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JP2011085549A - Capacitance type proximity sensor device, capacitance type motion detector, and input device using them - Google Patents

Capacitance type proximity sensor device, capacitance type motion detector, and input device using them Download PDF

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JP2011085549A
JP2011085549A JP2009240381A JP2009240381A JP2011085549A JP 2011085549 A JP2011085549 A JP 2011085549A JP 2009240381 A JP2009240381 A JP 2009240381A JP 2009240381 A JP2009240381 A JP 2009240381A JP 2011085549 A JP2011085549 A JP 2011085549A
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希世 廣部
Nobuaki Haga
宣明 芳賀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type proximity sensor device having high detection sensitivity in both planar and height directions to a sensor part and having low directivity in a detecting direction. <P>SOLUTION: The capacitance type proximity sensor device comprises electrodes 13a-13d arranged in a reference plane so as to form capacitance between adjacent electrodes; a drive circuit 16 for outputting a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode among the electrodes 13a-13d; a detection circuit 17 for detecting a signal outputted from an electrode to be a detection electrode among the electrodes 13a-13d; a multiplexer 14 for connecting any one of the electrodes 13a-13d to be the derive electrode to the drive circuit 15 and any of the electrodes 13a-13d to be the detection electrode to the detection circuit 17; and a CPU 15 for computing the position of a body to be detected in a height direction perpendicular to the reference plane. The position of the body to be detected in triaxial directions is detected by sequentially changing over the drive electrode and the detection electrode among the electrodes 13a-13d by the multiplexer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検出体の近接を検出する静電容量式近接センサ装置、それを用いて被検出体の動作を検出する静電容量式モーション検出装置、及びそれらを用いた入力装置に関する。   The present invention relates to a capacitive proximity sensor device that detects the proximity of a detection object, a capacitive motion detection device that detects the operation of the detection object using the proximity sensor device, and an input device using them.

従来、人体などの被検出体を検出する装置としては、平面方向における被検出体の接近を検出する静電容量型検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。かかる静電容量型検出装置は、電極間に静電容量を形成するように、センサ面上に放射状に配置される複数の電極と、各電極にパルス信号を印加するパルス発生回路とを備える。   Conventionally, as a device for detecting a detection target such as a human body, a capacitance type detection device that detects the approach of the detection target in a planar direction has been proposed (for example, see Patent Document 1). Such a capacitance-type detection device includes a plurality of electrodes arranged radially on the sensor surface so as to form a capacitance between the electrodes, and a pulse generation circuit that applies a pulse signal to each electrode.

人体などの被検出体を検出する際には、パルス発生回路より放射状に配置される複数の電極にパルス信号を印加し、それぞれの電極間に形成される静電容量に応じ、各電極から遅延して出力される信号を演算回路で検出する。演算回路では、それぞれの電極から出力された信号を基に、それぞれの電極間に形成される静電容量を検出し、検出された静電容量の変化に基づいて被検出体の位置が算出される。   When detecting an object to be detected such as a human body, a pulse signal is applied to a plurality of electrodes arranged radially from a pulse generation circuit, and delayed from each electrode according to the capacitance formed between the electrodes. The output signal is detected by an arithmetic circuit. The arithmetic circuit detects the capacitance formed between the electrodes based on the signals output from the electrodes, and calculates the position of the detected object based on the detected change in the capacitance. The

また、所定の媒質中において、センサ面に対する高さ方向の被検出体の距離を検出可能な静電容量型の測定装置も提案されている(例えば、特許文献2参照)。かかる測定装置は、電極間に静電容量を形成するように、所定の間隔をとって配置される2本の電極と、この2本の電極間に形成される静電容量の変化を、媒質中における変位電流の変化として検出する評価回路とを備える。   There has also been proposed a capacitance-type measuring device capable of detecting the distance of the detected object in the height direction with respect to the sensor surface in a predetermined medium (see, for example, Patent Document 2). Such a measuring apparatus uses two electrodes arranged at a predetermined interval so as to form a capacitance between the electrodes, and changes in the capacitance formed between the two electrodes. And an evaluation circuit for detecting the change of the displacement current in the inside.

被検出体を検出する際には、被検出体が存在する所定の媒質中に測定装置を設置し、2本の電極に電圧を印加する。この電圧の印加により、2本の電極間には電場が形成され、電極間に変位電流が発生する。被検出体が存在する場合、媒質中での電極と被検出体との間の距離に応じて変位電流のインピーダンスが変化し、電極間に流れる変位電流が変化する。この変位電流の変化を評価回路で検出することにより、被検出体と測定装置との間の高さ方向の距離を検出する。   When detecting the detection object, a measuring device is installed in a predetermined medium in which the detection object exists, and a voltage is applied to the two electrodes. By applying this voltage, an electric field is formed between the two electrodes, and a displacement current is generated between the electrodes. When the detection target exists, the impedance of the displacement current changes according to the distance between the electrode and the detection target in the medium, and the displacement current flowing between the electrodes changes. By detecting the change in the displacement current by the evaluation circuit, the distance in the height direction between the detected object and the measuring device is detected.

特開平7−71908号公報JP-A-7-71908 特表2005−518547号公報JP 2005-518547 A

しかしながら、特許文献1記載の静電容量型検出装置は、検出方向が平面方向に限定され、センサ面の高さ方向に対する被検出体の接近を検出することは困難であった。   However, in the capacitance type detection device described in Patent Document 1, the detection direction is limited to the plane direction, and it is difficult to detect the approach of the detection target with respect to the height direction of the sensor surface.

また、特許文献2記載の測定装置は、高さ方向の被検出体の検出は可能となるが、被検出体の距離の検出精度が低い問題があった。また、2本の電極間に形成された静電容量を基に被検出体の近接を検出するため、検出感度に指向性が生じる問題もあった。   Moreover, although the measuring apparatus described in Patent Document 2 can detect the detection target in the height direction, there is a problem that the detection accuracy of the distance of the detection target is low. In addition, since the proximity of the detection object is detected based on the capacitance formed between the two electrodes, there is a problem that directivity is generated in the detection sensitivity.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、センサ部に対する平面方向及び高さ方向の検出感度がともに高く、しかも検出方向の指向性が小さい静電容量式近接センサ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides a capacitive proximity sensor device that has both high detection sensitivity in the planar direction and height direction with respect to the sensor unit, and has low directivity in the detection direction. With the goal.

本発明の静電容量式近接センサ装置は、隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置され、前記基準面に属するX軸方向に対向配置された一方の電極対と、前記基準面に属し、前記X軸方向と直交するY軸方向に対向配置された他方の電極対とを含んでなる複数の電極と、前記複数の電極のうち駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記複数の電極のうち検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続し、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び前記基準面に垂直なZ軸方向の位置情報を演算する演算手段と、を具備し、前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段は、前記複数の電極内で駆動電極となる電極と検出電極となる電極とを順次切替えながら前記複数の電極を前記駆動回路及び前記検出回路に接続し、前記X軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段は、前記一方の電極対を前記検出回路に接続し、前記他方の電極対を前記駆動回路に接続し、前記Y軸方向の被検出体を検出位置する場合、前記切替え手段は、前記他方の電極対を前記検出回路に接続し、前記一方の電極対を前記駆動回路に接続することを特徴とする。   The capacitance-type proximity sensor device of the present invention is arranged in a reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes, and is arranged so as to face one another in the X-axis direction belonging to the reference plane, and the reference pair A plurality of electrodes including the other electrode pair belonging to the surface and arranged opposite to each other in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and a drive voltage applied to an electrode serving as a drive electrode among the plurality of electrodes A drive circuit for outputting, a detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes, an electrode serving as the drive electrode connected to the drive circuit, and an electrode serving as the detection electrode Switching means connected to the detection circuit; calculation means for calculating position information of the detected object in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the reference plane from the detection result of the detection circuit; Detected in the Z-axis direction When detecting the position, the switching means connects the plurality of electrodes to the drive circuit and the detection circuit while sequentially switching an electrode serving as a drive electrode and an electrode serving as a detection electrode in the plurality of electrodes, When detecting the detected object position in the X-axis direction, the switching means connects the one electrode pair to the detection circuit, connects the other electrode pair to the drive circuit, and detects the detected position in the Y-axis direction. When the detection body is located at the detection position, the switching means connects the other electrode pair to the detection circuit, and connects the one electrode pair to the drive circuit.

この構成によれば、複数の電極が配置された基準面に属するX軸方向及びY軸方向、並びに基準面と垂直なZ軸方向に対し、複数の電極の接続を切替えながら被検出体を検出するので、センサ部に対する平面方向及び高さ方向の被検出体を検出することができる。また、検出電極を複数の電極内で順次切替えて被検出体位置を検出するので、検出方向の指向性を低減できる。   According to this configuration, the detected object is detected while switching the connection of the plurality of electrodes in the X-axis direction and the Y-axis direction belonging to the reference plane on which the plurality of electrodes are arranged, and the Z-axis direction perpendicular to the reference plane. Therefore, it is possible to detect the detection target in the planar direction and the height direction with respect to the sensor unit. In addition, since the detection electrode position is detected by sequentially switching the detection electrodes within the plurality of electrodes, the directivity in the detection direction can be reduced.

また本発明は、上記静電容量式近接センサ装置において、前記切替え手段は、前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記駆動電極の数が前記検出電極の数より多くなるように、前記複数の電極を前記駆動回路及び前記検出回路に接続することを特徴とする。   According to the present invention, in the capacitive proximity sensor device, when the switching unit detects the position of the detection object in the Z-axis direction, the number of the drive electrodes is larger than the number of the detection electrodes. The plurality of electrodes are connected to the drive circuit and the detection circuit.

この構成によれば、Z軸方向の被検出体位置の検出において、検出電極より多い駆動電極を用いて被検出体を検出するので、複数の電極間に形成される電界強度が増大し、基準面に対する高さ方向の検出感度が向上する。   According to this configuration, in the detection of the position of the detected object in the Z-axis direction, the detected object is detected using more drive electrodes than the detection electrodes, so that the electric field strength formed between the plurality of electrodes increases, and the reference The detection sensitivity in the height direction with respect to the surface is improved.

また本発明は、上記静電容量式近接センサ装置において、前記演算手段は、前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段によって切替えられたそれぞれの検出電極から出力された信号を加算平均して被検出体のZ軸方向の位置を求め、前記X軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記検出回路で検出された前記一方の電極対の出力信号の差分値から被検出体のX軸方向の位置を求め、前記Y軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記検出回路で検出された前記他方の電極対の差分値から被検出体のX軸方向の位置を求めることを特徴とする。   According to the present invention, in the capacitance-type proximity sensor device, when the calculation unit detects the position of the detection target in the Z-axis direction, a signal output from each detection electrode switched by the switching unit. When the position of the detected object in the Z-axis direction is obtained by adding and averaging, and the detected object position in the X-axis direction is detected, the difference value of the output signals of the one electrode pair detected by the detection circuit is used. When the position of the detected object in the X-axis direction is obtained and the detected object position in the Y-axis direction is detected, the detected object position in the X-axis direction is determined from the difference value of the other electrode pair detected by the detection circuit. The position is obtained.

この構成によれば、被検出体位置をX軸方向及びY軸方向に対しては、一対の検出電極の差分値を用いて検出し、Z軸方向に対しては、少なくとも1つの検出電極から出力された信号を基準に算出するので、X軸方向及びY軸方向の出力信号の差分値が相殺される検出領域においても被検出体の接近を検出することができる。これにより、静電容量式近接センサ装置の不感領域を補完することができる。また、Z軸方向の被検出体位置を複数の電極内で検出電極として切替えられた、複数の検出電極から出力された信号の加算平均を算出するので、検出方向の指向性を低減することができる。   According to this configuration, the detected object position is detected using the difference value between the pair of detection electrodes in the X-axis direction and the Y-axis direction, and from at least one detection electrode in the Z-axis direction. Since the calculation is performed based on the output signal, the approach of the detected object can be detected even in the detection region where the difference value between the output signals in the X-axis direction and the Y-axis direction is canceled. Thereby, the insensitive area | region of an electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus can be supplemented. In addition, since the average of the signals output from the plurality of detection electrodes, in which the detected body position in the Z-axis direction is switched as the detection electrode in the plurality of electrodes, is calculated, the directivity in the detection direction can be reduced. it can.

本発明の静電容量式近接センサ装置は、隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置された少なくとも3つの複数の電極と、前記複数の電極のうち駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記複数の電極のうち検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続し、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段と、前記検出回路の検出結果から被検出体の基準面に垂直な高さ方向の位置を演算する演算手段と、を具備し、前記切替え手段は、前記駆動電極の数が前記検出電極より多くなるように、前記検出電極を前記複数の電極内で順次切り替えることを特徴とする。   The capacitive proximity sensor device of the present invention is applied to at least three electrodes arranged in a reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes, and an electrode serving as a drive electrode among the plurality of electrodes. A drive circuit that outputs a drive voltage, a detection circuit that detects a signal output from an electrode that is a detection electrode among the plurality of electrodes, and an electrode that is the drive electrode is connected to the drive circuit, and the detection electrode Switching means for connecting the electrode to the detection circuit, and calculation means for calculating the position in the height direction perpendicular to the reference plane of the detection object from the detection result of the detection circuit, the switching means The detection electrodes are sequentially switched in the plurality of electrodes so that the number of drive electrodes is larger than that of the detection electrodes.

