本專利申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01380063817.7的名稱為“電容檢測(cè)單元及獲得可變電容的方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日是2013年10目23日。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種檢測(cè)電容器(capacitor)的大小、即檢測(cè)電容(capacitance)的單元，更詳細(xì)而言是有關(guān)于一種于施加至檢測(cè)電容的大小或變化量的檢測(cè)系統(tǒng)的交流(Alternating Current，簡稱：AC)電源的大小發(fā)生變化時(shí)，施加至被測(cè)定電容器的電壓發(fā)生變化而發(fā)生電荷的充放電，基于與連接于與被測(cè)定電容器相同點(diǎn)的輔助電容器相互產(chǎn)生的電荷共用(charge sharing)效應(yīng)，檢測(cè)電容的大小或變化量的單元。

背景技術(shù)：

在兩個(gè)導(dǎo)電體之間存在具有介電常數(shù)的某種物質(zhì)時(shí)，若對(duì)兩個(gè)導(dǎo)電體的兩端施加電壓或電流，則形成電容器而產(chǎn)生蓄積電荷的能力即電容，電容的大小與兩個(gè)導(dǎo)電體之間的介電體的介電常數(shù)、與兩個(gè)導(dǎo)電體的對(duì)向面積及對(duì)向距離具有相關(guān)關(guān)系。

利用此種原理而制造的商業(yè)性電容器有陶瓷(ceramic)電容器、電解電容器、麥拉(Mylar)電容器等各種種類。

此種商用電容器的電容通常具有1pF(Pico Farad，微微法拉)、1nF(Nano Farad，納法拉)、或1uF(Micro Farad，微法拉)或其以上的大小，可使用如萬用表(Multi Meter)的計(jì)測(cè)器而容易地測(cè)定電容。

然而，在電容為1pF(Pico Farad，pF)以下的情形時(shí)，在使用如萬用表的簡單的計(jì)測(cè)器進(jìn)行測(cè)定時(shí)，因計(jì)測(cè)器的誤差而無法實(shí)現(xiàn)精密的測(cè)定，如無法利用計(jì)測(cè)器進(jìn)行測(cè)定的條件、即如欲測(cè)定形成于人的手與電梯(elevator)按鈕(button)之間的電容的大小的情形那樣也存在無法利用計(jì)測(cè)器測(cè)定電容的情形。

于此種情形時(shí)，可間接地測(cè)定電容，圖1是表示關(guān)于此種方法的一例。

參照?qǐng)D1，如形成于人的手與電梯按鈕之間的電容器的情形那樣不知電容的大小，未充電的電容器c1連接于電容檢測(cè)系統(tǒng)的P1點(diǎn)，欲利用圖1的檢測(cè)系統(tǒng)得知電容器c1的電容即C1的大小。圖1的信號(hào)檢測(cè)部是用以檢測(cè)P1點(diǎn)的電壓的檢測(cè)部，若在圖1的信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)出P1點(diǎn)的電壓，則可通過運(yùn)算而得知電容器c1的電容即C1的大小。

已知以V1的大小的電壓充電的電容器c2的電容即C2，若接通圖1的開關(guān)(switch)SW而電容器c2連接于P1點(diǎn)，則P1點(diǎn)的電位Vp1由以下<公式1>決定。

<公式1>

欲得知的電容器c1的電容C1如以下<公式2>。

<公式2>

若假設(shè)于圖1的信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)到的<公式1>的Vp1的電位為5V，C2為1pF，且V1為10V，則可通過<公式2>的運(yùn)算而得知C1的大小為1pF。因此，若構(gòu)成如圖1的電容檢測(cè)系統(tǒng)，則即便不使用計(jì)測(cè)器，也可得知電容的大小。

若在連接兩個(gè)物體間的距離變化即位移的檢測(cè)系統(tǒng)中，應(yīng)用如圖1的實(shí)施例的檢測(cè)電容的系統(tǒng)，則可檢測(cè)電容的大小，也可利用所檢測(cè)到的電容檢測(cè)位移。

圖2是關(guān)于檢測(cè)位移的傳感器的一實(shí)施例，在塑膠(plastic)、玻璃、或虛擬的汽缸(cylinder)內(nèi)部，兩個(gè)活塞(piston)以固定距離對(duì)向。參照?qǐng)D2，在汽缸內(nèi)部，具有稱為“S”的相同的面積的兩個(gè)活塞最初以“d1”的距離對(duì)向。在對(duì)上端活塞施力，從而上端活塞接近下端活塞而上下端活塞的距離變?yōu)椤癲2”時(shí)，可利用圖1所示的檢測(cè)系統(tǒng)得知上端活塞所移動(dòng)的距離即“d1-d2”。

參照?qǐng)D2，圖2的活塞之間是由介電常數(shù)為“ε1”的物質(zhì)填充，在對(duì)向面積為“S”及對(duì)向距離為“d”的情形時(shí)，如下那樣定義形成于活塞兩端的電容器c4的電容CVR。

<公式3>

若將已知的最初距離“d1”、已知的對(duì)向面積“S”、及已知的介電常數(shù)“ε1”代入至<公式3>，則于最初距離為“d1”時(shí)，可得知形成于圖2的兩個(gè)活塞之間的電容的大小即“CVR1”。又，可通過圖1的電容檢測(cè)系統(tǒng)及<公式1>、<公式2>的運(yùn)算，抽選由任意的“d2”得出的“CVR2”，若將該“CVR2”代入至<公式3>，則可得知“d2”，因此可通過“d1-d2”的運(yùn)算，得知圖2的上端活塞的移動(dòng)距離。

圖3是關(guān)于將圖1所示的電容檢測(cè)系統(tǒng)更具體化的電容檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例。參照?qǐng)D3，由圖2的構(gòu)成產(chǎn)生的電容器c4的一側(cè)連接于圖3的P2點(diǎn)，c4的另一側(cè)連接于構(gòu)成圖3的系統(tǒng)的接地端(Ground)。c2與c3是形成于圖3的檢測(cè)系統(tǒng)中的寄生電容器(Parasitic Capacitor)。例如，c2也可為以如下的布局形成的：圖3的信號(hào)檢測(cè)部內(nèi)置于積體電路(Integrated Circuit，簡稱：IC)，到達(dá)開關(guān)元件(SW1)與信號(hào)檢測(cè)部的輸入端的P2點(diǎn)的配線與IC內(nèi)部的某個(gè)信號(hào)線以微小的間距配線或交叉等；c3也可為如下的：將形成于構(gòu)成圖3的信號(hào)檢測(cè)部的電路元件的輸入部即閘極(gate)、與系統(tǒng)接地端之間的寄生電容器模型化(Modeling)。此種寄生電容器并無限定，根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成而以各種方式分布。

若于圖3的開關(guān)SW2處于斷開(off)的狀態(tài)下，接通(turn on)開關(guān)SW1而對(duì)P2點(diǎn)供給稱為“Vchg”的充電電壓，則連接于P2的電容器即c2/c3/c4以“Vchg”充電，電容器c1因開關(guān)“SW2”的斷開(off)而處于與P2點(diǎn)斷路的狀態(tài)，從而不會(huì)受到“Vchg”的影響(小寫c2/c3/c4為電容器，大寫C1/C2/C3/C4為各個(gè)電容器的電容)。此后，若接通圖3的開關(guān)“SW2”而以“V2”充電的電容器c1連接于“P2”點(diǎn)，則在圖3的信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)到的電位“Vp2”如以下<公式4>。

<公式4>

在<公式4>中，Vp2已在圖3的信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)而得知大小，且若全部已知V2、Vchg、及C1/C2/C3的大小，則可通過運(yùn)算抽選CVR的大小。又，若將CVR代入至上述<公式3>，則可得知“d2”的大小。因此，若已知“d1”，則可得知圖2的上側(cè)活塞的位移量即“d1-d2”。

然而，在具有如上所述的模型化的系統(tǒng)中，在根據(jù)圖2的上側(cè)活塞的位移而檢測(cè)CVR的變化量的情形時(shí)，存在若干問題。

例如，在<公式4>中，在假設(shè)C1＝C2＝C3＝10pF、CVR＝1pF、Vchg＝1V、V2＝10V時(shí)，Vp2＝4.2258V。若因圖2的上側(cè)活塞的位移而CVR自1pF朝0.9pF改變0.1pF左右，則在圖3的信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)到的Vp2為4.2362V，因此當(dāng)CVR改變0.1pF時(shí)，Vp2的變化量僅為4.2362-4.2258＝0.0104V即10.4mV。雖未在圖3的信號(hào)檢測(cè)部中圖示，但使用有將在信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)到的電壓即類比(analog)值轉(zhuǎn)換為數(shù)位(digital)的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter，簡稱：ADC)。由于所檢測(cè)倒的Vp2為4.2V附近，因此用以檢測(cè)Vp2的大小的信號(hào)檢測(cè)部的ADC將3.5V～4.5V左右設(shè)定為檢測(cè)范圍。在假設(shè)在檢測(cè)部使用10位元(Bit)的ADC時(shí)，應(yīng)利用10Bit的ADC檢測(cè)4.5V-3.5V即1V，因此ADC的解析度為“1V/1024bit”而每bit的解析度大致成為1mV左右。藉此，在圖2的位移傳感器的信號(hào)變化量為10.4mV的情形時(shí)，僅使用了具有1024bit的解析度的10bit的ADC所具有的性能的1％左右。

通常，系統(tǒng)的信噪比(Ratio)即SNR(Signal to Noise Ratio)為1％的相當(dāng)于較佳的系統(tǒng)，而通常噪音(Noise)不超過信號(hào)的數(shù)％。因此，若檢測(cè)到的信號(hào)的大小僅為1％左右，則于噪音為數(shù)％的情形時(shí)，難以區(qū)分信號(hào)與噪音，因此檢測(cè)到的信號(hào)的可靠性降低。

因此，產(chǎn)生如下問題：在此種系統(tǒng)檢測(cè)到的電容CVR的大小變化微小時(shí)，檢測(cè)到的信號(hào)不可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[技術(shù)課題]

本發(fā)明是為了解決如上所述的先前的檢測(cè)電容的大小的系統(tǒng)的問題而提出的，其目的在于提供一種利用使用于檢測(cè)電容的檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)電源施加AC電源，在AC電源的大小發(fā)生變化時(shí)，因施加于被檢測(cè)電容器的電壓的變化而與被檢測(cè)電容器、及與被檢測(cè)電容器連接的電容器產(chǎn)生電荷共用，從而檢測(cè)基于電荷共用的電壓的差異而抽選被檢測(cè)電容器的電容的大小或電容變化量的檢測(cè)單元。

[課題解決手段]

一種檢測(cè)單元，其檢測(cè)因接近物件(obiect)18而產(chǎn)生傳感器電容CS的情形，且包括：傳感器14，其與上述物件18之間形成傳感器電容器cs；輔助電容器caux，其一側(cè)連接于上述傳感器14，另一側(cè)連接于系統(tǒng)接地端GND1，開關(guān)元件10，其管理上述傳感器電容器cs及上述輔助電容器caux的充電；及信號(hào)檢測(cè)部22，其在連接于外部接地端VG的上述物件18與上述傳感器14之間形成上述傳感器電容器cs時(shí)，與施加至檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小變化同步地于上述傳感器14形成電壓，并檢測(cè)該電壓。

根據(jù)一實(shí)施例，上述系統(tǒng)電源由正(Positive)系統(tǒng)電源Vsupply與上述系統(tǒng)接地端GND1構(gòu)成，上述正系統(tǒng)電源Vsupply是以上述系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)的直流(direct current)電壓。

根據(jù)另一實(shí)施例，上述正系統(tǒng)電源Vsupply與上述系統(tǒng)接地端GND1為同相(Same Phase)，且為以大地接地端為基準(zhǔn)而交替的AC電壓。

根據(jù)又一實(shí)施例，在上述AC電壓的大小發(fā)生變化的反曲點(diǎn)，包含DC區(qū)域。

根據(jù)又一實(shí)施例，在上述DC區(qū)域內(nèi)對(duì)傳感器14及與傳感器14連接的電容器進(jìn)行充電，或者將在檢測(cè)系統(tǒng)20中運(yùn)算的結(jié)果輸出至外部。

根據(jù)又一實(shí)施例，在將檢測(cè)系統(tǒng)20的運(yùn)算結(jié)果輸出至外部時(shí)，系統(tǒng)接地端(GDN1)與外部接地端相互連接。

根據(jù)又一實(shí)施例，基于施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)電源的大小變化而在上述傳感器14檢測(cè)到的電壓的大小是基于輔助電容器caux與傳感器電容器cs的電荷共用現(xiàn)象而改變。

