計測装置、静電容量センサ、および、計測方法
【課題】静電容量の計測精度を向上させる。
【解決手段】抵抗Ｒ１の一端はポートＰ１に、他の一端はコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他の一端はポートＰ２と、接続端子Ｔ１を介して検出電極１１２に接続されている。ＳＷ１の一端は電源Ｖｃｃに、他の一端はポートＰ１およびＳＷ２の一端に接続されている。ＳＷ２の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ３の一端はポートＰ２に、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部１２１はポートＰ１に、電圧計測部１２２はポートＰ２に接続され、ともに電圧の計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ３の開閉を制御するとともに、電圧計測部１２１、１２２の計測結果に基づいて、静電容量を計測する。本発明は、例えば、静電容量の計測装置に適用できる。
【解決手段】抵抗Ｒ１の一端はポートＰ１に、他の一端はコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他の一端はポートＰ２と、接続端子Ｔ１を介して検出電極１１２に接続されている。ＳＷ１の一端は電源Ｖｃｃに、他の一端はポートＰ１およびＳＷ２の一端に接続されている。ＳＷ２の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ３の一端はポートＰ２に、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部１２１はポートＰ１に、電圧計測部１２２はポートＰ２に接続され、ともに電圧の計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ３の開閉を制御するとともに、電圧計測部１２１、１２２の計測結果に基づいて、静電容量を計測する。本発明は、例えば、静電容量の計測装置に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関し、特に、静電容量の計測精度を向上させるようにした計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出電極に所定の電圧を印加し、検出電極と検出電極の周囲の空間との間に発生する静電容量に応じて電荷を蓄積し、蓄積した電荷を静電容量が既知の蓄電器に転送し、蓄電器の電圧を計測することで、検出電極と検出電極の周囲との間の静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、最初に蓄電器に電荷を蓄積し、蓄電器の電荷を検出電極と検出対象間に発生する静電容量に転送し、検出電極の電圧を計測することで静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、検出電極の周囲に物体が存在する場合と存在しない場合とでは、検出電極の静電容量が異なる。さらに、検出電極の周囲に存在している物体が移動すると、検出電極の静電容量が変化する。そこで、これを利用して、例えば、静電容量計測装置により計測される検出電極の静電容量の変化に基づいて物体の有無を検出する物体検出センサや、物体の移動を検出する物体移動検出センサが実現されている。
【０００５】
ところで、静電容量計測装置を用いて静電容量を計測するときに、静電容量計測装置が電気的に接続されているグランドに対して、検出電極付近にある物体が電位を持つ状態となり、検出電極とその物体との間に電位差が生じることがある。例えば、検出電極の周囲に＋の電位を持つ物体が存在すると、電位差の影響を受けて−の電荷を持つ電子が引き寄せられ、検出電極に蓄積される電子の数が増加する。これにより、静電容量を正確に計測することができなくなる。
【０００６】
また、例えば、静電容量計測装置の検出電極を自動車のドアハンドルに組み込み、人の手などの物体のドアハンドルへの接近を検出する場合について考える。この場合、自動車のモータなどに電力を供給している電力線が検出電極の付近にあると、電力線の電位の影響を受けて、静電容量が変化していないにもかかわらず検出電極に蓄積される電荷の量が変化して、誤った静電容量が計測されるときがある。従って、モータへの電力供給がオン／オフされたときに、ドアハンドル付近に手などの物体が接近していないにもかかわらず、物体が接近したと誤判定されるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００２−５３０６８０号公報
【特許文献２】特開２００６−７８２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１および２に記載の発明では、検出電極の周囲に電位を持った物体が存在する場合に、計測中に検出電極に蓄積される電荷量に影響を与えるため、計測結果に誤差が生じる。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、静電容量の計測精度を向上できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面の計測装置は、第１の電極と第１の電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置であって、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第１の電極を接続可能な第１の接続手段と、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、第１の一端が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の抵抗と、第１の一端が第１の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第２の開閉手段と、第１の一端が第１の抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が第１の接続手段に接続されている蓄電器と、第１の一端が蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第３の開閉手段と、入力部が第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、第１乃至第３の開閉手段の開閉を制御するとともに、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とを備える。
【００１１】
本発明の第１の側面においては、第１乃至第３の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、第１の電極と第１の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。
【００１２】
従って、静電容量の計測精度が向上する。
【００１３】
この第１の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第１の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第１乃至第３の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この静電容量計測手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００１４】
静電容量計測手段が、第２の開閉手段および第３の開閉手段を制御して、蓄電器および第１の接続手段に接続されている第１の電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段を制御して、第２の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および第１の電極を充電し、第３の開閉手段を制御して、第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００１５】
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。
【００１６】
複数の異なる閾値のうち静電容量計測手段により計測される静電容量が最小となる閾値を正式な閾値に設定する閾値設定手段をさらに設けることができる。
【００１７】
これにより、閾値を適切に設定することができ、静電容量の計測精度をより向上させることができる。また、閾値を設定する手間を省くことができる。
【００１８】
この閾値設定手段は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。
【００１９】
グラウンドに接続されており、第２の電極を接続可能な第２の接続手段をさらに設けることができる。
【００２０】
これにより、第２の電極を用いてシールドすることにより、第１の電極による静電容量の計測に方向性を持たせることができる。
【００２１】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第４の開閉手段と、第１の一端が第４の開閉手段の第２の一端に接続され、第２の一端が第２の接続手段に接続されている第２の抵抗と、第１の一端が第２の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第５の開閉手段と、入力部が第５の開閉手段の第１の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、第１の電極と第２の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とをさらに設けるようにすることができる。
これにより、第１の電極および第２の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させることができる。
【００２２】
この第２の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この第２の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第４および第５の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第３の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この同電位制御手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００２３】
静電容量計測手段が、第２の開閉手段、第３の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、蓄電器、第１の接続手段に接続されている第１の電極、および、第２の接続手段に接続されている第２の電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段および第４の開閉手段を制御して、蓄電器、第１の電極、および、第２の電極を充電し、同電位制御手段が、第１の開閉手段、第２の開閉手段、第４の開閉手段、および、第５の開閉手段を制御し、第１の電極と第２の電極とが同じ電圧になるように制御し、静電容量計測手段が、第３の開閉手段を制御して、第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００２４】
これにより、第１の電極および第２の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させることができる。
【００２５】
本発明の第２の側面の計測装置は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置であって、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、複数のユニットであって、電極を接続可能な接続手段と、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、第１の一端が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、第１の一端が抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第２の開閉手段と、第１の一端が抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が接続手段に接続されている蓄電器と、第１の一端が蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第３の開閉手段と、入力部が第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とをそれぞれ備える複数のユニットと、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極を、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、複数の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とを備える。
【００２６】
本発明の第２の側面の計測装置においては、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極が、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定され、複数の電極が同じ電圧になるように制御され、各ユニットにおいて、第１乃至第３の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。
【００２７】
従って、静電容量の計測精度が向上する。また、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を柔軟に変更することができる。
【００２８】
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第１乃至第３の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この静電容量計測手段、役割設定手段、同電位設定手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００２９】
電極が検出電極に設定されているユニットにおいて、静電容量計測手段が、第２の開閉手段および第３の開閉手段を制御して、蓄電器および接続手段に接続されている電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段を制御して、第２の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極を充電し、第３の開閉手段を制御して、電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００３０】
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。また、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を柔軟に変更することができる。
【００３１】
本発明の第３の側面の静電容量センサは、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量に基づいて物体の検出を行う静電容量センサであって、電極と、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、第１の一端が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、第１の一端が抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第２の開閉手段と、第１の一端が抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が電極に接続されている蓄電器と、第１の一端が蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第３の開閉手段と、入力部が第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段と、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段とを備える。
【００３２】
本発明の第３の側面においては、第１乃至第３の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、第１の電極と第１の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測され、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出が行われる。
【００３３】
従って、静電容量の計測精度が向上する。その結果、物体の検出精度が向上する。
【００３４】
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第１乃至第３の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この静電容量計測手段、物体検出手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００３５】
静電容量計測手段が、第２の開閉手段および第３の開閉手段を制御して、蓄電器および接続手段に接続されている電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段を制御して、第２の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極を充電し、第３の開閉手段を制御して、電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００３６】
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。その結果、物体の検出精度がより向上する。
【００３７】
本発明の第４の側面の計測方法は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置の計測方法において、電極および蓄電器の電荷を放電する第１の放電ステップと、所定の基準電圧に対する電極の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極に同量の電荷を供給し、蓄電器および電極を充電する充電ステップと、蓄電器の電荷を保持したまま、電極の電荷を放電する第２の放電ステップと、充電ステップおよび第２の放電ステップの処理を１回以上実行することにより蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測する計測ステップとを含む。
【００３８】
本発明の第４の側面においては、電極および蓄電器の電荷が放電された後、所定の基準電圧に対する電極の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極に同量の電荷が供給され、蓄電器および電極が充電され、蓄電器の電荷を保持したまま、電極の電荷が放電される処理が１回以上実行され、記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量が計測される。
【００３９】
従って、静電容量の計測精度が向上する。
【００４０】
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の放電ステップ、充電ステップ、第２の放電ステップ、計測ステップは、例えば、マイクロコンピュータにより実行される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の第１乃至第４の側面によれば、静電容量の計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】静電容量計測装置の第１の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２】電圧計測部の構成例を示す図である。
【図３】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】計測処理中のコンデンサおよび検出電極の蓄積電荷量の推移を示す図である。
【図５】計測処理中の静電容量計測装置のＡ点およびＢ点の電圧の推移を示すグラフである。
【図６】全電荷放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図７】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図８】Ｃ１、検出電極充電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図９】Ｃ１、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１０】検出電極放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１１】検出電極放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１２】パラメータ計測処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１３】パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１４】計測処理の第１の変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】計測処理の第２の変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】パラメータ計測処理の変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】静電容量計測装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。
【図１８】静電容量計測装置の第２の実施の形態の放電時の正電荷の流れを示す図である。
【図１９】静電容量計測装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２０】シールド電極の構成例を示す断面図である。
【図２１】静電容量計測装置の第４の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２２】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図２３】全電荷放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２４】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２５】Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２６】Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２７】電極電位調整処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２８】電極電位調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２９】静電容量計測装置の第４の実施の形態の変形例を示す図である。
【図３０】静電容量計測装置の第５の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３１】静電容量計測装置の第５の実施の形態の放電時の正電荷の流れを示す図である。
【図３２】静電容量計測装置の第６の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３３】マイクロコンピュータの構成例を示す図である。
【図３４】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図３５】静電容量計測装置の第７の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３６】静電容量センサの構成例を示す図である。
【図３７】物体検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図３８】静電容量計測装置の第８の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３９】閾値電圧設定処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（静電容量計測装置の基本構成例）
２．第２の実施の形態（計測時間を短縮可能にする例）
３．第３の実施の形態（静電容量の計測に方向性を持たせる例）
４．第４の実施の形態（検出電極とシールド電極が同じ電圧になるように制御する例）
５．第５の実施の形態（第４の実施の形態の計測時間を短縮可能にする例）
６．第６の実施の形態（複数の電極を検出電極とシールド電極の両方に使用可能にする例）
７．第７の実施の形態（２枚の電極間の静電容量を計測する例）
８．第８の実施の形態（静電容量センサに適用した例）
９．第９の実施の形態（閾値電圧を自動設定できるようにした例）
１０．変形例
【００４４】
＜１．第１の実施の形態＞
図１乃至図１６を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４５】
［静電容量計測装置１０１の構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態である静電容量計測装置１０１の構成例を示す図である。
【００４６】
静電容量計測装置１０１は、検出電極１１２と検出電極１１２の周囲の空間との間の静電容量を計測する装置である。
【００４７】
なお、静電容量そのものを計測するかわりに、静電容量に対応する静電容量パラメータを計測するようにすることも可能である。静電容量パラメータは、計算式によって静電容量に換算できる物理量であり、例えば、電圧、電荷量、所定の電圧になるまでの動作の繰り返し回数、所定の電圧になるまでの時間等を含む。
【００４８】
また、本発明の静電容量計測装置が計測する静電容量には、計算式によって静電容量に換算できる物理量である静電容量パラメータを含む。従って、以下、静電容量を計測する処理を、「静電容量パラメータを計測する」と記載する場合もある。
【００４９】
後述するように、静電容量計測装置１０１は、例えば、検出電極１１２が所定の位置に設置された状態で、電源１０４により所定の基準電圧点に対して所定の電位を有し、検出対象ではない物体１０３が検出電極１１２の近くに存在する場合に、検出電極１１２に電荷を蓄積させることによって検出電極１１２の基準電圧点に対する電位を変化させて、検出電極１１２と物体１０３の電位が等しくなったときに静電容量を計測する。これにより、物体１０３の有する電位の影響を除去して、検出対象となる物体１０２と検出電極１１２との間の静電容量を正確に計測することができる。
【００５０】
なお、基準電圧点は、静電容量計測装置１０１の使用用途などに応じて任意に設定することができ、例えば、アース、車両のボディアース等に設定される。
【００５１】
静電容量計測装置１０１は、マイクロコンピュータ１１１、検出電極１１２、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、および、接続端子Ｔ１を含むように構成される。また、マイクロコンピュータ１１１は、電圧計測部１２１，１２２、パラメータ計測部１２３、演算処理部１２４、出力部１２５、電荷供給部１２６、および、ＳＷ（スイッチ）１乃至３を含むように構成される。
【００５２】
抵抗Ｒ１の一端はマイクロコンピュータ１１１のポートＰ１に接続され、抵抗Ｒ１の他の一端はコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他の一端は、マイクロコンピュータ１１１のポートＰ２および接続端子Ｔ１に接続されている。
【００５３】
検出電極１１２は、接続端子Ｔ１に着脱自在である。なお、検出電極１１２を、接続端子Ｔ１ではなく、ポートＰ２に直接接続するようにしてもよい。
【００５４】
ＳＷ１の一端は電荷供給部１２６に接続され、ＳＷ１の他の一端は、ポートＰ１およびＳＷ２の一端に接続されている。ＳＷ２の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ３の一端は、ポートＰ２に接続され、ＳＷ３の他の一端は、グラウンドに接続されている。なお、グラウンドは外部の基準電圧点に接続され、その結果、マイクロコンピュータ１１１の動作の基準電圧が基準電圧点に設定される。
【００５５】
電圧計測部１２１は、入力端子がポートＰ１に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。
【００５６】
電圧計測部１２２は、入力端子がポートＰ２に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。
【００５７】
