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、コンデンサＣ１の他の一端はポートＰ２に接続されている。コンデンサＣ２はポートＰ３とＰ４の間、接続端子Ｔ１はポートＰ４に、検出電極１１２は接続端子Ｔ１にそれぞれ接続されている。ＳＷ１は電源ＶｃｃとポートＰ１の間、ＳＷ２はポートＰ１とグラウンドの間、ＳＷ３は電源ＶｃｃとポートＰ２の間、ＳＷ４はポートＰ２とグラウンドの間、ＳＷ５はポートＰ５とグラウンドの間にそれぞれ接続されている。パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ５の開閉を制御するとともに、入力端子がポートＰ１に接続されている電圧計測部１２１、および、入力端子がポートＰ２に接続されている電圧計測部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、コンデンサＣ１の他の一端はポートＰ２に接続されている。コンデンサＣ２はポートＰ３とＰ４の間、接続端子Ｔ１はポートＰ４に、検出電極１１２は接続端子Ｔ１にそれぞれ接続されている。ＳＷ１は電源ＶｃｃとポートＰ１の間、ＳＷ２はポートＰ１とグラウンドの間、ＳＷ３は電源ＶｃｃとポートＰ２の間、ＳＷ４はポートＰ２とグラウンドの間、ＳＷ５はポートＰ５とグラウンドの間にそれぞれ接続されている。パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ５の開閉を制御するとともに、入力端子がポートＰ１に接続されている電圧計測部１２１、および、入力端子がポートＰ２に接続されている電圧計測部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、第１の電極を接続可能な第１の接続手段と、第１の抵抗と、静電容量が第１の電極より十分大きく、第１の一端が第１の抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、静電容量が第１の電極より十分大きく、第１の一端が第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の抵抗の第２の一端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、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の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、第１の一端が第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、第１の一端が第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、入力部が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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５の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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の蓄電器および第２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乃至第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１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計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、第４の開閉手段、および、第５の開閉手段を制御して、第１の蓄電器、第２の蓄電器、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てから、第１の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器を充電した後、第３の開閉手段を制御して、第２の蓄電器および第１の電極を充電してから、第２の開閉手段および第５の開閉手段を制御し、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、充放電処理により第１の蓄電器から放出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】
第１の一端が第１の蓄電器の第１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６の開閉手段をさらに設け、第１の電圧計測手段の入力部が、第１の開閉手段の第２の一端ではなく、第６の開閉手段の第１の一端に接続され、静電容量計測手段には、第１乃至第６の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測させることができる。
【００１７】
これにより、静電容量の計測精度を低下させずに、計測速度を速くすることができる。
【００１８】
この第６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。
【００１９】
静電容量計測手段が、第４の開閉手段、第５の開閉手段、および、第６の開閉手段を制御して、第１の蓄電器、第２の蓄電器、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てから、第１の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器を充電した後、第３の開閉手段を制御して、第２の蓄電器および第１の電極を充電してから、第２の開閉手段および第５の開閉手段を制御し、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、充放電処理により第１の蓄電器から放出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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、第２の抵抗と、静電容量が第２の電極より十分大きく、第１の一端が第２の抵抗の第１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３の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第２の抵抗の第２の一端に接続されている第７の開閉手段と、第１の一端が第７の開閉手段の第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８の開閉手段と、第１の一端が第３の蓄電器の第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９の開閉手段と、入力部が第７の開閉手段の第２の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、第７乃至第９の開閉手段を制御して、第２の蓄電器と第３の蓄電器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。
【００２８】
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。
【００２９】
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３の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第７乃至第９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。
【００３０】
第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第３の蓄電器の第１の一端に接続されている第１０の開閉手段と、第１の一端が第１０の開閉手段の第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１１の開閉手段とをさらに設け、第３の電圧計測手段は、第７の開閉手段の第２の一端ではなく、第１０の開閉手段の第２の一端に接続され、同電位制御手段には、第７乃至第１１の開閉手段を制御して、第２の蓄電器と第３の蓄電器が同じ電圧になるように制御させるようにすることができる。
【００３１】
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とともに、計測速度を速くすることができる。
【００３２】
この第１０および第１１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。
【００３３】
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、電極を接続可能な接続手段と、抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が抵抗の第２の一端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、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の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、第１の一端が第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、第１の一端が第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、入力部が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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。
【００３４】
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５の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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の蓄電器および第２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乃至第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１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計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。
【００３７】
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において、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、抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が抵抗の第２の一端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、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の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、第１の一端が第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、第１の一端が第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、入力部が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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。
【００３８】
本発明の第３の側面においては、第１乃至第５の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測され、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。
【００３９】
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。
【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の蓄電器および第２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乃至第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１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計などにより構成される。このパラメータ計測手段、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。
【００４１】
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、静電容量が電極より十分大きい第１の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第２の蓄電器、および、電極を放電する放電ステップと、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器に同じ量の電荷を供給し充電する第１の充電ステップと、第２の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧を印加し、第２の蓄電器および電極を充電する第２の充電ステップと、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器から同じ量の電荷を放電する放電ステップと、第２の充電ステップおよび放電ステップの処理を１回以上実行することにより第１の蓄電器から放出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。
【００４２】
本発明の第４の側面においては、静電容量が電極より十分大きい第１の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第２の蓄電器、および、電極が放電され、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器に同じ量の電荷が供給され充電され、第２の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧が印加され、第２の蓄電器および電極が充電され、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器から同じ量の電荷が放電され、第１の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、が静電容量が計測される。
【００４３】
従って、静電容量の計測精度が向上する。
【００４４】
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。この第１の蓄電器、第２の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この放電ステップ、第１の充電ステップ、第２の充電ステップ、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】
【００４５】
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】
【００４６】
【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】マイクロコンピュータの構成例を示す図である。
【図３】電圧計測部の構成例を示す図である。
【図４】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】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６】計測処理中の静電容量計測装置のＡ乃至Ｃ点の電圧の推移を示すグラフである。
【図７】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８】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図９】Ｃ１、Ｃ２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１０】Ｃ１、Ｃ２充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１１】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１２】検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１３】Ｃ２電圧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１４】Ｃ２電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１５】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１６】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１７】検出電極充電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１８】Ｃ２電圧調整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１９】検出電極充電処理、Ｃ２電圧調整処理の変形例の処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２０】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２１】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２２】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２３】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図２４】全電荷放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２５】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２６】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２７】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２８】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２９】シールド電極の構成例を示す断面図である。
【図３０】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３１】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図３２】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３３】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図３４】Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３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３５】Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図３６】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３７】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３８】Ｃ２、Ｃ３電圧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３９】Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図４０】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４１】静電容量計測装置の第５の実施の形態の変形例を示す図である。
【図４２】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図４３】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４４】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図４５】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４６】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４７】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４８】マイクロコンピュータの構成例を示す図である。
【図４９】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図５０】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５１】静電容量センサの構成例を示す図である。
【図５２】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５３】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５４】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】
【００４７】
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
【００４８】
＜１．第１の実施の形態＞
図１乃至図２１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。
【００４９】
［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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、Ｃ２、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、ポートＰ１乃至Ｐ３を備えている。
【００５６】
抵抗Ｒ１の一端はポート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の他の一端はポートＰ２に接続されている。コンデンサＣ２は、ポートＰ２とポートＰ３の間に接続されている。接続端子Ｔ１は、ポートＰ３に接続されている。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Ｐ３に直接接続するようにしてもよい。
【００５７】
また、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の静電容量は、検出電極１１２と周囲の空間との間の静電容量より十分大きい値になるように設定されている。
【００５８】
図２は、マイクロコンピュータ１１１の構成例を詳細に示す図である。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１２６−１，１２６−２、および、ＳＷ（スイッチ）１乃至５を含むように構成される。
【００５９】
ＳＷ１の一端は、電荷供給部１２６−１に接続され、ＳＷ１の他の一端は、ポートＰ１に接続されている。ＳＷ２の一端は、ポートＰ１に接続され、ＳＷ２の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ３の一端は電荷供給部１２６−２に接続され、ＳＷ３の他の一端は、ポートＰ２に接続されている。ＳＷ４の一端は、ポートＰ２に接続され、ＳＷ４の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ５の一端はポートＰ３に接続され、ＳＷ５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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
例えば、電圧計測部１２１、１２２は、図３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。
【００６３】
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。
【００６４】
パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ５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。
【００６５】
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。
【００６６】
出力部１２５は、静電容量パラメータを外部に出力する。
【００６７】
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、コンデンサＣ２の静電容量をＣ２、電圧をＶｃ２、蓄積電荷量をＱｃ２で表す。さらに、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。また、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１で表す。さらに、以下、コンデンサＣ１の抵抗Ｒ１側の電極を正極と称し、ポートＰ２側の電極を負極と称する。また、以下、コンデンサＣ２のポートＰ２側の電極を正極と称し、ポートＰ３側の電極を負極と称する。
【００６８】
また、以下、電荷供給部１２６−１，１２６−２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１２６−１，１２６−２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。
【００６９】
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、コンデンサＣ２およびポートＰ３の間のＢ点の電圧（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。さらに、コンデンサＣ２、接続端子Ｔ１およびポートＰ３の間のＣ点の電圧（基準電圧点を基準とするＣ点の電位）をＶｃで表す。
【００７０】
［静電容量計測装置１０１の処理］
次に、図４乃至図１６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。
【００７１】
まず、図４乃至図６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４は、計測処理を説明するためのフローチャートである。図５は、計測処理中のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１、コンデンサＣ２の電荷蓄積量Ｑｃ２、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６は、Ａ点の電圧Ｖａ、Ｂ点の電圧Ｖｂ、および、Ｃ点の電圧Ｖｃの推移を示すグラフである。なお、図６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。
【００７２】
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。
【００７３】
ここで、図７および図８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７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８は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００７４】
ステップＳ２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５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、コンデンサＣ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ３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。
【００７５】
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、コンデンサＣ２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。
【００７６】
ステップＳ２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【００７７】
これにより、図５Ａに示されるように、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１、コンデンサＣ２の蓄積電荷量Ｑｃ２、および、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘは、ほぼ０になる。また、全電荷放電終了時の時刻をｔ０とすると、図６に示されるように、時刻ｔ０において、Ａ点の電圧Ｖａ、Ｂ点の電圧Ｖｂ、および、Ｃ点の電圧Ｖｃは、基準電圧点とほぼ等しくなる。
【００７８】
図４に戻り、ステップＳ２において、静電容量計測装置１０１は、Ｃ１、Ｃ２充電処理を実行する。
【００７９】
ここで、図９および図１０を参照して、ステップＳ２のＣ１、Ｃ２充電処理の詳細について説明する。なお、図９は、Ｃ１、Ｃ２充電処理を説明するためのフローチャートであり、図１０は、Ｃ１、Ｃ２充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００８０】
ステップＳ４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５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Ｃ２の正極に矢印Ａ４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の負極からコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ５の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、コンデンサＣ２の負極からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。このとき、矢印Ａ４乃至Ａ６の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の充電量はほぼ等しくなる。
