JP5541802B2 - MEASUREMENT DEVICE, CAPACITANCE SENSOR, AND MEASUREMENT METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関し、特に、静電容量の計測精度を向上させるようにした計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関する。 The present invention relates to a measurement device, a capacitance sensor, and a measurement method, and more particularly to a measurement device, a capacitance sensor, and a measurement method that improve the measurement accuracy of capacitance.
従来、検出電極に所定の電圧を印加し、検出電極と検出電極の周囲の空間との間に発生する静電容量に応じて電荷を蓄積し、蓄積した電荷を静電容量が既知の蓄電器に転送し、蓄電器の電圧を計測することで、検出電極と検出電極の周囲との間の静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a predetermined voltage is applied to the detection electrode, electric charge is accumulated according to the capacitance generated between the detection electrode and the space around the detection electrode, and the accumulated electric charge is stored in a capacitor having a known capacitance. A capacitance measuring device that measures the capacitance between the detection electrode and the surroundings of the detection electrode by transferring and measuring the voltage of the capacitor has been proposed (for example, see Patent Document 1).
また、従来、最初に蓄電器に電荷を蓄積し、蓄電器の電荷を検出電極と検出対象間に発生する静電容量に転送し、検出電極の電圧を計測することで静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, conventionally, an electrostatic charge is first accumulated in a capacitor, transferred to a capacitance generated between the detection electrode and a detection target, and the capacitance of the capacitance measured by measuring the voltage of the detection electrode. A capacity measuring device has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
また、検出電極の周囲に物体が存在する場合と存在しない場合とでは、検出電極の静電容量が異なる。さらに、検出電極の周囲に存在している物体が移動すると、検出電極の静電容量が変化する。そこで、これを利用して、例えば、静電容量計測装置により計測される検出電極の静電容量の変化に基づいて物体の有無を検出する物体検出センサや、物体の移動を検出する物体移動検出センサが実現されている。 Further, the capacitance of the detection electrode differs depending on whether or not an object is present around the detection electrode. Further, when an object existing around the detection electrode moves, the capacitance of the detection electrode changes. Therefore, using this, for example, an object detection sensor that detects the presence or absence of an object based on a change in capacitance of a detection electrode measured by a capacitance measuring device, or an object movement detection that detects the movement of an object A sensor is realized.
ところで、静電容量計測装置を用いて静電容量を計測するときに、静電容量計測装置が電気的に接続されているグランドに対して、検出電極付近にある物体が電位を持つ状態となり、検出電極とその物体との間に電位差が生じることがある。例えば、検出電極の周囲に+の電位を持つ物体が存在すると、電位差の影響を受けて−の電荷を持つ電子が引き寄せられ、検出電極に蓄積される電子の数が増加する。これにより、静電容量を正確に計測することができなくなる。 By the way, when measuring the capacitance using the capacitance measuring device, the object near the detection electrode has a potential with respect to the ground to which the capacitance measuring device is electrically connected, A potential difference may occur between the detection electrode and the object. For example, when an object having a positive potential exists around the detection electrode, electrons having a negative charge are attracted by the influence of the potential difference, and the number of electrons accumulated in the detection electrode increases. This makes it impossible to accurately measure the capacitance.
また、例えば、静電容量計測装置の検出電極を自動車のドアハンドルに組み込み、人の手などの物体のドアハンドルへの接近を検出する場合について考える。この場合、自動車のモータなどに電力を供給している電力線が検出電極の付近にあると、電力線の電位の影響を受けて、静電容量が変化していないにもかかわらず検出電極に蓄積される電荷の量が変化して、誤った静電容量が計測されるときがある。従って、モータへの電力供給がオン/オフされたときに、ドアハンドル付近に手などの物体が接近していないにもかかわらず、物体が接近したと誤判定されるおそれがある。 Further, for example, consider a case where a detection electrode of a capacitance measuring device is incorporated in a door handle of an automobile and an approach of an object such as a human hand to the door handle is detected. In this case, if a power line supplying power to a motor of an automobile is near the detection electrode, it is accumulated on the detection electrode even though the capacitance is not changed due to the potential of the power line. In some cases, the amount of charge to be changed changes and erroneous capacitance is measured. Therefore, when power supply to the motor is turned on / off, there is a possibility that it is erroneously determined that an object has approached even though an object such as a hand is not approaching near the door handle.
しかしながら、特許文献1および2に記載の発明では、検出電極の周囲に電位を持った物体が存在する場合に、計測中に検出電極に蓄積される電荷量に影響を与えるため、計測結果に誤差が生じる。
However, in the inventions described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、静電容量の計測精度を向上できるようにするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to improve the measurement accuracy of capacitance.
本発明の第1の側面の計測装置は、第1の電極と第1の電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第1の電極を接続可能な第1の接続手段と、第1の抵抗と、静電容量が第1の電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、静電容量が第1の電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第2の一端に接続され、第2の一端が第1の接続手段に接続されている第2の蓄電器と、第1の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第1の開閉手段と、第1の一端が第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第2の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の蓄電器の第1の一端に接続されている第3の開閉手段と、第1の一端が第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第4の開閉手段と、入力部が第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、第1乃至第4の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とを備える。 A measuring apparatus according to a first aspect of the present invention is a measuring apparatus that measures the capacitance between a first electrode and a space around the first electrode. The ground that can be connected to the reference voltage point, the first connecting means that can connect the first electrode, the first resistor, and the capacitance are sufficiently larger than the first electrode, and the first end is the first. A first capacitor connected to a first end of the resistor, a capacitance sufficiently larger than the first electrode, a first end connected to the second end of the first resistor, and a second A first capacitor having one end connected to the first connection means, a first end connected to the second end of the first capacitor, and a second end connected to the ground. The first opening is connected to the second end of the second battery, and the second end is connected to the ground. A second opening / closing means, a first opening connected to the charge supply means, a third opening / closing means connected to the first end of the first battery, and a first end The fourth opening / closing means connected to the second end of the third opening / closing means, the second end connected to the ground, and the input unit connected to the second end of the third opening / closing means. A first voltage measuring unit; and a capacitance measuring unit that controls the first to fourth opening / closing units and that measures a capacitance based on the voltage measured by the first voltage measuring unit. .
本発明の第1の側面においては、第1乃至第4の開閉手段が制御され、第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、第1の電極と第1の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。 In the first aspect of the present invention, the first to fourth opening / closing means are controlled, and the space around the first electrode and the first electrode is based on the voltage measured by the first voltage measuring means. Is measured.
従って、静電容量の計測精度が向上する。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved.
この第1の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第1の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第1の蓄電器および第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第1乃至第4の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第1の電圧計測手段は、例えば、A/Dコンバータ、電圧計などにより構成される。この静電容量計測手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This 1st electrode is comprised by the electrode which consists of stainless steel etc., for example. The charge supply means includes, for example, a DC power supply, a constant voltage circuit, a constant current circuit, a predetermined charge supply circuit, an intermittent operation charge supply circuit, and the like. This reference voltage point is set to, for example, ground or body ground. The first connection means is constituted by, for example, a connection terminal. This 1st electrical storage device and the 2nd electrical storage device are constituted by a capacitor, for example. The first to fourth opening / closing means are composed of, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. This first voltage measuring means is constituted by, for example, an A / D converter, a voltmeter or the like. This capacitance measuring means is constituted by, for example, a microcomputer.
第1の蓄電器の第1の一端と第3の開閉手段の第2の一端との間に第2の抵抗を接続するようにすることができる。 A second resistor can be connected between the first end of the first capacitor and the second end of the third opening / closing means.
これにより、第1の電圧計測手段を、入力電圧を所定の閾値電圧と比較した結果を出力する比較器等により構成することができる。 Accordingly, the first voltage measuring means can be configured by a comparator or the like that outputs a result of comparing the input voltage with a predetermined threshold voltage.
静電容量計測手段が、第1の開閉手段、第2の開閉手段、および、第4の開閉手段を制御して、第1の蓄電器、第2の蓄電器、および、第1の接続手段に接続されている第1の電極の電荷を放電させてから、第2の開閉手段および第3の開閉手段を制御して、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第2の蓄電器を充電した後、第3の開閉手段を制御して、第2の蓄電器および第1の電極を充電してから、第1の開閉手段および第2の開閉手段を制御し、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第2の蓄電器の電荷を第1の蓄電器に転送するとともに、第1の電極の電荷を放電する充電転送処理を1回以上実行し、充電転送処理により第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。 The capacitance measuring means controls the first opening / closing means, the second opening / closing means, and the fourth opening / closing means to connect to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. After discharging the charge of the first electrode, the second opening / closing means and the third opening / closing means are controlled to charge the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. Thereafter, the third opening / closing means is controlled to charge the second capacitor and the first electrode, and then the first opening / closing means and the second opening / closing means are controlled so that the voltage of the second capacitor is The charge of the second capacitor is transferred to the first capacitor until the threshold is reached, and the charge transfer process for discharging the charge of the first electrode is executed at least once, and the charge is stored in the first capacitor by the charge transfer process. The electrostatic capacity can be measured based on the amount of charge to be obtained.
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, the measurement precision of an electrostatic capacitance can be improved more.
第1の一端が第2の蓄電器の第1の一端に接続されている第2の抵抗と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第2の抵抗の第2の一端に接続されている第5の開閉手段と、第1の一端が第5の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第6の開閉手段と、入力部が第5の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段とをさらに設け、第3の開閉手段、第4の開閉手段、および、第1の電圧計測手段を削除し、静電容量計測手段には、第1の開閉手段、第2の開閉手段、第5の開閉手段、および、第6の開閉手段を制御するとともに、第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測させることができる。 A second resistor having a first end connected to the first end of the second capacitor, a first end connected to the charge supply means, and a second end connected to the second resistor A fifth opening / closing means connected to one end; a sixth opening / closing means having a first end connected to a second end of the fifth opening / closing means and a second end connected to the ground; A second voltage measuring means having an input portion connected to the second end of the fifth opening / closing means; a third opening / closing means; a fourth opening / closing means; and a first voltage measuring means. The capacitance measuring means controls the first opening / closing means, the second opening / closing means, the fifth opening / closing means, and the sixth opening / closing means, and is measured by the second voltage measuring means. The capacitance can be measured based on the voltage to be measured.
これにより、異なる回路構成により、静電容量の計測精度を向上させることができる。 Thereby, the measurement accuracy of electrostatic capacitance can be improved with a different circuit configuration.
この第5の開閉手段、第6の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第2の電圧計測手段は、例えば、比較器、A/Dコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The fifth opening / closing means and the sixth opening / closing means are constituted by various switches, relays, microcomputers and the like, for example. This second voltage measuring means is constituted by, for example, a comparator, an A / D converter, a voltmeter, a microcomputer and the like.
静電容量計測手段が、第1の開閉手段、第2の開閉手段、および、第6の開閉手段を制御して、第1の蓄電器、第2の蓄電器、および、第1の接続手段に接続されている第1の電極の電荷を放電させてから、第2の開閉手段および第5の開閉手段を制御して、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第2の蓄電器を充電した後、第5の開閉手段を制御して、第2の蓄電器および第1の電極を充電してから、第1の開閉手段および第2の開閉手段を制御し、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第2の蓄電器の電荷を第1の蓄電器に転送するとともに、第1の電極の電荷を放電する充電転送処理を1回以上実行し、充電転送処理により第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。 The capacitance measuring means controls the first opening / closing means, the second opening / closing means, and the sixth opening / closing means to connect to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. After the electric charge of the first electrode is discharged, the second opening / closing means and the fifth opening / closing means are controlled to charge the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. Then, the fifth opening / closing means is controlled to charge the second capacitor and the first electrode, and then the first opening / closing means and the second opening / closing means are controlled so that the voltage of the second capacitor is The charge of the second capacitor is transferred to the first capacitor until the threshold is reached, and the charge transfer process for discharging the charge of the first electrode is executed at least once, and the charge is stored in the first capacitor by the charge transfer process. The electrostatic capacity can be measured based on the amount of charge to be obtained.
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, the measurement precision of an electrostatic capacitance can be improved more.
第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第2の蓄電器の第1の一端に接続されている第5の開閉手段と、第1の一端が第5の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第6の開閉手段と、入力部が第5の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段とをさらに設け、静電容量計測手段には、第1乃至第6の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段により計測される電圧、および、第2の電圧計測手段に計測される電圧に基づいて、静電容量を計測させることができる。
The first end is connected to the charge supply means, the second end is connected to the first end of the second battery, and the first end is the fifth opening / closing means. And a second voltage measuring means whose input section is connected to a second end of the fifth opening / closing means. The capacitance measuring means controls the first to sixth opening / closing means, the voltage measured by the first voltage measuring means, and the voltage measured by the second voltage measuring means. Based on the above, the capacitance can be measured.
これにより、静電容量の計測精度を低下させずに、計測速度を速くすることができる。 As a result, the measurement speed can be increased without reducing the capacitance measurement accuracy.
この第5の開閉手段、第6の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第2の電圧計測手段は、例えば、比較器、A/Dコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The fifth opening / closing means and the sixth opening / closing means are constituted by various switches, relays, microcomputers and the like, for example. This second voltage measuring means is constituted by, for example, a comparator, an A / D converter, a voltmeter, a microcomputer and the like.
静電容量計測手段が、第1の開閉手段、第2の開閉手段、第4の開閉手段、および、第6の開閉手段を制御して、第1の蓄電器、第2の蓄電器、および、第1の接続手段に接続されている第1の電極の電荷を放電させてから、第2の開閉手段および第3の開閉手段を制御して、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第2の蓄電器を充電した後、第5の開閉手段を制御して、第2の蓄電器および第1の電極を充電し、第1の開閉手段および第2の開閉手段を制御し、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第2の蓄電器の電荷を第1の蓄電器に転送するとともに、第1の電極の電荷を放電する充電転送処理を1回以上実行し、充電転送処理により第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。 The capacitance measuring means controls the first opening / closing means, the second opening / closing means, the fourth opening / closing means, and the sixth opening / closing means, so that the first capacitor, the second capacitor, and the second After discharging the charge of the first electrode connected to the first connecting means, the second opening / closing means and the third opening / closing means are controlled until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. After charging the second capacitor, the fifth opening / closing means is controlled to charge the second capacitor and the first electrode, the first opening / closing means and the second opening / closing means are controlled, and the second The charge of the second capacitor is transferred to the first capacitor until the voltage of the capacitor reaches the threshold value, and the charge transfer process for discharging the charge of the first electrode is executed one or more times. Capacitance can be measured based on the amount of charge stored in the capacitor .
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, the measurement precision of an electrostatic capacitance can be improved more.
複数の異なる閾値を用いて静電容量計測手段により計測された静電容量のうち静電容量が最小となる静電容量の計測に用いられた閾値を正式な閾値に設定する閾値設定手段をさらに設けることができる。 Threshold setting means for setting the threshold value used for measuring the electrostatic capacitance that minimizes the electrostatic capacitance among the electrostatic capacitances measured by the electrostatic capacitance measuring means using a plurality of different threshold values as a formal threshold value. Can be provided.
これにより、閾値を適切に設定することができ、静電容量の計測精度をより向上させることができる。また、閾値を設定する手間を省くことができる。 Thereby, a threshold value can be set appropriately and capacitance measurement accuracy can be further improved. Moreover, the trouble of setting the threshold can be saved.
この閾値設定手段は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。 This threshold value setting means is constituted by a microcomputer, for example.
グラウンドに接続されており、第2の電極を接続可能な第2の接続手段をさらに設けることができる。 A second connection means connected to the ground and capable of connecting the second electrode can be further provided.
これにより、第2の電極を用いてシールドすることにより、第1の電極による静電容量の計測に方向性を持たせることができる。 Thus, by using the second electrode to shield, it is possible to give directionality to the capacitance measurement by the first electrode.
第2の電極を接続可能な第2の接続手段と、第3の抵抗と、静電容量が第2の電極より十分大きく、第1の一端が第3の抵抗の第1の一端に接続され、第2の一端が第2の接続手段に接続されている第3の蓄電器と、第1の一端が第3の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第7の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第3の抵抗の第2の一端に接続されている第8の開閉手段と、第1の一端が第8の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第9の開閉手段と、入力部が第8の開閉手段の第2の一端に接続されている第3の電圧計測手段と、第7乃至第9の開閉手段を制御して、第2の蓄電器と第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とをさらに設けるようにすることができる。 The second connecting means capable of connecting the second electrode, the third resistor, the capacitance is sufficiently larger than the second electrode, and the first end is connected to the first end of the third resistor. A third capacitor having a second end connected to the second connection means, a first end connected to a second end of the third capacitor, and a second end connected to ground. A seventh opening / closing means, an eighth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to the second end of the third resistor, and a first end. Is connected to the second end of the eighth opening / closing means, the ninth opening / closing means is connected to the second end, and the input is connected to the second end of the eighth opening / closing means. The third voltage measuring means and the seventh to ninth opening / closing means are controlled so that the second capacitor and the third capacitor have the same voltage. The same potential control means can be further provided that.
これにより、第1の電極および第2の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させることができる。 Thereby, even if the shape, relative dielectric constant, temperature, etc. of the first electrode and the second electrode change, the measurement accuracy of the capacitance can be further improved with almost no influence.
この第2の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この第2の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第3の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第7乃至第9の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第3の電圧計測手段は、例えば、比較器、A/Dコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この同電位制御手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This 2nd electrode is comprised by the electrode which consists of stainless steel etc., for example. The second connection means is constituted by, for example, a connection terminal. This third battery is composed of, for example, a capacitor. The seventh to ninth opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. This third voltage measuring means is constituted by, for example, a comparator, an A / D converter, a voltmeter, a microcomputer, and the like. This equipotential control means is constituted by, for example, a microcomputer.
