【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体と人体とを区別して検知するのに好適な静電容量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量センサは、静電容量の変化により被検知物を検知するものであり、人が存在するかどうかを検知する人体検知センサとして用いられている。このものは、自動車の座席に設けられ、座席に人がいるかどうかを検知してエアバックを動作させるエアバックシステムに用いられている。
【０００３】
特開平１０−２３６２６９には、多数の電極を座席に設け、それぞれの電極間に順次電圧を加えることにより人体を検知する乗員検知システムの構成が開示されている。また、特表平９−５０９１１８には、座部と背もたれ部に電極を配置して電極間の静電容量の変化で人体を検知する座席占有者検知システムの構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−２３６２６９の構成は、多数の電極で人体を検知するので、検知された人が大人であるか子供であるかを検出することができるが、電極に接続される配線数が多くなるので回路構成が複雑になる。
【０００５】
また、特表平９−５０９１１８の構成は、座部と背もたれ部にのみ電極を配置しているので簡易に構成することができるが、検知された人の状態を詳しく知ることは困難である。また、このものは、背もたれ部の角度を変更することにより電極間の相対位置が変化するため、この静電容量の変化を考慮して人体を検知する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、比較的簡単な構成で被検知物の状態を知ることができる静電容量センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、平面上に設けられる所定の幅を有して一方向に延伸した検知電極とその両側に略平行に設けたダミー電極とを有する第１の電極群と、この平面上に第１の電極群から所定の距離を離したその延伸方向に略平行な直線に対して対称に設けられる第２の電極群と、第１の電極群と第２の電極群との間に電圧を印加する電圧源と、第１の電極群の検知電極と第２の電極群の検知電極の間に流れる電流値を計測する電流計測手段と、検知電極間の静電容量と検知電極に近接する被検知物の状態とを対応させたデータテーブルを記憶する記憶手段と、このデータテーブルと前記電流計測手段で計測した電流値とを用いて被検知物の状態を検知する検知手段を有する静電容量センサであることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の静電容量センサにおいて、前記データテーブルは、検知電極間の静電容量と被検知物の種類とを対応づけたものであることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の静電容量センサにおいて、前記データテーブルは、検知電極間の静電容量と被検知物の大きさとを対応づけたものであることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の静電容量センサにおいて、前記データテーブルは、検知電極間の静電容量と被検知物の位置とを対応づけたものであることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４記載の静電容量センサにおいて、第１の電極群と第２の電極群の電極面と被検知物との間に介在する所定の厚さを有する絶縁体を備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５記載の静電容量センサにおいて、前記検知電極から前記直線までの距離と前記検知電極の幅との比は、１よりも小さいことを特徴としている。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項５記載の静電容量センサにおいて、前記検知電極から前記直線までの距離と前記絶縁体の厚さとの比は、０．２から０．５までの範囲であることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。基台Ｂは、絶縁材料の樹脂で矩形の板状に形造されており、平面部Ｂａを有している。
【００１５】
第１の電極群１は、検知電極１ａと、内方ダミー電極１ｂと、外方ダミー電極１ｃから構成されており、基台Ｂの平面部Ｂａ上に設けられている。これらの電極は、それぞれ３０〜３５μｍの厚みを有した銅箔で長さが等しい長方形に形成されている。そして、これらの電極は、それぞれ略平行に配置され、検知電極１ａは、内方ダミー電極１ｂと外方ダミー電極１ｃの間に設けられている。そして、内方ダミー電極１ｂは、検知電極１ａに対して基台Ｂの中央側に、外方ダミー電極１ｃは、検知電極１ａに対して基台Ｂの周囲側に設けられている。
【００１６】
第２の電極群２は、第１の電極群１を検知電極１ａから所定の距離を有して検知電極１ａの長手方向に略平行な直線に対して線対称に設けられている。したがって、第２の電極群２は、第１の電極群１の検知電極１ａ、内方ダミー電極１ｂ、外方ダミー電極１ｃに対応して、検知電極２ａ、内方ダミー電極２ｂ、外方ダミー電極２ｃを有している。
【００１７】
第１の電極群１は、それぞれが並列接続されており、その接続部が後述の電気回路部３の発振回路３ｂに接続されている。また、第２の電極群は、内方ダミー電極２ｂと外方ダミー電極２ｃが並列接続されており、その接続部が後述の電気回路部３の発振回路３ｂに接続される。また、この接続部と検知電極２ａの間には、後述の電気回路部３の電流値測定回路３ｃが設けられている。
