JPWO2007148429A1 - 電磁誘導を用いて物体を検出する物体検出装置 - Google Patents

電磁誘導を用いて物体を検出する物体検出装置 Download PDF

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Abstract

導電体又は磁性体からなる物体の形状や物体からの距離が検出可能で、さらに指等の非導電体・非磁性体の物体の指示位置検出も可能となる物体検出装置を提供する。電磁誘導を用いて検出面上に載せられる導電体又は磁性体からなる被測定物体の形状や被測定物体からの距離を検出する物体検出装置である。これは、第１ループ配線１が同一平面上に平行に複数配置される第１ループ配線群と、第２ループ配線２が同一平面上に平行に複数配置される第２ループ配線群と、これらの間の距離を一定に保つスペーサ３とからなる。複数の第２ループ配線２は、複数の第１ループ配線１とそれぞれ直交する方向に配置される。そして、第１ループ配線と第２ループ配線間で電磁結合するように構成される複数の電磁結合部を有しており、駆動部２０で第１ループ配線群を駆動し、検出部３０で第２ループ配線群から電磁結合部の結合の変化を検出する。

Description

本発明は物体を検出する物体検出装置に関し、特に、電磁誘導を用いて導電体又は磁性体からなる被測定物体の形状や被測定物体からの距離を検出する物体検出装置に関する。
従来の電磁誘導を用いて導電体又は磁性体等からなる物体を検出するものとしては、例えば特許文献１に開示の技術がある。これは、複数のセンスコイルを検出面上に二次元配置して、導電体又は磁性体からなる位置指示器による指示位置をセンスコイルのインダクタンスの変化を基に読み取るものである。また、特許文献２に開示の技術は、コイル間にクッション材を設けたセンサ部を複数マトリックス状に配置し、センサ部にかかる圧力分布を電磁結合の変化を基に検出するものである。
特開平１０−１９８４９４号公報 特開２００５−１５６４７４号公報
しかしながら、従来の導電体又は磁性体からなる物体の検出装置には、以下のような問題があった。すなわち、例えば特許文献１の技術は、導電体又は磁性体からなる物体のみを検出するものであり、これを例えば指等の非導電体・非磁性体の指示位置を検出するような構造とすることはできなかった。また、センスコイルの数と同数の切替器が必要となるため、物体の形状を検出しようとした場合には多数のセンスコイルと切替器が必要となるので、非常に高価なものとなっていた。
また、特許文献２の技術では、導電体又は磁性体からなる物体をセンサ上に載せると、本来は圧力により誘導電流又は誘導電圧は増加しなければならないにも関わらず、導電体又は磁性体の影響で減衰又は増加してしまう。このため、測定できるのは非導電体・非磁性体に限られていた。
本発明は、斯かる実情に鑑み、導電体又は磁性体からなる物体の形状や物体からの距離が安価に且つ安定して検出可能で、さらに指等の非導電体・非磁性体の物体の指示位置検出も可能となる物体検出装置を提供しようとするものである。
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による物体検出装置は、複数のコイル状部分をそれぞれ有する複数の第１ループ配線が同一平面上に平行に配置される第１ループ配線群と、複数のコイル状部分をそれぞれ有する複数の第２ループ配線が同一平面上に平行に配置される第２ループ配線群であって、該第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行であり、複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線とそれぞれ直交する方向に配置される、第２ループ配線群と、第１ループ配線群と第２ループ配線群との間の距離を一定に保つスペーサ手段と、第１ループ配線と第２ループ配線が直交するそれぞれの位置にコイル状部分が配置されることで第１ループ配線と第２ループ配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、第１ループ配線群又は第２ループ配線群の一方に接続され、該ループ配線群を駆動する駆動手段と、第１ループ配線群又は第２ループ配線群の他方に接続され、該ループ配線群から電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、を具備するものである。
ここで、第１ループ配線のコイル状部分の大きさと第２ループ配線のコイル状部分の大きさが、それぞれ異なるものであっても良い。