第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第3の蓄電器の第1の一端に接続されている第10の開閉手段と、第1の一端が第10の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第11の開閉手段とをさらに設け、第3の電圧計測手段は、第8の開閉手段ではなく、第10の開閉手段の第2の一端に接続され、同電位制御手段には、第7乃至第11の開閉手段を制御して、第2の蓄電器と第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御させるようにすることができる。 A tenth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means, a second end connected to the first end of the third battery, and a first end connected to the first opening of the tenth opening / closing means. And an eleventh opening / closing means connected to one end of the second terminal and the second end connected to the ground, and the third voltage measuring means is not the eighth opening / closing means but the tenth opening / closing means. The same potential control means is connected to the second end and controls the seventh to eleventh opening / closing means so that the second capacitor and the third capacitor are controlled to have the same voltage. Can do.
これにより、第1の電極および第2の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させるとともに、計測速度を速くすることができる。 As a result, even if the shape, relative dielectric constant, temperature, etc. of the first electrode and the second electrode change, the measurement accuracy of the capacitance can be further improved and the measurement speed can be increased with little influence. Can be fast.
この第10および第11の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。 The tenth and eleventh opening / closing means are constituted by, for example, various switches, relays, microcomputers and the like.
本発明の第2の側面の計測装置は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、複数のユニットであって、電極を接続可能な接続手段と、第1の抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第2の一端に接続され、第2の一端が接続手段に接続されている第2の蓄電器と、第1の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第1の開閉手段と、第1の一端が第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第2の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の蓄電器の第1の一端に接続されている第3の開閉手段と、第1の一端が第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第4の開閉手段と、入力部が第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、第1乃至第4の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とをそれぞれ備える複数のユニットと、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極を、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、複数の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とを備える。 The measuring device according to the second aspect of the present invention can be connected to a charge supply means for supplying charges and an external reference voltage point in the measuring device for measuring the capacitance between the electrodes and the space around the electrodes. A plurality of units, a connection means capable of connecting an electrode, a first resistor, and a capacitance sufficiently larger than that of the electrode, wherein the first end is a first end of the first resistor. A first capacitor connected, a capacitance sufficiently larger than that of the electrode, a first end connected to the second end of the first resistor, and a second end connected to the connection means; Two capacitors, a first opening / closing means having a first end connected to a second end of the first capacitor, a second end connected to the ground, and a first capacitor being a second capacitor. A second opening / closing means connected to the second end of the second opening and the second end connected to the ground; The first end is connected to the charge supply means, the second end is connected to the first end of the first battery, and the first end is the third opening / closing means of the third opening / closing means. A fourth open / close means connected to one end of the second open end and a second end connected to the ground; a first voltage measuring means connected to the second end of the third open / close means; A plurality of units each having a capacitance measuring means for controlling the first to fourth opening / closing means and measuring a capacitance based on the voltage measured by the first voltage measuring means; Role setting means for setting a plurality of electrodes respectively connected to the connection means of the unit as either a detection electrode used for detecting capacitance or a shield electrode used for shielding an electric field, and the plurality of electrodes having the same voltage Same potential control means for controlling to be Equipped with a.
本発明の第2の側面の計測装置においては、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極が、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定され、複数の電極が同じ電圧になるように制御され、各ユニットにおいて、第1乃至第4の開閉手段が制御され、第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。 In the measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, the plurality of electrodes respectively connected to the connecting means of the plurality of units are either detection electrodes used for detecting capacitance or shield electrodes used for shielding electric fields. The plurality of electrodes are controlled to have the same voltage, and in each unit, the first to fourth opening / closing means are controlled, and based on the voltage measured by the first voltage measuring means, the electrodes and The capacitance between the electrode and the surrounding space is measured.
従って、静電容量の計測精度が向上する。また、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を柔軟に変更することができる。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved. Further, even after the electrode is installed at a predetermined position, the position and direction in which the capacitance is measured can be flexibly changed.
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第1の蓄電器および第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第1乃至第4の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第1の電圧計測手段は、例えば、A/Dコンバータ、電圧計などにより構成される。この静電容量計測手段、役割設定手段、同電位設定手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This electrode is constituted by an electrode made of, for example, stainless steel. The charge supply means includes, for example, a DC power supply, a constant voltage circuit, a constant current circuit, a predetermined charge supply circuit, an intermittent operation charge supply circuit, and the like. This reference voltage point is set to, for example, ground or body ground. This 1st electrical storage device and the 2nd electrical storage device are constituted by a capacitor, for example. The first to fourth opening / closing means are composed of, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. This first voltage measuring means is constituted by, for example, an A / D converter, a voltmeter or the like. The capacitance measuring means, role setting means, and potential setting means are constituted by, for example, a microcomputer.
本発明の第3の側面の静電容量センサは、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量に基づいて物体の検出を行う静電容量センサにおいて、電極と、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第1の抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第1の一端が第1の抵抗の第2の一端に接続され、第2の一端が電極に接続されている第2の蓄電器と、第1の一端が第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第1の開閉手段と、第1の一端が第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第2の開閉手段と、第1の一端が電荷供給手段に接続され、第2の一端が第1の蓄電器の第1の一端に接続されている第3の開閉手段と、第1の一端が第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端がグラウンドに接続されている第4の開閉手段と、入力部が第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、第1乃至第4の開閉手段を制御するとともに、第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段と、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段とを備える。 A capacitance sensor according to a third aspect of the present invention is a capacitance sensor that detects an object based on a capacitance between an electrode and a space around the electrode. A supply means, a ground connectable to an external reference voltage point, a first resistor, a capacitance is sufficiently larger than that of the electrode, and a first end is connected to a first end of the first resistor. A first capacitor, a second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode, a first end connected to the second end of the first resistor, and a second end connected to the electrode; A first opening / closing means having a first end connected to a second end of the first capacitor, a second end connected to the ground, and a first end a second end of the second capacitor. And a second opening / closing means having a second end connected to the ground, and a first end having a charge supply. And a third opening / closing means connected to the first end of the first battery, and a first end connected to the second end of the third opening / closing means. A fourth opening / closing means having a second end connected to the ground; a first voltage measuring means having an input connected to the second end of the third opening / closing means; The opening / closing means is controlled, and the capacitance measuring means for measuring the capacitance based on the voltage measured by the first voltage measuring means, and the detection of the object around the electrode based on the capacitance. And an object detection means for performing.
本発明の第3の側面においては、第1乃至第4の開閉手段が制御され、第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測され、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出が行われる。 In the third aspect of the present invention, the first to fourth opening / closing means are controlled, and based on the voltage measured by the first voltage measuring means, the electrostatic capacitance between the electrode and the space around the electrode is determined. The capacitance is measured, and an object around the electrode is detected based on the capacitance.
従って、静電容量の計測精度が向上する。その結果、物体の検出精度が向上する。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved. As a result, the object detection accuracy is improved.
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第1の蓄電器および第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第1乃至第4の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第1の電圧計測手段は、例えば、A/Dコンバータ、電圧計などにより構成される。この静電容量計測手段、物体検出手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。 This electrode is constituted by an electrode made of, for example, stainless steel. The charge supply means includes, for example, a DC power supply, a constant voltage circuit, a constant current circuit, a predetermined charge supply circuit, an intermittent operation charge supply circuit, and the like. This reference voltage point is set to, for example, ground or body ground. This 1st electrical storage device and the 2nd electrical storage device are constituted by a capacitor, for example. The first to fourth opening / closing means are composed of, for example, various switches, relays, microcomputers and the like. This first voltage measuring means is constituted by, for example, an A / D converter, a voltmeter or the like. The capacitance measuring means and the object detecting means are constituted by, for example, a microcomputer.
本発明の第4の側面の計測方法は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置の計測方法において、静電容量が電極より十分大きい第1の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第2の蓄電器、および、電極を放電する放電ステップと、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第2の蓄電器のみを充電する第1の充電ステップと、第2の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧を印加し、第2の蓄電器および電極を充電する第2の充電ステップと、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第2の蓄電器から第1の蓄電器に電荷を転送するとともに、電極の電荷を放電する電荷転送ステップと、第2の充電ステップおよび電荷転送ステップの処理を1回以上実行することにより第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測する計測ステップとを含む。 A measurement method according to a fourth aspect of the present invention is a measurement method of a measurement device that measures the capacitance between an electrode and a space around the electrode. A second capacitor that is sufficiently larger than the electrode and connected in series with the electrode, a discharge step that discharges the electrode, and only the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold. A first charging step of charging, a second charging step of charging the second capacitor and the electrode by applying a predetermined voltage higher than a threshold value to both ends of the series circuit including the second capacitor and the electrode, The charge is transferred from the second capacitor to the first capacitor until the voltage of the capacitor reaches the threshold, and the charge transfer step for discharging the electrode charge, the second charge step, and the charge transfer step are performed once. Real Based on the amount of charge accumulated in the first capacitor by including a step of measuring a capacitance.
本発明の第4の側面においては、静電容量が電極より十分大きい第1の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第2の蓄電器、および、電極が放電され、第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第2の蓄電器のみが充電された後、第2の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧を印加し、第2の蓄電器および電極を充電し、第2の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第2の蓄電器から第1の蓄電器に電荷を転送するとともに、電極の電荷を放電する処理が1回以上実行され、第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量が計測される。 In the fourth aspect of the present invention, a first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode, a second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode and connected in series to the electrode, and the electrode being discharged After only the second capacitor is charged until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold, a predetermined voltage greater than the threshold is applied to both ends of the series circuit composed of the second capacitor and the electrode, Charging the second capacitor and the electrode, transferring the charge from the second capacitor to the first capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a threshold, and discharging the electrode charge one or more times, The capacitance is measured based on the amount of charge accumulated in the first capacitor.
従って、静電容量の計測精度が向上する。 Therefore, the capacitance measurement accuracy is improved.
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この第1の蓄電器、第2の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この放電ステップ、第1の充電ステップ、第2の充電ステップ、電荷転送ステップ、計測ステップは、例えば、マイクロコンピュータにより実行される。 This electrode is constituted by an electrode made of, for example, stainless steel. The first capacitor and the second capacitor are composed of capacitors, for example. The discharging step, the first charging step, the second charging step, the charge transfer step, and the measuring step are executed by a microcomputer, for example.
本発明の第1乃至第4の側面によれば、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測することができる。特に、本発明の第1乃至第4の側面によれば、静電容量の計測精度が向上する。 According to the first to fourth aspects of the present invention, the capacitance between the electrode and the space around the electrode can be measured. In particular, according to the first to fourth aspects of the present invention, capacitance measurement accuracy is improved.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(静電容量計測装置の基本構成例)
2.第2の実施の形態(計測時間を短縮可能にする第1の例)
3.第3の実施の形態(計測時間を短縮可能にする第2の例)
4.第4の実施の形態(静電容量の計測に方向性を持たせる例)
5.第5の実施の形態(検出電極とシールド電極が同じ電圧になるように制御する例)
6.第6の実施の形態(第5の実施の形態の計測時間を短縮可能にする例)
7.第7の実施の形態(複数の電極を検出電極とシールド電極の両方に使用可能にする例)
8.第8の実施の形態(2枚の電極間の静電容量を計測する例)
9.第9の実施の形態(静電容量センサに適用した例)
10.第10の実施の形態(閾値電圧を自動設定できるようにした例)
11.変形例
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (basic configuration example of capacitance measuring device)
2. Second embodiment (first example enabling measurement time to be shortened)
3. Third embodiment (second example enabling measurement time to be shortened)
4). Fourth Embodiment (Example in which directionality is given to capacitance measurement)
5. Fifth Embodiment (Example in which detection electrode and shield electrode are controlled to have the same voltage)
6). Sixth embodiment (an example in which the measurement time of the fifth embodiment can be shortened)
7). Seventh Embodiment (Example in which a plurality of electrodes can be used for both detection electrodes and shield electrodes)
8). Eighth embodiment (example of measuring the capacitance between two electrodes)
9. Ninth embodiment (example applied to a capacitance sensor)
10. Tenth Embodiment (Example in which threshold voltage can be automatically set)
11. Modified example
<1.第1の実施の形態>
図1乃至図18を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
<1. First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[静電容量計測装置101の構成例]
図1は、本発明の第1の実施の形態である静電容量計測装置101の構成例を示す図である。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 101]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置101は、検出電極112と検出電極112の周囲の空間との間の静電容量を計測する装置である。
The
なお、静電容量そのものを計測するかわりに、静電容量に対応する静電容量パラメータを計測するようにすることも可能である。静電容量パラメータは、計算式によって静電容量に換算できる物理量であり、例えば、電圧、電荷量、所定の電圧になるまでの動作の繰り返し回数、所定の電圧になるまでの時間等を含む。 Instead of measuring the capacitance itself, it is also possible to measure a capacitance parameter corresponding to the capacitance. The electrostatic capacity parameter is a physical quantity that can be converted into an electrostatic capacity by a calculation formula, and includes, for example, a voltage, an amount of charge, the number of repetitions of an operation until reaching a predetermined voltage, a time until reaching a predetermined voltage, and the like.
また、本発明の静電容量計測装置が計測する静電容量には、計算式によって静電容量に換算できる物理量である静電容量パラメータを含む。従って、以下、静電容量を計測する処理を、「静電容量パラメータを計測する」と記載する場合もある。 The capacitance measured by the capacitance measuring device of the present invention includes a capacitance parameter that is a physical quantity that can be converted into a capacitance by a calculation formula. Therefore, hereinafter, the process of measuring the capacitance may be described as “measuring the capacitance parameter”.
後述するように、静電容量計測装置101は、例えば、検出電極112が所定の位置に設置された状態で、電源104により所定の基準電圧点に対して所定の電位を有し、検出対象ではない物体103が検出電極112の近くに存在する場合に、検出電極112に電荷を蓄積させることによって検出電極112の基準電圧点に対する電位を変化させて、検出電極112と物体103の電位が等しくなったときに静電容量を計測する。これにより、物体103の有する電位の影響を除去して、検出対象となる物体102と検出電極112との間の静電容量を正確に計測することができる。
As will be described later, the
なお、基準電圧点は、静電容量計測装置101の使用用途などに応じて任意に設定することができ、例えば、アース、車両のボディアース等に設定される。
The reference voltage point can be arbitrarily set according to the usage application of the
静電容量計測装置101は、マイクロコンピュータ111、検出電極112、抵抗R1、コンデンサC1、C2、および、接続端子T1を含むように構成される。また、マイクロコンピュータ111は、ポートP1乃至P4を備えている。
The
コンデンサC1は、ポートP1とポートP2の間に接続されている。抵抗R1は、ポートP2とポートP3の間に接続されている。コンデンサC2は、ポートP3とポートP4の間に接続されている。接続端子T1は、ポートP4に接続されている。検出電極112は、接続端子T1に着脱自在である。なお、検出電極112を、接続端子T1ではなく、ポートP4に直接接続するようにしてもよい。
The capacitor C1 is connected between the port P1 and the port P2. The resistor R1 is connected between the port P2 and the port P3. The capacitor C2 is connected between the port P3 and the port P4. The connection terminal T1 is connected to the port P4. The
また、コンデンサC1およびコンデンサC2の静電容量は、検出電極112と周囲の空間との間の静電容量より十分大きい値になるように設定されている。
Further, the capacitances of the capacitor C1 and the capacitor C2 are set to be sufficiently larger than the capacitance between the
図2は、マイクロコンピュータ111の構成例を詳細に示す図である。マイクロコンピュータ111は、電圧計測部121,122、パラメータ計測部123、演算処理部124、出力部125、電荷供給部126−1,126−2、および、SW(スイッチ)1乃至6を含むように構成される。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of the
SW1の一端は、ポートP1に接続され、SW1の他の一端は、グラウンドに接続されている。SW2の一端は、ポートP4に接続され、SW2の他の一端は、グラウンドに接続されている。SW3の一端は電荷供給部126−1に接続され、SW3の他の一端は、ポートP2に接続されている。SW4の一端は、ポートP2に接続され、SW4の他の一端は、グラウンドに接続されている。SW5の一端は電荷供給部126−2に接続され、SW5の他の一端は、ポートP3およびSW6の一端に接続されている。SW6の他の一端は、グラウンドに接続されている。なお、グラウンドは外部の基準電圧点に接続され、その結果、マイクロコンピュータ111の動作の基準電圧が基準電圧点に設定される。
One end of SW1 is connected to port P1, and the other end of SW1 is connected to ground. One end of SW2 is connected to port P4, and the other end of SW2 is connected to ground. One end of SW3 is connected to the charge supply unit 126-1, and the other end of SW3 is connected to port P2. One end of SW4 is connected to port P2, and the other end of SW4 is connected to ground. One end of SW5 is connected to the charge supply unit 126-2, and the other end of SW5 is connected to one end of ports P3 and SW6. The other end of SW6 is connected to the ground. The ground is connected to an external reference voltage point, and as a result, the reference voltage for the operation of the
電圧計測部121は、入力端子がポートP2に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部123に供給する。
The
電圧計測部122は、入力端子がポートP3に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部123に供給する。
The
例えば、電圧計測部121、122は、図3に示されるように、比較器141により構成される。比較器141は、入力端子に入力された電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値電圧Vrefと比較し、その結果を出力する。
For example, the
なお、比較器141として、マイクロコンピュータ111のデジタル信号入力端子を用いることが可能である。すなわち、デジタル信号入力端子は、入力信号の電圧が所定の閾値以上であるか否かに基づいて、入力信号がハイレベルかローレベルかを識別しているため、その機能を利用することが可能である。また、例えば、入出力用にマイクロコンピュータ111の2ビット分の端子を用いて、抵抗分圧して電圧を入力することで、閾値電圧Vrefを任意の値に設定することが可能である。
Note that the digital signal input terminal of the
パラメータ計測部123は、SW1乃至SW6の開閉を制御するとともに、電圧計測部121および電圧計測部122の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部123は、計測した静電容量パラメータを演算処理部124に供給する。
The
演算処理部124は、パラメータ計測部123により計測された静電容量パラメータに基づいて、他の静電容量パラメータ、例えば、静電容量の演算を行う。演算処理部124は、パラメータ計測部123により計測された静電容量パラメータ、および、演算した静電容量パラメータを出力部125に供給する。
Based on the capacitance parameter measured by the
出力部125は、静電容量パラメータを外部に出力する。
The
なお、以下、コンデンサC1の静電容量をC1、電圧をVc1、蓄積電荷量をQc1で表す。また、コンデンサC2の静電容量をC2、電圧をVc2、蓄積電荷量をQc2で表す。さらに、検出電極112と周囲の空間との間の静電容量をCxで表し、検出電極112の電圧をVx、蓄積電荷量をQxで表す。また、抵抗R1の抵抗値をR1で表す。さらに、以下、コンデンサC1のポートP2側の電極を正極と称し、ポートP1側の電極を負極と称する。また、以下、コンデンサC2のポートP3側の電極を正極と称し、ポートP4側の電極を負極と称する。
Hereinafter, the capacitance of the capacitor C1 is represented by C1, the voltage is represented by Vc1, and the accumulated charge amount is represented by Qc1. The capacitance of the capacitor C2 is represented by C2, the voltage is represented by Vc2, and the accumulated charge amount is represented by Qc2. Furthermore, the capacitance between the
また、以下、電荷供給部126−1,126−2を、定電圧電源である電源Vccにより構成する例を示す。それに伴い、明細書および図面において、電荷供給部126−1,126−2の代わりに、電源Vccを示す。また、以下、電源Vccの電圧をVccで表す。 Hereinafter, an example in which the charge supply units 126-1 and 126-2 are configured by a power supply Vcc that is a constant voltage power supply will be described. Accordingly, in the specification and drawings, the power supply Vcc is shown instead of the charge supply units 126-1 and 126-2. Hereinafter, the voltage of the power supply Vcc is represented by Vcc.
