JP5326042B2 - 静電容量型センサ装置および静電容量型センサの静電容量計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量型センサの静電容量を計測することができる静電容量型センサ装置、および、静電容量型センサの静電容量計測装置に関するものである。

静電容量の変化を計測する装置として、特開２００６−１７７８９５号公報（特許文献１）および特開２００８−３０６６７９号公報（特許文献２）に記載されたものがある。また、静電容量の変化を計測するものではないが、電位を計測する装置として、特開２００２−６３９９９号公報（特許文献３）に記載されたものがある。

特開２００６−１７７８９５号公報 特開２００８−３０６６７９号公報 特開２００２−６３９９９号公報

ここで、静電容量を電圧に変換する回路が大型であると、当該静電容量電圧変換回路を静電容量型センサの設置位置に設けることができず、静電容量型センサから離れた位置に設置しなければならない。そうすると、静電容量型センサと静電容量電圧変換回路とを接続する配線が長くなり、配線容量の増加および配線に乗るノイズによって静電容量の計測精度が低下することがある。そこで、高精度な静電容量の計測を可能とするために、上記影響を受けにくい静電容量電圧変換回路が求められている。そこで、静電容量電圧変換回路を小型にできると、静電容量型センサと静電容量電圧変換回路とを一体のユニットとして形成することができるため、静電容量型センサと静電容量電圧変換回路とを接続する配線を非常に短くできる。つまり、配線容量を低減することができ、かつ、配線に乗るノイズの影響を低減することができる。

しかしながら、特許文献１，２に記載の計測装置を構成する静電容量電圧変換回路は、多種の素子を用いているため、静電容量型センサと静電容量電圧変換回路とを一体のユニットとすることができず、上述した問題を有する。なお、特許文献３に記載の電位を計測する装置は、電位の変化を計測するために用いるものであり、静電容量を計測する装置ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、静電容量を電圧に変換する静電容量電圧変換回路の小型化を図りつつ、高精度に静電容量を計測することができる静電容量型センサ装置および静電容量型センサの静電容量計測装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究した結果、キャパシタに定電圧を印加して充電した後、放電する電荷量が計測できれば、そのキャパシタの静電容量が計測できることを思いつき、本発明に至った。つまり、本発明は、充放電1回分の電荷量は極めて小さいため矩形波を発生させる発信子を使って充放電を繰り返させ、単位時間当たり電荷量（電流）にするために、充放電させた電荷の流れを整流器で一方向とし、断続的に放電した電荷のみをコンデンサで平滑化（積分）し、電流計測用シャント抵抗により電圧として電荷量を計測することとした。具体的には、以下の通りである。

（静電容量型センサ装置）
静電容量型センサ装置に係る第一発明は、距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサと、静電容量型センサの第一電極に直列接続され、静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、静電容量型センサの第二電極に接続され、電圧印加手段が周期性の矩形波電圧を印加した場合に静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、整流器に並列接続される平滑コンデンサと、平滑コンデンサに並列接続される電流計測用シャント抵抗と、電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段とを備える。
前記静電容量型センサは、面形状に形成された静電容量型センサであり、前記静電容量型センサの面法線方向に距離を隔てて対向して設けられた前記第一，第二電極と、前記第一，第二電極間に設けられた誘電層と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサである。
前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続される。
前記静電容量型センサ装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える。

ここで、本発明の静電容量型センサ装置において、整流器と平滑コンデンサと電流計測用シャント抵抗が、静電容量型センサの静電容量を電圧に変換する静電容量電圧変換回路となる。つまり、本発明によれば、静電容量電圧変換回路が、非常に簡易的な構成、具体的には素子の数の非常に少ない構成からなる。従って、静電容量型センサ装置における静電容量電圧変換回路を非常に小型に形成することができる。ここで、簡易な構成としたことにより静電容量の計測精度が低下するおそれがあるが、電圧印加手段により矩形波電圧を印加するようにしたことにより、高精度に静電容量の計測ができるようになった。つまり、本発明は、一定の電圧で充放電する電荷量を計測する考え方を静電容量を計測する装置に適用し、簡素な矩形波電圧印加手段と整流、平滑手段の組合せにより、小型でありつつ高精度に静電容量型センサの静電容量を計測することができるようになった。
また、上記の場合、操作者が電極を構成することで、第一電極と第二電極のうち表面側に位置する電極と操作者自身とがキャパシタを形成する。その結果、第一電極と第二電極とにより形成されるキャパシタの静電容量に影響を与える。従って、第二電極に流れる電流を計測することにより、操作者の接近、接触または接触度合を把握することができる。なお、接触状態とは、接触の有無、接触度合を含む意味で用いている。
ここで、第二電極の抵抗成分の影響によって、複数の静電容量電圧変換回路から出力される電圧は、操作者の接近位置、接触位置または接触状態に応じて異なる値となる。このことを利用して、複数の出力側の静電容量電圧変換回路を第二電極のそれぞれ異なる位置に接続することで、それぞれの出力側の静電容量電圧変換回路の電圧計測手段により計測される両端電圧によって、操作者の接近位置、接触位置または接触状態を算出することができる。

なお、本発明の静電容量型センサ装置において、電圧印加手段は、発振子などの電圧を印加する素子を用いることもでき、発振回路およびコントロールユニット（マイコン）のタイマ出力を用いることもできる。また、電圧計測手段は、電流計測用シャント抵抗の両端電圧そのものを計測対象とすることもできるし、増幅器を介して入力された電圧を計測対象とすることもできる。
また、静電容量型センサ装置に係る第二発明は、距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って前記第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサと、前記静電容量型センサの前記第一電極に直列接続され、前記静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、前記静電容量型センサの前記第二電極に接続され、前記電圧印加手段が周期性の前記矩形波電圧を印加した場合に前記静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、前記整流器に並列接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに並列接続される電流計測用シャント抵抗と、前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段と、を備える。
前記静電容量型センサは、面形状に形成された静電容量型センサであり、前記静電容量型センサの面方向に距離を隔てて設けられた前記第一，第二電極と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサである。
前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続される。
前記静電容量型センサ装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える。
この場合、操作者が電極を構成することで、第一電極と操作者自身とが第一のキャパシタを形成し、かつ、第二電極と操作者自身とが第二のキャパシタを形成する。その結果、第一電極と第二電極とにより形成されるキャパシタの静電容量に影響を与える。従って、第二電極に流れる電流を計測することにより、操作者の接近、接触または接触度合を把握することができる。
そして、第二電極の抵抗成分の影響によって、複数の静電容量電圧変換回路から出力される電圧は、操作者の接近位置、接触位置または接触状態に応じて異なる値となる。このことを利用して、複数の出力側の静電容量電圧変換回路を第二電極のそれぞれ異なる位置に接続することで、それぞれの出力側の静電容量電圧変換回路の電圧計測手段により計測される両端電圧によって、操作者の接近位置、接触位置または接触状態を算出することができる。