また、物体検出装置は、複数のコイル状部分をそれぞれ有する複数の第１ループ配線が同一平面上に平行に配置される第１ループ配線群と、複数の直線状の第２ループ配線が同一平面上に平行に配置される第２ループ配線群であって、該第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行であり、複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線とそれぞれ直交する方向に配置される、第２ループ配線群と、第１ループ配線群と第２ループ配線群との間の距離を一定に保つスペーサ手段と、第１ループ配線と第２ループ配線が直交するそれぞれの位置にコイル状部分が配置されることで第１ループ配線と第２ループ配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、第１ループ配線群又は第２ループ配線群の一方に接続され、該ループ配線群を駆動する駆動手段と、第１ループ配線群又は第２ループ配線群の他方に接続され、該ループ配線群から電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、を具備するものであっても良い。
さらに、物体検出装置は、複数の直線状の第１ループ配線が同一平面上に平行に配置される第１ループ配線群と、複数の直線状の第２ループ配線が同一平面上に平行に配置される第２ループ配線群であって、該第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行であり、複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線とそれぞれ直交する方向に配置される、第２ループ配線群と、第１ループ配線群と第２ループ配線群との間の距離を一定に保つスペーサ手段と、第１ループ配線と第２ループ配線が直交するそれぞれの位置の近傍に複数の導電性板がそれぞれ配置されることで第１ループ配線と第２ループ配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、第１ループ配線群又は第２ループ配線群の一方に接続され、該ループ配線群を駆動する駆動手段と、第１ループ配線群又は第２ループ配線群の他方に接続され、該ループ配線群から電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、を具備するものであっても良い。
ここで、複数の導電性板は、隣り合う第１ループ配線間の近傍で且つ隣り合う第２ループ配線間の近傍に配置されても良い。
また、複数の導電性板は、第１ループ配線の近傍で且つ隣り合う第２ループ配線間の近傍、及び第２ループ配線の近傍で且つ隣り合う第１ループ配線間の近傍に配置されても良い。
さらに、複数の導電性板は、第１ループ配線群及び第２ループ配線群との距離が一定に固定されれば良い。
また、複数の導電性板は、弾性体を介して第１ループ配線群及び第２ループ配線群の近傍に配置され、第１ループ配線群及び第２ループ配線群との距離が複数の導電性板に加えられる圧力により変化するように構成されていても良い。
さらにまた、複数の導電性板は、コイル形状であっても良い。
ここで、検出面上に被測定物体及びこれと異なる位置指示手段が載せられる場合に、検出手段は、第２ループ配線群からの出力信号が減衰したときには被測定物体の形状を検出し、増加したときには位置指示手段の指示位置を検出すれば良い。
さらに、位置指示手段は特定の周波数に同調する同調回路を有し、駆動手段は特定の周波数で第１ループ配線群を駆動するようにしても良い。
このとき、検出面上に被測定物体、同調回路を有する位置指示手段、及び同調回路を有さない位置指示手段が載せられる場合に、駆動手段は、第１周波数及び第２周波数で第１ループ配線群を駆動し、同調回路は、第２周波数に同調し、検出手段は、第２ループ配線群からの出力信号が、第１ループ配線群が第１周波数で駆動されるときに減衰したときには被測定物体の形状を検出し増加したときには同調回路を有さない位置指示手段の指示位置を検出し、第１ループ配線群が第２周波数で駆動されるときの出力信号が第１周波数で駆動されるときの出力信号より大きいときには同調回路を有する位置指示手段の指示位置を検出するように構成されていても良い。
本発明の物体検出装置には、導電体又は磁性体からなる物体の形状や物体からの距離を安価に且つ安定して検出可能であるという利点がある。また、指等の非導電体・非磁性体の物体の指示位置検出も可能となるように構成でき、さらに同調回路を内蔵する位置指示具の指示位置をも検出可能となるように構成することも可能であるという利点がある。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の物体検出装置の全体的な構成を説明するための概略図である。図示の通り、本発明の物体検出装置は、その検出面１０には複数の第１ループ配線１からなる第１ループ配線群と複数の第２ループ配線２からなる第２ループ配線群とが設けられている。また、本発明の物体検出装置は、第１ループ配線１に接続され第１ループ配線群を駆動する駆動部２０と、第２ループ配線１に接続され第２ループ配線群から電磁結合の変化を検出する検出部３０とを具備する。なお、図示例では駆動部２０が第１ループ配線１に接続され、検出部３０が第２ループ配線２に接続された例を示しているが、本発明はこれに限定されず、駆動部２０に第２ループ配線２を、検出部３０に第１ループ配線１を接続しても勿論構わない。
