(57)【要約】【課題】機器の個体差を吸収し、確実に被検出体の検出をなし得るような静電容量型近接スイッチ装置を提供する。【解決手段】試験モード下において、被検出体11を検出用電極12に近接させない状態で、制御回路15は電圧変換回路14を介して得られる検出用電極12からの入力電圧値が予め定めてある定常値Vsから一定範囲内に収まるように検出用電極12に印加する高周波パルス信号の周期を可変し、そのときの高周波パルス信号の周期及びそのときの入力電圧値を新たな定常値としてそれぞれ不揮発性メモリ18に記憶する。試験モード終了後の運転モード下では、制御回路15は不揮発性メモリ18に記憶されている新たな定常値と高周波パルス信号の周期に基づいた動作をなすように構成する。【選択図】図１
2008243400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体の近接に伴う静電容量変化を生じさせる検出用電極に高周波パルス信号を印加し、該検出用電極の出力として得られる高周波パルス信号を電圧変換して制御回路への入力電圧値とし、該入力電圧値が判断閾値を所定の方向に横切った場合に該制御回路は上記被検出体の近接検出信号を出力する静電容量型近接スイッチ装置であって；
試験モード下において、上記被検出体を上記検出用電極に近接させない状態で、上記制御回路は上記電圧変換回路を介して得られる上記入力電圧値が予め定めてある定常値から一定範囲内に収まるように上記検出用電極に印加する上記高周波パルス信号の周期を可変し、そのときの該高周波パルス信号の周期及びそのときの入力電圧値を新たな定常値としてそれぞれ不揮発性メモリに記憶し、該試験モード終了後の運転モード下では、該制御回路は上記不揮発性メモリに記憶されている上記新たな定常値と上記高周波パルス信号の周期に基づいた動作をなすこと；
を特徴とする静電容量型近接スイッチ装置。
【請求項２】
請求項１記載の静電容量型近接スイッチ装置であって；
上記制御回路は上記新たな定常値を得たときに上記判断閾値の補正を行って新たな判断閾値として上記不揮発性メモリに記憶させ、上記運転モード下では該制御回路は該記憶された判断閾値に基づき動作すること；
を特徴とする静電容量型近接スイッチ装置。
【請求項３】
請求項１記載の静電容量型近接スイッチ装置であって；
上記制御回路は、上記試験モード下において、上記高周波パルス信号の上記周期の可変調整に代えて、あるいはこれに加えて、該高周波パルス信号のパルス幅を可変調整すること；
を特徴とする静電容量型近接スイッチ装置。
【請求項４】
請求項１記載の静電容量型近接スイッチ装置であって；
上記制御回路は上記被検出体が上記検出用電極から離隔して行った場合に上記近接検出信号の出力を停止をもって離隔検出とするように構成されており；
上記被検出体の近接を検出するときに上記所定方向に横切るべき上記判断閾値に対し、該離隔を判断するために逆方向に横切るべき判断閾値はスイッチ特性にヒステリシスを持たせるために異なっていること；
を特徴とする静電容量型近接スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器に組み込む静電容量型近接スイッチ装置に関し、特にそのスイッチ特性を安定化させるための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、静電容量型近接スイッチ装置は、人の指等の被検出体が検出用電極に近接した時の電極の静電容量変化を検出することで当該被検出体の近接を検出する装置である。なお「近接」とは、本書では検出用電極への接触に至る場合も含む用語とする。
【０００３】
こうした静電容量型近接スイッチ装置は、他のスイッチ装置に比べて低コストで非接触の装置が実現できる外、タクトスイッチ等における機械的可動部分が殆ど無いため、耐久性にも優れる。また、機構的に機器筐体から突出する部分も殆ど無くせるため、機器に組み込む際にデザイン性を損なうことも無いし、感度の微調整を行い易いといった数々の利点がある。
【０００４】
機器に組み込む場合の回路方式としては様々なものがあるが、例えば下記特許文献１に認められるように、高周波発振回路に検出用電極を接続して、静電容量の変化による発振パルスの周波数や振幅の変化を検出する高周波発振方式がある。
【特許文献１】特開平7-29467号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のよう利点の多い静電容量型近接スイッチ装置も、反面、回路構成の如何やプリント基板上に形成した際のプリントパタン形状等により静電容量が変化するため、回路部品の選定が難しいとか温度やノイズの影響を受け易いといった欠点もある。
【０００６】
さらに、検出用電極で検出される静電容量変化はごく微小なものであるため、検出には高い精度が要求され、特に機器に組み込む際には、その必要とする検出精度の高さ故に回路素子の定数のバラ付きによる誤差が無視できない。つまり、製品個体差を低減するためには精度の高い部品を使わねばならず、結局はコスト高になり易い。