また、電圧計測手段は、静電容量型センサの充電電圧、電圧印加手段により印加する矩形波電圧の周波数、および、電流計測用シャント抵抗の抵抗値に基づいて、電流計測用シャント抵抗の両端電圧を静電容量型センサの静電容量として計測するようにしてもよい。これにより、確実に、静電容量型センサの静電容量を変換した電圧を計測し、静電容量型センサの静電容量を算出することができる。

また、静電容量型センサ、電圧印加手段、整流器、平滑コンデンサおよび電流計測用シャント抵抗は、一体のユニットとして形成されるようにしてもよい。このように、一体のユニットとして形成される場合には、特に、静電容量型センサ装置における静電容量型センサ以外の部分、特に、静電容量を電圧に変換する静電容量電圧変換回路が小型であることが望まれる。本発明を適用することにより、静電容量電圧変換回路の構成部品が整流ダイオード、平滑コンデンサおよび電流計測用シャント抵抗のみと簡素なため、静電容量電圧変換回路の小型化を図ることができる。

このとき、静電容量型センサの第一，第二電極は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する電極であり、静電容量型センサは、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有するようにするとよい。つまり、静電容量型センサが柔軟な形状からなることを意味する。これにより、静電容量型センサを種々の用途に用いることができるようになる。そして、静電容量型センサ装置のうち静電容量型センサと静電容量電圧変換回路を一体のユニットとして形成する場合であって、静電容量型センサが可撓性を有する場合には、静電容量型センサ装置における静電容量電圧変換回路を小型化することで、静電容量電圧変換回路が含まれる回路基板の堅さを相対的に感じにくくすることができる。従って、本発明によれば、静電容量型センサと静電容量電圧変換回路とを含む一体のユニット全体として、柔軟な形状として認識することができる。

（静電容量型センサの静電容量計測装置）
上記においては、本発明を静電容量型センサ装置として把握した場合について説明したが、この他に、静電容量型センサ装置のうち計測装置部分のみを抽出して把握することができる。

すなわち、静電容量型センサの静電容量計測装置に係る第一発明は、距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサの静電容量を計測する計測装置であって、静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、静電容量型センサの第二電極に接続され、電圧印加手段が周期性の矩形波電圧を印加した場合に静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、整流器に並列接続される平滑コンデンサと、平滑コンデンサに並列に接続される電流計測用シャント抵抗と、電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段とを備える。
前記静電容量型センサは、面形状に形成された静電容量型センサであり、前記静電容量型センサの面法線方向に距離を隔てて対向して設けられた前記第一，第二電極と、前記第一，第二電極間に設けられた誘電層と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサである。
前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続される。
前記静電容量型計測装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える。
また、静電容量型センサの静電容量計測装置に係る第二発明は、距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って前記第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサの前記静電容量を計測する計測装置であって、前記静電容量型センサの前記第一電極に直列接続され、前記静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、前記静電容量型センサの前記第二電極に接続され、前記電圧印加手段が周期性の前記矩形波電圧を印加した場合に前記静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、前記整流器に並列接続される平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに並列に接続される電流計測用シャント抵抗と、
前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段と、を備える。
前記静電容量型センサは、面形状に形成された静電容量型センサであり、前記静電容量型センサの面方向に距離を隔てて設けられた前記第一，第二電極と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサである。
前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続される。
前記静電容量型計測装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える。

これにより、上述した静電容量型センサ装置における効果と同一の効果を奏することができる。また、上述した静電容量型センサ装置における他の特徴部分について、当該静電容量計測装置に適用することができ、同一の効果を奏する。

第一実施形態：（ａ）は静電容量型センサ装置の平面図である。（ｂ）は、静電容量型センサ装置の正面図である。 第一実施形態：静電容量型センサ装置の電気回路図である。 第二実施形態：静電容量型センサ装置の模式的な平面構成図である。 切換制御部による制御動作のタイミングチャートである。 第二実施形態の変形態様：入力側切換回路３１１の構成を示す電気回路図である。 第三実施形態：静電容量型センサ装置の断面図である。 静電容量型センサ装置の平面図である。 指の押付力を大きくした状態における静電容量型センサ装置の断面図である。 第四実施形態：静電容量型センサ装置の斜視図である。 第五実施形態：静電容量型センサ装置の電気回路図である。 図１０のＡ−Ａ断面図である。 第六実施形態：静電容量型センサ装置の電気回路図である。 図１２のＢ−Ｂ断面図である。 第七実施形態：静電容量型センサ装置の電気回路図である。 図１４のＣ−Ｃ断面図である。 第一，第二の静電容量電圧変換回路の出力電圧を示すグラフである。

以下、本発明の静電容量型センサ装置および静電容量計測装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
＜第一実施形態＞
第一実施形態の静電容量型センサ装置について、図１および図２を参照して説明する。静電容量型センサ装置は、例えば、感圧センサとして用いたり、車両のシートベルトに貼り付けられ、シートベルトに付与される張力を計測することに用いたりすることができる。

静電容量型センサ装置は、部品ユニットとして捉えた場合には、静電容量型センサユニット１と、電源１００と、電圧計測器２００のそれぞれの各部品ユニットを備えて構成される。そこで、まずは、図１（ａ）（ｂ）を参照して主として静電容量型センサユニット１の形状に関する部分について説明し、後に、図２を参照して静電容量型センサ装置の電気回路について詳細に説明する。