【００１８】
第１の電極群１と第２の電極群２の間に交流電圧が印加されると、ある瞬間には仮想的に電気力線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が生じ検知電極１ａ，２ａ間には変位電流が流れる。このとき、これらの電気力線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の生じている電界に誘電体である被検知物Ｐが介在すると、流れる変位電流は大きくなる。したがって、検知電極１ａ，２ａ間の誘電体の被検知物Ｐを静電容量の変化で検知することができ、それを検知電極１ａ，２ａに流れる電流により検知することができる。
【００１９】
ここで、検知電極１ａ，２ａ間に生じる電気力線Ｅ２は、内方ダミー電極１ｂ，２ｂ間に生じる電気力線Ｅ１と外方ダミー電極１ｃ、２ｃ間に生じる電気力線Ｅ３との間に存在するため、内方ダミー電極１ｂ、２ｂと外方ダミー電極１ｃ，２ｃを設けることにより、検知電極１ａ，２ａ間に生じる電気力線Ｅ２の分布する領域を制御することができ、被検知物Ｐを検知できる範囲を定めることができる。また、検知電極１ａ，２ａの所定の幅や第１の電極群１と第２の電極群２の所定の距離、内方ダミー電極１ｂ，２ｂの位置などは、検知する範囲とその領域に被検知物Ｐを置いたときの静電容量などが使用用途に適するように電界シミュレーションを行うことにより設定する。例えば、ここでは、検知電極１ａ，２ａの幅は、検知電極１ａ，２ａ間の内側で測った距離の半分の長さにしている。
【００２０】
電気回路部３は、プリント基板上に電源回路３ａと、発振回路３ｂと、電流値測定回路３ｃと、Ｉ／Ｖ変換回路３ｄと、全波整流回路３ｅと、記憶部４と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５とを有している。ここで、電圧源としては、発振回路３ｂが、電流計測手段としては、電流値測定回路３ｃと、Ｉ／Ｖ変換回路と３ｄと、全波整流回路３ｅが設けられている。また、記憶手段としては、記憶部４が、検知手段としては、ＥＣＵ５が設けられている。
【００２１】
電源回路３ａは、この電気回路部３の各回路に接続され（図示せず）、給電するものである。発振回路３ｂ（電圧源）は、第１の電極群１の検知電極１ａと第２の電極群２の検知電極２ａに接続され、これらの間に正弦波の交流電圧信号を出力する。電流値測定回路３ｃは、検知電極１ａ，２ａに接続され、検知電極１ａ，２ａ間に流れる交流電流信号が入力され、それをＩ／Ｖ変換回路３ｄに出力する。Ｉ／Ｖ変換回路３ｄは、電流値測定回路３ｃから検知電極１ａ，２ａ間に流れる交流電流信号を入力され、それを交流電圧信号へ変換して全波整流回路３ｅに出力する。全波整流回路３ｅは、Ｉ／Ｖ変換回路３ｄから入力された交流電圧信号を直流電圧信号に整流して増幅回路３ｆに出力する。増幅回路３ｆは、全波整流回路３ｅから出力された直流電圧信号を所望の信号レベルに増幅してＥＣＵ５に入力する。
【００２２】
記憶部４は、不揮発性の半導体メモリで構成され、実験によりあらかじめ定められた静電容量（または、静電容量に対応する値）と被検知物Ｐの状態とを対応させたデータテーブルを記憶するものである。そして、このデータテーブルは、図２に示すように、閾値としてＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３，ＬＶ４を有しており、静電容量がＬＶ１よりも小さければ被検知物Ｐは存在していないと判断し、ＬＶ２よりも大きくＬＶ３よりも小さければ被検知物Ｐは人以外の物であると判断し、ＬＶ４よりも大きければ被検知物Ｐは人であると判断するように静電容量と被検知物Ｐの状態を対応づけている。これは、検知電極１ａ，２ａ間の静電容量は、電気力線の通る空間に存在する物体の誘電率により変化し、誘電率の高い物体が存在するほど大きくなるためである。例えば、被検知物Ｐが人であれば、誘電率は５０〜８０程度であり、被検知物Ｐが人以外の物（例えば、荷物）であれば、誘電率は２〜５程度であるから、静電容量は、被検知物Ｐが人のときの方が大きくなる。また、このデータテーブルは、静電容量がＬＶ３よりも大きくＬＶ４よりも小さいときには被検知物Ｐが存在するがその種類が明確でない状態と対応づけており、ＬＶ１よりも大きくＬＶ２よりも小さいときには被検知物Ｐが存在するかどうかが明確でない状態と対応づけている。これらの幅は、狭くすると明確でない領域が減少するが、被検知物Ｐの種類に対する検知の誤り率は増加するので、使用用途に基づいて適宜設定する。
【００２３】
ＥＣＵ５は、増幅回路３ｆと記憶部４とに接続され、増幅回路３ｆから検知電極１ａ，２ａ間に流れる交流電流信号に対応する直流電圧信号を入力され、その信号から静電容量を算出する。そして、このものは、記憶部４に記憶されたデータテーブルと算出した静電容量を用いて被検知物Ｐの状態を検知する。
【００２４】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。まず、被検知物Ｐが存在しないときについて説明する。発振回路３ｂ（電圧源）は、第１の電極群１の検知電極１ａと第２の電極群２の検知電極２ａに接続され、これらの間に正弦波の交流電圧信号を出力する。電流値測定回路３ｃは、検知電極１ａ，２ａに接続され、検知電極１ａ，２ａ間に流れる交流電流信号が入力され、それをＩ／Ｖ変換回路３ｄに出力する。Ｉ／Ｖ変換回路３ｄは、電流値測定回路３ｃから検知電極１ａ，２ａ間に流れる交流電流信号を入力され、それを交流電圧信号へ変換して全波整流回路３ｅに出力する。全波整流回路３ｅは、Ｉ／Ｖ変換回路３ｄから入力された交流電圧信号を直流電圧信号に整流して増幅回路３ｆに出力する。増幅回路３ｆは、全波整流回路３ｅから出力された直流電圧信号を所望の信号レベルに増幅してＥＣＵ５に入力する。ＥＣＵ５は、入力された直流電圧信号から静電容量を算出し、記憶部４に記憶されているデータテーブルと比較する。このとき、静電容量はＬＶ１よりも小さいので、ＥＣＵ５は、被検知物Ｐは存在しないと判断する。