本発明の物体検出装置では、第１ループ配線１と第２ループ配線２により電磁結合部を提供する検出面１０を構成し、第１ループ配線１を高周波駆動する。導電体からなる被測定物体が検出面に載せられると、被測定物体の影響（シールド効果）で電磁結合の度合いが弱くなり、第２ループ配線２から測定される誘導電流又は誘導電圧が小さくなる。一方、磁性体からなる被測定物が検出面に載せられると、電磁結合の度合いが強くなり、第２ループ配線２から測定される誘導電流又は誘導電圧が大きくなる。本発明の物体検出装置では、この現象を利用して電磁結合部に変化が現れた位置を検出し、被測定物体の形状や被測定物体からの距離を検出するものである。なお、導電率が一定ではない導電体や透磁率が一定でない磁性体の場合には、これらの変化分布を検出することも可能である。
本発明の物体検出装置において、第１ループ配線群は、複数の第１ループ配線１が同一平面上に平行に配置されたものである。また、第２ループ配線群も複数の第２ループ配線２が同一平面上に平行に配置されたものである。そして、第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行に配置され、さらに第２ループ配線２は、第１ループ配線１と直交するように設けられている。さらに、第１ループ配線群と第２ループ配線群は、それらの間の距離が一定に保たれるように所定のスペースを設けて配置される。すなわち、第１ループ配線群と第２ループ配線群の間には絶縁体３が配置され、第１ループ配線群と第２ループ配線群が接触せず且つそれらの間の距離が一定となるように構成されている。なお、絶縁体３は、検出面１０を構成する部材と一体であっても別体であっても勿論構わない。
ここで、本発明の物体検出装置では、第１ループ配線１と第２ループ配線２とが電磁結合するように構成されている。以下、本発明の物体検出装置の電磁結合部のより具体的な構成について説明する。
図２は、本発明の物体検出装置の電磁結合部の構成を説明するための検出面の一部の上面図であり、図２（ａ）が各配線をコイル状に形成したもの、図２（ｂ）が一方の配線をコイル状に、他方を直線状に形成したもの、図２（ｃ）が一方の配線を矩形状に、他方を直線状に形成したものを示している。本発明の物体検出装置において電磁結合部は、第１ループ配線１と第２ループ配線２とが電磁結合するように、図２（ａ）に示すように構成することができる。図２（ａ）の例では、第１ループ配線１が小さめのコイルを形成するようにアーチ状に形成され、その上に重なるように、これに直交する第２ループ配線２が大きめのコイルを形成するようにアーチ状に形成されている。このように構成することで、電磁結合部が提供可能である。なお、図示例では第１ループ配線で形成したコイル状のアーチの方が第２ループ配線で形成したコイル状のアーチよりも小さく形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、同じ大きさで形成されても勿論構わない。
また、電磁結合部の他の例としては、第１ループ配線と第２ループ配線とが電磁結合するように、電磁結合部を図２（ｂ）に示すように構成することができる。図２（ｂ）の例では、第２ループ配線２がコイルを形成するようにアーチ状に形成され、これに直交する第１ループ配線１が直線状に形成されている。このように構成しても、電磁結合部が提供可能である。なお、図示例では第２ループ配線２がアーチ状に形成され、第１ループ配線１が直線状に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、逆に、第２ループ配線２が直線状に形成され、第１ループ配線１がアーチ状に形成されても構わない。なお、本発明の物体検出装置のループ配線は、アーチ状に限定されず、電磁結合するコイルを形成するものであれば、菱形状や螺旋形状等、種々の形状とすることが可能である。
さらに、電磁結合部の他の例としては、第１ループ配線と第２ループ配線とが電磁結合するように、電磁結合部を図２（ｃ）に示すように構成することができる。図２（ｃ）の例では、第２ループ配線２がコイルを形成するように矩形状に形成され、これに直交する第１ループ配線１が直線状に形成されている。このように構成しても、電磁結合部が提供可能である。なお、図示例では第２ループ配線２が矩形状に形成され、第１ループ配線１が直線状に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、逆に、第２ループ配線２が直線状に形成され、第１ループ配線１が矩形状に形成されても構わない。さらに、第１ループ配線及び第２ループ配線の両方が矩形状に形成されても勿論構わない。
