(57)【要約】【課題】  センサの静電容量を高い線形性で検出することができる静電容量検出装置を提供する。【解決手段】  静電容量検出装置２０は、外部からの入力に応じて静電容量が変化するセンサ素子５の静電容量を検出する。静電容量検出装置２０は、所定周波数のキャリア電圧の印加によってセンサ素子５から出力される電流信号であるセンサ出力を整流する整流部３２と、整流部３２が出力する整流信号に含まれるキャリア電圧の周波数の信号成分を除去するローパスフィルタ部３３と、ローパスフィルタ部３３の出力を電圧信号に変換して静電容量の検出結果として出力する電流電圧変換部３４と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置であって、
所定周波数のキャリア電圧の印加によって前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力を整流する整流部と、
前記整流部が出力する整流信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数の信号成分を除去するローパスフィルタ部と、
前記ローパスフィルタ部の出力を電圧信号に変換して前記静電容量の検出結果として出力する電流電圧変換部と、を備えている
静電容量検出装置。
【請求項２】
前記静電容量型センサと前記整流部との間に設けられ、前記センサ出力に含まれる前記キャリア電圧の周波数よりも低い周波数の信号成分を除去するハイパスフィルタ部をさらに備え、
前記整流部には、前記ハイパスフィルタ部の出力が前記センサ出力として与えられる
請求項１に記載の静電容量検出装置。
【請求項３】
前記ハイパスフィルタ部は、前記静電容量型センサと前記整流部との間に接続された容量素子と、一端が前記静電容量型センサと前記容量素子との間に接続された抵抗素子と、を含む
請求項２に記載の静電容量検出装置。
【請求項４】
前記整流部は、前記ハイパスフィルタに接続された第１ダイオードと、順方向が前記第１ダイオードと反対方向とされて前記ハイパスフィルタに接続された第２ダイオードと、を含み、
前記ハイパスフィルタ部は、
前記抵抗素子の他端と接地との間に接続された第３ダイオードと、
順方向が前記第３ダイオードと反対方向とされて前記抵抗素子の他端と接地との間に接続された第４ダイオードと、をさらに含む
請求項３に記載の静電容量検出装置。
【請求項５】
前記第１ダイオード、前記第２ダイオード、前記第３ダイオード、及び前記第４ダイオードは、一つのパッケージ内に収容されている
請求項４に記載の静電容量検出装置。
【請求項６】
外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサと、前記静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置と、を備えたセンサ装置であって、
前記静電容量検出装置は、
所定周波数のキャリア電圧の印加に応じて前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力を整流する整流部と、
前記整流部が出力する整流信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数の信号成分を除去するローパスフィルタ部と、
前記ローパスフィルタ部の出力を電圧信号に変換して前記静電容量の検出結果として出力する電流電圧変換部と、を備えている
センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量検出装置、及びセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電容量型のセンサ装置には、外部入力に応じて静電容量が変化する容量素子によって構成される静電容量型センサと、この静電容量型センサの静電容量を検出し出力する静電容量検出装置とを備えているものがある。
例えば、特許文献１に記載の静電容量検出装置は、所定周期の矩形波を静電容量型センサに印加するための電圧印加素子と、矩形波の印加によって前記センサが出力するセンサ出力を整流する整流器と、整流器の出力を電圧信号として取り出すための検出抵抗とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３２６０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、生体表面に張り付けて当該生体表面の変形を検出することができるシート状の静電容量型センサの静電容量を、上記静電容量検出装置で検出する場合、簡易な構成で生体表面の変形を精度良く検出するために、生体表面の変形状態を表すセンサの静電容量を高い線形性で検出することが求められる。
【０００５】
図８は、従来の静電容量検出装置の一例を示す回路図である。図８中、静電容量検出装置１００は、静電容量型のセンサ１０１と、センサ１０１に所定周期の矩形波を印加する電圧素子１０２と、整流器１０３と、整流器１０３の出力を電圧として取り出すための検出抵抗１０４と、信号の平滑化を図る容量素子１０５と、検出抵抗１０４の両端電圧を増幅して出力する増幅器１０６とを備えている。