【００８１】
ステップＳ４１の処理の開始時刻をｔ１とすると、図６に示されるように、時刻ｔ１以降、Ａ点の電圧ＶａおよびＢ点の電圧Ｖｂが、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が進むにつれて、徐々に上昇する。
【００８２】
ステップＳ４２において、電圧計測部１２２は、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２（より正確には、コンデンサＣ２の正極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Ｖｃ２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。
【００８３】
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、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以上であるか否かを判定する。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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。これにより、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上に達するまで、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００８４】
一方、ステップＳ４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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。
【００８５】
ステップＳ４４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が停止する。その後、Ｃ１、Ｃ２充電処理は終了する。
【００８６】
これにより、図５Ｂに示されるように、コンデンサＣ２の蓄積電荷量Ｑｃ２は、約Ｑｒｅｆ（＝Ｃ２×Ｖｒｅｆ）となる。コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１も、コンデンサＣ２と同様に、約Ｑｒｅｆとなる。検出電極１１２の蓄積電荷量はほぼ０のままとなる。
【００８７】
なお、図５は、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の静電容量が等しい場合の例を示しており、この場合、図５Ｂにおいて、各コンデンサの蓄積電荷量の高さ（＝電圧）はほぼ等しくなる。ただし、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の静電容量は必ずしも等しくする必要はなく、静電容量が異なる場合、図５Ｂにおける各コンデンサの蓄積電荷量の高さは異なることになる。
【００８８】
また、Ｃ１、Ｃ２充電処理が終了した時刻をｔ２とすると、図６に示されるように、時刻ｔ２において、Ａ点の電圧Ｖａは、電源Ｖｃｃの電圧と閾値電圧Ｖｒｅｆの間の電圧になり、Ｂ点の電圧Ｖｂは閾値電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなる。Ｃ点の電圧Ｖｃは、ほぼ０のままとなる。
【００８９】
図４に戻り、ステップＳ３において、静電容量計測装置１０１は、検出電極充電処理を実行する。
【００９０】
ここで、図１１および図１２を参照して、ステップＳ３の検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図１１は、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１２は、検出電極充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、Ｂ点の電圧Ｖｂは電圧Ｖｃｃとほぼ等しくなり、コンデンサＣ２と検出電極１１２からなる直列回路の両端には電圧Ｖｃｃとほぼ等しい電圧が印加される。そして、電源ＶｃｃからＳＷ３を介してコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ７の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ２の負極から検出電極１１２に矢印Ａ８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。このとき、矢印Ａ７の方向に移動する電荷量と矢印Ａ８の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサＣ２と検出電極１１２の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
【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が満充電の状態にな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。これにより、コンデンサＣ２および検出電極１１２の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
【００９４】
この検出電極充電処理が終了した時点のコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２および検出電極１１２の電圧Ｖｘは、検出電極充電処理の前に予めコンデンサＣ２に電荷量Ｑｒｅｆ（＝Ｃ２×Ｖｒｅｆ）の電荷が蓄積されているため、次式（１）および（２）となる。
【００９５】
【数１】
【００９６】
ここで、コンデンサＣ２の静電容量Ｃ２≫検出電極１１２の静電容量Ｃｘに設定されているため、Ｃｘ／（Ｃ２＋Ｃｘ）≒０、Ｃ２／（Ｃ２＋Ｃｘ）≒１となる。これを式（１）および（２）に適用すると、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２≒Ｖｒｅｆ、検出電極１１２の電圧Ｖｘ≒Ｖｃｃ−Ｖｒｅｆとなる。そして、閾値電圧Ｖｒｅｆを適切な値に設定することにより、検出電極１１２の充電時の電圧Ｖｘを物体１０３の電圧とほぼ等しい値に設定することができる。従って、閾値電圧Ｖｒｅｆは、電源Ｖｃｃの電圧Ｖｃｃから、物体１０３の基準電圧点に対する電圧（＝電源１０４の電圧）を引いた値に設定される。
【００９７】
そして、検出電極１１２の充電時の電圧Ｖｘを物体１０３の電圧とほぼ等しい値に設定することにより、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、検出電極１１２に電荷が蓄積される。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が、検出電極１１２に蓄積される。すなわち、物体１０３の電位の影響をほとんど受けずに、検出電極１１２に電荷が蓄積される。
【００９８】
また、検出電極充電処理によるコンデンサＣ２の電荷の増加量をΔＱとすると、ΔＱは、検出電極充電処理の終了時の検出電極１１２の蓄積電荷量とほぼ等しくなる。従って、コンデンサＣ２の電荷増加量ΔＱも、物体１０３の影響をほとんど受けない値となる。
【００９９】
そして、図５Ｃに示されるように、検出電極充電処理が終了した時点で、コンデンサＣ２の蓄積電荷量Ｑｃ２＝Ｑｒｅｆ＋ΔＱとなり、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘ＝ΔＱとなる。コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１はＱｒｅｆのままである。なお、電荷増加量ΔＱは、次式（３）により表される。
【０１００】
【数２】
【０１０１】
図４に戻り、ステップＳ４において、静電容量計測装置１０１は、Ｃ２電圧調整処理を実行する。
【０１０２】
ここで、図１３および図１４を参照して、ステップＳ４のＣ２電圧調整処理の詳細について説明する。なお、図１３は、Ｃ２電圧調整処理を説明するためのフローチャートであり、図１４は、Ｃ２電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１０３】
ステップＳ８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５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Ａ９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放電されることにより、コンデンサＣ２の正極からコンデンサＣ１の負極に矢印Ａ１０の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ１１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。
【０１０４】
ステップＳ８２において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ８３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以下であるか否かが判定される。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップＳ８２に戻る。その後、ステップＳ８３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ８２およびＳ８３の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下になるまで、コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が行われる。
【０１０５】
一方、ステップＳ８３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ８４に進む。
【０１０６】
ステップＳ８４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が停止する。その後、Ｃ２電圧調整処理は終了する。
【０１０７】
このＣ２電圧調整処理により、図５Ｄに示されるように、ステップＳ３の検出電極充電処理によるコンデンサＣ２の電荷の増加量ΔＱとほぼ等しい量の電荷が、コンデンサＣ１、Ｃ２から放電される。すなわち、コンデンサＣ１およびＣ２の蓄積電荷量とも、約ΔＱ減少する。従って、この時点のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、次式（４）により求められる。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
上述したように、ステップＳ３の検出電極充電処理によるコンデンサＣ２の電荷の増加量ΔＱは、物体１０３の影響をほとんど受けないため、Ｃ２電圧調整処理後のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１も物体１０３の影響をほとんど受けない。
【０１１０】
図４に戻り、ステップＳ５において、パラメータ計測部１２３は、ステップＳ３乃至Ｓ５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Ｓ３に戻り、ステップＳ５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Ｓ３乃至Ｓ５の処理が繰り返し実行される。
【０１１１】
一方、ステップＳ５において、ステップＳ３乃至Ｓ５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Ｓ６に進む。
【０１１２】
なお、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理をｎ回繰り返したとすると、図５Ｅに示されるように、コンデンサＣ１には、約Ｑｒｅｆ−ｎ×ΔＱの量の電荷が残る。また、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理をｎ回繰り返した後のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（ｎ）は、次式（５）により示される値となる。
【０１１３】
【数４】
【０１１４】
従って、図６に示されるように、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理を繰り返している期間（図中、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間）において、コンデンサＣ１の放電が進むにつれて、Ａ点の電圧Ｖａは徐々に下降していく。なお、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間において、Ａ点の電圧Ｖａは、検出電極１１２の放電時に、式（５）の値とほぼ等しくなり、検出電極１１２の充電時に、式（５）の値にＶｃｃ−Ｖｒｅｆを加算した値とほぼ等しくなる。また、Ａ点の電圧Ｖａは、電源Ｖｃｃの電圧を超える場合がある。
【０１１５】
また、Ｂ点の電圧Ｖｂは、検出電極１１２の放電時に基準電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなり、検出電極１１２の充電時に電圧Ｖｃｃとほぼ等しくなる。
【０１１６】
さらに、Ｃ点の電圧Ｖｃは、検出電極１１２の放電時に基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、検出電極１１２の充電時にＶｃｃ−Ｖｒｅｆとほぼ等しくなる。
【０１１７】
ステップＳ６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。
【０１１８】
ここで、図１５および図１６を参照して、ステップＳ６のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図１５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１６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。
【０１１９】
ステップＳ１０１において、パラメータ計測部１２３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Ａ１２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の負極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ１３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。
【０１２０】
従って、パラメータ計測処理の開始時刻をｔ３とすると、図６に示されるように、時刻ｔ３において、Ａ点の電圧Ｖａは、式（５）に示される電圧とほぼ等しくなり、Ｂ点の電圧Ｖｂは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。また、Ａ点の電圧Ｖａは、時刻ｔ３以降、徐々に上昇していく。
【０１２１】
ステップＳ１０２において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を開始する。
【０１２２】
ステップＳ１０３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の充電が一時的に停止する。
【０１２３】
ステップＳ１０４において、電圧計測部１２１は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（より正確には、コンデンサＣ１の正極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１２１は、計測した電圧Ｖｃ１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。
【０１２４】
ステップＳ１０５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の充電が再開する。
【０１２５】
ステップＳ１０６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Ｓ１０３に戻る。その後、ステップＳ１０６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Ｓ１０３乃至Ｓ１０６の処理が繰り返し実行される。
【０１２６】
一方、ステップＳ１０６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Ｓ１０７に進む。
【０１２７】
ステップＳ１０７において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を終了する。これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が、上述した式（５）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。
【０１２８】
なお、ステップＳ４の電荷転送処理をｎ回行った後のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（ｎ）と充電時間ｔとの関係は、次式（６）により表される。
【０１２９】
【数５】
【０１３０】
なお、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが大きく、蓄積電荷量ΔＱ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が小さくなるため、充電時間ｔは長くなる。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が大きくなるため、充電時間ｔは短くなる。
【０１３１】
また、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。
【０１３２】
ステップＳ１０８において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ４をオフする。これにより、コンデンサＣ１の充電が停止する。
【０１３３】
ステップＳ１０９において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ５をオンする。これにより、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ１４の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の電荷が放電される。
【０１３４】
その後、パラメータ計測処理は終了する。
【０１３５】
パラメータ計測処理の終了時の時刻をｔ４とすると、ｔ４において、Ａ点の電圧Ｖａは閾値電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなり、Ｂ点の電圧ＶｂおよびＣ点の電圧Ｖｃは、基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。
【０１３６】
なお、コンデンサＣ１に対する閾値電圧ＶｒｅｆとコンデンサＣ２に対する閾値電圧Ｖｒｅｆを、必ずしも同じ値に設定する必要はない。なお、図５は、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の静電容量および閾値電圧Ｖｒｅｆを同じ値に設定した場合の例を示しており、この場合、図５Ｆに示されるように、パラメータ計測処理終了時のコンデンサＣ１の蓄積電荷量は約Ｑｒｅｆとなる。
【０１３７】
図４に戻り、ステップＳ７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（６）に、式（５）を代入し、静電容量Ｃｘについて解くと、次式（７）となる。
【０１３８】
【数６】
【０１３９】
演算処理部１２４は、式（７）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。
【０１４０】
ステップＳ８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。
【０１４１】
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に基づく静電容量を計測することができる。
【０１４２】
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。
【０１４３】
また、図６に示されるように、Ｃ点の電圧Ｖｃ（≒検出電極１１２の電圧Ｖｘ）は、ほとんどの時間で基準電圧点に落ちているため、静電容量の計測において、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【０１４４】
［検出電極充電処理およびＣ２電圧調整処理の変形例］
ここで、図１７乃至図１９を参照して、図４のステップＳ３の検出電極充電処理およびステップＳ４のＣ２電圧調整処理の変形例について説明する。なお、図１７は、検出電極充電処理の変形例を説明するためのフローチャートであり、図１８は、Ｃ２電圧調整処理の変形例を説明するためのフローチャートであり、図１９は、検出電極充電処理およびＣ２電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１４５】
まず、図１７および図１９を参照して、図４のステップＳ３の検出電極充電処理の変形例について説明する。
【０１４６】
ステップＳ１２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４をオンする。これにより、Ｂ点の電圧Ｖｂは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、コンデンサＣ２と検出電極１１２からなる直列回路の両端には−Ｖｒｅｆとほぼ等しい電圧が印加される。そして、コンデンサＣ２の正極からＳＷ４を介して矢印Ａ２１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極から正電荷が放電されることにより、検出電極１１２からコンデンサＣ２の負極に矢印Ａ２２の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極１１２の正電荷の放電が開始される。なお、ステップＳ１の全電荷放電処理により検出電極１１２の蓄積電荷量がほぼ０になっているため、検出電極１１２は、正電荷を放出することにより、実質的に負電荷により充電される。
【０１４７】
このとき、矢印Ａ２１の方向に移動する電荷量と矢印Ａ２２の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサＣ２と検出電極１１２の電荷の減少量はほぼ等しくなる。
【０１４８】
ステップＳ１２２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が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
【０１４９】
ステップＳ１２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４をオフする。これにより、コンデンサＣ２の放電、および、検出電極１１２の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
【０１５０】
次に、図１８および図１９を参照して、図４のステップＳ４のＣ２電圧調整処理の変形例について説明する。
【０１５１】
ステップＳ１４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５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Ａ２３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の負極からコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ２４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の負極からＳＷ５を介して矢印Ａ２５の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。このとき、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
【０１５２】
また、図示していないが、グラウンドからＳＷ５を介して検出電極１１２に正電荷が移動することにより、検出電極１１２の放電が開始される。
【０１５３】
ステップＳ１４２において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ１４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以上であるか否かが判定される。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ１４２に戻る。その後、ステップＳ１４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ１４２およびＳ１４３の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上になるまで、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の充電が継続する。
【０１５４】
一方、ステップＳ１４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ１４４に進む。
【０１５５】
ステップＳ１４４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の充電が停止する。
【０１５６】
従って、この変形例では、検出電極充電処理およびＣ２電圧調整処理を実行する毎に、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１がΔＱずつ増加する。
【０１５７】
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ΔＱ）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２０および図２１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。
【０１５８】
［静電容量パラメータの第１の変形例］
まず、図２０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２０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。
【０１５９】
ステップＳ１６１において、図４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。
【０１６０】
ステップＳ１６２において、図４のステップＳ２の処理と同様に、Ｃ１、Ｃ２充電処理が実行される。
【０１６１】
ステップＳ１６３において、図４のステップＳ３の処理と同様に、検出電極充電処理が実行される。
【０１６２】
ステップＳ１６４において、図４のステップＳ４の処理と同様に、電荷転送処理が実行される。
【０１６３】
ステップＳ１６５において、図１５のステップＳ１０４の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が計測される。
【０１６４】
ステップＳ１６６において、パラメータ計測部１２３は、コンデンサＣ１の放電回数をインクリメントする。
【０１６５】
ステップＳ１６７において、パラメータ計測部１２３は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップＳ１６３に戻る。その後、ステップＳ１６７において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ１６３乃至Ｓ１６７の処理が繰り返し実行される。
【０１６６】
一方、ステップＳ１６７において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ１６８に進む。
【０１６７】
ステップＳ１６８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、カウントした放電回数ｎを演算処理部１２４に供給する。演算処理部１２４は、放電回数ｎ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以下になったときの放電回数をｎとすると、上述した式（５）の左辺にＶｃ１（ｎ）＝Ｖｒｅｆを代入することにより、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出することができる。ただし、このときの閾値電圧Ｖｒｅｆは、Ｃ１、Ｃ２充電処理終了時のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１より低い値に設定する必要がある。
【０１６８】
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により計測された放電回数ｎを出力部１２５に供給する。
【０１６９】
ステップＳ１６９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および放電回数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。
【０１７０】
なお、放電回数ｎの代わりに、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下になるまでの放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。
【０１７１】
［静電容量パラメータの第２の変形例］
次に、図２１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。
【０１７２】
この第２の変形例の場合、電圧計測部１２１、１２２は、例えば、Ａ／Ｄ変換器により構成される。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。
【０１７３】
また、この場合、図４のステップＳ６のパラメータ計測処理は、図２１のフローチャートに従って実行される。
【０１７４】
すなわち、ステップＳ１８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４をオンする。
【０１７５】
ステップＳ１８２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。
【０１７６】
そして、電圧Ｖｃ１が分かれば、上述した式（５）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。