このように、第１ループ配線及び第２ループ配線は、互いに電磁結合するように構成されている。電磁結合部の形状としては、アーチ状や直線状、菱形状等、種々の形状のコイルとすることで電磁結合部を形成可能である。また、コイルの大きさに関しては、駆動側のループ配線と検出側のループ配線の電磁結合部のコイルの大きさが同じでも良いが、第１ループ配線と第２ループ配線とでコイルの大きさが異なるように形成されても良い。コイルの大きさを第１ループ配線と第２ループ配線とで変えると、検出感度が向上することが本願発明者による実験により明らかになった。所定の条件下で実験を行ったところ、被測定物体が検出面に置かれたときに、同じ大きさのコイルで駆動して検出した場合には、２０％程度の変化が得られたが、どちらかのコイルの大きさを１／２にした場合には、６０％程度の変化が得られた。この結果から明らかなように、検出感度を高くしたい場合には、コイルの大きさを変えることが好ましい。なお、大小どちらのコイルで駆動しても、同様の結果が得られた。
また、本発明の物体検出装置においては、第１ループ配線と第２ループ配線とが間接的に電磁結合するように、電磁結合部を図３に示すように構成することができる。図３に、本発明の物体検出装置において、第１ループ配線と第２ループ配線とがそれぞれ直線状に形成され、これらが電磁結合するようにその近傍に導電性板を設けた例を示す。図３（ａ）はその検出面の一部上面図であり、図３（ｂ）がその一部断面斜視図である。図示の通り、電磁結合部は、それぞれ直線状に形成された第１ループ配線１と第２ループ配線２の直交するそれぞれの位置の近傍に、導電性板４が形成されて提供されるものである。直線状に直交する第１ループ配線１と第２ループ配線２ではその間は電磁結合しないが、近傍に導電性板４を設けることで、導電性板４に生じる渦電流により間接的に電磁結合することになる。なお、図示例では、導電性板４を第１ループ配線１と第２ループ配線２とが直交する部分の上部に設けているが、本発明はこれに限定されず、電磁結合が生ずるように構成されれば、導電性板は直交する部分の下部に設けられても勿論良い。また、導電性板４は、第１ループ配線１と第２ループ配線２とが直交する部分を覆うように設けられているが、本発明はこれに限定されず、上部から見て配線上にかからないように、直交する配線で提供される四辺形状の内側に設けられても勿論構わない。なお、この場合には、第１ループ配線や第２ループ配線の上部ではなく、第１ループ配線又は第２ループ配線と同じ面内に設けられても良い。
さらに、導電性板４の配置は、第１ループ配線１と第２ループ配線２とが直交する位置の近傍に設けられる以外に、以下で説明するようなパターンで設けても良い。図４は、本発明の物体検出装置における導電性板の配置例のバリエーションを説明するための図である。図４（ａ）は、第１ループ配線群の隣り合う第１ループ配線１間の近傍で、且つ第２ループ配線群の隣り合う第２ループ配線２間の近傍に、それぞれ導電性板４を形成した例を示している。図４（ｂ）は、図３と図４（ａ）を組み合わせた配置例であり、第１ループ配線１と第２ループ配線２が直交する位置の近傍、及び第１ループ配線群の隣り合う第１ループ配線１間の近傍で且つ第２ループ配線群の隣り合う第２ループ配線２間の近傍に、それぞれ導電性板４を形成した例を示している。さらに、図４（ｃ）は、第１ループ配線１の近傍で且つ隣り合う第２ループ配線２間の近傍、及び第２ループ配線２の近傍で且つ隣り合う第１ループ配線１間の近傍に、それぞれ導電性板４を形成した例を示している。このような種々のパターンで導電性板を設けることでも電磁結合部を構成することが可能である。なお、図示例の導電性板４は、上部から見て配線上にかからないように、直交する配線で提供される四辺形状の内側に設けられているが、本発明はこれに限定されず、図３に示すように、配線上にかかるように導電性板４を設けても構わない。
導電性板４は、検出面上に載せられる導電体又は磁性体からなる被測定物の形状や被測定物体からの距離を検出するためだけであれば、図３（ｂ）に示したように、第１ループ配線群及び第２ループ配線群との距離が一定になるように固定されれば良い。なお、導電性板４は、検出面１０を構成する絶縁体３に埋め込まれても良いし、別途保護シート等により導電性板４が外部に露出するのを保護しても構わない。さらに、導電性板４は、図示例では四辺形状のものを示したが、本発明はこれに限定されず、円形状のものであっても良く、さらに中心に孔が開いたコイル形状のものであっても構わない。
次に、本発明の物体検出装置における具体的な検出手順について図１を再度参照して説明する。まず、第１ループ配線群を駆動部２０により駆動する。具体的には、駆動部２０は高周波発振器２１とドライバ２２と切替器２３とから主になるものであり、駆動部２０を各第１ループ配線に順に接続していき、第１ループ配線１を順次駆動する。なお、第１ループ配線毎に駆動する周波数を変化させてすべての第１ループ配線を一度に駆動するように構成しても勿論構わない。