この構成によれば、複数の電極が配置された基準面と垂直な高さ方向に対し、検出電極より多い駆動電極を用いて被検出体を検出するので、複数の電極間に形成される電界強度が増大し、基準面に対する高さ方向の検出感度が高い静電容量式近接センサ装置を実現することができる。また、検出電極を順次切り替えて検出することにより、基準面内に配置され、切替え手段によって切替えられた複数の電極より信号を検出するので、複数の位置から被検出体を検出した出力信号を用いて被検出体を検出することができ、検出方向の指向性を低減することができる。   According to this configuration, the detected object is detected using more drive electrodes than the detection electrodes with respect to the height direction perpendicular to the reference plane on which the plurality of electrodes are arranged, and thus an electric field formed between the plurality of electrodes. It is possible to realize a capacitive proximity sensor device having increased strength and high detection sensitivity in the height direction with respect to the reference surface. In addition, the detection electrodes are sequentially switched and detected, so that signals are detected from the plurality of electrodes arranged in the reference plane and switched by the switching means. Therefore, an output signal obtained by detecting the detected object from a plurality of positions is used. Thus, the detection target can be detected, and the directivity in the detection direction can be reduced.

本発明の静電容量式モーション検出装置は、上記静電容量式近接センサ装置と、前記演算回路で演算された被検出体の位置情報を所定の時定数で処理し、前記被検出体のモーション検出を行うモーション検出手段とを備えたことを特徴とする。   The capacitance type motion detection device of the present invention processes the position information of the detected object calculated by the capacitance type proximity sensor device and the calculation circuit with a predetermined time constant, and the motion of the detected object is detected. And motion detection means for performing detection.

この構成によれば、被検出体のモーションを基準面に対する高さ方向に対しても高い検出感度で検出できるので、被検出体の3次元のモーションを正確に検出することができる。   According to this configuration, since the motion of the detected object can be detected with high detection sensitivity even in the height direction with respect to the reference surface, the three-dimensional motion of the detected object can be accurately detected.

また本発明は、上記静電容量式モーション検出装置において、前記モーション検出手段は、前記演算回路で演算された前記基準面に垂直な高さ方向の被検出体の位置情報を所定の時定数で処理し、前記被検出体の3軸方向の位置情報を所定の時定数で処理し、前記基準面に垂直な高さ方向から接近する前記被検出体の速度差を検出することを特徴とする。   According to the present invention, in the capacitance type motion detection device, the motion detection means uses a predetermined time constant for position information of the detected object in the height direction perpendicular to the reference plane calculated by the arithmetic circuit. Processing, processing positional information of the detected object in the three axial directions with a predetermined time constant, and detecting a speed difference of the detected object approaching from a height direction perpendicular to the reference plane. .

この構成によれば、基準面に対する高さ方向の距離の大きさに応じて被検出体の距離を精度よく測定できるので、所定の時定数で出力信号を処理することにより、被検出体の接近速度を検出することができる。   According to this configuration, since the distance of the detected object can be accurately measured according to the height direction distance with respect to the reference surface, the output signal is processed with a predetermined time constant so that the detected object approaches Speed can be detected.

また本発明は、上記静電容量式モーション検出装置において、前記モーション検出手段は、被検出体の基準面に略直交するZ軸方向を含む回転運動を検出することを特徴とする。   According to the present invention, in the capacitance type motion detection device, the motion detection unit detects a rotational motion including a Z-axis direction substantially orthogonal to a reference surface of the detection target.

この構成によれば、被検出体の3次元方向の距離を精度よく検出することができるので、基準面に垂直な高さ方向を含む被検出体の回転運動を正確に検出することができる。   According to this configuration, since the distance in the three-dimensional direction of the detected object can be detected with high accuracy, the rotational motion of the detected object including the height direction perpendicular to the reference plane can be detected accurately.

本発明の入力装置は、上記静電容量式モーション検出装置を備えたことを特徴とする。   The input device of the present invention includes the above-described capacitance type motion detection device.

この構成によれば、カメラなどで視認することがなく被検出体のモーションを3次元方向において正確に検出できるので、使用環境に制限されることがなく、正確な入力操作が得られる入力装置を実現することができる。また、3次元方向のモーションをそれぞれ入力装置に適用できるので、入力精度が高い入力装置を実現することができる。   According to this configuration, since the motion of the detected object can be accurately detected in the three-dimensional direction without being visually recognized by a camera or the like, an input device capable of obtaining an accurate input operation without being limited to the use environment. Can be realized. In addition, since motion in a three-dimensional direction can be applied to each input device, an input device with high input accuracy can be realized.

本発明の電極駆動方法は、隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置され、前記基準面に属するX軸方向に対向配置された一方の電極対と、前記基準面に属し、前記X軸方向と直交するY軸方向に対向配置された他方の電極対とを含んでなる複数の電極と、前記複数の電極のうち駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記複数の電極のうち検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び前記基準面に垂直なZ軸方向の位置情報を演算する演算手段と、を備えた静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法であって、前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記駆動電極の数が前記検出電極の数より多くなるように、前記複数の電極を前記駆動回路及び前記検出回路に接続し、検出電極となる電極を順次切替え、前記X軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段は、前記一方の電極対を前記検出回路に接続し、前記他方の電極対を前記駆動回路に接続し、前記Y軸方向の被検出体を検出位置する場合、前記切替え手段は、前記他方の電極対を前記検出回路に接続し、前記一方の電極対を前記駆動回路に接続することを特徴とする。   The electrode driving method of the present invention is arranged in a reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes, and belongs to the reference plane, with one electrode pair disposed facing the X-axis direction belonging to the reference plane, A drive circuit that outputs a drive voltage to be applied to an electrode serving as a drive electrode out of the plurality of electrodes, and a plurality of electrodes including the other electrode pair disposed opposite to each other in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction And a detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes, and a detection result of the detection circuit on the X-axis direction, the Y-axis direction, and the reference plane of the detected object An electrode driving method in a capacitive proximity sensor device comprising: a calculating means for calculating position information in the vertical Z-axis direction, wherein the driving electrode is detected when detecting the position of the detected object in the Z-axis direction. Is greater than the number of the detection electrodes. As described above, when the plurality of electrodes are connected to the drive circuit and the detection circuit, the electrodes to be the detection electrodes are sequentially switched, and when the detected body position in the X-axis direction is detected, the switching means When the electrode pair is connected to the detection circuit, the other electrode pair is connected to the drive circuit, and the detected object in the Y-axis direction is located at the detection position, the switching means detects the other electrode pair. It is connected to a circuit, and the one electrode pair is connected to the drive circuit.

この方法によれば、複数の電極が基準面に配置された静電容量式近接センサ装置において、基準面に属するX軸方向及びY軸方向、並びに基準面と垂直なZ軸方向に対し、複数の電極の接続を切替えながら被検出体を検出するので、センサ部に対する平面方向及び高さ方向の被検出体を検出することができる。また、Z軸方向の被検出体位置の検出では、検出電極より多い駆動電極を用いて被検出体を検出するので、複数の電極間に形成される電界強度が増大し、基準面に対する高さ方向の検出感度が向上する。さらに、検出電極を複数の電極内で順次切替えて被検出体位置を検出するので、検出方向の指向性を低減できる静電容量式近接センサ装置を実現することができる。   According to this method, in the capacitive proximity sensor device in which a plurality of electrodes are arranged on the reference plane, a plurality of the X-axis direction and the Y-axis direction belonging to the reference plane, and a Z-axis direction perpendicular to the reference plane are included. Since the detected object is detected while switching the connection of the electrodes, it is possible to detect the detected object in the plane direction and the height direction with respect to the sensor unit. Further, in detecting the position of the detected object in the Z-axis direction, the detected object is detected using more drive electrodes than the detection electrodes, so that the electric field strength formed between the plurality of electrodes increases, and the height relative to the reference plane is increased. Direction detection sensitivity is improved. Furthermore, since the detection electrode position is detected by sequentially switching the detection electrodes within the plurality of electrodes, a capacitive proximity sensor device that can reduce the directivity in the detection direction can be realized.

本発明の電極駆動方法は、隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置された少なくとも3つの複数の電極と、前記複数の電極のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記複数の電極のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の基準面に垂直なZ軸方向の位置を演算する演算手段と、を備えた静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法であって、前記基準面と直交する高さ方向の検出に用いる検出電極を前記複数の電極間で順次切替えることを特徴とする。   In the electrode driving method of the present invention, at least three of a plurality of electrodes arranged in a reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes, and a driving voltage applied to an electrode serving as a driving electrode among the plurality of electrodes A drive circuit that outputs a signal, a detection circuit that detects a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes, and a Z-axis direction perpendicular to the reference plane of the detection target from the detection result of the detection circuit And an electrode driving method in a capacitive proximity sensor device comprising a calculation means for calculating the position of the first electrode, wherein detection electrodes used for detection in a height direction perpendicular to the reference plane are sequentially placed between the plurality of electrodes. It is characterized by switching.

この方法によれば、複数の電極が配置された基準面に垂直な高さ方向に対し、複数の電極を検出電極として切替えて被検出体を検出するので、被検出体基準面に対する高さ方向の被検出体の位置情報を精度よく検出できる静電容量式近接センサ装置を実現できる。また、検出電極を順次切り替えて測定することにより、基準面内に配置された複数の検出電極の出力信号を用いて被検出体を検出するので、被検出体の検出を異なる位置に配置された電極の出力信号により算出することができ、検出方向に指向性を低減することができる。   According to this method, since the detection target is detected by switching the plurality of electrodes as the detection electrodes with respect to the height direction perpendicular to the reference plane on which the plurality of electrodes are arranged, the height direction with respect to the detection target reference plane It is possible to realize a capacitive proximity sensor device that can accurately detect position information of the detected object. In addition, the detection object is detected by using the output signals of a plurality of detection electrodes arranged in the reference plane by sequentially switching the detection electrodes, so that the detection of the detection object is arranged at a different position. It can be calculated from the output signal of the electrode, and directivity can be reduced in the detection direction.

本発明によれば、センサ部に対する平面方向及び高さ方向の検出感度がともに高く、しかも検出方向の指向性が小さい静電容量式近接センサ装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a capacitive proximity sensor device that has both high detection sensitivity in the planar direction and in the height direction with respect to the sensor unit and low directivity in the detection direction.

本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a capacitive proximity sensor device according to an embodiment of the present invention. FIG. (a)〜(c)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部の電極配置の一例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows an example of electrode arrangement | positioning of the sensor part of the capacitive proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のX軸方向及びY軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the detection principle of the to-be-detected body of the X-axis direction of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention, and a Y-axis direction. 本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の被検出体の動きと静電容量の変化を示す図である。It is a figure which shows the motion of the to-be-detected body of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention, and the change of an electrostatic capacitance. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のZ軸方向の被検出体の検出原理を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the detection principle of the to-be-detected body of the Z-axis direction of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の電極切替え制御を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the electrode switching control of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるセンサ部と被検出体とのZ軸方向の変化と出力値の大きさの相関を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the correlation of the change of the Z-axis direction of the sensor part and to-be-detected body, and the magnitude | size of an output value in the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention. is there. (a)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置におけるダブルタップ動作の出力信号の波形を示す図であり、(b)は、速度の異なるタップ動作をした場合の出力信号の波形を示す図である。(A) is a figure which shows the waveform of the output signal of the double tap operation | movement in the electrostatic capacitance type motion detection apparatus which concerns on embodiment of this invention, (b) is the output at the time of performing the tap operation | movement from which speed differs. It is a figure which shows the waveform of a signal. (a)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部に対する被検出体の動きを示す図であり、(b)、(c)は、出力信号の強度のXZプロット図である。(A) is a figure which shows the motion of the to-be-detected body with respect to the sensor part of the electrostatic capacitance type proximity sensor apparatus which concerns on embodiment of this invention, (b), (c) is XZ of the intensity | strength of an output signal. FIG. 本実施の形態に係る近接センサ装置において、XY平面方向に対して回転運動を行った場合における出力信号の強度のXYプロット図である。In the proximity sensor device according to the present embodiment, it is an XY plot diagram of the intensity of an output signal when a rotational motion is performed in the XY plane direction. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置を用いた入力装置の一例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows an example of the input device using the electrostatic capacitance type motion detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置を用いた入力装置の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the input device using the electrostatic capacitance type motion detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置を用いた入力装置の別の一例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows another example of the input device using the electrostatic capacitance type motion detection apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る静電容量型近接センサ装置の構成図である。同図に示すように、本実施の形態に係る近接センサ装置は、被検出体の近接を検出するセンサ部11と、このセンサ部11によって検出された出力信号を基に被検出体の位置を算出する制御回路部12とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. As shown in the figure, the proximity sensor device according to this embodiment includes a sensor unit 11 that detects the proximity of the detected object, and the position of the detected object based on the output signal detected by the sensor unit 11. And a control circuit unit 12 for calculation.

