JPH01500143A - 表面の背後に隠れた物体の検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 装　置 本発明は表面の裏側にある物体を検知するための装置に関する。

表面の裏側にある隠れた金属物体は金属検知器を用いて調べることができる。こ の検知器はトランスミツターコイルとレシーバ−コイルとを接続し、これらコイ ル間に生ずる磁気誘導を、いわゆる平衡インダクター原理に基づいて測定するも のである。このように使用する金属検知器には、米国特許第２，４５１，５９６ 号（フイーラー）、第２゜５４７．４０７号（ネルソン）、第２，５５７，９９ ４号（オストランド）、第２，７７２，３９４号（ブラッドリー）、第３，８８ ２，３７４号（マクダニエル）、及び第４，２５５，７１１号（トンプソン）及 びドイツ特許公報第２，７１８，１３２号（ライナーズ）に記載されたものが挙 げられる。

表面の誘電特性が同質でない場合、それらの状態は水分、隠れた空隙又は隠れた 物体を検出できるようにキャパシタンスを検出することによって調べることもで きる。

これらについては、米国特許第２，７１８，６２０号（ホー）、第２゜８８５　 、６３３号（タック）、第３．０４３，９９３号（マルトビー）、第３゜０４６ ．４７９号に−ド他）、第３，２３０，５１９号（メッツ他）、第３゜４９３． ８５４号（ツルブリック）、第３，５１５，９８７号（ツルブリック他）、第３ ．６９４．７４２号（パーシナニス）、第３，９６７．１９７号（アンダーソン ）及び第４，０９９，１１８号（フランクリ−）及びイギリス特許公報第１，９ ５２，１９４号（アソシエイテッド　エレクトリカル　インダストリーズ）及び 第１，４０３，７２０号（キホンス）に記載されたものが挙げられる。

表面を容量と磁気誘導との両方によって調べることのできるコンパクトな装置を 製造する上での問題は、二種類のセンサーが互いに干渉し合うことにある。

本発明は表面の裏側にある物体を検知するための装置を提供するものであって、 該装置は、支持体が表面と近接状態を保って該表面の上を横方向に移動できるよ うにしており、漂遊磁界のキャパシタ一手段のトランスミツタープレート手段と レシーバ−プレート手段が隠れた物体の存在によってもたらされる表面の誘電率 （ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ）の変化に応答できるようにし、金 属検知器手段のトランスミツターコイルとレシーバ−コイルは漂遊磁界キャパシ タ一手段のプレートの背後に設けられており、静電スクリーン手段は漂遊磁界（ ｓｔｒａｙ　ｆｉｅｌｄ）キャパシタ一手段のプレートと、金属検知器手段のコ イルとの間に設けられ、定常の基準ポテンシャルに接続されており、漂遊磁界キ ャパシタ一手段のプレートと静電スクリーン手段は電気的に伝導性であり、金属 検知器手段からの磁界と直交する領域が連続的な導電径路を形成しており、金属 検知器手段による磁界によって生じた循環電流（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｃｕ ｒｒｅｎｔ）は小さく、漂遊磁界キャパシタ一手段のプレートと静電スクリーン 手段は金属検知器手段の動作を妨げないようにしている。

遮蔽構造及びプレート構造に対するひとつのアプローチとして抵抗性の非金属材 料を用いることがあげられる。

漂遊磁界キャパシタ一手段のプレートと静電スクリーン手段は導電性インクから 作られ、金属検知器手段に大きな循環電流を生じさせることによって金属検知器 手段からの磁界とは応答せずに、静電荷を蓄電及び放電できる表面抵抗を有して いる。或は又、シールドとプレートは金属その他導電性材料から作ることができ るが、金属検知器手段からの磁界と直交し連続的な導電径路によって囲まれる領 域を最小にするため細片に分割させている。

本発明は、更に又、表面の裏側にある物体を検出するための装置を提供するもの であって、該装置と近接状態を保って該表面の上を横方向に移動できるようにし た支持体と、該支持体に沿って間隔をあけて設けられた多数のキャパシタープレ ート手段と、表面の局部領域の誘電率の変化を各プレート手段の変化として検出 するための回路手段と、ディスプレイ手段に沿って間隔をあけて設けられ各々が プレート手段とつながっている複数のディスプレイ要素とを備えており、各要素 はプレート手段の局部領域の誘電率に応じて外観が変化し、支持体が横方向に移 動して物体を通りすぎるとき物体とプレート手段との相対位置に応じてディスプ レイ要素の外観が変化し、物体のエツジ部が表示要素の上に像が形成される。

本発明は、キャパシターのセンサープレートを多数配列して、壁のような表面の 裏側に隠れた物体の絵像をディスプレイによって形成し、該ディスプレイの要素 は各プレートにつながっており、隣接する表面の局部的な誘電率の変化によって 視覚状態を変化させる。もし隠れた物体がキャパシタープレートのスパンよりも 狭くて殆んど中央に集められている場合、両端部をディスプレイの上で見ること ができる。そうでなければ、一方の端部がディスプレイを通過した後、他方の端 部が通過する。

必要な電子回路を用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）とマイクロコンピュータ−のチ ップとの間に分割するように配置することが特に有利である。ＡＳＩＣ漂遊磁界 の容量性検知器及び誘導性金属検知器に対して信号を発生し、マイクロコンピュ ータ−にコントロールされて受信信号を処理しデジタル化した出力を供給する。

