(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地部に対向配置される電極と、前記電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路とを備えた静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診断装置であって、
前記接地部に対向配置される電極と前記接地部の間に備えられた補助電極と、
この補助電極を前記検出回路に接続させると共に、前記補助電極を模擬侵入体として動作させるための模擬信号を供給する模擬信号供給部と、
あらかじめ設定された幅の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記模擬信号により前記検出回路から出力される出力信号の幅と、前記比較信号の幅とを比較する比較判定部と、
前記比較の結果、前記出力信号の幅が前記比較信号の幅よりも短い場合に、または前記模擬信号により前記検出回路から出力される出力信号が出てこない場合に、エラー信号を出力するエラー信号出力部とを備えていることを特徴とする自己診断装置。
【請求項２】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
金属物体と非金属物体とが混在した状態で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、
前記搬送される物体群を挟むように接地部に対向して電極が配置されており、前記電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、混在した物体群の中から金属物体を選別可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項３】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
比誘電率の異なる複数の物体が混在した状態で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、
前記搬送される物体群を挟むように接地部に対向して電極が配置されており、前記電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、混在した物体群の中から特定の比誘電率を有する物体を選別可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項４】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
車両の前側又は後側に電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記電極と前記接地部の間の人又は物体の存在を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項５】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
プローブ本体を備え、
このプローブ本体の先端部に電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、土中等に存在する特定物体を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項６】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
開閉可能なシャッターを備え、
このシャッターの端部に電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記電極と前記接地部の間の人又は物体の存在を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項７】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
建造物内の室内に電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記室内における人の存在を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項８】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
接地部に対向配置される電極と、前記電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路とを備え、