センサ部11は、検出基準面としてのセンサ面13内に配置された4つの電極13a〜13dを備える。各電極13a〜13dは、それぞれの隣接する電極間に静電容量が形成されるように所定の間隔をとって配置されている。電極13a、13dは、略矩形形状のセンサ面13内の対向する2辺に略平行に配置され、この一対の電極13a、13dと略直交するように、センサ面13内の対向する他の2辺に一対の電極13b、13cが配置されている。   The sensor unit 11 includes four electrodes 13a to 13d arranged in the sensor surface 13 as a detection reference surface. Each electrode 13a-13d is arrange | positioned at predetermined intervals so that an electrostatic capacitance may be formed between each adjacent electrode. The electrodes 13a and 13d are arranged substantially parallel to the two opposing sides in the substantially rectangular sensor surface 13, and the other two opposing in the sensor surface 13 so as to be substantially orthogonal to the pair of electrodes 13a and 13d. A pair of electrodes 13b and 13c are arranged on the side.

制御回路部12は、センサ部11の電極13a〜13dの切替え手段としてのマルチプレクサ14と、各電極13a〜13dから出力された信号より、被検出体の位置を演算する演算手段としてのCPU15とを備える。CPU15とマルチプレクサ14との間には、駆動電極として切替えられた各電極13a〜13dに駆動電圧を印加する駆動回路16が設けられている。また、CPU15とマルチプレクサ14との間には、検出電極として切替えられた各電極13a〜13dの出力信号を検出する検出回路17が設けられている。   The control circuit unit 12 includes a multiplexer 14 serving as a switching unit for the electrodes 13a to 13d of the sensor unit 11, and a CPU 15 serving as a calculation unit that calculates the position of the detection target from the signals output from the electrodes 13a to 13d. Prepare. A drive circuit 16 is provided between the CPU 15 and the multiplexer 14 to apply a drive voltage to the electrodes 13a to 13d switched as drive electrodes. A detection circuit 17 is provided between the CPU 15 and the multiplexer 14 to detect output signals from the electrodes 13a to 13d switched as detection electrodes.

マルチプレクサ14は、センサ部11の各電極13a〜13dに接続されると共に、駆動回路16及び検出回路17に接続され、各電極13a〜13dの接続を駆動回路16及び検出回路17に切替える。また、マルチプレクサ14は、CPU15と接続され、CPU15からの切替え信号により、各電極13a〜13dの接続を切替え制御可能に構成されている。マルチプレクサ14は、駆動電極となる電極13a〜13d(以下、単に駆動電極ともいう)を駆動回路16に接続すると共に、検出電極となる電極13a〜13d(以下、単に検出電極ともいう)を検出回路17に接続する。   The multiplexer 14 is connected to the electrodes 13 a to 13 d of the sensor unit 11 and is connected to the drive circuit 16 and the detection circuit 17, and switches the connection of the electrodes 13 a to 13 d to the drive circuit 16 and the detection circuit 17. The multiplexer 14 is connected to the CPU 15, and is configured to be able to switch and control connection of the electrodes 13 a to 13 d by a switching signal from the CPU 15. The multiplexer 14 connects electrodes 13a to 13d (hereinafter also simply referred to as drive electrodes) serving as drive electrodes to the drive circuit 16, and electrodes 13a to 13d (hereinafter also simply referred to as detection electrodes) serving as detection electrodes to the detection circuit. 17 is connected.

駆動回路16は、図示されない発振回路を備え、マルチプレクサ14によって駆動電極となる電極13a〜13dに駆動電圧を印加する。駆動電圧の印加は、CPU15によりタイミング制御されている。   The drive circuit 16 includes an oscillation circuit (not shown), and applies a drive voltage to the electrodes 13 a to 13 d serving as drive electrodes by the multiplexer 14. The timing of application of the drive voltage is controlled by the CPU 15.

検出回路17は、マルチプレクサ14を介して検出電極となる電極13a〜13dに接続される増幅回路18と、この増幅回路18に接続され、増幅された出力信号をA/D変換してCPU15に出力するA/Dコンバータ19とを備える。   The detection circuit 17 is connected to the amplification circuits 18 connected to the electrodes 13 a to 13 d serving as detection electrodes via the multiplexer 14, and is connected to the amplification circuit 18. The amplified output signal is A / D converted and output to the CPU 15. The A / D converter 19 is provided.

増幅回路18は、正極端子及び負極端子を備え、マルチプレクサ14によって検出電極として切替えられた電極13a〜13dから出力された信号を増幅し、A/Dコンバータ19へ出力する。   The amplification circuit 18 includes a positive terminal and a negative terminal, amplifies signals output from the electrodes 13 a to 13 d switched as detection electrodes by the multiplexer 14, and outputs the amplified signals to the A / D converter 19.

本実施の形態では、検出基準面であるセンサ面13に含まれるX軸方向及びセンサ面13内においてX軸方向と直交するY軸方向の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ14によって対向する一対の電極13a〜13dが検出電極として増幅回路18に接続される。この場合、増幅回路18の正極端子には、一方の検出電極13a〜13dが接続されて出力信号が入力され、負極端子には他方の検出電極13a〜13dが接続されて出力信号が入力される。増幅回路18では、入力された一対の検出電極13a〜13dの出力信号が差動で増幅されて出力信号の差分値が検出される。   In the present embodiment, the multiplexer 14 detects the detected object position in the X-axis direction included in the sensor surface 13 that is the detection reference surface and in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction in the sensor surface 13. A pair of opposed electrodes 13a to 13d are connected to the amplifier circuit 18 as detection electrodes. In this case, one of the detection electrodes 13a to 13d is connected to the positive terminal of the amplifier circuit 18 and an output signal is input, and the other detection electrodes 13a to 13d are connected to the negative terminal and the output signal is input. . In the amplifying circuit 18, the input output signals of the pair of detection electrodes 13a to 13d are differentially amplified, and a difference value between the output signals is detected.

また、センサ面13と直交する高さ方向(Z軸方向)の被検出体位置の検出の際には、マルチプレクサ14によって少なくとも1つの電極13a〜13dが検出電極として増幅回路18に接続される。この場合、増幅回路18の一方の端子には、マルチプレクサ14によって切替えられた検出電極13a〜13dが接続されて出力信号が入力され、他方の端子には基準電圧が入力される。増幅回路18では、入力された出力信号を基準電圧との間で増幅する。   Further, when detecting the position of the detected object in the height direction (Z-axis direction) orthogonal to the sensor surface 13, at least one of the electrodes 13 a to 13 d is connected to the amplifier circuit 18 as a detection electrode by the multiplexer 14. In this case, the detection electrodes 13a to 13d switched by the multiplexer 14 are connected to one terminal of the amplifier circuit 18 and an output signal is input, and the reference voltage is input to the other terminal. The amplifier circuit 18 amplifies the input output signal with a reference voltage.

このように、本実施の形態では、一つの増幅回路18において、検出方向に応じて検出電極13a〜13dからの出力信号を、一対の検出電極13a〜13dから出力された信号の差分による増幅と、検出電極13a〜13dから出力された信号と基準信号との出力信号の差分に応じた増幅とを時分割で切り替えて増幅する。これにより、各軸毎に増幅回路18を設けることなく、X軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向の検出を行うことができる。また、X軸方向及びY軸方向の検出に用いられた一対の検出電極13a〜13dの出力信号の差分値が得られない状態においても、Z軸方向の検出により被検出体を検出することができ、それぞれの増幅特性による不感領域を補完することができる。   As described above, in the present embodiment, in one amplification circuit 18, the output signals from the detection electrodes 13a to 13d are amplified by the difference between the signals output from the pair of detection electrodes 13a to 13d according to the detection direction. Then, amplification according to the difference between the output signals of the detection electrodes 13a to 13d and the output signal of the reference signal is switched in a time division manner for amplification. Thus, detection in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction can be performed without providing the amplifier circuit 18 for each axis. Further, even when a difference value between the output signals of the pair of detection electrodes 13a to 13d used for detection in the X-axis direction and the Y-axis direction cannot be obtained, the detection target can be detected by detection in the Z-axis direction. It is possible to complement the insensitive area due to each amplification characteristic.

A/Dコンバータ19は、増幅回路18で増幅された出力信号をフィルタリング処理及びデジタル変換してCPU15に出力する。CPU15に入力された出力信号は、検出回路としてのCPU15で差分値などが検出される。尚、差分値の検出は、A/Dコンバータ19で行ってもよい。また、演算手段としてのCPU15では、検出された出力信号を用いて、被検出体の3軸方向の位置情報が算出される。   The A / D converter 19 performs filtering processing and digital conversion on the output signal amplified by the amplifier circuit 18 and outputs the result to the CPU 15. A difference value or the like is detected from the output signal input to the CPU 15 by the CPU 15 as a detection circuit. The difference value may be detected by the A / D converter 19. Further, the CPU 15 as the calculation means calculates position information of the detected body in the three-axis directions using the detected output signal.

次に、図2(a)〜図2(c)を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ部11の電極切替えについて詳細に説明する。本実施の形態に係る近接センサ装置では、マルチプレクサ14により、検出方向に応じてセンサ部11に配置された電極13a〜13dの接続を駆動回路又は検出回路に切替え、駆動電極及び検出電極として切替えることにより被検出体を検出する。図2(a)は、X軸方向(紙面左右方向)の被検出体を検出する際の電極13a〜13dの切替えを示す図である。X軸方向の被検出体を検出する際には、X軸方向と略平行に配置される電極13a、13dを駆動電極として切替え、X軸方向と略直交して配置される電極13b、13cを検出電極として切替える。尚、検出電極13b、13cの出力信号は、出力信号の絶対値の差分値を算出してもよく、一方の出力信号の正負を反転して差分値を算出してもよい。   Next, with reference to FIG. 2A to FIG. 2C, the electrode switching of the sensor unit 11 of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described in detail. In the proximity sensor device according to the present embodiment, the multiplexer 14 switches the connection of the electrodes 13a to 13d arranged in the sensor unit 11 to the drive circuit or the detection circuit according to the detection direction, and switches the drive electrode and the detection electrode. The detected object is detected by. FIG. 2A is a diagram illustrating the switching of the electrodes 13a to 13d when detecting the detection target in the X-axis direction (the left-right direction on the paper surface). When detecting an object to be detected in the X-axis direction, the electrodes 13a and 13d disposed substantially parallel to the X-axis direction are switched as drive electrodes, and the electrodes 13b and 13c disposed substantially orthogonal to the X-axis direction are switched. Switch as detection electrode. The output signals of the detection electrodes 13b and 13c may be calculated by calculating the difference value of the absolute value of the output signal, or by calculating the difference value by inverting the sign of one of the output signals.

図2(b)は、Y軸方向(紙面上下方向)の被検出体を検出する際の検出電極の切替えを示す図である。Y軸方向の被検出体を検出する際には、Y軸方向と略平行に配置される電極13b、13cを駆動電極として切替え、Y軸方向と略直交して配置される電極13a、13dを検出電極として切替える。尚、X軸方向の検出と同様に、検出電極13a、13dの出力信号は、一方の出力信号の正負を反転して差分値を算出してもよい。   FIG. 2B is a diagram illustrating switching of the detection electrodes when detecting the detection target in the Y-axis direction (up and down direction on the paper surface). When detecting an object to be detected in the Y-axis direction, the electrodes 13b and 13c disposed substantially parallel to the Y-axis direction are switched as drive electrodes, and the electrodes 13a and 13d disposed substantially orthogonal to the Y-axis direction are switched. Switch as detection electrode. Similar to the detection in the X-axis direction, the difference between the output signals of the detection electrodes 13a and 13d may be calculated by inverting the sign of one of the output signals.

図2(c)は、Z軸方向(紙面手前−奥行方向)の検出体を検出する際の検出電極の切替えを示す図である。Z軸方向の被検出体を検出する際には、電極13a〜13dの少なくとも1つを検出電極として切替え、残りの電極13a〜13dを駆動電極として切替える。このようにしてZ軸方向の検出を行うことにより、X軸方向及びY軸方向の検出に用いられた一対の検出電極13a〜13dの出力信号の差分値が得られない状態、例えば中心点P1直上で被検出体が垂直に上下してX軸方向及びY軸方向の差分値がいずれも0で変化しない状態においても、Z軸方向の検出により被検出体の動作を検出することができ、それぞれの増幅特性による不感領域を補完することができる。   FIG. 2C is a diagram illustrating switching of the detection electrodes when detecting a detection body in the Z-axis direction (front of paper-depth direction). When detecting an object to be detected in the Z-axis direction, at least one of the electrodes 13a to 13d is switched as a detection electrode, and the remaining electrodes 13a to 13d are switched as drive electrodes. By performing detection in the Z-axis direction in this manner, a state in which a difference value between the output signals of the pair of detection electrodes 13a to 13d used for detection in the X-axis direction and the Y-axis direction cannot be obtained, for example, the center point P1 Even in a state in which the detected object is vertically moved up and down and the difference value between the X-axis direction and the Y-axis direction is not changed at 0, the operation of the detected object can be detected by detection in the Z-axis direction. The insensitive area due to each amplification characteristic can be complemented.

