(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近傍に存在する対象物の位置を検出する物体センサであって、
所定の検出面を支持する支持体と、
前記検出面上に定義された複数Ｎ個の検出点の近傍にそれぞれ配置された合計Ｎ組の容量素子と、
前記Ｎ組の容量素子の各静電容量値に基づいて、前記対象物の位置を検出する位置検出手段と、
を備え、
前記容量素子のそれぞれは、前記検出点に配置された中央電極と、この中央電極を取り囲むように配置された周囲電極と、を有し、前記中央電極および前記周囲電極は、前記支持体によって支持されており、
前記位置検出手段は、前記各容量素子について前記中央電極と前記周囲電極との間の静電容量値を測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値に基づいて、前記対象物の位置を特定する位置特定部と、を有し、
前記支持体が平板状の構造体からなり、前記構造体における容量素子の形成されていない領域に、前記構造体の厚みを貫通する開口部が設けられており、前記構造体全体が変形を生じるように構成されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の物体センサにおいて、
検出面上の所定の配置軸上にＮ個の検出点が並んで定義されており、Ｎ組の容量素子が前記配置軸に沿った一次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、前記配置軸に沿った一次元方向の位置を特定することを特徴とする物体センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の物体センサにおいて、
検出面上に配置された二次元格子の各格子点の位置に検出点が定義されており、
Ｎ組の容量素子が前記二次元格子に応じた二次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、前記二次元格子に応じた二次元方向の位置を特定することを特徴とする物体センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の物体センサにおいて、
支持体の上面に第１の絶縁層が形成され、この第１の絶縁層の上面に第２の絶縁層が形成されており、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層のうちの一方を主絶縁層、他方を副絶縁層と呼んだ場合に、
中央電極と、周囲電極と、周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、前記主絶縁層に埋め込まれており、
中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層が、前記副絶縁層に埋め込まれており、
中央電極と中央電極配線層との間に、前記主絶縁層と前記副絶縁層との境界面を貫通する層間配線層が形成されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の物体センサにおいて、
支持体の上面に第１の絶縁層が形成され、この第１の絶縁層の上面に第２の絶縁層が形成されており、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層のうちの一方を中央電極形成層、他方を周囲電極形成層と呼んだ場合に、
中央電極と、この中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層とが、前記中央電極形成層に埋め込まれており、
周囲電極と、この周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、前記周囲電極形成層に埋め込まれていることを特徴とする物体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体センサに関し、特に、近傍に存在する対象物の位置を非接触状態で検出するのに適した物体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近隣に存在する対象物を検出する物体センサとして、従来から様々なタイプのものが利用されている。その多くは、光波、電波、音波などを対象物に照射し、戻ってくる反射波を測定するタイプのものである。一方、ごく近傍に位置する対象物を検出するセンサとしては、容量素子や抵抗素子を用いた物体センサも提案されており、更に、多数の検出素子を二次元的に配置することにより、対象物の位置を高い精度で検出できる物体センサも提案されている。
【０００３】
たとえば、下記の特許文献１には、車両のドアに手や指などが挟まれるのを防止するために、一対の電極によって構成される容量素子を利用した物体センサが開示されている。また、特許文献２には、多数の抵抗素子を二次元的に配置することにより、対象物の位置を高い精度で検出でき、ロボット用の触覚センサとしての利用に適した物体センサが提案されている。更に、特許文献３には、基板上に多数の行方向電極と多数の列方向電極とを層間絶縁膜を介して立体的に交差するように配置して、交差部分の静電容量値の変化に基づいて物体の接触位置を検出するタッチパネルが開示されており、特許文献４には、多数のマイクロセンサ素子を二次元的に配置することにより、対象物の位置を非接触状態で検出し、非接触型タッチパネルとして利用可能な物体センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２７２４４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１４３０８号公報
【特許文献３】特開２０１４−０１０６７１号公報
【特許文献４】特開２０１１−２２１９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示された物体センサは、車両のドアへの挟み込みを防止するためのものであるため、近傍に物体が有るか無いか、を判定することができれば足りる。しかしながら、ロボットアームなどに装着して用いる物体センサには、近傍に存在する物体の有無だけでなく、近傍のどの領域に物体が存在するのかを検出する機能が望まれている。上述の特許文献２に開示された物体センサでは、多数の抵抗素子が設けられているため、どの位置に物体が接触したかを検出することができる。しかしながら、このセンサはあくまでも接触を検知するための触覚センサであるため、実際に物体が接触するまで、その存在を検知することはできない。特許文献３に開示されたタッチパネルも同様に、指などによりタッチが行われた位置を検出することを目的とする触覚センサである。
【０００６】
今後は、人間社会のあらゆる分野にロボットが広く利用されてゆくものと予想され、ロボットが人に接触して危害を及ぼすような事態を避けるための安全措置が重要になる。上述の特許文献２および３に開示された触覚センサでは、ロボットアームが人に接触するまでは検出信号が得られないため、十分な安全策を講じることが困難である。ロボットに利用する物体センサには、ある程度の近傍に接近した物体を接触前に十分な感度をもって検知し、危険を予知できる機能が望まれている。
【０００７】
一方、上述の特許文献４に開示された物体センサでは、多数のマイクロセンサ素子によって電界もしくは磁界の変化を検出することにより、非接触状態で物体の検出が可能になる。しかしながら、個々のマイクロセンサ素子の構造が複雑になり、コストの高騰は避けられない。また、この物体センサは、そもそもタッチパネルへの利用を前提とした装置であるため、個々の検出素子を平面上に配置できれば足りる。このため、個々の検出素子が複雑な構造をもっていても問題は生じない。しかしながら、ロボットなどに装着する物体センサの場合、センサの装着面は、平面や単純な円柱面とは限らない。たとえば、ロボットの指先に取り付ける物体センサの場合、三次元の自由曲面に装着可能な構造が要求される。
【０００８】
そこで本発明は、単純な構造でありながら、近傍に位置する対象物の位置を非接触状態でも十分な感度をもって検出することが可能な物体センサ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】
【０００９】
(1)   本発明の第１の態様は、近傍に存在する対象物の位置を検出する物体センサにおいて、
所定の検出面を支持する支持体と、
この検出面上に定義された複数Ｎ個の検出点の近傍にそれぞれ配置された合計Ｎ組の容量素子と、
これらＮ組の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物の位置を検出する位置検出手段と、
を設け、
容量素子のそれぞれは、検出点に配置された中央電極と、この中央電極を取り囲むように配置された周囲電極と、を有し、中央電極および周囲電極は、支持体によって支持されているようにし、
位置検出手段は、各容量素子について中央電極と周囲電極との間の静電容量値を測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値に基づいて、対象物の位置を特定する位置特定部と、を有するようにしたものである。
【００１０】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上の所定の配置軸上にＮ個の検出点が並んで定義されており、Ｎ組の容量素子が配置軸に沿った一次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、配置軸に沿った一次元方向の位置を特定するようにしたものである。
【００１１】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第１の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上に配置された二次元格子の各格子点の位置に検出点が定義されており、
Ｎ組の容量素子がこの二次元格子に応じた二次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、この二次元格子に応じた二次元方向の位置を特定するようにしたものである。
【００１２】
(4)   本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定部が、所定のしきい値Ｃｔ以上の静電容量値が測定された容量素子を有意素子と判定し、有意素子が配置された検出点を含む検出面上の領域を有意領域と認識し、検出面上での有意領域の位置を対象物の二次元平面上の位置として出力するようにしたものである。
【００１３】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第４の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定部が、有意領域の面積の値を、特定の対象物の検出面からの高さを示す情報として出力するようにしたものである。
【００１４】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第４の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定部が、有意領域の面積の値を、検出面から特定の高さ位置に存在する対象物の大きさを示す情報として出力するようにしたものである。
【００１５】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第３〜第６の態様に係る物体センサにおいて、
ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸＹ平面に含まれる検出面上に、Ｘ軸に平行なＩ本の横方向格子線とＹ軸に平行なＪ本の縦方向格子線とが定義され、これら格子線の各交点位置に合計Ｎ個の格子点がＩ行Ｊ列の行列として定義されており、
同一の横方向格子線に沿って並んだＪ個の周囲電極が当該横方向格子線に沿った横方向配線層によって相互に接続されており、同一の縦方向格子線に沿って並んだＩ個の中央電極が当該縦方向格子線に沿った縦方向配線層によって相互に接続されているようにしたものである。
【００１６】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第７の態様に係る物体センサにおいて、
容量値測定部が、
第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｉ）の横方向配線層と第ｊ番目（１≦ｊ≦Ｊ）の縦方向配線層とを選択する切替スイッチと、
選択された第ｉ番目の横方向配線層と第ｊ番目の縦方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、第ｉ行第ｊ列に位置する検出点に配置された容量素子の静電容量値を求める測定回路と、
を有し、切替スイッチによって選択対象を切り替えることにより、任意の検出点に配置された容量素子の静電容量値を得るようにしたものである。
【００１７】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第１〜第８の態様に係る物体センサにおいて、
支持体の上面に第１の絶縁層が形成され、この第１の絶縁層の上面に第２の絶縁層が形成されており、第１の絶縁層および第２の絶縁層のうちの一方を主絶縁層、他方を副絶縁層と呼んだ場合に、
中央電極と、周囲電極と、周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、主絶縁層に埋め込まれており、