一方、第２ループ配線２は、第１ループ配線１と第２ループ配線２との電磁結合の度合いの変化を検出する検出部３０に接続される。検出部３０は、切替器３１とアンプ３２と同期検波部３３とＡ／Ｄ変換部３４とから主になるものであり、検出部３０を各第２ループ配線２に順に接続していき、第２ループ配線から誘導電流又は誘導電圧を順次検出する。同期検波部３３には、発振器２１からの出力も接続され、発振器２１からの出力と第２ループ配線からの出力の積を取り、これを時間積分する。なお、第２ループ配線毎に別々に検出回路を設けたり周波数フィルタ回路等を組み合わせたりすることで、すべての検出コイルから一度に検出するように構成しても良い。
これらの駆動部２０及び検出部３０は、ＤＳＰ等からなるマイクロコンピュータ４０で制御され、所望な出力が得られるよう構成されている。具体的には、まず１つ目の第１ループ配線に駆動部２０を接続し、検出部３０を第２ループ配線に順次接続してそのときの出力信号を測定する。そして２つ目の第１ループ配線に駆動部２０を接続し、検出部３０を第２ループ配線に順次接続してそのときの出力信号を測定する。これを繰り返すことで、検出面１０における第１ループ配線と第２ループ配線の交点をＸＹ座標とするすべての位置における出力信号を測定することができる。なお、検出部３０を１つ目の第２ループ配線に接続し、駆動部２０を第１ループ配線に順次接続してそのときの出力信号を測定するようにしても勿論構わない。なお、駆動部及び検出部の構成は、上述の図示例に限定されるものではなく、第１ループ配線を駆動でき、第２ループ配線から誘導電流又は誘導電圧を検出できるものであれば如何なる構成であっても構わない。
さて、導電体が検出面１０上に載せられると、導電体に覆われる第１ループ配線１と第２ループ配線２の交点部分の電磁結合が弱くなり、第２ループ配線２から測定される誘導電流又は誘導電圧が小さくなる。そこで、出力が小さくなったＸＹ座標をプロットすることで、検出面上に載せられた導電体の形状を検出することが可能となる。また、導電体の検出面に載せられる側の面が平面ではなく曲面等の場合には、第２ループ配線２から測定される誘導電流又は誘導電圧が小さくなる度合いが変化する。そこで、この出力の大きさから、導電体と検出面との間の距離を検出することが可能となり、出力の変化分布から導電体の表面の状態を検出することが可能となる。なお、導電率が一定でない導電体を検出面上に載せた場合には、出力の変化分布から導電率の変化分布を検出することが可能となる。
一方、磁性体が検出面１０上に載せられると、磁性体に覆われる第１ループ配線１と第２ループ配線２の交点部分の電磁結合が強くなり、第２ループ配線２から測定される誘導電流又は誘導電圧が大きくなる。そこで、出力が大きくなったＸＹ座標をプロットすることで、検出面上に載せられた磁性体の形状を検出することが可能となる。また、磁性体の検出面に載せられる側の面が平面ではなく曲面等の場合には、第２ループ配線２から測定される誘導電流又は誘導電圧が大きくなる度合いが変化する。そこで、この出力の大きさから、磁性体と検出面との間の距離を検出することが可能となり、出力の変化分布から磁性体の表面の状態を検出することが可能となる。なお、透磁率が一定でない磁性体を検出面上に載せた場合には、出力の変化分布から透磁率の変化分布を検出することが可能となる。
次に、本発明の他の実施例について、図５を参照して説明する。図３に示した導電性板は、第１ループ配線群及び第２ループ配線群との距離が一定になるように固定されたものであったが、図５に示した実施例では、第１ループ配線群及び第２ループ配線群と導電性板との距離が変化するように構成されたものである。図示のように、絶縁体３内に第１ループ配線１と第２ループ配線２が設けられ、絶縁体３と導電性板４との間に、弾性体５が設けられている。導電性板４に圧力が加えられると、第１ループ配線群及び第２ループ配線群と導電性板４との距離が変化する。第１ループ配線群及び第２ループ配線群と導電性板４との距離が変化すると、第２ループ配線の出力信号も変化する。具体的には、第１ループ配線群及び第２ループ配線群と導電性板４との距離が狭くなると、電磁結合の度合いが強くなるため、第２ループ配線から測定される誘導電流又は誘導電圧が大きくなる。図５に示した本発明の物体検出装置ではこの現象を利用して、導電体や磁性体の形状や距離の検出だけでなく、電磁結合部に変化が現れた位置を圧力が加えられた指示位置として検出可能としたものである。
