WO2025239243A1 - 検出システム及び検出方法 - Google Patents

検出システム及び検出方法

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WO2025239243A1
WO2025239243A1 PCT/JP2025/016617 JP2025016617W WO2025239243A1 WO 2025239243 A1 WO2025239243 A1 WO 2025239243A1 JP 2025016617 W JP2025016617 W JP 2025016617W WO 2025239243 A1 WO2025239243 A1 WO 2025239243A1
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detection
plant
circuit
control circuit
capacitance sensor
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浩司 山口
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Original Assignee
Japan Display Inc
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Publication date
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G—PHYSICS
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector

Definitions

  • the present invention relates to a detection system and a detection method.
  • Such detection systems that utilize plants are required to be able to effectively detect when a target object (human body) approaches or comes into contact with a plant, while also enhancing the stealth characteristics of the detection system, i.e., making the presence of the detection system less visible from the outside and not damaging the appearance of the plant.
  • the first electrode is attached to the plant, soil, etc., which could potentially damage the appearance of the plant.
  • the present invention aims to provide a detection system and method that can effectively detect when a detection target is in proximity to or in contact with a plant, while being difficult to see from the outside.
  • a detection system includes a capacitance sensor having a plurality of detection electrodes arranged in a planar form, an insulating plate arranged on the capacitance sensor and capable of holding a container containing a plant, a detection circuit connected to the capacitance sensor, and a control circuit for controlling the capacitance sensor and the detection circuit; when the container containing the plant is placed on the insulating plate, the control circuit determines that a detected object has approached or come into contact with the plant based on the detection value output from the detection circuit.
  • One embodiment of the detection method disclosed herein is a detection method for a detection system including a capacitance sensor having a plurality of detection electrodes arranged in a planar form, an insulating plate arranged on the capacitance sensor and capable of placing a container containing a plant thereon, a detection circuit connected to the capacitance sensor, and a control circuit for controlling the capacitance sensor and the detection circuit, wherein when the container containing the plant is placed on the insulating plate, the control circuit determines that a detected object has approached or come into contact with the plant based on the detection value output from the detection circuit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of a detection system according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a detection system according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the capacitance sensor included in the detection system according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the connection configuration of the detection circuit, control circuit, and processing circuit of the detection system according to this embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a functional circuit block configuration of the detection circuit and the control circuit.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a detection method of the detection system according to this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of a detection system according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a detection system according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the capacitance sensor included in the detection system according
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing, in a heat map, the detection values in the detection area when a container with a plant is placed above the capacitance sensor.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing, in a heat map, the detection values when the detection object is in proximity to and in contact with the plant.
  • FIG. 9 is a graph schematically showing the detection value when the detection object is close to a plant.
  • FIG. 10 is a graph schematically showing the detection value when the detection object comes into contact with a plant.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operations of the light source, speaker, and actuator of the detection system according to this embodiment.
  • the term "on top” is used, unless otherwise specified, to include both a case in which another structure is placed directly above a structure so as to be in contact with the structure, and a case in which another structure is placed above a structure via yet another structure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example configuration of a detection system according to this embodiment.
  • the detection system 10 of this embodiment includes a capacitance sensor 20, an insulating plate 30, and a container 100 containing a plant 101.
  • the capacitance sensor 20, the insulating plate 30, and the container 100 containing the plant 101 are arranged in this order in a direction perpendicular to the surface of the capacitance sensor 20.
  • the capacitance sensor 20 performs hover detection using a self-capacitance method. More specifically, the capacitance sensor 20 detects the position and movement of an object to be detected when the object is not in contact with the detection surface of the capacitance sensor 20. Alternatively, the capacitance sensor 20 detects the presence or absence and position of a container 100 containing a plant 101 when the container 100 containing the plant 101 is not in contact with the detection surface of the capacitance sensor 20. An example configuration of the capacitance sensor 20 will be described later with reference to Figure 2.
  • the insulating plate 30 is placed on the capacitance sensor 20 and allows the container 100 containing the plant 101 to be placed thereon.
  • the insulating plate 30 is a plate-shaped member made of an insulating material such as wood or a resin material.
  • the insulating plate 30 may be any plate-shaped member that allows the container 100 containing the plant 101 to be placed thereon, and may also be a shelf, stand, etc. on which the container 100 containing the plant 101 is placed.
  • the container 100 is a flowerpot in which the plant 101 can be planted, and is filled with soil, gravel, fertilizer, etc. appropriate for the type of plant 101.
  • the container 100 can be made of any material, such as resin, glass, ceramics, etc.
  • Plants 101 have a high moisture content of between 80% and 90%, although this varies depending on the type and condition, and have relatively low electrical resistance. Therefore, when a container 100 containing a plant 101 is placed on top of the capacitance sensor 20 via an insulating plate 30, the entire plant 101 functions as a detection electrode for the capacitance sensor 20 due to capacitive coupling.
  • the direction of the electric field when the capacitance sensor 20 is driven is schematically indicated by arrow E.
  • an electric field is generated from the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 (see Figure 3) in a direction perpendicular to the capacitance sensor 20, and an electric field is also generated around the plant 101 due to capacitive coupling.
  • a detected object e.g., a human body
  • capacitance is formed between the detected object (e.g., the human body) and the plant 101, and as a result, the magnitude of the detection value obtained from the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 at a position overlapping the container 100 holding the plant 101 changes. This allows the detection system 10 to detect that a detected object (e.g., a human body) has approached or come into contact with the plant 101.
  • the detection system 10 does not require the electrodes of the capacitance sensor 20 to be directly connected to the plant 101 or the soil in the container 100; instead, an insulating plate 30 is provided between the container 100 containing the plant 101 and the capacitance sensor 20. Therefore, the detection system 10 does not impair the appearance of the plant 101 even when the capacitance sensor 20 is placed therein.
  • the capacitance formed between the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 and the plant 101 changes, and as a result, the magnitude of the detection value obtained from the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 at a position overlapping the container 100 holding the plant 101 changes. This allows the detection system 10 to detect that the container 100 holding the plant 101 has moved.
  • the parasitic capacitance formed between the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 and the plant 101 varies depending on the type (size) of the plant 101. Furthermore, the higher the moisture content of the soil in the container 100, the greater the parasitic capacitance formed between the container 100 and the plant 101. In this embodiment, by appropriately adjusting the thickness t of the insulating plate 30, it is possible to adjust the parasitic capacitance formed between the container 100 and the plant 101 so that the sensing data (detection value) obtained from the detection electrode 21 does not become saturated. Specific examples of the thickness t of the insulating plate 30 will be described later.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the detection system according to this embodiment.
  • the detection system 10 further includes a detection circuit 15, a control circuit 16, a light source 71, a speaker 72, and an actuator 73.
  • the detection circuit 15 and the control circuit 16 are mounted on a wiring board 12 connected to the capacitance sensor 20.
  • the wiring board 12 is, for example, a flexible printed circuit (FPC) or a rigid board (PCB).
  • the detection circuit 15 is connected to the multiple detection electrodes 21 (see Figure 3) of the capacitance sensor 20.
  • the detection circuit 15 acquires detection values from the multiple detection electrodes 21, performs predetermined signal processing, and outputs the results to the control circuit 16.
  • the detection circuit 15 is, for example, an analog front-end circuit (AFE).
  • the control circuit 16 controls the capacitance sensor 20 and the detection circuit 15.
  • the control circuit 16 includes, for example, an MCU (Micro Control Unit) or the like.
  • the control circuit 16 is connected to a processing device 110 (external processing device), a power supply 60, and a drive circuit 61.
  • the processing device 110 functions as the host computer (HOST) of the detection system 10.
  • the processing device 110 controls the operation of the light source 71, speaker 72, and actuator 73, for example, based on the detection results of the object to be detected by the detection circuit 15 and control circuit 16.
  • the processing device 110 controls the operation of the light source 71, speaker 72, and actuator 73, but this is not limited to this, and the control circuit 16 may also control the operation of the light source 71, speaker 72, and actuator 73. Details of the operation of the light source 71, speaker 72, and actuator 73 will be described later with reference to FIG. 11.
