JP4929937B2 - 静電容量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量検出装置に関する。

従来の静電容量検出装置には、例えば特許文献１〜３に記載されたものがある。
米国特許第６４６６０３６号明細書 特開２００５−１０６６６５号公報 特開２００２−２２１４０２号公報

静電容量検出装置は、例えば自動車等の車両用ドアの開閉を制御するシステムに組込まれ、その静電容量検出装置の検出信号が、開錠をするときのトリガとして用いられている。具体的には、ユーザが車両に近づいて車両側とユーザとの間でＩＤコードの照合が行われた結果、車両側がアンロック許可モードに遷移したときに、ユーザが車両用ドアのアウトサイドハンドル内に配置されたアンロックセンサ（電極）に触れると、静電容量検出装置がその電極の静電容量の変化を検出し、トリガとして出力する。換言すると、静電容量検出装置はユーザからのアンロックの意思を、静電容量の変化で検出して出力する。

また、静電容量検出装置には、後突時の鞭打ちを低減するために頭部とヘッドレストとの距離を制御する安全装置に組み込まれ、電極と人体との距離に応じて静電容量が変化することを利用して頭部とヘッドレストとの間の距離を検出する距離センサとして用いられるというニーズもある。

上記特許文献１に示された静電容量検出装置では、基準容量Ｃｓの一端に開閉スイッチＳ１を介して直流電圧源が接続され、基準容量Ｃｓの他端にはセンサ電極を介して片側が接地あるいは自由空間に接続された被測定容量Ｃｘが接続され、基準容量Ｃｓの他端とグランドとの間には、開閉スイッチＳ２が接続され、基準容量Ｃｓの両端には開閉スイッチＳ３が接続され、基準容量Ｃｓの一端には該一端の電位を測定する電位測定部が接続されている。

この静電容量検出装置は、まずスイッチＳ２及びスイッチＳ３を閉操作して直基準容量Ｃｓ及び被測定容量Ｃｘの電荷を放電させる。つぎに、スイッチＳ１を閉操作して直流電圧源によって基準容量Ｃｓと被測定容量Ｃｘを充電し、基準容量の電位を、基準容量と被測定容量の容量比で定まる電圧に上昇させた後にスイッチＳ１を開操作し、さらにスイッチＳ２を閉じて基準容量の他端を接地して比測定容量の電荷を放電させるとともに、電位測定部によって基準容量の電位を測定する動作を繰り返し、基準容量の電位が設定電位に上昇するまでの回数をカウントする。そして、この基準容量の電位が設定電位に上昇するまでの回数の増減により、被測定容量の容量値の変化の有無を検出している。

また、特許文献１には、２つの被測定容量の変化の有無を検出する静電容量検出装置も記載されている。この静電容量検出装置では、基準容量Ｃｓの両端にそれぞれセンサ電極が接続され、各センサ電極に片側が接地或いは自由空間に接続された２つの被測定容量Ｃｘ１，Ｃｘ２がそれぞれ接続されている。基準容量Ｃｓの一端は、開閉スイッチＳ１を介して直流電圧源が接続されると共に開閉スイッチＳ２を介して接地されている。基準容量Ｃｓの他端は、開閉スイッチＳ３を介して直流電圧源が接続されると共に開閉スイッチＳ４を介して接地されている。静電容量検出装置では、開閉スイッチＳ１〜Ｓ４を操作し、基準容量Ｃｓの両端の電位をそれぞれ測定する２つの電位測定部により測定して、２つの被測定容量Ｃｘ１，Ｃｘ２の変化の有無を検出している。

特許文献２に示された静電容量検出装置は、両端間に開閉スイッチＳ１が接続された基準容量Ｃｓの一端が直流電圧源に接続され、その基準容量Ｃｓの他端が被測定容量Ｃｘの一端に接続され、被測定容量Ｃｘの他端が接地され、被測定容量Ｃｘの両端間には開閉スイッチＳ３が接続されている。この静電容量検出装置では、開閉スイッチＳ１を閉にする第１のスイッチ動作を行った後、開閉スイッチＳ２を閉にしてから開にする第２のスイッチ操作と、開閉スイッチＳ３を閉にしてから開に戻す第３のスイッチ操作を交互に繰り返し、基準容量Ｃｓの他端の電位が所定電位に変化するまでの第２のスイッチ動作の回数に基づいて、被測定容量Ｃｘの静電容量値の変化を検出している。
特許文献３に示された静電容量検出装置は、被測定対象に対向する２つの電極の面積を等しくし、各電極と被測定対象との間にできる２つのコンデンサに対して逆送の交流信号を流し、２つコンデンサのインピーダンスから被測定対象との距離を求めている。