【００２５】
一方、被検知物Ｐ（人）が存在するときの動作も同様であるが、被検知物Ｐが存在すると検知電極１ａ，２ａ間の誘電率が大きくなるため、ＥＣＵ５の算出する静電容量が大きくなっている。ＥＣＵ５は、静電容量のレベルが記憶部４に記憶されているデータテーブルと比較してＬＶ４よりも大きくなっているので、被検知物Ｐを人と判断する。
【００２６】
このように、第１の実施形態においては、ＥＣＵ５は検知電極１ａ，２ａ間の静電容量と記憶部４に記憶された静電容量と被検知物Ｐの種類とを対応づけたデータテーブルと比較するので、近接した被検知物Ｐの種類を検知することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図３、図４に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と第１の電極群１と第２の電極群２の電極面に絶縁体６を設けたことと、データテーブルの内容が異なっており、その他は第１の実施形態と同じである。
【００２８】
絶縁体６は、樹脂で矩形の板状に形造されたもので、所定の厚みＬ４を有して形成されている。このものは、第１の電極群１と第２の電極群２の電極面に付設されている。
【００２９】
記憶部４に記憶されたデータテーブルは、図４に示す曲線Ｃ１ように、被検知物Ｐの厚さと位置が既知のときの静電容量と被検知物Ｐの幅ＬＰとを対応づけたものとなっている。ここで、被検知物Ｐは、誘電率が既知で厚さが一定の矩形の板状のものであり、第１の電極群１と第２の電極群２の中心線と自身の中心線が一致するように配置されている。このようなデータテーブルを用いることにより、ＥＣＵ５は、算出された静電容量から被検知物Ｐの幅ＬＰを検知することができる。例えば、座席など設けられて乗員（被検知物Ｐ）の座る場所がほぼ固定されるときには、このようなデータテーブルを用いることにより、被検知物Ｐの幅ＬＰを検知することができる。
【００３０】
このように、第２の実施形態においては、データテーブルは、被検知物Ｐの厚さと位置が一定のときの静電容量と被検知物Ｐの幅ＬＰとが対応づけるものであるので、被検知物Ｐの幅ＬＰを検知することができる。
【００３１】
なお、データテーブルとして、被検知物Ｐの位置と誘電率と大きさが既知のときの静電容量と被検知物Ｐの厚さＨＰとを、対応づけたものを用いれば、被検知物Ｐの厚さを検知するようにすることもできる。
【００３２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図３、図５に基づいて説明する。このものは、第２の実施形態とデータテーブルの内容が異なっており、その他は第２の実施形態と同じである。
【００３３】
記憶部４に記憶されたデータテーブルは、図５に示す曲線Ｃ２〜Ｃ５ように、被検知物Ｐの誘電率と幅ＬＰと厚さＨＰが既知のときの静電容量と被検知物Ｐの第１の電極群１から第２の電極群２方向の位置とを対応づけたものとなっている。ここで、曲線Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５は、被検知物Ｐの幅ＬＰと第１の電極群１と第２の電極群２の全体の幅Ｌ３との比がそれぞれ１．００，０．８２，０．５９，０．３２のときのデータを示している。このようなデータテーブルを用いることにより、ＥＣＵ５は、算出された静電容量から被検知物Ｐの位置を検知することができる。
【００３４】
このように、第３の実施形態においては、データテーブルは、被検知物Ｐの誘電率と幅ＬＰと厚さＨＰが既知のときの静電容量と被検知物Ｐの第１の電極群１から第２の電極群２方向の位置とを対応づけるものであるので、被検知物Ｐの位置を検知することができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図３、図６に基づいて説明する。このものは、第３の実施形態において、検知電極１ａ，２ａの中心線から検知電極２ａの内側までの距離Ｌ１と検知電極１ａ，２ａの幅Ｌ２との比を１よりも小さくしている点で異なり、その他の構成は同じである。
【００３６】
このものは、Ｌ１／Ｌ２が１よりも小さいので、図６から明らかであるように、検知電極１ａ，２ａ間の静電容量を大きくして静電容量センサの感度を向上させることができる。
【００３７】
このように、第４の実施形態においては、第３の実施形態の検知電極１ａ，２ａの中心線から検知電極２ａの内側までの距離Ｌ１と検知電極１ａ，２ａの幅Ｌ２との比を１よりも小さくするので、静電容量センサの感度を向上させることができる。
【００３８】
なお、この数値限定は絶縁体６が存在する実施形態について説明したが、それに限るものではなく、絶縁体６が存在しないものについて適用しても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図３、図５、図７に基づいて説明する。このものは、第３の実施形態において、絶縁体６の厚さＬ４と、検知電極１ａ，２ａの中心線から検知電極２ａの内側までの距離Ｌ１との比を０．２から０．５までの範囲にしている点で異なり、その他の構成は同じである。
【００４０】