根據(jù)又一實(shí)施例，在產(chǎn)生上述電荷共用現(xiàn)象時(shí)，上述輔助電容器caux供給上述傳感器電容器cs所需的電荷、或充入傳感器電容器釋放的電荷。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述輔助電容器caux為存儲(chǔ)電容器(storage capacitor)cst。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述存儲(chǔ)電容器cst形成于檢測(cè)系統(tǒng)20的內(nèi)部。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述輔助電容器caux為雜散電容器cp。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述雜散電容器為自上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端觀察到的所有雜散電容器的等效電容器。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG不受系統(tǒng)電源的大小變化的影響。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG為大地接地端。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG為DC電壓。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG為不受施加至系統(tǒng)的AC電壓的影響的AC電壓。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的電壓的大小與施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小變化同步地改變。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述信號(hào)檢測(cè)部22基于在未形成傳感器電容器cs時(shí)施加至檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源，在傳感器14檢測(cè)電壓，在物件與傳感器14對(duì)向而附加傳感器電容器cs時(shí)，檢測(cè)傳感器14中的電壓，利用檢測(cè)到的兩個(gè)電壓的差(Difference)，抽選物件18與傳感器14的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e。

根據(jù)又一實(shí)施例，以充電電壓Vchg對(duì)上述傳感器14進(jìn)行充電，在未形成上述傳感器電容器cs時(shí)，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓由以下<公式1>決定，在上述物件18接近傳感器14而附加傳感器電容器cs時(shí)，以充電電壓Vchg對(duì)上述傳感器14進(jìn)行充電，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓由以下<公式2>決定，上述電壓的差(Difference)是因<公式1>與<公式2>的差而產(chǎn)生。

<公式1>V_P＝V_supply+V_chg

<公式2>

(其中，Vp為在傳感器14檢測(cè)到的電壓的大小，Vsupply為系統(tǒng)電源交替的電壓的大小，Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓，CAUX為輔助電容器caux的電容，CS為產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容)

根據(jù)又一實(shí)施例，在上述物件18為多個(gè)時(shí)，在形成于多個(gè)物件與多個(gè)傳感器14之間的多個(gè)傳感器電容CSn附加于信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端時(shí)，在以充電電壓Vchg對(duì)上述傳感器進(jìn)行充電后，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓由以下<公式3>決定。

<公式3>

(其中，Vp為在傳感器14檢測(cè)到的電壓的大小，Vsupply為系統(tǒng)電源進(jìn)行交替的電壓的大小，Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓，CAUX為輔助電容器caux的電容，CS為產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容，n為傳感器電容器的個(gè)數(shù))

根據(jù)又一實(shí)施例，基于通過一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)物件及一個(gè)動(dòng)態(tài)物件18而在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓Vp的按照時(shí)差(Time difference)產(chǎn)生的差異，抽選形成于動(dòng)態(tài)物件與對(duì)向的傳感器14之間的傳感器電容值CS的按照時(shí)差(Time difference)產(chǎn)生的電容變化量。

根據(jù)又一實(shí)施例，在檢測(cè)傳感器14的電壓時(shí)，上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端處于至少1MΩ以上的高阻抗(high impedance)狀態(tài)。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述信號(hào)檢測(cè)部22包含ADC。

根據(jù)又一實(shí)施例，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的所有電容器的電容位于“擺動(dòng)未達(dá)要素”的分母。

根據(jù)又一實(shí)施例，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的所有電容器中的另一側(cè)連接于上述系統(tǒng)接地端GND1的固定電容器的電容位于“擺動(dòng)未達(dá)要素”的分母。

根據(jù)又一實(shí)施例，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的所有電容器中的另一側(cè)連接于上述外部接地端VG的可變電容器的電容位于“擺動(dòng)未達(dá)要素”的分子。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述固定電容器是即便施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小發(fā)生變化，也保持初始電荷量。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述可變電容器是若施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源以外部接地端電位為基準(zhǔn)而變大，則蓄積更多的電荷，若施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源以外部接地端電位為基準(zhǔn)而變小，則釋放已蓄積的電荷。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述固定電容器是在上述可變電容器可蓄積更多的電荷時(shí)，供給上述電荷，在上述可變電容器釋放蓄積電荷時(shí)，儲(chǔ)存該電荷。

根據(jù)又一實(shí)施例，施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小變化是與檢測(cè)系統(tǒng)20的上升(Up)或下降(Down)信號(hào)同步地實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)又一實(shí)施例，在構(gòu)成連接于一個(gè)傳感器信號(hào)線16的一個(gè)傳感器14的兩個(gè)面，與彼此不同的物件18對(duì)向而形成有傳感器電容CS。

一種檢測(cè)方法，其感應(yīng)因物件18的接近而產(chǎn)生的傳感器電容CS的情形，且包含如下步驟：(a)連接于外部接地端VG的上述物件18與傳感器14對(duì)向，附加形成于其之間的傳感器電容器cs的步驟；(b)對(duì)一側(cè)與傳感器14共通連接，另一側(cè)連接于系統(tǒng)接地端GND1的輔助電容器caux施加充電電壓Vchg的步驟；及(c)對(duì)連接有上述傳感器14的檢測(cè)系統(tǒng)20施加交替的系統(tǒng)電源，信號(hào)檢測(cè)部22在上述傳感器14檢測(cè)電壓而檢測(cè)傳感器電容器的大小或大小變化量的步驟。

根據(jù)一實(shí)施例，上述系統(tǒng)電源由正(Positive)系統(tǒng)電源Vsupply與上述系統(tǒng)接地端GND1構(gòu)成，上述正系統(tǒng)電源Vsupply為以上述系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)的DC電壓。

根據(jù)另一實(shí)施例，上述正系統(tǒng)電源Vsupply與上述系統(tǒng)接地端GND1為同相(Same Phase)，且為以大地接地端為基準(zhǔn)而進(jìn)行交替的AC電壓。

根據(jù)又一實(shí)施例，在上述AC電壓的大小發(fā)生變化的反曲點(diǎn)，包含DC區(qū)域。

根據(jù)又一實(shí)施例，在上述DC區(qū)域內(nèi)對(duì)傳感器14及與傳感器14連接的電容器進(jìn)行充電，或者將在檢測(cè)系統(tǒng)20中運(yùn)算的結(jié)果輸出至外部。

根據(jù)又一實(shí)施例，在將檢測(cè)系統(tǒng)20的運(yùn)算結(jié)果輸出至外部時(shí)，系統(tǒng)接地端(GDN1)與外部接地端相互連接。

根據(jù)又一實(shí)施例，基于施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)電源的大小變化而在上述傳感器14檢測(cè)到的電壓的大小基于輔助電容器caux與傳感器電容器cs的電荷共用現(xiàn)象發(fā)生變化。

根據(jù)又一實(shí)施例，在發(fā)生上述電荷共用現(xiàn)象時(shí)，上述輔助電容器caux供給上述傳感器電容器cs所需的電荷、或充入上述傳感器電容器釋放的電荷。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述輔助電容器caux為存儲(chǔ)電容器cst。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述存儲(chǔ)電容器cst形成于檢測(cè)系統(tǒng)20的內(nèi)部。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述輔助電容器caux為雜散電容器cp。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述雜散電容器為自上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端觀察到的所有雜散電容器的等效電容器。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG不受系統(tǒng)電源的大小變化的影響。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG為大地接地端。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG為DC電壓。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述外部接地端VG為不受施加至系統(tǒng)的AC電壓的影響的AC電壓。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的電壓的大小與施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小變化同步地發(fā)生變化。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述信號(hào)檢測(cè)部22在未形成傳感器電容器cs時(shí)，基于施加至檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源而在傳感器14檢測(cè)電壓，在物件與傳感器14對(duì)向而附加傳感器電容器cs時(shí)，檢測(cè)傳感器14中的電壓，利用檢測(cè)到的兩個(gè)電壓的差(Difference)，抽選物件18與傳感器14的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e。

根據(jù)又一實(shí)施例，以充電電壓Vchg對(duì)上述傳感器14進(jìn)行充電，在未形成上述傳感器電容器cs時(shí)，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓由以下<公式4>決定，在上述物件18接近傳感器14而附加傳感器電容器cs時(shí)，以充電電壓Vchg對(duì)上述傳感器14進(jìn)行充電，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓由以下<公式5>決定，上述電壓的差(Difference)是因<公式4>與<公式5>的差而產(chǎn)生。

<公式4>V_P-V_supply+V_chg

<公式5>

(其中，Vp為在由傳感器14檢測(cè)到的電壓的大小，Vsupply為系統(tǒng)電源交替的電壓的大小，Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓，CAUX為輔助電容器caux的電容，CS為產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容)

根據(jù)又一實(shí)施例，在上述物件18為多個(gè)時(shí)，在形成于多個(gè)物件與多個(gè)傳感器14之間的多個(gè)傳感器電容CSn附加在信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端時(shí)，在以充電電壓Vchg對(duì)上述傳感器進(jìn)行充電后，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓由以下<公式6>決定。

<公式6>

(其中，Vp為在傳感器14檢測(cè)到的電壓的大小，Vsupply為系統(tǒng)電源交替的電壓的大小，Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓，CAUX為輔助電容器caux的電容，CS為產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容，n為傳感器電容器的個(gè)數(shù))

根據(jù)又一實(shí)施例，基于通過一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)物件及一個(gè)動(dòng)態(tài)物件18而于信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電壓Vp的按照時(shí)差(Time difference)產(chǎn)生的差異，抽選形成于動(dòng)態(tài)物件與對(duì)向的傳感器14之間的傳感器電容值CS的按照時(shí)差(Time difference)產(chǎn)生的電容變化量。

根據(jù)又一實(shí)施例，在檢測(cè)傳感器14的電壓時(shí)，上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端處于至少1MΩ以上的高阻抗?fàn)顟B(tài)。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述信號(hào)檢測(cè)部22包含ADC。

根據(jù)又一實(shí)施例，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的所有電容器的電容位于“擺動(dòng)未達(dá)要素”的分母。

根據(jù)又一實(shí)施例，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的所有電容器中的另一側(cè)連接于上述系統(tǒng)接地端GND1的固定電容器的電容位于“擺動(dòng)未達(dá)要素”的分母。

根據(jù)又一實(shí)施例，連接于上述信號(hào)檢測(cè)部22的輸入端的所有電容器中的另一側(cè)連接于上述外部接地端VG的可變電容器的電容位于“擺動(dòng)未達(dá)要素”的分子。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述固定電容器是即便施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小發(fā)生變化，也保持初始電荷量。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述可變電容器是若施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源以外部接地端電位為基準(zhǔn)而變大，則蓄積更多的電荷，若施加至上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源以外部接地端電位為基準(zhǔn)而變小，則釋放已蓄積的電荷。

根據(jù)又一實(shí)施例，上述固定電容器是于上述可變電容器可蓄積更多的電荷時(shí)，供給上述電荷，在上述可變電容器釋放蓄積電荷時(shí)，儲(chǔ)存該電荷。

根據(jù)又一實(shí)施例，施加于上述檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源的大小變化與檢測(cè)系統(tǒng)20的上升(Up)或下降(Down)信號(hào)同步地實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)又一實(shí)施例，在構(gòu)成連接于一個(gè)傳感器信號(hào)線16的一個(gè)傳感器14的兩個(gè)面，與不同的物件18對(duì)向而形成有傳感器電容CS。

根據(jù)一方面，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元包含：

固定電容器，其具有固定的電容(fixed capacitance)；

可變電容器，其產(chǎn)生根據(jù)與外部物件(object)的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e而變化的可變電容(variation capacitance)；及

信號(hào)檢測(cè)部，其與施加至上述固定電容器的交流電壓同步化(synchronize)而檢測(cè)因于上述固定電容器與上述可變電容器之間流動(dòng)的電荷引起的電壓變化。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元還包含開關(guān)元件，其用于以DC電壓對(duì)上述固定電容器進(jìn)行充電、或?yàn)榱擞诔潆姾蟊４嫠潆姷碾姾啥３指?dòng)狀態(tài)，

上述信號(hào)檢測(cè)部是基于檢測(cè)到的上述電壓變化，獲得上述可變電容器的可變電容。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元還包含傳感器，其感應(yīng)上述電壓變化，

上述可變電容器形成于與上述物件接觸的導(dǎo)電體與上述傳感器之間。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，基于在上述信號(hào)檢測(cè)部獲得的上述可變電容器的可變電容，獲得上述物件與上述導(dǎo)電體之間的間隔、或上述物件與上述導(dǎo)電體接觸的面積。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述固定電容器具有對(duì)于通過與上述信號(hào)檢測(cè)部的連接而產(chǎn)生的雜散電容器(parasitic capacitor)的電容(capacitance)、與儲(chǔ)存上述電荷的存儲(chǔ)(storage)電容器的電容的等效電容(equivalent capacitance)。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元還包含：