中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層が、副絶縁層に埋め込まれており、
中央電極と中央電極配線層との間に、主絶縁層と副絶縁層との境界面を貫通する層間配線層が形成されているようにしたものである。
【００１８】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第１〜第８の態様に係る物体センサにおいて、
支持体の上面に第１の絶縁層が形成され、この第１の絶縁層の上面に第２の絶縁層が形成されており、第１の絶縁層および第２の絶縁層のうちの一方を中央電極形成層、他方を周囲電極形成層と呼んだ場合に、
中央電極と、この中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層とが、中央電極形成層に埋め込まれており、
周囲電極と、この周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、周囲電極形成層に埋め込まれているようにしたものである。
【００１９】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第１〜第１０の態様に係る物体センサにおいて、
中央電極が、検出点を中心として配置された円盤状の電極であり、周囲電極が、中央電極を取り囲むように配置された円環状の電極であるようにしたものである。
【００２０】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１〜第１０の態様に係る物体センサにおいて、
中央電極が、検出点を中心として配置された円盤状の電極であり、周囲電極が、中央電極を取り囲むように配置され、一部に切り欠き部を有する不完全円環状の電極であるようにしたものである。
【００２１】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１〜第１２の態様に係る物体センサにおいて、
支持体が平板状の構造体からなり、当該構造体における容量素子の形成されていない領域に、当該構造体の厚みを貫通する開口部が設けられており、当該構造体全体が変形を生じるように構成したものである。
【００２２】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１〜第１３の態様に係る物体センサにおいて、
各電極が、支持体の上面に直接もしくは別な絶縁層を介して間接的に形成されており、更に、各電極の上面が絶縁層によって被覆されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の物体センサでは、検出面上に配置された複数の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物の位置を検出することができる。しかも、個々の容量素子は、中央電極とこれを取り囲む周囲電極とによって構成され、対象物が接近しただけで静電容量値に有意な変化が生じるため、近傍に位置する対象物の位置を、非接触状態でも十分な感度をもって検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】対象物の位置を検出する従来の一般的な物体センサの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す物体センサに設けられている行方向電極および列方向電極の配置を示す上面図である。
【図３】従来の物体センサの容量素子の構造（図(a) ）と本発明に係る物体センサの容量素子の構造（図(b) ）とを比較する平面図である（ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図４】本発明の基本的実施形態に係る物体センサの構成を示す上面図である（ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図５】従来の物体センサに用いられている容量素子の電極構成を示す上面図（図(a) ：ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）および側断面図（図(b) ）である。
【図６】本発明に係る物体センサに用いられている容量素子の電極構成を示す上面図（図(a) ：ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）および側断面図（図(b) ）である。
【図７】図６に示す容量素子の上方に対象物Ｍが通過する状態を示す斜視図である。
【図８】図６に示す容量素子の上方に対象物Ｍが通過する状態を示す側断面図である。
【図９】図８に示す通過状態における容量素子の静電容量値の変化を示すグラフである。
【図１０】図８に示す通過状態における容量素子の静電容量の発生原理を示す第１の側断面図である。
【図１１】図８に示す通過状態における容量素子の静電容量の発生原理を示す第２の側断面図である。
【図１２】３組の容量素子を並べた上面図およびその上方に対象物Ｍが通過する際の各容量素子の静電容量値の変化を示すグラフである（ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない）。
【図１３】本発明に係る物体センサにおいて、９行９列に配置された各容量素子の静電容量値の分布図である。
【図１４】本発明に係る物体センサにおいて、各容量素子の静電容量値の分布に基づいて対象物の位置を特定する方法を示す三次元グラフである。
【図１５】図１３に示す分布図に基づいて対象物の位置を特定した第１の例を示す図である。
【図１６】図１３に示す分布図に基づいて対象物の位置を特定した第２の例を示す図である。
【図１７】図４に示す基本的実施形態に配線を施した実施例の上面図（図(a) ）およびこれを切断線１７ｂ−１７ｂの位置で切断した状態を示す側断面図（図(b) ）である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【図１８】図１７に示す実施例に用いる位置検出手段５０の一例を示す回路図（一部はブロック図）である。
【図１９】図１８に示す回路を用いて各静電容量値を測定する際の切替動作を示す表である。
【図２０】電極を二層構造とする実施例を実施する際の配線の工夫を示す上面図（図(a) ）およびこれをＸＺ平面で切断した側断面図（図(b) ）である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【図２１】図２０(b) に示す層構成を上下逆にした例を示す側断面図である。
【図２２】図４に示す基本的実施形態に、図２０に示す配線の工夫を適用した実施例の上面図（図(a) ）およびこれを切断線２２ｂ−２２ｂの位置で切断した状態を示す側断面図（図(b) ）である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【図２３】図２２に示す実施例に開口部を形成した変形例を示す上面図（図(a) ）およびこれを切断線２３ｂ−２３ｂの位置で切断した状態を示す側断面図（図(b) ）である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【図２４】本発明に用いる中央電極および周囲電極のバリエーションを示す平面図である。ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【図２５】中央電極に対する配線を周囲電極に形成された切り欠き部を利用して行う変形例を示す上面図である。ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００２６】
＜＜＜  §１．  本発明で用いる容量素子の特徴  ＞＞＞
図１は、対象物の位置を検出する従来の一般的な物体センサの外観を示す斜視図である。ここに示す物体センサの場合、矩形をした板状の支持体１０の上面が検出面Ｓを形成しており、その近傍に存在する対象物Ｍについて、検出面Ｓ上の二次元的な位置（図示の例の場合、検出面Ｓ上の検出点Ｐの位置）を検出する機能を有している。
【００２７】
スマートフォンやタブレット用の物体センサの場合、透明な基板からなる板状の支持体１０が用いられ、この支持体１０をディスプレイ画面上に配置することによりタッチパネルとして機能させることができる。この場合、ユーザの指やタッチペンが対象物Ｍとして検出され、検出点Ｐに対するユーザの入力操作の検出が可能になる。静電容量式のタッチパネルでは、検出面Ｓ上に多数の容量素子を配置し、個々の容量素子の静電容量値の変化を測定することにより、対象物Ｍの位置が検出される。
【００２８】
図２は、前掲の特許文献３などに開示されているタッチパネルの容量素子の構成を示す上面図である。図示のとおり、このタッチパネルの場合、矩形をした板状の支持体１０の上面に、多数の行方向電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３，... と多数の列方向電極とＥｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３，... とが設けられている。しかも、両者は層間絶縁膜を介して立体的に交差するように配置されている。図示の例の場合、支持体１０の上面（検出面Ｓ）に列方向電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３，... が配置され、その上方に層間絶縁膜を介して行方向電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３，... が配置されている。
【００２９】
したがって、両者の立体交差部分には、行方向電極の一部分と列方向電極の一部分とによる局在容量素子が形成される。図示の例の場合、９本の行方向電極Ｅｘ１〜Ｅｘ９と９本の列方向電極Ｅｙ１〜Ｅｙ９とによって、合計８１箇所に交差部分が形成され、８１組の局在容量素子が形成されている。これら各局在容量素子の静電容量値は、特定の列方向電極と特定の行方向電極との間の静電容量値として、それぞれ個別に測定することができる。
【００３０】
たとえば、図２の上面図において、第ｉ行目の行方向電極Ｅｘｉと第ｊ列目の列方向電極Ｅｙｊとの交差部分の中心に検出点Ｐｉｊを定義した場合、この検出点Ｐｉｊの近傍に局在容量素子Ｃｉｊが形成される。この局在容量素子Ｃｉｊの静電容量値を同じ符号Ｃｉｊで表した場合、図示のとおり、列方向電極Ｅｙｊに接続された端子Ｔ１と行方向電極Ｅｘｉに接続された端子Ｔ２との間の静電容量値として局在容量素子Ｃｉｊの静電容量値Ｃｉｊを測定することができる。
【００３１】
このように、細長い線状の電極からなる複数本の行方向電極と複数本の列方向電極とを組み合わせれば、その交差部分に局在容量素子を構成することができるため、単純な構造でありながら、検出面Ｓ上に多数の局在容量素子を高い密度で二次元的に配置することができる。このため、対象物Ｍの位置を高い分解能をもって検出することができる。したがって、この図２に示すような構造を有する従来の物体センサは、スマートフォンやタブレット用のタッチパネルとしての用途には、非常に適している。すなわち、細線からなる線状電極を縦横に高い密度で配置すれば、検出点Ｐｉｊの二次元分布密度を高めることができ、検出面Ｓ上でユーザが指定する位置を正確に把握することができる。
【００３２】
しかしながら、この図２に示す従来の物体センサは、非接触状態の対象物Ｍの位置を検出する用途にはあまり適していない。図１には、検出面Ｓ上の検出点Ｐから若干離れた位置に対象物Ｍが存在する例が示されている。このように、対象物Ｍが物体センサに対して非接触状態であった場合でも、理論的には、検出点Ｐに配置された局在容量素子の静電容量値に変化が生じるため、原理上、これを検出することは可能である。しかしながら、実際には、物体センサに対して非接触状態である対象物Ｍが、図２に示すような局在容量素子の静電容量値に与える影響は小さく、実用上は十分な感度をもった検出が困難である。
【００３３】
もちろん、スマートフォンやタブレット用のタッチパネルとしての一般的な用途では、ユーザは、対象物Ｍ（指やタッチペン）をタッチパネルの表面に接触させて位置の指定を行うため、非接触状態での検出感度が低くても問題は生じない。しかしながら、前述したように、ロボットなどに取り付ける物体センサの場合、安全性を確保するために、ある程度の近傍に接近した物体を接触前に十分な感度をもって検知し、危険を予知できる機能が望まれている。このような観点では、図２に示すような構造の物体センサをロボットに取り付けて用いるのは好ましくない。
【００３４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、単純な構造でありながら、近傍に位置する対象物の位置を非接触状態でも十分な感度をもって検出することが可能な物体センサを提供することを目的とする。
【００３５】
本発明の特徴は、検出面Ｓ上に配置する容量素子の固有の構造にある。図３は、図２に例示した従来の物体センサの容量素子の構造（図(a) ）と本発明に係る物体センサの容量素子の構造（図(b) ）とを比較する平面図である。なお、図３におけるハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。また、この図３では、説明の便宜上、１組の容量素子の近傍領域（ここでは、検出領域Ａと呼ぶ）のみを図示するが、実際の物体センサでは、検出面Ｓ上に、このような検出領域Ａが複数組隣接して配置されることになる。
【００３６】
