(57)【要約】【課題】  回路に固有の初期容量値に起因した誤差を良好に補償することを可能とする。【解決手段】  被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部１０と、このセンサ部１０の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路２０とを備えた静電容量式近接センサの出力較正方法において、被検出体の非検出時に、較正命令に基づいて回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を観測し、これを相殺する減算電圧を減算電圧発生回路２５から発生させる。減算回路２４は、減算電圧を検知信号から減算して較正後検知信号を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路とを備えた静電容量式近接センサの出力較正方法において、
前記検知信号から、前記被検出体に起因しない前記センサ部及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を減算して較正後検知信号を出力する
ようにしたことを特徴とする静電容量式近接センサの出力較正方法。
【請求項２】
被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路とを備えた静電容量式近接センサの出力較正方法において、
前記被検出体を実質的に検知していない状態で前記センサ部及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を観測し、
前記観測された検知信号を相殺する減算電圧を発生させ、
前記被検出体の検出動作時において前記検知回路から出力される検知信号から前記減算電圧を減算して較正後検知信号を出力する
ようにしたことを特徴とする静電容量式近接センサの出力較正方法。
【請求項３】
前記検知信号から、温度及び湿度の少なくとも一方による前記検知信号の変動分も減算するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量式近接センサの出力較正方法。
【請求項４】
外部から較正命令が与えられたときの検知信号を前記初期容量値に対応した検知信号として取得することを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量式近接センサの出力較正方法。
【請求項５】
被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、
このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路と、
前記被検出体に起因しない前記検知電極及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を減算電圧として発生させる減算電圧発生回路と、
前記検知回路から出力された検知信号から前記減算電圧発生回路から発生された減算電圧を減算して較正後検知信号として出力する減算回路と
を備えたことを特徴とする静電容量式近接センサ。
【請求項６】
被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、
このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路と、
前記検知信号から減算する減算電圧を発生させる減算電圧発生回路と、
前記検知信号から前記減算電圧を減算して較正後検知信号を出力する減算回路と、
この減算回路の出力をモニタする電圧モニタ回路と、
前記被検出体を実質的に検知していない状態で、前記電圧モニタ回路でモニタされた減算回路の出力に基づいて、前記被検出体に起因しない前記センサ部及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を前記減算電圧発生回路の減算電圧として設定する制御手段と
を具備したことを特徴とする静電容量式近接センサ。
【請求項７】
周囲の温度及び湿度の少なくとも一方を検出する温度・湿度センサを備え、
前記制御手段は、前記温度・湿度センサの出力に基づいて前記減算電圧を設定する
ことを特徴とする請求項６記載の静電容量式センサ。
【請求項８】
前記センサ部は、
検知電極と、
この検知電極と絶縁された接地電極と、
これら検知電極及び接地電極の間に両者から絶縁状態で配置されると共に前記検知電極と同電位に設定されるガード電極と
を備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の静電容量式近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の近接を静電容量の変化で検出する静電容量式近接センサに関し、特にその出力較正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検出物体の近接による検知電極と接地電極との間の静電容量変化を発振回路の発振周波数の変化に変換し、この発振回路の発振周波数を測定し、直線化すると共に、比較回路で所定の閾値と比較して物体の近接の有無を判別するようにした静電容量式近接センサが知られている。この種の静電容量式近接センサでは、検知電極及び接地電極からなるセンサ部と、発振回路、比較回路等の主回路部との間を接続するケーブル間で容量が発生し、これが誤差となるために、正確な検出ができなくなることがある。そこで、検知電極と接地電極との間に両者と絶縁された状態で同相シールド電極を介在させると共に、検知電極及び同相シールド電極を、シールドケーブルの芯線及び被覆線にそれぞれ接続し、主回路側では、入力バッファの入力と出力とにシールドケーブルの芯線及び被覆線をそれぞれ接続することにより、検知電極と同相シールド電極とを常に同位相、同電位状態に保持するようにした静電容量式近接センサも提案されている（特許文献１）。この近接センサによれば、シールドケーブルの芯線と被覆線との間は、常に同位相、同電位となるため、両者間での充放電は発生せず、シールドケーブルでの静電容量の影響を受けなくなる。