前記検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記電極と前記接地部の間に進入してきた物体の進入量を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項９】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
建造物の出入口部に電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記出入口部からの人又は物体の侵入を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項１０】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
トイレの便器の近傍に電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記便器の前の人の存在を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【請求項１１】
請求項１の自己診断装置により自己診断される静電容量式検出装置であって、
駅のホームにおける線路の近傍に前記電極が配置されており、
前記電極と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路は、前記電極と接地部との間に配置される自己診断のための補助電極に接続されると共に、前記線路上又は線路近傍における人の存在を検出可能に構成されていることを特徴とする静電容量式検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量式のセンサーを備えた静電容量式検出装置及びこの静電容量式検出装置のための自己診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
センサーを用いた検出装置は各種知られている。例えば、生産機械等に人の手が近づいたか否かを検出する安全装置に光センサーが用いられている。光センサーは非接触での検出が可能であると言う利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光センサーでは検出エリアが狭いため、検出エリアを広げようとすると、数多くの光センサーを必要としコスト的に問題があった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、検出エリアを十分確保することができる非接触のセンサーを用いた検出装置およびこの検出装置のための自己診断装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る静電容量式検出装置は、
接地部に対向配置される電極と、
前記電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回路とを備えたことを特徴とするものである。
【０００５】
この検出装置に用いられるセンサーは、電極と接地部の間の静電容量の変化を検出するものである。電極と接地部の間に、人や物体が侵入すると静電容量が変化するので、これを検出回路により検出することにより、人や物体の侵入等を検出することができる。つまり、非接触式のセンサーである。また、電極と接地部の大きさを十分にとることにより、容易に検出エリアを拡大することができる。その結果、検出エリアを十分確保することができる非接触のセンサーを用いた検出装置を提供することができる。
【０００６】
本発明の第１の好適な実施形態として、金属物体と非金属物体とが混在した状態で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、
前記搬送される物体群を挟むように前記接地部に対向して前記電極が配置されており、前記検出回路は、混在した物体群の中から金属物体を選別可能に構成されているものがあげられる。
【０００７】
たとえば、搬送コンベア等の搬送手段に、アルミ缶（金属物体）や、ビン、ペットボトル（非金属物体）とを混在した状態で搬送させ、これらを、電極と接地部の間を通過させることにより、アルミ缶のみを選別することが可能である。これは、アルミ缶の比誘電率が他の非金属物体とは異なっているという性質に基づくものである。これにより、ごみの分別を確実に行うことができる。
【０００８】
本発明の第２の実施形態として、比誘電率の異なる複数の物体が混在した状態で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、
前記搬送される物体群を挟むように前記接地部に対向して前記電極が配置されており、前記検出回路は、混在した物体群の中から特定の比誘電率を有する物体を選別可能に構成されているものがあげられる。