本実施例の物体検出装置における具体的な検出手順について説明すると、例えば検出面１０上に、位置指示具として非導電体・非磁性体である指や絶縁体が載せられた場合、導電性板４が第１ループ配線１及び第２ループ配線２に近寄るため、その指示位置の電磁結合部の結合の度合いは強くなり、第２ループ配線２からの出力信号が大きくなる。一方、導電体が検出面１０上に載せられた場合には、その重さにより導電性板４が第１ループ配線１及び第２ループ配線２に近寄り電磁結合の度合いが強くなるが、それ以上に導電体によるシールド効果が効いて、第２ループ配線２からの出力信号は減衰することになる。したがって、検出部３０においては、第２ループ配線２からの出力信号が減衰したときには、検出面１０上に載せられたものは導電体と判断して導電体の形状や導電体からの距離を検出する。また、検出部３０は、第２ループ配線２からの出力信号が増加したときには、検出面１０上に載せられたものは位置指示具と判断して位置指示具の指示位置を検出する。さらに、磁性体が載せられた場合には、出力信号は増加するが、圧力による出力信号の増加と比べると、より増加が大きいものであったり、指と比べて増加する領域が広いものであったりするため、位置指示具と磁性体との区別も可能である。
さらに、本発明の物体検出装置において、指以外の位置指示具としては、特定の周波数に同調する同調回路を有する位置指示具を適用することが可能である。この場合、駆動部２０は、同調回路と同調する特定の周波数で第１ループ配線を駆動する。検出面１０上に同調回路を有する位置指示具が載せられると、その指示位置の電磁結合部の結合の度合いは強くなり、第２ループ配線２からの出力信号が大きくなる。したがって、検出部３０においては、第２ループ配線からの出力信号が減衰したときには、検出面１０上に載せられたものは導電体と判断して導電体の形状や導電体からの距離を検出し、増加したときには、検出面１０上に載せられたものは位置指示具と判断して位置指示具の指示位置を検出することが可能となる。なお、同調回路を有するものであれば、カード型やパッド型等、種々の形状のものであっても検出することが可能である。
さらに、同調周波数とそれ以外の周波数で順次第１ループ配線１を駆動することにより、導電体又は磁性体の形状や距離の検出だけでなく、同調回路を有する位置指示具と同調回路を有さない位置指示具を区別して検出することも可能となる。以下、図６を用いて、同調回路を有する被測定物体と、同調回路を有さない被測定物体と、導電体又は磁性体とを区別してそれぞれ検出する手法について説明する。図６は、種々の被測定物体を測定するための手順を説明するためのフローチャートである。前提として、本発明の物体検出装置は、第１周波数ｆＡと第２周波数ｆＢで第１ループ配線群をそれぞれ駆動できるように構成されるものである。また、同調回路を有する位置指示具は、第２周波数ｆＢに同調するものとする。
まず、第１周波数ｆＡで第１ループ配線１を駆動し、このときの出力信号Ａｉｊを第２ループ配線２から得る（ステップ１００）。なお、ｉ，ｊは各信号が得られるＸＹ座標を表す。次に、この出力信号Ａｉｊが、検出面上に何も載せられていない状態の基準出力信号と比べて増加したか減衰したかを検出する（ステップ１０１）。出力信号Ａｉｊが減衰した場合には、導電体が検出面に載せられ、シールド効果により出力信号が減衰したものとして、導電体の形状や距離を検出する（ステップ１０２）。ステップ１０１で、出力信号Ａｉｊが増加した場合には、第２周波数ｆＢで第１ループ配線１を駆動し、このときの出力信号Ｂｉｊを得る（ステップ１０３）。次に、この出力信号Ｂｉｊが出力信号Ａｉｊより大きいか否かを検出する（ステップ１０４）。出力信号Ｂｉｊが出力信号Ａｉｊより大きくない場合（等しい場合）には、指等の非導電体・非磁性体からなる位置指示具が検出面に載せられ、圧力により導電性板４が第１ループ配線及び第２ループ配線に近づき出力信号が増加したものとして、指等の非導電体の物体の指示位置を検出する（ステップ１０５）。ステップ１０４で、出力信号Ｂｉｊが出力信号Ａｉｊより大きい場合には、同調回路を有する位置指示具が検出面上に載せられ、これにより出力信号が増加したものとして、同調回路を有する位置指示具の指示位置を検出する（ステップ１０６）。これらのステップをすべてのループ配線について繰り返すことで、各種物体を区別してそれぞれ検出することが可能となる。
なお、予め第１周波数ｆＡと第２周波数ｆＢで第１ループ配線群をそれぞれ駆動した上で、これらによる出力結果を蓄積し、出力信号Ｂｉｊが出力信号Ａｉｊより大きいときには同調回路を有する位置指示具を検出し、出力信号Ａｉｊが増加したときには指等の非導電体の物体の指示位置を検出し、出力信号Ａｉｊが減衰したときには導電体の形状や距離を検出するようにしても勿論構わない。
また、さらに別の同調回路を有する位置指示具を用いて、その別の同調回路に同調する周波数で第１ループ配線を駆動させることで、さらに多くの位置指示具を区別して検出することが可能となる。なお、周波数を可変させた場合、周波数が高くなるほど渦電流が増加するため、検出面上に載せられた物体に変化がなくても厳密には出力信号に変化が現れてしまう。したがって、これを考慮した補正回路を設けたり、所定の閾値以下の変化は測定しないようにすること等により、周波数の変化による出力信号の変化を補償することも可能である。
