JP2001055852A - 静電容量形近接センサ及び該センサを用いた錠制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力の少ない静電容量型近接センサを実
現すること。 【解決手段】 発振回路３１は、例えば４０ｋＨｚで発
振する。共振回路４１は、発振周波数の３逓倍である１
２０ｋＨｚの高調波で共振する。従って、共振回路４１
を流れる電流量が少なくなり消費電力を低減することが
できる。そして、検出用電極５１に被検出物Ｑが近接す
ると、被検出物Ｑと検出用電極５１との間に生じる静電
容量Ｃｘによって、共振状態が変化し、出力電圧が変化
する。この出力電圧を監視することにより物体の近接を
検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、物体検出
用センサ等として好適に用いられる静電容量形近接セン
サ及び該センサを用いた錠制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、ユーザーが携行するリモート
キーと施解錠対象物（例えば、住宅用ドアや車両のドア
等）側に設けられた制御装置との間で所定の交信を行う
ことにより、遠隔操作で施解錠を行うことができるシス
テムが採用されている。

【０００３】例えば、従来のシステムでは、ドアの取っ
手付近に近接センサを設け、近接センサが物体を検出し
た場合には、ドア側に設けられた制御装置から誘導電磁
波を送信させる。リモートキーは、誘導電磁波を受信す
ることにより得られる起電力を利用して識別コードを送
信する。制御装置は、リモートキーから受信した識別コ
ードと予め登録された識別コードとを照合し、両者が一
致した場合には、施錠又は解錠信号を出力する。

【０００４】近接センサを設けることにより、制御装置
は誘導電磁波を常時送信し続ける必要がない。もし、近
接センサが無ければ、制御装置は、所定時間毎に誘導電
磁波を送信しなければならず、消費電力が著しく増大す
る。近接センサに代えて、手動スイッチをドアに設ける
こともできるが、この方法では、手動スイッチを操作し
なければならず、使い勝手が低下する。従って、近接セ
ンサを設けることにより消費電力をある程度抑えて使い
勝手を向上させることができる。

【０００５】しかし、上記のシステムでは、近接センサ
を常時作動させておく必要があるため、その分だけ電力
を消費する。そこで、例えば、特開平１１−１３１８７
９号公報等に記載されているように、近接センサを常時
作動させるのではなく、所定時間毎に間欠駆動させるこ
とにより消費電力の低減を図るシステムも提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による錠制御装置では、近接センサを間欠駆動さ
せることにより、待機時消費電力の低減を図っている。
しかし、近接センサを間欠駆動させるため、その作動周
期を長くとればとるほど、応答性が低下し、使い勝手が
低くなる。

【０００７】また、従来は、近接センサとして赤外線反
射形のものを採用しているため、消費電力が数ｍＡ程度
と比較的大きく、製造コストも増大する。さらに、赤外
線反射形のものでは、検出範囲が略扇状に広がるため、
検出感度の低い又は検出不能な死角が生じ易い。

【０００８】本発明は、上記のような種々の課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、消費電力をより一層
低減できるようにした静電容量形近接センサ及び該セン
サを用いた錠制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
すべく、本発明に係る静電容量形近接センサでは、発振
周波数の高調波に共振させて省電力を達成している。

【００１０】即ち、本発明に係る静電容量形近接センサ
は、発振手段と、前記発振手段による発振周波数の高調
波に共振する共振手段と、前記共振手段に接続された検
出用電極と、前記検出用電極と被検出物との間の静電容
量変化に基づく信号変化を検出する検出手段とを備えた
ことを特徴としている。

【００１１】発振手段は、予め定まった所定の周波数で
発振する。例えば、ＬＣ直列共振回路として構成可能な
共振手段は、発振周波数に共振するのではなく、発振周
波数の高調波、例えば３次高調波等に共振する。そし
て、物体が検出用電極に近接すると、物体表面と検出用
電極との間の静電容量が変化し、信号が変化する。この
信号変化は、代表的には電圧変化である。従って、この
信号変化を監視することにより物体の接近を検出するこ
とができる。ここで、共振手段は、高調波に共振するた
め、回路を流れる電流値が低下して、消費電力が一層低
減される。