図３(a) は、図２に示す物体センサにおける線状電極の交差部分を拡大した拡大平面図に相当し、１本の行方向電極Ｅｘと１本の列方向電極Ｅｙとの交差部分が示されている。上述したとおり、行方向電極Ｅｘは層間絶縁膜を介して列方向電極Ｅｙの上方に配置されている。この両電極Ｅｘ，Ｅｙの立体交差部分の中心に検出点Ｐを定義すると、この検出点Ｐの近傍に１組の容量素子が形成されることになる。
【００３７】
一方、図３(b) は、本発明に係る物体センサに用いられる１組の容量素子を示す平面図である。図３(a) と同様に、検出領域Ａ内に検出点Ｐが定義され、その近傍に１組の容量素子が配置されているが、その構造は大きく異なっている。すなわち、本発明に用いられる容量素子は、検出点Ｐに配置された中央電極Ｅｃと、この中央電極Ｅｃを取り囲むように配置された周囲電極Ｅｐとを有している。より具体的には、図示の例の場合、中央電極Ｅｃは、検出点Ｐを中心として配置された円盤状の電極によって構成され、周囲電極Ｅｐが、中央電極Ｅｃを取り囲むように配置された円環状（ワッシャ状）の電極によって構成されている。
【００３８】
図４は、本発明の基本的実施形態に係る物体センサの構成を示す上面図であり、支持体２０上に、図３(b) に示す容量素子を９組配置したものである。この例の場合、正方形をした板状の支持体２０は、縦横にそれぞれ３等分され、その上面には、３行３列に並べられた９組の検出領域Ａ１〜Ａ９（破線は、各領域の境界を示す）が定義されている。そして、この９組の検出領域Ａ１〜Ａ９のそれぞれに、図３(b) に示す容量素子が配置されている。なお、この図４においても、ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。
【００３９】
図示のとおり、各検出領域Ａ１〜Ａ９の中心には、それぞれ検出点Ｐ１〜Ｐ９が定義されており、各検出点Ｐ１〜Ｐ９を中心として、円盤状の各中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９が配置され、それを取り囲むようにして、円環状（ワッシャ状）の各周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９が配置されている。
【００４０】
図５(a) は、図３(a) に示すタイプの従来型容量素子の電極構成を示す上面図であり、１つの検出領域Ａ上に形成された１組の容量素子が示されている。ここでは、便宜上、検出点Ｐを原点としたＸＹＺ三次元直交座標系が定義されており、図の右方向がＸ軸、図の上方向がＹ軸、図の紙面垂直手前方向がＺ軸である。正方形をした板状の支持体１０の上面には、Ｙ軸方向に伸びる列方向電極Ｅｙが配置されており、その上方には、Ｘ軸方向に伸びる行方向電極Ｅｘが配置されている。この図５(a) でも、ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。
【００４１】
図５(b) は、図５(a) に示す構造をＸＺ平面で切断した側断面図であり、その層構造が明瞭に示されている。図示の例では、板状の支持体１０の上面がＸＹ平面に含まれる面となるように座標系が定義されており、検出点Ｐは、この座標系の原点になる。ここで、板状の支持体１０の上面（ＸＹ平面）を検出面Ｓと呼ぶことにすると、列方向電極Ｅｙは図５(b) に示すとおり、検出面Ｓ上に配置されている。一方、行方向電極Ｅｘは、列方向電極Ｅｙと立体交差させる必要があるため、図示の例の場合、列方向電極Ｅｙを覆うように第１の絶縁層１１を形成し、その上面に行方向電極Ｅｘを形成し、更にこれを覆うように第２の絶縁層１２を形成した構成を採っている。
【００４２】
このような構成を採ると、検出点Ｐ近傍の立体交差した重複領域（図５(a) の正方形の領域）において、行方向電極Ｅｘの一部分と列方向電極Ｅｙの一部分とが向かい合い、局在容量素子が構成される。したがって、行方向電極Ｅｘと列方向電極Ｅｙとの間の静電容量値を電気的に測定した場合、当該測定値は、この局在容量素子の静電容量値の支配を大きく受けることになり、第２の絶縁層１２の表面に指やタッチペンなどの対象物Ｍが接触すると、当該測定値に有意な変動が生じる。
【００４３】
一方、図６(a) は、図３(b) に示す本発明に係るタイプの容量素子の電極構成を示す上面図であり、やはり１つの検出領域Ａ上に形成された１組の容量素子が示されている。ここでも、便宜上、検出点Ｐを原点としたＸＹＺ三次元座標系が定義されており、図の右方向がＸ軸、図の上方向がＹ軸、図の紙面垂直手前方向がＺ軸である。正方形をした板状の支持体２０の上面には、中央電極Ｅｃと周囲電極Ｅｐとが配置されている。この図６(a) でも、ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。
【００４４】
図６(b) は、図６(a) に示す構造をＸＺ平面で切断した側断面図である。やはり板状の支持体２０の上面がＸＹ平面に含まれる面となるように座標系が定義されており、検出点Ｐは、この座標系の原点になる。なお、図におけるＥｐ（Ｌ），Ｅｐ（Ｒ）は、周囲電極Ｅｐの左側部分の断面および右側部分の断面を示している。
【００４５】
本発明に係る構造の容量素子を用いた場合、周囲電極Ｅｐは中央電極Ｅｃの周囲を取り囲む電極であるため、両電極を立体交差させる必要はない。したがって、両電極は同一平面上に配置されている。すなわち、板状の支持体２０の上面（ＸＹ平面）を検出面Ｓと呼ぶことにすると、中央電極Ｅｃは、検出点Ｐが中心点となるように検出面Ｓ上に配置されており、周囲電極Ｅｐは、これを取り囲むように、やはり検出点Ｐが中心点となるように検出面Ｓ上に配置されている。
【００４６】
結局、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐは、いずれも検出点Ｐを通り検出面Ｓに直交する軸（図示の例の場合はＺ軸）を中心軸とするように配置された回転対称体となっており、両者は同心配置されていることになる。なお、図示の例の場合、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐを含む検出面Ｓの全面を覆うように、絶縁膜２１が形成されている。この絶縁膜２１は、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐに対する保護膜として機能する。
【００４７】
この図６(b) の側断面図に示すように、本発明に係る構造の容量素子を採用すると、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐを同一の検出面Ｓ上に配置することができるので、図４に示す基本的実施形態の場合も、９組の中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と９組の周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９とは、同一の検出面Ｓ（たとえば、支持体２０の上面）に配置することが可能である。同一平面上に隣接配置された一対の平板電極からなる容量素子についての静電容量値の変動については、後の§２で詳述する。
【００４８】
結局、図４に示す物体センサは、近傍に存在する対象物Ｍの位置を検出する機能を有する物体センサであり、所定の検出面Ｓを支持する支持体２０と、この検出面Ｓ上に定義された複数Ｎ個の検出点Ｐ１〜ＰＮ（図示の例の場合、Ｎ＝９）の近傍にそれぞれ配置された合計Ｎ組の容量素子と、これらＮ組の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物Ｍの位置を検出する位置検出手段（後述）と、を備えていることになる。
【００４９】
ここで、Ｎ組の容量素子のそれぞれは、図３(b) に示すように、検出点Ｐに配置された中央電極Ｅｃと、この中央電極Ｅｃを取り囲むように配置された周囲電極Ｅｐと、を有しており、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐは、いずれも板状の支持体２０によって支持されている。
【００５０】
一方、位置検出手段は、Ｎ組の各容量素子について、中央電極Ｅｃと周囲電極Ｅｐとの間の静電容量値Ｃを測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値Ｃに基づいて、対象物Ｍの位置を特定する位置特定部と、を有している。この位置特定部による具体的な位置特定方法については、後の§３で詳述する。
【００５１】
図４に示す例では、検出面Ｓ上に配置された二次元格子の各格子点（３行３列に並んだ格子点）の位置に検出点Ｐ１〜Ｐ９が定義されており、９組の容量素子がこの二次元格子に応じた二次元配列を構成している。したがって、この物体センサは、近傍に存在する対象物Ｍについて、この二次元格子に応じた二次元方向の位置（図４における左右方向および上下方向）を特定することが可能な二次元センサとして機能する。
【００５２】
もちろん、検出面Ｓ上の所定の配置軸上に並ぶようにＮ個の検出点を定義し、Ｎ組の容量素子がこの配置軸に沿った一次元配列を構成するようにすれば、近傍に存在する対象物Ｍについて、この配置軸に応じた一次元方向の位置を特定することが可能な一次元センサを構成することもできる。
【００５３】
＜＜＜  §２．  本発明における静電容量値の変動  ＞＞＞
ここでは、本発明の特徴である中央電極Ｅｃと周囲電極Ｅｐとによって構成される容量素子に対して、近傍に対象物Ｍが接近した場合に、どのような静電容量値の変動が生じるかについて説明する。
【００５４】
図７は、図６に示す容量素子の上方に対象物Ｍが通過する状態を示す斜視図である。なお、図７では、板状の支持体２０の上面を被覆する絶縁膜２１の図示は省略する。前述したとおり、支持体２０の上面は、ＸＹＺ三次元直交座標系のＸＹ平面に含まれ、検出面Ｓを構成する。この検出面Ｓの中心に定義された検出点Ｐが、当該座標系の原点になる。中央電極Ｅｃは、検出点Ｐを中心として検出面Ｓ上に配置された円盤状の電極であり、周囲電極Ｅｐは、やはり検出点Ｐを中心として検出面Ｓ上に配置された円環状の電極である。
【００５５】
いま、図示のとおり、Ｘ軸の上方に移動経路Ｇを定義する。この移動経路Ｇは、Ｘ軸をＺ軸正方向に高さｈだけ移動させた直線に相当する。そして、この移動経路Ｇに沿って、図の左側から右側に向かって対象物Ｍを移動させた場合に、中央電極Ｅｃと周囲電極Ｅｐとの間の静電容量値Ｃがどのように変化するかを考えてみる。図８は、図７の状態をＸＺ平面で切断した側断面図である。図におけるＥｐ（Ｌ），Ｅｐ（Ｒ）は、周囲電極Ｅｐの左側部分の断面および右側部分の断面であり、端子Ｔ１および端子Ｔ２は、それぞれ周囲電極Ｅｐおよび中央電極Ｅｃに電気的に接続された測定用の端子である。なお、後述するように、各端子Ｔ１，Ｔ２やその配線は、実際には、支持体２０の上面などに形成される。
【００５６】
ここでは、便宜上、対象物Ｍが中心点Ｑを有する金属球であるものとし、図示のとおり、中心点Ｑの位置が、移動経路Ｇに沿ってＱ１→Ｑ２→Ｑ３と変化するように、対象物Ｍを移動させたものとしよう。図９は、このようにして、対象物Ｍが移動経路Ｇ上を移動したときの端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃの変化を示すグラフである。グラフの横軸は、対象物Ｍの中心点ＱのＸ座標値であり、グラフの縦軸は、端子Ｔ１，Ｔ２間（すなわち、電極Ｅｃ，Ｅｐ間）の静電容量値Ｃである。図示のとおり、点Ｑが検出点Ｐの直上にあるとき（対象物Ｍが図８における中心点Ｑ２の位置にあるとき）、静電容量値Ｃは最大値Ｃmaxをとり、点Ｑが検出点Ｐから離れるにしたがって、静電容量値Ｃは減少してゆく。
【００５７】
この図９に示すグラフは、横軸にＸ軸をとった一次元方向の位置に関するグラフであるが、図７に示すように、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐによって構成される容量素子は、検出点Ｐを通るＺ軸を中心軸とした回転対称体をなしている。したがって、この図９に示すグラフを検出点Ｐを通る破線を中心軸として回転させれば、ＸＹ平面上の二次元的な位置に関する静電容量値Ｃを示す立体グラフを得ることができる。当該立体グラフは、検出点Ｐの位置を頂上とする山状のグラフになる。
【００５８】
続いて、この図９に示すようなグラフが得られる理由を説明する。ここでは、まず、図１０に示すような単純なモデルを考えてみる。図１０は、板状の支持体２０の上面に配置された電極Ｅ１，Ｅ２からなる容量素子における静電容量の発生原理を示す側断面図である。図１０(a) は、対象物Ｍが存在しない状態（この容量素子から十分に離れている状態）において、両電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧を印加した場合に生じる電気力線のイメージを示している。電極Ｅ１，Ｅ２は、いずれも平板状の導電層（たとえば、金属層）によって構成され、図示のとおり、支持体２０の上面に並んで配置されている。このため、両電極Ｅ１，Ｅ２の対向面は、図に太線で示す側面部分ということになり、これら側面間に多くの電気力線（図には、破線で示す）が描かれることになる。ただ、電極Ｅ１，Ｅ２の上面や下面間にも、多少の電気力線が描かれる。
【００５９】
したがって、この一対の電極Ｅ１，Ｅ２を容量素子Ｃとして把握した場合、容量素子Ｃを構成する一対の電極の対向面は、図に太線で示す側面部分であるため、静電容量値Ｃは比較的小さい値をとる。図９のグラフの両端における静電容量値Ｃが０に近い値になっているのは、一対の電極Ｅ１，Ｅ２のみでは、小さな静電容量値Ｃしか得られないためである。グラフの縦軸に示す値Ｃ０は、両電極Ｅ１，Ｅ２間に存在する既存容量の値であり、図１０(a) に示すように、対象物Ｍが存在しない場合において、この容量素子が本来保有する静電容量値に対応する。