  • the power supply 60 supplies power supply voltage to the detection circuit 15, control circuit 16, processing device 110, and drive circuit 61.
  • the drive circuit 61 drives the actuator 73 based on a control signal from the processing device 110.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example configuration of a capacitance sensor included in the detection system according to this embodiment.
  • the capacitance sensor 20 has a substrate 23, a plurality of detection electrodes 21 provided on the substrate 23, and a peripheral electrode 22.
  • the detection system 10 is a device that combines hover detection, which detects the position and movement of a detection target, such as a finger, when the detection target is not in contact with the detection surface of the capacitance sensor 20, and touch detection, which detects the position and movement of a detection target when the detection target is in contact with the detection surface of the capacitance sensor 20.
  • the detection system 10 performs hover detection and touch detection using a self-capacitance method.
  • the capacitance sensor 20 has a hover detection mode in which the position and movement of the object to be detected is detected when the object is not in contact with the detection surface of the capacitance sensor 20, and a touch detection mode in which the position and movement of the object to be detected is detected when the object is in contact with the detection surface of the capacitance sensor 20.
  • the hover detection mode of the capacitance sensor 20 includes detecting the position and movement of the object to be detected when the object is not in contact with the plant 101. Furthermore, the touch detection mode includes detecting the position and movement of the object to be detected when the object is in contact with the plant 101.
  • the capacitance sensor 20 has a detection area SA and a peripheral area BE outside the detection area SA.
  • the detection area SA is an area where the detection electrodes 21 are provided and is an area for detecting an object to be detected that is close to the detection surface.
  • the peripheral area BE is an area outside the detection area SA where the detection electrodes 21 are not provided and where peripheral electrodes 22 are provided along the four sides of the detection area SA.
  • the first direction Dx is a direction in a plane parallel to the substrate 23.
  • the second direction Dy is a direction in a plane parallel to the substrate 23, and is a direction perpendicular to the first direction Dx.
  • the second direction Dy may intersect the first direction Dx without being perpendicular thereto.
  • the third direction Dz is a direction perpendicular to the first direction Dx and the second direction Dy, and is the normal direction to the main surface of the substrate 23.
  • plane view refers to the positional relationship when viewed from a direction perpendicular to the substrate 23.
  • the multiple detection electrodes 21 are arranged in a planar manner in the detection area SA of the substrate 23, and are arranged in a matrix in plan view. In other words, the multiple detection electrodes 21 are arranged side by side in the first direction Dx and the second direction Dy. The multiple detection electrodes 21 are each electrically connected to the detection circuit 15 via wiring (not shown).
  • the peripheral electrode 22 is arranged to surround the multiple detection electrodes 21 provided in the detection area SA.
  • the peripheral electrode 22 and detection electrode 21 are electrodes arranged side by side on the substrate 23.
  • the capacitance sensor 20 of this embodiment does not necessarily require the peripheral electrode 22.
  • the capacitance sensor 20 may have a shield electrode 24 (see Figure 4) provided on the surface of the substrate 23 opposite to the surface on which the detection electrodes 21 and peripheral electrode 22 are provided.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the connection configuration of the detection circuit, control circuit, and processing circuit of the detection system according to this embodiment.
  • the detection system 10 in addition to the capacitance sensor 20, detection circuit 15, and control circuit 16 described above, the detection system 10 also includes a first power supply circuit 17 (POW1), a second power supply circuit 18 (POW2), a drive signal generation circuit 19, a first isolator 51, a second isolator 52, and an isolated DC-DC converter 53.
  • the processing device 110, control circuit 16, first power supply circuit 17, and drive signal generation circuit 19 are included in the first reference potential block 13.
  • the second power supply circuit 18, detection circuit 15, and capacitance sensor 20 are included in the second reference potential block 14.
  • the processing device 110, control circuit 16, first power supply circuit 17, and drive signal generation circuit 19 included in the first reference potential block 13 operate using the first reference potential GND1, which is a fixed potential, as the ground potential.
  • the second power supply circuit 18, detection circuit 15, and capacitance sensor 20 included in the second reference potential block 14 operate using the second reference potential GND2 generated by the drive signal generation circuit 19 as the ground potential.
  • the first power supply circuit 17 converts the voltage of the power supplied via the power line VBUS of the USB cable and supplies it to the control circuit 16 and drive signal generation circuit 19.
  • the isolated DC-DC converter 53 provides insulation and power transmission between the processing device 110 and the second power supply circuit 18.
  • the isolated DC-DC converter 53 transmits power using a magnetic isolation method.
  • the isolated DC-DC converter 53 power is supplied to the coil on the first reference potential block 13 side via the power line VBUS of the USB cable, causing the coil to generate a magnetic field.
  • the coil on the second reference potential block 14 side is located within the range of influence of the magnetic field generated by the coil on the first reference potential block 13 side.
  • An induced electromotive force is generated in the coil on the second reference potential block 14 side in response to the magnetic field generated by the coil on the first reference potential block 13 side.
  • the power generated in the coil on the second reference potential block 14 side is supplied to the second power supply circuit 18.
  • the second power supply circuit 18 converts the voltage of the power supplied from the isolated DC-DC converter 53 and supplies it to the detection circuit 15.
  • the detection circuit 15 generates a square wave signal Tx as a periodically fluctuating potential having a periodic fluctuation pattern.
  • the square wave signal Tx includes the fundamental frequency component and harmonic components of the drive signal supplied to the peripheral electrode 22 and shield electrode 24 of the capacitance sensor 20.
  • the detection circuit 15 acquires sensing data from the multiple detection electrodes 21 and outputs it to the control circuit 16 via the first isolator 51.
  • signals between the detection circuit 15 and the control circuit 16 are transmitted via an SPI (Serial Peripheral Interface), which is a clock-synchronized serial interface.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the serial interface that transmits signals between the detection circuit 15 and the control circuit 16 is not limited to an SPI.
  • the first isolator 51 provides insulation and signal transmission between the control circuit 16 and the detection circuit 15.
  • the electrical signals input and output via the first isolator 51 are synchronized between the control circuit 16 and the detection circuit 15.
  • the second isolator 52 provides insulation between the detection circuit 15 and the drive signal generation circuit 19 and transmits the rectangular wave signal Tx.
  • the rectangular wave signal Tx input and output via the second isolator 52 is synchronized between the detection circuit 15 and the drive signal generation circuit 19.
  • the second isolator 52 transmits signals using an optical isolation method, for example, using a photocoupler.
  • the signal transmission method between the control circuit 16 and the detection circuit 15 in the first isolator 51 may be the same as that of the second isolator 52, or it may be a different method.
  • examples of the first isolator 51 include an optical isolation photocoupler, or a magnetic isolation digital isolator similar to the isolated DC-DC converter 53.
  • the first isolator 51 is capable of bidirectional signal transmission, from the control circuit 16 to the detection circuit 15, and from the detection circuit 15 to the control circuit 16.
  • a photocoupler that transmits signals from the control circuit 16 to the detection circuit 15 and a photocoupler that transmits signals from the detection circuit 15 to the control circuit 16 are connected in parallel.
  • the control circuit 16 transmits signals such as various information related to sensing data (detection values) and control commands between the control circuit 16 and the processing device 110.
  • control circuit 16 outputs an electrical resistance value setting command to the digital potentiometer to set the electrical resistance value of the digital potentiometer so that the electrical resistance value corresponds to the fundamental frequency of the rectangular wave signal Tx output from the detection circuit 15.
  • the electrical resistance value of the digital potentiometer is controlled to an electrical resistance value corresponding to the fundamental frequency of the rectangular wave signal Tx.
  • the control circuit 16 also performs noise determination processing on the sensing data and position determination (coordinate calculation processing) of the detectable object based on the sensing data.
  • the noise determination processing is processing performed to determine the amount of noise components contained in the sensing data (detection values).