静電容量型センサユニット１は、静電容量型センサ１０と、回路基板２０と、配線部３０とを備えて構成され、これらを一体的なユニットとして形成している。静電容量型センサ１０は、本実施形態においては、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質からなり、ゴムのような柔軟な材質により形成している。ただし、本発明において、静電容量型センサ１０は、可撓性を有するもの以外にも適用可能である。

そして、静電容量型センサ１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、面形状に形成されている。この静電容量型センサ１０は、面法線方向（図１（ｂ）の上下方向）に距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極１１，１２と、第一，第二電極１１，１２間に設けられた誘電層１３と、第二電極１２側の表面および第一電極１１側の裏面を被覆するように設けられた絶縁層１４，１５を備えて構成される。そして、付与される外力に応じて第一電極１１と第二電極１２との離間距離、電極面積、またはその両方が変化し、この変化に伴って第一電極１１と第二電極１２の間の静電容量が変化する。なお、静電容量が離間距離、電極面積、またはその両方に比例する関係にあることは周知であるため、詳細な説明は省略する。

静電容量型センサ１０を構成する第一，第二電極１１，１２は、同一材質でありかつ同一形状により形成されている。具体的には、第一，第二電極１１，１２は、薄膜状の矩形状に形成されている。第一，第二電極１１，１２の材質は、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより成形している。そして、第一，第二電極１１，１２は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有するようにしている。

第一，第二電極１１，１２を構成するエラストマーは、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、第一，第二電極１１，１２に配合される導電性フィラーは、導電性を有する粒子であればよく、例えば、炭素材料や金属等の微粒子を適用できる。

誘電層１３は、エラストマーにより成形され、第一，第二電極１１，１２と同様に、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この誘電層１３を構成するエラストマーは、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。この誘電層１３は、設定された厚みを有し、第一，第二電極１１，１２と同程度の矩形状に形成されている。絶縁層１４，１５は、第一，第二電極１１，１２と同様に、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この絶縁層１４，１５を構成するエラストマーは、例えば、誘電層１３を構成するエラストマーとして記載した材料が適用される。

以上説明した第一，第二電極１１，１２、誘電層１３および絶縁層１４，１５からなる静電容量型センサ１０は、全体として、所定の厚みを有する任意の形状（図１（ａ）では例えば矩形状として図示する）に形成されている。さらに、静電容量型センサ１０は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。

そして、静電容量型センサ１０が静電容量型センサ１０の面法線方向に圧縮力を受けた場合には、誘電層１３が当該面法線方向に圧縮変形することにより、第一，第二電極１１，１２間の離間距離が短くなる。この場合、静電容量型センサ１０の静電容量は大きくなる。また、静電容量型センサ１０が静電容量型センサ１０の面接線方向に引張力を受けた場合には、誘電層１３が当該面接線方向に伸張変形することにより、第一，第二電極１１，１２それぞれの電極面積が広がる。この場合も、静電容量型センサ１０の静電容量は大きくなる。このように、静電容量型センサ１０が外力を受けた場合に、その外力に応じて第一電極１１と第二電極１２とにより形成されるキャパシタの静電容量が変化する。

回路基板２０は、電圧印加素子２１と静電容量電圧変換回路２２とを備え、これらを同一の基板上に形成している。電圧印加素子２１は、静電容量型センサ１０に対して周期性の矩形波電圧を印加する素子（例えば、発振子）である。なお、本実施形態においては、矩形波電圧を印加する手段として、電圧印加素子２１としての発振子を用いる場合を例に挙げるが、その他に例えば発振回路およびコントロールユニット（マイコン）のタイマ出力などを用いることもできる。

静電容量電圧変換回路２２は、静電容量型センサ１０の静電容量を電圧に変換することにより、当該静電容量を電圧として取り出すことができる回路である。概要としては、静電容量電圧変換回路２２は、静電容量型センサ１０の第一電極１１に対して周期性の矩形波電圧を印加した場合に、静電容量型センサ１０の出力側である第二電極１２で充放電される電流を電圧に変換して出力する回路である。電圧印加素子２１および静電容量電圧変換回路２２の詳細な説明については、図２を用いて後述する。

配線部３０は、静電容量型センサ１０と回路基板２０とを電気的に接続する。配線部３０は、実質的に、静電容量型センサ１０と同様な構成をなしている。この配線部３０は、第一，第二電極３１，３２と、絶縁層３３，３４，３５とを備えて構成される。第一，第二電極３１，３２は、それぞれ、静電容量型センサ１０の第一，第二電極１１，１２と一体的に同一材質により形成されたものであり、当然にそれぞれに電気的に接続されている。中間の絶縁層３３は、静電容量型センサ１０の誘電層１３と一体的に同一材質により形成されたものである。また、絶縁層３４，３５は、静電容量型センサ１０の絶縁層１４，１５と一体的に同一材質により形成されたものである。そして、配線部３０の第一電極３１が回路基板２０の電圧印加素子２１に電気的に接続され、配線部３０の第二電極３２が回路基板２０の静電容量電圧変換回路２２に電気的に接続されている。
以上説明した静電容量型センサユニット１は、ハーネスを介して、電源１００および電圧計測器２００に接続される。

次に、静電容量型センサ装置の電気回路について、図２を参照して詳細に説明する。ここで、静電容量型センサ１０は可変静電容量として機能するため、図２において、静電容量型センサ１０は可変静電容量として図示している。

図２に示すように、静電容量型センサ装置は、電気回路の機能的に捉えた場合には、静電容量型センサ１０と、静電容量計測装置２とを備えて構成される。静電容量型センサ装置の静電容量計測装置２は、電源１００と、電圧印加素子２１と、静電容量電圧変換回路２２と、電圧計測器２００とを備えて構成される。

電源１００は、直流電源である。電圧印加素子２１は、周期性の矩形波電圧を発生する素子であって、静電容量型センサ１０に当該矩形波電圧を印加する。具体的には、電圧印加素子２１の出力端は、静電容量型センサ１０の第一電極１１に接続され、電圧印加素子２１の接地端は、電源１００の負極側に接続され、電圧印加素子２１の電源端は、電源１００から電圧が印加される。電圧印加素子２１は、このように接続されることで周期性の矩形波電圧を発生する。この電圧印加素子２１により印加される電圧は、例えば、周波数２５０ｋＨｚで、最大電圧５Ｖで、ＯＮデューティ比５０％とする。もちろん、周波数、最大電圧、および、ＯＮデューティ比を適宜変更することは可能である。

