利用電磁感應來檢測物體的物體檢測裝置的製作方法

2023-10-07 22:14:29

專利名稱：利用電磁感應來檢測物體的物體檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測物體的物體檢測裝置，更具體地說，涉 及一種利用電磁感應來檢測由導電或磁性材料製成的待測物體的形狀 和距離該待測物體的距離的物體檢測裝置。
背景技術：
已經公知利用電磁感應來檢測由導電或磁性材料製成的物體的傳 統的技術，例如，在專利文獻1中公開了這種技術。這種技術在檢測 表面上二維地布置多個感應線圈，並根據在各感應線圈處的感應係數 的變化來檢測由導電或磁性材料製成的位置指示器的位置。此外，已 知在專利文獻2中公開了一種技術，該技術以矩陣形式布置多個傳感
器部，每個傳感器部具有位於線圈之間的緩衝材料，並根據電磁耦合 的程度的變化來檢測在傳感器部上的壓力分布。
專利文獻l:日本專利特開平10-198494 專利文獻2:日本專利特開2005-15647
發明內容
本發明所要解決的問題
然而，用於檢測由導電或磁性材料製成的物體的傳統的物體檢測 裝置具有以下問題。就是說，在專利文獻1中公開的技術目的在於檢 測僅由導電或磁性材料製成的物體，因此不能檢測由非導電/非磁性材 料製成的諸如手指(finger)的物體指示的位置。此外，在這種技術中， 需要具有與感應線圈相同數量的切換器，因此必須提供大量的感應線
圈和切換器，以便檢測物體的形狀，因而增加了成本。另外，在專利文獻2中公開的技術中，當由導電或磁性材料製成 的物體被放置在傳感器上時，儘管感應電流或感應電壓應通過壓力增 加，但由於導電或磁性材料的影響而導致感應電流或感應電壓減小或 增加。因此，能夠利用該技術測量的物體局限於導電或磁性材料。
由於以上情況，做出本發明，其目的是要提供一種物體檢測裝置， 該物體檢測裝置能以低成本穩定地檢測由導電或磁性材料製成的物體 的形狀，和離該物體的距離，並進一步能檢測由非導電/非磁性材料制 成的諸如手指的物體的指示位置。
解決問題的手段
為了實現以上目的，根據本發明的一個方面，提供一種物體檢測 裝置，該物體檢測裝置利用電磁感應來檢測放置在該裝置的檢測表面 上由導電或磁性材料製成的待測物體的形狀或離該物體的距離，所述
物體檢測裝置包括第一環線組，其中多個第一環線彼此平行地布置 在同一平面上，多個第一環線中的每個都具有多個線圈形狀的部分； 第二環線組，其中多個第二環線彼此平行地布置在同一平面上，多個 第一環線中的每個都具有多個線圈形狀的部分；第二環線組與第一環 線組平行地布置，並且多個第二環線分別垂直於多個第一環線布置； 間隔物，其使第一環線組與第二環線組之間的距離保持不變；多個電 磁耦合部，在所述電磁耦合部處第一環線和第二環線通過位於第一環 線和第二環線之間的交叉處的線圈形狀的部分彼此電磁耦合；驅動器,
該驅動器連接到第一環線組和第二環線組中的一個，並驅動連接到該 驅動器的環線組；以及檢測器，該檢測器連接到第一環線組和第二環 線組中的另一個，並從連接到該檢測器的環線組檢測電磁耦合部的每 個處的電磁耦合的程度的變化。
第一環線的每個的線圈形狀的部分在尺寸上可以不同於第二環線 的每個的線圈形狀的部分。物體檢測裝置可以包括第一環線組，其中多個第一環線彼此平 行地布置在同一平面上，所訴多個第一環線每個都具有多個線圈形狀 的部分；第二環線組，其中多個直線形狀的第二環線彼此平行地布置 在同一平面上；第二環線組平行於第一環線組布置，並且多個第二環 線分別垂直於多個第一環線布置；間隔物，其使第一環線組與第二環 線組之間的距離保持不變；多個電磁耦合部，在所述電磁耦合部處第 一環線和第二環線通過位於第一環線與第二環線之間的交叉處的線圈 形狀的部分彼此電磁耦合；驅動器，該驅動器連接到第一環線組和第 二環線組的中的一個，並驅動連接到該驅動器的環線組；以及檢測器， 該檢測器連接到第一環線組和第二環線組中的另一個，並從連接到該 檢測器的環線組檢測所述電磁耦合部的每個處的電磁耦合的程度的變 化。
