JP2010286384A - 静電式近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度を向上させることができる静電式近接センサを提供すること。
【解決手段】互いに近接して平行に配列された帯状の複数の第１の検出電極１５と、これらの第１の検出電極１５の間に形成され、これらの第１の検出電極より狭い幅の帯状の複数の第２の検出電極と、を有する電極システム１１と、隣り合う第１、第２の検出電極１５、１６を一対とした複数対の検出電極にそれぞれ接続され、これらの検出電極１５、１６と被検出体との間の静電容量の差に比例する電圧を出力する複数の差動増幅回路２１と、これらの差動増幅回路２１の出力から供給され、これらの出力のうち、所定の閾値電圧を超える出力を検出するスレッショルド回路１３と、を具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、静電式近接センサに関し、特に、静電式近接センサを構成する電極システムの構造に関する。

従来、タッチパネル等に使用される静電式近接センサとして、物体検出領域内でほぼ同一平面上に並設された同一サイズの金属板からなる一対の第１および第２の検出電極を含む電極システムと、直流電源を有する充電系と、電流検出手段を有する放電系と、上記第１および第２電極をともに所定の切換周波数で上記充電系と上記放電系とに交互に切り換えるスイッチ手段と、を備える構成の静電式近接センサが知られている（特許文献１を参照）。

また、Ｕ字断面のレール状に形成されたシールド電極のＵ字溝内に、共に同一サイズの一対の帯板状の第１の検出電極と第２の検出電極が電極面の高さを違えた状態で収納された電極システムを有し、シールド電極のＵ字溝の開口方向が検出領域である近接センサが知られている（特許文献２を参照）。

これらの従来の静電式近接センサによる被検出体の検出方法は、以下の通りである。すなわち、被検出体が第１、第２の検出電極から十分に離れている場合、その被検出体と第１、第２の検出電極との間にそれぞれ生じる静電容量はそれほど大きくなく、また距離による変化も緩慢である。しかし、距離がある程度以下になると、被検出体と第１、第２の検出電極との間にそれぞれ生じる静電容量は、急激に増大する。この静電容量の急激に増大は、被検出体に近い一方の検出電極において先に生じる。従って、２つの静電容量の差が急激に拡大する。この急激に拡大した２つの静電容量の差に比例する電圧を出力として取り出すことにより、被検出体が、これらの第１、第２の検出電極上に存在することを検出することができる。

特開２００３−２０２３８３号公報 ＷＯ２００４／０５９３４３号公報

しかし、特許文献１に係る静電式近接センサは、第１、第２の検出電極がともに同一サイズであるため、第１の検出電極と第２の検出電極との中央部に被検出体が近接した場合、それぞれの検出電極と被検出体との間の静電容量は等しくなる。従って、第１、第２の検出電極の中央部近傍に被検出体が存在する場合は、静電容量の差に比例する電圧は出力されず、被検出体の位置を検出することができない。

また、特許文献２に係る静電式近接センサは、検出領域上における被検出体が、これと第１、第２の検出電極までの距離が等しくなる位置に存在する場合は、上述と同様に被検出体の位置を検出することができない。

このように、従来の静電式近接センサにおいては、一対の検出電極上において、位置が検出されない不感帯が存在するため、検出感度が悪いという問題がある。

そこで本発明の課題は、検出感度を向上させることができる電極システムおよび、静電式近接センサを提供することにある。

本発明の静電式近接センサは、シールド電極上に形成された第１の絶縁膜と、この第１の絶縁膜上に形成され、互いに近接して平行に配列された帯状の複数の第１の検出電極と、これらの第１の検出電極の間若しくは、前記第１の検出電極の上部に平行に配置され、前記第１の検出電極より狭い幅の複数の帯状の第２の検出電極と、これらの第１、第２の検出電極上に形成された第２の絶縁膜と、を具備する電極システムと、隣り合う前記第１、第２の検出電極を一対とした複数対の検出電極にそれぞれ接続され、これらの検出電極と被検出体との間の静電容量の差に比例する電圧を出力する複数の差動増幅回路と、これらの差動増幅回路の出力が供給され、これらの出力のうち、所定の閾値電圧を超える前記出力を検出するスレッショルド回路と、を具備することを特徴とするものである。