望ましくは、回路は信号発生手段に接続された支持体の上にキャパシターのトラ ンスミツタープレート手段を含み、キャパシターのレシーバ−プレート手段はマ ルチプレクサ一手段によって信号受信手段へ次から次に接続され、誘電率が局部 的に変化したとき、トランスミツタープレート手段からの変更された信号の受信 を検出できるようにしている。検出磁界を壁のような表面の裏側により効果的に 侵入させるため、ガードプレート手段を接続することができる。ガードプレート 手段は、多くのキャパシターレシーバ−プレート手段を囲むとともにプレート手 段をトランスミツタープレート手段から部分的に遮蔽する役割を有する定常の基 準ポテンシャルに接続される。容量性検出法のその他形態における漂遊磁界キャ パシターの使用例は米国特許第３，５１５，９８７号（ツルブリック他）、第３ ，４９３，８５４号（ツルブリック）及び第２．７１８．６２０号（ホー）に記 載されている。ラジオ周波数で作動する３電極水分検知器については米国特許第 ３，８１１，０８７号（ホー）に記載されている。

多数の電極は、回路基板上の複数の導電片から形成されるが、これは該導電片の 少なくともその一端に直交するトランスミツターのプレート手段と隣り合せに並 べるのが都合が良い、キャパシターのレシーバ−プレート手段とトランスミツタ ープレート手段は回路基板の可撓性の支持体の上に導電性インクでプリンティン グするのが都合よい。

漂遊磁界キャパシターのトランスミツター周波数は約５０ＫＨｚが望ましく、こ れは誘電体内の水分に対する相対的な非敏感性の点から望ましいとされる高い周 波数と、電極の入手容易性という点がら望ましいとされる低い周波数との間の最 適な妥協点として見出だされたものである。

キャパシターのレシーバ−プレートの少なくとも幾つかは、電力線（ｌｉｎｅ　 ｍａｉｎｓ）の周波数を通過させるために選択的に設けられた第２の検知器チャ ンネル手段への入力をマルチプレクサ一手段を通じて供給するのが有利であり、 検知器手段は検出された電力線の周波数に応答し、ディスプレイ中の対応する領 域が作動するようにしている。

本発明の更に望ましい特徴によれば、金属検知器手段のトランスミツターコイル とレシーバ−コイルは、所定表面から離れて支持体の一側部に隣接して設けられ 、トランスミツターコイルは信号発生手段によって作動し、レシーバ−コイルは フィルター手段及び増幅器手段を通じて信号受信手段に送られている。

（図面の簡単な説明） 本発明の実施例を例示的に掲げ、添付の図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の物体検知器の分解組立て図である。

第２図は第１図の検知器の一部を形成する容量性センサー基板の容量性センサー プレート領域を示しており、検知器の一部を形成する液晶ディスプレイとの関係 を説明するための図である。

第３図は検知器の回路図である。

第４図は第３図の回路の一部を形成する特定用途集積回路チップのブロック図で ある。

（望ましい実施例の詳細な説明） 図面に於て、ケースは、下面が平らな成形ベース（１０１）を備え、該ベースに はバッテリー室（１０２）が形成され、ドア（１０３）で閉じられるようになっ ている。容量性電極を載せる可撓性の回路基板（１０４）がメイン回路基板（１ ０５）に接続され、成形ベース（１０１）の陥没面に嵌められる。

逆折りしたリム（１０６）は、下側の容量性センサーを支持するリムの裏側で０ ．５輪−以上、望ましくは約２−の間隔を形成しており、この間隔は電気スペー サ一手段を用いて維持することも出来る。リム（１０６）は（１０６ｍ）の位置 が導電率をコントロールしたインクを用いてコーティングされ、静電スクリーン 手段を形成する。誘電金属検知器（１０７）はプラスチック部材の上に一対の金 属検知器コイル（１３０）（１３１）（第３図）を備えており、可撓性のリード （１０８）によって基板（１０５）に繋がっている。検知器はツールボックスの 中に十分入れられるコンパクトな装置となるようにしており、このため、金属検 知器装置（１０７）は基板（１０４）と２つ並べるよりも、むしろ基板（１０４ ）の裏側で嵌まることが出来るようにすることが重要である。液晶ディスプレイ （１０９）はリード（１１１）によって基板（１０５）に接続されており、弾性 体（ｔｉｏ＞によって振動が防止され、窓（１１２）の裏側に嵌められる。上型 （１１４）のスライドカバー（１１３）によって窓（１１２）を保護する。上型 （１１４）の側部は、使用する毎に（１１９）の位置で、使用者が親指と他の指 とで予め決められたようにして略同じ位置で検知器をつかむことが出来るように している。これによって更に又、容量的又は直接的に使用者との接続が可能とな る。

第２図は基板（１０４）の前部又は下部リムに容量性プレートを配置した状態及 びディスプレイ（１０９）との関係を示している。基板（１０４）の電極は漂遊 磁界キャパシターの中で用いられ、トランスミツタープレート（１１５）と９個 のレシーバ−プレート（１１６ｍ）〜（１１６ｉ）の直線列は、ガードプレート （１１７）によって分離している。ガードプレー　）　（１１７）はプレート（ １１６ｍ）〜（１１６ｉ）を取り囲み、トランスミツタープレートとレシーバ− プレートとの間に介在している。ガードプレート（１１７）はレシーバ−プレー ト（１１６ａ）〜（１１６ｉ）を絶縁し、レシーバ−プレートに達する磁界の大 部分が被検知物質を通じて確実に回路が形成される。そして壁（１２５）の裏側 に隠れた本スタッド（１２Ｂ）又はその他物体が、局部的に誘電率を変化させる ことによって、レシーバ−プレートで受けた信号の強さに実質的な影響を与える 深さを深くする。

ディスプレイ（１０９）には、各プレート（１１６ａ）〜（１１６ｉ）は棒型デ ィスプレイセグメント（１２０ｍ）〜（１２０ｉ）を連結しており、各セグメン トは例えば１０個のサブセグメントを細片状に形成したものであって、対応する 夫々のレシーバ−プレート（１１６ｍ）〜（１１６ｉ）が受ける信号の強さに応 じて、次々に状態を変化させることが出来る。電極が壁（１２５）に沿って走査 され、本スタッド（１２６）を通過すると、スタッド（１２６）が存在すれば、 トランスミツターブレー）　（１１５）からそれに最も近いレシーバ−プレート （１１６ｅ）〜（１１６ｉ）に流れる電流を増加させる。その結果、ディスプレ イセグメント（１２０ｅ）〜（１２０ｉ）はこれに対応して状態が変化する。