【０１７７】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、図２２乃至図２７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。
【０１７８】
［静電容量計測装置２０１の構成例］
図２２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２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。
【０１７９】
静電容量計測装置２０１は、図２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Ｐ４およびＳＷ６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２２１が設けられている点が異なる。
【０１８０】
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Ｐ４の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ４とポートＰ２の間に接続されている。ＳＷ６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。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。
【０１８１】
パラメータ計測部２２１は、ＳＷ１乃至ＳＷ６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２２１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】
［静電容量計測装置２０１の処理］
次に、図２３乃至図２７を参照して、静電容量計測装置２０１の処理について説明する。
【０１８３】
まず、図２３のフローチャートを参照して、静電容量計測装置２０１により実行される計測処理について説明する。
【０１８４】
ステップＳ２０１において、静電容量計測装置２０１は、全電荷放電処理を実行する。
【０１８５】
ここで、図２４および図２５を参照して、ステップＳ２０１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図２４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２５は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１８６】
ステップＳ２２１において、パラメータ計測部２２１は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極からＳＷ６を介してグラウンドに矢印Ａ３１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Ｃ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ３２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ３３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。
【０１８７】
このとき、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。
【０１８８】
ステップＳ２２２において、パラメータ計測部２２１は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２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。
【０１８９】
ステップＳ２２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０１９０】
図２３に戻り、ステップＳ２０２乃至Ｓ２０５の処理は、図４のステップＳ２乃至Ｓ５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。
【０１９１】
ステップＳ２０６において、静電容量計測装置２０１は、パラメータ計測処理を実行する。
【０１９２】
ここで、図２６および図２７を参照して、ステップＳ２０６のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図２６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２７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。
【０１９３】
ステップＳ２４１において、パラメータ計測部２２１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Ａ３４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の負極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ３５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。
【０１９４】
ステップＳ２４２において、パラメータ計測部２２１は、時間計測を開始する。
【０１９５】
ステップＳ２４３において、図１５のステップＳ１０４の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が計測される。このとき、図１５のパラメータ計測処理と比較して、ＳＷ１をオフせず、コンデンサＣ１の充電を継続したまま、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。
【０１９６】
ステップＳ２４４において、パラメータ計測部２２１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Ｓ２４３に戻る。その後、ステップＳ２４４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Ｓ２４３乃至Ｓ２４４の処理が繰り返し実行される。
【０１９７】
一方、ステップＳ２４４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Ｓ２４５に進む。
【０１９８】
ステップＳ２４５およびＳ２４６の処理は、図１５のステップＳ１０７およびＳ１０８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。
【０１９９】
図２３に戻り、ステップＳ２０７およびＳ２０８の処理は、図４のステップＳ７およびＳ８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。
【０２００】
このようにして、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、静電容量の計測時間を短縮することができる。
【０２０１】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、図２８および図２９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。
【０２０２】
［静電容量計測装置の構成例］
図２８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２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。
【０２０３】
静電容量計測装置３０１は、図２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Ｐ４が追加されている点が異なる。
【０２０４】
ポートＰ４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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
なお、以下、シールド電極３１２と周囲の空間との間の静電容量をＣｓで表し、シールド電極３１２の電圧をＶｓ、蓄積電荷量をＱｓで表す。
【０２０７】
図２９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。
【０２０８】
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、シールド電極３１２側から物体が接近しても、検出電極１１２の静電容量Ｃｘはほとんど変化しないため、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２９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２８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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、図３０乃至図３９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。
【０２１１】
［静電容量計測装置４０１の構成例］
図３０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２８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。
【０２１２】
静電容量計測装置４０１は、図２８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およびコンデンサＣ３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４２２、ＳＷ７乃至ＳＷ９、および、ポートＰ５が追加されている点が異なる。
【０２１３】
抵抗Ｒ２の一端は、ポートＰ５に接続され、抵抗Ｒ２の他の一端は、コンデンサＣ３の一端に接続されている。コンデンサＣ３の他の一端は、ポートＰ４および接続端子Ｔ２に接続されている。また、ＳＷ７の一端は、電源Ｖｃｃに接続され、ＳＷ７の他の一端は、ポートＰ５に接続されている。ＳＷ８の一端は、ポートＰ５に接続され、ＳＷ８の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ９の一端は、ポートＰ４に接続され、ＳＷ９の他の一端は、グラウンドに接続されている。
【０２１４】
また、コンデンサＣ３の静電容量は、シールド電極３１２と周囲の空間との間の静電容量Ｃｓより十分大きい値になるように設定されている。
【０２１５】
なお、以下、コンデンサＣ３の静電容量をＣ３、電圧をＶｃ３、蓄積電荷量をＱｃ３で表す。
【０２１６】
また、以下、コンデンサＣ３の抵抗Ｒ３側の電極を正極と称し、接続端子Ｔ２側の電極を負極と称する。
【０２１７】
電圧計測部４２１は、入力端子がポートＰ５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４２２に供給する。
【０２１８】
同電位制御部４２２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、ＳＷ７乃至ＳＷ９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。
【０２１９】
［静電容量計測装置４０１の処理］
次に、図３１至図３９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。
【０２２０】
まず、図３１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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
ここで、図３２および図３３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３２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３３は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２２３】
ステップＳ３２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９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Ａ５１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Ｃ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ５２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ５３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。
【０２２４】
また、コンデンサＣ３の正極から抵抗Ｒ２およびＳＷ８を介してグラウンドに矢印Ａ５４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の放電が開始される。さらに、シールド電極３１２からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ５５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。
【０２２５】
ステップＳ３２２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乃至Ｃ３、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。
【０２２６】
ステップＳ３２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフし、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０２２７】
図３１に戻り、ステップＳ３０２において、静電容量計測装置４０１は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理を実行する。
【０２２８】
ここで、図３４および図３５を参照して、ステップＳ３０２のＣ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理の詳細について説明する。なお、図３４は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理を説明するためのフローチャートであり、図３５は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２２９】
ステップＳ３４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ７、ＳＷ９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Ａ５６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の負極からコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ５７の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の負極からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ５８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。
【０２３０】
さらに、電源ＶｃｃからＳＷ７および抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ３の正極に矢印Ａ５９の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の負極からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ６０の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の充電が開始される。
【０２３１】
ステップＳ３４２において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５がオンであるか否かを判定する。ＳＷ１、ＳＷ５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。
【０２３２】
ステップＳ３４３において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ３４４において、図９のステップＳ４３の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３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。
【０２３３】
ステップＳ３４５において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３４６に進む。
【０２３４】
一方、ステップＳ３４４において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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。
【０２３５】
また、ステップＳ３４２において、ＳＷ１、ＳＷ５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。
【０２３６】
ステップＳ３４６において、同電位制御部４２２は、ＳＷ７、ＳＷ９がオンであるか否かを判定する。ＳＷ７、ＳＷ９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。
【０２３７】
ステップＳ３４７において、電圧計測部４２１は、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３を計測する。具体的には、電圧計測部４２１は、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３（より正確には、コンデンサＣ３の正極と基準電圧点との間の電圧）を計測し、計測した電圧Ｖｃ３を閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果を同電位制御部４２２に供給する。
【０２３８】
ステップＳ３４８において、同電位制御部４２２は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３４９に進む。
【０２３９】
ステップＳ３４９において、同電位制御部４２２は、ＳＷ７、ＳＷ９をオフする。これにより、コンデンサＣ３の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２４０】
一方、ステップＳ３４８において、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３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。
【０２４１】
また、ステップＳ３４６において、ＳＷ７、ＳＷ９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。
【０２４２】
ステップＳ３５０において、パラメータ計測部１２３は、全てのスイッチがオフであるか否かを判定する。１つ以上のスイッチ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、全てのスイッチが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。
【０２４３】
一方、ステップＳ３５０において、全てのスイッチがオフであると判定された場合、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理は終了する。
【０２４４】
このようにして、コンデンサＣ２、Ｃ３が、ほぼ同じ電圧（閾値電圧Ｖｒｅｆ）になるまで充電される。
【０２４５】
図３１に戻り、ステップＳ３０３において、静電容量計測装置４０１は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
【０２４６】
ここで、図３６および図３７を参照して、ステップＳ３０３の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図３６は、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３７は、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。
【０２４７】
ステップＳ３６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ７をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ３を介してコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ６１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ２の負極から検出電極１１２に矢印Ａ６２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ＳＷ７および抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ３の正極に矢印Ａ６３の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の充電が開始される。また、コンデンサＣ３の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ３の負極からシールド電極３１２に矢印Ａ６４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。
【０２４８】
ステップＳ３６２において、パラメータ計測部１２３および同電位制御部４２２は、所定の時間、すなわち、検出電極１１２およびシールド電極３１２が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
【０２４９】
ステップＳ３６３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフし、同電位制御部５２２は、ＳＷ７をオフする。これにより、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３、検出電極１１２およびシールド電極３１２の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
【０２５０】
ここで、コンデンサＣ３の静電容量Ｃ３≫シールド電極３１２の静電容量Ｃｓなので、充電後のシールド電極３１２の電圧は、電源Ｖｃｃの電圧Ｖｃｃ−基準電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなる。よって、充電後のシールド電極３１２の電圧は、充電後の検出電極１１２の電圧とほぼ等しくなる。
【０２５１】
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、検出電極１１２に電荷が蓄積される。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が、検出電極１１２に蓄積される。
【０２５２】
従って、１回あたりの検出電極１１２の充電量ΔＱ（＝後述するＣ２、Ｃ３電圧調整処理１回あたりのコンデンサＣ１の放電量）は、物体１０３およびシールド電極３１２の影響をほぼ除いた値となる。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。
【０２５３】
図３１に戻り、ステップＳ３０４において、静電容量計測装置４０１は、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理を実行する。
【０２５４】
ここで、図３８および図３９を参照して、ステップＳ３０４のＣ２、Ｃ３電圧調整処理の詳細について説明する。なお、図３８は、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理を説明するためのフローチャートであり、図３９は、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２５５】
ステップＳ３８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９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Ａ６５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放電されることにより、コンデンサＣ２の正極からコンデンサＣ１の負極に矢印Ａ６６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ６７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。
【０２５６】
また、コンデンサＣ３の正極から抵抗Ｒ２およびＳＷ８を介してグラウンドに矢印Ａ６８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の放電が開始される。また、シールド電極３１２からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ６９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。
【０２５７】
ステップＳ３８２において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５がオンであるか否かを判定する。ＳＷ２、ＳＷ５がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３８３に進む。
【０２５８】
ステップＳ３８３において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ３８４において、図１３のステップＳ８３の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であるか否かが判定される。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ３８５に進む。
【０２５９】
ステップＳ３８５において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が停止する。
【０２６０】
一方、ステップＳ３８４において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値より大きいと判定された場合、ステップＳ３８５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３８６に進む。
【０２６１】
また、ステップＳ３８２において、ＳＷ２、ＳＷ５がオフであると判定された場合、ステップＳ３８３乃至Ｓ３８５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３８６に進む。
【０２６２】
ステップＳ３８６において、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９がオンであるか否かを判定する。ＳＷ８、ＳＷ９がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３８７に進む。
【０２６３】
ステップＳ３８７において、図３４のステップＳ３４７の処理と同様に、電圧計測部４２１によりコンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が計測される。
【０２６４】
ステップＳ３８８において、同電位制御部４２２は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ３８９に進む。
【０２６５】
ステップＳ３８９において、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９をオフする。これにより、コンデンサＣ３の放電が停止する。その後、処理はステップＳ３９０に進む。
【０２６６】
一方、ステップＳ３８８において、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値より大きいと判定された場合、ステップＳ３８９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３９０に進む。
【０２６７】
また、ステップＳ３８６において、ＳＷ８、ＳＷ９がオンであると判定された場合、ステップＳ３８７乃至Ｓ３８９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３９０に進む。
【０２６８】
ステップＳ３９０において、パラメータ計測部１２３は、全てのスイッチがオフであるか否かを判定する。１つ以上のスイッチがオンであると判定された場合、処理はステップＳ３８２に戻る。その後、ステップＳ３９０において、全てのスイッチがオフであると判定されるまで、ステップＳ３８２乃至Ｓ３９０の処理が繰り返し実行される。
【０２６９】
一方、ステップＳ３９０において、全てのスイッチがオフであると判定された場合、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理は終了する。
【０２７０】
図３１に戻り、ステップＳ３０５において、パラメータ計測部１２３は、ステップＳ３０３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。まだステップＳ３０３乃至Ｓ３０５の処理を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Ｓ３０３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Ｓ３０３乃至Ｓ３０５の処理が繰り返し実行される。
【０２７１】
一方、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０３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。
【０２７２】
ステップＳ３０６乃至Ｓ３０８の処理は、図４のステップＳ６乃至Ｓ８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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
［静電容量計測装置４０１の変形例］
図４０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、接続端子Ｔ２に接続され、他の一端は基準電圧点に接続されている。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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。
【０２７７】
Ｃｔ＝Ｃｓ＋Ｃｏｆｓ