また、本実施の形態では、4つの電極13a〜13dのうち電極13aを検出電極として切替え、残り電極13b〜13dを駆動電極として切替える。このように、3つの駆動電極13b〜13dを用い、それぞれの駆動電極13b〜13dから駆動電圧を印加することにより、電極13a〜13d間に形成される電界強度が増大するので、検出電極13aから出力される信号が増大し、Z軸方向の検出感度を向上させることができる。尚、本実施の形態では、Z軸方向の被検出体の検出において、駆動電極の数が検出電極の数より多くなるように電極を切替えればよく、検出電極として切替えられた電極13a以外の電極13b〜13dを全て駆動電極として切替えなくともよい。   Moreover, in this Embodiment, the electrode 13a is switched as a detection electrode among the four electrodes 13a-13d, and the remaining electrodes 13b-13d are switched as a drive electrode. In this way, by using the three drive electrodes 13b to 13d and applying a drive voltage from each of the drive electrodes 13b to 13d, the electric field strength formed between the electrodes 13a to 13d increases, so that the detection electrode 13a The output signal increases, and the detection sensitivity in the Z-axis direction can be improved. In the present embodiment, in detecting the detection object in the Z-axis direction, the electrodes may be switched so that the number of drive electrodes is larger than the number of detection electrodes. It is not necessary to switch all the electrodes 13b to 13d as drive electrodes.

また、本実施の形態では、Z軸方向の被検出体を検出する場合、検出電極を電極13a〜13dの間で順次切替えながら複数回測定し、それぞれの出力信号の測定値の加算平均を算出して被検出体を検出する。このように、検出電極を電極13a〜13dの間で順次切替えながら検出することにより、Z軸方向に対する被検出体の検出において、検出方向の指向性を低減することができる。例えば、検出電極を電極13aのみと被検出体を測定した場合、図2(c)の紙面上方に位置する検出電極13aと、紙面左右方向に位置する電極13b、13c及び紙面下方に位置する電極13dとの間に形成される静電容量に基づいて電極13aから信号が出力されるので、紙面上方に位置する電極13aの近傍の検出感度が最も高くなり、紙面下方の電極13d近傍の検出感度は低下する。これに対し、検出電極を電極13a〜13dの間で切替えながら複数回測定し、その測定回数に応じて出力信号の平均値を算出することにより、センサ部11のセンサ面13内の四方に対して均等に被検出体を検出することができ、検出感度の指向性を低減することができる。   Further, in this embodiment, when detecting a detection object in the Z-axis direction, measurement is performed a plurality of times while sequentially switching the detection electrode between the electrodes 13a to 13d, and an average of the measured values of the respective output signals is calculated. Then, the detected object is detected. Thus, by detecting the detection electrodes while sequentially switching between the electrodes 13a to 13d, the directivity in the detection direction can be reduced in the detection of the detection target in the Z-axis direction. For example, when measuring only the electrode 13a as the detection electrode and the detection target, the detection electrode 13a located above the paper surface in FIG. 2C, the electrodes 13b and 13c located in the left-right direction on the paper surface, and the electrodes located below the paper surface Since the signal is output from the electrode 13a based on the capacitance formed between the electrode 13a and the electrode 13d, the detection sensitivity in the vicinity of the electrode 13a located above the paper surface is the highest, and the detection sensitivity in the vicinity of the electrode 13d below the paper surface is detected. Will decline. On the other hand, measurement is performed a plurality of times while switching the detection electrode between the electrodes 13a to 13d, and the average value of the output signal is calculated according to the number of times of measurement, whereby four directions in the sensor surface 13 of the sensor unit 11 are obtained. The detected object can be detected evenly, and the directivity of the detection sensitivity can be reduced.

尚、本実施の形態では、センサ部11の各電極13a〜13dが略矩形形状のセンサ面13の四辺に配置された例について説明するが、各電極13a〜13dの配置は、例えば、ひし形や、格子状などその他の配置をとっていても良い。また、電極数に関しては、少なくとも3本の電極13a、13b及び13cがあれば良く、電極数の上限については特に限定されない。電極の配置は、例えば、3角形の3辺に位置するようにしてもよい。この場合、特にXY平面方向における差分値が相殺される領域が減少するので、好ましい。また、本実施の形態では、電極数の数が多いほど被検出体の検出感度を向上させることができる。   In the present embodiment, an example in which the electrodes 13a to 13d of the sensor unit 11 are arranged on the four sides of the substantially rectangular sensor surface 13 will be described. The arrangement of the electrodes 13a to 13d is, for example, a rhombus or Other arrangements such as a lattice shape may be adopted. As for the number of electrodes, it is sufficient that there are at least three electrodes 13a, 13b and 13c, and the upper limit of the number of electrodes is not particularly limited. For example, the electrodes may be arranged on three sides of the triangle. In this case, since the area where the difference value in the XY plane direction is canceled is reduced, it is preferable. Moreover, in this Embodiment, the detection sensitivity of a to-be-detected body can be improved, so that there are many numbers of electrodes.

また、各電極13a〜13dの配置は、電極間に形成される静電容量により、検出基準面を形成できる範囲に配置されていればよく、必ずしも同一平面に配置されている必要はない。例えば、電極13a〜13dのいずれかがセンサ面13に対して、相対的にZ軸方向上方側に配置されていてもよく、それぞれの電極がセンサ面13に対して、Z軸方向において前後するように配置されていてもよい。   The electrodes 13a to 13d need only be arranged in a range where the detection reference plane can be formed by the capacitance formed between the electrodes, and need not necessarily be arranged in the same plane. For example, any of the electrodes 13a to 13d may be disposed on the upper side in the Z-axis direction relative to the sensor surface 13, and each electrode moves back and forth in the Z-axis direction with respect to the sensor surface 13. It may be arranged as follows.

次に、図3(a)、(b)を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置におけるX軸方向及びY軸方向の被検出体の検出原理について説明する。図3(a)に示すように、X軸方向及びY軸方向の検出では、駆動電極として対向する一対の電極13a、13dが切替えられ、対向する他の一対の電極13b、13cが検出電極として切替えられる。この場合、駆動電極13a、電極13dと検出電極13bとの間に静電容量Cx1が形成され、駆動電極13a、電極13dと検出電極13cとの間に静電容量Cx2が形成される。そして、この静電容量Cx1,Cx2の差分をとることにより被検出体31としての手の位置を検出することができる。なお、図3(a)は、被検出体31がX軸方向に移動する場合の被検出体31の位置を検出する場合について示している。 Next, with reference to FIGS. 3A and 3B, the detection principle of the detection target in the X-axis direction and the Y-axis direction in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3A, in the detection in the X-axis direction and the Y-axis direction, the pair of electrodes 13a and 13d facing each other as the drive electrodes are switched, and the other pair of electrodes 13b and 13c facing each other are used as the detection electrodes. Switched. In this case, the driving electrodes 13a, electrostatic capacitance C x1 between the electrode 13d and the detection electrode 13b is formed, the driving electrodes 13a, electrostatic capacitance C x2 is formed between the electrode 13d and the detection electrode 13c. And the position of the hand as the to-be-detected body 31 is detectable by taking the difference of this electrostatic capacitance Cx1 , Cx2 . FIG. 3A shows a case where the position of the detection target 31 is detected when the detection target 31 moves in the X-axis direction.

図3(b)は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置で、異なる電極配置をとった場合の検出原理の一例を示す図である。図3(b)に示す例は、駆動電極としての電極13eを中央に配置し、その両側に検出電極としての電極13f,13gを配置した例である。この場合、電極13eと電極13fとの間に静電容量Cが形成され、電極13eと電極13gとの間に静電容量Cが形成される。この静電容量C,Cの差分をとることにより被検出体31の位置を検出することができる。 FIG. 3B is a diagram illustrating an example of a detection principle when different electrode arrangements are employed in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. The example shown in FIG. 3B is an example in which an electrode 13e as a drive electrode is arranged in the center, and electrodes 13f and 13g as detection electrodes are arranged on both sides thereof. In this case, the capacitance C 1 is formed between the electrode 13e and the electrode 13f, the electrostatic capacitance C 2 is formed between the electrode 13e and the electrode 13 g. The position of the detection target 31 can be detected by taking the difference between the capacitances C 1 and C 2 .

さらに、図3(a)及び図4を参照して、被検出体31の動きと静電容量の変化について説明する。図3(a)に示す例では、検出電極13bと駆動電極13a,13dとの間に静電容量Cx1が形成されており、検出電極13cと駆動電極13a,13dとの間に静電容量Cx2が形成されている。被検出体31がX軸方向(左右方向)のいずれかの方向に動いた場合、電極13a〜13d間に形成される電気力線(不図示)が被検出体31に吸収され、静電容量Cx1,Cx2が変化する。例えば、被検出体31が左側に動くと、静電容量Cx1が増加して、静電容量Cx2が減少する。このため、被検出体31がX軸方向(左右方向)に移動した場合、静電容量値の差分(Cx2−Cx1)をとることにより、静電容量の変化量から、図4に示すように、被検出体のX軸方向(左右方向)の被検出体31の位置情報及び動き(モーション)を検出することが可能となる。 Furthermore, with reference to FIG. 3A and FIG. 4, the movement of the detection target 31 and the change in capacitance will be described. In the example shown in FIG. 3A, a capacitance C x1 is formed between the detection electrode 13b and the drive electrodes 13a and 13d, and a capacitance is formed between the detection electrode 13c and the drive electrodes 13a and 13d. C x2 is formed. When the detected body 31 moves in any direction of the X-axis direction (left-right direction), electric lines of force (not shown) formed between the electrodes 13a to 13d are absorbed by the detected body 31 and electrostatic capacity is detected. C x1 and C x2 change. For example, when the detection target 31 moves to the left side, the capacitance C x1 increases and the capacitance C x2 decreases. For this reason, when the detected body 31 moves in the X-axis direction (left-right direction), the difference in capacitance value (C x2 -C x1 ) is taken, and the amount of change in capacitance is shown in FIG. Thus, it becomes possible to detect the positional information and movement (motion) of the detected body 31 in the X-axis direction (left-right direction) of the detected body.

尚、Y軸方向の被検出体を検出する場合、センサ部11の上下の電極13a,13dを検出電極とし、左右の電極13b,13cを駆動電極とすることにより、X軸方向と同様の原理で被検出体の位置情報及びモーションが検出される。   When detecting the detection target in the Y-axis direction, the upper and lower electrodes 13a and 13d of the sensor unit 11 are used as detection electrodes, and the left and right electrodes 13b and 13c are used as drive electrodes. Thus, position information and motion of the detected object are detected.

次に、図5(a)、(b)を参照して、本実施の形態の形態に係る静電容量式近接センサのZ軸方向における被検出体の検出原理について説明する。図5(a)、(b)は、図2(c)に示したセンサ部11のA−A線矢視断面図である。図5(a)に示すように、この状態では、検出電極13aと駆動電極13d(及び不図示の駆動電極13b、13c)との間に静電容量CX3が形成され、その周囲に電気力線51が形成されている。 Next, with reference to FIGS. 5A and 5B, the detection principle of the detection target in the Z-axis direction of the capacitive proximity sensor according to the present embodiment will be described. 5A and 5B are cross-sectional views taken along line AA of the sensor unit 11 illustrated in FIG. As shown in FIG. 5A, in this state, a capacitance C X3 is formed between the detection electrode 13a and the drive electrode 13d (and drive electrodes 13b and 13c (not shown)), and an electric force is generated around the capacitance C X3. A line 51 is formed.

図5(a)に示すように、センサ面13と被検出体31との間のZ軸方向の距離が大きい場合には、被検出体31による電気力線51の吸収がその一部のみとなるので、静電容量CX3は小さくなる。一方、図5(b)に示すように、センサ面13と被検出体31との距離が小さい場合には、被検出体31によって電気力線51の大半が吸収されるので、静電容量CX3が大きくなる。このように、本実施の形態では、センサ面13と被検出体13との間の距離が小さい場合には、静電容量CX3が減少して検出電極としての電極13aの出力信号が大きくなり、センサ面13と被検出体との間の距離が大きい場合には、静電容量CX3が増大して検出電極としての電極13aの出力信号が小さくなる。以上のようにして、本実施の形態においては、センサ面13と被検出体31とZ軸方向の距離を検出することができる。 As shown in FIG. 5A, when the distance in the Z-axis direction between the sensor surface 13 and the detected object 31 is large, the electric field lines 51 are absorbed by only a part of the detected object 31. Therefore, the capacitance C X3 becomes small. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the distance between the sensor surface 13 and the detected body 31 is small, most of the electric lines of force 51 are absorbed by the detected body 31. X3 increases. As described above, in the present embodiment, when the distance between the sensor surface 13 and the detection target 13 is small, the capacitance C X3 decreases and the output signal of the electrode 13a as the detection electrode increases. When the distance between the sensor surface 13 and the object to be detected is large, the capacitance C X3 increases and the output signal of the electrode 13a as the detection electrode decreases. As described above, in the present embodiment, it is possible to detect the distance between the sensor surface 13, the detected object 31, and the Z-axis direction.