【００６０】
一方、図１０(b) は、一対の電極Ｅ１，Ｅ２間の上方空間に対象物Ｍが存在する状態において、両電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧を印加した場合に生じる電気力線のイメージを示している。図１０(a) と同様に、両電極Ｅ１，Ｅ２の対向する側面部分に電気力線が描かれることになるが、それだけではなく、電極Ｅ１と対象物Ｍの対向面および電極Ｅ２と対象物Ｍの対向面（図では、その一部を太線で示す）の間にも電気力線が描かれることになる。これは、導電性材料からなる対象物Ｍの表面が、電極Ｅ１，Ｅ２に対する対向電極として機能するためである。
【００６１】
結局、図１０(a) に示すように対象物Ｍが近傍に存在しない場合は、端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃは、専ら電極Ｅ１とＥ２との間の既存容量によって定まることになるのに対して、図１０(b) に示すように対象物Ｍが近傍に存在する場合は、端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃは、電極Ｅ１とＥ２との間の既存容量に、対象物Ｍとの間に生じる左側付加容量Ｃleftおよび右側付加容量Ｃright を加えた値になる。
【００６２】
続いて、この図１０に示す単純なモデルで生じる上記現象を踏まえて、図８に示す容量素子の上方の移動経路Ｇに沿って、金属球からなる対象物Ｍを移動させた場合に、当該容量素子の静電容量値がどのように変化するかを考えてみる。図１１は、図８に示す通過状態における容量素子の静電容量の発生原理を示す側断面図である。
【００６３】
まず、図１１(a) に示すように、対象物Ｍの中心点Ｑが、周囲電極Ｅｐの外側上方に位置している場合に、両電極Ｅｃ，Ｅｐ間に電圧を印加すると、図に破線で示すような電気力線が生じる。すなわち、周囲電極の左側部分Ｅｐ（Ｌ）と対象物Ｍの対向面の間および中央電極Ｅｃと対象物Ｍの対向面（斜めの位置に向い合う面）の間に電気力線が描かれることになる。もちろん、実際には、周囲電極の右側部分Ｅｐ（Ｒ）と対象物Ｍの対向面との間にも、若干の電気力線が描かれることになるが、極めて少ないため、図示は省略する。また、中央電極Ｅｃの側面と周囲電極Ｅｐの側面との間にも、電気力線（対象物Ｍが存在しない場合にも生じる既存容量を発生させる電気力線）が描かれることになるが、ここでは図示は省略する（図１１(b) ，(c) についても同様）。
【００６４】
続いて、図１１(b) に示すように、対象物Ｍの中心点Ｑが、周囲電極Ｅｐと中央電極Ｅｃとの中間位置の上方に位置している場合には、図に破線で示すような電気力線が生じる。すなわち、図１１(a) の場合と同様に、周囲電極の左側部分Ｅｐ（Ｌ）と対象物Ｍの対向面の間および中央電極Ｅｃと対象物Ｍの対向面の間に電気力線が描かれることになるが、対象物Ｍが、電極Ｅｐ（Ｌ），Ｅｃの直上に位置しているため、電気力線の密度はより高まる。もちろん、実際には、周囲電極の右側部分Ｅｐ（Ｒ）と対象物Ｍの対向面との間にも、若干の電気力線が描かれることになるが、図示は省略する。
【００６５】
そして、図１１(c) に示すように、対象物Ｍの中心点Ｑが、検出点Ｐの直上に位置している場合には、図に破線で示すような電気力線が生じる。すなわち、周囲電極の左側部分Ｅｐ（Ｌ）と対象物Ｍの対向面の間、中央電極Ｅｃと対象物Ｍの対向面の間、周囲電極の右側部分Ｅｐ（Ｒ）と対象物Ｍの対向面の間、のすべてについて、電気力線が描かれることになる。図１１(c) は側断面図であるが、実際には、円環状の周囲電極Ｅｐの全上面と対象物Ｍの対向面の間、および、円盤状の中央電極Ｅｃの全上面と対象物Ｍの対向面の間に電気力線が描かれることになり、電気力線の密度は最大になる。
【００６６】
このような理由から、図９のグラフに示すように、対象物Ｍが検出点Ｐの直上に位置したときに、得られる静電容量値は最大値Ｃmax になり、検出点Ｐから遠ざかるに従って、静電容量値は徐々に減少してゆくことになる。結局、容量素子の静電容量値Ｃの変動は、近傍に存在する対象物の検出点Ｐに対する位置（遠近）を示すパラメータになる。
【００６７】
したがって、図８に示す例のように、予め定められた移動経路Ｇ（高さｈの経路）上を、予め定められた対象物Ｍが移動する場合に、図９のグラフに示すような静電容量値Ｃの変化が生じることがわかっていれば、両端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃを測定することにより、対象物Ｍの位置を特定することが可能である。
【００６８】
もっとも、図７に示すように、単一の容量素子のみを用いた場合、対象物Ｍの位置として、Ｚ軸からの距離の情報しか認識することはできない。したがって、対象物Ｍが必ず移動経路Ｇ上を移動する場合であっても、ＹＺ平面に対して左側に位置するのか（Ｘ座標値が負の領域）、右側に位置するのか（Ｘ座標値が正の領域）、を特定することはできない。また、対象物Ｍが移動経路Ｇ上ではなく、ＸＹ平面から高さｈの位置に定義された平面（Ｚ＝ｈなる式で定義される平面）上を移動する場合は、Ｚ軸からの距離は認識できるが、その方位を認識することはできない。
【００６９】
もちろん、対象物Ｍが、任意の自由空間を移動する場合は、検出点Ｐとの距離の情報しか認識することができないので、三次元空間上での正確な位置を特定することはできない。そこで、本発明では、このような容量素子を検出面上に定義された複数Ｎ個の検出点の近傍にそれぞれ配置し、合計Ｎ組の容量素子の静電容量値に基づいて、対象物Ｍのより正確な位置を特定するようにしている。このような位置の特定を行うための具体的な方法は、§３で述べる。
【００７０】
なお、上述の例は、対象物Ｍが金属球の例であるが、実際には、人間の指などを対象物Ｍとした場合にも、図１１に示すような現象が生じる。これは、水分を含む指が誘電体の性質を呈するためと考えられる。したがって、実際には、完全な導体に限らず、様々な材質からなる対象物Ｍの接近により、図９のグラフに準じたグラフが得られることになる。ただ、グラフの正確な形状や静電容量値Ｃの絶対値は、対象物Ｍの形状、大きさ、材質によって変化し、また、移動経路Ｇの高さｈによっても変化することになる。
【００７１】
＜＜＜  §３．  本発明における対象物の位置特定方法  ＞＞＞
前述したとおり、図７に示すような１組の容量素子のみでは、静電容量値Ｃの変化に基づいて、「ある程度の大きさをもつ何らかの対象物がある程度の距離に接近している」という漠然とした検出を行うことは可能であるが、当該対象物の正確な位置を検出することはできない。しかしながら、このような容量素子を、検出面Ｓ上に複数Ｎ組配置すれば、これらＮ組の容量素子の静電容量値を相互に比較することにより、対象物Ｍの詳細な位置を特定することが可能になる。ここでは、このような位置を特定するための具体的な方法を説明する。
【００７２】
図１２の中段は、上面に検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３が定義された板状の支持体２０に、３組の容量素子を配置した構造体の上面図であり、図１２の上段は、当該構造体の上方を対象物Ｍが通過した場合の各容量素子の静電容量値の変化を示すグラフである。検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３は、正方形状の領域であり、Ｘ軸方向に並んで配置されている。各検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の中心には、検出点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が定義されており、これら検出点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を中心として、それぞれ容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が配置されている。
【００７３】
ここで、各容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、いずれも図７に示す構造を有する容量素子である。すなわち、容量素子Ｃ１は、中央電極Ｅｃ１と周囲電極Ｅｐ１とによって構成され、容量素子Ｃ２は、中央電極Ｅｃ２と周囲電極Ｅｐ２とによって構成され、容量素子Ｃ３は、中央電極Ｅｃ３と周囲電極Ｅｐ３とによって構成される。ここでは、各容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を構成する一対の電極間の静電容量値を、同じ符号を用いてＣ１，Ｃ２，Ｃ３と表すことにする。
【００７４】
図示のとおり、検出点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、Ｘ軸上に等間隔で定義された点になっている。そこで、図７に示す例と同様に、Ｘ軸をＺ軸正方向に高さｈだけ移動させた直線として移動経路Ｇを定義し、この移動経路Ｇに沿って、図の左側から右側に向かって対象物Ｍを移動させた場合に、各静電容量値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がどのように変動するかを考えてみる。図１２の上段のグラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、このような変動の様子を示している。グラフの横軸は、対象物Ｍの中心点ＱのＸ座標値であり、グラフの縦軸は、各静電容量値Ｃを示している。なお、縦軸の下端目盛は、各容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の既存容量値Ｃ０（対象物Ｍが存在しない場合の本来の静電容量値）を示している。
【００７５】
各静電容量値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の変動が、グラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３のようになることは、図８に示す容量素子の静電容量値Ｃの変動が、図９のようなグラフになることを踏まえれば、容易に理解できよう。このようなグラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３が得られることを考慮すれば、３組の静電容量値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に基づいて、対象物Ｍのおおよその位置を特定できることがわかる。
【００７６】
たとえば、移動経路Ｇ上のＸ座標値ξを示す位置に対象物Ｍの中心点Ｑが位置していた場合は、図示のとおり、各容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値は、それぞれＣ１＝ξ１，Ｃ２＝ξ２，Ｃ３＝ξ３になる。したがって、対象物ＭがＸ軸上方の高さｈの位置に定義された移動経路Ｇを移動するという前提であれば、３組の測定値ξ１，ξ２，ξ３を求めることにより、対象物Ｍの中心点Ｑの位置を、この移動経路Ｇ上のＸ座標値ξを示す地点と特定することができる。
【００７７】
仮に、移動経路Ｇの高さｈが任意に変動したり、対象物Ｍの大きさが任意に変動したりする場合であっても、ξ２＞ξ１＞ξ３との関係が得られれば、対象物Ｍのおおよその位置として「検出点Ｐ１とＰ２との間の地点の上方」という情報を得ることができる。図１２に示す実施例は、３組の容量素子をＸ軸に沿って一次元配列した例であるが、図４に示す実施例のように、容量素子を二次元配列すれば、対象物Ｍの二次元的な位置を特定することが可能になる。
【００７８】
以下、９行９列に配置した８１組の容量素子を用いた実施例について、対象物Ｍの二次元的な位置を特定する例を説明する。いま、ＸＹ平面からなる検出面Ｓの上に９行９列に配置された８１組の容量素子について、図１３に示すような静電容量値の分布が得られた場合を考えてみよう。この図１３に示す分布図は、８１組の各容量素子について、０〜２８の範囲内の静電容量の測定値が得られた結果を示しており、セルＣ（１，１）内の値「０」は１行１列目の容量素子の静電容量値、セルＣ（１，２）内の値「０」は１行２列目の容量素子の静電容量値、..., セルＣ（９，９）内の値「０」は９行９列目の容量素子の静電容量値を示している。なお、ここでは、説明の便宜上、既存容量値Ｃ０＝０であるものとする。
【００７９】
一般に、容量素子が配置された検出面Ｓの縦や横の寸法に比べて小さな寸法をもった対象物Ｍが、当該検出面Ｓの上方に存在する場合、検出面Ｓ上の各容量素子の静電容量値Ｃの分布は、図１４に示す三次元グラフＧｘｙのようになる。図示の例は、各容量素子が配置されている検出面ＳをＸＹ平面上にとり、各容量素子の静電容量値Ｃを第３の座標軸にとることによりＸＹＣ三次元直交座標系を定義し、当該座標系上に三次元グラフＧｘｙを描いた例である。図示のとおり、この三次元グラフＧｘｙは山状形状をなす。
【００８０】
いま、図１４に示すとおり、このＸＹＣ三次元直交座標系上で静電容量値Ｃについて所定のしきい値Ｃｔを設定し、山状のグラフＧｘｙを、式「Ｃ＝Ｃｔ」で表される平面で切断することによって得られる切断面Ｂｔを定義する。そして、この切断面ＢｔのＸＹ平面への正射影投影像として、図示のような有意領域Ｓｔを求める。ここで、所定のしきい値Ｃｔ以上の静電容量値が測定された容量素子を「有意素子」と呼ぶことにすれば、この有意領域Ｓｔは、有意素子が配置された検出点（のみ）を含む検出面Ｓ上の領域ということになり、その位置は、対象物Ｍの検出面Ｓ上の位置、すなわち、ＸＹ平面へ投影したときの二次元平面上の位置（ＸＹ平面上の位置）を示していることになる。
