(57)【要約】      （修正有）【課題】単純な構造でありながら、近傍に位置する対象物の存在領域を非接触状態で検出する物体センサを提供する。【解決手段】平板状の支持体３０上の検出面に３本の線状電極Ｅ１〜Ｅ３を並べて配置し、保護用の絶縁層４０で被覆する。中央の線状電極Ｅ２の配置線Ｌｘ２を境界線Ｂとして、その左右に検出領域Ａｌｅｆｔ，Ａｒｉｇｈｔを定義する。電極Ｅ１，Ｅ２によって容量素子Ｃ１を形成し、電極Ｅ２，Ｅ３によって容量素子Ｃ２を形成する。容量素子Ｃ１の静電容量値と容量素子Ｃ２の静電容量値との差を求める。差の絶対値が所定のしきい値以上である場合に、近傍に対象物が存在する旨の検出を行い、差の符号に基づいて、対象物の存在領域が、領域Ａｌｅｆｔであるか、領域Ａｒｉｇｈｔであるかを特定する。【選択図】図５
2017150881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近傍に位置する対象物を検出する物体センサであって、
複数の検出領域を定義するための検出面を有する支持体と、
前記支持体によって支持される電極によって構成される複数組の容量素子と、
前記容量素子の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手段と、
を備え、
前記検出領域の境界線は、前記容量素子を構成する電極の位置に基づいて定義されており、
前記位置特定手段は、隣接する一対の容量素子の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、前記対象物が近傍に存在する検出領域を特定す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、
位置特定手段が、各容量素子の静電容量値を測定して測定値を得る容量値測定部と、隣接する一対の容量素子の測定値に基づく差分演算を行う演算実行部と、前記差分演算の結果として得られた差Ｃdiffに基づいて、近傍に対象物が存在する検出領域を特定する領域特定部と、を有することを特徴とする物体センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の物体センサにおいて、
演算実行部が、各容量素子について得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いて差分演算を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項４】
請求項２または３に記載の物体センサにおいて、
領域特定部が、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの符号に基づいて検出領域の特定を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項５】
請求項２または３に記載の物体センサにおいて、
領域特定部が、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上である場合に、近傍に対象物が存在する旨の検出を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の物体センサにおいて、
領域特定部が、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上である場合に、当該差Ｃdiffの符号に基づいて検出領域の特定を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項７】
請求項５または６に記載の物体センサにおいて、
演算実行部が、隣接する一対の容量素子の測定値に基づく加算演算を行う機能を更に有し、
領域特定部が、前記加算演算の結果として得られた和Ｃadd を検出領域の特定に利用することを特徴とする物体センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の物体センサにおいて、
演算実行部が、各容量素子から得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いて加算演算を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項９】
請求項７または８に記載の物体センサにおいて、
領域特定部が、隣接する一対の容量素子に関する加算演算の結果として得られる和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であっても、前記一対の容量素子の近傍に対象物が存在する旨の検出を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項１０】
請求項１に記載の物体センサにおいて、
各電極が、直線、または、円弧、円周、その他の曲線からなる配置線に沿って配置された線状電極によって構成されており、前記配置線の少なくとも一部が検出領域の境界線を構成することを特徴とする物体センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の物体センサにおいて、
所定の検出面上に所定の順序で並んだ複数ｎ本（ｎ≧３）の配置線に沿って、それぞれ線状電極が前記順序に従って並んで配置されており、隣接配置された一対の線状電極によって容量素子が構成されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の物体センサにおいて、
ｎ本の線状電極を、その配置順序に従って第１番目の線状電極Ｅ１〜第ｎ番目の線状電極Ｅｎと呼んだときに、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の線状電極Ｅｉと第（ｉ＋１）番目の線状電極Ｅ（ｉ＋１）とによって第ｉ番目の容量素子Ｃｉが構成されており、第（ｉ＋１）番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の線状電極Ｅ（ｉ＋１）は、第ｉ番目の容量素子Ｃｉの一方の電極としての役割と、第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の一方の電極としての役割と、の双方の機能を果たすことを特徴とする物体センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiff（ｉ＋１）を求め、その符号に基づいて、対象物の位置が、第（ｉ＋１）番目の線状電極Ｅ（ｉ＋１）の配置線上に定義された境界線Ｂ（ｉ＋１）によって隔てられた２つの検出領域のいずれにあるか、を特定する情報を出力することを特徴とする物体センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、更に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく加算演算の結果として和Ｃadd （ｉ＋１）を求め、差Ｃdiff（ｉ＋１）の絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd （ｉ＋１）が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、境界線Ｂ（ｉ＋１）の上方に対象物が存在する旨の情報を出力することを特徴とする物体センサ。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれかに記載の物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、各線状電極が、Ｙ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置され、前記配置線のうち、両端以外に位置する配置線によって検出領域の境界線が構成されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項１６】
請求項１０〜１４のいずれかに記載の物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、Ｙ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置された第１グループの線状電極と、Ｘ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置された第２グループの線状電極と、が互いに絶縁された状態で配置され、
前記第１グループに所属する一対の線状電極によって構成された第１グループの容量素子によってＸ軸方向に関する位置を特定し、前記第２グループに所属する一対の線状電極によって構成された第２グループの容量素子によってＹ軸方向に関する位置を特定することを特徴とする物体センサ。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれかに記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、静電容量値に基づく差分演算もしくは加算演算を行う際に、容量素子に対する測定により得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いた演算を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項１８】
請求項１に記載の物体センサにおいて、
各検出領域の境界線が、１つの容量素子と隣接する別な容量素子との間に定義されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の物体センサにおいて、
複数ｍ組（ｍ≧２）の容量素子が並んで配置され、個々の容量素子がそれぞれ一対の個別電極を有し、合計２ｍ個の電極が配置されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ−１）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiffｉを求め、その符号に基づいて、対象物の位置が、前記第ｉ番目の容量素子Ｃｉが配置されている第ｉ番目の検出領域Ａｉにあるか、前記第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）が配置されている第（ｉ＋１）番目の検出領域Ａ（ｉ＋１）にあるか、を特定する情報を出力することを特徴とする物体センサ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、更に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ−１）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく加算演算の結果として和Ｃadd ｉを求め、差Ｃdiffｉの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd ｉが所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、前記第ｉ番目の容量素子Ｃｉと前記第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）との間に定義されている境界線Ｂｉの上方に対象物が存在する旨の情報を出力することを特徴とする物体センサ。
【請求項２２】
請求項１８〜２１のいずれかに記載の物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、Ｙ軸に平行な複数の配置線が、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、
各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、前記線状電極対によってそれぞれ容量素子が構成されており、
各配置線の中間に位置する、Ｙ軸に平行な直線によって、検出領域の境界線が定義されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項２３】
請求項１８〜２１のいずれかに記載の物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、第１グループの配置線として、Ｙ軸に平行な複数の配置線が、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、第２グループの配置線として、Ｘ軸に平行な複数の配置線が、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、
前記第１グループの各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、この線状電極対によってそれぞれ第１グループの容量素子が構成されており、
前記第２グループの各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、この線状電極対によってそれぞれ第２グループの容量素子が構成されており、
前記第１グループの容量素子を構成する線状電極対と、前記第２グループの容量素子を構成する線状電極対とは、互いに絶縁された状態で配置されており、
前記第１グループの各配置線の中間に位置する、Ｙ軸に平行な直線によって、Ｘ軸方向に並んだ第１グループの検出領域の境界線が定義されており、前記第２グループの各配置線の中間に位置する、Ｘ軸に平行な直線によって、Ｙ軸方向に並んだ第２グループの検出領域の境界線が定義されており、
前記第１グループの容量素子によって前記第１グループの検出領域を特定し、前記第２グループの容量素子によって前記第２グループの検出領域を特定することを特徴とする物体センサ。
【請求項２４】
請求項１８〜２１のいずれかに記載の物体センサにおいて、
個々の検出領域内にそれぞれ１組の容量素子が配置されており、各容量素子を構成する電極が、所定の配置点が中心となるよう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環状電極と、によって構成されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項２５】
請求項２４に記載の物体センサにおいて、中央電極が、配置点を中心として配置された円盤状の電極であり、環状電極が、前記配置点を中心として配置された円環状の電極であることを特徴とする物体センサ。
【請求項２６】
請求項２４または２５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が中央電極形成層としての役割を果たし、他方が環状電極形成層としての役割を果たし、各容量素子の中央電極が前記中央電極形成層に埋め込まれており、各容量素子の環状電極が前記環状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。
【請求項２７】
請求項２６に記載の物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義し、Ｙ軸に平行な（Ｉ−１）本の境界線により前記検出面をＸ軸方向に並んだ複数Ｉ個（Ｉ≧２）の領域に分割し、更に、Ｘ軸に平行な（Ｊ−１）本の境界線により前記検出面をＹ軸方向に並んだ複数Ｊ個（Ｊ≧２）の領域に分割し、得られた（Ｉ×Ｊ）個の分割領域を個々の検出領域とすることにより、検出面上に二次元マトリックス状に配置された複数（Ｉ×Ｊ）個の検出領域が定義されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項２８】
請求項２７に記載の物体センサにおいて、
Ｙ軸に平行なＩ本の縦方向配置線が所定ピッチｄｘで配置され、Ｘ軸に平行なＪ本の横方向配置線が所定ピッチｄｙで配置されており、前記縦方向配置線と前記横方向配置線との交点の位置に各配置点が定義されていることを特徴とする物体センサ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の物体センサにおいて、
同一の縦方向配置線上に並んだＪ個の中央電極が当該縦方向配置線に沿った縦方向配線層によって相互に接続されており、同一の横方向配置線上に並んだＩ個の環状電極が当該横方向配置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、
前記縦方向配線層は中央電極形成層に埋め込まれており、前記横方向配線層は環状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。
【請求項３０】
請求項２９に記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、
第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｉ）の縦方向配線層と第ｊ番目（１≦ｊ≦Ｊ）の横方向配線層とを選択する切替スイッチと、
選択された前記第ｉ番目の縦方向配線層と第ｊ番目の横方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、二次元マトリックス状に配置された複数（Ｉ×Ｊ）個の検出領域のうち、Ｘ軸方向に関して第ｉ番目、Ｙ軸方向に関して第ｊ番目の検出領域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、前記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、任意の検出領域に配置された容量素子の静電容量値を得ることを特徴とする物体センサ。
【請求項３１】
請求項１８〜３０のいずれかに記載の物体センサにおいて、
位置特定手段が、静電容量値に基づく差分演算もしくは加算演算を行う際に、容量素子に対する測定により得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いた演算を行うことを特徴とする物体センサ。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれかに記載の物体センサにおいて、
支持体が平板状の構造体からなり、前記構造体における検出領域の境界線上もしくは縁部の複数箇所に、それぞれ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３３】
請求項１〜３２のいずれかに記載の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ことを特徴とする物体センサ。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれかに記載の物体センサにおいて、
隣接する一対の容量素子について、測定された静電容量値の測定値もしくは当該測定値に対して予め定められた補正を行うことにより得られる補正値の和Ｃadd を求め、当該和Ｃadd が所定の警報基準値以上になった場合に接近警報を発する警報手段を更に備え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、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。
【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３に開示された物体センサは、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存在領域を非接触状態で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、近傍に位置する対象物を検出する物体センサにおいて、
複数の検出領域を定義するための検出面を有する支持体と、
支持体によって支持される電極によって構成される複数組の容量素子と、
容量素子の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手段と、
を設け、
検出領域の境界線は、容量素子を構成する電極の位置に基づいて定義されており、
位置特定手段は、隣接する一対の容量素子の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、対象物が近傍に存在する検出領域を特定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、
位置特定手段が、各容量素子の静電容量値を測定して測定値を得る容量値測定部と、隣接する一対の容量素子の測定値に基づく差分演算を行う演算実行部と、差分演算の結果として得られた差Ｃdiffに基づいて、近傍に対象物が存在する検出領域を特定する領域特定部と、を有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２の態様に係る物体センサにおいて、
演算実行部が、各容量素子について得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いて差分演算を行う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２または第３の態様に係る物体センサにおいて、
領域特定部が、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの符号に基づいて検出領域の特定を行う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２または第３の態様に係る物体センサにおいて、
領域特定部が、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上である場合に、近傍に対象物が存在する旨の検出を行う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５の態様に係る物体センサにおいて、
領域特定部が、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上である場合に、当該差Ｃdiffの符号に基づいて検出領域の特定を行う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５または第６の態様に係る物体センサにおいて、
演算実行部が、隣接する一対の容量素子の測定値に基づく加算演算を行う機能を更に有し、
領域特定部が、加算演算の結果として得られた和Ｃadd を検出領域の特定に利用す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、
演算実行部が、各容量素子から得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いて加算演算を行う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７または第８の態様に係る物体センサにおいて、
領域特定部が、隣接する一対の容量素子に関する加算演算の結果として得られる和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であっても、一対の容量素子の近傍に対象物が存在する旨の検出を行う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の態様に係る物体センサにおいて、
各電極が、直線、または、円弧、円周、その他の曲線からなる配置線に沿って配置された線状電極によって構成されており、配置線の少なくとも一部が検出領域の境界線を構成す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１０の態様に係る物体センサにおいて、
所定の検出面上に所定の順序で並んだ複数ｎ本（ｎ≧３）の配置線に沿って、それぞれ線状電極が上記順序に従って並んで配置されており、隣接配置された一対の線状電極によって容量素子が構成されてい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１１の態様に係る物体センサにおいて、
ｎ本の線状電極を、その配置順序に従って第１番目の線状電極Ｅ１〜第ｎ番目の線状電極Ｅｎと呼んだときに、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の線状電極Ｅｉと第（ｉ＋１）番目の線状電極Ｅ（ｉ＋１）とによって第ｉ番目の容量素子Ｃｉが構成されており、第（ｉ＋１）番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の線状電極Ｅ（ｉ＋１）は、第ｉ番目の容量素子Ｃｉの一方の電極としての役割と、第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の一方の電極としての役割と、の双方の機能を果たす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１２の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiff（ｉ＋１）を求め、その符号に基づいて、対象物の位置が、第（ｉ＋１）番目の線状電極Ｅ（ｉ＋１）の配置線上に定義された境界線Ｂ（ｉ＋１）によって隔てられた２つの検出領域のいずれにあるか、を特定する情報を出力するようにしたものである。
【００２２】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１３の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、更に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく加算演算の結果として和Ｃadd （ｉ＋１）を求め、差Ｃdiff（ｉ＋１）の絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd （ｉ＋１）が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、境界線Ｂ（ｉ＋１）の上方に対象物が存在する旨の情報を出力するようにしたものである。
【００２３】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１０〜第１４の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、各線状電極が、Ｙ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置され、配置線のうち、両端以外に位置する配置線によって検出領域の境界線が構成されているようにしたものである。
【００２４】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述した第１０〜第１４の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、Ｙ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置された第１グループの線状電極と、Ｘ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置された第２グループの線状電極と、が互いに絶縁された状態で配置され、
第１グループに所属する一対の線状電極によって構成された第１グループの容量素子によってＸ軸方向に関する位置を特定し、第２グループに所属する一対の線状電極によって構成された第２グループの容量素子によってＹ軸方向に関する位置を特定するようにしたものである。