絶縁体６の厚さを薄くしてＬ４／Ｌ１が０．２よりも小さくなると、第１の電極群１と第２の電極群２のそれぞれの電極の端効果の影響を受けるため、静電容量の特性は、例えば図７の点Ｎ１，Ｎ２のように静電容量が被検知物Ｐの状態と１対１に対応しない点が生じる。一方、Ｌ４／Ｌ１を０．５よりも大きくすると、静電容量が小さくなるため、被検知物Ｐを検知することが困難となる場合がある。したがって、Ｌ４／Ｌ１を０．２から０．５の範囲にすることにより、安定して被検知物Ｐの検知を行うことができる。
【００４１】
このように、第５の実施形態においては、絶縁体６の厚さＬ４と、検知電極１ａ，２ａの中心線から検知電極２ａの内側までの距離Ｌ１との比を０．２から０．５までの範囲にするので、安定して被検知物Ｐの検知を行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、平面上に設けられる所定の幅を有して一方向に延伸した検知電極とその両側に略平行に設けたダミー電極とを有する第１の電極群と、この平面上に第１の電極群から所定の距離を離したその延伸方向に略平行な直線に対して対称に設けられる第２の電極群と、第１の電極群と第２の電極群との間に電圧を印加する電圧源と、第１の電極群の検知電極と第２の電極群の検知電極の間に流れる電流値を計測する電流計測手段と、検知電極間の静電容量と検知電極に近接する被検知物の状態とを対応させたデータテーブルを記憶する記憶手段と、このデータテーブルと前記電流計測手段で計測した電流値とを用いて被検知物の状態を検知する検知手段を有する静電容量センサであるので、ダミー電極により検知電極間の電気力線を集中して同一平面上の比較的少ない電極で検知精度の良い静電容量センサを構成し、計測された静電容量とデータテーブルとを比較することにより被検知物の状態を検知するから、比較的簡単な構成で被検知物の状態を検知することができる。
【００４３】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の静電容量センサにおいて、前記データテーブルは、検知電極間の静電容量と被検知物の種類とを対応づけたものであるので、計測された静電容量とデータテーブルを比較することにより被検知物の種類を知ることができるから、請求項１記載の効果に加え、被検知物の有無と種類を検知することができる。
【００４４】
請求項３に係る発明によれば、請求項１記載の静電容量センサにおいて、前記データテーブルは、検知電極間の静電容量と被検知物の大きさとを対応づけたものであるので、計測された静電容量とデータテーブルを比較することにより被検知物の大きさを知ることができるから、請求項１記載の効果に加え、被検知物の大きさを検知することができる。
【００４５】
請求項４に係る発明によれば、請求項１記載の静電容量センサにおいて、前記データテーブルは、検知電極間の静電容量と被検知物の位置とを対応づけたものであるので、計測された静電容量とデータテーブルを比較することにより被検知物の位置を知ることができるから、請求項１記載の効果に加え、被検知物の位置を検知することができる。
【００４６】
請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至４記載の静電容量センサにおいて、第１の電極群と第２の電極群の電極面と被検知物との間に介在する所定の厚さを有する絶縁体を備えるので、被検知物と電極面とを一定の距離を離し、電極面の近傍で生じる端部効果の影響を少なくするから請求項１乃至４記載の効果に加え、安定して被検知物を検知することができる。
【００４７】
請求項６に係る発明によれば、請求項１乃至５記載の静電容量センサにおいて、前記検知電極から前記直線までの距離と前記検知電極の幅との比は、１よりも小さいので、計測する静電容量の値のレベルを大きくすることができるから、請求項１乃至５記載の効果に加え、被検知物を検知する感度を向上することができる。
【００４８】
請求項７に係る発明によれば、請求項５記載の静電容量センサにおいて、前記検知電極から前記直線までの距離と前記絶縁体の厚さとの比は、０．２から０．５までの範囲であるので、電極面の近傍で生じる端部効果の影響や静電容量の値が小さくなりすぎることを生じないようにするから請求項５記載の効果に加え、被検知物を安定して検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示すものであり、（ａ）は構成図、（ｂ）は電気回路部のブロック図である。
【図２】第１の実施形態のデータテーブルを示す図である。
【図３】第２乃至第５の実施形態を示す要部の正面図である。
【図４】第２の実施形態のデータテーブルを示す静電容量の被検知物の幅に対する特性図である。
【図５】第３の実施形態のデータテーブルを示す静電容量の被検知物の位置に対する特性図である。
【図６】静電容量のＬ１／Ｌ２に対するグラフである。
【図７】絶縁体がないときの静電容量の被検知物の位置に対する特性図である。
【符号の説明】
１ 第１の電極群
１ａ 検知電極
１ｂ 内方ダミー電極
１ｃ 外方ダミー電極
２ 第２の電極群
２ａ 検知電極
２ｂ 内方ダミー電極
２ｃ 外方ダミー電極
３ 電気回路部
３ａ 電源回路
３ｂ 発振回路
３ｃ 電流値測定回路
３ｄ Ｉ／Ｖ変換回路
３ｅ 全波整流回路
３ｆ 増幅回路
４ 記憶部
５ ＥＣＵ（検知手段）
６ 絶縁体
Ｐ 被検知物
Ｂ 基台
Ｂａ 平面部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitance sensor suitable for detecting an object and a human body separately.