【０００９】
第１の実施形態の変形例であるが、材質が異なると比誘電率も異なると言う性質に着目したものである。これにより、金属の分別のみならず、多種類の樹脂材料が混在したものから、特定の樹脂材料のみを分別することが可能となる。これにより、ごみの分別のみならず、例えば、その他多種の用途に応用できる静電容量式検出装置とすることができる。
【００１０】
本発明の第３の実施形態として、車両の前側又は後側に前記電極が配置されており、前記検出回路は、前記電極と前記接地部の間の人又は物体の存在を検出可能に構成されているものがあげられる。
【００１１】
この構成によると、車両（自動車、トラック、バス、電車等）の前側や後側を人や物体（小動物等）が横切るのを検出することができ、事故を未然に防止することができる。特に、車両の運転手の視界に入らないような人や物体を検出するような場合に効果がある。また、車両を駐車場や車庫に入れる場合に、壁面等の検出を行い、車両の車体と壁面等との衝突を未然に防止することができる。
【００１２】
本発明の第４の実施形態として、プローブ本体を備え、このプローブ本体の先端部に前記電極が配置されており、前記検出回路は、土中等に存在する特定物体を検出可能に構成されているものがあげられる。
この構成によると、例えば、土中に存在する地雷の検出等を行うことができる。
【００１３】
本発明の第５の実施形態として、開閉可能なシャッターを備え、このシャッターの端部に前記電極が配置されており、前記検出回路は、前記電極と前記接地部の間の人又は物体の存在を検出可能に構成されているものがあげられる。
【００１４】
この構成によると、シャッター（駐車場の入口や建造物の入口等に設けられている。）の端部に電極が配置されており、このシャッターを閉めるときに、シャッターの端部と床面や地面や路面等の間に存在する人や物体の存在を検出することができる。これにより、シャッターの間に人や物体が挟まれてしまうと言う事故を未然に防止することができる。
【００１５】
本発明の第６の実施形態として、建造物内の室内に前記電極が配置されており、前記検出回路は、前記室内における人の存在を検出可能に構成されているものがあげられる。
【００１６】
例えば、住居の各室内の床面に電極を配置し、その電極の周辺の床面を接地部とする。これにより、各室内において、どの部屋に人が存在しているかを検出することができる。１人暮らしの老人が住居に住んでいるような場合には、監視センターにて、現在どの部屋に人がいるかを監視しておき、たとえば、同じ部屋に長時間滞在しているような状況が検出された場合には、何らかの異常が発生したものとして、ただちに対策を講じることが可能になる。
【００１７】
本発明の第７の実施形態として、前記検出回路は、前記電極と前記接地部の間に進入してきた物体の進入量を検出可能に構成されているものがあげられる。
【００１８】
この構成は、電極と接地部の間に侵入してきた導体等の物体の進入量を検出するものであり、物体の進入量により静電容量の変化量が異なるために、検出回路により進入量を求めることができる。この静電容量式検出装置は、位置センサーとして用いることが可能であり、さまざまな用途に使用可能である。
【００１９】
本発明の第８の実施形態として、建造物の出入口部に電極が配置されており、前記検出回路は、前記出入口部からの人又は物体の侵入を検出可能に構成されているものがあげられる。
【００２０】
この構成によると、建造物のベランダ、扉、窓等の出入口部から侵入してくる泥棒や強盗の侵入を確実に検出することができる。人の比誘電率は、空気の比誘電率よりも大きいために、容易に検出することが可能である。また、建造物の外部との出入口部だけではなく、室内のドア等の出入口部にも応用可能である。
【００２１】
本発明の第９の実施形態として、トイレの便器の近傍に前記電極が配置されており、前記検出回路は、前記便器の前の人の存在を検出可能に構成されているものがあげられる。
【００２２】
この構成によると、トイレに人が入ってきて便器の前に立った状態になると、静電容量の変化により人を検出する。この場合の用途として、例えば、１人暮らしの老人がいる場合に、トイレに人が入ってきたことを監視センターにおいて検出すると共に、トイレに入っている時間も監視できる。そして、トイレに入っている時間が通常よりも長いと判断された場合には、何らかの異常が発生したものとして対応措置を迅速に取ることができる。または、便器の前に人が入ってきたことや、人が去ったことを検出して自動的に水を流すような構成を採用することも可能である。
【００２３】
本発明の第１０の実施形態として、駅のホームにおける線路の近傍に前記電極が配置されており、前記検出回路は、前記線路上又は線路近傍における人の存在を検出可能に構成されているものがあげられる。