また、本発明の静電式近接センサは、シールド電極上に形成された第１の絶縁膜と、この第１の絶縁膜上に互いに近接して平行に形成され、形状が等しい帯状の複数の検出電極と、これらの検出電極上に形成された第２の絶縁膜と、を具備する電極システムと、一つ以上の前記検出電極を間に介した２つの検出電極を一対とした複数対の検出電極にそれぞれ接続され、これらの検出電極と被検出体との間の静電容量の差に比例する電圧を出力する複数の差動増幅回路と、これらの差動増幅回路の出力が供給され、これらの出力のうち、所定の閾値電圧を超える前記出力を検出するスレッショルド回路と、を具備することを特徴とするものである。

本発明によれば、検出感度を向上させることができる静電式近接センサを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る静電式近接センサを模式的に示す上面図である。 図１のＸ−Ｘ´に沿った断面図である。 図１に示す差動浮遊容量検出手段を構成する差動増幅回路を示す回路図である。 図３の差動増幅回路の各スイッチと出力とのタイミングを示す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式近接センサを模式的に示す上面図である。 図５のＸ−Ｘ´に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る静電式近接センサの電極システムの件変形例を示す上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る静電式近接センサを模式的に示す上面図である。 図８のＸ−Ｘ´に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る静電式近接センサの検出原理を説明する説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る静電式近接センサの電極システムの一部を拡大した示す上面図である。

以下に、本実施形態の静電式近接センサについて、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る静電式近接センサを模式的に示す上面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ´に沿った断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る静電式近接センサは、複数の電極を有する電極システム１１、差動浮遊容量検出手段１２およびスレッショルド回路１３からなる。

図２に示すように、電極システム１１は、平面状の第１のシールド電極１４と、複数の帯状の第１検出電極１５（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）、複数の帯状の第２の検出電極１６（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）および枠状の第２のシールド電極１７からなる電極膜層１８を有するシステムである。これらの各電極１４、１５、１６、１７は、周囲が絶縁体１９で覆われることによって、互いに絶縁されるとともに、電極システム１１の外部とも絶縁されている。ただし、第１のシールド電極１４と第２のシールド電極１７とは、これらの間に形成された絶縁体１９の一部である第１の絶縁膜１９−１に設けられたＶｉａ２０を介して導通している。

なお、第１のシールド電極１４の下は、絶縁体１９の一部である絶縁ベース１９−２からなる。この絶縁ベース１９−２は、第１のシールド電極１４が、電極システム１１が配置される被装着体から絶縁されるために設けられている。また、電極膜層１８上は、絶縁体１９の一部である第２の絶縁膜１９−３からなる。この第２の絶縁膜１９−３は、例えば雨水等が第１、第２の検出電極１５、１６および第２のシールド電極１７に直接接触することによって浸食されることを防止するために設けられている。

図１に示す電極システム１１は、電極膜層１８を示している。図１に示すように、電極膜層１８は、第１の検出電極１５（Ａｎ）および第２の検出電極１６（Ｂｎ）（ただしｎ＝１、２、３、４）をそれぞれ一対とした複数対の検出電極および、第２のシールド電極膜１７を有する。これらの電極１５、１６、１７は、同層内において絶縁体１９の一部である第３の絶縁膜１９−４により互いに絶縁されている。

帯状の第１の検出電極１５（Ａｎ）は、所定の長さと幅を有するように形成される。帯状の第２の検出電極１６（Ｂｎ）は、第１の検出電極１５（Ａｎ）と同じ長さで、幅だけを狭くして形成される。従って、例えば、第２の検出電極１６（Ｂｎ）は、幅が極端に狭いライン状に形成することにより、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）との面積比が数十：１程度になるように形成される。このような複数の第１の検出電極１５（Ａｎ）は、互いに平行に近接配置される。さらに、複数の第２の検出電極１６（Ｂｎ）は、複数の第１の検出電極１５（Ａｎ）の間にそれぞれ配置される。

ここで、近接配置とは、複数の第１の検出電極１５（Ａｎ）の間隔が、それぞれ被検出体の幅よりも狭くなる程度の配置を意味する。

なお、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）とは、同じ長さで近接して平行に配置されるため、第１、第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）には、位相や振幅等が等しい電磁波雑音が誘導される。この雑音は、後述する差動浮遊容量検出手段１２により差動キャンセルされるため、簡単かつ高効率に相殺・除去することができる。

枠状の第２のシールド電極膜１７は、複数の第１および第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の周囲を取り囲むように形成される。

ここで、第２のシールド電極膜１７は、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の外縁から第２のシールド電極膜１７の外縁までの距離が、ある程度以上の幅ｄを有するように形成されている。このように第２のシールド電極膜１７を形成することにより、例えば雨などにより電極システム１１の表面の絶縁体上に抵抗導電性の水膜が形成された場合であっても、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）による位置検出動作が阻害されることを回避することができる。