【００１２】また、前記発振手段及び検出手段に電池か
らの電力を供給する電源手段を設けることができる。

【００１３】電源手段を設け、発振手段及び検出手段に
電池からの電力を供給する。これにより、静電容量形近
接センサに外部からの電力を供給する必要がなく、取付
作業等を簡素化することができる。高調波で共振させる
構成と結合することにより、電池を利用して長期間作動
させることが可能となる。ここで、電源手段の電池は、
センサ内部に収容してもよいし、センサ外部に設けても
よい。小容量の電池によって静電容量形近接センサを作
動させるものが本発明の範囲に含まれる。

【００１４】また、静電容量の初期値は、共振周波数に
一致したときの静電容量値から所定量だけ増加した値に
なるように設定することができる。

【００１５】物体が存在しない初期状態における静電容
量を、共振周波数に一致させる場合は、出力電圧が最大
値をとる。しかし、静電容量−出力電圧の特性曲線は略
釣鐘形状であるため、温度変化や経年劣化等によって静
電容量の初期値が変動する可能性がある。静電容量が共
振周波数に一致するときの値から低下すると、物体の近
接による出力電圧の変化が小さくなる可能性がある。そ
こで、静電容量の初期値を、共振周波数に一致したとき
の値から所定量だけ増加した値になるように設定してお
き、温度変化や経年劣化に対する耐性を向上させる。

【００１６】一方、本発明に係る錠制御装置は、外部か
らのエネルギ信号を利用して識別コードを送信する送信
機と、前記エネルギ信号を前記送信機に送信し、該送信
機から受信した識別コードと予め登録された識別コード
とを照合し、前記各識別コードの照合結果に応じて施解
錠信号を出力する制御装置とを備えた錠制御装置におい
て、前記制御装置は、静電容量の変化に基づいて被検出
物の近接を検出する静電容量形近接センサと、前記静電
容量形近接センサが前記被検出物の近接を検出した場合
には、前記エネルギ信号を送信することにより前記送信
機と交信する送受信部と、前記送受信部が受信した識別
コードと予め登録された識別コードとを照合し、両識別
コードが一致する場合には施解錠信号を出力する制御部
と、前記静電容量形近接センサ、前記送受信部及び前記
制御部に電池からの電力を供給する電源部とを含んで構
成され、さらに前記静電容量形近接センサは、発振回路
と、前記発振回路による発振周波数の高調波に共振する
共振回路と、前記共振回路に接続された検出用電極と、
前記検出用電極と被検出物との間の静電容量変化に基づ
く信号変化を検出する検出回路とを備えて構成されてい
ることを特徴としている。

【００１７】「外部からのエネルギ信号」としては、例
えば、誘導電磁波を挙げることができる。いわゆるRF-I
D方式により、送信機は、制御装置からの誘導電磁波を
受信して起電力を発生させ、識別コードを送信する。但
し、これに限らず、例えば、制御装置側から光を照射
し、送信機に設けた光電変換素子によって電気エネルギ
に変換してもよい。「識別コード」とは自他を区別する
ための固有の情報を意味するが、厳密な意味で固有であ
る必要はない。

【００１８】静電容量形近接センサが人体や送信機の近
接を検出すると、制御装置は、エネルギ信号を送信す
る。これにより、送信機は、エネルギ信号を利用して識
別コードを送信する。制御装置は、送信機から受信した
識別コードと予め登録された識別コードとを照合する。
制御装置は、各識別コードの照合結果に応じて施解錠信
号を出力する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５に基づき本発明
の実施の形態について詳述する。

【００２０】まず、図１は、静電容量形近接センサを用
いた錠制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【００２１】送信機１は、ユーザーによって携行される
トランスポンダとして構成されており、ＩＤ記憶部２
と、制御部３と、送信部４とを備えている。送信部４の
アンテナ４Ａが誘導電磁波を受信すると、これにより誘
導起電力が発生し、制御部３が作動する。制御部３は、
ＩＤ記憶部２に予め記憶された識別コード（図中では
「ＩＤ」と略記）を読み出し、送信部４を介して送信さ
せる。

【００２２】例えば、ドア等の表面に取り付けられる制
御装置１１は、静電容量形の近接センサ１２と、送受信
部１３と、制御部１４と、ＩＤ記憶部１５と、入出力部
１６と、電源部１７とを備えている。静電容量形の近接
センサ１２は、検出用電極と物体Ｑとの間に発生する静
電容量Ｃｘの変化に基づいて物体Ｑの近接を検出し、制
御部１４に検出信号を出力するものである。近接センサ
１２の具体的構成は、図２と共に後述する。

