JP3579908B2 - 静電容量形近接センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はセンサとなるセンサ部及びスイッチの主回路部を分離した分離型の静電容量形近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来検知電極と発振回路とをセンサ部とし、センサ部と検出スイッチ主回路部とを分離した分離型の近接スイッチが提案されている。図３はこのような従来の分離型近接スイッチのセンサ部の構成を示す回路図である。本図に示すように検知電極１はセンサ部の物体検知面に配置された電極であって、トランジスタＱ１のベースに接続される。トランジスタＱ１，Ｑ２は増幅器を構成しており、その出力の一部が検知電極１に近接する位置まで延ばされてこの間の静電容量Ｃ１が負帰還用の容量となっている。又コンデンサＣ２は正帰還用のコンデンサである。この発振回路は物体の近接によって検知電極１と接地端間の静電容量が大きくなると、静電容量Ｃ１による負帰還量が少なくなって発振を開始する。このような発振回路をそのままセンサ部に設けているため、センサ部と発振回路を除く近接スイッチ（以下主回路部という）とは電源内及び発振出力を主回路部に与えるため３本のラインで接続されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のセンサ分離型の静電容量形近接スイッチでは、センサ部内に発振回路をそのまま設けているためセンサ部内の構造が複雑になるという欠点があった。
【０００４】
又従来の発振回路はその振幅出力の一部が検知電極１に近接する位置にまで延長されて負帰還の静電容量が形成されているが、各機器によってその静電容量にばらつきがあり、特性が安定化しないという欠点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、センサ部の構造を簡略化し、特性を安定化させるようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は検知電極として用いられる第１導体層、第１導体層との間に絶縁体層を介して設けられた第２導体層、及び第２導体層から第１導体層とは逆の側に絶縁体層を介して設けられ、接地された第３導体層を有するセンサ部と、１つの芯線及び１つの被覆線を有し、一端が夫々センサ部の第１導体層及び第２導体層に接続されたシールドケーブルと、第１導体層及び第２導体層が夫々シールドケーブルの芯線及び被覆線を介して接続され、第１導体層が入力端、第２導体層が出力側に接続されたバッファ回路、第１導体層と物体との間の静電容量の変化に基づいた周波数で発振する発振回路、及び発振回路の発振周波数の変化に基づいて物体の近接を検知する検知回路を有する主回路部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
このような特徴を有する本発明によれば、センサ部は少なくとも第１〜第３の導体層によって構成され、第１導体層と対地間に物体が接近しているかどうかを第１導体層と物体間との静電容量の変化として判別している。第１導体層と第２導体層とはシールドケーブルによって主回路部の発振回路を構成するバッファ回路の夫々入出力端に接続されている。従ってこれらの電極は常に同一電位となり、この間では充放電が行われないため、これらの電極間の静電容量は無視できるものとなる。そしてこれらの第１，第２の導体層は第３のシールドアースパターンによって外部の影響が除かれる。この状態で第１導体層に物体が接近すれば、第１導体層と対地間との静電容量が変化する。そしてこの静電容量に対応した周波数で発振する主回路部の発振回路を用い、その発振周波数の変化によって物体の近接を検出するようにしている。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の一実施例による静電容量形近接スイッチのセンサ部及びアンプ部の前段部分を示す図である。本図においてセンサ部１１は３層のプリント基板１２によって構成される。このプリント基板１２の一方の面に形成される第１導体層のパターンは物体検知領域に対向して配置された検知電極１２ａであり、プリント基板１２の内部のパターンはこの検知電極１２ａをシールドするための第２導体層パターン、即ち同相シールドパターン１２ｂとする。又このプリント基板１２の他方の面に形成される第３導体層のパターンをアースパターン１２ｃとする。シールドアースパターン１２ｃは検知電極１２ａ，同相シールドパターン１２ｂに対する外来ノイズの影響を少なくするためのパターンである。そしてパターン１２ａ，１２ｂを夫々シールドケーブル１３の芯線及び被覆線に接続し、主回路部１４側に接続する。主回路部１４において検知電極１２ａが接続される芯線はバッファ回路１５の入力端に接続される。そしてバッファ回路１５の出力端はシールド線１３の被覆線に接続され、又シュミットトリガインバータ１６の入力端に接続される。帰還抵抗Ｒはシュミットトリガインバータ１６の出力端とバッファ回路１５の入力端との間に接続する。
【０００９】
ここで検知電極１２ａに接地された物体が近接すればその間の静電容量Ｃｄが増加する。バッファ回路１５とシュミットトリガインバータ１６はこの静電容量Ｃｄと帰還抵抗Ｒを時定数として発振する発振回路１７を構成しており、その出力は周期カウンタ１８に接続される。周期カウンタ１８は発振回路の発振周期を測定するものであって、その出力はリニアライザ１９に与えられる。リニアライザ１９は周期の変化を物体までの距離に対する変化として直線化するものである。リニアライザ１９の出力は表示回路２０及び比較回路２１に入力される。比較回路２１は入力信号を所定の閾値で弁別するものであり、物体の有無の判別信号として出力回路２２により出力される。
【００１０】
