JPH0729467A - 静電容量形近接センサ - Google Patents
静電容量形近接センサInfo
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- JPH0729467A JPH0729467A JP19395693A JP19395693A JPH0729467A JP H0729467 A JPH0729467 A JP H0729467A JP 19395693 A JP19395693 A JP 19395693A JP 19395693 A JP19395693 A JP 19395693A JP H0729467 A JPH0729467 A JP H0729467A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサ部を分離した静電容量形の近接センサ
において、簡単な構造で特性を安定化させるようにする
こと。 【構成】 センサ部を３層のプリント基板によって構成
し、その第１層のパターンを検知電極１２ａとする。第
１層に最も近い第２の層のパターンを同相シールドパタ
ーン１２ｂとする。そしてこのパターン１２ｂに隣接す
る第３層のパターンを第１，第２のパターンを保護する
シールドアースパターン１２ｃとする。こうすればセン
サ部が３層基板で構成され、スイッチ主回路部に静電容
量の変化によって発振する発振回路を設けることによっ
て簡単な構造となる。又構造が固定されている３層基板
を用いているため、特性を安定化させることができる。
において、簡単な構造で特性を安定化させるようにする
こと。 【構成】 センサ部を３層のプリント基板によって構成
し、その第１層のパターンを検知電極１２ａとする。第
１層に最も近い第２の層のパターンを同相シールドパタ
ーン１２ｂとする。そしてこのパターン１２ｂに隣接す
る第３層のパターンを第１，第２のパターンを保護する
シールドアースパターン１２ｃとする。こうすればセン
サ部が３層基板で構成され、スイッチ主回路部に静電容
量の変化によって発振する発振回路を設けることによっ
て簡単な構造となる。又構造が固定されている３層基板
を用いているため、特性を安定化させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセンサとなるセンサ部及
びスイッチの主回路部を分離した分離型の静電容量形近
接センサに関するものである。
びスイッチの主回路部を分離した分離型の静電容量形近
接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来検知電極と発振回路とをセンサ部と
し、センサ部と検出スイッチ主回路部とを分離した分離
型の近接スイッチが提案されている。図３はこのような
従来の分離型近接スイッチのセンサ部の構成を示す回路
図である。本図に示すように検知電極１はセンサ部の物
体検知面に配置された電極であって、トランジスタＱ１
のベースに接続される。トランジスタＱ１，Ｑ２は増幅
器を構成しており、その出力の一部が検知電極１に近接
する位置まで延ばされてこの間の静電容量Ｃ１が負帰還
用の容量となっている。又コンデンサＣ２は正帰還用の
コンデンサである。この発振回路は物体の近接によって
検知電極１と接地端間の静電容量が大きくなると、静電
容量Ｃ１による負帰還量が少なくなって発振を開始す
る。このような発振回路をそのままセンサ部に設けてい
るため、センサ部と発振回路を除く近接スイッチ（以下
主回路部という）とは電源内及び発振出力を主回路部に
与えるため３本のラインで接続されていた。
し、センサ部と検出スイッチ主回路部とを分離した分離
型の近接スイッチが提案されている。図３はこのような
従来の分離型近接スイッチのセンサ部の構成を示す回路
図である。本図に示すように検知電極１はセンサ部の物
体検知面に配置された電極であって、トランジスタＱ１
のベースに接続される。トランジスタＱ１，Ｑ２は増幅
器を構成しており、その出力の一部が検知電極１に近接
する位置まで延ばされてこの間の静電容量Ｃ１が負帰還
用の容量となっている。又コンデンサＣ２は正帰還用の
コンデンサである。この発振回路は物体の近接によって
検知電極１と接地端間の静電容量が大きくなると、静電
容量Ｃ１による負帰還量が少なくなって発振を開始す
る。このような発振回路をそのままセンサ部に設けてい
るため、センサ部と発振回路を除く近接スイッチ（以下
主回路部という）とは電源内及び発振出力を主回路部に
与えるため３本のラインで接続されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のセン
サ分離型の静電容量形近接スイッチでは、センサ部内に
発振回路をそのまま設けているためセンサ部内の構造が
複雑になるという欠点があった。
サ分離型の静電容量形近接スイッチでは、センサ部内に
発振回路をそのまま設けているためセンサ部内の構造が
複雑になるという欠点があった。
【０００４】又従来の発振回路はその振幅出力の一部が
検知電極１に近接する位置にまで延長されて負帰還の静
電容量が形成されているが、各機器によってその静電容