静電容量検出装置１００は、検出抵抗１０４の両端電圧（を増幅した信号）を検出結果として出力するように構成されている。
【０００６】
ここで、検出抵抗１０４は、センサ１０１と直列に接続されているため、検出抵抗１０４の両端電圧は、電圧素子１０２による電圧をセンサ１０１との間で分圧した電圧となる。
静電容量検出装置１００では、センサ１０１の静電容量が大きいほど検出抵抗１０４を流れる電流が大きくなるので、検出抵抗１０４の両端電圧が高くなる。すると、これに伴って、センサ１０１の両端電圧が低下する。
つまり、センサ１０１の静電容量が増加して検出抵抗１０４の両端電圧が高くなればなるほど、センサ１０１に対する印加電圧が低下し、センサ１０１からの電流が減少して検出抵抗１０４の両端電圧を低下させる方向に働く。
【０００７】
このため、センサ１０１の静電容量が増加すれば、検出抵抗１０４の両端電圧はそれに応じて高くなる一方、センサ１０１に対する印加電圧が低下し、センサ１０１からの電流が減少することで、センサ１０１の静電容量の増分に対して検出抵抗１０４の両端電圧の増分が小さくなる。
この結果、センサ１０１の静電容量が比較的小さいときと、比較的大きいときとで、センサ１０１の静電容量の増分に対する検出抵抗１０４の両端電圧の増分が異なることとなり、センサ１０１の静電容量を検出する際の線形性が低下してしまう。
【０００８】
検出した静電容量の線形性の低下に対して、例えば、検出抵抗１０４の抵抗値をより小さく設定すれば、検出抵抗１０４に流れる電流が増加したとしても当該検出抵抗１０４の両端電圧値を抑えることができ、センサ１０１に対する印加電圧の低下を抑制することで、センサ１０１の静電容量をより高い線形性で検出することができる。
しかし、この場合、検出抵抗１０４の両端電圧が小さくなり、検出抵抗１０４の直後に増幅器を設けたり、後段の増幅器１０５の増幅率をより高めたりといった必要性が生じるため好ましくない。
【０００９】
このような従来の静電容量検出装置を、生体表面の変形を検出するためのシート状の静電容量センサに用いた場合、センサの静電容量と、静電容量検出装置の出力との間の線形性が低いため、生体表面の変形の検出を適切に行うことができない。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、センサの静電容量を高い線形性で検出することができる静電容量検出装置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】
【００１１】
（１）本発明は、外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置であって、所定周波数のキャリア電圧の印加によって前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力を整流する整流部と、前記整流部が出力する整流信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数の信号成分を除去するローパスフィルタ部と、前記ローパスフィルタ部の出力を電圧信号に変換して前記静電容量の検出結果として出力する電流電圧変換部と、を備えている。
【００１２】
上記のように構成された静電容量検出装置によれば、電流電圧変換部がローパスフィルタ部の出力を、電圧信号に変換して静電容量の検出結果として出力するので、電流電圧変換部よりも前段においてはセンサ出力に基づく信号を電流信号として処理することができる。
このため、ローパスフィルタ部は、前段から与えられる信号を電流信号として処理することができる。よって、ローパスフィルタ部において前段から与えられる信号を電圧信号として処理する場合と比較して、当該ローパスフィルタ部に含まれる抵抗素子の抵抗値を小さく設定することができる。
この結果、静電容量型センサからセンサ出力が出力されたときにおける静電容量型センサに対する印加電圧の低下を抑制することができ、静電容量型センサの静電容量を高い線形性で検出することができる。
【００１３】
（２）上記静電容量検出装置において、前記静電容量型センサと前記整流部との間に設けられ、前記センサ出力に含まれる前記キャリア電圧の周波数よりも低い周波数の信号成分を除去するハイパスフィルタ部をさらに備え、前記整流部には、前記ハイパスフィルタ部の出力が前記センサ出力として与えられることが好ましい。
この場合、整流前の信号であるセンサ出力に、キャリア電圧の周波数よりも低い周波数の信号成分を除去するハイパスフィルタ部を通過させることができ、当該センサ出力に重畳して現れる商用電源等に起因するノイズを除去することができる。
【００１４】
（３）また、上記静電容量検出装置において、前記ハイパスフィルタ部は、前記静電容量型センサと前記整流部との間に接続された容量素子と、一端が前記静電容量型センサと前記容量素子との間に接続された抵抗素子と、を含んでいることが好ましい。
この場合、電流電圧変換部よりも前段に設けられたハイパスフィルタ部では整流部から与えられる整流信号を電流信号として処理することができる。このため、ハイパスフィルタ部の抵抗素子について、静電容量型センサに対する印加電圧の低下を抑制できる程度に抵抗値を小さくすることができる。これにより、静電容量型センサの静電容量を検出する際の線形性を維持しつつ、ハイパスフィルタ部を簡易な構成とすることができる。