さらに、以下、抵抗R1、コンデンサC1およびポートP2の間のA点の電圧(基準電圧点を基準とするA点の電位)をVaで表す。なお、電圧Vaは、電圧計測部121に入力される電圧とほぼ等しくなる。また、抵抗R1、コンデンサC2およびポートP3の間のB点の電圧(基準電圧点を基準とするB点の電位)をVbで表す。なお、電圧Vbは、電圧計測部122に入力される電圧とほぼ等しくなる。さらに、コンデンサC2、接続端子T1およびポートP4の間のC点の電圧(基準電圧点を基準とするC点の電位)をVcで表す。
Further, hereinafter, the voltage at point A (potential at point A with reference to the reference voltage point) among the resistor R1, the capacitor C1, and the port P2 is represented by Va. The voltage Va is substantially equal to the voltage input to the
[静電容量計測装置101の処理]
次に、図4乃至図16を参照して、静電容量計測装置101の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 101]
Next, processing of the
まず、図4乃至図6を参照して、静電容量計測装置101により実行される計測処理について説明する。なお、図4は、計測処理を説明するためのフローチャートである。図5は、計測処理中のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1、コンデンサC2の電荷蓄積量Qc2、および、検出電極112の蓄積電荷量Qxの推移を示す図である。図6は、A点の電圧Va、B点の電圧Vb、および、C点の電圧Vcの推移を示すグラフである。なお、図6の横軸は時間を示し、縦軸は電圧(基準電圧点に対する電位)を示している。
First, a measurement process executed by the
ステップS1において、静電容量計測装置101は、全電荷放電処理を実行する。
In step S <b> 1, the
ここで、図7および図8を参照して、ステップS1の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図7は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図8は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the detail of the all-charge discharge process of step S1 is demonstrated. FIG. 7 is a flowchart for explaining the all charge discharge process, and FIG. 8 is a diagram showing the flow of positive charges during the all charge discharge process.
ステップS21において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2、SW4、SW6をオンする。これにより、コンデンサC1の正極からSW4を介してグラウンドに矢印A1の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW6を介してグラウンドに矢印A2の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A3の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S21, the
ステップS22において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1、コンデンサC2および検出電極112の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S <b> 22, the
ステップS23において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2、SW4、SW6をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S23, the
これにより、図5Aに示されるように、コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1、コンデンサC2の蓄積電荷量Qc2、および、検出電極112の蓄積電荷量Qxは、ほぼ0になる。また、全電荷放電終了時の時刻をt0とすると、図6に示されるように、時刻t0において、A点の電圧Va、B点の電圧Vb、および、C点の電圧Vcは、基準電圧点とほぼ等しくなる。
As a result, as shown in FIG. 5A, the accumulated charge amount Qc1 of the capacitor C1, the accumulated charge amount Qc2 of the capacitor C2, and the accumulated charge amount Qx of the
図4に戻り、ステップS2において、静電容量計測装置101は、C2充電処理を実行する。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 2, the
ここで、図9および図10を参照して、ステップS2のC2充電処理の詳細について説明する。なお、図9は、C2充電処理を説明するためのフローチャートであり、図10は、C2充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the detail of the C2 charge process of step S2 is demonstrated. FIG. 9 is a flowchart for explaining the C2 charging process, and FIG. 10 is a diagram showing the flow of positive charges during the C2 charging process.
ステップS41において、パラメータ計測部123は、SW2、SW3をオンする。これにより、電源VccからSW3および抵抗R1を介してコンデンサC2の正極に矢印A4の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW2を介してグラウンドに矢印A5の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。
In step S41, the
ステップS41の処理の開始時刻をt1とすると、図6に示されるように、時刻t1において、A点の電圧Vaは電圧Vccとほぼ等しくなり、B点の電圧Vbは、時刻t1以降、コンデンサC2の充電が進むにつれて、徐々に上昇する。 Assuming that the start time of the process of step S41 is t1, as shown in FIG. 6, at time t1, the voltage Va at point A is substantially equal to the voltage Vcc, and the voltage Vb at point B is the capacitor C2 after time t1. As the battery charges, it gradually rises.
ステップS42において、電圧計測部122は、コンデンサC2の電圧Vc2(より正確には、コンデンサC2の正極と基準電圧点との間の電圧)を計測する。そして、電圧計測部122は、計測した電圧Vc2を所定の閾値、すなわち閾値電圧Vrefと比較し、その結果をパラメータ計測部123に供給する。
In step S42, the
ステップS43において、パラメータ計測部123は、電圧計測部122による計測結果に基づいて、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値(=閾値電圧Vref)以上であるか否かを判定する。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS42に戻る。その後、ステップS43において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定されるまで、ステップS42およびS43の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上に達するまで、コンデンサC2が充電される。
In step S43, the
一方、ステップS43において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS44に進む。 On the other hand, if it is determined in step S43 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S44.
ステップS44において、パラメータ計測部123は、SW2、SW3をオフする。これにより、コンデンサC2の充電が停止する。その後、C2充電処理は終了する。
In step S44, the
これにより、図5Bに示されるように、コンデンサC2の蓄積電荷量Qc2は、約Qref(=C2×Vref)となり、コンデンサC1および検出電極112の蓄積電荷量はほぼ0のままとなる。また、C2充電処理が終了した時刻をt2とすると、図6に示されるように、時刻t2において、A点の電圧VaおよびC点の電圧Vcは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、B点の電圧Vbは閾値電圧Vrefとほぼ等しくなる。
As a result, as shown in FIG. 5B, the accumulated charge amount Qc2 of the capacitor C2 becomes approximately Qref (= C2 × Vref), and the accumulated charge amounts of the capacitor C1 and the
図4に戻り、ステップS3において、静電容量計測装置101は、検出電極充電処理を実行する。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 3, the
ここで、図11および図12を参照して、ステップS3の検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図11は、検出電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図12は、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 11 and FIG. 12, the detail of the detection electrode charge process of step S3 is demonstrated. FIG. 11 is a flowchart for explaining the detection electrode charging process, and FIG. 12 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode charging process.
ステップS61において、パラメータ計測部123は、SW5をオンする。これにより、B点の電圧Vbは電圧Vccとほぼ等しくなり、コンデンサC2と検出電極112からなる直列回路の両端には電圧Vccとほぼ等しい電圧が印加される。そして、電源VccからSW5を介してコンデンサC2の正極に矢印A6の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A7の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。このとき、矢印A6の方向に移動する電荷量と矢印A7の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサC2と検出電極112の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
In step S61, the
ステップS62において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、検出電極112が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S62, the
ステップS63において、パラメータ計測部123は、SW5をオフする。これにより、コンデンサC2および検出電極112の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
In step S63, the
この検出電極充電処理が終了した時点のコンデンサC2の電圧Vc2および検出電極112の電圧Vxは、検出電極充電処理の前に予めコンデンサC2に電荷量Qref(=C2×Vref)の電荷が蓄積されているため、次式(1)および(2)となる。
The voltage Vc2 of the capacitor C2 and the voltage Vx of the
ここで、コンデンサC2の静電容量C2≫検出電極112の静電容量Cxに設定されているため、Cx/(C2+Cx)≒0、C2/(C2+Cx)≒1となる。これを式(1)および(2)に適用すると、コンデンサC2の電圧Vc2≒Vref、検出電極112の電圧Vx≒Vcc−Vrefとなる。そして、閾値電圧Vrefを適切な値に設定することにより、検出電極112の充電時の電圧Vxを物体103の電圧とほぼ等しい値に設定することができる。従って、閾値電圧Vrefは、電源Vccの電圧Vccから、物体103の基準電圧点に対する電圧(=電源104の電圧)を引いた値に設定される。
Here, since the capacitance C2 of the capacitor C2 is set to the capacitance Cx of the
そして、検出電極112の充電時の電圧Vxを物体103の電圧とほぼ等しい値に設定することにより、検出電極112と物体103との間の静電容量によって蓄積される電荷がほぼ0の状態で、検出電極112に電荷が蓄積される。換言すれば、検出電極112とその周囲との間の静電容量のうち検出電極112と物体103との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷が、検出電極112に蓄積される。すなわち、物体103の電位の影響をほとんど受けずに、検出電極112に電荷が蓄積される。
Then, by setting the voltage Vx during charging of the
また、検出電極充電処理によるコンデンサC2の電荷の増加量をΔQとすると、ΔQは、検出電極充電処理の終了時の検出電極112の蓄積電荷量とほぼ等しくなる。従って、コンデンサC2の電荷増加量ΔQも、物体103の影響をほとんど受けない値となる。
Further, if the increase amount of the charge of the capacitor C2 due to the detection electrode charging process is ΔQ, ΔQ is substantially equal to the accumulated charge amount of the
そして、図5Cに示されるように、検出電極充電処理が終了した時点で、コンデンサC2の蓄積電荷量Qc2=Qref+ΔQとなり、検出電極112の蓄積電荷量Qx=ΔQとなる。なお、電荷増加量ΔQは、次式(3)により表される。
As shown in FIG. 5C, when the detection electrode charging process is completed, the accumulated charge amount Qc2 of the capacitor C2 = Qref + ΔQ, and the accumulated charge amount Qx = ΔQ of the
図4に戻り、ステップS4において、静電容量計測装置101は、電荷転送処理を実行する。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 4, the
ここで、図13および図14を参照して、ステップS4の電荷転送処理の詳細について説明する。なお、図13は、電荷転送処理を説明するためのフローチャートであり、図14は、電荷転送処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 13 and FIG. 14, the details of the charge transfer processing in step S4 will be described. FIG. 13 is a flowchart for explaining the charge transfer process, and FIG. 14 is a diagram showing the flow of positive charges during the charge transfer process.
ステップS81において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2をオンする。これにより、コンデンサC2から抵抗R1を介してコンデンサC1に矢印A8の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が開始される。また、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A9の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S81, the
ステップS82において、図9のステップS42の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測され、ステップS83において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値(=閾値電圧Vref)以下であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS82に戻る。その後、ステップS83において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定されるまで、ステップS82およびS83の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下になるまで、コンデンサC2からコンデンサC1に電荷が転送される。 In step S82, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S42 of FIG. 9, and in step S83, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than a threshold value (= threshold voltage Vref). The If it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than the threshold value, the process returns to step S82. Thereafter, in step S83, steps S82 and S83 are repeatedly executed until it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value. As a result, charges are transferred from the capacitor C2 to the capacitor C1 until the voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes equal to or lower than the threshold value.
一方、ステップS83において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS84に進む。 On the other hand, when it is determined in step S83 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, the process proceeds to step S84.
ステップS84において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2をオフする。これにより、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が停止する。その後、電荷転送処理は終了する。
In step S84, the
この電荷転送処理により、図5Dに示されるように、ステップS3の検出電極充電処理によるコンデンサC2の電荷の増加量ΔQとほぼ等しい量の電荷が、コンデンサC2からコンデンサC1へ転送される。従って、この時点のコンデンサC1の電圧Vc1は、次式(4)により求められる。 As a result of this charge transfer process, as shown in FIG. 5D, an amount of charge approximately equal to the increase amount ΔQ of the charge of the capacitor C2 due to the detection electrode charging process in step S3 is transferred from the capacitor C2 to the capacitor C1. Therefore, the voltage Vc1 of the capacitor C1 at this time is obtained by the following equation (4).
上述したように、コンデンサC2の電荷の増加量ΔQは、物体103の影響をほとんど受けないため、コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1も物体103の影響をほとんど受けない。
As described above, since the increase amount ΔQ of the charge of the capacitor C2 is hardly affected by the
図4に戻り、ステップS5において、パラメータ計測部123は、ステップS3乃至S5の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップS3に戻り、ステップS5において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップS3乃至S5の処理が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 5, the
一方、ステップS5において、ステップS3乃至S5の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップS6に進む。 On the other hand, if it is determined in step S5 that the processes in steps S3 to S5 have been repeated a predetermined number of times, the process proceeds to step S6.
なお、ステップS3乃至S5の処理をn回繰り返したとすると、図5Eに示されるように、コンデンサC1には、n×ΔQの量の電荷が蓄積される。また、ステップS3乃至S5の処理をn回繰り返した後のコンデンサC1の電圧Vc1(n)は、次式(5)により示される値となる。 If the processes in steps S3 to S5 are repeated n times, as shown in FIG. 5E, the capacitor C1 stores an amount of charge of n × ΔQ. Further, the voltage Vc1 (n) of the capacitor C1 after the processes of steps S3 to S5 are repeated n times is a value represented by the following equation (5).
従って、図6に示されるように、ステップS3乃至S5の処理を繰り返している期間(図中、時刻t2と時刻t3の間の期間)において、コンデンサC1の充電が進むにつれて、A点の電圧Vaは徐々に上昇していく。なお、時刻t2と時刻t3の間の期間において、A点の電圧Vaは、検出電極112の放電時に、式(5)の値とほぼ等しくなり、検出電極112の充電時に、電圧Vccとほぼ等しくなる。また、A点の電圧Vaは、電圧Vccを超えることはない。
Accordingly, as shown in FIG. 6, the voltage Va at the point A increases as the charging of the capacitor C1 proceeds during the period in which the processing of steps S3 to S5 is repeated (the period between time t2 and time t3 in the figure). Will gradually rise. In the period between time t2 and time t3, the voltage Va at point A is substantially equal to the value of equation (5) when the
また、B点の電圧Vbは、検出電極112の放電時に基準電圧Vrefとほぼ等しくなり、検出電極112の充電時に電圧Vccとほぼ等しくなる。
The voltage Vb at point B is substantially equal to the reference voltage Vref when the
さらに、C点の電圧Vcは、検出電極112の放電時に基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、検出電極112の充電時にVcc−Vrefとほぼ等しくなる。
Further, the voltage Vc at the point C is substantially equal to the voltage at the reference voltage point when the
ステップS6において、静電容量計測装置101は、パラメータ計測処理を実行する。
In step S <b> 6, the
ここで、図15および図16を参照して、ステップS6のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図15は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図16は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 15 and FIG. 16, the details of the parameter measurement processing in step S6 will be described. FIG. 15 is a flowchart for explaining the parameter measurement process, and FIG. 16 is a diagram showing the flow of positive charges during the parameter measurement process.
ステップS101において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオンする。これにより、電源VccからSW5および抵抗R1を介してコンデンサC1の正極に矢印A10の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の負極からSW1を介してグラウンドに矢印A11の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。
In step S101, the
従って、パラメータ計測処理の開始時刻をt3とすると、図6に示されるように、時刻t3において、B点の電圧Vbは電圧Vccとほぼ等しくなり、A点の電圧Vaは、時刻t3以降、徐々に上昇していく。 Therefore, if the start time of the parameter measurement process is t3, as shown in FIG. 6, the voltage Vb at the point B becomes substantially equal to the voltage Vcc at the time t3, and the voltage Va at the point A gradually increases after the time t3. To rise.
ステップS102において、パラメータ計測部123は、時間計測を開始する。
In step S102, the
ステップS103において、電圧計測部121は、コンデンサC1の電圧Vc1(より正確には、コンデンサC1の正極と基準電圧点との間の電圧)を計測する。そして、電圧計測部121は、計測した電圧Vc1を所定の閾値、すなわち閾値電圧Vrefと比較し、その結果をパラメータ計測部123に供給する。
In step S103, the
ステップS104において、パラメータ計測部123は、電圧計測部121による計測結果に基づいて、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサC1の電圧Vc1が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS103に戻る。その後、ステップS104において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定されるまで、ステップS103およびS104の処理が繰り返し実行される。
In step S <b> 104, the
一方、ステップS104において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS105に進む。 On the other hand, if it is determined in step S104 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S105.
ステップS105において、パラメータ計測部123は、時間計測を終了する。これにより、コンデンサC1の電圧Vc1が、上述した式(5)に示される電圧から閾値電圧Vrefに達するまでの充電時間tが計測される。パラメータ計測部123は、計測した充電時間tを演算処理部124に供給する。
In step S105, the
なお、ステップS4の電荷転送処理をn回行った後のコンデンサC1の電圧Vc1(n)と充電時間tとの関係は、次式(6)により表される。 Note that the relationship between the voltage Vc1 (n) of the capacitor C1 and the charging time t after the charge transfer process of step S4 is performed n times is expressed by the following equation (6).