各セグメントの値は、検知器が壁に沿って走査されるのに伴って変化するから、 使用者はスタッド（１２６）に近付いたこと、電極列（１１６ｍ）〜（１１６ｉ ）がスタッドを通過していること及びその出発点を知ることが出来る。

装置を適当にコンパクトな寸法にするため、レシーバ−プレート（１１６ｍ）〜 （１１６ｉ）は出来るだけ小さく作ることが望ましく、実施例では幅７．５ｍ＋ ｍ、長さ５０ｍ＋ｍである。

プレートサイズを更に小さくすれば、受信信号は弱くなり過ぎ、以下に記載する トランスミツター回路及びレシーバ−回路の取扱いに不都合が生ずる。トランス ミツタープレート（１１５）はプレート（１１６ｍ）〜（１１６ｉ）の両端部で スパンを形成する。その幅は重要ではなく、例えば１０〜５０＋ｅ−であれば性 能１殆んど影響はない、トランスミツターブレー）　（１１５）とレシーバ−プ レート（１１６ａ）〜（１１６ｉ）との間隔は性能に大きな影響を及ぼすことが 判った０間隔が１０〜５０ｍｍの範囲内のとき、性能上問題なく、１５鍮−の値 のときが最適であり、約７．５ｍ＋ｓ及び３０−の値では性能は約半分に落ちる ことが判った。ガードプレート（１１７）は、レシーバ−プレート（１１６ｍ） 〜（１１６ｉ）を、基板（１０４）の表面を横切る経路を取るトランスミツター プレート（１１５）からの磁界と絶縁する役割を有する。これは、オフセットを 大きくして、表面の誘電率の変化によって生ずる受信信号を変動させる。

尚、テストでは測定が困難である。プレート（１１））は幅を広くしないのが望 ましく、通常は２〜３１の幅で十分である。

材料（１０７）の中の金属検知器コイル（１３０）（１３１）をプレート（１１ ６ａ）〜（１１６ｉ）の裏側に配置出来るようにすることは、コンパクトな装置 を製造する上で重要であるが、容量性センサー及び誘電金属検知器はこれまでこ のように組み合わせることが困難であった。プレート（１１６ａ）〜（１１６ｉ ）、（１１５）及び（１１７）は連続した金属から作ることが出来ない、そうし ないと、トランスミツターコイル（１３Ｇ）は電流量が大きくなってレシーバ− コイル（１３１）の磁界を変化させることになり、テスト表面の裏側に隠れた金 属物体からの有用な信号を得ることが難しくなってしまう、しかし乍ら、容量性 センサーの要素として作用させるために、プレートは十分な導電性を具備させね ばならない、プレートは所望厚さの基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の上に溶着させ たときスクエア（ｓｑｕａｒｅ）当たり２００〜２０００オーム、望ましくはス クエア当たり約１０００オームの抵抗を与える材料から作られるべきである。グ ラファイト、例えばマットへイレック（Ｍａｔｔｈｅｙｌｅｃ）　Ｒ４０００（ エポキシ樹脂の中にグラファイト粒子を含有している）をベースにしたスクリー ン印刷が可能なポリマーの厚いフィルムインキは満足すべきものであり、一方銀 含有インキは通常導電性が良すぎる。プレート（１１５）、（１１６ａ）〜（１ １６ｉ）及び（１１７）は同じように金属検知器コイルと遮断させる必要があり 、このため、基板（１０４）の裏面は、導電性インクからなる１枚又は２枚以上 のプレートでプリンティングを施している。導電性インクのプレートはセンサー プレートの背後に静電スクリーンを形成し、このスクリーン板は一定の接地ポテ ンシャルに接続される。

単一の静電スクリーンプレートでも満足することが出来るが、電圧降下の影響を 避けるために、幾つかのプレートを用いて分割構造のスクリーンを形成すること が望ましい場合もある。

第３図に於て、回路基板（１０５）は金属検知器のトランスミツターコイル（１ ３０）及びレシーバ−コイル（１３１）、容量性センサーのトランスミツタープ ルート（１１５）、レシーバ−プレート（ｉ１６ａ）〜（１１６ｉ）並びにガー ドプレート（１１７）に接続されている。その他の周辺デバイスにはブザー（１ ３２）、モード切換えスイッチ（３０１）及びディスプレイ（１０９）が含まれ る。基板（ｉｏｓ）の電源は、オン・オフスイッチ＜１３５＞を通じてバッテリ ー（１３４）から送られる。基板（１０５）の主要素は用途特定集積回路（ＡＳ 　Ｉ　ＣＨＣ１であり、該集積回路は４ビツトのマイクロコンピュータＩＣ２に 接続される。マイクロコンピュータＩＣ２にはディスプレイ（１０９）用のディ スプレイコントローラが含まれており、これはビンアウト（２７）〜（２９）、 （３１）〜（６Ｚ）及びリード（１１１）を介して動作する。バッテリー電圧は ＩＣＩのビンＶＨＣからマイクロプロセッサ−ＩＣ２の入力ＶＣＣに送られて電 源を供給し、マイクロプロセッサ−のビンＤＩＯ，ＲＩＯ及びＤｌｌはデータク ロック入力、データライン並びにＩＣＩ及びＩＣ２間のデータ方向ラインを供給 する。マイクロコンピュータＩＣ２はＡＳＩＣＩＣＩの動作をコントロールし、 そこから送られるデータを受けることが出来る。共振器（ｒｅｓｏｎａｔｏｒ） 　Ｘ　１はマイクロコンピュータＩＣ２のクロックオシレータビン０３ＣＩ及び ０３Ｃ２に跨がって接続され、クロックパルスも又クロックオシレータからＩＣ ＩのｕＣクロックビンに送られる。プレー・ト（１１６ａ）〜（１１６ｉ）は、 ＩＣ１のビンＲＸ２１乃至ＲＸ２９の入力となる。金属検知器装置と、容量性セ ンサーのプレー）　（１１５）、（１１６ａ）〜（１１６ｉ）及び（１１７）と の間の静電スクリーンと同じように、ガードプレート（１１７）はＸＣＩのアー スポテンシャルの出力ビンＡＮＧＲＮＤに接続される。ＩＣＩの出力ビンＡＮＧ ＲＮＤは、このビンとＢＡＴＮとの間で外部の減結合キャパシターを接続するた め、内部で発生したアナログのアースである。トランスミツターグレート（１１ ５）へのパルスはＩＣＩのビンＴＸ２に表われ、キャパシターＣ８を経由して電 圧逓昇変圧器の一方の側に接続される。