【００１５】
（４）また、上記静電容量検出装置において、前記整流部は、前記ハイパスフィルタに接続された第１ダイオードと、順方向が前記第１ダイオードと反対方向とされて前記ハイパスフィルタに接続された第２ダイオードと、を含み、前記ハイパスフィルタ部は、前記抵抗素子の他端と接地との間に接続された第３ダイオードと、順方向が前記第３ダイオードと反対方向とされて前記抵抗素子の他端と接地との間に接続された第４ダイオードと、をさらに含むことが好ましい。
ハイパスフィルタ部の抵抗素子は、その他端がそのまま接地されると、ハイパスフィルタ部の容量素子が第１ダイオード及び第２ダイオードに直列に接続されているため、第１ダイオード及び第２ダイオードの順電圧によってハイパスフィルタ部の容量素子に分流される高周波成分の電流と、抵抗素子に分流される低周波成分の電流とが異なってしまい、ハイパスフィルタ部の出力としての本来の電流とは異なる電流が整流部へ与えられることがある。これにより、静電容量型センサの静電容量を検出する際の線形性が低下してしまうおそれがある。
この点、本構成では、ハイパスフィルタ部が上記第３ダイオードと第４ダイオードとをさらに備えることで、ハイパスフィルタ部の抵抗素子に流れる電流をハイパスフィルタ部の容量素子に流れる電流に近づけるように補正することができる。
この結果、静電容量型センサの静電容量を検出する際の線形性をより高めることができる。
【００１６】
（５）また、上記静電容量検出装置において、前記第１ダイオード、前記第２ダイオード、前記第３ダイオード、及び前記第４ダイオードは、一つのパッケージ内に収容されていてもよい。
この場合、温度等の環境に起因して各ダイオードの特性に差が生じるのを抑制することができる。
【００１７】
（６）また、本発明に係るセンサ装置は、外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサと、前記静電容量型センサの静電容量を検出する静電容量検出装置と、を備えたセンサ装置であって、前記静電容量検出装置は、所定周波数のキャリア電圧の印加に応じて前記静電容量型センサから出力される電流信号であるセンサ出力を整流する整流部と、前記整流部が出力する整流信号に含まれる前記キャリア電圧の周波数の信号成分を除去するローパスフィルタ部と、前記ローパスフィルタ部の出力を電圧信号に変換して前記静電容量の検出結果として出力する電流電圧変換部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサの静電容量を高い線形性で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係るセンサ装置を含む測定システムを示す図である。
【図２】センサ装置の一部拡大図である。
【図３】（ａ）は、センサ素子の一例を示す斜視図、（ｂ）は、図３（ａ）中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】静電容量検出装置の構成の一例を示す回路図である。
【図５】変形例に係る静電容量検出装置の構成を示す回路図である。
【図６】（ａ）は、実施例品及び比較例品における、測定対象の静電容量と、電圧信号の電圧の測定値との関係を示したグラフ、（ｂ）は、（ａ）の線図における、測定対象の静電容量と、傾きとの関係を示したグラフである。
【図７】第１実施例品及び第２実施例品における、測定対象の静電容量と、電圧信号の電圧の測定値との関係を示したグラフである。
【図８】従来の静電容量検出装置の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔センサ装置について〕
図１は、一実施形態に係るセンサ装置を含む測定システムを示す図であり、図２は、センサ装置の一部拡大図である。
図１に示す測定システムは、生体表面等の測定対象の変形状態を測定するためのシステムであり、測定対象の変形状態を検出するためのセンサ装置１と、センサ装置１に対して電力を供給するとともにセンサ装置１の出力を受け付け、測定対象の変形状態の測定結果を示す測定データを生成するデータ処理装置２と、測定データを管理し表示するコンピュータ３とを備えている。
【００２１】
センサ装置１は、全体が帯状に形成されており、生体表面等の測定対象に張り付けられることで、測定対象の変形状態を検出する。センサ装置１は、ケーブル４によってデータ処理装置２に接続されており、ケーブル４を通じて検出結果を出力する。また、センサ装置１は、ケーブル４を通じてデータ処理装置２から動作に必要な電力の供給を受ける。
センサ装置１は、生体表面等の測定対象物の変形状態を検出するためのセンサ素子５と、リジッド基板６とを備えている。
【００２２】
図３（ａ）は、センサ素子５の一例を示す斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。
センサ素子５は、面方向に伸縮可能とされており、帯状に形成された容量素子を構成している。
【００２３】