量にばらつきがあり、特性が安定化しないという欠点が
あった。
検知電極１に近接する位置にまで延長されて負帰還の静
電容量が形成されているが、各機器によってその静電容
量にばらつきがあり、特性が安定化しないという欠点が
あった。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、センサ部の構造を簡略化し、特
性を安定化させるようにすることを技術的課題とする。
なされたものであって、センサ部の構造を簡略化し、特
性を安定化させるようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はセンサ部と主回
路部とが分離された静電容量形近接センサであって、セ
ンサ部は、物体検知面に向けられ検知電極として用いら
れる第１層のパターン、検知電極をシールドする同相シ
ールド電極として用いられ第１のパターンと微小ギャッ
プを介して形成された第２層の同相シールドパターン、
及び接地された第３層のパターンを有し、該第１〜第３
層のパターンが多層化された少なくとも３層のプリント
基板により形成されたものであり、主回路部は、センサ
部の検知電極及びシールド電極が夫々シールドケーブル
を介して接続され、検知電極が入力端、同相シールド電
極が夫々出力端に接続されたバッファ回路を有し、セン
サ部の検知電極と物体との間の静電容量の変化に基づい
た周波数で発振する発振回路と、発振回路の発振周波数
の変化に基づいて物体の近接を検知する検知回路部と、
を含むことを特徴とするものである。
路部とが分離された静電容量形近接センサであって、セ
ンサ部は、物体検知面に向けられ検知電極として用いら
れる第１層のパターン、検知電極をシールドする同相シ
ールド電極として用いられ第１のパターンと微小ギャッ
プを介して形成された第２層の同相シールドパターン、
及び接地された第３層のパターンを有し、該第１〜第３
層のパターンが多層化された少なくとも３層のプリント
基板により形成されたものであり、主回路部は、センサ
部の検知電極及びシールド電極が夫々シールドケーブル
を介して接続され、検知電極が入力端、同相シールド電
極が夫々出力端に接続されたバッファ回路を有し、セン
サ部の検知電極と物体との間の静電容量の変化に基づい
た周波数で発振する発振回路と、発振回路の発振周波数
の変化に基づいて物体の近接を検知する検知回路部と、
を含むことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】このような特徴を有する本発明によれば、セン
サ部は少なくとも３層のプリント基板によって構成さ
れ、検知電極と対地間に物体が接近しているかどうかを
検知電極と対地間との静電容量の変化として判別してい
る。検知電極と同相シールド電極とはシールドケーブル
によって主回路部の発振回路を構成するバッファ回路の
夫々入出力端に接続されている。従ってこれらの電極は
常に同一電位となり、この間では充放電が行われないた
め、これらの電極間の静電容量は無視できるものとな
る。そしてこれらの第１，第２の電極は第３のシールド
アースパターンによって外部の影響が除かれる。この状
態で検知電極に物体が接近すれば、検知電極と対地間と
の静電容量が変化する。そしてこの静電容量に対応した
周波数で発振する主回路部の発振回路を用い、その発振
周波数の変化によって物体を検出するようにしている。
サ部は少なくとも３層のプリント基板によって構成さ
れ、検知電極と対地間に物体が接近しているかどうかを
検知電極と対地間との静電容量の変化として判別してい
る。検知電極と同相シールド電極とはシールドケーブル
によって主回路部の発振回路を構成するバッファ回路の
夫々入出力端に接続されている。従ってこれらの電極は
常に同一電位となり、この間では充放電が行われないた
め、これらの電極間の静電容量は無視できるものとな
る。そしてこれらの第１，第２の電極は第３のシールド
アースパターンによって外部の影響が除かれる。この状
態で検知電極に物体が接近すれば、検知電極と対地間と
の静電容量が変化する。そしてこの静電容量に対応した
周波数で発振する主回路部の発振回路を用い、その発振
周波数の変化によって物体を検出するようにしている。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例による静電容量形近
接スイッチのセンサ部及びアンプ部の前段部分を示す図
である。本図においてセンサ部１１は３層のプリント基
板１２によって構成される。このプリント基板１２の一
方の面に形成される第１層のパターンは物体検知領域に
対向して配置された検知電極１２ａであり、プリント基
板１２の内部のパターンはこの検知電極１２ａをシール
ドするための第２層パターン、即ち同相シールドパター
ン１２ｂとする。又このプリント基板１２の他方の面に
形成される第３層のパターンをアースパターン１２ｃと
する。シールドアースパターン１２ｃは検知電極１２
ａ，同相シールドパターン１２ｂに対する外来ノイズの
影響を少なくするためのパターンである。そしてパター
ン１２ａ，１２ｂを夫々シールドケーブル１３の芯線及