第1接地端(ground)；及

第2接地端(ground)；且

上述固定電容器與上述第1接地端接地，上述可變電容器與上述第2接地端接地。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述第1接地端與上述交流電壓為相同的頻率、同相(in-phase)，且保持固定大小的振幅差(amplitude difference)，藉此若以上述第1接地端為基準(zhǔn)，則對(duì)上述固定電容器施加DC電壓。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述第2接地端為DC電壓為零(zero)的大地接地端或固定大小的DC電壓。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，在輸出上述信號(hào)檢測(cè)部的結(jié)果時(shí)，上述第1接地端與上述第2接地端相互連接，上述交流電壓保持固定大小的DC電壓。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述第1接地端及上述交流電壓于第1持續(xù)期間(duration)內(nèi)具有第1頻率，在與上述第1持續(xù)期間不同的第2持續(xù)期間內(nèi)具有與上述第1頻率不同的第2頻率，上述第1頻率與上述第2頻率交替。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元還包含傳感器，其包含對(duì)向的兩個(gè)感測(cè)面，連接于一個(gè)傳感器信號(hào)線而感應(yīng)上述電壓變化，

通過與上述各感測(cè)面接觸的兩個(gè)不同的物件，產(chǎn)生兩個(gè)可變電容器。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元還包含多個(gè)傳感器，其感應(yīng)上述電壓變化，

通過施加至上述多個(gè)傳感器的多個(gè)物件，產(chǎn)生多個(gè)可變電容器。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述信號(hào)檢測(cè)部感應(yīng)未產(chǎn)生上述可變電容時(shí)的上述傳感器或上述多個(gè)傳感器中的各個(gè)傳感器的第1電壓、與產(chǎn)生通過所施加的上述物件而產(chǎn)生的上述可變電容時(shí)的上述傳感器或上述多個(gè)傳感器中的各個(gè)傳感器的第2電壓，基于上述第1電壓與上述第2電壓的差異(voltage difference)，獲得上述可變電容或上述多個(gè)可變電容。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述第1電壓為固定大小的DC電壓即第1充電電壓(第1Vchg)與上述交流電壓的和，上述第2電壓為上述第1電壓與上述電荷于上述固定電容器與上述可變電容器之間完成流動(dòng)后的通過上述傳感器檢測(cè)到的電壓的差。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元還包含大地接地端，其為固定大小的DC電壓，

若上述交流電壓以上述大地接地端為基準(zhǔn)而變大，則上述可變電容器蓄積自上述固定電容器接收的電荷，若上述交流電壓以上述大地接地端為基準(zhǔn)而變小，則上述固定電容器蓄積自上述可變電容器接收的電荷。

較佳為，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元中，上述信號(hào)檢測(cè)部的輸入端具有至少1MΩ以上的高阻抗。

根據(jù)一方面，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法是在系統(tǒng)中獲得上述可變電容的，該系統(tǒng)包含感應(yīng)電壓變化的傳感器、具有固定的電容的固定電容器、及產(chǎn)生根據(jù)與外部物件的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e而變化的可變電容的可變電容器，且上述聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法包含如下步驟：

DC電壓充電步驟，其是以DC電壓即充電電壓對(duì)上述傳感器及上述固定電容器進(jìn)行充電；

交流電壓施加步驟，其是對(duì)上述固定電容器施加交流電壓；

信號(hào)檢測(cè)步驟，其是與上述交流電壓同步化而通過信號(hào)檢測(cè)部檢測(cè)因于上述固定電容器與上述可變電容器之間流動(dòng)的電荷引起的電壓變化；及

可變電容獲得步驟，其是基于上述電壓變化，獲得上述可變電容。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，在與上述物件接觸的導(dǎo)電體與上述傳感器之間形成上述可變電容。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法在上述DC電壓充電步驟與上述交流電壓施加步驟之間還包含：

為了保持保存充電于上述傳感器及上述固定電容器的電荷的浮動(dòng)狀態(tài)，斷開開關(guān)元件的步驟；及

基于上述可變電容，獲得上述物件與上述導(dǎo)電體之間的間隔或上述物件與上述導(dǎo)電體接觸的面積的步驟。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述固定電容器具有對(duì)于通過與上述信號(hào)檢測(cè)部的連接而產(chǎn)生的雜散電容器(parasitic capacitor)的電容(capacitance)、與儲(chǔ)存上述電荷的存儲(chǔ)(storage)電容器的電容的等效電容(equivalent capacitance)。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法還包含如下步驟：

第1接地端接地步驟，其是使上述固定電容器與第1接地端接地；及

第2接地端接地步驟，其是使上述可變電容器與第2接地端接地。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述第1接地端與上述交流電壓為相同的頻率、同相(in-phase)，且保持固定大小的振幅差(amplituude difference)，藉此若以上述第1接地端為基準(zhǔn)，則對(duì)上述固定電容器施加DC(direct current)電壓。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述第2接地端為DC電壓為零(zero)的大地接地端或固定大小的DC電壓。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，在輸出上述信號(hào)檢測(cè)部的結(jié)果時(shí)，上述第1接地端與上述第2接地端相互連接，上述交流電壓保持固定大小的DC電壓。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述第1接地端及上述交流電壓于第1持續(xù)期間(duration)內(nèi)具有第1頻率，在與上述第1持續(xù)期間不同的第2持續(xù)期間內(nèi)具有與上述第1頻率不同的第2頻率，上述第1頻率與上述第2頻率交替。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法還包含使不同的兩個(gè)物件與上述傳感器的對(duì)向的兩個(gè)感測(cè)面的各個(gè)接觸而產(chǎn)生兩個(gè)可變電容器的步驟。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述傳感器為多個(gè)，且還包含通過與上述多個(gè)傳感器接觸的多個(gè)物件，產(chǎn)生多個(gè)可變電容器的步驟。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述信號(hào)檢測(cè)部藉感應(yīng)于未產(chǎn)生上述可變電容時(shí)的上述傳感器或上述多個(gè)傳感器中的各個(gè)傳感器的第1電壓、與產(chǎn)生通過所施加的上述物件產(chǎn)生的上述可變電容時(shí)的上述傳感器或上述多個(gè)傳感器中的各個(gè)傳感器的第2電壓，基于上述第1電壓與上述第2電壓的差異(voltage difference)，獲得上述可變電容或上述多個(gè)可變電容。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述第1電壓為上述充電電壓與上述交流電壓的和，上述第2電壓為上述第1電壓與上述電荷在上述固定電容器與上述可變電容器之間完成流動(dòng)后的通過上述傳感器檢測(cè)到的電壓的差。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法還包含與固定大小的DC電壓即大地接地端接地的步驟，

若上述交流電壓以上述大地接地端為基準(zhǔn)而變大，則上述可變電容器蓄積自上述固定電容器接收的電荷，若上述交流電壓以上述大地接地端為基準(zhǔn)而變小，上述固定電容器蓄積自上述可變電容器接收的電荷。

較佳為，聯(lián)動(dòng)于AC電壓的電容檢測(cè)方法中，上述信號(hào)檢測(cè)部的輸入端具有至少1MΩ以上的高阻抗。

[發(fā)明的效果]

根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)單元，具有如下效果：在施加至電容檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)電源的大小發(fā)生變化時(shí)，施加至欲檢測(cè)電容的大小或變化量的被檢測(cè)電容器的電壓的大小發(fā)生變化而蓄積于被檢測(cè)電容器的電荷量發(fā)生變化，從而可利用隨著電荷量的變化而于在檢測(cè)部檢測(cè)到的電壓中產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，檢測(cè)電容的大小或電容變化量。

附圖說明

圖1是關(guān)于間接地測(cè)定電容的現(xiàn)有實(shí)施例的圖。

圖2是關(guān)于檢測(cè)位移的傳感器的實(shí)施例。

圖3是將圖1所示的電容檢測(cè)系統(tǒng)更具體化的實(shí)施例。

圖4是由兩個(gè)活塞構(gòu)成的位移傳感器的實(shí)施例。

圖5是表示本發(fā)明的電容檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖6是檢測(cè)本發(fā)明的傳感器電容的電路的一實(shí)施例。

圖7是關(guān)于大小與相位規(guī)則性地交替的交流電壓的圖。

圖8是關(guān)于大小與相位不規(guī)則性地交替的交流電壓的圖。

圖9a、圖9b是多個(gè)物件使用于本發(fā)明的電容檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖10是可檢測(cè)多個(gè)傳感器電容的檢測(cè)系統(tǒng)的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖及實(shí)施例，詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的較佳的實(shí)施例進(jìn)行說明。

首先，本發(fā)明是有關(guān)于一種聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容的檢測(cè)單元，更具體而言是有關(guān)于一種于構(gòu)成電容器的兩個(gè)導(dǎo)電體間的距離發(fā)生變化、或因兩個(gè)導(dǎo)電體間的對(duì)向面積發(fā)生變化而電容器的電容發(fā)生變化時(shí)，容易地檢測(cè)該情形的單元。

本發(fā)明檢測(cè)形成于手指或類似于此的具有電特性的導(dǎo)電體(以下稱為物件)與傳感器之間的電容。此處，“非接觸輸入”是指于物件(Object)與傳感器間隔固定距離的狀態(tài)下形成電容。物件可接觸至覆蓋傳感器的基板的外表面。然而，在該情形時(shí)，物件與傳感器還保持非接觸狀態(tài)。因此，物件對(duì)傳感器的接觸能夠以“接近”的用于表達(dá)。另一方面，對(duì)于覆蓋傳感器的基板的外表面，可為接觸有物件的狀態(tài)，因此在本說明書中，通用“接近”與“接觸”。

又，在以下說明的如“～部”的構(gòu)成是執(zhí)行某種作用的構(gòu)成要素，如由緩沖器(Buffer)構(gòu)成的信號(hào)輸入部那樣執(zhí)行單位作用、或指如軟件(software)、或如場(chǎng)可程式化閘陣列(Field-Programmable Gate Array，簡稱：FPGA)或特殊應(yīng)用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，簡稱：ASIC)的硬體構(gòu)成要素。又，“～部”可包含于更大的構(gòu)成要素或“～部”、或包含更小的構(gòu)成要素及“～部”。又，“～部”也可本身具有單獨(dú)的中央處理單元(Central Processing Unit，簡稱：CPU)。

在以下的附圖中，為了明確表現(xiàn)多個(gè)層及區(qū)域，擴(kuò)大表示厚度或區(qū)域。在說明書全文中，對(duì)類似的部分使用相同的附圖標(biāo)記符號(hào)。在說明為層、區(qū)域等部分位在其他部分“上”或“上面”時(shí)，該情形不僅包含位于其他部分的“正上方”的情形，而且還包含在其中間存在另一部分的情形。與此相反，在說明為某個(gè)部分位于其他部分的“正上方”時(shí)，意味著在其中間不存在其他部分。

又，本說明書中記載的“信號(hào)”在無特別說明時(shí)，統(tǒng)稱電壓或電流。

又，在本說明書中，“電容(Capacitance)”具有可蓄積電荷的能力，“電容器(Capacitor)”是指具有電容的元件(Element)。在本說明書中，電容器以英文小寫表示，電容以英文大寫表示。例如，c1/C1是指稱為c1的電容器的電容為C1。

本發(fā)明的開關(guān)元件例如可為繼電器(Relay)、金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor，簡稱：MOS)開關(guān)、雙極接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，簡稱：BJT)、場(chǎng)效電晶體(Field Effect Transistor，簡稱：FET)、金氧半場(chǎng)效應(yīng)電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，簡稱：MOSFET)、絕緣閘極雙極型電晶體(Innsulated Gate Bipolar Transistor，簡稱：IGBT)、薄膜電晶體(Thin Film Transistor，簡稱：TFT)、運(yùn)算放大器(Operational AMPlifier，簡稱：OPAMP)，還可通過該等之間的同種間或異種間的結(jié)合而形成。開關(guān)元件可無關(guān)輸入輸出端子的個(gè)數(shù)，使用輸入輸出通過可接通/斷開輸入輸出的單元而接通/斷開的所有元件。

另一方面，作為開關(guān)元件的一例，互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，簡稱：CMOS)開關(guān)通過P型金氧半導(dǎo)體(P-channel Metal Oxide Semiconductor，簡稱：PMOS)與N型金氧半導(dǎo)體(N-channel Metal Oxide Semiconductor，簡稱：NMOS)的相互組合而形成，且輸入輸出端子相互連接，但單獨(dú)存在接通/斷開控制端子，從而一同連接于相同的控制信號(hào)、或單獨(dú)地連接于單獨(dú)的控制信號(hào)而決定接通/斷開狀態(tài)。繼電器(Relay)是若對(duì)控制端子施加電流，則無損耗地輸出施加于輸入端子的電壓或電流的元件，BJT是如下元件：若在將高于基極(Base)的臨限電壓(Threshold voltage)的電壓施加至基極的狀態(tài)下，向基極端子流入電流，則按照固定量增大的電流自集極(Collector)流向射極(Emitter)。又，TFT作為使用于構(gòu)成液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，簡稱：LCD)或主動(dòng)陣列有機(jī)發(fā)光二極體(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，簡稱：AMOLED)等的顯示裝置的畫素部的開關(guān)元件，由控制端子即閘極(Gate)端子、輸入端子即源極(Source)端子、及輸出端子即汲極(Drain)端子構(gòu)成，且為如下元件：若對(duì)閘極端子施加較施加于汲極端子的電壓高出臨限電壓以上的電壓，則實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，并且包含于施加于閘極端子的電壓的大小內(nèi)的電流自輸入端子流向輸出端子。