此外，物體檢測裝置可以包括第一環線組，其中多個直線形狀 的第一環線彼此平行地布置在同一平面上；第二環線組，其中多個直 線形狀的第二環線彼此平行地布置在同一平面上；第二環線組平行於 第一環線組布置，並且多個第二環線分別垂直於多個第一環線布置； 間隔物，其使第一環線組與第二環線組之間的距離保持不變；多個電
磁耦合部，在電磁耦合部處第一環線和第二環線通過位於第一環線與 第二環線之間的交叉處附近的多個導電板彼此電磁耦合；驅動器，所
述驅動器連接到第一環線組和第二環線組中的一個，並驅動連接到該 驅動器的環線組；以及檢測器，該檢測器連接到第一環線組和第二環 線組中的另一個，並從連接到該檢測器的環線組檢測電磁耦合部的每 個處的電磁耦合的程度的變化。
導電板可以設置在位於相鄰的第一環線之間且位於相鄰的第二環 線之間的部分附近。
導電板可以設置在位於第一環線附近且位於相鄰的第二環線之間 的部分處，以及設置在位於第二環線附近且位於相鄰的第一環線之間的部分處。
導電板可以被固定以便導電板與第一環線組之間的距離以及導電 板與第二環線組之間的距離分別都是不變的。
導電板可以通過彈性材料設置在第一環線組及第二環線組附近。 在這種情況中，導電板與第一環線組之間的距離以及導電板與第二環 線組之間的距離被施加到該導電板上的壓力改變。
導電板可以形成為線圈形狀。
當待測物體和不同於該待測物體的位置指示器被放置在檢測表面 上時，在來自第一環線組和第二環線組中的一個的輸出信號的電平減 小的情況下，檢測器檢測該待測物體的形狀，而在來自第一環線組和 第二環線組中的一個的輸出信號的電平增加的情況下，檢測器檢測由 位置指示器指示的位置。
位置指示器可以具有以特定頻率同步的同步電路。在這種情況中， 驅動器以特定頻率來驅動第一環線組和第二環線組中的另一個。
此時，當待測物體、具有同步電路的位置指示器、以及不具有同 步電路的位置指示器被放置在檢測表面上時，驅動器以第一頻率和第 二頻率來驅動第一環線組和第二環線組中的另一個，並且同步電路以
第二頻率同步。當在以第一頻率驅動第一環線組和第二環線組中的另 一個的情況下，來自第一環線組和第二環線組中的一個的輸出信號的 電平減小時，檢測器可以檢測待測物體的形狀。當在以第一頻率驅動 在第一環線組和第二環線組中的另一個的情況下，來自第一環線組和 第二環線組中的一個的輸出信號的電平增加時，檢測器可以檢測由不
具有同步電路的位置指示器指示的位置。當在以第二頻率驅動第一環 線組和第二環線組中的另一個的情況下獲得的輸出信號的電平高於在
9以第一頻率驅動第一環線組和第二環線組的另一個的情況下獲得的輸 出信號的電平時，檢測器可以檢測由具有同步電路的位置指示器指示 的位置。
本發明的優點
根據本發明的物體檢測裝置具有以下優點，即能以低成本結構穩 定地檢測由導電或磁性材料製成的物體的形狀和離該物體的距離。此 外，該物體檢測裝置能夠被配置為檢測諸如手指的非導電/非磁性材料， 以及檢測由含有同步電路的位置指示器指示的位置。
具體實施例方式
將參照附圖來描述用於實施本發明的優選實施例。圖1是用於解 釋根據本發明的物體檢測裝置的整體構造的示意圖。如圖所示，根據 本發明的物體檢測裝置在其檢測表面10上具有第一環線組和第二環線 組，其中所述第一環線組具有多個第一環線1，所述第二環線組具有多
個第二環線2。根據本發明的物體檢測裝置進一步包括驅動部20和檢 測部30，其中所述驅動部20連接到第一環線1以便驅動第一環線組， 所述檢測部30連接到第二環線1以便從第二環線組檢測電磁耦合的程 度的變化。雖然在圖1中驅動部20連接到第一環線1，檢測部30連接 到第二環線2，但本發明不局限於這種構造，驅動部20可以連接到第 二環線2，檢測部30可以連接到第一環線1。
在本發明的物體檢測裝置中，第一環線1和第二環線2構成提供 電磁耦合部的檢測表面10，並且以高頻驅動第一環線1。當由導電材 料製成的待測物體被放置在檢測表面上時，由於待測物體的影響(屏 蔽效應)而導致電磁耦合的程度減小，從而從第二環線2測到的感應 電流或感應電壓變小。另一方面，當由磁性材料製成的待測物體被放 置在檢測表面上時，電磁耦合的程度增加，從而從第二環線2測到的 感應電流或感應電壓變大。本發明的物體檢測裝置利用這個現象來檢 測出現變化的電磁耦合部分的位置，來由此檢測待測物體的形狀和離該物體的距離。在待測物體由具有非常數電導率的導電材料製成或由 非常數磁導率的磁性材料製成的情況中，還能夠檢測電導率或磁導率 的變化分布。