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された静電容量検出装置は、センサ電極の電位が大きく変動するため、大きなラジオノイズが発生すると共に、開閉スイッチＳ２或いは開閉スイッチＳ４に同期した電磁気的な外乱があると検出精度が悪化して正常動作しなくなる危険性があった。
本発明の目的は、ラジオノイズの発生を抑制すると共に、検出精度が高い静電容量検出装置を実現することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る静電容量検出装置は、
一端が第１の電源電位に接続されると共に他端が第１のノードに接続された第１の開閉スイッチと、
前記第１のノードに一端が接続されると共に他端が第２の電源電位に接続された第１の基準容量と、
前記第１のノードに一端が接続されると共に他端が第２のノードに接続された第２の開閉スイッチと、
前記第２のノードに一端が接続されると共に他端が第３の電源電位に接続された第３の開閉スイッチと、
前記第２のノードに接続されると共に被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第１のセンサ電極と、
一端が前記第３の電源電位に接続されると共に他端が第３のノードに接続された第４の開閉スイッチと、
前記第３のノードに一端が接続されると共に他端が第４の電源電位に接続された第２の基準容量と、
前記第３のノードに一端が接続されると共に他端が第４のノードに接続された第５の開閉スイッチと、
前記第４のノードに一端が接続されると共に他端が前記第１の電源電位に接続された第６の開閉スイッチと、
前記第４のノードに接続され、前記被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成すると共に、前記第１のセンサ電極に近接して該第１のセンサ電極との間に静電容量を持つ第２のセンサ電極と、
前記第１のノードが一方の入力端子に接続され、前記第３のノードが他方の入力端子に接続されたコンパレータと、
前記第１の開閉スイッチ及び第４の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第１のスイッチ操作を行った後、前記第２の開閉スイッチ及び前記第５の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第２のスイッチ操作と、前記第３の開閉スイッチ及び前記第６の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第３のスイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
前記第２のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
前記コンパレータの両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第２のスイッチ操作の回数に基づき、前記被測定対象との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。

尚、前記第１のセンサ電極の面積と前記第１の基準容量の容量との比と、前記第２のセンサ電極の面積と前記第２の基準容量の容量との比とが、略等しい構成でもよい。
また、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の面積は、等しくてもよい。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る静電容量検出装置は、
被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第１のセンサ電極と、
前記被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第２のセンサ電極と、を備え、
前記第１のセンサ電極及び記第２のセンサ電極の電位の変化に伴う、該第１のセンサ電極及び前記第２のセンサ電極が一方の電極となる前記コンデンサに蓄えられる電荷の変動を、該各第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極に対応する基準容量にそれぞれ蓄積し、
前記第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極が一方の電極となるコンデンサの容量を前記基準容量の両端子間の電位差により検出する静電容量検出装置であって、
前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の電位の変動は、変動幅がほぼ等しく、その変動方向が反対方向であることを特徴とする。

尚、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の面積は、等しくてもよい。

また、前記第１のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
前記第２のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
前記第１のセンサ電極の重心と第２のセンサ電極の重心とは略一致してもよい。

また、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極は、前記重心を通る２つ以上の平面に対して対称に配置されてもよい。

本発明によれば、ラジオノイズの発生が抑制されると共に、検出精度が高い静電容量検出装置を実現することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。
図２は、図１のＡ部の説明図である。

この静電容量検出装置は、第１の開閉スイッチＳ１１と、第２の開閉スイッチＳ２１と、第３の開閉スイッチＳ３１と、第４の開閉スイッチＳ１２と、第５の開閉スイッチＳ２２と、第６の開閉スイッチＳ３２と、第１の基準容量Ｃｓ１と、第２の基準容量Ｃｓ２と、第１のセンサ電極Ｅ１と，第２のセンサ電極Ｅ２と、コンパレータＣＭＰ１と、図示しないスイッチ制御部と、カウント手段を構成する制御部１０とを、備えている。