【００２５】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述した第１０〜第１６の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、静電容量値に基づく差分演算もしくは加算演算を行う際に、容量素子に対する測定により得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いた演算を行うようにしたものである。
【００２６】
(18)  本発明の第１８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、
各検出領域の境界線が、１つの容量素子と隣接する別な容量素子との間に定義されているようにしたものである。
【００２７】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第１８の態様に係る物体センサにおいて、
複数ｍ組（ｍ≧２）の容量素子が並んで配置され、個々の容量素子がそれぞれ一対の個別電極を有し、合計２ｍ個の電極が配置されているようにしたものである。
【００２８】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１９の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ−１）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiffｉを求め、その符号に基づいて、対象物の位置が、第ｉ番目の容量素子Ｃｉが配置されている第ｉ番目の検出領域Ａｉにあるか、第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）が配置されている第（ｉ＋１）番目の検出領域Ａ（ｉ＋１）にあるか、を特定する情報を出力するようにしたものである。
【００２９】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第２０の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、更に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ−１）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく加算演算の結果として和Ｃadd ｉを求め、差Ｃdiffｉの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd ｉが所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、第ｉ番目の容量素子Ｃｉと第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）との間に定義されている境界線Ｂｉの上方に対象物が存在する旨の情報を出力するようにしたものである。
【００３０】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述した第１８〜第２１の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、Ｙ軸に平行な複数の配置線が、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、
各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、この線状電極対によってそれぞれ容量素子が構成されており、
各配置線の中間に位置する、Ｙ軸に平行な直線によって、検出領域の境界線が定義されているようにしたものである。
【００３１】
(23)  本発明の第２３の態様は、上述した第１８〜第２１の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、第１グループの配置線として、Ｙ軸に平行な複数の配置線が、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、第２グループの配置線として、Ｘ軸に平行な複数の配置線が、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、
第１グループの各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、この線状電極対によってそれぞれ第１グループの容量素子が構成されており、
第２グループの各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、この線状電極対によってそれぞれ第２グループの容量素子が構成されており、
第１グループの容量素子を構成する線状電極対と、第２グループの容量素子を構成する線状電極対とは、互いに絶縁された状態で配置されており、
第１グループの各配置線の中間に位置する、Ｙ軸に平行な直線によって、Ｘ軸方向に並んだ第１グループの検出領域の境界線が定義されており、第２グループの各配置線の中間に位置する、Ｘ軸に平行な直線によって、Ｙ軸方向に並んだ第２グループの検出領域の境界線が定義されており、
第１グループの容量素子によって第１グループの検出領域を特定し、第２グループの容量素子によって第２グループの検出領域を特定するようにしたものである。
【００３２】
(24)  本発明の第２４の態様は、上述した第１８〜第２１の態様に係る物体センサにおいて、
個々の検出領域内にそれぞれ１組の容量素子が配置されており、各容量素子を構成する電極が、所定の配置点が中心となるよう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環状電極と、によって構成されているようにしたものである。
【００３３】
(25)  本発明の第２５の態様は、上述した第２４の態様に係る物体センサにおいて、
中央電極が、配置点を中心として配置された円盤状の電極であり、環状電極が、配置点を中心として配置された円環状の電極であるようにしたものである。
【００３４】
(26)  本発明の第２６の態様は、上述した第２４または第２５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が中央電極形成層としての役割を果たし、他方が環状電極形成層としての役割を果たし、各容量素子の中央電極が中央電極形成層に埋め込まれており、各容量素子の環状電極が環状電極形成層に埋め込まれているようにしたものである。
【００３５】
(27)  本発明の第２７の態様は、上述した第２６の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上にＸＹ座標系を定義し、Ｙ軸に平行な（Ｉ−１）本の境界線により検出面をＸ軸方向に並んだ複数Ｉ個（Ｉ≧２）の領域に分割し、更に、Ｘ軸に平行な（Ｊ−１）本の境界線により検出面をＹ軸方向に並んだ複数Ｊ個（Ｊ≧２）の領域に分割し、得られた（Ｉ×Ｊ）個の分割領域を個々の検出領域とすることにより、検出面上に二次元マトリックス状に配置された複数（Ｉ×Ｊ）個の検出領域が定義されているようにしたものである。
【００３６】
(28)  本発明の第２８の態様は、上述した第２７の態様に係る物体センサにおいて、
Ｙ軸に平行なＩ本の縦方向配置線が所定ピッチｄｘで配置され、Ｘ軸に平行なＪ本の横方向配置線が所定ピッチｄｙで配置されており、縦方向配置線と横方向配置線との交点の位置に各配置点が定義されているようにしたものである。
【００３７】
(29)  本発明の第２９の態様は、上述した第２８の態様に係る物体センサにおいて、
同一の縦方向配置線上に並んだＪ個の中央電極が当該縦方向配置線に沿った縦方向配線層によって相互に接続されており、同一の横方向配置線上に並んだＩ個の環状電極が当該横方向配置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、
縦方向配線層は中央電極形成層に埋め込まれており、横方向配線層は環状電極形成層に埋め込まれているようにしたものである。
【００３８】
(30)  本発明の第３０の態様は、上述した第２９の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、
第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｉ）の縦方向配線層と第ｊ番目（１≦ｊ≦Ｊ）の横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番目の縦方向配線層と第ｊ番目の横方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、二次元マトリックス状に配置された複数（Ｉ×Ｊ）個の検出領域のうち、Ｘ軸方向に関して第ｉ番目、Ｙ軸方向に関して第ｊ番目の検出領域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、任意の検出領域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。
【００３９】
(31)  本発明の第３１の態様は、上述した第１８〜第３０の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定手段が、静電容量値に基づく差分演算もしくは加算演算を行う際に、容量素子に対する測定により得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いた演算を行うようにしたものである。
【００４０】
(32)  本発明の第３２の態様は、上述した第１〜第３１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検出領域の境界線上もしくは縁部の複数箇所に、それぞれ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。
【００４１】
(33)  本発明の第３３の態様は、上述した第１〜第３２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。
【００４２】
(34)  本発明の第３４の態様は、上述した第１〜第３３の態様に係る物体センサにおいて、
隣接する一対の容量素子について、測定された静電容量値の測定値もしくは当該測定値に対して予め定められた補正を行うことにより得られる補正値の和Ｃadd を求め、当該和Ｃadd が所定の警報基準値以上になった場合に接近警報を発する警報手段を更に設けるようにしたものである。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の物体センサでは、支持体によって支持された電極によって複数組の容量素子が構成され、隣接する一対の容量素子の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、対象物が存在する検出領域を特定することができる。このため、単純な構造でありながら、近傍に位置する対象物の存在領域を非接触状態で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の基本原理を説明するための静電容量型物体センサの基本構造部の斜視図である。
【図２】図１に示す静電容量型物体センサの検出動作を説明するために、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。
【図３】図２に示す静電容量型物体センサの上方の移動経路Ｇを導電性の対象物２０が通過したときの静電容量値Ｃの変化を示すグラフである。
【図４】図２に示す静電容量型物体センサにおける静電容量の発生原理を示す側断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る物体センサを構成する基本構造部の上面図（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。
【図６】図５に示す第１の実施形態に係る物体センサにおける静電容量値の検出回路の一例を示す回路図および位置特定手段の構成を示すブロック図（図(a) ）ならびに各静電容量値を測定する際の切替動作を示す表（図(b) ）である。
【図７】図５に示す第１の実施形態に係る物体センサの上方の移動経路を導電性の対象物２０が通過したときの静電容量値Ｃの変化を示すグラフである。
【図８】図７に示すグラフを元にして求めた静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd を示すグラフである。
【図９】図８(b) のグラフにしきい値Ｃthを設定して領域定義を行った状態を示すグラフである。
【図１０】図９のグラフを利用して、対象物が存在する検出領域を特定する方法を示す表である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第１の変形例を示す上面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第２の変形例を示す上面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第３の変形例を示す上面図（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。
【図１４】図１３に示す変形例に係る物体センサにおける静電容量値の検出回路の一例を示す回路図（図(a) ）および各静電容量値を測定する際の切替動作を示す表（図(b) ）である。
【図１５】図１３に示す変形例に係る物体センサにおいて、位置特定に利用される領域構成を示す上面図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第４の変形例を示す上面図（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。
【図１７】図１６に示す変形例に係る物体センサにおいて、対象物が存在する検出領域を特定する原理を示す側断面図である。
【図１８】図１７の上段に示す位置に対象物５０が存在していた場合に、領域特定部６３から出力される検出結果Ｄ２〜Ｄ７の内容を示す表である。
【図１９】隣接配置された容量素子の構造に製造上の誤差が生じていた場合の各静電容量値（図(a) ）、ならびにその差Ｃdiff，Ｃdiff′および和Ｃadd ，Ｃadd ′（図(b) ）を示すグラフである。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る物体センサを構成する基本構造部の上面図（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。
【図２１】図２０に示す第２の実施形態に係る物体センサの上方の移動経路を導電性物体２０が通過したときの状態を示す側断面図（図(a) ）および静電容量値Ｃの変化を示すグラフ（図(b) ）である。
【図２２】図２１(b)に示すグラフを元にして求めた静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd を示すグラフである。
【図２３】図２２のグラフを利用して、対象物が存在する検出領域を特定する方法を示す表である。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第１の変形例を示す上面図（図(a) ）およびこれを切断線２４ｂ−２４ｂの位置で切断した状態を示す側断面図（図(b) ）である。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第２の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）。
【図２６】本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第３の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）。
【図２７】本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第２および第３の変形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２８】図２７(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２９】図２６に示す変形例に、図２７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２９ｂ−２９ｂ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３０】図２９に示す実施例に係る物体センサにおける静電容量値の検出回路の一例を示す回路図である。
【図３１】図３０に示す回路図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３２】図２９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３２ｂ−３２ｂ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。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００４６】
＜＜＜  §１．  近接物体に基づく容量素子の静電容量値の変化  ＞＞＞
本発明に係る物体センサは、容量素子の静電容量値の変化に基づいて、近接する物体を検出するタイプのセンサである。そこで、ここでは便宜上、検出対象となる物体（以下、単に対象物という）が容量素子に接近した場合に、当該容量素子の静電容量値にどのような変化が生じるかを簡単に説明しておく。
【００４７】
図１は、本発明の基本原理を説明するための静電容量型物体センサの基本構造部の斜視図である。図示のとおり、この物体センサの基本構造部は、平板状の支持体１０と、その上面に形成された一対の線状電極Ｅ１，Ｅ２とによって構成されている。支持体１０は絶縁性材料から構成され、線状電極Ｅ１，Ｅ２は金属などの導電性材料から構成されている。ここでは、説明の便宜上、図示のようなＸＹＺ三次元直交座標系を定義して、各部の構造を説明する。この座標系の原点Ｏは、平板状の支持体１０の上面の中心位置に定義されており、図の右方向にＸ軸、図の奥方向にＹ軸、図の上方向にＺ軸が定義されている。したがって、平板状の支持体１０の上面はＸＹ平面に含まれる。
【００４８】
支持体１０の上面には、Ｙ軸に平行な２本の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２が定義されており、線状電極Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２に沿って配置された平板状の細長い電極である。配置線Ｌｘ１とＹ軸との距離および配置線Ｌｘ２とＹ軸との距離は等しく、この基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称の構造を有している。
【００４９】
図２は、図１に示す静電容量型物体センサの検出動作を説明するために、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。上述したとおり、平板状の支持体１０の上面には、一対の線状電極Ｅ１，Ｅ２が設けられている。ここでは、配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２とＸＺ平面との交点を、それぞれ配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２と呼ぶことにする。配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２は、いずれもＸ軸上の点になる。なお、図２には、線状電極Ｅ１と端子Ｔ１の間および線状電極Ｅ２と端子Ｔ２の間に配線が描かれているが、実際には、この配線や端子は、平板状の支持体１０の表面に形成されることになる。
【００５０】
この静電容量型物体センサの検出動作を説明するために、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２０を移動させた場合に、端子Ｔ１，Ｔ２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。
【００５１】
ここでは、便宜上、対象物２０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２０を移動させたものとしよう。図３は、このようにして、対象物２０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２０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、線状電極Ｅ１，Ｅ２間）の静電容量値Ｃである。図示のとおり、点Ｑが原点Ｏの直上にあるとき（対象物２０が図２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が原点Ｏから離れるにしたがって、静電容量値Ｃは減少してゆく。
【００５２】
図２に示す基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称の構造を有しているため、図３のグラフも、原点Ｏを中心として左右対称のグラフになる。このため、点Ｑが配置点Ｐｘ１の直上にあるとき、および、点Ｑが配置点Ｐｘ２の直上にあるとき（別言すれば、対象物２０が線状電極Ｅ１の直上にあるとき、および、対象物２０が線状電極Ｅ２の直上にあるとき）には、静電容量値Ｃは所定値Ｃｅをとる。
【００５３】
図４は、図２に示す静電容量型物体センサにおける静電容量の発生原理を示す側断面図である。図４(a) は、対象物２０が存在しない状態（この静電容量型物体センサ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１０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。
【００５４】
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３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。グラフの縦軸の一番下の目盛りに示す値Ｃ０は、両電極Ｅ１，Ｅ２間に存在する既存容量の値であり、図４(a) に示すように、対象物２０が存在しない場合において、容量素子Ｃが本来保有する静電容量値に対応する。
【００５５】
一方、図４(b) は、一対の電極Ｅ１，Ｅ２間の上方空間に対象物２０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４(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２０の対向面および電極Ｅ２と対象物２０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２０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。
【００５６】
結局、図４(a) に示すように対象物２０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４(b) に示すように対象物２０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２０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。このような理由から、図３に示すグラフのように、対象物２０が一対の電極Ｅ１，Ｅ２の間の地点（原点Ｏ）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 になる。
【００５７】
したがって、図２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２０が移動する場合に、図３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２０の位置を特定することが可能である。具体的には、たとえば、測定された静電容量値Ｃが所定値Ｃｅ以上であれば、対象物２０は、図３に示す検出領域Ａ内（図１に示す配置線Ｌｘ１とＬｘ２との間の領域上空）に位置すると判断でき、所定値Ｃｅ未満であれば、対象物２０は、図３に示す検出領域Ａ外に位置すると判断できる（左側の外か、右側の外かは判断できない）。
【００５８】
もっとも、対象物２０の移動経路が図２に示す移動経路Ｇよりも上方であった場合（高さがｈよりも大きかった場合）は、図３のグラフの山の高さはより低くなり、対象物２０の移動経路が図２に示す移動経路Ｇよりも下方であった場合（高さがｈよりも小さかった場合）は、図３のグラフの山の高さはより高くなる。別言すれば、対象物２０が三次元空間上の任意の移動経路に沿って接近してきた場合は、図３に示すグラフの形状は変化してしまう。同様に、対象物２０の形状や大きさが異なる場合や、材質が異なる場合も、図３に示すグラフの形状は変化してしまう。
【００５９】
上述の例は、対象物２０が金属球の例であるが、実際には、人間の指などを対象物２０とした場合にも、図４(b) 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２０の接近により、図３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図３に示す所定値Ｃｅの値は、対象物２０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によっても変化してしまう。
【００６０】
このように、図１に示す静電容量型物体センサは、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物体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、「任意の物体が検出領域Ａ内に存在する」というような正確な検出を行うことはできない。このため、図１に示す静電容量型物体センサは、前掲の特許文献１のように、車両のドアに手や指などが挟まれるのを防止するための物体センサとしての利用には適しているが、ロボットアームなどに装着して、対象物の位置をより正確に特定するための物体センサとしては不十分である。
【００６１】
本発明は、上述した静電容量型物体センサの基本原理を踏まえ、一対の電極からなる容量素子を複数配置する、という単純な構造を採用しながら、近傍に位置する対象物の存在領域に関する情報を、非接触状態で検出する技術を提案するものである。以下、本発明を具体的な実施形態に基づいて説明する。
【００６２】
＜＜＜  §２．  本発明の第１の実施形態  ＞＞＞
ここでは、本発明の第１の実施形態に係る物体センサについて述べる。
【００６３】
＜２−１  第１の実施形態の基本構成＞
図５(a) は、本発明の第１の実施形態に係る物体センサを構成する基本構造部の上面図、図５(b) は、その側断面図である。図示のとおり、この物体センサの基本構造部は、平板状の支持体３０と、その上面に形成された３本の線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３とによって構成されている。支持体３０は、絶縁性材料から構成され、線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は導電性材料から構成されている。
