous time and the previous capacitance has decreased from the previous time. In this case, since the measurement process has been performed only twice, this process is not performed and the process returns to step S803.
その後、ステップS805において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定されるまで、ステップS803乃至S805の処理が繰り返し実行される。これにより、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Vrefが検索される。 Thereafter, in step S805, the processes of steps S803 to S805 are repeatedly executed until it is determined that the current capacitance has increased from the previous time and the previous capacitance has decreased from the previous time. Thereby, the threshold voltage Vref that minimizes the measured capacitance value is searched.
一方、ステップS805において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定された場合、処理はステップS806に進む。 On the other hand, if it is determined in step S805 that the current capacitance has increased from the previous time and the previous capacitance has decreased from the previous time, the process proceeds to step S806.
ステップS806において、閾値電圧設定部921は、前回の閾値電圧Vrefを正式な値に設定する。すなわち、前回の閾値電圧Vrefは、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Vrefであり、検出電極112の充電時の電圧(電圧Vcc−閾値電圧Vref)が物体103の電圧に最も近くなると予想される。従って、閾値電圧設定部921は、前回の閾値電圧Vrefを正式な値として、電圧計測部121、122に設定する。
In step S806, the threshold voltage setting unit 921 sets the previous threshold voltage Vref to an official value. That is, the previous threshold voltage Vref is the threshold voltage Vref that minimizes the measured capacitance value, and the voltage (voltage Vcc−threshold voltage Vref) at the time of charging the
その後、閾値電圧設定処理は終了する。 Thereafter, the threshold voltage setting process ends.
このようにして、検出対象から除外したい物体103の電圧に応じて閾値電圧Vrefを自動的に設定することができる。
In this way, the threshold voltage Vref can be automatically set according to the voltage of the
なお、以上の説明では、静電容量に基づいて閾値電圧Vrefを設定する例を示したが、静電容量以外の静電容量パラメータを用いて設定するようにしてもよい。 In the above description, the threshold voltage Vref is set based on the capacitance. However, the threshold voltage Vref may be set using a capacitance parameter other than the capacitance.
<10.変形例>
以上の説明では、静電容量パラメータを計測した後、演算処理部124により検出電極112の静電容量Cxを算出する例を示したが、静電容量Cxの値を特に求める必要がない場合、この演算処理を省略するようにしてもよい。
<10. Modification>
In the above description, the example in which the capacitance Cx of the
また、可能な範囲で各実施の形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、第3の実施の形態および第6乃至第9の実施の形態に、第2の実施の形態の静電容量計測装置201の構成を適用することが可能である。
Moreover, you may make it combine each embodiment in the possible range. For example, the configuration of the
さらに、以上の説明では、コンデンサC1乃至C3、検出電極112、シールド電極312に電荷を供給する電荷供給部126−1,126−2に電源Vccを用いる例を示したが、他の電荷供給手段を用いるようにしてもよい。なお、以上の説明では電源電圧Vccを元に電荷量を計算して静電容量を計算していたが、各コンデンサ、検出電極112、シールド電極312に供給される電荷量がわかれば、供給された電荷量をもとに静電容量を計算できる。
Furthermore, in the above description, the example in which the power supply Vcc is used for the charge supply units 126-1 and 126-2 that supply charges to the capacitors C1 to C3, the
例えば、定電流回路を電荷供給手段として用いるようにしてもよい。この場合、定電流回路は一定の電流で電荷を供給し続けるので、所定の時間の間に供給される電荷量は一定となる。従って、所定の時間の間に供給される電荷量に基づいて静電容量を求めることができる。また、この場合、各静電容量計測装置の抵抗R1の抵抗値を小さい値に設定することができる。 For example, a constant current circuit may be used as the charge supply means. In this case, since the constant current circuit continues to supply charges with a constant current, the amount of charge supplied during a predetermined time is constant. Therefore, the capacitance can be obtained based on the amount of charge supplied during a predetermined time. In this case, the resistance value of the resistor R1 of each capacitance measuring device can be set to a small value.
また、例えば、単位時間毎に所定の条件を満たす電荷を供給する所定電荷供給回路を用いるようにしてもよい。この場合、例えば、単位時間に所定量の電荷を供給するようにすることで、供給された所定量の電荷量を基に静電容量を求めることができる。なお、この場合、マイクロコンピュータのプログラム制御により供給する電荷量を変更できるようにしてもよい。 Further, for example, a predetermined charge supply circuit that supplies charges satisfying a predetermined condition every unit time may be used. In this case, for example, by supplying a predetermined amount of charge per unit time, the capacitance can be obtained based on the supplied amount of charge. In this case, the amount of charge supplied by program control of the microcomputer may be changed.
