静電容量スイッチ／センサー

質問

表面がシリコン・樹脂等、光を通す素材でできていて、
人がつかんでいる間ON、放すとOFFになるスイッチを静電容量式で作りたいと思っています。

物体全体が静電容量スイッチになっていて、そのための金属検出部分を露出させたくないです。
技術的に可能なのでしょうか？

どうやったら良いでしょうか？
あるいはその他の方法でいいモノがあるでしょうか。

回答No.4

inara1 · ベストアンサー

＞ちなみにこの導電板と検出電極をシリコンや樹脂でつつみ、さらに球のような物体全方向に対してタッチセンサーとすることは可能なのでしょうか？
紹介したタッチセンサは、たぶん検出範囲が狭いので、球体のどこにタッチしても動作させるようにするには、数多くのセンサが必要になります（導電板は共通にできます）。このセンサは静電容量で発振する回路を使っているようなので、センサ同士を近接させると誤動作するかもしれません。

資料 [1] に自作の多電極タッチセンサの記事があります。このような方式なら検出電極が増えても対応できると思いますが、静電気や外来ノイズ対策が何もされていないので、実験レベルならいいですが、何かのイベントに使うような目的ではお薦めできません。

静電容量でなく、人体が発する赤外線を検出する方式ならノイズの影響は少ないと思います。資料 [2] はキットで、数mの距離に人が来ると反応するものですが、感度を低く設定すれば指が近づいたときだけ反応するようにできると思います [3]。樹脂材料は赤外線を比較的通すのですが、この厚さを変えることで感度調節してもいいかもしれません。

[1]　多電極タッチセンサの作製（電子工作）　http://elm-chan.org/works/capsens/report_j.html
[2]　焦電型赤外線検出キット
　　　価格　\1500　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22K-00101%22&s=popularity&p=1&r=1&page=20&cl=1
　　　作製マニュアル　http://www.aki-den.jp/kit_manual/%90l%91%cc%8c%9f%8fo%8a%d6%8cW/K01_%8f%c5%93d%8c%5e%90%d4%8aO%90%fc.pdf
[3]　[2]の作製マニュアルの回路図（PDFファイル4ページ目）の、OPアンプについている2MΩの抵抗（２箇所）の値を小さくする

お礼

またまた詳細な説明、さらに丁寧な対応ありがとうございます。

なるほど。やはり表面を多電極にする必要があるのですね。
赤外線のセンサの件はこれだ！と一瞬思ったのですが、物体自体を光らせたいため、赤外線センサとぶつかってしまいそうです。

あう゛～。
あとは圧力センサとかその他の方法でしょうか。
構造が複雑になってしまうのを懸念しています。

何度もすいません。
でもどうしても実現したいと思っている案なんです。

回答No.5

inara1

「球形で光る物体」とは何でしょうか（地球儀ディスプレイ？）。その光は動画ですか？ 球面上のどこでタッチしたか分かるようにする必要がありますか？　球体の大きさはどれくらいでしょうか。物体が光っても赤外線成分（波長が 5μm 以上）が小さければ焦電センサは反応しません。もう少し具体的なことが分かればいいのですが・・

お礼

補足の方に打ってしまっていました。
こちらに書き直します。

いつも丁寧な回答ありがとうございます。
本当に感謝しています。
質問内容が曖昧で、連想ゲームのようになってしまったことをお許しください。

具体的に言うと、
光る物体とは手の上に乗るぐらい（直径10センチほど）の中にLED光源数個と、諸々の機器（タッチセンサー、電池、電磁誘導型充電コイル等）仕込んだ球で表面は光を通す素材（シリコン／樹脂等）で覆い、人が物体表面を触ったときにほわっと光り始めるという物です。

LEDの光は電球色を想定しています。

中に色々な構造を仕込まなくてはいけないので全体的に光らせるためにLEDを周囲にむかって数個置くつもりです。
完全に樹脂でつつむので充電は電磁誘導式でできないか？と思っています。

よろしくお願いします。

補足

質問内容が曖昧で、連想ゲームのようになってしまったことをお許しください。

具体的に言うと、
光る物体とは手の上に乗るぐらい（直径10センチほど）の中にLED光源数個と、諸々の機器（タッチセンサー、電池、電磁誘導型充電コイル等）仕込んだ球で表面は光を通す素材（シリコン／樹脂等）で覆い、人が物体表面を触ったときにほわっと光り始めるという物です。

LEDの光は電球色を想定しています。

中に色々な構造を仕込まなくてはいけないので全体的に光らせるためにLEDを周囲にむかって数個置くつもりです。
完全に樹脂でつつむので充電は電磁誘導式でできないか？と思っています。