又，在本說明書中，所謂“施加(forcing)信號(hào)(signal)”是指，已保持某種狀態(tài)的信號(hào)的位準(zhǔn)(Level)改變、或于目前的浮動(dòng)(Floating)狀態(tài)下連接于某個(gè)信號(hào)。例如，所謂向開關(guān)元件的接通/斷開控制端子施加信號(hào)也指現(xiàn)有的低(Low)位準(zhǔn)電壓變成高(Hi)位準(zhǔn)電壓，且也指為了接通/斷開開關(guān)元件，對(duì)無任何信號(hào)而成為浮動(dòng)的狀態(tài)的開關(guān)元件的接通/斷開控制端子施加某種電壓。

又，本發(fā)明檢測(cè)形成于傳感器與導(dǎo)電體之間的電容的大小或電容的變化量，電容的大小或電容以相同的含義使用。又，將用以檢測(cè)電容的大小或電容的變化量的電容器統(tǒng)稱為“被檢測(cè)電容器”。

本說明書中所使用的檢測(cè)系統(tǒng)可為集成電路即IC或各種電路零件在印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱：PCB)上相互連接的“電路物”、或可為IC的一部分或“電路物”的一部分。例如，所謂對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)施加AC電源是指，對(duì)IC整體或電路物整體施加電源、或僅對(duì)IC的一部分或電路物的一部分施加AC電源。

又，在本說明書中，大地接地端(Ground)或絕對(duì)接地端(Ground)為大地電位即零(zero)V，大地接地端、絕對(duì)接地端、及大地電位以相同的含義使用。

對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)供給以檢測(cè)系統(tǒng)本身具有的接地端電位為基準(zhǔn)的電源，將檢測(cè)系統(tǒng)的接地端與電源統(tǒng)稱為系統(tǒng)電源。又，系統(tǒng)電源分為正(Positive)系統(tǒng)電源及系統(tǒng)接地端而使用，正系統(tǒng)電源為以系統(tǒng)接地端為基準(zhǔn)而供給至檢測(cè)系統(tǒng)的電壓。

又，若未在本說明書中特別提及，則所有電壓或電位均以大地電位為基準(zhǔn)而決定大小。例如，在將正系統(tǒng)電源設(shè)為20V時(shí)，意味著以大地電位為基準(zhǔn)而大小為20V，在正系統(tǒng)電源以系統(tǒng)接地端為基準(zhǔn)而設(shè)為5V時(shí)，意味著正系統(tǒng)電源與系統(tǒng)接地端的電位差為5V。

又，在本說明書中，電壓(Voltage)與電位(Potential)以等同的含義使用，將具有特定大小的電壓表示為電位。

又，供給至檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)電源為內(nèi)部電源。因此，非內(nèi)部電源的所有電源稱為外部電源或外部電位。大地接地端也為外部電位。

施加至本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)的AC電壓可利用電池而制作。電池的接地端為浮動(dòng)(floating)接地端，因此若電池的接地端不與大地接地端相互連接，則由電池制作的本發(fā)明的AC電壓無法以大地電位為基準(zhǔn)而定義絕對(duì)大小。因此，在為了提及利用如電池的浮動(dòng)接地端產(chǎn)生的AC電壓的絕對(duì)大小而以大地電位為基準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)大地電位與如電池的接地端的浮動(dòng)接地端接地。

又，在本說明書中，P點(diǎn)的電位、與在傳感器14檢測(cè)到的電位、在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的電位、或在緩沖器15的輸入端檢測(cè)到的電位均為相同含義。

又，在本說明書中，作為表示電壓的大小的符號(hào)(symbol)的Vsupply或VG也用作表示電壓的大小或特定電壓的符號(hào)。例如，Vsupply為表示正系統(tǒng)電源的符號(hào)，用作表示20V的交替電壓的電壓的大小。

在對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說明前，參照由兩個(gè)活塞構(gòu)成的位移傳感器的實(shí)施例即圖4，簡單地對(duì)在本發(fā)明中檢測(cè)電容的原理進(jìn)行說明。圖4是由玻璃或塑膠制作、或在虛擬的主體(Body)內(nèi)部由兩個(gè)對(duì)向的活塞構(gòu)成的汽缸。在實(shí)際使用例中，活塞的形狀并無限制，呈各種幾何形狀。例如，活塞由圓形、矩形、或各種多邊形構(gòu)成。對(duì)向的活塞也可呈彼此相同的幾何形狀，也可呈彼此不同的幾何形狀。就該方面而言，支撐兩個(gè)活塞的主體為虛擬的主體，汽缸上側(cè)的活塞或下側(cè)的活塞可通過自外部施加的力、或通過本身的能量而改變位置或改變對(duì)向面積。

在兩個(gè)活塞之間，填充有具有特定的介電常數(shù)的物質(zhì)。例如，空氣的介電常數(shù)為1，玻璃具有5或6左右的介電常數(shù)。又，可分別對(duì)兩個(gè)活塞施加特定的電壓。在圖4的實(shí)施例中，對(duì)上端的活塞施加Vf的電壓，對(duì)下端的活塞施加0(zero)V。

如圖4的實(shí)施例，試圖利用由兩個(gè)活塞構(gòu)成且形成于兩個(gè)活塞之間的電容的變化而檢測(cè)兩個(gè)活塞的位移是本發(fā)明的優(yōu)異的實(shí)施例。或是，使人的手指接近電梯的按鈕，檢測(cè)形成于按鈕與人的手指之間的電容器的電容而測(cè)定手指與按鈕之間的距離，從而基于此驅(qū)動(dòng)電梯的電梯系統(tǒng)也為本發(fā)明的又一實(shí)施例。

參照本發(fā)明的實(shí)施例即圖4，兩個(gè)導(dǎo)電體以對(duì)向面積“S”與對(duì)向距離“d”相面對(duì)，在兩個(gè)導(dǎo)電體之間填充有介電常數(shù)為“ε”的介電體。如圖4的右側(cè)等效電路及公式所示，在兩個(gè)導(dǎo)電體之間形成有電容器，所形成的電容器具有在圖4的右側(cè)公式定義的電容C。

若對(duì)具有電容“C”的兩個(gè)導(dǎo)電體供給電壓或電流，則在電容器蓄積通過V＝Q/C的關(guān)系式得出的電荷。此處，V為施加至電容器的電壓的大小，C為所產(chǎn)生的電容，Q為蓄積于電容器的電荷量。

參照“V＝Q/C”的公式，因施加至電容器的電壓的變化而蓄積于具有相同的電容的電容器的電荷量發(fā)生變化，或即便施加至電容器的電壓相同，若電容的大小發(fā)生變化，則還在儲(chǔ)存于電容器的電荷量中產(chǎn)生差異。

若將此種原理應(yīng)用至圖4，則如下。在圖4的相互對(duì)向的活塞的距離保持為固定時(shí)，若施加至活塞的一側(cè)的電壓Vf的大小變大，則蓄積于形成在對(duì)向的活塞之間的電容器的電荷量變多，若上端的活塞移動(dòng)而兩個(gè)活塞的距離變窄，則在圖4中檢測(cè)到的電容變大，因此因相同的施加電壓Vf而蓄積在活塞之間的電荷量變多。

此時(shí)，在與被施加Vf的電壓的活塞對(duì)向的活塞，連接用以移動(dòng)電流的接地端。接地端為0(zero)V的電位、如1V或100V的DC電壓、或大小及相位發(fā)生變化的AC電壓。

圖5是表示本發(fā)明的電容檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。參照?qǐng)D5，具有由開關(guān)元件10、傳感器14、傳感器信號(hào)線16、存儲(chǔ)電容器cst、雜散電容器cp、及高(Hi)阻抗輸入元件12構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)。

開關(guān)元件10于對(duì)開關(guān)接通/斷開控制端子10-3施加高(Hi)電壓即Von時(shí)接通(Turn on)，向開關(guān)輸出端子10-2輸出連接于開關(guān)輸入端子10-1的充電電壓Vchg，以固定時(shí)間向傳感器14及與其連接的所有電容器施加充電電壓而以“Vchg”的大小對(duì)該等電容器進(jìn)行充電。若完成充電，則向開關(guān)接通/斷開控制端子10-3施加低(Low)Voff電壓而使開關(guān)元件10接通(Turn off)，藉此去除向連接于P點(diǎn)的電容器充電的充電電壓Vchg而P點(diǎn)保持充電電壓。在自開關(guān)元件10到達(dá)連接于P點(diǎn)的電容器的路徑、及至高阻抗輸入元件12的路徑，存在固定大小的電阻成分，藉此發(fā)生充電時(shí)間的延遲，但在本說明書中，假設(shè)不存在無電阻成分。

在本發(fā)明中，為了檢測(cè)P點(diǎn)的電位，應(yīng)使用高阻抗輸入元件12。高阻抗(Hi Impedance，以下稱為Hi-z)輸入元件12使用緩沖器(Buffer)、運(yùn)算放大器(OPAMP)、或MOS/FET等的Gate端子。在以下的說明書中，Hi-z輸入元件12混用作緩沖器15。緩沖器15或Hi-z輸入元件12作為構(gòu)成信號(hào)檢測(cè)部22的要素，應(yīng)表示在圖6的信號(hào)檢測(cè)部22的內(nèi)部，但在圖6中，為了強(qiáng)調(diào)為Hi-z輸入，分開表示信號(hào)檢測(cè)部22與緩沖器15。

若在以充電電壓Vchg對(duì)P點(diǎn)進(jìn)行充電后，開關(guān)元件10斷開，則開始連接于圖5的P點(diǎn)的電容器的放電，為了將放電最小化，較理想的是連接于P點(diǎn)的開關(guān)元件10及緩沖器15為Hi-z狀態(tài)。Hi-z狀態(tài)的輸入元件的阻抗至少為1MΩ以上。又，在P點(diǎn)檢測(cè)到的開關(guān)元件10的斷開狀態(tài)阻抗至少為1MΩ以上。

通過下文將述的電荷共用現(xiàn)象，信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)P點(diǎn)的電壓而運(yùn)算形成于傳感器14與物件18之間的電容，在運(yùn)算中或運(yùn)算完成后，再次以Vchg對(duì)P點(diǎn)進(jìn)行充電，重復(fù)基于電荷共用現(xiàn)象的檢測(cè)P點(diǎn)的電壓的流程。

cst作為存儲(chǔ)(Storage)電容器，發(fā)揮向圖5的傳感器電容器cs供給電荷或充入傳感器電容器cs釋放的電荷的作用。存儲(chǔ)電容器cst可設(shè)置于下文將述的檢測(cè)系統(tǒng)20的內(nèi)部、或附著于檢測(cè)系統(tǒng)的外部。

cp作為雜散電容器(Parasitic Capacitor)，是自圖5的P點(diǎn)觀察到的所有雜散電容器的總和即等效電容器。例如，雖未圖示，但在開關(guān)元件10的輸出端子10-2與開關(guān)接通/斷開(on/off)控制端子10-3之間存在雜散電容器，且在Hi-z輸入元件12的輸入端存在雜散電容器。又，在使用多個(gè)傳感器14的情形時(shí)，若多個(gè)傳感器信號(hào)線16以相互鄰接的方式配線，則與該等傳感器14之間存在寄生電容器。

在檢測(cè)系統(tǒng)20中必需cst，因此可在檢測(cè)系統(tǒng)20的內(nèi)部形成cst，或也可利用自然形成的cp而執(zhí)行存儲(chǔ)電容器的作用。參照?qǐng)D5的cst或cp，相同地連接于P點(diǎn)，且連接于相同的接地端。因此，根據(jù)簡單的電路知識(shí)，cst與cp可由一個(gè)等效電路構(gòu)成，以后將該cst與cp表示為輔助電容器caux及輔助電容CAUX。輔助電容器caux發(fā)揮如下作用：在下文將述的電荷共用現(xiàn)象中，向下文將述的可變電容器供給電荷、或蓄積可變電容器釋放的電荷。

cs作為以傳感器14與物件18及其之間的介電體為媒介而形成的傳感器電容器，具有“CS”大小的電容。物件18能夠以觸碰電梯的按鍵的手指為例，每個(gè)人的手指的大小不同，且隨著時(shí)間的推移而于對(duì)向面積與對(duì)向距離中發(fā)生變化，因此傳感器電容的大小具有隨時(shí)變化的特征。

在本發(fā)明中，在物件18中，并非系統(tǒng)電源的外部電源用作接地端，外部電源如圖4的連接于下側(cè)汽缸的接地端那樣直接連接于物件18，可如站立于地面的人與大地電位虛擬地連接那樣虛擬地與物件18連接。在本發(fā)明中，以接地端連接于物件18的外部電源也稱為外部接地端，表示為虛擬接地端(Virtual Ground，以下稱為VG)。