【０００７】
検出法に就いても、上記特許文献１に認められるように、静電容量変化を印加している高周波の周波数変化で直接に読み取ろうとすると、これは相当な精度を要求され、誤認確率も高くなる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、周辺回路部品等にはそれ程に高精度にして高価な部品を使わずとも、また、回路パタン等の変化に応じ機器毎に静電容量変化の態様が異なったり、各機器における検出系に感度のバラ付きが見込まれても、そうした機器毎の個体差を吸収し、確実に被検出体の検出をなし得るような静電容量型近接スイッチ装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、
被検出体の近接に伴う静電容量変化を生じさせる検出用電極に高周波パルス信号を印加し、検出用電極の出力として得られる高周波パルス信号を電圧変換して制御回路への入力電圧値とし、この入力電圧値が判断閾値を所定の方向に横切った場合に制御回路は被検出体の近接と判断して近接検出信号を出力する静電容量型近接スイッチ装置であって；
試験モード下において、被検出体を検出用電極に近接させない状態で、制御回路は電圧変換回路を介して得られる上記の入力電圧値が予め定めてある定常値から一定範囲内に収まるように検出用電極に印加する高周波パルス信号の周期を可変し、そのときの高周波パルス信号の周期及びそのときの入力電圧値を新たな定常値としてそれぞれ不揮発性メモリに記憶し、試験モード終了後の運転モード下では、制御回路は不揮発性メモリに記憶されている新たな定常値と高周波パルス信号の周期に基づいた動作をなすこと；
を特徴とする静電容量型近接スイッチ装置を提案する。
【００１０】
本発明ではまた、この基本構成の下に、制御回路は上記した新たな定常値を得たときに判断閾値の補正を行って新たな判断閾値として不揮発性メモリに記憶させ、運転モード下では制御回路はこの記憶された判断閾値に基づき動作する静電容量型近接スイッチ装置も提案する。
【００１１】
さらに、上記においては高周波パルス信号の周期を可変調整することで新たな定常値を得ていたが、これに代えて、あるいはこれに加えて、パルス幅を可変調整しても良い。
【００１２】
なお、一般に被検出体が検出用電極から離隔して行った場合に近接検出信号の出力を停止をもって離隔検出とすることが多いが、このような場合には被検出体の近接を検出するときに所定方向に横切るべき判断閾値に対し、当該離隔を判断するために逆方向に横切るべき判断閾値は異ならせ、スイッチ特性にヒステリシスを持たせても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、個々の機器に最適な定常値、及びそれを得るための高周波パルス信号の周期（または特定の態様においてはこれに代わる、あるいはこれに加えてパルス幅も）を試験モード下で設定しておくことができるので、この種の静電容量型近接スイッチ装置として特に高価な部品であるとか高価な高精度検出系を用いずとも、物体の近接に関する誤認確率を大いに低めることができ、廉価にして安定したスイッチ特性を得ることができる。特に、本発明の特定の態様に従い、試験モード下において判断閾値も補正するべくすれば、定常値と判断閾値の差を機器毎の検出感度差によらずどの機器でも一定に保つことができるので、万が一の誤検出もより良く防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１(A) には本発明に従って構成された静電容量型近接スイッチ装置の望ましい一実施形態の概略構成が示されており、指等の被検出体11の近接に伴う静電容量変化を生じさせるための検出用電極12は例えば回路基板上にプリントパタンとして形成されている。この検出用電極12には高周波発振回路13からの高周波パルス信号が印加され、被検出体11の近接に伴い周波数変調を受ける当該電極12からの出力としての高周波パルス信号は周波数対電圧変換を司る電圧変換回路14の入力に与えられる。
【００１５】
高周波発振回路13は高周波発振をすることができれば良く、パルス出力回路17を有する外付けの発振回路であっても良いが、昨今の技術動向では寧ろ用いることが普通に考えられるマイクロコンピュータ（以下、マイコン）を制御回路15として用い、そのパルス出力機能をパルス出力回路17として利用するのが合理的である。マイコンを制御回路15として利用すれば、当該制御回路15は高周波発振回路13を介し、任意周期の高周波パルス信号を検出用電極12に印加することが容易になる。
【００１６】
電圧変換回路14から得られるアナログ電圧出力は、制御回路15としてマイコンを用いる場合にはA/D(アナログ対デジタル)変換回路16でデジタル値に変換して制御回路15内に取り込むが、このA/D変換回路16もまた、マイコン15によりソフト的に実効されるA/D変換機能を利用して実質的に構成することができる。制御回路15には情報記憶用の不揮発性メモリ18も備えられ、後述する必要なデータ群を格納する。