【特許文献１】特開平７−２９４６７号公報（段落０００６〜０００８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来の静電容量式近接センサでは、センサ部と主回路部とを接続するケーブルでの静電容量の影響は排除することができるものの、センサ部の電極容量、回路基板パターン容量、各電子部品の端子間容量、電極や電子部品の取付状態による容量等、システム全体の固有の初期容量の影響を排除することはできない。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、システム全体の固有の初期容量の影響を排除することができる静電容量式近接センサ及びその出力較正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る第１の静電容量式近接センサの出力較正方法は、被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路とを備えた静電容量式近接センサの出力較正方法において、前記検知信号から、前記被検出体に起因しない前記センサ部及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を減算して較正後検知信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る第２の静電容量式近接センサの出力較正方法は、被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路とを備えた静電容量式近接センサの出力較正方法において、前記被検出体を実質的に検知していない状態で前記センサ部及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を観測し、前記観測された検知信号を相殺する減算電圧を発生させ、前記被検出体の検出動作時において前記検知回路から出力される検知信号から前記減算電圧を減算して較正後検知信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る第１の静電容量式近接センサは、被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路と、前記被検出体に起因しない前記検知電極及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を減算電圧として発生させる減算電圧発生回路と、前記検知回路から出力された検知信号から前記減算電圧発生回路から発生された減算電圧を減算して較正後検知信号として出力する減算回路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る第２の静電容量式近接センサは、被検出体が近接することにより静電容量が変化するセンサ部と、このセンサ部の静電容量に基づく検知信号を出力する検知回路と、前記検知信号から減算する減算電圧を発生させる減算電圧発生回路と、前記検知信号から前記減算電圧を減算して較正後検知信号を出力する減算回路と、この減算回路の出力をモニタする電圧モニタ回路と、前記被検出体を実質的に検知していない状態で、前記電圧モニタ回路でモニタされた減算回路の出力に基づいて、前記被検出体に起因しない前記センサ部及び前記検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を前記減算電圧発生回路の減算電圧として設定する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の静電容量式近接センサ及びその較正方法によれば、検知信号から、被検出体に起因しないセンサ部及び検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を減算して較正後検知信号を出力するようにしたので、回路全体の初期容量値による影響を良好に排除することができる。
【００１０】
また、本発明に係る第２の静電容量式近接センサ及びその較正方法によれば、前記被検出体を実質的に検知していない状態で、被検出体に起因しないセンサ部及び検知回路を含む回路に固有の初期容量値に対応した検知信号を観測し、この観測された初期容量値に対応した検知信号を被検出体を検出した検知信号から減算して較正後検知信号を出力するようにしているので、初期容量値による影響を良好に排除することができる。
【００１１】
なお、検知信号から、温度及び湿度の少なくとも一方による前記検知信号の変動分も減算するようにすれば、回路の静的な誤差分のみならず、環境変動の影響も排除することができる。
【００１２】
また、外部から較正命令が与えられたときの検知信号を前記初期容量値に対応した検知信号として取得するようにすれば、センサ部が被検出物を実質的に検出していない任意のタイミングで較正動作を実行させることができ、センサや回路の経年変化の補正も可能になり、常に高精度の検出動作が可能になる。