すなわち、この水膜が形成されると、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）が、被装着体に導電接続する導電膜で覆われてしまったのと同じ作用を受け、正常な検出動作が阻害されてしまう。

しかし、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の外縁と第２のシールド電極膜１７の外縁との距離をある程度以上離すことにより、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）上に覆い被さる水膜を、被装着体から交流的に分離させることができる。これにより、水膜による検出動作への影響を回避させることができる。

第２のシールド電極膜１７上に覆い被さる水膜は、第２のシールド電極膜１７との間で絶縁体１９を介して分布容量を形成する。この分布容量がある程度以上の距離ｄにわたって形成されることにより、第１、第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）を囲む枠状部分の内側と外側を交流的に遮断するローパス・フィルタの分離帯が分布形成される。更に後述するように、第２のシールド電極膜１７には、図４に示したように、第１および第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）と同電位を同相で印加する。これらにより、感度低下が小さく安定に動作できる高い耐環境性を得ることができる。

なお、この距離ｄは、水膜の抵抗率、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の充放電駆動周波数、距離ｄ部分にて第２のシールド電極膜１７を覆う第２の絶縁膜１９−３の厚さと誘電率によって決めることができる。具体的には、第１、第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の充放電駆動周波数よりも低いカットオフ周波数を持つローパス・フィルタが分布形成されるように距離ｄを設定すればよい。

以上に述べた電極システム１１において、絶縁体１９は、誘電体からなる。この誘電体は、それぞれ絶縁フィルムの添着、絶縁材の塗布若しくは、印刷等により形成される。

図１に示す差動浮遊容量検出手段１２は、複数の差動増幅回路２１からなる。これらの差動増幅回路２１は、それぞれが、一対の検出電極に対して一つだけ設けられている。

図３は、差動増幅回路２１を示す回路図である。さらに、図４は、図３に示す差動増幅回路２１の要部の動作を示すタイミングチャートである。

図３に示す回路２１は、演算アンプ４１、４２、４３と、容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂと、抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ａと、能動スイッチＳｓａ、Ｓｓｂ、Ｓｓｓ、Ｓｆａ、Ｓｆｂなどによって構成されている。

演算アンプ４１、容量素子Ｃｆａ、能動スイッチＳｓａおよびＳｆａは、第１の容量検出回路３１を構成する。同様に、演算アンプ４２、容量素子Ｃｆｂ、能動スイッチＳｓｂおよびＳｆｂは、第２の容量検出回路３２を構成する。また、演算アンプ４３と抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂは、差検出回路３３を構成する。

第１および第２の容量検出回路３１、３２はそれぞれスイッチドキャパシタ動作により、第１および第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の対接地容量Ｃａ、Ｃｂを個別に検出・測定する。スイッチドキャパシタ動作は、図４に示すようなタイミングで周期的に切替動作する第１の能動スイッチＳｓａ、Ｓｓｂと、図４に示すようなタイミングで周期的にオン／オフ動作する第２の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂとによって行われる。

検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の対接地容量Ｃａ、Ｃｂは、第１の能動スイッチＳｓａ、Ｓｓｂにより、演算アンプ４１、４２の反転入力（−）、高インピーダンスの開放位置（Ｏｐｅｎ）、接地電位ＧＮＤの間を周期的に切替接続される。演算アンプ４１、４２は、その非反転入力（＋）が所定の基準電位Ｖｒに接続されるとともに、その反転入力（−）とアンプ出力の間に容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂが接続されて、負帰還増幅回路を形成している。容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂはその負帰還路を形成する。この容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂには第２の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂが並列接続されている。

検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の対接地容量Ｃａ、Ｃｂが第１の能動スイッチＳｓａ、Ｓｓｂを介して演算アンプ４１、４２の反転入力（−）に接続され、かつ第２の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂがオフのタイミングのとき、演算アンプ４１、４２の出力には、反転入力（−）と非反転入力（＋）間を仮想短絡させる負帰還動作により、対地接地容量Ｃａ、Ｃｂと容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂの容量比（インピーダンス比）に応じた電圧が現れる。