例えば、電圧計測部１２１、１２２は、図２に示されるように、比較器１４１により構成される。比較器１４１は、入力端子に入力された電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値電圧Ｖｒｅｆと比較し、その結果を出力する。
【００５８】
なお、比較器１４１として、マイクロコンピュータ１１１のデジタル信号入力端子を用いることが可能である。すなわち、デジタル信号入力端子は、入力信号の電圧が所定の閾値以上であるか否かに基づいて、入力信号がハイレベルかローレベルかを識別しているため、その機能を利用することが可能である。また、例えば、入出力用にマイクロコンピュータ１１１の２ビット分の端子を用いて、抵抗分圧して電圧を入力することで、閾値電圧Ｖｒｅｆを任意の値に設定することが可能である。
【００５９】
なお、電圧計測部１２１、１２２とも、閾値電圧Ｖｒｅｆは、非検出対象の物体１０３と基準電圧点との間の電圧（＝電源１０４の電圧）とほぼ等しい値に設定される。ただし、電圧計測部１２１の閾値電圧Ｖｒｅｆは、必ずしも物体１０３と基準電圧点との間の電圧に設定する必要はなく、他の値に設定するようにしてもよい。
【００６０】
パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ３の開閉を制御するとともに、電圧計測部１２１および電圧計測部１２２の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部１２３は、計測した静電容量パラメータを演算処理部１２４に供給する。
【００６１】
演算処理部１２４は、パラメータ計測部１２３により計測された静電容量パラメータに基づいて、他の静電容量パラメータ、例えば、静電容量の演算を行う。演算処理部１２４は、パラメータ計測部１２３により計測された静電容量パラメータ、および、演算した静電容量パラメータを出力部１２５に供給する。
【００６２】
出力部１２５は、静電容量パラメータを外部に出力する。
【００６３】
なお、以下、コンデンサＣ１の静電容量をＣ１、電圧をＶｃ１、蓄積電荷量をＱｃ１で表す。また、検出電極１１２と周囲の空間との間の静電容量をＣｘで表し、検出電極１１２の電圧をＶｘ、蓄積電荷量をＱｘで表す。さらに、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１で表す。また、以下、コンデンサＣ１の抵抗Ｒ１側の電極を正極と称し、コンデンサＣ１の検出電極１１２側の電極を負極と称する。
【００６４】
また、以下、電荷供給部１２６を、定電圧電源である電源Ｖｃｃにより構成する例を示す。それに伴い、明細書および図面において、電荷供給部１２６の代わりに、電源Ｖｃｃを示す。また、以下、電源Ｖｃｃの電圧をＶｃｃで表す。
【００６５】
さらに、以下、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の間のＡ点の電圧（基準電圧点を基準とするＡ点の電位）をＶａで表す。また、コンデンサＣ１、ポートＰ２および接続端子Ｔ１の間の接続点Ｂの電圧（基準電圧点を基準とするＢ点の電位）をＶｂで表す。なお、電圧Ｖｂは、電圧計測部１２２に入力される電圧とほぼ等しくなる。
【００６６】
［静電容量計測装置１０１の処理］
次に、図３乃至図１３を参照して、静電容量計測装置１０１の処理について説明する。
【００６７】
まず、図３乃至図５を参照して、静電容量計測装置１０１により実行される計測処理について説明する。なお、図３は、計測処理を説明するためのフローチャートである。図４は、計測処理中のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１、および、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘの推移を示す図である。図５は、Ａ点の電圧ＶａおよびＢ点の電圧Ｖｂの推移を示すグラフである。なお、図５の横軸は時間を示し、縦軸は電圧（基準電圧点に対する電位）を示している。
【００６８】
ステップＳ１において、静電容量計測装置１０１は、全電荷放電処理を実行する。
【００６９】
ここで、図６および図７を参照して、ステップＳ１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図６は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図７は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００７０】
ステップＳ２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ３をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極から抵抗Ｒ１およびＳＷ２を介してグラウンドに矢印Ａ１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の放電が開始される。また、検出電極１１２からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ２の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。
【００７１】
ステップＳ２２において、パラメータ計測部１２３は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１および検出電極１１２の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
【００７２】
ステップＳ２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ３をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【００７３】
図３に戻り、ステップＳ２において、静電容量計測装置１０１は、Ｃ１、検出電極充電処理を実行する。
【００７４】
ここで、図８および図９を参照して、ステップＳ２のＣ１、検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図８は、Ｃ１、検出電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図９は、Ｃ１、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００７５】
なお、ステップＳ２の開始時刻をｔ１とすると、時刻ｔ１において、図４に示されるように、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１および検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘは、ほぼ０になる。また、Ａ点の電圧ＶａおよびＢ点の電圧Ｖｂは、基準電圧点とほぼ等しくなる。
【００７６】
ステップＳ４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ３の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の充電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ１の負極から検出電極１１２に矢印Ａ４の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極１１２の充電が開始される。
【００７７】
このとき、抵抗Ｒ１によりコンデンサＣ１および検出電極１１２の充電速度が決定する。すなわち、抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ１が大きくなるほど、充電時間は遅くなり、抵抗値Ｒ１が小さくなるほど、充電時間は速くなる。
【００７８】
また、コンデンサＣ１に蓄積される電荷量と検出電極に蓄積される電荷量はほぼ等しいため、次式（１）が成り立つ。
【００７９】
Ｃ１×Ｖｃ１＝Ｃｘ×Ｖｘ ・・・（１）
【００８０】
ステップＳ４２において、電圧計測部１２２は、検出電極１１２の電圧Ｖｘ（より正確には、検出電極１１２と基準電圧点との間の電圧）を計測する。そして、電圧計測部１２２は、計測した電圧Ｖｘを所定の閾値、すなわち閾値電圧Ｖｒｅｆと比較し、その結果をパラメータ計測部１２３に供給する。
【００８１】
ステップＳ４３において、パラメータ計測部１２３は、電圧計測部１２２による計測結果に基づいて、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以上であるか否かを判定する。検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ４２に戻る。その後、ステップＳ４３において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ４２およびＳ４３の処理が繰返し実行される。従って、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上に達するまで、コンデンサＣ１および検出電極１１２が充電される。
【００８２】
一方、ステップＳ４３において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ４４に進む。
【００８３】
ステップＳ４４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオフする。これにより、コンデンサＣ１および検出電極１１２の充電が停止する。その後、Ｃ１、検出電極充電処理は終了する。
【００８４】
この時点の時刻をｔ２とし、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値電圧Ｖｒｅｆに達したときの検出電極１１２の蓄積電荷量をＱｒｅｆとすると、図４に示されるように、時刻ｔ２において、コンデンサＣ１および検出電極１１２の蓄積電荷量は、蓄積電荷量Ｑｒｅｆとほぼ等しくなる。
【００８５】
また、時刻ｔ２において、検出電極１１２の電圧Ｖｘと物体１０３の電圧がほぼ等しくなるため、検出電極１１２と物体１０３との間の静電容量がほぼ０の状態で、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷が蓄積される。すなわち、検出電極１１２と物体１０３との間の静電容量の影響をほとんど受けずに、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷を蓄積することができる。さらに換言すれば、検出電極１１２とその周囲との間の静電容量のうち検出電極１１２と物体１０３との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷を、コンデンサＣ１および検出電極１１２に蓄積することができる。従って、蓄積電荷量Ｑｒｅｆは、物体１０３の影響を除去した検出電極１１２と周囲の空間の静電容量Ｃｘに比例した値となる。
【００８６】
また、時刻ｔ２において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しいため、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、次式（２）により表される。
【００８７】
Ｖｃ１＝（Ｃｘ／Ｃ１）×Ｖｒｅｆ ・・・（２）
【００８８】
従って、図５に示されるように、時刻ｔ２において、Ａ点の電圧Ｖａ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｃ１となり、Ｂ点の電圧Ｖｂ＝Ｖｒｅｆとなる。
【００８９】
図３に戻り、ステップＳ３において、静電容量計測装置１０１は、検出電極放電処理を実行する。
【００９０】
ここで、図１０および図１１を参照して、ステップＳ３の検出電極放電処理の詳細について説明する。なお、図１０は、検出電極放電処理を説明するためのフローチャートであり、図１１は、検出電極放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００９１】
ステップＳ６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンする。これにより、検出電極１１２からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ５の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。
【００９２】
ステップＳ６２において、パラメータ計測部１２３は、所定の時間、すなわち、検出電極１１２の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
【００９３】
ステップＳ６３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフする。その後、検出電極放電処理は終了する。
【００９４】
これにより、コンデンサＣ１の電荷が保持されたまま、検出電極１１２の電荷が放電される。従って、この時点の時刻をｔ３とすると、図４に示されるように、時刻ｔ３において、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１＝Ｑｒｅｆ、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘ＝０となる。また、図５に示されるように、時刻ｔ３において、Ａ点の電圧Ｖａ＝Ｖｃ１となり、Ｂ点の電圧Ｖｂ＝０となる。なお、図５において、紙面の都合上、時刻ｔ２と時刻ｔ３をほぼ同時刻に示している。
【００９５】
図３に戻り、ステップＳ４において、パラメータ計測部１２３は、ステップＳ２乃至Ｓ４の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ４において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ２乃至Ｓ４の処理が繰り返し実行される。
【００９６】
一方、ステップＳ４において、ステップＳ２乃至Ｓ４の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップＳ５に進む。
【００９７】
この時点の時刻をｔ４とすると、時刻ｔ３と時刻ｔ４の間に、ステップＳ２の処理で１回充電されるごとに、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１が約Ｑｒｅｆずつ増加し、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、上述した式（２）に示される値ずつ大きくなる。そして、ステップＳ２およびＳ３の処理がｎ回繰り返されたとすると、時刻ｔ４において、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１＝ｎ×Ｑｒｅｆとなる。また、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、次式（３）により表される。
【００９８】
Ｖｃ１＝ｎ×（Ｃｘ／Ｃ１）×Ｖｒｅｆ ・・・（３）
【００９９】
ステップＳ５において、静電容量計測装置１０１は、パラメータ計測処理を実行する。
【０１００】
ここで、図１２および図１３を参照して、ステップＳ５のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図１２は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図１３は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１０１】
ステップＳ８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ３をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の負極からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ７の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１のみの充電が開始される。
【０１０２】
ステップＳ８２において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を開始する。
【０１０３】
ステップＳ８３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオフする。これにより、コンデンサＣ１の充電が一時中断される。
【０１０４】
ステップＳ８４において、電圧計測部１２１は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測する。このとき、ＳＷ１がオフされ、抵抗Ｒ１にはほとんど電流が流れておらず、ＳＷ３がオンされ、コンデンサＣ１の負極がグラウンドに接続されている。従って、電圧計測部１２１により計測される電圧は、コンデンサＣ１の正極と基準電圧点との間の電圧とほぼ等しくなる。そして、電圧計測部１２１は、計測した電圧を所定の閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果をパラメータ計測部１２３に出力する。
【０１０５】
ステップＳ８５において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオンする。これにより、コンデンサＣ１の充電が再開される。
【０１０６】
ステップＳ８６において、パラメータ計測部１２３は、電圧計測部１２１による計測結果に基づいて、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ８３に戻る。その後、ステップＳ８６において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ８３乃至Ｓ８６の処理が繰り返し実行される。
【０１０７】
一方、ステップＳ８６において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ８７に進む。
【０１０８】
この時点の時刻をｔ５とすると、図４に示されるように、時刻ｔ５において、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１＝Ｑｒｅｆ’（＝（Ｃ１／Ｃｘ）×Ｑｒｅｆ）となり、検出電極１１２に蓄積電荷量Ｑｘ＝０となる。また、図５に示されるように、時刻ｔ５において、Ａ点の電圧Ｖａ＝Ｖｒｅｆとなり、Ｂ点の電圧Ｖｂ＝０となる。
【０１０９】
ステップＳ８７において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を終了する。
【０１１０】
これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が、上述した式（３）に示される電圧から閾値電圧Ｖｒｅｆに達するまでの充電時間ｔが計測される。パラメータ計測部１２３は、計測した充電時間ｔを演算処理部１２４に供給する。
【０１１１】
なお、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが大きく、蓄積電荷量Ｑｒｅｆの値が大きくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１および電圧Ｖｃ１が大きくなるため、充電時間ｔは短くなる。逆に、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが小さくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１および電圧Ｖｃ１が小さくなるため、充電時間ｔは長くなる。より具体的には、充電時間ｔは、次式（４）により求められる。
【０１１２】
【数１】
【０１１３】
なお、上述したように、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１は、物体１０３の影響をほとんど受けないため、充電時間ｔも物体１０３の影響をほとんど受けない。すなわち、充電時間ｔは、物体１０３の影響を除いた検出電極１１２の静電容量Ｃｘを反映した値となる。
【０１１４】
ステップＳ８８において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ３をオフする。これにより、コンデンサＣ１の充電が停止する。その後、パラメータ計測処理は終了する。
【０１１５】
図３に戻り、ステップＳ６において、演算処理部１２４は、演算処理を行う。例えば、演算処理部１２４は、充電時間ｔを用いて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。具体的には、上述した式（４）を静電容量Ｃｘについて解くと、次式（５）となる。
【０１１６】
【数２】
【０１１７】
演算処理部１２４は、式（５）に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。これにより、物体１０３の影響を除いた検出電極１１２の静電容量Ｃｘを求めることができる。演算処理部１２４は、算出した静電容量Ｃｘ、および、パラメータ計測部１２３により計測された充電時間ｔを出力部１２５に供給する。
【０１１８】
ステップＳ７において、出力部１２５は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Ｃｘおよび充電時間ｔの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
【０１１９】
以上のようにして、基準電圧点と異なる電圧の物体１０３の影響を除去して、検出電極１１２とその周囲の空間との間の静電容量を計測することができる。
【０１２０】
例えば、自動車の車内で周囲の空間の静電容量を計測する場合、他の電子回路や他のセンサの検出部など、基準となるボディアースと電位差をもつ物体が、検出電極の周囲に存在することが多い。しかし、静電容量計測装置１０１を用いれば、検出電極１１２の周囲にボディアースに対して電位差を持つ物体が存在する場合でも、その物体の影響を受けずに静電容量を計測することができる。
【０１２１】
なお、静電容量パラメータは、以上の例に限定されるものではなく、検出電極１１２の静電容量Ｃｘ（１回の充電で蓄積される検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｒｅｆ）に応じて変化する他の種類のパラメータを計測するようにしてもよい。ここで、図１４乃至図１６を参照して、静電容量パラメータの他の例について説明する。
【０１２２】
［静電容量パラメータの第１の変形例］
まず、図１４を参照して、静電容量パラメータの第１の変形例について説明する。図１４は、静電容量パラメータの第１の変形例に対応する計測処理を説明するためのフローチャートである。
【０１２３】
ステップＳ１２１において、図３のステップＳ１の処理と同様に、全電荷放電処理が実行される。
【０１２４】
ステップＳ１２２において、図３のステップＳ２の処理と同様に、Ｃ１、検出電極充電処理が実行される。
【０１２５】
ステップＳ１２３において、図３のステップＳ３の処理と同様に、検出電極放電処理が実行される。
【０１２６】
ステップＳ１２４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンする。
【０１２７】
ステップＳ１２５において、図１２のステップＳ８４の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が計測され、電圧Ｖｃ１と閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）を比較した結果が、電圧計測部１２２からパラメータ計測部１２３に供給される。
【０１２８】
ステップＳ１２６において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフする。
【０１２９】
ステップＳ１２７において、パラメータ計測部１２３は、充電回数をインクリメントする。
【０１３０】
ステップＳ１２８において、図１２のステップＳ８６の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ１２２に戻る。その後、ステップＳ１２８において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ１２２乃至Ｓ１２８の処理が繰り返し実行される。これにより、ステップＳ１２２の処理で１回充電されるごとに、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１が約Ｑｒｅｆずつ増加し、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値電圧Ｖｒｅｆ以上になるまでの充電回数がカウントされる。
【０１３１】
なお、上述したように、１回あたりにコンデンサＣ１に蓄積される電荷量Ｑｒｅｆは、物体１０３の影響をほとんど受けないため、充電回数ｎも物体１０３の影響をほとんど受けない。すなわち、充電回数ｎは、物体１０３の影響を除いた検出電極１１２の静電容量Ｃｘを反映した値となる。
【０１３２】
一方、ステップＳ１２８において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ１２９に進む。
【０１３３】
ステップＳ１２９において、演算処理部１２４は、演算処理を行う。具体的には、パラメータ計測部１２３は、カウントした充電回数を演算処理部１２４に供給する。演算処理部１２４は、充電回数に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。なお、コンデンサＶｃ１が閾値電圧Ｖｒｅｆ以上になったときの充電回数をｎとすると、上述した式（３）により、検出電極１１２の静電容量Ｃｘ＝Ｃ１／ｎとなる。演算処理部１２４は、算出した静電容量Ｃｘ、および、パラメータ計測部１２３により計測された充電回数ｎを出力部１２５に供給する。
【０１３４】
ステップＳ１３０において、出力部１２５は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Ｃｘおよび充電回数ｎの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
【０１３５】
なお、充電回数ｎの代わりに、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上になるまでの充電時間を静電容量パラメータとして計測するようにしてもよい。
【０１３６】
［静電容量パラメータの第２の変形例］
次に、図１５を参照して、静電容量パラメータの第２の変形例について説明する。図１５は、静電容量パラメータの第２の変形例に対応する計測処理を説明するためのフローチャートである。
【０１３７】
ステップＳ１４１において、図３のステップＳ１の処理と同様に、全電荷放電処理が実行される。
【０１３８】
ステップＳ１４２において、パラメータ計測部１２３は、充電時間の計測を開始する。
【０１３９】
ステップＳ１４３において、図３のステップＳ２の処理と同様に、Ｃ１、検出電極充電処理が実行される。
【０１４０】
ステップＳ１４４において、パラメータ計測部１２３は、充電時間の計測を終了する。
【０１４１】
ステップＳ１４５において、図３のステップＳ３の処理と同様に、検出電極放電処理が実行される。
【０１４２】
ステップＳ１４６において、パラメータ計測部１２３は、充電回数をインクリメントする。
【０１４３】
ステップＳ１４７において、パラメータ計測部１２３は、充電時間が所定の時間を超えたか否かを判定する。充電時間が所定の時間を超えていないと判定された場合、処理はステップＳ１４２に戻る。その後、ステップＳ１４７において、充電時間が所定の時間を超えたと判定されるまで、ステップＳ１４２乃至Ｓ１４７の処理が繰り返し実行される。
【０１４４】
コンデンサＣ１の充電は、蓄積電荷量Ｑｃ１が増加するにつれて遅くなるため、ステップＳ１４２乃至Ｓ１４７の処理を１回行う毎に、パラメータ計測部１２３により計測される充電時間も長くなる。そして、ステップＳ１４７において、充電時間が所定の時間を超えたと判定された場合、処理はステップＳ１４８に進む。
【０１４５】
ステップＳ１４９において、演算処理部１２４は、演算処理を行う。具体的には、パラメータ計測部１２３は、カウントした充電回数を演算処理部１２４に供給する。演算処理部１２４は、充電回数に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。
【０１４６】
ここで、ｎ回充電した後のコンデンサＣ１の電圧をＶｃ１（ｎ）とすると、上述した式（３）に基づいて、電圧Ｖｃ１（ｎ）は、次式（６）により表される。
【０１４７】
Ｖｃ１（ｎ）＝ｎ×（Ｃｘ／Ｃ１）×Ｖｒｅｆ ・・・（６）
【０１４８】
一方、ｎ回充電した後、ｎ＋１回目の充電を行う際の充電時間ｔと検出電極１１２の電圧Ｖｘ（ｎ＋１）の関係は、次式（７）により表される。
【０１４９】
【数３】
【０１５０】
Ｖｘ（ｎ＋１）が閾値電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間をｔｄとし、式（６）のＶｃ１（ｎ）を式（７）に代入すると、次式（８）が得られる。
【０１５１】
【数４】
【０１５２】
そして、式（８）に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出することができる。
【０１５３】
演算処理部１２４は、算出した静電容量Ｃｘ、および、パラメータ計測部１２３により計測された充電回数ｎを出力部１２５に供給する。
