WO2024070174A1 - 静電容量センサ - Google Patents

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WO2024070174A1
WO2024070174A1 PCT/JP2023/027214 JP2023027214W WO2024070174A1 WO 2024070174 A1 WO2024070174 A1 WO 2024070174A1 JP 2023027214 W JP2023027214 W JP 2023027214W WO 2024070174 A1 WO2024070174 A1 WO 2024070174A1
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WO
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capacitance
conductor
sensor
sensor electrode
detection
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/027214
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴康 太田垣
Original Assignee
株式会社アトライズヨドガワ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社アトライズヨドガワ filed Critical 株式会社アトライズヨドガワ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding

Definitions

  • This disclosure relates to a capacitance sensor that detects contact or approach of a detected object with a detection area based on a change in capacitance of a sensor electrode.
  • electronic devices such as information and communication devices, home appliances, and in-vehicle products are configured to execute various functions in response to a user's touch operation, and a capacitance sensor is used to detect the user's touch operation.
  • a sensor electrode is disposed in the vicinity of a detection area where the user performs a touch operation in each device, and the capacitance of the sensor electrode changes from C 0 to C 0 + ⁇ C when a part of the user's body (e.g., a finger) interferes with the electric field generated by the sensor electrode.
  • a touch operation refers to an operation in which a part of the user's body or an input tool such as a touch pen (hereinafter referred to as a "detectable object”) contacts or approaches the detection area.
  • the magnitude of the capacitance C0 of the sensor electrode is proportional to the area of the sensor electrode and inversely proportional to the distance between the sensor electrode and the detected object. Therefore, the larger the area of the sensor electrode, the larger the capacitance C0 , so that the touch operation can be detected with high sensitivity even if the detection distance is increased. In addition, the larger the area of the sensor electrode, the larger the detection range that can respond to the user's touch operation can be expanded. Furthermore, the larger the area of the sensor electrode, the more effective it is in detecting approaching actions.
  • the detection range and sensitivity of a capacitance sensor depend on the area of the sensor electrode, so if the area of the sensor electrode is changed depending on the lineup of devices that will be equipped with the capacitance sensor, the capacitance of the sensor electrode will also change, making it necessary to adjust the capacitance of the sensor electrode for each device, as well as the parasitic capacitance and individual variations that depend on the sensor electrode, sensitivity, threshold value, etc., which becomes complicated. Furthermore, making the sensor electrode larger to increase its area will increase costs accordingly.
  • the present disclosure is aimed at solving the above problems by providing a capacitance sensor that can expand the detection range without making the sensor electrodes larger, and does not require adjustment for each device depending on the lineup of devices that are equipped with the capacitance sensor.
  • the capacitance sensor disclosed herein is based on the capacitance sensor described in item 1 below in order to solve the above problems.
  • a capacitance sensor including a sensor electrode and a detection device that detects a contact or approach action of a detection target with respect to a detection area based on a change in capacitance of the sensor electrode,
  • a conductor is provided in the detection region, The conductor is disposed opposite to the sensor electrode with a gap therebetween or with a dielectric interposed therebetween,
  • a capacitance sensor wherein an area of the conductor as viewed from a direction in which the sensor electrode and the conductor face each other is larger than an area of the sensor electrode, and a portion of the conductor faces the sensor electrode.
  • the detection device includes a detection unit that detects a change in the combined capacitance of the capacitance of the conductor and the capacitance of the sensor electrode as a capacitance change of the sensor electrode, and a control unit, the detection unit includes a CV amplifier that converts the capacitance change into a voltage change, and the control unit is preferably configured to detect a contact or approach action of a detected object with respect to the detection area based on a detection signal corresponding to the voltage change output from the detection unit.
  • the capacitance sensor of the present disclosure also includes the capacitance sensor described in the following item 2 as a preferred embodiment of the capacitance sensor described in item 1 above.
  • Item 2 The capacitance sensor according to item 1, in which the conductor is provided over the entire detection area.
  • the capacitance sensor of the present disclosure also includes the capacitance sensor described in the following item 3 as a preferred embodiment of the capacitance sensor described in items 1 and 2 above.
  • Item 3 The capacitance sensor according to item 1 or 2, wherein the conductor is made of any one of a conductive ink, a conductive resin, a metal film, a metal sheet, a metal plate, a metal mesh, a conductive woven fabric, a conductive knitted fabric, and a conductive nonwoven fabric.
  • the capacitance sensor of the present disclosure also includes the capacitance sensor described in the following item 4 as a preferred embodiment of the capacitance sensor described in items 1 to 3 above.
  • the detection area is a toilet seat,
  • the conductor is provided on the back surface of the toilet seat, 4.
  • the capacitance sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor electrode is fixed to a portion of the conductor via the dielectric.
  • the capacitance sensor disclosed herein detects contact or approach of a detected object, such as a user's touch operation on a detection area, through electrostatic induction between a small-area sensor electrode and a conductor with a larger area than the sensor electrode. Therefore, in the capacitance sensor disclosed herein, the conductor plays the role of the sensor electrode in conventional technology and is configured to sense the proximity of a detected object to the conductor. Therefore, even if the area of the sensor electrode is small, the capacitance sensor disclosed herein can expand the detection range that can sense contact or approach of a detected object by using a conductor with a large area.
  • the capacitance sensor disclosed herein does not require an increased area for the sensor electrode in order to expand the detection range that can sense the contact or approach of a detected object, and can use a sensor electrode with a small area, thereby reducing costs.
  • the detection distance of the object to be detected from the sensor electrode is the sum of the distance between the conductor and the sensor electrode and the distance between the conductor and the object to be detected, which is greater than the detection distance of a sensor electrode of the same area in conventional technology. Therefore, the capacitance sensor disclosed herein can ensure a large detection distance of the object to be detected from the sensor electrode, and can sensitively detect the contact or approach of the object to the detection area even with a large detection distance.
  • the detection range and sensitivity do not depend on the area of the sensor electrode. Therefore, there is no need to change the area of the sensor electrode depending on the lineup (detection range and sensitivity) of the device in which the capacitance sensor is mounted. Furthermore, even if the area of the conductor changes depending on the lineup (detection range and sensitivity) of the device, there is little change in the capacitance of the sensor electrode due to the contact or approach of the detected object with the detection area. Therefore, the capacitance sensor disclosed herein can eliminate the need to adjust the capacitance of the sensor electrode for each device, as well as the parasitic capacitance and individual variation that depend on the sensor electrode, sensitivity, threshold value, etc.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of a capacitance sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the capacitance sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle of the capacitance sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operating principle of a conventional capacitance sensor.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in which the capacitance sensor is applied to a toilet seat heater.
  • FIG. 6A is a diagram showing the back surface of the toilet seat
  • FIG. 6B is a diagram showing a cross section of the toilet seat.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of a capacitance sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the capacitance sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle of the
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which a capacitance sensor is applied to a seat occupancy confirmation system.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the seat of the chair.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example in which the capacitance sensor is applied to an automatic faucet.
  • FIG. 10A is a diagram showing a part of the front surface of the faucet, and FIGS. 10B and 10C are diagrams showing cross sections of the faucet.
  • FIG. 11A is a diagram showing an example in which a capacitance sensor is applied to a lamp, and FIG. 11B is a diagram showing a part of a cross section of the lamp.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example in which a capacitance sensor is applied to a wireless earphone, and FIG.
  • FIG. 12B is a diagram showing a part of a cross section of the wireless earphone.
  • FIG. 13A is a diagram showing an example in which a capacitance sensor is applied to a touch switch
  • FIG. 13B is a diagram showing the functional configuration of the touch sensor.
  • FIG. 14A is a diagram showing an example in which a capacitance sensor is applied to a touch switch
  • FIG. 14B is a diagram showing the functional configuration of the touch sensor.
  • FIG. 15A is a diagram showing an example in which a capacitance sensor is applied to a water level sensor
  • FIG. 15B is a diagram showing a part of a cross section of the water level sensor.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the water level and the capacitance in the water level sensor of FIG.
  • FIG. 17A is a circuit diagram of the prior art when no contact or approaching motion of a detection object is detected
  • FIG. 17B is a simulation result of measuring the current value (reference current value) flowing through the circuit.
  • FIG. 18A is a circuit diagram when a contact or approaching motion of a detection object is detected in the known invention
  • FIG. 18B shows the results of a simulation in which the value of a current flowing through the circuit is measured.
  • FIG. 19(A) is a circuit diagram that takes into account the LCR component when the contact or approaching motion of the detected object is not detected in the known invention
  • FIG. 19(B) is a simulation result of measuring the current value (reference current value) flowing through the circuit.
  • FIG. 19(A) is a circuit diagram that takes into account the LCR component when the contact or approaching motion of the detected object is not detected in the known invention
  • FIG. 19(B) is a simulation result of measuring the current value (reference current value) flowing through the circuit.
  • FIG. 20A is a circuit diagram taking into consideration the LCR component when a contact or approaching motion of a detection object is detected in the known invention
  • FIG. 20B is a simulation result of measuring the current value flowing through the circuit.
  • FIG. 21(A) is a circuit diagram of the capacitance sensor of the present disclosure when it does not detect contact or approaching motion of a detected object
  • FIG. 21(B) is a simulation result of measuring the voltage value (reference voltage value) of the circuit.
  • FIG. 22A is a circuit diagram of the capacitance sensor of the present disclosure when detecting a contact or approaching motion of a detection target
  • FIG. 22B shows the simulation results of measuring the voltage value of the circuit.
  • FIG. 23(A) is a circuit diagram that takes into account the LCR component when the capacitance sensor of the present disclosure does not detect the contact or approach motion of a detected object
  • FIG. 23(B) is a simulation result of measuring the voltage value (reference voltage value) of the circuit
  • FIG. 24(A) is a circuit diagram that takes into account the LCR component when the capacitive sensor of the present disclosure does not detect contact or approaching motion of a detected object and has a calibration that offsets parasitic capacitance
  • FIG. 24(B) is a simulation result of measuring the voltage value (reference voltage value) of the circuit.
  • FIG. 25(A) is a circuit diagram that takes into account the LCR component when a contact or approaching motion of a detected object is detected in a capacitance sensor of the present disclosure and has a calibration that offsets parasitic capacitance
  • FIG. 25(B) is a simulation result of measuring the voltage value of the circuit.
  • the capacitive sensor of the present disclosure is used to detect a user's touch operation in order to execute various functions in response to the user's touch operation in, for example, electronic devices (information and communication devices, home appliances, in-vehicle products, etc.).
  • the capacitive sensor detects a change in capacitance of a sensor electrode that occurs when a user brings a detected object (conductor), such as a part of the body or a dedicated input tool such as a touch pen, close to or into contact with the detection area of each device, thereby determining whether or not a touch operation has been performed on the detection area.
  • a detected object such as a part of the body or a dedicated input tool such as a touch pen
  • the capacitance sensor 1 includes a sensor electrode 2, a conductor 3 provided in a detection area 8 that receives a touch operation by a user in the device, and a detection device 4 that determines whether or not a touch operation has been performed on the detection area 8 based on a change in capacitance of the sensor electrode 2.
  • the sensor electrode 2 is conventionally known and can be formed from a material conventionally used for sensor electrodes of capacitance sensors, for example, carbon such as graphite and carbon black; metals such as aluminum, copper, silver and gold; conductive resins such as thiophene-based conductive polymers and polystyrene sulfonate (PSS); or composite materials of these.
  • a material conventionally used for sensor electrodes of capacitance sensors for example, carbon such as graphite and carbon black; metals such as aluminum, copper, silver and gold; conductive resins such as thiophene-based conductive polymers and polystyrene sulfonate (PSS); or composite materials of these.
  • the sensor electrode 2 is in the form of a planar body, for example in the form of a plate or sheet, and its external shape is, for example, rectangular or circular.
  • the size of the sensor electrode 2 is not particularly limited, but is preferably 3 mm to 80 mm in length and 3 mm to 80 mm in width (if circular, diameter 3 mm to 80 mm), and is preferably 3 mm to 20 mm in length and 3 mm to 20 mm in width (if circular, diameter 3 mm to 20 mm), and the area of the main surface of the sensor electrode 2 (area seen from the direction in which the sensor electrode 2 and the conductor 3, described later, face each other) is small.