虛擬接地端VG為大地接地端、或以大地接地端為基準(zhǔn)的DC電壓或AC電壓。例如，當(dāng)人以一只手握持三波長螢光燈并以另一只手按壓電梯的按鈕時(shí)，VG成為自三波長螢光燈輸出的交流電壓。虛擬接地端VG還可使用如電池的接地端的浮動(dòng)接地端。當(dāng)使用浮動(dòng)接地端時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的所有電壓的大小均以浮動(dòng)接地端為基準(zhǔn)而定義。在本說明書中，大地接地端包含浮動(dòng)接地端，也以相同的含義使用。

圖6是檢測(cè)本發(fā)明的傳感器電容的電路的一實(shí)施例，若利用圖6對(duì)檢測(cè)傳感器電容器cs的電容CS的方法進(jìn)行說明，則如下。圖6的以橢圓包圍的部分為檢測(cè)系統(tǒng)20。檢測(cè)系統(tǒng)20包含信號(hào)檢測(cè)部22，可產(chǎn)生系統(tǒng)電源即AC電壓、包含CPU。系統(tǒng)電源可于檢測(cè)系統(tǒng)20產(chǎn)生，也可自外部供給。

在檢測(cè)系統(tǒng)20中，將為了檢測(cè)傳感器電容器cs的傳感器電容CS而使用的AC電源稱為系統(tǒng)電源或系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)電源由正系統(tǒng)電源即Vsupply與系統(tǒng)接地端GND1構(gòu)成。

正系統(tǒng)電源即Vsupply以系統(tǒng)接地端即GND1為基準(zhǔn)為DC電壓。例如，Vsupply以GND1為基準(zhǔn)為3.3V的DC電壓。

雖然Vsupply以GND1為基準(zhǔn)為3.3V的DC電壓，但Vsupply以大地接地端為基準(zhǔn)為大小與相位發(fā)生變化的AC電壓。例如，Vsupply能夠以大地接地端為基準(zhǔn)，按照特定周期上升10V或下降10V?；蛘?，可在某個(gè)時(shí)點(diǎn)按照15V上升或下降、或在某個(gè)時(shí)點(diǎn)按照20V上升或下降。在本說明書中，將系統(tǒng)電源按照特定的電壓上升或下降的情形稱為交替(Swing)。

又，用作系統(tǒng)電壓的交流電壓作為一實(shí)施例，也可如自10uS上升或下降10V、或自20uS上升或下降10V那樣改變相位。

Vsuppy與GND1為相互保持固定大小的電壓差的DC電壓，并且為Vsupply以大地接地端為基準(zhǔn)而大小與相位發(fā)生變化的AC電壓，因此GND1如Vsupply那樣為以大地接地端為基準(zhǔn)而大小與相位發(fā)生變化的AC電壓。

使用于檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源是以大地接地端為基準(zhǔn)而為AC電源，但以GND1為基準(zhǔn)而為DC電壓，因此作為用以運(yùn)算檢測(cè)系統(tǒng)20的信號(hào)檢測(cè)部22的電壓，可使用系統(tǒng)電源。

為了將于信號(hào)檢測(cè)部22運(yùn)算的某個(gè)值輸出至外部，較佳為系統(tǒng)接地端GND1與接收信號(hào)的外部結(jié)構(gòu)體的接地端相互連接。此時(shí)，施加于信號(hào)檢測(cè)部22的AC電壓較佳為保持不會(huì)交替的DC直流電壓的波形。該情形出現(xiàn)于圖8的t1時(shí)點(diǎn)或t2時(shí)點(diǎn)，AC電壓于交替的反曲點(diǎn)包含在特定期間內(nèi)保持固定大小的DC區(qū)域。包含于AC電壓的DC區(qū)域?yàn)樵诖_保下文將述的充電時(shí)間、或?qū)⑿盘?hào)檢測(cè)部的信號(hào)傳輸至外部中所需的區(qū)域。例如，為了在圖8的區(qū)域1的t2時(shí)點(diǎn)，在信號(hào)檢測(cè)部22完成某種運(yùn)算而將其輸出至未圖示的外部，25V的GND1可與大地接地端或包含檢測(cè)系統(tǒng)20的上級(jí)系統(tǒng)的接地端連接，上級(jí)系統(tǒng)也可具有使用DC電池(battery)的浮動(dòng)(Floating)接地端。

以信號(hào)檢測(cè)部22為基準(zhǔn)而所謂外部是指，包含信號(hào)檢測(cè)部22的IC或包含信號(hào)檢測(cè)部22的PCB的外部，另一方面，可為在IC的內(nèi)部或PCB的內(nèi)部去除信號(hào)檢測(cè)部22的其他區(qū)域。例如，在IC的內(nèi)部，信號(hào)檢測(cè)部22與驅(qū)動(dòng)圖4的活塞的驅(qū)動(dòng)部存在于其他區(qū)域，驅(qū)動(dòng)部的接地端與使用于信號(hào)檢測(cè)部22的系統(tǒng)接地端GND1不同時(shí)，存在在相同的IC內(nèi)的驅(qū)動(dòng)部也可表示為外部。

圖6的輔助電容器caux為存儲(chǔ)電容器cst與雜散電容器cp的等效電容器。又，傳感器電容器cs為形成在圖5的傳感器14與物件18之間的電容器，且電容的大小為CS。

傳感器14可連接于傳感器信號(hào)線16而遠(yuǎn)離檢測(cè)系統(tǒng)20。又，在使用多個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)20時(shí)，多個(gè)傳感器14能夠以間隔特定距離的方式配置，此時(shí)若與傳感器14連接的傳感器信號(hào)線16相互鄰接，則在傳感器信號(hào)線16之間產(chǎn)生雜散電容器cp，雜散電容包含于圖6的輔助電容CAUX。

在本發(fā)明中，對(duì)除物件18外的開關(guān)元件10、緩沖器15、或信號(hào)檢測(cè)部22部檢測(cè)系統(tǒng)20施加系統(tǒng)電源。系統(tǒng)電源由正系統(tǒng)電壓即“Vsupply”與系統(tǒng)接地端即“GND1”構(gòu)成，Vsupply對(duì)于GND1為DC，但對(duì)于大地接地端為交流。例如，Vsupply與GND1為相互保持5V的電位差的DC電壓。然而，如下文將述的圖7或圖8的實(shí)施例，系統(tǒng)電壓對(duì)于大地接地端為AC。

檢測(cè)系統(tǒng)20可由集成電路(Integrated Circuit，以下稱為IC)實(shí)現(xiàn)、或由安裝于PCB的電路實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的方法由不受限定的各種零件的組合構(gòu)成。若檢測(cè)系統(tǒng)20僅使用IC或PCB的一部分區(qū)域，則交流電壓僅可供給至IC或PCB的一部分區(qū)域即檢測(cè)系統(tǒng)20?；蛘撸部筛鶕?jù)電路構(gòu)成而供給至IC的整個(gè)區(qū)域或PCB的整體電路。

系統(tǒng)電源即AC電壓為大小(Amplitude)與相位(Phase)規(guī)則性地(Regular)交替的電壓、或大小與相位不規(guī)則性地(Non Regular)變動(dòng)的電壓。若利用圖7與圖8對(duì)交流電壓進(jìn)行說明，則如下。

圖7是關(guān)于大小與相位規(guī)則性地交替的交流電壓的圖，圖8是關(guān)于大小與相位不規(guī)則的交流電壓的圖。首先，若利用圖7對(duì)具有規(guī)則的大小與相位的交流電壓的情形進(jìn)行說明，則如下。

圖7是以大地電位為基準(zhǔn)，最大(Max)電壓為30V且最小(Min)電壓為10V而交替電壓的大小(Amplitude)為20V的AC電壓。因此，Vsupply以大地電位為基準(zhǔn)而交替20V。系統(tǒng)接地端即GND1與Vsupply保持5V。因此，系統(tǒng)接地端即GND1也為以大地電位為基準(zhǔn)，Max電壓為25V且Min電壓為5V而按照20V的大小交替的AC電源。藉此，系統(tǒng)電源Vsuppy以大地電位為基準(zhǔn)而為AC電壓，但以GND1為基準(zhǔn)(即，在將GND1作為接地端時(shí))而DC電壓為5V。又，AC電壓的周期為60Hz而相位(Phase)也規(guī)則。

如圖7，以大地電位為基準(zhǔn)而其大小與相位規(guī)則的AC電壓可作為系統(tǒng)電壓而施加，但大小與相位不規(guī)則的AC電壓可作為系統(tǒng)電源而施加，圖8是關(guān)于該情形的一實(shí)施例。

參照?qǐng)D8，以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)而正系統(tǒng)電源Vsupply的大小為5V，因此以GND1為基準(zhǔn)而Vsupply為DC電壓。圖8的區(qū)域1的AC電壓的變動(dòng)幅為20V，區(qū)域2的AC電壓的變動(dòng)幅為15V，區(qū)域3的AC電壓的變動(dòng)幅或大小為25V。區(qū)域1的AC電壓的上升周期與下降周期相同，區(qū)域2的AC電壓的上升周期與下降周期不同，該情形為在上升時(shí)無時(shí)間的延遲而上升，在下降時(shí)按照特定的周期下降的情形。區(qū)域3的AC電壓為在上升及下降時(shí)，進(jìn)行垂直上升及垂直下降的情形的實(shí)施例。如上所述，大小與相位不規(guī)則的AC電壓可用作系統(tǒng)電源。

在實(shí)際使用例中，較佳為如區(qū)域1至區(qū)域3所示的各種AC電壓不會(huì)混用作系統(tǒng)電源，且使用一個(gè)圖案(pattern)。然而，可按照事先程式化(program)的順序(Sequence)依次使用幾種圖案。

如圖8的實(shí)施例的系統(tǒng)電源的構(gòu)成并不規(guī)則，但為在以大地電位為基準(zhǔn)時(shí)，其大小發(fā)生變化的電壓，因此在本發(fā)明中，此種電壓也定義為AC電壓(或交流電壓)，此種不規(guī)則的AC波形具有可任意地決定周期、或上升圖案或下降圖案的傾斜度的優(yōu)點(diǎn)。

圖8的交替電壓可在所期望的時(shí)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電壓的上升或電壓的下降。對(duì)于事先程式化的系統(tǒng)電源的上升及下降的圖案是與自檢測(cè)系統(tǒng)20提供的上升(UP)或下降(Down)信號(hào)同步地產(chǎn)生。

當(dāng)物件18為人的手指，且以手指按壓電梯的按鈕時(shí)，可將成人的身體與大地電位接地的情形模型化，因此在此種情形時(shí)，圖6的VG為0(zero)V而大小不變。然而，系統(tǒng)電源為以大地電位為基準(zhǔn)而其大小交替的交流電壓，因此在系統(tǒng)電源的大小發(fā)生變化時(shí)，圖6的P點(diǎn)的電位與系統(tǒng)電源同步地交替。由于P點(diǎn)的電位交替，因此通過傳感器信號(hào)線16而施加至傳感器14的電源也為與P點(diǎn)相同地交替的電壓。

當(dāng)物件18的接地端為大小不變的0V的大地電位的情形時(shí)，在施加至傳感器14的系統(tǒng)電源的大小發(fā)生變化時(shí)，施加至形成于物件18與傳感器14之間的傳感器電容器cs的電壓的大小也與系統(tǒng)電源同步地發(fā)生變化。

若施加至具有相同的電容的電容器的電壓發(fā)生變化，則在通過Q＝CV的公式而充電的電荷量中產(chǎn)生差異。若如上所述那樣在施加至傳感器電容器cs的電壓中產(chǎn)生差異，則可利用產(chǎn)生充電于傳感器電容器的電荷量的差異的現(xiàn)象，檢測(cè)傳感器電容器的電容，于以下敘述詳細(xì)方法。

施加于物件18的外部電位VG大部分為大地接地端的情形較多，該情形為絕對(duì)大小為0(zero)V且為DC的情形。又，可連接包含檢測(cè)系統(tǒng)的上級(jí)系統(tǒng)的接地端，上級(jí)系統(tǒng)的接地端可為DC battery的浮動(dòng)接地端。外部接地端在某種情形時(shí)，可為DC且具有高于或低于系統(tǒng)電源的電壓。在圖7中，在VG＝50V的情形時(shí)，高于系統(tǒng)電源，在VG＝0的情形時(shí)，低于系統(tǒng)電源。AC電源可對(duì)物件18用作接地端VG，AC電壓直接連接于物件18，或者如物件18與三波長螢光燈鄰接而受到電磁影響的情形那樣AC電壓可間接地施加至物件18。在AC電源用作物件的接地端的情形時(shí)，不與施加至檢測(cè)系統(tǒng)20的AC電源具有關(guān)聯(lián)性。以后提及的AC電源為施加至檢測(cè)系統(tǒng)20的AC電源。

在系統(tǒng)電源為AC電壓時(shí)，對(duì)圖6的緩沖器15施加系統(tǒng)電源即AC電壓，應(yīng)對(duì)開關(guān)元件10的on/off控制端子或輸入端子10-1施加考慮到系統(tǒng)電源的適當(dāng)?shù)碾妷海瑸榱耸┘哟朔N電壓，在系統(tǒng)電源即AC電壓中需要DC區(qū)間。

