JPH04279802A - 多電極分割形静電センサ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部静電容量の変化を
検出するセンサ回路が複数連設されてなる多電極分割形
静電センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙厚を検出する装置として、ポテンショ
メータを用いたものや、厚み変化を静電容量の変化とし
て検出し、その静電容量の変化に対応させて発振回路の
発振周波数を変化させる方式の装置が知られている。し
かし、これらはいずれも検出精度が悪く、紙、フィルム
等の紙葉状媒体の厚さや表面の状態等を高感度、かつ、
高精度のもとで検出することができないという不満があ
る。

【０００３】本出願人は、先に、１×１０−５ＰＦとい
う高感度のもとで微小静電容量の変化を検出することが
できる静電センサ装置を特開平１−１２６２３４号にお
いて提案している。この提案装置は、図６に示すように
、セラミック共振器１９を備えた発振回路１４と、この
発振回路１４のセラミック共振器１９とは別個独立のセ
ラミック共振器１５を有して構成される共振回路２１と
、検波回路１６と、増幅回路１７と、ＡＦＣ（Ａｕｔｏ
ｍａｔｉｃ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）
回路１８とからなるセンサ回路と、検出電極２０とを有
して構成されている。

【０００４】前記発振回路１４は０．５　ＧＨｚ〜１０
ＧＨｚの固定した高周波数の発振周波数信号を出力する
。検出電極２０は被検出体に対向配置され、被検出体と
の微小静電容量の変化を検出し、これを共振回路２１に
加える。共振回路２１は検出電極２０から加えられる微
小静電容量の変化に応じて共振周波数を変化させ、発振
回路１４の発振周波数信号を搬送波として共振周波数の
変化に対応する振幅変調信号を作り出し、これを検出信
号として検波回路１６に加える。検波回路１６はこの検
出信号を包絡線検波し、前記検出電極２０が検出する微
小静電容量の検出帯域の信号に変換し、これを増幅回路
１７に加える。増幅回路１７は検波回路１６から加えら
れる包絡線検波信号を所望の信号処理回路に加える。Ａ
ＦＣ回路１８は環境変化等の影響によって偏倚する共振
回路の共振周波数を補正し、共振周波数の安定化を行う
ものである。

【０００５】この提案装置によれば、検出電極２０で検
出される微小静電容量の変化を共振回路の共振周波数の
変化として検出するものであるため、１×１０−５ＰＦ
というそれまで不可能であった微小静電容量の変化を高
感度のもとで検出することが可能になった。

【０００６】本発明者はこの提案装置の性能に着目し、
この提案装置を利用して紙葉状媒体の検出に適した装置
の開発を進めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記提案装置を紙葉状
媒体の検出に適用するに際しては、図８に示すように、
検出電極２０を紙葉状媒体１とほぼ同一幅の長さをもっ
た板状の電極板となし、例えば図７に示すように、その
検出電極２０に紙葉状媒体１の通過間隙２を介してアー
ス電極３を対向配置し、検出電極２０とアース電極３と
の間を紙葉状媒体１が通過するときの静電容量の変化を
検出電極２０で検出し、これを前記図６に示す回路のセ
ラミック共振器１５に加え、紙葉状媒体１の厚みや吸湿
状態や表面の凹凸や異物付着状態を検出する装置構成と
することができる。