＝Ｃｏｆｓ×（Ｃｓ／Ｃｏｆｓ＋１） ・・・（９）
【０２７８】
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ようになる。
【０２７９】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、図４１乃至図４６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。
【０２８０】
［静電容量計測装置５０１の構成例］
図４１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２２および図３０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。
【０２８１】
静電容量計測装置５０１は、図３０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、ＳＷ６、ＳＷ１０、ＳＷ１１およびポートＰ６、Ｐ７が追加され、パラメータ計測部１２３および同電位制御部４２２の代わりに、パラメータ計測部５２１および同電位制御部５２２が設けられている点が異なる。
【０２８２】
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Ｐ６の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ２とポートＰ６の間に接続されている。ＳＷ６の一端はポートＰ６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Ｐ６に接続されている。
【０２８３】
また、抵抗Ｒ２は、ポートＰ５とポートＰ７の間に接続され、コンデンサＣ３は、ポートＰ４とポートＰ７の間に接続されている。ＳＷ１０の一端は、電源Ｖｃｃに接続され、ＳＷ１０の他の一端は、ポートＰ７に接続されている。ＳＷ１１の一端は、ポートＰ７に接続され、ＳＷ１１の他の一端は、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Ｐ７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。
【０２８４】
パラメータ計測部５２１は、ＳＷ１乃至ＳＷ６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５２１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。
【０２８５】
同電位制御部５２２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、ＳＷ７乃至ＳＷ１１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。
【０２８６】
［静電容量計測装置５０１の処理］
次に、図４２至図４６を参照して、静電容量計測装置５０１の処理について説明する。
【０２８７】
まず、図４２のフローチャートを参照して、静電容量計測装置５０１により実行される計測処理について説明する。
【０２８８】
ステップＳ４０１において、静電容量計測装置５０１は、全電荷放電処理を実行する。
【０２８９】
ここで、図４３および図４４を参照して、ステップＳ４０１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図４３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４４は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２９０】
ステップＳ４２１において、パラメータ計測部５２１は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ９、ＳＷ１１をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極からＳＷ６を介してグラウンドに矢印Ａ８１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Ｃ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ８２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ８３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。
【０２９１】
このとき、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。
【０２９２】
また、コンデンサＣ３の正極からＳＷ１１を介してグラウンドに矢印Ａ８４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の放電が開始される。さらに、シールド電極３１２からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ８５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。
【０２９３】
このとき、コンデンサＣ３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。
【０２９４】
ステップＳ４２２において、パラメータ計測部５２１は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１乃至Ｃ３、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。
【０２９５】
ステップＳ４２３において、パラメータ計測部５２１は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフし、同電位制御部４２２は、ＳＷ９、ＳＷ１１をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０２９６】
図４２に戻り、ステップＳ４０２において、図３１のステップＳ３０２の処理と同様に、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理が実行される。
【０２９７】
ステップＳ４０３において、静電容量計測装置５０１は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
【０２９８】
ここで、図４５および図４６を参照して、ステップＳ４０３の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図４５は、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４６は、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。
【０２９９】
ステップＳ４６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ１０をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ３を介してコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ８６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ２の負極から検出電極１１２に矢印Ａ８７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ＳＷ１０を介してコンデンサＣ３の正極に矢印Ａ８８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の充電が開始される。また、コンデンサＣ３の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ３の負極からシールド電極３１２に矢印Ａ８９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。
【０３００】
このとき、抵抗Ｒ２を介さずにコンデンサＣ３を充電することができ、その結果、コンデンサＣ３およびシールド電極３１２の充電時間を短縮することができる。
【０３０１】
ステップＳ４６２において、パラメータ計測部５２１および同電位制御部５２２は、所定の時間、すなわち、検出電極１１２およびシールド電極３１２が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
【０３０２】
ステップＳ４６３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフし、同電位制御部５２２は、ＳＷ１０をオフする。これにより、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３、検出電極１１２およびシールド電極３１２の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
【０３０３】
図４２に戻り、ステップＳ４０４乃至Ｓ４０８の処理は、図３１のステップＳ３０３乃至Ｓ３０８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。
【０３０４】
以上のようにして、第４の実施の形態と比較して、静電容量の計測時間を短縮することができる。
【０３０５】
＜６．第６の実施の形態＞
次に、図４７乃至図４９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。
【０３０６】
［静電容量計測装置６０１の構成例］
図４７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。
【０３０７】
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、コンデンサＣ２−１乃至Ｃ２−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、Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ、および、Ｐ３−１乃至Ｐ３−ｎを備える。
【０３０８】
抵抗Ｒ１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端は、ポートＰ１−ｉに接続され、抵抗Ｒ１−ｉの他の一端は、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の他の一端は、ポートＰ２−ｉに接続されている。コンデンサＣ２−ｉは、ポートＰ２−ｉとポートＰ３−ｉの間に接続されている。接続端子Ｔ１−ｉは、ポートＰ３−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Ｐ３−ｉに直接接続するようにしてもよい。
【０３０９】
なお、以下、抵抗Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ、コンデンサＣ１−１乃至Ｃ１−ｎ、コンデンサＣ２−１乃至Ｃ２−ｎ、接続端子Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ、電極６１２−１乃至６１２−ｎ、ポートＰ１−１乃至Ｐ１−ｎ、Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ、および、Ｐ３−１乃至Ｐ３−ｎを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、コンデンサＣ２、接続端子Ｔ１、電極６１２、ポートＰ１、ポートＰ２、および、ポートＰ３と称する。
【０３１０】
［マイクロコンピュータ６１１の構成例］
図４８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２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。
【０３１１】
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。
【０３１２】
計測部６３１−１乃至６３１−ｎは、それぞれ図２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、コンデンサＣ２−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。
【０３１３】
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。
【０３１４】
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。
【０３１５】
同電位制御部６３３は、図３０の同電位制御部４２２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。
【０３１６】
［静電容量計測装置６０１の処理］
次に、図４９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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
ステップＳ６０２乃至Ｓ６０９の処理は、図４のステップＳ１乃至Ｓ８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。
【０３１９】
［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、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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
＜７．第７の実施の形態＞
次に、図５０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。
【０３２２】
［静電容量計測装置７０１の構成例］
図５０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２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。
【０３２３】
静電容量計測装置７０１は、図２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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
＜８．第８の実施の形態＞
次に、図５１および図５２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。
【０３２７】
［静電容量センサ８０１の構成例］
図５１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２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。
【０３２８】
静電容量センサ８０１は、図２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。
【０３２９】
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。
【０３３０】
［計測静電容量センサ８０１の処理］
次に、図５２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。
【０３３１】
ステップＳ７０１乃至Ｓ７０６において、図４のステップＳ１乃至Ｓ６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は長くなり、静電容量Ｃｘが小さくなるほど、充電時間ｔは短くなる。
【０３３２】
ステップＳ７０７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が所定の値以上である場合、処理はステップＳ７０８に進む。
【０３３３】
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。
【０３３４】
一方、ステップＳ７０７において、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が所定の値未満である場合、処理はステップＳ７０９に進む。
【０３３５】
ステップＳ７０９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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
なお、他の静電容量パラメータ、例えば、上述した放電回数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。
【０３３８】
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。
【０３３９】
＜９．第９の実施の形態＞
次に、図５３および図５４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。
【０３４０】
［静電容量計測装置９０１の構成例］
図５３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２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。
【０３４１】
静電容量計測装置９０１は、図２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。
【０３４２】
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。
【０３４３】
［静電容量計測装置９０１の処理］
次に、図５４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。
【０３４４】
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。
【０３４５】
ステップＳ８０２において、図４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Ｓ９０１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。
【０３４６】
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。
【０３４７】
ステップＳ８０４において、図４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。
【０３４８】
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。
【０３４９】
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。
【０３５０】
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。
【０３５１】
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、検出電極１１２の充電時の電圧（電圧Ｖｃｃ−閾値電圧Ｖｒｅｆ）が物体１０３の電圧に最も近くなると予想される。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。
【０３５２】
その後、閾値電圧設定処理は終了する。
【０３５３】
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。
【０３５４】
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。
【０３５５】
＜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。
【０３５６】
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。
【０３５７】
さらに、以上の説明では、コンデンサＣ１乃至Ｃ３、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１２６−１，１２６−２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。
【０３５８】
例えば、定電流回路を電荷供給手段として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。
【０３５９】
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。
【０３６０】
さらに、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。
【０３６１】
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。
【０３６２】
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。
【０３６３】
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】
【０３６４】
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
２０１ 静電容量計測装置
２１１ マイクロコンピュータ
２２１ パラメータ計測部
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 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
５２１ パラメータ計測部
５２２ 同電位制御部
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乃至Ｃ３，Ｃ１−１乃至Ｃ１−ｎ，Ｃ２−１乃至Ｃ２−ｎ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ 抵抗
ＳＷ１乃至ＳＷ１１ スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ 接続端子
Ｐ１乃至Ｐ７，Ｐ１−１乃至Ｐ１−ｎ，Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ，Ｐ３−１乃至Ｐ３−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、第１の電極を接続可能な第１の接続手段と、第１の抵抗と、静電容量が第１の電極より十分大きく、第１の一端が第１の抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、静電容量が第１の電極より十分大きく、第１の一端が第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の抵抗の第２の一端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、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の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、第１の一端が第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、第１の一端が第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、入力部が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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５の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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の蓄電器および第２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乃至第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１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計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、第４の開閉手段、および、第５の開閉手段を制御して、第１の蓄電器、第２の蓄電器、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てから、第１の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器を充電した後、第３の開閉手段を制御して、第２の蓄電器および第１の電極を充電してから、第２の開閉手段および第５の開閉手段を制御し、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、充放電処理により第１の蓄電器から放出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】
第１の一端が第１の蓄電器の第１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６の開閉手段をさらに設け、第１の電圧計測手段の入力部が、第１の開閉手段の第２の一端ではなく、第６の開閉手段の第１の一端に接続され、静電容量計測手段には、第１乃至第６の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、静電容量を計測させることができる。
【００１７】
これにより、静電容量の計測精度を低下させずに、計測速度を速くすることができる。
【００１８】
この第６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。
【００１９】
静電容量計測手段が、第４の開閉手段、第５の開閉手段、および、第６の開閉手段を制御して、第１の蓄電器、第２の蓄電器、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てから、第１の開閉手段および第５の開閉手段を制御して、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器を充電した後、第３の開閉手段を制御して、第２の蓄電器および第１の電極を充電してから、第２の開閉手段および第５の開閉手段を制御し、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、充放電処理により第１の蓄電器から放出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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、第２の抵抗と、静電容量が第２の電極より十分大きく、第１の一端が第２の抵抗の第１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３の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第２の抵抗の第２の一端に接続されている第７の開閉手段と、第１の一端が第７の開閉手段の第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８の開閉手段と、第１の一端が第３の蓄電器の第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９の開閉手段と、入力部が第７の開閉手段の第２の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、第７乃至第９の開閉手段を制御して、第２の蓄電器と第３の蓄電器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。
【００２８】
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。
【００２９】
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３の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この第７乃至第９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。
【００３０】
第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第３の蓄電器の第１の一端に接続されている第１０の開閉手段と、第１の一端が第１０の開閉手段の第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１１の開閉手段とをさらに設け、第３の電圧計測手段は、第７の開閉手段の第２の一端ではなく、第１０の開閉手段の第２の一端に接続され、同電位制御手段には、第７乃至第１１の開閉手段を制御して、第２の蓄電器と第３の蓄電器が同じ電圧になるように制御させるようにすることができる。
【００３１】
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とともに、計測速度を速くすることができる。
【００３２】
この第１０および第１１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。
【００３３】
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、電極を接続可能な接続手段と、抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が抵抗の第２の一端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、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の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、第１の一端が第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、第１の一端が第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、入力部が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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。
【００３４】
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５の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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の蓄電器および第２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乃至第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１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計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。