【０１５４】
ステップＳ１４９において、出力部１２５は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Ｃｘおよび充電回数ｎの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
【０１５５】
［静電容量パラメータの第３の変形例］
次に、図１６を参照して、静電容量パラメータの第３の変形例について説明する。
【０１５６】
この第３の変形例の場合、電圧計測部１２１、１２２は、例えば、図１６に示されるようにＡ／Ｄ変換器１５１により構成される。すなわち、電圧計測部１２１、１２２は、入力されたアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換して出力する。
【０１５７】
また、この場合、図３のステップＳ５のパラメータ計測処理は、図１６のフローチャートに従って実行される。
【０１５８】
すなわち、ステップＳ１６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンする。
【０１５９】
ステップＳ１６２において、電圧計測部１２２は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測し、計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。この場合、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と閾値電圧Ｖｒｅｆの比較結果ではなく、電圧Ｖｃ１の実測値がパラメータ計測部１２３に供給される。パラメータ計測部１２３は、取得した電圧Ｖｃ１の実測値を静電容量パラメータに設定する。
【０１６０】
そして、電圧Ｖｃ１が分かれば、上述した式（１）に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを求めることができる。
【０１６１】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
【０１６２】
［静電容量計測装置２０１の構成例］
図１７は、本発明の第２の実施の形態である静電容量計測装置２０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０１６３】
静電容量計測装置２０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ２１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ２１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、ポートＰ３が追加されている点が異なる。
【０１６４】
さらに、静電容量計測装置２０１では、静電容量計測装置１０１と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗Ｒ１はポートＰ１とポートＰ３の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ２とポートＰ３の間に接続されている。ＳＷ２の一端はポートＰ３に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部１２１は、入力端子がポートＰ３に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置１０１と同様である。
【０１６５】
このように静電容量計測装置２０１を構成することにより、図１８の矢印Ａ２１に示されるように、コンデンサＣ１の電荷を抵抗Ｒ１を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。
【０１６６】
また、コンデンサＣ１の充電を継続したまま、電圧計測部１２１によりコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測することができ、計測時間を短縮することができる。
【０１６７】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、図１９および図２０を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、検出電極１１２の静電容量Ｃｘの検出に方向性を持たせるようにするものである。
【０１６８】
［静電容量計測装置の構成例］
図１９は、本発明の第３の実施の形態である静電容量計測装置３０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０１６９】
静電容量計測装置３０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ３１１が設けられ、シールド電極３１２および接続端子Ｔ２が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ３１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、ポートＰ３が追加されている点が異なる。
【０１７０】
ポートＰ３は、グラウンドに接続されるとともに、接続端子Ｔ２に接続されている。
【０１７１】
シールド電極３１２は、電界の遮蔽に用いられる電極であり、接続端子Ｔ２に着脱自在である。また、シールド電極３１２は、接続端子Ｔ２に接続された状態において、接続端子Ｔ２およびポートＰ３を介してマイクロコンピュータ３１１のグラウンドに接続され、基準電圧点の電圧に保持される。なお、シールド電極３１２を、接続端子Ｔ２ではなく、ポートＰ３に直接接続するようにしてもよい。
【０１７２】
なお、以下、シールド電極３１２の電圧をＶｓ、蓄積電荷量をＱｓで表す。
【０１７３】
図２０は、シールド電極３１２の形状の一例を模式的に示す断面図である。この例において、シールド電極３１２は、検出電極１１２を覆うような箱形の形状をしている。
【０１７４】
上述したように、シールド電極３１２は、基準電圧点の電圧に保持されるため、シールド電極３１２側から物体が接近しても、検出電極１１２周辺の電界はほとんど変化しない。従って、静電容量の計測方向を限定することが可能である。例えば、図２０の例の場合、静電容量の計測方向を紙面の上方向に限定することが可能である。また、例えば、図１９に示されるように、検出電極１１２と物体１０３の間にシールド電極３１２を配置することにより、物体１０３の影響をより小さくして、静電容量を計測することが可能になる。
【０１７５】
なお、以上の説明では、シールド電極３１２をグラウンドに接続する例を示したが、グラウンド以外の電圧保持手段に接続して、シールド電極３１２の電圧がほぼ一定になるようにするようにしてもよい。
【０１７６】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、図２１乃至図２９を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は、第３の実施の形態と比較して、検出電極１１２とシールド電極３１２が同じ電圧になるように制御するようにしたものである。
【０１７７】
［静電容量計測装置４０１の構成例］
図２１は、本発明の第４の実施の形態である静電容量計測装置４０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１９と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０１７８】
静電容量計測装置４０１は、図１９の静電容量計測装置３０１と比較して、マイクロコンピュータ３１１の代わりマイクロコンピュータ４１１が設けられ、抵抗Ｒ２が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ４１１は、マイクロコンピュータ３１１と比較して、電圧計測部４２１、同電位制御部４２３、ＳＷ４、およびＳＷ５が追加され、パラメータ計測部１２３の代わりにパラメータ計測部４２２が設けられている点が異なる。
【０１７９】
抵抗Ｒ２は、接続端子Ｔ２とポートＰ３の間に接続されている。また、ＳＷ４の一端は電源Ｖｃｃに接続され、他の一端はポートＰ３、ＳＷ５の一端に接続されている。ＳＷ５の他の一端は、グラウンドに接続されている。
【０１８０】
電圧計測部４２１は、入力端子がポートＰ３に接続されている。電圧計測部４２１は、電圧計測部１２１、１２２と同様に、入力端子に入力される電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、比較した結果を同電位制御部４２３に供給する。
【０１８１】
パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１乃至ＳＷ３の開閉を制御するとともに、電圧計測部１２１および電圧計測部１２２の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部４２２は、計測した静電容量パラメータを演算処理部１２４に供給する。
【０１８２】
同電位制御部４２３は、電圧計測部４２１の計測結果に基づいて、ＳＷ４およびＳＷ５の開閉を制御して、検出電極１１２とシールド電極３１２の電圧が同じになるように調整する。
【０１８３】
［静電容量計測装置４０１の処理］
次に、図２２至図２８を参照して、静電容量計測装置４０１の処理について説明する。
【０１８４】
まず、図２２のフローチャートを参照して、静電容量計測装置４０１により実行される計測処理について説明する。
【０１８５】
ステップＳ３０１において、静電容量計測装置４０１は、全電荷放電処理を実行する。
【０１８６】
ここで、図２３および図２４を参照して、ステップＳ３０１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図２３は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図２４は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１８７】
ステップＳ３２１において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオンする。これにより、コンデンサＣ１から抵抗Ｒ１およびＳＷ２を介してグラウンドに矢印Ａ４１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の放電が開始される。また、検出電極１１２からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ４２の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。さらに、シールド電極３１２から抵抗Ｒ２およびＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ４３の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の放電が開始される。
【０１８８】
ステップＳ３２２において、パラメータ計測部４２２は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１、検出電極１１２、および、シールド電極３１２の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
【０１８９】
ステップＳ３２３において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０１９０】
図２２に戻り、ステップＳ３０２において、静電容量計測装置４０１は、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
【０１９１】
ここで、図２５および図２６を参照して、ステップＳ３０２のＣ１、検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図２５は、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図２６は、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１９２】
ステップＳ３４１において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１、ＳＷ４をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ４３の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の充電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ１の負極から検出電極１１２に矢印Ａ４４の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の充電が開始される。さらに、電源ＶｃｃからＳＷ４および抵抗Ｒ２を介してシールド電極３１２に矢印Ａ４５の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の充電が開始される。
【０１９３】
ステップＳ３４２において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１がオンであるか否かを判定する。ＳＷ１がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３４３に進む。
【０１９４】
ステップＳ３４３において、電圧計測部１２２および電圧計測部４２１は、検出電極１１２の電圧Ｖｘおよびシールド電極３１２の電圧Ｖｓを計測する。具体的には、電圧計測部１２２は、検出電極１１２の電圧Ｖｘ（より正確には、検出電極１１２と基準電圧点との間の電圧）を計測し、計測した電圧Ｖｘを閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果をパラメータ計測部４２２に供給する。
【０１９５】
ステップＳ３４４において、パラメータ計測部４２２は、電圧計測部１２２による計測結果に基づいて、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であるか否かを判定する。検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３４５に進む。
【０１９６】
ステップＳ３４５において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１をオフする。これにより、コンデンサＣ１および検出電極１１２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３４６に進む。
【０１９７】
一方、ステップＳ３４４において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値未満であると判定された場合、ステップＳ３４５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３４６に進む。
【０１９８】
また、ステップＳ３４２において、ＳＷ１がオフであると判定された場合、ステップＳ３４３乃至Ｓ３４５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３４６に進む。
【０１９９】
ステップＳ３４６において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４がオンであるか否かを判定する。ＳＷ４がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３４７に進む。
【０２００】
ステップＳ３４７において、電圧計測部４２１は、シールド電極３１２の電圧Ｖｓを計測する。具体的には、電圧計測部４２１は、シールド電極３１２の電圧Ｖｓ（より正確には、シールド電極３１２と基準電圧点との間の電圧）を計測し、計測した電圧Ｖｓを閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果を同電位制御部４２３に供給する。
【０２０１】
ステップＳ３４８において、同電位制御部４２３は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であるか否かを判定する。シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３４９に戻る。
【０２０２】
ステップＳ３４９において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４をオフする。これにより、シールド電極３１２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２０３】
一方、ステップＳ３４８において、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値未満であると判定された場合、ステップＳ３４９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２０４】
また、ステップＳ３４６において、ＳＷ４がオフであると判定された場合、ステップＳ３４７乃至Ｓ３４９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２０５】
ステップＳ３５０において、パラメータ計測部４２１は、ＳＷ１、ＳＷ４が両方オフであるか否かを判定する。ＳＷ１、ＳＷ４の少なくとも一方がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３４２に戻る。その後、ステップＳ３５０において、ＳＷ１、ＳＷ４が両方オフであると判定されるまで、ステップＳ３４２乃至Ｓ３５０の処理が繰り返し実行される。
【０２０６】
一方、ステップＳ３５０において、ＳＷ１、ＳＷ４が両方オフであると判定された場合、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
【０２０７】
図２２に戻り、ステップＳ３０３において、静電容量計測装置４０１は、電極電位調整処理を実行する。
【０２０８】
ここで、図２７および図２８を参照して、ステップＳ３０３の電極電位調整処理の詳細について説明する。なお、図２７は、電極電位調整処理を説明するためのフローチャートであり、図２８は、電極電位調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２０９】
ステップＳ３６１において、図２５のステップＳ３４３、Ｓ３４７の処理と同様に、検出電極１１２、シールド電極３１２の電圧が計測される。そして、計測した電圧を閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較した結果が、同電位制御部４２３に供給される。
【０２１０】
ステップＳ３６２において、同電位制御部４２３は、電圧計測部１２２による計測結果に基づいて、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であるか否かを判定する。検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３６３に進む。
【０２１１】
ステップＳ３６３において、同電位制御部４２３は、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極から抵抗Ｒ１およびＳＷ２を介してグラウンドに矢印Ａ４６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の放電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極から正電荷が出ていくことにより、検出電極１１２からコンデンサＣ１の負極に矢印Ａ４７の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。その後、処理は、ステップＳ３６５に進む。
【０２１２】
一方、ステップＳ３６２において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ３６４に進む。
【０２１３】
ステップＳ３６４において、同電位制御部４２３は、ＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ４８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の充電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ１の負極から検出電極１１２に矢印Ａ４９の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の充電が開始される。その後、処理はステップＳ３６５に進む。
【０２１４】
ステップＳ３６５において、同電位制御部４２３は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であるか否かを判定する。シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３６６に進む。
【０２１５】
ステップＳ３６６において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４をオフ、ＳＷ５をオンする。これにより、シールド電極３１２から抵抗Ｒ２およびＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ５０の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の放電が開始される。その後、処理は、ステップＳ３６８に進む。
【０２１６】
一方、ステップＳ３６４において、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ３６７に進む。
【０２１７】
ステップＳ３６７において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４をオン、ＳＷ５をオフする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ４および抵抗Ｒ２を介してシールド電極３１２に矢印Ａ５１の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の充電が開始される。その後、処理は、ステップＳ３６８に進む。
【０２１８】
ステップＳ３６８において、同電位制御部４２３は、電圧計測部１２２および電圧計測部４２１の計測結果に基づいて、２電極、すなわち、検出電極１１２およびシールド電極３１２の電圧がともに閾値以上であるか否かを判定する。少なくとも一方の電極の電圧が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ３６１に戻り、ステップＳ３６８において、２電極の電圧がともに閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６８の処理が繰り返し実行される。
【０２１９】
一方、ステップＳ３６８において、２電極の電圧がともに閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３６９に進む。
【０２２０】
ステップＳ３６９において、同電位制御部４２３は、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を、まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ３６１に戻る。その後、ステップＳ３６９において、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理が繰り返し実行される。
【０２２１】
一方、ステップＳ３６９において、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップＳ３７０に進む。
【０２２２】
ステップＳ３７０において、同電位制御部４２３は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、検出電極１１２、および、シールド電極３１２の充電または放電が停止される。その後、電極電位調整処理は終了する。
【０２２３】
このようにして、検出電極１１２の電圧Ｖｘおよびシールド電極３１２の電圧Ｖｓがともに閾値電圧Ｖｒｅｆに近づくように、コンデンサＣ１、検出電極１１２およびシールド電極３１２の充電および放電が繰り返され、最終的に両電極の電圧ともほぼ閾値電圧Ｖｒｅｆとなる。
【０２２４】
従って、検出電極１１２、シールド電極３１２および物体１０３の電圧がほぼ等しく、検出電極１１２と物体１０３およびシールド電極３１２との間の静電容量がほぼ０の状態で、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷が蓄積される。すなわち、検出電極１１２と物体１０３およびシールド電極３１２との間の静電容量の影響をほとんど受けずに、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷を蓄積することができる。さらに換言すれば、検出電極１１２とその周囲との間の静電容量のうち検出電極１１２と物体１０３およびシールド電極３１２との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷を、コンデンサＣ１および検出電極１１２に蓄積することができる。従って、１回あたりの充電量である蓄積電荷量Ｑｒｅｆは、物体１０３およびシールド電極３１２の影響を除去した検出電極１１２と周囲の空間の静電容量Ｃｘに比例した値となる。
【０２２５】
そのため、検出電極１１２およびシールド電極３１２の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量を計測することが可能になる。
【０２２６】
図２２に戻り、ステップＳ３０４において、図３のステップＳ３の処理と同様に、検出電極放電処理が実行される。すなわち、コンデンサＣ１およびシールド電極３１２の電荷が保持されたまま、検出電極１１２の電荷が放電される。
【０２２７】
ステップＳ３０５において、パラメータ計測部４２２は、ステップＳ３０２乃至Ｓ３０５の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ３０２に戻る。その後、ステップＳ３０５において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ３０２乃至Ｓ３０５の処理が繰り返し実行される。
【０２２８】
一方、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０２乃至Ｓ３０５の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップＳ３０６に進む。
【０２２９】
ステップＳ３０６乃至Ｓ３０８の処理は、図３のステップＳ５乃至Ｓ７の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。その後、計測処理は終了する。
【０２３０】
以上のようにして、第３の実施の形態と比較して、さらに静電容量の計測精度を向上させることができる。
【０２３１】
［静電容量計測装置４０１の変形例］
図２９は、静電容量計測装置４０１の変形例を示している。この例では、シールド電極３１２に、静電容量が既知のオフセットコンデンサ４５１が追加され、シールド電極３１２およびオフセットコンデンサ４５１により１つのシールド電極が構成される。なお、オフセットコンデンサ４５１の一端は、抵抗Ｒ２とシールド電極３１２の間に接続され、他の一端は基準電圧点に接続されている。
【０２３２】
このように、オフセットコンデンサ４５１を追加することにより、シールド電極３１２に物体が近づくなどの要因によりシールド電極３１２の静電容量が変化しても、その変化の度合いを小さくすることができる。その結果、シールド電極３１２の電圧の変動が小さくなり、検出電極１１２とシールド電極３１２を同じ電圧にする制御が容易になる。
【０２３３】
例えば、シールド電極３１２の静電容量をＣｓ、オフセットコンデンサ４５１の静電容量をＣｏｆｓとすると、シールド電極全体の静電容量Ｃｔは、次式（９）により表される。
【０２３４】
Ｃｔ＝Ｃｓ＋Ｃｏｆｓ
＝Ｃｏｆｓ×（Ｃｓ／Ｃｏｆｓ＋１） ・・・（９）
【０２３５】
ここで、Ｃｓ≪Ｃｏｆｓとなるように静電容量Ｃｏｆｓを設定すると、Ｃｓ／Ｃｏｆｓがほぼ０になる。従って、静電容量Ｃｓが変化しても、静電容量Ｃｔはほとんど変化しない。
【０２３６】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、図３０および図３１を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。この第５の実施の形態は、第４の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
【０２３７】
［静電容量計測装置５０１の構成例］
図３０は、本発明の第５の実施の形態である静電容量計測装置５０１の構成例を示す回路図である。なお、図中、図２１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２３８】