静電容量計測装置２を構成する静電容量電圧変換回路２２は、整流器２２ａと、平滑コンデンサＣ１と、電流計測用シャント抵抗Ｒ１とにより構成される。整流器２２ａは、静電容量型センサ１０の出力側に接続され、電圧印加素子２１が静電容量型センサ１０の第一電極１１に対して周期性の矩形波電圧を印加した場合に静電容量型センサ１０の第二電極１２に充放電される電荷を整流する。この整流器２２ａは、第一ダイオードD1と第二ダイオードD2とから構成される。第一ダイオードD1は、静電容量型センサ１０に直列接続され、第二ダイオードD2は、静電容量型センサ１０に並列接続されている。具体的には、第一ダイオードD1のアノードは、静電容量型センサ１０の第二電極１２に接続されている。第二ダイオードD2のアノードは、電源１００の負極側に接続され、第二ダイオードD2のカソードは、静電容量型センサ１０の第二電極１２および第一ダイオードD1のアノードに接続されている。

従って、電圧印加素子２１の矩形波電圧がＯＮの場合に、第二ダイオードD2を介して静電容量型センサ１０の第二電極１２に電荷が充電される。一方、電圧印加素子２１の矩形波電圧がＯＦＦの場合に、第一ダイオードD1を介して静電容量型センサ１０の第二電極１２から電荷が放電される。

平滑コンデンサＣ１は、整流器２２ａの出力側に並列接続され、整流器２２ａに流れる電流を平滑化する。つまり、平滑コンデンサＣ１は、一端が第一ダイオードD1のカソードに接続され、他端が第二ダイオードD2のアノードに接続されている。上述したように、整流器２２ａには、静電容量型センサ１０の第二電極１２に充電される際と放電する際において電荷の流れが異なるため、整流器２２ａの出力側の電流の時間変化は断続形状となる。そこで、平滑コンデンサＣ１がこの矩形波状の電流を平滑化する役割を有する。

電流計測用シャント抵抗Ｒ１は、平滑コンデンサＣ１の出力側に並列接続されている。つまり、電流計測用シャント抵抗Ｒ１の両端は、平滑コンデンサＣ１の両端にそれぞれ接続されている。ここで、静電容量型センサ１０の第二電極１２による放電電荷は全て電流計測用シャント抵抗Ｒ１を通過するため、電流計測用シャント抵抗Ｒ１の両端電圧Vxを計測することで、静電容量型センサ１０の第二電極１２による放電電流を計測できる。

静電容量計測装置２を構成する電圧計測器２００は、電圧増幅器２１０と、静電容量算出部２２０（本発明の「電圧計測手段」に相当）とから構成される。電圧増幅器２１０は、電流計測用シャント抵抗Ｒ１の出力側に並列接続されており、電流計測用シャント抵抗Ｒ１の両端電圧Vxを増幅する。なお、本実施形態における静電容量計測装置２は、電圧増幅器２１０を備える構成としたが、電圧増幅器２１０を備えずに静電容量算出部２２０のみにより構成されるものとしてもよい。

静電容量算出部２２０は、電圧増幅器２１０により増幅された電流計測用シャント抵抗Ｒ１の両端電圧Vxを計測し、計測した当該両端電圧Vxから静電容量型センサ１０の静電容量Cxを算出する。ここで、電流計測用シャント抵抗Ｒ１の両端電圧Vxは、式（１）のように示される。なお、式（１）において、（V−Vf）は、電圧印加素子２１により電圧を印加された場合の静電容量型センサ１０による充電電圧に相当する。

［数１］
Vx＝Cx・(V−Vf)・Freq・R1 ・・・ （１）
Vx：電流計測用シャント抵抗Ｒ１の両端電圧
Cx：静電容量型センサ１０の可変静電容量
V ：電圧印加素子２１により印加される最大電圧
Freq：電圧印加素子２１により印加される矩形波電圧の周波数
Vf：第一，第二ダイオードD1,D2の順方向電圧
R1：電流計測用シャント抵抗

そして、静電容量型センサ１０の静電容量Cxは、式（１）より、式（２）のように表される。そして、式（２）において、静電容量Cx以外の値は既知であるため、静電容量Cxを算出することができる。

［数２］
Cx＝Vx／{(V−Vf)・Freq・R1} ・・・ （２）

以上説明したように、非常に簡易的な電気回路、つまり素子の数が非常に少ない構成により静電容量型センサ１０の静電容量Cxを算出することができる。従って、静電容量型センサ装置における静電容量電圧変換回路２２は、非常に小型に形成することができる。従って、この静電容量電圧変換回路２２を備える回路基板２０も小型化することができる。

ここで、電圧印加素子２１が周期的な矩形波電圧を印加するようにしたため、式（２）に示すように矩形波電圧の周波数Freqと最大電圧Vを高精度に適用することができる。つまり、周期的な矩形波電圧を静電容量型センサ１０に印加することにより、高精度に静電容量Cxを計測することができるようになる。このように、小型でありながら、高精度に静電容量Cxを計測することができる。

また、静電容量型センサユニット１は、静電容量型センサ１０、電圧印加素子２１、静電容量電圧変換回路２２および配線部３０と一体とするユニットとして形成している。上述したように、静電容量電圧変換回路２２の小型化を図ることができるようになったため、静電容量型センサユニット１全体を一体のユニットとして形成した場合であっても、静電容量型センサユニット１全体の小型化を図ることができる。特に、静電容量電圧変換回路２２の小型化を図り、静電容量型センサユニット１のユニット化を行うことで、配線部３０の長さを従来に比べて格段に短くできる。その結果、配線部３０の配線容量を低減することができ、かつ、配線部３０に乗るノイズの低減を図ることができる。従って、高精度な静電容量の計測が可能となる。