【００３７】
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において、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、抵抗と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、静電容量が電極より十分大きく、第１の一端が第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、第１の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が抵抗の第２の一端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、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の一端が電荷供給手段に接続され、第２の一端が第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、第１の一端が第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、第１の一端が第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、入力部が第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、入力部が第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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。
【００３８】
本発明の第３の側面においては、第１乃至第５の開閉手段が制御され、第１の電圧計測手段および第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、電極と電極の周囲の空間との間の静電容量が計測され、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。
【００３９】
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。
【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の蓄電器および第２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乃至第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１の電圧計測手段、第２の電圧計測手段は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、電圧計などにより構成される。このパラメータ計測手段、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。
【００４１】
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、静電容量が電極より十分大きい第１の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第２の蓄電器、および、電極を放電する放電ステップと、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器に同じ量の電荷を供給し充電する第１の充電ステップと、第２の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧を印加し、第２の蓄電器および電極を充電する第２の充電ステップと、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器から同じ量の電荷を放電する放電ステップと、第２の充電ステップおよび放電ステップの処理を１回以上実行することにより第１の蓄電器から放出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。
【００４２】
本発明の第４の側面においては、静電容量が電極より十分大きい第１の蓄電器、静電容量が電極より十分大きく、電極に直列に接続されている第２の蓄電器、および、電極が放電され、第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器に同じ量の電荷が供給され充電され、第２の蓄電器と電極からなる直列回路の両端に閾値より大きい所定の電圧が印加され、第２の蓄電器および電極が充電され、第２の蓄電器の電圧が閾値に達するまで第１の蓄電器および第２の蓄電器から同じ量の電荷が放電され、第１の蓄電器から放出される電荷量に基づいて、が静電容量が計測される。
【００４３】
従って、静電容量の計測精度が向上する。
【００４４】
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。この第１の蓄電器、第２の蓄電器は、例えば、コンデンサにより構成される。この放電ステップ、第１の充電ステップ、第２の充電ステップ、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】
【００４５】
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】
【００４６】
【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】マイクロコンピュータの構成例を示す図である。
【図３】電圧計測部の構成例を示す図である。
【図４】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】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６】計測処理中の静電容量計測装置のＡ乃至Ｃ点の電圧の推移を示すグラフである。
【図７】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８】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図９】Ｃ１、Ｃ２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１０】Ｃ１、Ｃ２充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１１】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１２】検出電極充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１３】Ｃ２電圧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１４】Ｃ２電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図１５】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１６】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１７】検出電極充電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１８】Ｃ２電圧調整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１９】検出電極充電処理、Ｃ２電圧調整処理の変形例の処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２０】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２１】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２２】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２３】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図２４】全電荷放電処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２５】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図２６】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２７】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２８】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２９】シールド電極の構成例を示す断面図である。
【図３０】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３１】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図３２】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３３】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図３４】Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３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３５】Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図３６】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３７】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３８】Ｃ２、Ｃ３電圧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３９】Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図４０】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４１】静電容量計測装置の第５の実施の形態の変形例を示す図である。
【図４２】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図４３】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４４】全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【図４５】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４６】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４７】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４８】マイクロコンピュータの構成例を示す図である。
【図４９】計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図５０】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５１】静電容量センサの構成例を示す図である。
【図５２】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５３】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５４】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】
【００４７】
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
【００４８】
＜１．第１の実施の形態＞
図１乃至図２１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。
【００４９】
［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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、Ｃ２、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、ポートＰ１乃至Ｐ３を備えている。
【００５６】
抵抗Ｒ１の一端はポート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の他の一端はポートＰ２に接続されている。コンデンサＣ２は、ポートＰ２とポートＰ３の間に接続されている。接続端子Ｔ１は、ポートＰ３に接続されている。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Ｐ３に直接接続するようにしてもよい。
【００５７】
また、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の静電容量は、検出電極１１２と周囲の空間との間の静電容量より十分大きい値になるように設定されている。
【００５８】
図２は、マイクロコンピュータ１１１の構成例を詳細に示す図である。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１２６−１，１２６−２、および、ＳＷ（スイッチ）１乃至５を含むように構成される。
【００５９】
ＳＷ１の一端は、電荷供給部１２６−１に接続され、ＳＷ１の他の一端は、ポートＰ１に接続されている。ＳＷ２の一端は、ポートＰ１に接続され、ＳＷ２の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ３の一端は電荷供給部１２６−２に接続され、ＳＷ３の他の一端は、ポートＰ２に接続されている。ＳＷ４の一端は、ポートＰ２に接続され、ＳＷ４の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ５の一端はポートＰ３に接続され、ＳＷ５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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
例えば、電圧計測部１２１、１２２は、図３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。
【００６３】
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。
【００６４】
パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１乃至ＳＷ５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。
【００６５】
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。
【００６６】
出力部１２５は、静電容量パラメータを外部に出力する。
【００６７】
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、コンデンサＣ２の静電容量をＣ２、電圧をＶｃ２、蓄積電荷量をＱｃ２で表す。さらに、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。また、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１で表す。さらに、以下、コンデンサＣ１の抵抗Ｒ１側の電極を正極と称し、ポートＰ２側の電極を負極と称する。また、以下、コンデンサＣ２のポートＰ２側の電極を正極と称し、ポートＰ３側の電極を負極と称する。
【００６８】
また、以下、電荷供給部１２６−１，１２６−２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１２６−１，１２６−２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。
【００６９】
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、コンデンサＣ２およびポートＰ３の間のＢ点の電圧（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。さらに、コンデンサＣ２、接続端子Ｔ１およびポートＰ３の間のＣ点の電圧（基準電圧点を基準とするＣ点の電位）をＶｃで表す。
【００７０】
［静電容量計測装置１０１の処理］
次に、図４乃至図１６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。
【００７１】
まず、図４乃至図６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４は、計測処理を説明するためのフローチャートである。図５は、計測処理中のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１、コンデンサＣ２の電荷蓄積量Ｑｃ２、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６は、Ａ点の電圧Ｖａ、Ｂ点の電圧Ｖｂ、および、Ｃ点の電圧Ｖｃの推移を示すグラフである。なお、図６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。
【００７２】
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。
【００７３】
ここで、図７および図８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７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８は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００７４】
ステップＳ２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５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、コンデンサＣ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ３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。
【００７５】
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、コンデンサＣ２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。
【００７６】
ステップＳ２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【００７７】
これにより、図５Ａに示されるように、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１、コンデンサＣ２の蓄積電荷量Ｑｃ２、および、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘは、ほぼ０になる。また、全電荷放電終了時の時刻をｔ０とすると、図６に示されるように、時刻ｔ０において、Ａ点の電圧Ｖａ、Ｂ点の電圧Ｖｂ、および、Ｃ点の電圧Ｖｃは、基準電圧点とほぼ等しくなる。
【００７８】
図４に戻り、ステップＳ２において、静電容量計測装置１０１は、Ｃ１、Ｃ２充電処理を実行する。
【００７９】
ここで、図９および図１０を参照して、ステップＳ２のＣ１、Ｃ２充電処理の詳細について説明する。なお、図９は、Ｃ１、Ｃ２充電処理を説明するためのフローチャートであり、図１０は、Ｃ１、Ｃ２充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【００８０】
ステップＳ４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５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Ｃ２の正極に矢印Ａ４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の負極からコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ５の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、コンデンサＣ２の負極からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。このとき、矢印Ａ４乃至Ａ６の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の充電量はほぼ等しくなる。
【００８１】
ステップＳ４１の処理の開始時刻をｔ１とすると、図６に示されるように、時刻ｔ１以降、Ａ点の電圧ＶａおよびＢ点の電圧Ｖｂが、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が進むにつれて、徐々に上昇する。
【００８２】
ステップＳ４２において、電圧計測部１２２は、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２（より正確には、コンデンサＣ２の正極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Ｖｃ２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。
【００８３】
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、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以上であるか否かを判定する。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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。これにより、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上に達するまで、コンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。
【００８４】
一方、ステップＳ４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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。
【００８５】
ステップＳ４４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が停止する。その後、Ｃ１、Ｃ２充電処理は終了する。
【００８６】
これにより、図５Ｂに示されるように、コンデンサＣ２の蓄積電荷量Ｑｃ２は、約Ｑｒｅｆ（＝Ｃ２×Ｖｒｅｆ）となる。コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１も、コンデンサＣ２と同様に、約Ｑｒｅｆとなる。検出電極１１２の蓄積電荷量はほぼ０のままとなる。
【００８７】
なお、図５は、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の静電容量が等しい場合の例を示しており、この場合、図５Ｂにおいて、各コンデンサの蓄積電荷量の高さ（＝電圧）はほぼ等しくなる。ただし、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の静電容量は必ずしも等しくする必要はなく、静電容量が異なる場合、図５Ｂにおける各コンデンサの蓄積電荷量の高さは異なることになる。
【００８８】
また、Ｃ１、Ｃ２充電処理が終了した時刻をｔ２とすると、図６に示されるように、時刻ｔ２において、Ａ点の電圧Ｖａは、電源Ｖｃｃの電圧と閾値電圧Ｖｒｅｆの間の電圧になり、Ｂ点の電圧Ｖｂは閾値電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなる。Ｃ点の電圧Ｖｃは、ほぼ０のままとなる。
【００８９】
図４に戻り、ステップＳ３において、静電容量計測装置１０１は、検出電極充電処理を実行する。
【００９０】
ここで、図１１および図１２を参照して、ステップＳ３の検出電極充電処理の詳細について説明する。なお、図１１は、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１２は、検出電極充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、Ｂ点の電圧Ｖｂは電圧Ｖｃｃとほぼ等しくなり、コンデンサＣ２と検出電極１１２からなる直列回路の両端には電圧Ｖｃｃとほぼ等しい電圧が印加される。そして、電源ＶｃｃからＳＷ３を介してコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ７の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ２の負極から検出電極１１２に矢印Ａ８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。このとき、矢印Ａ７の方向に移動する電荷量と矢印Ａ８の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサＣ２と検出電極１１２の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
【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が満充電の状態にな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。これにより、コンデンサＣ２および検出電極１１２の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
【００９４】
この検出電極充電処理が終了した時点のコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２および検出電極１１２の電圧Ｖｘは、検出電極充電処理の前に予めコンデンサＣ２に電荷量Ｑｒｅｆ（＝Ｃ２×Ｖｒｅｆ）の電荷が蓄積されているため、次式（１）および（２）となる。
【００９５】
【数１】
【００９６】
ここで、コンデンサＣ２の静電容量Ｃ２≫検出電極１１２の静電容量Ｃｘに設定されているため、Ｃｘ／（Ｃ２＋Ｃｘ）≒０、Ｃ２／（Ｃ２＋Ｃｘ）≒１となる。これを式（１）および（２）に適用すると、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２≒Ｖｒｅｆ、検出電極１１２の電圧Ｖｘ≒Ｖｃｃ−Ｖｒｅｆとなる。そして、閾値電圧Ｖｒｅｆを適切な値に設定することにより、検出電極１１２の充電時の電圧Ｖｘを物体１０３の電圧とほぼ等しい値に設定することができる。従って、閾値電圧Ｖｒｅｆは、電源Ｖｃｃの電圧Ｖｃｃから、物体１０３の基準電圧点に対する電圧（＝電源１０４の電圧）を引いた値に設定される。
【００９７】
そして、検出電極１１２の充電時の電圧Ｖｘを物体１０３の電圧とほぼ等しい値に設定することにより、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、検出電極１１２に電荷が蓄積される。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が、検出電極１１２に蓄積される。すなわち、物体１０３の電位の影響をほとんど受けずに、検出電極１１２に電荷が蓄積される。
【００９８】
また、検出電極充電処理によるコンデンサＣ２の電荷の増加量をΔＱとすると、ΔＱは、検出電極充電処理の終了時の検出電極１１２の蓄積電荷量とほぼ等しくなる。従って、コンデンサＣ２の電荷増加量ΔＱも、物体１０３の影響をほとんど受けない値となる。
【００９９】
そして、図５Ｃに示されるように、検出電極充電処理が終了した時点で、コンデンサＣ２の蓄積電荷量Ｑｃ２＝Ｑｒｅｆ＋ΔＱとなり、検出電極１１２の蓄積電荷量Ｑｘ＝ΔＱとなる。コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１はＱｒｅｆのままである。なお、電荷増加量ΔＱは、次式（３）により表される。
【０１００】
【数２】
【０１０１】
図４に戻り、ステップＳ４において、静電容量計測装置１０１は、Ｃ２電圧調整処理を実行する。
【０１０２】
ここで、図１３および図１４を参照して、ステップＳ４のＣ２電圧調整処理の詳細について説明する。なお、図１３は、Ｃ２電圧調整処理を説明するためのフローチャートであり、図１４は、Ｃ２電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１０３】
ステップＳ８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５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Ａ９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放電されることにより、コンデンサＣ２の正極からコンデンサＣ１の負極に矢印Ａ１０の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ１１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。
【０１０４】
ステップＳ８２において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ８３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以下であるか否かが判定される。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップＳ８２に戻る。その後、ステップＳ８３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ８２およびＳ８３の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下になるまで、コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が行われる。
【０１０５】
一方、ステップＳ８３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ８４に進む。
【０１０６】
ステップＳ８４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が停止する。その後、Ｃ２電圧調整処理は終了する。