静電容量計測装置５０１は、図２１の静電容量計測装置４０１と比較して、マイクロコンピュータ４１１の代わりにマイクロコンピュータ５１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ５１１は、マイクロコンピュータ４１１と比較して、ポートＰ４、Ｐ５が追加されている点が異なる。
【０２３９】
さらに、静電容量計測装置５０１では、静電容量計測装置４０１と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗Ｒ１はポートＰ１とポートＰ４の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ２とポートＰ４の間に接続されている。ＳＷ２の一端はポートＰ４に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部１２１は、入力端子がポートＰ４に接続されている。
【０２４０】
また、抵抗Ｒ２は、ポートＰ３とポートＰ５の間に接続され、接続端子Ｔ２はポートＰ５に接続されている。ＳＷ５の一端はポートＰ５に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部４２１は、入力端子がポートＰ５に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置４０１と同様である。
【０２４１】
このように静電容量計測装置５０１を構成することにより、図３１の矢印Ａ７１に示されるように、コンデンサＣ１の電荷を抵抗Ｒ１を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。また、矢印Ａ７２に示されるように、シールド電極３１２の電荷を抵抗Ｒ２を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。
【０２４２】
また、コンデンサＣ１の充電を継続したまま、電圧計測部１２１によりコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測することができ、計測時間を短縮することができる。さらに、シールド電極３１２の充電を継続したまま、電圧計測部４２１によりシールド電極３１２の電圧Ｖｓを計測することができ、計測時間を短縮することができる。
【０２４３】
＜６.第６の実施の形態＞
次に、図３２乃至図３４を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。この第６の実施の形態は、複数の電極を設けて、各電極を検出電極またはシールド電極のいずれにも使用できるようにするものである。
【０２４４】
［静電容量計測装置６０１の構成例］
図３２は、本発明の第６の実施の形態である静電容量計測装置６０１の構成例を示す図である。
【０２４５】
静電容量計測装置６０１は、マイクロコンピュータ６１１、抵抗Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ、コンデンサＣ１−１乃至Ｃ１−ｎ、接続端子Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ、および、電極６１２−１乃至６１２−ｎにより構成される。また、マイクロコンピュータ６１１は、ポートＰ１−１乃至Ｐ１−ｎおよびＰ２−１乃至Ｐ２−ｎを備える。
【０２４６】
抵抗Ｒ１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端は、ポートＰ１−ｉに接続され、他の一端はコンデンサＣ１−ｉの一端に接続されている、コンデンサＣ１−ｉの一端は、ポートＰ２−ｉおよび接続端子Ｔ１−ｉに接続されている。電極６１２−ｉは、接続端子Ｔ１−ｉに着脱自在である。なお、電極６１２−ｉを、接続端子Ｔ１−ｉではなく、ポートＰ４−ｉに直接接続するようにしてもよい。
【０２４７】
なお、以下、抵抗Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ、コンデンサＣ１−１乃至Ｃ１−ｎ、電極６１２−１乃至６１２−ｎ、ポートＰ１−１乃至Ｐ１−ｎ、および、ポートＰ２−１乃至Ｐ２−ｎを、それぞれ個々に区別する必要がない場合、単に、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、電極６１２、ポートＰ１、および、ポートＰ２と称する。
【０２４８】
［マイクロコンピュータ６１１の構成例］
図３３は、マイクロコンピュータ６１１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には、同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２４９】
マイクロコンピュータ６１１は、計測部６３１−１乃至６３１−ｎ、役割設定部６３２、および、同電位制御部６３３を含むように構成される。
【０２５０】
計測部６３１−１乃至６３１−ｎは、それぞれ図１のマイクロコンピュータ１１１と同様の構成を有している。従って、計測部６３１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、抵抗Ｒ１−ｉ、コンデンサＣ１−ｉ、および、電極６１２−ｉにより、静電容量計測装置１０１と同様の構成を備える１つのユニットが構成され、合計ｎ個のユニットが、静電容量計測装置６０１に設けられている。
【０２５１】
なお、以下、計測部６３１−１乃至６３１−ｎを個々に区別する必要がない場合、単に計測部６３１と称する。
【０２５２】
役割設定部６３２は、各計測部６３１に接続されている電極６１２の役割を設定する。すなわち、役割設定部６３２は、各電極６１２を、検出電極として用いるか、シールド電極として用いるかを設定する。
【０２５３】
同電位制御部６３３は、図２１の同電位制御部４２３と同様の機能を有しており、各電極６１２が同じ電圧になるように制御する。
【０２５４】
［静電容量計測装置６０１の処理］
次に、図３４のフローチャートを参照して、静電容量計測装置６０１により実行される計測処理について説明する。
【０２５５】
ステップＳ６０１において、役割設定部６３２は、各電極６１２の役割を設定する。すなわち、役割設定部６３２は、ユーザ設定等に基づいて、各電極６１２を検出電極またはシールド電極のいずれの電極として用いるかを設定する。
【０２５６】
ステップＳ６０２乃至Ｓ６０８の処理は、図３のステップＳ１乃至Ｓ７の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０２５７】
［静電容量計測装置６０１の使用例］
静電容量計測装置６０１では、各電極の役割を切り替えることにより、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を変更することが可能である。
【０２５８】
例えば、車両のドアの表と裏にそれぞれ１つずつ電極６１２を設置しておき、ドアの表側の電極６１２を検出電極に設定し、裏側の電極６１２をシールド電極に設定することにより、ドアの裏側の影響を受けずに、ドアの表側の静電容量を計測することができる。逆に、ドアの表側の電極６１２をシールド電極に設定し、裏側の電極６１２を検出電極に設定することにより、ドアの表側の影響を受けずに、ドアの裏側の静電容量を計測することができる。
【０２５９】
＜７．第７の実施の形態＞
次に、図３５を参照して、本発明の第７の実施の形態について説明する。この第７の実施の形態は、２枚の電極間の静電容量を計測できるようにするものである。
【０２６０】
［静電容量計測装置７０１の構成例］
図３５は、本発明の第７の実施の形態である静電容量計測装置７０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０２６１】
静電容量計測装置７０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、接続端子Ｔ２および基準電圧電極７１１が追加されている点が異なる。
【０２６２】
接続端子Ｔ２は、基準電圧点に接続されており、基準電圧電極７１１は、接続端子Ｔ２に接続されている。従って、基準電圧電極７１１の電圧は基準電圧点の電圧に保持される。
【０２６３】
これにより、検出電極１１２と基準電圧電極７１１との間に発生する静電容量を計測することができる。そして、検出電極１１２と基準電圧電極７１１とで形成される空間付近に導電帯や誘電体が存在すると、静電容量の実測値が変化する。
【０２６４】
＜８．第８の実施の形態＞
次に、図３６および図３７を参照して、本発明の第８の実施の形態について説明する。この第８の実施の形態は、本発明を、静電容量に基づいて周囲の物体の検出（例えば、物体の有無や動き等の検出）を行う静電容量センサに適用するようにしたものである。
【０２６５】
［静電容量センサ８０１の構成例］
図３６は、本発明の第８の実施の形態である静電容量センサ８０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２６６】
静電容量センサ８０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ８１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ８１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、物体検出部８２１が設けられ、演算処理部１２４および出力部１２５が設けられていない点が異なる。
【０２６７】
物体検出部８２１は、パラメータ計測部１２３により計測される静電容量パラメータに基づいて、検出電極１１２の周囲の物体の有無を検出する。
【０２６８】
［計測静電容量センサ８０１の処理］
次に、図３７のフローチャートを参照して、静電容量センサ８０１により実行される物体検出処理について説明する。
【０２６９】
ステップＳ７０１乃至Ｓ７０５において、図３のステップＳ１乃至Ｓ５と同様の処理が行われ、検出電極１１２の静電容量Ｃｘに基づく静電容量パラメータである、コンデンサＣ１の充電時間ｔが計測される。なお、上述したように、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが大きくなるほど、充電時間ｔは短くなり、静電容量Ｃｘが小さくなるほど、充電時間ｔは長くなる。
【０２７０】
ステップＳ７０６において、物体検出部８２１は、充電時間ｔが所定の閾値以上であるか否かを判定する。充電時間ｔが閾値未満であると判定された場合、すなわち、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが所定の値以上である場合、処理はステップＳ７０７に進む。
【０２７１】
ステップＳ７０７において、物体検出部８２１は、検出電極１１２の周囲に物体が存在すると判定する。物体検出部８２１は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
【０２７２】
一方、ステップＳ７０６において、充電時間ｔが閾値以上であると判定された場合、すなわち、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが所定の値未満である場合、処理はステップＳ７０８に進む。
【０２７３】
ステップＳ７０８において、物体検出部８２１は、検出電極１１２の周囲に物体が存在しないと判定する。物体検出部８２１は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
【０２７４】
上述したように、静電容量パラメータの計測値は、物体１０３の影響をほとんど受けないため、物体１０３の影響をほとんど受けずに、検出電極１１２の周囲の物体（例えば、物体１０２）を確実に検出することができる。
【０２７５】
なお、他の静電容量パラメータ、例えば、上述した充電回数ｎ、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１、検出電極１１２の静電容量Ｃｘ等を用いて、物体の検出を行うようにしてもよい。
【０２７６】
また、静電容量パラメータの変化に基づいて、物体の接近または遠離などの動きを検出するようにすることも可能である。
【０２７７】
＜９．第９の実施の形態＞
次に、図３８および図３９を参照して、本発明の第９の実施の形態について説明する。この第９の実施の形態では、物体１０３の電圧に応じて閾値電圧Ｖｒｅｆを自動設定できるようにするものである。
【０２７８】
［静電容量計測装置９０１の構成例］
図３８は、本発明の第９の実施の形態である静電容量計測装置９０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２７９】
静電容量計測装置９０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ９１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ９１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、閾値電圧設定部９２１が設けられている点が異なる。
【０２８０】
閾値電圧設定部９２１は、パラメータ計測部１２３により計測される静電容量パラメータに基づいて、閾値電圧Ｖｒｅｆを求め、電圧計測部１２１、１２２に設定する。
【０２８１】
［静電容量計測装置９０１の処理］
次に、図３９のフローチャートを参照して、静電容量計測装置９０１により実行される閾値電圧設定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、検出電極１１２を実際に使用する位置に設置し、検出対象から除外したい物体１０３以外の物体が、検出電極１１２の周囲に存在しない状態で行われる。
【０２８２】
ステップＳ８０１において、閾値電圧設定部９２１は、閾値電圧Ｖｒｅｆを仮設定する。例えば、閾値電圧設定部９２１は、電圧計測部１２１、１２２の閾値電圧Ｖｒｅｆを基準電圧点の電圧に設定する。
【０２８３】
ステップＳ８０２において、図３を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップＳ８０１において仮設定した閾値電圧Ｖｒｅｆを用いて静電容量が計測され、計測結果が出力部１２５から閾値電圧設定部９２１に供給される。
【０２８４】
ステップＳ８０３において、閾値電圧設定部９２１は、閾値電圧Ｖｒｅｆを変更する。例えば、閾値電圧設定部９２１は、電圧計測部１２１、１２２の閾値電圧Ｖｒｅｆを所定の値だけ大きくする。
【０２８５】
ステップＳ８０４において、図３を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップＳ８０３において変更した閾値電圧Ｖｒｅｆを用いて、静電容量が計測され、計測結果が出力部１２５から閾値電圧設定部９２１に供給される。
【０２８６】
ステップＳ８０５において、閾値電圧設定部９２１は、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少しているか否かを判定する。いまの場合、まだ計測処理が２回しか行われていないため、この処理は行われずに、処理はステップＳ８０３に戻る。
【０２８７】
その後、ステップＳ８０５において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定されるまで、ステップＳ８０３乃至Ｓ８０５の処理が繰り返し実行される。これにより、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Ｖｒｅｆが検索される。
【０２８８】
一方、ステップＳ８０５において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定された場合、処理はステップＳ８０６に進む。
【０２８９】
ステップＳ８０６において、閾値電圧設定部９２１は、前回の閾値電圧Ｖｒｅｆを正式な値に設定する。すなわち、前回の閾値電圧Ｖｒｅｆは、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Ｖｒｅｆであり、物体１０３の電圧に最も近いと予想される。従って、閾値電圧設定部９２１は、前回の閾値電圧Ｖｒｅｆを正式な値として、電圧計測部１２１、１２２に設定する。
【０２９０】
その後、閾値電圧設定処理は終了する。
【０２９１】
このようにして、検出対象から除外したい物体１０３の電圧に応じて閾値電圧Ｖｒｅｆを自動的に設定することができる。
【０２９２】
なお、以上の説明では、静電容量に基づいて閾値電圧Ｖｒｅｆを設定する例を示したが、静電容量以外の静電容量パラメータを用いて設定するようにしてもよい。
【０２９３】
また、上述したように、電圧計測部１２１の閾値電圧Ｖｒｅｆは、必ずしも物体１０３の電圧に合わせる必要がないため、この処理の対象から除外するようにしてもよい。
【０２９４】
＜１０．変形例＞
以上の説明では、静電容量パラメータを計測した後、演算処理部１２４により検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する例を示したが、静電容量Ｃｘの値を特に求める必要がない場合、この演算処理を省略するようにしてもよい。
【０２９５】
また、可能な範囲で各実施の形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、第３の実施の形態および第６乃至第９の実施の形態に、第２の実施の形態の静電容量計測装置２０１の構成を適用することが可能である。
【０２９６】
さらに、以上の説明では、コンデンサＣ１、検出電極１１２、シールド電極３１２に電荷を供給する電荷供給部１２６に電源Ｖｃｃを用いる例を示したが、他の電荷供給手段を用いるようにしてもよい。なお、以上の説明では電源電圧Ｖｃｃを元に電荷量を計算して静電容量を計算していたが、各コンデンサ、検出電極１１２、シールド電極３１２に供給される電荷量がわかれば、供給された電荷量をもとに静電容量を計算できる。
【０２９７】
例えば、定電流回路を電荷供給部１２６に用いるようにしてもよい。この場合、定電流回路は一定の電流で電荷を供給し続けるので、所定の時間の間に供給される電荷量は一定となる。従って、所定の時間の間に供給される電荷量に基づいて静電容量を求めることができる。また、この場合、各静電容量計測装置の抵抗Ｒ１の抵抗値を小さい値に設定することができる。
【０２９８】
また、例えば、単位時間毎に所定の条件を満たす電荷を供給する所定電荷供給回路を電荷供給部１２６に用いるようにしてもよい。この場合、例えば、単位時間に所定量の電荷を供給するようにすることで、供給された所定量の電荷量を基に静電容量を求めることができる。なお、この場合、マイクロコンピュータのプログラム制御により供給する電荷量を変更できるようにしてもよい。
【０２９９】
また、例えば、時間間隔を空けて、繰り返し電荷を供給する間歇電荷供給回路を電荷供給部１２６に用いるようにしてもよい。この場合、間歇的に所定の電荷が供給されるようにすれば、供給された電荷量をもとに静電容量を求めることができる。
【０３００】
なお、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、上述したマイクロコンピュータの他、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０３０１】
また、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０３０２】
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０３０３】
１０１ 静電容量計測装置
１０２，１０３ 物体
１１１ マイクロコンピュータ
１１２ 検出電極
１２１，１２２ 電圧計測部
１２３ パラメータ計測部
１２４ 演算処理部
１４１ 比較器
１５１ Ａ／Ｄ変換器
２０１ 静電容量計測装置
２１１ マイクロコンピュータ
３０１ 静電容量計測装置
３１１ マイクロコンピュータ
３１２ シールド電極
４０１ 静電容量計測装置
４１１ マイクロコンピュータ
４２１ 電圧計測部
４２２ パラメータ計測部
４２３ 同電位制御部
４５１ オフセットコンデンサ
５０１ 静電容量計測装置
５１１ マイクロコンピュータ
６０１ 静電容量計測装置
６１１ マイクロコンピュータ
６１２−１乃至６１２−ｎ 電極
６３１−１乃至６３１−ｎ 計測部
６３２ 役割設定部
６３３ 同電位制御部
７０１ 静電容量計測装置
７１１ 基準電圧電極
８０１ 静電容量センサ
８１１ マイクロコンピュータ
８２１ 物体検出部
９０１ 静電容量計測装置
９１１ マイクロコンピュータ
９２１ 閾値電圧設定部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１−１乃至Ｃ１−ｎ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ 抵抗
ＳＷ１乃至ＳＷ５ スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ 接続端子
Ｐ１乃至Ｐ５，Ｐ１−１乃至Ｐ１−ｎ，Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ， ポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関し、特に、静電容量の計測精度を向上させるようにした計測装置、静電容量センサ、および、計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出電極に所定の電圧を印加し、検出電極と検出電極の周囲の空間との間に発生する静電容量に応じて電荷を蓄積し、蓄積した電荷を静電容量が既知の蓄電器に転送し、蓄電器の電圧を計測することで、検出電極と検出電極の周囲との間の静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、最初に蓄電器に電荷を蓄積し、蓄電器の電荷を検出電極と検出対象間に発生する静電容量に転送し、検出電極の電圧を計測することで静電容量を計測する静電容量計測装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、検出電極の周囲に物体が存在する場合と存在しない場合とでは、検出電極の静電容量が異なる。さらに、検出電極の周囲に存在している物体が移動すると、検出電極の静電容量が変化する。そこで、これを利用して、例えば、静電容量計測装置により計測される検出電極の静電容量の変化に基づいて物体の有無を検出する物体検出センサや、物体の移動を検出する物体移動検出センサが実現されている。
【０００５】
ところで、静電容量計測装置を用いて静電容量を計測するときに、静電容量計測装置が電気的に接続されているグランドに対して、検出電極付近にある物体が電位を持つ状態となり、検出電極とその物体との間に電位差が生じることがある。例えば、検出電極の周囲に＋の電位を持つ物体が存在すると、電位差の影響を受けて−の電荷を持つ電子が引き寄せられ、検出電極に蓄積される電子の数が増加する。これにより、静電容量を正確に計測することができなくなる。
【０００６】
また、例えば、静電容量計測装置の検出電極を自動車のドアハンドルに組み込み、人の手などの物体のドアハンドルへの接近を検出する場合について考える。この場合、自動車のモータなどに電力を供給している電力線が検出電極の付近にあると、電力線の電位の影響を受けて、静電容量が変化していないにもかかわらず検出電極に蓄積される電荷の量が変化して、誤った静電容量が計測されるときがある。従って、モータへの電力供給がオン／オフされたときに、ドアハンドル付近に手などの物体が接近していないにもかかわらず、物体が接近したと誤判定されるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００２−５３０６８０号公報
【特許文献２】特開２００６−７８２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１および２に記載の発明では、検出電極の周囲に電位を持った物体が存在する場合に、計測中に検出電極に蓄積される電荷量に影響を与えるため、計測結果に誤差が生じる。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、静電容量の計測精度を向上できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面の計測装置は、第１の電極と第１の電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置であって、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第１の電極を接続可能な第１の接続手段と、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、第１の一端が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の抵抗と、第１の一端が第１の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第２の開閉手段と、第１の一端が第１の抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が第１の接続手段に接続されている蓄電器と、第１の一端が蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第３の開閉手段と、入力部が第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、第１乃至第３の開閉手段の開閉を制御するとともに、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とを備える。
【００１１】
本発明の第１の側面においては、第１乃至第３の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、第１の電極と第１の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。
【００１２】
従って、静電容量の計測精度が向上する。
【００１３】
この第１の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第１の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第１乃至第３の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この静電容量計測手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００１４】
静電容量計測手段が、第２の開閉手段および第３の開閉手段を制御して、蓄電器および第１の接続手段に接続されている第１の電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段を制御して、第２の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および第１の電極を充電し、第３の開閉手段を制御して、第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００１５】
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。
【００１６】
複数の異なる閾値のうち静電容量計測手段により計測される静電容量が最小となる閾値を正式な閾値に設定する閾値設定手段をさらに設けることができる。
【００１７】
これにより、閾値を適切に設定することができ、静電容量の計測精度をより向上させることができる。また、閾値を設定する手間を省くことができる。
【００１８】
この閾値設定手段は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。
【００１９】
グラウンドに接続されており、第２の電極を接続可能な第２の接続手段をさらに設けることができる。
【００２０】
これにより、第２の電極を用いてシールドすることにより、第１の電極による静電容量の計測に方向性を持たせることができる。
【００２１】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第４の開閉手段と、第１の一端が第４の開閉手段の第２の一端に接続され、第２の一端が第２の接続手段に接続されている第２の抵抗と、第１の一端が第２の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第５の開閉手段と、入力部が第５の開閉手段の第１の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、第１の電極と第２の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とをさらに設けるようにすることができる。
これにより、第１の電極および第２の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させることができる。
【００２２】
この第２の電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この第２の接続手段は、例えば、接続端子などにより構成される。この第４および第５の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この第３の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この同電位制御手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００２３】