センサ素子５は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、伸縮性を有する帯状の誘電層７と、誘電層７の表面に積層された第１電極層８と、誘電層７の裏面に積層された第２電極層９と、第１電極層８に繋がるとともにセンサ素子５の一端側で露出している第１配線１０と、第２電極層９に繋がるとともにセンサ素子５の一端側で露出している第２配線１１とを備える。なお、以下の説明では、各層において、図３（ｂ）の紙面上側の面を表面、紙面下側の面を裏面という。
【００２４】
誘電層７は、伸縮変形が可能な誘電体によって形成されており、例えば、ウレタンゴム等のエラストマーを含むエラストマー組成物からなる。より具体的に、上記エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
また、誘電層７の厚さは、必要な静電容量や、伸縮性、検出感度を考慮して設定される。より具体的に誘電層７の平均厚さは、１０〜１０００μｍが好ましく、３０〜２００μｍがより好ましい。
【００２５】
第１電極層８、第２電極層９、第１配線１０及び第２配線１１は、いずれもカーボンナノチューブ等の導電材料を含む導電性組成物からなる。より具体的に、上記導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、導電性高分子等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
上記導電材料としては、カーボンナノチューブが好ましい。誘電層の変形に追従して変形する電極層の形成に適しているからである。
上記導電性組成物は、上記導電材料以外に、例えば、導電材料のつなぎ材料として機能するバインダー成分や各種添加剤を含有しても良い。
上記添加剤としては、例えば、導電材料のための分散剤、バインダー成分のための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、更には着色剤等が挙げられる。
【００２６】
第１電極層８の表面には、第１電極層８を覆う表側保護層１２が形成されている。また、第２電極層９の裏面には、第２電極層９を覆う裏側保護層１３が形成されている。表側保護層１２及び裏側保護層１３はいずれも誘電層７と同一のエラストマー組成物からなる。
第１電極層８及び第２電極層９は、上記導電性組成物により形成されることで、電極として機能する。
【００２７】
第１電極層８と第２電極層９とは、平面視においてほぼ同一の矩形状に形成されており、第１電極層８と第２電極層９との間に誘電層７が介在している。誘電層７は、第１電極層８及び第２電極層９のほぼ全面に亘って介在している。
これにより、第１電極層８、第２電極層９、及び第１電極層８及び第２電極層９に介在する誘電層７は、容量素子を構成している。つまり、センサ素子５は、第１電極層８、第２電極層９、及び誘電層７を備えることで、容量素子を構成している。
【００２８】
センサ素子５において、誘電層７は面方向に伸縮可能である。また、誘電層７が変形した際には、その変形に追従して第１電極層８及び第２電極層９、並びに、表側保護層１２及び裏側保護層１３も変形する。
よって、センサ素子５が変形し誘電層７も変形すると、誘電層７の面方向の変形に追従して両電極層８，９の面積が変化し、センサ素子５（に含まれる第１電極層８、第２電極層９、及び誘電層７による容量素子）の静電容量が変化する。
すなわち、センサ素子５の静電容量は、センサ素子５の変形量（電極層の面積変化）と相関をもって変化する。よって、センサ素子５の静電容量が、センサ素子５の変形状態を示している。
【００２９】
センサ素子５は、その静電容量が当該センサ素子５の変形に応じて変化するという特性を利用して、例えば、人体の関節部分といった生体表面等の表面が変形する測定対象の表面に張り付けられて用いられる。これによって、測定対象の表面が変形すると、センサ素子５は測定対象の変形に応じて変形する。
センサ素子５は、測定対象の表面と同じように変形することで測定対象からの入力を受け付け、測定対象の変形状態を示す情報を静電容量として出力するように構成される。
つまり、センサ素子５は、外部からの入力に応じて静電容量が変化する静電容量型センサを構成している。
【００３０】
リジッド基板６は、図２に示すように、センサ素子５の一端側に接続されている。リジッド基板６は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等によって矩形状に形成されている。リジッド基板６と、センサ素子５とは、非伸縮性シート１５によって接続されている。非伸縮性シート１５は、センサ素子５の裏面に接着固定されるとともに、リジッド基板６の裏面に接着固定されている。これによって、非伸縮性シート１５は、リジッド基板６と、センサ素子５とを接続している。なお、センサ素子５の裏面における非伸縮性シート１５の接着面は、センサ素子５が面方向への伸縮を阻害しないように、表面に第１配線１０及び第２配線１１が設けられている位置に対応する位置とされている。
【００３１】
リジッド基板６の表面には、静電容量検出装置２０と、発振回路２１とが実装されている。静電容量検出装置２０は、センサ素子５の静電容量を検出する機能を有している。発振回路２１は、キャリア電圧を生成しセンサ素子５に印加する機能を有している。これら静電容量検出装置２０及び発振回路２１については、後に説明する。
【００３２】