【００１７】
図１(B)には図１(A) に示される本発明装置を始め、この種の近接スイッチの特性例の一般的な形態が示されているが、これに即し、被検出体11の検出確度を高めるための本発明に従う補正操作についても説明する。
【００１８】
まず、図中、スイッチ状態が「OFF」と示されているように、被検出体11を近付けずに制御回路15から高周波発振回路13を通して一定周期の高周波パルス信号を発振させると、電圧変換回路14を介して高周波パルスがある安定な電圧値に変換され、制御回路15によりデジタル値として取り込まれる。このときの取り込み値はスイッチ・オフ(OFF)として認識される値となり、制御回路15は当初、こうなるときの妥当と思われる値を定常値Vsとして記憶している。特殊な場合には被検出体が近接していないときにオン(ON)、近接したときにオフとなる信号を発するように構成することもあるが、この実施形態では近接していない時ないし被検出体の離隔時にオフ、近接するとオンとなる場合を例示する。双方の場合を総括するならば、近接を検出したときにはそれが実際にはオン信号であろうがオフ信号であろうが、その前の状態と異なる状態として特定できる近接検出信号を発するものと考えればよい。離隔を検出することも必要であるならば、それは近接検出信号の出力の停止として定義できる。
【００１９】
しかるに、被検出体11を検出用電極12に近接させて行くと、検出用電極12と被検出体11間の静電容量が増加する。それに伴って高周波パルス信号の振幅は減少し、電圧変換回路14の出力電圧が所定方向に変化、例えば図示の場合のように低下方向に変化し、制御回路15に取り込まれるデジタル値も先程の定常値から減少して行く。
【００２０】
この減少して行く電圧値が定常値Vsに対し電圧値aだけ小さい所定の判断閾値(ON/OFF閾値と図示)Vth以下となったときに、制御回路15が被検出体11の近接と判断し、スイッチ・オン(ON)として認識するようにまずはセッティングしておく。
【００２１】
しかし、回路素子の定数のバラ付きや温度特性の影響により、スイッチ・オフ時の定常値Vsが所定の許容範囲から著しく外れる可能性がある。このような場合、スイッチの誤検出やスイッチ応答速度の不安定性等が想定され、安定したスイッチ特性を得ることはできなくなる。すなわち、Vth+a=Vsなる関係において電圧値aが許容範囲を超えて変動することがある。
【００２２】
そこで、工場出荷段階にて、本発明の趣旨に従い、図２のフロー・チャートに示すような試験モードに入り、定常値補正処理を行う。
【００２３】
まず、被検出体11を近づけていない状態において、ステップ101で示すようにデフォルトの周期、パルス幅での高周波パルス信号をパルス出力ステップ102にて高周波発振回路13から出力させ、検出用電極12を介した後の電圧変換回路14の出力電圧値，すなわち制御回路15の入力電圧値が判断ステップ103で示すように予め定めておいた下限値を下回っていないかを判断する。
【００２４】
下回っていなかった場合には後述の判断ステップ107に移るが、下回っていた場合にはステップ106に移り、制御回路15は高周波パルス信号のパルス周期を-１として検出用電極12に印加させるべくし、再びステップ103での判断を待つ。
【００２５】
こうして制御回路15への入力電圧値が下限値を下回っている限り、制御回路15は発振させる高周波パルス信号の周期を低減させて行くが、判断ステップ104で示すように可変調整可能な最小パルス周期にしてもなお、制御回路入力電圧値が下限値を下回っていた場合にはステップ105で示すようにエラーと看做し、そこで動作を停止し、望ましくはその旨を試験者に通知する。
【００２６】
そうではなく、判断ステップ103で制御回路入力電圧値が始めから下限値以上であったか、或いは上記のパルス周期低減調整により下限値以上となった場合には、判断ステップ107において制御回路入力電圧値が予め定めておいた上限値を超えていないか判断する。
【００２７】
超えていなかった場合には後述の機能ステップ110に移るが、超えていた場合には機能ステップ109に移り、制御回路15は高周波パルス信号のパルス周期を+１として検出用電極12に印加させるべくし、再びステップ107での判断を待つ。
【００２８】
こうして制御回路15への入力電圧値が上限値を上回っている限り、制御回路15は発振させる高周波パルス信号の周期を増加させて行くが、判断ステップ108で示すように可変調整可能な最大パルス周期にしてもなお、制御回路入力電圧値が上限値を上回っていた場合にはステップ105で示すようにエラーと看做し、そこで試験モード動作を停止し、望ましくはその旨を試験者に通知する。
【００２９】
一方、判断ステップ107において始めから制御回路15への入力電圧値が上限値を超えてはいなかったか、或いは上記のパルス周期増加調整の結果、超えないようになった場合には、機能ステップ110で示すように、そのときのパルス周期の値及びそのときの制御回路入力電圧値を新たな定常値として図１(A) に示す不揮発性メモリ18にそれぞれ書き込み、試験モードを終了する。