【００８１】
図１４に示す例の場合は、有意領域Ｓｔを決定した後、有意領域Ｓｔの重心点ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ）を求め、この重心点ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ）の位置を、対象物Ｍの二次元平面上の位置と特定している。結局、この例の場合、重心点ｇの座標値（Ｘｇ，Ｙｇ）が検出結果として出力される。当該出力は「対象物Ｍの中心点Ｑは、重心点ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ）の直上に位置する」との検出結果を示すことになる。なお、重心点ｇを求める際には、各静電容量値を重みとして用いた加重平均を利用してもよい。
【００８２】
§１で述べたとおり、本発明に係る物体センサは、対象物Ｍの位置を検出する位置検出手段を備えており、この位置検出手段は、各容量素子の静電容量値を測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値に基づいて、対象物Ｍの位置を特定する位置特定部と、を有する。ここで、図１４を参照して説明した上記手法を採用した場合、位置特定部は、所定のしきい値Ｃｔ以上の静電容量値が測定された容量素子を有意素子と判定し、この有意素子が配置された検出点を含む検出面Ｓ上の領域を有意領域Ｓｔと認識し、検出面Ｓ上での有意領域Ｓｔの位置を対象物Ｍの二次元平面上の位置として出力することになる。
【００８３】
図１３に例示する分布図は、ＸＹ平面からなる検出面Ｓ上に配置された８１組の容量素子についての静電容量値の分布を示すものであるが、第４行第４列目の容量素子の静電容量値「２８」が最大値を示しており、その周囲にゆくほど、静電容量値が低減してゆく結果になっている。
【００８４】
このような測定結果に対して、たとえば、しきい値ＣｔをＣｔ＝２０に設定すれば、図１５に太線で囲った領域が有意領域Ｓｔとして認識される。すなわち、この有意領域Ｓｔ内の容量素子は、いずれも「しきい値Ｃｔ＝２０」以上の静電容量値が測定された有意素子である。一方、同じ測定結果に対して、しきい値ＣｔをＣｔ＝１０に設定すれば、図１６に太線で囲った領域が有意領域Ｓｔとして認識される。すなわち、この有意領域Ｓｔ内の容量素子は、いずれも「しきい値Ｃｔ＝１０」以上の静電容量値が測定された有意素子である。
【００８５】
このように、有意領域Ｓｔは、しきい値Ｃｔの設定次第で、形状および面積が変動する領域になる。一般に、しきい値Ｃｔを高く設定すれば、有意領域Ｓｔの面積は小さくなり、しきい値Ｃｔを低く設定すれば、有意領域Ｓｔの面積は大きくなる。もちろん、重心点ｇの座標値（Ｘｇ，Ｙｇ）も、しきい値Ｃｔの設定次第で変動する。ただ、一般的には、しきい値Ｃｔによる重心点ｇの位置変動は、それほど大きなものにはならないので、しきい値Ｃｔとして任意の値を設定しても、重心点ｇの位置は、対象物Ｍの二次元的な位置を示すある程度の精度をもった情報として利用することができる。
【００８６】
一方、対象物Ｍが、任意の形状および大きさをもった物体ではなく、予め定められた特定の物体（たとえば、人間の指とか、特定のタッチペンとか）であるという前提であれば、有意領域Ｓｔの面積も、対象物Ｍの位置を示す有用な情報として利用することができる。たとえば、ユーザが指で操作するタッチパネルなどの用途に限定された物体センサであれば、位置特定部は、「人間の指」という特定の対象物に限定した処理を行うことができるので、有意領域Ｓｔの面積の値を、「人間の指」の検出面Ｓからの高さを示す情報として出力することが可能になる。
【００８７】
すなわち、「人間の指」（対象物Ｍ）が高い位置（検出面Ｓから離れた位置）に存在している場合は、静電容量値の変動への影響は小さいため、図１４に示す山状のグラフＧｘｙは小さな山になるが、「人間の指」（対象物Ｍ）が低い位置（検出面Ｓに近い位置）まで接近している場合は、静電容量値の変動への影響が大きくなるため、山状のグラフＧｘｙは大きな山になる。したがって、しきい値Ｃｔとして予め適切な固定値を設定しておけば、前者の場合、小さい山を「Ｃ＝Ｃｔ」なる平面で切断することになるため有意領域Ｓｔの面積は小さくなるが、後者の場合、大きい山を「Ｃ＝Ｃｔ」なる平面で切断することになるため有意領域Ｓｔの面積は大きくなる。このように、サイズ、形状、材質などがある程度決まっている特定の対象物に限定した検出を行う場合は、有意領域Ｓｔの面積の値を、当該対象物の高さを示す情報として利用することができる。
【００８８】
これに対して、様々なサイズをもった物体が接近するものの、物体が必ず特定の高さｈの位置に現れる、という前提であれば、位置特定部は、有意領域Ｓｔの面積の値を、検出面Ｓから当該特定の高さｈの位置に存在する任意の対象物の大きさを示す情報として出力することが可能になる。
【００８９】
すなわち、ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸＹ平面上に検出面Ｓが定義されており、しかも、任意の対象物Ｍが「Ｚ＝ｈ」なる平面（検出面Ｓから高さｈだけ離れた平面）に沿って移動してくる、という前提であれば、対象物Ｍの高さ位置は常に一定になる。したがって、有意領域Ｓｔの面積が大きければ、対象物Ｍの大きさ（ＸＹ平面に平行な方向に関する大きさ）も大きいことになり、有意領域Ｓｔの面積が小さければ、対象物Ｍの大きさも小さいことになる。よって、有意領域Ｓｔの面積の値を、検出された対象物の大きさを示す情報として利用することができる。
【００９０】
＜＜＜  §４．  具体的な配線を施した実施例  ＞＞＞
§１では、図２に示す従来型の容量素子を用いた物体センサと、図４に示す本発明に係る容量素子を用いた物体センサとを対比して示した。ここで、前者は、細長い線状電極を縦横に格子状に配置する構造を採るため、局在容量素子の配置密度を高め、分解能を向上させるメリットが得られるものの、検出感度が低いため、非接触状態での物体検出には向いていないという問題を有する点は、既に述べたとおりである。一方、後者は、中央電極と周囲電極とを配置する構造を採るため、容量素子の配置密度を高める目的には不向きであるが、対象物Ｍが接触していなくても十分な検出感度が得られ、非接触状態での物体検出に向いているというメリットを有する点も、既に述べたとおりである。
【００９１】
ここで、対象物Ｍが非接触状態にあるときの検出感度について、更に付言しておくと、従来型の容量素子の場合、図５に示すように、行方向電極Ｅｘと列方向電極Ｅｙとが立体交差する構造をなし、検出点Ｐ近傍の立体交差した重複領域（図５(a) の正方形の領域）において、上下に対向する一対の電極によって局在容量素子が構成される。したがって、この上下に対向する一対の電極間に電圧を印加した場合、上下方向に電気力線が描かれることになり、この局在容量素子には、対象物Ｍが存在しない場合にも、ある程度の既存容量値Ｃ０が見込まれることになる。
【００９２】
もちろん、図５(b) に示す構造体の上空に、非接触状態の対象物Ｍが接近すると、この局在容量素子の静電容量値ＣはΔＣだけ増加してＣ＝Ｃ０＋ΔＣになるが、一般的には、変動分のΔＣは、既存容量値Ｃ０に比べて小さい。非接触状態の対象物Ｍの存在は、この変動分ΔＣとして検出されるため、合計の静電容量値Ｃ＝Ｃ０＋ΔＣを測定したとしても、変動分ΔＣを十分な精度をもって検出することは困難である。
【００９３】
これに対して、本発明に係る容量素子の場合、上下に対向する一対の電極によって構成されるわけではなく、横方向に隣接して配置された一対の電極によって構成される。このように、横方向に隣接して配置された一対の電極間に電圧を印加した場合、図１０(a) に例示するように、主として、側面間に電気力線が描かれることになる。したがって、本発明に係る容量素子の場合、対象物Ｍが存在しない場合の既存容量値Ｃ０はかなり小さくなる。
【００９４】
そして、図１１に破線で描かれた電気力線に示すとおり、上方に対象物Ｍが接近した場合、たとえ非接触状態であっても、静電容量値に大きな変動ΔＣが生じることになる。すなわち、変動分のΔＣは、既存容量値Ｃ０に比肩し得る大きな値になる。非接触状態の対象物Ｍの存在は、この変動分ΔＣとして検出されるため、合計の静電容量値Ｃ＝Ｃ０＋ΔＣを測定すれば、変動分ΔＣを十分な精度をもって検出することが可能になる。
【００９５】
このように、本発明に係る容量素子は、非接触状態の対象物Ｍの存在を検出するのに適しているという利点があるが、容量素子を構成する各電極に対する配線の便宜に関しては、従来型の容量素子の方が優れている。図２を参照すればわかるとおり、従来型の物体センサの場合、行方向電極Ｅｘおよび列方向電極Ｅｙは、その一部分が局在容量素子を構成するための電極としての機能を果たすが、同時に、全体が当該電極用の配線としての機能も果たしている。したがって、図２に示す従来型の物体センサでは、局在容量素子を構成する個々の電極に対する個別の配線を施す必要はない。
【００９６】
ところが、本発明に係る物体センサの場合、個々の容量素子が、それぞれ独立した中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐを有しているため、個々の電極に対する個別の配線が必要になる。たとえば、図４に示す実施例の場合、合計９組の容量素子を構成するため、支持体２０上には、９組の中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と９組の周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９とが設けられているが、これらの各電極は、それ自身が配線としての機能をもつものではない。したがって、各容量素子の静電容量値を測定するための容量値測定部（容量値測定回路）と各電極との間に、それぞれ配線を設けることが必要になる。
【００９７】
この§４では、図４に示す本発明の基本的実施形態に係る物体センサについて、具体的な配線を施した実施例を２通り述べておく。
【００９８】
＜４−１．副絶縁層を用いて配線を行う実施例＞
まず、具体的な配線を施した第１の実施例として、副絶縁層を用いて配線を行う例を説明する。本発明に係る物体センサを製造する場合、実用上は、図６(b) に示すように、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐを含む検出面Ｓの全面を覆うように、保護膜として機能する絶縁層２１を形成するのが好ましい。図示の例の場合、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐは、いずれも絶縁層２１に埋め込まれた状態になっている。ここでは、このように中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐが埋め込まれる絶縁層を主絶縁層と呼ぶ。ここで述べる実施例の場合、この主絶縁層とは別個に副絶縁層を設け、必要な配線を副絶縁層に埋め込む形態をとる。
【００９９】
図１７(a) は、副絶縁層を用いて配線を行う実施例の上面図であり（ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。）、図１７(b) は、これを切断線１７ｂ−１７ｂの位置で切断した状態を示す側断面図である。この図１７に示す実施例は、図４に示す基本的実施形態に配線を施した例であり、板状の支持体２０に、９組の容量素子Ｃ１〜Ｃ９を配置したものである。各容量素子Ｃ１〜Ｃ９が、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９とによって構成されている点は、既に§１で述べたとおりである。
【０１００】
ここでも、説明の便宜上、図示のようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義する。すなわち、図１７(a) の右方向がＸ軸、上方向がＹ軸、紙面垂直手前方向がＺ軸であり、図１７(b) の右方向がＸ軸、上方向がＺ軸、紙面垂直奥方向がＹ軸である。
【０１０１】
図１７(b) の側断面図に示されているとおり、板状の支持体２０の上面には、第１の絶縁層２２が形成され、その上面には、第２の絶縁層２３が形成されている。ここで、第２の絶縁層２３は上述した主絶縁層であり、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐが埋め込まれている。また、この第２の絶縁層２３は保護層としての機能も果たす。なお、図１７(a) の上面図では、第２の絶縁層２３の図示は省略されている。すなわち、図１７(a) に実線で描かれ、ハッチングが施されている構成要素は、いずれも第１の絶縁層２２の上面に形成されている構成要素であり、第２の絶縁層２３に埋め込まれている構成要素である。一方、図１７(a) に破線で描かれている構成要素は、いずれも支持体２０の上面に形成されている構成要素であり、第１の絶縁層２２に埋め込まれている構成要素である。
【０１０２】
図１７(a) の上面図に示すとおり、９組の容量素子Ｃ１〜Ｃ９は、３行３列の行列状に配置されている。そして、同一の行に所属する３組の周囲電極は、Ｘ軸に平行な横方向配線層によって相互に接続され、更に右端の端子に接続されている。具体的には、第１行目に所属する周囲電極Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３は、横方向配線層Ｗｘ１，Ｗｘ２，Ｗｘ３によって端子Ｔｘ１に接続されており、第２行目に所属する周囲電極Ｅｐ４，Ｅｐ５，Ｅｐ６は、横方向配線層Ｗｘ４，Ｗｘ５，Ｗｘ６によって端子Ｔｘ２に接続されており、第３行目に所属する周囲電極Ｅｐ７，Ｅｐ８，Ｅｐ９は、横方向配線層Ｗｘ７，Ｗｘ８，Ｗｘ９によって端子Ｔｘ３に接続されている。