この出力電圧は、対接地容量Ｃａ、Ｃｂが反転入力（−）から切り離された後も、第２の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂがオンに転じるまで保持される。第２の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂがオフからオンに転じると、容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂが短絡放電されて出力電圧がいったんリセットされる。このとき、第１の能動スイッチＳｓａ、Ｓｓｂの切替位置が接地電位ＧＮＤに切り替わって、対接地容量Ｃａ、Ｃｂも放電リセットされる。このリセット動作の所定期間後、第２の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂが再度オフに転じて容量素子Ｃａ、Ｃｂを負帰還路に介在させる。この状態で、第１の能動スイッチＳｓａ、Ｓｓｂが対接地容量Ｃａ、Ｃｂを演算アンプ４１、４２の反転入力（−）に再度接続する。すると、演算アンプ４１、４２の出力には、その対地接地容量Ｃａ、Ｃｂと容量素子Ｃｆａ、Ｃｆｂの容量比（インピーダンス比）に応じた電圧が再度現れる。このような動作が繰返されて、対接地容量Ｃａ、Ｃｂが周期的に測定される。演算アンプ４１、４２からはその測定出力電圧が周期的に更新されて出力される。

第１のシールド電極１４には、演算アンプ４１、４２の非反転入力（＋）に与えられているのと同一の基準電位Ｖｒが、第３の能動スイッチＳｓｓを介して印加される。第３の能動スイッチＳｓｓは、少なくとも第１の能動スイッチＳｆａ、Ｓｆｂの接続位置が演算アンプ４１、４２の反転入力（−）側にある期間、つまり対接地容量Ｃａ、Ｃｂの測定動作が行われる期間は、基準電位Ｖｒを第１のシールド電極１４に印加するように動作させられる。検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）もその測定動作期間では、演算アンプ４１、４２による仮想短絡動作により、基準電位Ｖｒが印加される。これにより、検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）と第１のシールド電極１４間の容量が等価的にキャンセルされる。

差検出回路３３は演算アンプ４１、４２からそれぞれ出力される測定電圧の差を出力する。図４に示すタイミングチャートでは、第１の検出電極１５（Ａｎ）の対接地容量Ｃａが第２の検出電極１６（Ｂｎ）の対接地容量Ｃｂよりも大きくなった状態、すなわち被検出体が接近してきた状態を示している。この差出力電圧Ｖ０は、スレッショルド回路に与えられる。

２つの容量検出回路３１、３２は互いに同特性（ペア特性）に構成してよいが、一方の対接地容量Ｃａの検出ゲインを他方の対接地容量Ｃｂのそれよりも小さく設定すること、あるいは差検出回路３３の伝達ゲインを入力間で異ならせることなどにより、検出時と非検出時とで差出力電圧Ｖ０の極性が反転するようにすることもできる。

以上のような差動増幅回路２１において、第１の入力端子ＩＮ１は、第１の検出電極１５（Ａｎ）に接続されている。第２の入力端子ＩＮ２は、第２の検出電極１６（Ｂｎ）に接続されている。一方で、第１の出力端子ＯＵＴ１は、図１に示されるスレッショルド回路１３に接続されている。第２の出力端子ＯＵＴ２は、第１のシールド電極１４に接続されている。

すなわち、図３に示す差動増幅回路２１は、第１の検出電極１５（Ａｎ）と被検出体との間の容量Ｃａと、第２の検出電極１６（Ｂｎ）と被検出体との間の容量Ｃｂとの差に比例する電圧Ｖ０を第１の出力端子ＯＵＴ１から取り出すことができる差動増幅回路２１である。

なお、この差動増幅回路２１は、第１のシールド電極１４の電位が、第１の検出電極１５（Ａｎ）および第２の検出電極１６（Ｂｎ）と常に等電位になるように動作させるものである。これにより、第１および第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）と第１のシールド電極１４間では電荷の充放電が行われず、両者間での見かけの静電容量は等価的にゼロとなる。このような第１のシールド電極１４が、第１および第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）と被装着体との間に介在して両者間を電気的に遮蔽することにより、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）による検出動作を、電極システム１１外部の環境等に影響されることなく、的確に行わせることができる。

第１の出力端子ＯＵＴ１に接続されたスレッショルド回路１３は、差動増幅回路２１から出力された電圧Ｖ０が任意に設定可能な閾値レベルを超えるか否かを判定する。例えば、第１の検出電極１５（Ａ１）と第２の検出電極１６（Ｂ１）とによって出力される電圧Ｖ０が閾値レベルを超えた場合、第１の検出電極１５（Ａ１）と第２の検出電極１６（Ｂ１）とによって構成される検出電極対上に被検出体が存在することを認識する。