【００２３】送受信部１３は、アンテナ１３Ａから誘導
電磁波を送信すると共に、送信機１から送信された識別
コードを受信するものである。制御部１４は、送信機１
の識別コードが受信されると、ＩＤ記憶部１５に予め登
録された識別コードを読み出して、各識別コードが一致
するか否かを判定する。制御部１４は、両識別コードが
一致すると、入出力部１６を介して施錠信号又は解錠信
号をロック機構２１に出力させる。電源部１７は、例え
ば、アルカリ電池やリチウムイオン電池等の電池１８か
らの電力を所定の電圧値に調整して各部に供給するもの
である。

【００２４】次に、図２は、静電容量形近接センサ１２
の回路図である。近接センサ１２は、発振回路３１と、
共振回路４１と、検出用電極５１と、検出回路６１とを
備えて構成されている。

【００２５】発振回路３１は、水晶振動子３２と、反転
増幅器３３，３５とを含んで構成され、例えば２Ｖ程度
の電源３４が供給されている。そして、発振回路３１
は、例えば、４０ｋＨｚ程度の周波数で発振するように
なっている。

【００２６】共振回路４１は、コンデンサ４２とコイル
４３とを直列接続して構成されており、発振回路３１の
発振周波数の３逓倍（１２０ｋＨｚ）で共振するように
なっている。具体的には、例えば、コンデンサ４２の静
電容量を４０ｐＦ、コイル４３のインダクタンスを３３
ｍＨに設定することにより、３逓倍を実現することがで
きる。

【００２７】検出用電極５１は、例えば、ドアノブの近
傍又はノブ自体に設けられる。被検出物Ｑが検出用電極
５１に近接すると、検出用電極５１の面積や被検出物Ｑ
と検出用電極５１との離間寸法等によって定まる静電容
量Ｃｘが発生する。この静電容量Ｃｘによって共振回路
４１の共振が変化する。

【００２８】検出回路６１は、整流用ダイオード６２
と、増幅器６３と、平滑用コンデンサ６４と、出力トラ
ンジスタ６５を含んで構成されている。共振回路４１に
より発生した交流電圧は、ダイオード６２によって直流
に変換され、増幅器６３で増幅されてトランジスタ６５
を駆動する。これにより、共振の強度に応じた出力電圧
がトランジスタ６５から出力される。

【００２９】図３は、共振回路４１による逓倍の状況を
模式的に示す波形図である。図３（ａ）に示すように、
発振回路３１は４０ｋＨｚで発振している。図３（ｂ）
に示すように、共振回路４１は発振周波数の３逓倍の高
調波に共振している。

【００３０】次に、図４は、静電容量Ｃと出力電圧Ｖと
の関係を示す特性図（Ｑカーブ）である。図４（ａ）に
示すように、出力電圧Ｖは、共振点Ｃｒで最大値Ｖｒを
とる略釣鐘形状をなしている。ここで、静電容量の初期
値Ｃ０は、共振点の静電容量Ｃｒよりも増加方向に所定
量δだけずれて設定されている。従って、人体等の被検
出物Ｑが検出用電極５１に近接して静電容量ＣがＣ０か
らＣ１に増加すると、出力電圧ＶはＶ０からＶ１に低下
する。この出力電圧Ｖの変化ΔＶ１によって被検出物Ｑ
の近接を検出することができる。被検出物Ｑが更に近接
して静電容量ＣがＣ１からＣ２に増加すると、出力電圧
ＶはＶ１からＶ２に低下する。従って、出力Ｖに新たな
変化ΔＶ２が発生するため、この更なる近接も検出する
ことができる。