また、リジッド基板６の表面には、センサ素子５を静電容量検出装置２０に接続するための第１端子２５と、センサ素子５を発振回路２１に接続するための第２端子２６が設けられている。さらに、リジッド基板６の表面には、ケーブル４と、静電容量検出装置２０及び発振回路２１を接続するためのケーブル用端子２７が設けられている。
【００３３】
第１端子２５には、導電性接着剤層２５ａによって第１配線１０が接続される。第２端子２６には、導電性接着剤層２６ａによって第２配線１１が接続される。第１配線１０及び第２配線１１のいずれか一方が静電容量検出装置２０に接続され、他方が発振回路２１に接続される。よって、センサ素子５の第１配線１０が静電容量検出装置２０に接続され、センサ素子５の第２配線１１が発振回路２１に接続される。
【００３４】
また、ケーブル用端子２７には、半田接続によってケーブル４から延びるリード線４ａが接続される。
これによって、静電容量検出装置２０及び発振回路２１は、センサ素子５に接続されるとともに、データ処理装置２に接続される。
【００３５】
静電容量検出装置２０は、センサ素子５の静電容量の検出結果をケーブル４を通じてデータ処理装置２へ与える。
また、静電容量検出装置２０及び発振回路２１は、ケーブル４を通じてデータ処理装置２から動作に必要な電力の供給を受ける。
【００３６】
なお、静電容量検出装置２０及び発振回路２１は、図１に示すように、外部環境から当該静電容量検出装置２０を保護するための封止材２９で被覆されている。
【００３７】
〔静電容量検出装置の回路構成について〕
図４は、静電容量検出装置２０の構成の一例を示す回路図である。
図４中、センサ素子５の一端（第２配線１１）には、発振回路２１が接続されている。また、センサ素子５の他端（第１配線１０）には、静電容量検出装置２０が接続されている。
発振回路２１は、所定周波数の矩形波を生成し、生成した矩形波をキャリア電圧としてセンサ素子５に印加する機能を有する。なお本実施形態において、発振回路２１は、周波数が５ｋＨｚの矩形波を発振する。
【００３８】
容量素子を構成するセンサ素子５は、発振回路２１が生成したキャリア電圧が印加されると、このキャリア電圧の印加により、センサ素子５の静電容量に応じた電流信号であるセンサ出力を出力する。
キャリア電圧の印加によってセンサ素子５が出力するセンサ出力は、キャリア電圧の周波数の信号成分を含んでおり、その振幅がセンサ素子５の静電容量を示している。つまり、センサ出力の包絡線がセンサ素子５の静電容量の変化を示している。
このように、センサ出力は、センサ素子５の静電容量を示す信号成分がキャリア電圧の周波数の信号で変調された信号として出力される。
センサ素子５のセンサ出力は、静電容量検出装置２０に与えられる。
【００３９】
静電容量検出装置２０は、ハイパスフィルタ部３１と、整流部３２と、ローパスフィルタ部３３と、電流電圧変換部３４とを備えている。
ハイパスフィルタ部３１は、センサ素子５と、整流部３２との間に設けられており、センサ素子５からのセンサ出力が与えられる。
ハイパスフィルタ部３１は、容量素子３１ａと、抵抗素子３１ｂと、容量素子３１ｃと、抵抗素子３１ｄとを備えており、２次のハイパスフィルタを構成している。
【００４０】
また、ハイパスフィルタ部３１は、さらに、抵抗素子３１ｂ及び抵抗素子３１ｄと、接地との間に第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２を備えている。これら第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２については、後に説明する。
【００４１】
ハイパスフィルタ部３１は、センサ出力に含まれるキャリア電圧の周波数よりも低い周波数の信号成分を除去することができるように、遮断周波数がキャリア電圧の周波数よりも低い周波数に設定される。ハイパスフィルタ部３１の遮断周波数は、少なくとも、商用電源の周波数よりも高い周波数に設定される。
この場合、整流前のセンサ出力をハイパスフィルタ部３１に与えることで、を通過させることができ、センサ出力に重畳して現れることがある商用電源等に起因するノイズを除去することができる。
よって、ハイパスフィルタ部３１の出力は、商用電源等に起因するノイズが除去されたセンサ出力を含む。
【００４２】
また、本実施形態のハイパスフィルタ部３１は、オペアンプを含まない、いわゆるパッシブフィルタとして構成されているので、瞬時に立ち上がったり、瞬時に立ち下がったりする信号が与えられたとしても、飽和することなく与えられた信号を通過させることができる。
このため、キャリア電圧を矩形波とすることができる。この場合、センサ素子５からのセンサ出力が矩形波となるが、ハイパスフィルタ部３１は飽和することなくセンサ出力を通過させることができる。
また、キャリア電圧を矩形波とすることができるので、発振回路２１を簡易な構成とすることで部品点数の低減を図ることができ、低コスト化が可能となる。
なお、本実施形態のハイパスフィルタ部３１は、容量素子及び抵抗素子で構成した場合を例示したが、誘導素子（インダクタ）及び抵抗素子で構成してもよいし、容量素子及び誘導素子で構成してもよい。また、容量素子、誘導素子、及び抵抗素子で構成してもよい。
【００４３】