  • the coordinate calculation processing is processing performed to determine the position of the detectable object (detectable object close to the plant 101) close to the capacitance sensor 20.
  • the coordinate calculation processing can derive, for example, the position in the first direction Dx, the second direction Dy, and the third direction Dz (see Figure 3) of the detectable object close to the capacitance sensor 20.
  • the coordinate calculation processing includes processing performed to determine the position of the container 100 containing the plant 101 placed on the capacitance sensor 20.
  • the details of the noise determination processing and coordinate calculation processing are well known, so a detailed description will be omitted.
  • signals between the control circuit 16 and the processing device 110 are transmitted via a USB serial interface. Specifically, signals between the control circuit 16 and the processing device 110 are transmitted via the signal lines D+ and D- of a USB cable. Note that the serial interface that transmits signals between the control circuit 16 and the processing device 110 is not limited to USB.
  • the first reference potential block 13 which includes the processing device 110, control circuit 16, first power supply circuit 17, and drive signal generation circuit 19, and the second reference potential block 14, which includes the second power supply circuit 18, detection circuit 15, and capacitance sensor 20, are electrically isolated via the isolated DC-DC converter 53, first isolator 51, and second isolator 52.
  • the first reference potential GND1 provided as a ground potential to the first reference potential block 13 is a fixed potential maintained by a large electrode such as a solid electrode.
  • the second reference potential GND2 provided as a ground potential to the second reference potential block 14 is a periodically varying potential generated by the drive signal generation circuit 19.
  • the fluctuation period of the periodically fluctuating potential (second reference potential GND2) is the same as the generation period of the square wave generated by the detection circuit 15 (the square wave period of the square wave signal Tx).
  • the second reference potential GND2 is a potential that fluctuates periodically in synchronization with the square wave signal Tx generated by the detection circuit 15.
  • Figure 5 shows an example of the functional circuit block configuration of the detection circuit and control circuit.
  • the detection circuit 15 has a readout circuit 151, an ADC (Analog Digital Converter) circuit 152, and a DSP (Digital Signal Processor) circuit 153.
  • Each circuit element of the detection circuit 15 operates using the second reference potential GND2, which is a periodically varying potential generated by the drive signal generation circuit 19, as the ground potential.
  • the readout circuit 151 acquires the detection signal Rx from each of the detection electrodes 21.
  • the ADC circuit 152 converts the detection signal Rx acquired by the readout circuit 151 from an analog signal to a digital signal.
  • the DSP circuit 153 performs digital filtering on the digital data converted by the ADC circuit 152 to generate the detection signal Rx.
  • the detection circuit 15 outputs the sensing data (detection value) generated by the DSP circuit 153 to the control circuit 16 via the first isolator 51.
  • the control circuit 16 includes a read circuit 161, a noise determination circuit 162, a coordinate calculation circuit 163, a memory circuit 164, and a determination circuit 165.
  • Each circuit element of the control circuit 16 operates using the first reference potential GND1, which is a fixed potential, as the ground potential.
  • the readout circuit 161 acquires the sensing data (detection value) output from the detection circuit 15 via the first isolator 51.
  • the noise determination circuit 162 performs the noise determination process described above based on the sensing data (detection values) acquired by the readout circuit 161.
  • the coordinate calculation circuit 163 performs the coordinate calculation process described above based on the sensing data (detection values) acquired by the readout circuit 161.
  • the memory circuit 164 pre-stores various thresholds (first threshold, second threshold, and third threshold) for determining whether a detectable object is in proximity to or in contact with the plant 101, or whether a container 100 containing a plant 101 is present.
  • the determination circuit 165 compares the sensing data (detection value) acquired by the readout circuit 161 with the first, second, and third thresholds stored in the memory circuit 164 to determine whether the object to be detected is approaching or in contact with the plant 101, or whether a container 100 containing the plant 101 is present.
  • the control circuit 16 also has the function of changing the fundamental frequency of the rectangular wave signal Tx output from the detection circuit 15. When the fundamental frequency of the rectangular wave signal Tx output from the detection circuit 15 is changed, the control circuit 16 resets the electrical resistance value of the digital potentiometer in the drive signal generation circuit 19 according to the changed fundamental frequency of the rectangular wave signal Tx.
  • the control circuit 16 has the function of changing the fundamental frequency of the square wave signal Tx output from the detection circuit 15.
  • the drive frequency for self-capacitance hover detection i.e., the fundamental frequency of the square wave signal Tx output from the detection circuit 15, can be changed. This makes it possible to suppress the effects of noise.
  • changing the fundamental frequency of the square wave signal Tx is also referred to as "frequency hopping.”
  • Figure 6 is a flowchart showing an example of the detection method of the detection system according to this embodiment.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing, in a heat map, the detection values in the detection area when a container with a plant is placed on a capacitance sensor.
  • Figure 8 is a schematic diagram showing, in a heat map, the detection values when the object to be detected is in proximity to the plant and in contact with the plant.
  • Figure 9 is a graph showing, in a schematic manner, the detection values when the object to be detected is in proximity to the plant.
  • Figure 10 is a graph showing, in a schematic manner, the detection values when the object to be detected is in contact with the plant.
  • Figure 11 is a flowchart showing an example of the operation of the light source, speaker, and actuator of the detection system according to this embodiment.
  • the detection system 10 starts detection using the capacitance sensor 20 (step ST11).
  • the determination circuit 165 of the control circuit 16 compares the sensing data (detection value) acquired from the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 with a first threshold value previously stored in the memory circuit 164 (step ST12).
  • the determination circuit 165 of the control circuit 16 determines that a container 100 containing a plant 101 has been placed on the capacitance sensor 20 via the insulating plate 30, and calculates the position of the container 100 (step ST13).
  • the heat map is defined as a visualization of the magnitude relationship of the sensing data (detection values) in the detection area SA using the shade of the area corresponding to the detection electrode 21. Areas with larger sensing data (detection values) are darker, and areas with smaller sensing data (detection values) are lighter.
  • the sensing data (detection values) of position A and the area adjacent to position A are equal to or greater than the first threshold. Outside position A and the area adjacent to position A, the sensing data (detection values) are smaller than the first threshold. As a result, the control circuit 16 determines that a container 100 containing a plant 101 is placed at position A and in the area surrounding it.
  • the detection system 10 skips step ST13 and performs detection using the capacitance sensor 20 in steps ST14 and onwards when a container 100 containing a plant 101 is not placed. Alternatively, without being limited to this, the detection system 10 may return to step ST11 and wait until a container 100 containing a plant 101 is placed.
  • the noise determination circuit 162 of the control circuit 16 performs the noise determination process described above based on the sensing data (detection value) transmitted from the detection circuit 15 (step ST15).
  • FIG. 6 shows an example in which the coordinate calculation process (step ST16) is executed after the noise determination process (step ST15), it is also possible to execute the noise determination process (step ST15) after the coordinate calculation process (step ST16), or to execute the noise determination process (step ST15) and the coordinate calculation process (step ST16) in parallel.
  • the determination circuit 165 of the control circuit 16 compares the sensing data (detection value) acquired from the detection electrode 21 of the capacitance sensor 20 in step ST14 with the second threshold value and the third threshold value previously stored in the memory circuit 164 (step ST17).
  • the second threshold and a third threshold greater than the second threshold are reference values for the sensing data (detection values) used to determine whether a detectable object has approached or contacted the plant 101, and have values greater than the first threshold.
  • the second threshold and third threshold are stored in advance in the memory circuit 164.
  • step ST17, Yes If the sensing data (detection value) is greater than or equal to the second threshold (step ST17, Yes), the determination circuit 165 of the control circuit 16 determines that the object to be detected has approached or come into contact with the plant 101 (step ST18).
  • the detection value (steps ST14-1, ST14-2) when the detectable object is in proximity to or in contact with the plant 101 is greater than the detection value (step ST12) when the detectable object is not in proximity to or in contact with the plant 101.
  • the detection value (step ST14-1) when the detectable object approaches the plant 101 without touching it differs from the detection value (step ST14-2) when the detectable object contacts the plant 101.