静電容量計測手段が、第２の開閉手段、第３の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、蓄電器、第１の接続手段に接続されている第１の電極、および、第２の接続手段に接続されている第２の電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段および第４の開閉手段を制御して、蓄電器、第１の電極、および、第２の電極を充電し、同電位制御手段が、第１の開閉手段、第２の開閉手段、第４の開閉手段、および、第５の開閉手段を制御し、第１の電極と第２の電極とが同じ電圧になるように制御し、静電容量計測手段が、第３の開閉手段を制御して、第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００２４】
これにより、第１の電極および第２の電極の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量の計測精度をより向上させることができる。
【００２５】
本発明の第２の側面の計測装置は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置であって、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、複数のユニットであって、電極を接続可能な接続手段と、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、第１の一端が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、第１の一端が抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第２の開閉手段と、第１の一端が抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が接続手段に接続されている蓄電器と、第１の一端が蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第３の開閉手段と、入力部が第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段とをそれぞれ備える複数のユニットと、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極を、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、複数の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段とを備える。
【００２６】
本発明の第２の側面の計測装置においては、複数のユニットの接続手段にそれぞれ接続されている複数の電極が、静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定され、複数の電極が同じ電圧になるように制御され、各ユニットにおいて、第１乃至第３の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測される。
【００２７】
従って、静電容量の計測精度が向上する。また、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を柔軟に変更することができる。
【００２８】
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第１乃至第３の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この静電容量計測手段、役割設定手段、同電位設定手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００２９】
電極が検出電極に設定されているユニットにおいて、静電容量計測手段が、第２の開閉手段および第３の開閉手段を制御して、蓄電器および接続手段に接続されている電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段を制御して、第２の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極を充電し、第３の開閉手段を制御して、電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００３０】
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。また、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を柔軟に変更することができる。
【００３１】
本発明の第３の側面の静電容量センサは、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量に基づいて物体の検出を行う静電容量センサであって、電極と、電荷を供給する電荷供給手段と、外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、第１の一端が電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、第１の一端が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、第１の一端が抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第２の開閉手段と、第１の一端が抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が電極に接続されている蓄電器と、第１の一端が蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端がグラウンドに接続されている第３の開閉手段と、入力部が第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、静電容量を計測する静電容量計測手段と、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段とを備える。
【００３２】
本発明の第３の側面においては、第１乃至第３の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、第１の電極と第１の電極の周囲の空間との間の静電容量が計測され、静電容量に基づいて、電極の周囲の物体の検出が行われる。
【００３３】
従って、静電容量の計測精度が向上する。その結果、物体の検出精度が向上する。
【００３４】
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この電荷供給手段は、例えば、直流電源、定電圧回路、定電流回路、所定電荷供給回路、間歇動作電荷供給回路などにより構成される。この基準電圧点は、例えば、アース、ボディアースなどに設定される。この第１乃至第３の開閉手段は、例えば、各種のスイッチ、リレー、マイクロコンピュータなどにより構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、比較器、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計、マイクロコンピュータなどにより構成される。この静電容量計測手段、物体検出手段は、例えば、マイクロコンピュータなどにより構成される。
【００３５】
静電容量計測手段が、第２の開閉手段および第３の開閉手段を制御して、蓄電器および接続手段に接続されている電極の電荷を放電させ、静電容量計測手段が、第１の開閉手段を制御して、第２の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極を充電し、第３の開閉手段を制御して、電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、静電容量計測手段が、充放電処理により蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測するようにすることができる。
【００３６】
これにより、静電容量の計測精度をより向上させることができる。その結果、物体の検出精度がより向上する。
【００３７】
本発明の第４の側面の計測方法は、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置の計測方法において、電極および蓄電器の電荷を放電する第１の放電ステップと、所定の基準電圧に対する電極の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極に同量の電荷を供給し、蓄電器および電極を充電する充電ステップと、蓄電器の電荷を保持したまま、電極の電荷を放電する第２の放電ステップと、充電ステップおよび第２の放電ステップの処理を１回以上実行することにより蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量を計測する計測ステップとを含む。
【００３８】
本発明の第４の側面においては、電極および蓄電器の電荷が放電された後、所定の基準電圧に対する電極の電圧が所定の閾値に達するまで蓄電器および電極に同量の電荷が供給され、蓄電器および電極が充電され、蓄電器の電荷を保持したまま、電極の電荷が放電される処理が１回以上実行され、記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、静電容量が計測される。
【００３９】
従って、静電容量の計測精度が向上する。
【００４０】
この電極は、例えば、ステンレス鋼などからなる電極により構成される。この蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第１の放電ステップ、充電ステップ、第２の放電ステップ、計測ステップは、例えば、マイクロコンピュータにより実行される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の第１乃至第４の側面によれば、静電容量の計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】静電容量計測装置の第１の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２】電圧計測部の構成例を示す図である。
【図３】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】計測処理中のコンデンサおよび検出電極の蓄積電荷量の推移を示す図である。
【図５】計測処理中の静電容量計測装置のＡ点およびＢ点の電圧の推移を示すグラフである。
【図６】全電荷放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図７】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図８】Ｃ１、検出電極充電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図９】Ｃ１、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１０】検出電極放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１１】検出電極放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１２】パラメータ計測処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１３】パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１４】計測処理の第１の変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】計測処理の第２の変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】パラメータ計測処理の変形例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】静電容量計測装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。
【図１８】静電容量計測装置の第２の実施の形態の放電時の正電荷の流れを示す図である。
【図１９】静電容量計測装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２０】シールド電極の構成例を示す断面図である。
【図２１】静電容量計測装置の第４の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２２】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図２３】全電荷放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２４】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２５】Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２６】Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２７】電極電位調整処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２８】電極電位調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２９】静電容量計測装置の第４の実施の形態の変形例を示す図である。
【図３０】静電容量計測装置の第５の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３１】静電容量計測装置の第５の実施の形態の放電時の正電荷の流れを示す図である。
【図３２】静電容量計測装置の第６の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３３】マイクロコンピュータの構成例を示す図である。
【図３４】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図３５】静電容量計測装置の第７の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３６】静電容量センサの構成例を示す図である。
【図３７】物体検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図３８】静電容量計測装置の第８の実施の形態の構成例を示す図である。
【図３９】閾値電圧設定処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（静電容量計測装置の基本構成例）
２．第２の実施の形態（計測時間を短縮可能にする例）
３．第３の実施の形態（静電容量の計測に方向性を持たせる例）
４．第４の実施の形態（検出電極とシールド電極が同じ電圧になるように制御する例）
５．第５の実施の形態（第４の実施の形態の計測時間を短縮可能にする例）
６．第６の実施の形態（複数の電極を検出電極とシールド電極の両方に使用可能にする例）
７．第７の実施の形態（２枚の電極間の静電容量を計測する例）
８．第８の実施の形態（静電容量センサに適用した例）
９．第９の実施の形態（閾値電圧を自動設定できるようにした例）
１０．変形例
【００４４】
＜１．第１の実施の形態＞
図１乃至図１６を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４５】
［静電容量計測装置１０１の構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態である静電容量計測装置１０１の構成例を示す図である。
【００４６】
静電容量計測装置１０１は、検出電極１１２と検出電極１１２の周囲の空間との間の静電容量を計測する装置である。
【００４７】
なお、静電容量そのものを計測するかわりに、静電容量に対応する静電容量パラメータを計測するようにすることも可能である。静電容量パラメータは、計算式によって静電容量に換算できる物理量であり、例えば、電圧、電荷量、所定の電圧になるまでの動作の繰り返し回数、所定の電圧になるまでの時間等を含む。
【００４８】
また、本発明の静電容量計測装置が計測する静電容量には、計算式によって静電容量に換算できる物理量である静電容量パラメータを含む。従って、以下、静電容量を計測する処理を、「静電容量パラメータを計測する」と記載する場合もある。
【００４９】
後述するように、静電容量計測装置１０１は、例えば、検出電極１１２が所定の位置に設置された状態で、電源１０４により所定の基準電圧点に対して所定の電位を有し、検出対象ではない物体１０３が検出電極１１２の近くに存在する場合に、検出電極１１２に電荷を蓄積させることによって検出電極１１２の基準電圧点に対する電位を変化させて、検出電極１１２と物体１０３の電位が等しくなったときに静電容量を計測する。これにより、物体１０３の有する電位の影響を除去して、検出対象となる物体１０２と検出電極１１２との間の静電容量を正確に計測することができる。
【００５０】
なお、基準電圧点は、静電容量計測装置１０１の使用用途などに応じて任意に設定することができ、例えば、アース、車両のボディアース等に設定される。
【００５１】
静電容量計測装置１０１は、マイクロコンピュータ１１１、検出電極１１２、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、および、接続端子Ｔ１を含むように構成される。また、マイクロコンピュータ１１１は、電圧計測部１２１，１２２、パラメータ計測部１２３、演算処理部１２４、出力部１２５、電荷供給部１２６、および、ＳＷ（スイッチ）１乃至３を含むように構成される。
【００５２】
抵抗Ｒ１の一端はマイクロコンピュータ１１１のポートＰ１に接続され、抵抗Ｒ１の他の一端はコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他の一端は、マイクロコンピュータ１１１のポートＰ２および接続端子Ｔ１に接続されている。
【００５３】
検出電極１１２は、接続端子Ｔ１に着脱自在である。なお、検出電極１１２を、接続端子Ｔ１ではなく、ポートＰ２に直接接続するようにしてもよい。
【００５４】
ＳＷ１の一端は電荷供給部１２６に接続され、ＳＷ１の他の一端は、ポートＰ１およびＳＷ２の一端に接続されている。ＳＷ２の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ３の一端は、ポートＰ２に接続され、ＳＷ３の他の一端は、グラウンドに接続されている。なお、グラウンドは外部の基準電圧点に接続され、その結果、マイクロコンピュータ１１１の動作の基準電圧が基準電圧点に設定される。
【００５５】
電圧計測部１２１は、入力端子がポートＰ１に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。
【００５６】
電圧計測部１２２は、入力端子がポートＰ２に接続されており、入力端子に入力される電圧の計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。
【００５７】
例えば、電圧計測部１２１、１２２は、図２に示されるように、比較器１４１により構成される。比較器１４１は、入力端子に入力された電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値電圧Ｖｒｅｆと比較し、その結果を出力する。
【００５８】
なお、比較器１４１として、マイクロコンピュータ１１１のデジタル信号入力端子を用いることが可能である。すなわち、デジタル信号入力端子は、入力信号の電圧が所定の閾値以上であるか否かに基づいて、入力信号がハイレベルかローレベルかを識別しているため、その機能を利用することが可能である。また、例えば、入出力用にマイクロコンピュータ１１１の２ビット分の端子を用いて、抵抗分圧して電圧を入力することで、閾値電圧Ｖｒｅｆを任意の値に設定することが可能である。
【００５９】
なお、電圧計測部１２１、１２２とも、閾値電圧Ｖｒｅｆは、非検出対象の物体１０３と基準電圧点との間の電圧（＝電源１０４の電圧）とほぼ等しい値に設定される。ただし、電圧計測部１２１の閾値電圧Ｖｒｅｆは、必ずしも物体１０３と基準電圧点との間の電圧に設定する必要はなく、他の値に設定するようにしてもよい。
【００６０】
パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ３の開閉を制御するとともに、電圧計測部１２１および電圧計測部１２２の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部１２３は、計測した静電容量パラメータを演算処理部１２４に供給する。
【００６１】
演算処理部１２４は、パラメータ計測部１２３により計測された静電容量パラメータに基づいて、他の静電容量パラメータ、例えば、静電容量の演算を行う。演算処理部１２４は、パラメータ計測部１２３により計測された静電容量パラメータ、および、演算した静電容量パラメータを出力部１２５に供給する。
【００６２】
出力部１２５は、静電容量パラメータを外部に出力する。
【００６３】
なお、以下、コンデンサＣ１の静電容量をＣ１、電圧をＶｃ１、蓄積電荷量をＱｃ１で表す。また、検出電極１１２と周囲の空間との間の静電容量をＣｘで表し、検出電極１１２の電圧をＶｘ、蓄積電荷量をＱｘで表す。さらに、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１で表す。また、以下、コンデンサＣ１の抵抗Ｒ１側の電極を正極と称し、コンデンサＣ１の検出電極１１２側の電極を負極と称する。
【００６４】
また、以下、電荷供給部１２６を、定電圧電源である電源Ｖｃｃにより構成する例を示す。それに伴い、明細書および図面において、電荷供給部１２６の代わりに、電源Ｖｃｃを示す。また、以下、電源Ｖｃｃの電圧をＶｃｃで表す。
【００６５】
さらに、以下、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の間のＡ点の電圧（基準電圧点を基準とするＡ点の電位）をＶａで表す。また、コンデンサＣ１、ポートＰ２および接続端子Ｔ１の間の接続点Ｂの電圧（基準電圧点を基準とするＢ点の電位）をＶｂで表す。なお、電圧Ｖｂは、電圧計測部１２２に入力される電圧とほぼ等しくなる。
【００６６】
［静電容量計測装置１０１の処理］
次に、図３乃至図１３を参照して、静電容量計測装置１０１の処理について説明する。
【００６７】
まず、図３乃至図５を参照して、静電容量計測装置１０１により実行される計測処理について説明する。なお、図３は、計測処理を説明するためのフローチャートである。図４は、計測処理中のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１、および、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘの推移を示す図である。図５は、Ａ点の電圧ＶａおよびＢ点の電圧Ｖｂの推移を示すグラフである。なお、図５の横軸は時間を示し、縦軸は電圧（基準電圧点に対する電位）を示している。
【００６８】
ステップＳ１において、静電容量計測装置１０１は、全電荷放電処理を実行する。
【００６９】
ここで、図６および図７を参照して、ステップＳ１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図６は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図７は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００７０】
ステップＳ２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ３をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極から抵抗Ｒ１およびＳＷ２を介してグラウンドに矢印Ａ１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の放電が開始される。また、検出電極１１２からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ２の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。
【００７１】
ステップＳ２２において、パラメータ計測部１２３は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１および検出電極１１２の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
【００７２】
ステップＳ２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ３をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【００７３】
図３に戻り、ステップＳ２において、静電容量計測装置１０１は、Ｃ１、検出電極充電処理を実行する。
【００７４】
ここで、図８および図９を参照して、ステップＳ２のＣ１、検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図８は、Ｃ１、検出電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図９は、Ｃ１、検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００７５】
なお、ステップＳ２の開始時刻をｔ１とすると、時刻ｔ１において、図４に示されるように、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１および検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘは、ほぼ０になる。また、Ａ点の電圧ＶａおよびＢ点の電圧Ｖｂは、基準電圧点とほぼ等しくなる。
【００７６】
ステップＳ４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ３の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の充電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ１の負極から検出電極１１２に矢印Ａ４の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極１１２の充電が開始される。
【００７７】
このとき、抵抗Ｒ１によりコンデンサＣ１および検出電極１１２の充電速度が決定する。すなわち、抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ１が大きくなるほど、充電時間は遅くなり、抵抗値Ｒ１が小さくなるほど、充電時間は速くなる。
【００７８】
また、コンデンサＣ１に蓄積される電荷量と検出電極に蓄積される電荷量はほぼ等しいため、次式（１）が成り立つ。
【００７９】
Ｃ１×Ｖｃ１＝Ｃｘ×Ｖｘ ・・・（１）
【００８０】
ステップＳ４２において、電圧計測部１２２は、検出電極１１２の電圧Ｖｘ（より正確には、検出電極１１２と基準電圧点との間の電圧）を計測する。そして、電圧計測部１２２は、計測した電圧Ｖｘを所定の閾値、すなわち閾値電圧Ｖｒｅｆと比較し、その結果をパラメータ計測部１２３に供給する。
【００８１】
ステップＳ４３において、パラメータ計測部１２３は、電圧計測部１２２による計測結果に基づいて、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以上であるか否かを判定する。検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ４２に戻る。その後、ステップＳ４３において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ４２およびＳ４３の処理が繰返し実行される。従って、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上に達するまで、コンデンサＣ１および検出電極１１２が充電される。
【００８２】
一方、ステップＳ４３において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ４４に進む。
【００８３】
ステップＳ４４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオフする。これにより、コンデンサＣ１および検出電極１１２の充電が停止する。その後、Ｃ１、検出電極充電処理は終了する。
【００８４】
この時点の時刻をｔ２とし、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値電圧Ｖｒｅｆに達したときの検出電極１１２の蓄積電荷量をＱｒｅｆとすると、図４に示されるように、時刻ｔ２において、コンデンサＣ１および検出電極１１２の蓄積電荷量は、蓄積電荷量Ｑｒｅｆとほぼ等しくなる。
【００８５】