び被覆線に接続し、主回路部１４側に接続する。主回路
部１４において検知電極１２ａが接続される芯線はバッ
ファ回路１５の入力端に接続される。そしてバッファ回
路１５の出力端はシールド線１３の被覆線に接続され、
又シュミットトリガインバータ１６の入力端に接続され
る。帰還抵抗Ｒはシュミットトリガインバータ１６の出
力端とバッファ回路１５の入力端との間に接続する。
接スイッチのセンサ部及びアンプ部の前段部分を示す図
である。本図においてセンサ部１１は３層のプリント基
板１２によって構成される。このプリント基板１２の一
方の面に形成される第１層のパターンは物体検知領域に
対向して配置された検知電極１２ａであり、プリント基
板１２の内部のパターンはこの検知電極１２ａをシール
ドするための第２層パターン、即ち同相シールドパター
ン１２ｂとする。又このプリント基板１２の他方の面に
形成される第３層のパターンをアースパターン１２ｃと
する。シールドアースパターン１２ｃは検知電極１２
ａ，同相シールドパターン１２ｂに対する外来ノイズの
影響を少なくするためのパターンである。そしてパター
ン１２ａ，１２ｂを夫々シールドケーブル１３の芯線及
び被覆線に接続し、主回路部１４側に接続する。主回路
部１４において検知電極１２ａが接続される芯線はバッ
ファ回路１５の入力端に接続される。そしてバッファ回
路１５の出力端はシールド線１３の被覆線に接続され、
又シュミットトリガインバータ１６の入力端に接続され
る。帰還抵抗Ｒはシュミットトリガインバータ１６の出
力端とバッファ回路１５の入力端との間に接続する。
【０００９】ここで検知電極１２ａに接地された物体が
近接すればその間の静電容量Ｃｄが増加する。バッファ
回路１５とシュミットトリガインバータ１６はこの静電
容量Ｃｄと帰還抵抗Ｒを時定数として発振する発振回路
１７を構成しており、その出力は周期カウンタ１８に接
続される。周期カウンタ１８は発振回路の発振周期を測
定するものであって、その出力はリニアライザ１９に与
えられる。リニアライザ１９は周期の変化を物体までの
距離に対する変化として直線化するものである。リニア
ライザ１９の出力は表示回路２０及び比較回路２１に入
力される。比較回路２１は入力信号を所定の閾値で弁別
するものであり、物体の有無の判別信号として出力回路
２２により出力される。
近接すればその間の静電容量Ｃｄが増加する。バッファ
回路１５とシュミットトリガインバータ１６はこの静電
容量Ｃｄと帰還抵抗Ｒを時定数として発振する発振回路
１７を構成しており、その出力は周期カウンタ１８に接
続される。周期カウンタ１８は発振回路の発振周期を測
定するものであって、その出力はリニアライザ１９に与
えられる。リニアライザ１９は周期の変化を物体までの
距離に対する変化として直線化するものである。リニア
ライザ１９の出力は表示回路２０及び比較回路２１に入
力される。比較回路２１は入力信号を所定の閾値で弁別
するものであり、物体の有無の判別信号として出力回路
２２により出力される。
【００１０】次に本実施例の動作を説明する。まず電源
を投入すると、シュミットトリガインバータ１６の電源
電圧は図２（ａ）に示すようにすぐに立上る。シュミッ
トトリガインバータ１６は一定のヒステリシスを有する
ため、その入力レベルは最初は０レベルであり、帰還抵
抗Ｒを介して徐々にコンデンサＣｄが充電される。従っ
て電極１２ａの電位は図２（ｂ）に示すように徐々に上
昇する。そしてシュミットトリガインバータ１６の閾値
を越えれば出力は反転する。図２（ｃ）はシュミットト
リガインバータ１６の出力を示している。反転後は抵抗
Ｒを介してコンデンサＣｄの容量が放電することとな
る。
を投入すると、シュミットトリガインバータ１６の電源
電圧は図２（ａ）に示すようにすぐに立上る。シュミッ
トトリガインバータ１６は一定のヒステリシスを有する
ため、その入力レベルは最初は０レベルであり、帰還抵
抗Ｒを介して徐々にコンデンサＣｄが充電される。従っ
て電極１２ａの電位は図２（ｂ）に示すように徐々に上
昇する。そしてシュミットトリガインバータ１６の閾値
を越えれば出力は反転する。図２（ｃ）はシュミットト
リガインバータ１６の出力を示している。反転後は抵抗
Ｒを介してコンデンサＣｄの容量が放電することとな
る。
【００１１】以後は図２（ｂ），（ｃ）に示すように一
定の周期で充放電を繰り返し、この周波数で発振する。
ここで物体が接近していなければＣｄは小さい値である
ため、高い周波数で発振する。そして物体が接近すれば
その物体までの距離をｄとすると、発振周期は検知電極
１２ａと物体までの距離ｄにほぼ比例している。従って
発振周期は長くなるが、その周期を周期カウンタ１８に
よって計数し、リニアライザ１９を介して直線化するこ
とによって物体までの距離を表示することができる。こ
の場合には物体の面積が固定されている必要があるた
め、同一の物体までの距離を測定するものとする。又リ
ニアライザ１９はこの物体を規定の位置に設定したとき
の出力によってあらかじめ校正しておくものとする。こ
うすれば物体までの距離を正確に表示することができ
る。又その物体までの距離に基づいたスイッチング信号