なお、本発明の物体検出装置は、上述の図示例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
図１は、本発明の物体検出装置の全体的な構成を説明するための概略図である。 図２は、本発明の物体検出装置の電磁結合部の構成を説明するための検出面の一部の上面図であり、図２（ａ）が各配線をコイル状に形成したもの、図２（ｂ）が一方の配線をコイル状に、他方を直線状に形成したもの、図２（ｃ）が一方の配線を矩形状に、他方を直線状に形成したものである。 図３は、本発明の物体検出装置の電磁結合部の他の構成を説明するための図であり、図３（ａ）はその検出面の一部上面図であり、図３（ｂ）がその一部断面斜視図である。 図４は、本発明の物体検出装置における導電性板の配置例のバリエーションを説明するための図である。 図５は、本発明の物体検出装置における導電性板の他の構成例を説明するための一部断面斜視図である。 図６は、種々の被測定物体を測定するための手順を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
１ 第１ループ配線
２ 第２ループ配線
３ 絶縁体
４ 導電性板
５ 弾性体
１０ 検出面
２０ 駆動部
２１ 発振器
２２ ドライバ
２３ 切替器
３０ 検出部
３１ 切替器
３２ アンプ
３３ 同期検波部
３４ Ａ／Ｄ変換部
４０ マイクロコンピュータ

Claims (12)

  1. 電磁誘導を用いて検出面上に載せられる導電体又は磁性体からなる被測定物体の形状や被測定物体からの距離を検出する物体検出装置であって、該装置は、
    複数のコイル状部分をそれぞれ有する複数の第１ループ配線が同一平面上に平行に配置される第１ループ配線群と、
    複数のコイル状部分をそれぞれ有する複数の第２ループ配線が同一平面上に平行に配置される第２ループ配線群であって、該第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行であり、前記複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線とそれぞれ直交する方向に配置される、第２ループ配線群と、
    前記第１ループ配線群と第２ループ配線群との間の距離を一定に保つスペーサ手段と、
    前記第１ループ配線と第２ループ配線が直交するそれぞれの位置に前記コイル状部分が配置されることで前記第１ループ配線と第２ループ配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、
    前記第１ループ配線群又は第２ループ配線群の一方に接続され、該ループ配線群を駆動する駆動手段と、
    前記第１ループ配線群又は第２ループ配線群の他方に接続され、該ループ配線群から前記電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、
    を具備することを特徴とする物体検出装置。
  2. 請求項１に記載の物体検出装置において、前記第１ループ配線のコイル状部分の大きさと第２ループ配線のコイル状部分の大きさが、それぞれ異なることを特徴とする物体検出装置。
  3. 電磁誘導を用いて検出面上に載せられる導電体又は磁性体からなる被測定物体の形状や被測定物体からの距離を検出する物体検出装置であって、該装置は、
    複数のコイル状部分をそれぞれ有する複数の第１ループ配線が同一平面上に平行に配置される第１ループ配線群と、
    複数の直線状の第２ループ配線が同一平面上に平行に配置される第２ループ配線群であって、該第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行であり、前記複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線とそれぞれ直交する方向に配置される、第２ループ配線群と、
    前記第１ループ配線群と第２ループ配線群との間の距離を一定に保つスペーサ手段と、
    前記第１ループ配線と第２ループ配線が直交するそれぞれの位置に前記コイル状部分が配置されることで前記第１ループ配線と第２ループ配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、
    前記第１ループ配線群又は第２ループ配線群の一方に接続され、該ループ配線群を駆動する駆動手段と、
    前記第１ループ配線群又は第２ループ配線群の他方に接続され、該ループ配線群から前記電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、