なお、検出電極112の静電容量Cxが大きく、蓄積電荷量ΔQの値が大きくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1および電圧Vc1が大きくなるため、充電時間tは短くなる。逆に、検出電極112の静電容量Cxが小さくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサC1の蓄積電荷量Qc1および電圧Vc1が小さくなるため、充電時間tは長くなる。
As the electrostatic capacitance Cx of the
また、上述したように、コンデンサC1の蓄積電荷量Qc1は、物体103の影響をほとんど受けないため、充電時間tも物体103の影響をほとんど受けない。すなわち、充電時間tは、物体103の影響を除いた検出電極112の静電容量Cxを反映した値となる。
Further, as described above, the accumulated charge amount Qc1 of the capacitor C1 is hardly affected by the
ステップS106において、パラメータ計測部123は、SW1、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1の充電が停止する。その後、パラメータ計測処理は終了する。
In step S106, the
なお、パラメータ計測処理の終了時の時刻をt4とすると、図6に示されるように、時刻t4において、A点の電圧Vaは閾値電圧Vrefとほぼ等しくなり、B点の電圧Vbは電圧Vccとほぼ等しくなる。また、コンデンサC1の静電容量C1とコンデンサC2の静電容量C2が等しい場合、図5Fに示されるように、コンデンサC1およびコンデンサC2の蓄積電荷量はともに約Qrefとなる。 If the time at the end of the parameter measurement process is t4, as shown in FIG. 6, the voltage Va at the point A becomes substantially equal to the threshold voltage Vref at the time t4, and the voltage Vb at the point B is equal to the voltage Vcc. Almost equal. Further, when the capacitance C1 of the capacitor C1 and the capacitance C2 of the capacitor C2 are equal, as shown in FIG. 5F, the accumulated charge amounts of the capacitor C1 and the capacitor C2 are both about Qref.
なお、コンデンサC1とコンデンサC2の静電容量は必ずしも合わせる必要はない。 Note that the capacitances of the capacitors C1 and C2 are not necessarily matched.
図4に戻り、ステップS7において、演算処理部124は、演算処理を行う。例えば、演算処理部124は、充電時間tを用いて、検出電極112の静電容量Cxを算出する。具体的には、上述した式(6)に、式(5)を代入し、静電容量Cxについて解くと、次式(7)となる。
Returning to FIG. 4, in step S7, the
演算処理部124は、式(7)に基づいて、検出電極112の静電容量Cxを算出する。これにより、物体103の影響を除いた検出電極112の静電容量Cxを求めることができる。演算処理部124は、算出した静電容量Cx、および、パラメータ計測部123により計測された充電時間tを出力部125に供給する。
The
ステップS8において、出力部125は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Cxおよび充電時間tの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
In step S8, the
なお、以上では、静電容量の計測処理を1回行う場合について説明したが、繰り返し計測処理を行うようにすることも可能である。計測処理を繰り返し行う場合には、図4に破線で示されるように、ステップS8の処理が終了した後に、ステップS1に戻るようにすればよい。なお、この場合、図15のステップS105において、SW5のみをオフするようにする必要がある。 Although the case where the capacitance measurement process is performed once has been described above, it is also possible to repeatedly perform the measurement process. When the measurement process is repeatedly performed, as indicated by a broken line in FIG. 4, the process returns to step S1 after the process of step S8 is completed. In this case, it is necessary to turn off only SW5 in step S105 of FIG.
これにより、ステップS8の処理が終了した後、ステップS1において、図7の全電荷放電処理が実行され、コンデンサC1,C2と検出電極112に蓄積された電荷が放電される。このときの時刻をt5とすると、図6に示されるように、時刻t5において、A点の電圧VaおよびB点の電圧Vbとも、基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。そして、続けて、図4のステップS2以降の処理を行なうことで、繰り返し静電容量パラメータの計測を行なうことが可能となる。
Thereby, after the process of step S8 is completed, in step S1, the all-charge discharge process of FIG. 7 is executed, and the charges accumulated in the capacitors C1 and C2 and the
以上のようにして、基準電圧点と異なる電圧の物体103の影響を除去して、検出電極112とその周囲の空間との間の静電容量を計測することができる。
As described above, the influence of the
例えば、自動車の車内で周囲の空間の静電容量を計測する場合、他の電子回路や他のセンサの検出部など、基準となるボディアースと電位差をもつ物体が、検出電極の周囲に存在することが多い。しかし、静電容量計測装置101を用いれば、検出電極112の周囲にボディアースに対して電位差を持つ物体が存在する場合でも、その物体の影響を受けずに静電容量を計測することができる。
For example, when measuring the capacitance of the surrounding space in an automobile, an object having a potential difference from the reference body ground, such as another electronic circuit or a detection unit of another sensor, exists around the detection electrode. There are many cases. However, if the
また、図6に示されるように、C点の電圧Vc(≒検出電極112の電圧Vx)は、ほとんどの時間で基準電圧点に落ちているため、静電容量の計測において、ノイズの影響を受けにくくすることができる。 Further, as shown in FIG. 6, the voltage Vc at the point C (≈the voltage Vx of the detection electrode 112) has dropped to the reference voltage point in most of the time. It can be made difficult to receive.
さらに、図6に示されるように、A点の電圧VaおよびB点の電圧Vbが電源Vccの電圧を超える場合がなく、電圧計測部121および電圧計測部122に電源Vccの電圧を超える電圧が印加されることがない。従って、電圧計測部121を構成する素子等の故障や劣化の発生を抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the voltage Va at the point A and the voltage Vb at the point B do not exceed the voltage of the power source Vcc, and the voltage exceeding the voltage of the power source Vcc is present in the
なお、静電容量パラメータは、以上の例に限定されるものではなく、検出電極112の静電容量Cx(1回の充電で蓄積される検出電極112の蓄積電荷量ΔQ)に応じて変化する他の種類のパラメータを計測するようにしてもよい。ここで、図17および図18を参照して、静電容量パラメータの他の例について説明する。
The capacitance parameter is not limited to the above example, and changes according to the capacitance Cx of the detection electrode 112 (accumulated charge amount ΔQ of the
[静電容量パラメータの第1の変形例]
まず、図17を参照して、静電容量パラメータの第1の変形例について説明する。図17は、静電容量パラメータの第1の変形例に対応する計測処理を説明するためのフローチャートである。
[First Modification of Capacitance Parameter]
First, a first modification of the capacitance parameter will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart for explaining a measurement process corresponding to the first modification of the capacitance parameter.
ステップS121において、図4のステップS1の処理と同様に、全電荷放電処理が実行される。 In step S121, as in the process of step S1 of FIG. 4, the all charge discharge process is executed.
ステップS122において、図4のステップS2の処理と同様に、C2充電処理が実行される。 In step S122, the C2 charging process is executed in the same manner as in step S2 of FIG.
ステップS123において、図4のステップS3の処理と同様に、検出電極充電処理が実行される。 In step S123, the detection electrode charging process is executed in the same manner as in step S3 of FIG.
ステップS124において、図4のステップS4の処理と同様に、電荷転送処理が実行される。 In step S124, the charge transfer process is executed in the same manner as the process in step S4 of FIG.
ステップS125において、図15のステップS103の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が計測される。 In step S125, the voltage Vc1 of the capacitor C1 is measured as in the process of step S103 in FIG.
ステップS126において、パラメータ計測部123は、コンデンサC1の充電回数をインクリメントする。
In step S126, the
ステップS127において、図15のステップS104の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサC1の電圧Vc1が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS123に戻る。その後、ステップS127において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定されるまで、ステップS123乃至S127の処理が繰り返し実行される。 In step S127, it is determined whether or not the voltage Vc1 of the capacitor C1 is equal to or higher than the threshold, as in the process of step S104 of FIG. When it is determined that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is less than the threshold value, the process returns to step S123. Thereafter, the processes in steps S123 to S127 are repeatedly executed until it is determined in step S127 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is equal to or higher than the threshold value.
一方、ステップS127において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS128に進む。 On the other hand, if it is determined in step S127 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S128.
ステップS128において、演算処理部124は、演算処理を行う。具体的には、パラメータ計測部123は、カウントした充電回数nを演算処理部124に供給する。演算処理部124は、充電回数nに基づいて、検出電極112の静電容量Cxを算出する。なお、コンデンサVc1が閾値電圧Vref以上になったときの充電回数をnとすると、上述した式(5)の左辺にVc1(n)=Vrefを代入することにより、検出電極112の静電容量Cxを算出することができる。演算処理部124は、算出した静電容量Cx、および、パラメータ計測部123により計測された充電回数nを出力部125に供給する。
In step S128, the
ステップS129において、出力部125は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Cxおよび充電回数nの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
In step S129, the
なお、充電回数nの代わりに、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上になるまでの充電時間を静電容量パラメータとして計測するようにしてもよい。 Instead of the number of times of charging n, the charging time until the voltage Vc1 of the capacitor C1 becomes equal to or greater than a threshold value may be measured as a capacitance parameter.
[静電容量パラメータの第2の変形例]
次に、図18を参照して、静電容量パラメータの第2の変形例について説明する。
[Second Modification of Capacitance Parameter]
Next, a second modification of the capacitance parameter will be described with reference to FIG.
この第2の変形例の場合、電圧計測部121、122は、例えば、A/D変換器により構成される。すなわち、電圧計測部121、122は、入力されたアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換して出力する。
In the case of the second modification, the
また、この場合、図4のステップS6のパラメータ計測処理は、図18のフローチャートに従って実行される。 In this case, the parameter measurement process in step S6 in FIG. 4 is executed according to the flowchart in FIG.
すなわち、ステップS161において、パラメータ計測部123は、SW1をオンする。
That is, in step S161, the
ステップS162において、電圧計測部122は、コンデンサC1の電圧Vc1を計測し、計測結果をパラメータ計測部123に供給する。この場合、コンデンサC1の電圧Vc1と閾値電圧Vrefの比較結果ではなく、電圧Vc1の実測値がパラメータ計測部123に供給される。パラメータ計測部123は、取得した電圧Vc1の実測値を静電容量パラメータに設定する。
In step S <b> 162, the
そして、電圧Vc1が分かれば、上述した式(5)に基づいて、検出電極112の静電容量Cxを求めることができる。
And if voltage Vc1 is known, the electrostatic capacitance Cx of the
<2.第2の実施の形態>
次に、図19乃至図30を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して、低コスト化を実現できるようにするものである。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the cost can be reduced as compared with the first embodiment.
[静電容量計測装置201の構成例]
図19は、本発明の第2の実施の形態である静電容量計測装置201の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 201]
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of the
静電容量計測装置201は、図2の静電容量計測装置101と比較して、抵抗R2が追加され、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ211が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ211は、マイクロコンピュータ111と比較して、パラメータ計測部123の代わりにパラメータ計測部221が設けられ、電圧計測部122、SW5、SW6、ポートP3が削除されている点が異なる。
The
さらに、静電容量計測装置201では、静電容量計測装置101と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗R1の一端は抵抗R2の一端に接続され、抵抗R1の他の一端はコンデンサC2の一端に接続されている。抵抗R2の他の一端は、ポートP2に接続されている。コンデンサC1の一端は、抵抗R1と抵抗R2の間に接続され、コンデンサC1の他の一端はポートP1に接続されている。コンデンサC2の抵抗R1に接続されている一端と異なる一端は、ポートP4および接続端子T1に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置101と同様である。
Furthermore, in the
パラメータ計測部221は、SW1乃至SW4の開閉を制御するとともに、電圧計測部121の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部221は、計測した静電容量パラメータを演算処理部124に供給する。
The
[静電容量計測装置201の処理]
次に、図20乃至図30を参照して、静電容量計測装置201の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 201]
Next, processing of the
まず、図20のフローチャートを参照して、静電容量計測装置201により実行される計測処理について説明する。
First, the measurement process executed by the
ステップS201において、静電容量計測装置201は、全電荷放電処理を実行する。
In step S201, the
ここで、図21および図22を参照して、ステップS201の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図21は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図22は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 21 and FIG. 22, the details of the all charge discharge process in step S201 will be described. FIG. 21 is a flowchart for explaining the all charge discharge process, and FIG. 22 is a diagram showing the flow of positive charges during the all charge discharge process.
ステップS221において、パラメータ計測部221は、SW1、SW2、SW4をオンする。これにより、コンデンサC1の正極から抵抗R2およびSW4を介してグラウンドに矢印A21の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極から抵抗R1、抵抗R2およびSW4を介してグラウンドに矢印A22および矢印A21の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A23の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S221, the
ステップS222において、パラメータ計測部221は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1、コンデンサC2および検出電極112の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S222, the
ステップS223において、パラメータ計測部221は、SW1、SW2、SW4をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S223, the
図20に戻り、ステップS202において、静電容量計測装置201は、C2充電処理を実行する。
Returning to FIG. 20, in step S <b> 202, the
ここで、図23および図24を参照して、ステップS202のC2充電処理の詳細について説明する。なお、図23は、C2充電処理を説明するためのフローチャートであり、図24は、C2充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 23 and FIG. 24, the detail of the C2 charge process of step S202 is demonstrated. FIG. 23 is a flowchart for explaining the C2 charging process, and FIG. 24 is a diagram showing the flow of positive charges during the C2 charging process.
ステップS241において、パラメータ計測部221は、SW2、SW3をオンする。これにより、電源VccからSW3、抵抗R2および抵抗R1を介してコンデンサC2の正極に矢印A24の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW2を介してグラウンドに矢印A25の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。
In step S241, the
ステップS242において、パラメータ計測部221は、所定の時間経過後、SW3をオフする。これにより、コンデンサC2の充電が停止する。
In step S242, the
ステップS243において、電圧計測部121は、コンデンサC2の電圧Vc2を計測する。そして、電圧計測部121は、計測した電圧Vc2を閾値電圧Vrefと比較し、その結果をパラメータ計測部221に供給する。
In step S243, the
ステップS244において、図9のステップS43の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS245に進む。 In step S244, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or higher than the threshold, as in the process of step S43 of FIG. If it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is less than the threshold value, the process proceeds to step S245.
ステップS245において、パラメータ計測部221は、SW3をオンする。これにより、コンデンサC2の充電が再開する。
In step S245, the
その後、処理はステップS242に戻り、ステップS244において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定されるまで、ステップS242乃至S245の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上に達するまで、コンデンサC2が充電される。 Thereafter, the process returns to step S242, and the processes of steps S242 to S245 are repeatedly executed until it is determined in step S244 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or higher than the threshold value. As a result, the capacitor C2 is charged until the voltage Vc2 of the capacitor C2 reaches a threshold value or more.
一方、ステップS244において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS246に進む。 On the other hand, if it is determined in step S244 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S246.
ステップS246において、パラメータ計測部221は、SW2をオフする。その後、C2充電処理は終了する。
In step S246, the
図20に戻り、ステップS203において、静電容量計測装置201は、検出電極充電処理を実行する。
Returning to FIG. 20, in step S <b> 203, the
ここで、図25および図26を参照して、ステップS203の検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図25は、検出電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図26は、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 25 and FIG. 26, the detail of the detection electrode charge process of step S203 is demonstrated. FIG. 25 is a flowchart for explaining the detection electrode charging process, and FIG. 26 is a diagram showing a flow of positive charges during the detection electrode charging process.
ステップS261において、パラメータ計測部221は、SW3をオンする。これにより、電源VccからSW3、抵抗R2および抵抗R1を介してコンデンサC2の正極に矢印A26の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A27の方向に正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。
In step S261, the
ステップS262において、パラメータ計測部221は、所定の時間、すなわち、検出電極112が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S262, the
ステップS263において、パラメータ計測部221は、SW3をオフする。これにより、コンデンサC2および検出電極112の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
In step S263, the
図20に戻り、ステップS204において、静電容量計測装置201は、電荷転送処理を実行する。
Returning to FIG. 20, in step S <b> 204, the
ここで、図27および図28を参照して、ステップS204の電荷転送処理の詳細について説明する。なお、図27は、電荷転送処理を説明するためのフローチャートであり、図28は、電荷転送処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 27 and FIG. 28, the details of the charge transfer processing in step S204 will be described. FIG. 27 is a flowchart for explaining the charge transfer process, and FIG. 28 is a diagram showing the flow of positive charges during the charge transfer process.
ステップS281において、パラメータ計測部221は、SW1、SW2をオンする。これにより、コンデンサC2から抵抗R2を介してコンデンサC2に矢印A28の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が開始される。また、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A29の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S281, the
ステップS282において、図23のステップS243の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測される。 In step S282, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S243 of FIG.
ステップS283において、図13のステップS83の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS282に戻る。その後、ステップS283において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定されるまで、ステップS282およびS283の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下になるまで、コンデンサC2からコンデンサC1に電荷が転送される。 In step S283, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, similarly to the process in step S83 of FIG. If it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than the threshold value, the process returns to step S282. Thereafter, the processes of steps S282 and S283 are repeatedly executed until it is determined in step S283 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or less than the threshold value. As a result, charges are transferred from the capacitor C2 to the capacitor C1 until the voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes equal to or lower than the threshold value.
一方、ステップS283において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS284に進む。 On the other hand, when it is determined in step S283 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, the process proceeds to step S284.
ステップS284において、パラメータ計測部221は、SW1、SW2をオフする。これにより、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が終了する。その後、電荷転送処理は終了する。
In step S284, the
図20に戻り、ステップS205において、パラメータ計測部221は、ステップS203乃至S205の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップS203に戻り、ステップS205において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップS203乃至S205の処理が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 20, in step S205, the
一方、ステップS205において、ステップS203乃至S205の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップS206に進む。 On the other hand, if it is determined in step S205 that the processes in steps S203 to S205 have been repeated a predetermined number of times, the process proceeds to step S206.