在根據本發明的物體檢測裝置中，第一環線組由在同一平面中彼 此平行地布置的多個第一環線1組成。第二環線組由在同一平面中彼 此平行地布置的多個第二環線2組成。第二環線組平行於第一環線組 布置，並且第二環線2垂直於第一環線1布置。在第一和第二環線組
之間形成預定間距以便使其之間的距離保持不變。就是說，絕緣材料3
被設置在第一和第二環線組之間以便它們不會彼此接觸並且使其之間
的距離保持不變。絕緣材料3可以與構成檢測表面10的材料整合或分 離。
在根據本發明的物體檢測裝置中，第一環線1和第二環線2彼此 電磁耦合。下面，將描述根據本發明的物體檢測裝置的電磁耦合部的 更具體構造。
圖2是檢測表面的一部分的俯視圖，用以解釋根據本發明的物體 檢測裝置的電磁耦合部的構造。圖2 (a)示出以線圈形狀形成各布線 的示例，圖2 (b)示出以線圈形狀形成一組布線並且以直線形狀形成 另一組布線的示例，以及圖2 (c)示出以矩形形狀形成一組布線並且 以直線形狀形成另一組布線的示例。在根據本發明的物體檢測裝置中， 能夠形成如圖2 (a)所示的電磁耦合部從而第一和第二環線1和2彼 此電磁耦合。在圖2 (a)的示例中，以弧形形狀形成第一環線1來構 成小直徑線圈，並且以重疊的方式以弧形形狀形成垂直於第一環線1 的第二環線2來構成大直徑線圈。這種構造允許形成電磁耦合部。雖 然在附圖的示例中由第一環線1形成的線圈形狀的弧的直徑小於由第 二環線2形成的線圈形狀的弧的直徑，但本發明不局限於這種構造。 例如，由第一環線1形成的線圈形狀的弧的直徑可以等於由第二環線2 形成的線圈形狀的弧的直徑。還能夠形成如圖2 (b)中所示的電磁耦合部從而第一和第二環線 1和2彼此電磁耦合。在圖2 (b)的示例中，以弧形形狀形成第二環 線2來構成線圈，並且以直線的形狀形成垂直於第二環線2的第一環 線1。這個構造也允許形成電磁耦合部。雖然在該示例中以弧形形狀形 成第二環線2，並且以直線形狀形成第一環線1,但本發明不局限於這 種構造，還可以採用以直線形狀形成第二環線2並且以弧形形狀形成 第一環線1的構造。根據本發明的物體檢測裝置的環線可以具有諸如 菱形或螺旋形的任何形狀，只要它們形成能夠電磁耦合的線圈。
還能夠形成如圖2 (c)中所示的電磁耦合部從而第一和第二環線 彼此電磁耦合。在圖2 (c)的示例中，以矩形形狀形成第二環線2來 構成線圈，並且以直線形狀形成垂直於第二環線2的第一環線1。該構 造也允許形成電磁耦合部。雖然在該示例中以矩形形狀形成第二環線 2，並且以直線形狀形成第一環線1，但本發明不局限於這種構造，而 是可以採用以直線形狀形成第二環線2，並且以矩形形狀形成第一環線 1的構造。此外，可以採用第一和第二環線都以矩形形狀形成的構造。
如上所述，第一和第二環線被形成為彼此電磁耦合。能夠將電磁 耦合部的每一個形成為諸如弧形形狀、直線形狀、和菱形形狀的各種 形狀的線圈，以便允許第一和第二環線彼此電磁耦合。此外，在驅動 側的環線和檢測側上的環線之間的電磁耦合部處的線圈尺寸可以相 同。然而，替代地，在第一和第二環線之間的線圈尺寸可以不同。本 發明人進行的實驗表明當第一和第二環線的線圈尺寸不同時，檢測靈 敏度增加。更具體地說，根據本發明人在給定的條件下進行的實驗， 當待測物體被放置在檢測表面上時，在第一和第二環線之間的線圈尺 寸相同的情況下發生約20%的變化，而在第一和第二環線之間的線圈 中的一個是另一線圈的尺寸一半的情況下發生約60%的變化。由此明 顯可見，為了增加檢測靈敏度，優選改變第一和第二環線之間的線圈 尺寸。注意即使當使用小或大線圈作為驅動線圈時，也獲得如上相同的結果。
另外，根據本發明的物體檢測裝置中，能夠形成如圖3中所示的 電磁耦合部，從而第一和第二環線1和2以間接方式彼此電磁耦合。