[0002]
[Prior art]
The capacitance sensor detects an object to be detected based on a change in capacitance, and is used as a human body detection sensor that detects whether a person is present. This is used in an airbag system that is provided in a seat of an automobile and detects whether a person is in the seat and operates an airbag.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-236269 discloses a configuration of an occupant detection system that detects a human body by providing a large number of electrodes on a seat and sequentially applying a voltage between the electrodes. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-509118 discloses a configuration of a seat occupant detection system in which electrodes are arranged on a seat portion and a backrest portion and a human body is detected by a change in capacitance between the electrodes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the configuration of Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-236269 detects a human body with a large number of electrodes, and thus can detect whether the detected person is an adult or a child. The circuit configuration becomes complicated because of the increase.
[0005]
In addition, the configuration of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-509118 can be easily configured because the electrodes are arranged only on the seat and the backrest, but it is difficult to know in detail the state of the detected person. In addition, since the relative position between the electrodes changes by changing the angle of the backrest portion, it is necessary to detect a human body in consideration of this change in capacitance.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a capacitance sensor that can know the state of an object to be detected with a relatively simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a first electrode group including a detection electrode provided on a plane and having a predetermined width and extending in one direction, and dummy electrodes provided substantially parallel to both sides of the detection electrode. A second electrode group provided symmetrically with respect to a straight line substantially parallel to an extending direction at a predetermined distance from the first electrode group, and between the first electrode group and the second electrode group; A voltage source for applying a voltage to the first electrode group, current measuring means for measuring a value of a current flowing between the detection electrodes of the first electrode group and the detection electrodes of the second electrode group, a capacitance between the detection electrodes and the detection electrode Storage means for storing a data table corresponding to the state of the detected object in proximity to the storage means, and detecting means for detecting the state of the detected object using the data table and the current value measured by the current measuring means. It is characterized by having a capacitance sensor.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to the first aspect, the data table associates the capacitance between the detection electrodes with the type of the detection target. .
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to the first aspect, the data table associates the capacitance between the detection electrodes with the size of the detection target. .
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to the first aspect, the data table associates a capacitance between detection electrodes with a position of an object to be detected. .
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to any one of the first to fourth aspects, a predetermined thickness interposed between the electrode surfaces of the first electrode group and the second electrode group and the object is set. Characterized by having an insulator having
[0012]
The invention according to claim 6 is the capacitance sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a ratio between a distance from the detection electrode to the straight line and a width of the detection electrode is smaller than 1. .
[0013]
The invention according to claim 7 is the capacitance sensor according to claim 5, wherein a ratio between a distance from the detection electrode to the straight line and a thickness of the insulator is in a range from 0.2 to 0.5. It is characterized by having.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The base B is formed in a rectangular plate shape with a resin of an insulating material, and has a flat portion Ba.
[0015]
The first electrode group 1 includes a detection electrode 1a, an inner dummy electrode 1b, and an outer dummy electrode 1c, and is provided on the plane portion Ba of the base B. Each of these electrodes is formed of a copper foil having a thickness of 30 to 35 μm, and has a rectangular shape having the same length. These electrodes are arranged substantially in parallel, and the detection electrode 1a is provided between the inner dummy electrode 1b and the outer dummy electrode 1c. The inner dummy electrode 1b is provided on the center side of the base B with respect to the detection electrode 1a, and the outer dummy electrode 1c is provided on the periphery side of the base B with respect to the detection electrode 1a.
[0016]
The second electrode group 2 is provided with the first electrode group 1 at a predetermined distance from the detection electrode 1a and symmetrically with respect to a straight line substantially parallel to the longitudinal direction of the detection electrode 1a. Therefore, the second electrode group 2 corresponds to the detection electrode 1a, the inner dummy electrode 1b, and the outer dummy electrode 1c of the first electrode group 1, and the detection electrode 2a, the inner dummy electrode 2b, and the outer dummy electrode 1c. It has an electrode 2c.
[0017]
The first electrode group 1 is connected in parallel to each other, and a connection portion thereof is connected to an oscillation circuit 3b of the electric circuit unit 3 described later. In the second electrode group, an inner dummy electrode 2b and an outer dummy electrode 2c are connected in parallel, and a connection portion thereof is connected to an oscillation circuit 3b of the electric circuit unit 3 described later. In addition, a current value measuring circuit 3c of the electric circuit unit 3 described below is provided between the connection portion and the detection electrode 2a.