ステップS206において、静電容量計測装置201は、パラメータ計測処理を実行する。
In step S206, the
ここで、図29および図30を参照して、ステップS206のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図29は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図30は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 29 and FIG. 30, the details of the parameter measurement processing in step S206 will be described. FIG. 29 is a flowchart for explaining the parameter measurement process, and FIG. 30 is a diagram showing the flow of positive charges during the parameter measurement process.
ステップS301において、パラメータ計測部221は、SW1、SW2、SW3をオンする。これにより、電源VccからSW3および抵抗R2を介してコンデンサC1の正極に矢印A30の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。
In step S301, the
ステップS302において、パラメータ計測部221は、時間計測を開始する。
In step S302, the
ステップS303において、パラメータ計測部221は、所定の時間経過後、SW3をオフする。これにより、コンデンサC1の充電が停止する。
In step S303, the
ステップS304において、図15のステップS103の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が計測される。 In step S304, the voltage Vc1 of the capacitor C1 is measured as in the process of step S103 in FIG.
ステップS305において、図15のステップS104の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサC1の電圧Vc1が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS306に進む。 In step S305, it is determined whether or not the voltage Vc1 of the capacitor C1 is equal to or higher than the threshold, as in the process of step S104 of FIG. When it is determined that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is less than the threshold value, the process proceeds to step S306.
ステップS306において、パラメータ計測部221は、SW3をオンする。これにより、コンデンサC1の充電が再開する。
In step S306, the
その後、処理はステップS303に戻り、ステップS305において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定されるまで、ステップS303乃至S306の処理が繰り返し実行される。 Thereafter, the process returns to step S303, and the processes of steps S303 to S306 are repeatedly executed until it is determined in step S305 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is equal to or higher than the threshold value.
一方、ステップS305において、コンデンサC1の電圧Vc1が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS307に進む。 On the other hand, if it is determined in step S305 that the voltage Vc1 of the capacitor C1 is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step S307.
ステップS307において、図15のステップS105の処理と同様に、時間計測が終了する。 In step S307, the time measurement is completed in the same manner as in step S105 of FIG.
以上のステップS302乃至S307の処理により、図15のステップS102乃至S105の処理と同様に、コンデンサC1の電圧Vc1が、上述した式(5)に示される電圧から閾値電圧Vrefに達するまでの充電時間tが計測される。 As a result of the processes in steps S302 to S307, the charging time until the voltage Vc1 of the capacitor C1 reaches the threshold voltage Vref from the voltage shown in the above equation (5), as in the processes in steps S102 to S105 in FIG. t is measured.
ステップS306において、パラメータ計測部221は、SW1、SW2をオフする。その後、パラメータ計測処理は終了する。
In step S306, the
図20に戻り、ステップS207において、図4のステップS7の処理と同様に、演算処理が行われ、ステップS208において、図4のステップS8の処理と同様に、計測結果が出力される。その後、計測処理は終了する。 Returning to FIG. 20, in step S207, calculation processing is performed in the same manner as in step S7 in FIG. 4, and in step S208, measurement results are output in the same manner as in step S8 in FIG. Thereafter, the measurement process ends.
以上のようにして、静電容量計測装置201は、静電容量計測装置101と同様に、基準電圧点と異なる電圧の物体103の影響を除去して、検出電極112とその周囲の空間との間の静電容量を計測することができる。また、静電容量計測装置201は、静電容量計測装置101と比較して、電圧計測部122、SW5、および、SW6を削減することができ、低コスト化を実現することができる。
As described above, the
なお、計測時間については、抵抗R2が追加されている分、電荷の流れが遅くなるため、静電容量計測装置201の方が、静電容量計測装置101より遅くなる。
Regarding the measurement time, since the flow of electric charges is delayed by the addition of the resistor R2, the
[第2の実施の形態の変形例]
図31は、本発明の第2の実施の形態の変形例である静電容量計測装置251の構成例を示す図である。静電容量計測装置251は、図19の静電容量計測装置201から、抵抗R2を削除したものである。
[Modification of Second Embodiment]
FIG. 31 is a diagram illustrating a configuration example of a
なお、この構成を採用した場合、電圧計測部121に、A/D変換器のように入力電圧の実測値を計測できるものを採用するか、あるいは、図17を参照して上述した方法で計測処理を行うようにする必要がある。
When this configuration is adopted, a
<3.第3の実施の形態>
次に、図32乃至図43を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態は、第2の実施の形態と同様に、第1の実施の形態と比較して、低コスト化を実現できるようにするものである。
<3. Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, as in the second embodiment, the cost can be reduced as compared with the first embodiment.
[静電容量計測装置301の構成例]
図32は、本発明の第3の実施の形態である静電容量計測装置301の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 301]
FIG. 32 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置301は、図1の静電容量計測装置101と比較して、抵抗R2が追加され、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ311が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ311は、マイクロコンピュータ111と比較して、パラメータ計測部123の代わりにパラメータ計測部321が設けられ、電圧計測部121、SW3、SW4、ポートP2が削除されている点が異なる。
The
さらに、静電容量計測装置301では、静電容量計測装置101と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗R1の一端は抵抗R2の一端に接続され、抵抗R1の他の一端はコンデンサC1の一端に接続されている。抵抗R2の他の一端は、ポートP3に接続されている。コンデンサC1の抵抗R1に接続されている一端とは異なる一端は、ポートP1に接続されている。コンデンサC2の一端は、抵抗R1と抵抗R2の間に接続され、コンデンサC2の他の一端はポートP4および接続端子T1に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置101と同様である。
Furthermore, in the
パラメータ計測部321は、SW1、SW2、SW5、および、SW6の開閉を制御するとともに、電圧計測部122の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部321は、計測した静電容量パラメータを演算処理部124に供給する。
The
[静電容量計測装置301の処理]
次に、図33乃至図43を参照して、静電容量計測装置301の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 301]
Next, processing of the
まず、図33のフローチャートを参照して、静電容量計測装置301により実行される計測処理について説明する。
First, a measurement process executed by the
ステップS401において、静電容量計測装置301は、全電荷放電処理を実行する。
In step S401, the
ここで、図34および図35を参照して、ステップS401の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図34は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図35は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 34 and FIG. 35, the detail of the all-charge discharge process of step S401 is demonstrated. FIG. 34 is a flowchart for explaining the all-charge discharge process, and FIG. 35 is a diagram showing the flow of positive charges during the all-charge discharge process.
ステップS421において、パラメータ計測部321は、SW1、SW2、SW6をオンする。これにより、コンデンサC2の正極から抵抗R2およびSW6を介してグラウンドに矢印A41の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。また、コンデンサC1の正極から抵抗R1、抵抗R2およびSW6を介してグラウンドに矢印A42および矢印A41の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A43の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S421, the
ステップS422において、パラメータ計測部321は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1、コンデンサC2および検出電極112の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S422, the
ステップS423において、パラメータ計測部321は、SW1、SW2、SW6をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S423, the
図33に戻り、ステップS402において、静電容量計測装置301は、C2充電処理を実行する。
Returning to FIG. 33, in step S402, the
ここで、図36および図37を参照して、ステップS402のC2充電処理の詳細について説明する。なお、図36は、C2充電処理を説明するためのフローチャートであり、図37は、C2充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 36 and FIG. 37, the detail of the C2 charge process of step S402 is demonstrated. 36 is a flowchart for explaining the C2 charging process, and FIG. 37 is a diagram showing the flow of positive charges during the C2 charging process.
ステップS441において、パラメータ計測部321は、SW2、SW5をオンする。これにより、電源VccからSW5、抵抗R2を介してコンデンサC2の正極に矢印A44の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW2を介してグラウンドに矢印A45の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。
In step S441, the
ステップS442において、図9のステップS42の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測される。 In step S442, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S42 of FIG.
ステップS443において、図9のステップS43の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、処理はステップS442に戻る。その後、ステップS443において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定されるまで、ステップS442およびS443の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上に達するまで、コンデンサC2が充電される。 In step S443, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than or equal to the threshold value, as in the process of step S43 of FIG. When it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is less than the threshold value, the process returns to step S442. Thereafter, the processes of steps S442 and S443 are repeatedly executed until it is determined in step S443 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or greater than the threshold value. As a result, the capacitor C2 is charged until the voltage Vc2 of the capacitor C2 reaches a threshold value or more.
一方、ステップS443において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS444に進む。 On the other hand, if it is determined in step S443 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step S444.
ステップS444において、パラメータ計測部321は、SW2、SW5をオフする。これにより、コンデンサC2の充電が停止する。その後、C2充電処理は終了する。
In step S444, the
図33に戻り、ステップS403において、静電容量計測装置301は、検出電極充電処理を実行する。
Returning to FIG. 33, in step S403, the
ここで、図38および図39を参照して、ステップS403の検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図38は、検出電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図39は、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 38 and FIG. 39, the detail of the detection electrode charge process of step S403 is demonstrated. FIG. 38 is a flowchart for explaining the detection electrode charging process, and FIG. 39 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode charging process.
ステップS461において、パラメータ計測部321は、SW5をオンする。これにより、電源VccからSW5および抵抗R2を介してコンデンサC2の正極に矢印A46の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A47の方向に正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。
In step S461, the
ステップS462において、パラメータ計測部321は、所定の時間、すなわち、検出電極112が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S462, the
ステップS463において、パラメータ計測部321は、SW5をオフする。これにより、コンデンサC2および検出電極112の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
In step S463, the
図33に戻り、ステップS404において、静電容量計測装置301は、電荷転送処理を実行する。
Returning to FIG. 33, in step S404, the
ここで、図40および図41を参照して、ステップS404の電荷転送処理の詳細について説明する。なお、図40は、電荷転送処理を説明するためのフローチャートであり、図41は、電荷転送処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 40 and FIG. 41, the details of the charge transfer processing in step S404 will be described. 40 is a flowchart for explaining the charge transfer process, and FIG. 41 is a diagram showing the flow of positive charges during the charge transfer process.
ステップS481において、パラメータ計測部321は、SW1、SW2をオンする。これにより、コンデンサC2から抵抗R1を介してコンデンサC1に矢印A48の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が開始される。また、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A49の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。
In step S481, the
ステップS482において、図13のステップS82の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が計測される。 In step S482, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is measured as in the process of step S82 of FIG.
ステップS483において、図13のステップS83の処理と同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であるか否かが判定される。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS482に戻る。その後、ステップS483において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定されるまで、ステップS482およびS483の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下に達するまで、コンデンサC2からコンデンサC1に電荷が転送される。 In step S483, it is determined whether or not the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, similarly to the process in step S83 of FIG. If it is determined that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is greater than the threshold value, the process returns to step S482. Thereafter, the processes of steps S482 and S483 are repeatedly executed until it is determined in step S483 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or less than the threshold value. As a result, charges are transferred from the capacitor C2 to the capacitor C1 until the voltage Vc2 of the capacitor C2 reaches a threshold value or less.
一方、ステップS483において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS484に進む。 On the other hand, when it is determined in step S483 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, the process proceeds to step S484.
ステップS484において、パラメータ計測部321は、SW1、SW2をオフする。これにより、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が終了する。その後、電荷転送処理は終了する。
In step S484, the
図33に戻り、ステップS405において、パラメータ計測部321は、ステップS403乃至S405の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップS403に戻り、ステップS405において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップS403乃至S405の処理が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 33, in step S405, the
一方、ステップS405において、ステップS403乃至S405の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップS406に進む。 On the other hand, if it is determined in step S405 that the processes in steps S403 to S405 have been repeated a predetermined number of times, the process proceeds to step S406.
ステップS406において、静電容量計測装置301は、パラメータ計測処理を実行する。
In step S406, the
ここで、図42および図43を参照して、ステップS406のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図42は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図43は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 42 and FIG. 43, the details of the parameter measurement processing in step S406 will be described. 42 is a flowchart for explaining the parameter measurement process, and FIG. 43 is a diagram showing the flow of positive charges during the parameter measurement process.
ステップS501において、パラメータ計測部321は、SW1、SW5をオンする。これにより、電源VccからSW5および抵抗R2および抵抗R1を介してコンデンサC1の正極に矢印A50の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の負極からSW1を介してグラウンドに矢印A51の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の充電が開始される。
In step S501, the
ステップS502乃至S505において、図15のステップS102乃至S105と同様の処理が実行され、コンデンサC1の電圧Vc1が、上述した式(5)に示される電圧から閾値電圧Vrefに達するまでの充電時間tが計測される。 In steps S502 to S505, the same processing as in steps S102 to S105 in FIG. 15 is executed, and the charging time t until the voltage Vc1 of the capacitor C1 reaches the threshold voltage Vref from the voltage shown in the above equation (5) is reached. It is measured.
ステップS506において、パラメータ計測部321は、SW1、SW5をオフする。これにより、コンデンサC1の充電が停止する。その後、パラメータ計測処理は終了する。
In step S506, the
図33に戻り、ステップS407において、図4のステップS7の処理と同様に、演算処理が行われ、ステップS408において、図4のステップS8の処理と同様に、計測結果が出力される。その後、計測処理は終了する。 Returning to FIG. 33, in step S407, calculation processing is performed in the same manner as in step S7 in FIG. 4, and in step S408, measurement results are output in the same manner as in step S8 in FIG. Thereafter, the measurement process ends.
以上のようにして、静電容量計測装置301は、静電容量計測装置101と同様に、基準電圧点と異なる電圧の物体103の影響を除去して、検出電極112とその周囲の空間との間の静電容量を計測することができる。また、静電容量計測装置301は、静電容量計測装置101と比較して、電圧計測部121、SW3、および、SW4を削減することができ、低コスト化を実現することができる。
As described above, the
なお、計測時間については、抵抗R2が追加されている分、電荷の流れが遅くなるため、静電容量計測装置301の方が、静電容量計測装置101より遅くなる。
Regarding the measurement time, since the flow of electric charges is delayed by the addition of the resistor R2, the
<4.第4の実施の形態>
次に、図44および図45を参照して、本発明の第4の実施の形態について説明する。この第4の実施の形態は、検出電極112の静電容量Cxの検出に方向性を持たせるようにするものである。
<4. Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, the direction of detection of the capacitance Cx of the
[静電容量計測装置の構成例]
図44は、本発明の第4の実施の形態である静電容量計測装置401の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration example of capacitance measuring device]
FIG. 44 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置401は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ411が設けられ、シールド電極412および接続端子T2が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ411は、マイクロコンピュータ111と比較して、ポートP5が追加されている点が異なる。
The
ポートP5は、グラウンドに接続されるとともに、接続端子T2に接続されている。 The port P5 is connected to the ground and connected to the connection terminal T2.
シールド電極412は、電界の遮蔽に用いられる電極であり、接続端子T2に着脱自在である。また、シールド電極412は、接続端子T2に接続された状態において、接続端子T2およびポートP5を介してマイクロコンピュータ411のグラウンドに接続され、基準電圧点の電圧に保持される。なお、シールド電極412を、接続端子T2ではなく、ポートP5に直接接続するようにしてもよい。
The
なお、以下、シールド電極412と周囲の空間との間の静電容量をCsで表し、シールド電極412の電圧をVs、蓄積電荷量をQsで表す。
Hereinafter, the capacitance between the
図45は、シールド電極412の形状の一例を模式的に示す断面図である。この例において、シールド電極412は、検出電極112を覆うような箱形の形状をしている。
FIG. 45 is a cross-sectional view schematically showing an example of the shape of the
上述したように、シールド電極412は、基準電圧点の電圧に保持されるため、シールド電極412側から物体が接近しても、検出電極112周辺の電界はほとんど変化しない。従って、静電容量の計測方向を限定することが可能である。例えば、図45の例の場合、静電容量の計測方向を紙面の上方向に限定することが可能である。また、例えば、図44に示されるように、検出電極112と物体103の間にシールド電極412を配置することにより、物体103の影響をより小さくして、静電容量を計測することが可能になる。
As described above, since the
なお、以上の説明では、シールド電極412をグラウンドに接続する例を示したが、グラウンド以外の電圧保持手段に接続して、シールド電極412の電圧がほぼ一定になるようにするようにしてもよい。
In the above description, the
<5.第5の実施の形態>
次に、図46乃至図55を参照して、本発明の第5の実施の形態について説明する。この第5の実施の形態は、第4の実施の形態と比較して、検出電極112とシールド電極412が同じ電圧になるように制御するようにしたものである。
<5. Fifth embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the
[静電容量計測装置401の構成例]
図46は、本発明の第5の実施の形態である静電容量計測装置501の構成例を示す図である。なお、図中、図44と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 401]
FIG. 46 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置501は、図44の静電容量計測装置401と比較して、マイクロコンピュータ411の代わりマイクロコンピュータ511が設けられ、コンデンサC3、抵抗R3が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ511は、マイクロコンピュータ411と比較して、電圧計測部521、同電位制御部522、SW7乃至SW9、および、ポートP6が追加されている点が異なる。
The
抵抗R3の一端はポートP5に接続され、抵抗R3の他の一端はコンデンサC3の一端に接続されている。コンデンサC3の他の一端は接続端子T2およびポートP6に接続されている。SW7の一端はポートP6に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。SW8の一端は電源Vccに接続され、SW8の他の一端はポートP5に接続されている。SW9の一端はポートP5に接続され、SW9の他の一端はグラウンドに接続されている。 One end of the resistor R3 is connected to the port P5, and the other end of the resistor R3 is connected to one end of the capacitor C3. The other end of the capacitor C3 is connected to the connection terminal T2 and the port P6. One end of SW7 is connected to port P6, and the other end is connected to the ground. One end of SW8 is connected to the power supply Vcc, and the other end of SW8 is connected to port P5. One end of SW9 is connected to port P5, and the other end of SW9 is connected to ground.
また、コンデンサC3の静電容量は、シールド電極412と周囲の空間との間の静電容量Csより十分大きい値になるように設定されている。
Further, the capacitance of the capacitor C3 is set to be sufficiently larger than the capacitance Cs between the
なお、以下、コンデンサC3の静電容量をC3、電圧をVc3、蓄積電荷量をQc3で表す。 Hereinafter, the capacitance of the capacitor C3 is represented by C3, the voltage is represented by Vc3, and the accumulated charge amount is represented by Qc3.