また、本実施形態においては、静電容量型センサ１０が可撓性且つ伸縮自在な性質を有するものとした。このような柔軟な形状性質を有するセンサの用途は非常に多様である。ところが、静電容量電圧変換回路２２が大型であると、静電容量電圧変換回路２２を搭載する回路基板２０が大型化してしまう。そうすると、静電容量型センサユニット１をユニット化した場合に、静電容量型センサ１０の柔軟な性質があっても、相対的に回路基板２０の堅さが際立ってしまう。しかし、本実施形態の静電容量型センサ装置であれば、静電容量電圧変換回路２２の小型化を図ることができるため、静電容量型センサユニット１と一体のユニットとした場合であっても、回路基板２０の部分の堅さを相対的に感じにくくすることができる。従って、本実施形態の静電容量型センサユニット１全体として、柔軟な形状として認識することができる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の静電容量型センサ装置について、図３を参照して説明する。本実施形態の静電容量型センサ装置は、広範囲の感圧センサとして適用した場合の例である。第一実施形態の静電容量型センサ１０は一箇所の感圧センサとして機能するため、第二実施形態では第一実施形態の静電容量型センサ１０を複数箇所に設けるようにしたものである。ただし、単に複数設けるのでは静電容量電圧変換回路２２の配置が容易ではないため、図３に示すように構成した。なお、第二実施形態において、第一実施形態の静電容量型センサ装置の各構成と実質的に同一の構成については同一符号を付している。

図３に示すように、第二実施形態の静電容量型センサ装置は、静電容量型センサ１１０と、電源１００と、電圧印加素子２１と、複数の静電容量電圧変換回路１２２ａ〜１２２ｄと、第一，第二接続切換部３１０，３２０と、電圧計測器２００と、切換制御部３３０と、状態推定部３４０とを備えて構成される。また、電圧印加素子２１と、第一，第二接続切換部３１０，３２０と、電圧計測器２００と、切換制御部３３０と、状態推定部３４０は、それら全て、または、それら一部機能をコントロールユニット（マイコン）に搭載された同等の機能により置き換えて構成してもよい。

静電容量型センサ１１０は、全体として矩形板状に形成されている。静電容量型センサ１１０は、複数の長尺板状の第一電極１１１ａ〜１１１ｄと、複数の長尺板状の第二電極１１２ａ〜１１２ｄと、誘電層１１３とから構成される。なお、図３においては、表面および裏面の絶縁層は図示していない。第一，第二電極１１１ａ〜１１１ｄ，１１２ａ〜１１２ｄは、第一実施形態の静電容量型センサ１０の第一，第二電極１１，１２と同一材質により形成されている。そして、複数の第一電極１１１ａ〜１１１ｄは、それぞれ面接線方向（図３の上下方向）に距離を隔てて平行に配置されている。複数の第二電極１１２ａ〜１１２ｄは、それぞれ面接線方向（図３の左右方向）に距離を隔てて平行に配置されている。そして、第一電極１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれが平行に配置される方向（図３の上下方向）と第二電極１１２ａ〜１１２ｄのそれぞれが平行に配置される方向（図３の左右方向）とは直交するように配置されている。つまり、静電容量型センサ１１０の面法線方向から見た場合に、第一電極１１１ａ〜１１１ｄと第二電極１１２ａ〜１１２ｄとにより格子状を形成するように、第一電極１１１ａ〜１１１ｄおよび第二電極１１２ａ〜１１２ｄが配置されている。誘電層１１３は、複数の第一電極１１１ａ〜１１１ｄと複数の第二電極１１２ａ〜１１２ｄとの間に介在するように配置されている。この誘電層１１３は、法接線方向に伸縮可能な材質により形成されている。

入力側切換回路３１０は、複数のスイッチ３１０ａ〜３１０ｄにより構成されている。各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄの一端は、電圧印加素子２１の出力端と、グランド（アース）への接地端とを選択して切換可能に構成されている。一方、各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄの他端は、対応する第一電極１１１ａ〜１１１ｄに接続されている。つまり、入力側切換回路３１０の各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄは、第一電極１１１ａ〜１１１ｄを電圧印加素子２１に接続する第一状態と、第一電極１１１ａ〜１１１ｄを接地する第二状態とを切り換える。そして、後述する切換制御部３３０により、第一電極１１１ａ〜１１１ｄの中から選択された１つと電圧印加素子２１とを接続し（第一状態）、第一電極１１１ａ〜１１１ｄの残りを接地する（第二状態）。また、図３には図示しないが、電圧印加素子２１の電源端は、図２を用いて説明したように、電源１００の正極側に接続され、電圧印加素子２１の接地端は、電源１００の負極端に接続される。

複数の静電容量電圧変換回路１２２ａ〜１２２ｄは、対応する第二電極１１２ａ〜１１２ｄのそれぞれの端部に接続されている。静電容量電圧変換回路１２２ａ〜１２２ｄは、第一実施形態の静電容量電圧変換回路２２と同一構成からなる。出力側切換回路３２０は、複数のスイッチ３２０ａ〜３２０ｄにより構成されている。各スイッチ３２０ａ〜３２０ｄの一端は、対応する静電容量電圧変換回路１２２ａ〜１２２ｄに接続され、各スイッチ３２０ａ〜３２０ｄの他端は、電圧計測器２００に接続される。そして、切換制御部３３０により、静電容量電圧変換回路１２２ａ〜１２２ｄの中から選択された１つと電圧計測器２００とを接続し、静電容量電圧変換回路１２２ａ〜１２２ｄの残りを切断する。

切換制御部３３０は、入力側切換回路３１０および出力側切換回路３２０のＯＮ／ＯＦＦ動作を切り換える制御を行う。図４を参照して、入力側切換回路３１０および出力側切換回路３２０のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングチャートを参照して説明する。電圧印加素子２１が周期性の矩形波電圧を印加した後に、入力側切換回路３１０の第一スイッチ３１０ａがＯＮする。ここで、入力側切換回路３１０の各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄのＯＮとは、各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄが電圧印加素子２１側に接続される状態（第一状態）を意味する。このとき、入力側切換回路３１０の第二，第三，第四スイッチ３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄは、グランドに接地されている（第二状態）。つまり、第一電極１１１ａのみに周期性の矩形波電圧が印加される。