[0018]
When an AC voltage is applied between the first electrode group 1 and the second electrode group 2, virtual lines of electric force E1, E2, and E3 are generated at a certain moment, and a displacement occurs between the detection electrodes 1a and 2a. Electric current flows. At this time, if the detection target P, which is a dielectric, is interposed in the electric field generated by the lines of electric force E1, E2, and E3, the displacement current flowing increases. Therefore, the detection object P made of a dielectric material between the detection electrodes 1a and 2a can be detected by a change in capacitance, and can be detected by a current flowing through the detection electrodes 1a and 2a.
[0019]
Here, the line of electric force E2 generated between the detection electrodes 1a and 2a is defined between the line of electric force E1 generated between the inner dummy electrodes 1b and 2b and the line of electric force E3 generated between the outer dummy electrodes 1c and 2c. Because of the presence of the inner dummy electrodes 1b and 2b and the outer dummy electrodes 1c and 2c, the area where the electric lines of force E2 generated between the detection electrodes 1a and 2a are distributed can be controlled, and the object to be detected can be controlled. The range in which P can be detected can be determined. The predetermined width of the detection electrodes 1a and 2a, the predetermined distance between the first electrode group 1 and the second electrode group 2, the positions of the inner dummy electrodes 1b and 2b, and the like are covered by the detection range and the area. It is set by performing an electric field simulation so that the capacitance and the like when the detection object P is placed are suitable for the intended use. For example, here, the width of the detection electrodes 1a and 2a is half the length of the distance measured inside the detection electrodes 1a and 2a.
[0020]
The electric circuit unit 3 includes a power supply circuit 3a, an oscillation circuit 3b, a current value measurement circuit 3c, an I / V conversion circuit 3d, a full-wave rectification circuit 3e, a storage unit 4, an ECU (Electric circuit) Control Unit 5). Here, an oscillation circuit 3b is provided as a voltage source, and a current value measurement circuit 3c, an I / V conversion circuit and 3d, and a full-wave rectification circuit 3e are provided as current measurement means. The storage unit 4 is provided as storage means, and the ECU 5 is provided as detection means.
[0021]
The power supply circuit 3a is connected to each circuit of the electric circuit section 3 (not shown) and supplies power. The oscillation circuit 3b (voltage source) is connected to the detection electrode 1a of the first electrode group 1 and the detection electrode 2a of the second electrode group 2, and outputs a sine wave AC voltage signal therebetween. The current value measurement circuit 3c is connected to the detection electrodes 1a and 2a, receives an alternating current signal flowing between the detection electrodes 1a and 2a, and outputs the signal to the I / V conversion circuit 3d. The I / V conversion circuit 3d receives an AC current signal flowing between the detection electrodes 1a and 2a from the current value measurement circuit 3c, converts it into an AC voltage signal, and outputs the AC voltage signal to the full-wave rectification circuit 3e. The full-wave rectifier circuit 3e rectifies the AC voltage signal input from the I / V conversion circuit 3d into a DC voltage signal and outputs the DC voltage signal to the amplifier circuit 3f. The amplifier circuit 3f amplifies the DC voltage signal output from the full-wave rectifier circuit 3e to a desired signal level and inputs the signal level to the ECU 5.
[0022]
The storage unit 4 is composed of a nonvolatile semiconductor memory, and stores a data table in which a capacitance (or a value corresponding to the capacitance) predetermined by an experiment is associated with the state of the detection target P. Is what you do. As shown in FIG. 2, this data table has LV1, LV2, LV3, and LV4 as thresholds. If the capacitance is smaller than LV1, it is determined that the detected object P does not exist. , LV is smaller than LV3, the object P is determined to be a person other than a person, and if larger than LV4, the object P is determined to be a person. The state of P is associated. This is because the capacitance between the detection electrodes 1a and 2a changes depending on the dielectric constant of an object existing in a space through which lines of electric force pass, and increases as an object having a high dielectric constant exists. For example, if the detected object P is a person, the dielectric constant is about 50 to 80, and if the detected object P is something other than a person (for example, luggage), the dielectric constant is about 2 to 5. The capacitance becomes larger when the detection target P is a person. Further, this data table is associated with a state where the detected object P exists when the capacitance is larger than LV3 and smaller than LV4, but the type thereof is not clear, and when the capacitance is larger than LV1 and smaller than LV2. It is associated with a state in which it is not clear whether or not the detected object P exists. When these widths are reduced, the unclear area decreases, but the error rate of detection for the type of the detection object P increases. Therefore, these widths are appropriately set based on the intended use.
[0023]
The ECU 5 is connected to the amplification circuit 3f and the storage unit 4, receives a DC voltage signal corresponding to an AC current signal flowing between the detection electrodes 1a and 2a from the amplification circuit 3f, and calculates the capacitance from the signal. This device detects the state of the detection target P using the data table stored in the storage unit 4 and the calculated capacitance.
