(57)【要約】【目的】  移動体と位置検出装置とは非接触でかつ移動体構造は自由でリニアな位置を検出する。【構成】  電極の静電容量変化を捉えてスイッチのＯＮ／ＯＦＦを確立する静電容量型デジタル式パネル装置で、切り替えスイッチ回路を搭載し、一つの発振回路に対し順番にスイッチとして機能する電極を接続させる事で、電極間の不要な相互干渉を削減して近接して多くの電極を設ける事が可能なものにおいて、ＰＥＴシート上に電極を等間隔に直線的に多数配置したものの上を容量変化を起こす誘電体を組み込んだ構造物をスライドさせる事で、構造物の位置を特定する静電容量型デジタル式パネル位置検出装置。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の静電容量変化を捉えてスイッチのＯＮ／ＯＦＦを確立する静電容量型デジタル式パネル装置であって、切り替えスイッチ回路を搭載し、一つの発振回路に対し順番にスイッチとして機能する電極を接続させ、電極間の不要な相互干渉を削減し、近接して多くの電極を設けた静電容量型デジタル式パネル装置において、ＰＥＴシート上に電極を等間隔に設け直線的に多数配置したものの上を、容量変化を起こす誘電体を組み込んだ構造物をスライドさせる事で、構造物の位置を特定することを特徴とする静電容量型デジタル式パネル位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力方式に静電容量結合方式を採用したデジタル式パネル装置を用いることで、例えばプリンター等の用紙ガイドの移動で用紙サイズを検出する場合などに、簡易的だが確実な移動体の位置情報を出力する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば用紙幅合わせ機構に連動する可変抵抗器の抵抗値変化に応じて変化する出力電圧を信号として制御装置に送る事で位置を特定するものや、移動体の位置に応じて開閉のいずれかの状態をとる複数のスイッチで位置を特定するものが知られている。
【特許文献１】特開平０６−１４４６３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記、従来の方式では、可変抵抗器と移動体の接続構造、複数のスイッチを使用する場合はその配置構造等で構造が複雑になる。また可変抵抗器の摩耗等の耐久性も考慮した設計が必要となる。
そこで本発明では、移動体と位置検出装置とは非接触でかつ移動体構造は自由でリニアな位置を検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、位置検出を行いたい移動体の任意の部分に容量変化を起こす誘電体、例えば金属棒等を組み込み、組み込んだ誘電体の移動経路に接触しない近傍に静電容量型デジタル式パネルを配置する。パネル上には容量変化を検出する電極を複数配置し個別に容量変化が起きているかを検出する為と相互干渉を避けるために、常に動作している発振回路と電極の間に切り替えスイッチ回路を設け、ＣＰＵが静電容量変化を測定する時間だけスイッチ電極と発振回路を接続し、各電極の発振周波数の変化をスイッチとしてのＯＮ／ＯＦＦと判断し、ＯＮとなる電極の位置が移動体の位置であることを特定できる装置を提案するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、スイッチ電極切り替え回路によりスイッチ電極一つだけを発振回路と接続していく事で、発信信号の相互干渉を低減した上で、誘電体の幅とスイッチ電極の形や配置との構成で、移動体の構造に対する制約を少なくし安価に、検出における摩耗が無いので耐久性の高い位置検出が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の構成は、図１、図２の移動構造体４に組み込まれた容量変化を与える誘電体２と電極パネル３と制御部９から構成されている。容量変化を与える誘電体２は例えば金属の棒を使用する。電極パネル３には、例えばＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜で図３に示す様に等間隔に複数のスイッチ電極１と配線パターン５を印刷した電極フィルムで、その電極フィルムをアクリル板等に張り付けた構造になっている。