さらに、例えば、時間間隔を空けて、繰り返し電荷を供給する間歇電荷供給回路を用いるようにしてもよい。この場合、間歇的に所定の電荷が供給されるようにすれば、供給された電荷量をもとに静電容量を求めることができる。 Further, for example, an intermittent charge supply circuit that repeatedly supplies charges with a time interval may be used. In this case, if a predetermined charge is intermittently supplied, the capacitance can be obtained based on the supplied charge amount.
なお、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、上述したマイクロコンピュータの他、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。 The series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software. When a series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed in the computer. Here, in addition to the above-described microcomputer, a computer incorporated in dedicated hardware or various types of programs can be executed by installing various programs. For example, a general-purpose personal computer Includes computers.
また、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。 The program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Furthermore, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
101 静電容量計測装置
102,103 物体
111 マイクロコンピュータ
112 検出電極
121,122 電圧計測部
123 パラメータ計測部
124 演算処理部
141 比較器
201 静電容量計測装置
211 マイクロコンピュータ
221 パラメータ計測部
301 静電容量計測装置
311 マイクロコンピュータ
312 シールド電極
401 静電容量計測装置
411 マイクロコンピュータ
421 電圧計測部
422 同電位制御部
451 オフセットコンデンサ
501 静電容量計測装置
511 マイクロコンピュータ
521 パラメータ計測部
522 同電位制御部
601 静電容量計測装置
611 マイクロコンピュータ
612−1乃至612−n 電極
631−1乃至631−n 計測部
632 役割設定部
633 同電位制御部
701 静電容量計測装置
711 基準電圧電極
801 静電容量センサ
811 マイクロコンピュータ
821 物体検出部
901 静電容量計測装置
911 マイクロコンピュータ
921 閾値電圧設定部
C1乃至C3,C1−1乃至C1−n,C2−1乃至C2−n コンデンサ
R1,R2,R1−1乃至R1−n 抵抗
SW1乃至SW11 スイッチ
T1,T2,T1−1乃至T1−n 接続端子
P1乃至P7,P1−1乃至P1−n,P2−1乃至P2−n,P3−1乃至P3−n ポート
DESCRIPTION OF
Claims (11)
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
前記第1の電極を接続可能な第1の接続手段と、
第1の抵抗と、
静電容量が前記第1の電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、
静電容量が前記第1の電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記第1の接続手段に接続されている第2の蓄電器と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の抵抗の第2の一端に接続されている第1の開閉手段と、
第1の一端が第1の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第2の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続されている第3の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第4の開閉手段と、
第1の一端が前記第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第5の開閉手段と、
入力部が前記第1の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、
入力部が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と、
前記第1乃至第5の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段および前記第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
を備えることを特徴とする計測装置。 In the measuring device for measuring the capacitance between the first electrode and the space around the first electrode,
Charge supply means for supplying charge;
A ground that can be connected to an external reference voltage point;
First connection means capable of connecting the first electrode;
A first resistor;
A first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the first electrode and having a first end connected to a first end of the first resistor;
A second capacitance in which the capacitance is sufficiently larger than the first electrode, the first end is connected to the second end of the first capacitor, and the second end is connected to the first connection means. With a battery of
A first opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the first resistor;
A second opening / closing means having a first end connected to a second end of the first opening / closing means and a second end connected to the ground;
A third opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the first battery;
A fourth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third opening / closing means and a second end connected to the ground;
A fifth opening / closing means having a first end connected to a second end of the second capacitor and a second end connected to the ground;
First voltage measuring means having an input connected to a second end of the first opening and closing means;
A second voltage measuring means having an input portion connected to a second end of the third opening / closing means;
Capacitance measuring means for controlling the first to fifth opening / closing means and for measuring the capacitance based on voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means. A measuring device comprising: and.
前記第2の開閉手段、前記第4の開閉手段、および、前記第5の開閉手段を制御して、前記第1の蓄電器、前記第2の蓄電器、および、前記第1の接続手段に接続されている前記第1の電極の電荷を放電させてから、前記第1の開閉手段および前記第5の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第1の蓄電器および前記第2の蓄電器を充電した後、
前記第3の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器および前記第1の電極を充電してから、前記第2の開閉手段および前記第5の開閉手段を制御し、前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第1の蓄電器および前記第2の蓄電器の電荷を放電するとともに、前記第1の電極の電荷を放電する充放電処理を1回以上実行し、
前記充放電処理により前記第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The capacitance measuring means is
The second opening / closing means, the fourth opening / closing means, and the fifth opening / closing means are controlled to be connected to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. The first opening / closing means and the fifth opening / closing means are controlled after discharging the electric charge of the first electrode, and the first capacitor is controlled until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. And charging the second capacitor and the second capacitor,
The second capacitor is controlled by controlling the third switch and charging the second capacitor and the first electrode, and then controlling the second switch and the fifth switch. The charge of the first capacitor and the second capacitor is discharged until the voltage reaches the threshold, and the charge / discharge process for discharging the charge of the first electrode is performed once or more,
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the capacitance is measured based on an amount of electric charge released from the first battery by the charge / discharge process.