開閉スイッチＳ１１の一端は、電源電位Ｖ１（第１の電源電圧）に接続され、開閉スイッチＳ１１の他端が第１のノードＮ１に接続されている。ノードＮ１には、基準容量Ｃｓ１の一端と、開閉スイッチＳ２１の一端と、コンパレレータＣＭＰ１の一方の入力端子Ｖｉｎ−とが接続されている。

開閉スイッチＳ２１の他端が第２のノードＮ２に接続されている。ノードＮ２には、センサ電極Ｅ１が接続されると共に、開閉スイッチＳ３１の一端が接続されている。開閉スイッチＳ３１の他端が電源電位Ｖ２（第２の電源電圧）に接続されている。基準容量Ｃｓ１の他端が、電源電位Ｖ３（第３の電源電圧）に接続されている。この電源電位Ｖ３は、電源電位Ｖ１と等しくてもよい。

電源電位Ｖ２には、さらに、開閉スイッチＳ１２の一端が接続され、開閉スイッチＳ１２の他端が第３のノードＮ３に接続されている。ノードＮ３には、基準容量Ｃｓ２の一端と、開閉スイッチＳ２１の一端と、コンパレータＣＭＰ１の他方の入力端子Ｖｉｎ＋とが、接続されている。

開閉スイッチＳ２２の他端が第４のノードＮ４に接続されている。ノードＮ４には、センサ電極Ｅ２が接続されると共に、開閉スイッチＳ３２の一端が接続されている。開閉スイッチＳ３２の他端が電源電位Ｖ１に接続されている。基準容量Ｃｓ２の他端が、電源電位Ｖ４（第４の電源電圧）に接続されている。この電源電位Ｖ４は、電源電位Ｖ２と等しくてもよい。

コンパレータＣＭＰ１の出力端子が、制御回路１０に接続されている。各開閉スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２の開閉動作は、図示しないスイッチ制御部により、制御される構成である。

センサ電極Ｅ１，Ｅ２は、図２に示すように、検出対象の導体Ｅ０に対向して導体Ｅ０との間に被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１をそれぞれ形成し、センサ電極Ｅ１，Ｅ２が被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１の一方の電極になる。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ２は、近接して配置され、センサ電極Ｅ１，Ｅ２間にも静電容量Ｃｘ０が形成されている。

次に、図１の静電容量検出装置の動作を、図３を参照しつつ、説明する。
図３（ａ）〜（ｇ）は、図１の動作を説明するためのタイミングチャートであり、電源電位Ｖ１が電源電位Ｖ２よりも高く、初期状態としては、基準容量Ｃｓ１，Ｃｓ２、被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１及び静電容量Ｃｘ０が放電されているとして示されている。

スイッチ制御部は、開閉スイッチＳ１１，Ｓ１２を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態にする第１のスイッチ操作を行い（図３（ａ））、第１のスイッチ操作を行った後に、開閉スイッチＳ２１，２２を閉状態から所定期間開状態にして再び閉状態にする第２のスイッチ操作（図３（ｂ））と、開閉スイッチＳ３１，Ｓ３２を閉状態から所定期間開状態にして再び閉状態にする第３のスイッチ操作（図３（ｃ））とを交互に繰り返す。

第１のスイッチ操作により、基準容量Ｃｓ１，Ｃｓ２が充電され、コンパレータＣＭＰ１の例えば入力端子Ｖｉｎ−の電圧が例えば上昇し、入力端子Ｖｉｎ＋の電圧が低下する（図３（ｆ））。そして、コンパレータＣＭＰ１の出力端子から出力される電圧Ｖｏｕｔが低レベルになる（図３（ｇ））。

第２のスイッチ操作により、基準容量Ｃｓ１が被測定容量Ｃｘ１１に接続されると共に、基準容量Ｃｓ２が被測定容量Ｃｘ２１に接続され、基準容量Ｃｓ１及びＣｓ２が放電し、被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１が充電される。被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１が充電されることにより、センサ電極Ｅ１の電位ＶＥ１が上昇し、センサ電極Ｅ２の電位ＶＥ２が低下する（図３（ｄ），（ｅ））。すなわち、センサ電極Ｅ１の電位ＶＥ１とセンサ電極Ｅ２の電位ＶＥ２とは、逆方向に変化する。