【０００７】
誘電体２は移動位置検出の分解能の幅以下とし、同じくスイッチ電極１は位置検出の分解能の幅以下で、図４に示す様に誘電体２とスイッチ電極１は平行となるように、配置し配線パターン５で制御部９のスイッチ電極切り替え回路６へ接続される。制御部９はスイッチ電極を切り替えて、発振回路に接続するためのスイッチ電極切り替え回路６と、周波数が可変出来る発振回路７、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能と、スイッチ電極切り替え回路を制御するＩ／Ｏ端子と、制御プログラムと書き換え可能なメモリが内蔵されたＣＰＵ８で構成する。
【０００８】
この静電容量型デジタル式パネルの位置検出の動作原理を、図１及び図２、図４に沿って説明する。
まず制御プログラムで指定したスイッチ電極１と発振回路７を接続させるために、ＣＰＵ８のＩ／Ｏ端子よりスイッチ電極切り替え回路６に対し制御信号を出力する。このスイッチ電極切り替え回路６は、ＣＰＵ８のＩ／Ｏ端子より制御信号に１（出力されたデジタル値１をハイレベルと記載）を出力すればスイッチ電極と発振回路を接続し、制御信号に０（出力されたデジタル値０をローレベルと記載）を出力すればスイッチ電極はＧＮＤ端子に接続する機能を有している。
【０００９】
制御プログラムに従いＣＰＵはＩ／Ｏ端子より制御信号を出力し、スイッチ電極１の１番目からスイッチ電極１のｎ番目まで、切り替え発振回路７を通してカウンターにて発振周波数を測定し、各スイッチ電極１の定常発信周波数としてＣＰＵ８に内蔵されたメモリに記憶する。
実際に誘電体２がスイッチ電極１の上に近づくと、スイッチ電極１の静電容量が増加する。それは、スイッチ電極１に誘電体２が近づくと静電誘導現象が発生し、静電容量が増加する。発振回路７は、増加した静電容量の変化を検知し、容量の増加に追従して発信周波数が変化する。
【００１０】
制御部９では、ＣＰＵ８に内蔵されたインプットキャプチャの機能を利用して得られたカウンター値より発振周波数を測定する。ＣＰＵ８は、Ｉ／Ｏ端子よりスイッチ電極切り替え回路６を制御し、スイッチ電極１の１番目からスイッチ電極１のｎ番目まで順番に発信周波数を測定する。今回測定した発信周波数と、最初にメモリに記憶しておいた個々のスイッチ電極１の定常発信周波数を比較する。図４に示す状態ではスイッチ電極１の２番目からスイッチ電極１のｎ番目には周波数に変化がなく、誘電体２が近づいたスイッチ電極１の１だけが周波数が低下している。
【００１１】
この原理に基づき、スイッチ電極１の周波数が低下したものがスイッチＯＮと判断でき、
スイッチ電極１の何番目がＯＮとなったかで場所が確定できる。この時、誘電体２の幅を検出したい位置の分解能の幅と同じにし、検出したい位置の分解能の間隔で配置したスイッチ電極を半分の幅とすれば、誘電体２がどこの場所でもスイッチ電極１がＯＮとなり、図４で示す位置の場合は一つのスイッチ電極１がＯＮとなり、図５に示す位置では二つのスイッチ電極１がＯＮとなる。制御部９のＣＰＵ８ではスイッチ電極１が一つＯＮの場合はスイッチ電極１の配置間隔での位置が特定出来、二つＯＮの場合はその間にあることが判断出来るので、スイッチ電極１の配置間隔の倍の分解能で位置が特定出来る。
また、図６に示す様な屈折したスイッチ電極１や図８に示す様に交互に配置したものを用いれば、スイッチ電極１同士を接触させることなく誘電体２の幅は容量変化を与える面積が確保出来る範囲で、例えば長手方法を伸ばす等の対応で分解能の幅より小さくしてもスイッチ電極１の一つを確実にＯＮとする事が出来、移動体への組み込みをより簡易に出来る。