【００６４】
具体的には、支持体３０は、可撓性が必要な場合は、たとえば、ポリイミドフィルムやＰＥＴフィルムによって構成すればよく、可撓性が必要ない場合は、たとえば、ガラスエポキシ基板やセラミック基板によって構成すればよい。一方、線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、たとえば、アルミニウムや銅などの金属で構成すればよい。ここでも、説明の便宜上、図示のようなＸＹＺ三次元座標系を定義して、各部の構造を説明する。この座標系の原点Ｏは、平板状の支持体３０の上面の中心位置に定義されており、図５(a) の右方向にＸ軸、上方向にＹ軸、紙面垂直手前方向にＺ軸が定義されている。図５(b) では、右方向がＸ軸、上方向がＺ軸になる。平板状の支持体３０の上面はＸＹ平面に含まれている。
【００６５】
支持体３０の上面には、Ｙ軸に平行な３本の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３が定義されており、線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、それぞれ配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って配置された平板状の細長い電極である。実際には、配置線Ｌｘ２はＹ軸に一致し、配置線Ｌｘ１と配置線Ｌｘ２（Ｙ軸）との距離および配置線Ｌｘ２（Ｙ軸）と配置線Ｌｘ３との距離は等しく、この基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称の構造を有している。
【００６６】
図５(b) は、図５(a) に示す基本構造部をＸＺ平面で切断した側断面図である。上述のとおり、平板状の支持体３０の上面には、３本の線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が等間隔に設けられている。ここでは、配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３とＸＺ平面との交点を、それぞれ配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３と呼ぶことにする。配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３は、いずれもＸ軸上の点になる。上述したとおり、実際には、配置線Ｌｘ２はＹ軸に一致するので、図示の配置点Ｐｘ２は原点Ｏに一致する。
【００６７】
図５(b) に示すとおり、支持体３０の上面には、３本の線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を覆うように、絶縁層４０が形成されている。この絶縁層４０は、たとえば、ポリイミドなどの樹脂層によって構成されており、保護膜としての機能を果たす。なお、図５(a) の上面図では、説明の便宜上、この絶縁層４０の図示は省略してあるが、実際には、平板状の支持体３０の上面全面を覆うように、絶縁層４０が形成されている。
【００６８】
ここで、線状電極Ｅ１，Ｅ２によって容量素子Ｃ１が形成され、線状電極Ｅ２，Ｅ３によって容量素子Ｃ２が形成される。なお、本願では、便宜上、各容量素子を示す符号と当該容量素子の静電容量値を示す符号とについて同一符号を用いることにする。したがって、容量素子Ｃ１の静電容量値はＣ１，容量素子Ｃ２の静電容量値はＣ２ということになる。図４を用いて説明したとおり、各容量値Ｃ１，Ｃ２の値は、近傍に対象物２０が存在すると増加する。
【００６９】
図５(b) に描かれているように、この物体センサには、線状電極Ｅ１，Ｅ２（容量素子Ｃ１）の間の静電容量値Ｃ１を測定するための配線と、線状電極Ｅ２，Ｅ３（容量素子Ｃ２）の間の静電容量値Ｃ２を測定するための配線と、が設けられており、後述するように、これらの静電容量値Ｃ１，Ｃ２に基づいて、対象物の位置が特定される。実際には、上記配線は、たとえば、平板状の支持体３０の表面に形成することができる。また、図では、説明の便宜上、線状電極Ｅ２の左右両端から、それぞれ静電容量値Ｃ１を測定するための配線と静電容量値Ｃ２を測定するための配線とが別個に描かれているが、実際には、これら２本の配線は共通の１本の配線に置き換えることができる（後述する図６(a) の回路図参照）。
【００７０】
このように、図５に示す物体センサでは、３本の線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３のうち、一対の電極Ｅ１，Ｅ２によって第１の容量素子Ｃ１が形成され、一対の電極Ｅ２，Ｅ３によって第２の容量素子Ｃ２が形成される。中央に配置された線状電極Ｅ２は、２組の容量素子Ｃ１，Ｃ２に共通して利用される共通電極になる。この共通電極となる線状電極Ｅ２の位置は、２つの領域ＡleftとＡright とを隔てる境界線Ｂとしての役割を果たす。
【００７１】
すなわち、図５(a) に示すとおり、配置線Ｌｘ２（Ｙ軸）は、平板状の支持体３０の上面（ここでは、検出面と呼ぶ）を２つに仕切る境界線Ｂとしての役割を果たし、検出面のうち、境界線Ｂの左側が検出領域Ａleftになり、右側が検出領域Ａright になる。そして、この物体センサは、検出対象となる物体（対象物）が近傍に存在しているか否かのみならず、当該対象物が検出領域Ａleftの近傍（上方）に存在するのか、検出領域Ａright の近傍（上方）に存在するのか、を検出することができる。
【００７２】
図６(a) は、図５に示す物体センサにおける静電容量値の検出回路の一例を示す回路図および位置特定手段の構成を示すブロック図であり、図６(b) は、各静電容量値を測定する際の切替動作を示す表である。
【００７３】
図６(a) の回路図に示すとおり、第１の線状電極Ｅ１は、切替スイッチＳＷ１を介して端子Ｔ１に接続されており、第３の線状電極Ｅ３は、切替スイッチＳＷ２を介して同じく端子Ｔ１に接続されている。また、共通電極として機能する第２の線状電極Ｅ２は、端子Ｔ２に接続されている。したがって、切替スイッチＳＷ１をＯＮにすれば、端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃは、電極Ｅ１，Ｅ２間の静電容量値Ｃ１を示すことになり、切替スイッチＳＷ２をＯＮにすれば、端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃは、電極Ｅ２，Ｅ３間の静電容量値Ｃ２を示すことになる。
【００７４】
図６(a) にブロック図として示した位置特定手段６０は、各容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値Ｃ１，Ｃ２に基づいて、近傍に存在する対象物２０の位置を特定する処理を行う構成要素であり、図示のとおり、容量値測定部６１、演算実行部６２、領域特定部６３を有している。
【００７５】
容量値測定部６１は、各容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値を測定して測定値Ｃ１，Ｃ２を得る構成要素であり、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替える機能（図の破線は切替用制御信号を示す）と、両端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃを測定する機能とを有する。
【００７６】
具体的には、容量値測定部６１は、図６(b) の表に示すように、切替スイッチＳＷ１をＯＮ，切替スイッチＳＷ２をＯＦＦにして、両端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃ（すなわち、電極Ｅ１，Ｅ２間の静電容量値Ｃ１）を測定する第１の測定操作と、切替スイッチＳＷ１をＯＦＦ，切替スイッチＳＷ２をＯＮにして、両端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃ（すなわち、電極Ｅ２，Ｅ３間の静電容量値Ｃ２）を測定する第２の測定操作と、を交互に実行することにより、所定のサンプリング周期で、測定値Ｃ１，Ｃ２を得ることができる。スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替える回路や両端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃを測定する回路は、種々のタイプのものが知られているため、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７７】
演算実行部６２は、容量値測定部６１によって測定された容量素子の測定値Ｃ１，Ｃ２に基づく差分演算を行う構成要素であり、ここに示す実施例の場合、静電容量値の差Ｃdiff＝Ｃ１−Ｃ２が演算される。当該差Ｃdiffは、隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の測定値に基づく差分演算の結果として得られた差（符号付きの値）ということになる。
【００７８】
領域特定部６３は、演算実行部６２による差分演算によって得られた差Ｃdiffに基づいて、近傍に対象物が存在する検出領域を特定する処理を行う。この実施例の場合、領域特定部６３は、「Ａleft」，「Ａright 」，「圏外」の３通りの検出結果を出力する。ここで、出力「Ａleft」は、図５(a) に示す検出領域Ａleft（実際には、その上方領域）に対象物２０の存在を検知した旨の出力であり、出力「Ａright 」は、図５(a) に示す検出領域Ａright （実際には、その上方領域）に対象物２０の存在を検知した旨の出力であり、出力「圏外」は、近傍には対象物２０の存在は検知されなかった旨の出力である。
【００７９】
なお、図５(a) では、説明の便宜上、平板状の支持体３０の上面を検出面として、この検出面を境界線Ｂ（配置線Ｌｘ２（Ｙ軸））を境として２つの領域に分割し、支持体３０の上面のうち、境界線Ｂの左側半分の領域を検出領域Ａleft、右側半分の領域を検出領域Ａright としているが、検出領域Ａleftおよび検出領域Ａright は、支持体３０の上面の左半分および右半分というような明確な閉領域として定義されているものではなく、実際には、境界線Ｂの左側の領域あるいは右側の領域という漠然とした概念として定義される。
【００８０】
これは、対象物２０のＸＹ平面への投影像が支持体３０の上面の外側に位置するような場合であっても、その存在が、容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値Ｃにある程度の影響を与えることになり、しかも、対象物２０の形状、大きさ、材質および検出面からの距離（高さｈ）によって、影響の程度が変化するため、各検出領域を「静電容量値Ｃに基づいて対象物の存在が認識できる領域」と定義した場合、検出領域Ａleftの左端や検出領域Ａright の右端を正確に定めることができないためである。したがって、図５では、境界線Ｂより左側を検出領域Ａleftとし、右側を検出領域Ａright としている。
【００８１】
後述するように、実用上は、演算実行部６２による差分演算によって得られた差Ｃdiffと、所定のしきい値Ｃthとを比較することにより、領域特定部６３は、「Ａleft」，「Ａright 」，「圏外」の３通りのいずれかの検出結果を出力することになるが、「Ａleft」なる出力で特定される空間上の実領域と「圏外（左側の検出域外）」なる出力で特定される空間上の実領域との境界や、「Ａright 」なる出力で特定される空間上の実領域と「圏外（右側の検出域外）」なる出力で特定される空間上の実領域との境界は、対象物２０の形状、大きさ、材質および検出面からの距離（高さｈ）に加えて、更に、しきい値Ｃthの値によって変動することになる。
【００８２】
したがって、この図５に示す実施例の場合、領域特定部６３からの「Ａleft」なる出力は、「何らかの対象物が境界線Ｂより左側に存在することが検出された」旨を示し、「Ａright 」なる出力は、「何らかの対象物が境界線Ｂより右側に存在することが検出された」旨を示し、「圏外」なる出力は、「対象物は検出されなかった」旨を示すことになる。このように、図５に示す実施例の場合、対象物が境界線Ｂの左に存在するか、右に存在するか、あるいは存在しないか、という漠然とした情報しか得られないが、それでも、「対象物が存在するかしないか」という二値情報に比べれば、対象物の接近方向に関する情報が得られるため、ロボットアームなどに装着した場合には、有益な情報提供が可能になる。
【００８３】
＜２−２  第１の実施形態の基本動作＞
続いて、図５に示す物体センサの基本動作を説明する。§１で述べたとおり、図２に示すような一対の電極Ｅ１，Ｅ２の上方に、高さｈの位置に定義された移動経路Ｇに沿って所定の対象物２０を移動させると、電極Ｅ１，Ｅ２によって構成される容量素子の静電容量値Ｃは、図３のグラフに示すように変化する。この現象を踏まえて、図５(b) に示す３組の電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の上方の高さｈの位置に、同じようにＸ軸に平行な移動経路Ｇを定義し、この移動経路Ｇに沿って所定の対象物２０（たとえば、金属球）を移動させたときに、電極Ｅ１，Ｅ２によって構成される第１の容量素子Ｃ１の静電容量値Ｃ１および電極Ｅ２，Ｅ３によって構成される第２の容量素子Ｃ２の静電容量値Ｃ２がどのように変化するかを考えてみる。
【００８４】
図７は、図５に示す物体センサの上方の移動経路を対象物２０が通過したときの各容量素子Ｃ１，Ｃ２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２０の中心点ＱのＸ座標値であり、グラフの縦軸は、図６(a) に示す端子Ｔ１，Ｔ２間の静電容量値Ｃである。図６(b) に示すとおり、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替操作により、得られる静電容量値Ｃは、第１の容量素子の容量値Ｃ１になったり、第２の容量素子の容量値Ｃ２になったりする。図７に実線で示すグラフＣ１は、容量値Ｃ１の変化を示し、一点鎖線で示すグラフＣ２は、容量値Ｃ２の変化を示している。なお、縦軸の一番下の目盛りに示す値Ｃ０は、両電極間に存在する既存容量の値であり、図４(a) に示すように、対象物２０が存在しない場合において、各容量素子が本来保有する静電容量値に対応する。
【００８５】
図７に示すようなグラフが得られることは、図３のグラフを参照すれば容易に理解できよう。すなわち、図７の実線のグラフＣ１は、図３に示すグラフに対応し、図７の一点鎖線のグラフＣ２は、図３に示すグラフを右方向に所定距離（電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の配置間隔に相当する距離）だけシフトしたグラフに対応する。
【００８６】
実線のグラフＣ１は、配置点Ｐｘ１に位置する線状電極Ｅ１と配置点Ｐｘ２に位置する線状電極Ｅ２とによって構成される第１の容量素子Ｃ１の静電容量値を示すグラフであるため、対象物２０の中心点Ｑが配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２の中間点の直上に位置するときに最大値Ｃmax をとり、左右に離れるにしたがって徐々に減少してゆくグラフになる。同様に、一点鎖線のグラフＣ２は、配置点Ｐｘ２に位置する線状電極Ｅ２と配置点Ｐｘ３に位置する線状電極Ｅ３とによって構成される第２の容量素子Ｃ２の静電容量値を示すグラフであるため、対象物２０の中心点Ｑが配置点Ｐｘ２，Ｐｘ３の中間点の直上に位置するときに最大値Ｃmax をとり、左右に離れるにしたがって徐々に減少してゆくグラフになる。
【００８７】
各線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、同一形状同一サイズの平板状の電極であり、等間隔に配置されているため、図７に示すグラフＣ１，Ｃ２は、横方向の位置がずれた同一形状のグラフになる。点Ｑが配置点Ｐｘ１の直上にあるとき、及び、点Ｑが配置点Ｐｘ２の直上にあるとき（別言すれば、対象物２０が線状電極Ｅ１の直上にあるとき、および、対象物２０が線状電極Ｅ２の直上にあるとき）には、静電容量値Ｃ１は所定値Ｃｅをとる。同様に、点Ｑが配置点Ｐｘ２の直上にあるとき、及び、点Ｑが配置点Ｐｘ３の直上にあるとき（別言すれば、対象物２０が線状電極Ｅ２の直上にあるとき、および、対象物２０が線状電極Ｅ３の直上にあるとき）には、静電容量値Ｃ２は所定値Ｃｅをとる。
【００８８】
図８は、図７に示す２つのグラフＣ１，Ｃ２についての差分演算および加算演算の結果を示す図である。すなわち、図８(a) は、図７と同じグラフＣ１，Ｃ２を示し、図８(b) は、これらのグラフを元にして求めた静電容量値の差「Ｃdiff＝Ｃ１−Ｃ２」および和「Ｃadd ＝Ｃ１＋Ｃ２」を示すグラフである。図８に示すグラフの横軸は、対象物２０の中心点ＱのＸ座標値である。
【００８９】
図８(b) に実線で示すグラフＣdiffは、図８(a) に示すグラフＣ１とＣ２との差を示しており、配置点Ｐｘ２の位置（すなわち、境界線Ｂの位置）ではＣdiff＝０になるが、それより左の位置ではＣdiff＞０、右の位置ではＣdiff＜０になる。これは、対象物２０の中心点Ｑの位置を当該対象物２０の位置と定義した場合、静電容量値の差Ｃdiffの符号に基づいて検出領域の特定を行い、対象物２０の位置が境界線Ｂより左の領域（すなわち、検出領域Ａleft）にあるか、右の領域（すなわち、検出領域Ａright ）にあるか、を判定できることを意味している。
【００９０】
したがって、図６(a) に示す位置特定手段６０において、まず、容量値測定部６１によってある時点の各容量素子の静電容量値Ｃ１，Ｃ２を測定し、演算実行部６２による差分演算によって両者の差「Ｃdiff＝Ｃ１−Ｃ２」を求めれば、領域特定部６３は、当該差Ｃdiffの符号に基づき、Ｃdiff＞０であれば「Ａleft」なる検出結果を出力し、Ｃdiff＜０であれば「Ａright 」なる検出結果を出力することができる。もちろん、差分演算として「Ｃdiff＝Ｃ２−Ｃ１」なる演算を行った場合には、上例とは逆に、Ｃdiff＞０であれば「Ａright 」、Ｃdiff＜０であれば「Ａleft」なる検出結果を出力すればよい。
【００９１】
＜２−３  第１の実施形態のより実用的な実施例＞
このように、図６(a) に示す第１の実施形態に係る物体センサでは、演算実行部６２による差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの符号に基づいて、領域特定部６３が検出領域の特定を行うことになるが、ここでは、この物体センサについて、より実用的な実施例を説明する。
【００９２】
図８(b) には、図８(a) に示すグラフＣ１，Ｃ２の差に相当する実線グラフＣdiffとともに、和に相当するグラフＣadd が一点鎖線で示されている。このグラフＣadd は、図８(a) に示すグラフＣ１とＣ２とを加算したものであるため、配置点Ｐｘ２の位置（すなわち、境界線Ｂの位置）で最大値をとり、そこから左右に離れるにしたがって徐々に減少するグラフになる。ここで述べる実施例の場合、演算実行部６２は、静電容量値Ｃ１，Ｃ２の差「Ｃdiff＝Ｃ１−Ｃ２」を求める差分演算とともに、静電容量値Ｃ１，Ｃ２の和「Ｃadd ＝Ｃ１＋Ｃ２」を求める加算演算を行い、領域特定部６３は、差Ｃdiffと和Ｃadd との双方を利用して、検出領域を特定する処理を行う。以下、その具体的な処理内容について説明する。
【００９３】
図９は、図８(b) に示すグラフＣdiffおよびグラフＣadd の左右を若干拡張して示す図である。上述したとおり、領域特定部６３は、原理的には、図に実線で示すグラフＣdiffの符号に基づいて、対象物２０の位置が境界線Ｂの左右どちらにあるのかを示す検出結果「Ａleft」もしくは「Ａright 」を出力することが可能である。ただ、ここで留意すべき点は、差Ｃdiff＝０の場合の取り扱いである。
【００９４】
図示のとおり、グラフＣdiffの値は、配置点Ｐｘ２の位置（すなわち、境界線Ｂの位置）において０になるが、左右の端部においても実質的に０になる。これは、対象物２０が容量素子の左遠方や右遠方に位置する場合、対象物２０の位置が遠すぎるため、図４(a) に示すように、対象物２０が存在しない状態と同等になるためである。この状態では、一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値Ｃ１，Ｃ２は、いずれも既存容量のみになるので、両容量素子Ｃ１，Ｃ２が同一形状同一サイズの電極によって構成されている場合、両者の静電容量値Ｃ１，Ｃ２は等しくなり、その差Ｃdiffは０になる。なお、和Ｃadd は、それぞれの既存容量値の和になるため、０にはならない。
【００９５】
図９のグラフに示す左右の配置点Ｐｘ０，Ｐｘ４は、このように差Ｃdiffが０になる点（対象物２０による静電容量値Ｃ１，Ｃ２への実質的な影響がなくなる点）に相当し、配置点Ｐｘ０より左の領域や配置点Ｐｘ４より右の領域では、差Ｃdiffの値は０になる。したがって、領域特定部６３は、Ｃdiff＞０であれば「Ａleft」、Ｃdiff＜０であれば「Ａright 」、Ｃdiff＝０であれば「圏外」（左圏外か右圏外かは識別できない）という検出結果を出力することができる。
【００９６】
ただ、図示の例の場合、対象物２０の位置が配置点Ｐｘ２（境界線Ｂ）上にあった場合もＣdiff＝０になるため、Ｃdiff＝０のときに一義的に「圏外」なる検出結果を出力してしまうと、対象物２０が境界線Ｂ上にある場合も「圏外」とされてしまう。たとえば、対象物２０が図の左遠方から近づきながら、右遠方へと通りすぎた場合、領域特定部６３からの検出結果の出力は、「圏外」→「Ａleft」→「圏外」→「Ａright 」→「圏外」となり、「Ａleft」から「Ａright 」へ切り替わる際（境界線Ｂを通過する際）に、一時的に「圏外」との検出結果が出力されてしまうことになる。
【００９７】
もちろん、境界線Ｂを通過する際に「圏外」が出力されるのは一時的であるので、「Ａleft」→「圏外」→「Ａright 」となる出力がなされ、中間の「圏外」がごく短時間であった場合には、これを無視して「Ａleft」→「Ａright 」なる検出結果として取り扱うような修正処理を行うようにすれば、上記問題を解決することが可能である。ただ、この問題は、和Ｃadd を利用することにより容易に解決することができる。
【００９８】
すなわち、図９に一点鎖線で示されたグラフＣadd を見ればわかるように、和Ｃadd の値は左右の両端（配置点Ｐｘ０より左側および配置点Ｐｘ４より右側）では、非常に小さな値（既存容量の和）になるのに対して、配置点Ｐｘ２（境界線Ｂ）上では大きな値をとることになる。そこで、領域特定部６３は、Ｃdiff＝０のときには、和Ｃadd の値を参照するようにし、Ｃadd の値が基準より大きければ、対象物２０の位置を境界線Ｂ上と判断し、Ｃadd の値が基準より小さければ、対象物２０の位置を圏外と判断することができる。
【００９９】
ただ、実用上は、差Ｃdiffを用いた判定にも、和Ｃadd を用いた判定にも、所定のしきい値を利用するのが好ましい。図９のグラフに示すＣthは、差Ｃdiffについて設定したしきい値であり、Ｃth2 は、和Ｃadd について設定したしきい値である。差Ｃdiffは正負両方の値をとるので、図示のとおり、正のしきい値＋Ｃthと負のしきい値−Ｃthとを設定している。図示の例の場合、いずれも絶対値Ｃthは同一の値であるが、正と負とでそれぞれ異なる絶対値Ｃthを用いるようにしてもかまわない。一方、和Ｃadd は正の値しかとらないので、正のしきい値Ｃth2 のみを設定すればよい。
【０１００】
ここで、差Ｃdiffについてのしきい値Ｃthは、近傍に対象物が存在するか否かの判定を行うために利用される。すなわち、領域特定部６３は、まず、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上である場合に、近傍に対象物が存在する旨の検出を行うことになる。具体的には、図９に示す例の場合、「差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上」という条件を満たす領域は、グラフの上部に矢印「Ａleft」で示す検出領域と矢印「Ａright 」で示す検出領域ということになる。これらの２つの検出領域については、差Ｃdiffを領域特定に利用することができ、差Ｃdiffの符号に基づいて、検出領域「Ａleft」か検出領域「Ａright 」かのいずれであるかを特定可能である。具体的には、前述したとおり、Ｃdiff＞０であれば検出領域「Ａleft」、Ｃdiff＜０であれば検出領域「Ａright 」との判定ができる。
【０１０１】
一方、図９において、検出領域「Ａleft」と検出領域「Ａright 」との間に位置する「Ａcenter」なる矢印で示す領域は、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」であるため、上記条件を満たしていない。同様に、検出領域「Ａleft」よりも左側の領域（左圏外）および検出領域「Ａright 」よりも右側の領域（右圏外）も、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」であるため、上記条件を満たしていない。
【０１０２】
ただ、ここで述べる実施例の場合、演算実行部６２は、隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の測定値に基づく差分演算だけでなく加算演算を行う機能を有している。このため、静電容量値Ｃ１，Ｃ２の差「Ｃdiff＝Ｃ１−Ｃ２」とともに、和「Ｃadd ＝Ｃ１＋Ｃ２」が得られる。そこで、領域特定部６３は、この和Ｃadd を検出領域の特定に利用することができる。すなわち、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」であった場合には、この和Ｃadd を検出領域の特定に利用することが可能になる。
【０１０３】
具体的には、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」であった場合でも、「和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上」という条件を満たす場合には、当該一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の近傍に対象物が存在する旨の検出が行われる。特に、図９のグラフに示す例の場合、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」かつ「和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上」という条件を満たす場合には、検出領域「Ａleft」と検出領域「Ａright 」との間に定義された中央の検出領域「Ａcenter」、別言すれば、境界線Ｂの上方に対象物が存在する旨の検出を行うことができる。
【０１０４】
要するに、領域特定部６３は、隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２に関する差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、加算演算の結果として得られる和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、当該一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２に共通して用いられている電極Ｅ２の配置線となる境界線の上方に対象物が存在する旨の検出を行うことになる。もちろん、差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満であり、和Ｃadd も所定のしきい値Ｃth2未満であった場合には、領域特定部６３は一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の近傍には対象物は存在しないと判断し、「圏外」との検出結果を出力する（左圏外か右圏外かの区別はできない）。