  • a positive voltage is applied to the sensor electrode 2 with respect to ground by a power source (not shown). This causes a positive charge to be generated uniformly on the sensor electrode 2.
  • the conductor 3 can be formed from carbon such as graphite or carbon black; metals such as aluminum, copper, silver or gold; conductive resins such as thiophene-based conductive polymers or polystyrene sulfonate (PSS); conductive ink; conductive fibers such as chemical fibers containing metal or carbon, chemical fibers with a metal-coated surface, or metal fibers made of metal; or composite materials of these.
  • carbon such as graphite or carbon black
  • metals such as aluminum, copper, silver or gold
  • conductive resins such as thiophene-based conductive polymers or polystyrene sulfonate (PSS)
  • PSS polystyrene sulfonate
  • conductive ink conductive fibers such as chemical fibers containing metal or carbon, chemical fibers with a metal-coated surface, or metal fibers made of metal; or composite materials of these.
  • the conductor 3 is in the form of a planar body, and may be, for example, a plate, sheet, or film.
  • the conductor 3 is not particularly limited, but is preferably a metal film (including plating and vapor deposition), a metal sheet (including metal foil), a metal plate, a metal net, or a woven fabric (including mesh), knitted fabric, or nonwoven fabric made of conductive fibers.
  • the conductor 3 is provided in a detection area 8 of the device.
  • the conductor 3 may be provided on the side of the detection area 8 that is touched by the user, or on the opposite side to the side that is touched by the user.
  • the conductor 3 is disposed opposite the sensor electrode 2, that is, with their principal surfaces facing each other.
  • the conductor 3 is disposed with a gap between it and the sensor electrode 2, with air interposed therebetween, or with a dielectric such as an insulator interposed between it and the sensor electrode 2.
  • the outer shape of the conductor 3 is, for example, rectangular or circular.
  • the conductor 3 is formed so that its area is larger than that of the sensor electrode 2 when viewed from the direction in which the sensor electrode 2 and conductor 3 face each other, and the sensor electrode 2 faces a portion of the conductor 3.
  • the size of the conductor 3 is not particularly limited, but it is preferably large enough to cover the entire area (or almost the entire area) of the detection area 8. This allows the entire detection area 8 to be sensitive to the user's touch operation.
  • the conductor 3 is positioned so that a portion of it is located within the electric field generated by the sensor electrode 2. With a portion of the conductor 3 in the electric field, the conductor 3 is subjected to electrostatic induction, causing polarization, and a different type of negative charge (negative charge) is generated in the portion of the conductor 3 close to the sensor electrode 2 due to the attraction of the positive charge of the sensor electrode 2, and an equal amount of positive charge is generated in the portion of the conductor 3 far from the sensor electrode 2.
  • the distance h0 between the conductor 3 and the sensor electrode 2 the more likely electrostatic induction occurs, and the larger the amount of negative charge generated in the conductor 3 becomes, and the larger the amount of positive charge generated in the conductor 3 becomes. Therefore, the electric field generated between the part of the conductor 3 where the positive charge occurs and the ground becomes large, so it is preferable that the distance h0 between the conductor 3 and the sensor electrode 2 is short.
  • the conductor 3 is disposed on the side that is touched by the user relative to the sensor electrode 2, but the sensor electrode 2 may also be disposed on the side that is touched by the user relative to the conductor 3.
  • the capacitance of the conductor 3 is C0 and the capacitance of the sensor electrode 2 is C1 ( C1 ⁇ C0 ).
  • C0 and C1 are connected in series, so the capacitance of the mutually connected sensor electrodes 2 is C0 ⁇ C1 / ( C0 + C1 ).
  • This capacitance C0 ⁇ C1 / ( C0 + C1 ) is monitored by the detection device 4.
  • the capacitance C0 ⁇ C1 / ( C0 + C1 ) of the mutually connected sensor electrodes 2 is the combined capacitance of the capacitance C0 of the conductor 3 and the capacitance C1 of the sensor electrode 2.
  • the detected object 9 interferes with the electric field from the conductor 3. Since the user's body is grounded, charges are collected through the user's body acting as a conductor, and the capacitance of the conductor 3 changes from C0 to C0 + ⁇ C.
  • the capacitance of the mutually-coupled sensor electrode 2 that is, the combined capacitance of the capacitance C0 + ⁇ C of the conductor 3 and the capacitance C1 of the sensor electrode 2, becomes ( C0 + ⁇ C) ⁇ C1 / ⁇ ( C0 + ⁇ C) + C1 ) ⁇ .
  • the change in capacitance ⁇ C' of the sensor electrode 2 of the present disclosure that is, the change in the combined capacitance of the capacitance of the conductor 3 and the capacitance of the sensor electrode 2 is as shown in the following equation 1, and this change in capacitance ⁇ C' of the sensor electrode 2 is detected by the detection device 4.
  • the capacitance of the sensor electrode 2 changes according to the distance h1 between the conductor 3 and the detected object 9 when a user brings the detected object 9 into contact with or close to the conductor 3 in the detection area 8.
  • the detection device 4 includes a detection unit 5 that detects the change in capacitance of the sensor electrode 2.
  • the detection unit 5 is electrically connected to the sensor electrode 2.
  • the detection unit 5 has an electric/electronic circuit for detecting the change in capacitance of the sensor electrode 2.
  • the detection unit 5 can be composed of, for example, a CV amplifier that converts the change in capacitance into a change in voltage, and a detection circuit having a gain adjustment function for the CV amplifier to adjust the sensitivity.
  • the object to be detected 9 does not exist in the electric field of the conductor 3, so there is no change in capacitance and no change in voltage from the CV amplifier.
  • the detection signal may be in the form of analog data or digital data.
  • the method of detecting the change in capacitance of the sensor electrode 2 by the detection unit 5 is not limited to the above-mentioned example, and various conventionally known methods can be used, such as (1) a method of measuring the time difference required for discharging the sensor electrode 2 after charging it with a certain charge, and (2) a method of detecting the change in capacitance of the sensor electrode 2 by a change in the oscillation state of an oscillation circuit.
  • the detection unit 5 can be configured with electric/electronic circuits and switches that are used in conventionally known capacitance sensors suitable for methods (1) and (2).
  • the detection device 4 includes a control unit 6 that determines that a touch operation has been performed on the detection area 8 based on a detection signal output from the detection unit 5.
  • the control unit 6 can be configured, for example, by a microcomputer.
  • the control unit 6 includes a reception unit 60, a processing unit 61, an output unit 62, etc.
  • the reception unit 60 is configured as an interface that receives the detection signal.
  • the reception unit is configured to include an appropriate conversion circuit including an A/D converter.
  • the processing unit 61 is configured to determine whether or not a touch operation has been performed on the detection area 8 based on the detection signal. For example, when the processing unit 61 determines that the amount of change in capacitance of the sensor electrode 2 exceeds a predetermined threshold value stored in the memory, it determines that a touch operation has been performed on the detection area 8.
  • the output unit 62 is configured as an interface that outputs a control signal for causing the control device 10 mounted on the device to execute the functions of each device.
  • the processing unit 61 is configured to output a control signal from the output unit 62 by determining that a touch operation has been performed on the detection area 8.
  • the control signal may be in the form of analog data or in the form of digital data.
  • the output unit is configured to include an appropriate conversion circuit including a D/A converter.
  • the detection device 4 may be in the form of a module 7 incorporating the sensor electrode 2, or may be in a form separate from the sensor electrode 2.
  • a user's touch operation on the detection area 8 is detected by electrostatic induction between the sensor electrode 2 having a small area and the conductor 3 having an area larger than that of the sensor electrode 2. Therefore, in the capacitive sensor 1 of the present embodiment, the conductor 3 plays the role of the sensor electrode in the conventional technology and is configured to sense the approach of a detected object 9 to the conductor 3. Therefore, even if the area of the sensor electrode 2 is small, the capacitive sensor 1 of the present embodiment can expand the detection range that can sense a user's touch operation by using the conductor 3 having a large area.
  • the capacitance sensor 1 of this embodiment does not need to increase the area of the sensor electrode 2 in order to expand the detection range that is sensitive to the user's touch operation, and can use a sensor electrode 2 with a small area, which helps keep costs down.
  • the detection distance h (shown in FIG. 2) of the detected object 9 from the sensor electrode 2 is the sum of the distance h0 between the conductor 3 and the sensor electrode 2 and the distance h1 between the conductor 3 and the detected object 9, and is greater than the detection distance h0 of a sensor electrode of the same area in the conventional technology. Therefore, the capacitance sensor 1 of this embodiment can ensure a large detection distance h of the detected object 9 from the sensor electrode 2, and can detect a user's touch operation on the detection area 8 with good sensitivity even if the detection distance h is large.
  • the detection range and sensitivity do not depend on the area of the sensor electrode 2. Therefore, there is no need to change the area of the sensor electrode 2 according to the lineup (detection range and sensitivity) of the device in which the capacitance sensor 1 is mounted. Furthermore, even if the area of the conductor 3 changes according to the lineup (detection range and sensitivity) of the device, there is little change in the capacitance of the sensor electrode 2 due to the user's touch operation on the detection area. Therefore, the capacitance sensor 1 of this embodiment can eliminate the need to adjust the capacitance of the sensor electrode 2 for each device, as well as the parasitic capacitance and individual variation that depend on the sensor electrode 2, sensitivity, threshold value, etc.
  • the capacitance sensor 1 of this embodiment detects the combined capacitance C0 ⁇ C1 /( C0 + C1 ) of the capacitance C0 of the conductor 3 and the capacitance C1 of the sensor electrode 2 to detect the contact or approach of the object to be sensed.
  • the capacitance sensor 1 of this embodiment since the combined capacitance of the capacitance C0 of the conductor and the capacitance C1 of the sensor electrode is detected, when the capacitance of the conductor increases to C0 + ⁇ C due to the contact or approach of the detected object, the combined capacitance of the capacitance detected when the detected object makes a contact or approaching motion is ( C0 + ⁇ C) ⁇ C1 / ⁇ ( C0 + ⁇ C) + C1 ) ⁇ .
  • the amount of change in capacitance due to the contact or approaching motion of the detected object can be reduced and captured, so that the following actions and effects are achieved.
  • the amount of change in capacitance caused by the contact or approach of the object to be detected can be reduced and detected, so that large changes in capacitance on the conductor side can be detected within a small dynamic range.
  • It can be used with capacitance sensors with a small dynamic range, which leads to cost reduction.
  • the change in capacitance due to temperature changes on the conductor side is small, making it less susceptible to external disturbances.
  • the same sensor electrode can be used to directly connect to a wide variety of conductors.
  • the capacitance of a capacitor or the like provided in the detection device as a voltage detection unit (to be described later) can be reduced.
  • the capacitance sensor 1 of this embodiment converts the change in capacitance into a voltage change, and detects the contact or approaching movement of the object to be detected from the voltage change.
  • the capacitor is charged and discharged by operating a switch, and the current value flowing through the circuit when the capacitor is discharged is detected by the current detection unit.
  • the capacitance sensor 1 of this embodiment provides the following actions and effects.
  • the capacitance C0 of the conductor is set to 40 pF
  • the capacitance C1 of the sensor electrode is set to 10 pF
  • the power supply voltage is set to 5 V
  • the resistance of the resistor is set to 2 k ⁇ .
  • the simulation result is shown in Fig. 17(B). According to Fig. 17(B), 1.95 mA is detected as the peak value of the reference current value.
  • the increase in the capacitance C0 of the conductor due to the touch or approach of the detection object is set to 30 pF as shown in Fig. 18(A), and the current flowing through the circuit is measured as a result of the simulation shown in Fig. 18(B). According to Fig. 18(B), a peak current value of 2.05 mA is detected.
  • the threshold current value is set in the range greater than 1.96 mA and less than 2.05 mA, and the current change from the reference current value of 1.95 mA is set to, for example, about 0.1 mA, making it possible to detect contact or approaching movements of the object to be detected in a simulation.