この構成によると、駅のホームから人が落下してしまったことを検出することができるので、人身事故を未然に防止することができる。
【００２４】
本発明に係る自己診断装置は、上記いずれかの静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診断装置であって、
接地部に対向配置される電極を備えた静電容量センサーと、
自己診断を行うために、前記静電容量センサーを作動させるための模擬信号を供給する模擬信号供給部と、
あらかじめ設定された幅の比較信号を出力する比較信号出力部と、
前記模擬信号により前記静電容量センサーから出力されるセンサー出力信号の幅と、前記比較信号の幅とを比較する比較判定部と、
前記比較の結果、前記センサー出力信号の幅が前記比較信号の幅よりも短い場合に、エラー信号を出力するエラー信号出力部とを備えていることを特徴とするものである。
【００２５】
上記構成による作用・効果は次の通りである。
（１）静電容量センサーを作動させるための模擬信号を供給する。これは、例えば、電極と接地部の間に補助電極を設けておき、この補助電極を模擬信号により動作させることにより、物体や人体が電極と接地部の間に挿入したのと同じような状態を創出することができる。あるいは、電極と接地部の間に模擬物体を挿入するような構成にしても良い。
（２）静電容量センサーからは、上記模擬信号によりある幅を有するセンサー出力信号が出力される。
（３）一方、模擬信号の供給に関連して設定された幅の比較信号を出力させる。
（４）比較信号の幅とセンサー出力信号の幅とを比較する。
（５）センサー出力信号の幅が比較信号の幅よりも短い場合には、エラー信号を出力する。
【００２６】
これは、静電容量センサー等が正常であれば、所定幅以上の幅を有するセンサー出力信号が出力されるはず、と言う技術思想に基づくものである。比較信号の幅よりも短い場合とは、もちろん、センサー出力信号がまったく出力されないような場合も含まれる。以上のような、センサー出力信号の幅でもってエラーか否かを判定することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、静電容量センサーを用いた静電容量式検出装置の検出原理を説明する図である。図１（ａ）において、電極１０と、圧延装置の圧延ロール１３とが向かい合うように配置されている。また、圧延ロール１３は接地されている。この電極１０と圧延ロール１３の間の領域が検知領域であり、人の手の侵入等を検出する。電極１０の裏側、すなわち検知領域とは反対側にはガード板１１が比較的小さな間隔でもって電極１０に対して平行に配置されている。ガード板１１は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の良導体からなり、電極１０の全面を完全に覆うことのできる寸法形状を有している。以上のように構成された電極１０と接地された圧延ロール１３との間で、静電容量結合を生じ、この間に人体の一部が入ることにより、この静電容量が変化することになる。
【００２８】
以上のように構成された静電容量センサーにより静電容量の変化を検出するため、検出回路４２に接続されている。すなわち、電極１０は、同軸ケーブル１２の中心導体により検出回路４２の入力端子Ｐ１に接続し、ガード板１１は、同軸ケーブル１２のシールドにより検出回路４２の入力端子Ｐ２に接続されている。検出回路４２は、いわゆるインピーダンスブリッジを用いたもので（図１（ｂ）の原理図を参照）、４辺ブリッジのうち、２辺に測定電源ｅ１，ｅ２が接続されている。また、４辺ブリッジのうち１辺は電極１０と圧延ロール１３により構成される静電容量となっており、残る１辺には平衡静電容量ＣＢが設けられている。測定電源ｅ１，ｅ２の間の端子Ｐ２と接地部との間に出力アンプ１４が設けられている。また、自己診断を行うための補助電極４０が設けられており、スイッチ４１はこの補助電極４０を機能させるためのものである。これについては後述する。
【００２９】
ガード板１１を設けているのは、次の理由による。つまり、電極１０と圧延ロール１３の間が本来の検出領域であるが、実際には、電気力線が電極１０の裏側（検出領域とは反対側）から圧延ロール１３（接地部）にも伸びているため、本来の検出領域の外にも電界が形成されている。そうすると、電極１０の裏側を人や物体が通過することによっても静電容量が変化するため、これが誤検出の原因となってしまう。そこで、上記のごとくガード板１１を設けることにより、電極１０の裏側には電界が形成されなくなり、誤検出を防止することができる。
【００３０】
＜等価回路＞