圖3示出下述示例，即分別以直線形狀形成第一和第二環線，同時導
電板被設置在第一和第二環線之間的重疊部分附近以便允許第一和第
二環線彼此電磁耦合。圖3 (a)是檢測表面的一部分的俯視圖，而圖3 (b)是檢測表面的一部分的透視剖面圖。如圖所示，通過在直線地形 成的第一和第二環線1和2彼此正交的每個部分附近形成導電板4來 提供電磁耦合部中的每個。雖然在以直線形狀地正交地形成的第一和 第二環線1和2之間沒有實現電磁耦合，但當這樣設置導電板4時， 發生渦電流以允許在第一和第二環線1和2之間實現間接電磁耦合。 雖然在圖中導電板4設置在第一和第二環線彼此正交的部分上方，但 本發明不局限於此，而是只要實現電磁耦合，導電板可以設置在第一 和第二環線彼此正交的部分下方。此外，雖然在圖中導電板4被設置 為覆蓋第一和第二環線1和2彼此正交的部分，但本發明不局限於此， 而是導電板4還可以設置在由彼此交叉的布線限定的四邊形區域內， 以便當從圖的上方觀察時導電板4不與這些線重疊。在這種情況中， 導電板4可以不被設置在第一環線1或第二環線2上方，而是設置在 與第一環線1或第二環線2的相同的平面上。
除第一和第二環線1和2彼此正交的部分的附近外，導電板4可 以以以下形式設置。圖4是用於解釋在根據本發明的物體檢測裝置中 導電板的布置的變化的視圖。圖4 (a)示出導電板4設置在位於第一 環線組的相鄰的第一環線1之間且位於第二環線組的相鄰的第二環線2 之間的部分的附近的示例。圖4 (b)示出通過將圖3和圖4 (a)中所 示的構造進行組合而獲得的布置示例，其中導電板4設置在位於第一 和第二環線1和2彼此正交的部分的附近以及位於第一環線組的相鄰 的第一環線1之間且位於第二環線組的相鄰的第二環線2之間的部分 的附近。圖4 (c)示出導電板4設置在位於第一環線1的附近且位於相鄰的第二環線2之間的部分以及位於第二環線2的附近且位於相鄰 的第一環線1之間的部分的示例。利用導電板的這種布置形式，能夠
形成電磁耦合部。雖然導電板4設置在由彼此正交的布線限定的四邊
形區域內，以便當從圖的上方觀察時，不會與這些布線重疊，本發明
不局限於此，如圖3中所示，可以以下述方式設置導電板4，即以當從 圖上方觀察時與這些布線重疊。
如果只需要檢測將要放置在檢測表面上的由導電或磁性材料製成 的物體的形狀和離該物體的距離，則可以將導電板4固定從而導電板4 與第一環線組之間的距離以及導電板4與第二環線組之間的距離分別 是不變的。導電板4可以被埋入構成檢測表面10的絕緣材料3中或者 可以利用護板等保護其不被暴露。此外，雖然在圖中導電板4具有四 邊形形狀，但本發明不局限於此，導電板4還可以以圓形形狀形成或 以在中心具有孔的線圈形狀形成。
將再次參照圖1來描述根據本發明的物體檢測裝置的特定檢測過 程。首先，通過驅動部20驅動第一環線組。更具體地，驅動部20主 要由高頻振蕩器21、驅動器22、和切換器23組成，並且驅動部20順 序地連接到各第一環線，以從而順序地驅動第一環線1。替代地，可以 採用對於每個第一環線改變驅動頻率，並且一次驅動這些第一環線的 構造。
第二環線2連接到檢測部30，檢測部30檢測第一和第二環線1 和2之間的電磁耦合的程度的變化。檢測部30主要由切換器31、放大 器32、同步檢測部33、和A/D (模擬/數字)轉換部34組成。檢測部 30順序地連接到第二環線2，以從而順序地檢測來自這些第二環線的 感應電流或感應電壓。還連接到振蕩器21的輸出的同步檢測部33，將 振蕩器21的輸出與第二環線的每個的輸出相乘，並且對結果進行時間 積分。可以採用下述構造即通過為各第二環線提供檢測電路或者通 過以組合的方式使用頻率濾波器電路來一次檢測來自所有檢測線圈的感應電流或感應電壓。