【０００８】しかしながら、図８に示すように検出電極
２０を紙葉状媒体１の幅とほぼ等しい長さの電極にする
と、検出電極２０の表面積が大きくなるために、検出電
極２０の固定容量Ｃ０　が大きくなり、微小静電容量の
検出を行う上で、分解能が低下してしまうという問題が
生じる。このような問題を解消するためには、図９に示
すように、紙葉状媒体１の幅方向に小形の検出電極２０
を複数配列配置し、各検出電極２０を前記図６に示すセ
ンサ回路に接続することが考えられる。しかし、このよ
うに静電センサ回路を複数隣接配置すると、各装置の発
振回路１４の発振周波数が僅かにずれると、隣同志の回
路の発振周波数が相互に干渉し、微小静電容量の検出能
力が低下してしまうという問題がある。その上、複数の
検出電極２０の個々にセンサ回路を配設すると、静電セ
ンサ装置の数が非常に多くなり、装置構成が大掛かりと
なって装置コストも高価になるという問題がある。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、検出電極の固定容量を小さ
くして分解能の向上を図り、併せて、少ない数の静電セ
ンサ装置で被検出体の広領域の検出が可能な多電極分割
形静電センサ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の装置は、周波数信号を発振出力する発振回路と、
被検出体との静電容量の変化を検出する検出電極と、こ
の検出電極から加えられる静電容量の変化によって共振
周波数を変化させその共振周波数の変化に対応する信号
を検出信号として出力する共振回路とを含む一系列のセ
ンサ回路が複数系列形成され、各系列のセンサ回路の検
出電極の検出面は複数に分割された格好の区画面となっ
て被検出体の走査方向と交差する方向に配列されるとと
もに、各系列のセンサ回路の前記検出電極の区画面は被
検出体の走査方向に対して所定のコードにしたがって配
列されていることを特徴として構成されており、また、
前記複数系列のセンサ回路は１個の発振回路を共有し、
この共通の発振回路からそれぞれの系列の共振回路に周
波数信号が加えられていることを特徴として構成されて
いる。

【００１１】

【作用】本発明では、各系列のセンサ回路の検出電極の
検出面は複数に分割された格好の区画面となって被検出
体の走査方向と交差する方向に配列され、各系列の検出
電極の検出面は走査方向に対しては所定のコードにした
がって配列されている。したがって、例えば、センサ回
路を３系列配置し、各系列の検出電極の検出面を走査方
向に３ビットのグレーコード状に配列すると、検出電極
の検出面を一区画とすると、２１区画の領域中の被検出
体の状態検出が可能状態となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１および図２には本発明に係る多電極分割形静
電センサ装置の検出電極部分の構成例が示されており、
また、図３には本実施例の装置のブロック構成例が示さ
れている。本実施例の装置は、３系列の静電センサ装置
１ａ，１ｂ，１ｃを備えて構成されている。この各系列
の静電センサ装置１ａ，１ｂ，１ｃは前記図６に示す回
路構成と同様であり、各装置のセンサ回路は全て独立さ
せて構成することもできるが、本実施例では発振回路１
４を共有させ、１個の発振回路１４からそれぞれの系列
の共振回路に高周波数の発振周波数が供給されるように
してあり、各系列のセンサ回路は１枚のプリント基板や
積層基板等の回路基板上に形成されている。

【００１３】回路基板２の表面側には図１に示すように
、第１の系列の検出電極２０の検出面Ａ１　〜Ａ４　と
、第２の系列の検出電極２０の検出面Ｂ１　〜Ｂ４　と
、第３の系列の検出電極２０の検出面Ｃ１　〜Ｃ４　が
紙葉状媒体３の幅方向、つまり、紙葉状媒体３の走査方
向に対して交差する方向（この実施例では走査方向に対
して直角に交差する方向）に複数に分割された格好の区
画面の状態となって配列されている。そして、回路基板
２の端縁周部にはグランド面（等電位面）４が形成され
るとともに、各系列の検出面Ａ１　〜Ａ４　，Ｂ１　〜
Ｂ４　，Ｃ１　〜Ｃ４　の間には前記グランド面４と導
通するグランド区画面５が形成されている。このグラン
ド区画面５とグランド面４の高さは検出面Ａ１　〜Ａ４
　，Ｂ１　〜Ｂ４　，Ｃ１　〜Ｃ４　の高さと同一かあ
るいはこれよりも僅かに高くして外部の浮遊分布容量や
電界輻射が各検出面に及ぼす影響をグランド面４により
遮断するようになっており、また、グランド区画面５は
隣側の検出面との干渉を防止する役割を担っている。

【００１４】前記各系列の検出面Ａ１　〜Ａ４　，Ｂ１
　〜Ｂ４　，Ｃ１　〜Ｃ４　は紙葉状媒体３の走査方向
に対して３ビットのグレーコード状に配列されている。 例えば、第１行ａは００１のコード配列となっており、
２行めのｂは０１１のコード配列となり、３行めｃは０
１０という如く、７行のグレーコードが形成されている
。