また、以下、コンデンサC3の抵抗R3側の電極を正極と称し、接続端子T2側の電極を負極と称する。 Hereinafter, the electrode on the resistor R3 side of the capacitor C3 is referred to as a positive electrode, and the electrode on the connection terminal T2 side is referred to as a negative electrode.
電圧計測部521は、入力端子がポートP5に接続されている。電圧計測部521は、電圧計測部121、122と同様に、入力端子に入力される電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値(閾値電圧Vref)と比較し、比較した結果を同電位制御部522に供給する。
The
同電位制御部522は、電圧計測部521の計測結果に基づいて、SW7乃至SW9の開閉を制御して、検出電極112とシールド電極412の電圧が同じになるように調整する。
The same
[静電容量計測装置501の処理]
次に、図47至図55を参照して、静電容量計測装置501の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 501]
Next, processing of the
まず、図47のフローチャートを参照して、静電容量計測装置501により実行される計測処理について説明する。
First, the measurement process executed by the
ステップS601において、静電容量計測装置501は、全電荷放電処理を実行する。
In step S601, the
ここで、図48および図49を参照して、ステップS601の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図48は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図49は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 48 and FIG. 49, the details of the all charge discharge process in step S601 will be described. FIG. 48 is a flowchart for explaining the all charge discharge process, and FIG. 49 is a diagram showing the flow of positive charges during the all charge discharge process.
ステップS621において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2、SW4、SW6をオンし、同電位制御部522は、SW7、SW9をオンする。これにより、コンデンサC1からSW4を介してグラウンドに矢印A61の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW6を介してグラウンドに矢印A62の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A63の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。
In step S621, the
また、コンデンサC3の正極から抵抗R3およびSW9を介してグラウンドに矢印A64の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の放電が開始される。さらに、シールド電極412からSW7を介してグラウンドに矢印A65の方向に正電荷が移動し、シールド電極412の放電が開始される。
Further, positive charge moves from the positive electrode of the capacitor C3 to the ground via the resistors R3 and SW9 in the direction of the arrow A64, and the discharge of the capacitor C3 is started. Further, the positive charge moves from the
ステップS622において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1乃至C3、検出電極112、および、シールド電極412の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S622, the
ステップS623において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2、SW4、SW6をオフし、同電位制御部522は、SW7、SW9をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S623, the
図47に戻り、ステップS602において、静電容量計測装置501は、C2、C3充電処理を実行する。
Returning to FIG. 47, in step S602, the
ここで、図50および図51を参照して、ステップS602のC2、C3充電処理の詳細について説明する。なお、図50は、C2、C3充電処理を説明するためのフローチャートであり、図51は、C2、C3充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 50 and FIG. 51, the details of the C2 and C3 charging processing in step S602 will be described. FIG. 50 is a flowchart for explaining the C2, C3 charging process, and FIG. 51 is a diagram showing the flow of positive charges during the C2, C3 charging process.
ステップS641において、パラメータ計測部123は、SW2、SW3をオンし、同電位制御部522は、SW7、SW8をオンする。これにより、電源VccからSW3および抵抗R1を介してコンデンサC2の正極に矢印A66の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の負極からSW2を介してグラウンドに矢印A67の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、電源VccからSW8および抵抗R3を介してコンデンサC3の正極に矢印A68の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の負極からSW7を介してグラウンドに矢印A69の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の充電が開始される。
In step S641, the
ステップS642において、パラメータ計測部123は、SW3がオンであるか否かを判定する。SW3がオンであると判定された場合、処理はステップS643に進む。
In step S642, the
ステップS643において、電圧計測部122および電圧計測部521は、コンデンサC2、コンデンサC3の電圧を計測する。具体的には、電圧計測部122は、コンデンサC2の電圧Vc2を計測し、計測した電圧Vc2を閾値(閾値電圧Vref)と比較し、その結果をパラメータ計測部123に供給する。
In step S643, the
ステップS644において、パラメータ計測部123は、電圧計測部122による計測結果に基づいて、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS645に進む。
In step S644, the
ステップS645において、パラメータ計測部123は、SW2、SW3をオフする。これにより、コンデンサC2の充電が停止する。その後、処理はステップS646に進む。
In step S645, the
一方、ステップS644において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値未満であると判定された場合、ステップS645の処理はスキップされ、処理はステップS646に進む。 On the other hand, if it is determined in step S644 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is less than the threshold value, the process of step S645 is skipped, and the process proceeds to step S646.
また、ステップS642において、SW3がオフであると判定された場合、ステップS643乃至S645の処理はスキップされ、処理はステップS646に進む。 If it is determined in step S642 that SW3 is off, steps S643 to S645 are skipped, and the process proceeds to step S646.
ステップS646において、同電位制御部522は、SW8がオンであるか否かを判定する。SW8がオンであると判定された場合、処理はステップS647に進む。
In step S646, the same
ステップS647において、電圧計測部521は、コンデンサC3の電圧を計測する。具体的には、電圧計測部521は、コンデンサC3の電圧Vc3を計測し、計測した電圧Vc3を閾値(閾値電圧Vref)と比較し、その結果を同電位制御部522に供給する。
In step S647, the
ステップS648において、同電位制御部522は、電圧計測部521による計測結果に基づいて、コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサC3の電圧Vc3が閾値以上であると判定された場合、処理はステップS649に進む。
In step S648, the same
ステップS649において、同電位制御部522は、SW7、SW8をオフする。これにより、コンデンサC3の充電が停止する。その後、処理はステップS650に進む。
In step S649, the same
一方、ステップS648において、コンデンサC3の電圧Vc3が閾値未満であると判定された場合、ステップS649の処理はスキップされ、処理はステップS650に進む。 On the other hand, if it is determined in step S648 that the voltage Vc3 of the capacitor C3 is less than the threshold value, the process of step S649 is skipped, and the process proceeds to step S650.
また、ステップS646において、SW8がオフであると判定された場合、ステップS647乃至S649の処理はスキップされ、処理はステップS650に進む。 If it is determined in step S646 that SW8 is off, steps S647 to S649 are skipped, and the process proceeds to step S650.
ステップS650において、パラメータ計測部123は、SW3、SW8が両方オフであるか否かを判定する。SW3、SW8の少なくとも一方がオンであると判定された場合、処理はステップS642に戻る。その後、ステップS650において、SW3、SW8が両方オフであると判定されるまで、ステップS642乃至S650の処理が繰り返し実行される。
In step S650,
一方、ステップS650において、SW3、SW8が両方オフであると判定された場合、C2、C3充電処理は終了する。 On the other hand, if it is determined in step S650 that both SW3 and SW8 are off, the C2 and C3 charging processing ends.
このようにして、コンデンサC2、C3が、ほぼ同じ電圧(閾値電圧Vref)になるまで充電される。 In this way, the capacitors C2 and C3 are charged until they have substantially the same voltage (threshold voltage Vref).
図47に戻り、ステップS603において、静電容量計測装置501は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
Returning to FIG. 47, in step S603, the
ここで、図52および図53を参照して、ステップS603の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図52は、検出電極、シールド電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図53は、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 52 and FIG. 53, the details of the detection electrode and shield electrode charging process in step S603 will be described. 52 is a flowchart for explaining the detection electrode / shield electrode charging process, and FIG. 53 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode / shield electrode charging process.
ステップS661において、パラメータ計測部123は、SW5をオンし、同電位制御部522は、SW8をオンする。これにより、電源VccからSW5を介してコンデンサC2の正極に矢印A70の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A71の方向に正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。さらに、電源VccからSW8および抵抗R3を介してコンデンサC3の正極に矢印A72の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の充電が開始される。また、コンデンサC3の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC3の負極からシールド電極412に矢印A73の方向に正電荷が移動し、シールド電極412の充電が開始される。
In step S661, the
ステップS662において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、検出電極112およびシールド電極412が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S662, the
ステップS663において、パラメータ計測部123および同電位制御部522は、SW5をオフし、同電位制御部522は、SW8をオフする。これにより、コンデンサC2、コンデンサC3、検出電極112およびシールド電極412の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
In step S663, the
ここで、コンデンサC3の静電容量C3≫シールド電極412の静電容量Csなので、充電後のシールド電極412の電圧は、電源Vccの電圧Vcc−基準電圧Vrefとほぼ等しくなる。よって、充電後のシールド電極412の電圧は、充電後の検出電極112の電圧とほぼ等しくなる。
Here, since the capacitance C3 of the capacitor C3 >> the capacitance Cs of the
従って、検出電極112、シールド電極412および物体103の電圧がほぼ等しく、検出電極112と物体103およびシールド電極412との間の静電容量によって蓄積される電荷がほぼ0の状態で、検出電極112に電荷が蓄積される。換言すれば、検出電極112とその周囲との間の静電容量のうち検出電極112と物体103およびシールド電極412との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷が、検出電極112に蓄積される。
Accordingly, the
従って、1回あたりの検出電極112の充電量ΔQ(=1回あたりのコンデンサC1の充電量)は、物体103およびシールド電極412の影響をほぼ除いた値となる。そのため、検出電極112およびシールド電極412の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量を計測することが可能になる。
Therefore, the charge amount ΔQ of the
図47に戻り、ステップS604において、静電容量計測装置501は、電荷転送処理を実行する。
Returning to FIG. 47, in step S604, the
ここで、図54および図55を参照して、ステップS604の電荷転送処理の詳細について説明する。なお、図54は、電荷転送処理を説明するためのフローチャートであり、図55は、電荷転送処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 54 and FIG. 55, the details of the charge transfer processing in step S604 will be described. FIG. 54 is a flowchart for explaining the charge transfer process, and FIG. 55 is a diagram showing the flow of positive charges during the charge transfer process.
ステップS681において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2をオンし、同電位制御部522は、SW7、SW9をオンする。これにより、コンデンサC2から抵抗R1を介してコンデンサC1に矢印A74の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が開始される。また、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A75の方向に正電荷が移動し、検出電極112の放電が開始される。さらに、コンデンサC3の正極から抵抗R3およびSW9を介してグラウンドに矢印A76の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の放電が開始される。また、シールド電極412からSW7を介してグラウンドに矢印A77の方向に正電荷が移動し、シールド電極412の放電が開始される。
In step S681, the
ステップS682において、図50のステップS642の処理と同様に、コンデンサC2、コンデンサC3の電圧が計測される。 In step S682, the voltages of the capacitors C2 and C3 are measured in the same manner as in step S642 of FIG.
ステップS683において、パラメータ計測部123は、電圧計測部122による計測結果に基づいて、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサC2の電圧Vc2が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS682に戻る。その後、ステップS683において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定されるまで、ステップS682およびS683の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下に達するまで、コンデンサC2からコンデンサC1に電荷が転送される。
In step S683, the
一方、ステップS683において、コンデンサC2の電圧Vc2が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS684に進む。 On the other hand, when it is determined in step S683 that the voltage Vc2 of the capacitor C2 is equal to or lower than the threshold value, the process proceeds to step S684.
ステップS684において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2をオフする。これにより、コンデンサC2からコンデンサC1への電荷の転送が停止する。
In step S684, the
ステップS685において、同電位制御部522は、電圧計測部521の計測結果に基づいて、コンデンサC3の電圧が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサC3の電圧が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップS682に戻る。その後、ステップS685において、コンデンサC3の電圧が閾値以下であると判定されるまで、ステップS682乃至S685の処理が繰り返し実行される。
In step S <b> 685, the
一方、ステップS685において、コンデンサC3の電圧が閾値以下であると判定された場合、処理はステップS686に進む。 On the other hand, if it is determined in step S685 that the voltage of the capacitor C3 is equal to or lower than the threshold value, the process proceeds to step S686.
ステップS686において、同電位制御部522は、SW7、SW9をオフする。これにより、シールド電極412の放電が停止する。その後、電荷転送処理は終了する。
In step S686, the same
図47に戻り、ステップS605において、パラメータ計測部123は、ステップS603乃至S605の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだステップS603乃至S605の処理を所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップS603に戻る。その後、ステップS605において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップS603乃至S605の処理が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 47, in step S605, the
一方、ステップS605において、ステップS603乃至S605の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップS606に進む。 On the other hand, if it is determined in step S605 that the processes in steps S603 to S605 have been repeated a predetermined number of times, the process proceeds to step S606.
ステップS606乃至S608の処理は、図4のステップS6乃至S8の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。その後、計測処理は終了する。 The processing in steps S606 to S608 is the same as the processing in steps S6 to S8 in FIG. Thereafter, the measurement process ends.
以上のようにして、第4の実施の形態と比較して、さらに静電容量の計測精度を向上させることができる。 As described above, the measurement accuracy of the capacitance can be further improved as compared with the fourth embodiment.
<6.第6の実施の形態>
次に、図56乃至図61を参照して、本発明の第6の実施の形態について説明する。この第6の実施の形態は、第5の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
<6. Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the sixth embodiment, the measurement time can be shortened as compared with the fifth embodiment.
[静電容量計測装置601の構成例]
図56は、本発明の第6の実施の形態である静電容量計測装置601の構成例を示す図である。なお、図中、図46と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 601]
FIG. 56 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置601は、図46の静電容量計測装置501と比較して、マイクロコンピュータ511の代わりマイクロコンピュータ611が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ611は、マイクロコンピュータ511と比較して、SW10、SW11、および、ポートP7が追加され、同電位制御部522の代わりに、同電位制御部621が設けられている点が異なる。
The
また、静電容量計測装置601では、静電容量計測装置501と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗R3の一端はポートP5に接続され、抵抗R3の他の一端は、ポートP7およびコンデンサC3の一端に接続されている。コンデンサC3の他の一端は接続端子T2およびポートP6に接続されている。SW10の一端は電源Vccに接続され、SW10の他の一端はポートP7に接続されている。SW11の一端はポートP7に接続され、SW11の他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部521の入力部はポートP7に接続されている。
Further, in the
同電位制御部621は、電圧計測部521の計測結果に基づいて、SW7乃至SW11の開閉を制御して、検出電極112とシールド電極412の電圧が同じになるように調整する。
The
[静電容量計測装置601の処理]
次に、図57乃至図61を参照して、静電容量計測装置601の処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 601]
Next, processing of the
まず、図57のフローチャートを参照して、静電容量計測装置601により実行される計測処理について説明する。
First, measurement processing executed by the
ステップS701において、静電容量計測装置601は、全電荷放電処理を実行する。
In step S701, the
ここで、図58および図59を参照して、ステップS701の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図58は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図59は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 58 and FIG. 59, the details of the all-charge discharging process in step S701 will be described. 58 is a flowchart for explaining the all-charge discharge process, and FIG. 59 is a diagram showing the flow of positive charges during the all-charge discharge process.
ステップS721において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2、SW4、SW6をオンし、同電位制御部621は、SW7、SW11をオンする。これにより、コンデンサC1からSW4を介してグラウンドに矢印A81の方向に正電荷が移動し、コンデンサC1の放電が開始される。また、コンデンサC2の正極からSW6を介してグラウンドに矢印A82の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。さらに、検出電極112からSW2を介してグラウンドに矢印A83の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の放電が開始される。
In step S721, the
また、コンデンサC3の正極からSW11を介してグラウンドに矢印A84の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の放電が開始される。このとき、静電容量計測装置501の場合(図49)と異なり、コンデンサC3の電荷は抵抗R3を介さずに放電されるため、放電時間を短縮することができる。また、シールド電極412からSW7を介してグラウンドに矢印A85の方向に正電荷が移動し、シールド電極412の放電が開始される。
Further, the positive charge moves from the positive electrode of the capacitor C3 to the ground via the SW11 in the direction of the arrow A84, and the discharge of the capacitor C3 is started. At this time, unlike the case of the capacitance measuring device 501 (FIG. 49), the electric charge of the capacitor C3 is discharged without going through the resistor R3, so that the discharge time can be shortened. Further, the positive charge moves from the
ステップS722において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、コンデンサC1乃至C3、検出電極112、および、シールド電極412の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
In step S722, the
ステップS723において、パラメータ計測部123は、SW1、SW2、SW4、SW6をオフし、同電位制御部621は、SW7、SW11をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
In step S723, the
図57に戻り、ステップS702において、図47のステップS602の処理と同様に、C2、C3充電処理が実行される。 Returning to FIG. 57, in step S702, the C2 and C3 charging processes are executed in the same manner as in step S602 of FIG.
ステップS703において、静電容量計測装置601は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
In step S703, the
ここで、図60および図61を参照して、ステップS703の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図60は、検出電極、シールド電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図61は、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。 Here, with reference to FIG. 60 and FIG. 61, the details of the detection electrode and shield electrode charging process in step S703 will be described. 60 is a flowchart for explaining the detection electrode and shield electrode charging process, and FIG. 61 is a diagram showing the flow of positive charges during the detection electrode and shield electrode charging process.
ステップS761において、パラメータ計測部123は、SW5をオンし、同電位制御部621は、SW10をオンする。これにより、電源VccからSW5を介してコンデンサC2の正極に矢印A86の方向に正電荷が移動し、コンデンサC2の充電が開始される。また、コンデンサC2の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC2の負極から検出電極112に矢印A87の方向に正電荷が移動し、検出電極112の充電が開始される。
In step S761, the
さらに、電源VccからSW10を介してコンデンサC3の正極に矢印A88の方向に正電荷が移動し、コンデンサC3の充電が開始される。また、コンデンサC3の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサC3の負極からシールド電極412に矢印A89の方向に正電荷が移動し、シールド電極412の充電が開始される。このとき、静電容量計測装置501の場合(図49)と異なり、電源VccからコンデンサC3に抵抗R3を介さずに電荷が流れるため、充電時間を短縮することができる。
Further, the positive charge moves in the direction of arrow A88 from the power source Vcc to the positive electrode of the capacitor C3 via SW10, and charging of the capacitor C3 is started. Further, since positive charge is accumulated in the positive electrode of the capacitor C3, the positive charge moves from the negative electrode of the capacitor C3 to the
ステップS762において、パラメータ計測部123は、所定の時間、すなわち、検出電極112およびシールド電極412が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
In step S762, the
ステップS763において、パラメータ計測部123は、SW5をオフし、同電位制御部621は、SW10をオフする。これにより、コンデンサC2、コンデンサC3、検出電極112およびシールド電極412の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
In step S763, the
図57に戻り、ステップS704乃至S708の処理は、図47のステップS604乃至S608の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。その後、計測処理は終了する。 Returning to FIG. 57, the processing in steps S704 to S708 is the same as the processing in steps S604 to S608 in FIG. Thereafter, the measurement process ends.