尚、本実施の形態では、Z軸方向の被検出体31の検出時において、検出電極として切替えられた電極13aと駆動電極として切替えられた電極13dとの間に形成される電気力線51は、断面視において左右対称にはならならない。すなわち、センサ面13に対する被検出体31の距離が一定である場合において、被検出体31が検出電極13aよりに位置する場合(紙面左側に手がある場合)と駆動電極13dよりに位置する場合(紙面右側に手がある場合)とで静電容量CX3が異なり、出力信号の大きさが変化する。このため、電極13aのみを駆動電極として切替えてZ軸方向の被検出体31を検出する場合、検出方向に若干指向性が生じる。そこで、本実施の形態では、センサ部11に対するZ軸方向の被検出体31を検出する際には、以下に示すように、検出電極として切替える電極を電極13a〜13dの間で順次切替えながら測定することにより、検出方向に指向性の指向性を低減する。以下、図6を参照して本実施の形態で用いる電極切替えの制御フローについて詳細に説明する。 In the present embodiment, the electric lines of force 51 formed between the electrode 13a switched as the detection electrode and the electrode 13d switched as the drive electrode during detection of the detection target 31 in the Z-axis direction are , It must not be symmetrical in cross-sectional view. That is, in the case where the distance of the detection object 31 with respect to the sensor surface 13 is constant, the detection object 31 is positioned more than the detection electrode 13a (when there is a hand on the left side of the paper) and the detection electrode 31d The capacitance C X3 is different from when the hand is on the right side of the paper, and the magnitude of the output signal changes. For this reason, when only the electrode 13a is switched as the drive electrode to detect the detected body 31 in the Z-axis direction, a little directivity occurs in the detection direction. Therefore, in the present embodiment, when detecting the detected body 31 in the Z-axis direction with respect to the sensor unit 11, measurement is performed while sequentially switching the electrodes to be switched as the detection electrodes between the electrodes 13a to 13d as shown below. By doing so, the directivity of directivity in the detection direction is reduced. Hereinafter, the control flow of electrode switching used in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図6は、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の電極切替え制御フローの一例を示す図である。図6に示すように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置では、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれに対し、各電極13a〜13dを検出電極及び駆動電極として切替えながら、4回ずつ被検出体を測定することにより、被検出体の3軸方向の位置情報を検出する。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an electrode switching control flow of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, each of the electrodes 13a to 13d is used as a detection electrode and a drive electrode for each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The position information of the detected body in the three-axis directions is detected by measuring the detected body four times while switching.

図6に示すフロー図では、被検出体の検出は、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の順に行われる。先ず、被検出体のX軸方向の位置情報の検出が開始され、マルチプレクサ14により、検出電極として電極13a、13dが選択され、駆動電極として電極13b、13cが選択される(ステップS1)。次いで、駆動電極13b、13cに、駆動回路16から駆動電圧が4回印加される。次に、CPU15により、検出電極13a、13dから出力された信号の加算平均が算出され、被検出体のX軸方向の位置情報が算出される(ステップS2)。   In the flowchart shown in FIG. 6, the detection of the detection target is performed in the order of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. First, detection of position information of the detection target in the X-axis direction is started, and the multiplexer 14 selects the electrodes 13a and 13d as detection electrodes and the electrodes 13b and 13c as drive electrodes (step S1). Next, the drive voltage is applied four times from the drive circuit 16 to the drive electrodes 13b and 13c. Next, the CPU 15 calculates the addition average of the signals output from the detection electrodes 13a and 13d, and calculates the position information of the detected object in the X-axis direction (step S2).

次に、被検出体のY軸方向の位置情報が検出される。まず、マルチプレクサ14により、検出電極として電極13b、13cが切替えられ、駆動電極として電極13a、13dが切替えられる(ステップS3)。次いで、駆動電極13a、13dに、駆動回路16から駆動電圧が4回印加される。次に、CPU15により、検出電極13b、13cから出力された信号の加算平均が算出され、被検出体のY軸方向の位置情報が算出される(ステップS4)。   Next, position information of the detected object in the Y-axis direction is detected. First, the multiplexer 14 switches the electrodes 13b and 13c as detection electrodes and the electrodes 13a and 13d as drive electrodes (step S3). Next, the drive voltage is applied four times from the drive circuit 16 to the drive electrodes 13a and 13d. Next, the CPU 15 calculates the addition average of the signals output from the detection electrodes 13b and 13c, and calculates the position information of the detected object in the Y-axis direction (step S4).

次に、Z軸方向の被検出体の位置情報が検出される。まず、マルチプレクサ14により、検出電極として電極13aが切替えられ、駆動電極として残りの電極13b〜13dが切替えられる。次いで、3本の駆動電極13b〜13dに、駆動回路16から駆動電圧が印加され、検出電極13aから信号が出力される(ステップS5)。次に、マルチプレクサ14により、検出電極として電極13bが切替えられ、駆動電極として残りの電極13a、13c及び13dが切替えられる。次いで、3本の駆動電極13a、13c及び13dに、駆動回路16から駆動電圧が印加され、検出電極13bから信号が出力される(ステップS6)。   Next, position information of the detected object in the Z-axis direction is detected. First, the multiplexer 14 switches the electrode 13a as a detection electrode, and switches the remaining electrodes 13b to 13d as drive electrodes. Next, a drive voltage is applied from the drive circuit 16 to the three drive electrodes 13b to 13d, and a signal is output from the detection electrode 13a (step S5). Next, the multiplexer 14 switches the electrode 13b as a detection electrode, and switches the remaining electrodes 13a, 13c, and 13d as drive electrodes. Next, a drive voltage is applied from the drive circuit 16 to the three drive electrodes 13a, 13c, and 13d, and a signal is output from the detection electrode 13b (step S6).

次に、マルチプレクサ14により、検出電極として電極13cが切替えられ、残りの電極13a、13b及び13dが駆動電極として切替えられる。次いで、3本の駆動電極13a、13b及び13dに、駆動回路16から駆動電圧が印加され、検出電極13cから信号が出力される(ステップS7)。次に、マルチプレクサ14により、検出電極として電極13dが切替えられ、駆動電極として残りの電極13a〜13cが切替えられる。次いで、電極13a〜13cに駆動回路16から駆動電圧が印加され、検出電極13dから信号が出力される(ステップS8)。最後に、CPU15により、ステップS5ないしS8の間に検出電極として用いられた電極13a〜13dから出力された信号の加算平均を算出し、被検出体のZ軸方向の位置情報が算出される(ステップS9)。以上のようにして、3軸方向に対してそれぞれ4回被検出体の検出を行った後、再びX軸方向から順に被検出体の検出が行われる(再びステップS1)。   Next, the multiplexer 14 switches the electrode 13c as a detection electrode, and switches the remaining electrodes 13a, 13b, and 13d as drive electrodes. Next, a drive voltage is applied from the drive circuit 16 to the three drive electrodes 13a, 13b, and 13d, and a signal is output from the detection electrode 13c (step S7). Next, the multiplexer 14 switches the electrode 13d as a detection electrode, and switches the remaining electrodes 13a to 13c as drive electrodes. Next, a drive voltage is applied from the drive circuit 16 to the electrodes 13a to 13c, and a signal is output from the detection electrode 13d (step S8). Finally, the CPU 15 calculates the average of the signals output from the electrodes 13a to 13d used as the detection electrodes during steps S5 to S8, and calculates the position information of the detection target in the Z-axis direction ( Step S9). As described above, after detecting the detected object four times in each of the three axis directions, the detected object is detected again in order from the X axis direction (step S1 again).

本実施の形態では、3軸方向に対してそれぞれ4回被検出体の測定が行われる。このように、各軸方向に対して4回測定し、各軸方向の出力信号の加算平均を算出することにより、被検出体の検出感度を向上させることができる。特に、本実施の形態では、Z軸方向の検出において、各電極13a〜13dを少なくとも1回検出電極として用いて検出することにより、Z軸方向の被検出体が何れの方向から接近しても、均等な感度で検出することができる。尚、本実施の形態では、Z軸方向の検出体に対して、検出電極1本のみを用いる構成としたが、Z軸方向の検出に用いる検出電極には、複数の電極13a〜13dを切替えて用いてもよい。これらの中でも、検出感度を向上する観点から、Z軸方向の検出には、Z軸方向の検出の際に駆動電圧として用いられる電極13a〜13dと同数以上の電極13a〜13dを切替えて用いることが好ましい。   In the present embodiment, the detection target is measured four times in each of the three axial directions. Thus, the detection sensitivity of the detection target can be improved by measuring four times in each axial direction and calculating the addition average of the output signals in each axial direction. In particular, in the present embodiment, in the detection in the Z-axis direction, each of the electrodes 13a to 13d is detected at least once as a detection electrode, so that the detected object in the Z-axis direction can approach from any direction. , Can be detected with equal sensitivity. In the present embodiment, only one detection electrode is used for the detection body in the Z-axis direction, but a plurality of electrodes 13a to 13d are switched to the detection electrode used for detection in the Z-axis direction. May be used. Among these, from the viewpoint of improving the detection sensitivity, for the detection in the Z-axis direction, the electrodes 13a to 13d having the same number or more as the electrodes 13a to 13d used as the drive voltage in the detection in the Z-axis direction are switched and used. Is preferred.

次に、再び図1を参照して、以上のように構成された本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置の動作について説明する。まず、マルチプレクサ14によって、検出方向に応じて任意の電極13a〜13dが駆動電極及び検出電極として切替えられる。次いで、CPU15よりタイミング制御された駆動電圧が駆動回路16より駆動電極に印加される。駆動電極に印加された駆動電圧により、検出電極から静電容量に応じた信号が出力される。検出電極から出力された信号は、検出回路17に入力され、増幅回路18に入力されて増幅される。増幅された出力信号は、A/Dコンバータ19でフィルタリング処理及びA/D変換されてCPU15に入力される。CPU15では、入力された出力信号を基に被検出体の位置情報及び動作を検出する。以上のようにして、本実施の形態に係る近接センサ装置では、被検出体の接近によって生じるセンサ部11の静電容量に基づいて、被検出体の位置情報及び動作を検出する。   Next, the operation of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. 1 again. First, the multiplexer 14 switches arbitrary electrodes 13a to 13d as drive electrodes and detection electrodes according to the detection direction. Next, the drive voltage whose timing is controlled by the CPU 15 is applied from the drive circuit 16 to the drive electrodes. A signal corresponding to the capacitance is output from the detection electrode by the drive voltage applied to the drive electrode. The signal output from the detection electrode is input to the detection circuit 17 and input to the amplification circuit 18 to be amplified. The amplified output signal is filtered and A / D converted by the A / D converter 19 and input to the CPU 15. The CPU 15 detects the position information and operation of the detection target based on the input output signal. As described above, in the proximity sensor device according to the present embodiment, the position information and the operation of the detected object are detected based on the capacitance of the sensor unit 11 generated by the approach of the detected object.

ここで、本発明者らは、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置における被検出体のZ軸方向の距離と検出電極からの出力値との相関について詳細に調べた。その結果、本実施の形態に係る近接センサ装置は、被検出体とセンサとの間の距離と出力値の対数との間の線形性が特に良好であることが分かった。以下、次に、図7(a)、(b)を参照して、本発明者らが調べた内容について詳細に説明する。   Here, the inventors examined in detail the correlation between the distance in the Z-axis direction of the detected object and the output value from the detection electrode in the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment. As a result, it was found that the proximity sensor device according to the present embodiment has particularly good linearity between the distance between the detected object and the sensor and the logarithm of the output value. Hereinafter, the contents investigated by the present inventors will be described in detail with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b).

図7(a)に示すように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、センサ面−被検出体距離/電極間隔の比がおおむね1.5以下の範囲で特に効果的に被検出体の近接を検出することができる。ここで、電極間隔とは、図1のような電極配置において対向する電極13aと電極13d間の距離、および電極13cと電極13b間の距離の平均値であり、本実施の形態においては電極間距離を10cmとした。特に図7(b)に示すように、センサ面−被検出体距離/電極間隔の比が1以下の範囲において、被検出体とセンサ面との距離と電極間隔との比をX軸に、出力値の対数をY軸にしてプロットした場合、距離と出力値との間の相関係数が0.9997となり極めて線形性が高いことが分かる。すなわち本実施の形態においては、センサ面と被検出体との距離が15cm程度までは十分に測定が可能であり、また距離が10cm以下の範囲では非常によい線形性で測定可能であった。   As shown in FIG. 7 (a), the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment is particularly effective when the ratio of the sensor surface-detected object distance / electrode spacing is approximately 1.5 or less. The proximity of the detection target can be detected. Here, the electrode spacing is the average value of the distance between the electrodes 13a and 13d facing each other in the electrode arrangement as shown in FIG. 1 and the distance between the electrodes 13c and 13b. The distance was 10 cm. In particular, as shown in FIG. 7 (b), in the range where the ratio of the sensor surface-detected object distance / electrode interval is 1 or less, the ratio of the distance between the detected object and the sensor surface and the electrode interval is taken as the X axis, When the logarithm of the output value is plotted on the Y axis, the correlation coefficient between the distance and the output value is 0.9997, which indicates that the linearity is extremely high. In other words, in the present embodiment, the distance between the sensor surface and the object to be detected can be sufficiently measured up to about 15 cm, and the distance can be measured with very good linearity within the range of 10 cm or less.