次に本実施例の動作を説明する。まず電源を投入すると、シュミットトリガインバータ１６の電源電圧は図２（ａ）に示すようにすぐに立上る。シュミットトリガインバータ１６は一定のヒステリシスを有するため、その入力レベルは最初は０レベルであり、帰還抵抗Ｒを介して徐々にコンデンサＣｄが充電される。従って電極１２ａの電位は図２（ｂ）に示すように徐々に上昇する。そしてシュミットトリガインバータ１６の閾値を越えれば出力は反転する。図２（ｃ）はシュミットトリガインバータ１６の出力を示している。反転後は抵抗Ｒを介してコンデンサＣｄの容量が放電することとなる。
【００１１】
以後は図２（ｂ），（ｃ）に示すように一定の周期で充放電を繰り返し、この周波数で発振する。ここで物体が接近していなければＣｄは小さい値であるため、高い周波数で発振する。そして物体が接近すればその物体までの距離をｄとすると、発振周期は検知電極１２ａと物体までの距離ｄにほぼ比例している。従って発振周期は長くなるが、その周期を周期カウンタ１８によって計数し、リニアライザ１９を介して直線化することによって物体までの距離を表示することができる。この場合には物体の面積が固定されている必要があるため、同一の物体までの距離を測定するものとする。又リニアライザ１９はこの物体を規定の位置に設定したときの出力によってあらかじめ校正しておくものとする。こうすれば物体までの距離を正確に表示することができる。又その物体までの距離に基づいたスイッチング信号を出力することも可能となる。
【００１２】
このような構成によれば、検知電極１２ａと同相シールドパターン１２ｂとはシールドケーブル１３を介してバッファ回路１５の入出力端に接続されているため、常に同位相，同電圧となる。そのため検知電極１２ａは同相シールドパターンとの間の静電容量の影響を受けなくなる。このためシールドケーブル１３によって検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離することができる。
【００１３】
尚本実施例においては第３のパターンをアースパターンとして接地するようにしているが、センサ部１１のケースが金属体で構成されておらず金属体に接地できない場合には、シールド線を介して主回路部の接地電圧に接続しておくものとする。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、センサ部が３層の導体層で構成されているため、センサ部の構造が極めて簡単となり、特性を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による静電容量形近接スイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図３】従来の静電容量形近接スイッチのセンサ部の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１１ センサ部
１２ プリント基板
１２ａ 検知電極
１２ｂ 同相シールドパターン
１２ｃ シールドアースパターン
１３ シールドケーブル
１４ 主回路部
１５ バッファ回路
１６ シュミットトリガインバータ
１７ 発振回路
１８ 周期カウンタ
１９ リニアライザ
【産業上の利用分野】
本発明はセンサとなるセンサ部及びスイッチの主回路部を分離した分離型の静電容量形近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来検知電極と発振回路とをセンサ部とし、センサ部と検出スイッチ主回路部とを分離した分離型の近接スイッチが提案されている。図３はこのような従来の分離型近接スイッチのセンサ部の構成を示す回路図である。本図に示すように検知電極１はセンサ部の物体検知面に配置された電極であって、トランジスタＱ１のベースに接続される。トランジスタＱ１，Ｑ２は増幅器を構成しており、その出力の一部が検知電極１に近接する位置まで延ばされてこの間の静電容量Ｃ１が負帰還用の容量となっている。又コンデンサＣ２は正帰還用のコンデンサである。この発振回路は物体の近接によって検知電極１と接地端間の静電容量が大きくなると、静電容量Ｃ１による負帰還量が少なくなって発振を開始する。このような発振回路をそのままセンサ部に設けているため、センサ部と発振回路を除く近接スイッチ（以下主回路部という）とは電源内及び発振出力を主回路部に与えるため３本のラインで接続されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のセンサ分離型の静電容量形近接スイッチでは、センサ部内に発振回路をそのまま設けているためセンサ部内の構造が複雑になるという欠点があった。
【０００４】
又従来の発振回路はその振幅出力の一部が検知電極１に近接する位置にまで延長されて負帰還の静電容量が形成されているが、各機器によってその静電容量にばらつきがあり、特性が安定化しないという欠点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、センサ部の構造を簡略化し、特性を安定化させるようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は検知電極として用いられる第１導体層、第１導体層との間に絶縁体層を介して設けられた第２導体層、及び第２導体層から第１導体層とは逆の側に絶縁体層を介して設けられ、接地された第３導体層を有するセンサ部と、１つの芯線及び１つの被覆線を有し、一端が夫々センサ部の第１導体層及び第２導体層に接続されたシールドケーブルと、第１導体層及び第２導体層が夫々シールドケーブルの芯線及び被覆線を介して接続され、第１導体層が入力端、第２導体層が出力側に接続されたバッファ回路、第１導体層と物体との間の静電容量の変化に基づいた周波数で発振する発振回路、及び発振回路の発振周波数の変化に基づいて物体の近接を検知する検知回路を有する主回路部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