【００３１】静電容量の初期値Ｃ０を共振点における静
電容量Ｃｒから所定量δだけ増加方向にずらして設定し
ているのは、温度変化や経年劣化等の影響を排除するた
めである。図４（ｂ）に示すように、初期値を共振点Ｃ
ｒに設定した場合は、温度変化等によって、静電容量の
初期値がＣ３に変化する可能性がある。この場合、被検
出物Ｑが近接して静電容量Ｃが増大すると、出力電圧Ｖ
は、Ｖ３からＶ４にΔＶ３だけ変化する。図４（ｂ）に
示すように、この電圧変化ΔＶ３は小さいため、安定し
た検出が行えない可能性がある。略釣鐘形状の特性カー
ブの頂点に初期値を設定するため、温度変化等で初期値
がずれた場合には、出力電圧Ｖの変化が少なくなるおそ
れがある。

【００３２】そこで、本実施の形態では、予め静電容量
の初期値Ｃ０を共振点における静電容量Ｃｒから増加方
向に所定量δだけずらして設定している。これにより、
温度変化等で初期値Ｃ０が減少方向に変化した場合で
も、共振点の静電容量Ｃｒを越えて低下することがな
く、出力電圧Ｖの変化を確保して安定した検出を行える
ようにしている。

【００３３】図５は、制御蔵置１１側で実行される処理
を示すフローチャートである。図中では、ステップを
「Ｓ」と略記する。まず、近接センサ１２からの検出信
号に基づいて、被検出物Ｑが近接したか否かを判定する
（Ｓ１）。

【００３４】被検出物Ｑを検出した場合には、誘導電磁
波を送信し、送信機１からの識別コードを受信する（Ｓ
２）。そして、送信機１からの識別コードと制御装置１
１側の識別コードとを照合し（Ｓ３）、両識別コードが
一致する場合には、ロック機構２１に施錠信号又は解錠
信号を出力する（Ｓ４）。なお、送信機１との交信を行
えない場合及び識別コードが不一致の場合は、Ｓ３で
「ＮＯ」と判定されてＳ１に戻る。図５は、処理の基本
的な流れを示すものであって、本発明はこれに限定され
ない。例えば、所定回数以上識別コードの不一致を生じ
た場合には、ブザー等で警告を発する等の処理を追加す
ることもできる。

【００３５】このように構成される本実施の形態によれ
ば、以下の効果を奏する。

【００３６】第１に、発振周波数の高調波に共振させる
ため、回路を流れる電流量を小さくすることができ、消
費電力を低減することができる。従って、従来技術のよ
うにセンサを間欠駆動せずに電池１８の寿命を長くする
ことができる。このため、高い応答性を維持しつつ電池
交換頻度を少なくでき、使い勝手が向上する。

【００３７】第２に、静電容量の初期値Ｃ０を共振点に
おける静電容量Ｃｒから増加方向に所定量δだけずらし
て設定しているため、温度変化や経年劣化等が生じた場
合でも安定した検出を行うことができる。

【００３８】第３に、静電容量の変化に基づいて被検出
物Ｑを検出する静電容量形近接センサ１２であるため、
検出用電極５１の面積や取付位置等を適切に設計するこ
とにより検出範囲を広くすることができ、使い勝手を向
上させることができる。即ち、従来技術のような赤外線
反射形のセンサの場合は、光の放射角度等の制限から検
出範囲に死角を生じ易いが、静電容量形近接センサ１２
の場合は、検出用電極５１の取付位置や電極面積等の調
整によって適切な検出範囲を設定することが可能であ
る。一例を挙げれば、ドアハンドル自体を検出用電極と
して用いることもできる。

【００３９】第４に、本実施の形態では、発振回路３１
の電源電圧を２Ｖ程度に低く設定しているため、より一
層消費電力を少なくすることができる。

【００４０】（具体例）図６は、本実施の形態による錠
制御装置を住宅用ドアロックに適用した場合の外観説明
図である。ドア７１には、錠制御装置７２が取り付けら
れている。錠制御装置７２は、ドアハンドル７４が回動
可能に取り付けられたケーシング７３と、ケーシング７
３の前面側に設けられた検出用電極７５と、電池ボック
ス７６とを備えている。また、図７（ａ）の模式図に示
すように、検出用電極７５と送受信用のアンテナ７８と
は、回路基板７７上に取り付けられている。検出用電極
７５と回路基板７７との間にアンテナ７８が位置してい
る。錠制御装置７２は、人体等を検出すると、送信機８
１との間で交信を行って施錠信号又は解錠信号を出力す
る。一方、図７（ｂ）に示すように、車両のドア９１の
アウターハンドル９２に検出用電極９３を取り付けるこ
とにより、送信機を携行するユーザーは、アウターハン
ドル９２を把持するだけでドアロックを解錠できる。