このように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、Z軸方向について、特に高い精度で被検出体31を検出することができる。これにより、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、距離測定装置としても使用可能である。通常、静電容量式の近接センサ装置では、検出対象となる被検出体31の大きさが異なる場合、信号強度にブレが発生し、正確な距離の測定は困難となる。これに対し、本実施の形態に係る近接センサは、上述したような電極切替え制御を行うことにより、センサ部11に対するZ軸方向の被検出体の検出方向の指向性を低減することができる。特に、本実施の形態では、センサ部11の電極13a〜13dで囲まれた範囲内において、被検出体とセンサ面13との間の距離を精度よく検出できるので、被検出体の正確な位置情報及び被検出体の近接方向を正確に検出することが可能となる。   Thus, the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment can detect the detection target 31 with particularly high accuracy in the Z-axis direction. Thereby, the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment can also be used as a distance measuring device. Usually, in the capacitive proximity sensor device, when the size of the detection target 31 to be detected is different, the signal intensity is blurred, and it is difficult to accurately measure the distance. On the other hand, the proximity sensor according to the present embodiment can reduce the directivity of the detection direction of the detection object in the Z-axis direction with respect to the sensor unit 11 by performing the electrode switching control as described above. In particular, in the present embodiment, since the distance between the detected object and the sensor surface 13 can be detected with high accuracy within the range surrounded by the electrodes 13a to 13d of the sensor unit 11, the accurate position of the detected object is determined. It is possible to accurately detect the information and the proximity direction of the detection target.

次に、本実施の形態に係る近接センサ装置の応用例について説明する。本実施の形態に係る近接センサ装置は、被検出体の3軸方向の位置情報を正確に検出することが可能となるので、CPU15で検出された被検出体の位置情報を、所定の時定数で処理するモーション検出手段と組み合わせて用いることにより、被検出体の3次元方向の各種モーションを検出可能なモーション検出装置や各種入力装置に応用することができる。以下、図8〜図10を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を用いた各種モーション検出装置について説明する。   Next, an application example of the proximity sensor device according to the present embodiment will be described. Since the proximity sensor device according to the present embodiment can accurately detect the position information of the detected object in the three-axis directions, the position information of the detected object detected by the CPU 15 is used as a predetermined time constant. By using in combination with the motion detection means that is processed in the above, it can be applied to a motion detection device and various input devices capable of detecting various motions in the three-dimensional direction of the detected object. Hereinafter, with reference to FIGS. 8 to 10, various motion detection devices using the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described.

図8(a)、(b)を参照して、本実施の形態に係るモーション検出装置で検出可能なモーションの一例について説明する。図8(a)、(b)は、図5(a)、(b)に示す、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置のセンサ面13に対し、被検出体31をセンサ面13の高さ方向(Z軸方向)に対して上下に動かした際の、経過時間に対するセンサ部11からの出力信号の波形を示す図である。尚、図8(a)、(b)においては、10ms毎に被検出体の位置情報をXYZ各軸について各4回測定して平均の算出を行っている。   With reference to FIGS. 8A and 8B, an example of motion that can be detected by the motion detection apparatus according to the present embodiment will be described. 8 (a) and 8 (b) show the detected object 31 as a sensor surface with respect to the sensor surface 13 of the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). It is a figure which shows the waveform of the output signal from the sensor part 11 with respect to elapsed time when it moves up and down with respect to 13 height directions (Z-axis direction). 8A and 8B, the position information of the detected object is measured four times for each axis of XYZ every 10 ms, and the average is calculated.

図8(a)に示す例は、センサ面13に対して、被検出体31を高さ方向に2度上下にさせた場合(以下、高さ方向に上下させる動作をタップといい、この操作を2度繰り返すことをダブルタップという)の出力信号の信号強度の変化を示している。図8(a)に示すように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、高さ方向に対する検出方向に指向性がなく、高い検出感度を有するので、ダブルタップ動作した場合においても、出力信号の信号強度の波形にピークが2つ生じ、ダブルタップ動作を精度よく検出できることが分かる。また、ダブルタップ動作を3回繰り返した場合においても、それぞれの出力信号の波形にピークが2つ生じ、ダブルタップ動作を再現性良く検出できることが分かる。これらの結果から、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、タップ動作を精度よく検出でき、ダブルタップ動作を入力操作に利用した入力装置に応用可能であることが分かる。   In the example shown in FIG. 8A, when the detected body 31 is moved up and down twice in the height direction with respect to the sensor surface 13 (hereinafter, the operation of moving up and down in the height direction is called a tap. 2 is a change in the signal strength of the output signal. As shown in FIG. 8A, the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment has no directivity in the detection direction with respect to the height direction and has high detection sensitivity. However, it can be seen that two peaks occur in the waveform of the signal strength of the output signal, and the double tap operation can be detected with high accuracy. It can also be seen that even when the double tap operation is repeated three times, two peaks occur in the waveform of each output signal, and the double tap operation can be detected with good reproducibility. From these results, it can be seen that the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment can detect the tap operation with high accuracy and can be applied to an input device using the double tap operation for the input operation.

また、図8(b)は、本実施の形態に係る近接センサに対し、異なる速度でタップ動作したときの出力信号の波形の経時時間に対する変化を示している。図8(b)に示すように、本実施の形態に係る近接センサでは、相対的に速い速度でタップ動作した場合の出力信号の波形(図中左側3本)は、半値幅が小さく、鋭いピークとなることが分かる。一方、相対的に遅い速度でタップ動作した場合の出直信号の波形(図中右側の2本)は、相対的に速い速度でタップ動作した場合と比較し、出力信号の波形がブロードとなることが分かる。また、相対的に速い速度でタップ動作を繰り返した場合の波形の再現性と相対的に遅い速度でタップ動作を繰り返した場合の波形とを比較した場合、それぞれ再現性良く一定形状の波形が得られることが分かる。このように、本実施の形態に係る近接センサ装置は、タップ動作の速度を再現性よく出力信号の波形で識別できるので、タップ動作の速度差を入力操作に利用した入力装置に応用可能であることが分かる。   FIG. 8B shows a change with time of the waveform of the output signal when the proximity sensor according to the present embodiment is tapped at different speeds. As shown in FIG. 8B, in the proximity sensor according to the present embodiment, the waveform of the output signal when the tap operation is performed at a relatively high speed (three on the left side in the figure) has a small half-value width and is sharp. It turns out that it becomes a peak. On the other hand, the waveform of the output signal when the tap operation is performed at a relatively slow speed (the two on the right side in the figure) is broader than that when the tap operation is performed at a relatively high speed. I understand that. In addition, when comparing the reproducibility of the waveform when the tap operation is repeated at a relatively high speed and the waveform when the tap operation is repeated at a relatively low speed, a waveform with a constant shape is obtained with good reproducibility. You can see that As described above, the proximity sensor device according to the present embodiment can identify the speed of the tap operation with the waveform of the output signal with high reproducibility, and thus can be applied to an input device using the difference in the speed of the tap operation for the input operation. I understand that.

図8(a)に示したダブルタップ動作、および図8(b)に示したタップ動作を判別するためには、例えば次のように判別すればよい。出力信号が最初のピークから1000ms以内にピークが始まる前の水準まで低下し、かつ最初のピークから300ms以上下降または停滞した場合にはシングルタップと判断する。また、最初のピーク300ms以内に下降から再度上昇に転じ、最初のピークから600ms以内に次のピークが現れ、最初のピークから1000ms以内にピークが始まる前の水準まで低下した場合にはダブルタップと判断する。   In order to determine the double tap operation illustrated in FIG. 8A and the tap operation illustrated in FIG. 8B, for example, the following determination may be performed. If the output signal falls to a level before the peak starts within 1000 ms from the first peak, and falls or stagnates for more than 300 ms from the first peak, it is determined as a single tap. In addition, when the first peak falls within 300 ms and then rises again, the next peak appears within 600 ms from the first peak, and drops to the level before the peak starts within 1000 ms from the first peak. to decide.

次に、図9(a)、(b)、(c)を参照して、本実施の形態に係るモーション検出装置で検出可能なモーションの他の例について説明する。図9(a)は、センサ部91に対して被検出体31をどのように動かすかを示す図であり、図9(b)、(c)は、センサ部91に対して、センサ部91と被検出体31との間のZ軸方向の距離が異なる2つの位置において、XY平面内での所定の大きさの円運動を行った場合の出力信号の強度のXZプロット図であり、横軸にX軸方向の出力値、縦軸にZ軸方向の出力値をプロットしている。   Next, another example of motion that can be detected by the motion detection device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9A is a diagram illustrating how the detection target 31 is moved with respect to the sensor unit 91, and FIGS. 9B and 9C are diagrams illustrating the sensor unit 91 with respect to the sensor unit 91. FIG. 6 is an XZ plot diagram of the intensity of an output signal when a circular motion of a predetermined size in the XY plane is performed at two positions where the distance in the Z-axis direction is different from the detected object 31; The output value in the X-axis direction is plotted on the axis, and the output value in the Z-axis direction is plotted on the vertical axis.

図9(b)においては、センサ部91と被検出体31との間の距離が3〜4cm程度であり、この場合、出力信号の平均レベルが約240程度であることが分かる。一方、図9(c)に示すように、センサ部91と被検出体31との間の距離が8〜10cmと大きい場合、出力信号の平均レベルが約160程度となることが分かる。また、X軸方向の出力値の変化が小さくなることが分かる。これらの結果から、本実施の形態に係るモーション検出装置では、被検出体31とセンサ部91との間の距離が異なる少なくとも2種類のXY平面内での回転操作を、信号強度が異なる2種類の回転動作を入力操作として識別できることが分かる。   In FIG. 9B, it can be seen that the distance between the sensor unit 91 and the detection target 31 is about 3 to 4 cm, and in this case, the average level of the output signal is about 240. On the other hand, as shown in FIG. 9C, when the distance between the sensor unit 91 and the detection target 31 is as large as 8 to 10 cm, the average level of the output signal is about 160. It can also be seen that the change in the output value in the X-axis direction is small. From these results, in the motion detection device according to the present embodiment, at least two types of rotation operations in the XY plane having different distances between the detected object 31 and the sensor unit 91 are subjected to two types having different signal strengths. It can be seen that the rotational motion of can be identified as an input operation.

このとき、同時にXY平面での情報も用いることにより、さらなる応用が可能となる。図10を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を用いた別の応用例について説明する。上述したように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、被検出体の3軸方向の位置情報を検出可能であると共に、高さ方向の距離差により、出力信号の信号強度のことなる出力信号を検出可能である。これを利用して、位置、高さ、回転方向といった多彩な入力か可能なモーション検出装置を構成することもできる。以下、その原理について説明する。   At this time, further application is possible by simultaneously using information on the XY plane. With reference to FIG. 10, another application example using the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described. As described above, the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment can detect the position information of the detection target in the three axial directions, and the signal strength of the output signal can be determined by the distance difference in the height direction. It is possible to detect a different output signal. By using this, it is possible to configure a motion detection device that can accept various inputs such as position, height, and rotation direction. Hereinafter, the principle will be described.

図10は、本実施の形態に係る近接センサ装置において、XY平面方向に対して回転運動を行った場合における、出力信号の強度のXYプロット図である。図10の横軸は、被検出体31のX軸方向の移動距離を示し、縦軸がY軸方向の移動距離を示している。図10の曲線L1は、センサ部91に対し、高さ方向の距離が小さい条件で被検出体31がXY平面内を回転運動した際の被検出体31の軌跡を示している。一方、図10の曲線L2は、センサ部91に対し、高さ方向の距離が大きい条件で被検出体31がXY平面内を回転運動した際の被検出体31の軌跡を示している。図10に示すように、被検出体31とセンサ部91との間の距離が小さい条件で回転運動した曲線L1は、曲線L2より回転半径が大きいことが分かる。   FIG. 10 is an XY plot diagram of the intensity of the output signal when the proximity sensor device according to the present embodiment is rotated in the XY plane direction. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the movement distance of the detection target 31 in the X-axis direction, and the vertical axis indicates the movement distance in the Y-axis direction. A curve L1 in FIG. 10 indicates the locus of the detection target 31 when the detection target 31 rotates in the XY plane with a small distance in the height direction with respect to the sensor unit 91. On the other hand, the curve L2 in FIG. 10 shows the locus of the detected body 31 when the detected body 31 rotates in the XY plane with respect to the sensor unit 91 under the condition that the distance in the height direction is large. As shown in FIG. 10, it can be seen that the curve L1 rotationally moved under the condition that the distance between the detection target 31 and the sensor unit 91 is small has a larger radius of rotation than the curve L2.