ここで、センサ電極Ｅ１とセンサ電極Ｅ２との間には、静電容量Ｃｘ０が形成されているので、センサ電極Ｅ１の電位ＶＥ１及びセンサ電極Ｅ２の電位ＶＥ２の電位の変化タイミングは、ほぼ等しい。これにより、ラジオノイズの発生が抑制されている。

基準容量Ｃｓ１が放電することにより、コンパレータＣＭＰ１の入力端子Ｖｉｎ−の電圧が低下し、基準容量Ｃｓ２が放電することにより、コンパレータＣＭＰ１の入力端子Ｖｉｎ＋の電圧が上昇する。

第２のスイッチ操作及び第３のスイッチ操作が繰り返されることにより、入力端子Ｖｉｎ−の電圧が低下し、基準容量Ｃｓ２が放電することにより、コンパレータＣＭＰ１の入力端子Ｖｉｎ＋と入力端子Ｖｉｎ−の電圧が逆転し、コンパリレータＣＭＰ１の出力信号Ｖｏｕｔが低レベルから高レベルに遷移する。

制御回路１０は、コンパレータＣＭＰ１の出力信号Ｖｏｕｔが遷移するまでに繰り返し行われた第２のスイッチ操作の回数をカウントすると共に、カウントした回数に基づいて被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１の静電容量の変化を判定する。

以上のように、本実施形態では、次のような利点を有する。
（１） センサ電極Ｅ１，Ｅ２を接近させて配置して第１のスイッチ操作、第２のスイッチ操作及び第３のスイッチ操作を行うので、センサ電極Ｅ１，Ｅ２の電位ＶＥ１，ＶＥ２が、図３（ｄ），（ｅ）のように同じタイミングで変化すると共に、その変化方向が逆方向になるので、ラジオノイズの発生を低減できる。

（２） 開閉スイッチＳ２１，Ｓ２２が閉じたときの電位ＶＥ１，ＶＥ２の変化の方向が逆であり、その結果、入力端子Ｖｉｎ−，Ｖｉｎ＋の電位の変化も逆方向である。これに対し、電磁気的外乱がある場合には、電磁気的外乱が入力端子Ｖｉｎ−，Ｖｉｎ＋の電位に対して同方向に影響を与えるので、電磁気的外乱によってコンパレータＣＭＰ１の出力信号が影響されることを抑制できる。

（３） センサ電極Ｅ１の面積と基準容量Ｃｓ１の容量との比と、センサ電極Ｅ２の面積と基準容量Ｃｓ２の容量との比とを概ね等しくすることにより、電磁気的外乱により誘起される電荷がセンサ電極Ｅ１，Ｅ２の面積に比例し、基準容量Ｃｓ１，Ｃｓ２の電位変動、つまり、入力端子Ｖｉｎ−及びＶｉｎ＋の電位変動は、基準容量Ｃｓ１，Ｃｓ２の容量に反比例し、電荷の変化量に比例するため、電磁気的外乱による入力端子Ｖｉｎ−及びＶｉｎ＋の電位の変動幅が等しくなり、入力端子Ｖｉｎ−及びＶｉｎ＋の電位が逆転するタイミングへの影響を抑制することができる。

（４）センサ電極Ｅ１，Ｅ２の面積を等しくすることにより、ラジオノイズをより抑制できる。さらに、センサ電極Ｅ１の面積と基準容量Ｃｓ１の容量との比と、センサ電極Ｅ２の面積と基準容量Ｃｓ２の容量との比とを概ね等しくすることにより、センサ電極Ｅ１，Ｅ２の電位ＶＥ１，ＶＥ２の変動幅も等しくなり、さらなるラジオノイズの低減が可能になる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。

この静電容量検出装置は、開閉スイッチＳ５１，Ｓ６１，Ｓ７１，Ｓ５２，Ｓ６２，Ｓ７２と、センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２と、基準容量Ｃｓ１１，Ｃｓ１２と、オペレーションアンプ（以下、オペアンプという）ＯＰ１，ＯＰ２と、コンパレータＣＭＰ２と、制御回路２０と、各開閉スイッチＳ５１，Ｓ６１，Ｓ７１，Ｓ５２，Ｓ６２，Ｓ７２の開閉を制御する図示しないスイッチング制御部とを備えている。