また、時刻ｔ２において、検出電極１１２の電圧Ｖｘと物体１０３の電圧がほぼ等しくなるため、検出電極１１２と物体１０３との間の静電容量がほぼ０の状態で、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷が蓄積される。すなわち、検出電極１１２と物体１０３との間の静電容量の影響をほとんど受けずに、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷を蓄積することができる。さらに換言すれば、検出電極１１２とその周囲との間の静電容量のうち検出電極１１２と物体１０３との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷を、コンデンサＣ１および検出電極１１２に蓄積することができる。従って、蓄積電荷量Ｑｒｅｆは、物体１０３の影響を除去した検出電極１１２と周囲の空間の静電容量Ｃｘに比例した値となる。
【００８６】
また、時刻ｔ２において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しいため、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、次式（２）により表される。
【００８７】
Ｖｃ１＝（Ｃｘ／Ｃ１）×Ｖｒｅｆ ・・・（２）
【００８８】
従って、図５に示されるように、時刻ｔ２において、Ａ点の電圧Ｖａ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｃ１となり、Ｂ点の電圧Ｖｂ＝Ｖｒｅｆとなる。
【００８９】
図３に戻り、ステップＳ３において、静電容量計測装置１０１は、検出電極放電処理を実行する。
【００９０】
ここで、図１０および図１１を参照して、ステップＳ３の検出電極放電処理の詳細について説明する。なお、図１０は、検出電極放電処理を説明するためのフローチャートであり、図１１は、検出電極放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００９１】
ステップＳ６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンする。これにより、検出電極１１２からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ５の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。
【００９２】
ステップＳ６２において、パラメータ計測部１２３は、所定の時間、すなわち、検出電極１１２の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
【００９３】
ステップＳ６３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフする。その後、検出電極放電処理は終了する。
【００９４】
これにより、コンデンサＣ１の電荷が保持されたまま、検出電極１１２の電荷が放電される。従って、この時点の時刻をｔ３とすると、図４に示されるように、時刻ｔ３において、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１＝Ｑｒｅｆ、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘ＝０となる。また、図５に示されるように、時刻ｔ３において、Ａ点の電圧Ｖａ＝Ｖｃ１となり、Ｂ点の電圧Ｖｂ＝０となる。なお、図５において、紙面の都合上、時刻ｔ２と時刻ｔ３をほぼ同時刻に示している。
【００９５】
図３に戻り、ステップＳ４において、パラメータ計測部１２３は、ステップＳ２乃至Ｓ４の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ４において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ２乃至Ｓ４の処理が繰り返し実行される。
【００９６】
一方、ステップＳ４において、ステップＳ２乃至Ｓ４の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップＳ５に進む。
【００９７】
この時点の時刻をｔ４とすると、時刻ｔ３と時刻ｔ４の間に、ステップＳ２の処理で１回充電されるごとに、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１が約Ｑｒｅｆずつ増加し、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、上述した式（２）に示される値ずつ大きくなる。そして、ステップＳ２およびＳ３の処理がｎ回繰り返されたとすると、時刻ｔ４において、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１＝ｎ×Ｑｒｅｆとなる。また、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、次式（３）により表される。
【００９８】
Ｖｃ１＝ｎ×（Ｃｘ／Ｃ１）×Ｖｒｅｆ ・・・（３）
【００９９】
ステップＳ５において、静電容量計測装置１０１は、パラメータ計測処理を実行する。
【０１００】
ここで、図１２および図１３を参照して、ステップＳ５のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図１２は、パラメータ計測処理を説明するためのフローチャートであり、図１３は、パラメータ計測処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１０１】
ステップＳ８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ３をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の負極からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ７の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１のみの充電が開始される。
【０１０２】
ステップＳ８２において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を開始する。
【０１０３】
ステップＳ８３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオフする。これにより、コンデンサＣ１の充電が一時中断される。
【０１０４】
ステップＳ８４において、電圧計測部１２１は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測する。このとき、ＳＷ１がオフされ、抵抗Ｒ１にはほとんど電流が流れておらず、ＳＷ３がオンされ、コンデンサＣ１の負極がグラウンドに接続されている。従って、電圧計測部１２１により計測される電圧は、コンデンサＣ１の正極と基準電圧点との間の電圧とほぼ等しくなる。そして、電圧計測部１２１は、計測した電圧を所定の閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果をパラメータ計測部１２３に出力する。
【０１０５】
ステップＳ８５において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１をオンする。これにより、コンデンサＣ１の充電が再開される。
【０１０６】
ステップＳ８６において、パラメータ計測部１２３は、電圧計測部１２１による計測結果に基づいて、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ８３に戻る。その後、ステップＳ８６において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ８３乃至Ｓ８６の処理が繰り返し実行される。
【０１０７】
一方、ステップＳ８６において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ８７に進む。
【０１０８】
この時点の時刻をｔ５とすると、図４に示されるように、時刻ｔ５において、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１＝Ｑｒｅｆ’（＝（Ｃ１／Ｃｘ）×Ｑｒｅｆ）となり、検出電極１１２に蓄積電荷量Ｑｘ＝０となる。また、図５に示されるように、時刻ｔ５において、Ａ点の電圧Ｖａ＝Ｖｒｅｆとなり、Ｂ点の電圧Ｖｂ＝０となる。
【０１０９】
ステップＳ８７において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を終了する。
【０１１０】
これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が、上述した式（３）に示される電圧から閾値電圧Ｖｒｅｆに達するまでの充電時間ｔが計測される。パラメータ計測部１２３は、計測した充電時間ｔを演算処理部１２４に供給する。
【０１１１】
なお、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが大きく、蓄積電荷量Ｑｒｅｆの値が大きくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１および電圧Ｖｃ１が大きくなるため、充電時間ｔは短くなる。逆に、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが小さくなるほど、パラメータ計測処理開始時のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１および電圧Ｖｃ１が小さくなるため、充電時間ｔは長くなる。より具体的には、充電時間ｔは、次式（４）により求められる。
【０１１２】
【数１】
【０１１３】
なお、上述したように、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１は、物体１０３の影響をほとんど受けないため、充電時間ｔも物体１０３の影響をほとんど受けない。すなわち、充電時間ｔは、物体１０３の影響を除いた検出電極１１２の静電容量Ｃｘを反映した値となる。
【０１１４】
ステップＳ８８において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ３をオフする。これにより、コンデンサＣ１の充電が停止する。その後、パラメータ計測処理は終了する。
【０１１５】
図３に戻り、ステップＳ６において、演算処理部１２４は、演算処理を行う。例えば、演算処理部１２４は、充電時間ｔを用いて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。具体的には、上述した式（４）を静電容量Ｃｘについて解くと、次式（５）となる。
【０１１６】
【数２】
【０１１７】
演算処理部１２４は、式（５）に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。これにより、物体１０３の影響を除いた検出電極１１２の静電容量Ｃｘを求めることができる。演算処理部１２４は、算出した静電容量Ｃｘ、および、パラメータ計測部１２３により計測された充電時間ｔを出力部１２５に供給する。
【０１１８】
ステップＳ７において、出力部１２５は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Ｃｘおよび充電時間ｔの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
【０１１９】
以上のようにして、基準電圧点と異なる電圧の物体１０３の影響を除去して、検出電極１１２とその周囲の空間との間の静電容量を計測することができる。
【０１２０】
例えば、自動車の車内で周囲の空間の静電容量を計測する場合、他の電子回路や他のセンサの検出部など、基準となるボディアースと電位差をもつ物体が、検出電極の周囲に存在することが多い。しかし、静電容量計測装置１０１を用いれば、検出電極１１２の周囲にボディアースに対して電位差を持つ物体が存在する場合でも、その物体の影響を受けずに静電容量を計測することができる。
【０１２１】
なお、静電容量パラメータは、以上の例に限定されるものではなく、検出電極１１２の静電容量Ｃｘ（１回の充電で蓄積される検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｒｅｆ）に応じて変化する他の種類のパラメータを計測するようにしてもよい。ここで、図１４乃至図１６を参照して、静電容量パラメータの他の例について説明する。
【０１２２】
［静電容量パラメータの第１の変形例］
まず、図１４を参照して、静電容量パラメータの第１の変形例について説明する。図１４は、静電容量パラメータの第１の変形例に対応する計測処理を説明するためのフローチャートである。
【０１２３】
ステップＳ１２１において、図３のステップＳ１の処理と同様に、全電荷放電処理が実行される。
【０１２４】
ステップＳ１２２において、図３のステップＳ２の処理と同様に、Ｃ１、検出電極充電処理が実行される。
【０１２５】
ステップＳ１２３において、図３のステップＳ３の処理と同様に、検出電極放電処理が実行される。
【０１２６】
ステップＳ１２４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンする。
【０１２７】
ステップＳ１２５において、図１２のステップＳ８４の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が計測され、電圧Ｖｃ１と閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）を比較した結果が、電圧計測部１２２からパラメータ計測部１２３に供給される。
【０１２８】
ステップＳ１２６において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフする。
【０１２９】
ステップＳ１２７において、パラメータ計測部１２３は、充電回数をインクリメントする。
【０１３０】
ステップＳ１２８において、図１２のステップＳ８６の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ１２２に戻る。その後、ステップＳ１２８において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ１２２乃至Ｓ１２８の処理が繰り返し実行される。これにより、ステップＳ１２２の処理で１回充電されるごとに、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１が約Ｑｒｅｆずつ増加し、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値電圧Ｖｒｅｆ以上になるまでの充電回数がカウントされる。
【０１３１】
なお、上述したように、１回あたりにコンデンサＣ１に蓄積される電荷量Ｑｒｅｆは、物体１０３の影響をほとんど受けないため、充電回数ｎも物体１０３の影響をほとんど受けない。すなわち、充電回数ｎは、物体１０３の影響を除いた検出電極１１２の静電容量Ｃｘを反映した値となる。
【０１３２】
一方、ステップＳ１２８において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ１２９に進む。
【０１３３】
ステップＳ１２９において、演算処理部１２４は、演算処理を行う。具体的には、パラメータ計測部１２３は、カウントした充電回数を演算処理部１２４に供給する。演算処理部１２４は、充電回数に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。なお、コンデンサＶｃ１が閾値電圧Ｖｒｅｆ以上になったときの充電回数をｎとすると、上述した式（３）により、検出電極１１２の静電容量Ｃｘ＝Ｃ１／ｎとなる。演算処理部１２４は、算出した静電容量Ｃｘ、および、パラメータ計測部１２３により計測された充電回数ｎを出力部１２５に供給する。
【０１３４】
ステップＳ１３０において、出力部１２５は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Ｃｘおよび充電回数ｎの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
【０１３５】
なお、充電回数ｎの代わりに、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以上になるまでの充電時間を静電容量パラメータとして計測するようにしてもよい。
【０１３６】
［静電容量パラメータの第２の変形例］
次に、図１５を参照して、静電容量パラメータの第２の変形例について説明する。図１５は、静電容量パラメータの第２の変形例に対応する計測処理を説明するためのフローチャートである。
【０１３７】
ステップＳ１４１において、図３のステップＳ１の処理と同様に、全電荷放電処理が実行される。
【０１３８】
ステップＳ１４２において、パラメータ計測部１２３は、充電時間の計測を開始する。
【０１３９】
ステップＳ１４３において、図３のステップＳ２の処理と同様に、Ｃ１、検出電極充電処理が実行される。
【０１４０】
ステップＳ１４４において、パラメータ計測部１２３は、充電時間の計測を終了する。
【０１４１】
ステップＳ１４５において、図３のステップＳ３の処理と同様に、検出電極放電処理が実行される。
【０１４２】
ステップＳ１４６において、パラメータ計測部１２３は、充電回数をインクリメントする。
【０１４３】
ステップＳ１４７において、パラメータ計測部１２３は、充電時間が所定の時間を超えたか否かを判定する。充電時間が所定の時間を超えていないと判定された場合、処理はステップＳ１４２に戻る。その後、ステップＳ１４７において、充電時間が所定の時間を超えたと判定されるまで、ステップＳ１４２乃至Ｓ１４７の処理が繰り返し実行される。
【０１４４】
コンデンサＣ１の充電は、蓄積電荷量Ｑｃ１が増加するにつれて遅くなるため、ステップＳ１４２乃至Ｓ１４７の処理を１回行う毎に、パラメータ計測部１２３により計測される充電時間も長くなる。そして、ステップＳ１４７において、充電時間が所定の時間を超えたと判定された場合、処理はステップＳ１４８に進む。
【０１４５】
ステップＳ１４９において、演算処理部１２４は、演算処理を行う。具体的には、パラメータ計測部１２３は、カウントした充電回数を演算処理部１２４に供給する。演算処理部１２４は、充電回数に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する。
【０１４６】
ここで、ｎ回充電した後のコンデンサＣ１の電圧をＶｃ１（ｎ）とすると、上述した式（３）に基づいて、電圧Ｖｃ１（ｎ）は、次式（６）により表される。
【０１４７】
Ｖｃ１（ｎ）＝ｎ×（Ｃｘ／Ｃ１）×Ｖｒｅｆ ・・・（６）
【０１４８】
一方、ｎ回充電した後、ｎ＋１回目の充電を行う際の充電時間ｔと検出電極１１２の電圧Ｖｘ（ｎ＋１）の関係は、次式（７）により表される。
【０１４９】
【数３】
【０１５０】
Ｖｘ（ｎ＋１）が閾値電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間をｔｄとし、式（６）のＶｃ１（ｎ）を式（７）に代入すると、次式（８）が得られる。
【０１５１】
【数４】
【０１５２】
そして、式（８）に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出することができる。
【０１５３】
演算処理部１２４は、算出した静電容量Ｃｘ、および、パラメータ計測部１２３により計測された充電回数ｎを出力部１２５に供給する。
【０１５４】
ステップＳ１４９において、出力部１２５は、計測結果を出力する。このとき、静電容量Ｃｘおよび充電回数ｎの両方を出力するようにしてもよいし、いずれか一方を出力するようにしてもよい。その後、計測処理は終了する。
【０１５５】
［静電容量パラメータの第３の変形例］
次に、図１６を参照して、静電容量パラメータの第３の変形例について説明する。
【０１５６】
この第３の変形例の場合、電圧計測部１２１、１２２は、例えば、図１６に示されるようにＡ／Ｄ変換器１５１により構成される。すなわち、電圧計測部１２１、１２２は、入力されたアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換して出力する。
【０１５７】
また、この場合、図３のステップＳ５のパラメータ計測処理は、図１６のフローチャートに従って実行される。
【０１５８】
すなわち、ステップＳ１６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンする。
【０１５９】
ステップＳ１６２において、電圧計測部１２２は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測し、計測結果をパラメータ計測部１２３に供給する。この場合、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と閾値電圧Ｖｒｅｆの比較結果ではなく、電圧Ｖｃ１の実測値がパラメータ計測部１２３に供給される。パラメータ計測部１２３は、取得した電圧Ｖｃ１の実測値を静電容量パラメータに設定する。
【０１６０】
そして、電圧Ｖｃ１が分かれば、上述した式（１）に基づいて、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを求めることができる。
【０１６１】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
【０１６２】
［静電容量計測装置２０１の構成例］
図１７は、本発明の第２の実施の形態である静電容量計測装置２０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０１６３】
静電容量計測装置２０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ２１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ２１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、ポートＰ３が追加されている点が異なる。
【０１６４】
さらに、静電容量計測装置２０１では、静電容量計測装置１０１と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗Ｒ１はポートＰ１とポートＰ３の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ２とポートＰ３の間に接続されている。ＳＷ２の一端はポートＰ３に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部１２１は、入力端子がポートＰ３に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置１０１と同様である。
【０１６５】
このように静電容量計測装置２０１を構成することにより、図１８の矢印Ａ２１に示されるように、コンデンサＣ１の電荷を抵抗Ｒ１を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。
【０１６６】
また、コンデンサＣ１の充電を継続したまま、電圧計測部１２１によりコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測することができ、計測時間を短縮することができる。
【０１６７】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、図１９および図２０を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、検出電極１１２の静電容量Ｃｘの検出に方向性を持たせるようにするものである。
【０１６８】
［静電容量計測装置の構成例］
図１９は、本発明の第３の実施の形態である静電容量計測装置３０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０１６９】
静電容量計測装置３０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ３１１が設けられ、シールド電極３１２および接続端子Ｔ２が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ３１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、ポートＰ３が追加されている点が異なる。
【０１７０】
ポートＰ３は、グラウンドに接続されるとともに、接続端子Ｔ２に接続されている。
【０１７１】
シールド電極３１２は、電界の遮蔽に用いられる電極であり、接続端子Ｔ２に着脱自在である。また、シールド電極３１２は、接続端子Ｔ２に接続された状態において、接続端子Ｔ２およびポートＰ３を介してマイクロコンピュータ３１１のグラウンドに接続され、基準電圧点の電圧に保持される。なお、シールド電極３１２を、接続端子Ｔ２ではなく、ポートＰ３に直接接続するようにしてもよい。
【０１７２】
なお、以下、シールド電極３１２の電圧をＶｓ、蓄積電荷量をＱｓで表す。
【０１７３】
図２０は、シールド電極３１２の形状の一例を模式的に示す断面図である。この例において、シールド電極３１２は、検出電極１１２を覆うような箱形の形状をしている。
【０１７４】
上述したように、シールド電極３１２は、基準電圧点の電圧に保持されるため、シールド電極３１２側から物体が接近しても、検出電極１１２周辺の電界はほとんど変化しない。従って、静電容量の計測方向を限定することが可能である。例えば、図２０の例の場合、静電容量の計測方向を紙面の上方向に限定することが可能である。また、例えば、図１９に示されるように、検出電極１１２と物体１０３の間にシールド電極３１２を配置することにより、物体１０３の影響をより小さくして、静電容量を計測することが可能になる。
【０１７５】
なお、以上の説明では、シールド電極３１２をグラウンドに接続する例を示したが、グラウンド以外の電圧保持手段に接続して、シールド電極３１２の電圧がほぼ一定になるようにするようにしてもよい。
【０１７６】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、図２１乃至図２９を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は、第３の実施の形態と比較して、検出電極１１２とシールド電極３１２が同じ電圧になるように制御するようにしたものである。
【０１７７】
［静電容量計測装置４０１の構成例］
図２１は、本発明の第４の実施の形態である静電容量計測装置４０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１９と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０１７８】
静電容量計測装置４０１は、図１９の静電容量計測装置３０１と比較して、マイクロコンピュータ３１１の代わりマイクロコンピュータ４１１が設けられ、抵抗Ｒ２が追加されている点が異なる。また、マイクロコンピュータ４１１は、マイクロコンピュータ３１１と比較して、電圧計測部４２１、同電位制御部４２３、ＳＷ４、およびＳＷ５が追加され、パラメータ計測部１２３の代わりにパラメータ計測部４２２が設けられている点が異なる。
【０１７９】
抵抗Ｒ２は、接続端子Ｔ２とポートＰ３の間に接続されている。また、ＳＷ４の一端は電源Ｖｃｃに接続され、他の一端はポートＰ３、ＳＷ５の一端に接続されている。ＳＷ５の他の一端は、グラウンドに接続されている。
【０１８０】
電圧計測部４２１は、入力端子がポートＰ３に接続されている。電圧計測部４２１は、電圧計測部１２１、１２２と同様に、入力端子に入力される電圧を計測し、計測した電圧を所定の閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、比較した結果を同電位制御部４２３に供給する。
【０１８１】
パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１乃至ＳＷ３の開閉を制御するとともに、電圧計測部１２１および電圧計測部１２２の計測結果に基づいて、静電容量パラメータを計測する。パラメータ計測部４２２は、計測した静電容量パラメータを演算処理部１２４に供給する。
【０１８２】
同電位制御部４２３は、電圧計測部４２１の計測結果に基づいて、ＳＷ４およびＳＷ５の開閉を制御して、検出電極１１２とシールド電極３１２の電圧が同じになるように調整する。
【０１８３】
［静電容量計測装置４０１の処理］
次に、図２２至図２８を参照して、静電容量計測装置４０１の処理について説明する。
【０１８４】
まず、図２２のフローチャートを参照して、静電容量計測装置４０１により実行される計測処理について説明する。
【０１８５】
ステップＳ３０１において、静電容量計測装置４０１は、全電荷放電処理を実行する。
【０１８６】
ここで、図２３および図２４を参照して、ステップＳ３０１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図２３は、全電荷放電処理を説明するためのフローチャートであり、図２４は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１８７】