同時に、出力側切換回路３２０の第一スイッチ３２０ａがＯＮする（接続状態）。このとき、出力側切換回路３２０の第二，第三，第四スイッチ３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄは、ＯＦＦである（切断状態）。この状態において、電圧計測器２００は、第一電極１１１ａと第二電極１１２ａとの間の静電容量に応じた電圧を計測することになる。

ここで、第一電極１１１ａ〜１１１ｄ同士は、平行に設けられているため、キャパシタとして機能するおそれがある。つまり、第二電極１１２ａ〜１１２ｄに充放電される電荷に影響を与えるおそれがある。しかし、上述したように、当該状態において、入力側切換回路３１０の第二，第三，第四スイッチ３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄは、接地されている。そのため、上記状態において、第一電極１１１ａのみに電圧が印加された場合に、第一電極１１１ａと他の第一電極１１１ｂ〜１１１ｄとの間で、キャパシタは機能しない。従って、第一電極１１１ａは、第二電極１１２ａ〜１１２ｄとの間にのみ、キャパシタとして機能する。従って、他の第一電極１１１ｂ〜１１１ｄが、第二電極１１２ａ〜１１２ｄに充放電される電荷に影響を与えることを防止できる。その結果、電圧計測器２００は、高精度に第一電極１１１ａと第二電極１１２ａとの間の静電容量に応じた電圧を計測することができる。

続いて、出力側切換回路３２０の第一スイッチ３２０ａをＯＦＦに切り換え、第二スイッチ３２０ｂをＯＮに切り換える。従って、電圧計測器２００は、第一電極１１１ａと第二電極１１２ｂとの間の静電容量に応じた電圧を計測することになる。

このように、入力側切換回路３１０の第一スイッチ３１０ａが電圧印加素子２１側（第一状態）の間、出力側切換回路３２０のスイッチ３２０ａ〜３２０ｄに対して、ＯＮとＯＦＦとを順次切り換えていく。続いて、入力側切換回路３１０の第一スイッチ３１０ａをグランドへの接地（第二状態）に切り換え、第二スイッチ３１０ｂを電圧印加素子２１側（第一状態）へ切り換える。この状態で、上述したように、出力側切換回路３２０のスイッチ３２０ａ〜３２０ｄを順次切り換える。そして、入力側切換回路３１０のスイッチ３１０ａ〜３１０ｄに対して、ＯＮとグランドとを順次切り換えていく。

上記のようにすることで、電圧計測器２００は、図３において、第一電極１１１ａ〜１１１ｄと第二電極１１２ａ〜１１２ｄとが交差するそれぞれの位置における静電容量に応じた電圧を取得することができる。そこで、状態推定部３４０は、これらの電圧を用いて、誘電層１１３の各部位の変形状態を推定することができる。推定した誘電層１１３の変形状態に基づいて、外力が付与された位置および外力の大きさを推定することができる。すなわち、状態推定部３４０は、静電容量型センサ１１０に付与された面圧の分布を算出することができる。

＜第二実施形態の第一変形態様＞
ここで、上記実施形態において、誘電層１１３が変形することにより、第一電極１１１ａ〜１１１ｄと第二電極１１２ａ〜１１２ｄとの離間距離が変化することに伴って、電極間の静電容量が変化すると説明した。この態様の他に、本発明は、人間（操作者）が指を接触した位置を検出するタッチパネルなどに適用することができる。この場合、人間の指が導電体として機能するため、導電体が静電容量型センサ１１０に接近または接触した場合には、第二電極１１２ａ〜１１２ｄと指との間でキャパシタを形成することになる。その結果、指が接触または近接した位置における第一電極１１１ａ〜１１１ｄと第二電極１１２ａ〜１１２ｄとの静電容量は、指が接触および近接していない位置における当該静電容量とは異なる。つまり、状態推定部３４０は、誘電層１１３が変形するか否かに関わらず、導電体としての人間の指が接近位置、接触位置または接触度合を算出することができる。

＜第二実施形態の第二変形態様＞
上記実施形態において、入力側切換回路３１０の各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄの一端は、電圧印加素子２１の出力端と、グランド（アース）への接地端とを選択して切換可能に構成されているものとした。この他の態様について、図５を参照して説明する。図５に示すように、入力側切換回路３１１の各スイッチ３１１ａから３１１ｄの一端は、電圧印加素子２１の出力端と、電源１００の正極側の端子とを選択して切換可能に構成されている。一方、各スイッチ３１１ａ〜３１１ｄの他端は、対応する第一電極１１１ａ〜１１１ｄに接続されている。

つまり、電源１００の正極側の端子は、一定電圧が印加されている端子であり、高圧側接地に相当する。この場合、入力側切換回路３１１の各スイッチ３１１ａ〜３１１ｄの切換動作は、上述した入力側切換回路３１０の各スイッチ３１０ａ〜３１０ｄの切換動作と同一である。ただし、入力側切換回路３１１の各スイッチ３１１ａ〜３１１ｄのＯＮとは、各スイッチ３１１ａ〜３１１ｄが電圧印加素子２１側に接続される状態（第一状態）を意味する。従って、この場合も、上記実施形態と同様の効果を奏する。

＜第三実施形態＞
次に、第三実施形態の静電容量型センサ装置について図６〜図８を参照して説明する。図６および図７に示すように、本実施形態の静電容量型センサ１０は、第一実施形態と実質的同一の構成からなる静電容量型センサ１０を用いる。ただし、静電容量型センサ１０の形状を長尺状とする。また、第一電極１１の一端に電圧印加素子２１の出力端を接続する。さらに、第二電極１２の一端に、第一の静電容量電圧変換回路２２２ａを接続し、第二電極１２の他端に、第二の静電容量電圧変換回路２２２ｂを接続する。なお、図６〜図８には図示しないが、電源１００および電圧計測器２００も備える。

そして、静電容量型センサ１０の表面側に、図６および図７に示すように、人間の指を接触または近接させる。ここで、第一の静電容量電圧変換回路２２２ａにより出力される電圧と、第二の静電容量電圧変換回路２２２ｂにより出力される電圧とは、指が接触または近接している位置によって異なる。これは、第二電極１２の抵抗成分の影響によるものである。従って、第一の静電容量電圧変換回路２２２ａにより出力される電圧と、第二の静電容量電圧変換回路２２２ｂにより出力される電圧とを計測することにより、指が接触または近接している位置を算出することができる。