本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置では、XY平面内における被検出体の軌跡(曲線L1、L2)を所定の時定数で検出し、それぞれのプロット点のXY平面内での位置情報及びZ軸方向における高さを検出し、さらにそれぞれのプロット点を極座標変換することにより、センサ面13上での被検出体の回転運動の中心点P1を検出することができる。この情報と、図9に示された回転運動中の高さの情報とをあわせて判断することにより、センサ面上のどの位置で、どの高さで、どの方向に被検出体の回転モーションが行われたかを適格に検出することが出来るため、一度の回転操作で多彩な入力が可能となる。また、位置の検出をせずに単に回転が行われたことのみを知ればよい場合には、検出開始時にモーション検出の基準点を設定するキャリブレーションを行わなくとも被検出体の回転運動によるモーションを検出することができる。このように、基準点を自動的に検出することにより、キャリブレーションを行うことなく入力装置として用いることができるので、例えば、検出領域内に他の被検出体が侵入した際に、センサ部に形成された静電容量が変化した場合においても基準点を自動校正することができ、リモコンなどの入力装置に用いた場合に特に有効である。   In the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment, the locus (curves L1, L2) of the detected object in the XY plane is detected with a predetermined time constant, and the position of each plot point in the XY plane. By detecting the information and the height in the Z-axis direction, and further converting each plot point to polar coordinates, the center point P1 of the rotational motion of the detected object on the sensor surface 13 can be detected. By judging this information together with the height information shown in FIG. 9, the rotational motion of the detected object can be detected at any position on the sensor surface, at any height and in any direction. Since it is possible to properly detect whether it has been performed, it is possible to perform various inputs with a single rotation operation. In addition, if it is only necessary to know that the rotation has been performed without detecting the position, the motion due to the rotational motion of the detected object can be performed without performing the calibration for setting the reference point of the motion detection at the start of detection. Can be detected. Thus, by automatically detecting the reference point, it can be used as an input device without performing calibration. For example, when another detected object enters the detection area, The reference point can be automatically calibrated even when the formed capacitance changes, which is particularly effective when used for an input device such as a remote controller.

次に、図11〜図13を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を備えた入力装置について説明する。図11(a)、(b)は、回転運動とセンサ部への近接操作とを組み合わせた入力装置の一例である。図11(a)、(b)に示す入力装置は、矩形形状のセンサ部111上のセンサ面112の中央に表示装置113を配置し、センサ面112の4辺に電極113a〜113dを配置した例である。この入力装置に対して入力操作を行う場合、センサ面112上で被検出体31を動かすことにより、センサ面112上に形成された静電容量が変化する。このセンサ面112上の静電容量の変化を検出することにより、入力操作が行われる。   Next, with reference to FIGS. 11 to 13, an input device including the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described. FIGS. 11A and 11B are examples of an input device that combines a rotational motion and a proximity operation to the sensor unit. In the input device shown in FIGS. 11A and 11B, the display device 113 is disposed at the center of the sensor surface 112 on the rectangular sensor unit 111, and the electrodes 113 a to 113 d are disposed on the four sides of the sensor surface 112. It is an example. When an input operation is performed on the input device, the capacitance formed on the sensor surface 112 changes by moving the detection target 31 on the sensor surface 112. An input operation is performed by detecting a change in capacitance on the sensor surface 112.

次に、図11(a)、(b)に示す入力装置の具体的な操作例について説明する。この入力装置は、表示装置113の画面中に複数の切替え可能なアイコンを表示し、被検出体31とセンサ面112の距離に応じて、表示を切替え可能に構成して用いられる。例えば、図11(a)に示すように、被検出体31とセンサ面112(センサ部111)の距離が遠い場合には、「機能」と「検索」のアイコンが表示されているが、図11(b)に示すように被検出体31がセンサ面112に対して接近したことを検出し、「時刻」と「電卓」のアイコンを表示させる。図11(a)(b)いずれかのアイコンが表示された状態でセンサ面に略平行に被検出体31の回転操作が検出されると、表示装置113に表示されているアイコンのうちどれが選択されたかを判定して、選択された機能の入力動作とする。この判定には、回転の中心のXY座標を算出し、この座標と表示装置113に表示されているアイコンの位置との比較からどのアイコンが選択されたかを判定してもよいし、アイコンと回転方向とを対応させてもよい。また、回転方向によって他の操作を行うことも可能である。このように、被検出体31の回転操作の位置、高さ、方向を同時に検出することにより、多彩な入力操作が可能な入力装置を構成することが出来る。   Next, a specific operation example of the input device shown in FIGS. 11A and 11B will be described. This input device displays a plurality of switchable icons on the screen of the display device 113, and is configured to be switchable according to the distance between the detected object 31 and the sensor surface 112. For example, as shown in FIG. 11A, when the distance between the detected object 31 and the sensor surface 112 (sensor unit 111) is far, icons of “function” and “search” are displayed. As shown in FIG. 11B, it is detected that the detected object 31 has approached the sensor surface 112, and icons of “time” and “calculator” are displayed. 11A and 11B, when a rotation operation of the detection target 31 is detected substantially parallel to the sensor surface in a state where any icon is displayed, which of the icons displayed on the display device 113 is detected. It is determined whether it has been selected, and the selected function is input. For this determination, the XY coordinates of the center of rotation may be calculated, and it may be determined which icon has been selected from a comparison between the coordinates and the position of the icon displayed on the display device 113. The direction may be made to correspond. It is also possible to perform other operations depending on the rotation direction. In this way, by simultaneously detecting the position, height, and direction of the rotation operation of the detection target 31, an input device capable of various input operations can be configured.

また、回転操作と高さ方向の操作の組み合わせ方を変えて用いることも出来る。すなわちこの入力装置は、表示装置113の画面中に複数の切替え可能なアイコンを表示し、被検出体31などの回転操作により、表示を切替え可能に構成して用いてもよい。例えば、図11(a)、(b)に示すように、表示装置113の表示を被検出体31の回転操作により、「機能」と「検索」から「時刻」と「電卓」などに切替える。ここで、入力装置と被検出体31との間の距離がほぼ一定の場合、信号強度もほぼ一定となるので、表示の切替えのみが行われる。次に、「時刻」と「電卓」のアイコンが表示された状態で、図11(b)に示すように、被検出体31をセンサ面112に対して接近させる。このような被検出体31の近接動作により、入力装置内に設けられる静電容量式近接センサ装置で検出される出力信号が増大する。ここで、信号出力に一定の閾値を設けることにより、被検出体31の近接による信号強度の変化を入力動作として認識でき、入力装置のセンサ面112に対し、被検出体31が接触することなく「時刻」と「電卓」のアイコンを選択可能な入力装置を構成することができる。   In addition, it is possible to change the combination of the rotation operation and the height operation. In other words, this input device may be configured to display a plurality of switchable icons on the screen of the display device 113 and to switch the display by a rotating operation of the detected body 31 or the like. For example, as shown in FIGS. 11A and 11B, the display on the display device 113 is switched from “function” and “search” to “time” and “calculator” by rotating the detected object 31. Here, when the distance between the input device and the detection target 31 is substantially constant, the signal intensity is also substantially constant, so that only display switching is performed. Next, in a state where the icons of “time” and “calculator” are displayed, the detected object 31 is brought closer to the sensor surface 112 as shown in FIG. Due to the proximity operation of the detection target 31, the output signal detected by the capacitive proximity sensor device provided in the input device increases. Here, by providing a certain threshold for the signal output, a change in signal intensity due to the proximity of the detected object 31 can be recognized as an input operation, and the detected object 31 does not contact the sensor surface 112 of the input device. An input device capable of selecting the icons of “time” and “calculator” can be configured.

次に、図12を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサを用いた入力装置の他の例について説明する。図12は、センサ部121に対する被検出体31の回転操作(方向)と被検出体31の近接操作を組み合わせた入力装置の構成を示している。上述したように、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置は、センサ部121上での回転方向を特定することが可能である。これを利用し、センサ部121上で、被検出体31の回転方向により、選択リストの選択順を右回転と左回転とで変更可能に構成することにより、センサ部121上での被検出体31の回転方向を利用した入力装置が構成可能となる。入力操作は、図11(a)、(b)に示した例と同様に、被検出体31をセンサ部121に対して接近させることにより行うことが可能である。   Next, another example of the input device using the capacitive proximity sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows a configuration of an input device that combines a rotation operation (direction) of the detection target 31 with respect to the sensor unit 121 and a proximity operation of the detection target 31. As described above, the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment can specify the rotation direction on the sensor unit 121. By using this, the selection order of the selection list can be changed between right rotation and left rotation according to the rotation direction of the detection target 31 on the sensor unit 121, thereby detecting the detection target on the sensor unit 121. An input device using the rotation direction of 31 can be configured. The input operation can be performed by bringing the detected object 31 closer to the sensor unit 121 as in the example shown in FIGS.

次に、図13(a)、(b)を参照して、本実施の形態に係る静電容量式近接センサ装置を用いた入力装置の別の応用例について説明する。図13(a)に示す例は、被検出体31などの被検出体の高さ方向を含む回転運動を用いた入力装置の模式図である。図13(a)に示す入力装置では、被検出体31の高さ方向を含む3次元方向の回転運動をセンサ部131で検出し、入力操作を行うことが可能となる。上述したように、本実施の形態に係るモーション検出装置は、高さ方向のモーションに対し、高い検出精度を有するので、このような入力装置を構成することが可能となる。   Next, with reference to FIGS. 13A and 13B, another application example of the input device using the capacitive proximity sensor device according to the present embodiment will be described. The example shown in FIG. 13A is a schematic diagram of an input device using a rotational motion including the height direction of a detection object such as the detection object 31. In the input device illustrated in FIG. 13A, it is possible to detect a rotational motion in a three-dimensional direction including the height direction of the detection target 31 with the sensor unit 131 and perform an input operation. As described above, since the motion detection device according to the present embodiment has high detection accuracy with respect to the motion in the height direction, it is possible to configure such an input device.

図13(b)は、図13(a)の入力装置で検出された出力信号の実測値を示す例である。図13(b)に示す例は、YZ平面の出力信号の実測値であり、横軸は、Y軸方向の出力値の大きさから算出したセンサ面131の中心からのY軸方向の距離を示し、縦軸がセンサ部131からの高さ方向の距離に応じた出力値の大きさを示している。この入力装置では、図13(a)に示すように、センサ面に近い領域で被検出体31により、入力操作を行った場合、出力値が大きくなり、センサ面に遠い領域で入力操作を行った場合、出力値が大きくなる。図13(b)に示す例では、センサ面に近い領域では、出力値が320程度となり、センサ面から遠い領域では出力信号が100程度と明確に識別でき、さらに、Y軸方向の変位も検出できていることが分かる。   FIG. 13B is an example showing an actual measurement value of the output signal detected by the input device of FIG. The example shown in FIG. 13B is an actual measurement value of the output signal on the YZ plane, and the horizontal axis represents the distance in the Y-axis direction from the center of the sensor surface 131 calculated from the magnitude of the output value in the Y-axis direction. The vertical axis indicates the magnitude of the output value corresponding to the distance in the height direction from the sensor unit 131. In this input device, as shown in FIG. 13A, when an input operation is performed by the detected object 31 in a region close to the sensor surface, the output value becomes large, and the input operation is performed in a region far from the sensor surface. Output value increases. In the example shown in FIG. 13B, the output value is about 320 in the region close to the sensor surface, the output signal can be clearly identified as about 100 in the region far from the sensor surface, and the displacement in the Y-axis direction is also detected. You can see that it is made.

このような高さ方向を含む回転検出が出来ることにより、XY平面上、YZ平面上、XZ平面上と3種類の回転を判別可能であり、回転方向を含めると6種類の入力が可能となる。これによりさらに多彩な入力が可能となる。例えば図11、図12に示したような入力装置において、高さ方向を含む回転操作に別の操作を割り当てることも可能となる。デジタルフォトフレームにおいては、表示部の周辺に設けた電極で回転操作を検知することにより、画像の送り、フォルダ変更、拡大縮小の操作を回転操作のみで行うことが可能である。また、オーディオや動画などのメディアプレーヤーなどにおいても同様に、早送り/巻き戻し、メディアの先頭へのスキップ/次のメディアへ移動、フォルダ変更の操作を回転操作のみで行うことが可能である。また、PCなどに縦方向のスクロール、横方向のスクロールなどの入力を直感的な操作で行うことが可能となる。   Since rotation detection including such a height direction can be performed, three types of rotations can be discriminated on the XY plane, the YZ plane, and the XZ plane, and six types of input can be performed when the rotation direction is included. . As a result, more various inputs are possible. For example, in the input device as shown in FIGS. 11 and 12, it is possible to assign another operation to the rotation operation including the height direction. In a digital photo frame, it is possible to perform image feed, folder change, and enlargement / reduction operations only by a rotation operation by detecting a rotation operation with electrodes provided around the display unit. Similarly, in media players such as audio and moving images, fast forward / rewind, skip to the top of the media / moving to the next media, and folder change operations can be performed only by rotating operations. In addition, it is possible to perform input such as vertical scrolling and horizontal scrolling on a PC or the like by an intuitive operation.