【００１３】
更に、センサ部が、検知電極と、この検知電極と絶縁された接地電極と、これら検知電極及び接地電極の間に両者から絶縁状態で配置されると共に前記検知電極と同電位に設定されるガード電極とを備えたものであると、ガード電極で補償しきれなかった容量成分のみを減算電圧により補償すれば良いので、より精度の高い補償が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量式近接センサの概略構成を示す図である。
【００１６】
この近接センサは、センサ部１０と、主回路部２０とを備えて構成されている。
【００１７】
センサ部１０は、被検出物を検知可能な検知エリア内に配置され、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）、リジットプリント回路（ＲＰＣ）等により構成されたもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、又はエポキシ樹脂などの絶縁体からなる絶縁基板と、この絶縁基板上にパターン形成された銅、銅合金又はアルミニウムなどからなる電極、すなわち検知電極１１、ガード電極１２及び接地電極１３とにより構成されている。接地電極１３は、正方形又は長方形で、検知電極１１は、この接地電極１３の両辺及び他の一辺を取り囲むコの字形に形成されている。また、ガード電極１２は、検知電極１１と接地電極１３との間に両者に対して絶縁状態でコの字状に配置されている。なお、このセンサ部１０は、例えばメンブレンスイッチの一部として構成されたり、メンブレンスイッチの一部として接触センサと併用されるものでも良い。
【００１８】
主回路部２０は、次のように構成されている。検知電極１１及びガード電極１２と接続される主回路部２０側の接続端の間に、検知電極１１側を入力、ガード電極１２側を出力とするバッファ２１が接続されている。バッファ２１は、検知電極１１及びガード電極１２と主回路部２０との間を接続するシールドケーブルにおける芯線とシールド線とを常に同電位として両者の間の充放電を防止する。検知電極１１からの信号は、検知回路２２に入力されている。検知回路２２は、検知電極１１及び接地電極１３の間の静電容量に応じて周波数又はデューティー比が変化するパルス信号を出力する。このパルス信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３に入力されている。ＬＰＦ２３は、検知回路２２からのパルス信号を平滑化して検知信号を出力する。ＬＰＦ２３からの検知信号は、モニタ出力として外部に出力されると共に、減算回路２４の一方の入力端に供給されている。減算回路２４の他方の入力端には、減算電圧発生回路２５からの減算電圧を供給されている。減算電圧発生回路２５は、例えばボリューム、ＤＡコンバータ等から構成され、較正命令（出力指示値等）に基づいて減算電圧を出力する。減算回路２４は、ＬＰＦ２３から出力される検知信号から減算電圧を減算して較正後検知信号を出力する。
【００１９】
図２は、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化する検知回路２２の一例を示す回路図である。検知回路２２は、一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路２２１と、入力端に接続された静電容量の大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐoを出力するタイマー回路２２２とを備えて構成されている。
【００２０】
タイマー回路２２２は、例えば２つの比較器２２２１，２２２２と、これら比較器２２２１，２２２２の出力がそれぞれリセット端子Ｒ及びセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ回路（以下、「ＲＳ−ＦＦ」と呼ぶ）２２２３と、このＲＳ−ＦＦ２２２３の出力ＤＩＳをＬＰＦ２３に出力するバッファ２２２４と、ＲＳ−ＦＦ２２２３の出力ＤＩＳでオンオフ制御されるトランジスタ２２２５とを備えて構成されている。
【００２１】
比較器２２２２は、トリガ信号発生回路２２１から出力される図３に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖth2と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ−ＦＦ３２２３のＱ出力をセットする。このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ３２２５をオフ状態にし、検知電極１１及び接地電極１３の間を、両電極１１，１３間の静電容量Ｃ及び入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、図３に示すように、入力信号Ｖinの電位が静電容量によって決まる速度で上昇する。入力信号Ｖinが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖth1を超えたら、比較器２２２１の出力が反転してＲＳ−ＦＦ２２２３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２２２５がオン状態となって検知電極１１に蓄積された電荷がトランジスタ２２２５を介して放電される。従って、このタイマー回路２２２は、図３に示すように、検知電極１１及び接地電極１３間の静電容量に基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐoを出力する。ＬＰＦ２３は、この出力を平滑化することにより、図３に示すような、直流の検知信号Ｖoutを出力する。なお、図３中、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体近接状態を示している。