さらに、図８に示すように、人間の指を静電容量型センサ１０に強く押し付ける場合を考える。この場合には、人間の指が導電体として機能するため、図６の状態に比べて図８の状態は、キャパシタの電極の面積が変化すると捉えることができる。そのため、指を押し付けた力に応じて、第一の静電容量電圧変換回路２２２ａにより出力される電圧、および第二の静電容量電圧変換回路２２２ｂにより出力される電圧が変化する。従って、両電圧に基づいて、指による押付状態を推定することができる。

＜第四実施形態＞
次に、第四実施形態の静電容量型センサ装置について図９を参照して説明する。第三実施形態では、静電容量型センサ１０の形状を長尺状とした。第三実施形態の考え方を、矩形状の静電容量型センサ１０に適用した場合が、本実施形態である。つまり、図９に示すように、静電容量型センサ１０は矩形状からなり、各層の構成は、第一実施形態と同一構成からなる。

第一電極１１の１つの角部に、電圧印加素子２１の出力端が接続されている。第二電極１２のそれぞれの角部に、静電容量電圧変換回路３２２ａ〜３２２ｄが接続されている。この場合、それぞれの静電容量電圧変換回路３２２ａ〜３２２ｄにより出力される電圧は、指が接触または近接している位置によって、さらには、指を押し付けた力によって異なる。従って、それぞれの静電容量電圧変換回路３２２ａ〜３２２ｄにより出力される電圧を計測することにより、指が接触または近接している位置、並びに、指による押付状態を推定することができる。

＜第五実施形態＞
上記実施形態においては、第一電極と第二電極を静電容量型センサの面法線方向に対向して設けられることとした。この他に、第一電極と第二電極を静電容量型センサの面方向（平面であれば面接線方向に相当）に対向するように設けることもできる。この場合の実施形態について、図１０および図１１を参照して説明する。

図１０および図１１に示すように、静電容量型センサ４１０は、第一電極４１１ａ，４１１ｂと、第二電極４１２ａ，４１２ｂと、絶縁層４１３とを備える。絶縁層４１３は、第一実施形態の絶縁層１４と同一材質により形成されている。当該材料からなる絶縁層４１３は、可撓性を有するが、可撓性を有しない材料を適用することもできる。

第一電極４１１ａ，４１１ｂおよび第二電極４１２ａ，４１２ｂは、第一実施形態の第一，第二電極１１，１２と同一材質により形成されている。第一電極４１１ａ，４１１ｂおよび第二電極４１２ａ，４１２ｂは、絶縁層４１３の裏面側に、絶縁層４１３の面方向（図１０の上下方向）に距離を隔てて平行に配置されている。そして、第一電極４１１ａ，４１１ｂと第二電極４１２ａ，４１２ｂとが交互に配置されている。

さらに、電圧計測器２００（図１，２に示す）は、第一電極４１１ａと第二電極４１２ａとの間の静電容量、第一電極４１１ｂと第二電極４１２ａとの間の静電容量、第一電極４１１ｂと第二電極４１２ｂとの間の静電容量の総量に応じた電圧を計測することができる。

この場合、第一電極４１１ａ，４１１ｂと第二電極４１２ａ，４１２ｂとを跨ぐようにして、導電体として機能する人間の指が絶縁層４１３に接触または接近した場合に、当該指が、該当する第一電極４１１ａ，４１１ｂおよび第二電極４１２ａ，４１２ｂに対してキャパシタの他方の電極として機能する。そのため、第三実施形態同様に指を押し付けた力に応じて、電極間の静電容量が変化する。従って、指による押付状態を推定することができる。

＜第六実施形態＞
第五実施形態では、第一電極４１１ａ，４１１ｂおよび第二電極４１２ａ，４１２ｂを長尺状に形成し、それぞれ平行に配置した。第五実施形態の考え方を、環状に形成した第一，第二電極に適用した場合が、本実施形態である。つまり、図１２および図１３に示すように、静電容量型センサ５１０における第一電極５１１は、環状に形成され、絶縁層５１３の裏面側に配置されている。また、第二電極５１２は、第一電極５１１よりも小径の環状に形成され、絶縁層５１３の裏面側であって、第一電極５１１の径方向内側に同心的に配置されている。そして、第一電極５１１に電圧印加素子２１の出力端が接続され、第二電極５１２に静電容量電圧変換回路５２２が接続されている。この場合、第一電極５１１と第二電極５１２とを跨ぐように人間の指が接触または接近した場合には、静電容量電圧変換回路５２２から出力される電圧が変化するため、指の接触または接近を検知することができる。

＜第七実施形態＞
第七実施形態の静電容量型センサ装置について図１４および図１５を参照して説明する。静電容量型センサ６１０は、第五実施形態（図１０に示す）における静電容量型センサ４１０とほぼ同様の構成からなる。そして、電圧印加素子２１が、第一電極６１１の一端に接続されている。また、第二電極６１２の一端に、第一の静電容量電圧変換回路６２２ａを接続し、第二電極６１２の他端に、第二の静電容量電圧変換回路６２２ｂを接続する。

この場合、第二電極６１２の抵抗成分の影響により、図１６に示すように、第一，第二の静電容量電圧変換回路６２２ａ，６２２ｂが接続される第二電極６１２の位置から遠ざかるほど、出力電圧が低下する。このことを利用して、第一，第二の静電容量電圧変換回路６２２ａ，６２２ｂの出力電圧の差を用いて、第一電極６１１などの長手方向における指の位置を算出することができる。