【０１０７】
このＣ２電圧調整処理により、図５Ｄに示されるように、ステップＳ３の検出電極充電処理によるコンデンサＣ２の電荷の増加量ΔＱとほぼ等しい量の電荷が、コンデンサＣ１、Ｃ２から放電される。すなわち、コンデンサＣ１およびＣ２の蓄積電荷量とも、約ΔＱ減少する。従って、この時点のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、次式（４）により求められる。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
上述したように、ステップＳ３の検出電極充電処理によるコンデンサＣ２の電荷の増加量ΔＱは、物体１０３の影響をほとんど受けないため、Ｃ２電圧調整処理後のコンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１も物体１０３の影響をほとんど受けない。
【０１１０】
図４に戻り、ステップＳ５において、パラメータ計測部１２３は、ステップＳ３乃至Ｓ５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Ｓ３に戻り、ステップＳ５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Ｓ３乃至Ｓ５の処理が繰り返し実行される。
【０１１１】
一方、ステップＳ５において、ステップＳ３乃至Ｓ５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Ｓ６に進む。
【０１１２】
なお、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理をｎ回繰り返したとすると、図５Ｅに示されるように、コンデンサＣ１には、約Ｑｒｅｆ−ｎ×ΔＱの量の電荷が残る。また、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理をｎ回繰り返した後のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（ｎ）は、次式（５）により示される値となる。
【０１１３】
【数４】
【０１１４】
従って、図６に示されるように、ステップＳ３乃至Ｓ５の処理を繰り返している期間（図中、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間）において、コンデンサＣ１の放電が進むにつれて、Ａ点の電圧Ｖａは徐々に下降していく。なお、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間において、Ａ点の電圧Ｖａは、検出電極１１２の放電時に、式（５）の値とほぼ等しくなり、検出電極１１２の充電時に、式（５）の値にＶｃｃ−Ｖｒｅｆを加算した値とほぼ等しくなる。また、Ａ点の電圧Ｖａは、電源Ｖｃｃの電圧を超える場合がある。
【０１１５】
また、Ｂ点の電圧Ｖｂは、検出電極１１２の放電時に基準電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなり、検出電極１１２の充電時に電圧Ｖｃｃとほぼ等しくなる。
【０１１６】
さらに、Ｃ点の電圧Ｖｃは、検出電極１１２の放電時に基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、検出電極１１２の充電時にＶｃｃ−Ｖｒｅｆとほぼ等しくなる。
【０１１７】
ステップＳ６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。
【０１１８】
ここで、図１５および図１６を参照して、ステップＳ６のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図１５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１６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。
【０１１９】
ステップＳ１０１において、パラメータ計測部１２３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Ａ１２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の負極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ１３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。
【０１２０】
従って、パラメータ計測処理の開始時刻をｔ３とすると、図６に示されるように、時刻ｔ３において、Ａ点の電圧Ｖａは、式（５）に示される電圧とほぼ等しくなり、Ｂ点の電圧Ｖｂは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。また、Ａ点の電圧Ｖａは、時刻ｔ３以降、徐々に上昇していく。
【０１２１】
ステップＳ１０２において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を開始する。
【０１２２】
ステップＳ１０３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の充電が一時的に停止する。
【０１２３】
ステップＳ１０４において、電圧計測部１２１は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（より正確には、コンデンサＣ１の正極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１２１は、計測した電圧Ｖｃ１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。
【０１２４】
ステップＳ１０５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の充電が再開する。
【０１２５】
ステップＳ１０６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Ｓ１０３に戻る。その後、ステップＳ１０６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Ｓ１０３乃至Ｓ１０６の処理が繰り返し実行される。
【０１２６】
一方、ステップＳ１０６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Ｓ１０７に進む。
【０１２７】
ステップＳ１０７において、パラメータ計測部１２３は、時間計測を終了する。これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が、上述した式（５）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。
【０１２８】
なお、ステップＳ４の電荷転送処理をｎ回行った後のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（ｎ）と充電時間ｔとの関係は、次式（６）により表される。
【０１２９】
【数５】
【０１３０】
なお、検出電極１１２の静電容量Ｃｘが大きく、蓄積電荷量ΔＱ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が小さくなるため、充電時間ｔは長くなる。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が大きくなるため、充電時間ｔは短くなる。
【０１３１】
また、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。
【０１３２】
ステップＳ１０８において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ４をオフする。これにより、コンデンサＣ１の充電が停止する。
【０１３３】
ステップＳ１０９において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ５をオンする。これにより、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ１４の方向に正電荷が移動し、検出電極１１２の電荷が放電される。
【０１３４】
その後、パラメータ計測処理は終了する。
【０１３５】
パラメータ計測処理の終了時の時刻をｔ４とすると、ｔ４において、Ａ点の電圧Ｖａは閾値電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなり、Ｂ点の電圧ＶｂおよびＣ点の電圧Ｖｃは、基準電圧点の電圧とほぼ等しくなる。
【０１３６】
なお、コンデンサＣ１に対する閾値電圧ＶｒｅｆとコンデンサＣ２に対する閾値電圧Ｖｒｅｆを、必ずしも同じ値に設定する必要はない。なお、図５は、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の静電容量および閾値電圧Ｖｒｅｆを同じ値に設定した場合の例を示しており、この場合、図５Ｆに示されるように、パラメータ計測処理終了時のコンデンサＣ１の蓄積電荷量は約Ｑｒｅｆとなる。
【０１３７】
図４に戻り、ステップＳ７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（６）に、式（５）を代入し、静電容量Ｃｘについて解くと、次式（７）となる。
【０１３８】
【数６】
【０１３９】
演算処理部１２４は、式（７）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。
【０１４０】
ステップＳ８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。
【０１４１】
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に基づく静電容量を計測することができる。
【０１４２】
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。
【０１４３】
また、図６に示されるように、Ｃ点の電圧Ｖｃ（≒検出電極１１２の電圧Ｖｘ）は、ほとんどの時間で基準電圧点に落ちているため、静電容量の計測において、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【０１４４】
［検出電極充電処理およびＣ２電圧調整処理の変形例］
ここで、図１７乃至図１９を参照して、図４のステップＳ３の検出電極充電処理およびステップＳ４のＣ２電圧調整処理の変形例について説明する。なお、図１７は、検出電極充電処理の変形例を説明するためのフローチャートであり、図１８は、Ｃ２電圧調整処理の変形例を説明するためのフローチャートであり、図１９は、検出電極充電処理およびＣ２電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１４５】
まず、図１７および図１９を参照して、図４のステップＳ３の検出電極充電処理の変形例について説明する。
【０１４６】
ステップＳ１２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４をオンする。これにより、Ｂ点の電圧Ｖｂは基準電圧点の電圧とほぼ等しくなり、コンデンサＣ２と検出電極１１２からなる直列回路の両端には−Ｖｒｅｆとほぼ等しい電圧が印加される。そして、コンデンサＣ２の正極からＳＷ４を介して矢印Ａ２１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極から正電荷が放電されることにより、検出電極１１２からコンデンサＣ２の負極に矢印Ａ２２の方向にほぼ同じ量の正電荷が移動し、検出電極１１２の正電荷の放電が開始される。なお、ステップＳ１の全電荷放電処理により検出電極１１２の蓄積電荷量がほぼ０になっているため、検出電極１１２は、正電荷を放出することにより、実質的に負電荷により充電される。
【０１４７】
このとき、矢印Ａ２１の方向に移動する電荷量と矢印Ａ２２の方向に移動する電荷量はほぼ等しいため、コンデンサＣ２と検出電極１１２の電荷の減少量はほぼ等しくなる。
【０１４８】
ステップＳ１２２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が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
【０１４９】
ステップＳ１２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４をオフする。これにより、コンデンサＣ２の放電、および、検出電極１１２の充電が停止する。その後、検出電極充電処理は終了する。
【０１５０】
次に、図１８および図１９を参照して、図４のステップＳ４のＣ２電圧調整処理の変形例について説明する。
【０１５１】
ステップＳ１４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５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Ａ２３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の負極からコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ２４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の負極からＳＷ５を介して矢印Ａ２５の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。このとき、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の電荷の増加量はほぼ等しくなる。
【０１５２】
また、図示していないが、グラウンドからＳＷ５を介して検出電極１１２に正電荷が移動することにより、検出電極１１２の放電が開始される。
【０１５３】
ステップＳ１４２において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ１４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値（＝閾値電圧Ｖｒｅｆ）以上であるか否かが判定される。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値未満であると判定された場合、処理はステップＳ１４２に戻る。その後、ステップＳ１４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上であると判定されるまで、ステップＳ１４２およびＳ１４３の処理が繰返し実行される。これにより、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上になるまで、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の充電が継続する。
【０１５４】
一方、ステップＳ１４３において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ１４４に進む。
【０１５５】
ステップＳ１４４において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２の充電が停止する。
【０１５６】
従って、この変形例では、検出電極充電処理およびＣ２電圧調整処理を実行する毎に、コンデンサＣ１の蓄積電荷量Ｑｃ１がΔＱずつ増加する。
【０１５７】
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ΔＱ）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２０および図２１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。
【０１５８】
［静電容量パラメータの第１の変形例］
まず、図２０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２０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。
【０１５９】
ステップＳ１６１において、図４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。
【０１６０】
ステップＳ１６２において、図４のステップＳ２の処理と同様に、Ｃ１、Ｃ２充電処理が実行される。
【０１６１】
ステップＳ１６３において、図４のステップＳ３の処理と同様に、検出電極充電処理が実行される。
【０１６２】
ステップＳ１６４において、図４のステップＳ４の処理と同様に、電荷転送処理が実行される。
【０１６３】
ステップＳ１６５において、図１５のステップＳ１０４の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が計測される。
【０１６４】
ステップＳ１６６において、パラメータ計測部１２３は、コンデンサＣ１の放電回数をインクリメントする。
【０１６５】
ステップＳ１６７において、パラメータ計測部１２３は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値より大きいと判定された場合、処理はステップＳ１６３に戻る。その後、ステップＳ１６７において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ１６３乃至Ｓ１６７の処理が繰り返し実行される。
【０１６６】
一方、ステップＳ１６７において、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ１６８に進む。
【０１６７】
ステップＳ１６８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、カウントした放電回数ｎを演算処理部１２４に供給する。演算処理部１２４は、放電回数ｎ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以下になったときの放電回数をｎとすると、上述した式（５）の左辺にＶｃ１（ｎ）＝Ｖｒｅｆを代入することにより、検出電極１１２の静電容量Ｃｘを算出することができる。ただし、このときの閾値電圧Ｖｒｅｆは、Ｃ１、Ｃ２充電処理終了時のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１より低い値に設定する必要がある。
【０１６８】
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により計測された放電回数ｎを出力部１２５に供給する。
【０１６９】
ステップＳ１６９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および放電回数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。
【０１７０】
なお、放電回数ｎの代わりに、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値以下になるまでの放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。
【０１７１】
［静電容量パラメータの第２の変形例］
次に、図２１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。
【０１７２】
この第２の変形例の場合、電圧計測部１２１、１２２は、例えば、Ａ／Ｄ変換器により構成される。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。
【０１７３】
また、この場合、図４のステップＳ６のパラメータ計測処理は、図２１のフローチャートに従って実行される。
【０１７４】
すなわち、ステップＳ１８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４をオンする。
【０１７５】
ステップＳ１８２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。
【０１７６】
そして、電圧Ｖｃ１が分かれば、上述した式（５）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。
【０１７７】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、図２２乃至図２７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。
【０１７８】
［静電容量計測装置２０１の構成例］
図２２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２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。
【０１７９】
静電容量計測装置２０１は、図２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Ｐ４およびＳＷ６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２２１が設けられている点が異なる。
【０１８０】
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Ｐ４の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ４とポートＰ２の間に接続されている。ＳＷ６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。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。
【０１８１】
パラメータ計測部２２１は、ＳＷ１乃至ＳＷ６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２２１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】
［静電容量計測装置２０１の処理］
次に、図２３乃至図２７を参照して、静電容量計測装置２０１の処理について説明する。
【０１８３】
まず、図２３のフローチャートを参照して、静電容量計測装置２０１により実行される計測処理について説明する。
【０１８４】
ステップＳ２０１において、静電容量計測装置２０１は、全電荷放電処理を実行する。
【０１８５】
ここで、図２４および図２５を参照して、ステップＳ２０１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図２４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２５は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０１８６】
ステップＳ２２１において、パラメータ計測部２２１は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極からＳＷ６を介してグラウンドに矢印Ａ３１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Ｃ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ３２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ３３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。
【０１８７】
このとき、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。
【０１８８】
ステップＳ２２２において、パラメータ計測部２２１は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２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。
【０１８９】
ステップＳ２２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０１９０】
図２３に戻り、ステップＳ２０２乃至Ｓ２０５の処理は、図４のステップＳ２乃至Ｓ５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。
【０１９１】
ステップＳ２０６において、静電容量計測装置２０１は、パラメータ計測処理を実行する。
【０１９２】
ここで、図２６および図２７を参照して、ステップＳ２０６のパラメータ計測処理の詳細について説明する。なお、図２６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２７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。
【０１９３】
ステップＳ２４１において、パラメータ計測部２２１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Ａ３４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ１の負極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ３５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。
【０１９４】
ステップＳ２４２において、パラメータ計測部２２１は、時間計測を開始する。
【０１９５】
ステップＳ２４３において、図１５のステップＳ１０４の処理と同様に、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が計測される。このとき、図１５のパラメータ計測処理と比較して、ＳＷ１をオフせず、コンデンサＣ１の充電を継続したまま、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。
【０１９６】
ステップＳ２４４において、パラメータ計測部２２１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Ｓ２４３に戻る。その後、ステップＳ２４４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Ｓ２４３乃至Ｓ２４４の処理が繰り返し実行される。
【０１９７】
一方、ステップＳ２４４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Ｓ２４５に進む。
【０１９８】
ステップＳ２４５およびＳ２４６の処理は、図１５のステップＳ１０７およびＳ１０８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。
【０１９９】
図２３に戻り、ステップＳ２０７およびＳ２０８の処理は、図４のステップＳ７およびＳ８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。
【０２００】
このようにして、この第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、静電容量の計測時間を短縮することができる。
【０２０１】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、図２８および図２９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。
【０２０２】
［静電容量計測装置の構成例］
図２８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２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。
【０２０３】
静電容量計測装置３０１は、図２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Ｐ４が追加されている点が異なる。
【０２０４】
ポートＰ４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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
なお、以下、シールド電極３１２と周囲の空間との間の静電容量をＣｓで表し、シールド電極３１２の電圧をＶｓ、蓄積電荷量をＱｓで表す。
【０２０７】
図２９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。
【０２０８】
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、シールド電極３１２側から物体が接近しても、検出電極１１２の静電容量Ｃｘはほとんど変化しないため、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２９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２８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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、図３０乃至図３９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。
【０２１１】
［静電容量計測装置４０１の構成例］
図３０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２８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。
【０２１２】
静電容量計測装置４０１は、図２８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およびコンデンサＣ３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４２２、ＳＷ７乃至ＳＷ９、および、ポートＰ５が追加されている点が異なる。
【０２１３】
抵抗Ｒ２の一端は、ポートＰ５に接続され、抵抗Ｒ２の他の一端は、コンデンサＣ３の一端に接続されている。コンデンサＣ３の他の一端は、ポートＰ４および接続端子Ｔ２に接続されている。また、ＳＷ７の一端は、電源Ｖｃｃに接続され、ＳＷ７の他の一端は、ポートＰ５に接続されている。ＳＷ８の一端は、ポートＰ５に接続され、ＳＷ８の他の一端は、グラウンドに接続されている。ＳＷ９の一端は、ポートＰ４に接続され、ＳＷ９の他の一端は、グラウンドに接続されている。
【０２１４】
また、コンデンサＣ３の静電容量は、シールド電極３１２と周囲の空間との間の静電容量Ｃｓより十分大きい値になるように設定されている。
【０２１５】
なお、以下、コンデンサＣ３の静電容量をＣ３、電圧をＶｃ３、蓄積電荷量をＱｃ３で表す。
【０２１６】
また、以下、コンデンサＣ３の抵抗Ｒ３側の電極を正極と称し、接続端子Ｔ２側の電極を負極と称する。
【０２１７】
電圧計測部４２１は、入力端子がポートＰ５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４２２に供給する。
【０２１８】