  • the detection value (step ST14-2) when the detectable object contacts the plant 101 is greater than the detection value (step ST14-1) when the detectable object approaches the plant 101 without touching it.
  • the horizontal axis represents the number of detections, i.e., the number of frames when one frame of detection is defined as scanning all of the detection electrodes 21.
  • the vertical axis represents the detection value.
  • the determination circuit 165 of the control circuit 16 determines that the detected object has approached the plant 101 without touching it.
  • the determination circuit 165 of the control circuit 16 determines that the detected object has come into contact with the plant 101.
  • step ST17, No if the sensing data (detection value) is less than the second threshold (step ST17, No), it is determined that the detected object is not in proximity to or contact with the plant 101, and the process proceeds to step ST19.
  • the control circuit 16 determines whether the above-mentioned conditions for performing frequency hopping (hereinafter simply referred to as "frequency hopping conditions") are met (step ST19).
  • step ST19, No If the frequency hopping conditions are not met (step ST19, No), proceed to step ST21.
  • control circuit 16 sets the fundamental frequency of the rectangular wave signal Tx output from the detection circuit 15 to the drive frequency after frequency hopping (step ST20).
  • step ST21, Yes the detection system 10 ends the sensing operation. Examples of cases where the sensing operation ends include when the power supply to the detection system 10 is stopped, or when a command to end the sensing operation is output from the processing device 110 to the detection system 10. If the sensing operation of the detection system 10 has not ended (step ST21, No), the operations from step ST14 onwards are repeatedly executed.
  • the detection system 10 operates the light source 71, speaker 72, and actuator 73 based on the sensing results of steps ST11 to ST21.
  • step ST18-1 the processing device 110 turns on the light source 71 (step ST22).
  • step ST18-3 If the determination circuit 165 of the control circuit 16 determines that the container 100 has moved (step ST18-3), the processing device 110 turns on the light source 71 (step ST25), outputs sound from the speaker 72 (step ST26), and drives the actuator 73 (step ST27).
  • the detection system 10 of this embodiment can activate various devices such as the light source 71, speaker 72, and actuator 73 when the object to be detected approaches or comes into contact with the plant 101 as a trigger.
  • various devices can be activated to notify those around that the container 100 has moved.
  • the detection system 10 may store in advance in the memory circuit 164 as baseline data sensing data (detection values) obtained when the container 100 containing the plant 101 is not placed on the capacitance sensor 20 (insulating plate 30) and no object to be detected is nearby.
  • the control circuit 16 may compare the acquired sensing data (detection values) with each threshold value in steps ST12 and ST17 based on the difference between the baseline data and the sensing data.
  • Table 1 shows the relationship between the thickness of the insulating plate and the detection value.
  • the thickness t of the insulating plate 30 (see Figure 1) is set so that the sensing data (detection value) obtained from the detection electrode 21 does not saturate.
  • Table 1 shows the sensing data (detection values) when the thickness t of the insulating plate 30 is varied from 0 mm to 40 mm. The judgment result indicates whether the sensing data (detection values) are saturated when the detection margin of the detection circuit 15 is set to 10,000.
  • the size of the detection electrode 21 is 32 mm square.
  • the drive voltage of the capacitance sensor 20 is 6.5 V.
  • the detection circuit 15 operates as an integrating circuit, with a negative feedback capacitance connected between the non-inverting input terminal and output terminal of the differential amplifier circuit.
  • the negative feedback capacitance of the detection circuit 15 was set to 11.8 pF.
  • the insulating plate 30 was made of acrylic.
  • the thickness t of the insulating plate 30 is 25 mm or greater, a sufficient detection margin is provided and saturation of the detection value can be suppressed.