を出力することも可能となる。
定の周期で充放電を繰り返し、この周波数で発振する。
ここで物体が接近していなければＣｄは小さい値である
ため、高い周波数で発振する。そして物体が接近すれば
その物体までの距離をｄとすると、発振周期は検知電極
１２ａと物体までの距離ｄにほぼ比例している。従って
発振周期は長くなるが、その周期を周期カウンタ１８に
よって計数し、リニアライザ１９を介して直線化するこ
とによって物体までの距離を表示することができる。こ
の場合には物体の面積が固定されている必要があるた
め、同一の物体までの距離を測定するものとする。又リ
ニアライザ１９はこの物体を規定の位置に設定したとき
の出力によってあらかじめ校正しておくものとする。こ
うすれば物体までの距離を正確に表示することができ
る。又その物体までの距離に基づいたスイッチング信号
を出力することも可能となる。
【００１２】このような構成によれば、検知電極１２ａ
と同相シールドパターン１２ｂとはシールドケーブル１
３を介してバッファ回路１５の入出力端に接続されてい
るため、常に同位相，同電圧となる。そのため検知電極
１２ａは同相シールドパターンとの間の静電容量の影響
を受けなくなる。このためシールドケーブル１３によっ
て検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離する
ことができる。
と同相シールドパターン１２ｂとはシールドケーブル１
３を介してバッファ回路１５の入出力端に接続されてい
るため、常に同位相，同電圧となる。そのため検知電極
１２ａは同相シールドパターンとの間の静電容量の影響
を受けなくなる。このためシールドケーブル１３によっ
て検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離する
ことができる。
【００１３】尚本実施例においては第３のパターンをア
ースパターンとして接地するようにしているが、センサ
部１１のケースが金属体で構成されておらず金属体に接
地できない場合には、シールド線を介して主回路部の接
地電圧に接続しておくものとする。
ースパターンとして接地するようにしているが、センサ
部１１のケースが金属体で構成されておらず金属体に接
地できない場合には、シールド線を介して主回路部の接
地電圧に接続しておくものとする。
【００１４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、センサ部が３層プリント基板のみで構成されている
ため、センサ部の構造が極めて簡単となり、特性を安定
化することができる。
ば、センサ部が３層プリント基板のみで構成されている
ため、センサ部の構造が極めて簡単となり、特性を安定
化することができる。
【図１】本発明の一実施例による静電容量形近接スイッ
チの構成を示すブロック図である。
チの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図３】従来の静電容量形近接スイッチのセンサ部の構
成を示す回路図である。
成を示す回路図である。
１１ センサ部 １２ プリント基板 １２ａ 検知電極 １２ｂ 同相シールドパターン １２ｃ シールドアースパターン １３ シールドケーブル １４ 主回路部 １５ バッファ回路 １６ シュミットトリガインバータ １７ 発振回路 １８ 周期カウンタ １９ リニアライザ
Claims (1)
- 【請求項１】 センサ部と主回路部とが分離された静電
容量形近接センサにおいて、 前記センサ部は、物体検知面に向けられ検知電極として
用いられる第１層のパターン、前記検知電極をシールド
する同相シールド電極として用いられ第１のパターンと
微小ギャップを介して形成された第２層の同相シールド
パターン、及び接地された第３層のパターンを有し、該
第１〜第３層のパターンが多層化された少なくとも３層
のプリント基板により形成されたものであり、 前記主回路部は、前記センサ部の検知電極及びシールド
電極が夫々シールドケーブルを介して接続され、検知電
極が入力端、同相シールド電極が夫々出力端に接続され
たバッファ回路を有し、前記センサ部の検知電極と物体
との間の静電容量の変化に基づいた周波数で発振する発
振回路と、 前記発振回路の発振周波数の変化に基づいて物体の近接
を検知する検知回路部と、を含むものであることを特徴
とする静電容量形近接センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19395693A JP3579908B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 静電容量形近接センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19395693A JP3579908B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 静電容量形近接センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729467A true