  • LCR components such as parasitic capacitance, parasitic inductance, and parasitic resistance occur between the detection electrode and the detection unit due to the influence of the substrate, conductors, etc.
  • LCR components such as parasitic capacitance, parasitic inductance, and parasitic resistance (area surrounded by a two-dot chain line in Figure 19 (A)) occur between the detection electrode and the current detection unit. Therefore, in order to actually operate a touch sensor, these LCR components must also be taken into consideration.
  • FIG. 19(B) shows the results of a simulation in which the reference current flowing through the circuit when no contact or approaching movement of a detected object is detected, with a parasitic capacitance of 10 pF, a parasitic inductance of 10 ⁇ h, and a parasitic resistance of 10 ⁇ .
  • a peak value of 1.70 mA is detected as the reference current value.
  • FIG. 20(A) shows the results of a simulation in which the current flowing through the circuit when a contact or approaching movement of a detected object is detected, with a parasitic capacitance of 10 pF, a parasitic inductance of 10 ⁇ h, and a parasitic resistance of 10 ⁇ .
  • a peak value of 2.1 mA is detected as the current value.
  • the reference current value detected when no detectable object is detected changes from 1.95 mA to 1.7 mA
  • the current value when a detectable object is detected also changes from 2.05 mA to 2.1 mA
  • the current change amount from the reference current value for the current value when a detectable object is detected also changes from 0.1 mA to 0.4 mA. Since the current value taking into account the above-mentioned actual operating environment differs for each individual operating environment, if the contact or approaching movement of the detectable object is detected based on the current value, it is not possible to set an appropriate threshold value, etc. in the current detection unit, and it is not possible to determine at what level the detected current value or current change amount indicates that the detectable object is making a contact or approaching movement.
  • the capacitance change is converted into a voltage change, and the contact or approach of the object to be detected is detected based on the voltage change.
  • the capacitance of the conductor C0 is 40 pF
  • the capacitance of the sensor electrode C1 is 10 pF
  • the voltage of the power supply is 5 V
  • the capacitance of the capacitor is 8 pF (the same value as the combined capacitance of C0 and C1 )
  • the voltage value reference voltage value
  • the LCR components of the actual operating environment such as parasitic capacitance, parasitic inductance, and parasitic resistance
  • the parasitic capacitance is set to 10 pF
  • the parasitic inductance is set to 10 ⁇ h
  • the parasitic resistance is taken into consideration.
  • FIG. 23(B) The simulation results, which were obtained by measuring the reference voltage value when no contact or approaching movement of the object to be detected was detected, are shown in FIG. 23(B). According to FIG. 23(B), a peak value of 3.5 V was detected as the reference voltage value.
  • FIG. 24(A) shows the results of a simulation in which the reference voltage value was measured when a calibration capacitor was provided. According to FIG. 24(B), 2.5 V was detected as the peak value of the reference voltage value, and the deviation in the voltage detection value was eliminated.
  • FIG. 25(A) a calibration capacitor with a parasitic capacitance of 10 pF (part surrounded by a dashed line in FIG. 25(A)) is provided, and the simulation results are shown in FIG. 25(B).
  • 2.6 V is detected as the peak voltage value, which is the same as the peak voltage value of 2.6 V in FIG. 22(B) above, and the voltage value when the object to be detected can be made the same even when the actual operating environment is taken into consideration.
  • the capacitance sensor 1 of this embodiment by converting the capacitance change into a voltage change and detecting the contact or approaching movement of the detected object based on the voltage change, as in the capacitance sensor 1 of this embodiment, it is possible to set appropriate thresholds, etc. in the detection device even if the actual environment changes, and to appropriately determine whether the detected object is making a contact or approaching movement.
  • Toilet Seat Heater Figures 5 and 6 show an example in which the capacitance sensor 1 is used in a toilet seat heater 11.
  • the toilet seat heater 11 of the illustrated example the toilet seat 12 is a detection area 8 that detects a touch operation by a user, and the heater is configured to be driven in response to the capacitance sensor 1 detecting the action of the user sitting on the toilet seat 12 as a touch operation.
  • the sensor electrode 2 and detection device 4 of the capacitance sensor 1 are in the form of a module 7 in which the sensor electrode 2 is incorporated into the detection device 4.
  • the toilet seat 12 is made of synthetic resin, and a conductor 3, such as an aluminum sheet (aluminum foil), is attached to the entire back surface of the toilet seat 12, and a module 7 is attached to a part of the conductor 3 via a dielectric such as adhesive or double-sided tape 13.
  • the module 7 is located at the rear end of the detection area 8.
  • a heater wire (cord heater) 14 is also laid on the back surface of the toilet seat 12.
  • the heater wire 14 is connected to a control device that controls the operation of the toilet seat heater 11, and the control device controls the flow of electricity to the heater wire 14 using well-known electric/electronic circuits, switches, etc.
  • the conductor 3 When a user sits on the toilet seat 12, the conductor 3 is provided over the entire area of the toilet seat 12, which is the detection area 8, so the capacitance of the conductor 3 increases, and the capacitance of the sensor electrode 2 increases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the toilet seat heater 11 via wired or wireless communication, and the control device of the toilet seat heater 11 heats the heater wire 14 to perform the heating function of the toilet seat.
  • the capacitance of the conductor 3 decreases, and the capacitance of the sensor electrode 2 decreases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the release of the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the toilet seat heater 11 via wired or wireless communication, and the control device of the toilet seat heater 11 stops the heating of the heater wire 14 and stops the heating function of the toilet seat.
  • control unit 6 of the detection device 4 may be configured to heat the heater wire 14 and perform the toilet seat heating function when it detects a user's touch operation on the detection area 8.
  • the capacitance sensor 1 is used in a seating management system 21.
  • the seating seat 22 of a chair is a detection area 8 that detects a touch operation by a user, and the seating presence is confirmed in response to the capacitance sensor 1 detecting the user's action of sitting on the seat 22 of the chair as a touch operation.
  • the sensor electrode 2 and the detection device 4 of the capacitance sensor 1 are in the form of a module 7 in which the sensor electrode 2 is incorporated in the detection device 4.
  • the seat 22 is made of synthetic leather or cloth, and a conductor 3, such as a conductive mesh cloth, is attached to the entire underside of the seat 2, and the module 7 is attached to a part of the conductor 3 via a dielectric such as adhesive or double-sided tape 23.
  • the module 7 is located at the lateral end of the detection area 8.
  • the conductor 3 When the user sits on the seat 22, the conductor 3 is provided over the entire area of the seat 22, which is the detection area 8, so the capacitance of the conductor 3 increases, and the capacitance of the sensor electrode 2 increases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the presence management system (not shown) by wire or wirelessly, and the control device of the presence management system 21 confirms the presence of the user.
  • the control device of the presence management system not shown
  • the control device of the presence management system 21 confirms the presence of the user.
  • the capacitance of the conductor 3 decreases, and the capacitance of the sensor electrode 2 decreases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the release of the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the presence management system 21 by wire or wirelessly, and the control device of the presence management system 21 confirms the user's absence.
  • the automatic faucet 31 in the illustrated example includes a water discharge section 37, a water guide section 35, and a handle section 38, and a part of the water guide section 35 is a detection area 8 that detects a touch operation by the user.
  • the automatic faucet 31 is configured so that water is discharged from the water discharge section 37 in response to the capacitance sensor 1 detecting an action of the user bringing their hand close to the water guide section 35 as a touch operation.
  • the sensor electrode 2 and detection device 4 of the capacitance sensor 1 are in the form of a module 7 in which the sensor electrode 2 is incorporated into the detection device 4.
  • the portion 32 of the water-conducting section 35 other than the detection area 8 is made of an alloy such as brass or a synthetic resin such as ABS resin, and the outer surface is plated with metal such as chrome.
  • the portion 33 of the water-conducting section 35 in the detection area 8 is made of synthetic resin, and the outer surface of the portion 33 is plated with metal as a conductor 3.
  • a clearance is provided between the metal plating 34 on the outer surface of the portion 32 of the water-conducting section 35 other than the detection area 8 and the conductor 3 on the outer surface of the portion 33 in the detection area 8, and the metal plating 34 is not electrically connected to the conductor 3 and is preferably grounded.
  • a module 7 is attached to the inner surface of the portion 33 in the detection area 8 of the conductor 3 via a dielectric such as an adhesive or double-sided tape 36 so as to face a part of the conductor 3.
  • the module 7 is located in the corner of the lower end of the detection area 8.
  • a solenoid valve is provided in the water supply passage in the automatic faucet device 31.
  • the solenoid valve is connected to a control device that controls the operation of the automatic faucet device 31, and the control device controls the opening and closing of the solenoid valve.
  • the capacitance of the conductor 3 increases because the conductor 3 is provided over the entire area of the detection area 8, and the capacitance of the sensor electrode 2 also increases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the automatic faucet device 31 via wired or wireless connection, and the control device of the automatic faucet device 31 opens the solenoid valve to discharge water. After water has been discharged for a predetermined time, the control device of the automatic faucet device 31 closes the solenoid valve to stop the water flow.
  • a portion of the water conducting section 35 is designated as the detection area 8, but the entire water conducting section 35 can also be designated as the detection area 8.
  • the entire outer surface of the water conducting section 35 is covered with metal plating as the conductor 3.
  • a clearance is provided between the metal plating covering the outer surfaces of the water discharge section 37 and the handle section 38 and the conductor 3 on the outer surface of the water conducting section 35 so that the water discharge section 37 and the handle section 38 are electrically disconnected from the water conducting section 35.
  • the metal plating on the outer surfaces of the water discharge section 37 and the handle section 38 is preferably grounded.
  • control unit 6 of the detection device 4 may be configured to open and close the solenoid valve to turn on and off the water when it detects a user's touch operation on the detection area 8.
  • Lamp Fig. 11 is an example in which the capacitance sensor 1 is used as a lamp 41.
  • the lamp 41 has an inclined portion 43 that is a part of the bases 42-43, which is a detection area 8 that detects a touch operation by the user.
  • the lamp 41 is configured so that the light source is turned on and off in response to the capacitance sensor 1 detecting an action of the user bringing their hand close to the inclined portion 43 as a touch operation.
  • the sensor electrode 2 and detection device 4 of the capacitance sensor 1 are in the form of a module 7 in which the sensor electrode 2 is incorporated into the detection device 4.
  • the base 42-43 is made of wood or synthetic resin, for example, and the entire outer surface of the inclined portion 43 is plated with metal, for example, as the conductor 3.
  • the module 7 is attached to the inner surface of the inclined portion 43 via a dielectric such as adhesive or double-sided tape 46 so as to face a part of the conductor 3.
  • the module 7 is disposed at the upper end of the detection area 8.
  • the entire outer surface of the lower portion 42 of the base 42-43 can also be plated with metal, for example, 45, but a clearance is provided between the metal plating 45 on the outer surface of the lower portion 42 and the conductor 3 on the outer surface of the inclined portion 43, and the metal plating 45 is not electrically connected to the conductor 3 and is preferably grounded.
  • a light source is disposed inside a cover 44 made of, for example, glass, attached above the base 42-43.
  • the light source is connected to a control device that controls the operation of the lamp 41, and the control device controls the supply of electricity to the light source using known electric/electronic circuits, switches, etc.
  • the capacitance of the conductor 3 increases and the capacitance of the sensor electrode 2 increases because the conductor 3 is provided over the entire area of the inclined portion 43, which is the detection area 8.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is transmitted as a control signal to the control device of the lamp 41 via wired or wireless communication, and the control device of the lamp 41 applies electricity to the light source to turn on the lamp 41.
  • the detection device 4 detects the change in capacitance of the sensor electrode 2 and the capacitance sensor 1 detects a user's touch operation on the detection area 8, this detection information is sent as a control signal by wire or wirelessly to the control device of the lamp 41, and the control device of the lamp 41 stops the supply of electricity to the light source and turns off the lamp 41.