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Abstract

検出システムは、複数の検出電極が面状に配置された静電容量センサと、静電容量センサの上に配置され、植物を有する容器を設置可能な絶縁板と、静電容量センサに接続された検出回路と、静電容量センサ及び検出回路を制御する制御回路と、を有し、制御回路は、植物を有する容器が絶縁板の上に設置されたときに、検出回路から出力された検出値に応じて被検出体が植物に近接又は接触したことを判断する。

Description

検出システム及び検出方法
　本発明は、検出システム及び検出方法に関する。
　特許文献１には、人間が植物に触れたり接近したりしたときに作動する検出システム（特許文献１では、植物スイッチ装置）が記載されている。特許文献１の検出システムは、植物、用土、容器の少なくとも１つに取り付けられた第一電極と、この第一電極に交流電圧を与える交流電源と、この交流電源の接地側端子を接地する第二電極とを備える。
特開２００７－１１５６５５号公報
　このような植物を利用した検出システムでは、被検出体（人体）が植物に近接又は接触したことを良好に検出するとともに、検出システムのステルス性を高める、すなわち、検出システムの存在を外部から視認されにくくし、植物の外観が損なわれないことが要求される。特許文献１では、第一電極が植物や用土等に取り付けられているので、植物の外観が損なわれる可能性がある。
　本発明は、被検出体が植物に近接又は接触したことを良好に検出するとともに、外部から視認されにくい検出システム及び検出方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様の検出システムは、複数の検出電極が面状に配置された静電容量センサと、前記静電容量センサの上に配置され、植物を有する容器を設置可能な絶縁板と、前記静電容量センサに接続された検出回路と、前記静電容量センサ及び前記検出回路を制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記植物を有する容器が前記絶縁板の上に設置されたときに、前記検出回路から出力された検出値に応じて被検出体が前記植物に近接又は接触したことを判断する。
　本開示の一態様の検出方法は、複数の検出電極が面状に配置された静電容量センサと、前記静電容量センサの上に配置され、植物を有する容器を設置可能な絶縁板と、前記静電容量センサに接続された検出回路と、前記静電容量センサ及び前記検出回路を制御する制御回路と、を有する検出システムの検出方法であって、前記制御回路は、前記植物を有する容器が前記絶縁板の上に設置されたときに、前記検出回路から出力された検出値に応じて被検出体が前記植物に近接又は接触したことを判断する。
図１は、本実施形態に係る検出システムの構成例を表す模式図である。 図２は、本実施形態に係る検出システムの構成例を表すブロック図である。 図３は、本実施形態に係る検出システムが有する静電容量センサの構成例を示す模式図である。 図４は、本実施形態に係る検出システムの、検出回路、制御回路及び処理回路の接続構成を示すブロック図である。 図５は、検出回路及び制御回路の機能的な回路ブロック構成の一例を示す図である。 図６は、本実施形態に係る検出システムの検出方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、静電容量センサの上に植物を有する容器が配置されたときの、検出領域における検出値をヒートマップで示した模式図である。 図８は、被検出体が植物に近接、及び、接触したときの検出値をそれぞれヒートマップで示した模式図である。 図９は、被検出体が植物に近接したときの検出値を模式的に示すグラフである。 図１０は、被検出体が植物に接触したときの検出値を模式的に示すグラフである。 図１１は、本実施形態に係る検出システムの光源、スピーカ、アクチュエータの動作の一例を示すフローチャートである。
　本開示を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、本開示の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　本開示において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
　図１は、本実施形態に係る検出システムの構成例を表す模式図である。図１に示すように、本実施形態の検出システム１０は、静電容量センサ２０と、絶縁板３０と、植物１０１を有する容器１００と、を有する。検出システム１０は、静電容量センサ２０の表面に垂直な方向で、静電容量センサ２０、絶縁板３０、植物１０１を有する容器１００の順に配置されている。
　静電容量センサ２０は、自己静電容量方式のホバー検出を行う。より具体的には、静電容量センサ２０は、被検出体が静電容量センサ２０の検出面に接触していない状態で、被検出体の位置や動きの検出を行う。あるいは、静電容量センサ２０は、植物１０１を有する容器１００が静電容量センサ２０の検出面に接触していない状態で、植物１０１を有する容器１００の有無や位置の検出を行う。静電容量センサ２０の構成例については図２で後述する。
　絶縁板３０は、静電容量センサ２０の上に配置され、植物１０１を有する容器１００を設置可能となっている。絶縁板３０は、例えば、木材、樹脂材料等の絶縁材料で形成された板状の部材である。絶縁板３０は、植物１０１を有する容器１００を設置可能な板状の部材であればよく、植物１０１を有する容器１００を載せる棚、台等であってもよい。
　植物１０１は、任意の植物を用いることができる。容器１００は、植物１０１を植えることができる植木鉢であり、植物１０１の種類に応じた土、砂利、肥料等が入れられる。容器１００は、樹脂材料、ガラス、陶磁器等、任意の材料が用いられる。
　植物１０１は、種類や状態に応じて異なるものの、水分量が８０％以上９０％以下程度と多く、電気抵抗が比較的小さい。このため、静電容量センサ２０の上に絶縁板３０を介して植物１０１を有する容器１００が配置されると、容量カップリングにより、植物１０１全体が静電容量センサ２０の検出電極として機能する。
　図１では、静電容量センサ２０が駆動されたときの電界の方向を模式的に矢印Ｅで示している。図１に示すように、静電容量センサ２０の検出電極２１（図３参照）から、静電容量センサ２０に垂直な方向に電界が生じるとともに、容量カップリングにより植物１０１の周囲にも電界が生じる。これにより、被検出体（例えば人体）が植物１０１に近接又は接触すると、被検出体（例えば人体）と植物１０１との間に容量が形成され、この結果、植物１０１を有する容器１００と重なる位置の静電容量センサ２０の検出電極２１から得られる検出値の大きさが変わる。これにより、検出システム１０は、被検出体（例えば人体）が植物１０１に近接又は接触したことを検出できる。
　また、検出システム１０は、植物１０１又は容器１００内の土等に静電容量センサ２０の電極を直接接続する必要がなく、植物１０１を有する容器１００と、静電容量センサ２０との間に絶縁板３０が設けられる。このため、検出システム１０は、静電容量センサ２０を配置した場合であっても植物１０１の外観が損なわれない。
　また、植物１０１を有する容器１００が移動したときに、静電容量センサ２０の検出電極２１と、植物１０１との間に形成される容量が変化し、この結果、植物１０１を有する容器１００と重なる位置の静電容量センサ２０の検出電極２１から得られる検出値の大きさが変わる。これにより、検出システム１０は、植物１０１を有する容器１００が移動したことを検出できる。
　なお、植物１０１の種類（大きさ）に応じて、静電容量センサ２０の検出電極２１と、植物１０１との間に形成される寄生容量が異なる。また、容器１００内の土の含水量が高いほど、植物１０１を有する容器１００との間に形成される寄生容量が大きくなる。本実施形態では、絶縁板３０の厚みｔを適切に調整することで、検出電極２１から得られるセンシングデータ（検出値）が飽和しないように植物１０１を有する容器１００との間に形成される寄生容量を調整することができる。絶縁板３０の厚みｔの具体例については後述する。
　図２は、本実施形態に係る検出システムを表すブロック図である。図２に示すように検出システム１０は、さらに、検出回路１５、制御回路１６、光源７１、スピーカ７２、アクチュエータ７３を有する。検出回路１５及び制御回路１６は、静電容量センサ２０に接続された配線基板１２に実装される。配線基板１２は、例えばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）やリジット基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ）である。
　検出回路１５は、静電容量センサ２０の複数の検出電極２１（図３参照）に接続される。検出回路１５は、複数の検出電極２１からの検出値を取得し、所定の信号処理を行って制御回路１６に出力する。検出回路１５は、例えばアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ：Ａｎａｌｏｇ　Ｆｒｏｎｔ　Ｅｎｄ）である。制御回路１６は、静電容量センサ２０及び検出回路１５を制御する。制御回路１６は、例えばＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）等を含む。
　制御回路１６には、処理装置１１０（外部処理装置）、電源６０及び駆動回路６１が接続される。処理装置１１０は、検出システム１０のホストコンピュータ（ＨＯＳＴ）として機能する装置である。処理装置１１０は、例えば、検出回路１５及び制御回路１６での被検出体の検出結果に基づいて光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の動作を制御する。なお、図２では、処理装置１１０が光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の動作を制御しているが、これに限定されず、制御回路１６が光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の動作を制御してもよい。光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の動作の詳細については、図１１にて後述する。