ステップＳ３２１において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオンする。これにより、コンデンサＣ１から抵抗Ｒ１およびＳＷ２を介してグラウンドに矢印Ａ４１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の放電が開始される。また、検出電極１１２からＳＷ３を介してグラウンドに矢印Ａ４２の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。さらに、シールド電極３１２から抵抗Ｒ２およびＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ４３の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の放電が開始される。
【０１８８】
ステップＳ３２２において、パラメータ計測部４２２は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１、検出電極１１２、および、シールド電極３１２の電荷が全て放電されるのに十分な時間待機する。
【０１８９】
ステップＳ３２３において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０１９０】
図２２に戻り、ステップＳ３０２において、静電容量計測装置４０１は、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
【０１９１】
ここで、図２５および図２６を参照して、ステップＳ３０２のＣ１、検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図２５は、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理を説明するためのフローチャートであり、図２６は、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１９２】
ステップＳ３４１において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１、ＳＷ４をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ４３の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の充電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ１の負極から検出電極１１２に矢印Ａ４４の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の充電が開始される。さらに、電源ＶｃｃからＳＷ４および抵抗Ｒ２を介してシールド電極３１２に矢印Ａ４５の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の充電が開始される。
【０１９３】
ステップＳ３４２において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１がオンであるか否かを判定する。ＳＷ１がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３４３に進む。
【０１９４】
ステップＳ３４３において、電圧計測部１２２および電圧計測部４２１は、検出電極１１２の電圧Ｖｘおよびシールド電極３１２の電圧Ｖｓを計測する。具体的には、電圧計測部１２２は、検出電極１１２の電圧Ｖｘ（より正確には、検出電極１１２と基準電圧点との間の電圧）を計測し、計測した電圧Ｖｘを閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果をパラメータ計測部４２２に供給する。
【０１９５】
ステップＳ３４４において、パラメータ計測部４２２は、電圧計測部１２２による計測結果に基づいて、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であるか否かを判定する。検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３４５に進む。
【０１９６】
ステップＳ３４５において、パラメータ計測部４２２は、ＳＷ１をオフする。これにより、コンデンサＣ１および検出電極１１２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３４６に進む。
【０１９７】
一方、ステップＳ３４４において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値未満であると判定された場合、ステップＳ３４５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３４６に進む。
【０１９８】
また、ステップＳ３４２において、ＳＷ１がオフであると判定された場合、ステップＳ３４３乃至Ｓ３４５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３４６に進む。
【０１９９】
ステップＳ３４６において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４がオンであるか否かを判定する。ＳＷ４がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３４７に進む。
【０２００】
ステップＳ３４７において、電圧計測部４２１は、シールド電極３１２の電圧Ｖｓを計測する。具体的には、電圧計測部４２１は、シールド電極３１２の電圧Ｖｓ（より正確には、シールド電極３１２と基準電圧点との間の電圧）を計測し、計測した電圧Ｖｓを閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果を同電位制御部４２３に供給する。
【０２０１】
ステップＳ３４８において、同電位制御部４２３は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であるか否かを判定する。シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３４９に戻る。
【０２０２】
ステップＳ３４９において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４をオフする。これにより、シールド電極３１２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２０３】
一方、ステップＳ３４８において、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値未満であると判定された場合、ステップＳ３４９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２０４】
また、ステップＳ３４６において、ＳＷ４がオフであると判定された場合、ステップＳ３４７乃至Ｓ３４９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２０５】
ステップＳ３５０において、パラメータ計測部４２１は、ＳＷ１、ＳＷ４が両方オフであるか否かを判定する。ＳＷ１、ＳＷ４の少なくとも一方がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３４２に戻る。その後、ステップＳ３５０において、ＳＷ１、ＳＷ４が両方オフであると判定されるまで、ステップＳ３４２乃至Ｓ３５０の処理が繰り返し実行される。
【０２０６】
一方、ステップＳ３５０において、ＳＷ１、ＳＷ４が両方オフであると判定された場合、Ｃ１、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
【０２０７】
図２２に戻り、ステップＳ３０３において、静電容量計測装置４０１は、電極電位調整処理を実行する。
【０２０８】
ここで、図２７および図２８を参照して、ステップＳ３０３の電極電位調整処理の詳細について説明する。なお、図２７は、電極電位調整処理を説明するためのフローチャートであり、図２８は、電極電位調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２０９】
ステップＳ３６１において、図２５のステップＳ３４３、Ｓ３４７の処理と同様に、検出電極１１２、シールド電極３１２の電圧が計測される。そして、計測した電圧を閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較した結果が、同電位制御部４２３に供給される。
【０２１０】
ステップＳ３６２において、同電位制御部４２３は、電圧計測部１２２による計測結果に基づいて、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であるか否かを判定する。検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３６３に進む。
【０２１１】
ステップＳ３６３において、同電位制御部４２３は、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極から抵抗Ｒ１およびＳＷ２を介してグラウンドに矢印Ａ４６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の放電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極から正電荷が出ていくことにより、検出電極１１２からコンデンサＣ１の負極に矢印Ａ４７の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の放電が開始される。その後、処理は、ステップＳ３６５に進む。
【０２１２】
一方、ステップＳ３６２において、検出電極１１２の電圧Ｖｘが閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ３６４に進む。
【０２１３】
ステップＳ３６４において、同電位制御部４２３は、ＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ１および抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の正極に矢印Ａ４８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の充電が開始される。また、コンデンサＣ１の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ１の負極から検出電極１１２に矢印Ａ４９の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の充電が開始される。その後、処理はステップＳ３６５に進む。
【０２１４】
ステップＳ３６５において、同電位制御部４２３は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であるか否かを判定する。シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３６６に進む。
【０２１５】
ステップＳ３６６において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４をオフ、ＳＷ５をオンする。これにより、シールド電極３１２から抵抗Ｒ２およびＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ５０の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の放電が開始される。その後、処理は、ステップＳ３６８に進む。
【０２１６】
一方、ステップＳ３６４において、シールド電極３１２の電圧Ｖｓが閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ３６７に進む。
【０２１７】
ステップＳ３６７において、同電位制御部４２３は、ＳＷ４をオン、ＳＷ５をオフする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ４および抵抗Ｒ２を介してシールド電極３１２に矢印Ａ５１の方向に正電荷が移動し、シールド電極３１２の充電が開始される。その後、処理は、ステップＳ３６８に進む。
【０２１８】
ステップＳ３６８において、同電位制御部４２３は、電圧計測部１２２および電圧計測部４２１の計測結果に基づいて、２電極、すなわち、検出電極１１２およびシールド電極３１２の電圧がともに閾値以上であるか否かを判定する。少なくとも一方の電極の電圧が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ３６１に戻り、ステップＳ３６８において、２電極の電圧がともに閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６８の処理が繰り返し実行される。
【０２１９】
一方、ステップＳ３６８において、２電極の電圧がともに閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３６９に進む。
【０２２０】
ステップＳ３６９において、同電位制御部４２３は、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を、まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ３６１に戻る。その後、ステップＳ３６９において、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理が繰り返し実行される。
【０２２１】
一方、ステップＳ３６９において、ステップＳ３６１乃至Ｓ３６９の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップＳ３７０に進む。
【０２２２】
ステップＳ３７０において、同電位制御部４２３は、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、検出電極１１２、および、シールド電極３１２の充電または放電が停止される。その後、電極電位調整処理は終了する。
【０２２３】
このようにして、検出電極１１２の電圧Ｖｘおよびシールド電極３１２の電圧Ｖｓがともに閾値電圧Ｖｒｅｆに近づくように、コンデンサＣ１、検出電極１１２およびシールド電極３１２の充電および放電が繰り返され、最終的に両電極の電圧ともほぼ閾値電圧Ｖｒｅｆとなる。
【０２２４】
従って、検出電極１１２、シールド電極３１２および物体１０３の電圧がほぼ等しく、検出電極１１２と物体１０３およびシールド電極３１２との間の静電容量がほぼ０の状態で、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷が蓄積される。すなわち、検出電極１１２と物体１０３およびシールド電極３１２との間の静電容量の影響をほとんど受けずに、コンデンサＣ１および検出電極１１２に電荷を蓄積することができる。さらに換言すれば、検出電極１１２とその周囲との間の静電容量のうち検出電極１１２と物体１０３およびシールド電極３１２との間の静電容量を除いた静電容量に応じた電荷を、コンデンサＣ１および検出電極１１２に蓄積することができる。従って、１回あたりの充電量である蓄積電荷量Ｑｒｅｆは、物体１０３およびシールド電極３１２の影響を除去した検出電極１１２と周囲の空間の静電容量Ｃｘに比例した値となる。
【０２２５】
そのため、検出電極１１２およびシールド電極３１２の形状、比誘電率、温度等が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、静電容量を計測することが可能になる。
【０２２６】
図２２に戻り、ステップＳ３０４において、図３のステップＳ３の処理と同様に、検出電極放電処理が実行される。すなわち、コンデンサＣ１およびシールド電極３１２の電荷が保持されたまま、検出電極１１２の電荷が放電される。
【０２２７】
ステップＳ３０５において、パラメータ計測部４２２は、ステップＳ３０２乃至Ｓ３０５の処理を所定の回数繰り返したか否かを判定する。まだ所定の回数繰り返していないと判定された場合、処理はステップＳ３０２に戻る。その後、ステップＳ３０５において、所定の回数繰り返したと判定されるまで、ステップＳ３０２乃至Ｓ３０５の処理が繰り返し実行される。
【０２２８】
一方、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０２乃至Ｓ３０５の処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、処理はステップＳ３０６に進む。
【０２２９】
ステップＳ３０６乃至Ｓ３０８の処理は、図３のステップＳ５乃至Ｓ７の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。その後、計測処理は終了する。
【０２３０】
以上のようにして、第３の実施の形態と比較して、さらに静電容量の計測精度を向上させることができる。
【０２３１】
［静電容量計測装置４０１の変形例］
図２９は、静電容量計測装置４０１の変形例を示している。この例では、シールド電極３１２に、静電容量が既知のオフセットコンデンサ４５１が追加され、シールド電極３１２およびオフセットコンデンサ４５１により１つのシールド電極が構成される。なお、オフセットコンデンサ４５１の一端は、抵抗Ｒ２とシールド電極３１２の間に接続され、他の一端は基準電圧点に接続されている。
【０２３２】
このように、オフセットコンデンサ４５１を追加することにより、シールド電極３１２に物体が近づくなどの要因によりシールド電極３１２の静電容量が変化しても、その変化の度合いを小さくすることができる。その結果、シールド電極３１２の電圧の変動が小さくなり、検出電極１１２とシールド電極３１２を同じ電圧にする制御が容易になる。
【０２３３】
例えば、シールド電極３１２の静電容量をＣｓ、オフセットコンデンサ４５１の静電容量をＣｏｆｓとすると、シールド電極全体の静電容量Ｃｔは、次式（９）により表される。
【０２３４】
Ｃｔ＝Ｃｓ＋Ｃｏｆｓ
＝Ｃｏｆｓ×（Ｃｓ／Ｃｏｆｓ＋１） ・・・（９）
【０２３５】
ここで、Ｃｓ≪Ｃｏｆｓとなるように静電容量Ｃｏｆｓを設定すると、Ｃｓ／Ｃｏｆｓがほぼ０になる。従って、静電容量Ｃｓが変化しても、静電容量Ｃｔはほとんど変化しない。
【０２３６】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、図３０および図３１を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。この第５の実施の形態は、第４の実施の形態と比較して、計測時間を短縮できるようにするものである。
【０２３７】
［静電容量計測装置５０１の構成例］
図３０は、本発明の第５の実施の形態である静電容量計測装置５０１の構成例を示す回路図である。なお、図中、図２１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２３８】
静電容量計測装置５０１は、図２１の静電容量計測装置４０１と比較して、マイクロコンピュータ４１１の代わりにマイクロコンピュータ５１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ５１１は、マイクロコンピュータ４１１と比較して、ポートＰ４、Ｐ５が追加されている点が異なる。
【０２３９】
さらに、静電容量計測装置５０１では、静電容量計測装置４０１と比較して、各部品の接続が一部異なっている。具体的には、抵抗Ｒ１はポートＰ１とポートＰ４の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ２とポートＰ４の間に接続されている。ＳＷ２の一端はポートＰ４に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部１２１は、入力端子がポートＰ４に接続されている。
【０２４０】
また、抵抗Ｒ２は、ポートＰ３とポートＰ５の間に接続され、接続端子Ｔ２はポートＰ５に接続されている。ＳＷ５の一端はポートＰ５に接続され、他の一端はグラウンドに接続されている。電圧計測部４２１は、入力端子がポートＰ５に接続されている。その他の部品の接続は、静電容量計測装置４０１と同様である。
【０２４１】
このように静電容量計測装置５０１を構成することにより、図３１の矢印Ａ７１に示されるように、コンデンサＣ１の電荷を抵抗Ｒ１を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。また、矢印Ａ７２に示されるように、シールド電極３１２の電荷を抵抗Ｒ２を介さずに放電することができ、放電時間を短縮することができる。
【０２４２】
また、コンデンサＣ１の充電を継続したまま、電圧計測部１２１によりコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を計測することができ、計測時間を短縮することができる。さらに、シールド電極３１２の充電を継続したまま、電圧計測部４２１によりシールド電極３１２の電圧Ｖｓを計測することができ、計測時間を短縮することができる。
【０２４３】
＜６.第６の実施の形態＞
次に、図３２乃至図３４を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。この第６の実施の形態は、複数の電極を設けて、各電極を検出電極またはシールド電極のいずれにも使用できるようにするものである。
【０２４４】
［静電容量計測装置６０１の構成例］
図３２は、本発明の第６の実施の形態である静電容量計測装置６０１の構成例を示す図である。
【０２４５】
静電容量計測装置６０１は、マイクロコンピュータ６１１、抵抗Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ、コンデンサＣ１−１乃至Ｃ１−ｎ、接続端子Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ、および、電極６１２−１乃至６１２−ｎにより構成される。また、マイクロコンピュータ６１１は、ポートＰ１−１乃至Ｐ１−ｎおよびＰ２−１乃至Ｐ２−ｎを備える。
【０２４６】
抵抗Ｒ１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端は、ポートＰ１−ｉに接続され、他の一端はコンデンサＣ１−ｉの一端に接続されている、コンデンサＣ１−ｉの一端は、ポートＰ２−ｉおよび接続端子Ｔ１−ｉに接続されている。電極６１２−ｉは、接続端子Ｔ１−ｉに着脱自在である。なお、電極６１２−ｉを、接続端子Ｔ１−ｉではなく、ポートＰ４−ｉに直接接続するようにしてもよい。
【０２４７】
なお、以下、抵抗Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ、コンデンサＣ１−１乃至Ｃ１−ｎ、電極６１２−１乃至６１２−ｎ、ポートＰ１−１乃至Ｐ１−ｎ、および、ポートＰ２−１乃至Ｐ２−ｎを、それぞれ個々に区別する必要がない場合、単に、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、電極６１２、ポートＰ１、および、ポートＰ２と称する。
【０２４８】
［マイクロコンピュータ６１１の構成例］
図３３は、マイクロコンピュータ６１１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には、同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２４９】
マイクロコンピュータ６１１は、計測部６３１−１乃至６３１−ｎ、役割設定部６３２、および、同電位制御部６３３を含むように構成される。
【０２５０】
計測部６３１−１乃至６３１−ｎは、それぞれ図１のマイクロコンピュータ１１１と同様の構成を有している。従って、計測部６３１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、抵抗Ｒ１−ｉ、コンデンサＣ１−ｉ、および、電極６１２−ｉにより、静電容量計測装置１０１と同様の構成を備える１つのユニットが構成され、合計ｎ個のユニットが、静電容量計測装置６０１に設けられている。
【０２５１】
なお、以下、計測部６３１−１乃至６３１−ｎを個々に区別する必要がない場合、単に計測部６３１と称する。
【０２５２】
役割設定部６３２は、各計測部６３１に接続されている電極６１２の役割を設定する。すなわち、役割設定部６３２は、各電極６１２を、検出電極として用いるか、シールド電極として用いるかを設定する。
【０２５３】
同電位制御部６３３は、図２１の同電位制御部４２３と同様の機能を有しており、各電極６１２が同じ電圧になるように制御する。
【０２５４】
［静電容量計測装置６０１の処理］
次に、図３４のフローチャートを参照して、静電容量計測装置６０１により実行される計測処理について説明する。
【０２５５】
ステップＳ６０１において、役割設定部６３２は、各電極６１２の役割を設定する。すなわち、役割設定部６３２は、ユーザ設定等に基づいて、各電極６１２を検出電極またはシールド電極のいずれの電極として用いるかを設定する。
【０２５６】
ステップＳ６０２乃至Ｓ６０８の処理は、図３のステップＳ１乃至Ｓ７の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０２５７】
［静電容量計測装置６０１の使用例］
静電容量計測装置６０１では、各電極の役割を切り替えることにより、電極を所定の位置に設置した後でも、静電容量を計測する位置や方向を変更することが可能である。
【０２５８】
例えば、車両のドアの表と裏にそれぞれ１つずつ電極６１２を設置しておき、ドアの表側の電極６１２を検出電極に設定し、裏側の電極６１２をシールド電極に設定することにより、ドアの裏側の影響を受けずに、ドアの表側の静電容量を計測することができる。逆に、ドアの表側の電極６１２をシールド電極に設定し、裏側の電極６１２を検出電極に設定することにより、ドアの表側の影響を受けずに、ドアの裏側の静電容量を計測することができる。
【０２５９】
＜７．第７の実施の形態＞
次に、図３５を参照して、本発明の第７の実施の形態について説明する。この第７の実施の形態は、２枚の電極間の静電容量を計測できるようにするものである。
【０２６０】
［静電容量計測装置７０１の構成例］
図３５は、本発明の第７の実施の形態である静電容量計測装置７０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０２６１】
静電容量計測装置７０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、接続端子Ｔ２および基準電圧電極７１１が追加されている点が異なる。
【０２６２】
接続端子Ｔ２は、基準電圧点に接続されており、基準電圧電極７１１は、接続端子Ｔ２に接続されている。従って、基準電圧電極７１１の電圧は基準電圧点の電圧に保持される。
【０２６３】
これにより、検出電極１１２と基準電圧電極７１１との間に発生する静電容量を計測することができる。そして、検出電極１１２と基準電圧電極７１１とで形成される空間付近に導電帯や誘電体が存在すると、静電容量の実測値が変化する。
【０２６４】
＜８．第８の実施の形態＞
次に、図３６および図３７を参照して、本発明の第８の実施の形態について説明する。この第８の実施の形態は、本発明を、静電容量に基づいて周囲の物体の検出（例えば、物体の有無や動き等の検出）を行う静電容量センサに適用するようにしたものである。
【０２６５】
［静電容量センサ８０１の構成例］
図３６は、本発明の第８の実施の形態である静電容量センサ８０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２６６】
静電容量センサ８０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ８１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ８１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、物体検出部８２１が設けられ、演算処理部１２４および出力部１２５が設けられていない点が異なる。
【０２６７】
物体検出部８２１は、パラメータ計測部１２３により計測される静電容量パラメータに基づいて、検出電極１１２の周囲の物体の有無を検出する。
【０２６８】
［計測静電容量センサ８０１の処理］
次に、図３７のフローチャートを参照して、静電容量センサ８０１により実行される物体検出処理について説明する。
【０２６９】
ステップＳ７０１乃至Ｓ７０５において、図３のステップＳ１乃至Ｓ５と同様の処理が行われ、検出電極１１２の静電容量Ｃｘに基づく静電容量パラメータである、コンデンサＣ１の充電時間ｔが計測される。なお、上述したように、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが大きくなるほど、充電時間ｔは短くなり、静電容量Ｃｘが小さくなるほど、充電時間ｔは長くなる。
【０２７０】
ステップＳ７０６において、物体検出部８２１は、充電時間ｔが所定の閾値以上であるか否かを判定する。充電時間ｔが閾値未満であると判定された場合、すなわち、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが所定の値以上である場合、処理はステップＳ７０７に進む。
【０２７１】
ステップＳ７０７において、物体検出部８２１は、検出電極１１２の周囲に物体が存在すると判定する。物体検出部８２１は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