  • the lamp 41 by dividing the inclined portion 43 of the base 42-43 into multiple regions along the circumferential direction to arrange multiple detection regions 8, and providing a conductor 3 and a module 7 for each detection region 8, various design changes are possible for the lamp 41, such as one detection region 8 turning on the lamp 41 upon detecting a user's touch operation, another detection region 8 turning off the lamp 41 upon detecting a user's touch operation, and another detection region 8 changing the color that the lamp 41 lights up upon detecting a user's touch operation.
  • the control unit 6 of the detection device 4 may be configured to apply electricity to the light source and turn the lamp 41 on or off when it detects a user's touch operation on the detection area 8.
  • Wireless Earphones Fig. 12 shows an example in which the capacitance sensor 1 is used in a wireless earphone 51.
  • a tip 53 of a housing 52 is a detection area 8 that detects a touch operation by a user.
  • the wireless earphone 51 is configured to turn on and off in response to the capacitance sensor 1 detecting an action of the user inserting the tip 53 of the housing 52 into the ear canal as a touch operation.
  • the sensor electrode 2 and the detection device 4 of the capacitance sensor 1 are in the form of a module 7 in which the sensor electrode 2 is incorporated into the detection device 4.
  • the housing 52 is made of, for example, synthetic resin, and the entire inner surface of the tip 53 is plated with, for example, metal as the conductor 3, and the module 7 is attached to a part of the conductor 3 via a dielectric such as adhesive or double-sided tape 55.
  • the module 7 is located at the end of the tip 53 of the housing 52, which is the detection area 8, opposite the earpiece 54.
  • the conductor 3 When the user inserts the tip 53 of the wireless earphone 51 into the ear canal, the conductor 3 is provided over the entire tip 53, which is the detection area 8, so the capacitance of the conductor 3 increases, and the capacitance of the sensor electrode 2 increases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to a control device that controls the operation of the wireless earphone 51 by wired or wireless means, and the control device of the wireless earphone 51 turns on the power of the wireless earphone 51 via a known electric/electronic circuit or switch.
  • the capacitance of the conductor 3 decreases, and the capacitance of the sensor electrode 2 decreases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and the capacitance sensor 1 detects the release of the user's touch operation on the detection area 8.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the wireless earphone 51 by wired or wireless means, and the control device of the wireless earphone 51 turns off the power of the wireless earphone 51.
  • the control unit 6 of the detection device 4 may be configured to turn the power of the wireless earphone 51 on and off when it detects a user's touch operation on the detection area 8, instead of the control device of the wireless earphone 51.
  • the wireless earphone 51 can be redesigned to be a hearing aid.
  • FIGS. 13 and 14 show an example in which the capacitance sensor 1 is used as a touch switch 61 used in, for example, elevators, automatic doors, and touch panels, which allows selection of various functions to be executed by the device by simply touching it lightly, rather than by pressing a button.
  • one or more sensor electrodes 2 are provided on the upper surface of a printed circuit board 63, and a cover plate 62 made of, for example, synthetic resin or wood is arranged above the printed circuit board 2 at intervals.
  • One or more conductors 3 are provided on the upper surface of the cover plate 62 corresponding to each sensor electrode 2.
  • the conductors 3 are made of, for example, a metal film.
  • a metal film 64 is also formed on the upper surface of the cover plate 62 in an area other than the conductors 3, and the surface of the touch switch 61 has a metallic look.
  • FIG. 14 a metal film 64 is also formed on the upper surface of the cover plate 62 in an area other than the conductors 3, and the surface of the touch switch 61 has a metallic look.
  • a clearance is provided between the metal film 64 and the conductor 3, and the metal film 64 and the conductor 3 are not electrically connected, and the metal film 64 is grounded to the ground.
  • a non-conductive surface layer 65 such as a resin film or resin panel is provided to cover the conductors 3 and the metal film 64.
  • the surface of the touch switch 61 in this example, the upper surface of the surface layer 65, is a detection area 8 that detects a touch operation by the user, and the positions of the conductors 3 are the positions of various button operations of the touch switch 61.
  • the capacitance sensor 1 detects the user's touch operation when the user's finger touches or approaches any button operation position in the detection area 8.
  • the capacitance of the conductor 3 at the button operation position increases, and the capacitance of the sensor electrode 2 corresponding to the conductor 3 increases.
  • the detection unit 5 of the detection device 4 detects the capacitance change of each sensor electrode 2 to detect the position in the detection area 8 where the touch operation was performed, and outputs a detection signal indicating which button operation position in the detection area 8 the touch operation was performed at to the control unit 6.
  • the control unit 6 determines which button operation position in the detection area 8 the touch operation was performed at based on the detection signal, and outputs a control signal to the control device 10 mounted on the device to cause the device to execute the function set at the button operation position where the touch operation was performed.
  • the capacitance sensor of the present disclosure has been described above, the above-described embodiment is merely illustrative and not restrictive. Therefore, the capacitance sensor of the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present disclosure.
  • the action (touch operation) of a part of the user's body, such as a finger, contacting or approaching the detection area 8 as the detected object is detected.
  • the detected object does not have to be a part of the human body, and may be, for example, a liquid such as water.
  • the capacitance sensor 1 of the present disclosure can be used as a water level sensor 71.
  • a part in the height direction of a bottomed cylindrical tank 72 that stores a liquid such as water is a detection area 8 that detects the water level.
  • the water level sensor 71 is configured to detect whether the liquid level has reached the detection area 8 in response to the capacitance sensor 1 detecting the movement of the liquid approaching the detection area 8 as the amount of liquid increases or decreases.