　電源６０は、検出回路１５、制御回路１６、処理装置１１０及び駆動回路６１のそれぞれに電源電圧を供給する。駆動回路６１は、処理装置１１０からの制御信号に基づいてアクチュエータ７３を駆動させる。
　図３は、本実施形態に係る検出システムが有する静電容量センサの構成例を示す模式図である。図３に示すように、静電容量センサ２０は、基板２３と、基板２３上に設けられた複数の検出電極２１と、周辺電極２２とを有する。検出システム１０は、指等の被検出体が静電容量センサ２０の検出面に接触していない状態で、被検出体の位置や動きの検出を行うホバー検出と、被検出体が静電容量センサ２０の検出面に接触した状態で、被検出体の位置や動きの検出を行うタッチ検出とを両立した装置である。
　本開示において、検出システム１０は、自己静電容量方式のホバー検出及びタッチ検出を行う。言い換えると、検出システム１０において、静電容量センサ２０は、被検出体が静電容量センサ２０の検出面に接触していない状態で、被検出体の位置や動きの検出を行うホバー検出モードと、被検出体が静電容量センサ２０の検出面に接触した状態で、被検出体の位置や動きの検出を行うタッチ検出モードと、を有する。
　上述したように、植物１０１が静電容量センサ２０の検出電極として機能するときには、静電容量センサ２０のホバー検出モードは、被検出体が植物１０１に接触していない状態での、被検出体の位置や動きの検出を含む。また、タッチ検出モードは、被検出体が植物１０１に接触した状態での、被検出体の位置や動きの検出を含む。
　静電容量センサ２０は、検出領域ＳＡと、検出領域ＳＡの外側の周辺領域ＢＥとを有する。検出領域ＳＡは、検出電極２１が設けられた領域であり、検出面に近接する被検出体を検出するための領域である。周辺領域ＢＥは、検出領域ＳＡの外側の検出電極２１が設けられない領域であり、検出領域ＳＡの四辺に沿って周辺電極２２が設けられた領域である。
　なお、以下の説明において、第１方向Ｄｘは、基板２３と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、基板２３と平行な面内の一方向であり、第１方向Ｄｘと直交する方向である。なお、第２方向Ｄｙは、第１方向Ｄｘと直交しないで交差してもよい。第３方向Ｄｚは、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向であり、基板２３の主面の法線方向である。また、「平面視」とは、基板２３と垂直な方向から見た場合の位置関係をいう。
　複数の検出電極２１は、基板２３の検出領域ＳＡに面状に配置され、平面視でマトリクス状に配置される。言い換えると、複数の検出電極２１は、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙに並んで配列される。複数の検出電極２１は、それぞれ配線（不図示）を介して検出回路１５に電気的に接続される。
　周辺電極２２は、検出領域ＳＡに設けられた複数の検出電極２１を囲んで配置される。周辺電極２２及び検出電極２１は、基板２３上に並んで配置される電極である。なお、本実施形態の静電容量センサ２０において、周辺電極２２はなくてもよい。また、静電容量センサ２０は、基板２３の検出電極２１及び周辺電極２２が設けられた面とは反対側の面に、シールド電極２４（図４参照）が設けられていてもよい。
　図４は、本実施形態に係る検出システムの、検出回路、制御回路及び処理回路の接続構成を示すブロック図である。図４に示すように、検出システム１０は、上述した静電容量センサ２０、検出回路１５及び制御回路１６に加えて、第１電源回路１７（ＰＯＷ１）、第２電源回路１８（ＰＯＷ２）、駆動信号生成回路１９、第１アイソレータ５１、第２アイソレータ５２及び絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３を備えている。
　本開示において、処理装置１１０、制御回路１６、第１電源回路１７、及び駆動信号生成回路１９は、第１基準電位ブロック１３に含まれる。また、本開示において、第２電源回路１８、検出回路１５及び静電容量センサ２０は、第２基準電位ブロック１４に含まれる。第１基準電位ブロック１３に含まれる処理装置１１０、制御回路１６、第１電源回路１７、及び駆動信号生成回路１９は、固定電位である第１基準電位ＧＮＤ１を接地電位として動作する。第２基準電位ブロック１４に含まれる第２電源回路１８、検出回路１５、及び静電容量センサ２０は、駆動信号生成回路１９によって生成される第２基準電位ＧＮＤ２を接地電位として動作する。
　第１電源回路１７は、ＵＳＢケーブルの電源線ＶＢＵＳを介して供給される電力を電圧変換して制御回路１６及び駆動信号生成回路１９に供給する。
　絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３は、処理装置１１０と第２電源回路１８との絶縁及び電力伝送を行う。絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３は、磁気絶縁方式の電力伝送を行う。
　絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３は、ＵＳＢケーブルの電源線ＶＢＵＳを介して第１基準電位ブロック１３側のコイルへ電力が供給されることで、当該コイルが磁場を発生させる。第２基準電位ブロック１４側のコイルは、第１基準電位ブロック１３側のコイルが発生させる磁場の影響範囲内に設けられる。
　第２基準電位ブロック１４側のコイルには、第１基準電位ブロック１３側のコイルにより発生した磁場に応じた誘導起電力が生じる。第２基準電位ブロック１４側のコイルで生じた電力は、第２電源回路１８に供給される。
　第２電源回路１８は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３から供給される電力を電圧変換して検出回路１５に供給する。
　検出回路１５は、電位の変動パターンに周期性がある周期的変動電位として、矩形波信号Ｔｘを生成する。矩形波信号Ｔｘは、静電容量センサ２０の周辺電極２２及びシールド電極２４に供給する駆動信号の基本周波数成分及び高調波成分を含む。
　また、検出回路１５は、複数の検出電極２１からのセンシングデータを取得し、第１アイソレータ５１を介して制御回路１６へ出力する。
　本開示において、検出回路１５と制御回路１６との間の信号は、クロック同期方式のシリアルインターフェースであるＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）により伝送される。なお、検出回路１５と制御回路１６との間の信号を伝送するシリアルインターフェースはＳＰＩに限定されない。
　第１アイソレータ５１は、制御回路１６と検出回路１５との間の絶縁及び信号の伝送を行う。第１アイソレータ５１を介して入出力される電気信号は、制御回路１６と検出回路１５との間で同期している。
　第２アイソレータ５２は、検出回路１５と駆動信号生成回路１９との間の絶縁及び矩形波信号Ｔｘの伝送を行う。第２アイソレータ５２を介して入出力される矩形波信号Ｔｘは、検出回路１５と駆動信号生成回路１９との間で同期している。
　第２アイソレータ５２は、例えばフォトカプラを利用した光絶縁方式の信号伝送を行う。第１アイソレータ５１における制御回路１６と検出回路１５との間の信号伝送方式は、第２アイソレータ５２と同様の方式であっても良いし、異なる方式であっても良い。言い換えると、第１アイソレータ５１としては、光絶縁方式のフォトカプラ、あるいは、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３と同様の磁気絶縁方式のデジタルアイソレータ等が例示される。
　なお、第１アイソレータ５１は、制御回路１６から検出回路１５への信号伝送、及び、検出回路１５から制御回路１６への信号伝送の双方向の信号伝送が可能とされる。第１アイソレータ５１として光絶縁方式のフォトカプラを用いる構成では、制御回路１６から検出回路１５への信号伝送を行うフォトカプラと、検出回路１５から制御回路１６への信号伝送を行うフォトカプラとが並列接続される。
　制御回路１６は、処理装置１１０との間で、センシングデータ（検出値）に関する各種情報や制御指令等の信号の伝送を行う。
　また、制御回路１６は、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数と、駆動信号生成回路１９が有するデジタルポテンショメータ（図示しない）の電気抵抗値との対応関係を示す参照情報（ＤＰ制御用参照データ）に基づき、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数に応じた電気抵抗値となるように、デジタルポテンショメータの電気抵抗値を設定する電気抵抗値設定指令を、デジタルポテンショメータに出力する。これにより、デジタルポテンショメータの電気抵抗値は、矩形波信号Ｔｘの基本周波数に応じた電気抵抗値に制御される。
　また、制御回路１６は、センシングデータのノイズ判定処理及びセンシングデータに基づいた被検出体の位置判定（座標演算処理）を行う。ノイズ判定処理とは、センシングデータ（検出値）に含まれるノイズ成分の量を判定するために行われる処理である。また、座標演算処理とは、静電容量センサ２０に近接する被検出体（植物１０１に近接する被検出体）の位置を判定するために行われる演算処理である。具体的に、座標演算処理では、例えば、静電容量センサ２０に近接する被検出体の第１方向Ｄｘの位置、第２方向Ｄｙの位置、及び第３方向Ｄｚ（図３参照）の位置を導出できる。なお、座標演算処理は、静電容量センサ２０の上に設置された植物１０１を有する容器１００の位置を判定するために行われる演算処理を含む。ノイズ判定処理及び座標演算処理の詳細は、周知のものと同様であるため、詳細な説明を省略する。