【０１０５】
このように、隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２に関する加算演算の結果として得られる和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であっても、当該一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の近傍に対象物が存在する旨の検出が行われることになる。
【０１０６】
図１０は、図９のグラフを利用して、対象物が存在する検出領域を特定する方法を示す表である。この表には、「左圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」，「右圏外」なる５つの列が示されているが、これは、図９のグラフの上部に示された各検出領域に対応するものである。そして、「差」の行には、各検出領域に対象物が存在するときの差Ｃdiffがとるべき値が記載され、「和」の行には、各検出領域に対象物が存在するときの和Ｃaddがとるべき値が記載されている。領域特定部６３は、この図１０に示す表を参照して、演算実行部６２によって演算された差Ｃdiffの値と和Ｃaddの値に基づき、５つの列に示された各検出領域のいずれか１つを特定することができる。
【０１０７】
たとえば、差Ｃdiffの値が「Ｃdiff≧＋Ｃth」であった場合は、表の第２列により対象物の位置を検出領域「Ａleft」と特定することができる。この場合、和Ｃaddの値は不問である。同様に、「Ｃdiff≦−Ｃth」であった場合は、表の第４列により対象物の位置を検出領域「Ａright 」と特定することができる。この場合も、和Ｃaddの値は不問である。
【０１０８】
これに対して、差Ｃdiffの値が「＋Ｃth＞Ｃdiff＞−Ｃth」であった場合は、和Ｃaddの値を参照することにより、表の第１列もしくは第５列か、あるいは、表の第３列か、のいずれであるかを特定することができる。すなわち、和Ｃaddの値が「Ｃadd ＜Ｃth2 」であれば、表の第１列もしくは第５列により対象物の位置を「圏外」と特定することができ、和Ｃaddの値が「Ｃadd ≧Ｃth2 」であれば、表の第３列により対象物の位置を検出領域「Ａcenter」と特定することができる。
【０１０９】
なお、領域特定部６３から出力される検出結果だけでは、左圏外か右圏外かの区別はできず、いずれの場合も単に「圏外」という結果が出力されるだけであるが、この領域特定部６３から出力される検出結果を時系列で解析すれば、「圏外」が「左圏外」であるのか「右圏外」であるのかを推定することができる。たとえば、「圏外」→「Ａleft」という変化をした場合には、変化前の「圏外」を「左圏外」と推定し、「Ａright 」→「圏外」という変化をした場合には、変化後の「圏外」を「右圏外」と推定することができる。
【０１１０】
このように、この§２−３で述べる物体センサにおける領域特定部６３は、図１０の表を参照することにより、差Ｃdiffおよび和Ｃaddの値に基づき、「圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」なる４通りの検出領域のいずれかを特定する検出結果を出力することができる。もちろん、この物体センサでは、対象物のサイズや正確な位置を認識することはできないが、「圏外」なる検出結果は、近傍には対象物は存在していないことを示し、「Ａleft」なる検出結果は、境界線Ｂよりも左側の近傍に対象物が存在していることを示し、「Ａcenter」なる検出結果は、境界線Ｂ上に対象物が存在していることを示し、「Ａright 」なる検出結果は、境界線Ｂよりも右側の近傍に対象物が存在していることを示すものになり、対象物に関する大まかな情報を得ることができる。
【０１１１】
もちろん、このような方法で特定される各検出領域の範囲は、各しきい値＋Ｃth，−Ｃth，Ｃth2の値に応じて定められる。たとえば、検出領域「Ａleft」，「Ａright 」の幅は、しきい値Ｃthの絶対値を小さく設定すれば広がり、大きく設定すれば狭まる。したがって、実用上は、検出対象として予想される対象物の形状、サイズ、検出面に対する高さｈ、ならびに、各電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の配置間隔を考慮して、用途に応じて最も適切と思われるしきい値を設定するのが好ましい。これらのしきい値は、領域特定部６３に設定されることになるが、もちろん、ユーザの操作入力に基づいて、これらしきい値の値を自由に調整できるようにしておくことも可能である。
【０１１２】
なお、しきい値Ｃthの絶対値を比較的小さく設定すると、検出領域「Ａcenter」の幅はかなり狭くなると予想されるため、領域「Ａcenter」を独立した検出領域とはせずに、その左側半分を検出領域「Ａleft」の一部として取り扱い、その右側半分を検出領域「Ａright 」の一部として取り扱うようにしてもかまわない。この場合、図１０の表の第３列に該当するケースについては、たとえば、Ｃdiff≧０なら検出領域「Ａleft」、Ｃdiff＜０なら検出領域「Ａright 」と判定するようにすればよい。このような取り扱いを行うようにした場合、領域特定部６３から出力される検出結果は、「圏外」，「Ａleft」，「Ａright 」なる３通りの検出領域のいずれかを特定するものになる。
【０１１３】
＜２−４  本発明における検出領域の本質＞
これまで、図５に示す基本構造体を有する物体センサについて、その構造および動作を述べた。この物体センサは、近傍に位置する対象物を検出するセンサであり、その基本的な構成要素は、複数の検出領域（図５の例の場合、少なくとも２つの検出領域「Ａleft」，「Ａright 」）を定義するための検出面を有する支持体３０と、この支持体３０によって支持される電極によって構成される複数組の容量素子（図５の例の場合、容量素子Ｃ１，Ｃ２）と、これら容量素子の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手段６０である。
【０１１４】
ここで、各検出領域の境界線は、容量素子を構成する電極の位置に基づいて定義されている。たとえば、図５に示す実施例の場合、支持体３０上には、「Ａleft」および「Ａright 」なる２つの検出領域が示されているが、その境界線Ｂは、容量素子Ｃ１およびＣ２に共通して利用される線状電極Ｅ２の位置（配置線Ｌｘ２）に基づいて定義されている。
【０１１５】
また、図９のグラフを用いて§２−３で説明した実施例の場合、しきい値Ｃthの設定により、検出領域「Ａleft」，「Ａright 」の間に検出領域「Ａcenter」が定義されるが、これらの境界線は、やはり線状電極Ｅ２の位置（配置線Ｌｘ２）を基準として定められる。更に、この実施例の場合、検出領域「Ａleft」の左側に「左圏外」、検出領域「Ａright 」の右側に「右圏外」なる領域が定義されているが、「Ａleft」と「左圏外」との間の境界線は、線状電極Ｅ１の位置（配置線Ｌｘ１）に基づいて定められ、「Ａright 」と「右圏外」との間の境界線は、線状電極Ｅ３の位置（配置線Ｌｘ３）に基づいて定められる。
【０１１６】
もっとも、検出領域「Ａcenter」の両側の境界線、「左圏外」の境界線、「右圏外」の境界線は、空間上の特定の位置に固定された境界線ではなく概念的な境界線であり、検出対象となる対象物の形状、サイズ、検出面に対する高さｈ等に応じて逐次変化し、また、設定されたしきい値の大きさにも依存して変化するものである。たとえば、図９に示す領域「左圏外」と領域「Ａleft」との間の境界線は、グラフＣdiff（図の実線）としきい値＋Ｃthを示す直線（図の水平破線）との交点として定められるものであるが、そもそもグラフＣdiffは、対象物の形状、サイズ、検出面に対する高さｈ等に応じて変化するものであり、しきい値＋Ｃthの値も任意に設定することができるものであるから、当該境界線の位置を空間上の絶対的な位置として定義することはできない。
【０１１７】
たとえば、領域「左圏外」と領域「Ａleft」との間の境界線は、図５(a) に示す矩形状の支持体３０の上面に形成される可能性もあれば、支持体３０の左外側に形成される可能性もある。ただ、領域「左圏外」は領域「Ａleft」の左側に位置する領域であることは確かであり、両者の境界線の位置は、線状電極Ｅ１の位置（配置線Ｌｘ１）に依存することも確かである。
【０１１８】
結局、図９のグラフを用いて説明した実施例では、「左圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」，「右圏外」なる５つの検出領域が定義されているが、これらの検出領域は空間上の絶対的な位置を示す領域ではなく、概念的な領域ということになる。別言すれば、「Ａcenter」は線状電極Ｅ２（配置線Ｌｘ２）の上方領域、「Ａleft」は「Ａcenter」の左側に位置する領域、「左圏外」は線状電極Ｅ１より更に左側に位置する領域、「Ａright 」は「Ａcenter」の右側に位置する領域、「右圏外」は線状電極Ｅ３より更に右側に位置する領域、という漠然とした領域を示すものになる。
【０１１９】
したがって、上述したとおり、「圏外」なる検出結果は「近傍には対象物は存在しない」という漠然とした検出結果を示し、「Ａcenter」なる検出結果は「境界線Ｂ上に対象物が存在する」という漠然とした検出結果を示し、「Ａleft」なる検出結果は「境界線Ｂよりも左側の近傍に対象物が存在する」という漠然とした検出結果を示し、「Ａright 」なる検出結果は「境界線Ｂよりも右側の近傍に対象物が存在する」という漠然とした検出結果を示すものになる。ただ、これら５つの検出領域の各境界線の空間上の位置を定めるのに寄与する根本的な要因は、容量素子Ｃ１，Ｃ２を構成する線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の空間上の位置ということになる。
【０１２０】
本発明の特徴は、このように容量素子を構成する電極の位置に基づいて複数の概念的な検出領域を定義しておき、隣接する一対の容量素子の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、検出の対象となる物体が近傍に存在する検出領域を特定することにある。上述したとおり、各検出領域は、絶対的な位置を占有する特定の空間領域として定義されるものではなく、各電極の位置を基準として定義された概念的な領域であるため、図５に示す物体センサは、対象物の正確な位置を検出することはできないが、対象物が近くにあるか否か、境界線Ｂの左側にあるか右側にあるか、といった大まかな情報を提示することが可能である。
【０１２１】
＜２−５  電極形状に関する変形例＞
図５に示す実施例では、平板状の支持体３０の上面に３本の線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が形成されている。これら線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、直線からなる配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って配置されているため、いずれも直線状に伸びる線状の電極になっている。しかしながら、本発明に係る物体センサに用いる電極は、必ずしも直線状に伸びる線状電極である必要はなく、任意形状の電極であってもかまわない。
【０１２２】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第１の変形例を示す上面図である。この物体センサを構成する基本構造部は、長方形の平板状をなす支持体３０と、その上面に形成された３本の線状電極Ｅａ１，Ｅａ２，Ｅａ３とによって構成されている。ただ、各線状電極Ｅａ１，Ｅａ２，Ｅａ３は、それぞれ円弧状の配置線Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３に沿って伸びる平板状の細長い電極であり円弧型をしている。線状電極Ｅａ１，Ｅａ２によって第１の容量素子Ｃ１が形成され、線状電極Ｅａ２，Ｅａ３によって第２の容量素子Ｃ２が形成される点は、図５に示す実施例と同様である。また、この図１１に示す変形例に用いる位置特定手段６０の構成も、これまで述べてきた実施例と同様である。
【０１２３】
一方、図１２は、本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第２の変形例を示す上面図である。この物体センサを構成する基本構造部は、正方形の平板状をなす支持体３０と、その上面に形成された３本の円形の線状電極Ｅｃ１，Ｅｃ２，Ｅｃ３とによって構成されている。ただ、各線状電極Ｅｃ１，Ｅｃ２，Ｅｃ３は、それぞれ中心点をＯとする同心円の円周状配置線Ｌｃ１，Ｌｃ２，Ｌｃ３に沿って伸びるワッシャの形状をした円環状電極である。線状電極Ｅｃ１，Ｅｃ２によって第１の容量素子Ｃ１が形成され、線状電極Ｅｃ２，Ｅｃ３によって第２の容量素子Ｃ２が形成される点は、図５に示す実施例と同様である。また、この図１２に示す変形例に用いる位置特定手段６０の構成も、これまで述べてきた実施例と同様である。
【０１２４】
なお、本発明に係る物体センサでは、個々の検出領域は、容量素子を構成する電極の位置に基づいて定義されるため、図１１や図１２に示す変形例では、図５に示す実施例とは若干異なる態様で検出領域が定義されることになる。すなわち、図５に示す実施例の場合、線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、直線からなる配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って配置されているため、各検出領域の境界線は直線によって構成され、検出面上には矩形の検出領域が定義される。
【０１２５】
これに対して、図１１に示す変形例の場合、線状電極Ｅａ１，Ｅａ２，Ｅａ３は、円弧からなる配置線Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３に沿って配置されているため、各検出領域の境界線は円弧によって構成され、検出面上には円弧の境界線を有する検出領域が定義される。また、図１２に示す変形例の場合、線状電極Ｅｃ１，Ｅｃ２，Ｅｃ３は、点Ｏを中心とする同心円からなる配置線Ｌｃ１，Ｌｃ２，Ｌｃ３に沿って配置されているため、各検出領域の境界線は円によって構成され、検出面上には中心点Ｏから順次外側へと同心配置される円もしくはワッシャ状の検出領域が定義される。
【０１２６】
このように、任意形状の電極を用いれば、任意形状かつ任意配置された検出領域を定義することが可能である。したがって、実用上は、それぞれの用途に応じて、適切な形状の検出領域が適切な配置をもって定義されるよう、各電極の形状および配置を設計するようにすればよい。たとえば、図１２に示す変形例を採用すれば、中心点Ｏの周囲３６０°の方向から接近する可能性のある対象物について、中心点Ｏに対してどの程度近くにまで接近したかを検出することが可能になる。
【０１２７】
要するに、本発明の第１の実施形態に係る物体センサにおける各電極は、直線、または、円弧、円周、その他の曲線からなる配置線に沿って配置された線状電極によって構成され、これらの配置線の少なくとも一部（図５に示す実施例の場合は、配置線Ｌｘ２）が検出領域の境界線を構成することになる。
【０１２８】
＜２−６  二次元センサに適用した変形例＞
図５に示す実施例では、Ｙ軸に平行な方向に伸びる配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って、それぞれ線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を配置する構成を採用している。このため、３つの電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、Ｘ軸方向に並んで配列されることになり、定義される各検出領域もＸ軸方向に並んで配列されることになる。別言すれば、この物体センサは、検出対象となる物体のＸ軸方向に関する位置を検出する一次元センサとして機能する。
【０１２９】
もちろん、図５に示す物体センサをＸＹ平面上で９０°回転させれば、物体のＹ軸方向に関する位置を検出する一次元センサが得られる。ここで述べる変形例は、図５に示すＸ軸に関する一次元センサと、これを９０°回転することによって得られるＹ軸に関する一次元センサと、を組み合わせることにより、二次元センサを実現したものである。
【０１３０】
図１３(a) は、本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第３の変形例を示す上面図であり、図１３(b) は、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。図示のとおり、この物体センサの基本構造部は、平板状の支持体３０（この変形例では、正方形状の板状部材である）と、その上面に形成された６本の線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３，Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３とによって構成されている。図５に示す実施例と同様に、支持体３０は、絶縁性材料から構成され、各線状電極Ｅｘ１〜Ｅｙ３は導電性材料から構成されている。
【０１３１】
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して、各部の構造を説明する。この座標系の原点Ｏは、平板状の支持体３０の上面の中心位置に定義されており、図１３(a) の右方向にＸ軸、上方向にＹ軸、紙面垂直手前方向にＺ軸が定義されている。図１３(b) では、右方向がＸ軸、上方向がＺ軸になる。平板状の支持体３０の上面はＸＹ平面に含まれている。
【０１３２】
支持体３０の上面には、Ｙ軸に平行な３本の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３が定義されており、線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３は、それぞれ配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って配置された平板状の細長い電極である。実際には、配置線Ｌｘ２はＹ軸に一致し、配置線Ｌｘ１と配置線Ｌｘ２（Ｙ軸）との距離および配置線Ｌｘ２（Ｙ軸）と配置線Ｌｘ３との距離は等しく、この基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称の構造を有している。
【０１３３】
同様に、支持体３０の上面には、Ｘ軸に平行な３本の配置線Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌｙ３が定義されており、線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３は、それぞれ配置線Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌｙ３に沿って配置された平板状の細長い電極である。実際には、配置線Ｌｙ２はＸ軸に一致し、配置線Ｌｙ１と配置線Ｌｙ２（Ｘ軸）との距離および配置線Ｌｙ２（Ｘ軸）と配置線Ｌｙ３との距離は等しく、この基本構造部は、ＸＺ平面に関しても面対称の構造を有している。
【０１３４】
図１３(a) において、線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３が破線で示され、線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３が実線で示されているのは、前者が後者の下層に位置し、立体的に交差しているためである。この立体交差の様子は、図１３(b) の側断面図に明瞭に示されている。図示のとおり、平板状の支持体３０の上面には、３本の線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３が等間隔に設けられている。ここでは、配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３とＸＺ平面との交点を、それぞれ配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３と呼ぶことにする。配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３は、いずれもＸ軸上の点になる。上述したとおり、実際には、配置線Ｌｘ２はＹ軸に一致するので、図示の配置点Ｐｘ２は原点Ｏに一致する。
【０１３５】
支持体３０の上面には、３本の線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３を覆うように、絶縁層４１が形成されている。そして、残りの３本の線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３は、この絶縁層４１の上面に形成されており（図１３(b) には、このうちＸＺ平面上に位置する線状電極Ｅｙ２のみが現れている）、更にその上面を覆うように、保護膜として機能する絶縁層４２が形成されている。これら各絶縁層４１，４２の材質は、図５に示す絶縁層４０の材質と同じでよい。なお、図１３(a) の上面図では、説明の便宜上、絶縁層４２の図示は省略し、線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３を実線で描いてある。破線で描かれている線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３は、絶縁層４１に埋め込まれている。
【０１３６】
ここで、線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２によって容量素子Ｃｘ１が形成され、線状電極Ｅｘ２，Ｅｘ３によって容量素子Ｃｘ２が形成される。同様に、線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２によって容量素子Ｃｙ１が形成され、線状電極Ｅｙ２，Ｅｙ３によって容量素子Ｃｙ２が形成される。ここでも便宜上、各容量素子を示す符号と当該容量素子の静電容量値を示す符号とについて同一符号を用いることにする。したがって、上記容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２の静電容量値は、それぞれＣｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２になる。図４を用いて説明したとおり、これらの各静電容量値は、近傍に対象物が存在すると増加する。
【０１３７】
図示は省略するが、６本の線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３，Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３には、上記各静電容量値を測定するための配線が施されている。
【０１３８】
図１４(a) は、図１３に示す変形例に係る物体センサにおける静電容量値の検出回路の一例を示す回路図であり、図１４(b) は、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１４(a) の左の回路図に示すとおり、線状電極Ｅｘ１は、切替スイッチＳＷｘ１を介して端子Ｔｘ１に接続されており、線状電極Ｅｘ３は、切替スイッチＳＷｘ２を介して同じく端子Ｔｘ１に接続されている。また、共通電極として機能する線状電極Ｅｘ２は、端子Ｔｘ２に接続されている。したがって、切替スイッチＳＷｘ１をＯＮにすれば、端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の静電容量値Ｃｘは、電極Ｅｘ１，Ｅｘ２間の静電容量値Ｃｘ１を示すことになり、切替スイッチＳＷｘ２をＯＮにすれば、端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の静電容量値Ｃｘは、電極Ｅｘ２，Ｅｘ３間の静電容量値Ｃｘ２を示すことになる。
【０１３９】
同様に、図１４(a) の右の回路図に示すとおり、線状電極Ｅｙ１は、切替スイッチＳＷｙ１を介して端子Ｔｙ１に接続されており、線状電極Ｅｙ３は、切替スイッチＳＷｙ２を介して同じく端子Ｔｙ１に接続されている。また、共通電極として機能する線状電極Ｅｙ２は、端子Ｔｙ２に接続されている。したがって、切替スイッチＳＷｙ１をＯＮにすれば、端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の静電容量値Ｃｙは、電極Ｅｙ１，Ｅｙ２間の静電容量値Ｃｙ１を示すことになり、切替スイッチＳＷｙ２をＯＮにすれば、端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の静電容量値Ｃｙは、電極Ｅｙ２，Ｅｙ３間の静電容量値Ｃｙ２を示すことになる。
【０１４０】
この変形例に係る物体センサにも、図６(a) にブロック図として示したものと同様の位置特定手段６０が備わっている。この位置特定手段６０を構成する容量値測定部６１は、各容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２の静電容量値を測定して測定値Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２を得る構成要素であり、切替スイッチＳＷｘ１，ＳＷｘ２，ＳＷｙ１，ＳＷｙ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替える機能と、両端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の静電容量値Ｃｘを測定する機能と、両端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の静電容量値Ｃｙを測定する機能と、を有する。
【０１４１】
この変形例における容量値測定部６１の具体的な測定操作は、図１４(b) の表に示すとおりである。すなわち、容量値測定部６１は、切替スイッチＳＷｘ１をＯＮ，切替スイッチＳＷｘ２をＯＦＦにして、両端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の静電容量値Ｃｘ（すなわち、電極Ｅｘ１，Ｅｘ２間の静電容量値Ｃｘ１）を測定する第１の測定操作と、切替スイッチＳＷｘ１をＯＦＦ，切替スイッチＳＷｘ２をＯＮにして、両端子Ｔｘ１，Ｔｘ２間の静電容量値Ｃｘ（すなわち、電極Ｅｘ２，Ｅｘ３間の静電容量値Ｃｘ２）を測定する第２の測定操作と、を交互に実行することにより、所定のサンプリング周期で、測定値Ｃｘ１，Ｃｘ２を得ることができる。
【０１４２】