整流部３２は、カソード側がハイパスフィルタ部３１に接続された第１ダイオード３２ａと、アノード側がハイパスフィルタ部３１に接続された第２ダイオード３２ｂとを備えており、半端整流回路を構成している。
整流部３２には、ハイパスフィルタ部３１の出力がセンサ出力として与えられる。
整流部３２は、ハイパスフィルタ部３１の出力を整流し、整流した整流信号を後段のローパスフィルタ部３３へ与える。
【００４４】
ローパスフィルタ部３３は、整流部３２と、電流電圧変換部３４との間に設けられており、電流信号である整流部３２からの整流信号が与えられる。
ローパスフィルタ部３３は、抵抗素子３３ａと、容量素子３３ｂと、抵抗素子３３ｃと、容量素子３３ｄとを備えており、２次のローパスフィルタを構成している。
【００４５】
ローパスフィルタ部３３は、センサ素子５の静電容量を示す信号成分の通過を許容し、キャリア電圧の周波数の信号成分を除去可能な遮断周波数に設定される。
これにより、ローパスフィルタ部３３は、センサ素子５の静電容量を示す信号成分を通過させ、整流部３２が出力する整流信号から、キャリア電圧の周波数の信号成分を除去する。
よって、キャリア電圧の周波数の信号成分が除去されたローパスフィルタ部３３の出力は、センサ素子５の静電容量を示す信号成分を含む。
ローパスフィルタ部３３の出力は、電流電圧変換部３４へ与えられる。
【００４６】
電流電圧変換部３４は、センサ素子５の静電容量を示す信号成分を含むローパスフィルタ部３３の出力を電圧信号に変換する。電流電圧変換部３４は、変換した電圧信号をセンサ素子５の静電容量の検出結果として出力する。
【００４７】
電流電圧変換部３４は、オペアンプ３４ａと、帰還抵抗３４ｂと、容量素子３４ｃとを備えている。オペアンプ３４ａは、帰還抵抗３４ｂに流れる電流を電圧に変換することで、電流信号であるローパスフィルタ部３３の出力を電圧信号に変換する。
容量素子３４ｃは、ローパスフィルタ部３３の出力に重畳するノイズを除去するためのローパスフィルタとして機能する。
なお、電流電圧変換部３４は、ローパスフィルタ部３３の出力を反転入力端子に与えられるように接続されている。これは、整流部３２がハイパスフィルタ部３１の出力をマイナス側に整流するように構成されており、マイナス側とされた信号を反転させるためである。
【００４８】
電流電圧変換部３４が、センサ素子５の静電容量として出力する電圧信号は、センサ装置１の出力としてケーブル４を介してデータ処理装置２に与えられる。
電流電圧変換部３４が出力した電圧信号が与えられたデータ処理装置２は、この電圧信号に基づいて、測定対象の変形状態の測定結果を示す測定データを生成する。データ処理装置２は、センサ素子５の変形状態を示す情報と、センサ素子５の静電容量の検出結果を示す電圧信号の値とが対応付けられたテーブルを記憶している。データ処理装置２は、センサ装置１から電圧信号が与えられると、前記テーブルを参照し、電圧信号に応じたセンサ素子５の変形状態を示す情報を取得する。データ処理装置２は、この取得したセンサ素子５の変形状態を示す情報を測定データとして、コンピュータ３に与える。
測定データが与えられたコンピュータ３は、この測定データをユーザへ向けて表示したり、記憶して管理したりする。
【００４９】
上記のように構成された静電容量検出装置２０によれば、ローパスフィルタ部３３の出力を、電圧信号に変換して静電容量の検出結果として出力するので、電流電圧変換部３４よりも前段においてはセンサ出力に基づく信号を電流信号として処理することができる。
このため、ローパスフィルタ部３３においては前段から与えられる信号である整流信号を電流信号として処理することができる。よって、ローパスフィルタ部３３において前段から与えられる信号を電圧信号として処理する場合と比較して、ローパスフィルタ部３３に含まれる抵抗素子３３ａ，３３ｃの抵抗値を小さく設定することができる。
この結果、センサ素子５からセンサ出力が出力されたときにおける当該センサ素子５に対する印加電圧の低下を抑制することができ、センサ素子５の静電容量を高い線形性で検出することができる。
【００５０】
また、本実施形態において、ハイパスフィルタ部３１は、センサ素子５と整流部３２との間に接続された容量素子３１ａ，３１ｃと、一端がセンサ素子５と容量素子３１ａとの間に接続された抵抗素子３１ｂと、一端が容量素子３１ａと容量素子３１ｃとの間に接続された抵抗素子３１ｄとを含んで構成されている。
【００５１】
よって、ハイパスフィルタ部３１の抵抗素子３１ｂ，３１ｄについても、ローパスフィルタ部３３の抵抗素子３３ａ，３３ｃと同様、センサ素子５に対する印加電圧の低下を抑制できる程度に抵抗値を小さくすることができる。
これにより、センサ素子５の静電容量を検出する際の線形性を維持しつつ、ハイパスフィルタ部３１を容量素子と抵抗素子で構成するといった簡易な構成とすることができる。
【００５２】
また、ハイパスフィルタ部３１の抵抗素子３１ｂ，３１ｄは、その他端がそのまま接地されると、ハイパスフィルタ部３１の容量素子３１ａ，３１ｃが第１ダイオード３２ａ及び第２ダイオード３２ｂに直列に接続されているため、第１ダイオード３２ａ及び第２ダイオード３２ｂの順電圧によってハイパスフィルタ部３１の容量素子３１ａ，３１ｃに分流される高周波成分の電流と、抵抗素子３１ｂ，３１ｄに分流される低周波成分の電流とが異なってしまい、ハイパスフィルタ部３１の出力としての本来の電流とは異なる電流が整流部３２へ与えられることがある。これにより、センサ素子５の静電容量を検出する際の線形性が低下してしまうおそれがある。