　本開示において、制御回路１６と処理装置１１０との間の信号は、シリアルインターフェースであるＵＳＢにより伝送される。具体的に、制御回路１６と処理装置１１０との間の信号は、ＵＳＢケーブルの信号線Ｄ＋、Ｄ－を介して伝送される。なお、制御回路１６と処理装置１１０との間の信号を伝送するシリアルインターフェースはＵＳＢに限定されない。
　上述した構成において、処理装置１１０、制御回路１６、第１電源回路１７及び駆動信号生成回路１９が含まれる第１基準電位ブロック１３と、第２電源回路１８、検出回路１５及び静電容量センサ２０が含まれる第２基準電位ブロック１４とは、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ５３、第１アイソレータ５１、第２アイソレータ５２を介して電気的に絶縁されている。
　また、第１基準電位ブロック１３に接地電位として与えられる第１基準電位ＧＮＤ１は、例えばベタ電極のような大型電極が保持する固定電位である。一方、第２基準電位ブロック１４に接地電位として与えられる第２基準電位ＧＮＤ２は、駆動信号生成回路１９によって生成される周期的変動電位である。
　本開示に係る検出システム１０において、周期的変動電位（第２基準電位ＧＮＤ２）の変動周期は、検出回路１５が生成する矩形波の生成周期（矩形波信号Ｔｘの矩形波周期）と同一である。言い換えると、第２基準電位ＧＮＤ２は、検出回路１５が生成する矩形波信号Ｔｘと同期して周期的に変動する電位である。
　図５は、検出回路及び制御回路の機能的な回路ブロック構成の一例を示す図である。
　図５に示すように、検出回路１５は、読出回路１５１と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路１５２と、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）回路１５３と、を有する。検出回路１５の各回路要素は、駆動信号生成回路１９によって生成される周期的変動電位である第２基準電位ＧＮＤ２を接地電位として動作する。
　読出回路１５１は、検出電極２１の各々から検出信号Ｒｘを取得する。
　ＡＤＣ回路１５２は、読出回路１５１が取得した検出信号Ｒｘをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
　ＤＳＰ回路１５３は、ＡＤＣ回路１５２がデジタル信号に変換したデジタルデータにデジタルフィルタ処理を行い、検出信号Ｒｘを生成する。
　検出回路１５は、ＤＳＰ回路１５３で生成されたセンシングデータ（検出値）を、第１アイソレータ５１を介して制御回路１６へ出力する。
　制御回路１６は、読出回路１６１と、ノイズ判定回路１６２と、座標演算回路１６３と、記憶回路１６４と、判定回路１６５と、を有する。制御回路１６の各回路要素は、固定電位である第１基準電位ＧＮＤ１を接地電位として動作する。
　読出回路１６１は、検出回路１５から第１アイソレータ５１を介して出力されたセンシングデータ（検出値）を取得する。
　ノイズ判定回路１６２は、読出回路１６１が取得したセンシングデータ（検出値）に基づいて、上述したノイズ判定処理を行う。
　座標演算回路１６３は、読出回路１６１が取得したセンシングデータ（検出値）に基づいて、上述した座標演算処理を行う。
　記憶回路１６４は、植物１０１への被検出体の近接又は接触、あるいは植物１０１を有する容器１００の有無を判定するための各種閾値（第１閾値、第２閾値及び第３閾値）を予め保持している。
　判定回路１６５は、読出回路１６１が取得したセンシングデータ（検出値）と、記憶回路１６４に保持された第１閾値、第２閾値及び第３閾値とを比較して、植物１０１への被検出体の近接又は接触、あるいは、植物１０１を有する容器１００の有無を判定する。
　また、制御回路１６は、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数を変更する機能を有する。制御回路１６は、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数が変更された場合、変更後の矩形波信号Ｔｘの基本周波数に応じて、駆動信号生成回路１９が有するデジタルポテンショメータの電気抵抗値を再設定する。
　本開示において、制御回路１６は、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数を変更する機能を有する。本開示では、自己静電容量方式のホバー検出における駆動周波数、すなわち、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数を変更可能としている。これにより、ノイズによる影響を抑制することができる。以下、矩形波信号Ｔｘの基本周波数の変更を、「周波数ホッピング」とも称する。
　次に、図６から図１１を参照して、検出システム１０の検出方法について説明する。図６は、本実施形態に係る検出システムの検出方法の一例を示すフローチャートである。図７は、静電容量センサの上に植物を有する容器が配置されたときの、検出領域における検出値をヒートマップで示した模式図である。図８は、被検出体が植物に近接、及び、接触したときの検出値をそれぞれヒートマップで示した模式図である。図９は、被検出体が植物に近接したときの検出値を模式的に示すグラフである。図１０は、被検出体が植物に接触したときの検出値を模式的に示すグラフである。図１１は、本実施形態に係る検出システムの光源、スピーカ、アクチュエータの動作の一例を示すフローチャートである。
　図６に示すように、検出システム１０は、静電容量センサ２０による検出を開始する（ステップＳＴ１１）。制御回路１６の判定回路１６５は、静電容量センサ２０の検出電極２１から取得したセンシングデータ（検出値）と、あらかじめ記憶回路１６４に保持された第１閾値とを比較する（ステップＳＴ１２）。
　センシングデータ（検出値）が第１閾値以上の場合（ステップＳＴ１２、Ｙｅｓ）、制御回路１６の判定回路１６５は、静電容量センサ２０の上に絶縁板３０を介して、植物１０１を有する容器１００が配置されたと判定して、容器１００の位置を演算する（ステップＳＴ１３）。
　図７では、検出領域ＳＡでのセンシングデータ（検出値）の大小関係を検出電極２１に対応する領域の濃淡で可視化したものをヒートマップと定義している。センシングデータ（検出値）が大きい領域ほど濃く、センシングデータ（検出値）が小さい領域ほど淡くしている。
　図７に示すように、検出領域ＳＡを平面視した際の、位置Ａ及び位置Ａに隣接する領域のセンシングデータ（検出値）は、第１閾値以上である。位置Ａ及び位置Ａに隣接する領域よりも外側では、センシングデータ（検出値）は第１閾値よりも小さい。これにより、制御回路１６は、位置Ａ及びその周囲を重なる領域に植物１０１を有する容器１００が配置されたと判定する。
　図６において、センシングデータ（検出値）が第１閾値よりも小さい場合（ステップＳＴ１２、Ｎｏ）、制御回路１６の判定回路１６５は、静電容量センサ２０（絶縁板３０）の上に植物１０１を有する容器１００が配置されていないと判定する。
　検出システム１０は、ステップＳＴ１３を省略して、植物１０１を有する容器１００が配置されていない状態で、ステップＳＴ１４以下の静電容量センサ２０による検出を行う。あるいは、これに限定されず、検出システム１０は、ステップＳＴ１１に戻って植物１０１を有する容器１００が配置されるまで待機してもよい。
　次に、検出システム１０は、静電容量センサ２０による検出を開始する（ステップＳＴ１４）。すなわち、検出回路１５は、各検出電極２１から検出信号Ｒｘを取得し、センシングデータ（検出値）を生成して、制御回路１６に送信する。
　制御回路１６のノイズ判定回路１６２は、検出回路１５から送信されたセンシングデータ（検出値）に基づき、上述したノイズ判定処理を実行する（ステップＳＴ１５）。
　座標演算回路１６３は、ステップＳＴ１４にて取得したセンシングデータ（検出値）に基づき、座標演算処理を実行する（ステップＳＴ１６）。
　なお、図６では、ノイズ判定処理（ステップＳＴ１５）の後に座標演算処理（ステップＳＴ１６）を実行する例を示したが、座標演算処理（ステップＳＴ１６）の後にノイズ判定処理（ステップＳＴ１５）を実行する態様であっても良いし、ノイズ判定処理（ステップＳＴ１５）と座標演算処理（ステップＳＴ１６）とを並列実行する態様であっても良い。
　制御回路１６の判定回路１６５は、ステップＳＴ１４にて静電容量センサ２０の検出電極２１から取得したセンシングデータ（検出値）と、あらかじめ記憶回路１６４に保持された第２閾値及び第３閾値とを比較する（ステップＳＴ１７）。
　第２閾値、及び、第２閾値よりも大きい第３閾値第３閾値は、被検出体が植物１０１に近接又は接触したことを判定するためセンシングデータ（検出値）の基準値であり、第１閾値よりも大きい値を有する。第２閾値及び第３閾値は、あらかじめ記憶回路１６４に保持される。
　センシングデータ（検出値）が第２閾値以上の場合（ステップＳＴ１７、Ｙｅｓ）、制御回路１６の判定回路１６５は、被検出体が植物１０１に近接又は接触したと判定する（ステップＳＴ１８）。
　より具体的には、図８に示すように、容器１００と重なる位置Ａ及び位置Ａに隣接する領域で、被検出体が植物１０１に近接又は接触したときの検出値（ステップＳＴ１４－１、ＳＴ１４－２）は、被検出体が植物１０１に近接又は接触しないときの検出値（ステップＳＴ１２）に比べて大きくなる。
　また、被検出体が植物１０１に接触しないで近接したときの検出値（ステップＳＴ１４－１）は、被検出体が植物１０１に接触したときの検出値（ステップＳＴ１４－２）と異なる。図８に示す例では、被検出体が植物１０１に接触しないで近接したときの検出値（ステップＳＴ１４－１）に比べて、被検出体が植物１０１に接触したときの検出値（ステップＳＴ１４－２）は大きくなる。