  • the sensor electrode 2 and detection device 4 of the capacitance sensor 1 are in the form of a module 7 in which the sensor electrode 2 is incorporated into the detection device 4.
  • the tank 72 is made of wood or synthetic resin, for example, and the entire outer surface of the detection area 8 of the tank 72 is plated with a conductor 3, for example metal.
  • a module 7 is attached to the inner surface of the detection area 8 of the tank 72 via a dielectric such as adhesive or double-sided tape 73 so as to face a part of the conductor 3.
  • the module 7 is disposed at the lower end of the detection area 8.
  • the entire outer surface of the part other than the detection area 8 can also be plated with a metal, for example, but a clearance is provided between this metal plating and the conductor 3 on the outer surface of the detection area 8, and this metal plating is electrically disconnected from the conductor 3 and is preferably grounded.
  • the liquid level rises and reaches the lower end of the detection area 8.
  • the capacitance of the conductor 3 increases, as shown in FIG. 16, and the capacitance of the sensor electrode 2 increases.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and this detection information is transmitted as a control signal to the control device of the water level sensor 71 by wire or wirelessly, so that the control device of the water level sensor 71 detects that the liquid has been stored in the tank 72 to a predetermined height.
  • the capacitance of the conductor 3 is maintained constant, and the capacitance of the sensor electrode 2 is maintained constant.
  • This detection information is transmitted as a control signal to the control device of the water level sensor 71 by wire or wirelessly, so that the control device of the water level sensor 71 detects that the liquid has been stored in the tank 72 above the predetermined height.
  • the detection device 4 detects this change in capacitance of the sensor electrode 2, and this detection information is sent as a control signal to the control device of the water level sensor 71 by wire or wirelessly, so that the control device of the water level sensor 71 detects that the liquid is again stored to a predetermined height in the tank 72.
  • the capacitance of the conductor 3 is maintained constant and the capacitance of the sensor electrode 2 is maintained constant.
  • This detection information is sent as a control signal to the control device of the water level sensor 71 by wire or wirelessly, so that the control device of the water level sensor 71 detects that the liquid is not stored to the predetermined height in the tank 72.
  • control unit 6 of the detection device 4 may be configured to detect whether the liquid level is at a predetermined height in the tank 72, instead of the control device of the water level sensor 71.

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Abstract

センサ電極を大きくしなくても検知範囲を拡大でき、静電容量センサを搭載する機器のラインナップに応じて機器ごとに調整の必要がない静電容量センサを提供することを目的とする。静電容量センサ（１）は、センサ電極（２）と、検知領域（８）に対するユーザのタッチ操作をセンサ電極（２）の静電容量変化に基づいて検知する検出装置（４）と、タッチ操作を検知する検知領域（８）に設けられる導体（３）と、を備える。導体（３）は、センサ電極（２）との間に間隔あけて又は誘電体を介在させて対向配置されており、センサ電極（２）及び導体（３）が対向する方向から見た導体（３）の面積は、センサ電極（２）の面積よりも大きく、導体（３）の一部分がセンサ電極（２）に対向する。

Description

静電容量センサ
　本開示は、センサ電極の静電容量変化に基づいて検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作を検知する静電容量センサに関する。
　例えば、情報通信機器、家電製品、車載製品などの電子機器においては、ユーザのタッチ操作に反応して各種機能を実行するように構成されており、ユーザのタッチ操作を検知するために静電容量センサが用いられている。静電容量センサは、各機器においてユーザがタッチ操作を行う検知領域の近傍にセンサ電極が配置され、センサ電極により生成される電界にユーザの体の一部分（例えば指）が干渉することにより、センサ電極の静電容量がＣ０からＣ０＋ΔＣに変化する。この静電容量の変化ΔＣをセンサ電極に接続された検出装置で検出することにより、検知領域に対するユーザのタッチ操作の有無を判別することができる（例えば特許文献１を参照）。なお、本開示において、タッチ操作とは、ユーザの体の一部分やタッチペンなどの入力器具など（以下、「被検知体」という。）が検知領域に接触又は接近する操作を指す。
　センサ電極の静電容量Ｃ０の大きさは、センサ電極の面積に比例し、センサ電極及び被検知体の間の距離に反比例する。よって、センサ電極はその面積が広いほど静電容量Ｃ０が大きくなるため、検知距離を大きくしてもタッチ操作を感度よく検知可能である。また、センサ電極の面積が広いほど、ユーザのタッチ操作に感応できる検知範囲を拡大可能である。さらに、センサ電極の面積が広いほど、接近動作検知にも有効となる。
特開２０１５－２１０８１１号公報
　上述したように、静電容量センサの検知範囲や感度はセンサ電極の面積に依存するため、静電容量センサを搭載する機器のラインナップに応じてセンサ電極の面積を変えると、センサ電極の静電容量も変わり、機器ごとにセンサ電極が持つ静電容量、さらにセンサ電極に依存する寄生容量及び個体ばらつき、感度、閾値などの調整が必要となり、煩雑になる。また、センサ電極の面積を広くするためにセンサ電極を大きくすると、その分、コスト高となる。
　本開示は、上記課題を解決することに着目して、センサ電極を大きくしなくても検知範囲を拡大でき、静電容量センサを搭載する機器のラインナップに応じて機器ごとに調整の必要がない静電容量センサを提供することを目的とする。
　本開示の静電容量センサは、上記課題を解決するため、以下の項１に記載の静電容量センサを主題とする。
項１．センサ電極と、検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作を前記センサ電極の静電容量変化に基づいて検知する検出装置と、を備える静電容量センサであって、
　前記検知領域に設けられる導体を備え、
　前記導体は、前記センサ電極との間に間隔をあけて又は誘電体を介在させて対向配置されており、
　前記センサ電極及び前記導体が対向する方向から見た前記導体の面積は、前記センサ電極の面積よりも大きく、前記導体の一部分が前記センサ電極に対向する、静電容量センサ。
　上記項１に記載の静電容量センサにおいて、前記検出装置は、前記導体の静電容量及び前記センサ電極の静電容量の合成容量の変化を前記センサ電極の静電容量変化として検出する検出部と、制御部と、を含み、前記検出部は、前記静電容量変化を電圧変化に変えるＣＶアンプを含み、前記制御部は、前記検出部から出力される前記電圧変化に応じた検出信号に基づいて前記検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作を検知するように構成されていることが好ましい。
　また本開示の静電容量センサは、上記項１に記載の静電容量センサの好ましい態様として、以下の項２に記載の静電容量センサを包含する。
項２．前記導体は、前記検知領域の全域に設けられる、項１に記載の静電容量センサ。
　また本開示の静電容量センサは、上記項１から及び項２に記載の静電容量センサの好ましい態様として、以下の項３に記載の静電容量センサを包含する。
項３．前記導体は、導電性インク、導電性樹脂、金属膜、金属シート、金属板、金属網、導電性織物、導電性編み物及び導電性不織布のいずれかで構成される、項１又は項２に記載の静電容量センサ。
　また本開示の静電容量センサは、上記項１から項３に記載の静電容量センサの好ましい態様として、以下の項４に記載の静電容量センサを包含する。
項４．前記検知領域はトイレの便座であり、
　前記導体は、前記便座の裏面に設けられ、
　前記センサ電極は、前記導体の一部分に前記誘電体を介して固定される、項１から３のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
　本開示の静電容量センサによれば、面積が小さいセンサ電極と、センサ電極よりも面積が大きい導体との静電誘導により、検知領域に対するユーザのタッチ操作などの被検知体の接触又は接近動作を検知している。そのため、本開示の静電容量センサでは、導体が従来技術におけるセンサ電極の役割を果たし、導体への被検知体の近接に対して感応するように構成される。よって、本開示の静電容量センサは、センサ電極の面積が小さくても、大きい面積の導体によって被検知体の接触又は接近動作に感応できる検知範囲を拡大することができる。
　加えて、本開示の静電容量センサは、被検知体の接触又は接近動作に感応できる検知範囲を拡大するためにセンサ電極の面積を大きくする必要がなく、小さい面積のセンサ電極で対応可能なため、コスト高を抑えることができる。
　また本開示の静電容量センサでは、センサ電極に対する被検知体の検知距離は、導体及びセンサ電極の距離と導体及び被検知体の距離との和となり、従来技術において同面積のセンサ電極による検知距離よりも大きい。よって、本開示の静電容量センサは、センサ電極に対する被検知体の検知距離を大きく確保することができ、検知距離を大きくしても感度よく検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作を検知することができる。
　また本開示の静電容量センサでは、検知範囲や感度はセンサ電極の面積に依存しない。そのため、静電容量センサを搭載する機器のラインナップ（検知範囲や感度）に応じてセンサ電極の面積を変える必要はない。そのうえ、機器のラインナップ（検知範囲や感度）に応じて導体の面積が変わっても、検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作によるセンサ電極の静電容量の変化は少ない。よって、本開示の静電容量センサは、機器ごとにセンサ電極が持つ静電容量、さらにセンサ電極に依存する寄生容量及び個体ばらつき、感度、閾値などの調整の必要をなくすことができる。