【００５３】
この点、本実施形態のハイパスフィルタ部３１は、抵抗素子３１ｂ，３１ｄと、接地との間に接続された第３ダイオード４１と、順方向が第３ダイオード４１と反対方向とされて抵抗素子３１ｂ，３１ｄと、接地との間に接続された第４ダイオード４２とを備えている。
第３ダイオード４１は、アノード側が抵抗素子３１ｂ，３１ｄの他端に接続され、カソード側が接地されている。また、第４ダイオード４２は、カソード側が抵抗素子３１ｂ，３１ｄの他端に接続され、アノード側が接地されている。
【００５４】
本実施形態では、ハイパスフィルタ部３１が第３ダイオード４１と第４ダイオード４２とをさらに備えることで、ハイパスフィルタ部３１の抵抗素子３１ｂ，３１ｄに流れる電流をハイパスフィルタ部３１の容量素子３１ａ，３１ｃに流れる電流に近づけるように補正することができる。
この結果、静電容量検出装置２０がセンサ素子５の静電容量を検出する際の線形性をより高めることができる。
【００５５】
〔その他〕
本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、第１ダイオード３２ａ、第２ダイオード３２ｂ、第３ダイオード４１、及び第４ダイオード４２は、一つのパッケージ内に収容されていてもよい。
この場合、温度等の環境に起因して各ダイオードの特性に差が生じるのを抑制することができる。この結果、静電容量検出装置２０がセンサ素子５の静電容量を検出する際の線形性をより高めることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、ハイパスフィルタ部３１が第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２を備えている場合を例示したが、第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２の順電圧の影響が大きくない場合には、抵抗素子３１ｂ，３１ｄの他端を直接接地し、第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２を備えない構成としてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、センサ素子５と、整流部３２との間にハイパスフィルタ部３１を設けた場合を例示したが、例えば、商用電源のノイズ等が問題にならない場合、図５に示すように、センサ素子５と整流部３２とを接続し、センサ素子５のセンサ出力が整流部３２に与えられるように構成し、ハイパスフィルタ部３１を備えない構成としてもよい。
この場合、ハイパスフィルタによるノイズ除去の機能はないが、静電容量検出装置２０の構成をコンパクトにできるというメリットがある。
なお、この構成において、商用電源のノイズの除去を要する場合、ローパスフィルタ部３３の遮断周波数を商用電源の周波数よりも低い周波数に設定すれば、商用電源等に起因するノイズを除去することができる。また、測定データを管理するコンピュータ３によって必要のない周波数のデータを削除することもできる。
【００５８】
〔検証試験について〕
次に、静電容量検出装置２０における静電容量を検出する際の線形性について検証した結果について説明する。
【００５９】
本検証試験において、実施例品としては、図４に示す上述の静電容量検出装置２０を用い、比較例品としては、図８に示す静電容量検出装置１００を用いた。
試験方法としては、異なる静電容量の容量素子を複数用意し、これら複数の容量素子それぞれを接続したときの実施例品及び比較例品が出力する電圧信号の電圧を測定することで、測定対象の静電容量に対する電圧信号の線形性を評価した。
なお、実施例品及び比較例品は、測定対象の静電容量に対して、ほぼ同程度の電力信号を出力するように設定した。
【００６０】
図６（ａ）は、実施例品及び比較例品における、測定対象の静電容量と、電圧信号の電圧の測定値との関係を示したグラフである。図６（ａ）中、横軸は測定対象の静電容量を示しており、縦軸は電圧信号の電圧を示している。また、図６（ａ）中、線図Ｌ１は実施例品の測定結果、線図Ｌ２は比較例品の測定結果を示している。
図６（ａ）に示すように、実施例品では、測定対象の静電容量と、電圧信号との関係は、ほぼ直線状に現れている。一方、比較例品では、紙面上方向へやや湾曲していることが判る。
【００６１】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の線図における、測定対象の静電容量と、傾きとの関係を示したグラフである。図６（ｂ）中、横軸は測定対象の静電容量を示しており、縦軸は、図６（ａ）の線図の静電容量に対応する傾きをその線図の傾きの平均値で除した値を示している。言い換えると、図６（ａ）の線図の静電容量に対応する微分値を、当該微分値の平均値で除した値を示している。つまり、縦軸は、図６（ａ）の線図の傾きの変化を規格化して示している。また、図６（ｂ）中、線図Ｌ３は実施例品の測定結果、線図Ｌ４は比較例品の測定結果を示している。