【００３０】
すなわち、試験モード下において、制御回路15は電圧変換回路14を介して得られる入力電圧値が予め定めてある定常値から一定範囲内に収まるように検出用電極12に印加する高周波パルス信号の周期を可変する補正操作をなした訳であるが、こうした試験モード終了後の運転モード下では、制御回路15は不揮発性メモリ18に記憶されている新たな定常値と高周波パルス信号の周期に基づいた動作をなす。
【００３１】
このような定常値の補正処理をなした後には、望ましくは図３のフロー・チャート中、まずはステップ201に示すように判断閾値(ON/OFF閾値)Vthの補正処理をも行うのが良い。つまり、判断閾値Vthがある一定のままであると、補正した定常値Vsとの差電圧aまたはbが大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりした場合、折角このように定常値Vsの補正をしたにも拘わらず、実際の使用下では最悪の場合、スイッチがオン遷移をしなくなったり、逆に感度が高くなり過ぎて、スイッチがオンになりっぱなしになると言う場合も考えられないではないが、このような補正を行えば、機器毎の検出感度差も殆ど出ないようにすることができる。
【００３２】
その上で、例えば電圧値aがある一定範囲になるように判断閾値Vthを補正したならば、この補正処理に問題がないかを検証するため、引き続くパルス出力ステップ202で示すように、高周波パルス信号を検出用電極12に印加して被検出体11を近づけた状態にし、図１(B) に示しているオン時の判断閾値との差電圧b＝｜ON/OFF閾値Vth−入力電圧値｜の値をステップ205で演算し、この値も予め定めておいた下限値を超え上限値未満の規定の範囲内であることを判断ステップ206で確認する。この条件が満たされなかった場合には、ステップ207でリトライして補正微調整し、判断ステップ203で示すように予め定めている所定回数以下で判断ステップ206での必要条件を満たした場合にはそこで試験モードを終了し、運転モードに供せる状態とし、そうではなく、所定の回数以内に条件を満たせなかった場合には、ステップ204で示すように異常とする。
【００３３】
もちろん、判断ステップ206での必要条件が満たされて正常とする場合には、このようにして可変調整された判断閾値も新たな判断閾値として不揮発性メモリ18に書き込まれ、商品として出荷された後はこの不揮発性メモリ18に書き込まれている更新された判断閾値に基づき、制御回路15をして被検出体11の近接の判断を行わせる。
【００３４】
なお、図１(B) 中に併示しているように、近接スイッチがオフからオンとなったと看做す判断に用いる際に所定方向（この場合は入力電圧値の低減方向）に横切るべき判断閾値Vthに対し、スイッチとしてのヒステリシス特性を持たせるために、オンからオフとなったと看做すために逆方向に横切るべき判断閾値Vth’は異ならせても良く、当然、それぞれに対して上記の閾値補正ステップ201は適用可能である。
【００３５】
以上のように、本発明では検出用電極12に印加する高周波パルス信号の周期を可変調整することで定常値補正をなし、誤検出の恐れを良く低減すると共に、望ましくはさらに判断閾値補正も行うことで検出感度に関する製品個体差をも吸収し、どの出荷製品でも等しく被検出体11の検出確度を高めているため、部品毎のバラ付きは相当程度許容され、特に高価な部品を使わずに済むことが多くなる。なお、こうした補正操作(試験モード)は上記の場合、工場出荷段階にて実施する旨想定したが、製品の通常動作時においても特定のタイミングにてこうした補正を行ってもよい。
【００３６】
また、上記補正操作例では高周波パルス信号の周期を変更しているが、パルス幅の可変調整にしても良いし、周期に加えてパルス幅も可変調整するようにしても良い。後者は特に、パルス周波数に余裕が無い場合にパルス幅の変更をも利用できると言うことで有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】同図(A) は本発明の望ましい一実施形態における静電容量型近接スイッチの概略構成図であり、同図(B) は近接スイッチ特性に関する説明図である。
【図２】本発明に従う近接スイッチの試験モード下での定常値補正操作に関する説明図である。
【図３】本発明に従う近接スイッチの試験モード下でのON/OFF閾値補正操作に関する説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
11  被検出体
12  検出用電極
13  電圧変換回路
14  高周波発振回路
15  制御回路
16  A/D変換回路
17  パルス出力回路
18  不揮発性メモリ
【図１】
2008243400.tif 000003
【図２】
2008243400.tif 000004
【図３】
2008243400.tif 000005