以上のようにして、静電容量計測装置601では、静電容量計測装置501と比較して、コンデンサC3およびシールド電極412の充電時間、および、コンデンサC3の放電時間を短縮することができ、その結果全体の計測時間を短縮することができる。
As described above, the
<7.第7の実施の形態>
次に、図62乃至図64を参照して、本発明の第7の実施の形態について説明する。この第7の実施の形態は、複数の電極を設けて、各電極を検出電極またはシールド電極のいずれにも使用できるようにするものである。
<7. Seventh embodiment>
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the seventh embodiment, a plurality of electrodes are provided so that each electrode can be used as either a detection electrode or a shield electrode.
[静電容量計測装置701の構成例]
図62は、本発明の第7の実施の形態である静電容量計測装置701の構成例を示す図である。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 701]
FIG. 62 is a diagram illustrating a configuration example of a
静電容量計測装置701は、マイクロコンピュータ711、抵抗R1−1乃至R1−n、コンデンサC1−1乃至C1−n、コンデンサC2−1乃至C2−n、接続端子T1−1乃至T1−n、および、電極712−1乃至712−nにより構成される。また、マイクロコンピュータ711は、ポートP1−1乃至P1−n、P2−1乃至P2−n、P3−1乃至P3−n、および、P4−1乃至P4−nを備える。
The
コンデンサC1−i(i=1〜n)は、ポートP1−iとポートP2−iの間に接続されている。抵抗R1−iは、ポートP2−iとポートP3−iの間に接続されている。コンデンサC2−iは、ポートP3−iとポートP4−iの間に接続されている。接続端子T1−iは、ポートP4−iに接続されている。電極712−iは、接続端子T1−iに着脱自在である。なお、電極712−iを、接続端子T1−iではなく、ポートP4−iに直接接続するようにしてもよい。 The capacitor C1-i (i = 1 to n) is connected between the port P1-i and the port P2-i. The resistor R1-i is connected between the port P2-i and the port P3-i. The capacitor C2-i is connected between the port P3-i and the port P4-i. The connection terminal T1-i is connected to the port P4-i. The electrode 712-i is detachable from the connection terminal T1-i. The electrode 712-i may be directly connected to the port P4-i instead of the connection terminal T1-i.
なお、以下、抵抗R1−1乃至R1−n、コンデンサC1−1乃至C1−n、コンデンサC2−1乃至C2−n、接続端子T1−1乃至T1−n、電極712−1乃至712−n、ポートP1−1乃至P1−n、P2−1乃至P2−n、P3−1乃至P3−n、および、P4−1乃至P4−nを個々に区別する必要がない場合、単に、抵抗R1、コンデンサC1、コンデンサC2、接続端子T1、電極712、ポートP1、ポートP2、ポートP3、および、ポートP4と称する。
Hereinafter, resistors R1-1 to R1-n, capacitors C1-1 to C1-n, capacitors C2-1 to C2-n, connection terminals T1-1 to T1-n, electrodes 712-1 to 712-n, When it is not necessary to individually distinguish the ports P1-1 to P1-n, P2-1 to P2-n, P3-1 to P3-n, and P4-1 to P4-n, simply the resistor R1 and the capacitor C1, capacitor C2, connection terminal T1,
[マイクロコンピュータ711の構成例]
図63は、マイクロコンピュータ711の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には、同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Microcomputer 711]
FIG. 63 is a diagram illustrating a configuration example of the
マイクロコンピュータ711は、計測部731−1乃至731−n、役割設定部732、および、同電位制御部733を含むように構成される。
The
計測部731−1乃至731−nは、それぞれ図2のマイクロコンピュータ111と同様の構成を有している。従って、計測部731−i(i=1〜n)、抵抗R1−i、コンデンサC1−i、コンデンサC2−i、および、電極712−iにより、静電容量計測装置101と同様の構成を備える1つのユニットが構成され、合計n個のユニットが、静電容量計測装置701に設けられている。
Each of the measurement units 731-1 to 731-n has the same configuration as the
なお、以下、計測部731−1乃至731−nを個々に区別する必要がない場合、単に計測部731と称する。
Hereinafter, when it is not necessary to individually distinguish the measurement units 731-1 to 731-n, they are simply referred to as
役割設定部732は、各計測部731に接続されている電極712の役割を設定する。すなわち、役割設定部732は、各電極712を、検出電極として用いるか、シールド電極として用いるかを設定する。
The
同電位制御部733は、図46の同電位制御部522と同様の機能を有しており、各電極712が同じ電圧になるように制御する。
The same
[静電容量計測装置701の処理]
次に、図64のフローチャートを参照して、静電容量計測装置701により実行される計測処理について説明する。
[Processing of Capacitance Measuring Device 701]
Next, measurement processing executed by the
ステップS901において、役割設定部732は、各電極712の役割を設定する。すなわち、役割設定部732は、ユーザ設定等に基づいて、各電極712を検出電極またはシールド電極のいずれの電極として用いるかを設定する。
In step S901, the
ステップS902乃至S909の処理は、図4のステップS1乃至S8の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。 The processing in steps S902 to S909 is the same as the processing in steps S1 to S8 in FIG.
[静電容量計測装置701の使用例]
静電容量計測装置701では、各電極の役割を切り替えることにより、静電容量を計測する位置や方向を変更することが可能である。
[Usage example of capacitance measuring device 701]
In the
例えば、車両のドアの表と裏にそれぞれ1つずつ電極712を設置しておき、ドアの表側の電極712を検出電極に設定し、裏側の電極712をシールド電極に設定することにより、ドアの裏側の影響を受けずに、ドアの表側の静電容量を計測することができる。逆に、ドアの表側の電極712をシールド電極に設定し、裏側の電極712を検出電極に設定することにより、ドアの表側の影響を受けずに、ドアの裏側の静電容量を計測することができる。
For example, by setting one
<8.第8の実施の形態>
次に、図65を参照して、本発明の第8の実施の形態について説明する。この第8の実施の形態は、2枚の電極間の静電容量を計測できるようにするものである。
<8. Eighth Embodiment>
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the eighth embodiment, the capacitance between two electrodes can be measured.
[静電容量計測装置801の構成例]
図65は、本発明の第8の実施の形態である静電容量計測装置801の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 801]
FIG. 65 is a diagram showing a configuration example of a
静電容量計測装置801は、図2の静電容量計測装置101と比較して、接続端子T2および基準電圧電極811が追加されている点が異なる。
The
接続端子T2は、基準電圧点に接続されており、基準電圧電極811は、接続端子T2に接続されている。従って、基準電圧電極811の電圧は基準電圧点の電圧に保持される。 The connection terminal T2 is connected to a reference voltage point, and the reference voltage electrode 811 is connected to the connection terminal T2. Therefore, the voltage of the reference voltage electrode 811 is held at the voltage at the reference voltage point.
これにより、検出電極112と基準電圧電極811との間に発生する静電容量を計測することができる。そして、検出電極112と基準電圧電極811とで形成される空間付近に導電帯や誘電体が存在すると、静電容量の実測値が変化する。
Thereby, the electrostatic capacitance generated between the
<9.第9の実施の形態>
次に、図66および図67を参照して、本発明の第9の実施の形態について説明する。この第9の実施の形態は、本発明を、静電容量に基づいて周囲の物体の検出(例えば、物体の有無や動き等の検出)を行う静電容量センサに適用するようにしたものである。
<9. Ninth Embodiment>
Next, with reference to FIGS. 66 and 67, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the ninth embodiment, the present invention is applied to a capacitance sensor that detects surrounding objects (for example, detection of the presence or absence of an object or movement) based on the capacitance. is there.
[静電容量センサ901の構成例]
図66は、本発明の第9の実施の形態である静電容量センサ901の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Sensor 901]
FIG. 66 is a diagram showing a configuration example of a
静電容量センサ901は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ911が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ911は、マイクロコンピュータ111と比較して、物体検出部921が設けられ、演算処理部124および出力部125が設けられていない点が異なる。
The
物体検出部921は、パラメータ計測部123により計測される静電容量パラメータに基づいて、検出電極112の周囲の物体の有無を検出する。
The
[計測静電容量センサ901の処理]
次に、図67のフローチャートを参照して、静電容量センサ901により実行される物体検出処理について説明する。
[Processing of Measurement Capacitance Sensor 901]
Next, an object detection process executed by the
ステップS1001乃至S1006において、図4のステップS1乃至S6と同様の処理が行われ、検出電極112の静電容量Cxに基づく静電容量パラメータである、コンデンサC1の充電時間tが計測される。なお、上述したように、検出電極112の静電容量Cxが大きくなるほど、充電時間tは短くなり、静電容量Cxが小さくなるほど、充電時間tは長くなる。
In steps S1001 to S1006, processing similar to that in steps S1 to S6 in FIG. 4 is performed, and the charging time t of the capacitor C1, which is a capacitance parameter based on the capacitance Cx of the
ステップS1007において、物体検出部921は、充電時間tが所定の閾値以上であるか否かを判定する。充電時間tが閾値未満であると判定された場合、すなわち、検出電極112の静電容量Cxが所定の値以上である場合、処理はステップS1008に進む。
In step S1007, the
ステップS1008において、物体検出部921は、検出電極112の周囲に物体が存在すると判定する。物体検出部921は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
In step S <b> 1008, the
一方、ステップS1007において、充電時間tが閾値以上であると判定された場合、すなわち、検出電極112の静電容量Cxが所定の値未満である場合、処理はステップS1009に進む。
On the other hand, if it is determined in step S1007 that the charging time t is greater than or equal to the threshold value, that is, if the capacitance Cx of the
ステップS1009において、物体検出部921は、検出電極112の周囲に物体が存在しないと判定する。物体検出部921は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
In step S <b> 1009, the
上述したように、静電容量パラメータの計測値は、物体103の影響をほとんど受けないため、物体103の影響をほとんど受けずに、検出電極112の周囲の物体(例えば、物体102)を確実に検出することができる。
As described above, since the measured value of the capacitance parameter is hardly affected by the
なお、他の静電容量パラメータ、例えば、上述した充電回数n、コンデンサC1の電圧Vc1、検出電極112の静電容量Cx等を用いて、物体の検出を行うようにしてもよい。
Note that the object may be detected using other capacitance parameters, for example, the number n of times of charging described above, the voltage Vc1 of the capacitor C1, the capacitance Cx of the
また、静電容量パラメータの変化に基づいて、物体の接近または遠離などの動きを検出するようにすることも可能である。 It is also possible to detect a movement of an object such as approaching or moving away based on a change in capacitance parameter.
<10.第10の実施の形態>
次に、図68および図69を参照して、本発明の第10の実施の形態について説明する。この第10の実施の形態では、物体103の電圧に応じて閾値電圧Vrefを自動設定できるようにするものである。
<10. Tenth Embodiment>
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the tenth embodiment, the threshold voltage Vref can be automatically set according to the voltage of the
[静電容量計測装置1001の構成例]
図68は、本発明の第10の実施の形態である静電容量計測装置1001の構成例を示す図である。なお、図中、図2と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
[Configuration Example of Capacitance Measuring Device 1001]
FIG. 68 is a diagram showing a configuration example of a
静電容量計測装置1001は、図2の静電容量計測装置101と比較して、マイクロコンピュータ111の代わりにマイクロコンピュータ1011が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ1011は、マイクロコンピュータ111と比較して、閾値電圧設定部1021が設けられている点が異なる。
The
閾値電圧設定部1021は、パラメータ計測部123により計測される静電容量パラメータに基づいて、閾値電圧Vrefを求め、電圧計測部121、122に設定する。
The threshold
[静電容量計測装置1001の処理]
次に、図69のフローチャートを参照して、静電容量計測装置1001により実行される閾値電圧設定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、検出電極112を実際に使用する位置に設置し、検出対象から除外したい物体103以外の物体が、検出電極112の周囲に存在しない状態で行われる。
[Processing of Capacitance Measuring Device 1001]
Next, a threshold voltage setting process executed by the
ステップS1101において、閾値電圧設定部1021は、閾値電圧Vrefを仮設定する。例えば、閾値電圧設定部1021は、電圧計測部121、122の閾値電圧Vrefを基準電圧点の電圧に設定する。
In step S1101, the threshold
ステップS1102において、図4を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップS1101において仮設定した閾値電圧Vrefを用いて静電容量が計測され、計測結果が出力部125から閾値電圧設定部1021に供給される。
In step S1102, the measurement process described above with reference to FIG. 4 is executed. That is, the capacitance is measured using the threshold voltage Vref temporarily set in step S1101, and the measurement result is supplied from the
ステップS1103において、閾値電圧設定部1021は、閾値電圧Vrefを変更する。例えば、閾値電圧設定部1021は、電圧計測部121、122の閾値電圧Vrefを所定の値だけ大きくする。
In step S1103, the threshold
ステップS1104において、図4を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップS1103において変更した閾値電圧Vrefを用いて、静電容量が計測され、計測結果が出力部125から閾値電圧設定部1021に供給される。
In step S1104, the measurement process described above with reference to FIG. 4 is executed. That is, the capacitance is measured using the threshold voltage Vref changed in step S1103, and the measurement result is supplied from the
ステップS1105において、閾値電圧設定部1021は、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少しているか否かを判定する。いまの場合、まだ計測処理が2回しか行われていないため、この処理は行われずに、処理はステップS1103に戻る。
In step S1105, the threshold
その後、ステップS1105において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定されるまで、ステップS1103乃至S1105の処理が繰り返し実行される。これにより、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Vrefが検索される。 Thereafter, in step S1105, the processes of steps S1103 to S1105 are repeatedly executed until it is determined that the current capacitance has increased from the previous time and the previous capacitance has decreased from the previous time. Thereby, the threshold voltage Vref that minimizes the measured capacitance value is searched.
一方、ステップS1105において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定された場合、処理はステップS1106に進む。 On the other hand, if it is determined in step S1105 that the current capacitance has increased from the previous time and the previous capacitance has decreased from the previous time, the process proceeds to step S1106.
ステップS1106において、閾値電圧設定部1021は、前回の閾値電圧Vrefを正式な値に設定する。すなわち、前回の閾値電圧Vrefは、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Vrefであり、検出電極112の充電時の電圧(電圧Vcc−閾値電圧Vref)が物体103の電圧に最も近くなると予想される。従って、閾値電圧設定部1021は、前回の閾値電圧Vrefを正式な値として、電圧計測部121、122に設定する。
In step S1106, the threshold
その後、閾値電圧設定処理は終了する。 Thereafter, the threshold voltage setting process ends.
このようにして、検出対象から除外したい物体103の電圧に応じて閾値電圧Vrefを自動的に設定することができる。
In this way, the threshold voltage Vref can be automatically set according to the voltage of the
なお、以上の説明では、静電容量に基づいて閾値電圧Vrefを設定する例を示したが、静電容量以外の静電容量パラメータを用いて設定するようにしてもよい。 In the above description, the threshold voltage Vref is set based on the capacitance. However, the threshold voltage Vref may be set using a capacitance parameter other than the capacitance.
<11.変形例>
以上の説明では、静電容量パラメータを計測した後、演算処理部124により検出電極112の静電容量Cxを算出する例を示したが、静電容量Cxの値を特に求める必要がない場合、この演算処理を省略するようにしてもよい。
<11. Modification>
In the above description, the example in which the capacitance Cx of the
また、可能な範囲で各実施の形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、第4乃至第10の実施の形態に、第2の実施の形態の静電容量計測装置201または第3の実施の形態の静電容量計測装置301の構成を適用することが可能である。
Moreover, you may make it combine each embodiment in the possible range. For example, the configuration of the
さらに、以上の説明では、コンデンサC1乃至C3、検出電極112、シールド電極412に電荷を供給する電荷供給部126−1,126−2に電源Vccを用いる例を示したが、他の電荷供給手段を用いるようにしてもよい。なお、以上の説明では電源電圧Vccを元に電荷量を計算して静電容量を計算していたが、各コンデンサ、検出電極112、シールド電極412に供給される電荷量がわかれば、供給された電荷量をもとに静電容量を計算できる。
Furthermore, in the above description, the example in which the power supply Vcc is used for the charge supply units 126-1 and 126-2 that supply charges to the capacitors C1 to C3, the
例えば、定電流回路を電荷供給手段として用いるようにしてもよい。この場合、定電流回路は一定の電流で電荷を供給し続けるので、所定の時間の間に供給される電荷量は一定となる。従って、所定の時間の間に供給される電荷量に基づいて静電容量を求めることができる。また、この場合、各静電容量計測装置の抵抗R1の抵抗値を小さい値に設定することができる。 For example, a constant current circuit may be used as the charge supply means. In this case, since the constant current circuit continues to supply charges with a constant current, the amount of charge supplied during a predetermined time is constant. Therefore, the capacitance can be obtained based on the amount of charge supplied during a predetermined time. In this case, the resistance value of the resistor R1 of each capacitance measuring device can be set to a small value.