　図９及び図１０に示すグラフは、それぞれ横軸が検出回数、すなわち、全て検出電極２１について走査を行う検出を１フレームの検出としたときのフレーム数を示す。また、縦軸は検出値である。
　図９に示すように、センシングデータ（検出値）が第２閾値以上第３閾値未満の場合、制御回路１６の判定回路１６５は、被検出体が植物１０１に接触しないで近接したと判定する。
　図１０に示すように、センシングデータ（検出値）が第３閾値以上の場合、制御回路１６の判定回路１６５は、被検出体が植物１０１に接触したと判定する。
　また、センシングデータ（検出値）が第２閾値未満の場合（ステップＳＴ１７、Ｎｏ）、被検出体が植物１０１に近接も接触もしていないと判定し、ステップＳＴ１９に進む。
　制御回路１６は、上述した周波数ホッピングを行う条件（以下、単に「周波数ホッピング条件」とも称する）が成立したか否かを判定する（ステップＳＴ１９）。
　周波数ホッピング条件が成立していない場合（ステップＳＴ１９、Ｎｏ）、ステップＳＴ２１の処理へ移行する。
　周波数ホッピング条件が成立した場合（ステップＳＴ１９、Ｙｅｓ）、制御回路１６は、検出回路１５から出力される矩形波信号Ｔｘの基本周波数を、周波数ホッピング後の駆動周波数に設定する（ステップＳＴ２０）。
　検出システム１０のセンシング動作が終了した場合（ステップＳＴ２１、Ｙｅｓ）、検出システム１０は、センシング動作を終了する。センシング動作が終了する場合としては、例えば、検出システム１０への電力供給が停止した場合や、処理装置１１０からセンシング動作を終了する指令が検出システム１０へ出力された場合等が例示される。検出システム１０のセンシング動作が終了していない場合（ステップＳＴ２１、Ｎｏ）、ステップＳＴ１４以降の動作を繰り返し実行する。
　図１１に示すように、検出システム１０は、ステップＳＴ１１からステップＳＴ２１のセンシング結果に基づいて、光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３を動作させる。
　例えば、制御回路１６の判定回路１６５が、被検出体が植物１０１に接触しないで近接したと判定した場合（ステップＳＴ１８－１）、処理装置１１０は光源７１を点灯する（ステップＳＴ２２）。
　制御回路１６の判定回路１６５が、被検出体が植物１０１に接触したと判定した場合（ステップＳＴ１８－２）、処理装置１１０は光源７１を点灯する（ステップＳＴ２３）とともに、スピーカ７２から音声を出力する（ステップＳＴ２４）。
　制御回路１６の判定回路１６５が、容器１００が移動したと判定した場合（ステップＳＴ１８－３）、処理装置１１０は光源７１を点灯する（ステップＳＴ２５）とともに、スピーカ７２から音声を出力し（ステップＳＴ２６）、アクチュエータ７３を駆動させる（ステップＳＴ２７）。
　以上のように、本実施形態の検出システム１０は、被検出体の植物１０１への近接又は接触をトリガーとして、光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３等の各種機器を動作させることができる。あるいは、容器１００が移動したときに各種機器を動作させて、容器１００が移動したことを周囲に知らせることができる。
　なお、図１１に示す光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の動作はあくまで一例であり、被検出体及び容器１００の検出結果と、光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の動作とは、どのように組み合わせてもよい。検出システム１０は、光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３の全てを有している必要はなく、光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３のうち少なくとも１つを有していればよい。あるいは、検出システム１０は、光源７１、スピーカ７２及びアクチュエータ７３に加え、他の表示装置等を備えていてもよい。
　図６から図１１に示した検出方法はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、図６に示すステップＳＴ１１からステップＳＴ１３は省略してもよい。この場合、制御回路１６は、静電容量センサ２０（絶縁板３０）の上に植物１０１を有する容器１００が配置されたときのセンシングデータ（検出値）を、あらかじめベースラインデータとして記憶回路１６４に保持していてもよい。
　あるいは、検出システム１０は、静電容量センサ２０（絶縁板３０）の上に植物１０１を有する容器１００が配置されず、被検出体も近接していない状態でのセンシングデータ（検出値）を、あらかじめベースラインデータとして記憶回路１６４に保持していてもよい。この場合、制御回路１６は、ステップＳＴ１２、ＳＴ１７において、取得したセンシングデータ（検出値）とベースラインデータとの差分に基づいて、各閾値との比較を行ってもよい。
　表１は、絶縁板の厚みと検出値との関係を示す表である。上述したように、絶縁板３０の厚みｔ（図１参照）は、検出電極２１から得られるセンシングデータ（検出値）が飽和しないように設定される。
　表１は、絶縁板３０の厚みｔを０ｍｍから４０ｍｍまで異ならせたときの、センシングデータ（検出値）を示す。判定結果は、検出回路１５での検出マージンを１００００としたときに、センシングデータ（検出値）が飽和したかどうかを示す。
　なお、表１に示す静電容量センサ２０において、検出電極２１のサイズは３２ｍｍ角である。また、静電容量センサ２０の駆動電圧は６．５Ｖである。検出回路１５は、差動増幅回路の非反転入力端子と出力端子との間に負帰還容量が接続されて積分回路として動作する。検出回路１５が有する負帰還容量は１１．８ｐＦとした。絶縁板３０の材料はアクリルを用いた。
　表１に示すように、絶縁板３０の厚みｔを厚くするほど検出値の絶対値が小さくなる。絶縁板３０の厚みｔが２５ｍｍ以上で、十分な検出マージンを有して検出値の飽和を抑制することができる。
　なお、表１に示す検出値は、検出電極２１のサイズ、駆動電圧、負帰還容量、絶縁板３０の材料等の各種条件に応じて異なる。
　以上、本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。
　１０　検出システム
　１２　配線基板
　１５　検出回路
　１６　制御回路
　１９　駆動信号生成回路
　２０　静電容量センサ
　２１　検出電極
　２２　周辺電極
　２３　基板
　３０　絶縁板
　６０　電源
　６１　駆動回路
　７１　光源
　７２　スピーカ
　７３　アクチュエータ
　１００　容器
　１０１　植物

Claims (12)

  1. 　複数の検出電極が面状に配置された静電容量センサと、
    　前記静電容量センサの上に配置され、植物を有する容器を設置可能な絶縁板と、
    　前記静電容量センサに接続された検出回路と、
    　前記静電容量センサ及び前記検出回路を制御する制御回路と、を有し、
    　前記制御回路は、前記植物を有する容器が前記絶縁板の上に設置されたときに、前記検出回路から出力された検出値に応じて被検出体が前記植物に近接又は接触したことを判断する
    　検出システム。
  2. 　前記絶縁板の厚みは２５ｍｍ以上である
    　請求項１に記載の検出システム。
  3. 　前記制御回路は、前記検出値が第１閾値以上のときに、前記植物を有する容器が前記絶縁板の上に設置されたと判断する
    　請求項１に記載の検出システム。
  4. 　前記制御回路は、前記検出値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上のときに、前記被検出体が前記植物に近接又は接触したと判断する
    　請求項３に記載の検出システム。
  5. 　前記制御回路は、前記検出値が前記第２閾値よりも大きい第３閾値以上のときに、前記被検出体が前記植物に接触したと判断する
    　請求項４に記載の検出システム。
  6. 　さらに光源を有し、
    　前記制御回路は、前記被検出体が前記植物に近接又は接触したと判断したときに前記光源を点灯する
    　請求項１に記載の検出システム。
  7. 　さらにスピーカを有し、
    　前記制御回路は、前記被検出体が前記植物に接触したと判断したときに前記スピーカから音声を出力する
    　請求項１に記載の検出システム。
  8. 　さらにアクチュエータを有し、
    　前記制御回路は、前記植物を有する容器が前記絶縁板から離れたと判断したときに前記アクチュエータを駆動させる
    　請求項１に記載の検出システム。
  9. 　複数の検出電極が面状に配置された静電容量センサと、
    　前記静電容量センサの上に配置され、植物を有する容器を設置可能な絶縁板と、
    　前記静電容量センサに接続された検出回路と、
    　前記静電容量センサ及び前記検出回路を制御する制御回路と、を有する検出システムの検出方法であって、
    　前記制御回路は、前記植物を有する容器が前記絶縁板の上に設置されたときに、前記検出回路から出力された検出値に応じて被検出体が前記植物に近接又は接触したことを判断する
    　検出方法。
  10. 　前記検出システムは、さらに光源を有し、
    　前記制御回路は、前記被検出体が前記植物に近接又は接触したと判断したときに前記光源を点灯する
    　請求項９に記載の検出方法。
  11. 　前記検出システムは、さらにスピーカを有し、
    　前記制御回路は、前記被検出体が前記植物に接触したと判断したときに前記スピーカから音声を出力する
    　請求項９に記載の検出方法。
  12. 　前記検出システムは、さらにアクチュエータを有し、
    　前記制御回路は、前記植物を有する容器が前記絶縁板から離れたと判断したときに前記アクチュエータを駆動させる
    　請求項９に記載の検出方法。
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