図１は本開示の一実施形態の静電容量センサの機能構成を示す図である。 図２は本開示の一実施形態の静電容量センサの機能構成を示す図である。 図３は本開示の一実施形態の静電容量センサの動作原理を説明する図である。 図４は従来の静電容量センサの動作原理を説明する図である。 図５は静電容量センサを便座ヒーターに適用した例を示す図である。 図６は（Ａ）便座の裏面を示す図であり、（Ｂ）便座の断面を示す図である。 図７は静電容量センサを在席確認システムに適用した例を示す図である。 図８は椅子の座部の断面を示す図である。 図９は静電容量センサを自動水栓器具に適用した例を示す図である。 図１０（Ａ）はカランの正面の一部を示す図であり、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）はカランの断面を示す図である。 図１１は（Ａ）静電容量センサをランプに適用した例を示す図であり、図１１（Ｂ）はランプの断面の一部を示す図である。 図１２は（Ａ）静電容量センサをワイヤレスイヤホンに適用した例を示す図であり、図１２（Ｂ）はワイヤレスイヤホンの断面の一部を示す図である。 図１３（Ａ）は静電容量センサをタッチスイッチに適用した例を示す図であり、図１３（Ｂ）はタッチセンサの機能構成を示す図である。 図１４（Ａ）は静電容量センサをタッチスイッチに適用した例を示す図であり、図１４（Ｂ）はタッチセンサの機能構成を示す図である。 図１５（Ａ）は静電容量センサを水位センサに適用した例を示す図であり、図１５（Ｂ）は水位センサの断面の一部を示す図である。 図１６は図１５の水位センサにおいて水位と静電容量との関係を示すグラフである。 図１７（Ａ）は公知発明において被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合の回路図であり、図１７（Ｂ）は回路を流れる電流値（基準電流値）を計測したシミュレーション結果である。 図１８（Ａ）は公知発明において被検知体の接触又は接近動作を検知した場合の回路図であり、図１８（Ｂ）は回路を流れる電流値を計測したシミュレーション結果である。 図１９（Ａ）は公知発明において被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合のＬＣＲ成分を考慮した回路図であり、図１９（Ｂ）は回路を流れる電流値（基準電流値）を計測したシミュレーション結果である。 図２０（Ａ）は公知発明において被検知体の接触又は接近動作を検知した場合のＬＣＲ成分を考慮した回路図であり、図２０（Ｂ）は回路を流れる電流値を計測したシミュレーション結果である。 図２１（Ａ）は本開示の静電容量センサにおいて被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合の回路図であり、図２１（Ｂ）は回路の電圧値（基準電圧値）を計測したシミュレーション結果である。 図２２（Ａ）は本開示の静電容量センサにおいて被検知体の接触又は接近動作を検知した場合の回路図であり、図２２（Ｂ）は回路の電圧値を計測したシミュレーション結果である。 図２３（Ａ）は本開示の静電容量センサにおいて被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合のＬＣＲ成分を考慮した回路図であり、図２３（Ｂ）は回路の電圧値（基準電圧値）を計測したシミュレーション結果である。 図２４（Ａ）は本開示の静電容量センサにおいて被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合のＬＣＲ成分を考慮するとともに寄生容量分をオフセットするキャリブレーションを持たせた回路図であり、図２４（Ｂ）は回路の電圧値（基準電圧値）を計測したシミュレーション結果である。 図２５（Ａ）は本開示の静電容量センサにおいて被検知体の接触又は接近動作を検知した場合のＬＣＲ成分を考慮するとともに寄生容量分をオフセットするキャリブレーションを持たせた回路図でありであり、図２５（Ｂ）は回路の電圧値を計測したシミュレーション結果である。
静電容量センサの概要及び全体構成の説明
　本開示の静電容量センサは、例えば電子機器（情報通信機器、家電製品、車載製品など）においてユーザのタッチ操作に反応して各種機能を実行させるために、ユーザのタッチ操作を検知するために用いられる。静電容量センサは、各機器の検知領域にユーザが体の一部分やタッチペンなどの専用の入力器具などの被検知体（導電体）を接近又は接触させることで生じるセンサ電極の静電容量変化を検出することで、検知領域に対するタッチ操作の有無を判別する。以下、本開示の静電容量センサの実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、本開示の静電容量センサは、以下の実施形態に限定されない。
　図１及び図２は、静電容量センサ１の機能構成を例示している。静電容量センサ１は、センサ電極２と、機器においてユーザのタッチ操作を受け付ける検知領域８に設けられる導体３と、センサ電極２の静電容量変化に基づいて検知領域８に対するタッチ操作の有無を判別する検出装置４と、を備えている。
センサ電極の説明
　センサ電極２は、従来から公知のものであり、従来から静電容量センサのセンサ電極に用いられている材料、例えば、黒鉛、カーボンブラックなどの炭素；アルミニウム、銅、銀、金などの金属；チオフェン系導電性高分子、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）などの導電性樹脂；あるいは、これらの複合材料により形成することができる。
　センサ電極２は、面状体の形態であり、例えば板状、シート状などを呈し、その外形は例えば矩形、円形などである。センサ電極２の大きさは、特に限定されないが、縦が３ｍｍ以上８０ｍｍ以下、横が３ｍｍ以上８０ｍｍ以下（円の場合は直径が３ｍｍ以上８０ｍｍ以下）の大きさであり、好ましくは縦が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下、横が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下（円の場合は直径が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下）の大きさであり、センサ電極２は、主面の面積（後述するセンサ電極２及び導体３が対向する方向から見た面積）が小さく形成されている。
　センサ電極２は、図示しない電源によりグラウンドに対してプラスの電圧が加えられている。これにより、センサ電極２にはプラスの電荷（正電荷）が一様に生じている。
導体の説明
　導体３は、黒鉛、カーボンブラックなどの炭素；アルミニウム、銅、銀、金などの金属；チオフェン系導電性高分子、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）などの導電性樹脂；導電性インク；金属や炭素を含有した化学繊維、表面が金属で被覆された化学繊維、金属を繊維化した金属繊維などの導電性繊維；あるいは、これらの複合材料により形成することができる。
　導体３は、面状体の形態であり、例えば板状、シート状、膜状などを呈する。導体３は、特に限定されないが、好ましくは金属膜（メッキ及び蒸着を含む）、金属シート（金属箔を含む）、金属板、金属網の他、導電性繊維により形成される織物（メッシュを含む）、編み物、不織布を用いることができる。
　導体３は、機器が有する検知領域８に設けられる。導体３は検知領域８に対してユーザによりタッチ操作される側に設けられていてもよいし、ユーザによりタッチ操作される側とは反対側に設けられていてもよい。
　導体３は、センサ電極２と対向する、つまりは互いの主面同士が向かい合うように配置されている。導体３は、センサ電極２との間に間隔があけられていて空気が介在するように配置されている、あるいは、センサ電極２との間に絶縁物などの誘電体が介在するようにして配置されている。
　導体３の外形は、例えば矩形、円形などである。導体３は、センサ電極２及び導体３が対向する方向から見て、センサ電極２よりも面積が大きくなるように形成されており、導体３の一部分にセンサ電極２が対向している。
　導体３の大きさは、特に限定されないが、検知領域８の全域（ほぼ全域も含む）に設けることができる大きさであることが好ましい。これにより、検知領域８の全域をユーザのタッチ操作に感応可能な範囲にすることができる。
　導体３は、その一部分がセンサ電極２から発生する電界内に位置するように配置されている。導体３の一部分が電界内に存在することで、導体３は静電誘導を受けて分極が起こり、導体３のセンサ電極２から近い部分には、センサ電極２の正電荷に引かれて異種のマイナスの電荷（負電荷）が生じ、これと等量の正電荷が導体３のセンサ電極２から遠い部分に生じる。
　導体３及びセンサ電極２の距離ｈ０は、距離ｈ０が小さいほど静電誘導が起こりやすく、導体３に生じる負電荷の量が大きくなるため、導体３に生じる正電荷の量も同様に大きくなる。そのため、導体３の正電荷が生じる部分とグラウンドとの間に発生する電界が大きくなるので、導体３及びセンサ電極２の距離ｈ０は短いほうが好ましい。
　なお、導体３及びセンサ電極２の位置関係について、センサ電極２よりも導体３の方がユーザによりタッチ操作される側に配置されているが、導体３よりもセンサ電極２の方がユーザによりタッチ操作される側に配置されていてもよい。
ユーザのタッチ操作による静電容量変化の説明
　図１及び図３（Ａ）に示すように、検知領域８に対するユーザのタッチ操作が無い時において、導体３の静電容量をＣ０とし、センサ電極２の静電容量をＣ１（Ｃ１＜Ｃ０）とすると、本開示ではＣ０とＣ１の直列接続となるため、相互したセンサ電極２の静電容量は、Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）となる。この静電容量Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）が検出装置４によって監視される。なお、相互したセンサ電極２の静電容量Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）は、導体３の静電容量Ｃ０とセンサ電極２の静電容量Ｃ１との合成容量である。
　これに対して、図２及び図３（Ｂ）に示すように、ユーザがタッチ操作のために検知領域８にユーザの体の一部分（例えば指）などの被検知体９を接近又は接触させると（導体３及び被検知体９の距離ｈ１が短くなると）、導体３からの電界に被検知体９が干渉する。ユーザの体は接地されているため、導体として働くユーザの体を通じて電荷が集まり、導体３の静電容量がＣ０からＣ０＋ΔＣに変化する。導体３の静電容量（電荷）がＣ０＋ΔＣに変化すると、相互したセンサ電極２の静電容量、つまりは、導体３の静電容量Ｃ０＋ΔＣ及びセンサ電極２の静電容量Ｃ１の合成容量は（Ｃ０＋ΔＣ）×Ｃ１／｛（Ｃ０＋ΔＣ）＋Ｃ１）｝となる。そのため、検知領域８に対するユーザのタッチ操作があると、本開示のセンサ電極２の静電容量の変化ΔＣ´、つまりは、導体３の静電容量及びセンサ電極２の静電容量の合成容量の変化は以下の式１の通りとなり、このセンサ電極２の静電容量変化ΔＣ´が検出装置４によって検出される。
［式１］
　ΔＣ´＝（Ｃ０＋ΔＣ）×Ｃ１／｛（Ｃ０＋ΔＣ）＋Ｃ１）｝－Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）
　　　　＝ΔＣ×Ｃ１ ２／｛（Ｃ０＋Ｃ１）×（Ｃ０＋ΔＣ＋Ｃ１）｝
　なお、本開示のセンサ電極２の静電容量変化ΔＣ´は、式１の分母（Ｃ０＋Ｃ１）×（Ｃ０＋ΔＣ＋Ｃ１）＝Ｃ０ ２＋２Ｃ０Ｃ１＋Ｃ０ΔＣ＋Ｃ１ΔＣ＋Ｃ１ ２＞Ｃ１ ２であるため、式１のＣ１ ２／｛（Ｃ０＋Ｃ１）×（Ｃ０＋ΔＣ＋Ｃ１）｝が１より小さい。よって、ΔＣ´はΔＣよりも小さい。
　従来技術の静電容量センサにおいて、本開示の静電容量センサ１の導体３と同じ面積のセンサ電極でユーザのタッチ操作を検知すると、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、ユーザのタッチ操作によるセンサ電極の静電容量変化は（Ｃ０＋ΔＣ）－Ｃ０＝ΔＣである。そのため、本開示の静電容量センサ１は、ユーザのタッチ操作によるセンサ電極２の静電容量の変化量は従来技術よりも少なく、小さいことが分かる。
検出装置の説明
　センサ電極２の静電容量は、検知領域８の導体３にユーザが被検知体９を接触又は接近させた際の導体３及び被検知体９の距離ｈ１に応じて変化する。検出装置４は、センサ電極２の静電容量変化を検出する検出部５を含む。
　検出部５は、センサ電極２に電気的に接続されている。検出部５は、センサ電極２の静電容量変化を検出するための電気・電子回路を有する。センサ電極２の静電容量変化を検出するため、検出部５は、例えば、静電容量変化を電圧変化に変えるＣＶアンプと、感度を調整するためＣＶアンプのゲイン調整機能を有した検出回路とから構成することができる。検知領域８に対するユーザのタッチ操作が無い時は、導体３の電界内に被検知体９が存在しないので、静電容量の変化もなくＣＶアンプからの電圧変化もない。一方で、検知領域８に対するユーザのタッチ操作により導体３の電界内に被検知体９が干渉すると、センサ電極２の静電容量が増加し、ＣＶアンプからの静電容量増加分に応じた電圧変化にゲインを掛けた電圧変化が検出回路から出力される。検出信号は、アナログデータの形態であってもよいし、デジタルデータの形態であってもよい。
　検出部５によりセンサ電極２の静電容量変化を検出する方法としては、上述した例に限定されず、（１）センサ電極２に一定電荷充電後、放電に要する時間差を計測する方法、（２）センサ電極２の静電容量の変化を発振回路の発振状態の変化により検出する方法、などの従来から公知の様々な方法を挙げることができる。検出部５は、（１）（２）の方法に適した従来から公知の静電容量センサに用いられている電気・電子回路やスイッチなどで構成することができる。
　検出装置４は、検出部５から出力される検出信号に基づいて検知領域８に対するタッチ操作があったと判別する制御部６を含む。制御部６は、例えばマイクロコンピュータにより構成することができる。制御部６は、受付部６０、処理部６１及び出力部６２などを含む。
　受付部６０は、検出信号を受け付けるインターフェースとして構成されている。検出信号がアナログデータの形態である場合、受付部は、Ａ／Ｄコンバータを含む適宜の変換回路を含むように構成される。処理部６１は、検出信号に基づいて検知領域８に対するタッチ操作の有無を判別するように構成されている。例えば、処理部６１は、センサ電極２の静電容量の変化量がメモリに記憶されている所定の閾値を超えると判定すると、検知領域８にタッチ操作が行なわれたと判断する。出力部６２は、機器に搭載されている制御装置１０に各機器の機能を実行させるための制御信号を出力するインターフェースとして構成されている。処理部６１は、検知領域８にタッチ操作が行なわれたと判断することで、出力部６２から制御信号を出力するように構成されている。制御信号は、アナログデータの形態であってもよいし、デジタルデータの形態であってもよい。制御信号がアナログデータの形態である場合、出力部は、Ｄ／Ａコンバータを含む適宜の変換回路を含むように構成される。
　検出装置４はセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態であってもよいし、センサ電極２と別個の形態であってもよい。
静電容量センサの作用・効果
　上述した本実施形態の静電容量センサ１によれば、面積が小さいセンサ電極２と、センサ電極２よりも面積が大きい導体３との静電誘導により、検知領域８に対するユーザのタッチ操作を検知している。そのため、本実施形態の静電容量センサ１では、導体３が従来技術におけるセンサ電極の役割を果たし、導体３への被検知体９の近接に対して感応するように構成される。よって、本実施形態の静電容量センサ１は、センサ電極２の面積が小さくても、大きい面積の導体３によってユーザのタッチ操作に感応できる検知範囲を拡大することができる。
　加えて、本実施形態の静電容量センサ１は、ユーザのタッチ操作に感応できる検知範囲を拡大するためにセンサ電極２の面積を大きくする必要がなく、小さい面積のセンサ電極２で対応可能なため、コスト高を抑えることができる。
　また本実施形態の静電容量センサ１では、センサ電極２に対する被検知体９の検知距離ｈ（図２に示す）は、導体３及びセンサ電極２の距離ｈ０と導体３及び被検知体９の距離ｈ１との和となり、従来技術において同面積のセンサ電極による検知距離ｈ０よりも大きい。よって、本実施形態の静電容量センサ１は、センサ電極２に対する被検知体９の検知距離ｈを大きく確保することができ、検知距離ｈを大きくしても感度よく検知領域８に対するユーザのタッチ操作を検知することができる。
　また本実施形態の静電容量センサ１では、検知範囲や感度はセンサ電極２の面積に依存しない。そのため、静電容量センサ１を搭載する機器のラインナップ（検知範囲や感度）に応じてセンサ電極２の面積を変える必要はない。そのうえ、機器のラインナップ（検知範囲や感度）に応じて導体３の面積が変わっても、検知領域に対するユーザのタッチ操作によるセンサ電極２の静電容量の変化は少ない。そのため、本実施形態の静電容量センサ１は、機器ごとにセンサ電極２が持つ静電容量、さらにセンサ電極２に依存する寄生容量及び個体ばらつき、感度、閾値などの調整の必要をなくすことができる。