【０２７２】
一方、ステップＳ７０６において、充電時間ｔが閾値以上であると判定された場合、すなわち、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが所定の値未満である場合、処理はステップＳ７０８に進む。
【０２７３】
ステップＳ７０８において、物体検出部８２１は、検出電極１１２の周囲に物体が存在しないと判定する。物体検出部８２１は、判定結果を外部に出力し、物体検出処理は終了する。
【０２７４】
上述したように、静電容量パラメータの計測値は、物体１０３の影響をほとんど受けないため、物体１０３の影響をほとんど受けずに、検出電極１１２の周囲の物体（例えば、物体１０２）を確実に検出することができる。
【０２７５】
なお、他の静電容量パラメータ、例えば、上述した充電回数ｎ、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１、検出電極１１２の静電容量Ｃｘ等を用いて、物体の検出を行うようにしてもよい。
【０２７６】
また、静電容量パラメータの変化に基づいて、物体の接近または遠離などの動きを検出するようにすることも可能である。
【０２７７】
＜９．第９の実施の形態＞
次に、図３８および図３９を参照して、本発明の第９の実施の形態について説明する。この第９の実施の形態では、物体１０３の電圧に応じて閾値電圧Ｖｒｅｆを自動設定できるようにするものである。
【０２７８】
［静電容量計測装置９０１の構成例］
図３８は、本発明の第９の実施の形態である静電容量計測装置９０１の構成例を示す図である。なお、図中、図１と対応する部分には同じ符号を付してあり、処理が同じ部分については、その説明は繰り返しになるので適宜省略する。
【０２７９】
静電容量計測装置９０１は、図１の静電容量計測装置１０１と比較して、マイクロコンピュータ１１１の代わりにマイクロコンピュータ９１１が設けられている点が異なる。また、マイクロコンピュータ９１１は、マイクロコンピュータ１１１と比較して、閾値電圧設定部９２１が設けられている点が異なる。
【０２８０】
閾値電圧設定部９２１は、パラメータ計測部１２３により計測される静電容量パラメータに基づいて、閾値電圧Ｖｒｅｆを求め、電圧計測部１２１、１２２に設定する。
【０２８１】
［静電容量計測装置９０１の処理］
次に、図３９のフローチャートを参照して、静電容量計測装置９０１により実行される閾値電圧設定処理について説明する。なお、この処理は、例えば、検出電極１１２を実際に使用する位置に設置し、検出対象から除外したい物体１０３以外の物体が、検出電極１１２の周囲に存在しない状態で行われる。
【０２８２】
ステップＳ８０１において、閾値電圧設定部９２１は、閾値電圧Ｖｒｅｆを仮設定する。例えば、閾値電圧設定部９２１は、電圧計測部１２１、１２２の閾値電圧Ｖｒｅｆを基準電圧点の電圧に設定する。
【０２８３】
ステップＳ８０２において、図３を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップＳ８０１において仮設定した閾値電圧Ｖｒｅｆを用いて静電容量が計測され、計測結果が出力部１２５から閾値電圧設定部９２１に供給される。
【０２８４】
ステップＳ８０３において、閾値電圧設定部９２１は、閾値電圧Ｖｒｅｆを変更する。例えば、閾値電圧設定部９２１は、電圧計測部１２１、１２２の閾値電圧Ｖｒｅｆを所定の値だけ大きくする。
【０２８５】
ステップＳ８０４において、図３を参照して上述した計測処理が実行される。すなわち、ステップＳ８０３において変更した閾値電圧Ｖｒｅｆを用いて、静電容量が計測され、計測結果が出力部１２５から閾値電圧設定部９２１に供給される。
【０２８６】
ステップＳ８０５において、閾値電圧設定部９２１は、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少しているか否かを判定する。いまの場合、まだ計測処理が２回しか行われていないため、この処理は行われずに、処理はステップＳ８０３に戻る。
【０２８７】
その後、ステップＳ８０５において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定されるまで、ステップＳ８０３乃至Ｓ８０５の処理が繰り返し実行される。これにより、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Ｖｒｅｆが検索される。
【０２８８】
一方、ステップＳ８０５において、今回の静電容量が前回より増加し、前回の静電容量が前々回より減少していると判定された場合、処理はステップＳ８０６に進む。
【０２８９】
ステップＳ８０６において、閾値電圧設定部９２１は、前回の閾値電圧Ｖｒｅｆを正式な値に設定する。すなわち、前回の閾値電圧Ｖｒｅｆは、静電容量の計測値が最小となる閾値電圧Ｖｒｅｆであり、物体１０３の電圧に最も近いと予想される。従って、閾値電圧設定部９２１は、前回の閾値電圧Ｖｒｅｆを正式な値として、電圧計測部１２１、１２２に設定する。
【０２９０】
その後、閾値電圧設定処理は終了する。
【０２９１】
このようにして、検出対象から除外したい物体１０３の電圧に応じて閾値電圧Ｖｒｅｆを自動的に設定することができる。
【０２９２】
なお、以上の説明では、静電容量に基づいて閾値電圧Ｖｒｅｆを設定する例を示したが、静電容量以外の静電容量パラメータを用いて設定するようにしてもよい。
【０２９３】
また、上述したように、電圧計測部１２１の閾値電圧Ｖｒｅｆは、必ずしも物体１０３の電圧に合わせる必要がないため、この処理の対象から除外するようにしてもよい。
【０２９４】
＜１０．変形例＞
以上の説明では、静電容量パラメータを計測した後、演算処理部１２４により検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出する例を示したが、静電容量Ｃｘの値を特に求める必要がない場合、この演算処理を省略するようにしてもよい。
【０２９５】
また、可能な範囲で各実施の形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、第３の実施の形態および第６乃至第９の実施の形態に、第２の実施の形態の静電容量計測装置２０１の構成を適用することが可能である。
【０２９６】
さらに、以上の説明では、コンデンサＣ１、検出電極１１２、シールド電極３１２に電荷を供給する電荷供給部１２６に電源Ｖｃｃを用いる例を示したが、他の電荷供給手段を用いるようにしてもよい。なお、以上の説明では電源電圧Ｖｃｃを元に電荷量を計算して静電容量を計算していたが、各コンデンサ、検出電極１１２、シールド電極３１２に供給される電荷量がわかれば、供給された電荷量をもとに静電容量を計算できる。
【０２９７】
例えば、定電流回路を電荷供給部１２６に用いるようにしてもよい。この場合、定電流回路は一定の電流で電荷を供給し続けるので、所定の時間の間に供給される電荷量は一定となる。従って、所定の時間の間に供給される電荷量に基づいて静電容量を求めることができる。また、この場合、各静電容量計測装置の抵抗Ｒ１の抵抗値を小さい値に設定することができる。
【０２９８】
また、例えば、単位時間毎に所定の条件を満たす電荷を供給する所定電荷供給回路を電荷供給部１２６に用いるようにしてもよい。この場合、例えば、単位時間に所定量の電荷を供給するようにすることで、供給された所定量の電荷量を基に静電容量を求めることができる。なお、この場合、マイクロコンピュータのプログラム制御により供給する電荷量を変更できるようにしてもよい。
【０２９９】
また、例えば、時間間隔を空けて、繰り返し電荷を供給する間歇電荷供給回路を電荷供給部１２６に用いるようにしてもよい。この場合、間歇的に所定の電荷が供給されるようにすれば、供給された電荷量をもとに静電容量を求めることができる。
【０３００】
なお、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、上述したマイクロコンピュータの他、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０３０１】
また、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０３０２】
さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０３０３】
１０１ 静電容量計測装置
１０２，１０３ 物体
１１１ マイクロコンピュータ
１１２ 検出電極
１２１，１２２ 電圧計測部
１２３ パラメータ計測部
１２４ 演算処理部
１４１ 比較器
１５１ Ａ／Ｄ変換器
２０１ 静電容量計測装置
２１１ マイクロコンピュータ
３０１ 静電容量計測装置
３１１ マイクロコンピュータ
３１２ シールド電極
４０１ 静電容量計測装置
４１１ マイクロコンピュータ
４２１ 電圧計測部
４２２ パラメータ計測部
４２３ 同電位制御部
４５１ オフセットコンデンサ
５０１ 静電容量計測装置
５１１ マイクロコンピュータ
６０１ 静電容量計測装置
６１１ マイクロコンピュータ
６１２−１乃至６１２−ｎ 電極
６３１−１乃至６３１−ｎ 計測部
６３２ 役割設定部
６３３ 同電位制御部
７０１ 静電容量計測装置
７１１ 基準電圧電極
８０１ 静電容量センサ
８１１ マイクロコンピュータ
８２１ 物体検出部
９０１ 静電容量計測装置
９１１ マイクロコンピュータ
９２１ 閾値電圧設定部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１−１乃至Ｃ１−ｎ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ 抵抗
ＳＷ１乃至ＳＷ５ スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ 接続端子
Ｐ１乃至Ｐ５，Ｐ１−１乃至Ｐ１−ｎ，Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ， ポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と前記第１の電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
前記第１の電極を接続可能な第１の接続手段と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の抵抗と、
第１の一端が前記第１の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第２の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が前記第１の接続手段に接続されている蓄電器と、
第１の一端が前記蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第３の開閉手段と、
入力部が前記第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、
前記第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、前記第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段および前記第３の開閉手段を制御して、前記蓄電器および前記第１の接続手段に接続されている前記第１の電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段を制御して、前記第２の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記第１の電極を充電し、前記第３の開閉手段を制御して、前記第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
複数の異なる前記閾値のうち前記静電容量計測手段により計測される前記静電容量が最小となる前記閾値を正式な前記閾値に設定する閾値設定手段を
さらに備えることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記グラウンドに接続されており、第２の電極を接続可能な第２の接続手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第４の開閉手段と、
第１の一端が前記第４の開閉手段の第２の一端に接続され、第２の一端が前記第２の接続手段に接続されている第２の抵抗と、
第１の一端が前記第２の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第５の開閉手段と、
入力部が前記第５の開閉手段の第１の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、
前記第１の電極と前記第２の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
をさらに備える請求項１に記載の計測装置。
【請求項６】
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段、前記第３の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、前記蓄電器、前記第１の接続手段に接続されている前記第１の電極、および、前記第２の接続手段に接続されている前記第２の電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段および前記第４の開閉手段を制御して、前記蓄電器、前記第１の電極、および、前記第２の電極を充電し、前記同電位制御手段が、前記第１の開閉手段、前記第２の開閉手段、前記第４の開閉手段、および、前記第５の開閉手段を制御し、前記第１の電極と前記第２の電極とが同じ電圧になるように制御し、前記静電容量計測手段が、前記第３の開閉手段を制御して、前記第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
電極と前記電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
複数のユニットであって、
前記電極を接続可能な接続手段と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、
第１の一端が前記抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第２の開閉手段と、
第１の一端が前記抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が前記接続手段に接続されている蓄電器と、
第１の一端が前記蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第３の開閉手段と、
入力部が前記第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、
前記第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、前記第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
をそれぞれ備える複数のユニットと、
複数の前記ユニットの前記接続手段にそれぞれ接続されている複数の前記電極を、前記静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、
複数の前記電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項８】
前記電極が前記検出電極に設定されている前記ユニットにおいて、
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段および前記第３の開閉手段を制御して、前記蓄電器および前記接続手段に接続されている前記電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段を制御して、前記第２の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記電極を充電し、前記第３の開閉手段を制御して、前記電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
電極と前記電極の周囲の空間との間の静電容量に基づいて物体の検出を行う静電容量センサにおいて、
前記電極と、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、
第１の一端が前記抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第２の開閉手段と、
第１の一端が前記抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が前記電極に接続されている蓄電器と、
第１の一端が前記蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第３の開閉手段と、
入力部が前記第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、
前記第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、前記第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と、
前記静電容量に基づいて、前記電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段と
を備えることを特徴とする静電容量センサ。
【請求項１０】
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段および前記第３の開閉手段を制御して、前記蓄電器および前記接続手段に接続されている前記電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段を制御して、前記第２の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記電極を充電し、前記第３の開閉手段を制御して、前記電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項９に記載の静電容量センサ。
【請求項１１】
電極と前記電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置の計測方法において、
前記電極および蓄電器の電荷を放電する第１の放電ステップと、
所定の基準電圧に対する前記電極の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記電極に同量の電荷を供給し、前記蓄電器および前記電極を充電する充電ステップと、
前記蓄電器の電荷を保持したまま、前記電極の電荷を放電する第２の放電ステップと、
前記充電ステップおよび前記第２の放電ステップの処理を１回以上実行することにより前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する計測ステップと
を含む計測方法。
【請求項１】
第１の電極と前記第１の電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
前記第１の電極を接続可能な第１の接続手段と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の抵抗と、
第１の一端が前記第１の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第２の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が前記第１の接続手段に接続されている蓄電器と、
第１の一端が前記蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第３の開閉手段と、
入力部が前記第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、
前記第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、前記第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段および前記第３の開閉手段を制御して、前記蓄電器および前記第１の接続手段に接続されている前記第１の電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段を制御して、前記第２の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記第１の電極を充電し、前記第３の開閉手段を制御して、前記第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
複数の異なる前記閾値のうち前記静電容量計測手段により計測される前記静電容量が最小となる前記閾値を正式な前記閾値に設定する閾値設定手段を
さらに備えることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記グラウンドに接続されており、第２の電極を接続可能な第２の接続手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第４の開閉手段と、
第１の一端が前記第４の開閉手段の第２の一端に接続され、第２の一端が前記第２の接続手段に接続されている第２の抵抗と、
第１の一端が前記第２の抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第５の開閉手段と、
入力部が前記第５の開閉手段の第１の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、
前記第１の電極と前記第２の電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
をさらに備える請求項１に記載の計測装置。
【請求項６】
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段、前記第３の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、前記蓄電器、前記第１の接続手段に接続されている前記第１の電極、および、前記第２の接続手段に接続されている前記第２の電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段および前記第４の開閉手段を制御して、前記蓄電器、前記第１の電極、および、前記第２の電極を充電し、前記同電位制御手段が、前記第１の開閉手段、前記第２の開閉手段、前記第４の開閉手段、および、前記第５の開閉手段を制御し、前記第１の電極と前記第２の電極とが同じ電圧になるように制御し、前記静電容量計測手段が、前記第３の開閉手段を制御して、前記第１の電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
電極と前記電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置において、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
複数のユニットであって、
前記電極を接続可能な接続手段と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、
第１の一端が前記抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第２の開閉手段と、
第１の一端が前記抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が前記接続手段に接続されている蓄電器と、
第１の一端が前記蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第３の開閉手段と、
入力部が前記第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、
前記第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、前記第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と
をそれぞれ備える複数のユニットと、
複数の前記ユニットの前記接続手段にそれぞれ接続されている複数の前記電極を、前記静電容量の検出に用いる検出電極または電界の遮蔽に用いるシールド電極のいずれかに設定する役割設定手段と、
複数の前記電極が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項８】
前記電極が前記検出電極に設定されている前記ユニットにおいて、
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段および前記第３の開閉手段を制御して、前記蓄電器および前記接続手段に接続されている前記電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段を制御して、前記第２の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記電極を充電し、前記第３の開閉手段を制御して、前記電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
電極と前記電極の周囲の空間との間の静電容量に基づいて物体の検出を行う静電容量センサにおいて、
前記電極と、
電荷を供給する電荷供給手段と、
外部の基準電圧点に接続可能なグラウンドと、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続されている第１の開閉手段と、
第１の一端が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている抵抗と、
第１の一端が前記抵抗の第１の一端または第２の一端のいずれか一方に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第２の開閉手段と、
第１の一端が前記抵抗の第２の一端に接続され、第２の一端が前記電極に接続されている蓄電器と、
第１の一端が前記蓄電器の第２の一端に接続され、第２の一端が前記グラウンドに接続されている第３の開閉手段と、
入力部が前記第２の開閉手段の第１の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第１の一端に接続されている第２の電圧計測手段と、
前記第１乃至第３の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段により計測される第１の電圧、および、前記第２の電圧計測手段に計測される第２の電圧に基づいて、前記静電容量を計測する静電容量計測手段と、
前記静電容量に基づいて、前記電極の周囲の物体の検出を行う物体検出手段と
を備えることを特徴とする静電容量センサ。
【請求項１０】
前記静電容量計測手段が、前記第２の開閉手段および前記第３の開閉手段を制御して、前記蓄電器および前記接続手段に接続されている前記電極の電荷を放電させ、
前記静電容量計測手段が、前記第１の開閉手段を制御して、前記第２の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記電極を充電し、前記第３の開閉手段を制御して、前記電極の電荷を放電させる充放電処理を１回以上実行し、
前記静電容量計測手段が、前記充放電処理により前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する
ことを特徴とする請求項９に記載の静電容量センサ。
【請求項１１】
電極と前記電極の周囲の空間との間の静電容量を計測する計測装置の計測方法において、
前記電極および蓄電器の電荷を放電する第１の放電ステップと、
所定の基準電圧に対する前記電極の電圧が所定の閾値に達するまで前記蓄電器および前記電極に同量の電荷を供給し、前記蓄電器および前記電極を充電する充電ステップと、
前記蓄電器の電荷を保持したまま、前記電極の電荷を放電する第２の放電ステップと、
前記充電ステップおよび前記第２の放電ステップの処理を１回以上実行することにより前記蓄電器に蓄積される電荷量に基づいて、前記静電容量を計測する計測ステップと
を含む計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【公開番号】特開２０１２−１２２９４０（Ｐ２０１２−１２２９４０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５６６１（Ｐ２０１０−２７５６６１）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（５１０１２３８３９）オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 (110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（５１０１２３８３９）オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 (110)
【Ｆターム（参考）】
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