よろしくお願いします。

回答No.3

inara1

＞ちなみに電池駆動としてGndが接地できない場合、どの程度のアースが必要になるのですか
説明資料を見ると
　　　タッチスイッチは、大地との静電容量を検出していますので、電源が電池の場合は
　　　＋又は－側を大地に対し大きな容量を持ったもの（筺体等）に直接あるいは1,000pF 程度
　　　のコンデンサを介して接続して下さい。
とあります。「大地」というのは、端子３の「GND」のことだと思います（本当のアースにつながなくても良い）。端子３と検出電極との間の静電容量の変化を捉えやすくするために、下図のように、検出端子の上側に穴の開いた導電板を置いて、導電板とGNDを直結するか、または1000pFのコンデンサを入れる といいのではないでしょうか。lunacava さんの言う「物体」とは、タッチセンサを仕込んだモノのことだと思いますが、これが大きくても、床から離れていても、下図のようにすれば、端子３と検出電極とを電気的に近づけることができます。

　　　　　　　　　　　検出電極
　導電板　━┯━　↓　━━
　　　　　　　　│　┌┸┐↓1 (Vcc)
　　　　　　　　│　│　 ├┬──────── +　
　　　　　　　　│　└┬┘0.1μF（パスコン） 　電池
　　　　　　　　└- C ┴─┴────────　-
　　　　　　　　　1000pF　↑3 (GND)

このままだと導電板がむき出しになるので、導電板全体に絶縁フィルムを貼ると良いでしょう。導電板の穴の大きさは実験してみて決めるしかないと思います。穴が小さすぎると、導電板と検出電極との間の静電容量が大きすぎて、指を置かなくても動作してしまいます。逆に穴が大きすぎると、指を置いても容量変化が小さすぎて動作しないかもしれません。上の図では、導電板は検出電極より高い位置にあるように描いていますが、これは作図の都合で、実際には同一平面上にあるように配置したほうがいいでしょう（感度が高すぎる場合は検出電極を下げてもいいですが）。

なお、タッチセンサの電源端子（１）とGND（３）との間には必ずパスコンを「最短経路」で入れてください（以前の質問者はこれで解決しました）。

お礼

丁寧に説明いただき本当にありがとうございます。
なるほど。コンデンサーを挟むことでGNDに接続したのと同じになるわけですね。

ちなみにこの導電板と検出電極をシリコンや樹脂でつつみ、さらに球のような物体全方向に対してタッチセンサーとすることは可能なのでしょうか？
何枚かの検出電極を置く必要があるでしょうか？
さすがにこれは実際にやってみないとわからない事なのかもしれませんね。

回答No.2

inara1

最近、タッチセンサの誤動作に関する質問（http://sanwa.okwave.jp/qa3925835.html）に回答した者ですが（無事動作しました）、質問文にある静電容量式のタッチセンサ（http://www.sensatec.co.jp/seihin/hts30.html）が使えるのではないでしょうか。

写真しかないので詳しくは分かりませんが、上面にあるコンセントの差込口のような││の部分の奥が電極になっていて、││の部分の上に指を置くと動作するもののようです。この電極自身は露出しておらず筐体表面より下にある（ように見える）ので、電極を指で触ることで動作するのではなく、指が上に来ることで電極間の静電容量が大きくなることを検出しているものと思われます。したがってシリコンゴムなどの絶縁物であれば、タッチする面の上に保護シートがあっても動作すると思います（シートが厚いと動作しないかもしれませんが）。

Webページの一番下にこのメーカのメールアドレスがあるので問い合わせてみてはいかがでしょうか。

お礼

丁寧な説明ありがとうございます！

なるほど。このような商品があることは知りませんでした。
センサに必要なもろもろがパッケージになっていて使いやすそうです。
少し調べてみます。

ちなみに電池駆動としてGndが接地できない場合、どの程度のアースが必要になるのですかね？
物体が１０～２０センチほどの大きさなのですが十分な容量が確保できるか分かりません。

回答No.1

kazusone

技術的にはおそらく実現可能でしょう。
シリコンシートの厚さ次第だと思います。水中使用だと無理かも。
設問の条件なら、静電式でなくてもシートスイッチや感圧センサー、歪みセンサーの方が確実かもしれませんね。

グリップ内に高周波駆動回路とセンスアンプを組み込んで、インピーダンスの変化を調べたり、グリップを容量性負荷に見立てて発振回路を構成し周波数変化で関知する方法などが考えられます。

参考URL：

http://www.cypress.com/capsense/

お礼

回答ありがとうございます！
水中使用は想定していませんが、シリコンシートの厚さが気になる所です。
球体のような物体で全方位がタッチセンサーになっているようなものを想定しています。

センサー面が平面ではなく球面であるため、効率的にスイッチの役割をするための方法を考えています。

＞グリップ内に高周波駆動回路とセンスアンプを組み込んで、インピーダンスの変化を調べたり、

つかむと書きましたが、圧力としては触っているという状態に近いです。
センサ部も立体という条件でさらに構造的に簡略化できないかと思い、静電式が良いのかなと思っていました。

＞グリップを容量性負荷に見立てて発振回路を構成し周波数変化で関知する方法などが考えられます。

↑これはどういった仕組みですか？比較的簡単に実現できるでしょうか？

質問に条件がすべて書かれていなかったことをお詫びします。