なお、本実施形態においては、第１および第２検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）が交互に近接して複数配置されるため、これらに対応した複数の差動増幅回路２１からそれぞれ出力される電圧Ｖ０ｎ（ただし、ｎ＝１、２、３、４）のうち、複数の出力電圧Ｖ０ｎが、閾値レベルを超える場合もある。この場合、例えば、第１、第２検出電極１５（Ａ１）、１６（Ｂ１）による出力電圧Ｖ０１と、第１、第２検出電極１５（Ａ２）、１６（Ｂ２）による出力電圧Ｖ０２とが閾値レベルを超えた場合、スレッショルド回路１３により、Ｖ０１、Ｖ０２の最大値を判定すればよい。例えば最大値がＶ０１であれば、第１、第２検出電極１５（Ａ１）、１６（Ｂ１）からなる検出電極対上に被検出体が存在することを認識する。

複数の出力電圧Ｖ０ｎが、閾値レベルを超える場合の被検出体の存在の認識としては、他に、この閾値レベル（第１の閾値レベルとする）より大きな第２、第３の閾値レベルを設定し、閾値レベルを超える出力電圧Ｖ０ｎが単一になるまで順に判定することにより、被検出体の存在を認識してもよい。

また、例えば出力電圧Ｖ０１、Ｖ０２、Ｖ０３が閾値レベルを超えた場合、中央のＶ０２を出力する第１、第２検出電極１５（Ａ２）、１６（Ｂ２）上に被検出体が存在することを認識してもよい。

なお、上述の閾値レベル（第１の閾値レベル）は、少なくともノイズレベルより大きく設定すればよい。

以上に示される静電式近接センサの電極システム１１によれば、第１および第２検出電極１５（Ａ２）、１６（Ｂ２）上に被検出体が近接することにより、被検出体と第１および第２検出電極１５（Ａ２）、１６（Ｂ２）との間にそれぞれ静電容量Ｃａ、Ｃｂが生じる。それぞれの差動増幅回路２１は、この静電容量Ｃａ、Ｃｂの差（Ｃａ−ｃｂ）に比例した電圧Ｖ０ｎをスレッショルド回路１３に出力し、スレッショルド回路１３において、所定の閾値レベルを超えるか否かを判定することにより、被検出体の電極システム１１上における位置を検出することができる。

このとき、第２の検出電極１６（Ｂ２）は、ライン状に幅が細く形成されているため、被検出体が例えば第２の検出電極１６（Ｂ２）上に存在する場合は、被検出体と第２の検出電極１６（Ｂ２）との間に生じる静電容量は小さい。さらに、このとき、被検出体と第１の検出電極１５（Ａ２）との距離が遠いため、これらの間に生じる静電容量も小さい。従って、第２の検出電極１６（Ｂ２）上は、第１の検出電極１５（Ａ２）と第２の検出電極１６（Ｂ２）とによって構成される検出電極対においては、不感帯となる。しかし、第１の検出電極１５（Ａ１）と第１の検出電極１５（Ａ２）との間隔が、被検出体の幅よりも狭く形成されるため、第２の検出電極１６（Ｂ２）上の被検出体は、第１の検出電極１５（Ａ１）と第２の検出電極１６（Ｂ１）とによって構成される検出電極対において、その存在を認識することができる。

すなわち、第１の実施形態における静電式近接センサによれば、電極システム１１において、第１の検出電極１５（Ａｎ）および第２の検出電極１６（Ｂｎ）からなる複数対の検出電極を、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）とが交互に配置されるように形成することにより、電極システム１１上における不感帯をなくすことができる。従って、第１の検出電極１５（Ａｎ）および第２の検出電極１６（Ｂｎ）の長手方向に垂直な方向における被検出体の位置検出の感度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る静電式近接センサを模式的に示す上面図である。また、図６は、図５のＸ−Ｘ´に沿った断面図である。

第２の実施形態に係る静電式近接センサは、第１の実施形態に係る静電式近接センサと比較して、電極システム１１の構造が異なる。具体的には、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）とが配置される位置が異なる。

図６に示すように、第２の実施形態に係る静電式近接センサにおける電極システム１１は、第１の実施形態における電極膜層１８が、下から順に第１の電極膜層１８−１、絶縁膜層１８−２、第２の電極膜層１８−３からなる多層構造となっている。そして、第１の電極膜層１８−１には、複数の第１の検出電極１５（Ａｎ）が互いに平行に配置され、第２の電極膜層１８−３には、複数の第２の検出電極１６（Ｂｎ）が互いに平行に配置される。

図６に示すように、複数の第２の検出電極１６（Ｂｎ）は、それぞれ、複数の第１の検出電極１５（Ａｎ）上に絶縁膜１８−２を介して重なるように形成される。この際、図５に示すように、上面から見た場合、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）とが、交互に配列されるように形成される。