また、容量値測定部６１は、上記測定操作と並行して、切替スイッチＳＷｙ１をＯＮ，切替スイッチＳＷｙ２をＯＦＦにして、両端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の静電容量値Ｃｙ（すなわち、電極Ｅｙ１，Ｅｙ２間の静電容量値Ｃｙ１）を測定する第３の測定操作と、切替スイッチＳＷｙ１をＯＦＦ，切替スイッチＳＷｙ２をＯＮにして、両端子Ｔｙ１，Ｔｙ２間の静電容量値Ｃｙ（すなわち、電極Ｅｙ２，Ｅｙ３間の静電容量値Ｃｙ２）を測定する第４の測定操作と、を交互に実行することにより、所定のサンプリング周期で、測定値Ｃｙ１，Ｃｙ２を得ることができる。
【０１４３】
この変形例における演算実行部６２は、容量値測定部６１によって測定された容量素子の測定値Ｃｘ１，Ｃｘ２に基づく差分演算を行い、静電容量値の差Ｃｘdiff＝Ｃｘ１−Ｃｘ２を求めるとともに、測定値Ｃｙ１，Ｃｙ２に基づく差分演算を行い、静電容量値の差Ｃｙdiff＝Ｃｙ１−Ｃｙ２を求める。そして、領域特定部６３は、演算実行部６２による差分演算によって得られた差Ｃｘdiffと差Ｃｙdiffとに基づいて、近傍に対象物が存在する検出領域を特定する処理を行う。
【０１４４】
ここで、差Ｃｘdiffと差Ｃｙdiffとは別個独立した値であり、前者は、対象物のＸ軸方向に関する位置に関する情報を与え、後者は、対象物のＹ軸方向に関する位置に関する情報を与えることになる。すなわち、この変形例の場合、図１５の上面図に示すとおり、平板状の支持体３０上には、二次元的に分布した検出領域を定義することができる。図示の例の場合、支持体３０の上面には、その中央に原点ＯをもったＸＹ直交座標系が定義されており、この座標系の第１象限に第１の検出領域Ａ１、第２象限に第２の検出領域Ａ２、第３象限に第３の検出領域Ａ３、第４象限に第４の検出領域Ａ４がそれぞれ定義されている。領域特定部６３は、上述した差Ｃｘdiffと差Ｃｙdiffの情報を用いることにより、対象物がこれら４つの検出領域のいずれに存在するかを特定することができる。
【０１４５】
すなわち、§２−２で述べたとおり、静電容量値の差「Ｃｘdiff＝Ｃｘ１−Ｃｘ２」は、対象物のＸ軸方向に関する位置を示しており、領域特定部６３は、当該差Ｃｘdiffの符号に基づき、Ｙ軸より左側の領域Ａ２，Ａ３か、Ｙ軸より右側の領域Ａ１，Ａ４か、を特定することができる。同様に、静電容量値の差「Ｃｙdiff＝Ｃｙ１−Ｃｙ２」は、対象物のＹ軸方向に関する位置を示しており、領域特定部６３は、当該差Ｃｙdiffの符号に基づき、Ｘ軸より上側の領域Ａ１，Ａ２か、Ｘ軸より下側の領域Ａ３，Ａ４か、を特定することができる。したがって、領域特定部６３は、両者を組み合わすことにより、対象物の位置が検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のいずれであるかを特定することができ、特定した領域を検出結果として出力することができる。
【０１４６】
要するに、Ｘ軸方向に関する検出領域としては、Ｙ軸より左側に位置する負側領域（領域Ａ２，Ａ３を合併させた領域）と、Ｙ軸より右側に位置する正側領域（領域Ａ１，Ａ４を合併させた領域）と、が定義されており、静電容量値Ｃｘ１，Ｃｘ２によって、負側領域か正側領域かが特定されることになる。同様に、Ｙ軸方向に関する検出領域としては、Ｘ軸より上側に位置する正側領域（領域Ａ１，Ａ２を合併させた領域）と、Ｘ軸より下側に位置する負側領域（領域Ａ３，Ａ４を合併させた領域）と、が定義されており、静電容量値Ｃｙ１，Ｃｙ２によって、正側領域か負側領域かが特定されることになる。
【０１４７】
もちろん、§２−３で述べた実施例のように、演算実行部６２において、静電容量値の差とともに和（「Ｃｘadd ＝Ｃｘ１＋Ｃｘ２」，「Ｃｙadd ＝Ｃｙ１＋Ｃｙ２」）を演算するようにし、Ｘ軸方向に関する位置検出を、差Ｃｘdiffとしきい値＋Ｃｘth，−Ｃｘthとの比較、および、和Ｃｘadd としきい値Ｃｘth2との比較によって行うようにし、Ｙ軸方向に関する位置検出を、差Ｃｙdiffとしきい値＋Ｃｙth，−Ｃｙthとの比較、および、和Ｃｙadd としきい値Ｃｙth2との比較によって行うようにすることもできる。そうすれば、検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に加えて、「Ｘ軸近傍領域」，「Ｙ軸近傍領域」（§２−３で述べた実施例における領域「Ａcenter」に対応）や、「圏外」といった領域を更に追加することができる。
【０１４８】
この二次元センサに用いる基本構造体の構成を一般論として述べれば、検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、Ｙ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置された第１グループの線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３と、Ｘ軸に平行な配置線に沿って伸び、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置された第２グループの線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３と、が互いに絶縁された状態で配置されるようにすればよい。図１３に示す例の場合、両グループは絶縁層４１によって互いに絶縁されている。
【０１４９】
そして、第１グループに所属する一対の線状電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｘ３によって構成された第１グループの容量素子Ｃｘ１，Ｃｘ２によってＸ軸方向に関する位置を特定し、第２グループに所属する一対の線状電極Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｙ３によって構成された第２グループの容量素子Ｃｙ１，Ｃｙ２によってＹ軸方向に関する位置を特定するようにすれば、対象物に関する二次元的な位置を検出できるようになる。
【０１５０】
＜２−７  より多数の検出領域を定義した変形例＞
図５に示す実施例は、対象物のＸ軸方向に関する位置を把握するために、３本の線状電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３をＸ軸方向に並べて配置した構成を有している。このような構成を採ると、中央の線状電極Ｅ２の配置線Ｌｘ２を境界線Ｂとして、対象物が左側の検出領域「Ａleft」にあるのか、右側の検出領域「Ａright 」にあるのか、を把握することができる。また、§２−３で述べた実施例のように静電容量値の和を利用し、しきい値を設定して判定を行うようにすれば、更に、中央の検出領域「Ａcenter」や遠方の検出領域「圏外」を含めた検出領域の特定が可能になる。ここでは、電極の数を更に増やし、より多数の検出領域を定義した変形例を説明する。
【０１５１】
図１６(a) は、本発明の第１の実施形態に係る物体センサの第４の変形例を示す上面図であり、図１６(b) は、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。この図１６に示す物体センサの基本構造部の構造は、基本的には、図５に示す物体センサの基本構造部の構造と同じであり、平板状の支持体３０と、その上面に形成された複数の線状電極Ｅ１〜Ｅ８とによって構成されており、支持体３０は、絶縁性材料から構成され、各線状電極Ｅ１〜Ｅ８は導電性材料から構成されている。
【０１５２】
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して、各部の構造を説明する。この座標系の原点Ｏは、平板状の支持体３０の上面の中心位置に定義されており、図１６(a) の右方向にＸ軸、上方向にＹ軸、紙面垂直手前方向にＺ軸が定義されている。図１６(b) では、右方向がＸ軸、上方向がＺ軸になる。平板状の支持体３０の上面はＸＹ平面に含まれている。
【０１５３】
図５に示す基本構造体と図１６に示す基本構造体との相違は、前者では、Ｘ軸方向に並ぶように３本の線状電極Ｅ１〜Ｅ３が配置されているのに対して、後者では、Ｘ軸方向に並ぶように８本の線状電極Ｅ１〜Ｅ８が配置されている点である。すなわち、図１６(a) に示す支持体３０の上面には、Ｙ軸に平行な８本の配置線Ｌｘ１〜Ｌｘ８が定義されており、線状電極Ｅ１〜Ｅ８は、それぞれ配置線Ｌｘ１〜Ｌｘ８に沿って配置された平板状の細長い電極である。各配置線Ｌｘ１〜Ｌｘ８は等間隔に配置されており、この基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称の構造を有している。
【０１５４】
図１６(b) の側断面図に示されているとおり、平板状の支持体３０の上面には、８本の線状電極Ｅ１〜Ｅ８が等間隔に配置されている。ここでは、配置線Ｌｘ１〜Ｌｘ８とＸＺ平面との交点を、それぞれ配置点Ｐｘ１〜Ｐｘ８と呼ぶことにする。配置点Ｐｘ１〜Ｐｘ８は、いずれもＸ軸上の点になる。支持体３０の上面には、８本の線状電極Ｅ１〜Ｅ８を覆うように、絶縁層４０が形成されている。
【０１５５】
図１６(a) に示すように、ここでは、平板状の支持体３０の上面に定義された各配置線Ｌｘ２〜Ｌｘ７を境界線Ｂ２〜Ｂ７に設定し、これら境界線Ｂ２〜Ｂ７によって区分けされた検出領域Ａ１〜Ａ７を定義することにする。
【０１５６】
ここで、左端の検出領域Ａ１は、境界線Ｂ２（配置線Ｌｘ２）よりも左側の領域であり、必ずしも支持体３０の上面の領域に限定されるものではなく、必要に応じて、支持体３０の左外側の領域まで拡張される領域である。なお、この検出領域Ａ１の左側境界線（図示されていない）は「圏外」との境界を示す線であり、空間上の正確な位置は特定できない。同様に、右端の検出領域Ａ７は、境界線Ｂ７（配置線Ｌｘ７）よりも右側の領域であり、必ずしも支持体３０の上面の領域に限定されるものではなく、必要に応じて、支持体３０の右外側の領域まで拡張される領域である。なお、この検出領域Ａ７の右側境界線（図示されていない）も「圏外」との境界を示す線であり、空間上の正確な位置は特定できない。
【０１５７】
一方、中間に位置する検出領域Ａ２〜Ａ６は、左右がいずれかの配置線によって画定された帯状の領域である。すなわち、検出領域Ａ２は、境界線Ｂ２（配置線Ｌｘ２）を左側の境界とし、境界線Ｂ３（配置線Ｌｘ３）を右側の境界とする帯状領域であり、検出領域Ａ３は、境界線Ｂ３（配置線Ｌｘ３）を左側の境界とし、境界線Ｂ４（配置線Ｌｘ４）を右側の境界とする帯状領域であり、...、検出領域Ａ６は、境界線Ｂ６（配置線Ｌｘ６）を左側の境界とし、境界線Ｂ７（配置線Ｌｘ７）を右側の境界とする帯状領域である。
【０１５８】
この図１６に示す変形例においても、隣接する一対の線状電極によって、１組の容量素子が形成される。具体的には、電極Ｅ１，Ｅ２により容量素子Ｃ１が形成され、電極Ｅ２，Ｅ３により容量素子Ｃ２が形成され、電極Ｅ３，Ｅ４により容量素子Ｃ３が形成され、電極Ｅ４，Ｅ５により容量素子Ｃ４が形成され、電極Ｅ５，Ｅ６により容量素子Ｃ５が形成され、電極Ｅ６，Ｅ７により容量素子Ｃ６が形成され、電極Ｅ７，Ｅ８により容量素子Ｃ７が形成される。
【０１５９】
ここでも便宜上、各容量素子を示す符号と当該容量素子の静電容量値を示す符号とについて同一符号を用いることにする。したがって、上記容量素子Ｃ１〜Ｃ７の静電容量値は、それぞれＣ１〜Ｃ７になる。図４を用いて説明したとおり、これらの各静電容量値は、近傍に対象物が存在すると増加する。図示は省略するが、８本の線状電極Ｅ１〜Ｅ８には、上記各静電容量値を測定するための配線が施されている。
【０１６０】
図１７は、図１６に示す変形例に係る物体センサにおいて、対象物が存在する検出領域を特定する原理を示す側断面図である。図１７に示す電極Ｅ１〜Ｅ８は、図１６に示す各線状電極Ｅ１〜Ｅ８に対応するものであり、上述したとおり、これら８組の線状電極Ｅ１〜Ｅ８によって、合計７組の容量素子Ｃ１〜Ｃ７が形成される。両端の電極Ｅ１，Ｅ８を除く中間の電極Ｅ２〜Ｅ７は、左右の２組の容量素子について共通して利用される電極になる。図１７の上端に示すＢ２〜Ｂ７は、各電極Ｅ２〜Ｅ７の位置に定義された境界線の位置を示している。
【０１６１】
この変形例に係る物体センサにも、図６(a) にブロック図として示したものと同様の位置特定手段６０が備わっている。この位置特定手段６０を構成する容量値測定部６１は、各容量素子Ｃ１〜Ｃ７の静電容量値を測定して測定値Ｃ１〜Ｃ７を得る構成要素である。実際には、図６(a) の回路図に示すような切替スイッチを制御して、測定値Ｃ１〜Ｃ７を得ることになるが、ここでは具体的な回路構成の説明は省略する。
【０１６２】
この変形例における演算実行部６２は、容量値測定部６１によって測定された容量素子の測定値Ｃ１〜Ｃ７に基づく差分演算を行い、静電容量値の差Ｃdiff２〜Ｃdiff７を求めるとともに、静電容量値の和Ｃadd ２〜Ｃadd ７を求める。図１７の下段に示すとおり、差については、Ｃdiff２＝Ｃ１−Ｃ２，Ｃdiff３＝Ｃ２−Ｃ３，Ｃdiff４＝Ｃ３−Ｃ４，Ｃdiff５＝Ｃ４−Ｃ５，Ｃdiff６＝Ｃ５−Ｃ６，Ｃdiff７＝Ｃ６−Ｃ７であり、和については、Ｃadd ２＝Ｃ１＋Ｃ２，Ｃadd ３＝Ｃ２＋Ｃ３，Ｃadd ４＝Ｃ３＋Ｃ４，Ｃadd ５＝Ｃ４＋Ｃ５，Ｃadd ６＝Ｃ５＋Ｃ６，Ｃadd ７＝Ｃ６＋Ｃ７である。
【０１６３】
§２−３で述べた実施例によれば、所定のしきい値を設定することにより、隣接する一対の容量素子の静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd に基づいて、「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」，「圏外」なる４通りのいずれかの検出結果を得ることができる。そこで、この図１７に示す変形例の場合も、隣接する一対の容量素子の静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd に基づいて、それぞれ上記４通りのいずれかの検出結果を得るようにする。
【０１６４】
具体的には、図１７の下段に示すとおり、隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差Ｃdiff２および和Ｃadd ２に基づいて、「Ａ２left」，「Ａ２center」，「Ａ２right 」，「圏外」のいずれか１つの検出結果が得られる。ここでは、こうして得られた検出結果を検出結果Ｄ２と呼ぶ。また、隣接する一対の容量素子Ｃ２，Ｃ３の静電容量値の差Ｃdiff３および和Ｃadd ３に基づいて、「Ａ３left」，「Ａ３center」，「Ａ３right 」，「圏外」のいずれか１つの検出結果が得られる。ここでは、こうして得られた検出結果を検出結果Ｄ３と呼ぶ。同様に、容量素子Ｃ３，Ｃ４の静電容量値の差および和に基づいて得られた検出結果をＤ４と呼び、容量素子Ｃ４，Ｃ５の静電容量値の差および和に基づいて得られた検出結果をＤ５と呼び、容量素子Ｃ５，Ｃ６の静電容量値の差および和に基づいて得られた検出結果をＤ６と呼び、容量素子Ｃ６，Ｃ７の静電容量値の差および和に基づいて得られた検出結果をＤ７と呼ぶ。
【０１６５】
結局、この図１７に示す変形例の領域特定部６３からは、６組の検出結果Ｄ２〜Ｄ７が出力されることになる。これら検出結果Ｄ２〜Ｄ７は、それぞれ境界線Ｂ２〜Ｂ７を基準としたときの対象物の位置を示す情報ということになる。たとえば、検出結果Ｄ３は、図１７の上端に示すように、境界線Ｂ３を基準としたときの対象物の位置を示す情報であり、検出結果Ｄ３が「Ａ３center」の場合は対象物が境界線Ｂ３上に位置し、検出結果Ｄ３が「Ａ３left」の場合は対象物が境界線Ｂ３よりも左側に位置し、検出結果Ｄ３が「Ａ３right 」の場合は対象物が境界線Ｂ３よりも右側に位置することを示している。また、検出結果Ｄ３が「圏外」の場合は対象物が近傍には存在しないことを示している。
【０１６６】
このように、図５に示す実施例に係る物体センサでは、境界線Ｂを基準としたときの対象物の位置を示す情報しか得られないが、ここで述べた図１６に示す変形例に係る物体センサでは、６本の境界線Ｂ２〜Ｂ７のそれぞれを基準としたときの対象物の位置を示す情報が得られるため、対象物の位置をより正確に特定することが可能になる。
【０１６７】
ここでは具体例として、支持体３０の上方に、図１７の上段に示すような対象物５０が存在していた場合に、領域特定部６３から出力される検出結果Ｄ２〜Ｄ７がどのような内容になるかを考えてみよう。
【０１６８】
まず、検出結果Ｄ２は、隣接する容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差および和に基づいて決定されることになるが、ここでは、対象物５０が容量素子Ｃ１，Ｃ２からかなり離れているため、「圏外」なる検出結果が得られたものとしよう。
【０１６９】
続いて、検出結果Ｄ３は、隣接する容量素子Ｃ２，Ｃ３の静電容量値の差および和に基づいて決定されることになるが、ここでは、対象物５０の存在が容量素子Ｃ３にのみ影響を与えたものとしよう。そうすると、静電容量値の差は「Ｃdiff３＜−Ｃth」となり、「Ａ３right 」なる検出結果が得られることになる。これは「対象物５０が境界線Ｂ３よりも右側にある」との検出結果を示すものである。
【０１７０】
検出結果Ｄ４は、隣接する容量素子Ｃ３，Ｃ４の静電容量値の差および和に基づいて決定される。図示の位置にある対象物５０は、容量素子Ｃ３，Ｃ４の双方の静電容量値に対して影響を与えることになるが、影響の程度は容量素子Ｃ４の方が大きくなる。このため、静電容量値の差は「Ｃdiff４＜−Ｃth」となり、「Ａ４right 」なる検出結果が得られることになる。これは「対象物５０が境界線Ｂ４よりも右側にある」との検出結果を示すものである。実際には、対象物５０の一部は境界線Ｂ４の左側にも存在するが、対象物５０の中心点（重心点）の位置は、境界線Ｂ４よりも右側にあり、そのような観点では、この検出結果Ｄ４は、正しい結果を示している。
【０１７１】
そして、検出結果Ｄ５は、隣接する容量素子Ｃ４，Ｃ５の静電容量値の差および和に基づいて決定される。図示の位置にある対象物５０は、容量素子Ｃ４，Ｃ５の双方の静電容量値に対して同程度の影響を与える。このため、静電容量値の差Ｃdiff５は０に近くなるが（絶対値がしきい値Ｃthの絶対値より小さくなるが）、静電容量値の和Ｃadd ５は、和に関するしきい値Ｃth2よりも大きくなるため（「Ｃadd ５＞Ｃth2」）、「Ａ５center」なる検出結果が得られる。これは「対象物５０が境界線Ｂ５上にある」との検出結果を示すものである。なお、図示の例では、対象物５０の中心点（重心点）が境界線Ｂ５上に位置しているが、この検出結果Ｄ５のみによって、「対象物５０の中心点（重心点）が境界線Ｂ５上に位置している」と認定することはできない。この検出結果Ｄ５は、あくまでも「境界線Ｂ５の左側にも右側にも、容量素子Ｃ４，Ｃ５の静電容量値に同程度の影響を及ぼす対象物が位置している」ことを示しているにすぎない。
【０１７２】
検出結果Ｄ６は、隣接する容量素子Ｃ５，Ｃ６の静電容量値の差および和に基づいて決定される。図示の位置にある対象物５０は、容量素子Ｃ５，Ｃ６の双方の静電容量値に対して影響を与えることになるが、影響の程度は容量素子Ｃ５の方が大きくなる。このため、静電容量値の差は「Ｃdiff６＞＋Ｃth」となり、「Ａ６left」なる検出結果が得られる。これは「対象物５０が境界線Ｂ６よりも左側にある」との検出結果を示すものである。実際には、対象物５０の一部は境界線Ｂ６の右側にも存在するが、対象物５０の中心点（重心点）の位置は、境界線Ｂ６よりも左側にあり、そのような観点では、この検出結果Ｄ６は、正しい結果を示している。
【０１７３】
最後に、検出結果Ｄ７は、隣接する容量素子Ｃ６，Ｃ７の静電容量値の差および和に基づいて決定されることになるが、ここでは、対象物５０の存在が容量素子Ｃ６にのみ影響を与えたものとしよう。そうすると、静電容量値の差は「Ｃdiff６＞＋Ｃth」となり、「Ａ７left」なる検出結果が得られることになる。これは「対象物５０が境界線Ｂ７よりも左側にある」との検出結果を示すものである。
【０１７４】
結局、図１７の上段に示す位置に対象物５０が存在していた場合、領域特定部６３から出力される検出結果Ｄ２〜Ｄ７の内容は、図１８の表に示すようなものになる。この検出結果Ｄ２〜Ｄ７は、対象物５０の大まかな位置を特定するための有益な情報になる。したがって、領域特定部６３から出力される検出結果Ｄ２〜Ｄ７をデジタルデータとしてコンピュータに取り込み、当該コンピュータに対象物５０の位置を推定するプログラムを用意しておけば、図１８に示すような検出結果Ｄ２〜Ｄ７に基づいて、対象物５０の位置を推定することができる。
【０１７５】
たとえば、対象物５０の位置を推定するプログラムとして、「圏外-Ａright-Ａcenter-Ａleft-圏外」という一連のパターンが得られた場合には、最初の「Ａright」の基準となる境界線から最後の「Ａleft」の基準となる境界線までの領域に対象物５０が存在する、というアルゴリズムを用意しておくことができる。このようなアルゴリズムを利用すれば、たとえば、図１８に示す結果が得られた場合、最初の「Ａ３right」の基準となる境界線Ｂ３から最後の「Ａ７left」の基準となる境界線Ｂ７に至るまでの検出領域Ａ３〜Ａ６の範囲に対象物５０が存在する、との推定を行うことができる。
【０１７６】
もちろん、検出結果Ｄ２〜Ｄ７を解析して対象物５０の位置を推定するプログラムには、各電極の配置間隔や接近する可能性のある対象物５０の形状、サイズ、距離（支持体３０の上面からの高さｈ）などの情報を参考にするアルゴリズムを採用するのが好ましい。
【０１７７】
なお、上述した処理動作は、図１６に示す基本構造体について、§２−３で述べた実用的な実施例（静電容量値の和Ｃadd およびしきい値を用いる実施例）を適用したものであるが、もちろん、図１６に示す基本構造体について、§２−２で述べた基本的な実施例（静電容量値の差Ｃdiffのみを用いる実施例）を適用することも可能である。この場合、各検出結果Ｄ２〜Ｄ７は、「Ａleft」もしくは「Ａright 」のいずれかを示すものになるが、対象物５０の位置を推定するための有用な情報であることに変わりない。
【０１７８】
以上、図１６に示す８本の線状電極Ｅ１〜Ｅ８を設けた基本構造部を用いる変形例を説明したが、もちろん、電極の数は８本に限定されるものではない。本発明の第１の実施形態に係る物体センサの基本構造を一般論として説明すれば、所定の検出面上に所定の順序で並んだ複数ｎ本（ｎ≧３）の配置線を定義し、これら各配置線に沿って各線状電極を前記順序に従って並んで配置すればよい。その結果、支持体によって、合計ｎ本の線状電極が支持された基本構造体が構成される。そして、隣接配置された一対の線状電極によって個々の容量素子を構成すればよい。
【０１７９】
より具体的には、本発明の第１の実施形態に係る物体センサでは、支持体によって支持されるｎ本の線状電極を、その配置順序に従って第１番目の線状電極Ｅ１〜第ｎ番目の線状電極Ｅｎと呼んだときに、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の線状電極Ｅｉと第（ｉ＋１）番目の線状電極Ｅ（ｉ＋１）とによって第ｉ番目の容量素子Ｃｉが構成されるようにし、第（ｉ＋１）番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の線状電極Ｅ（ｉ＋１）は、第ｉ番目の容量素子Ｃｉの一方の電極としての役割と、第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の一方の電極としての役割と、の双方の機能を果たすようにすればよい。
【０１８０】
図５に示す実施例は、ｎ＝３に設定した例であり、合計３本の線状電極Ｅ１〜Ｅ３が、Ｘ軸方向に並んで配置されている。そして、第１番目の線状電極Ｅ１と第２番目の線状電極Ｅ２とによって第１番目の容量素子Ｃ１が構成され、第２番目の線状電極Ｅ２と第３番目の線状電極Ｅ３とによって第２番目の容量素子Ｃ２が構成されている。ここで、第２番目の線状電極Ｅ２は、第１番目の容量素子Ｃ１の一方の電極としての役割と、第２番目の容量素子Ｃ２の一方の電極としての役割と、の双方の機能を果たす。同様に、図１６に示す変形例は、ｎ＝８に設定した例である。
【０１８１】
そして、上記一般論で述べれば、位置特定手段６０は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiff（ｉ＋１）を求め、その符号に基づいて、対象物の位置が、第（ｉ＋１）番目の線状電極Ｅ（ｉ＋１）の配置線上に定義された境界線Ｂ（ｉ＋１）によって隔てられた２つの検出領域のいずれにあるか、を特定する情報を出力する処理を行うことになる。
【０１８２】
たとえば、図１７に示す例のように、ｎ本の線状電極Ｅ１〜ＥｎがＸ軸に沿って左から右へ順番に配置されており、差Ｃdiff（ｉ＋１）＝Ｃｉ−Ｃ（ｉ＋１）なる差分演算を行った場合を考えると、差Ｃdiff（ｉ＋１）＞０であれば、対象物が境界線Ｂ（ｉ＋１）の左側の検出領域Ａｉにあることを示す検出結果「Ａ（ｉ＋１）left」が出力され、差Ｃdiff（ｉ＋１）＜０であれば、対象物が境界線Ｂ（ｉ＋１）の右側の検出領域Ａ（ｉ＋１）にあることを示す検出結果「Ａ（ｉ＋１）right 」が出力される。
【０１８３】
また、§２−３で述べた実用的な実施例（静電容量値の和Ｃadd およびしきい値を用いる実施例）を適用した処理を行う場合は、位置特定手段６０は、更に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−２）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく加算演算の結果として和Ｃadd （ｉ＋１）を求め、差Ｃdiff（ｉ＋１）の絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd （ｉ＋１）が所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、境界線Ｂ（ｉ＋１）の上方に対象物が存在する旨の情報（「Ａ（ｉ＋１）center」）を検出結果Ｄ（ｉ＋１）として出力することになる。
【０１８４】
たとえば、図１７に示す例はｎ＝８の例であるが、この例において、ｉ＝４の場合は、第４番目の容量素子Ｃ４の静電容量値と第５番目の容量素子Ｃ５の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiff５が求まり、加算演算の結果として和Ｃadd ５が求まる。図示の例の場合、差Ｃdiff５の絶対値はしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd ５が所定のしきい値Ｃth2以上であるため、境界線Ｂ５の上方に対象物が存在する旨の情報「Ａ５center」が検出結果Ｄ５として出力される。
【０１８５】
なお、図５や図１６に示す例は、検出面（支持体３０の上面）上にＸＹ座標系を定義したときに、各線状電極Ｅ１，Ｅ２，... が、Ｙ軸に平行な配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，... に沿って伸び、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置され、前記配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，... の一部（両端を除いた各配置線）が検出領域の境界線を構成する例であるが、配置線は必ずしも直線である必要はなく、図１１に示すような円弧状の配置線Ｌａ１，Ｌａ２，... を用いてもよいし、図１２に示すような円周状の配置線Ｌｃ１，Ｌｃ２，... を用いてもよいし、そのほかの任意形状の配置線を用いてもかまわない。
【０１８６】