以上説明したように、本実施の形態に係る近接センサ装置によれば、基準面に配置される少なくとも3つの複数の電極を備え、それぞれの電極を切替えながら被検出体を検出することにより、被検出体の3軸方向の位置情報及びモーションを精度良く検出することができる。また、平面方向の回転運動に加え、高さ方向の回転運動も入力操作に用いることができるので、入力装置に用いた場合により確実に入力操作を行うことができる入力装置を実現することができる。   As described above, the proximity sensor device according to the present embodiment includes at least three electrodes arranged on the reference plane, and detects the object to be detected while switching the electrodes. It is possible to detect the position information and motion of the detection body in the three-axis directions with high accuracy. Further, since the rotational movement in the height direction can be used for the input operation in addition to the rotational movement in the plane direction, an input device capable of performing the input operation more reliably when used in the input device can be realized. .

特に、本実施の形態に係る入力装置によれば、Z軸方向に対する検出感度を向上させることができることに加え、検出方向の指向性を低減することができる。これにより、センサ部11に対して接近する被検出体までの距離と接近方向を正確に検出することができる。一方、例えば、赤外線などを用いた近接センサでは、センサ部に対する被検出体の距離を正確に検出することはできなかった。また、カメラなどを用いて被検出体の撮像により被検出体の近接を検出する場合、照明装置などが必要となることに加えて、撮像された写真及び映像が平面となるため、正確にセンサ部と被検出体との間の距離を検出することが困難であった。これに対して、本実施の形態に係る近接センサを用いた入力装置は、被検出体のセンサ部への接近に伴う静電容量の変化を検出するので、被検出体を視認することなく正確な距離を算出することができる。また、静電容量の変化を無段階に検出することができるので、センサ部に対する被検出体のZ軸方向からの接近を正確に検出することができる。   In particular, according to the input device according to the present embodiment, the detection sensitivity in the Z-axis direction can be improved, and the directivity in the detection direction can be reduced. Thereby, it is possible to accurately detect the distance to the detected object approaching the sensor unit 11 and the approach direction. On the other hand, for example, a proximity sensor using infrared rays or the like cannot accurately detect the distance of the detection target to the sensor unit. In addition, when detecting the proximity of the detected object by imaging the detected object using a camera or the like, in addition to the need for an illumination device, etc., the captured photo and video are flat, so the sensor is accurate. It was difficult to detect the distance between the part and the object to be detected. On the other hand, the input device using the proximity sensor according to the present embodiment detects a change in capacitance accompanying the approach of the detected object to the sensor unit, so that it is accurate without visually recognizing the detected object. A simple distance can be calculated. In addition, since the change in capacitance can be detected steplessly, the approach of the detected object from the Z-axis direction to the sensor unit can be accurately detected.

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態においては、検出電極及び駆動電極として4本の電極を用いる場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、検出電極及び駆動電極をそれぞれ少なくとも1本用いる構成にしても良い。また、上記実施の形態における、左右、上下、手前−奥行きの別、部材の数値、位置、大きさ、形状については適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. In the above embodiment, the case where four electrodes are used as the detection electrode and the drive electrode is described. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which at least one detection electrode and at least one drive electrode are used. Also good. Moreover, in the said embodiment, it is possible to change suitably about the right and left, upper and lower sides, front-depth distinction, the numerical value of a member, a position, a size, and a shape. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

本発明は、例えば、デジタルフォトフレーム、PC、オーディオの操作パネルなど、各種入力デバイスに適用可能である。   The present invention can be applied to various input devices such as a digital photo frame, a PC, and an audio operation panel.

11、111、121、131 センサ部
12 制御部
13、112 センサ面
13a〜13d、113a〜113d 電極
14 マルチプレクサ
15 CPU
16 駆動回路
17 検出回路
18 増幅回路
19 A/Dコンバータ
31 被検出体
113 表示装置
11, 111, 121, 131 Sensor part 12 Control part 13, 112 Sensor surface 13a-13d, 113a-113d Electrode 14 Multiplexer 15 CPU
16 drive circuit 17 detection circuit 18 amplification circuit 19 A / D converter 31 detected object 113 display device

Claims (10)

隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置され、前記基準面に属するX軸方向に対向配置された一方の電極対と、前記基準面に属し、前記X軸方向と直交するY軸方向に対向配置された他方の電極対とを含んでなる複数の電極と、
前記複数の電極のうち駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記複数の電極のうち検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続し、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び前記基準面に垂直なZ軸方向の位置情報を演算する演算手段と、を具備し、
前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段は、前記複数の電極内で駆動電極となる電極と検出電極となる電極とを順次切替えながら前記複数の電極を前記駆動回路及び前記検出回路に接続し、
前記X軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段は、前記一方の電極対を前記検出回路に接続し、前記他方の電極対を前記駆動回路に接続し、
前記Y軸方向の被検出体を検出位置する場合、前記切替え手段は、前記他方の電極対を前記検出回路に接続し、前記一方の電極対を前記駆動回路に接続することを特徴とする静電容量式近接センサ装置。
One electrode pair disposed in the reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes and disposed opposite to the X-axis direction belonging to the reference plane, and Y belonging to the reference plane and orthogonal to the X-axis direction A plurality of electrodes comprising the other electrode pair arranged opposite to each other in the axial direction;
A drive circuit for outputting a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode among the plurality of electrodes;
A detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes;
Switching means for connecting an electrode to be the drive electrode to the drive circuit, and connecting an electrode to be the detection electrode to the detection circuit;
Calculating means for calculating position information of the detected object in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the reference plane from the detection result of the detection circuit;
When detecting the detected body position in the Z-axis direction, the switching means switches the plurality of electrodes to the driving circuit and the electrodes while sequentially switching an electrode to be a driving electrode and an electrode to be a detection electrode within the plurality of electrodes. Connected to the detection circuit;
When detecting the detected object position in the X-axis direction, the switching means connects the one electrode pair to the detection circuit, connects the other electrode pair to the drive circuit,
When the detected object in the Y-axis direction is in a detection position, the switching means connects the other electrode pair to the detection circuit and connects the one electrode pair to the drive circuit. Capacitive proximity sensor device.
前記切替え手段は、前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記駆動電極の数が前記検出電極の数より多くなるように、前記複数の電極を前記駆動回路及び前記検出回路に接続することを特徴とする請求項1記載の静電容量式近接センサ装置。   The switching means connects the plurality of electrodes to the drive circuit and the detection circuit so that the number of the drive electrodes is larger than the number of the detection electrodes when detecting the detected object position in the Z-axis direction. The electrostatic capacity type proximity sensor device according to claim 1. 前記演算手段は、前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段によって切替えられたそれぞれの検出電極から出力された信号を加算平均して被検出体のZ軸方向の位置を求め、
前記X軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記検出回路で検出された前記一方の電極対の出力信号の差分値から被検出体のX軸方向の位置を求め、
前記Y軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記検出回路で検出された前記他方の電極対の差分値から被検出体のX軸方向の位置を求めることを特徴とする請求項1または請求項2記載の静電容量式近接センサ装置。
When detecting the detected object position in the Z-axis direction, the arithmetic means adds and averages the signals output from the respective detection electrodes switched by the switching means to determine the position of the detected object in the Z-axis direction. Seeking
When detecting the detected body position in the X-axis direction, the position in the X-axis direction of the detected body is obtained from the difference value of the output signal of the one electrode pair detected by the detection circuit,
The position of the detected object in the X-axis direction is obtained from the difference value of the other electrode pair detected by the detection circuit when detecting the position of the detected object in the Y-axis direction. The capacitive proximity sensor device according to claim 2.
隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置された少なくとも3つの複数の電極と、
前記複数の電極のうち駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記複数の電極のうち検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記駆動電極となる電極を前記駆動回路に接続し、前記検出電極となる電極を前記検出回路に接続する切替え手段と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の基準面に垂直な高さ方向の位置を演算する演算手段と、を具備し、
前記切替え手段は、前記駆動電極の数が前記検出電極より多くなるように、前記検出電極を前記複数の電極内で順次切り替えることを特徴とする静電容量式近接センサ装置。
At least three electrodes arranged in a reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes;
A drive circuit for outputting a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode among the plurality of electrodes;
A detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes;
Switching means for connecting an electrode to be the drive electrode to the drive circuit, and connecting an electrode to be the detection electrode to the detection circuit;
Calculating means for calculating the position in the height direction perpendicular to the reference surface of the detection object from the detection result of the detection circuit,
The capacitive proximity sensor device characterized in that the switching means sequentially switches the detection electrodes within the plurality of electrodes so that the number of the drive electrodes is larger than that of the detection electrodes.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の静電容量式近接センサ装置と、前記演算回路で演算された被検出体の位置情報を所定の時定数で処理し、前記被検出体のモーション検出を行うモーション検出手段とを備えたことを特徴とする静電容量式モーション検出装置。   5. The capacitive proximity sensor device according to claim 1, and the position information of the detected object calculated by the calculation circuit are processed with a predetermined time constant, and the motion of the detected object is detected. A capacitance type motion detection apparatus comprising: a motion detection means for performing detection. 前記モーション検出手段は、前記演算回路で演算された前記基準面に垂直な高さ方向の被検出体の位置情報を所定の時定数で処理し、前記被検出体の3軸方向の位置情報を所定の時定数で処理し、前記基準面に垂直な高さ方向から接近する前記被検出体の速度差を検出することを特徴とする請求項5記載の静電容量式モーション検出装置。   The motion detection means processes the position information of the detected object in the height direction perpendicular to the reference plane calculated by the calculation circuit with a predetermined time constant, and calculates the position information of the detected object in the three-axis directions. 6. The capacitance type motion detection apparatus according to claim 5, wherein processing is performed with a predetermined time constant, and a speed difference of the detected object approaching from a height direction perpendicular to the reference plane is detected. 前記モーション検出手段は、被検出体の基準面に略直交する高さ方向を含む回転運動を検出することを特徴とする請求項5または請求項6記載の静電容量式モーション検出装置。   The electrostatic capacity type motion detection device according to claim 5, wherein the motion detection unit detects a rotational motion including a height direction substantially orthogonal to a reference plane of a detection object. 請求項5から請求項7のいずれかに記載の静電容量式モーション検出装置を備えたことを特徴とする入力装置。   An input device comprising the capacitive motion detection device according to any one of claims 5 to 7. 隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置され、前記基準面に属するX軸方向に対向配置された一方の電極対と、前記基準面に属し、前記X軸方向と直交するY軸方向に対向配置された他方の電極対とを含んでなる複数の電極と、
前記複数の電極のうち駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、
前記複数の電極のうち検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果から被検出体の前記X軸方向、前記Y軸方向及び前記基準面に垂直なZ軸方向の位置情報を演算する演算手段と、を備えた静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法であって、
前記Z軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記駆動電極の数が前記検出電極の数より多くなるように、前記複数の電極を前記駆動回路及び前記検出回路に接続し、検出電極となる電極を順次切替え、
前記X軸方向の被検出体位置を検出する場合、前記切替え手段は、前記一方の電極対を前記検出回路に接続し、前記他方の電極対を前記駆動回路に接続し、
前記Y軸方向の被検出体を検出位置する場合、前記切替え手段は、前記他方の電極対を前記検出回路に接続し、前記一方の電極対を前記駆動回路に接続することを特徴とする電極駆動方法。
One electrode pair disposed in the reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes and disposed opposite to the X-axis direction belonging to the reference plane, and Y belonging to the reference plane and orthogonal to the X-axis direction A plurality of electrodes comprising the other electrode pair arranged opposite to each other in the axial direction;
A drive circuit for outputting a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode among the plurality of electrodes;
A detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes;
A capacitive proximity sensor device comprising: a calculation means for calculating position information of the detected object in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction perpendicular to the reference plane from the detection result of the detection circuit. An electrode driving method in
When detecting the detected object position in the Z-axis direction, the plurality of electrodes are connected to the drive circuit and the detection circuit so that the number of the drive electrodes is larger than the number of the detection electrodes, Switch the electrodes sequentially,
When detecting the detected object position in the X-axis direction, the switching means connects the one electrode pair to the detection circuit, connects the other electrode pair to the drive circuit,
When the detected object in the Y-axis direction is in a detection position, the switching means connects the other electrode pair to the detection circuit and connects the one electrode pair to the drive circuit. Driving method.
隣接電極間で容量を形成するように基準面内に配置された少なくとも3つの複数の電極と、前記複数の電極のうち、駆動電極となる電極に印加する駆動電圧を出力する駆動回路と、前記複数の電極のうち、検出電極となる電極から出力された信号を検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果から被検出体の基準面に垂直な高さ方向の位置を演算する演算手段と、を備えた静電容量式近接センサ装置における電極駆動方法であって、
前記基準面と直交する高さ方向の検出に用いる検出電極を前記複数の電極間で順次切替えることを特徴とする電極駆動方法。
At least three electrodes arranged in a reference plane so as to form a capacitance between adjacent electrodes, a drive circuit that outputs a drive voltage to be applied to an electrode to be a drive electrode among the plurality of electrodes, and A detection circuit for detecting a signal output from an electrode serving as a detection electrode among the plurality of electrodes, and a calculation means for calculating a position in a height direction perpendicular to the reference plane of the detected object from a detection result of the detection circuit; An electrode driving method in a capacitive proximity sensor device comprising:
An electrode driving method, wherein a detection electrode used for detection in a height direction orthogonal to the reference plane is sequentially switched between the plurality of electrodes.
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