【００４１】なお、当業者であれば、前記実施の形態に
限らず、本発明から逸脱しない範囲で種々の追加や変更
等を行うことが可能である。例えば、住宅用ドアロック
や車両用ドアロック以外に、例えば、金庫、コンピュー
タ機器等の種々のロック装置にも広く適用することがで
きる。また、静電容量形近接センサ単体としても利用範
囲が広いことに注意すべきである。外部からの電力供給
が困難な場所に取り付けられる場合や電力供給に制限が
ある場合等には、本発明のような省電力の静電容量形近
接センサが有効であろう。

【００４２】さらに、図２に示す回路は一例であって本
発明はこれに限定されない。例えば、水晶振動子に代え
てセラミック振動子等を用いることもでき、３逓倍以外
に２逓倍や４逓倍、５逓倍等の他の高調波で共振させる
ことも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る静電容
量形近接センサ及び錠制御装置によれば、消費電力を低
減することができ、電池寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る錠制御装置の機能構
成を示すブロック図である。

【図２】静電容量形近接センサの構造を示す回路図であ
る。

【図３】発振周波数と共振周波数との関係を示す波形図
である。

【図４】静電容量と出力電圧との関係を示す特性図であ
る。

【図５】制御装置により実行される処理を示すフローチ
ャートである。

【図６】錠制御装置を住宅用ドアに適用した場合の外観
説明図である。

【図７】錠制御装置を住宅用ドア及び車両用ドアに適用
した場合の模式図である。

【符号の説明】

１ 送信機 ２ ＩＤ記憶部 ３ 制御部 ４ 送信部 １１ 制御装置 １２ 静電容量形近接センサ １３ 送受信部 １４ 制御部 １５ ＩＤ記憶部 １６ 入出力部 １７ 電源部 １８ 電池 ３１ 発振回路 ４１ 共振回路 ５１ 検出回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振手段と、 前記発振手段による発振周波数の高調波に共振する共振
   手段と、 前記共振手段に接続された検出用電極と、 前記検出用電極と被検出物との間の静電容量変化に基づ
   く信号変化を検出する検出手段とを備えたことを特徴と
   する静電容量形近接センサ。
2. 【請求項２】 前記発振手段及び検出手段に電池からの
   電力を供給する電源手段を設けた請求項１に記載の静電
   容量形近接センサ。
3. 【請求項３】 静電容量の初期値は、共振周波数に一致
   したときの静電容量値から所定量だけ増加した値になる
   ように設定されている請求項２に記載の静電容量形近接
   センサ。
4. 【請求項４】 前記共振手段は、ＬＣ共振回路である請
   求項３に記載の静電容量形近接センサ。
5. 【請求項５】 外部からのエネルギ信号を利用して識別
   コードを送信する送信機と、前記エネルギ信号を前記送
   信機に送信し、該送信機から受信した識別コードと予め
   登録された識別コードとを照合し、前記各識別コードの
   照合結果に応じて施解錠信号を出力する制御装置とを備
   えた錠制御装置において、 前記制御装置は、 静電容量の変化に基づいて被検出物の近接を検出する静
   電容量形近接センサと、 前記静電容量形近接センサが前記被検出物の近接を検出
   した場合には、前記エネルギ信号を送信することにより
   前記送信機と交信する送受信部と、 前記送受信部が受信した識別コードと予め登録された識
   別コードとを照合し、両識別コードが一致する場合には
   施解錠信号を出力する制御部と、 前記静電容量形近接センサ、前記送受信部及び前記制御
   部に電池からの電力を供給する電源部とを含んで構成さ
   れ、 さらに前記静電容量形近接センサは、 発振回路と、 前記発振回路による発振周波数の高調波に共振する共振
   回路と、 前記共振回路に接続された検出用電極と、 前記検出用電極と被検出物との間の静電容量変化に基づ
   く信号変化を検出する検出回路とを備えて構成されてい
   ることを特徴とする錠制御装置。
6. 【請求項６】 前記静電容量形近接センサの静電容量の
   初期値は、共振周波数に一致したときの静電容量値から
   所定量だけ増加した値になるように設定されている請求
   項５に記載の錠制御装置。