【００１５】回路基板２の裏面側には各系列に対応する
検出面Ａ１　〜Ａ４　，Ｂ１　〜Ｂ４　，Ｃ１　〜Ｃ４
に沿って連続的に伸びる極細線状の結合導体６ａ，６ｂ
，６ｃが各系列毎にスパッタリングやフォトファブリケ
ーション技術等を用いて形成され、各系列の結合導体６
ａ，６ｂ，６ｃは対応する系列の検出面Ａ１　〜Ａ４　
，Ｂ１　〜Ｂ４　，Ｃ１　〜Ｃ４　と回路基板２を貫通
する接続導体７により接続されて各系列毎に検出電極２
０が形成されている。また、回路基板２の裏面側には対
応する検出面Ａ１　〜Ａ４　，Ｂ１　〜Ｂ４　，Ｃ１　
〜Ｃ４　の配列延長側に共振回路２１のセラミック共振
器１５が結合導体に対して近接配置されており、各セラ
ミック共振器１５は対応する系列の結合導体６ａ，６ｂ
，６ｃにそれぞれ接続されている。そして、各系列の検
出電極２０とセンサ回路が形成されている回路基板２は
導体ケース８によって囲まれている。

【００１６】本実施例は上記のように構成されており、
次に、本実施例の装置を用いた紙葉状媒体３の表面検出
例について説明する。図４に示すように、各系列の検出
電極における検出面の第１行のコードと第５行のコード
位置に対応する紙葉状媒体３の表面に異物α，βが付着
している場合、紙葉状媒体３を走査させて各系列の検出
電極の検出面Ａ１　〜Ａ４　，Ｂ１　〜Ｂ４　，Ｃ１　
〜Ｃ４　の直下を通過させると、第１の系列の検出面Ａ
１　が異物αを検出し、検出面Ａ３　が異物βを検出す
る結果、第１の系列の静電センサ装置１ａからは図５の
（ｃ）に示すように、紙葉状媒体３の厚みの検出レベル
Ｘの上にαの検出レベルとβの検出レベルとが重ね合わ
された格好の検出信号が得られる。

【００１７】また、第２の系列の検出面Ｂ４　は異物β
を検出し、その検出レベルは図５の（ｂ）に示すように
、βのレベルとして検出される。この第２の系列の静電
センサ装置１ｂの検出信号は前記第１の系列の静電セン
サ装置１ａの検出信号に対して両系列の検出面の間隔Ｌ
２　に対応する時間差ΔＴ１　だけ遅れて検出される。

【００１８】同様に、第３の系列の検出面Ｃ２　は異物
βを検出し、この検出レベルβは図５の（ａ）に示すよ
うに、第２の系列の検出信号に対して検出面間の距離Ｌ
１　に対応する時間差ΔＴ２　の時間遅れをもって検出
される。また、これらの時間差ΔＴ１　，ΔＴ２　は紙
葉状媒体の予め定められた移動速度によって決定される
から、この図５に示す各系列の静電センサ装置の検出信
号を分析することにより、７行３列に対応する紙葉状媒
体表面の広い範囲がわずか３個という少ない静電センサ
装置１ａ，１ｂ，１ｃにより検出できることになる。し
かも、各系列の検出面は紙葉状媒体３の走査方向に対し
てコード状に配列されているので、紙葉状媒体３の表面
に付着している異物等の幅方向の位置情報がわかり、ま
た、各系列の静電センサ装置の検出時間差を分析するこ
とにより、走査方向の位置情報も得られることになる。

【００１９】しかも、各系列の検出面は分割状に配列さ
れているので、各検出面の有する固定容量Ｃ０　も小さ
くなる。すなわち、紙葉状媒体を横断する全面に亘って
電極を形成する場合に比べ半分以下の電極面積で構成で
きるので、固定容量が小さくなる。

【００２０】また、各電極間のインピーダンスは、周波
数１ＧＨｚに対しては極めて大きく、一方、紙葉状媒体
によって生じる容量変化は、低い周波数で現されるから
各電極間に生じるインピーダンスは無視できる程度の低
い値となる。したがって、結合導体６ａ，６ｂ，６ｃの
長さに起因するインダクタンス成分による影響を除くこ
とができる。これにより、紙葉状媒体３の状態変化を高
感度、かつ、高分解能のもとで検出することが可能とな
る。さらに、本実施例では各センサ回路は１個の発振回
路１４を共有するように構成されているから、各系列の
発振周波数が干渉を起こすということもなく、信頼性の
高い微小静電容量の検出が可能となる。