[0024]
Next, the operation of the first embodiment will be described. First, a case where the detected object P does not exist will be described. The oscillation circuit 3b (voltage source) is connected to the detection electrode 1a of the first electrode group 1 and the detection electrode 2a of the second electrode group 2, and outputs a sine wave AC voltage signal therebetween. The current value measurement circuit 3c is connected to the detection electrodes 1a and 2a, receives an alternating current signal flowing between the detection electrodes 1a and 2a, and outputs the signal to the I / V conversion circuit 3d. The I / V conversion circuit 3d receives an AC current signal flowing between the detection electrodes 1a and 2a from the current value measurement circuit 3c, converts it into an AC voltage signal, and outputs the AC voltage signal to the full-wave rectification circuit 3e. The full-wave rectifier circuit 3e rectifies the AC voltage signal input from the I / V conversion circuit 3d into a DC voltage signal and outputs the DC voltage signal to the amplifier circuit 3f. The amplifier circuit 3f amplifies the DC voltage signal output from the full-wave rectifier circuit 3e to a desired signal level and inputs the signal level to the ECU 5. The ECU 5 calculates the capacitance from the input DC voltage signal and compares it with the data table stored in the storage unit 4. At this time, since the capacitance is smaller than LV1, the ECU 5 determines that the detected object P does not exist.
[0025]
On the other hand, the operation when the detected object P (person) is present is the same, but the presence of the detected object P increases the dielectric constant between the detection electrodes 1a and 2a. It is getting bigger. The ECU 5 determines that the detection target P is a person because the level of the capacitance is larger than the LV4 as compared with the data table stored in the storage unit 4.
[0026]
As described above, in the first embodiment, the ECU 5 stores the data table in which the capacitance between the detection electrodes 1a and 2a, the capacitance stored in the storage unit 4 and the type of the detection target P are associated with each other. Since the comparison is made, the type of the object P to be detected can be detected.
[0027]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is different from the first embodiment in that an insulator 6 is provided on the electrode surface of the first electrode group 1 and the second electrode group 2 and the contents of the data table are different. This is the same as the embodiment.
[0028]
The insulator 6 is formed of a resin into a rectangular plate shape and has a predetermined thickness L4. This is provided on the electrode surfaces of the first electrode group 1 and the second electrode group 2.
[0029]
The data table stored in the storage unit 4 associates the capacitance when the thickness and the position of the detected object P are known with the width LP of the detected object P, as shown by a curve C1 in FIG. It has become. Here, the detection object P is a rectangular plate having a known dielectric constant and a constant thickness, and the center line of the first electrode group 1 and the center line of the second electrode group 2 They are arranged to match. By using such a data table, the ECU 5 can detect the width LP of the detection target P from the calculated capacitance. For example, when a seat or the like is provided and the place where the occupant (detected object P) sits is substantially fixed, the width LP of the detected object P can be detected by using such a data table.
[0030]
As described above, in the second embodiment, the data table associates the capacitance when the thickness and the position of the detection target P are constant with the width LP of the detection target P. The width LP of the detection object P can be detected.
[0031]
Note that if a data table is used in which the position of the object P, the dielectric constant, and the capacitance when the size is known are associated with the thickness HP of the object P, the object P is detected. Can be detected.
[0032]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is different from the second embodiment in the content of the data table, and the rest is the same as the second embodiment.
[0033]
The data table stored in the storage unit 4 indicates the capacitance and the capacitance of the detected object P when the permittivity, the width LP, and the thickness HP of the detected object P are known, as indicated by curves C2 to C5 illustrated in FIG. The positions in the direction from the first electrode group 1 to the second electrode group 2 are associated with each other. Here, the curves C2, C3, C4, and C5 indicate that the ratio between the width LP of the detection target P and the entire width L3 of the first electrode group 1 and the second electrode group 2 is 1.00, 0. Data at 82, 0.59, and 0.32 are shown. By using such a data table, the ECU 5 can detect the position of the detection target P from the calculated capacitance.
[0034]
As described above, in the third embodiment, the data table includes the capacitance when the dielectric constant, the width LP, and the thickness HP of the detection target P are known, and the first electrode group 1 of the detection target P. Thus, the position of the detection target P can be detected since the position of the object P is associated with the position in the second electrode group 2 direction.
[0035]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This is different from the third embodiment in that the ratio of the distance L1 from the center line of the detection electrodes 1a, 2a to the inside of the detection electrode 2a and the width L2 of the detection electrodes 1a, 2a is smaller than 1. And the other configuration is the same.
[0036]
Since L1 / L2 is smaller than 1, the capacitance between the detection electrodes 1a and 2a can be increased to improve the sensitivity of the capacitance sensor, as is clear from FIG.
[0037]
Thus, in the fourth embodiment, the ratio of the distance L1 from the center line of the detection electrodes 1a, 2a to the inside of the detection electrode 2a and the width L2 of the detection electrodes 1a, 2a in the third embodiment is 1 Since it is smaller, the sensitivity of the capacitance sensor can be improved.
[0038]
Note that the numerical limitation has been described for the embodiment in which the insulator 6 exists, but the invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by applying to a member in which the insulator 6 does not exist.
[0039]
(Fifth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3, 5, and 7. FIG. According to the third embodiment, the ratio of the thickness L4 of the insulator 6 to the distance L1 from the center line of the detection electrodes 1a, 2a to the inside of the detection electrode 2a in the third embodiment is from 0.2 to 0.5. And the other configurations are the same.