作為一實(shí)施例，AC電源在區(qū)分圖8的區(qū)域1至區(qū)域3的上升與下降、或下降與上升的反曲點(diǎn)具有DC區(qū)間。

在AC電源的DC區(qū)間，對(duì)與傳感器14共通連接的所有電容器進(jìn)行充電。又，在AC電源的DC區(qū)間，實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)部22或檢測(cè)系統(tǒng)20的運(yùn)算、或向外部輸出某種信號(hào)或接收外部的信號(hào)。與信號(hào)檢測(cè)部22或檢測(cè)系統(tǒng)20收發(fā)信號(hào)的外部結(jié)構(gòu)體為CPU或與信號(hào)的輸入輸出相關(guān)的電路元件。外部結(jié)構(gòu)體的接地端可與檢測(cè)系統(tǒng)的接地端相同或不同。

在外部結(jié)構(gòu)體的接地端與檢測(cè)系統(tǒng)20的接地端不同的情形時(shí)，較佳為在將外部結(jié)構(gòu)體的接地端與檢測(cè)系統(tǒng)20的接地端相互連接的狀態(tài)下，進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)20與外部結(jié)構(gòu)體的信號(hào)的輸入輸出。

用以檢測(cè)本發(fā)明的傳感器電容CS的AC電壓可在上升或下降的所有區(qū)域內(nèi)檢測(cè)傳感器電容CS，為了使用下降區(qū)域，AC電壓應(yīng)預(yù)先完成上升，為了使用上升區(qū)域，AC電壓應(yīng)預(yù)先完成下降。

利用Vchg對(duì)圖6的P點(diǎn)進(jìn)行的充電較佳為在AC電壓的DC區(qū)間實(shí)現(xiàn)，但也可在為了實(shí)現(xiàn)AC電壓的下降而預(yù)先上升的區(qū)間、或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)AC電壓的上升而預(yù)先下降的區(qū)間實(shí)現(xiàn)充電。

在對(duì)于本發(fā)明的一實(shí)施例的圖6的電路中，P點(diǎn)的電位由以下<公式5>決定。

<公式5>

在上述<公式5>中，Vp為輸入至緩沖器15的P點(diǎn)的電位，Vsupply作為正系統(tǒng)電壓交替的電壓的大小而在圖7的情形時(shí)為20V，圖8的區(qū)域1為20V，圖8的區(qū)域2為15V。Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓，CAUX為存儲(chǔ)電容器cst或雜散電容器cp的等效電容器的電容。CS為產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容。

在<公式5>中，在正系統(tǒng)電源Vsupply上升的情形時(shí)，Vsupply為正值，在正系統(tǒng)電源Vsupply下降的情形時(shí)，Vsupply為負(fù)值。例如，圖6的Vchg為6V，若以6V對(duì)圖6的P點(diǎn)進(jìn)行充電后，開關(guān)元件10斷開而P點(diǎn)成為Hi-z，則因Vsupply上升10V而在通常的情形時(shí)，僅<公式5>的V_P＝(V_supply+V_chg)項(xiàng)發(fā)揮作用而P點(diǎn)的電壓變成16V。然而，在本發(fā)明中，若假設(shè)追加的為0.1，則<公式5>的Vp為15V，該情形意味著應(yīng)上升為16V的P點(diǎn)僅上升至15V。如下所述，未上升的1V由稱為“擺動(dòng)未達(dá)要素”的項(xiàng)(Term)決定，若已知CAUX，則可檢測(cè)CS，或可檢測(cè)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生的CS的變化量。

另一方面，在<公式5>中，在系統(tǒng)電源下降的情形時(shí)，Vsupply的大小應(yīng)使用-10V。作為一實(shí)施例，Vchg為16V，若在P點(diǎn)保持充電及Hi-z狀態(tài)的狀態(tài)下，系統(tǒng)電源下降10V，則通常圖6的P點(diǎn)變成6V。然而，若假設(shè)為0.1，則<公式5>的Vp如下。

V_P＝(16V-10V)-(-10V)×0.1＝7V。其意味著P點(diǎn)應(yīng)為6V，但僅下降1V，1V由傳感器電容的大小決定，因此可藉此得知傳感器電容的大小。

參照?qǐng)D7或圖8的關(guān)于系統(tǒng)電壓的波形，由于正系統(tǒng)電壓Vsuuply與系統(tǒng)接地端GND1相互保持固定的DC電壓，因此以大地接地端為基準(zhǔn)的系統(tǒng)接地端GND1也與正系統(tǒng)電壓Vsupply交替的交替電壓的大小相同。因此，<公式5>可如以下<公式6>那樣表示。

<公式6>

在以下說明書中，由于包含于公式的Vsupply具有與GND1相同的交替大小，因此<公式>的Vsupply與GND1可按照相同的含義使用，但將Vsupply作為代表來使用。因此，雖在公式中使用了Vsupply，但可由GND1取代而使用。

若在圖5中不存在物件18，則不會(huì)在傳感器14與物件18之間形成傳感器電容器cs，且由于CS為0(zero)，因此<公式6>可如以下<公式7>那樣表示。

<公式7>V_P＝V_supply+V_chg

<公式5>為于存在物件18時(shí)，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的P點(diǎn)的電位，<公式7>為在不存在物件18時(shí)，在信號(hào)檢測(cè)部22檢測(cè)到的P點(diǎn)的電位，因此可基于自<公式7>減去<公式5>的值，判斷物件18是否接近傳感器。

本發(fā)明也可如上所述那樣判別是否存在接近傳感器14的物件18，但也可檢測(cè)物件18與傳感器14的對(duì)向距離的變化或?qū)ο蛎娣e的變化。

作為檢測(cè)物件18與傳感器14的對(duì)向距離的變化或?qū)ο蛎娣e的變化的一實(shí)施例，若引用圖4的公式，則當(dāng)發(fā)生物件18與傳感器14的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e的變化時(shí)，形成于傳感器14與物件18之間的電容的大小發(fā)生變化。因此，若將于傳感器14與物件18具有特定的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e時(shí)檢測(cè)到的P點(diǎn)的電位稱為Vp1，且將因傳感器14與物件18的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e的變化產(chǎn)生的P點(diǎn)的電位稱為Vp2，則可根據(jù)自<公式5>檢測(cè)到的Vp1與Vp2的差(difference)，檢測(cè)物件18與傳感器14的對(duì)向距離的變化或?qū)ο蛎娣e的變化。

參照<公式5>的項(xiàng)，可如下那樣進(jìn)行整理。

(整理1)連接于P點(diǎn)的所有電容器的電容位于分母。

(整理2)未連接于系統(tǒng)接地端GND1的電容器的電容位于分子。

(整理3)連接于系統(tǒng)接地端GND1的電容器的電容位于分母。

如上所述，CAUX為一側(cè)連接于圖6的P點(diǎn)，另一側(cè)連接于系統(tǒng)接地端GND1的多個(gè)電容的等效電路，因此CAUX雖看似一個(gè)電容，但實(shí)際上由多個(gè)電容器的電容構(gòu)成。又，在基于圖6的<公式5>中，接地端連接于外部電源的電容器為一個(gè)，但在其他實(shí)施例中，可存在多個(gè)。

傳感器電容器cs的傳感器電容CS可在系統(tǒng)電源即AC電源上升或下降的所有情形時(shí)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，關(guān)于基于AC電源的上升或下降的傳感器電容CS的檢測(cè)的詳細(xì)實(shí)施例如下。

*系統(tǒng)電源上升的情形時(shí)的實(shí)施例

作為在系統(tǒng)電源上升的情形時(shí)，檢測(cè)傳感器電容的一實(shí)施例，若對(duì)在應(yīng)用圖6的檢測(cè)系統(tǒng)20中，將圖8的AC電源用作系統(tǒng)電源的情形進(jìn)行說明，則如下。在圖8的區(qū)域1前的t1，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)20的P點(diǎn)進(jìn)行充電，若假設(shè)充電電壓即Vchg為6V、CAUX＝20pF、CS＝1pF，則于Vsupply自Min向Max交替(Swing)20V時(shí)，Vsupply的值變大，因此<公式5>的Vsupply＝+20V。在交替完成后，在P點(diǎn)檢測(cè)到的電壓的大小如下。

<計(jì)算式1>

若假設(shè)在<計(jì)算式1>中不存在傳感器電容CS，則Vp的大小成為26V。該情形意味著若檢測(cè)系統(tǒng)使以6V進(jìn)行充電的P點(diǎn)上升20V，則成為26V。然而，若假設(shè)存在CS且其大小為1pF，則成為較26V小0.9524V的含義。在本說明書中，可檢測(cè)此種未達(dá)電壓而得知是否存在傳感器電容器，即可得知如在手指與電梯按鈕的實(shí)施例中所示那樣手指是否已按壓按鈕。又，可檢測(cè)此種未達(dá)電壓的大小變化而檢測(cè)傳感器14與物件18按照多大的對(duì)向距離對(duì)向、或?qū)ο蛎娣e為多少，若跟蹤此種值的變化量，則可檢測(cè)對(duì)向距離的變化或?qū)ο蛎娣e的變化。參照?qǐng)D4的公式，若物件18與傳感器14的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e發(fā)生變化，則電容發(fā)生變化，因此若對(duì)向距離與對(duì)向面積同時(shí)發(fā)生變化，則無法確認(rèn)電容因何而發(fā)生變化。因此，實(shí)際上較佳為在對(duì)向距離為固定的情形時(shí)，檢測(cè)對(duì)向面積的變化，或檢測(cè)對(duì)向面積固定地構(gòu)成系統(tǒng)且對(duì)向距離發(fā)生變化的情形時(shí)的對(duì)向距離的大小或變化量。

*系統(tǒng)電源下降的情形時(shí)的實(shí)施例

利用圖6的檢測(cè)系統(tǒng)及圖8的AC電源，在系統(tǒng)電源下降的情形時(shí)檢測(cè)電容的方法如下。首先，對(duì)圖6的P點(diǎn)進(jìn)行充電。在圖8的區(qū)域1的DC區(qū)域即t2時(shí)點(diǎn)，以大地電位為基準(zhǔn)而GND1的電壓的大小為25V。因此，在圖8的區(qū)域1的t2時(shí)點(diǎn)，以GND1為基準(zhǔn)而對(duì)圖6的P點(diǎn)將充入1V的Vchg、與以大地接地端為基準(zhǔn)而充入26V的Vchg為相同的含義。圖6的P點(diǎn)由26V的Vchg充電，若假設(shè)CAUX為20pF、CS＝1pF，則如圖8的區(qū)域1的后半部的實(shí)施例，在Vsupply自Max向Min下降20V時(shí)，Vsupply為-20V。因此，根據(jù)<公式5>，在系統(tǒng)電源下降20V后，在P點(diǎn)檢測(cè)到的電壓的大小如下。

<計(jì)算式2>

參照<計(jì)算式2>，意味著以26V充電的P點(diǎn)應(yīng)因系統(tǒng)電源下降20V而成為6V，但因傳感器電容器cs而小0.9524V。參照該值，表示如下情形：對(duì)于<公式5>的相同的參數(shù)(Parameter)，在系統(tǒng)電源上升或下降的情形時(shí)，小于目標(biāo)值的值相同。

在圖6或<公式5>中，將連接于外部接地端的物件18為一個(gè)的情形列舉為例，但某些系統(tǒng)存在多個(gè)物件18，且各物件18連接于大小相同或不同的外部接地端。在本說明書中，將多個(gè)外部接地端表示為VG1與VG2，且VG1與VG2均包含大小相同或不同的情形。

圖9是在本發(fā)明的電容檢測(cè)系統(tǒng)20中，使用有多個(gè)物件的情形的實(shí)施例，圖9a是固定有兩個(gè)物件18-1、18-2，且傳感器14移動(dòng)的情形，且是通過傳感器14的移動(dòng)而使d1與d2均發(fā)生變化的情形。d1為傳感器14與物件1(18-1)的對(duì)向距離，d2為傳感器14與物件2(18-2)的對(duì)向距離。假設(shè)傳感器14與各物件18-1、18-2的對(duì)向面積相同。傳感器14，與傳感器信號(hào)線16一同構(gòu)成有可使傳感器14運(yùn)動(dòng)的物體，因傳感器信號(hào)線16的移動(dòng)而于傳感器14與物件18-1、18-2之間產(chǎn)生位移。外部接地端1(VG1)通過彈簧線(Spring wire)而連接于物件1(18-1)，外部接地端2(VG2)通過彈簧線而連接于物件2(18-2)。傳感器電容器1(cs1)按照電容CS1的大小形成于傳感器14與物件1(18-1)之間，且也于傳感器14與物件2(18-2)之間形成有cs2/CS2。隨著傳感器14運(yùn)動(dòng)而CS1及CS2的大小發(fā)生變化。