尚、変圧器の他方の側はキャパシターＣ１２、Ｃ１３が接続されている。ビンＴ Ｘ２の出力電圧はＩＣＩの使用電圧との関係上３ボルトまでに制限される。これ は、プレート（１１６ａ）〜（１１６ｉ）に、より強い受信信号を与えるため、 Ｔ１によって２０ボルトまで高められる。しかし、ビンＴＸ２で使用しうる電流 の制限を受けるなめ、これ以上電圧を上昇させることは難しい、Ｃ１２とＣ１３ の間は、使用者が接続（１３６）出来るようにタップを設けている。使用者の接 続部は上型（１１４）の領域（１１９＞の中に顕われる。領域（１１９）にて使 用者は自分の指を載せ、導電領域となるか、又はオン・オフスイッチによって通 じることとなる。

容量性センサーは通常、絶縁体及び電気的に絶縁された導電体を検出するが、ア ースされた導電体は検出しない、この導電体はレシーバ−プレート（１１６ａ） 〜（１１６ｉ）に対してより強い信号を戻すというよりはむしろ、トランスミツ タープレート（１１５）からの磁界をそらすものである。使用者が信号の一部を トランスミツタープレート（１１５）に接続（１３Ｂ）することにより、これが 起こるのを防ぎ、アースされたコンダクタ−から容量性検知器の幾つかのレスポ ンスを送ることが期待される。

金属検知器のトランスミツターコイル（１３０）は、回路ＩＣＩのビンＴＸＩか ら、電流増幅器として作用するブツシュ−プル式の単位利得ドライバーネットワ ークを介して作動する。ビンＴＸＩからのパルスはキャパシターＣ９及びダイオ ードＤ２、Ｄ３を経て抵抗器Ｒ９、Ｒ１０によってバイアスされたトランジスタ ーＴＲＩ及びＴＲ２のベースに送られる。トランジスターは抵抗器ａｌｌ、Ｒ１ ２を有し、その抵抗器の間を出力がキャパシター０１０を経てコイル（１３０） に送られる。金属検知器のレシーバ−コイル（１３１）はチップＩＣＩのビンＲ ＸＩとＡＮＧＲＮＤとの間にて、共振器フィルターを介して接続される。共振器 フィルターはインダクターＬ１、抵抗器Ｒ１及びキャパシター０１から構成され る。

カスタムチップＩＣＩのブロック図を第４図に示している。チップＩＣＩは信号 ゼネレータ及びトランスミツターブロック（２０１）、レシーバ−回路ブロック （２０２）、フェーズ感度検知器（ＰＳＤ）及びアナログ−デジタル変換器（Ａ 　Ｄ　Ｃ）ブロック（２０３）、デコーダブロック（２０４）、電源（２０５） 、ブザー作動ブロック（２０６）及びテストスイッチマトリックス（２０７）に 分割される。主なブロックの作用を以下に説明する。

マイクロコンピュータＩＣ２から送られる４００ＫＨ２のクロック信号を用いて 、ブロック（２０１）は金属検知器のトランスミツターコイル（１３０）、容量 性センサーのトランスミツタープレート（１１５）及びブザードライバー（２０ ６）のドライブ信号を発生し、（２１０）を通じて検知器及び変換器ブロック（ ２０３）に基準信号を送る。ライン（２１１）の入力クロック信号はバッファ（ ２１２）を経てデバイダ−（２１３）に送られて、以下のものを発生させる。

（ａ）　相対フェーズ０度、４５度、９０度・・・・・・３１５度からなる８つ の５０ＫＨｚ四角波形、四角波形の出力はコントロールラインＰＨ３ＥＬＯ乃至 ＰＨ３ＥＬ２の３とットコードによって、デコーダ（２０４）からコントロール された８つののセレクター（２１５）の１つに送られ、フェーズの中から選択さ れた１つをライン（２１０）の基準信号としてパスさせることが出来るようにし ている。

（ｂ）　残留調波（ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｈａｒｍｏｎｉｅｓ）を取り除くフィル ター（２１６）に送られる８ポイントの正弦近似波形、フィルターを通した正弦 波形は、デコーダ（２０４）からのコントロールライン（２１９）がアクティブ 状態でスイッチ（２１８）を閉じるとき、バッファ（２２０）を通じて金属検知 器のトランスミツターコイル（１３０）に適用される。同じように、正弦波形は 、デコーダ（２０４）からのコントロールライン（２２２）がアクティブ状態と なってスイッチ（２２３）を閉じるとき、バッファ（２２１）を経て容量性セン サーのトランスミツタープレート（１１５）に適用される。このようにして、マ イクロコンピュータＩＣ２は容量性センサー及び／又は金属検知器を選択的に作 動させることが出来る０通常は、コントロールライン（２１９）　（２２２）は 同時にアクティブ状態にならないが、両方のラインがアクティブ状態になること が禁止されている訳ではなく、スイッチ（２１８）　（２２３）が切り替わる時 に瞬間的に起こり得るかも知れない。