なお、図５に示される各第２の検出電極１６（Ｂｎ）の位置は、この一方の長辺が、各第１の検出電極１５（Ａｎ）上の一方の長辺に重なるように形成されている。しかし、各第２の検出電極１６（Ｂｎ）は、各第１の検出電極１５（Ａｎ）上のいずれの位置に形成されてもよいし、複数の第１の検出電極１５（Ａｎ）の間にそれぞれ形成されてもよい。

このような第２の実施形態に係る静電式近接センサにおいても、第１の実施形態の静電式近接センサと同様に、電極システム１１上における不感帯をなくすことができ、第１の検出電極１５（Ａｎ）および第２の検出電極１６（Ｂｎ）の長手方向に垂直な方向における被検出体の位置検出の感度を向上させることができる。

さらに、第２の実施形態に係る静電式近接センサにおいては、第１の実施形態の静電式近接センサと比較して、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）とがそれぞれ絶縁膜１８−２を介して重なるように形成されるため、複数の第１、第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）が占める面積を縮小することができる。従って、電極システム１１の小型化が可能となる。

なお、第２の実施形態に係る静電式近接センサにおいては、例えば図７に示すように、ライン状の第２の検出電極１６（Ｂｎ）の一部が、第１の検出電極１５（Ａｎ）上を横切るように形成してもより。この場合、第１の検出電極１５（Ａｎ）上に積極的に不感帯を形成することができる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る静電式近接センサを模式的に示す上面図である。また、図９は、図８のＸ−Ｘ´に沿った断面図である。

第３の実施形態に係る静電式近接センサも、第１の実施形態に係る静電式近接センサと比較して、電極システム１１の構造が異なる。具体的には、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）との面積比が異なる。

図８に示すように、第３の実施形態に係る静電式近接センサにおける電極システム１１は、電極膜層１８に形成される第１の検出電極１５（Ａｎ）と、第２の検出電極１６（Ｂｎ）との面積比が１：１になっている。すなわち、第１の検出電極１５（Ａｎ）の形状と第２の検出電極１６（Ｂｎ）の形状とは、等しい形状である。

さらに、一対の検出電極を構成する第１の検出電極１５（Ａｎ）と、第２の検出電極１６（Ｂｎ）との間隔は、それぞれ、少なくとも、被検出体の幅よりも広くなるように形成される。そして、この広い間隔内に、他の複数対の検出電極の一方が形成される。例えば図９の例では、一対の検出電極を構成する第１の検出電極１５（Ａ１）と、第２の検出電極１６（Ｂ１）との間には、他の２対の検出電極をそれぞれ構成する第１の検出電極１５（Ａ２、Ａ３）が形成されている。なお、第１の検出電極１５（Ａ２）と第２の検出電極１６（Ｂ２）との間隔および、第１の検出電極１５（Ａ３）と第２の検出電極１６（Ｂ３）との間隔も、第１の検出電極１５（Ａ１）と第２の検出電極１６（Ｂ１）との間隔と同様の間隔を有している。このような複数対の検出電極が、図９に示すように、電極膜層１８に形成されている。

第３の実施形態に係る静電式近接センサにおける検出原理も、上述した各実施形態に係る静電式近接センサにおける検出動作と、基本的には同様である。すなわち、例えば一対の検出電極を構成する第１、第２の検出電極１５（Ａ１）、１６（Ｂ１）は、それぞれ面積が等しいため、両者の中央部付近は、この一対の検出電極においては、不感帯となる。しかし、この中央部付近には、他の複数対の検出電極の一方（第１の検出電極１５（Ａ２、Ａ３））が形成されているため、中央部付近に近接した被検出体は、これらの第１の検出電極１５（Ａ２、Ａ３）をそれぞれ有する２対の検出電極により検出される。

図１０は、以上に示す第３の実施形態に係る静電式近接センサにおける検出動作を示す説明図である。

図１０に示すように、被検出体Ｍ１が図示された位置に存在する場合、この位置に近い第２の検出電極１６（Ｂ２、Ｂ３）および第１の検出電極１５（Ａ４）にそれぞれ接続される差動増幅回路２１の出力電圧値Ｖ０２、Ｖ０３、Ｖ０４は、その絶対値が、図１０において○で示されるように大きくなる。しかし、被検出体Ｍ１から遠い第２の検出電極１６（Ｂ１）に接続される差動増幅回路２１の出力電圧Ｖ０１は、図１０において○で示されるように、小さい。