オペアンプＯＰ１の出力端子に基準容量Ｃｓ１１及び開閉スイッチＳ５１の一端が接続され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に基準容量Ｃｓ１１及び開閉スイッチ５１の他端と開閉スイッチ６１の一端が接続されている。開閉スイッチ６１の他端は、一端が電源電位Ｖ１に接続される開閉スイッチ７１の他端とセンサ電極Ｅ１１とに接続されている。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、電源電位Ｖ３に接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端子が、コンパレータＣＭＰ２の一方の入力端子Ｖｉｎ−に接続されている。

オペアンプＯＰ２の出力端子に基準容量Ｃｓ１２及び開閉スイッチＳ５２の一端が接続され、オペアンプＯＰ２の反転入力端子に基準容量Ｃｓ１２及び開閉スイッチ５２の他端と開閉スイッチ６２の一端が接続されている。開閉スイッチ６２の他端は、一端が電源電位Ｖ２に接続される開閉スイッチ７２の他端とセンサ電極Ｅ１２とに接続されている。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子は、電源電位Ｖ４に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力端子が、コンパレータＣＭＰ２の他方の入力端子Ｖｉｎ＋に接続されている。コンパレータＣＭＰ２の出力端子が制御回路２０に接続されている。

センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２は、図５に示すように、検出対象の導体Ｅ０に対向して導体Ｅ０との間に被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１をそれぞれ形成し、センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２が被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１の一方の電極になる。また、センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２は、近接して配置され、センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２間にも静電容量Ｃｘ０が形成されている。この静電容量Ｃｘ０が形成されることにより、センサ電極Ｅ１１の電位ＶＥ１１とセンサ電極Ｅ１２の電位ＶＥ１２の変化するタイミングが同じになる。

例えば電源電位Ｖ１は電源電位Ｖ２よりも高く、電源電位Ｖ２は電源電位Ｖ３よりも高く，電源電位Ｖ３は電源電位Ｖ４よりも高い。

次に、この静電容量検出装置の動作を図６を参照して説明する。
図６（ａ）〜（ｇ）は、図４の動作を説明するためのタイミングチャートである。初期状態として、電位ＶＥ１１が電源電位Ｖ１に充電され、電位ＶＥ１２が電源電位Ｖ４に充電されているものとして示されている。

スイッチ制御部は、開閉スイッチＳ５１，Ｓ５２を開状態から所定期間閉状態にして開状態に戻す第１のスイッチ操作を行った後、開閉スイッチＳ６１，Ｓ６２を閉状態から所定期間開状態にして再び閉状態に戻す第２のスイッチ操作と、開閉スイッチＳ７１，Ｓ７２を開状態から所定期間閉状態にして再び開状態に戻す第３のスイッチ操作と繰り返し行う。

第１のスイッチ操作により、基準容量Ｃｓ１１，Ｃｓ１２が放電され、入力端子Ｖｉｎ−の電位が上昇し，入力端子Ｖｉｎ＋の電位が下降し、コンパレータＣＭＰ２の出力信号Ｖｏｕｔが低レベルになる。第２のスイッチ操作により、センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２の電位ＶＥ１１，ＶＥ１２に充電されていた電荷により、基準容量Ｃｓ１１，Ｃｓ１２が充電されると共に、入力端子Ｖｉｎ−の電位が低下し，入力端子Ｖｉｎ＋の電位が上昇する。第３のスイッチ操作により、センサ電極Ｅ１１の電位ＶＥ１１が再び電源電位Ｖ１となり、センサ電極Ｅ１２の電位ＶＥ１２が再び電源電位Ｖ２となる。

第２のスイッチ操作及び第３のスイッチ操作を繰り返すことにより、入力端子Ｖｉｎ−のレベルと入力端子Ｖｉｎ＋のレベルが反転し、コンパレータＣＭＰ２の出力信号Ｖｏｕｔのレベルが遷移し、再び高レベルになる。