（ｅ）ＡＮＤゲート（２２４）及びデバイダ−（２１４）を経て１゜５６ＫＨｚ 四角波形のブザードライブ信号がブザードライバー（２０６）に送られる。ゲー ト（２２４）は、デコーディング論理回路（２０４）からのコントロールライン （２２５）がアクティブ状態の時、エネイブル状態となる。

４００ＫＨｚのクロック信号も又、バッファ（２１２）の出力側からライン（２ ２９）を経てＰＳＤ及びＡＤＣブロック（２０３）に送られる。

レシーバ−ブロック（２０２）は、ＰＳＤ及びＡＤＣブロック＜２０３＞での処 理前に、レシーバ−コイル（１３１）からの信号及びレシーバ−プレート（１１ ６ｍ）〜（１１６ｉ）からの信号を受けて条件を整える。レシーバ−コイル（１ ３１）はピンＲＸ１１とＡＮＧＲＮＤとの間で接続され、インピーダンスが５０ ＫＨｚにて約１メグオームのレシーバ−増幅器（２３０）への入力を形成する。

受信信号は５０ＫＨｚにて約２００ミリボルトＲＭＳの電圧としても良い、ＲＸ ｌｌの入力信号は、優秀な（ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ）５０ＫＨｚの信号及び調 波を含んでおり、これは又５０／６０Ｈｚの信号が存在しても構わない、この信 号は増幅器（２３０）に送られ、該増幅器のゲインはマイクロコンピュータＩＣ ２からのコントロールによって設定することが出来る。増幅器（２３０）の出力 はスイッチ（２３１）に送られ、該スイッチはデコーディング論理回路（２０４ ）からのライン（２３２）がアクティブ状態になったとき閉じる。

容量性センサーのレシーバ−プレー）　（１１６ａ）〜（１１６ｉ）からの信号 は、入力ＲＸ２１〜ＲＸ２９を経てレシーバ−ブロック（２０２）に送られる。

５０ＫＨｚにて各ラインの受けた電流を調べることによって、センサーが通過す る壁の隠れた面の物体の誘電率変化を知ることが出来る。

各レシーバ−プレート（１１６ａ）〜（１１６ｉ）とピークピークが約１ナノア ンペア（ｎａｎａ＋ａｐ）のトランスミツタープレート（１１５）との間を流れ る電流の変化がブロック（２０３）のＡ′ＤＣ出力カウンター（２）１）の１カ ウントの変化に対応している。プレート（１１６ｍ）〜（１１６ｉ）は電力線ク ープル、蛍光管その他の外部ソースからのノイズ信号をピックアップすることが 出来る。しかしノイズはフィルター（２４５）によって効果的に取り除かれ、Ｐ ＳＤ及びＡＤＣブロック（２０３）においてそのレスポンスは約５０ＫＨｚ及び そのオツドハーモエックス（ｏｄｄ　ｈａｒｍｏｎｉｅｓ）の狭帯域で集められ る。この帯域のノイズは通常め状態では１ナノアンペアよりも著しく小さいと考 えられる。測定されるキャパシタンスは例えば３〜４０フエムトフアラツドの範 囲内の値である。第２モードでは、トランスミツターコイル（１３０）及びトラ ンスミツタープレート（ｉｉｓ）は両方共ディスエイプル状態にあり、測定は入 力電流の５０／６０　Ｈ２要素について行なわれ、信号はビークピークが１５ナ ノアンペアの周波数のＡＣ電流を発生させる。ラインＲｘ２１〜ＲＸ２９はデコ ーディング論理回路（２０４）ノ４つのセレクトライン（２３４）によってコン トロールされたアナログマルチプレクサ−（２３３）の中に通じている。ライン （２３４）の状態によって９つの可能な入力ラインの中から１つのラインが選択 される。特定の入力及びライン（２３４）のセレクター信号に応じて、センサー の信号は２つの入力の内の１つ又はアナログのアースに接続される。

マルチプレクサ−（２３３）からの第１の出力は、５０ＫＨｚの信号に応答して 電流−電圧変換器（２３５）に送られ、得られた電圧は更に（２３６）で増幅さ れてスイッチ（２３））に送られる。スイッチ（２３７）はデコーディング論理 回路（２０４）からのコントロールライン（２３８）がアクティブ状態のときに 閉じるから、ライン（２３２）と（２３８）は一方だけがアクティブ状態となる 。増幅器（２３６）のゲインはマイクロコンピュータＩＣ２からのデジタルコー ドによって設定することが出来る。マルチプレクサ−（２３３）から入力ＲＸ２ ４、Ｒｘ２５、Ｒｘ２６への第２出力は、５０／６０Ｈｚの信号に応答する第２ の電流−電圧変換器（１４０）に送られる。出力はバンドパスフィルター（２４ １）を通過し、該フィルターは５０　／　６０　Ｈｚの信号を通過させる。フィ ルター（２４１）の出力はピーク検知器（２４２）に送られ、該検知器は５０　 ／　６０　ＨＺ要素の振幅を測定する。ピーク検知器はデコーディング論理回路 （２０４）からのライン（２４３）がアクティブ状態のとき、各測定サイクルの スタート時にクリアされ、ライン（２４４）におけるＤＣ出力はＰＳＤ及びＡＤ Ｃブロック（２０３）に送られる。スイッチ（２３１）（２３７）の出力は金属 検知器コイル（１３１）からの信号であるか、或は又マルチプレクサ−（２３３ ）によって選択された特定のレシーバ−プレート（１１６ａ）〜（１１６ｉ）か らの信号のどちらかであり、搬送周波数（ｃｅｎｔｒｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ） 　５０ＫＨｚのバンドパスフィルター（２４５）に接続される。フィルター（２ ４５）の出力は双対（ｄｕａｌ）ゲイン段階（２４６）で増幅される。このゲイ ン段階では、ゲインはデコーディング論理回路（２０４）からのライン（２４７ ）の状態に応じて調節される。受信信号出力はライン（２４８）を通じてＰＳＤ 及びＡＤＣブロック（２０３）に送られる。