圖9b是傳感器14及物件2(18-2)固定，但因物件18-1的移動(dòng)而物件1(18-1)與傳感器14之間的距離發(fā)生變化的情形時(shí)的實(shí)施例。參照?qǐng)D9b，可使物件1(18-1)運(yùn)動(dòng)的物體，一同連接有與物件1(18-1)連接的外部接地端1(VG1)。物件2(18-2)，連接有外部接地端2(VG2)。在如圖9b的實(shí)施例中，傳感器14及物件2(18-2)固定，因此該等之間的距離d2固定，且形成于該等之間的電容即CS2的大小也固定。然而，在傳感器14的另一側(cè)，具有與物件1一同形成的電容CS1，因物件1(18-1)的移動(dòng)而形成于該燈之間的電容即CS1的大小發(fā)生變化。

圖9a與圖9b雖對(duì)兩個(gè)物件的情形進(jìn)行了說明，但可實(shí)現(xiàn)包含更多的傳感器14及與該傳感器對(duì)向而形成電容器的更多的物件的系統(tǒng)。在本說明書中，雖僅以具有兩個(gè)物件的情形為例，但也可對(duì)于其以上的物件應(yīng)用本發(fā)明的原理。

圖10是可檢測(cè)多個(gè)傳感器電容的檢測(cè)系統(tǒng)的電路圖。參照?qǐng)D10，具有與兩個(gè)傳感器14對(duì)向的兩個(gè)物件18-1、18-2，兩個(gè)傳感器14為一個(gè)傳感器的兩面或不同的傳感器。在對(duì)檢測(cè)兩個(gè)傳感器電容CS1、CS2的檢測(cè)系統(tǒng)20供給以Vsupply的大小交替的AC電源時(shí)，在P點(diǎn)檢測(cè)到的信號(hào)如下。

<公式8>

在上述<公式8>中，Vp為輸入至緩沖器15的P點(diǎn)的電位，Vsupply為系統(tǒng)電壓交替的電壓的大小，Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓。CAUX為存儲(chǔ)電容器cst或雜散電容器cp的等效電容器的電容、或cs及cp的等效電容器的電容。CS為產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容，CS1為形成于傳感器14與物件1(18-1)之間的電容，CS2為形成于傳感器14與物件2(18-2)之間的電容。

在上述<公式8>中，如圖9a，于d1及d2一同變更的情形時(shí)，難以單獨(dú)地運(yùn)算d1與d2。然而，如圖9b，在d2固定的情形時(shí)，僅產(chǎn)生CS1的變化量，因此可基于CS1而檢測(cè)d1的大小、物件1(18-1)與傳感器14的對(duì)向面積的大小、或?qū)ο蛎娣e的大小變化。

在檢測(cè)多個(gè)傳感器電容的情形時(shí)，也相同地應(yīng)用(整理1)至(整理3)。

<公式8>為相對(duì)于兩個(gè)物件18-1、18-2而于P點(diǎn)檢測(cè)到的信號(hào)的公式，但在連接于外部接地端的物件為兩個(gè)以上的情形時(shí)，若將于圖10的P點(diǎn)檢測(cè)到的信號(hào)的公式一般化，則如以下<公式9>。

<公式9>

在上述<公式9>中，Vp為輸入至緩沖器15的P點(diǎn)的電位，Vsupply為系統(tǒng)電壓交替的電壓的大小，Vchg為以大地接地端為基準(zhǔn)的充電電壓。CAUX為存儲(chǔ)電容器cst或雜散電容器cp的等效電容器的電容。CS為于產(chǎn)生于傳感器14與物件18之間的傳感器電容器cs的電容，CS1為形成于傳感器14與物件1(18-1)之間的電容，CS2為形成于傳感器14與物件2(18-2)之間的電容。又，n為連接于外部接地端而與傳感器14對(duì)向的多個(gè)物件的個(gè)數(shù)，如在為一個(gè)時(shí)為1、為兩個(gè)時(shí)為2、為三個(gè)時(shí)為3那樣與物件的個(gè)數(shù)成正比。n為1時(shí)的<公式9>為<公式5>，在n為2時(shí)，<公式9>為<公式8>。

對(duì)于多個(gè)物件18，也相同地應(yīng)用(整理1)至(整理3)。

在檢測(cè)系統(tǒng)20使用多個(gè)傳感器電容器cs的情形時(shí)，可為一個(gè)傳感器14與多個(gè)物件對(duì)向，也可為一個(gè)傳感器與一個(gè)物件對(duì)向。

參照<公式9>與(整理1)至(整理3)，因多個(gè)物件18產(chǎn)生的多個(gè)傳感器電容CSn共通連接于檢測(cè)系統(tǒng)20的信號(hào)檢測(cè)部22。在多個(gè)傳感器電容器csn，連接有外部接地端VG，因此多個(gè)傳感器電容器csn作為可變電容器而進(jìn)行動(dòng)作，且與固定電容器誘發(fā)電荷共用的情形如上所述。然而，若在構(gòu)成多個(gè)傳感器電容器csn的多個(gè)物件與多個(gè)傳感器14發(fā)生位移或發(fā)生對(duì)向面積的變化，則無法得知在哪個(gè)物件18與傳感器14之間發(fā)生對(duì)向面積或?qū)ο蚓嚯x的變化。因此，只有在僅與構(gòu)成多個(gè)傳感器電容器csn的多個(gè)物件18中的一個(gè)物件對(duì)向的傳感器14之間發(fā)生位移或?qū)ο蛎娣e的變化，才可得知誘發(fā)傳感器電容CS的變化的物件。

若將多個(gè)物件中的誘發(fā)傳感器電容CS的變化的物件定義為動(dòng)態(tài)物件(Dynamic Object)，將不會(huì)誘發(fā)變化的物件定義為靜態(tài)物件(Static Obiect)，則通過動(dòng)態(tài)物件而發(fā)生傳感器電容的變化，因此可在<公式9>檢測(cè)到Vp發(fā)生變化，但靜態(tài)物件不會(huì)誘發(fā)<公式9>的傳感器電容CS的變化，因此不會(huì)發(fā)生在<公式9>定義的Vp的變化。

本發(fā)明可利用此種原理，在由多個(gè)可變電容構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)中，抽選因一個(gè)動(dòng)態(tài)物件發(fā)生的可變電容的變化量。

參照<公式9>，將在任意時(shí)點(diǎn)，通過動(dòng)態(tài)物件及可變物件檢測(cè)到的Vp儲(chǔ)存于未圖示的檢測(cè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器(memory)，若在經(jīng)過固定時(shí)間后再次檢測(cè)Vp后，對(duì)已檢測(cè)而儲(chǔ)存于記憶體的Vp與之后的Vp的差異進(jìn)行分析，則可得知因動(dòng)態(tài)物件誘發(fā)大小變化的傳感器電容CS的大小變化。

若假設(shè)物件與傳感器的距離固定，則當(dāng)將傳感器電容的大小變化量代入至圖4的公式時(shí)，可抽選動(dòng)態(tài)物件與傳感器的面積變化量，因此可執(zhí)行因動(dòng)態(tài)物件與傳感器的面積變化量引起的二次動(dòng)作、例如如改變電梯的移動(dòng)速度的關(guān)聯(lián)動(dòng)作。

無法通過利用<公式9>的一次信號(hào)檢測(cè)而檢測(cè)到形成于<公式9>的多個(gè)物件18與傳感器14之間的多個(gè)電容CSn，更佳的方法為在除一個(gè)傳感器電容外的剩余傳感器電容為固定的狀態(tài)下，檢測(cè)電容不固定的一個(gè)傳感器電容。

另一方面，若將<公式9>的項(xiàng)(term)定義為“擺動(dòng)未達(dá)要素”，則可得知擺動(dòng)未達(dá)要素與系統(tǒng)電源交替的大小成正比，且與與傳感器電容CS的大小成正比。參照<計(jì)算式1>或<計(jì)算式2>，“擺動(dòng)未達(dá)要素”為決定于系統(tǒng)電源交替時(shí)，在傳感器14交替的電壓無法以與系統(tǒng)電源的變化量相同的大小交替的值的因素。

“擺動(dòng)未達(dá)要素”是基于共通連接于圖6或圖10的P點(diǎn)即信號(hào)檢測(cè)部22的電容器相互間的電荷共用現(xiàn)象而產(chǎn)生，本發(fā)明的電荷共用現(xiàn)象可如下那樣進(jìn)行整理。

(整理4)共通連接于相同的檢測(cè)系統(tǒng)20的信號(hào)檢測(cè)部22的緩沖器15的電容器蓄積有特定的電荷量。為此，緩沖器15以Vchg充電，將因Vchg而各電容器蓄積的電荷量定義為初始電荷量。

(整理5)在整理4的電容器的一部分，連接有外部接地端。將連接于外部接地端的電容器稱為“可變電容器”。傳感器電容器cs為可變電容器。

(整理6)在整理4的電容器的一部分，連接有系統(tǒng)接地端GND1。將連接于系統(tǒng)接地端的電容器稱為“固定電容器”。輔助電容器caux為固定電容器。

(整理7)由于系統(tǒng)電源為AC電源，因此在系統(tǒng)電源發(fā)揮上升或下降的交替作用時(shí)，施加至(整理5)的可變電容器的電壓與系統(tǒng)電源同步而改變大小。根據(jù)Q＝CV的原理，因施加至具有相同的電容的電容器的電壓的變化，而在電容器所蓄積的電荷量中產(chǎn)生差異，因此若施加至可變電容器的電壓變大，則蓄積較初始電荷量更多的電荷，若施加至可變電容器的電壓變低，則釋放所蓄積的電荷，因此蓄積少于初始電荷量的電荷。

(整理8)固定電容器連接于系統(tǒng)接地端，因此即便因系統(tǒng)電源的交替，P點(diǎn)同步而按照相同的大小交替，因交替的系統(tǒng)接地端的影響而施加至固定電容器的電壓的大小與不會(huì)發(fā)生變化。因此，固定電容器的初始電荷量是即便發(fā)生系統(tǒng)電壓的交替，與繼續(xù)保持。

(整理9)自可變電容器釋放的電荷分配蓄積至固定電容器，根據(jù)Q＝CV的原理，固定電容器的電壓上升。

(整理10)在可變電容器可蓄積更多的電荷時(shí)，固定電容器向變動(dòng)電容器釋放電荷，根據(jù)Q＝CV的原理，固定電容器的電壓下降。

(整理11)以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)的P點(diǎn)的電壓由施加于固定電容器的電壓的大小決定，因此根據(jù)(整理9)及(整理10)，以系統(tǒng)接地端為基準(zhǔn)的P點(diǎn)的電壓的大小發(fā)生變化。

(整理12)若以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)而檢測(cè)到(整理11)的電壓的大小變化，則可得知變動(dòng)電容的大小或大小變化。

若基于如上所述的整理，引用圖8及圖10對(duì)因系統(tǒng)電源的交替而發(fā)生電荷共用現(xiàn)象的實(shí)施例進(jìn)行說明，則如下。在以下說明中，引用了圖9b的實(shí)施例，藉此一個(gè)傳感器14與兩個(gè)物件對(duì)向。由于物件2(18-2)與傳感器14固定，因此CS2的大小也不會(huì)發(fā)生變化。又，形成于傳感器14與物件1(18-1)之間的傳感器電容1(CS1)在保持相同的對(duì)向面積且對(duì)向距離發(fā)生變化、或保持相同的對(duì)向距離且對(duì)向面積發(fā)生變化的情形時(shí)，傳感器電容1(CS1)的大小發(fā)生變化，但在本實(shí)施例中，例示了保持相同的對(duì)向距離(圖9的d1)，對(duì)向面積發(fā)生變化而CS1的大小發(fā)生變化的情形。然而，此種方法僅為一實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解在傳感器14與物件1(18-1)的對(duì)向面積固定，但對(duì)向距離(d1)發(fā)生變化的情形時(shí)，CS1也發(fā)生變化。

本發(fā)明可檢測(cè)是否存在物件1(18-1)，且與可檢測(cè)物件1(18-1)與傳感器14的對(duì)向面積的變化量。例如，在圖9b中，若在任意時(shí)點(diǎn)檢測(cè)因傳感器14與物件1(18-1)的對(duì)向面積產(chǎn)生的P點(diǎn)的電位Vp，且隨著時(shí)間的經(jīng)過檢測(cè)Vp的變化量，則可檢測(cè)物件1(18-1)與傳感器的對(duì)向面積的變化量。例如，在<公式9>中，若假設(shè)于任意時(shí)點(diǎn)，Vp的大小為25V，在經(jīng)過固定時(shí)間后，Vp的大小為24V，則該情形意味著CS1的大小增加，因此意味著在經(jīng)過固定時(shí)間后，物件1(18-1)與傳感器14的對(duì)向面積增加。

以下內(nèi)容為基于系統(tǒng)電源的上升或下降而檢測(cè)傳感器電容CS的更詳細(xì)的實(shí)施例，且為應(yīng)用于上述整理的實(shí)施例。

*關(guān)于基于系統(tǒng)電源的上升而檢測(cè)傳感器電容的實(shí)施例

1.(整理4)的實(shí)施例

在圖10中，物件1(18-1)與傳感器14按照特定的固定距離及可變面積而對(duì)向，從而形成CS1的大小的可變電容，CS2也為連接外部接地端的可變電容，但電容的大小為固定。