図２に示す回路は、図１に示す検出回路４２を電極１０と圧延ロール１３で構成される静電容量やその他の部分での静電容量を含めた形で示した等価回路である。この図において、Ｃｏは、電極１０と圧延ロール１３により規定される静電容量を示し、Ｃ１は、同軸ケーブル１２の中心導体とシールドの間の静電容量を示す。また、符号Ｚｅ１，Ｚｅ２は夫々測定電源ｅ１，ｅ２の内部インピーダンスであり、符号Ｚｉは出力アンプ１４の内部インピーダンスである。
【００３１】
ここで、図２に示す回路の動作を説明する。電極１０と圧延ロール１３の間に空気のみが存在する状態で測定電源ｅ１，ｅ２を投入すると、電源ｅ１から静電容量Ｃ１を通って流れる電流は、測定電源ｅ１の電圧がＺｅ１×ｉ１よりも十分に大きい場合には、インピーダンスＺｉにはほとんど流れず無視できる。また、静電容量Ｃｏを通って流れる電流は、静電容量Ｃ１とインピーダンスＺｉに分かれる。このとき、１／（ωＣ１）がＺｉよりも十分に大きい場合、電流ｉ１のほとんどがインピーダンスＺｉに流れる。電圧ｅ１とｅ２が同一電圧で、測定電源ｅ２から、静電容量ＣＢを通って流れる電流ｉ２は、電流ｉ１に等しく位相差が１８０゜とした場合、インピーダンスＺｉの電流はゼロとなる。いま、電極１０と圧延ロール１３との間に接地された誘電体が入りこむと、誘電体の比誘電率に応じた量だけＣｏが増加する。この増加分をΔＣとすると、電流ｉ１は、ｅ１ωΔＣだけ増加し、インピーダンスＺｉに電流が流れ、信号として出力される。また、誘電体が接地されておらず、いわゆるフローティングの場合でも静電容量Ｃｏが増加し、Ｚｉに同様に電流が流れる。
【００３２】
このように図２に示す回路では、電極１０とガード板１１との間で構成される静電容量や同軸ケーブルの静電容量、その他の外乱の影響を受けにくく、電極１０と圧延ロール１３の間の静電容量の変化を正確に検出することが可能である。なお、図中ΔＣ’は、後述するように補助電極４０を動作させた場合の、静電容量の変化分を示している。
【００３３】
＜応用例１＞
本発明に係る静電容量式検出装置を種々の産業分野に応用した例を説明する。以下説明する各応用例においては、基本的に電極１０の配置のみを示す。
【００３４】
図３は、ベルトコンベア２０により搬送されるアルミ缶（スチール缶でも可）Ｋをビン・ペットボトルＢから分別するための装置である。アルミの比誘電率がビンやペットボトルの比誘電率とは異なると言う原理に基づくものである。搬送されるアルミ缶等の物体の上方に、電極１０が配置されている。また、ベルトコンベア２０は接地されている。電極１０と接地部の間にアルミ缶Ｋが来たことが検出されると、シリンダ２１を作動させて、アルミ缶Ｋを回収用器２２に回収する。図３の例では、搬送経路の上方に電極１０が配置されているが、搬送経路の左側や右側に電極１０を配置するようにしても良い。また、床面を接地部としても良い。
【００３５】
その他の変形例として、逆にビンやペットボトルのみを分別して回収するようにしても良い。いろいろな種類の素材が混在した状態で、ベルトコンベアに搭載されて搬送される場合に、特定の素材のみを分別できるような検出装置にすることができる。図３の例では、金属と非金属とを分別するものであったが、非金属の中でも特定の非金属素材のみを分別できるように構成することもできる。例えば、テフロンの比誘電率は２．０、ＰＥＴの比誘電率は３．１〜３．２、軟質塩化ビニルの比誘電率は５．０〜９．０であることから、これらの比誘電率の違いに着目して、特定の樹脂のみを分別できるような検出装置を構成することもできる。
【００３６】
＜応用例２＞
図４は、自動車の前部と後部のバンパーに電極１０を配置した例である。路面が接地部となる。これにより、電極１０の近傍に小さな子供がいた場合にこれを検出することができる。とくに、運転席からの視界からは見えないような領域における人や物体の検出には有効である。また、駐車場や車庫に自動車をバックで入れるような場合にも、運転席の視界からは見えにくいような障害物、壁面等の接近を検出することができ、自動車と上記障害物や壁面との衝突を未然に防止することができる。
車両として、自動車に限定されず、トラックやバスや電車などにも応用できるものである。
【００３７】
＜応用例３＞
図５は、地雷検出器に応用した例であり、プローブ本体２３の先端部に電極１０が配置されている。土中に地雷２４（特定物体に相当する。）が存在すると、電極１０と接地部（大地）により構成される静電容量が変化するので、地雷の存在を探索して検出することができる。
【００３８】
その他の変形例として、多種類のごみが混在したごみ捨て場から、特定の種類の金属や樹脂を探索する場合にも応用できる。また、土中ではなく、コンクリート内や水面下における特定物体の探索にも応用できる。
【００３９】
＜応用例４＞
図６は、駐車場や建造物の出入口や倉庫のシャッターに応用した例であり、シャッター２５の下端部に電極１０が配置されている。シャッター２５を閉めたときにシャッター２５の下端部が当接する路面、床面等が接地部を構成する。これにより、シャッター２５の下端部と路面・床面等の間の人や物体の存在を検出することができ、人や物体がシャッター２５と路面等の間に挟まれることによる事故を防止することができる。