    を具備することを特徴とする物体検出装置。
  4. 電磁誘導を用いて検出面上に載せられる導電体又は磁性体からなる被測定物体の形状や被測定物体からの距離を検出する物体検出装置であって、該装置は、
    複数の直線状の第１ループ配線が同一平面上に平行に配置される第１ループ配線群と、
    複数の直線状の第２ループ配線が同一平面上に平行に配置される第２ループ配線群であって、該第２ループ配線群は第１ループ配線群と平行であり、前記複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線とそれぞれ直交する方向に配置される、第２ループ配線群と、
    前記第１ループ配線群と第２ループ配線群との間の距離を一定に保つスペーサ手段と、
    前記第１ループ配線と第２ループ配線が直交するそれぞれの位置の近傍に複数の導電性板がそれぞれ配置されることで前記第１ループ配線と第２ループ配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、
    前記第１ループ配線群又は第２ループ配線群の一方に接続され、該ループ配線群を駆動する駆動手段と、
    前記第１ループ配線群又は第２ループ配線群の他方に接続され、該ループ配線群から前記電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、
    を具備することを特徴とする物体検出装置。
  5. 請求項４に記載の物体検出装置において、前記複数の導電性板は、隣り合う第１ループ配線間の近傍で且つ隣り合う第２ループ配線間の近傍に配置されることを特徴とする物体検出装置。
  6. 請求項４に記載の物体検出装置において、前記複数の導電性板は、第１ループ配線の近傍で且つ隣り合う第２ループ配線間の近傍、及び第２ループ配線の近傍で且つ隣り合う第１ループ配線間の近傍に配置されることを特徴とする物体検出装置。
  7. 請求項４乃至請求項６の何れかに記載の物体検出装置において、前記複数の導電性板は、前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群との距離が一定に固定されることを特徴とする物体検出装置。
  8. 請求項４乃至請求項６の何れかに記載の物体検出装置において、前記複数の導電性板は、弾性体を介して前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群の近傍に配置され、前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群との距離が前記複数の導電性板に加えられる圧力により変化することを特徴とする物体検出装置。
  9. 請求項４乃至請求項８の何れかに記載の物体検出装置において、前記複数の導電性板は、コイル形状であることを特徴とする物体検出装置。
  10. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の物体検出装置において、前記検出面上に被測定物体及びこれと異なる位置指示手段が載せられる場合に、前記検出手段は、第１ループ配線群及び第２ループ配線群の一方からの出力信号が減衰したときには被測定物体の形状を検出し、増加したときには位置指示手段の指示位置を検出することを特徴とする物体検出装置。
  11. 請求項１０に記載の物体検出装置において、前記位置指示手段は特定の周波数に同調する同調回路を有し、前記駆動手段は前記特定の周波数で前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群の他方を駆動することを特徴とする物体検出装置。
  12. 請求項１１に記載の物体検出装置において、前記検出面上に被測定物体、同調回路を有する位置指示手段、及び同調回路を有さない位置指示手段が載せられる場合に、
    前記駆動手段は、第１周波数及び第２周波数で前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群の他方を駆動し、
    前記同調回路は、第２周波数に同調し、
    前記検出手段は、第１ループ配線群及び前記第２ループ配線群の一方からの出力信号が、前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群の他方が第１周波数で駆動されるときに減衰したときには被測定物体の形状を検出し増加したときには前記同調回路を有さない位置指示手段の指示位置を検出し、前記第１ループ配線群及び第２ループ配線群の他方が第２周波数で駆動されるときの出力信号が第１周波数で駆動されるときの出力信号より大きいときには前記同調回路を有する位置指示手段の指示位置を検出することを特徴とする物体検出装置。
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