このような特徴を有する本発明によれば、センサ部は少なくとも第１〜第３の導体層によって構成され、第１導体層と対地間に物体が接近しているかどうかを第１導体層と物体間との静電容量の変化として判別している。第１導体層と第２導体層とはシールドケーブルによって主回路部の発振回路を構成するバッファ回路の夫々入出力端に接続されている。従ってこれらの電極は常に同一電位となり、この間では充放電が行われないため、これらの電極間の静電容量は無視できるものとなる。そしてこれらの第１，第２の導体層は第３のシールドアースパターンによって外部の影響が除かれる。この状態で第１導体層に物体が接近すれば、第１導体層と対地間との静電容量が変化する。そしてこの静電容量に対応した周波数で発振する主回路部の発振回路を用い、その発振周波数の変化によって物体の近接を検出するようにしている。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の一実施例による静電容量形近接スイッチのセンサ部及びアンプ部の前段部分を示す図である。本図においてセンサ部１１は３層のプリント基板１２によって構成される。このプリント基板１２の一方の面に形成される第１導体層のパターンは物体検知領域に対向して配置された検知電極１２ａであり、プリント基板１２の内部のパターンはこの検知電極１２ａをシールドするための第２導体層パターン、即ち同相シールドパターン１２ｂとする。又このプリント基板１２の他方の面に形成される第３導体層のパターンをアースパターン１２ｃとする。シールドアースパターン１２ｃは検知電極１２ａ，同相シールドパターン１２ｂに対する外来ノイズの影響を少なくするためのパターンである。そしてパターン１２ａ，１２ｂを夫々シールドケーブル１３の芯線及び被覆線に接続し、主回路部１４側に接続する。主回路部１４において検知電極１２ａが接続される芯線はバッファ回路１５の入力端に接続される。そしてバッファ回路１５の出力端はシールド線１３の被覆線に接続され、又シュミットトリガインバータ１６の入力端に接続される。帰還抵抗Ｒはシュミットトリガインバータ１６の出力端とバッファ回路１５の入力端との間に接続する。
【０００９】
ここで検知電極１２ａに接地された物体が近接すればその間の静電容量Ｃｄが増加する。バッファ回路１５とシュミットトリガインバータ１６はこの静電容量Ｃｄと帰還抵抗Ｒを時定数として発振する発振回路１７を構成しており、その出力は周期カウンタ１８に接続される。周期カウンタ１８は発振回路の発振周期を測定するものであって、その出力はリニアライザ１９に与えられる。リニアライザ１９は周期の変化を物体までの距離に対する変化として直線化するものである。リニアライザ１９の出力は表示回路２０及び比較回路２１に入力される。比較回路２１は入力信号を所定の閾値で弁別するものであり、物体の有無の判別信号として出力回路２２により出力される。
【００１０】
次に本実施例の動作を説明する。まず電源を投入すると、シュミットトリガインバータ１６の電源電圧は図２（ａ）に示すようにすぐに立上る。シュミットトリガインバータ１６は一定のヒステリシスを有するため、その入力レベルは最初は０レベルであり、帰還抵抗Ｒを介して徐々にコンデンサＣｄが充電される。従って電極１２ａの電位は図２（ｂ）に示すように徐々に上昇する。そしてシュミットトリガインバータ１６の閾値を越えれば出力は反転する。図２（ｃ）はシュミットトリガインバータ１６の出力を示している。反転後は抵抗Ｒを介してコンデンサＣｄの容量が放電することとなる。
【００１１】
以後は図２（ｂ），（ｃ）に示すように一定の周期で充放電を繰り返し、この周波数で発振する。ここで物体が接近していなければＣｄは小さい値であるため、高い周波数で発振する。そして物体が接近すればその物体までの距離をｄとすると、発振周期は検知電極１２ａと物体までの距離ｄにほぼ比例している。従って発振周期は長くなるが、その周期を周期カウンタ１８によって計数し、リニアライザ１９を介して直線化することによって物体までの距離を表示することができる。この場合には物体の面積が固定されている必要があるため、同一の物体までの距離を測定するものとする。又リニアライザ１９はこの物体を規定の位置に設定したときの出力によってあらかじめ校正しておくものとする。こうすれば物体までの距離を正確に表示することができる。又その物体までの距離に基づいたスイッチング信号を出力することも可能となる。
【００１２】
このような構成によれば、検知電極１２ａと同相シールドパターン１２ｂとはシールドケーブル１３を介してバッファ回路１５の入出力端に接続されているため、常に同位相，同電圧となる。そのため検知電極１２ａは同相シールドパターンとの間の静電容量の影響を受けなくなる。このためシールドケーブル１３によって検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離することができる。
【００１３】
尚本実施例においては第３のパターンをアースパターンとして接地するようにしているが、センサ部１１のケースが金属体で構成されておらず金属体に接地できない場合には、シールド線を介して主回路部の接地電圧に接続しておくものとする。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、センサ部が３層の導体層で構成されているため、センサ部の構造が極めて簡単となり、特性を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による静電容量形近接スイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図３】従来の静電容量形近接スイッチのセンサ部の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１１ センサ部
１２ プリント基板
１２ａ 検知電極
１２ｂ 同相シールドパターン
１２ｃ シールドアースパターン
１３ シールドケーブル
１４ 主回路部
１５ バッファ回路
１６ シュミットトリガインバータ
１７ 発振回路
１８ 周期カウンタ
１９ リニアライザ
Claims (1)