【００４０】
＜応用例５＞
図７は、建造物（住居、ビル等）内の各室内の床面に電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを配置した例である。天井面や壁面を接地部として構成する。これにより、各室内において、どの部屋に人が存在しているかを検出することができる。１人暮らしの老人が住居に住んでいるような場合には、監視センターにて、現在どの部屋に人がいるかを監視しておき、たとえば、同じ部屋に長時間滞在しているような状況が検出された場合には、何らかの異常が発生したものとして、ただちに対策を講じることが可能になる。
【００４１】
また、建造物が美術館とか博物館のような場合、夜間における泥棒等の侵入を検出できるようにして、展示物の盗難を防止することができる。また、金庫が保管されているような部屋に電極を設置することで、貴重品の盗難を防止することができる。
【００４２】
＜応用例６＞
図８は、電極１０と接地部である壁面２８との間に導体２９等の物体が侵入してきたことを検出する装置である。導体２９の進入量により静電容量の変化量も異なる。よって、この変化を検出することにより導体２９の位置を検出することができるので、図８の装置は位置センサーとして各種産業分野に応用することができる。
【００４３】
＜応用例７＞
図９は、建造物の出入口にあたるベランダの手すり部３０の上側に電極１０を配置した例である。ベランダの床面が接地部として構成される。電極１０の配置としては、ベランダの天井面や手すり部の側面部に配置しても良い。これにより、泥棒の侵入を検出することができる。部屋の中に居住者がいる場合には、検出回路を不作動状態にし、居住者が就寝したり、外出したりするときに検出回路を作動状態にしておく。また、検出回路を監視センターに接続しておき常時モニターしておくことも可能である。電極は、露出させておくのではなく、カバー部材等により保護しておくのが好ましい。
【００４４】
ベランダのほかに玄関の入口、窓、門、煙突等の出入口部に設けても良い。また、エレベータの扉（出入口部に相当する。）に設けても良い。家の中の、特定の部屋の出入口（ドア等）に設けても良い。図１０は、玄関３１に設けた例である。玄関３１のドアの外側に電極１０を設けることにより、玄関３１の前に人が存在していることを検出することができる。これにより、呼び鈴が押されなくても、室内の居住者は訪問者が来たことを知ることができる。また、玄関３１の内側に電極１０を設けることにより、外部から人が入ってきたことを検出することができ、室内の照明を自動点灯させたり、警報を鳴らしたりすることができる。図１０の場合は、電極１０を玄関３１の幅方向に沿って細長にしておき、その電極１０の周辺の床面を接地部とする。この電極１０を人がまたぐことにより、静電容量が変化する。
【００４５】
＜応用例８＞
図１１は、トイレの便器３２の上方に電極１０を配置した例である。接地部としては床面で構成することができる。人が便器３２の前に立ったことや、便器３２の前から立ち去ったことを検出して水を流したりすることができる。トイレについては、駅の構内や建物室内や住居等、特に限定されるものではない。その他の用途として、例えば、１人暮らしの老人がいるような場合に、トイレに人が入ってきたことを監視センターにおいて検出すると共に、トイレに入っている時間も監視する。そして、トイレに入っている時間が通常よりも長いと判断された場合には、何らかの異常が発生したものとして対応策を取ることができる。病院や施設におけるトイレにおいては特に必要性が高いものである。電極１０は、壁面の内部に埋め込んでおけば美観を損なわないので好ましい。
【００４６】
＜応用例９＞
図１２は、駅のホーム３３の線路に面した壁面部（線路の近傍に相当する。）に電極１０を配置した例である。検出回路により、線路上や線路の近くの人の存在を検出することができる。これにより、人身事故を未然に防止することができる。
【００４７】
＜自己診断装置＞
次に、本発明に係る静電容量センサーを用いた検出装置の自己診断装置について説明する。図１３は、静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診断回路を示すシーケンス図であり、このシーケンスは、マイクロプロセッサ・プログラマブル・コントローラ、パーソナルコンピュータ等、電気制御できる部品、装置で構成できる。図１４は図１３のシーケンス図に対応したタイムチャート及び補助電極駆動部を示す図である。この自己診断装置は、電極１０に対向するように補助電極４０を設置し、これを、後述する模擬信号発生用リレーＲ２（図１のスイッチ４１に相当する。）により、定期的にスイッチングさせ、所望の検知ができるか否かをチェックするものである。