【００２１】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、各系列の検出面Ａ１　〜Ａ４　，Ｂ１　〜
Ｂ４　，Ｃ１　〜Ｃ４　は紙葉状媒体３の走査方向に対
して直角に交差する方向に設けたが、これを走査方向に
対して斜めに交差する方向に配列配置させてもよい。ま
た、上記実施例では、紙葉状媒体３の走査方向に対して
各系列の検出電極の検出面を３ビットのコード状に配列
したが、これを２ビットあるいは４ビット以上のコード
で配列してもよい。この場合、静電センサ装置を４系列
にし、走査方向の検出面の配列を４ビットのコード配列
とすれば、１５行のコード配列が得られ、より幅の広い
紙葉状媒体の検出が可能となる。さらに、上記実施例で
は検出面の走査方向の配列をグレーコード状に配列した
が、これをＢＣＤ（Ｂｉｎａｒｙ−Ｃｏｄｅｄ　Ｄｅｃ
ｉｍａｌ）コードやその他のコードによって配列するこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、複数系列の各センサ回路の検
出電極面を複数に分割した格好の区画面状に形成してな
るから、検出面の固定容量を小さくすることができる。 すなわち、固定容量に対する紙葉状媒体の検出容量の割
合を大きくすることができ、これにより、紙葉状媒体等
の被検出体の状態変化を高分解能のもとで検出すること
ができる。

【００２３】また、各系列の検出面を被検出体の走査方
向に対して所定のコードで配列したから、少ない系列の
静電センサ装置で広領域の検出情報を得ることができ、
しかも、検出面が分割状になっていて所定のコードで配
列されていることから、被検出体の状態変化部分の位置
情報を正確に得ることができる。また、前記の如く、静
電センサの系列数を少なくするにもかかわらず広領域の
検出情報を得ることができるので、静電センサの系列を
少なくできる分だけ装置の小型化と装置コストの低減化
を図ることもできる。

【００２４】さらに、静電センサ回路の発振回路を共有
にした構成にあっては、１個の発振回路で複数系列のセ
ンサ回路を動作させることができ、各系列のセンサ回路
を近接配置しても、各センサ回路の発振周波数が干渉す
ることがなく、信頼性の高い安定な被検出体の検出情報
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多電極分割形静電センサ装置の一
実施例の検出電極部分の構成を示す説明図である。

【図２】図１の検出電極部分の縦断側面図である。

【図３】本実施例の装置の構成を示すブロック図である
。

【図４】本実施例の装置を使用した紙葉状媒体の状態検
出例の動作説明図である。

【図５】図４の検出動作によって得られる各系列のセン
サ回路の検出波形図である。

【図６】本出願人が先に提案した静電センサ装置の回路
図である。

【図７】図６の静電センサ装置を用いて紙葉状媒体の検
出を行う場合に考えられる装置例の説明図である。

【図８】図７の検出電極の形状を紙葉状媒体とともに示
す説明図である。

【図９】図６の静電センサ装置を用いて紙葉状媒体の状
態検出を行う装置として考えられる他の装置例を示す説
明図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ　　静電センサ装置２　　回路基
板 １４　　発振回路 １５　　セラミック共振器 ２０　　検出電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　周波数信号を発振出力する発振回路と
   、被検出体との静電容量の変化を検出する検出電極と、
   この検出電極から加えられる静電容量の変化によって共
   振周波数を変化させその共振周波数の変化に対応する信
   号を検出信号として出力する共振回路とを含む一系列の
   センサ回路が複数系列形成され、各系列のセンサ回路の
   検出電極の検出面は複数に分割された区画面となって被
   検出体の走査方向と交差する方向に配列されるとともに
   、各系列のセンサ回路の前記検出電極の区画面は被検出
   体の走査方向に対して所定のコードにしたがって配列さ
   れている多電極分割形静電センサ装置。
2. 【請求項２】　　複数系列のセンサ回路は１個の発振回
   路を共有し、この共通の発振回路からそれぞれの系列の
   共振回路に周波数信号が加えられている請求項１記載の
   多電極分割形静電センサ装置。