図６（ｂ）に示すように、実施例品では、測定対象の静電容量に対する傾きの値は、０．９５から１．０５の範囲で変化しているのに対して、比較例品では、測定対象の静電容量に対する傾きの値は、０．９０から１．１０の範囲で変化しており、傾きの変化の度合が比較例品よりも実施例品の方か小さいことが判る。
【００６２】
これらの結果から、比較例品よりも実施例品の方が、静電容量を検出する際の線形性が良好であることが確認できる。
以上より、実施例品に係る静電容量検出装置によれば、静電容量型センサの静電容量を高い線形性で検出することができることを確認することができた。
【００６３】
次に、ハイパスフィルタ部３１に設けた第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２の効果について検証した結果について説明する。
【００６４】
本検証試験において、第１実施例品としては、図４に示す上述の静電容量検出装置２０を用い、第２実施例品としては、図４に示す上述の静電容量検出装置２０から、第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２を除き、抵抗素子３１ｂ，３１ｄの他端を直接接地したものを用いた。
試験方法は、上記と同様であり、異なる静電容量の容量素子を複数用意し、これら複数の容量素子それぞれを接続したときの実施例品及び比較例品が出力する電圧信号の電圧を測定することで、測定対象の静電容量に対する電圧信号の線形性を評価した。
【００６５】
図７は、第１実施例品及び第２実施例品における、測定対象の静電容量と、電圧信号の電圧の測定値との関係を示したグラフである。図７中、横軸は測定対象の静電容量を示しており、縦軸は電圧信号の電圧を示している。また、図７中、線図Ｌ５は第１実施例品の測定結果、線図Ｌ６は第２実施例品の測定結果を示している。
【００６６】
図７に示すように、ハイパスフィルタ部３１に第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２を設けた第１実施例品では、測定対象の静電容量と、電圧信号との関係は、ほぼ直線状に現れている。一方、第２実施例品では、紙面下方向へやや湾曲していることが判る。
【００６７】
この結果より、傾きの変化の度合が第２実施例品よりも第１実施例品の方か小さく、第２実施例品よりも第１実施例品の方が、静電容量を検出する際の線形性が良好であることが確認できる。
以上より、ハイパスフィルタ部３１に第３ダイオード４１及び第４ダイオード４２を設けることで、センサ素子５の静電容量を検出する際の線形性をより高められることが判った。
【符号の説明】
【００６８】
１  センサ装置                          ２  データ処理装置
３  コンピュータ                        ４  ケーブル
４ａ  リード線                          ５  センサ素子
６  リジッド基板                        ７  誘電層
８  第１電極層                          ９  第２電極層
１０  第１配線                          １１  第２配線
１２  表側保護層                        １３  裏側保護層
１５  非伸縮性シート                    ２０  静電容量検出装置
２１  発振回路                          ２５  第１端子
２５ａ  導電性接着剤層                  ２６  第２端子
２６ａ  導電性接着剤層                  ２７  ケーブル用端子
２９  封止材                            ３１  ハイパスフィルタ部
３１ａ  容量素子                        ３１ｂ  抵抗素子
３１ｃ  容量素子                        ３１ｄ  抵抗素子
３２  整流部                            ３２ａ  第１ダイオード
３２ｂ  第２ダイオード                  ３３  ローパスフィルタ部
３３ａ  抵抗素子                        ３３ｂ  容量素子
３３ｃ  抵抗素子                        ３３ｄ  容量素子
３４  電流電圧変換部                    ３４ａ  オペアンプ
３４ｂ  帰還抵抗                        ３４ｃ  容量素子
４１  第３ダイオード                    ４２  第４ダイオード
【図１】
2019027977.tif 000003
【図２】
2019027977.tif 000004
【図３】
2019027977.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019027977.tif 000007
【図６】
2019027977.tif 000008
【図７】
2019027977.tif 000009
【図８】
2019027977.tif 000010