【０１０３】
図１７(b) の側断面図における第２の絶縁層２３には、行列の第３行目に所属する周囲電極Ｅｐ７，Ｅｐ８，Ｅｐ９が端子Ｔｘ３に接続される状態が示されている。図１７(b) に示す配線用コンタクトホールＨは、第２の絶縁層２３に開口されたコンタクトホールであり、端子Ｔｘ３に対する外部配線に利用される。端子Ｔｘ１，Ｔｘ２に対しても、同様に配線用コンタクトホールを介した外部配線がなされる。
【０１０４】
一方、図１７(a) の上面図に破線で示すとおり、同一の列に所属する３組の中央電極は、Ｙ軸に平行な縦方向配線層によって相互に接続され、更に下端の端子に接続されている。具体的には、第１列目に所属する中央電極Ｅｃ１，Ｅｃ４，Ｅｃ７は、縦方向配線層Ｗｙ１０によって端子Ｔｙ１に接続されており、第２列目に所属する中央電極Ｅｃ２，Ｅｃ５，Ｅｃ８は、縦方向配線層Ｗｙ２０によって端子Ｔｙ２に接続されており、第３列目に所属する中央電極Ｅｃ３，Ｅｃ６，Ｅｃ９は、縦方向配線層Ｗｙ３０によって端子Ｔｙ３に接続されている。
【０１０５】
図１７(b) の側断面図における第１の絶縁層２２には、３本の縦方向配線層Ｗｙ１０，Ｗｙ２０，Ｗｙ３０の断面が示されている。各縦方向配線層Ｗｙ１０，Ｗｙ２０，Ｗｙ３０が、第１の絶縁層２２（副絶縁層）に埋め込まれているのに対して、各中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９は、第２の絶縁層２３（主絶縁層）に埋め込まれているので、両者を上下方向に接続するための層間配線層が設けられている。図１７(a) の各中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９の中心位置に描かれている黒丸は、この層間配線層を示している。
【０１０６】
図１７(b) の側断面図には、中央電極Ｅｃ７と縦方向配線層Ｗｙ１０とを接続する層間配線層Ｗ７、中央電極Ｅｃ８と縦方向配線層Ｗｙ２０とを接続する層間配線層Ｗ８、中央電極Ｅｃ９と縦方向配線層Ｗｙ３０とを接続する層間配線層Ｗ９が示されている。これら層間配線層は、実際には、第１の絶縁層２２に開口された配線用コンタクトホール内に充填された導電性材料によって構成される。なお、図には示されていないが、端子Ｔｙ１，Ｔｙ２，Ｔｙ３の上方には、第１の絶縁層２２および第２の絶縁層２３を貫通する配線用コンタクトホールが設けられており、これら配線用コンタクトホールを介して、端子Ｔｙ１，Ｔｙ２，Ｔｙ３に対する外部配線がなされる。
【０１０７】
もちろん、端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３，Ｔｙ１〜Ｔｙ３を各絶縁層２２，２３の側端面まで伸ばすようにすれば、配線用コンタクトホールＨを用いずに、側端面から露出した各端子に対して直接外部配線を施すこともできる。
【０１０８】
このような配線形態は、非常に単純でありながら、次のような方法によって、任意の容量素子の静電容量値を測定することが可能であるため、非常に効率的でもある。図１８は、図１７に示す実施例に用いる位置検出手段５０の一例を示す回路図（一部はブロック図）である。§１で述べたとおり、本発明に係る物体センサには、複数Ｎ組の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物Ｍの位置を検出する位置検出手段５０が設けられている。この位置検出手段５０は、図示のとおり、各容量素子についての静電容量値を測定する容量値測定部５１と、測定された各静電容量値に基づいて、対象物Ｍの位置を特定する位置特定部５２と、を有している。
【０１０９】
図１８に示す位置検出手段５０は、図１７に示す実施例に適用されるものである。したがって、容量値測定部５１の回路図に示されている端子Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３は、図１７(a) の右端に示されている各端子に相当するものであり、容量値測定部５１の回路図に示されている端子Ｔｙ１，Ｔｙ２，Ｔｙ３は、図１７(a) の下端に示されている各端子に相当するものである。端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３は、切替スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３を介して端子Ｔａに接続され、端子Ｔｙ１〜Ｔｙ３は、切替スイッチＳＷｙ１〜ＳＷｙ３を介して端子Ｔｂに接続されており、両端子Ｔａ，Ｔｂ間の静電容量値Ｃが測定回路ｍによって測定されることになる。静電容量値Ｃの測定を行う測定回路ｍは公知の回路であるため、ここではその詳細な回路図は省略する。
【０１１０】
図１９は、図１８に示す容量値測定部５１によって、図１７に示す９組の容量素子Ｃ１〜Ｃ９の静電容量値を測定する際の切替動作を示す表であり、左欄に示された各容量素子Ｃ１〜Ｃ９の静電容量値を測定する際の各切替スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３，ＳＷｙ１〜ＳＷｙ３のＯＮ／ＯＦＦの切替状態を示している。たとえば、容量素子Ｃ１の静電容量値を測定する際には、切替スイッチＳＷｘ１とＳＷｙ１とをＯＮにし、他の切替スイッチをＯＦＦにすればよい。そうすれば、端子Ｔａ，Ｔｂ間で測定される静電容量値は、図１７に示す端子Ｔｘ１と端子Ｔｙ１との間の静電容量値、すなわち、容量素子Ｃ１の静電容量値になる。
【０１１１】
したがって、この図１９の表にしたがって、各切替スイッチＳＷｘ１〜ＳＷｘ３，ＳＷｙ１〜ＳＷｙ３を切り替えることにより、各容量素子Ｃ１〜Ｃ９の静電容量値を測定することが可能になる。位置特定部５２は、こうして得られた静電容量値に基づいて、対象物Ｍの位置を特定する処理を行う。具体的な処理内容については、既に§３で説明したとおりである。
【０１１２】
図１７〜図１９に示す実施例は、検出面Ｓ上に９組の容量素子を３行３列に配置した例についてのものであるが、Ｉ行Ｊ列に配置されたＮ組（Ｎ＝Ｉ×Ｊ）の容量素子を用いる物体センサの構成を一般論として述べれば、次のようになる。まず、ＸＹＺ三次元直交座標系におけるＸＹ平面上に検出面Ｓを定義する。そして、Ｘ軸に平行なＩ本の横方向格子線とＹ軸に平行なＪ本の縦方向格子線とを定義し、これら格子線の各交点位置にそれぞれ格子点を定義する。その結果、合計Ｎ個の格子点がＩ行Ｊ列の行列として定義される。
【０１１３】
そして、個々の格子点を検出点Ｐとして、§１で述べたように、各検出点Ｐの位置に中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐからなる容量素子を配置する。その結果、合計Ｎ組の容量素子がＩ行Ｊ列の行列状に配置されることになる。そこで、同一の横方向格子線に沿って並んだＪ個の周囲電極Ｅｐ１〜ＥｐＪを当該横方向格子線に沿った横方向配線層Ｗｘによって相互に接続する配線を行い、同一の縦方向格子線に沿って並んだＩ個の中央電極Ｅｃ１〜ＥｃＩを当該縦方向格子線に沿った縦方向配線層Ｗｙによって相互に接続する配線を行う。図１７に示す例は、Ｉ＝３，Ｊ＝３に設定して、合計Ｎ個の容量素子を３行３列の行列状に配置し、上述した配線を施した例である。
【０１１４】
このような配線を行うために、図１７に示す実施例では、支持体２０の上面に第１の絶縁層２２を形成し、この第１の絶縁層２２の上面に第２の絶縁層２３を形成している。そして、第２の絶縁層２３を主絶縁層と呼び、第１の絶縁層２２を副絶縁層と呼んだ場合に、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と、周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９と、周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９を容量値測定部５１に電気的に接続するための周囲電極配線層Ｗｘ１〜Ｗｘ９（図１７(a) の場合、横方向配線層）とを、主絶縁層に埋め込むようにしており、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９を容量値測定部５１に電気的に接続するための中央電極配線層Ｗｙ１０〜Ｗｙ３０（図１７(a) の場合、縦方向配線層）を、副絶縁層に埋め込むようにしている。また、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と中央電極配線層との間に、主絶縁層と副絶縁層との境界面を貫通する層間配線層（図１７(b) の場合、Ｗ７〜Ｗ９）を形成している。
【０１１５】
なお、図１７に示す実施例の場合、支持体２０の上面に形成された第１の絶縁層２２を副絶縁層とし、その上面に形成された第２の絶縁層２３を主絶縁層としているが、逆に、支持体２０の上面に形成された第１の絶縁層２２を主絶縁層とし、その上面に形成された第２の絶縁層２３を副絶縁層としてもよい。
【０１１６】
ただ、実用上は、図１７に示す実施例のように、下層となる第１の絶縁層２２を副絶縁層とし、上層となる第２の絶縁層２３を主絶縁層とするのが好ましい。これは、上層となる第２の絶縁層２３を主絶縁層とすれば、中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐが配置される検出面Ｓが、上層となる第２の絶縁層２３の底面になるため、各電極と対象物Ｍとの間の距離がより小さくなり、より高い検出感度が得られるためである。
【０１１７】
同様に、図１８に示す容量値測定部５１の構成を一般論として述べれば、この容量値測定部５１は、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｉ）の横方向配線層と第ｊ番目（１≦ｊ≦Ｊ）の縦方向配線層とを選択する切替スイッチと、選択された第ｉ番目の横方向配線層と第ｊ番目の縦方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、第ｉ行第ｊ列に位置する検出点に配置された容量素子の静電容量値を求める測定回路ｍと、を有しており、切替スイッチによって選択対象を切り替えることにより、任意の検出点に配置された容量素子の静電容量値を測定する構成要素と言うことができる。
【０１１８】
＜４−２．電極形成層を２層に分けて配線を行う実施例＞
続いて、具体的な配線を施した第２の実施例として、電極形成層を２層に分けて配線を行う例を説明する。この実施例の場合、中央電極Ｅｃと周囲電極Ｅｐとは、それぞれ別の絶縁層に埋め込まれることになる。ここでは説明の便宜上、まず、１組の容量素子のみが形成された構造体を、図２０を参照しながら説明する。図２０(a) は、このような構造体の上面図、図２０(b) は、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。
【０１１９】
図２０(a) に示す構造体は、平板状の支持体２０の上面に、円盤状の中央電極Ｅｃと、それを取り囲む円環状の周囲電極Ｅｐと、を配置して１組の容量素子を構成し、更に、配線を施したものである。なお、この図２０(a) に示すハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。図示のとおり、中央電極Ｅｃに対しては縦方向配線層Ｗｙによる配線が施され、端子Ｔｙに対して電気的な接続がなされており、周囲電極Ｅｐに対しては横方向配線層Ｗｘによる配線が施され、端子Ｔｘに対して電気的な接続がなされている。
【０１２０】
ここで述べる実施例の特徴は、中央電極Ｅｃおよび縦方向配線層Ｗｙを第１の絶縁層２２に埋め込むように形成し、周囲電極Ｅｐおよび横方向配線層Ｗｘを第２の絶縁層２３に埋め込むように形成し、両者が電気的に絶縁されるようにした点にある。すなわち、図２０(a) の上面図に示すように、平面的な位置関係だけを見ると、中央電極Ｅｃは、周囲電極Ｅｐによって囲まれた状態になっているため、縦方向配線層Ｗｙは周囲電極Ｅｃと交差しているが、上記２層構造を採用することにより、当該交差部分は実際には立体交差になり、両者の絶縁状態は維持される。
【０１２１】
この立体交差の状態は、図２０(b) の側断面図に明瞭に示されている。図２０(b) は、図２０(a) に示す構造体をＸ軸の位置で切断した断面図である。この図には、平板状の支持体２０の上面に第１の絶縁層２２が形成され、この第１の絶縁層２２の上面に第２の絶縁層２３が形成されている状態が示されている。この例の場合、第１の絶縁層２２は、中央電極Ｅｃ，縦方向配線層Ｗｙ，端子Ｔｙを埋め込むための中央電極形成層としての役割を果たし、第２の絶縁層２３は、周囲電極Ｅｐ，横方向配線層Ｗｘ，端子Ｔｘを埋め込むための周囲電極形成層としての役割を果たす。図２０(b) には現れていないが、縦方向配線層Ｗｙおよび端子Ｔｙは、中央電極Ｅｃと同様に、支持体２０の上面に形成されている。
【０１２２】
また、図２０(b) に示す例では、第２の絶縁層２３に配線用コンタクトホールＨが形成されており、端子Ｔｘを外部回路（容量値測定部５１）に接続できるようにしている。図示されていないが、端子Ｔｙを外部回路に接続するための配線用コンタクトホールも設けられている。もちろん、端子Ｔｘ，Ｔｙを各絶縁層２２，２３の側端面まで伸ばすようにすれば、配線用コンタクトホールＨを用いずに、側端面から露出した各端子Ｔｘ，Ｔｙに対して直接外部配線を施すこともできる。