ＰＳＤ及びＡＤＣブロック（２０３）はライン（２５０）でバッテリー電圧信号 を受け、ライン（２４８）で金属検知器又は容量性検知器からの受信信号を受け 、ライン（２４４）で電力線の振幅信号を受ける。これ等の信号はデコーディン グ論理回路（２０４）から出るライン（１５４）〜（２５６）の中から選択され た１つがアクティブ状態のとき、スイッチ（２５１）〜（２５３）を通じて夫々 送られる。３つのスイッチの出力はＰＳＤスイッチ（１５７）に送られ、該スイ ッチはライン（２２９）で４００ＫＨｚのクロックを受けるコントロール論理回 路（１５９）から出るライン（１５８）によってコントロールされる。スイッチ （１５７）の出力は抵抗器（２５８）を経て演算増幅器（２５９）の反転入力に 送られる。演算増幅器にはキャパシター（２８０）が接続されてインテグレータ を形成し、増幅器（２５９）の非反転入力は接地される。スイッチ（１５７）が 閉じるとキャパシター（２６０）は抵抗器（２５８）を通じて蓄電される。キャ パシター（２６０）はコントロール論理回路（１５９＞からのライン（２６２） がアクティブ状態のときスイッチ（２６１）が閏じることにより放電される。論 理回路（１５９）から出るライン（２６３）がアクティブ状態のとき、スイッチ （２６４）が閉じて電圧ゼネレータ（２６５）を入力抵抗器（２５８）と演算増 幅器（２５９）に接続する。ゼネレータ（２６５）からめ電圧は基準信号として 送られる。インテグレータ（２５９）（２６０）からの出力はコンパレータ（２ ７０）に送られ、（２６９）におけるコンパレータの出力がコントロール論理回 路（１５９）への入力となる。コントロール信号は１０ビツトのカウンター（２ ７１）に送られ、その状態によってラッチ（２７２）への入力となり、その状態 は、データライン（２７３）及びデコーディング論理回路（２０４）を経てマイ クロコンピュータＩＣＩによってアクセスが可能である。

デコーディング論理回路（２０４）とコントロール論理回路（１５９）との間の ライン（２７５）が非アクテイブ状態からアクティブ状態に変わると、ライン（ ｚｉｏ）と同期化した変換サイクルが開始する。変換サイクルが開始すると、コ ントロール論理回路（１５９）のオーバーレンジ、アンダーレンジ、変換スター ト、変換完了及びランプアップ（ｒａｍｐ−ｕｐ）完了のラッチがクリアされ、 カウンター（２７１）はゼロにリセットされる。スイッチ（２６１）を閉じてイ ンテグレータのキャパシター（２６０）を既知電圧でプリセットする。ライン（ ２７５）を非アクテイブ状態にし、次にアクティブ状態にすることによって、コ ントロール論理回路（１５９）は信号のアクティブエツジに応答し、新たな変換 サイクルを任意の時間にスタートさせることが出来る。

変換サイクルがスタートした後は、アンダーレンジがライン（２７６）で信号を 受けサイクルが停止する場合を除いて、マイクロコンピュータＩＣ２からの干渉 を受けることなく進められていく、スイッチ（２５２）及び（１５７）が閉じる と、ライン（２４８）の電圧は抵抗器（２５８）を経てキャパシター（２６０） を蓄電する。これは、ライン（２２９）の４００ＫＨｚクロツクの一定数のサイ クルの間蓄電され、このサイクルはカウンター（２７１）で計数される。キャパ シター（２６０）における電圧のランプアップが完了すると、コントロール論理 回路＜１５９）はカウンター（２７１）をクリアし、スイッチ（１５７）を開き 、スイッチ（２６４）を閉じる。これによって、インテグレータ（２５９）　（ ２６０）の出力電圧を再びランプダウン（ｒａｍｐ−ｄｏ＠ｎ）させ、論理回路 （１５９）はステータスライン（２８０）をアクティブ状態にラッチし、ランプ アップが完了したことを論理回路（２０４）に指示する。マイクロコンピュータ はラッチコントロールライン（２８０）の状態を読み取り、ラインがアクティブ 状態のとき入力信号の選択を変えることが出来る。カウンター（２７１）は、サ イクルがランプダウンのフェーズにある間、ライン（２２９）のパルスによって クロックされ、キャパシター（２６０）の電圧がコンパレータ（２７０）の閾値 （ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）ＶｅｏＩＩｐよりも低下するとき、論理回路（１５９） によって停止する。カウンター（２７１）の値は、ラッチ（２７２）の中に負荷 され、ステータスライン（２８１）はアクティブ状態に設定される。これによっ て、マイクロコンピュータＩＣ２はデータの読取りが出来ることを決める。サイ クルがランプアップのフェーズにあるとき、インテグレータ（２５９）（２６０ ）によって到達した出力電圧は入力ライン（２４８）の電圧値に依存する。サイ クルのフェーズがランプダウンにあるとき、キャパシター（２８０）の電圧が、 コントロールされた放電速度にてコンパレータ（２７０）の閾値Ｖｃｏｍｐまで 低下する時間は、ライン（２４８）の電圧に依存することになる。ラッチ（２７ ２）に負荷されるデジタル値はその電圧の測定値となる。スイッチ（２５３）　 （２５１）を通る入力ライン（２４４）　（２５０）の動作も同様である。この ように、ラッチ（２７２）の値によって、バッテリー電圧、金属検知器のトラン スミツターコイル（１３０）とレシーバ−コイル（１３１）との間の５０ＫＨｚ ｔ流、容量性センサーのトランスミツタープレート（１１５）とレシーバ−プレ ート（１１６ａ）〜（１１６ｉ）との間の５０ＫＨｚｇ流又は隣設する電気配線 の電力線の電圧によりプレート（１１６ｄ）〜（１１６ｆ）の中に誘導される５ ０／６０Ｈｚ＠流を測定することが出来る。コントロール論理回路（１５９）は 、ライン（２４４）、（２４８）又は（２５０）の入力信号が最大のフルスケー ル入力を越えると、オーバレンジのラッチをセットし、変換サイクルの終わりに ライン（２８２）をアクティブ状態にセットする。ライン（２４８）の入力電圧 が不十分なとき、ライン（２７６）の状態をコントロールするアンダーレンジの ラッチがアクティブ状態にセットし、サイクルのランプアップフェーズが終了す るとインジケ−タ（２５９）　（２６０）の電圧をコンパレータ（２７０）の閾 値までランプし、ライン（２４８）の入力信号とライン（２１０）の基準信号が フ゛ニーズから外れ、サイクルが停止することを指示する。マイクロコンピュー タＩＣ２はライン（２７６）のアクティブ状態に応答し、ラインＰＨ３ＥＬＯ〜 ラインＰ）ＩＳＥＬ２を経てセレクター（２１５）からの基準信号のフェーズを リセットし、ライン（２４８）の入力信号とライン（２１０）の基準信号を正し いフェーズに直す、ＰＳＤスイッチ（１５７）はライン（２４８）の入り信号に 整合させるため時間訂正される。スタートアップによって、マイクロコンピュー タＩＣ２のファームウェア−は出力ＰＨ８ＥＬＯ〜ＰＨ３ＥＬ２によってセット 出来る各フェーズをテストし、最も強い信号を与えるフェーズを選択する。フェ ーズを検知するディテクターと双対スロープのＡ／Ｄ変換器は整合フィルターを 形成する。最大のランプアップ時間とランプダウン時間は両方共約２゜５−一秒 であり、逐次スタート変換信号間の最大時間は約５−秒である。９つのプレート （１１６ａ）〜（１１６ｉ）は全て、１００ａ＋ｍ秒のサイクル時間内に、プレ ート（１１６ｄ）〜（１１６ｆ）を通る５Ｏ−６０Ｈｚの入力状態、金属検知器 の状態及びバッテリー状態を検出することが出来る。