また、図１３には、図５に示す基本構造体と、これを９０°回転させた構造体とを融合させ、二次元センサを構成した変形例を述べたが、もちろん、図１６に示す基本構造体と、これを９０°回転させた構造体とを融合させれば、同様に、二次元センサを構成することが可能である（支持体３０としては、正方形の板状体を用いるようにすればよい）。この場合、Ｘ軸方向に関しては、７つの検出領域Ａｘ１〜Ａｘ７に関する位置情報が得られ、Ｙ軸方向に関しても、７つの検出領域Ａｙ１〜Ａｙ７に関する位置情報が得られることになる。
【０１８７】
＜２−８  容量測定値に対する補正を行う変形例＞
図６(a) に示す実施例の場合、右側のブロック図に示すように、位置特定手段６０では、容量値測定部６１によって測定された容量測定値に対して、演算実行部６２によって差分演算（§２−３の実施例の場合は更に加算演算）が実行され、得られた演算結果に基づいて領域特定部６３が領域を特定する処理を行うことになる。この領域特定の基本原理は、図８に示すように、隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差Ｃdiffの符号に基づき、正の場合は「Ａleft」、負の場合は「Ａright」との判定を行う点にある（§２−３の実施例の場合は、更にしきい値および和Ｃadd を利用して、「Ａcenter」および「圏外」の判定が可能になる）。
【０１８８】
図８(b) のグラフを見ればわかるとおり、差Ｃdiffの値は、境界線Ｂの位置（線状電極Ｅ２の配置点Ｐｘ２の位置）で０になり、この境界線Ｂを挟んで左右で符号が逆転する。これは、図５に示す基本構造体が、ＹＺ平面に関して面対称の構造をなし、第１の容量素子Ｃ１と第２の容量素子Ｃ２とが幾何学的に合同であるためである。このように一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２が合同であれば、図８(a) に示すとおり、各容量素子の静電容量値の変化を示すグラフＣ１，Ｃ２も合同になり、両グラフは、境界線Ｂに関して対称図形になる。その結果、差Ｃdiffの値は、境界線Ｂの位置で０になる。
【０１８９】
このように、原理的には、差Ｃdiffの値は、境界線Ｂの位置で０になるはずであるが、実際には、必ずしもそうならない。これは、この物体センサを商業的に量産した場合、製造工程上の要因により、各部に微小な寸法誤差が生じることが避けられず、一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２が幾何学的に完全な合同体にはならないためである。
【０１９０】
図１９(a) は、隣接配置された一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の構造に製造上の誤差が生じていた場合の各静電容量値の変化（図７のグラフと同様に、上方の移動経路を対象物がＸ軸に沿って通過したときの静電容量値の変化）を示すグラフである。一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２が完全な合同体であれば、容量値Ｃ１の変化は実線グラフＣ１のようになり、容量値Ｃ２の変化は一点鎖線グラフＣ２のようになる。ここで、両グラフＣ１，Ｃ２は合同であり、境界線Ｂに関して対称図形になる。
【０１９１】
ところが、容量素子Ｃ１の寸法に対して、容量素子Ｃ２の寸法の方が若干小さかった場合（たとえば、図５(a) に示す線状電極Ｅ１の幅や長さに比べて、線状電極Ｅ３の幅や長さが若干小さかった場合）、容量値Ｃ２の変化は一点鎖線グラフＣ２′のようになる。この場合、両グラフＣ１，Ｃ２′は合同ではなくなり、境界線Ｂに関しての対称性も失われる。すなわち、グラフＣ１の最大値は図示されているＣmax であるのに対して、グラフＣ２′の最大値はこれより小さくなる。その結果、グラフＣ１の境界線Ｂの位置の静電容量値がＣｅであるのに対して、グラフＣ２′の境界線Ｂの位置の静電容量値はＣｅ′になる。
【０１９２】
図１９(b) は、図１９(a) に示すグラフに基づいて得られた静電容量値の差Ｃdiff，Ｃdiff′および和Ｃadd ，Ｃadd ′を示すグラフである。グラフＣdiffは、図１９(a) に示すグラフＣ１，Ｃ２に基づいて、「Ｃdiff＝Ｃ１−Ｃ２」なる差分演算を行うことによって得られたグラフであり、境界線Ｂの位置（配置点Ｐｘ２の位置）で０になる。これに対して、グラフＣdiff′は、図１９(a) に示すグラフＣ１，Ｃ２′に基づいて、「Ｃdiff′＝Ｃ１−Ｃ２′」なる差分演算を行うことによって得られたグラフであり、境界線Ｂの位置（配置点Ｐｘ２の位置）では０にならず、若干右にシフトした位置Ｐｘ２′の位置で０になる。
【０１９３】
一方、グラフＣadd は、図１９(a) に示すグラフＣ１，Ｃ２に基づいて、「Ｃadd ＝Ｃ１＋Ｃ２」なる加算演算を行うことによって得られたグラフである。これに対して、グラフＣadd ′は、図１９(a) に示すグラフＣ１，Ｃ２′に基づいて、「Ｃadd ′＝Ｃ１＋Ｃ２′」なる加算演算を行うことによって得られたグラフである。
【０１９４】
§２−３で述べたとおり、加算演算の結果として得られる和Ｃadd は、差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満であった場合に、和Ｃadd をしきい値Ｃth2と比較することにより、検出結果を「Ａcenter」とするか「圏外」とするかを判定するために利用されるものである。したがって、図１９(b) に示す本来の和Ｃadd のグラフの代わりに、和Ｃadd ′のグラフを利用しても大きな問題は生じない。しかしながら、差分演算の結果として得られる差Ｃdiffは、その符号に基づいて境界線Ｂの左か右かを判定するために用いられる数値であるため、本来の差Ｃdiffのグラフの代わりに、差Ｃdiff′のグラフを利用すると、境界線Ｂの正しい判定を行うことができなくなる。実際、図１９(b) に示す例の場合、差Ｃdiffのグラフの代わりに差Ｃdiff′のグラフを利用すると、本来の境界線Ｂの位置（配置点Ｐｘ２の位置）ではなく、若干右へずれた点Ｐｘ２′の位置を境界として、領域判定が行われてしまうことになる。
【０１９５】
このような問題を解決するには、各容量素子について得られた測定値に対して予め定められた補正を行い、当該補正により得られる補正値を用いて差分演算を行うようにすればよい。具体的には、図６(a) に示す演算実行部６２が、容量値測定部６１による測定によって得られた測定値に対して事前に補正を行い、この補正により得られる補正値を用いて差分演算を行うようにすればよい。上述したとおり、和Ｃadd に関しては、本来の値に対して若干ずれていたとしても大きな問題は生じないが、もちろん、補正値を用いて加算演算を行うようにすれば、より正確な判定を行うことができるようになる。
【０１９６】
演算実行部６２によって行う補正は、製造工程上の要因により生じた誤差を是正することが可能な方法であれば、どのような方法で行ってもかまわない。たとえば、図１９(a) に示す例の場合、本来得られるべきグラフがＣ２であるところ、実際にはグラフＣ２′が得られることになるので、グラフＣ２′がグラフＣ２となるような補正を行えばよい。一般的には、容量素子Ｃ２についての測定値に対して、所定の補正係数Ｋ（Ｃ２）を乗じる補正を行えばよい。たとえば、図１９(a) に示す例の場合、容量素子Ｃ２についての測定値に対して、補正係数Ｋ（Ｃ２）＝１．３を乗じる補正を行い、得られた補正を用いて差分演算や加算演算を行えば、本来の差Ｃdiffや本来の和Ｃadd に近い演算結果を得ることができる。
【０１９７】
もちろん、図１６に示す変形例の場合は、合計７組の容量素子Ｃ１〜Ｃ７が設けられているため、個々の容量素子Ｃ１〜Ｃ７について、それぞれ補正係数Ｋ（Ｃ１）〜Ｋ（Ｃ７）を設定し、補正を行うようにすればよい。実際には、製造工程上の要因により生じる誤差は、個々の製品ロットごとに異なるため、実用上は、個々の製品の演算実行部６２内に当該製品に固有の補正係数Ｋ（Ｃ１）〜Ｋ（Ｃ７）を設定しておき（たとえば、製品出荷時に個々の容量素子Ｃ１〜Ｃ７の既存容量を実測し、適切な補正係数Ｋを定めればよい）、演算実行部６２が差分演算や加算演算を実行する前に、各補正係数を乗じる補正を行うようにすればよい。補正はアナログ演算によって行ってもよいし、デジタル演算によって行ってもよい。
【０１９８】
＜＜＜  §３．  本発明の第２の実施形態  ＞＞＞
§２では、本発明の第１の実施形態について、様々な実施例や変形例を挙げながら説明した。これらの実施例や変形例では、各電極は、直線、または、円弧、円周、その他の曲線からなる配置線に沿って配置された線状電極によって構成されており、各配置線のうち、両端以外に位置する配置線によって検出領域の境界線が構成されている。
【０１９９】
たとえば、図５に示す実施例の場合、中央の配置線Ｌｘ２は、検出領域「Ａleft」と「Ａright 」との境界線Ｂを構成している（両端の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ３は、検出領域「Ａleft」と「圏外」との境界や、検出領域「Ａright 」と「圏外」との境界を間接的に定める一要因にはなるが、境界線そのものを構成するわけではない）。同様に、図１６に示す実施例の場合、配置線Ｌｘ２〜Ｌｘ７は、それぞれ検出領域Ａ１〜Ａ７を区切るための境界線Ｂ２〜Ｂ７を構成している（両端の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ８は、検出領域「Ａ１」と「圏外」との境界や、検出領域「Ａ７」と「圏外」との境界を間接的に定める一要因にはなるが、境界線そのものを構成するわけではない）。
【０２００】
このように、§２で述べた第１の実施形態では、各電極が所定の配置線に沿って配置された線状電極によって構成され、検出領域の境界線がこの配置線によって構成されるという特徴を有している。このような特徴をもつ第１の実施形態の場合、両端の線状電極を除いた中間の線状電極を、隣接する一対の容量素子の一方の電極として兼用させることができる。たとえば、図５に示す実施例の場合、中央の線状電極Ｅ２が一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の兼用電極として利用されている。また、図１６に示す実施例の場合、線状電極Ｅ２〜Ｅ７が、それぞれ左右に形成される一対の容量素子の兼用電極として利用されている。
【０２０１】
これに対して、この§３で述べる第２の実施形態は、「各検出領域の境界線が、容量素子を構成する電極の位置に基づいて定義される」という観点では、§２で述べた第１の実施形態と共通しているが、第１の実施形態が「電極の配置位置を境界とする」という基本原理に立脚しているのに対し、第２の実施形態は「各検出領域の境界線を、１つの容量素子と隣接する別な容量素子との間に定義する」という基本原理に立脚している。第１の実施形態では、電極配置がそのまま境界線を形成するため、線状の電極を用いるのが好ましいが、第２の実施形態では、電極配置がそのまま境界線を形成するわけではないので、個々の電極は必ずしも線状の電極にする必要はない。たとえば、後述する図２５以降に示す変形例では、円盤状の電極が用いられている。
【０２０２】
なお、この第２の実施形態においても、「位置特定手段が、隣接する一対の容量素子の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、対象物が近傍に存在する検出領域を特定する」という方法をとる点に変わりはない。以下、この第２の実施形態を図示する実施例に基づいて説明する。
【０２０３】
＜３−１  第２の実施形態の基本構成＞
図２０(a) は、本発明の第２の実施形態に係る物体センサを構成する基本構造部の上面図であり、図２０(b) は、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。図示のとおり、この物体センサの基本構造部は、平板状の支持体３０と、その上面に形成された６本の線状電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２によって構成されている。支持体３０は、絶縁性材料から構成され、各線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２は導電性材料から構成されている。具体的な材料構成は、第１の実施形態と同様である。
【０２０４】
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して、各部の構造を説明する。この座標系の原点Ｏは、平板状の支持体３０の上面の中心位置に定義されており、図２０(a) の右方向にＸ軸、上方向にＹ軸、紙面垂直手前方向にＺ軸が定義されている。図２０(b) では、右方向がＸ軸、上方向がＺ軸になる。平板状の支持体３０の上面はＸＹ平面に含まれている。
【０２０５】
支持体３０の上面には、Ｙ軸に平行な３本の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３が等間隔に定義されている。各線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２は、いずれもＹ軸に平行な長手方向軸に沿って伸びるように配置されている。ただ、各線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２は、配置線上に配置されているわけではなく、一対の線状電極ごとに、各配置線の両側に、各配置線から等距離の位置に、各配置線に沿って伸びるように配置されている。
【０２０６】
具体的には、一対の線状電極Ｅ１１，Ｅ１２は、配置線Ｌｘ１の左右両脇に、配置線Ｌｘ１から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＹ軸に平行である。また、一対の線状電極Ｅ２１，Ｅ２２は、配置線Ｌｘ２の左右両脇に、配置線Ｌｘ２から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＹ軸に平行である。そして、一対の線状電極Ｅ３１，Ｅ３２は、配置線Ｌｘ３の左右両脇に、配置線Ｌｘ３から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＹ軸に平行である。
【０２０７】
図示の実施例の場合、各線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２は、幾何学的に同一形状、同一サイズの平板状の細長い電極であり、最寄りの配置線からの距離も同じになる位置に配置されている。また、中央の配置線Ｌｘ２はＹ軸に一致するため、この基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称の構造を有している。そして、この実施例の場合、配置線Ｌｘ１とＬｘ２との中間位置に境界線Ｂ１が定義され、配置線Ｌｘ２とＬｘ３との中間位置に境界線Ｂ２が定義されている。別言すれば、境界線Ｂ１は、配置線Ｌｘ１およびＬｘ２から等距離にあり、Ｙ軸に平行なＸＹ平面上の直線であり、境界線Ｂ２は、配置線Ｌｘ２およびＬｘ３から等距離にあり、Ｙ軸に平行なＸＹ平面上の直線である。
【０２０８】
図２０(b) は、図２０(a) に示す基本構造部をＸＺ平面で切断した側断面図である。上述のとおり、平板状の支持体３０の上面には、６本の線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２が等間隔に設けられている。ここでは、配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３とＸＺ平面との交点を、それぞれ配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３と呼ぶことにする。配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３は、いずれもＸ軸上の点になる。上述したとおり、実際には、配置線Ｌｘ２はＹ軸に一致するので、図示の配置点Ｐｘ２は原点Ｏに一致する。
【０２０９】
図２０(b) に示すとおり、支持体３０の上面には、６本の線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２を覆うように、絶縁層４０が形成されている。この絶縁層４０は、第１の実施形態と同様の材料から構成されており、保護膜としての機能を果たす。なお、図２０(a) の上面図では、説明の便宜上、この絶縁層４０の図示は省略してあるが、実際には、平板状の支持体３０の上面全面を覆うように、絶縁層４０が形成されている。
【０２１０】
ここに示す実施例の場合、線状電極Ｅ１１，Ｅ１２によって第１の容量素子Ｃ１０が形成され、線状電極Ｅ２１，Ｅ２２によって第２の容量素子Ｃ２０が形成され、線状電極Ｅ３１，Ｅ３２によって第３の容量素子Ｃ３０が形成される。ここでも便宜上、各容量素子を示す符号と当該容量素子の静電容量値を示す符号とについて同一符号を用いることにする。したがって、容量素子Ｃ１０の静電容量値はＣ１０，容量素子Ｃ２０の静電容量値はＣ２０，容量素子Ｃ３０の静電容量値はＣ３０ということになる。図４を用いて説明したとおり、各容量素子の容量値Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０の値は、近傍に対象物２０が存在すると増加する。
【０２１１】
図２０(b) に描かれているように、この物体センサには、線状電極Ｅ１１，Ｅ１２（容量素子Ｃ１０）の間の静電容量値Ｃ１０を測定するための配線と、線状電極Ｅ２１，Ｅ２２（容量素子Ｃ２０）の間の静電容量値Ｃ２０を測定するための配線と、線状電極Ｅ３１，Ｅ３２（容量素子Ｃ３０）の間の静電容量値Ｃ３０を測定するための配線と、が設けられており、後述するように、これらの静電容量値Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０に基づいて、対象物の位置が特定される。実際には、上記配線は、たとえば、平板状の支持体３０の表面に形成することができる。
【０２１２】
このように、図２０に示す物体センサでは、配置点Ｐｘ１（配置線Ｌｘ１）を中心とする位置に第１の容量素子Ｃ１０が配置され、配置点Ｐｘ２（配置線Ｌｘ２）を中心とする位置に第２の容量素子Ｃ２０が配置され、配置点Ｐｘ３（配置線Ｌｘ３）を中心とする位置に第３の容量素子Ｃ３０が配置されている。しかも、各容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０は、それぞれが専用に用いる一対の個別電極を備えており、第１の実施形態のように、同じ電極が２組の容量素子に共通して利用されることはない。
【０２１３】
もっとも、この第２の実施形態に係る物体センサも、その基本的な構成は第１の実施形態に係る物体センサと同様であり、近傍に位置する対象物を検出する機能を有する。すなわち、この第２の実施形態に係る物体センサは、複数の検出領域を定義するための検出面を有する支持体３０と、この支持体によって支持される電極Ｅによって構成される複数組の容量素子Ｃと、これら容量素子Ｃの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手段６０と、を備えている。ここで、位置特定手段６０は、図６(a) の右側のブロック図に示す構成を有し、容量値測定部６１によって各容量素子の静電容量値Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０の測定値が得られ、演算実行部６２によって、隣接する一対の容量素子の測定値に基づく差分演算が行われ、領域特定部６３によって、差分演算の結果として得られた差Ｃdiffに基づいて、近傍に対象物が存在する検出領域を特定する処理が行われる。以下、このような検出領域の特定処理の具体的な方法を説明する。
【０２１４】
＜３−２  第２の実施形態の基本動作＞
上述したように、図２０に示す物体センサでは、互いに隣接して配置された第１の容量素子Ｃ１０と第２の容量素子Ｃ２０との中間線上に境界線Ｂ１が定義され、互いに隣接して配置された第２の容量素子Ｃ２０と第３の容量素子Ｃ３０との中間線上に境界線Ｂ２が定義されている。図２０(b) に示すとおり、境界線Ｂ１は、検出領域Ａ１とＡ２との境界であり、境界線Ｂ２は、検出領域Ａ２とＡ３との境界である。この物体センサは、検出対象となる物体（対象物）が近傍に存在しているか否かのみならず、当該対象物が検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３のいずれの近傍（上方）に存在するのか検出することができる。
【０２１５】
もっとも、検出領域Ａ１の左端の境界（圏外との境界）や、検出領域Ａ３の右端の境界（圏外との境界）は、空間上の特定の位置に固定された境界ではなく概念的な境界であり、その位置は明確には定義されない。後述するように、圏外との境界線は、検出対象となる対象物の形状、サイズ、検出面に対する高さｈ等に応じて逐次変化し、また、設定されたしきい値Ｃthの大きさにも依存して変化するものである。
【０２１６】
図２１(a) は、図２０に示す物体センサの上方の移動経路を導電性物体２０が通過したときの状態を示す側断面図である。ここでは、図示のとおり、Ｘ軸をＺ軸正方向に高さｈだけ移動させた直線からなる移動経路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２０を移動させた場合に、各容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０の静電容量値がどのように変化するかを考えてみる。ここでは、対象物２０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２０を移動させたものとしよう
【０２１７】
図２１(b) は、このようにして、対象物２０が移動経路Ｇ上を移動したときの各容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０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２０の中心点ＱのＸ座標値であり、グラフの縦軸は、各容量素子の静電容量値Ｃである。なお、縦軸の一番下の目盛りに示す値Ｃ０は、各容量素子に存在する既存容量の値であり、対象物２０が存在しない場合において、各容量素子が本来保有する静電容量値に対応する。
【０２１８】
図２に示す物体センサの上方の移動経路Ｇを対象物２０が移動したときに、図３のグラフに示すような結果が得られることを踏まえれば、図２１(a) に示す物体センサの上方の移動経路Ｇを対象物２０が移動したときに、図２１(b) のグラフに示すような結果が得られることは容易に理解できよう。図２１(b) の破線のグラフＣ１０，実線のグラフＣ２０，一点鎖線のグラフＣ３０は、いずれも図３のグラフに対応するものであり、それぞれ配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３の位置において最大値Ｃmax をとる。各容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０は、同一形状、同一サイズの線状電極から構成されているため、グラフＣ１０，Ｃ２０，Ｃ３０は、互いに形状が同一になり、Ｘ軸方向に所定距離（配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２，Ｐｘ３の間隔に対応する距離）だけシフトした位置に配置される。
【０２１９】
対象物２０の中心点Ｑが境界線Ｂ１の直上にあるときには、静電容量値Ｃ１０，Ｃ２０は所定値Ｃｂをとる。同様に、対象物２０の中心点Ｑが境界線Ｂ２の直上にあるときには、静電容量値Ｃ２０，Ｃ３０は所定値Ｃｂをとる。別言すれば、対象物２０が境界線Ｂ１上にあるときには、境界線Ｂ１を挟んで配置された一対の容量素子Ｃ１０，Ｃ２０の静電容量値の差は０になり、対象物２０が境界線Ｂ２上にあるときには、境界線Ｂ２を挟んで配置された一対の容量素子Ｃ２０，Ｃ３０の静電容量値の差は０になる。したがって、この第２の実施形態においても、隣接する一対の容量素子の静電容量値の差に基づいて、境界線の左右いずれの検出領域に対象物２０が位置するかを特定することができる。
【０２２０】
図２２は、図２１(b) に示す２つのグラフＣ１０，Ｃ２０についての差分演算および加算演算の結果を示す図である。すなわち、図に実線で示すグラフＣdiffは、図２１(b) に示すグラフＣ１０，Ｃ２０について差分演算を行うことにより得られるグラフであり、静電容量値の差「Ｃdiff＝Ｃ１０−Ｃ２０」を示している。また、図に一点鎖線で示すグラフＣadd は、図２１(b) に示すグラフＣ１０，Ｃ２０について加算演算を行うことにより得られるグラフであり、静電容量値の和「Ｃadd ＝Ｃ１０＋Ｃ２０」を示している。このグラフにおいても、横軸は、対象物２０の中心点ＱのＸ座標値である。
【０２２１】
グラフＣdiffは、境界線Ｂ１の位置において０になるが、それより左の位置ではＣdiff＞０、右の位置ではＣdiff＜０になる。これは、対象物２０の中心点Ｑの位置を当該対象物２０の位置と定義した場合、静電容量値の差Ｃdiffの符号に基づいて検出領域の特定を行い、対象物２０の位置が境界線Ｂ１より左側の領域にあるか、右側の領域にあるか、を判定できることを意味している。このように、互いに隣接する一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差Ｃdiffを用いれば、対象物２０が境界線Ｂ１の左右どちら側に存在するかを検出することができる。同様に、互いに隣接する一対の容量素子Ｃ２，Ｃ３の静電容量値の差Ｃdiffを用いれば、対象物２０が境界線Ｂ２の左右どちら側に存在するかを検出することができる。
【０２２２】
＜３−３  第２の実施形態のより実用的な実施例＞
第１の実施形態に係る物体センサでは、§２−３において、しきい値の設定と静電容量値の和Ｃaddを取り入れた実用的な判定方法を述べた。この判定方法は、第２の実施形態にも適用可能である。
【０２２３】
図２２には、図２１(b) に示すグラフＣ１０，Ｃ２０の差に相当する実線グラフＣdiffとともに、和に相当するグラフＣadd が一点鎖線で示されている。このグラフＣadd は、図２１(b) に示すグラフＣ１０とＣ２０とを加算したものであるため、配置点Ｐｘ１，Ｐｘ２の位置にピークをもったグラフになる。ここで述べる実施例の場合、演算実行部６２は、静電容量値Ｃ１０，Ｃ２０の差「Ｃdiff＝Ｃ１０−Ｃ２０」を求める差分演算とともに、静電容量値Ｃ１０，Ｃ２０の和「Ｃadd ＝Ｃ１０＋Ｃ２０」を求める加算演算を行い、領域特定部６３は、差Ｃdiffと和Ｃadd との双方を利用して、境界線Ｂ１の近傍に関する検出領域を特定する処理を行う。この特定処理の基本的な手法は、§２−３において述べた第１の実施形態についての特定処理と同様である。
【０２２４】
すなわち、図２２のグラフに示すとおり、差Ｃdiffを用いた判定のために、正のしきい値＋Ｃthと負のしきい値−Ｃthとが設定され、和Ｃadd を用いた判定のために、しきい値Ｃth2 （こちらは正のみ）が設定される。そして、まず「差Ｃdiffの絶対値が所定のしきい値Ｃth以上」という条件を満たす領域は、グラフの上部に矢印「Ａleft」で示す検出領域と矢印「Ａright 」で示す検出領域ということになる。これらの２つの検出領域については、差Ｃdiffを領域特定に利用することができ、差Ｃdiffの符号に基づいて、境界線Ｂ１の左側に位置する検出領域「Ａleft」か、境界線Ｂ１の右側に位置する検出領域「Ａright 」か、のいずれであるかを特定可能である。具体的には、Ｃdiff＞０であれば検出領域「Ａleft」、Ｃdiff＜０であれば検出領域「Ａright 」との判定ができる。
【０２２５】