同電位制御部４２２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、ＳＷ７乃至ＳＷ９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。
【０２１９】
［静電容量計測装置４０１の処理］
次に、図３１至図３９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。
【０２２０】
まず、図３１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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
ここで、図３２および図３３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３２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３３は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２２３】
ステップＳ３２１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９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Ａ５１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Ｃ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ５２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ５３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。
【０２２４】
また、コンデンサＣ３の正極から抵抗Ｒ２およびＳＷ８を介してグラウンドに矢印Ａ５４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の放電が開始される。さらに、シールド電極３１２からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ５５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。
【０２２５】
ステップＳ３２２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乃至Ｃ３、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。
【０２２６】
ステップＳ３２３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフし、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０２２７】
図３１に戻り、ステップＳ３０２において、静電容量計測装置４０１は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理を実行する。
【０２２８】
ここで、図３４および図３５を参照して、ステップＳ３０２のＣ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理の詳細について説明する。なお、図３４は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理を説明するためのフローチャートであり、図３５は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２２９】
ステップＳ３４１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ７、ＳＷ９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Ａ５６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の負極からコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ５７の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の負極からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ５８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。
【０２３０】
さらに、電源ＶｃｃからＳＷ７および抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ３の正極に矢印Ａ５９の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の負極からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ６０の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の充電が開始される。
【０２３１】
ステップＳ３４２において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５がオンであるか否かを判定する。ＳＷ１、ＳＷ５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。
【０２３２】
ステップＳ３４３において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ３４４において、図９のステップＳ４３の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以上であるか否かが判定される。コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３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。
【０２３３】
ステップＳ３４５において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ１、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３４６に進む。
【０２３４】
一方、ステップＳ３４４において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２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。
【０２３５】
また、ステップＳ３４２において、ＳＷ１、ＳＷ５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。
【０２３６】
ステップＳ３４６において、同電位制御部４２２は、ＳＷ７、ＳＷ９がオンであるか否かを判定する。ＳＷ７、ＳＷ９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。
【０２３７】
ステップＳ３４７において、電圧計測部４２１は、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３を計測する。具体的には、電圧計測部４２１は、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３（より正確には、コンデンサＣ３の正極と基準電圧点との間の電圧）を計測し、計測した電圧Ｖｃ３を閾値（閾値電圧Ｖｒｅｆ）と比較し、その結果を同電位制御部４２２に供給する。
【０２３８】
ステップＳ３４８において、同電位制御部４２２は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以上であるか否かを判定する。コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以上であると判定された場合、処理はステップＳ３４９に進む。
【０２３９】
ステップＳ３４９において、同電位制御部４２２は、ＳＷ７、ＳＷ９をオフする。これにより、コンデンサＣ３の充電が停止する。その後、処理はステップＳ３５０に進む。
【０２４０】
一方、ステップＳ３４８において、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３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。
【０２４１】
また、ステップＳ３４６において、ＳＷ７、ＳＷ９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。
【０２４２】
ステップＳ３５０において、パラメータ計測部１２３は、全てのスイッチがオフであるか否かを判定する。１つ以上のスイッチ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、全てのスイッチが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。
【０２４３】
一方、ステップＳ３５０において、全てのスイッチがオフであると判定された場合、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理は終了する。
【０２４４】
このようにして、コンデンサＣ２、Ｃ３が、ほぼ同じ電圧（閾値電圧Ｖｒｅｆ）になるまで充電される。
【０２４５】
図３１に戻り、ステップＳ３０３において、静電容量計測装置４０１は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
【０２４６】
ここで、図３６および図３７を参照して、ステップＳ３０３の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図３６は、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３７は、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。
【０２４７】
ステップＳ３６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ７をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ３を介してコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ６１の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ２の負極から検出電極１１２に矢印Ａ６２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ＳＷ７および抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ３の正極に矢印Ａ６３の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の充電が開始される。また、コンデンサＣ３の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ３の負極からシールド電極３１２に矢印Ａ６４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。
【０２４８】
ステップＳ３６２において、パラメータ計測部１２３および同電位制御部４２２は、所定の時間、すなわち、検出電極１１２およびシールド電極３１２が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
【０２４９】
ステップＳ３６３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフし、同電位制御部５２２は、ＳＷ７をオフする。これにより、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３、検出電極１１２およびシールド電極３１２の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
【０２５０】
ここで、コンデンサＣ３の静電容量Ｃ３≫シールド電極３１２の静電容量Ｃｓなので、充電後のシールド電極３１２の電圧は、電源Ｖｃｃの電圧Ｖｃｃ−基準電圧Ｖｒｅｆとほぼ等しくなる。よって、充電後のシールド電極３１２の電圧は、充電後の検出電極１１２の電圧とほぼ等しくなる。
【０２５１】
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、検出電極１１２に電荷が蓄積される。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が、検出電極１１２に蓄積される。
【０２５２】
従って、１回あたりの検出電極１１２の充電量ΔＱ（＝後述するＣ２、Ｃ３電圧調整処理１回あたりのコンデンサＣ１の放電量）は、物体１０３およびシールド電極３１２の影響をほぼ除いた値となる。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。
【０２５３】
図３１に戻り、ステップＳ３０４において、静電容量計測装置４０１は、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理を実行する。
【０２５４】
ここで、図３８および図３９を参照して、ステップＳ３０４のＣ２、Ｃ３電圧調整処理の詳細について説明する。なお、図３８は、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理を説明するためのフローチャートであり、図３９は、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２５５】
ステップＳ３８１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９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Ａ６５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放電されることにより、コンデンサＣ２の正極からコンデンサＣ１の負極に矢印Ａ６６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ６７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。
【０２５６】
また、コンデンサＣ３の正極から抵抗Ｒ２およびＳＷ８を介してグラウンドに矢印Ａ６８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の放電が開始される。また、シールド電極３１２からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ６９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。
【０２５７】
ステップＳ３８２において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５がオンであるか否かを判定する。ＳＷ２、ＳＷ５がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３８３に進む。
【０２５８】
ステップＳ３８３において、図９のステップＳ４２の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が計測され、ステップＳ３８４において、図１３のステップＳ８３の処理と同様に、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であるか否かが判定される。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ３８５に進む。
【０２５９】
ステップＳ３８５において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ２、ＳＷ５をオフする。これにより、コンデンサＣ１、Ｃ２の放電が停止する。
【０２６０】
一方、ステップＳ３８４において、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が閾値より大きいと判定された場合、ステップＳ３８５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３８６に進む。
【０２６１】
また、ステップＳ３８２において、ＳＷ２、ＳＷ５がオフであると判定された場合、ステップＳ３８３乃至Ｓ３８５の処理はスキップされ、処理はステップＳ３８６に進む。
【０２６２】
ステップＳ３８６において、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９がオンであるか否かを判定する。ＳＷ８、ＳＷ９がオンであると判定された場合、処理はステップＳ３８７に進む。
【０２６３】
ステップＳ３８７において、図３４のステップＳ３４７の処理と同様に、電圧計測部４２１によりコンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が計測される。
【０２６４】
ステップＳ３８８において、同電位制御部４２２は、電圧計測部４２１による計測結果に基づいて、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以下であるか否かを判定する。コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値以下であると判定された場合、処理はステップＳ３８９に進む。
【０２６５】
ステップＳ３８９において、同電位制御部４２２は、ＳＷ８、ＳＷ９をオフする。これにより、コンデンサＣ３の放電が停止する。その後、処理はステップＳ３９０に進む。
【０２６６】
一方、ステップＳ３８８において、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３が閾値より大きいと判定された場合、ステップＳ３８９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３９０に進む。
【０２６７】
また、ステップＳ３８６において、ＳＷ８、ＳＷ９がオンであると判定された場合、ステップＳ３８７乃至Ｓ３８９の処理はスキップされ、処理はステップＳ３９０に進む。
【０２６８】
ステップＳ３９０において、パラメータ計測部１２３は、全てのスイッチがオフであるか否かを判定する。１つ以上のスイッチがオンであると判定された場合、処理はステップＳ３８２に戻る。その後、ステップＳ３９０において、全てのスイッチがオフであると判定されるまで、ステップＳ３８２乃至Ｓ３９０の処理が繰り返し実行される。
【０２６９】
一方、ステップＳ３９０において、全てのスイッチがオフであると判定された場合、Ｃ２、Ｃ３電圧調整処理は終了する。
【０２７０】
図３１に戻り、ステップＳ３０５において、パラメータ計測部１２３は、ステップＳ３０３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。まだステップＳ３０３乃至Ｓ３０５の処理を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Ｓ３０３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Ｓ３０３乃至Ｓ３０５の処理が繰り返し実行される。
【０２７１】
一方、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０３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。
【０２７２】
ステップＳ３０６乃至Ｓ３０８の処理は、図４のステップＳ６乃至Ｓ８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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
［静電容量計測装置４０１の変形例］
図４０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、接続端子Ｔ２に接続され、他の一端は基準電圧点に接続されている。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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。
【０２７７】
Ｃｔ＝Ｃｓ＋Ｃｏｆｓ
＝Ｃｏｆｓ×（Ｃｓ／Ｃｏｆｓ＋１） ・・・（９）
【０２７８】
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ようになる。
【０２７９】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、図４１乃至図４６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。
【０２８０】
［静電容量計測装置５０１の構成例］
図４１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２２および図３０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。
【０２８１】
静電容量計測装置５０１は、図３０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、ＳＷ６、ＳＷ１０、ＳＷ１１およびポートＰ６、Ｐ７が追加され、パラメータ計測部１２３および同電位制御部４２２の代わりに、パラメータ計測部５２１および同電位制御部５２２が設けられている点が異なる。
【０２８２】
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Ｐ６の間に接続され、コンデンサＣ１はポートＰ２とポートＰ６の間に接続されている。ＳＷ６の一端はポートＰ６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Ｐ６に接続されている。
【０２８３】
また、抵抗Ｒ２は、ポートＰ５とポートＰ７の間に接続され、コンデンサＣ３は、ポートＰ４とポートＰ７の間に接続されている。ＳＷ１０の一端は、電源Ｖｃｃに接続され、ＳＷ１０の他の一端は、ポートＰ７に接続されている。ＳＷ１１の一端は、ポートＰ７に接続され、ＳＷ１１の他の一端は、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Ｐ７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。
【０２８４】
パラメータ計測部５２１は、ＳＷ１乃至ＳＷ６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５２１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。
【０２８５】
同電位制御部５２２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、ＳＷ７乃至ＳＷ１１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。
【０２８６】
［静電容量計測装置５０１の処理］
次に、図４２至図４６を参照して、静電容量計測装置５０１の処理について説明する。
【０２８７】
まず、図４２のフローチャートを参照して、静電容量計測装置５０１により実行される計測処理について説明する。
【０２８８】
ステップＳ４０１において、静電容量計測装置５０１は、全電荷放電処理を実行する。
【０２８９】
ここで、図４３および図４４を参照して、ステップＳ４０１の全電荷放電処理の詳細について説明する。なお、図４３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４４は、全電荷放電処理中の正電荷の流れを示す図である。
【０２９０】
ステップＳ４２１において、パラメータ計測部５２１は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ９、ＳＷ１１をオンする。これにより、コンデンサＣ１の正極からＳＷ６を介してグラウンドに矢印Ａ８１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Ｃ２の正極からＳＷ４を介してグラウンドに矢印Ａ８２の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の放電が開始される。さらに、検出電極１１２からＳＷ５を介してグラウンドに矢印Ａ８３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。
【０２９１】
このとき、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。
【０２９２】
また、コンデンサＣ３の正極からＳＷ１１を介してグラウンドに矢印Ａ８４の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の放電が開始される。さらに、シールド電極３１２からＳＷ９を介してグラウンドに矢印Ａ８５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。
【０２９３】
このとき、コンデンサＣ３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。
【０２９４】
ステップＳ４２２において、パラメータ計測部５２１は、所定の時間、すなわち、コンデンサＣ１乃至Ｃ３、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。
【０２９５】
ステップＳ４２３において、パラメータ計測部５２１は、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６をオフし、同電位制御部４２２は、ＳＷ９、ＳＷ１１をオフする。その後、全電荷放電処理は終了する。
【０２９６】
図４２に戻り、ステップＳ４０２において、図３１のステップＳ３０２の処理と同様に、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３充電処理が実行される。
【０２９７】
ステップＳ４０３において、静電容量計測装置５０１は、検出電極、シールド電極充電処理を実行する。
【０２９８】
ここで、図４５および図４６を参照して、ステップＳ４０３の検出電極、シールド電極充電処理の詳細について説明する。なお、図４５は、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４６は、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。
【０２９９】
ステップＳ４６１において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオンし、同電位制御部４２２は、ＳＷ１０をオンする。これにより、電源ＶｃｃからＳＷ３を介してコンデンサＣ２の正極に矢印Ａ８６の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ２の充電が開始される。また、コンデンサＣ２の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ２の負極から検出電極１１２に矢印Ａ８７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ＳＷ１０を介してコンデンサＣ３の正極に矢印Ａ８８の方向に正電荷が移動し、コンデンサＣ３の充電が開始される。また、コンデンサＣ３の正極に正電荷が蓄積されることにより、コンデンサＣ３の負極からシールド電極３１２に矢印Ａ８９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。
【０３００】
このとき、抵抗Ｒ２を介さずにコンデンサＣ３を充電することができ、その結果、コンデンサＣ３およびシールド電極３１２の充電時間を短縮することができる。
【０３０１】
ステップＳ４６２において、パラメータ計測部５２１および同電位制御部５２２は、所定の時間、すなわち、検出電極１１２およびシールド電極３１２が満充電の状態になるのに十分な時間待機する。
【０３０２】
ステップＳ４６３において、パラメータ計測部１２３は、ＳＷ３をオフし、同電位制御部５２２は、ＳＷ１０をオフする。これにより、コンデンサＣ２、コンデンサＣ３、検出電極１１２およびシールド電極３１２の充電が停止する。その後、検出電極、シールド電極充電処理は終了する。
【０３０３】
図４２に戻り、ステップＳ４０４乃至Ｓ４０８の処理は、図３１のステップＳ３０３乃至Ｓ３０８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。
【０３０４】
以上のようにして、第４の実施の形態と比較して、静電容量の計測時間を短縮することができる。
【０３０５】
＜６．第６の実施の形態＞
次に、図４７乃至図４９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。
【０３０６】
［静電容量計測装置６０１の構成例］
図４７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。
【０３０７】
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、コンデンサＣ２−１乃至Ｃ２−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、Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ、および、Ｐ３−１乃至Ｐ３−ｎを備える。
【０３０８】
抵抗Ｒ１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端は、ポートＰ１−ｉに接続され、抵抗Ｒ１−ｉの他の一端は、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の他の一端は、ポートＰ２−ｉに接続されている。コンデンサＣ２−ｉは、ポートＰ２−ｉとポートＰ３−ｉの間に接続されている。接続端子Ｔ１−ｉは、ポートＰ３−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Ｐ３−ｉに直接接続するようにしてもよい。
【０３０９】
なお、以下、抵抗Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ、コンデンサＣ１−１乃至Ｃ１−ｎ、コンデンサＣ２−１乃至Ｃ２−ｎ、接続端子Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ、電極６１２−１乃至６１２−ｎ、ポートＰ１−１乃至Ｐ１−ｎ、Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ、および、Ｐ３−１乃至Ｐ３−ｎを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、コンデンサＣ２、接続端子Ｔ１、電極６１２、ポートＰ１、ポートＰ２、および、ポートＰ３と称する。
【０３１０】
［マイクロコンピュータ６１１の構成例］