デコーディング論理回路（２０４）はマイクロコンピュータＩＣ２とカスタムチ ップＩＣＩとの間に連続的なデータリンクを供給し、ＤＡＴＡラインはアドレス と２方向性のデータを送り、ＤＣＬＫラインはデータ移動を同期化させるための クロック信号を送り、ＲＥＡＤラインはデータ方向のコントロールを行なうため に送られる。

前述の装置は次の３つの主な機能を実行出来ることは明白であろう。

（１）プラスターボード、チップボード、本パネル及び建物内部の壁や仕切りの 裏側にある非同質物（例えばスタッド、針、パイプ等）の位置を調べるための万 能物体検知器。

（２）非金属表面の裏側にある金属物体の位置を調べるための金属検知器。

（３）　作動状態のケーブル（ｌｉｖｅ　ｃａｂｌｅｓ）を追跡すること。

これ等の機能は２つの動作モードの中で実行させることが出来る。デフォルトモ ードの動作（スイッチオンのとき）では、万能物体探知器として用いることが出 来、この場合、物体検知器の出力は連続的に表示される。この機能はディスプレ イ（１０９）　（第２図）のインジケータゾ＝ン（３０６）によって信号が発せ られる。ライン（２５０）のバッテリー電圧が閾値よりも下であるとき、バッテ リーがその状態にあることを警告するインジケータ（３０５）が作動する。この モードにおいて金属が検知されると、マイクロプロセッサ−ＩＣ２は、セグメン ト（３００）を閃光させて、ディスプレイに表示することにより使用者に知らせ る。使用者は次に必要に応じてスイッチ（２０１）（ディスプレイ（１０９）の インジケータ（３０７）によって信号が光せられる）を押して第２のモードに切 り換えることが出来る。

第２モードは金属ディスプレイ及び電力線追跡モードであって、金属検知器の出 力は受信信号の強さに比例しな棒チャートの出力としてディスプレイ（１０９） に表示される。この第２モードへの切換えによってフィルター機能が作用し、非 金属物体はディスプレイ（１０９）に影響を及ぼさない。

第２モードでは金属検知器（１３０）　（１３１）が作動し、加えて、電極（１ １６ｄ）〜（１１６ｆ）の電力線追跡機能がマルチプレクサ（２３３）によって 作動する。電力線が存在すると表示されるが、これは金属が検知される場合にも 単独で行なわれる。製品は、電圧がｌｌ０Ｖ　ＲＭＳよりも大きく周波数は４０ 乃至１００Ｈｚの範囲内のＡＣ電力線に接続された作動状態のケーブルの存在を 指示出来るようにすべきである。金属コンジット等の電気遮蔽形態の中にある作 動状態のケーブルは検知することが出来ない、製品の使用時、ケーブルは電流が 流れている必要はないが、作動状態、即ちスイッチを入れると電流が流れる状態 （Ｉ　１ｖｅ）にあらねばならない、電力線の存在は、ディスプレイのセグメン ト（３０２）が閃光することによって表示され、ブザー（１３２）がドライバー （２０６）によって鳴らされる。

前述のように構成される代表的な検知器であれば、２０輸輸のプラスターボード の裏側スは１０ｍｍのプラスターボード＋５１のプラスターの裏側又は２０ｍｍ のチップボードの裏側にある木の角材の位置を調べることが出来る。

又、１０ｍ−のプラスターボード＋１０−餉の空間又は１０輪−のプラスターボ ード＋５輪論のプラスク＋５論論の空間又は２０ｍ＋＊のチップボードの裏側に ある直径１４−一の鋼管を発見することが出来る。金属検知器は０　５０ｍｍで ２゜５−２の電力線ケーブルを発見することが出来、０−１２０論論で直径１４ −一の銅管を発見出来るようにすべきであり、最大深さにおける物体の中心位置 は±１０−の範囲内である。電力線ケーブルの存在は、１０ｍｍのプラスターボ ード＋５輪鴫のプラスクー又は５−のプラスター又は５−のプラスター＋１０ｍ 鋤のモルタルりのコンジットの裏側にある２４０Ｖ　ＲＭＳを運ぶ２゜５ＩＩＩ Ｉ２又は１輪軸２のケーブルの中で検知することが出来る。