【０１２３】
図２１は、図２０(b) に示す層構造を上下逆にした例を示す側断面図である。すなわち、この例では、第１の絶縁層２２が周囲電極形成層としての役割を果たし、第２の絶縁層２３が中央電極形成層としての役割を果たす。このため、中央電極Ｅｃ，縦方向配線層Ｗｙ，端子Ｔｙは第２の絶縁層２３に埋め込まれており、周囲電極Ｅｐ，横方向配線層Ｗｘ，端子Ｔｘは第１の絶縁層２２に埋め込まれている。
【０１２４】
結局、具体的な配線を施した第２の実施例の場合、第１の絶縁層２２および第２の絶縁層２３のうちの一方が中央電極形成層としての役割を果たし、他方が周囲電極形成層としての役割を果たすようにし、各容量素子の中央電極Ｅｃが中央電極形成層に埋め込まれており、各容量素子の周囲電極Ｅｐが周囲電極形成層に埋め込まれているようにすれば、各層構造の上下関係は不問である。
【０１２５】
図２２は、図４に示す９組の容量素子を用いた基本的実施形態に、電極形成層を２層に分ける第２の実施例に係る配線形態を適用した構造体を示している。図２２(a) は、当該構造体の上面図であり（ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。）、図２２(b) は、これを切断線２２ｂ−２２ｂの位置で切断した状態を示す側断面図である。ここでも、説明の便宜上、図示のようなＸＹＺ三次元直交座標系が定義されている。すなわち、図２２(a) の右方向がＸ軸、上方向がＹ軸、紙面垂直手前方向がＺ軸であり、図２２(b) の右方向がＸ軸、上方向がＺ軸、紙面垂直奥方向がＹ軸である。
【０１２６】
この図２２に示す第２の実施例を図１７に示す第１の実施例と比較すると、板状の支持体２０に、９組の容量素子Ｃ１〜Ｃ９が配置されている点や、各容量素子Ｃ１〜Ｃ９が、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９とによって構成されている点については相違はないが、各構成要素を埋め込むための層構造に若干の違いがある。
【０１２７】
図２２(a) に示すとおり、円盤状の中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９については、縦方向配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ９を介して端子Ｔｙ１〜Ｔｙ３までの配線がなされている。同様に、円環状の周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９については、横方向配線層Ｗｘ１〜Ｗｘ９を介して端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３までの配線がなされている。ただ、図２０に示す層構造を採用しているため、円盤状の中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と、これらについての縦方向配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ９と、端子Ｔｙ１〜Ｔｙ３は、平板状の支持体２０の上面に形成されており、第１の絶縁層２２に埋め込まれている。図２２(b) の側断面図には、第１の絶縁層２２内に埋め込まれている３組の中央電極Ｅｃ７〜Ｅｃ９が示されている。
【０１２８】
一方、円環状の周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９と、これらについての横方向配線層Ｗｘ１〜Ｗｘ９と、端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３は、第１の絶縁層２２の上面に形成されており、第２の絶縁層２３に埋め込まれている。図２２(b) の側断面図には、行列の第３行目の各周囲電極Ｅｐ７〜Ｅｐ９と、これらを端子Ｔｘ３に接続するための横方向配線層Ｗｘ７〜Ｗｘ９が、第２の絶縁層２３内に埋め込まれている状態が示されている。もちろん、図１７に示す第１の実施例と同様に、この図２２に示す第２の実施例の場合も、各端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３，Ｔｙ１〜Ｔｙ３に対しては、配線用コンタクトホールＨを介して外部への配線が可能である。
【０１２９】
この図２２に示す実施例は、図２０に示す層構造を採用したものであるが、もちろん、層構造の上下を逆にした図２１に示す層構造を採用することも可能である。結局、この図２２に示す第２の実施例は、支持体２０の上面に第１の絶縁層２２を形成し、この第１の絶縁層２２の上面に第２の絶縁層２３を形成する点は、図１７に示す第１の実施例と同様であるが、第１の絶縁層２２および第２の絶縁層２３のうちの一方を中央電極形成層、他方を周囲電極形成層と呼んだ場合に、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９と、この中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９を容量値測定部５１に電気的に接続するための中央電極配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ９（図２２(a) の場合、縦方向配線層）とが、中央電極形成層に埋め込まれており、周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９と、この周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９を容量値測定部５１に電気的に接続するための周囲電極配線層Ｗｘ１〜Ｗｘ９（図２２(a) の場合、横方向配線層）とが、周囲電極形成層に埋め込まれていることになる。
【０１３０】
このように、図１７に示す第１の実施例と図２２に示す第２の実施例とは、層構造に若干の違いがあるものの、各中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９および各周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９と、各端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３，Ｔｙ１〜Ｔｙ３との間の接続関係は全く同じである。したがって、この図２２に示す第２の実施例についても、図１８に示す位置検出手段５０をそのまま利用して、対象物Ｍの位置の特定を行うことができる。
【０１３１】
ただ、検出感度の観点からは、図１７に示す第１の実施例の方が、図２２に示す第２の実施例よりも優れている。これは、第１の実施例の場合、図１７(b) に示されているとおり、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９および周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９が、いずれも同一の検出面Ｓ上に配置されているため、対象物Ｍの接近に起因する静電容量値の変動がより大きく生じるためである。第２の実施例の場合は、図２２(b) に示されているとおり、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ９の形成面と周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ９の形成面とが同一の面にはならない。このため、一方の電極は他方の電極に比べて対象物Ｍとの距離が若干大きくなり、対象物Ｍの接近に起因する静電容量値の変動が若干少なくなる。このため、第２の実施例は第１の実施例に比べて、若干、検出感度が低下することになる。
【０１３２】
＜４−３．各部の材質や寸法の一例＞
§４−１では、図１７を参照して具体的な配線を施した第１の実施例を説明し、§４−２では、図２２を参照して具体的な配線を施した第２の実施例を説明した。ここでは、これらの各実施例に基づく物体センサを実際に製造する上で、各部の材質や寸法の実例を簡単に述べておく。
【０１３３】
まず、板状の支持体２０は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板などの剛性基板によって構成することもできるし、ポリイミドフィルムやＰＥＴフィルムなどの可撓性フィルムを用いたいわゆるＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）によって構成することもできるし、シリコーンゴムなどのシートによって構成することもできる。ロボットアームの指先など、任意形状の曲面に装着する用途に利用する場合は、支持体２０が可撓性を有していた方が好ましいので、可撓性フィルムからなる支持体２０を用いるようにすればよい。
【０１３４】
一方、中央電極Ｅｃや周囲電極Ｅｐは、たとえば、アルミニウムや銅などの金属や、その他の導電性材料で構成すればよい。具体的には、たとえば、印刷、ポッティング、スタンピングなどの方法で、これらの導電を形成することができる。各配線層や端子も、同様である。
【０１３５】
また、第１の絶縁層２２や第２の絶縁層２３は、たとえば、ポリイミドなどの樹脂層によって構成すればよい。これらの絶縁層は、内部に各電極や配線層を埋め込んだ層になるが、実際の製造プロセスでは、各電極や配線層を形成した後、これらを覆うように樹脂を流し込み、硬化させることにより形成することができる。各電極は、支持体２０の上面に直接もしくは別な絶縁層を介して間接的に形成されることになり、更に、各電極の上面は絶縁層によって被覆され保護されることになる。
【０１３６】
本願発明者が試作した図１７の実施例に係る構造体についての各部の実際の寸法を参考までに記載しておくと、次のとおりである。まず、支持体２０としては、一辺が８０ｍｍの正方形をした厚み１ｍｍの板状部材を用いた。そして、中央電極Ｅｃ，周囲電極Ｅｐ，各配線層，各端子の厚みは２０μｍとし、第１の絶縁層２２および第２の絶縁層の厚みは３０μｍとした。また、図１７(a) の上面図に示す各部は、中央電極Ｅｃを直径５ｍｍの円盤とし、周囲電極Ｅｐを内径８ｍｍ，外径１０ｍｍの円環状構造体とし、配線Ｗｘ１〜Ｗｘ９，Ｗｙ１０〜Ｗｙ３０の太さを１ｍｍとした。各容量素子Ｃ１〜Ｃ９の縦および横方向のピッチ（検出点Ｐのピッチ）は、２０ｍｍである。
【０１３７】
もちろん、この§４−３で例示した各部の材質や寸法は、参考例として示したものであり、本発明を実施するにあたり、各部の材質や寸法は、上記参考例に限定されるものではない。各部の材質や寸法は、製品として提供される個々の物体センサの用途や価格などに応じて、適宜決定されるべきものである。
【０１３８】
＜＜＜  §５．  いくつかの変形例  ＞＞＞
最後に、いくつかの変形例を述べておく。
【０１３９】
＜５−１．支持体に開口部を形成する変形例＞
これまで、本発明に係る物体センサとして、平板状の支持体２０を用いる例を述べてきた。もちろん支持体２０は必ずしも平板状である必要はなく、任意形状のものであってもかまわないが、任意の装置に取り付けて用いる上では、平板状の支持体２０を用いるのが好ましい。特に、二次元センサを構成する場合は、複数の容量素子を二次元的に配置する必要があるため、支持体２０は平板状であることが望ましい。
【０１４０】
上述したとおり、支持体２０は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板などの剛性基板によって構成することもできるし、ポリイミドフィルムやＰＥＴフィルムなどの可撓性フィルムによって構成することもできるし、シリコーンゴムなどのシートによって構成することもできる。ロボットアームの指先など、任意形状の曲面に装着する用途に利用する場合は、支持体２０が可撓性を有していた方が好ましいので、可撓性フィルムからなる支持体２０を用いるようにすればよい。この場合、任意形状の曲面に装着した時点で、物体センサの検出面Ｓは平面ではなく、当該任意形状の曲面に変わることになる。
【０１４１】
また、ある程度の剛性をもった基板を支持体として用いた場合でも、数カ所に開口部を形成するようにすれば、可撓性を付加することができるようになる。図２３(a) は、図２２に示す実施例に開口部を形成した変形例を示す上面図であり（ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない）、図２３(b) は、これを切断線２３ｂ−２３ｂの位置で切断した状態を示す側断面図である。図２２に示す支持体２０と、図２３に示す支持体３０との相違点は、後者には、複数箇所に開口部Ｕ１〜Ｕ９が設けられている点である。具体的には、この平板状の構造体からなる支持体３０の場合、容量素子の形成されていない領域に、構造体の厚みを貫通する開口部が設けられており、構造体全体が変形を生じやすくなるように構成されている。そのため、当該構造体全体が変形を生じるようになっており、任意形状の曲面に装着する用途に適したものになっている。
【０１４２】
具体的には、図示の例の場合、開口部Ｕ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ５は、隣接する容量素子の間に配置されており、開口部Ｕ３，Ｕ６，Ｕ７〜Ｕ９は、この構造体の縁部に配置されている。このように、開口部を容量素子の配置部を避けた箇所に配置すれば、容量素子による検出動作に支障を及ぼすことはない。図示の例の場合、開口部Ｕ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ５は、正方形状の開口部であるが、他の開口部は様々な形状をしている。これは、開口部の形状のバリエーションを示すための便宜であり、実際には、すべての開口部を同一形状にしてかまわない。図示のバリエーションに示すとおり、開口部は、支持体３０に可撓性を付加する効果があれば、どのような形状のものでもよい。