一方、図２２において、検出領域「Ａleft」と検出領域「Ａright 」との間に位置する「Ａcenter」なる矢印で示す領域（境界線Ｂ１の近傍領域）は、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」であるため、上記条件を満たしていない。同様に、検出領域「Ａleft」よりも左側の領域（左圏外）および検出領域「Ａright 」よりも右側の領域（右圏外）も、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」であるため、上記条件を満たしていない。この場合、和Ｃadd を利用して検出領域を特定する。
【０２２６】
具体的には、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」かつ「和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2以上」という条件を満たす場合には、検出領域「Ａcenter」に対象物が存在する旨の特定がなされる。別言すれば、境界線Ｂ１の上方に対象物が存在する旨の検出結果が出力される。一方、「差Ｃdiffの絶対値がしきい値Ｃth未満」かつ「和Ｃadd が所定のしきい値Ｃth2未満」という条件を満たす場合には、領域特定部６３は、境界線Ｂ１の近傍には対象物は存在しないと判断し、「圏外」との検出結果を出力する（左圏外か右圏外かの区別はできない）。
【０２２７】
図２３は、図２２のグラフを利用して、対象物が存在する検出領域を特定する方法を示す表である（この図２３の表の実質的な内容は、図１０の表の実質的な内容と同じである）。図２３の表には、「左圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」，「右圏外」なる５つの列が示されているが、これは、図２２のグラフの上部に示された各検出領域に対応するものである。そして、「差」の行には、各検出領域に対象物が存在するときの差Ｃdiffがとるべき値が記載され、「和」の行には、各検出領域に対象物が存在するときの和Ｃaddがとるべき値が記載されている。領域特定部６３は、この図２３に示す表を参照して、演算実行部６２によって演算された差Ｃdiffの値と和Ｃaddの値に基づき、５つの列に示された各検出領域のいずれか１つを特定することができる（左圏外か右圏外かの区別はできない）。
【０２２８】
かくして、領域特定部６３は、図２１(a) に示す一対の容量素子Ｃ１０，Ｃ２０の静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd に基づいて、これら容量素子Ｃ１０，Ｃ２０の中間位置に定義された境界線Ｂ１を基準として、「圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」なる４通りの検出領域のいずれかを特定する検出結果Ｄ１を出力することができる。同様に、領域特定部６３は、図２１(a) に示す一対の容量素子Ｃ２０，Ｃ３０の静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd に基づいて、これら容量素子Ｃ２０，Ｃ３０の中間位置に定義された境界線Ｂ２を基準として、「圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」なる４通りの検出領域のいずれかを特定する検出結果Ｄ２を出力することができる。
【０２２９】
もちろん、これら検出結果Ｄ１もしくはＤ２のみでは、対象物のサイズや正確な位置を認識することはできないが、「圏外」なる検出結果は、基準となる境界線の近傍には対象物は存在していないことを示し、「Ａleft」なる検出結果は、基準となる境界線よりも左側に対象物が存在していることを示し、「Ａcenter」なる検出結果は、基準となる境界線上に対象物が存在していることを示し、「Ａright 」なる検出結果は、基準となる境界線よりも右側に対象物が存在していることを示すものになり、対象物に関する大まかな情報を得ることができる。
【０２３０】
もちろん、このような方法で特定される各検出領域の範囲は、各しきい値＋Ｃth，−Ｃth，Ｃth2の値に応じて定められるので、実用上は、用途に応じて最も適切と思われるしきい値を設定するようにする。これらのしきい値は、領域特定部６３に設定されることになるが、もちろん、ユーザの操作入力に基づいて、これらしきい値の値を自由に調整できるようにしておくことも可能である。
【０２３１】
しきい値Ｃthの絶対値を比較的小さく設定すると、検出領域「Ａcenter」の幅はかなり狭くなると予想されるため、領域「Ａcenter」を独立した検出領域とはせずに、その左側半分を検出領域「Ａleft」の一部として取り扱い、その右側半分を検出領域「Ａright 」の一部として取り扱うようにしてもかまわない。この場合、図２３の表の「Ａcenter」に該当するケースについては、たとえば、Ｃdiff≧０なら検出領域「Ａleft」、Ｃdiff＜０なら検出領域「Ａright 」と判定するようにすればよい。このような取り扱いを行うようにした場合、領域特定部６３から出力される検出結果は、「圏外」，「Ａleft」，「Ａright 」なる３通りの検出領域のいずれかを特定するものになる。
【０２３２】
＜３−４  より多数の検出領域を定義した変形例＞
前述した§２−７では、図１６を参照しながら、より多数の検出領域を定義した変形例を述べた。このような変形例は、この第２の実施形態でも適用できる。たとえば、図２０に示す実施例では、３本の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３の位置にそれぞれ容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０を配置し、容量素子Ｃ１０，Ｃ２０の中間線上に境界線Ｂ１，容量素子Ｃ２０，Ｃ３０の中間線上に境界線Ｂ２を定義することにより、３つの検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を設定している。
【０２３３】
したがって、たとえば、Ｘ軸方向に並ぶように８本の配置線Ｌｘ１〜Ｌｘ８を定義し、これら各配置線Ｌｘ１〜Ｌｘ８の位置にそれぞれ容量素子Ｃ１０〜Ｃ８０を配置し、隣接する容量素子の中間線上に境界線Ｂ１〜Ｂ７を定義すれば、８組の検出領域Ａ１〜Ａ８を設定することができる。そのような変形例を採用した場合、図１７に示す例と同様に、隣接する一対の容量素子の静電容量値の差Ｃdiffおよび和Ｃadd に基づいて、上述したように「圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」なる４通りの検出領域のいずれかを特定する検出結果を得ることができるので、これらの検出結果に基づいて、対象物の位置に関するより詳しい情報を得ることができるようになる。
【０２３４】
結局、§３で述べる第２の実施形態に係る物体センサを一般論で説明すれば、支持体３０上に、複数ｍ組（ｍ≧２）の容量素子が並んで配置され、個々の容量素子がそれぞれ一対の個別電極を有し、合計２ｍ個の電極が配置されている構成を採用し、１つの容量素子と隣接する別な容量素子との間に各検出領域の境界線が定義されていることになる。そして、隣接する一対の容量素子の静電容量値に基づく差分演算を行うことにより、当該一対の容量素子の間に定義された境界線で区分けされる検出領域に関して、対象物の存在情報が検出される。
【０２３５】
図２０に示す実施例は、ｍ＝３に設定し、６個の個別電極によって３組の容量素子を構成した例であり、位置特定手段６０は、容量素子Ｃ１０，Ｃ２０の静電容量値の差に基づいて、対象物の位置が、境界線Ｂ１で区分けされた検出領域Ａ１，Ａ２のいずれであるかを特定し、容量素子Ｃ２０，Ｃ３０の静電容量値の差に基づいて、対象物の位置が、境界線Ｂ２で区分けされた検出領域Ａ２，Ａ３のいずれであるかを特定することになる。
【０２３６】
このような処理を、一般論として説明すれば、位置特定手段６０は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ−１）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく差分演算の結果として差Ｃdiffｉを求め、その符号に基づいて、対象物の位置が、第ｉ番目の容量素子Ｃｉが配置されている第ｉ番目の検出領域Ａｉにあるか、第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）が配置されている第（ｉ＋１）番目の検出領域Ａ（ｉ＋１）にあるか、を特定する情報を出力することになる。
【０２３７】
また、§３−３で述べた静電容量値の和Ｃadd を利用する実施形態の場合、位置特定手段６０は、更に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｍ−１）の容量素子Ｃｉの静電容量値と第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）の静電容量値とに基づく加算演算の結果として和Ｃadd ｉを求め、差Ｃdiffｉの絶対値が所定のしきい値Ｃth未満であり、かつ、和Ｃadd ｉが所定のしきい値Ｃth2以上である場合には、第ｉ番目の容量素子Ｃｉと第（ｉ＋１）番目の容量素子Ｃ（ｉ＋１）との間に定義されている境界線Ｂｉの上方に対象物が存在する旨の情報を出力することになる。
【０２３８】
このように、任意の値ｍ（ｍ≧２）を定め、合計ｍ組の容量素子を並べて配置し、隣接する容量素子の間に境界線を定義すれば、合計ｍ組の検出領域が定義されることになる。そして、隣接する一対の容量素子の静電容量値について、差Ｃdiffおよび和Ｃadd を求めれば、当該一対の容量素子の間に定義された境界線に関して、「圏外」，「Ａleft」，「Ａcenter」，「Ａright 」なる４通りの検出領域のいずれかを特定する検出結果を得ることができる。こうして得られた検出結果Ｄ１〜Ｄ（ｍ−１）に基づいて、ｍ組の検出領域に関する対象物の位置をより正確に推定する具体的な方法については、既に、図１７および図１８を参照して§２−６で述べたため、ここでは説明は省略する。
【０２３９】
＜３−５  二次元センサに適用した変形例＞
図２０に示す実施例では、Ｙ軸に平行な方向に伸びる配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って、それぞれ一対の線状電極によって構成される容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０を配置する構成を採用している。このため、３組の容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０は、Ｘ軸方向に並んで配列されることになり、定義される各検出領域もＸ軸方向に並んで配列されることになる。したがって、この物体センサは、検出対象となる物体のＸ軸方向に関する位置を検出する一次元センサとして機能する。
【０２４０】
このような一次元センサの構成を一般論として述べれば、支持体６０の検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、Ｙ軸に平行な複数の配置線が、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、各配置線の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対が配置されており、これら線状電極対によってそれぞれ容量素子が構成されており、各配置線の中間に位置する、Ｙ軸に平行な直線によって、検出領域の境界線が定義されている、と言うことができる。
【０２４１】
§２−６では、第１の実施形態に係る物体センサを２組用意し、一方をＸＹ平面上で９０°回転させて組み合わせることにより、二次元センサを実現した変形例を述べた。ここで述べる第２の実施形態に係る物体センサも、同様の手法で２組を組み合わせることにより二次元センサを実現できる。
【０２４２】
図２４(a) は、本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第１の変形例を示す上面図であり、図２４(b) は、これを切断線２４ｂ−２４ｂの位置で切断した側断面図である。図示のとおり、この物体センサの基本構造部は、平板状の支持体３０（この変形例では、正方形状の板状部材である）と、その上面にＹ軸に平行になるように形成された６本の線状電極Ｅｘ１１，Ｅｘ１２，Ｅｘ２１，Ｅｘ２２，Ｅｘ３１，Ｅｘ３２と、Ｘ軸に平行になるように形成された６本の線状電極Ｅｙ１１，Ｅｙ１２，Ｅｙ２１，Ｅｙ２２，Ｅｙ３１，Ｅｙ３２と、によって構成されている。図２０に示す実施例と同様に、支持体３０は、絶縁性材料から構成され、各線状電極Ｅｘ１１〜Ｅｙ３２は導電性材料から構成されている。
【０２４３】
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して、各部の構造を説明する。この座標系の原点Ｏは、平板状の支持体３０の上面の中心位置に定義されており、図２４(a) の右方向にＸ軸、上方向にＹ軸、紙面垂直手前方向にＺ軸が定義されている。図２４(b) では、右方向がＸ軸、上方向がＺ軸になる。平板状の支持体３０の上面はＸＹ平面に含まれている。
【０２４４】
支持体３０の上面には、Ｙ軸に平行な３本の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３が定義されており、一対の線状電極Ｅｘ１１，Ｅｘ１２は、配置線Ｌｘ１の左右両脇に、配置線Ｌｘ１から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＹ軸に平行である。また、一対の線状電極Ｅｘ２１，Ｅｘ２２は、配置線Ｌｘ２の左右両脇に、配置線Ｌｘ２から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＹ軸に平行である。そして、一対の線状電極Ｅｘ３１，Ｅｘ３２は、配置線Ｌｘ３の左右両脇に、配置線Ｌｘ３から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＹ軸に平行である。
【０２４５】
また、支持体３０の上面には、Ｘ軸に平行な３本の配置線Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌｙ３も定義されており、一対の線状電極Ｅｙ１１，Ｅｙ１２は、配置線Ｌｙ１の上下両脇に、配置線Ｌｙ１から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＸ軸に平行である。また、一対の線状電極Ｅｙ２１，Ｅｙ２２は、配置線Ｌｘ２の上下両脇に、配置線Ｌｙ２から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＸ軸に平行である。そして、一対の線状電極Ｅｙ３１，Ｅｙ３２は、配置線Ｌｙ３の上下両脇に、配置線Ｌｙ３から等距離となる位置に配置されており、その長手方向はＸ軸に平行である。
【０２４６】
図示の実施例の場合、合計１２本の線状電極Ｅｘ１１〜Ｅｙ３２は、幾何学的に同一形状、同一サイズの平板状の細長い電極であり、最寄りの配置線からの距離も同じになる位置に配置されている。したがって、この基本構造部は、ＹＺ平面に関して面対称となり、ＸＺ平面に関しても面対称となる構造を有している。
【０２４７】
そして、この実施例の場合、配置線Ｌｘ１とＬｘ２との中間位置に、Ｙ軸に平行な境界線Ｂｘ１（破線で示されている）が定義され、配置線Ｌｘ２とＬｘ３との中間位置に、Ｙ軸に平行な境界線Ｂｘ２（破線で示されている）が定義されている。同様に、配置線Ｌｙ１とＬｙ２との中間位置に、Ｘ軸に平行な境界線Ｂｙ１（破線で示されている）が定義され、配置線Ｌｙ２とＬｙ３との中間位置に、Ｘ軸に平行な境界線Ｂｙ２（破線で示されている）が定義されている。これらの各境界線により、平板状の支持体３０の上面は９つの領域に分割される。これら９つの領域は、それぞれ検出領域Ａ１〜Ａ９に対応する。ここで、中央の検出領域Ａ５は、正方形状の領域であり、その外輪郭は破線で示す境界線によって画定されるが、他の８つの検出領域の外輪郭（圏外との境界）は明確には定義されない。
【０２４８】
図２４(a) において、６本の線状電極Ｅｘ１１，Ｅｘ１２，Ｅｘ２１，Ｅｘ２２，Ｅｘ３１，Ｅｘ３２が一点鎖線で示され、６本の線状電極Ｅｙ１１，Ｅｙ１２，Ｅｙ２１，Ｅｙ２２，Ｅｙ３１，Ｅｙ３２が実線で示されているのは、前者が後者の下層に位置し、立体的に交差しているためである。この立体交差の様子は、図２４(b) の側断面図に明瞭に示されている。図示のとおり、平板状の支持体３０の上面には、６本の線状電極Ｅｘ１１，Ｅｘ１２，Ｅｘ２１，Ｅｘ２２，Ｅｘ３１，Ｅｘ３２が配置されており、これらを覆うように絶縁層４１が形成されている。そして、残りの６本の線状電極Ｅｙ１１，Ｅｙ１２，Ｅｙ２１，Ｅｙ２２，Ｅｙ３１，Ｅｙ３２は、この絶縁層４１の上面に形成されており（図２４(b) には、このうち切断線２４ｂ−２４ｂの位置にある線状電極Ｅｙ２１のみが現れている）、更にその上面を覆うように、保護膜として機能する絶縁層４２が形成されている。これら各絶縁層４１，４２の材質は、図５に示す絶縁層４０の材質と同じでよい。なお、図２４(a) の上面図では、説明の便宜上、絶縁層４２の図示は省略し、６本の線状電極Ｅｙ１１，Ｅｙ１２，Ｅｙ２１，Ｅｙ２２，Ｅｙ３１，Ｅｙ３２を実線で描いてある。一点鎖線で描かれている６本の線状電極Ｅｘ１１，Ｅｘ１２，Ｅｘ２１，Ｅｘ２２，Ｅｘ３１，Ｅｘ３２は、絶縁層４１に埋め込まれている。
【０２４９】
ここで、容量素子の構成について言及すると、線状電極Ｅｘ１１，Ｅｘ１２によって容量素子Ｃｘ１０が形成され、線状電極Ｅｘ２１，Ｅｘ２２によって容量素子Ｃｘ２０が形成され、線状電極Ｅｘ３１，Ｅｘ３２によって容量素子Ｃｘ３０が形成される。同様に、線状電極Ｅｙ１１，Ｅｙ１２によって容量素子Ｃｙ１０が形成され、線状電極Ｅｙ２１，Ｅｙ２２によって容量素子Ｃｙ２０が形成され、線状電極Ｅｙ３１，Ｅｙ３２によって容量素子Ｃｙ３０が形成される。
【０２５０】
ここでも便宜上、各容量素子を示す符号と当該容量素子の静電容量値を示す符号とについて同一符号を用いることにする。したがって、上記容量素子Ｃｘ１０，Ｃｘ２０，Ｃｘ３０，Ｃｙ１０，Ｃｙ２０，Ｃｙ３０の静電容量値は、それぞれＣｘ１０，Ｃｘ２０，Ｃｘ３０，Ｃｙ１０，Ｃｙ２０，Ｃｙ３０になる。図４を用いて説明したとおり、これらの各静電容量値は、近傍に対象物が存在すると増加する。図示は省略するが、１２本の線状電極Ｅｘ１１〜Ｅｙ３２には、上記各静電容量値を測定するための配線が施されている。
【０２５１】
この図２４に示す変形例に係る二次元の物体センサは、図２０に示す一次元の物体センサを２組用意し、一方を９０°回転させて組み合わせたものに相当する。したがって、図示の検出領域Ａ１，Ａ４，Ａ７を融合させた領域をＸ軸方向に関する第１の検出領域、検出領域Ａ２，Ａ５，Ａ８を融合させた領域をＸ軸方向に関する第２の検出領域、検出領域Ａ３，Ａ６，Ａ９を融合させた領域をＸ軸方向に関する第３の検出領域、として取り扱えば、静電容量値Ｃｘ１０，Ｃｘ２０，Ｃｘ３０に基づいて、対象物が上記３つのＸ軸方向に関する検出領域（Ｘ軸方向に並んで配置された検出領域）のいずれの近傍に存在するかを検出することができる。
【０２５２】
同様に、図示の検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を融合させた領域をＹ軸方向に関する第１の検出領域、検出領域Ａ４，Ａ５，Ａ６を融合させた領域をＹ軸方向に関する第２の検出領域、検出領域Ａ７，Ａ８，Ａ９を融合させた領域をＹ軸方向に関する第３の検出領域、として取り扱えば、静電容量値Ｃｙ１０，Ｃｙ２０，Ｃｙ３０に基づいて、対象物が上記３つのＹ軸方向に関する検出領域（Ｙ軸方向に並んで配置された検出領域）のいずれの近傍に存在するかを検出することができる。
【０２５３】
したがって、領域特定部６３は、Ｘ軸方向に関する検出結果とＹ軸方向に関する検出結果とを組み合わすことにより、対象物の位置が検出領域Ａ１〜Ａ９のいずれであるかを特定することができ、特定した領域を検出結果として出力することができる。
【０２５４】
この図２４に示す変形例の構成の特徴を一般論として述べれば、次のように言うことができる。まず、支持体３０の検出面上にＸＹ座標系を定義したときに、第１グループの配置線として、Ｙ軸に平行な複数の配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３が、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されており、第２グループの配置線として、Ｘ軸に平行な複数の配置線Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌｙ３が、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置されるように定義されている。
【０２５５】
そして、第１グループの各配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対Ｅｘ１１およびＥｘ１２，線状電極対Ｅｘ２１およびＥｘ２２，線状電極対Ｅｘ３１およびＥｘ３２がそれぞれ配置されており、これら各線状電極対によってそれぞれ第１グループの容量素子Ｃｘ１０，Ｃｘ２０，Ｃｘ３０が構成されている。また、第２グループの各配置線Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌｙ３の両脇に、当該配置線に沿って伸びる線状電極対Ｅｙ１１およびＥｙ１２，線状電極対Ｅｙ２１およびＥｙ２２，線状電極対Ｅｙ３１およびＥｙ３２がそれぞれ配置されており、これら各線状電極対によってそれぞれ第２グループの容量素子Ｃｙ１０，Ｃｙ２０，Ｃｙ３０が構成されている。
【０２５６】
ここで、図２４(b) に示すとおり、第１グループの容量素子Ｃｘ１０，Ｃｘ２０，Ｃｘ３０を構成する線状電極対と、第２グループの容量素子Ｃｙ１０，Ｃｙ２０，Ｃｙ３０を構成する線状電極対とは、互いに絶縁層４１によって絶縁された状態で配置されている。
【０２５７】
そして、第１グループの各配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３の中間に位置する、Ｙ軸に平行な直線によって、Ｘ軸方向に並んだ第１グループの検出領域の境界線Ｂｘ１，Ｂｘ２が定義されており、第２グループの各配置線Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌｙ３の中間に位置する、Ｘ軸に平行な直線によって、Ｙ軸方向に並んだ第２グループの検出領域の境界線Ｂｙ１，Ｂｙ２が定義されている。
【０２５８】
位置特定手段６０は、第１グループの容量素子Ｃｘ１０，Ｃｘ２０，Ｃｘ３０によって第１グループの検出領域（すなわち、Ｘ軸方向に関する第１の検出領域Ａ１，Ａ４，Ａ７か、Ｘ軸方向に関する第２の検出領域Ａ２，Ａ５，Ａ８か、Ｘ軸方向に関する第３の検出領域Ａ３，Ａ６，Ａ９か）を特定する。また、位置特定手段６０は、第２グループの容量素子Ｃｙ１０，Ｃｙ２０，Ｃｙ３０によって第２グループの検出領域（すなわち、Ｙ軸方向に関する第１の検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３か、Ｙ軸方向に関する第２の検出領域Ａ４，Ａ５，Ａ６か、Ｙ軸方向に関する第３の検出領域Ａ７，Ａ８，Ａ９か）を特定する。これらの検出結果を組み合わせることにより、二次元的に分布した９個の検出領域Ａ１〜Ａ９に対する対象物の位置に関する情報を得ることができる。
【０２５９】
もちろん、図２４に示す変形例においても、§３−３で述べた実施例のように、演算実行部６２において、静電容量値の差とともに和（隣接する第１グループの容量素子についての静電容量値の和Ｃｘadd および隣接する第２グループの容量素子についての静電容量値の和Ｃｙadd ）を演算するようにし、Ｘ軸方向に関する位置検出を、差Ｃｘdiffとしきい値＋Ｃｘth，−Ｃｘthとの比較、および、和Ｃｘadd としきい値Ｃｘth2との比較によって行うようにし、Ｙ軸方向に関する位置検出を、差Ｃｙdiffとしきい値＋Ｃｙth，−Ｃｙthとの比較、および、和Ｃｙadd としきい値Ｃｙth2との比較によって行うようにすることもできる。そうすれば、検出領域Ａ１〜Ａ９に加えて、「特定の境界線上」や「圏外」といった領域を更に追加することができる。
【０２６０】
＜３−６  電極形状に関する変形例＞
図２０に示す実施例では、平板状の支持体３０の上面に６本の線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２が形成されている。これら線状電極Ｅ１１〜Ｅ３２は、直線からなる配置線Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３に沿って配置されているため、いずれも直線状に伸びる線状の電極になっている。しかしながら、この第２の実施形態に係る物体センサの場合も、用いる電極は、必ずしも直線状に伸びる線状電極である必要はなく、任意形状の電極であってもかまわない。
【０２６１】
具体的には、図１１に示すような円弧状の線状電極であってもよいし、図１２に示すような円周状の線状電極であってもよい。また、第１の実施形態の場合は、線状電極の配置線が検出領域の境界線としての役割を果たすため、電極の形状は境界線を形成するのに好ましい細長い線状の図形を採用しているが、第２の実施形態の場合は、隣接配置された一対の容量素子の間に境界線が定義されるため、各電極は必ずしも線状の電極である必要はなく、その形状の自由度はより高くなる。ここでは、実用上、好ましい変形例として、任意の形状を有する中央電極と、その周囲を取り巻く環状電極と、によって１組の容量素子を構成した例を以下に述べる。
【０２６２】
図２５は、本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第２の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）。この変形例の場合、平板状の支持体３０の上面に、破線の境界線で区切って示すように、３つの検出領域が定義されており、個々の検出領域内にそれぞれ１組の容量素子が配置されている。
【０２６３】
具体的には、３つの検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ３には、それぞれ容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０が配置されている。このような構成上の特徴は、図２０に示す実施例と同じであるが、図２０に示す実施例の場合、各容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０が、それぞれ一対の線状電極によって構成されているのに対し、図２５に示す変形例の場合、各容量素子Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０は、所定の配置点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が中心となるように配置された中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５と、この中央電極を取り囲むように配置された環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６と、によって構成されており、これまで述べてきた様々な実施例とは電極の形状が大きく異なっている。
【０２６４】