３つのセンサーグループは独立に作動し、使用者に関する限りどんな相互作用も 生じないことは理解されるであろう。

添付の請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく、前述した実 施例について種々の変形をなせることは理解されるであろう。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面の裏側にある物体を検知するための装置であって、支持体は表面と近 接状態を保って該表面の上を移動出来るようにしており、漂遊磁界のキャパシタ ー手段はトランスミッタープレート手段とレシーバープレート手段を含み、漂遊 磁界のキャパシター手段は表面の裏側に隠れた物体の存在によって生ずる表面の 誘電率の変化に応答出来るようにしており、金属検知器手段は漂遊磁界キャパシ ター手段のプレートの裏側に設けられたトランスミッターコイルとレシーバーコ イルとを備え、トランスミッターのプレート手段とレシーバープレート手段は電 気的に抵抗性の材料から作られていることを特徴とする表面の裏側にある物体の 検知装置。
2. （２）漂遊磁界のキャパシター手段のプレートと金属検知器手段のコイルとの間 に静電スクリーン手段が設けられ、該スクリーン手段は定常の基準ポテンシャル に接続され、静電スクリーン手段のプレート又は各プレートは電気的に抵抗性の 材料から作られ、漂遊磁界キャパシター手段は支持体の位置表面に間隔をあけて 設けたキャパシターのレシーバープレート手段を多数含んでおり、静電スクリー ン手段は支持体の他方の面の上にある請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）漂遊磁界キャパシター手段のプレートと静電スクリーン手段のプレートは 抵抗性のインクから作られ、金属検知器手段からの磁界に大きな循環電流を誘導 させることによって、その磁界とは応答せずに静電荷を蓄電及び放電出来る表面 抵抗を有している請求の範囲第２項に記載の装置。
4. （４）隠れた物体の存在によってもたらされる、各レシーバープレート手段表面 の局部における誘電率の変化を検知するための回路と、ディスプレイ手段に沿っ て間隔をあけて設けた複数のディスプレイ要素とを備えており、各ディスプレイ 要素はプレート手段と撃がり、各要素は接続されたプレート手段の局部の誘電率 に応じて外観が変化し、支持体は移動して物体を通り過ぎると、ディスプレイ要 素はそれ等プレート手段の物体に対する相対位置に応じて外観が変化し、物体の エッジ部がディスプレイ要素の上に像として表示される請求の範囲第３項に記載 の装置。
5. （５）ガードプレート手段を備え、該ガードプレート手段は多数のレシーバープ レート手段を取り囲む定常の基準ポテンシャルに接続され、トランスミッタープ レート手段をレシーバープレート手段から部分的に遮蔽出来るようにしている請 求の範囲第１項に記載の装置。
6. （６）トランスミッタープレート手段は信号発生手段に接続され、レシーバープ レート手段のプレートはマルチプレクサ手段によって次から次に信号受信手段に 接続され、誘電率の局部的な変化によって生ずるトランスミッタープレート手段 からの変更された信号の受信を検知出来るようにしている請求の範囲第３項に記 載の装置。
7. （７）レシーバープレート手段は複数の抵抗片によって形成され、該抵抗片は当 該抵抗片の少なくともその一端部と直交するトランスミッタープレート手段と隣 り合わせに並べて回路基板の上に形成されており、各レシーバープレートの寸法 は１０７．５ｍｍ×５０ｍｍ、トランスミッタープレートとレシーバープレート との間は７．５乃至３０ｍｍ離れており、静電スクリーン手段はトランスミッタ ープレート手段とレシーバプレート手段がある平面の裏側で約２ｍｍ離れた平面 内にあり、抵抗性インクは樹脂又は結合剤の中にグラファイト粒子を含んでおり 、プレート手段の抵抗とスクリーン手段の抵抗はスクエア当たり約２００〜２０ ００オームである請求の範囲第３項に記載の装置。
8. （８）検知器手段は、レシーバープレート手段の中に電力線によって生ずる５０ −６０Ｈｚの電流に応答して生きた電気ケーブルのあることを指示し、キャパシ ターのレシーバープレート手段が受ける信号の大きさがディスプレイ手段に表示 される第１モードと、金属検知器手段からの信号の大きさがディスプレイ手段の 上に表示される第２モードとの間で切換え可能なコントロール手段を含んでいる 請求の範囲第１項に記載の装置。
9. （９）表面の裏側にある物体を検知するための装置であって、表面に近接した状 態を保って該表面の上を移動出来るようにした支持体と、該支持体に沿って間隔 をあけて設けた多数のキャパシクープレート手段と、隠れた物体の存在によって 各プレート手段の表面の局部領域に生じた誘電率の変化を検知するための回路と 、ディスプレイ手段に沿って間隔をあけて設けられた複数のディスプレイ要素を 備えており、各ディスプレイ要素はプレート手段と撃がっており、各要素はプレ ート手段の局部領域の誘電率に応じて外観が変化し、支持体が移動して物体を通 り過ぎるとディスプレイ要素はそれ等プレート手段の物体に対する相対位置に応 じて外観が変化し、物体のエッジ部がディスプレイ要素の上に像として形成され ることを特徴とする表面の裏側にある物体の検知装置。
10. （１０）回路は、支持体の上に設けられて信号発生手段に接続されたトランスミ ッタープレート手段と、マルチプレクサ手段によって次から次に信号受信手段に 接続されるレシーバープレート手段を含んでおり、誘電率が局部的に変化すると トランスミッタープレート手段からの変更された信号の受信を検知出来るように している請求の範囲第９項に記載の装置。