【００２２】
このように構成された本実施形態の静電容量式近接センサによれば、被検知物の検知に先立って、センサ部１０が非検知状態のときのモニタ出力を観測し、モニタ出力に応じた較正電圧を、オペレータによる手動操作又は外部の制御装置による操作で減算回路２４に供給する。これにより、被検出物の非検知状態での較正御検知検知出力を“０”にする（但し、必ずしも“０”である必要はない。）。又は、減算回路２４の出力が“０”になるようにモニタして、較正命令により減算電圧を合わせ込んでいくようにしても良い。
【００２３】
このような較正処理により、センサ部１０及び主回路部２０を構成する個々の部品やその取付状態等のバラツキに起因した静的な初期誤差があっても、この初期誤差をキャンセルして正確な測定値を得ることができる。しかも、この発明によれば、較正処理を行うために基準となる特別の部品等を使用する必要が無く、単に較正命令により減算電圧を変化させるだけの構成で良いため、回路構成が単純であるという利点がある。更に、較正命令は、いつでも入力することができるので、センサや電気回路の経年変化による静的誤差の変化があっても、任意のタイミングでこれを取得して補償処理に反映させることができる。
【００２４】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量式近接センサの構成を示す図である。
【００２５】
この実施形態では、静的な初期誤差に加えて、温度、湿度等の環境特性に起因する誤差についても補償することを可能にしている。
【００２６】
本実施形態において、主回路部３０を構成するバッファ３１、検知回路３２、ＬＰＦ３３及び減算回路３４は、先に説明した主回路部２０のバッファ２１、検知回路２２、ＬＰＦ２３及び減算回路２４と同様の構成であるため、これらの詳しい説明は割愛する。
【００２７】
この実施形態では、センサ部１０の動作環境における温度及び湿度を検出する温度・湿度センサ３６が設けられ、減算電圧発生回路３５は、温度・湿度センサ３６の検出値を１つのパラメータとして入力している。減算電圧発生回路３５は、例えばボリューム、ＤＡコンバータ、定電圧源等から構成され、制御・出力回路３７からの制御信号と、温度・湿度センサ３６の検知値とにより減算電圧を生成し、減算回路３４に供給する。減算回路３４の出力は、電圧モニタ回路３８に入力されている。電圧モニタ回路３８は、例えばＡＤコンバータ等からなり、減算回路３４の出力をディジタル値に変換する。制御・出力回路３７は、例えばＣＰＵ、プログラマブル・ロジック等から構成され、外部から較正命令を入力すると、電圧モニタ回路３８から出力されるモニタ出力と温度・湿度センサ３６の検出値とから、静的な初期誤差と温度・湿度等の環境誤差とを補償するための補償値を生成し、減算電圧発生回路３５に出力する。
【００２８】
このように構成された第２の実施形態に係る静電容量式近接センサによれば、被検出物の非検知状態において、較正命令を入力することにより、静的な初期誤差及び環境誤差を含めた誤差成分を測定値からキャンセルための較正処理が実現でき、また、通常動作時には、較正処理で求められた減算電圧が測定値から相殺されると共に、較正時からの温度変動及び湿度変動に起因する動的誤差についても、温度・湿度センサ３６からの検出値を減算出力発生回路３５がダイレクトに入力することにより、キャンセルことができる。
【００２９】
この実施形態においても、較正命令の入力により、いつでも較正処理が可能であるから、センサや電気回路の経年変化による静的誤差の変動に対しても、定期的な較正命令の入力により、常に較正可能である。
【００３０】
なお、以上の実施形態では、センサ部１０にガード電極１２を用いたが、センサ部にガード電極を用いない場合にも、本願発明が適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電容量式近接センサの概略構成を示す回路図である。
【図２】同近接センサの検知回路の一構成例を示す回路図である。
【図３】同近接センサの動作波形図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る静電容量式近接センサの概略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…センサ部、１１…検知電極、１２…ガード電極、１３…接地電極、２０，３０…主回路部、２１，３１…バッファ、２２，３２…検知回路、２３，３３…ＬＰＦ、２４，３４…減算回路、２５，３５…減算電圧発生回路、３６…温度・湿度センサ、３７…制御・出力回路、３８…電圧モニタ回路。
【図１】
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【図２】
2006177838.tif 000004
【図３】
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【図４】
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