[0040]
When the thickness of the insulator 6 is reduced and L4 / L1 is smaller than 0.2, the end effect of each electrode of the first electrode group 1 and the second electrode group 2 is affected. In the characteristics of the capacitance, for example, points where the capacitance does not correspond one-to-one with the state of the detection target P, such as points N1 and N2 in FIG. On the other hand, if L4 / L1 is larger than 0.5, the capacitance becomes small, so that it may be difficult to detect the detection target P. Therefore, by setting L4 / L1 in the range of 0.2 to 0.5, the detection of the detection target P can be performed stably.
[0041]
As described above, in the fifth embodiment, the ratio of the thickness L4 of the insulator 6 to the distance L1 from the center line of the sensing electrodes 1a, 2a to the inside of the sensing electrode 2a is 0.2 to 0.5. Since the range is set within the range, it is possible to stably detect the detection target P.
[0042]
【The invention's effect】
According to the invention according to claim 1, a first electrode group including a detection electrode having a predetermined width provided on a plane and extending in one direction and dummy electrodes provided substantially parallel to both sides thereof, A second electrode group provided symmetrically with respect to a straight line substantially parallel to an extending direction at a predetermined distance from the first electrode group on the plane, a first electrode group and a second electrode group; A voltage source for applying a voltage between the electrodes, current measuring means for measuring a value of a current flowing between the detection electrodes of the first electrode group and the detection electrodes of the second electrode group, and a capacitance between the detection electrodes. Storage means for storing a data table corresponding to the state of the detected object in proximity to the detection electrode; and detection for detecting the state of the detected object using the data table and the current value measured by the current measuring means. Since this is a capacitance sensor with Constructs a capacitance sensor with high detection accuracy using relatively few electrodes on the same plane by concentrating the lines of electric force, and detects the state of the detected object by comparing the measured capacitance with the data table Therefore, the state of the detected object can be detected with a relatively simple configuration.
[0043]
According to the second aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to the first aspect, since the data table associates the capacitance between the detection electrodes with the type of the detection target, the measurement is performed. Since the type of the detected object can be known by comparing the obtained capacitance with the data table, the presence and the type of the detected object can be detected in addition to the effect described in the first aspect.
[0044]
According to the third aspect of the invention, in the capacitance sensor according to the first aspect, since the data table associates the capacitance between the detection electrodes with the size of the detection target, the measurement is performed. Since the size of the detected object can be known by comparing the obtained capacitance with the data table, the size of the detected object can be detected in addition to the effect of the first aspect.
[0045]
According to the fourth aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to the first aspect, the data table associates the capacitance between the detection electrodes with the position of the detection target, and thus performs measurement. Since the position of the detected object can be known by comparing the obtained capacitance with the data table, the position of the detected object can be detected in addition to the effect of the first aspect.
[0046]
According to a fifth aspect of the present invention, in the capacitance sensor according to any one of the first to fourth aspects, the predetermined thickness interposed between the electrode surfaces of the first electrode group and the second electrode group and the object to be detected. 5. Since the insulating member having the thickness is provided, the object to be detected is separated from the electrode surface by a certain distance, and the effect of the end effect generated near the electrode surface is reduced. Thus, the detection target can be detected.
[0047]
According to the invention according to claim 6, in the capacitance sensor according to any one of claims 1 to 5, since a ratio of a distance from the detection electrode to the straight line and a width of the detection electrode is smaller than 1, measurement is performed. Since the level of the capacitance value can be increased, the sensitivity of detecting the object can be improved in addition to the effects described in the first to fifth aspects.
[0048]
According to the invention according to claim 7, in the capacitance sensor according to claim 5, a ratio between a distance from the detection electrode to the straight line and a thickness of the insulator is 0.2 to 0.5. Since it is within the range, it is possible to prevent the effect of the edge effect generated near the electrode surface and the value of the capacitance from being excessively reduced. Can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a first embodiment, in which FIG. 1A is a configuration diagram, and FIG. 1B is a block diagram of an electric circuit unit.
FIG. 2 is a diagram illustrating a data table according to the first embodiment.
FIG. 3 is a front view of a main part showing second to fifth embodiments.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a capacitance of an electrostatic capacitance with respect to a width of an object to be detected, showing a data table of the second embodiment.
FIG. 5 is a characteristic diagram of a capacitance with respect to a position of an object to be detected, showing a data table of the third embodiment.
FIG. 6 is a graph of capacitance L1 / L2.
FIG. 7 is a characteristic diagram of capacitance with respect to the position of a detection object when there is no insulator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st electrode group 1a Detecting electrode 1b Inner dummy electrode 1c Outer dummy electrode 2 2nd electrode group 2a Detector electrode 2b Inner dummy electrode 2c Outer dummy electrode 3 Electric circuit section 3a Power circuit 3b Oscillator circuit 3c Current Value measurement circuit 3d I / V conversion circuit 3e full-wave rectification circuit 3f amplification circuit 4 storage unit 5 ECU (detection means)
6 Insulator P Detected object B Base Ba Flat part