図１０の○のような出力電圧が検出された場合、スレッショルド回路１３において、例えばこの絶対値が最も大きい値を検出した第２の検出電極１６（Ｂ３）上に、被検出体Ｍ１が存在すると認識してもよいし、また、閾値レベルＬ、−Ｌを超えた出力電圧Ｖ０２、Ｖ０３、Ｖ０４を検出した第２の検出電極１６（Ｂ２、Ｂ３）および第１の検出電極１５（Ａ４）の中央の電極である第２の検出電極１６（Ｂ３）上に、被検出体Ｍ１が存在すると認識してもよい。

同様に、図１０に示す被検出体Ｍ２が図示された位置に存在する場合は、図１０において●で示されるような大きさの電圧Ｖ０１、Ｖ０２、Ｖ０３が出力される。この場合もスレッショルド回路１３において、上述と同様の判定を行うことにより、被検出体Ｍ２は、第１の検出電極１５（Ａ１）と第２の検出電極１５（Ａ２）との中央部付近に存在すると認識することができる。

このような第３の実施形態に係る静電式近接センサにおいても、第１、第２の実施形態の静電式近接センサと同様に、電極システム１１上における不感帯をなくすことができ、第１の検出電極１５（Ａｎ）および第２の検出電極１６（Ｂｎ）の長手方向に垂直な方向における被検出体の位置検出の感度を向上させることができる。

さらに、第３の実施形態に係る静電式近接センサにおいては、第１、第２の実施形態の静電式近接センサと比較して、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）との面積が等しいため、位相や振幅等がほぼ完全に等しい状態の電磁波雑音が、これらの検出電極に誘導される。この雑音は、後述する差動浮遊容量検出手段１２の差動増幅回路２１により差動キャンセルされるため、より高効率に雑音を相殺・除去することができる。従って、雑音耐性に優れた静電式近接センサを提供することができる。

（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態に係る静電式近接センサの電極システムの一部を拡大した示す上面図である。

第４の実施形態に係る静電式近接センサは、第３の実施形態に係る静電式近接センサと比較して、電極システム１１の構造が異なる。具体的には、第１の検出電極１５（Ａｎ）と第２の検出電極１６（Ｂｎ）の形状およびこれらが形成される位置が異なる。

第４の実施形態に係る静電式近接センサにおける電極システム１１は、第３の実施形態における電極膜層１８が、第２の実施形態と同様に、下から順に第１の電極膜層、絶縁膜層、第２の電極膜層からなる多層構造となっている。そして、図１１に示すように、第１の電極膜層には、第１、第２の検出電極１５−１（Ａｎ）、１６−１（Ｂｎ）からなる複数対の検出電極が形成される。さらに、第２の電極膜層には、第１、第２の検出電極１５−２（Ａｎ）、１６−２（Ｂｎ）からなる複数対の検出電極が形成される。

図１１に示すように、第１の電極膜層に形成される複数の第１、第２の検出電極１５−１（Ａｎ）、１６−１（Ｂｎ）と、第２の電極膜層に形成される複数の第１、第２の検出電極１５−２（Ａｎ）、１６−２（Ｂｎ）とは、互いにこれらの長手方向が垂直になるように形成されている。

さらに、第１、第２の電極膜層にそれぞれ形成される全ての第１、第２の検出電極１５−１（Ａｎ）、１５−２（Ａｎ）、１６−１（Ｂｎ）、１６−２（Ｂｎ）は、複数の略正方形の電極２２が、これらの全ての正方形の電極２２の一方の対角線が一方に向くように配列され、これらが接続導体２３により接続された形状である。このような第１、第２の検出電極１５−１（Ａｎ）、１５−２（Ａｎ）、１６−１（Ｂｎ）、１６−２（Ｂｎ）は、全ての略正方形の電極２２が、それぞれ重ならないように配置されている。

このような第４の実施形態に係る静電式近接センサにおいても、第３の実施形態の静電式近接センサと同様に、電極システム１１上における不感帯をなくすことができる。

さらに、第４の実施形態に係る静電式近接センサにおいては、第１の電極膜層に形成された第１、第２の検出電極１５−２（Ａｎ）、１６−２（Ｂｎ）の長手方向をｘ軸方向、第２の電極膜層に形成された第１、第２の検出電極１５−２（Ａｎ）、１６−２（Ｂｎ）の長手方向をｙ軸方向とすれば、ｘ軸方向および、ｙ軸方向における被検出体の位置を検出することができる。すなわち、電極システム１１上の平面における一点の位置を検出することができる。