【００４８】
図１３において、自己診断を行う周期を設定するための周期タイマーＴ１とこの周期タイマーＴ１のＢ接点とが直列接続され、周期タイマーＴ１と並列接続された模擬信号を出力させるための模擬信号タイマーＴ２と、同じく周期タイマーＴ１と並列接続された自己診断を行う時間を設定するための自己診断タイマーＴ３とが設けられている。
【００４９】
静電容量センサーの作動によりＯＮされるＳＷと直列にセンサー出力リレーＲ１が接続される。つまり、ＳＷのＯＮによりセンサー出力リレーＲ１が励磁される（ＯＮとなる。）。センサー出力リレーＲ１がＯＮになる時間は、センサー出力信号の幅 (図１４のｒ１，ｒ２，ｒ３参照) に相当する。
模擬信号タイマーＴ２のＢ接点と模擬信号発生用リレーＲ２とが直列接続される。つまり、模擬信号タイマーＴ２により設定される時間ｔ２だけセンサーを作動させるための模擬信号を発生させる (図１４参照) 。
自己診断タイマーＴ３のＢ接点と自己診断信号出力用リレーＲ３とが直列接続される。これにより、自己診断タイマーＴ３により設定される時間ｔ３は、自己診断を行う時間として設定される。時間ｔ３は、センサー出力信号の幅の大きさを考慮して、これをカバーできるように設定される。
【００５０】
センサー出力リレーＲ１のＡ接点と幅判定タイマーＴ４とが直列接続される。幅判定タイマーＴ４は、あらかじめ設定された幅を有する比較信号を出力するために設けられ、この比較信号の幅とセンサー出力信号との幅を比較することにより、静電容量センサー等にエラーが発生しているか否かを判定する。
【００５１】
幅判定タイマーＴ４のＡ接点と幅判定用リレーＲ４とが直列接続されている。そして、この幅判定用リレーＲ４により、幅判定タイマーＴ４により設定された時間ｔ４だけ比較信号を出力する (図１４参照) 。
幅判定用リレーＲ４のＡ接点と、センサー出力リレーＲ１のＡ接点と、模擬信号発生用リレーＲ２のＢ接点と、正常信号発生用リレーＲ５とが直列接続され、かつ、幅判定用リレーＲ４のＡ接点及びセンサー出力リレーＲ１のＡ接点と、正常信号発生用リレーＲ５のＡ接点とが並列接続される。つまり、リレーＲ１，Ｒ４のＯＮとリレーＲ２のＯＦＦによりリレーＲ５がＯＮとなる。
【００５２】
自己診断信号出力用リレーＲ３のＡ接点と、エラー信号発生用リレーＲ６とが直列接続される。また、リレーＲ３と正常信号発生用リレーＲ５のＡ接点とは並列接続されている。
正常検知信号発生用リレーＲ７と、自己診断信号出力用リレーＲ３のＢ接点と、センサー出力リレーＲ１のＡ接点とが直列接続されている。また、リレーＲ３のＡ接点もリレーＲ７と直列接続されている。
【００５３】
＜自己診断回路のタイムチャート＞
図１４（ｂ）は、電極１０を備えた静電容量センサを用いた自己診断装置の概略模式図である。模擬人体（又は、模擬物体）として機能する補助電極４０が模擬信号発生用リレーＲ２の接点を介して検出回路に接続されている。自己診断回路５は、図１３に示されるシーケンス図に基づいて構成される。静電容量センサーは、電極１０と接地部の間の静電容量が物体あるいは人の進入により変化することを検出し、これにより警報信号を出力したり所定の動作をさせたりする。つまり、補助電極４０を動作させて、物体や人が電極１０と接地部の間に進入してきたのと同じ状態を強制的に作り出すことにより、静電容量センサーの自己診断を行うことができる。
【００５４】
そのため、模擬信号発生用リレーＲ２により、図１４（ａ）に示すような模擬信号（Ｒ２）を自己診断回路５から周期的に発生させる。周期はｔ１で示され、これは周期タイマーＴ１により設定される。模擬信号（Ｒ２）の幅はｔ２で示されており、これは模擬信号発生用リレーＲ２により設定される。図１４（ａ）では、説明の便宜上３周期分を示し、第１周期目はセンサーからの出力が正常であった場合、第２周期目はセンサーからの出力が異常（出力信号幅が小さい）であった場合、第３周期目はセンサーからの出力が異常（出力信号がなし）であった場合をそれぞれ示している。
【００５５】
＜正常な場合＞
模擬信号（Ｒ２）により、補助電極４０がフローティング状態となり、電極１０と接地部の間に静電容量の変化が起こる（図２のΔＣ’に相当する。）。これを検出回路により検出し、センサー出力リレーＲ１により出力信号（Ｒ１）が出力される。図１４にも示すように、模擬信号（Ｒ２）と出力信号（Ｒ１）とはΔｔの時間ずれがあるが、これはＡ／Ｄ変換器による変換遅れ等が原因によるものであり、実際は数１０ｍｓｅｃ程度のわずかの量である。（図１４は誇張して描かれている。）センサー等が正常であれば、出力信号（Ｒ１）は、幅ｔｒ１のパルス状信号となる。
【００５６】