制御回路２０は、コンパレータＣＭＰ２の出力信号Ｖｏｕｔが遷移するまでに繰り返し行われた第２のスイッチ操作の回数をカウントすると共に、カウントした回数に基づいて被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１の静電容量の変化を判定する。

以上のように、本実施形態は、被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１の静電容量に対応する電荷を基準容量Ｃｓ１１，Ｃｓ１２に蓄積し、基準容量Ｃｓ１１，Ｃｓ１２の両端の電位差に基づいた信号をコンパレータＣＭＰで比較して被測定容量Ｃｘ１１，Ｃｘ２１の静電容量を検出する構成であるが、例えば、Ｖ１−Ｖ３＝Ｖ４−Ｖ２とし、センサ電極Ｅ１１，Ｅ１２の面積を等しくすることでセンサ電極Ｅ１１，Ｅ１２の電位ＶＥ１１，ＶＥ１２の変動幅を等しく、反対方向に等しいタイミングで等しく変動させることができる。これにより、電磁気的外乱の影響を抑制できる。また、ラジオノイズの発生も抑制できる。

［第３の実施形態］
上記第１の実施形態の静電容量検出装置のセンサ電極Ｅ１，Ｅ２及び第２の実施形態の静電容量検出装置のセンサ電極Ｅ１１，Ｅ１２は、種々の形態が考えられる。本実施形態では、これらを説明する。

図７は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
センサ電極Ｅ１，Ｅ１１とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２とは対向し、互いに相手側に突出する凸部を持っている。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の凸部とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の凸部とが重ならないように、配置されている。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，１２の重心は、ほぼ一致する。

面積を等しくすることにより、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２に蓄積される電荷の総和が等しくなる。重心を一致させることにより、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２に蓄積される電荷が重心付近に集中していると考えると、外部からみたときの電気モーメントの変化が低減され、ラジオノイズの発生が抑制される。また、外乱により誘導される電荷も、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２で等しくなり、外乱の影響を低減することができる。

図８は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
このセンサ電極Ｅ１，Ｅ１１とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２とは同心円状に配置されている。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１は、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２の外側を囲んでいる。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びＥ２，Ｅ１２は、重心を通る２つ以上の対称面に対称な形状になっている。

このように、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びＥ２，Ｅ１２を、重心を通る２つ以上の対称面に対称な形状することにより、外部からみたときの電気モーメントの変化が低減し、ラジオノイズをさらに抑制できる。また、外乱により誘導される電荷も、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２でより均等にできるようになり、外乱の影響をより低減することができる。

図９は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
このセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２は、正方形であり、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１は、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２を囲むように形成されている。
センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１及びＥ２，Ｅ１２は、重心を通る２つ以上の対称面に対称な形状になっている。

図１０は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
このセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２は、長方形であり、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１は、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２を囲むように形成されている。
センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びＥ２，Ｅ１２は、重心を通る２つ以上の対称面に対称な形状になっている。

図１１は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２は、それぞれ任意数の導体で構成することができる。図１１では、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の導体と、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２の導体とを対角線上に配置している。

センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１及びＥ２，Ｅ１２は、重心を通る２つ以上の対称面に対称になっている。

図１２は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
図１２では、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１を二つの正方形の導体で構成し、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２を１つの長方形の導体で構成し、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の導体で、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２の導体をはさんだ配置になっている。
センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１１及びＥ２，Ｅ１２は、重心を通る２つ以上の対称面に対称になっている。

図１３は、センサ電極Ｅ１，Ｅ２及びＥ１１，Ｅ１２の一例を示す図である。
図１３では、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１を３つの三角形の導体で構成し、センサ電極Ｅ２，Ｅ１２を３つの三角形の導体で構成し、これらを全体が６角形になるように、交互に配置している。

センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の重心とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の重心は、ほぼ一致する。また、センサ電極Ｅ１，Ｅ１１の面積とセンサ電極Ｅ２，Ｅ１２の面積とは等しい。センサ電極Ｅ１，Ｅ１及びＥ２，Ｅ１２は、重心を通る２つ以上の対称面に対称になっている。

本発明の第１の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。 図１のＡ部の説明図である。 図１の静電容量検出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る静電容量検出装置を示す構成図である。 図４のＡ部の説明図である。。 図４の静電容量検出装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 センサ電極の一例を示す図である。 センサ電極の一例を示す図である。 センサ電極の一例を示す図である。 センサ電極の一例を示す図である。 センサ電極の一例を示す図である。 センサ電極の一例を示す図である。 センサ電極の一例を示す図である。