JPH0729467A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3579908B2 JP3579908B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=16316560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19395693A Expired - Fee Related JP3579908B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 静電容量形近接センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3579908B2 (ja) |
Cited By (18)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2001035327A (ja) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 静電容量型近接センサ |
| JP2002062105A (ja) * | 2000-08-23 | 2002-02-28 | Sunx Ltd | ヘッド分離型センサ、静電容量式センサ及びウエハ検出装置 |
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| JP2003505675A (ja) * | 1999-07-15 | 2003-02-12 | オートモーティブ システムズ ラボラトリー インコーポレーテッド | 近接センサ |
| JP2004340662A (ja) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Omron Corp | 物体検知センサ |
| GB2404443A (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-02 | Automotive Electronics Ltd Ab | Capacitive proximity sensor |
| JP2006032085A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Fujikura Ltd | 静電容量式近接センサ |
| JP2006177838A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Fujikura Ltd | 静電容量式近接センサ及びその出力較正方法 |
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| JP2009508086A (ja) * | 2005-06-03 | 2009-02-26 | シナプティクス インコーポレイテッド | 近接度の検出のために電荷移動静電容量センサを保護するための方法およびシステム |
| JP2011027630A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Toyota Motor Corp | 非接触動作検出装置 |
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| US8422246B2 (en) | 2009-09-14 | 2013-04-16 | Casio Computer Co., Ltd. | Electronic apparatus |
| EP2833551A1 (en) | 2013-08-01 | 2015-02-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Capacitance sensor |
| JP2016095718A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | アルプス電気株式会社 | 振動発生装置およびこれを用いた入力装置 |
| JP2019191143A (ja) * | 2018-04-19 | 2019-10-31 | Ｓｉｍｐｌｅｘ Ｑｕａｎｔｕｍ株式会社 | 静電容量センサ、静電容量センサヘッド、及び位置検出システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6425185B2 (ja) * | 2013-08-28 | 2018-11-21 | 株式会社クリエイティブテクノロジー | 静電容量センサ，検出システム及びロボットシステム |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP19395693A patent/JP3579908B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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