出力信号（Ｒ２）と同時に幅判定用リレーＲ４による比較信号（Ｒ４）が出力される。比較信号（Ｒ４）の幅は、幅判定タイマーＴ４によりｔ４になるように設定されている。なお、比較信号（Ｒ４）は通常Ｈレベル（ＯＮ）であり、Ｌレベル（ＯＦＦ）がアクティブとなる。そして、幅判定時間ｔ４が経過した時点で、出力信号（Ｒ２）がＬレベル、かつ、比較信号（Ｒ４）がＨレベル、かつ、出力信号（Ｒ１）がＨレベルであれば、正常信号発生用リレーＲ５をＯＮにし、Ｈレベルの正常信号（Ｒ５）を発生させる。つまり、比較信号（Ｒ４）の幅ｔ４よりも出力信号（Ｒ１）の幅ｔｒ１が大きければ、センサー等は正常であると判定される。出力信号（Ｒ１）は幅ｔｒ１に相当する時間が経過するとＬレベルに変化するが、リレーＲ５のＡ接点によりリレーＲ５は自己保持されるので、正常信号（Ｒ５）はそのままＨレベルの状態で保持される。次の周期において模擬信号（Ｒ２）が立ち上がることにより、自己保持が解除される（図１３参照）。
【００５７】
エラー信号発生用リレーＲ６は、自己診断の結果センサー等にエラーが発生するとＬレベルのエラー信号（Ｒ６）を出力するためのものであるが、自己診断を行う期間を設定する自己診断信号（Ｒ３）が発生している間は、エラー信号を出力せず、自己診断期間が経過した後もＨレベルの正常信号（Ｒ５）が出力されておればエラー信号（Ｒ６）を出力しないようになっている（図１４参照）。
【００５８】
正常検知信号発生用リレーＲ７は、自己診断を行わない通常の使用状態において、Ｌレベルの正常検知信号（Ｒ７）を出力する。リレーＲ７は、自己診断信号出力用リレーＲ３のＡ接点と直列接続されているので、自己診断期間中はＬレベルの正常検知信号（Ｒ７）を出力しない。図１４のように、ｒ２で示されるような出力信号（Ｒ１）があった場合に、正常検知信号（Ｒ７）がＬレベルとなる。
【００５９】
図示はしていないが、エラー信号（Ｒ６）が出力された場合には、警報を出してオペレータに知らせるようにする。また、正常検知信号（Ｒ７）が出力された場合も警報を出すようにする。
【００６０】
＜異常な場合＞
次に、静電容量センサー等に異常があり、出力信号（Ｒ１）の幅がｔｒ３のように小さかったとする。この幅ｔｒ３は、設定された比較信号ｔ４の幅よりも小さい。従って、自己診断期間ｔ４が経過した時はすでにリレーＲ１がＯＦＦになっており、その結果正常信号発生用リレーＲ５をＯＮさせない。したがって、正常信号（Ｒ５）が出力されない。また、リレーＲ５がＯＮされないから自己診断期間ｔ３を経過すると、エラー信号発生用リレーＲ６はＯＦＦになる。つまり、Ｌレベルのエラー信号（Ｒ６）を発生する。
静電容量センサーに異常があり、まったく出力信号Ｒ１が出てこない場合も、幅が小さい場合と同じような結果となる。
【００６１】
以上のように、リレーＲ２とタイマーＴ２は模擬信号供給部として機能し、
リレーＲ４とタイマーＴ４は比較信号出力部として機能し、
リレーＲ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５は比較判定部として機能し、
リレーＲ３，Ｒ５，Ｒ６は、エラー信号出力部として機能し、
タイマーＴ３とリレーＲ３とは自己診断信号出力部として機能する。
【００６２】
以上のように、本発明による静電容量式検出装置は、さまざまな産業分野において利用することができ、さらに自己診断機能を持たせることにより付加価値の高い装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電容量センサーを用いた静電容量式検出装置の検出原理を説明する図
【図２】図１の検出回路の詳細（等価回路）を示す図
【図３】本発明をアルミ缶の分別に用いた応用例
【図４】本発明を自動車のバンパーに用いた応用例
【図５】本発明を地雷検出器に用いた応用例
【図６】本発明をシャッターに用いた応用例
【図７】本発明を室内の床面に用いた応用例
【図８】本発明を位置センサーとして用いた応用例
【図９】本発明を建造物のベランダに用いた応用例
【図１０】本発明を玄関に用いた応用例
【図１１】本発明をトイレの便器に用いた応用例
【図１２】本発明を駅のホームに用いた応用例
【図１３】静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診断回路を示すシーケンス図
【図１４】図１３のシーケンス図に対応したタイムチャート及び補助電極駆動部を示す図
【符号の説明】
１０    電極
Ｃｏ    静電容量
ΔＣ    静電容量の変化分
ｅ１    測定電源
ｅ２    測定電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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