驅動部20和檢測部30通過諸如DSP (數位訊號處理)等的微型 計算機40來控制,並被配置為能夠獲得需要的輸出。具體地，首先將 驅動部20連接到第一環線中的第一個，並且將檢測部30順序地連接 到第二環線以便在這個例程測量輸出信號。之後，將驅動部20連接到 第一環線中的第二個，並且將檢測部30順序地連接到第二環線以便在 這個例程測量輸出信號。通過重複以上過程，能夠測量對應於第一和 第二環線之間的交叉點的XY坐標的檢測表面IO上的所有位置處的輸 出信號。可以採用下述過程即將檢測部30連接到第二環線中的第一 個，並且將驅動部20順序地連接到第一環線以便在這個例程測量輸出 信號。驅動部和檢測部的構造不局限於圖1中所示的示例，而是只要 驅動部能夠驅動第一環線，並且檢測部能夠檢測來自第二環線的感應 電流或感應電壓，驅動部和檢測部可以具有任意構造。
當導電材料被放置在檢測表面上10時，在對應於由導電材料覆蓋 的第一和第二環線1和2之間的交叉處的每個部分處的電磁耦合的程 度被減小，從而從第二環線2測得的感應電流或感應電壓變小。然後， 對輸出已經減小所在的XY坐標進行繪製。結果是，能夠檢測放置在檢 測表面上的導電材料的形狀。在接觸檢測表面的一側上的導電材料的 表面不是平整而是不規則等的情況中，從第二環線2測得的感應電流 或感應電壓的減小程度變化。這允許根據輸出的大小來檢測導電材料 與檢測表面之間的距離。結果是，能夠根據輸出的變化分布來檢測導 電材料的表面的狀態。在具有非常數電導率的導電材料被放置在檢測 表面上的情況中，能夠根據輸出的變化分布來檢測電導率的變化分布。
當磁性材料被放置在檢測表面IO上時，在對應於由磁性材料覆蓋 的第一和第二環線1和2之間的交叉處的每個部分處的電磁耦合的程 度增加，從而從第二環線2測得的感應電流或感應電壓變大。然後， 對輸出已經增大所在的XY坐標進行繪圖。結果是，能夠檢測放置在檢
15測表面上的磁性材料的形狀。在接觸檢測表面的一側上的磁性材料的 表面不是平整而是不規則等的情況中，從第二環線2測得的感應電流 或感應電壓的減小程度變化。這允許根據輸出的大小來檢測磁性材料 與檢測表面之間的距離。結果是，能夠根據輸出的變化分布來檢測磁 性材料的表面的狀態。在具有非常數磁導率的磁性材料被放置在檢測 表面上的情況中，能夠根據輸出的變化分布來檢測磁導率的變化分布。
將參照圖5來描述本發明的另一實施例。圖3中所示的導電板被 固定以便使導電板4與第一環線組之間的距離以及導電板4與第二環 線組之間的距離分別保持不變。另一方面，圖5中所示的實施例具有 導電板4與第一環線組之間的距離和導電板4與第二環線組之間的距 離變化的構造。如圖5中所示，第一和第二環線1和2被設置在絕緣 材料3中，同時彈性材料5被設置在絕緣材料3與導電板4之間。當 對導電板4施加壓力時，導電板4與第一環線組之間的距離以及導電 板4與第二環線組之間的距離變化。當導電板4與第一環線組之間的 距離以及導電板4與第二環線組之間的距離變化時，來自第二環線的 輸出信號也變化。更具體地說，當導電板4與第一環線組之間的距離 以及導電板4與第二環線組之間的距離變小時，電磁耦合的程度增加， 從而從第二環線測得的感應電壓或感應電流增加。圖5中所示的本發 明的物體檢測裝置利用這個現象以從而不僅檢測導電或磁性材料的形 狀以及離該材料的距離，還檢測作為施加有壓力的指示位置的電磁耦 合部的程度變化的位置。
將描述根據本發明的物體檢測裝置的特定檢測過程。在由非導電/ 非磁性材料製成的諸如手指或絕緣體的物體作為位置指示器被放置在 檢測表面10上的情況中，使導電板4靠近第一和第二環線l和2，從 而在指示位置處的電磁耦合的程度增加，從而來自第二環線2的輸出 信號的電平增加。類似地，在導電材料被放置在檢測表面IO上的情況 中，導電板4由於其重量導致靠近第一和第二環線1和2以增加電磁 耦合的程度。然而，由導電材料引起的屏蔽效應更強，以致來自第二環線2的輸出信號的電平減小。因此，當來自第二環線2的輸出信號 的電平減小時，檢測部30確定放置在檢測表面10上的物體是導電材 料並檢測該導電材料的形狀和離該導電材料的距離。當來自第二環線2 的輸出信號的電平增加時，檢測部30確定放置在檢測表面10上的物 體是位置指示器並檢測由該位置指示器指示的位置。在磁性材料被放 置在檢測表面IO上的情況中，與在非導電/非磁性材料的情況中一樣， 輸出信號的電平增加。但是，因為由磁性材料引起的增加的程度大於 由來自指示器的壓力引起的增加的程度，或者在磁性材料的情況中輸 出信號的電平增加處的區域比在手指的情況中寬，因此能夠區分位置 指示器與磁性材料。