- 検知電極として用いられる第１導体層、前記第１導体層との間に絶縁体層を介して設けられた第２導体層、及び前記第２導体層から前記第１導体層とは逆の側に絶縁体層を介して設けられ、接地された第３導体層を有するセンサ部と、
１つの芯線及び１つの被覆線を有し、一端が夫々前記センサ部の第１導体層及び第２導体層に接続されたシールドケーブルと、
前記第１導体層及び第２導体層が夫々前記シールドケーブルの芯線及び被覆線を介して接続され、第１導体層が入力端、第２導体層が出力側に接続されたバッファ回路、前記第１導体層と物体との間の静電容量の変化に基づいた周波数で発振する発振回路、及び前記発振回路の発振周波数の変化に基づいて物体の近接を検知する検知回路を有する主回路部と、を備えたことを特徴とする静電容量形近接センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19395693A JP3579908B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 静電容量形近接センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19395693A JP3579908B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 静電容量形近接センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729467A JPH0729467A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3579908B2 true JP3579908B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=16316560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19395693A Expired - Fee Related JP3579908B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 静電容量形近接センサ |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3579908B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI648518B (zh) * | 2013-08-28 | 2019-01-21 | 日商創意科技股份有限公司 | 靜電容量感測器、檢測系統及機器人系統 |
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| JP2001035327A (ja) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 静電容量型近接センサ |
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| JP2002062105A (ja) * | 2000-08-23 | 2002-02-28 | Sunx Ltd | ヘッド分離型センサ、静電容量式センサ及びウエハ検出装置 |
| JP4009953B2 (ja) * | 2003-05-14 | 2007-11-21 | オムロン株式会社 | 物体検知センサ |
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| JP5395429B2 (ja) * | 2005-06-03 | 2014-01-22 | シナプティクス インコーポレイテッド | シグマデルタ測定法を使用してキャパシタンスを検出するための方法およびシステム |
| JP2008046080A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Fujikura Ltd | 静電容量センサ |
| JP2011027630A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Toyota Motor Corp | 非接触動作検出装置 |
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| JP5439114B2 (ja) * | 2009-10-21 | 2014-03-12 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 静電容量型入力装置および入力装置付き電気光学装置 |
| JP5688731B2 (ja) * | 2010-12-10 | 2015-03-25 | 国立大学法人徳島大学 | 静電容量型水分計および水位計 |
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| US20190324073A1 (en) * | 2018-04-19 | 2019-10-24 | Simplex Quantum Inc. | Capacitive sensor and capacitive sensor head |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP19395693A patent/JP3579908B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI648518B (zh) * | 2013-08-28 | 2019-01-21 | 日商創意科技股份有限公司 | 靜電容量感測器、檢測系統及機器人系統 |
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| JPH0729467A (ja) | 1995-01-31 |
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