また、同一サイズの検出電極をマトリクス状に形成することにより、ｘ軸方向および、ｙ軸方向における被検出体の位置を検出可能な従来の電極システムと比較して、検出電極の数を低減することができるため、構成が簡単になり安価で実用的な静電式近接センサを提供することができる。

なお、上述の各実施形態においては、電極システム１１における被検出体の位置検出が可能であることを説明した。しかし、位置検出を時間的に連続して行うことにより、被検出体の移動方向の検出も可能であることは、言うまでもない。

以上に、本実施形態係る静電式近接センサについて説明した。しかし、実施形態は、上述に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形してよい。

例えば、各実施形態において、枠状の第２のシールド電極１７は、電極システム１１の表面が、検出動作に影響がある程度に汚れるような環境において使用される場合には必要であるが、その他の場合には、必ずしも必要なものではない。

また、上述した静電式近接センサを絶縁体の上に貼ることによって使用する場合には、必ずしも絶縁ベース１９−２を使用しなくともよい。すなわち、各実施形態の静電式近接センサにおける電極システム１１は、第１の絶縁膜１９−１の上面に第１、第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）を、第１の絶縁膜１９−１の下面に第１のシールド電極１４を、それぞれ蒸着するなどの方法によって形成されたものであってもよい。

また、各実施形態における第１、第２の検出電極１５（Ａｎ）、１６（Ｂｎ）の数は、それぞれ複数であれば数は限定されない。

１１・・・電極システム
１２・・・差動浮遊容量検出手段
１３・・・スレッショルド回路
１４・・・第１のシールド電極
１５・・・第１の検出電極
１６・・・第２の検出電極
１７・・・第２のシールド電極
１８・・・電極膜層
１９・・・絶縁体
１９−１・・・第１の絶縁膜
１９−２・・・絶縁ベース
１９−３・・・第２の絶縁膜
１９−４・・・第３の絶縁膜
２０・・・Ｖｉａ
２１・・・差動増幅回路
２２・・・正方形の電極
２３・・・接続導体
４１、４２、４３・・・演算アンプ
Ｃｆａ、Ｃｆｂ・・・容量素子
Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ａ・・・抵抗
Ｓｓａ、Ｓｓｂ、Ｓｓｓ、Ｓｆａ、Ｓｆｂ・・・能動スイッチ

Claims (4)

1. シールド電極上に形成された第１の絶縁膜と、
   この第１の絶縁膜上に形成され、互いに近接して平行に配列された帯状の複数の第１の検出電極と、
   これらの第１の検出電極の間若しくは、前記第１の検出電極の上部に平行に配置され、前記第１の検出電極より狭い幅の複数の帯状の第２の検出電極と、
   これらの第１、第２の検出電極上に形成された第２の絶縁膜と、
   を具備する電極システムと、
   隣り合う前記第１、第２の検出電極を一対とした複数対の検出電極にそれぞれ接続され、これらの検出電極と被検出体との間の静電容量の差に比例する電圧を出力する複数の差動増幅回路と、
   これらの差動増幅回路の出力が供給され、これらの出力のうち、所定の閾値電圧を超える前記出力を検出するスレッショルド回路と、
   を具備することを特徴とする静電式近接センサ。
2. シールド電極上に形成された第１の絶縁膜と、
   この第１の絶縁膜上に互いに近接して平行に形成され、形状が等しい帯状の複数の検出電極と、
   これらの検出電極上に形成された第２の絶縁膜と、
   を具備する電極システムと、
   一つ以上の前記検出電極を間に介した２つの検出電極を一対とした複数対の検出電極にそれぞれ接続され、これらの検出電極と被検出体との間の静電容量の差に比例する電圧を出力する複数の差動増幅回路と、
   これらの差動増幅回路の出力が供給され、これらの出力のうち、所定の閾値電圧を超える前記出力を検出するスレッショルド回路と、
   を具備することを特徴とする静電式近接センサ。
3. 前記複数の前記検出電極は、絶縁層を介した上面および下面にそれぞれ形成され、前記絶縁層の上面に形成された複数の検出電極と前記絶縁層の下面に形成された複数の検出電極とは、互いに直交することを特徴とする請求項２に記載の静電式近接センサ。
4. 前記シールド電極は、
   前記第１の絶縁層の下面に形成された第１のシールド電極と、
   前記複数の検出電極の周囲を囲うように前記第１の絶縁層上に形成された枠状の第２のシールド電極と、
   を具備し、
   前記第１のシールド電極と、前記第２のシールド電極とは、前記第１の絶縁膜に形成されたＶｉａを介して相互に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電式近接センサ。

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