また、例えば、単位時間毎に所定の条件を満たす電荷を供給する所定電荷供給回路を用いるようにしてもよい。この場合、例えば、単位時間に所定量の電荷を供給するようにすることで、供給された所定量の電荷量を基に静電容量を求めることができる。なお、この場合、マイクロコンピュータのプログラム制御により供給する電荷量を変更できるようにしてもよい。 Further, for example, a predetermined charge supply circuit that supplies charges satisfying a predetermined condition every unit time may be used. In this case, for example, by supplying a predetermined amount of charge per unit time, the capacitance can be obtained based on the supplied amount of charge. In this case, the amount of charge supplied by program control of the microcomputer may be changed.
さらに、例えば、時間間隔を空けて、繰り返し電荷を供給する間歇電荷供給回路を用いるようにしてもよい。この場合、間歇的に所定の電荷が供給されるようにすれば、供給された電荷量をもとに静電容量を求めることができる。 Further, for example, an intermittent charge supply circuit that repeatedly supplies charges with a time interval may be used. In this case, if a predetermined charge is intermittently supplied, the capacitance can be obtained based on the supplied charge amount.
なお、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、上述したマイクロコンピュータの他、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。 The series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software. When a series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed in the computer. Here, in addition to the above-described microcomputer, a computer incorporated in dedicated hardware or various types of programs can be executed by installing various programs. For example, a general-purpose personal computer Includes computers.
また、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。 The program executed by the computer may be a program that is processed in time series in the order described in this specification, or in parallel or at a necessary timing such as when a call is made. It may be a program for processing.
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Furthermore, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
101 静電容量計測装置
102,103 物体
111 マイクロコンピュータ
112 検出電極
121,122 電圧計測部
123 パラメータ計測部
124 演算処理部
141 比較器
201 静電容量計測装置
211 マイクロコンピュータ
251 静電容量計測装置
301 静電容量計測装置
311 マイクロコンピュータ
401 静電容量計測装置
411 マイクロコンピュータ
412 シールド電極
501 静電容量計測装置
511 マイクロコンピュータ
521 電圧計測部
522 同電位制御部
601 静電容量計測装置
611 マイクロコンピュータ
621 同電位制御部
701 静電容量計測装置
711 マイクロコンピュータ
712−1乃至712−n 電極
731−1乃至731−n 計測部
732 役割設定部
733 同電位制御部
801 静電容量計測装置
811 基準電圧電極
901 静電容量センサ
911 マイクロコンピュータ
921 物体検出部
1001 静電容量計測装置
1011 マイクロコンピュータ
1021 閾値電圧設定部
C1乃至C3,C1−1乃至C1−n,C2−1乃至C2−n コンデンサ
R1乃至R3,R1−1乃至R1−n,R2−1乃至R2−n 抵抗
SW1乃至SW11 スイッチ
T1,T2,T1−1乃至T1−n 接続端子
P1乃至P7,P1−1乃至P1−n,P2−1乃至P2−n,P3−1乃至P3−n,P4−1乃至P4−n ポート
DESCRIPTION OF
Claims (14)
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
前記第1の電極を接続可能な第1の接続手段と、
第1の抵抗と、
静電容量が前記第1の電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、
静電容量が前記第1の電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第2の一端に接続され、第2の一端が前記第1の接続手段に接続されている第2の蓄電器と、
第1の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第1の開閉手段と、
第1の一端が前記第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第2の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の蓄電器の第1の一端に接続されている第3の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第4の開閉手段と、
入力部が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、
前記第1乃至第4の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
を備えることを特徴とする計測装置。 In the measuring device for measuring the capacitance between the first electrode and the space around the first electrode,
Charge supply means for supplying charge;
A ground that can be connected to an external reference voltage point;
First connection means capable of connecting the first electrode;
A first resistor;
A first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the first electrode and having a first end connected to a first end of the first resistor;
A second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the first electrode, a first end connected to the second end of the first resistor, and a second end connected to the first connecting means; With a battery of
A first opening / closing means having a first end connected to a second end of the first capacitor and a second end connected to the ground;
A second opening / closing means having a first end connected to a second end of the second battery, and a second end connected to the ground;
A third opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to the first end of the first capacitor;
A fourth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third opening / closing means and a second end connected to the ground;
A first voltage measuring means having an input connected to a second end of the third opening / closing means;
And a capacitance measuring means for controlling the first to fourth opening / closing means and measuring the capacitance based on a voltage measured by the first voltage measuring means. Measuring device.
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The measuring device according to claim 1, wherein a second resistor is connected between a first end of the first capacitor and a second end of the third opening / closing means.
前記第1の開閉手段、前記第2の開閉手段、および、前記第4の開閉手段を制御して、前記第1の蓄電器、前記第2の蓄電器、および、前記第1の接続手段に接続されている前記第1の電極の電荷を放電させてから、前記第2の開閉手段および前記第3の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第2の蓄電器を充電した後、
前記第3の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器および前記第1の電極を充電してから、前記第1の開閉手段および前記第2の開閉手段を制御し、前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第2の蓄電器の電荷を前記第1の蓄電器に転送するとともに、前記第1の電極の電荷を放電する充電転送処理を1回以上実行し、
前記充電転送処理により前記第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The capacitance measuring means is
The first opening / closing means, the second opening / closing means, and the fourth opening / closing means are controlled to be connected to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. The second opening and closing means and the third opening and closing means are controlled after discharging the electric charge of the first electrode, and the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. After charging the battery,
Controlling the third opening / closing means to charge the second capacitor and the first electrode, and then controlling the first opening / closing means and the second opening / closing means to The charge of the second capacitor is transferred to the first capacitor until the voltage reaches the threshold, and the charge transfer process for discharging the charge of the first electrode is performed once or more,
The measurement device according to claim 1, wherein the capacitance is measured based on an amount of charge accumulated in the first battery by the charge transfer process.
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第2の抵抗の第2の一端に接続されている第5の開閉手段と、
第1の一端が前記第5の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第6の開閉手段と、
入力部が前記第5の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と
をさらに備え、
前記第3の開閉手段、前記第4の開閉手段、および、前記第1の電圧計測手段を備えておらず、
前記静電容量計測手段は、前記第1の開閉手段、前記第2の開閉手段、前記第5の開閉手段、および、前記第6の開閉手段を制御するとともに、前記第2の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 A second resistor having a first end connected to the first end of the second capacitor;
A fifth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the second resistor;
A sixth opening / closing means having a first end connected to a second end of the fifth opening / closing means and a second end connected to the ground;
A second voltage measuring means connected to a second end of the fifth opening / closing means;
The third opening / closing means, the fourth opening / closing means, and the first voltage measuring means are not provided,
The capacitance measuring means controls the first opening / closing means, the second opening / closing means, the fifth opening / closing means, and the sixth opening / closing means, and the second voltage measuring means The measurement device according to claim 1, wherein the capacitance is measured based on a measured voltage.
前記第1の開閉手段、前記第2の開閉手段、および、前記第6の開閉手段を制御して、前記第1の蓄電器、前記第2の蓄電器、および、前記第1の接続手段に接続されている前記第1の電極の電荷を放電させてから、前記第2の開閉手段および前記第5の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第2の蓄電器を充電した後、
前記第5の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器および前記第1の電極を充電してから、前記第1の開閉手段および前記第2の開閉手段を制御し、前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第2の蓄電器の電荷を前記第1の蓄電器に転送するとともに、前記第1の電極の電荷を放電する充電転送処理を1回以上実行し、
前記充電転送処理により前記第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項4に記載の計測装置。 The capacitance measuring means is
The first opening / closing means, the second opening / closing means, and the sixth opening / closing means are controlled to be connected to the first capacitor, the second capacitor, and the first connecting means. The second opening and closing means and the fifth opening and closing means are controlled after discharging the charge of the first electrode, and the second capacitor is controlled until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. After charging the battery,
Controlling the fifth opening / closing means to charge the second capacitor and the first electrode, and then controlling the first opening / closing means and the second opening / closing means to control the second capacitor. The charge of the second capacitor is transferred to the first capacitor until the voltage reaches the threshold, and the charge transfer process for discharging the charge of the first electrode is performed once or more,
The measurement device according to claim 4, wherein the capacitance is measured based on an amount of charge accumulated in the first capacitor by the charge transfer process.
第1の一端が前記第5の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第6の開閉手段と、
入力部が前記第5の開閉手段の第2の一端に接続されている第2の電圧計測手段と
をさらに備え、
前記静電容量計測手段は、前記第1乃至第6の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段により計測される電圧、および、前記第2の電圧計測手段に計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 A fifth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to the first end of the second battery;
A sixth opening / closing means having a first end connected to a second end of the fifth opening / closing means and a second end connected to the ground;
A second voltage measuring means connected to a second end of the fifth opening / closing means;
The capacitance measuring means controls the first to sixth opening / closing means, the voltage measured by the first voltage measuring means, and the voltage measured by the second voltage measuring means. The measurement device according to claim 1, wherein the capacitance is measured based on the measurement.
前記第1の開閉手段、第2の開閉手段、第4の開閉手段、および、第6の開閉手段を制御して、前記第1の蓄電器、前記第2の蓄電器、および、前記第1の接続手段に接続されている前記第1の電極の電荷を放電させてから、前記第2の開閉手段および前記第3の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第2の蓄電器を充電した後、
前記第5の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器および前記第1の電極を充電し、前記第1の開閉手段および前記第2の開閉手段を制御し、前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第2の蓄電器の電荷を前記第1の蓄電器に転送するとともに、前記第1の電極の電荷を放電する充電転送処理を1回以上実行し、
前記充電転送処理により前記第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項6に記載の計測装置。 The capacitance measuring means is
Controlling the first opening / closing means, the second opening / closing means, the fourth opening / closing means, and the sixth opening / closing means to control the first capacitor, the second capacitor, and the first connection After the electric charge of the first electrode connected to the discharge means is discharged, the second open / close means and the third open / close means are controlled so that the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold value. After charging the second battery until
Controlling the fifth opening and closing means to charge the second capacitor and the first electrode; controlling the first opening and closing means and the second opening and closing means; and controlling the voltage of the second capacitor Transferring the charge of the second capacitor to the first capacitor until the threshold value reaches the threshold, and performing charge transfer processing for discharging the charge of the first electrode one or more times,
The measurement device according to claim 6, wherein the capacitance is measured based on an amount of charge accumulated in the first battery by the charge transfer process.
さらに備えることを特徴とする請求項3、5または7のいずれかに記載の計測装置。 The threshold value setting means which sets the said threshold value with which the said electrostatic capacitance measured by the said electrostatic capacitance measurement means among several different said threshold values becomes the said formal threshold value further, It is characterized by the above-mentioned. 8. The measuring device according to either 5 or 7.
さらに備えることを特徴とする請求項1、4または6のいずれかに記載の計測装置。 A second connection means connected to the ground and capable of connecting a second electrode ;
Measurement apparatus according to any one of claims 1, 4 or 6, characterized in that it comprises the of et.
第3の抵抗と、
静電容量が前記第2の電極より十分大きく、第1の一端が前記第3の抵抗の第1の一端に接続され、第2の一端が前記第2の接続手段に接続されている第3の蓄電器と、
第1の一端が前記第3の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第7の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第3の抵抗の第2の一端に接続されている第8の開閉手段と、
第1の一端が前記第8の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第9の開閉手段と、
入力部が前記第8の開閉手段の第2の一端に接続されている第3の電圧計測手段と、
前記第7乃至第9の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器と前記第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項1、4または6のいずれかに記載の計測装置。 A second connecting means capable of connecting the second electrode;
A third resistor;
A third capacitor having a sufficiently larger capacitance than the second electrode, a first end connected to the first end of the third resistor, and a second end connected to the second connecting means. With a battery of
A seventh opening / closing means having a first end connected to a second end of the third capacitor and a second end connected to the ground;
An eighth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a second end of the third resistor;
A ninth opening / closing means having a first end connected to a second end of the eighth opening / closing means and a second end connected to the ground;
A third voltage measuring means having an input portion connected to a second end of the eighth opening / closing means;
2. The same potential control means for controlling the seventh to ninth opening / closing means to control the second capacitor and the third capacitor to have the same voltage. 4. The measuring device according to any one of 4 and 6.
第1の一端が前記第10の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第11の開閉手段と
をさらに備え、
前記第3の電圧計測手段は、前記第8の開閉手段ではなく、前記第10の開閉手段の第2の一端に接続され、
前記同電位制御手段は、前記第7乃至第11の開閉手段を制御して、前記第2の蓄電器と前記第3の蓄電器が同じ電圧になるように制御する
ことを特徴とする請求項10に記載の計測装置。 A tenth opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to a first end of the third battery;
An eleventh opening / closing means having a first end connected to a second end of the tenth opening / closing means and a second end connected to the ground;
The third voltage measuring means is connected to the second end of the tenth opening / closing means, not the eighth opening / closing means,
The said same electric potential control means controls the said 7th thru | or 11th opening-and-closing means, and controls so that a said 2nd electrical storage device and a said 3rd electrical storage device may become the same voltage. The measuring device described.
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
複数のユニットであって、
前記電極を接続可能な接続手段と、
第1の抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第2の一端に接続され、第2の一端が前記接続手段に接続されている第2の蓄電器と、
第1の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第1の開閉手段と、
第1の一端が前記第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第2の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の蓄電器の第1の一端に接続されている第3の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第4の開閉手段と、
入力部が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、
前記第1乃至第4の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
をそれぞれ備える複数のユニットと、
複数の前記ユニットの前記接続手段にそれぞれ接続されている複数の前記電極を、前記静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、
複数の前記電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
を備えることを特徴とする計測装置。 In a measuring device for measuring the capacitance between the electrode and the space around the electrode,
Charge supply means for supplying charge;
A ground that can be connected to an external reference voltage point;
Multiple units,
Connection means capable of connecting the electrodes;
A first resistor;
A first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode and having a first end connected to a first end of the first resistor;
A second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode, a first end connected to a second end of the first resistor, and a second end connected to the connection means;
A first opening / closing means having a first end connected to a second end of the first capacitor and a second end connected to the ground;
A second opening / closing means having a first end connected to a second end of the second battery, and a second end connected to the ground;
A third opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to the first end of the first capacitor;
A fourth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third opening / closing means and a second end connected to the ground;
A first voltage measuring means having an input connected to a second end of the third opening / closing means;
A plurality of units each controlling the first to fourth opening / closing means and each including a capacitance measuring means for measuring the capacitance based on a voltage measured by the first voltage measuring means; ,
Role setting means for setting a plurality of the electrodes respectively connected to the connection means of the plurality of units as either a detection electrode used for detecting the capacitance or a shield electrode used for shielding an electric field;
And a same potential control means for controlling the plurality of electrodes to have the same voltage.
前記電極と、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
第1の抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第1の一端に接続されている第1の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第1の一端が前記第1の抵抗の第2の一端に接続され、第2の一端が前記電極に接続されている第2の蓄電器と、
第1の一端が前記第1の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第1の開閉手段と、
第1の一端が前記第2の蓄電器の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第2の開閉手段と、
第1の一端が前記電荷供給手段に接続され、第2の一端が前記第1の蓄電器の第1の一端に接続されている第3の開閉手段と、
第1の一端が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続され、第2の一端が前記グラウンドに接続されている第4の開閉手段と、
入力部が前記第3の開閉手段の第2の一端に接続されている第1の電圧計測手段と、
前記第1乃至第4の開閉手段を制御するとともに、前記第1の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と、
前記静電容量に基づいて、前記電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段と
を備えることを特徴とする静電容量センサ。 In a capacitance sensor that detects an object based on capacitance between an electrode and a space around the electrode,
The electrode;
Charge supply means for supplying charge;
A ground that can be connected to an external reference voltage point;
A first resistor;
A first capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode and having a first end connected to a first end of the first resistor;
A second capacitor having a sufficiently larger capacitance than the electrode, a first end connected to the second end of the first resistor, and a second end connected to the electrode;
A first opening / closing means having a first end connected to a second end of the first capacitor and a second end connected to the ground;
A second opening / closing means having a first end connected to a second end of the second battery, and a second end connected to the ground;
A third opening / closing means having a first end connected to the charge supply means and a second end connected to the first end of the first capacitor;
A fourth opening / closing means having a first end connected to a second end of the third opening / closing means and a second end connected to the ground;
A first voltage measuring means having an input connected to a second end of the third opening / closing means;
A capacitance measuring means for controlling the first to fourth opening / closing means and measuring the capacitance based on a voltage measured by the first voltage measuring means;
An electrostatic capacity sensor comprising: an object detection unit configured to detect an object around the electrode based on the electrostatic capacity.
静電容量が前記電極より十分大きい第1の蓄電器、静電容量が前記電極より十分大きく、前記電極に直列に接続されている第2の蓄電器、および、前記電極を放電する放電ステップと、
前記第2の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第2の蓄電器のみを充電する第1の充電ステップと、
前記第2の蓄電器と前記電極からなる直列回路の両端に前記閾値より大きい所定の電圧を印加し、前記第2の蓄電器および前記電極を充電する第2の充電ステップと、
前記第2の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第2の蓄電器から前記第1の蓄電器に電荷を転送するとともに、前記電極の電荷を放電する電荷転送ステップと、
前記第2の充電ステップおよび前記電荷転送ステップの処理を1回以上実行することにより前記第1の蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する計測ステップと
を含む計測方法。 In the measuring method of the measuring device that measures the capacitance between the electrode and the space around the electrode,
A first capacitor having a capacitance sufficiently larger than the electrode, a second capacitor having a capacitance sufficiently larger than the electrode and connected in series to the electrode, and a discharging step of discharging the electrode;
A first charging step of charging only the second capacitor until the voltage of the second capacitor reaches a predetermined threshold;
A second charging step of applying a predetermined voltage larger than the threshold value to both ends of a series circuit including the second capacitor and the electrode, and charging the second capacitor and the electrode;
A charge transfer step of transferring charge from the second capacitor to the first capacitor until the voltage of the second capacitor reaches the threshold; and discharging the charge of the electrode;
A measurement method comprising: measuring the capacitance based on an amount of charge accumulated in the first capacitor by executing the processes of the second charging step and the charge transfer step one or more times. .
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