【実施例１】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて説明する。移動構造体４の移動位置を１４ｍｍの範囲で１ｍｍの単位で検出したい場合、２ｍｍ幅の誘電体２を移動構造体４の任意の位置に組み込み、スイッチ電極１の幅を１ｍｍ、隙間を１ｍｍとして図３に示すように等間隔に８個のスイッチ電極１を配置した電極パネル３を用意する。そして誘電体２の移動方向とスイッチ電極１の配置が水平になるような近傍に電極パネル３を配置する。電極パネル３と制御部９は配線パターン５で接続する。図４において、左端からのスイッチ電極１を１番とし右端を８番とする。ＣＰＵ８はスイッチ電極１の１番から８番を順番に選択するために、３本の制御信号それぞれを０又は１にする組み合わせで８通りの選択を、スイッチ電極１の配置順に相当するパターンでスイッチ電極切り替え回路６を制御し、発振回路７へ接続する。
【００１３】
次に発振回路７は、例えば図６に示すような５５５（タイマー）で一般的なＣ−ＭＯＳタイプのタイマーＩＣである。発振周波数の計算式はメーカーのデータシートより提示されており、ｆ＝１．４４／（Ｒ１＋２×Ｒ２）×Ｃ１で定数を代入すると求めることが出来き、一般的なＣＰＵで測定可能な１００ｋＨｚ程度の発振周波数とする場合は、抵抗Ｒ１＝１ｋΩ、Ｒ２＝６８ｋΩ、Ｃ１＝１００ｐＦでマルチバイブレーターモードで発振する回路を構成する。ここでスイッチ電極切り替え回路６にて接続されるスイッチ電極１はＣ２のコンデンサとして、数ｐＦのコンデンサを並列に接続した負荷容量となる。
次にＣ３のコンデンサは、スイッチ電極１上に誘電体２がある場合の容量変化分に相当する等価容量用のコンデンサを表している。通常０．１ｐＦ程度静電容量が増加する。
【００１４】
実際の発振では、Ｃ３のコンデンサは誘電体２が上に無い場合は無いものとなりＣ１とＣ２を並列接続した容量での発振周波数となり、誘電体２が上にある場合はＣ１とＣ２とＣ３の並列接続となる容量での発振周波数となり、前記発振周波数より減少する。
この変化をＣＰＵ８のカウンターにて常時測定してスイッチ電極１の発信周波数が減少する値の例としては７０％の値を閾値として定め、それ以上減少したらＯＮと判断する。
【００１５】
ここで、例えば図４に示す位置に誘電体２がある場合はスイッチ電極１のＯＮの場所は１、一つで一番目なので０ｍｍの位置と特定できる。誘電体２を右に移動させて２が一つＯＮとなった場合は２ｍｍの位置、以後ｎ番目のスイッチ電極１が一つＯＮとなった場合は（ｎ−１）×２ｍｍの位置と特定出来る。次に図５に示す位置に誘電体２がある場合は２と３番目のスイッチ電極の二つがＯＮとなる。この場合には２ｍｍと４ｍｍの間になるので３ｍｍと特定出来る。以後ｎ番目と（ｎ＋１）番目の二つがＯＮとなる場合は（ｎ−１）＋ｎで計算される位置と特定出来る。
【００１６】
さらに、図７に示すような屈曲したスイッチ電極１０でスイッチ電極１０同士は接触しないが、屈曲以上の長さを持った誘電体１１を用意すれば誘電体１１の幅を小さくしても隙間なく確実にスイッチ電極１０上に誘電体１０が存在する事になり、スイッチ電極１０がＯＮとなるので、位置が特定出来る。また、スイッチ電極間の隙間を埋める為には図８で示す様に交互にスイッチ電極を配置しても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】位置検出構造のシステム構成例図
【図２】制御部のブロック図
【図３】スイッチ電極の構成図
【図４】スイッチ電極と誘電体位置概略図
【図５】スイッチ電極と誘電体位置概略図
【図６】スイッチ電極の構成図
【図７】スイッチ電極と誘電体位置概略図
【図８】スイッチ電極の構成図
【図９】発振回路例概略図
【符号の説明】
【００１８】
１  スイッチ電極
２  誘電体
３  電極パネル
４  移動構造体
５  配線パターン
６  スイッチ切り替え回路
７  発振回路
８  ＣＰＵ
９  制御部
１０  スイッチ電極
１１  誘電体（細）
【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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