　また本実施形態の静電容量センサ１では、導体３の静電容量Ｃ０とセンサ電極２の静電容量Ｃ１の合成容量Ｃ０×Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）を検出して被検知体の接触又は接近動作を検知している。ここで、ＪＰ２０２１－９９２９７Ａに記載の静電容量式タッチセンサ（以下、「公知発明」という。）のように、導体(ＪＰ２０２１－９９２９７Ａでは金属製シート２)の静電容量Ｃ０(ＪＰ２０２１－９９２９７ＡではＣｓ１)とセンサ電極(ＪＰ２０２１－９９２９７Ａでは検出電極３)の静電容量Ｃ１（ＪＰ２０２１－９９２９７ＡではＣｓ２）の合計値Ｃ０＋Ｃ１を検出すると、被検知体の接触又は接近動作により導体の静電容量がＣ０＋ΔＣに増加したとすると、被検知体が接触又は接近動作した時に検出される静電容量の合計値はＣ０＋ΔＣ+Ｃ１となる。よって、公知発明では、被検知体の接触又は接近動作の前後の静電容量変化はＣ０＋ΔＣ+Ｃ１－（Ｃ０＋Ｃ１）＝ΔＣとなり、これは被検知体が接触又は接近動作することで増加する導体の静電容量変化ΔＣをそのまま検出することになる。
　これに対して、本実施形態の静電容量センサ１では、導体の静電容量Ｃ０とセンサ電極の静電容量Ｃ１の合成容量を検知しているため、被検知体が接触又は接近動作することで、導体の静電容量がＣ０＋ΔＣに増加した場合、被検知体が接触又は接近動作した時に検出される静電容量の合成容量は、（Ｃ０＋ΔＣ）×Ｃ１／｛（Ｃ０＋ΔＣ）＋Ｃ１）｝となる。よって、本実施形態の静電容量センサ１では、被検知体の接触又は接近動作の前後の静電容量変化はΔＣ×Ｃ１ ２／｛（Ｃ０＋Ｃ１）×（Ｃ０＋ΔＣ＋Ｃ１）｝＝ΔＣ´となり、このΔＣ´は、上述したとおり、被検知体が接触又は接近動作することで増加する導体の静電容量変化ΔＣよりも小さくなる。このように本実施形態の静電容量センサ１では、被検知体の接触又は接近動作による静電容量の変化量を縮小して捉えることができるため、以下の作用・効果を奏する。
（１）被検知体の接触又は接近動作による静電容量の変化量を縮小して捉えることができるので、小さなダイナミックレンジで導体側の大きな静電容量の変化を捉えられる。
（２）ダイナミックレンジの小さな静電容量センサでも対応できコストダウンにつながる。
（３）導体側で起きる温度変化による静電容量変化が小さくなるため、外乱の影響を受けにくくなる。
（４）多種多様な導体に対し直接つないで対応するところ、同じセンサ電極でそれらの対応ができる。
（５）後述する電圧検出部として検出装置に設けるコンデンサ等の静電容量を小さくできる。
　また本実施形態の静電容量センサ１では、静電容量変化を電圧変化に変換して電圧変化により被検知体の接触又は接近動作を検知している。ここで、上述した公知発明では、スイッチの操作によりコンデンサの充放電が行われ、コンデンサの放電時に回路を流れる電流値を電流検出部で検出している。公知発明のように、静電容量変化を電流変化に変換して電流変化に基づいて被検知体の接触又は接近動作を検知する場合と対比すると、本実施形態の静電容量センサ１は以下の作用・効果を奏する。
　公知発明において、被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合に、図１７（Ａ）に示すように、導体の静電容量Ｃ０を４０ｐＦ、センサ電極の静電容量Ｃ１を１０ｐＦ、電源の電圧を５Ｖ、電流検出部として抵抗器を用いた場合にこの抵抗器の抵抗を２ｋΩとして、回路を流れる電流値（基準電流値）を計測したシミュレーション結果を図１７（Ｂ）に示す。図１７（Ｂ）によれば、基準電流値のピーク値として１．９５ｍＡが検出されている。
　一方で、公知発明において、被検知体の接触又は接近動作を検知した場合に、図１８（Ａ）に示すように、被検知体の接触又は接近動作による導体の静電容量Ｃ０の増加を３０ｐＦとして、回路を流れる電流値を計測したシミュレーション結果を図１８（Ｂ）に示す。図１８（Ｂ）によれば、電流値のピーク値として２．０５ｍＡが検出されている。
　このように、公知発明では、例えば電流値の閾値を１．９６ｍＡより大きく２．０５ｍＡより小さい範囲で設定したり、基準電流値１．９５ｍＡからの電流変化量を例えば０．１ｍＡ程度に設定したりすることで、シミュレーション上では被検知体の接触又は接近動作を検知可能である。
　しかし、タッチセンサを実際に動作させる環境では、検出電極と検出部との間に基板や導線などの影響で寄生容量、寄生インダクタンス、寄生抵抗などの目に見えないＬＣＲ成分が発生することは当業者であれば自明である。公知発明においても、実際の動作環境では、図１９（Ａ）に示すように、寄生容量、寄生インダクタンス、寄生抵抗などのＬＣＲ成分（図１９（Ａ）で二点鎖線で囲んだ部分）が検出電極と電流検出部との間に発生する。そのため、タッチセンサを実際に動作させるためには、このＬＣＲ成分も考慮に入れる必要がある。
　ここで、寄生容量を１０ｐＦ、寄生インダクタンスを１０μｈ、寄生抵抗を１０Ωとして、被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合に回路を流れる基準電流値を計測したシミュレーション結果を図１９（Ｂ）に示す。図１９（Ｂ）によれば、基準電流値のピーク値として１．７０ｍＡが検出されている。また、図２０（Ａ）に示すように、寄生容量を１０ｐＦ、寄生インダクタンスを１０μｈ、寄生抵抗を１０Ωとして、被検知体の接触又は接近動作を検知した場合に回路を流れる電流値を計測したシミュレーション結果を図２０（Ｂ）に示す。図２０（Ｂ）によれば、電流値のピーク値として２．１ｍＡが検出されている。
　このように、公知発明では、実際の動作環境を考慮すると、被検知体を検知していない場合に検出される基準電流値が１．９５ｍＡから１．７ｍＡに変わり、被検知体を検知した場合の電流値も２．０５ｍＡから２．１ｍＡに変わり、被検知体を検知した場合の電流値について基準電流値からの電流変化量も０．１ｍＡから０．４ｍＡに変わる。上述した実際の動作環境を考慮した電流値は、個々の動作環境においてそれぞれ異なるため、電流値に基づいて被検知体の接触又は接近動作を検知したのでは、電流検出部において適切な閾値等を設定することができず、検出した電流値や電流変化量がどの程度であれば被検知体が接触又は接近動作しているのかを特定できない。
　これに対して本実施形態の静電容量センサ１では、静電容量変化を電圧変化に変換しており、電圧変化に基づいて被検知体の接触又は接近動作を検知している。ここで、被検知体の接触又は接近を検知していない場合において、図２１（Ａ）に示すように、導体の静電容量Ｃ０を４０ｐＦ、センサ電極の静電容量Ｃ１を１０ｐＦ、電源の電圧を５Ｖとし、電圧検出部としてコンデンサを用いた場合にこのコンデンサの静電容量を８ｐＦ（Ｃ０とＣ１の合成容量と同じ値）として、電圧値（基準電圧値）を計測したシミュレーション結果を図２１（Ｂ）に示す。図２１（Ｂ）によれば、基準電圧値のピーク値として２．５Ｖが検出されている。
　一方で、図２２（Ａ）に示すように、被検知体の接触又は接近動作を検知した場合において、被検知体の接触又は接近動作による導体の静電容量Ｃ０の増加を３０ｐＦとして、電圧値を計測したシミュレーション結果を図２２（Ｂ）に示す。図２２（Ｂ）によれば、電圧値のピーク値として２．６Ｖが検出されている。
　静電容量変化を電圧変化に変換する場合においても、実際の動作環境の寄生容量、寄生インダクタンス、寄生抵抗などのＬＣＲ成分を考慮して、図２３（Ａ）に示すように、寄生容量を１０ｐＦ、寄生インダクタンスを１０μｈ、寄生抵抗を１０Ωとして、被検知体の接触又は接近動作を検知していない場合の基準電圧値を計測したシミュレーション結果を図２３（Ｂ）に示す。図２３（Ｂ）によれば、基準電圧値のピーク値として３．５Ｖが検出されている。
　静電容量変化を電圧変化に変換する場合においても、実際の動作環境を考慮すると、被検知体を検知していない場合に検出される基準電圧値が２．５Ｖから３．５Ｖに変わるが、この相違は寄生容量に基づくものである。そのため、寄生容量分をオフセットするキャリブレーションを回路に持たせることで実際の動作環境における電圧検出値のずれを解消できる。例えば、図２４（Ａ）に示すように、寄生容量１０ｐＦのキャリブレーションのためのコンデンサ（図２４（Ａ）で鎖線で囲んだ部分）を設けることで、実際の動作環境における電圧検出値のずれを解消できる。キャリブレーションのためのコンデンサを設けた場合の基準電圧値を計測したシミュレーション結果を図２４（Ｂ）に示す。図２４（Ｂ）によれば、基準電圧値のピーク値として２．５Ｖが検出され、電圧検出値のずれが解消されている。
　また、被検知体の接触又は接近動作を検知した場合の電圧値について、図２５（Ａ）に示すように、寄生容量１０ｐＦのキャリブレーションのためのコンデンサ（図２５（Ａ）で鎖線で囲んだ部分）を設けて計測したシミュレーション結果を図２５（Ｂ）に示す。図２５（Ｂ）によれば、電圧値のピーク値として２．６Ｖが検出され、上記図２２（Ｂ）の電圧値のピーク値２．６Ｖと同じであり、実際の動作環境を考慮した場合でも被検体を検知した際の電圧値を同じ値にすることができる。
　以上のとおり、本実施形態の静電容量センサ１のように、静電容量変化を電圧変化に変換して電圧変化に基づいて被検知体の接触又は接近動作を検知することにより、検出装置において実環境が変化しても適切な閾値等を設定することができ、適切に被検知体が接触又は接近動作しているのかを特定することができる。
　なお、公知発明において、実際の動作環境の影響により生じる電流検出値のずれを解消するための手段及び方法は、ＪＰ２０２１－９９２９７Ａには開示も示唆もされておらず、出願時の技術常識を参考にしても容易に認識できるものではない。
静電容量センサの使用例の説明
　次に、本開示の静電容量センサ１を各種機器に用いた例を説明する。なお、本開示の静電容量センサの用途は、以下の例に限定されない。
（１）便座ヒーター
　図５及び図６は、静電容量センサ１を便座ヒーター１１に用いた例である。図示例の便座ヒーター１１は、便座１２がユーザのタッチ操作を検知する検知領域８であり、タッチ操作としてユーザが便座１２に座る動作を静電容量センサ１が検知することに応じて、ヒーターが駆動するように構成されている。また、図示例では、静電容量センサ１のセンサ電極２及び検出装置４は検出装置４にセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態である。
　便座１２は合成樹脂製であり、便座１２の裏面の全域に導体３として例えばアルミシート（アルミ箔）が貼り付けられており、導体３の一部分にモジュール７が接着剤や両面テープ１３などの誘電体を介して貼り付けられている。モジュール７は検知領域８の後方側の端に配置されている。また、便座１２の裏面にはヒーター線（コードヒーター）１４を這わせている。ヒーター線１４は、便座ヒーター１１の動作を制御する制御装置に接続されており、制御装置は、公知の電気・電子回路やスイッチなどを用いてヒーター線１４への通電を制御している。
　ユーザが便座１２に座ると、導体３が検知領域８である便座１２の全域に設けられているため、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作が検知される。この検知情報が制御信号として便座ヒーター１１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、便座ヒーター１１の制御装置はヒーター線１４を発熱させて便座の暖房機能を実行する。一方、ユーザが便座１２から立ち上がると、導体３の静電容量が低下し、センサ電極２の静電容量が低下する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作の解除が検知される。この検知情報が制御信号として便座ヒーター１１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、便座ヒーター１１の制御装置はヒーター線１４の発熱を止めて便座の暖房機能を停止する。
　なお、この例においては、便座ヒーター１１の制御装置の代わりに、検出装置４の制御部６が検知領域８に対するユーザのタッチ操作を検知すると、ヒーター線１４を発熱させて便座の暖房機能を実行するように構成してもよい。
（２）在席管理システム
　図７及び図８は、静電容量センサ１を在席管理システム２１に用いた例である。図示例の在席管理システム２１は、椅子の座部２２がユーザのタッチ操作を検知する検知領域８であり、タッチ操作としてユーザが椅子の座部２２に座る動作を静電容量センサ１が検知することに応じて、在席確認するように構成されている。また、図示例では、静電容量センサ１のセンサ電極２及び検出装置４は検出装置４にセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態である。
　座部２２は合皮や布製であり、座部２の下面の全域に導体３として例えば導電性メッシュ布が貼り付けられており、導体３の一部分にモジュール７が接着剤や両面テープ２３などの誘電体を介して貼り付けられている。モジュール７は検知領域８の側方側の端に配置されている。
　ユーザが座部２２に座ると、導体３が検知領域８である座部２２の全域に設けられているため、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作が検知される。この検知情報が制御信号として図示しない在席管理システムの制御装置に有線又は無線で送信されることで、在席管理システム２１の制御装置は在席確認を行う。一方、ユーザが座部２２から立ち上がると、導体３の静電容量が低下し、センサ電極２の静電容量が低下する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作の解除が検知される。この検知情報が制御信号として在席管理システム２１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、在席管理システム２１の制御装置は離席確認を行う。
（３）自動水栓器具
　図９及び図１０は、静電容量センサ１を自動水栓器具３１に用いた例である。図示例の自動水栓器具３１は、吐水部３７と、導水部３５と、ハンドル部３８とを備えており、導水部３５の一部分がユーザのタッチ操作を検知する検知領域８である。自動水栓器具３１は、タッチ操作としてユーザが導水部３５に手を近づける動作を静電容量センサ１が検知することに応じて、水が吐水部３７から吐出するように構成されている。また、図示例では、静電容量センサ１のセンサ電極２及び検出装置４は検出装置４にセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態である。
　導水部３５の検知領域８以外の部分３２は真鍮などの合金製あるいはＡＢＳ樹脂などの合成樹脂製であり、外面が例えばクロムメッキなどの金属メッキ３４が施されている。導水部３５の検知領域８の部分３３は合成樹脂製であり、該部分３３の外面に導体３として例えば金属メッキが施されている。導水部３５の検知領域８以外の部分３２の外面の金属メッキ３４は検知領域８の部分３３の外面の導体３との間にクリアランスが設けられており、金属メッキ３４は導体３と電気的に非接続とされており、好ましくは接地される。導体３の検知領域８の部分３３の内面には導体３の一部分と対向するようにモジュール７が接着剤や両面テープ３６などの誘電体を介して貼り付けられている。モジュール７は検知領域８の下方側の端の隅に配置されている。また、自動水栓器具３１内の給水路には電磁弁が設けられている。電磁弁は、自動水栓器具３１の動作を制御する制御装置に接続されており、制御装置は、電磁弁の開閉を制御している。