在根據本發明的物體檢測裝置中，能夠使用具有以特定頻率同步 的同步電路的位置指示器作為除手指外的位置指示器。在這種情況中， 驅動部20以與同步電路同步的特定頻率驅動第一環線。當具有同步電 路的位置指示器被放置在檢測電路IO上時，在指示位置處的電磁耦合 的程度增加，從而來自第二環線2的輸出信號的電平增加。當來自第 二環線2的輸出信號的電平減小時，這允許檢測部30確定放置在檢測 表面IO上的物體是導電材料，並檢測該導電材料的形狀和離該導電材 料的距離，此外，當來自第二環線2的輸出信號的電平增加時，允許 確定放置在檢測表面IO上的物體使位置指示器，並檢測由位置指示器 指示的位置。在這種情況中，只要位置指示器具有同步電路，就能夠 使用諸如卡片型、墊片型的各種類型的位置指示器。
另外，當以同步頻率和另一頻率順序地驅動第一環線1時，不僅 能夠檢測導電或磁性材料的形狀和離該材料的距離，還區別地檢測具 有同步電路的位置指示器和不具有同步電路的位置指示器。參照圖6， 將描述一種用於區別地檢測具有同步電路的待測物體、不具有同步電 路的待測物體、和導電或磁性材料的技術。圖6是解釋用於測量各種 待測物體的過程的流程圖。作為前提假設根據本發明的物體檢測裝置
能夠以第一頻率fA和第二頻率fB驅動第一環線組。此外，假設具有同
17步電路的位置指示器以第二頻率fB同步。
首先，以第一頻率fA驅動第一環線1，並且在那時從第二環線2
獲得輸出信號Ay (步驟100) 。 "i"和"j"表示獲得各信號處的XY 坐標。然後，確定輸出信號Aij是否相對於表示沒有任何東西放置在檢 測表面上的狀態的基準輸出信號增加或減小(步驟IOI)。在輸出信號 Ay減小的情況中，確定導電材料被放置在檢測表面上並且輸出信號被 屏蔽效應減小，並且檢測導電材料的形狀以及離該材料的距離(步驟 102)。在步驟101中輸出信號Aij增加的情況中，以第二頻率fe驅動 第一環線1以在那時獲得輸出信號Bjj (步驟103)。然後，檢測輸出 信號Bij的電平是否高於輸出信號Ajj的電平(步驟104)。在輸出信號 By的電平不高於(等於)輸出信號Aij的電平時，確定由非導電/非磁 性材料製成的諸如手指的位置指示器被放置在檢測表面上並且導電板 4受壓力使得靠近第一和第二環線以增加輸出信號，並且檢測由非導電 材料指示的位置(步驟105)。在輸出信號Bij的電平高於輸出信號Ajj 的電平的情況下，在步驟104，確定具有同步電路的位置指示器被放置 在檢測表面上，並且因此輸出信號的電平增加，並且檢測由具有同步 電路的位置指示器指示的位置(步驟106)。通過對於全部環線重複上 述步驟，能夠區別地檢測各種物體。
另外，可以採用以下構造。就是說，以第一頻率fA和第二頻率fB 先驅動第一環線組，並存儲各輸出結果。之後，在輸出信號Bij的電平 高於輸出信號Aij的電平的情況中，檢測具有同步電路的位置指示器； 在輸出信號Aij的電平增加的情況中，檢測由非導電材料製成的諸如手 指的位置指示器；而在輸出信號Aij的電平減小的情況中，檢測導電材 料的形狀和離該材料的距離。
此外，當具有另一同步電路的位置指示器被用於以與該另一同步
電路同步的頻率來驅動第一環線時，能夠區別地來檢測更多數量的位 置指示器。當頻率可變時，渦電流隨著頻率變高而增加，因此，嚴格
18來說，即使放置在檢測表面上的物體沒有任何變化，輸出信號的電平 也會出現變化。為了補償由於頻率變化而導致輸出信號的電平的變化， 可以設置補償電路，或者可以忽略小於預定閾值的變化。
根據本發明的物體檢測裝置的構造不局限於在上述圖中所示的示 例，並且在不偏離本發明的範圍的條件下可以實施各種修改。


圖1是用於解釋根據本發明的物體檢測裝置的整體構造的示意
圖2是解釋根據本發明的物體檢測裝置的電磁耦合部的構造的部 分檢測表面的俯視圖；圖2 (a)示出以線圈形狀形成的各布線的示例， 圖2 (b)示出以線圈形狀形成一組布線，並且以直線形狀形成另一組 布線的示例，以及圖2 (c)示出以矩形形狀形成一組布線，並且以直 線形狀形成另一組布線的示例；