中央電極およびこれを取り囲む環状電極は、たとえば、方形状の電極と方環状の電極にするなど、任意の形状であってかまわないが、図示の例は、中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５として、所定の配置点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を中心として配置された円盤状の電極を用いており、環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，Ｅ３６として、同じ配置点を中心として配置された円環状（ワッシャ状）の電極を用いている。
【０２６５】
具体的には、図２５に示す例の場合、第１の検出領域Ａ１に配置された第１の容量素子Ｃ１０は、配置点Ｐ１を中心として配置された円盤状の中央電極Ｅ１５と同心配置された円環状の環状電極Ｅ１６とによって構成され、第２の検出領域Ａ２に配置された第２の容量素子Ｃ２０は、配置点Ｐ２を中心として配置された円盤状の中央電極Ｅ２５と同心配置された円環状の環状電極Ｅ２６とによって構成され、第３の検出領域Ａ３に配置された第３の容量素子Ｃ３０は、配置点Ｐ３を中心として配置された円盤状の中央電極Ｅ３５と同心配置された円環状の環状電極Ｅ３６とによって構成されている。なお、図２５では、各電極の形状を明瞭に示すために、各電極の部分にハッチングを施して示してある。したがって、このハッチングは断面を示すものではない。
【０２６６】
このように、図２５に示す物体センサでは、個々の容量素子が円盤状の中央電極と円環状の環状電極とによって構成されているが、一対の電極によって容量素子が構成される点に変わりはなく、その基本動作は、図２０に示す物体センサと同様である。したがって、ここでは、図２５に示す物体センサの動作説明は省略する。
【０２６７】
図２５に示すように、中央電極と環状電極とによって容量素子を構成する実施例は、§３−５で述べた二次元センサを構成する場合に好都合である。図２６は、本発明の第２の実施形態に係る物体センサの第３の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）。
【０２６８】
この物体センサでは、正方形の平板状の支持体３０をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ３等分し、３×３の二次元マトリックス状に配置された９個の検出領域Ａ１〜Ａ９が定義されている。図に破線で示すＢｘ１，Ｂｘ２，Ｂｙ１，Ｂｙ２は、各検出領域Ａ１〜Ａ９を定義するために用いた分割線であり、これらの分割線は各検出領域Ａ１〜Ａ９を区分けする境界線になる。各検出領域Ａ１〜Ａ９の中心位置には、それぞれ配置点Ｐ１〜Ｐ９が定義され、これら配置点Ｐ１〜Ｐ９が中心点となるように、それぞれ容量素子Ｃ１０〜Ｃ９０が配置されている。
【０２６９】
各容量素子Ｃ１０〜Ｃ９０は、図２５に示す容量素子と同様に、円盤状の中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，... ，Ｅ９５と、それを取り囲むように配置された円環状の環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，... ，Ｅ９６と、によって構成されている。たとえば、左上の検出領域Ａ１には、円盤状の中央電極Ｅ１５と円環状の環状電極Ｅ１６とによって構成される容量素子Ｃ１０が配置されている。検出領域Ａ１の中心に定義された配置点Ｐ１は、中央電極Ｅ１５の中心点であり、環状電極Ｅ１６の中心点でもある。
【０２７０】
図２６の例は、平板状の支持体３０をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ３等分して、合計９個の検出領域Ａ１〜Ａ９を設けた例であるが、もちろん、本発明の第２の実施形態を実施するにあたり、縦横の分割数は２以上であれば任意の数でかまわない。一般論として述べれば、支持体３０の検出面上にＸＹ座標系を定義し、Ｙ軸に平行な（Ｉ−１）本の境界線により当該検出面をＸ軸方向に並んだ複数Ｉ個（Ｉ≧２）の領域に分割し、更に、Ｘ軸に平行な（Ｊ−１）本の境界線により当該検出面をＹ軸方向に並んだ複数Ｊ個（Ｊ≧２）の領域に分割し、得られた（Ｉ×Ｊ）個の分割領域を個々の検出領域とすることにより、検出面上に二次元マトリックス状に配置された複数（Ｉ×Ｊ）個の検出領域が定義されるようにすればよい。
【０２７１】
各検出領域を定義するための分割は、必ずしも等分割である必要はないが、実用上は図２６に示す例のように、Ｘ軸方向に等分割、Ｙ軸方向に等分割するのが好ましい。なお、Ｘ軸方向の分割数ＩとＹ軸方向の分割数Ｊとが等しくない場合や、長方形状の支持体３０を用いた場合には、各検出領域は長方形状になる。
【０２７２】
いずれの場合も、各配置点は、二次元格子の各格子点位置に定義するようにし、縦方向および横方向に並ぶように定義するのが好ましい。別言すれば、Ｙ軸に平行なＩ本の縦方向配置線が所定ピッチｄｘで配置され、Ｘ軸に平行なＪ本の横方向配置線が所定ピッチｄｙで配置されており、縦方向配置線と横方向配置線との交点の位置に各配置点を定義するのが好ましい。そうすれば、各容量素子は、縦方向に関しては縦方向配置線上に並ぶようになり、横方向に関しては横方向配置線上に並ぶようになるので、後述するように、配線を単純化することができる。
【０２７３】
図２７は、このような配線を単純化するための工夫を示すものである。この工夫は、図２５に示す一次元センサに適用することもできるし、図２６に示す二次元センサに適用することもできる。図２７(a) は、このような配線の工夫を示す上面図であり、図２７(b) は、これをＸＺ平面で切断した側断面図である。
【０２７４】
図２７(a) は、平板状の支持体３０の上面に、円盤状の中央電極５と、それを取り囲む円環状の環状電極６と、を配置して１組の容量素子を構成し、更に、配線を施した状態を示している（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）。中央電極５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、環状電極６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。
【０２７５】
ここで述べる工夫の特徴は、中央電極５および縦方向配線層Ｗｙを第１の絶縁層に形成し、環状電極６および横方向配線層Ｗｘを第２の絶縁層に形成し、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２７(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５は、環状電極６によって周囲を囲まれた状態になっているため、縦方向配線層Ｗｙは環状電極６と交差することになるが、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。
【０２７６】
この立体交差の状態は、図２７(b) の側断面図に明瞭に示されている。図２７(b) は、図２７(a) に示す構造体をＸ軸の位置で切断した断面であるが、平板状の支持体３０の上面に第１の絶縁層４１が形成され、この第１の絶縁層４１の上面に第２の絶縁層４２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４１は、中央電極５，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４２は、環状電極６，横方向配線層Ｗｘ，端子Ｔｘを埋め込むための環状電極形成層としての役割を果たす。図２７(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５と同様に、支持体３０の上面に形成されている。
【０２７７】
また、図２７(b) に示す例では、第２の絶縁層４２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６１）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４１，４２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ができる。
【０２７８】
図２８は、図２７(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。すなわち、この例では、第１の絶縁層４１が環状電極形成層としての役割を果たし、第２の絶縁層４２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５，縦方向配線層Ｗｙ，端子Ｔｙは第２の絶縁層４２に埋め込まれており、環状電極６，横方向配線層Ｗｘ，端子Ｔｘは第１の絶縁層４１に埋め込まれている。
【０２７９】
要するに、第１の絶縁層４１および第２の絶縁層４２のうちの一方が中央電極形成層としての役割を果たし、他方が環状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が中央電極形成層に埋め込まれており、各容量素子の環状電極が環状電極形成層に埋め込まれているようにすれば、各層構成の上下関係は不問である。
【０２８０】
図２９(a) は、図２６に示す二次元センサに、図２７に示す配線の工夫を適用した実施例の上面図であり、図２９(b) は、これを切断線２９ｂ−２９ｂの位置で切断した状態を示す側断面図である。やはり上面図(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。
【０２８１】
図示のとおり、円盤状の中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，... ，Ｅ９５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、円環状の環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，... ，Ｅ９６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。図２７に示す層構造を採用しているため、図２９(b) の側断面図に示すように、円盤状の中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，... ，Ｅ９５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３０の上面に形成されており、第１の絶縁層４１に埋め込まれている。また、円環状の環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，... ，Ｅ９６と、これらについての横方向配線層Ｗｘ１〜Ｗｘ９と、端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３は、第２の絶縁層４２に埋め込まれている。また、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。
【０２８２】
一般論として説明すれば、この図２９に示す物体センサでは、Ｘ軸方向にＩ個の容量素子が並び、Ｙ軸方向にＪ個の容量素子が並んでおり、同一の縦方向配置線上に並んだＪ個の中央電極（たとえば、Ｅ１５，Ｅ４５，Ｅ７５）が当該縦方向配置線に沿った縦方向配線層（たとえば、Ｗｙ１，Ｗｙ４，Ｗｙ７）によって相互に接続され、所定の端子（たとえば、Ｔｙ１）に接続されており、同一の横方向配置線上に並んだＩ個の環状電極（たとえば、Ｅ１５，Ｅ２５，Ｅ３５）が当該横方向配置線に沿った横方向配線層（たとえば、Ｗｘ１，Ｗｘ２，Ｗｘ３）によって相互に接続され、所定の端子（たとえば、Ｔｘ１）に接続されていることになる。
【０２８３】
ここで、縦方向配線層Ｗｙ１〜Ｗｙ９は、中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，... ，Ｅ９５とともに中央電極形成層（この例では、第１の絶縁層４１）に埋め込まれており、横方向配線層Ｗｘ１〜Ｗｘ９は、環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，... ，Ｅ９６とともに環状電極形成層（この例では、第２の絶縁層４２）に埋め込まれている。したがって、各中央電極Ｅ１５，Ｅ２５，... ，Ｅ９５と各環状電極Ｅ１６，Ｅ２６，... ，Ｅ９６とは、相互に絶縁されることになる。
【０２８４】
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３０は、図２９に示す実施例に係る物体センサにおける静電容量値の検出回路（容量値測定部６１に組み込まれる回路）の一例を示す回路図である。この回路図において、端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３，Ｔｙ１〜Ｔｙ３は、図２９に示す端子Ｔｘ１〜Ｔｘ３，Ｔｙ１〜Ｔｙ３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間の容量素子Ｃが測定されることになる。
【０２８５】
図３１は、図３０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り、左欄に示された各容量素子Ｃ１０〜Ｃ９０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Ｃ１０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２９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Ｃ１０の静電容量値になる。
【０２８６】
したがって、この図３１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Ｃ１０〜Ｃ９０の静電容量値を測定することが可能になる。
【０２８７】
一般論として説明すれば、Ｘ軸方向にＩ個の容量素子が並び、Ｙ軸方向にＪ個の容量素子が並んでいる場合、位置特定手段６０には、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｉ）の縦方向配線層と第ｊ番目（１≦ｊ≦Ｊ）の横方向配線層とを選択する切替スイッチと、特定の２端子Ｔａ，Ｔｂ間の静電容量値を求める測定回路と、を設けておけばよい。そうすれば、当該測定回路は、切替スイッチによって選択された第ｉ番目の縦方向配線層と第ｊ番目の横方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、二次元マトリックス状に配置された複数（Ｉ×Ｊ）個の検出領域のうち、Ｘ軸方向に関して第ｉ番目、Ｙ軸方向に関して第ｊ番目の検出領域に配置された容量素子の静電容量値を求めることができ、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、任意の検出領域に配置された容量素子の静電容量値を得ることができる。
【０２８８】
＜３−７  容量測定値に対する補正を行う変形例＞
§２−８では、第１の実施形態に係る物体センサについて、図１９のグラフを参照して、製造工程上の要因により、各部に微小な寸法誤差が生じ、各容量素子が幾何学的に完全な合同体にはならない問題が生じることを述べた。そして、このような問題を解決するために、位置特定手段６０が静電容量値に基づく差分演算もしくは加算演算を行う際に、容量素子に対する測定により得られた測定値に対して、予め定められた補正を行う機能をもたせ、当該補正により得られる補正値を用いた演算を行う是正方法を説明した。
【０２８９】
このような是正方法は、第２の実施形態に係る物体センサについても同様に適用可能である。たとえば、図２６には、合計９組の容量素子Ｃ１０〜Ｃ９０を用いる二次元センサの例を示したが、これら９組の容量素子の幾何学的な構造は必ずしも合同にはならず、製造工程上の要因により、ロットごとのばらつきが生じる。この場合、ロットごとに、それぞれ容量素子Ｃ１０〜Ｃ９０の既存容量を測定し、それぞれに対応する補正係数Ｋ（Ｃ１０）〜Ｋ（Ｃ９０）を設定しておき、差分演算や加算演算を実行する前に、各補正係数を乗じる補正を行うようにすればよい。
【０２９０】
＜＜＜  §４．  その他の変形例や補足事項  ＞＞＞
最後に、更にいくつかの変形例や補足事項を述べておく。
【０２９１】
＜４−１  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３０を用いる例を述べてきた。もちろん支持体３０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３０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３０は平板状であることが望ましい。
【０２９２】
支持体３０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３０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３０を用いるようにすればよい。
【０２９３】
また、ある程度の剛性をもった基板を支持体３０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３２(a) は、図２９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３２(b) は、これを切断線３２ｂ−３２ｂの位置で切断した状態を示す側断面図である。図２９に示す支持体３０と、図３２に示す支持体３５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３５の場合、検出領域の境界線上もしくは縁部の複数箇所に、それぞれ当該構造体の厚みを貫通する開口部が設けられている。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。
【０２９４】
具体的には、図示の例の場合、開口部Ｕ１，Ｕ２，Ｕ４，Ｕ５は、検出領域の境界線上に配置されており、開口部Ｕ３，Ｕ６，Ｕ７〜Ｕ９は、この構造体の縁部に配置されている。別言すれば、各検出領域内の容量素子の配置部を避けた箇所に配置されており、容量素子の形成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３５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。
【０２９５】
図示の実施例では、円盤状の電極および円環状の電極を用いているため、支持体３０の各部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、円盤状の電極および円環状の電極によって容量素子を形成すると好都合である。
【０２９６】
図３２(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３５だけでなく、第１の絶縁層４６および第２の絶縁層４７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４６，４７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４６，４７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４６，４７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。
【０２９７】
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３５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。
【０２９８】
＜４−２  絶縁層に関する変形例＞
図２７(b) に示す例では、支持体３０の上面に第１の絶縁層４１と第２の絶縁層４２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３０の上面に円盤状の中央電極５や縦方向配線層Ｗｙ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４１を形成し、その上面に円環状の環状電極６や横方向配線層Ｗｘ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４２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。
【０２９９】
なお、第２の絶縁層４２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（図２７の例では、第２の絶縁層４２）で覆うようにするのが好ましい。
【０３００】
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３０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。
【０３０１】
なお、容量素子を構成するための各電極は、銅やアルミニウムなどの金属やその他の導電性材料によって構成することができ、印刷、ポッティング、スタンピングなどの方法で形成することができる。
【０３０２】
＜４−３  接近警報を行う変形例＞
§２−３や§３−３では、隣接する一対の容量素子の静電容量値の和Ｃadd を利用して、「Ａcenter」か「圏外」かを判定する実施例を述べた。ここでは、この静電容量値の和Ｃadd を利用して、接近警報を行う変形例を述べる。
【０３０３】
本発明に係る物体センサは、接近する物体を非接触の状態で検出する機能を有しており、ロボットアームなどに装着して用いるのに適している。たとえば、ロボットが人に接触して危害を及ぼすような事態を事前に避けるための安全装置用の部品として利用することができる。このような用途では、検出対象物となる人体がある程度の近接距離に迫ってきた場合に、物体センサから接近警報を出すようにし、ロボットアームの駆動を停止させるなどの安全措置をとることができるようにするのが好ましい。
【０３０４】
ここで述べる変形例では、隣接する一対の容量素子について、容量値測定部６１によって測定された静電容量値の測定値（もしくは、§２−８や§３−７で述べたように、当該測定値に対して予め定められた補正を行うことにより得られる補正値でもよい）の和Ｃadd を参照して、当該和Ｃadd が所定の警報基準値以上になった場合に接近警報を発する警報手段を更に設けるようにする。すなわち、この警報手段は、演算実行部６２から容量値の和Ｃadd を受け取り、この和Ｃadd を予め設定されている警報基準値と比較し、警報基準値以上であった場合には、外部（たとえば、ロボットアームの制御系）に対して接近警報を発することになる。
【０３０５】
図９(a) や図２２には、和Ｃadd について、しきい値Ｃth2を設定した例が示されているが、警報手段が設定する警報基準値は、このしきい値Ｃth2とは別個に設定することができる（もちろん、しきい値Ｃth2をそのまま警報基準値として利用してもかまわない）。
【０３０６】
なお、和Ｃadd の値が警報基準値以上となるのは、「対象物がある程度接近したとき」ということになるが、厳密な距離を定義することはできない。すなわち、小さな対象物であれば、かなり近づくまで和Ｃadd の値が警報基準値に達することはないが、大きな対象物であれば、それほど近づかなくても和Ｃadd の値が警報基準値に達することになる。したがって、接近警報が発せられた場合、小さな対象物がかなり接近しているのか、大きな対象物がある程度の近傍に存在するのか、を区別することはできないが、いずれにしても、安全措置を講じる上で有用な情報として利用できる。
【符号の説明】
【０３０７】
５：円盤状の中央電極
６：円環状の環状電極
１０：支持体
２０：対象物
３０，３５：支持体
４０，４１，４２，４６，４７：絶縁層
５０：対象物
６０：位置特定手段
６１：容量値測定部
６２：演算実行部
６３：領域特定部
Ａ，Ａ１〜Ａ９：検出領域
Ａleft，Ａright ，Ａcenter：検出領域
Ｂ，Ｂ１〜Ｂ７：境界線
Ｂｘ１，Ｂｘ２，Ｂｙ１，Ｂｙ２：境界線
Ｃ０：既存容量値
Ｃ，Ｃ１〜Ｃ２：容量素子／静電容量値
Ｃ１０〜Ｃ９０：容量素子／静電容量値
Ｃｘ，Ｃｘ１０〜Ｃｘ３０：容量素子／静電容量値
Ｃｙ，Ｃｙ１０〜Ｃｙ３０：容量素子／静電容量値
Ｃadd：静電容量値の和
Ｃdiff：静電容量値の差
Ｃleft，Ｃright ：左右の付加容量
Ｃth，Ｃth2：しきい値
Ｄ２〜Ｄ７：検出結果
Ｅ１〜Ｅ８：線状電極（直線状）
Ｅ１１〜Ｅ９６：電極（直線状／円盤状／円環状）
Ｅａ１〜Ｅａ３：線状電極（円弧状）
Ｅｃ１〜Ｅｃ３：線状電極（円周状）
Ｅｘ１〜Ｅｘ３：線状電極（直線状）
Ｅｘ１１〜Ｅｘ３２：線状電極（直線状）
Ｅｙ１〜Ｅｙ３：線状電極（直線状）
Ｅｙ１１〜Ｅｙ３２：線状電極（直線状）
Ｇ：移動経路
ｈ：高さ
Ｈ：配線用コンタクトホール
Ｌａ１〜Ｌａ３：配置線（円弧状）
Ｌｃ１〜Ｌｃ３：配置線（円周状）
Ｌｘ１〜Ｌｘ８：配置線（直線状）
Ｌｙ１〜Ｌｙ３：配置線（直線状）
Ｏ：ＸＹＺ三次元座標系の原点／中心点
Ｐ１〜Ｐ９：配置点
Ｐｘ０〜Ｐｘ８：配置点
Ｑ１〜Ｑ３：対象物の位置
ＳＷ１〜ＳＷ２：切替スイッチ
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
Ｔｙ，Ｔｙ１〜Ｔｙ３：端子
Ｕ１〜Ｕ９：開口部
Ｗｘ，Ｗｘ１〜Ｗｘ９：横方向配線層
Ｗｙ，Ｗｙ１〜Ｗｙ９：縦方向配線層
Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｙ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
【図１】
2017150881.tif 000003
【図２】
2017150881.tif 000004
【図３】
2017150881.tif 000005
【図４】
2017150881.tif 000006
【図５】
2017150881.tif 000007
【図６】
2017150881.tif 000008
【図７】
2017150881.tif 000009
【図８】
2017150881.tif 000010
【図９】
2017150881.tif 000011
【図１０】
2017150881.tif 000012
【図１１】
2017150881.tif 000013
【図１２】
2017150881.tif 000014
【図１３】
2017150881.tif 000015
【図１４】
2017150881.tif 000016
【図１５】
2017150881.tif 000017
【図１６】
2017150881.tif 000018
【図１７】
2017150881.tif 000019
【図１８】
2017150881.tif 000020
【図１９】
2017150881.tif 000021
【図２０】
2017150881.tif 000022
【図２１】
2017150881.tif 000023
【図２２】
2017150881.tif 000024
【図２３】
2017150881.tif 000025
【図２４】
2017150881.tif 000026
【図２５】
2017150881.tif 000027
【図２６】
2017150881.tif 000028
【図２７】
2017150881.tif 000029
【図２８】
2017150881.tif 000030
【図２９】
2017150881.tif 000031
【図３０】
2017150881.tif 000032
【図３１】
2017150881.tif 000033
【図３２】
2017150881.tif 000034