＜その他＞
なお、本実施形態において、電圧印加素子２１と、第一，第二接続切換部３１０，３２０と、電圧計測器２００と、切換制御部３３０と、位置算出部３４０は、それら全て、または、それら一部機能をコントロールユニット（マイコン）に搭載された同等の機能により置き換えて構成することもできる。本実施形態においては、静電容量型センサ１０が可撓性且つ伸縮自在な性質を有するものとしたが、計測する対象に合わせて伸縮する方向を制限する、または、タッチパネルなどに適用する場合、可撓性または伸縮性を有する必要がない静電容量型センサ１０は、第一，第二電極１１，１２、誘電層１３、絶縁層１４，１５の一部または全ての材料を伸縮性が有しない材料、例えば、木材、樹脂、紙、布などで置き換えることができる。

１：静電容量型センサユニット、 ２：静電容量計測装置
１０，１１０，４１０，５１０，６１０：静電容量型センサ
１１，１１１ａ〜１１１ｄ，４１１ａ〜４１１ｂ，５１１，６１１：第一電極
１２，１２１ａ〜１２１ｄ，４２１ａ〜４２１ｂ，５２１，６２１：第二電極
１３，１１３：誘電層
２０：回路基板、 ２１：電圧印加素子
２２，１２２ａ〜１２２ｄ，２２２ａ〜２２２ｂ，３２２ａ〜３２２ｄ，４２２，５２２，６２２ａ〜６２２ｂ：静電容量電圧変換回路
２２ａ：整流器
３０：配線部、 ３１：第一電極、 ３２：第二電極、 ３３：絶縁層
１００：電源
２００：電圧計測器、 ２１０：電圧増幅器、 ２２０：静電容量算出部
３１０，３１１，３１２，３１３：入力側切換回路
３２０，３２２，３２３，３２４：出力側切換回路
３３０：切換制御部、 ３４０：状態推定部
C1：平滑コンデンサ、 D1：第一ダイオード、 D2：第二ダイオード
Ｒ１：電流計測用シャント抵抗

Claims (7)

1. 距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って前記第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサと、
   前記静電容量型センサの前記第一電極に直列接続され、前記静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記静電容量型センサの前記第二電極に接続され、前記電圧印加手段が周期性の前記矩形波電圧を印加した場合に前記静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、
   前記整流器に並列接続される平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサに並列接続される電流計測用シャント抵抗と、
   前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段と、
   を備える静電容量型センサ装置であって、
   前記静電容量型センサは、
   面形状に形成された静電容量型センサであり、
   前記静電容量型センサの面法線方向に距離を隔てて対向して設けられた前記第一，第二電極と、前記第一，第二電極間に設けられた誘電層と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、
   前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサであり、
   前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、
   複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続され、
   前記静電容量型センサ装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える、静電容量型センサ装置。
2. 距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って前記第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサと、
   前記静電容量型センサの前記第一電極に直列接続され、前記静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記静電容量型センサの前記第二電極に接続され、前記電圧印加手段が周期性の前記矩形波電圧を印加した場合に前記静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、
   前記整流器に並列接続される平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサに並列接続される電流計測用シャント抵抗と、
   前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段と、
   を備える静電容量型センサ装置であって、
   前記静電容量型センサは、
   面形状に形成された静電容量型センサであり、
   前記静電容量型センサの面方向に距離を隔てて設けられた前記第一，第二電極と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、
   前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサであり、
   前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、
   複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続され、
   前記静電容量型センサ装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える、静電容量型センサ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記電圧計測手段は、前記静電容量型センサの充電電圧、前記電圧印加手段により印加する前記矩形波電圧の周波数、および、前記電流計測用シャント抵抗の抵抗値に基づいて、前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を前記静電容量型センサの静電容量として計測する静電容量型センサ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項において、
   前記静電容量型センサ、前記電圧印加手段、前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、一体のユニットとして形成される静電容量型センサ装置。
5. 請求項４において、
   前記静電容量型センサの前記第一，第二電極は、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する電極であり、
   前記静電容量型センサは、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する静電容量型センサ装置。
6. 距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って前記第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサの前記静電容量を計測する計測装置であって、
   前記静電容量型センサの前記第一電極に直列接続され、前記静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記静電容量型センサの前記第二電極に接続され、前記電圧印加手段が周期性の前記矩形波電圧を印加した場合に前記静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、
   前記整流器に並列接続される平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサに並列に接続される電流計測用シャント抵抗と、
   前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段と、
   を備え、
   前記静電容量型センサは、
   面形状に形成された静電容量型センサであり、
   前記静電容量型センサの面法線方向に距離を隔てて対向して設けられた前記第一，第二電極と、前記第一，第二電極間に設けられた誘電層と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、
   前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサであり、
   前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、
   複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続され、
   前記静電容量型計測装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える、静電容量型計測装置。
7. 距離を隔てて対向して設けられた第一，第二電極を備え、外力の付与もしくは操作者の接近または接触に伴って前記第一，第二電極間の静電容量が変化する静電容量型センサの前記静電容量を計測する計測装置であって、
   前記静電容量型センサの前記第一電極に直列接続され、前記静電容量型センサに周期性の矩形波電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記静電容量型センサの前記第二電極に接続され、前記電圧印加手段が周期性の前記矩形波電圧を印加した場合に前記静電容量型センサに充放電される電荷を整流する整流器と、
   前記整流器に並列接続される平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサに並列に接続される電流計測用シャント抵抗と、
   前記電流計測用シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計測手段と、
   を備え、
   前記静電容量型センサは、
   面形状に形成された静電容量型センサであり、
   前記静電容量型センサの面方向に距離を隔てて設けられた前記第一，第二電極と、前記静電容量型センサの表面側に設けられた絶縁層とを備え、
   前記静電容量型センサの表面への導電体としての操作者の接近または接触状態に応じて、前記第一，第二電極間の静電容量が変化するセンサであり、
   前記整流器、前記平滑コンデンサおよび前記電流計測用シャント抵抗は、前記第二電極の複数箇所にそれぞれに接続した複数からなり、
   複数の前記整流器は、前記第二電極のそれぞれ異なる位置に接続され、
   前記静電容量型計測装置は、前記電圧印加手段により前記矩形波電圧を印加した場合に前記電圧計測手段により計測されたそれぞれの前記電流計測用シャント抵抗の前記両端電圧に基づいて、前記静電容量型センサに接近または接触した操作者の接近位置、接触位置および接触状態の少なくとも何れかを推定する状態推定手段をさらに備える、静電容量型計測装置。

Images