物件1(18-1)的接地端即VG1假設(shè)為大地電位，物件2(18-2)的接地端即VG2以大地電位為基準(zhǔn)而假設(shè)為4V的DC。若以大地電位為基準(zhǔn)的Vchg設(shè)為6V，則在圖8的“t1”時(shí)點(diǎn)，開關(guān)元件10接通時(shí)，圖10的P點(diǎn)以6V充電。因此，圖10的P點(diǎn)以大地電位為基準(zhǔn)而為6V，但在圖8的t1時(shí)點(diǎn)，以大小為5V的GND1為基準(zhǔn)的圖10的P點(diǎn)的大小為1V。

隨著圖10的P點(diǎn)以Vchg的電壓充電，在連接于圖10的P點(diǎn)的電容器，以施加于本身另一側(cè)的電位為基準(zhǔn)而形成電壓。例如，在輔助電容器即caux，連接系統(tǒng)接地端GND1，在圖8的t1時(shí)點(diǎn)，系統(tǒng)接地端GND1的大小為5V，因此形成于caux的初始電壓的大小以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)而為1V。使輔助電容器caux的初始電壓以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)的原因在于，在輔助電容器caux連接有系統(tǒng)接地端GND1，且連接于外部接地端的傳感器電容器的基準(zhǔn)電壓以外部接地端VG為基準(zhǔn)而設(shè)定。

與傳感器電容器1(cs1)連接的VG1為0(zero)V，且P點(diǎn)為6V，因此在以VG1為基準(zhǔn)的傳感器電容器1(cs1)形成6V，以VG1為基準(zhǔn)而cs1的初始電壓為6V。又，VG2為4V，且P點(diǎn)為6V，因此以VG2為基準(zhǔn)的傳感器電容器2(cs2)的初始電壓為2V。

另一方面，根據(jù)Q＝CV的物理量，在各電容器中，根據(jù)電容器的電容及所形成的電壓而蓄積特定的電荷量。例如，在cs1中，充電有與電容CS1及初始電壓6V對(duì)應(yīng)的特定的電荷量，在輔助電容器caux中，充電有與電容CAUX及初始電壓1V對(duì)應(yīng)的電荷量。

如上所述，在連接于P點(diǎn)的所有電容器，充電有與電容器的電容及電壓對(duì)應(yīng)的電荷，將在發(fā)生系統(tǒng)電源的交替前所充電的電荷量稱為初始電荷量。

2.(整理5)及(整理7)的實(shí)施例

在圖10的物件1(18-1)，連接有外部接地端VG1而并非系統(tǒng)接地端GND1，在圖10的物件2(18-2)，也連接有外部接地端VG2。在施加至圖10的檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源如圖8的區(qū)域1的前半部那樣上升20V時(shí)，圖10的P點(diǎn)也與系統(tǒng)電源同步而上升20V。即便系統(tǒng)電源上升20V，并非系統(tǒng)電源的外部接地端VG1與VG2的大小也不會(huì)發(fā)生變化，因此因P點(diǎn)上升20V而施加至cs1與cs2的電壓的大小也改變20V。即，若隨著P點(diǎn)逐漸上升而cs1的初始電壓即6V成為26V，則cs2的初始電壓即2V成為22V(實(shí)際上，在電荷共用現(xiàn)象中產(chǎn)生未達(dá)電壓，但限定于可變電容器與固定電容器不進(jìn)行電荷共用的情形)。

隨著系統(tǒng)電壓的上升，形成于cs1及cs2的電壓與變大，根據(jù)Q＝CV的公式，蓄積于cs1及cs2的電荷量也變大。若cs1的初始電壓自6V變更為26V，且在CS1的大小中不存在變化，即若物件1(18-1)與傳感器14的對(duì)向面積及對(duì)向距離無變化，則在與cs1的初始電壓即6V相比增加20V的26V時(shí)，可蓄積與20V的差異成正比的更多的電荷。

又，cs2的初始電壓為2V，因系統(tǒng)電源的上升而施加至cs2的電壓上升至22V，因此cs2也可蓄積與系統(tǒng)電壓的上升部分即20V成正比的更多的電荷。

3.(整理6)及(整理8)的實(shí)施例

在圖10的輔助電容器caux中，連接有系統(tǒng)接地端GND1。因此，在施加至圖10的檢測(cè)系統(tǒng)20的系統(tǒng)電源通過圖8的區(qū)域1的前半部的圖案而上升20V時(shí)，系統(tǒng)接地端GND1也一同上升，因此施加至輔助電容器caux的電壓的大小不會(huì)發(fā)生變化(然而為假設(shè)不受可變電容器的影響的情形)。

施加至輔助電容器caux的初始電壓以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)而為1V，即便系統(tǒng)電壓上升20V，系統(tǒng)接地端GND1也上升20V，因此施加至caux的電壓保持初始電壓即1V的狀態(tài)。因此，與系統(tǒng)接地端連接的輔助電容器的電壓是即便系統(tǒng)電源上升也不會(huì)發(fā)生變化，且所充電的電荷量也不會(huì)發(fā)生變化。

4.(整理9)、(整理10)、(整理11)的實(shí)施例

參照?qǐng)D10，在系統(tǒng)電源的交替完成，且電荷共用現(xiàn)象完成而檢測(cè)系統(tǒng)20檢測(cè)P點(diǎn)的電壓時(shí)，開關(guān)元件10為斷開狀態(tài)，緩沖器15的輸入端為Hi-z狀態(tài)，因此P點(diǎn)為Hi-z狀態(tài)或浮動(dòng)(floating)狀態(tài)。在Hi-z狀態(tài)或浮動(dòng)狀態(tài)下，無法自檢測(cè)系統(tǒng)20的外部向P點(diǎn)供給電荷，通過電荷守恒定律，在P點(diǎn)保存電荷的總量。

可變電容器cs1、cs2可蓄積更多的電荷，因此可變電容器所需的電荷是自連接于系統(tǒng)接地端GND1的輔助電容器caux供給。即便系統(tǒng)電源上升，在輔助電容器caux蓄積電荷量中也不會(huì)發(fā)生變化，因此若將輔助電容器的電荷供給至可變電容器，則輔助電容器的電荷量減少，根據(jù)Q＝CV的原理，形成于輔助電容器的電壓的大小變小。即，輔助電容CAUX的大小為無變化的狀態(tài)，因此若電荷量Q減少，則電壓V變低。

輔助電容器連接于P點(diǎn)與系統(tǒng)接地端GND1之間，因此所謂輔助電容器的電壓變低是指以系統(tǒng)接地端GND1為基準(zhǔn)而P點(diǎn)的電壓變低。因此，以6V的Vchg充電的P點(diǎn)應(yīng)如圖8的前半部那樣通過上升20V的系統(tǒng)電源而成為26V，但未能達(dá)到26V，小于26V的電壓的大小是基于<公式9>的“擺動(dòng)未達(dá)要素”而決定。

5.(整理12)的實(shí)施例

參照<公式8>，若不存在物件1(18-1)，則也不存在CS1，故若此時(shí)已知所檢測(cè)到的電壓Vp1，因物件1(18-1)的出現(xiàn)而形成特定的CS1，且此時(shí)已知通過<公式8>檢測(cè)到的電壓Vp2，則可運(yùn)算Vp1與Vp2的差異而確認(rèn)出是否出現(xiàn)物件1(18-1)。利用此種原理，若感應(yīng)到手指觸碰電梯按鈕，則可使電梯動(dòng)作。

又，若物件1(18-1)與傳感器14的對(duì)向面積發(fā)生變化，則根據(jù)圖4的公式而CS1的大小發(fā)生變化，且變化的CS1的大小可通過<公式5>而得知，因此可檢測(cè)物件與傳感器的對(duì)向面積的變化(若對(duì)向面積固定，則可檢測(cè)對(duì)向距離的變化)。例如，在<公式8>中，在基于對(duì)固定的CS2及可變的任意CS1檢測(cè)到的Vp1而CS1的大小發(fā)生變化時(shí)，可通過檢測(cè)到的Vp2的大小變化即“Vp1-Vp2”，檢測(cè)CS1的大小變化。藉此，可進(jìn)行如下控制：若檢測(cè)到因人的手指隨著時(shí)間的經(jīng)過而更多地按壓電梯按鈕的傾向，而按鈕與手指的接觸面積逐漸增加，則使電梯的速度變快；若按鈕與手指的接觸面積逐漸減少，則使電梯的速度變慢。

以上的一實(shí)施例是參照物件為2個(gè)的圖10而進(jìn)行了說明，但在物件為2個(gè)以上的情形時(shí)，也可引用<公式9>來一般化而進(jìn)行說明。

*關(guān)于基于系統(tǒng)電源的下降檢測(cè)傳感器電容的實(shí)施例

在系統(tǒng)電源如圖8的區(qū)域1的后半部的圖案那樣下降的情形時(shí)，可基于電荷共用現(xiàn)象，檢測(cè)傳感器電容CS的絕對(duì)大小或大小變化。

在系統(tǒng)電源于圖8的區(qū)域1的t2時(shí)點(diǎn)完成充電后下降的情形時(shí)，施加至可變電容器的電壓減少，藉此蓄積至可變電容器cs的電荷量減少。因可變電容器的蓄積電荷量的減少而釋放的電荷蓄積至固定電容器，該電荷使固定電容器caux的電壓的上升，因此P點(diǎn)的電壓上升。因此，若系統(tǒng)電源下降，則P點(diǎn)產(chǎn)生無法按照系統(tǒng)電源下降的程度下降的未達(dá)電壓，未達(dá)電壓的大小基于<公式9>的“未達(dá)電壓要素”而決定的情形與之前說明的系統(tǒng)電源上升的情形的實(shí)施例相同。

在系統(tǒng)電源下降的情形時(shí)，作為檢測(cè)傳感器電容CS1的一實(shí)施例，若在圖10中，以大地電位為基準(zhǔn)的Vsupply設(shè)為30V、GND1設(shè)為25V、Vchg設(shè)為26V、VG1設(shè)為0V、VG2設(shè)為4V，則意味著Vchg相對(duì)于GND1大1V。若于以Vchg對(duì)P點(diǎn)進(jìn)行充電，斷開開關(guān)元件10的狀態(tài)下，通過圖8的區(qū)域1的Down信號(hào)而系統(tǒng)電源下降20V，則P點(diǎn)的電位應(yīng)成為6V，但因共通連接于P點(diǎn)的電容器的電荷共用現(xiàn)象，無法達(dá)到6V而成為高于6V的電壓，未達(dá)6V的電壓的未達(dá)電壓的大小是基于<公式9>的“未達(dá)電壓要素”而決定。

聯(lián)動(dòng)于AC即系統(tǒng)電源的電容的檢測(cè)法具有提高于圖10的P點(diǎn)檢測(cè)到的檢測(cè)信號(hào)而使SNR變良好的效果。

若在<公式5>中，在物件18與傳感器14之間形成CS為1pF的電容，則在<計(jì)算式2>中，Vp＝6.95238V。若物件18與傳感器14之間的對(duì)向距離或?qū)ο蛎娣e發(fā)生變化成為CS＝0.9pF，則<計(jì)算式2>的值成為Vp＝6.86124V。因CS的0.1pF產(chǎn)生的Vp的差異成為91mV。其在施加至以1V為檢測(cè)范圍的10bit的ADC時(shí)，具有約9％左右的解析度，因此即便在ADC中存在數(shù)％的噪音，也成為可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的等級(jí)。在現(xiàn)有的實(shí)施例中，解析度僅為1％左右，因此因存在信噪比較低而信號(hào)不可靠的問題，但根據(jù)聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容的檢測(cè)單元，具有在檢測(cè)系統(tǒng)20檢測(cè)到的信號(hào)的信號(hào)位準(zhǔn)提高9倍左右的效果，因此具有SNR提高而檢測(cè)信號(hào)可靠的優(yōu)點(diǎn)。

在檢測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)部，內(nèi)置有信號(hào)檢測(cè)部22。在信號(hào)檢測(cè)部22的內(nèi)部，包含ADC部、數(shù)位類比轉(zhuǎn)換(Digital to Analog Conversion，簡稱：DAC)、放大部、電源部、及檢測(cè)信號(hào)所需的電路要素。DAC使用于檢測(cè)P點(diǎn)的電位，檢測(cè)到的電位于放大部放大而輸入至ADC。在ADC部轉(zhuǎn)換成數(shù)位的信號(hào)傳輸至運(yùn)算部而運(yùn)算cs的電容或運(yùn)算CS的變化量。此種流程為一個(gè)一實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)然可實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施例。又，可在信號(hào)檢測(cè)部22添附未圖示的其他電路。

如上所述，本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)于AC電源的電容檢測(cè)裝置是欲檢測(cè)的電容的變化位于檢測(cè)公式的分子，藉此檢測(cè)感度提高，因此具有可穩(wěn)定地檢測(cè)信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。

如上所述，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施例及附圖，本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)明白，可于不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種置換、變形及變更。