圖3是用於解釋根據本發明的物體檢測裝置的電磁耦合部的另一 構造的圖；圖3 (a)是部分檢測表面的俯視圖，以及圖3 (b)是部分 檢測表面的透視剖面圖4是用於解釋在根據本發明的物體檢測裝置中的導電板的布置 的變化的視圖5是解釋在根據本發明的物體檢測裝置中的導電板的另一構造 示例的部分檢測表面的透視剖面圖6是用於解釋測量各種待測物體的過程的流程圖。
附圖標記說明 1:第一環線 2:第二環線 3:絕緣材料 4: 導電板 5:彈性材料10: 檢測表面 20:驅動部
21: 振蕩器
22: 驅動器 23:切換器 30:檢測部 31:切換器
32: 放大器 33:同步檢測部
34: A/D轉換部
40:微型計算機
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權利要求
1. 一種物體檢測裝置，所述物體檢測裝置利用電磁感應來檢測放置在所述裝置的檢測表面上由導電或磁性材料製成的待測物體的形狀或離所述物體的距離，所述裝置包括第一環線組，其中多個第一環線彼此平行地布置在同一平面上，所述多個第一環線每個都具有線圈形狀的部分；第二環線組，其中多個第二環線彼此平行地布置在同一平面上，所述多個第二環線的每個都具有多個線圈形狀的部分，所述第二環線組與所述第一環線組平行布置，並且所述多個第二環線分別垂直於所述多個第一環線布置；間隔物，所述間隔物使所述第一環線組與所述第二環線組之間的距離保持不變；多個電磁耦合部，在所述多個電磁耦合部處所述第一環線和所述第二環線通過位於所述第一環線和所述第二環線之間的交叉處的所述線圈形狀的部分彼此電磁耦合；驅動器，所述驅動器連接到所述第一環線組和所述第二環線組中的一個，並驅動連接到所述驅動器的所述環線組；以及檢測器，所述檢測器連接到所述第一環線組和所述第二環線組中的另一個，並從連接到所述檢測器的所述環線組檢測所述電磁耦合部處的每個的電磁耦合的程度的變化。
2. 根據權利要求l所述的物體檢測裝置，其中所述第一環線的每 個的所述線圈形狀的部分在尺寸上與所述第二環線的每個的所述線圈 形狀的部分不同。
3. —種物體檢測裝置，所述物體檢測裝置利用電磁感應來檢測放 置在所述裝置的檢測表面上由導電或磁性材料製成的待測物體的形狀 或離所述物體的距離，所述裝置包括-第一環線組，其中多個第一環線彼此平行地布置在同一平面上，所述多個第一環線的每個都具有多個線圈形狀的部分；第二環線組，其中多個直線形狀的第二環線彼此平行地布置在同 一平面上，所述第二環線組平行於所述第一環線組布置，並且所述多個第二環線分別垂直於所述多個第一環線布置；間隔物，所述間隔物使所述第一環線組與所述第二環線組之間的距離保持不變；多個電磁耦合部，在所述多個電磁耦合部處所述第一環線和所述 第二環線通過位於所述第一環線與所述第二環線之間的交叉處的線圈 形狀的部分彼此電磁耦合；驅動器，所述驅動器連接到所述第一環線組和所述第二環線組中 的一個，並驅動連接到所述驅動器的所述環線組；以及檢測器，所述檢測器連接到所述第一環線組和所述第二環線組中 的另一個，並從連接到所述檢測器的所述環線組檢測所述電磁耦合部 處的每個的電磁耦合的程度的變化。
4. 一種物體檢測裝置，所述物體檢測裝置利用電磁感應來檢測放 置在所述裝置的檢測表面上由導電或磁性材料製成的待測物體的形狀 或離所述物體的距離，所述裝置包括第一環線組，其中多個直線形狀的第一環線彼此平行地布置在同 一平面上；第二環線組，其中多個直線形狀的第二環線彼此平行地布置在同 一平面上，所述第二環線組平行於所述第一環線組布置，並且所述多 個第二環線分別垂直於所述多個第一環線布置；間隔物，所述間隔物使所述第一環線組與所述第二環線組之間的 距離保持不變；多個電磁耦合部，在所述多個電磁耦合部處所述第一環線和所述 第二環線通過位於所述第一環線與所述第二環線之間的交叉處附近的 多個導電板彼此電磁耦合；驅動器，所述驅動器連接到所述第一環線組和所述第二環線組中 的一個，並驅動連接到所述驅動器的所述環線組；以及檢測器，所述檢測器連接到所述第一環線組和所述第二環線組中 的另一個，並從連接到所述檢測器的所述環線組檢測所述電磁耦合部 的每個處的電磁耦合的程度的變化。