　ユーザが導水部３５の一部分の検知領域８に手を近づけると、導体３が検知領域８の全域に設けられているため、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作が検知される。この検知情報が制御信号として自動水栓器具３１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、自動水栓器具３１の制御装置は電磁弁を開動作させて吐水を実行する。自動水栓器具３１の制御装置は、吐水が所定時間行われると電磁弁を閉動作させて止水を実行する。
　図９及び図１０では、導水部３５の一部分が検知領域８とされているが、導水部３５の全域を検知領域８とすることもできる。この場合には、導水部３５の外面の全域に導体３として金属メッキが被覆される。吐水部３７及びハンドル部３８は、導水部３５と電気的に非接続とされるように、吐水部３７及びハンドル部３８の外面を被覆する金属メッキと導水部３５の外面の導体３との間にクリアランスが設けられる。また、吐水部３７及びハンドル部３８の外面の金属メッキは、好ましくは接地される。
　なお、静電容量センサ１を自動水栓器具３１に用いる例においては、自動水栓器具３１の制御装置の代わりに、検出装置４の制御部６が検知領域８に対するユーザのタッチ操作を検知すると、電磁弁を開閉動作させて吐水・止水を実行するように構成してもよい。
（４）ランプ
　図１１は、静電容量センサ１をランプ４１に用いた例である。図示例のランプ４１は、ベース４２－４３の一部である傾斜部４３がユーザのタッチ操作を検知する検知領域８である。ランプ４１は、タッチ操作としてユーザが傾斜部４３に手を近づける動作を静電容量センサ１が検知することに応じて、光源が点灯・消灯するように構成されている。また、図示例では、静電容量センサ１のセンサ電極２及び検出装置４は検出装置４にセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態である。
　ベース４２－４３は例えば木製や合成樹脂製であり、傾斜部４３の外面の全域に導体３として例えば金属メッキが施されている。傾斜部４３の内面には導体３の一部分と対向するようにモジュール７が接着剤や両面テープ４６などの誘電体を介して貼り付けられている。モジュール７は検知領域８の上方側の端に配置されている。ベース４２－４３の下部４２の外面の全域にも例えば金属メッキ４５を施すことができるが、下部４２の外面の金属メッキ４５は傾斜部４３の外面の導体３との間にクリアランスが設けられており、金属メッキ４５は、導体３と電気的に非接続とされており、好ましくは接地される。また、ベース４２－４３の上方に取り付けられた例えばガラス製のカバー４４の内側には光源が配置されている。光源は、ランプ４１の動作を制御する制御装置に接続されており、制御装置は、公知の電気・電子回路やスイッチなどを用いて光源への通電を制御している。
　ユーザがベース４２－４３の傾斜部４３に手を近づけると、導体３が検知領域８である傾斜部４３の全域に設けられているため、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作が検知される。この検知情報が制御信号としてランプ４１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、ランプ４１の制御装置は光源に通電してランプ４１の点灯を実行する。一方、ユーザがベース４２－４３の傾斜部４３から手を離すと、導体３の静電容量が低下し、センサ電極２の静電容量が低下し、その後に再度、ユーザがベース４２－４３の傾斜部４３に手を近づけると、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作が検知されると、この検知情報が制御信号としてランプ４１の制御装置に有線又は無線で送信され、ランプ４１の制御装置は光源への通電を停止して、ランプ４１の消灯を実行する。
　なお、ベース４２－４３の傾斜部４３を周方向に沿って複数の領域に分けて検知領域８を複数配置し、それぞれの検知領域８ごとに導体３とモジュール７を設けることで、ランプ４１は、一つの検知領域８はユーザのタッチ操作の検知によりランプ４１の点灯を実行し、他の一つの検知領域８はユーザのタッチ操作の検知によりランプ４１の消灯を実行し、他の一つの検知領域８はユーザのタッチ操作の検知によりランプ４１の点灯する色の変更を実行するなど、種々の設計変更が可能である。
　また、静電容量センサ１をランプ４１に用いる例においては、ランプ４１の制御装置の代わりに、検出装置４の制御部６が検知領域８に対するユーザのタッチ操作を検知すると、光源に通電してランプ４１の点灯や消灯を実行するように構成してもよい。
（５）ワイヤレスイヤホン
　図１２は、静電容量センサ１をワイヤレスイヤホン５１に用いた例である。図示例のワイヤレスイヤホン５１は、ハウジング５２の先端部５３がユーザのタッチ操作を検知する検知領域８である。ワイヤレスイヤホン５１は、タッチ操作としてユーザがハウジング５２の先端部５３を耳の穴に挿入する動作を静電容量センサ１が検知することに応じて、電源がオン・オフするように構成されている。また、図示例では、静電容量センサ１のセンサ電極２及び検出装置４は検出装置４にセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態である。
　ハウジング５２は例えば合成樹脂製であり、先端部５３の内面の全域に導体３として例えば金属メッキが施されており、導体３の一部分にモジュール７が接着剤や両面テープ５５などの誘電体を介して貼り付けられている。モジュール７は検知領域８であるハウジング５２の先端部５３においてイヤーピース５４とは反対側の端に配置されている。
　ユーザがワイヤレスイヤホン５１の先端部５３を耳の穴に挿入すると、導体３が検知領域８である先端部５３の全域に設けられているため、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作が検知される。この検知情報が制御信号としてワイヤレスイヤホン５１の動作を制御する制御装置に有線又は無線で送信されることで、ワイヤレスイヤホン５１の制御装置は公知の電気・電子回路やスイッチなどを介してワイヤレスイヤホン５１の電源をオンにする。一方、ユーザがワイヤレスイヤホン５１を耳から外すと、導体３の静電容量が低下し、センサ電極２の静電容量が低下する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出することで、静電容量センサ１により検知領域８に対するユーザのタッチ操作の解除が検知される。この検知情報が制御信号としてワイヤレスイヤホン５１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、ワイヤレスイヤホン５１の制御装置はワイヤレスイヤホン５１の電源をオフにする。
　なお、静電容量センサ１をワイヤレスイヤホン５１に用いる例においては、ワイヤレスイヤホン５１の制御装置の代わりに、検出装置４の制御部６が検知領域８に対するユーザのタッチ操作を検知すると、ワイヤレスイヤホン５１の電源のオン・オフを実行するように構成してもよい。
　また、静電容量センサ１をワイヤレスイヤホン５１に用いる例においては、ワイヤレスイヤホン５１を補聴器に設計変更することが可能である。
（６）タッチスイッチ
　図１３及び図１４は、静電容量センサ１を例えばエレベータや自動ドア、タッチパネルに用いられる、押しボタンの操作ではなく軽く触れるだけで機器に実行させる各種の機能の選択を行えるタッチスイッチ６１に用いた例である。
　図示例のタッチスイッチ６１は、プリント基板６３の上面に一つ又は複数のセンサ電極２が設けられ、プリント基板２の上方に間隔をあけて例えば合成樹脂や木製などのカバー板６２が配置される。カバー板６２の上面にはそれぞれのセンサ電極２に対応して一つ又は複数の導体３が設けられている。導体３は例えば金属膜で構成されている。なお、図１４では、カバー板６２の上面において導体３以外の領域にも例えば金属膜６４が形成されており、タッチスイッチ６１の表面がメタリック調とされている。図１４では、金属膜６４は導体３との間にクリアランスが設けられており、金属膜６４と導体３とは電気的に非接続とされるとともに、金属膜６４はグラウンドに接地される。カバー板６２の上面には、導体３や金属膜６４を覆うように例えば樹脂製フィルムや樹脂製パネルなどの非導電性の表面層６５が設けられている。タッチスイッチ６１の表面、この例では表面層６５の上面がユーザのタッチ操作を検知する検知領域８であり、それぞれの導体３の位置がタッチスイッチ６１の各種のボタン操作の位置となる。
　静電容量センサ１は、ユーザのタッチ操作としてユーザの指が検知領域８のいずれかのボタン操作の位置に接触する又は接近する動作を検知する。ユーザが検知領域８のいずれかのボタン操作の位置に指を接触又は接近させると、該ボタン操作の位置にある導体３の静電容量が増加し、該導体３に対応するセンサ電極２の静電容量が増加する。検出装置４の検出部５は、それぞれのセンサ電極２の静電容量変化を検出することにより、検知領域８においてタッチ操作が行われた位置を検出し、検知領域８のいずれのボタン操作の位置でタッチ操作が行われたかを示す検出信号を制御部６に出力する。制御部６は、検出信号に基づいて、検知領域８のいずれのボタン操作の位置でタッチ操作が行われたかどうかを判別し、機器に搭載されている制御装置１０に、タッチ操作が行われたボタン操作の位置に設定された機能を機器に実行させるための制御信号を出力する。
変形例の説明
　以上、本開示の静電容量センサについて説明したが、上述した実施形態は、あくまでも例示であって制限的なものではない。そのため、本開示の静電容量センサは上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。
　例えば上記実施形態では、被検知体としてユーザの指などの体の一部分が検知領域８に接触又は接近する動作（タッチ操作）を検知している。しかし、被検知体は人の体の一部分でなくてもよく、例えば水などの液体であってもよい。例えば図１５に示すように、本開示の静電容量センサ１は、水位センサ７１に用いることができる。
　図１５に示す水位センサ７１は、水などの液体を貯留する有底筒状のタンク７２の高さ方向の一部分が水位を検知する検知領域８である。水位センサ７１は、液量の増減に伴い検知領域８に対して液体が接近する動作を静電容量センサ１が検知することに応じて、液体の水位が検知領域８に達しているかどうかを検出するように構成されている。また、図示例では、静電容量センサ１のセンサ電極２及び検出装置４は検出装置４にセンサ電極２が組み込まれたモジュール７の形態である。
　タンク７２は例えば木製や合成樹脂製であり、タンク７２の検知領域８の部分はその外面の全域に導体３として例えば金属メッキが施されている。タンク７２の検知領域８の部分の内面には導体３の一部分と対向するようにモジュール７が接着剤や両面テープ７３などの誘電体を介して貼り付けられている。モジュール７は検知領域８の下方側の端に配置されている。タンク７２の高さ方向において、検知領域８以外の部分の外面の全域にも例えば金属メッキを施すことができるが、この金属メッキは検知領域８の部分の外面の導体３との間にクリアランスが設けられており、この金属メッキは導体３と電気的に非接続とされており、好ましくは接地される。
　図示しない注入口から液体がタンク７２内に供給されると、液体の水位が上昇し、液体の水位が検知領域８の下端まで上昇する。このとき、導体３が検知領域８の全域に設けられているため、図１６に示すように、導体３の静電容量が増加し、センサ電極２の静電容量が増加する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出し、この検知情報が制御信号として水位センサ７１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、水位センサ７１の制御装置は、液体がタンク７２内で所定の高さまで貯留されていることを検出する。液体がタンク７２内にさらに供給されて、液体の水位が検知領域８の上端よりも上方に位置すると、導体３の静電容量は一定に維持され、センサ電極２の静電容量が一定に維持される。この検知情報が制御信号として水位センサ７１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、水位センサ７１の制御装置は、液体がタンク７２内で所定の高さを越えて貯留されていることを検出する。その後、図示しない注出口から液体がタンク７２外に排出され、液体の水位が検知領域８の上端まで下降すると、導体３の静電容量が減少し、センサ電極２の静電容量が減少する。このセンサ電極２の静電容量変化を検出装置４が検出し、この検知情報が制御信号として水位センサ７１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、水位センサ７１の制御装置は、液体が再びタンク７２内で所定の高さまで貯留されていることを検出する。液体がタンク７２外にさらに排出されて、液体の水位が検知領域８の下端よりも下降すると、導体３の静電容量は一定に維持され、センサ電極２の静電容量が一定に維持される。この検知情報が制御信号として水位センサ７１の制御装置に有線又は無線で送信されることで、水位センサ７１の制御装置は、液体がタンク７２内で所定の高さまで貯留されていないことを検出する。
　なお、静電容量センサ１を水位センサ７１に用いる例においては、水位センサ７１の制御装置の代わりに、検出装置４の制御部６が、液体の水位がタンク７２の所定の高さにあるか否かを検出するように構成してもよい。
　１　　静電容量センサ
　２　　センサ電極
　３　　導体
　４　　検出装置
　５　　検出部
　６　　制御部
　７　　モジュール
　８　　機器の検知領域
　９　　被検知体
　１０　機器の制御装置

Claims (4)

  1. 　センサ電極と、検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作を前記センサ電極の静電容量変化に基づいて検知する検出装置と、を備える静電容量センサであって、
    　前記検知領域に設けられる導体を備え、
    　前記導体は、前記センサ電極との間に間隔をあけて又は誘電体を介在させて対向配置されており、
    　前記センサ電極及び前記導体が対向する方向から見た前記導体の面積は、前記センサ電極の面積よりも大きく、前記導体の一部分が前記センサ電極に対向し、
    　前記検出装置は、前記導体の静電容量及び前記センサ電極の静電容量の合成容量の変化を前記センサ電極の静電容量変化として検出する検出部と、制御部と、を含み、
    　前記検出部は、前記静電容量変化を電圧変化に変えるＣＶアンプを含み、前記制御部は、前記検出部から出力される前記電圧変化に応じた検出信号に基づいて前記検知領域に対する被検知体の接触又は接近動作を検知するように構成されている、静電容量センサ。
  2. 　前記導体は、前記検知領域の全域に設けられる、請求項１に記載の静電容量センサ。
  3. 　前記導体は、導電性インク、導電性樹脂、金属膜、金属シート、金属板、金属網、導電性織物、導電性編み物及び導電性不織布のいずれかで構成される、請求項１に記載の静電容量センサ。
  4. 　前記検知領域はトイレの便座であり、
    　前記導体は、前記便座の裏面に設けられ、
    　前記センサ電極は、前記導体の一部分に前記誘電体を介して固定される、請求項１から３のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
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