【０１４３】
図示の実施例のように、円盤状の中央電極Ｅｃおよび円環状の周囲電極Ｅｐを用いると、隣接する容量素子間に隙間が生じるため、この隙間部分に開口部を効率的に配置することができる。したがって、支持体に開口部を形成する場合は、円盤状の中央電極Ｅｃおよび円環状の周囲電極Ｅｐによって容量素子を形成すると好都合である。
【０１４４】
図２３(b) の側断面図に示すとおり、この例の場合、開口部Ｕ１〜Ｕ９は、平板状の支持体３０だけでなく、第１の絶縁層３２および第２の絶縁層３３も貫通する貫通孔からなる開口部になっている。各絶縁層３２，３３を樹脂などの可撓性材料によって構成した場合は、開口部は必ずしも各絶縁層３２，３３まで貫通する貫通孔構造にする必要はないが、実用上は、各絶縁層３２，３３も含めた構造体の厚みを貫通するような開口部を設けるのが、十分な可撓性を与える上では好ましい。
【０１４５】
このように、複数箇所に開口部を形成した平板状の支持体３０は、結局、網目構造を有するシート状構造体を構成し、十分な可撓性を有することになる。このため、ロボットアームの指先など、任意形状の曲面に装着する用途に適した物体センサを実現することができる。
【０１４６】
また、図２に示す従来の物体センサの場合、細長い線状の各電極Ｅｘ，Ｅｙは、局在容量素子を構成する役割を担うため、幅を細くしてしまうと、検出感度の低下を招くことになるが、本発明に係る物体センサの場合、隣接する容量素子間を接続する配線層は、配線としての役割を果たすことができればよいので、幅を必要最小限に狭めることができる。したがって、任意形状の曲面に装着する用途が想定される場合には、配線層の幅をなるべく細く設計することにより、十分な可撓性を確保することができる。
【０１４７】
＜５−２．電極形状に関する変形例＞
これまで、円盤状の中央電極Ｅｃおよび円環状の周囲電極Ｅｐを用いて容量素子を構成した例を述べてきたが、本発明を実施する上で、中央電極Ｅｃは必ずしも円盤状の電極である必要はなく、周囲電極Ｅｐは必ずしも円環状の電極である必要はない。中央電極Ｅｃは、所定の検出点Ｐに配置された任意形状の電極であれば足り、周囲電極Ｅｐは、この中央電極Ｅｃを取り囲むように配置された電極であれば足りる。
【０１４８】
図２４は、本発明に用いる中央電極Ｅｃおよび周囲電極Ｅｐのバリエーションを示す平面図である。ここで、図のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。
【０１４９】
図２４(a) は、これまで述べてきた円盤状の中央電極Ｅｃと円環状の周囲電極Ｅｐを用いて容量素子を構成した例である。中央電極Ｅｃも周囲電極Ｅｐも、検出点Ｐが中心点となるように同心配置されているため、容量素子全体が回転対称体を構成することになる。このため、検出点Ｐの周囲３６０°のいずれの方向から対象物Ｍが接近してきた場合にも、静電容量値に関して等価な変動が生じることになり、より正確な検出動作が期待できる。また、図２３に示すような開口部Ｕ１〜Ｕ９を形成する場合にも、円形の電極を用いることにより、開口部形成に必要な領域を確保することが容易になる。
【０１５０】
したがって、本願発明者は、本発明を実施する上では、この図２４(a) に示す電極形状が最も好ましいものと考えている。また、本願発明者が行った実験によれば、中央電極Ｅｃの全面積Ｓ（Ｅｃ）と周囲電極Ｅｐの全面積Ｓ（Ｅｐ）とが等しくなる設定（Ｓ（Ｅｃ）＝Ｓ（Ｅｐ）となる設定）を行うと、より検出感度が向上する傾向が見られた。したがって、実際には、図６(a) に示す電極構成（Ｓ（Ｅｃ）＜Ｓ（Ｅｐ））よりも、図２４(a) に示す電極構成（Ｓ（Ｅｃ）＝Ｓ（Ｅｐ））の方が好ましいと言える。
【０１５１】
もちろん、原理的には、図２４(b) に示すように、矩形状の中央電極Ｅｃの周囲を矩形枠状の周囲電極Ｅｐが取り囲むような構造の容量素子を形成してもよいし、図２４(c) に示すように、矩形状の中央電極Ｅｃの周囲を円環状の周囲電極Ｅｐが取り囲むような構造の容量素子を形成してもよい。また、図２４(d) に示すように、円環状の中央電極Ｅｃの周囲を円環状の周囲電極Ｅｐが取り囲むような構造の容量素子を形成してもよい。
【０１５２】
図２４(e) は、外輪郭が多数の折れ線（ジグザグ線）からなる星型の中央電極Ｅｃを、内輪郭が多数の折れ線（ジグザグ線）からなる星型をなし、外輪郭が円からなる特殊形状の周囲電極Ｅｐによって取り囲むような構造の容量素子を形成した例である。本願発明者が行った実験によれば、中央電極Ｅｃの外輪郭を多数の折れ線（ジグザグ線）によって構成し、周囲電極Ｅｐの内輪郭を、これに沿った多数の折れ線（ジグザグ線）によって構成した場合、各輪郭を円によって構成した場合に比べて、より検出感度が向上する傾向が見られた。
【０１５３】
その理由についての詳細な解析は、現時点ではなされていないが、本願発明者は、中央電極Ｅｃの外輪郭線の全長、およびこれに対向する周囲電極Ｅｐの内輪郭線の全長が長くなればなるほど、何らかの要因で、近傍に存在する物体が静電容量値に与える影響が大きくなるためと考えている。
【０１５４】
図２４(f) は、図２４(a) における周囲電極Ｅｐの一部に切り欠き部Ｌを設けた例である。本発明における周囲電極Ｅｐは、中央電極Ｅｃを取り囲む形状を有している必要があるが、中央電極Ｅｃの周囲３６０°をすべて取り囲む必要はない。別言すれば、周囲電極Ｅｐは、必ずしも完全な環状構造を有している必要はなく、一部に切り欠き部Ｌが形成されていてもかまわない。図２４(f) に示す例は、中央電極Ｅｃが、検出点Ｐを中心として配置された円盤状の電極であり、周囲電極Ｅｐが、この中央電極Ｅｃを取り囲むように配置され、一部に切り欠き部Ｌを有する不完全円環状の電極である例である。
【０１５５】
もちろん、図２４(f) に示すように、周囲電極Ｅｐの一部に切り欠き部Ｌを形成してしまうと、容量素子は完全な回転対称体ではなくなるので、検出点Ｐの周囲３６０°のいずれの方向から対象物Ｍが接近してきた場合にも、静電容量値に関して等価な変動が生じる、という特性は失われてしまう。また、切り欠き部Ｌを設けることにより、静電容量値も低下するため、検出感度も若干低下することになる。しかしながら、この切り欠き部Ｌを利用して、中央電極Ｅｃに対する配線が可能になるというメリットが得られる。
【０１５６】
図２５は、このようなメリットを利用して配線を行った変形例を示す上面図である。この図２５においても、ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。この変形例は、板状の支持体２０の上面に、Ｘ軸方向に沿って３組の容量素子Ｃ１〜Ｃ３を配置した一次元物体センサの例である。図示のとおり、３組の容量素子Ｃ１〜Ｃ３は、Ｘ軸上に定義された検出点Ｐ１〜Ｐ３の位置に配置されている。
【０１５７】
ここで、各電極に対する配線に着目すると、周囲電極Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３は、横方向配線層Ｗｘ１，Ｗｘ２，Ｗｘ３によって端子Ｔｘに接続されており、中央電極Ｅｃ１，Ｅｃ２，Ｅｃ３は、縦方向配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ３によって端子Ｔｙ１〜Ｔｙ３に接続されている。しかも、縦方向配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ３は、周囲電極Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３に設けられた切り欠き部を通っているため、周囲電極Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３に対して立体交差する必要はない。
【０１５８】
したがって、この図２５に示す変形例の場合、中央電極Ｅｃ１〜Ｅｃ３、周囲電極Ｅｐ１〜Ｅｐ３、横方向配線層Ｗｘ１，Ｗｘ２，Ｗｘ３、縦方向配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ３、端子Ｔｘ，Ｔｙ１〜Ｔｙ３（図にハッチングを施して示す構成要素）は、いずれも同一の検出面Ｓ上に形成することができる。別言すれば、この図２５に示す変形例の場合、図１７や図２２に示すような２層の絶縁層２２，２３を形成する必要はなく、図６(b) に示すような１層の絶縁層２１を形成すれば足りる。このように、周囲電極Ｅｐに切り欠き部Ｌを形成し、中央電極Ｅｃに対する配線を、この切り欠き部Ｌを通して行うようにすれば、絶縁層の構成を１層のみとすることができ、製造コストを低減させることができる。
【０１５９】
＜５−３．絶縁層に関する変形例＞
図１７(b) や図２２(b) に示す例では、支持体２０の上面に第１の絶縁層２２と第２の絶縁層２３とを積層した構成を示したが、これら絶縁層は必ずしも２層構造に分ける必要はなく、両者を融合させた単層構造にしてもかまわない。ただ、実際の製造工程を考慮すると、支持体２０の上面に必要な導電層（電極もしくは配線層）を形成し、これを覆うように樹脂などからなる第１の絶縁層２２を形成し、その上面に必要な導電層（電極もしくは配線層）を形成し、更にこれを覆うように樹脂などからなる第２の絶縁層２３を形成する、というプロセスが好ましい。このようなプロセスを経ると、図示のような２層構造からなる絶縁層が形成されることになる。
【０１６０】
なお、第２の絶縁層２３は設けなくても、原理的には動作可能であるが、電極が上面に露出した状態になっていると、対象物の接触による短絡事故が発生するおそれがあり、また、表面が酸化などによる腐食を受けるおそれがあるので、実用上は、電極が露出しないように、その表面を何らかの保護層（上例では、第２の絶縁層２３）で覆うようにするのが好ましい。
【０１６１】
要するに、本発明に係る物体センサに用いる各電極は、支持体２０の表面に直接もしくは別な絶縁層を介して間接的に形成されているようにし、更に、各電極の上面を絶縁層によって被覆するようにするのが好ましい。絶縁層は保護層として機能し、各電極を腐食から保護することができ、また、外部の導電体が各電極に直接接触して電気的な短絡が生じるのを防止できる。
【符号の説明】
【０１６２】
１０：支持体
１１：第１の絶縁層
１２：第２の絶縁層
２０：支持体
２１：絶縁層
２２：第１の絶縁層
２３：第２の絶縁層
３０：支持体
３２：第１の絶縁層
３３：第２の絶縁層
５０：位置検出手段
５１：容量値測定部
５２：位置特定部
Ａ，Ａ１〜Ａ９：検出領域
Ｂｔ：切断面
Ｃ，Ｃ１〜Ｃ９：容量素子／静電容量値
Ｃｉｊ：容量素子／静電容量値
Ｃ（１，１）〜Ｃ（９，９）：容量素子を示すセル／静電容量値
Ｃ０：既存容量値
Ｃmax：最大静電容量値
Ｃleft，Ｃright ：左右の付加容量
Ｃｔ：静電容量値のしきい値
Ｅ１，Ｅ２：電極
Ｅｃ，Ｅｃ１〜Ｅｃ９：中央電極
Ｅｐ，Ｅｐ１〜Ｅｐ９：周囲電極
Ｅｐ（Ｌ）：周囲電極の左側部分
Ｅｐ（Ｒ）：周囲電極の右側部分
Ｅｘ，Ｅｘ１〜Ｅｘｉ：行方向電極
Ｅｙ，Ｅｙ１〜Ｅｙｊ：列方向電極
Ｇ：移動経路
Ｇ１〜Ｇ３：グラフ
Ｇｘｙ：三次元グラフ
ｇ：有意領域Ｓｔの重心点
Ｈ：配線用コンタクトホール
ｈ：高さ
Ｌ：切り欠き部
Ｍ：対象物
ｍ：測定回路
Ｐ，Ｐ１〜Ｐ９：検出点
Ｐｉｊ：検出点
Ｑ，Ｑ１〜Ｑ３：対象物の位置
Ｓ：検出面
Ｓｔ：有意領域
ＳＷｘ１〜ＳＷｘ３：切替スイッチ
ＳＷｙ１〜ＳＷｙ４：切替スイッチ
Ｔ１，Ｔ２：端子
Ｔａ，Ｔｂ：端子
Ｔｘ，Ｔｘ１〜Ｔｘ３：端子
Ｔｙ１〜Ｔｙ３：端子
Ｕ１〜Ｕ９：開口部
Ｗ７〜Ｗ９：層間配線層
Ｗｘ，Ｗｘ１〜Ｗｘ９：横方向配線層
Ｗｙ，Ｗｙ１〜Ｗｙ９：縦方向配線層
Ｗｙ１０〜Ｗｙ３０：縦方向配線層
Ｘ：ＸＹＺ三次元直交座標系の座標軸
Ｘｇ：重心点ｇのＸ座標値
Ｙ：ＸＹＺ三次元直交座標系の座標軸
Ｙｇ：重心点ｇのＹ座標値
Ｚ：ＸＹＺ三次元直交座標系の座標軸
ξ：Ｘ軸上の位置
ξ１〜ξ３：静電容量値
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006488251.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006488251.tif 000006
【図６】
0006488251.tif 000007
【図７】
0006488251.tif 000008
【図８】
0006488251.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0006488251.tif 000012
【図１２】
0006488251.tif 000013
【図１３】
0006488251.tif 000014
【図１４】
0006488251.tif 000015
【図１５】
0006488251.tif 000016
【図１６】
0006488251.tif 000017
【図１７】
0006488251.tif 000018
【図１８】
0006488251.tif 000019
【図１９】
0006488251.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
0006488251.tif 000022
【図２２】
0006488251.tif 000023
【図２３】
0006488251.tif 000024
【図２４】
0006488251.tif 000025
【図２５】
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