前記第1の電圧計測手段の入力部が、前記第1の開閉手段の第2の一端ではなく、前記第6の開閉手段の第1の一端に接続され、
前記静電容量計測手段は、前記第1乃至第6の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段および前記第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 A sixth opening / closing means having a first end connected to a first end of the first capacitor and a second end connected to the ground;
The input part of the first voltage measuring means is connected to the first end of the sixth opening means instead of the second end of the first opening means,
The capacitance measuring means controls the first to sixth opening / closing means, and based on the voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means, The measuring device according to claim 1, wherein:
前記第4の開閉手段、前記第5の開閉手段、および、前記第6の開閉手段を制御して、前記第1の蓄電器、前記第2の蓄電器、および、前記第1の接続手段に接続されている前記第1の電極の電荷を放電させてから、前記第1の開閉手段および前記第5の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第1の蓄電器および前記第2の蓄電器を充電した後、
前記第3の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器および前記第1の電極を充電してから、前記第2の開閉手段および前記第5の開閉手段を制御し、前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第1の蓄電器および前記第2の蓄電器の電荷を放電するとともに、前記第1の電極の電荷を放電する充放電処理を1回以上実行し、
前記充放電処理により前記第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項3に記載の計測装置。 The capacitance measuring means is
The fourth opening / closing means, the fifth opening / closing means, and the sixth opening / closing means are controlled to be connected to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. The first opening / closing means and the fifth opening / closing means are controlled after discharging the electric charge of the first electrode, and the first capacitor is controlled until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. And charging the second capacitor and the second capacitor,
The second capacitor is controlled by controlling the third switch and charging the second capacitor and the first electrode, and then controlling the second switch and the fifth switch. The charge of the first capacitor and the second capacitor is discharged until the voltage reaches the threshold, and the charge / discharge process for discharging the charge of the first electrode is performed once or more,
The measurement device according to claim 3, wherein the capacitance is measured based on an amount of charge released from the first capacitor by the charge / discharge process.
さらに備えることを特徴とする請求項2または4に記載の計測装置。 The threshold value setting means which sets the said threshold value with which the said electrostatic capacitance measured by the said electrostatic capacitance measurement means becomes the minimum among several different said threshold values is further provided. 4. The measuring device according to 4.
をさらに備えることを特徴とする請求項1または3に記載の計測装置。 The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: second connection means connected to the ground and capable of connecting a second electrode.
第2の抵抗と、
静電容量が前記第2の電極より十分大きく、第1の一端が前記第2の抵抗の第1の一端に接続され、第2の一端が前記第2の接続手段に接続されている第3の蓄電器と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第2の抵抗の第2の一端に接続されている第7の開閉手段と、
第1の一端が前記第7の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第8の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第9の開閉手段と、
入力部が前記第7の開閉手段の第2の一端に接続されている第3の電圧計測手段と、
前記第7乃至第9の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器と前記第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項1または3に記載の計測装置。 A second connecting means capable of connecting the second electrode;
A second resistor;
A third capacitor having a sufficiently larger capacitance than the second electrode, a first end connected to the first end of the second resistor, and a second end connected to the second connection means; With a battery of
A seventh opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the second resistor;
An eighth opening / closing means having a first end connected to a second end of the seventh opening / closing means and a second end connected to the ground;
A ninth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third capacitor and a second end connected to the ground;
A third voltage measuring means having an input portion connected to a second end of the seventh opening / closing means;
2. The same potential control means for controlling the seventh to ninth opening / closing means to control the second capacitor and the third capacitor to have the same voltage. Or the measuring apparatus of 3.
第1の一端が前記第10の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第11の開閉手段と
をさらに備え、
前記第3の電圧計測手段は、前記第7の開閉手段の第2の一端ではなく、前記第10の開閉手段の第2の一端に接続され、
前記同電位制御手段は、前記第7乃至第11の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器と前記第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御する
ことを特徴とする請求項7に記載の計測装置。 A tenth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a first end of the third battery;
An eleventh opening / closing means having a first end connected to a second end of the tenth opening / closing means and a second end connected to the ground;
The third voltage measuring means is connected to the second end of the tenth opening / closing means instead of the second end of the seventh opening / closing means,
The said same electric potential control means controls the said 7th thru | or 11th opening-and-closing means, It controls so that a said 2nd electrical storage device and a said 3rd electrical storage device may become the same voltage. The measuring device described.