5. 根據權利要求4所述的物體檢測裝置，其中所述導電板被設置 在位於相鄰的第一環線組之間且位於相鄰的第二環線組之間的部分附 近。
6. 根據權利要求4所述的物體檢測裝置，其中所述導電板被設置 在位於所述第一環線的附近且位於相鄰的第二環線之間的部分處，以 及設置在位於所述第二環線的附近且位於相鄰的第一環線之間的部分 處。
7. 根據權利要求4至6中任一項所述的物體檢測裝置，其中所述 導電板被固定以便所述導電板與所述第一環線組之間的距離以及所述 導電板與所述第二環線組之間的距離分別都是不變的。
8. 根據權利要求4至6中任一項所述的物體檢測裝置，其中所述 導電板通過彈性材料設置在所述第一環線組及所述第二環線組附近， 並且所述導電板與所述第一環線組之間的距離以及所述導電板與所述 第二環線組之間的距離被施加到所述導電板上的壓力改變。
9. 根據權利要求4至8中任一項所述的物體檢測裝置，其中所述 導電板被形成為線圈形狀。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的物體檢測裝置，其中， 當待測物體和不同於所述待測物體的位置指示器被放置在所述檢測表 面上時，在來自所述第一環線組和所述第二環線組中的一個的輸出信 號的電平減小的情況下，所述檢測器檢測所述待測物體的形狀，而在 來自所述第一環線組和所述第二環線組中的一個的輸出信號的電平增加的情況下，所述檢測器檢測由所述位置指示器指示的位置。
11. 根據權利要求IO所述的物體檢測裝置，其中所述位置指示器 具有以特定頻率同步的同步電路，並且所述驅動器以所述特定頻率來 驅動所述第一環線組和所述第二環線組中的另一個。
12. 根據權利要求ll所述的物體檢測裝置，其中當待測物體、具 有所述同步電路的位置指示器、和不具有所述同步電路的位置指示器 被放置在所述檢測表面上時，所述驅動器以第一頻率和第二頻率來驅動所述第一環線組和所述 第二環線組中的另一個，所述同步電路以所述第二頻率同步，當在以所述第一頻率驅動所述第一環線組和所述第二環線組中的 另一個的情況下，來自所述第一環線組和所述第二環線組中的一個的 輸出信號的電平減小時，所述檢測器檢測所述待測物體的形狀，當在以所述第一頻率驅動所述第一環線組和所述第二環線組中的 另一個的情況下，來自所述第一環線組和所述第二環線組中的一個的 輸出信號的電平增加時，所述檢測器檢測由不具有所述同步電路的位 置指示器指示的位置，以及當在以所述第二頻率驅動所述第一環線組和所述第二環線組的另 一個的情況下獲得的輸出信號的電平高於在以所述第一頻率驅動所述 第一環線組和所述第二環線組的另一個的情況下獲得的輸出信號的電 平時，所述檢測器檢測由具有所述同步電路的位置指示器指示的位置。
全文摘要
提供了一種物體檢測裝置，所述物體檢測裝置能夠檢測由導電或磁性材料製成的物體的形狀或離該物體的距離，並且能夠檢測由非導電/非磁性材料製成的諸如手指的物體的指示位置。所述物體檢測裝置通過利用電磁感應來檢測放置在檢測表面上並由導電或磁性材料製成的待測物體的形狀或離該待測物體的距離。所述物體檢測裝置包括在同一平面上平行地布置的多個第一環線(1)的第一環線組，在同一平面上平行地布置的多個第二環線(2)的第二環線組，以及用於使它們之間的距離保持不變的間隔物(3)。在垂直於所述第一環線(1)的方向上分別地設置所述第二環線(2)。所述物體檢測裝置進一步包括用於將所述第一環線和所述第二環線電磁耦合的多個電磁耦合單元。驅動單元(20)驅動所述第一環線組，以及檢測單元(30)檢測所述第二環線組的所述電磁耦合單元的耦合的變化。
文檔編號G01B7/28GK101473188SQ20078002246
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月4日 優先權日2006年6月19日
發明者小川保二 申請人:株式會社紐康姆