符号の説明

Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ６１，Ｓ６２，Ｓ７１，Ｓ７２・・・開閉スイッチ
Ｃｓ１，Ｃｓ２，Ｃｓ１１，Ｃｓ１２・・・基準容量
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１１，Ｅ１２・・・センサー電極
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２・・・コンパレータ
Ｖ１・・・第１の電源電圧
Ｖ２・・・第２の電源電圧
Ｖ３・・・第３の電源電圧
Ｖ４・・・第４の電源電圧
Ｎ１・・・第１のノード
Ｎ２・・・第２のノード
Ｎ３・・・第３のノード
Ｎ４・・・第４のノード
１０・・・制御回路（カウント手段、判定手段）

Claims (7)

1. 一端が第１の電源電位に接続されると共に他端が第１のノードに接続された第１の開閉スイッチと、
   前記第１のノードに一端が接続されると共に他端が第２の電源電位に接続された第１の基準容量と、
   前記第１のノードに一端が接続されると共に他端が第２のノードに接続された第２の開閉スイッチと、
   前記第２のノードに一端が接続されると共に他端が第３の電源電位に接続された第３の開閉スイッチと、
   前記第２のノードに接続されると共に被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成する第１のセンサ電極と、
   一端が前記第３の電源電位に接続されると共に他端が第３のノードに接続された第４の開閉スイッチと、
   前記第３のノードに一端が接続されると共に他端が第４の電源電位に接続された第２の基準容量と、
   前記第３のノードに一端が接続されると共に他端が第４のノードに接続された第５の開閉スイッチと、
   前記第４のノードに一端が接続されると共に他端が前記第１の電源電位に接続された第６の開閉スイッチと、
   前記第４のノードに接続され、前記被測定対象に対向して該被測定対象との間の距離に応じた静電容量を示すコンデンサを形成すると共に、前記第１のセンサ電極に近接して該第１のセンサ電極との間に静電容量を持つ第２のセンサ電極と、
   前記第１のノードが一方の入力端子に接続され、前記第３のノードが他方の入力端子に接続されたコンパレータと、
   前記第１の開閉スイッチ及び第４の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態にする第１のスイッチ操作を行った後、前記第２の開閉スイッチ及び前記第５の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第２のスイッチ操作と、前記第３の開閉スイッチ及び前記第６の開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第３のスイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御手段と、
   前記第２のスイッチ操作の繰り返された回数をカウントするカウント手段と、
   前記コンパレータの両入力端子の入力電圧のレベルが反転するまでに前記カウント手段でカウントされた前記第２のスイッチ操作の回数に基づき、前記被測定対象との間の静電容量の変化を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする静電容量検出装置。
2. 前記第１のセンサ電極の面積と前記第１の基準容量の容量との比と、前記第２のセンサ電極の面積と前記第２の基準容量の容量との比とが、略等しいことを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
3. 前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の面積は、等しいことを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
4. 被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第１のセンサ電極と、
   前記被測定対象と対向し該被測定対象との間の距離に応じて容量が変化するコンデンサの一方の電極を構成する第２のセンサ電極と、を備え、
   前記第１のセンサ電極及び記第２のセンサ電極の電位の変化に伴う、該第１のセンサ電極及び前記第２のセンサ電極が一方の電極となる前記コンデンサに蓄えられる電荷の変動を、該各第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極に対応する基準容量にそれぞれ蓄積し、
   前記第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極が一方の電極となるコンデンサの容量を前記基準容量の両端子間の電位差により検出する静電容量検出装置であって、
   前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の電位の変動は、変動幅がほぼ等しく、その変動方向が反対方向であることを特徴とする静電容量検出装置。
5. 前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極の面積は、等しいことを特徴とする請求項４に記載の静電容量検出装置。
6. 前記第１のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
   前記第２のセンサ電極は任意数の導体で構成され、
   前記第１のセンサ電極の重心と第２のセンサ電極の重心とは略一致することを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出装置。
7. 前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極は、前記重心を通る２つ以上の平面に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の静電容量検出装置。

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