JP7460435B2 - 静電容量型近接検出装置 - Google Patents
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Description
前記センサ電極と前記グランド電極との間に配置されたアクティブガード電極と、
前記センサ電極に励起電圧を印加すると共に、前記センサ電極に励起電圧を印加させたときの前記センサ電極における電荷移動量に基づいて前記センサ電極と前記検出対象との間の静電容量Cxを検出する静電容量検出回路と、
入力端子が前記静電容量検出回路における前記センサ電極への電圧印加端子に接続され、出力端子が前記アクティブガード電極に接続される複数のバッファ回路と、を備え、
前記アクティブガード電極への励起電圧が前記センサ電極への励起電圧に対して遅れる時間tdと、当該遅れ時間tdの間に前記センサ電極に流れる電流Iと、前記センサ電極への励起電圧Eとに基づいて、測定オフセット値が算出され、
前記静電容量検出回路の測定レンジは、前記測定オフセット値の分だけオフセットされた状態において、前記センサ電極と前記検出対象との間の静電容量Cxを検出可能なレンジに設定されている、静電容量型近接検出装置にある。
静電容量型近接検出装置1(以下、「検出装置」と称する)の適用例について図1を参照して説明する。検出装置1は、例えば、人協働ロボット2に配置され、検出対象3の一例である人が人協働ロボット2に近接したことを検出する装置として適用できる。そして、検出対象3である人が人協働ロボット2に対して所定距離以内に近接していると判定された場合には、人協働ロボット2を停止させたり、警告を発したりすることができる。
検出装置1の構成について図2を参照して説明する。検出装置1は、センサ本体10と回路ユニット20とを備える。センサ本体10は、シート状に形成されている。センサ本体10は、センサ電極11、グランド電極12、および、アクティブガード電極13を備える。
(3-1.基本原理の説明)
検出装置1による静電容量Cxの検出における基本原理について図3を参照して説明する。検出回路21が、センサ電極11に対して矩形励起電圧を印加する。検出回路21とアクティブガード電極13との間には、複数のバッファ回路22,23が接続されている。従って、理想的な状態としては、アクティブガード電極13への励起電圧が、センサ電極11への矩形励起電圧に一致する。
ただし、実際には、センサ電極11に矩形励起電圧を印加した場合において、寄生容量Czが静電容量Cxの変化の大きさの検出可能範囲に対して非常に大きいことに起因して、アクティブガード電極13への励起電圧が、センサ電極11に印加される矩形励起電圧に対して遅れ(ずれ)を生じることが分かった。
上述したように、遅れ時間tdを考慮した上で、検出対象3との静電容量Cxを検出できるようにするために、以下のように検出装置1の設計を行う。図5に加えて、検出回路21における測定レンジを示す図6を参照して説明する。なお、図6の検出値を示す黒点は、検出対象3である人が、人協働ロボット2に近づいてきて、一定の距離の位置に停止している状態を示す。
次に、本例と比較例1,2とについて、センサ電極11への励起電圧V1に対するアクティブガード電極13への励起電圧V2の遅れについて、図7-図10を参照して説明する。
上記のように、検出装置1は、アクティブガード電極13へ励起電圧V2を印加する回路として、複数のバッファ回路22,23が設けられている。仮に、1個のバッファ回路のみが設けられている場合には、アクティブガード電極13とグランド電極12との間の寄生容量Czが大きいと、センサ電極11への励起電圧V1とアクティブガード電極13への励起電圧V2とのずれが大きくなる。センサ電極11とアクティブガード電極13の電位差が生じることにより、センサ電極11とグランド電極12との間の寄生容量Cyが大きくなってしまう。特に、検出対象3とセンサ電極11との間の静電容量Cxが小さい場合には、センサ電極11とグランド電極12との間の寄生容量Cyの影響により、検出対象3の静電容量Cxを検出できない。
Claims (7)
- 検出対象の近接を検出するためのセンサ電極と、
前記センサ電極における前記検出対象とは反対側に配置されたグランド電極と、
前記センサ電極と前記グランド電極との間に配置されたアクティブガード電極と、
前記センサ電極に励起電圧を印加すると共に、前記センサ電極に励起電圧を印加させたときの前記センサ電極における電荷移動量に基づいて前記センサ電極と前記検出対象との間の静電容量Cxを検出する静電容量検出回路と、
入力端子が前記静電容量検出回路における前記センサ電極への電圧印加端子に接続され、出力端子が前記アクティブガード電極に接続される複数のバッファ回路と、
を備え、
前記アクティブガード電極への励起電圧が前記センサ電極への励起電圧に対して遅れる時間tdと、当該遅れ時間tdの間に前記センサ電極に流れる電流Iと、前記センサ電極への励起電圧Eとに基づいて、測定オフセット値が算出され、
前記静電容量検出回路の測定レンジは、前記測定オフセット値の分だけオフセットされた状態において、前記センサ電極と前記検出対象との間の静電容量Cxを検出可能なレンジに設定されている、静電容量型近接検出装置。 - 前記複数のバッファ回路は、並列に接続されている、請求項1に記載の静電容量型近接検出装置。
- 前記測定レンジC_rangeは、下記式を満たす、請求項1又は2に記載の静電容量型近接検出装置。
1/2×C_range > I×td/E - 検出可能な前記センサ電極と前記検出対象との間の静電容量Cxの変化の大きさは、前記アクティブガード電極への励起電圧が前記センサ電極への励起電圧に対して遅れる場合における前記センサ電極と前記グランド電極との間の寄生容量Cyより小さい、請求項1-3の何れか1項に記載の静電容量型近接検出装置。
- 検出可能な前記静電容量Cxの変化の大きさは、前記遅れる場合における前記寄生容量Cyの1/1000以下である、請求項4に記載の静電容量型近接検出装置。
- 前記アクティブガード電極と前記グランド電極との間の寄生容量Czは、1000pF以上であり、
検出可能な前記センサ電極と前記検出対象との間の静電容量Cxの変化の大きさは、1pF以下である、請求項1-5の何れか1項に記載の静電容量型近接検出装置。 - 前記センサ電極、前記グランド電極、及び、前記アクティブガード電極は、人協働ロボットに配置され、
前記静電容量検出回路は、前記センサ電極と前記検出対象としての人との間の静電容量Cxを検出する、請求項1-6の何れか1項に記載の静電容量型近接検出装置。
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