図４８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２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。
【０３１１】
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。
【０３１２】
計測部６３１−１乃至６３１−ｎは、それぞれ図２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、コンデンサＣ２−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。
【０３１３】
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。
【０３１４】
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。
【０３１５】
同電位制御部６３３は、図３０の同電位制御部４２２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。
【０３１６】
［静電容量計測装置６０１の処理］
次に、図４９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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
ステップＳ６０２乃至Ｓ６０９の処理は、図４のステップＳ１乃至Ｓ８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。
【０３１９】
［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、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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
＜７．第７の実施の形態＞
次に、図５０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。
【０３２２】
［静電容量計測装置７０１の構成例］
図５０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２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。
【０３２３】
静電容量計測装置７０１は、図２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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
＜８．第８の実施の形態＞
次に、図５１および図５２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。
【０３２７】
［静電容量センサ８０１の構成例］
図５１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２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。
【０３２８】
静電容量センサ８０１は、図２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。
【０３２９】
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。
【０３３０】
［計測静電容量センサ８０１の処理］
次に、図５２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。
【０３３１】
ステップＳ７０１乃至Ｓ７０６において、図４のステップＳ１乃至Ｓ６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は長くなり、静電容量Ｃｘが小さくなるほど、充電時間ｔは短くなる。
【０３３２】
ステップＳ７０７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が所定の値以上である場合、処理はステップＳ７０８に進む。
【０３３３】
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。
【０３３４】
一方、ステップＳ７０７において、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が所定の値未満である場合、処理はステップＳ７０９に進む。
【０３３５】
ステップＳ７０９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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
なお、他の静電容量パラメータ、例えば、上述した放電回数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。
【０３３８】
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。
【０３３９】
＜９．第９の実施の形態＞
次に、図５３および図５４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。
【０３４０】
［静電容量計測装置９０１の構成例］
図５３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２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。
【０３４１】
静電容量計測装置９０１は、図２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。
【０３４２】
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。
【０３４３】
［静電容量計測装置９０１の処理］
次に、図５４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。
【０３４４】
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。
【０３４５】
ステップＳ８０２において、図４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Ｓ９０１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。
【０３４６】
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。
【０３４７】
ステップＳ８０４において、図４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。
【０３４８】
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。
【０３４９】
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。
【０３５０】
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。
【０３５１】
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、検出電極１１２の充電時の電圧（電圧Ｖｃｃ−閾値電圧Ｖｒｅｆ）が物体１０３の電圧に最も近くなると予想される。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。
【０３５２】
その後、閾値電圧設定処理は終了する。
【０３５３】
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。
【０３５４】
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。
【０３５５】
＜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。
【０３５６】
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。
【０３５７】
さらに、以上の説明では、コンデンサＣ１乃至Ｃ３、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１２６−１，１２６−２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。
【０３５８】
例えば、定電流回路を電荷供給手段として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。
【０３５９】
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。
【０３６０】
さらに、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。
【０３６１】
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。
【０３６２】
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。
【０３６３】
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】
【０３６４】
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
２０１ 静電容量計測装置
２１１ マイクロコンピュータ
２２１ パラメータ計測部
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 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
５２１ パラメータ計測部
５２２ 同電位制御部
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乃至Ｃ３，Ｃ１−１乃至Ｃ１−ｎ，Ｃ２−１乃至Ｃ２−ｎ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１−１乃至Ｒ１−ｎ 抵抗
ＳＷ１乃至ＳＷ１１ スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１−１乃至Ｔ１−ｎ 接続端子
Ｐ１乃至Ｐ７，Ｐ１−１乃至Ｐ１−ｎ，Ｐ２−１乃至Ｐ２−ｎ，Ｐ３−１乃至Ｐ３−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の抵抗と、
静電容量が前記第１の電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、
静電容量が前記第１の電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の抵抗の第２の一端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、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の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、
第１の一端が前記第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、
入力部が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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は、
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て、前記第１の蓄電器、前記第２の蓄電器、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てから、前記第１の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器を充電した後、
前記第３の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器および前記第１の電極を充電してから、前記第２の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御し、前記第２の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、前記第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、
前記充放電処理により前記第１の蓄電器から放出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】
第１の一端が前記第１の蓄電器の第１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６の開閉手段をさらに備え、
前記第１の電圧計測手段の入力部が、前記第１の開閉手段の第２の一端ではなく、前記第６の開閉手段の第１の一端に接続され、
前記静電容量計測手段は、前記第１乃至第６の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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４】
前記静電容量計測手段は、
前記第４の開閉手段、前記第５の開閉手段、および、前記第６の開閉手段を制御して、前記第１の蓄電器、前記第２の蓄電器、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てから、前記第１の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器を充電した後、
前記第３の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器および前記第１の電極を充電してから、前記第２の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御し、前記第２の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、前記第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、
前記充放電処理により前記第１の蓄電器から放出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３に記載の計測装置。
【請求項５】
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または４に記載の計測装置。
【請求項６】
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
をさらに備えることを特徴とする請求項１または３に記載の計測装置。
【請求項７】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、
第２の抵抗と、
静電容量が前記第２の電極より十分大きく、第１の一端が前記第２の抵抗の第１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３の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第２の抵抗の第２の一端に接続されている第７の開閉手段と、
第１の一端が前記第７の開閉手段の第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８の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の蓄電器の第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９の開閉手段と、
入力部が前記第７の開閉手段の第２の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、
前記第７乃至第９の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器と前記第３の蓄電器が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１または３に記載の計測装置。
【請求項８】
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第３の蓄電器の第１の一端に接続されている第１０の開閉手段と、
第１の一端が前記第１０の開閉手段の第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１１の開閉手段と
をさらに備え、
前記第３の電圧計測手段は、前記第７の開閉手段の第２の一端ではなく、前記第１０の開閉手段の第２の一端に接続され、
前記同電位制御手段は、前記第７乃至第１１の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器と前記第３の蓄電器が同じ電圧になるように制御する
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、
抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記抵抗の第２の一端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、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の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、
第１の一端が前記第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、
入力部が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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１０】
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、
抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記抵抗の第２の一端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、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の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、
第１の一端が前記第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、
入力部が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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、
静電容量が前記電極より十分大きい第１の蓄電器、静電容量が前記電極より十分大きく、前記電極に直列に接続されている第２の蓄電器、および、前記電極を放電する放電ステップと、
前記第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器に同じ量の電荷を供給し充電する第１の充電ステップと、
前記第２の蓄電器と前記電極からなる直列回路の両端に前記閾値より大きい所定の電圧を印加し、前記第２の蓄電器および前記電極を充電する第２の充電ステップと、
前記第２の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器から同じ量の電荷を放電する放電ステップと、
前記第２の充電ステップおよび前記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第１の蓄電器から放出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の抵抗と、
静電容量が前記第１の電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、
静電容量が前記第１の電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の抵抗の第２の一端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、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の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、
第１の一端が前記第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、
入力部が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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は、
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て、前記第１の蓄電器、前記第２の蓄電器、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てから、前記第１の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器を充電した後、
前記第３の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器および前記第１の電極を充電してから、前記第２の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御し、前記第２の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、前記第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、
前記充放電処理により前記第１の蓄電器から放出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】
第１の一端が前記第１の蓄電器の第１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６の開閉手段をさらに備え、
前記第１の電圧計測手段の入力部が、前記第１の開閉手段の第２の一端ではなく、前記第６の開閉手段の第１の一端に接続され、
前記静電容量計測手段は、前記第１乃至第６の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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４】
前記静電容量計測手段は、
前記第４の開閉手段、前記第５の開閉手段、および、前記第６の開閉手段を制御して、前記第１の蓄電器、前記第２の蓄電器、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てから、前記第１の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器を充電した後、
前記第３の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器および前記第１の電極を充電してから、前記第２の開閉手段および前記第５の開閉手段を制御し、前記第２の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器の電荷を放電するとともに、前記第１の電極の電荷を放電する充放電処理を１回以上実行し、
前記充放電処理により前記第１の蓄電器から放出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３に記載の計測装置。
【請求項５】
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または４に記載の計測装置。
【請求項６】
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
をさらに備えることを特徴とする請求項１または３に記載の計測装置。
【請求項７】
第２の電極を接続可能な第２の接続手段と、
第２の抵抗と、
静電容量が前記第２の電極より十分大きく、第１の一端が前記第２の抵抗の第１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３の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第２の抵抗の第２の一端に接続されている第７の開閉手段と、
第１の一端が前記第７の開閉手段の第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８の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の蓄電器の第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９の開閉手段と、
入力部が前記第７の開閉手段の第２の一端に接続されている第３の電圧計測手段と、
前記第７乃至第９の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器と前記第３の蓄電器が同じ電圧になるように制御する同電位制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１または３に記載の計測装置。
【請求項８】
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第３の蓄電器の第１の一端に接続されている第１０の開閉手段と、
第１の一端が前記第１０の開閉手段の第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１１の開閉手段と
をさらに備え、
前記第３の電圧計測手段は、前記第７の開閉手段の第２の一端ではなく、前記第１０の開閉手段の第２の一端に接続され、
前記同電位制御手段は、前記第７乃至第１１の開閉手段を制御して、前記第２の蓄電器と前記第３の蓄電器が同じ電圧になるように制御する
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、
抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記抵抗の第２の一端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、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の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、
第１の一端が前記第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、
入力部が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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１０】
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、
抵抗と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記抵抗の第１の一端に接続されている第１の蓄電器と、
静電容量が前記電極より十分大きく、第１の一端が前記第１の蓄電器の第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第２の蓄電器と、
第１の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記抵抗の第２の一端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、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の一端が前記電荷供給手段に接続され、第２の一端が前記第１の蓄電器の第２の一端に接続されている第３の開閉手段と、
第１の一端が前記第３の開閉手段の第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４の開閉手段と、
第１の一端が前記第２の蓄電器の第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５の開閉手段と、
入力部が前記第１の開閉手段の第２の一端に接続されている第１の電圧計測手段と、
入力部が前記第３の開閉手段の第２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５の開閉手段を制御するとともに、前記第１の電圧計測手段および前記第２の電圧計測手段により計測される電圧に基づいて、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、
静電容量が前記電極より十分大きい第１の蓄電器、静電容量が前記電極より十分大きく、前記電極に直列に接続されている第２の蓄電器、および、前記電極を放電する放電ステップと、
前記第２の蓄電器の電圧が所定の閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器に同じ量の電荷を供給し充電する第１の充電ステップと、
前記第２の蓄電器と前記電極からなる直列回路の両端に前記閾値より大きい所定の電圧を印加し、前記第２の蓄電器および前記電極を充電する第２の充電ステップと、
前記第２の蓄電器の電圧が前記閾値に達するまで前記第１の蓄電器および前記第２の蓄電器から同じ量の電荷を放電する放電ステップと、
前記第２の充電ステップおよび前記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第１の蓄電器から放出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４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【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４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【公開番号】特開２０１２−１２２９４１（Ｐ２０１２−１２２９４１Ａ）
【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２０１０−２７５６６２（Ｐ２０１０−２７５６６２）
【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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