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
複数のユニットであって、
前記電極を接続可能な接続手段と、
抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記第1の接続手段に接続されている第2の蓄電器と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記抵抗の第2の一端に接続されている第1の開閉手段と、
第1の一端が第1の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第2の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続されている第3の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第4の開閉手段と、
第1の一端が前記第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第5の開閉手段と、
入力部が前記第1の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、
入力部が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と、
前記第1乃至第5の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段および前記第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
をそれぞれ備える複数のユニットと、
複数の前記ユニットの前記接続手段にそれぞれ接続されている複数の前記電極を、前記静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、
複数の前記電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
を備えることを特徴とする計測装置。 In a measuring device for measuring the capacitance between the electrode and the space around the electrode,
Charge supply means for supplying charge;
A ground that can be connected to an external reference voltage point;
Multiple units,
Connection means capable of connecting the electrodes;
Resistance,
A first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode and having a first end connected to a first end of the resistor;
A second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode, a first end connected to a second end of the first capacitor, and a second end connected to the first connection means; ,
A first opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the resistor;
A second opening / closing means having a first end connected to a second end of the first opening / closing means and a second end connected to the ground;
A third opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the first battery;
A fourth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third opening / closing means and a second end connected to the ground;
A fifth opening / closing means having a first end connected to a second end of the second capacitor and a second end connected to the ground;
First voltage measuring means having an input connected to a second end of the first opening and closing means;
A second voltage measuring means having an input portion connected to a second end of the third opening / closing means;
Capacitance measuring means for controlling the first to fifth opening / closing means and for measuring the capacitance based on voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means. A plurality of units each comprising and
Role setting means for setting a plurality of the electrodes respectively connected to the connection means of the plurality of units as either a detection electrode used for detecting the capacitance or a shield electrode used for shielding an electric field;
And a same potential control means for controlling the plurality of electrodes to have the same voltage.
前記電極と、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記電極に接続されている第2の蓄電器と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記抵抗の第2の一端に接続されている第1の開閉手段と、
第1の一端が第1の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第2の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続されている第3の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第4の開閉手段と、
第1の一端が前記第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第5の開閉手段と、
入力部が前記第1の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、
入力部が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と、
前記第1乃至第5の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段および前記第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と、
前記静電容量に基づいて、前記電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段と
を備えることを特徴とする静電容量センサ。 In a capacitance sensor that detects an object based on capacitance between an electrode and a space around the electrode,
The electrode;
Charge supply means for supplying charge;
A ground that can be connected to an external reference voltage point;
Resistance,
A first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode and having a first end connected to a first end of the resistor;
A second capacitor having a capacitance sufficiently larger than the electrode, a first end connected to a second end of the first capacitor, and a second end connected to the electrode;
A first opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the resistor;
A second opening / closing means having a first end connected to a second end of the first opening / closing means and a second end connected to the ground;
A third opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the first battery;
A fourth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third opening / closing means and a second end connected to the ground;
A fifth opening / closing means having a first end connected to a second end of the second capacitor and a second end connected to the ground;
First voltage measuring means having an input connected to a second end of the first opening and closing means;
A second voltage measuring means having an input portion connected to a second end of the third opening / closing means;
Capacitance measuring means for controlling the first to fifth opening / closing means and for measuring the capacitance based on voltages measured by the first voltage measuring means and the second voltage measuring means. When,
An electrostatic capacity sensor comprising: an object detection unit configured to detect an object around the electrode based on the electrostatic capacity.
静電容量が前記電極より十分大きい第1の蓄電器、静電容量が前記電極より十分大きく、前記電極に直列に接続されている第2の蓄電器、および、前記電極を放電する放電ステップと、
前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第1の蓄電器および前記第2の蓄電器に同じ量の電荷を供給し充電する第1の充電ステップと、
前記第2の蓄電器と前記電極からなる直列回路の両端に前記閾値より大きい所定の電圧を印加し、前記第2の蓄電器および前記電極を充電する第2の充電ステップと、
前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第1の蓄電器および前記第2の蓄電器から同じ量の電荷を放電する放電ステップと、
前記第2の充電ステップおよび前記放電ステップの処理を1回以上実行することにより前記第1の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する計測ステップと
を含む計測方法。 In the measuring method of the measuring device that measures the capacitance between the electrode and the space around the electrode,
A first capacitor having a capacitance sufficiently larger than the electrode, a second capacitor having a capacitance sufficiently larger than the electrode and connected in series to the electrode, and a discharging step of discharging the electrode;
A first charging step of supplying and charging the same amount of charge to the first capacitor and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold;
A second charging step of applying a predetermined voltage larger than the threshold value to both ends of a series circuit including the second capacitor and the electrode, and charging the second capacitor and the electrode;
A discharging step of discharging the same amount of charge from the first capacitor and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches the threshold;
A measurement method comprising: measuring the capacitance based on an amount of charge released from the first battery by executing the processes of the second charging step and the discharging step one or more times.
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