JP2005227225A - 静電容量型センサ及び挟み込み防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電容量型センサの周囲に水滴が付着することによって生じる静電容量型センサの誤動作を防止する。
【解決手段】 基準の電気量が蓄えられる第１基準コンデンサ３４ａに接続される第１検出電極１２と、基準の電気量が蓄えられる第２基準コンデンサ３４ｂに接続される第２検出電極１３とを備える静電容量型センサ１であって、前記第２検出電極１３の電極面積が、前記第１検出電極１２の電極面積と比較して小さい。
【選択図】 図５

Description

本発明は、静電容量型センサに関し、特に、近接した人体を検知する静電容量型センサに関する。

従来、車両のパワースライドドアやパワーウインドのような可動体と、この可動体を受け止めるピラーや窓枠のような固定体との間に手や指などが挟まれることを防止するための挟み込み防止装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この挟み込み防止装置は、人体を検知する静電容量型センサを備えており、その検知信号によって可動体を停止し、あるいは可動体を反転移動させるようになっている。

一般に、静電容量型センサは、図８（ａ）に示すように、検出電極Ｅ１と、接地電極Ｅ２と、検出電極Ｅ１及び接地電極Ｅ２の間に挟み込まれた絶縁体Ｉｎと、これら検出電極Ｅ１、接地電極Ｅ２及び絶縁体Ｉｎの周囲を取り囲むように配設された絶縁材料からなる被覆部材とを備えている。そして、この静電容量型センサは、例えば、固定体と向き合う可動体側の端面に配設される。

このような静電容量型センサでは、図８（ｂ）に示すように、発振回路及び出力アンプを介して電荷ｑが検出電極Ｅ１に供給される。つまり、検出電極Ｅ１及び接地電極Ｅ２がコンデンサを構成するため、検出アンプを介して出力される電位ｖは、次式（１）で表される。
ｖ＝ｑ／（Ｃａ＋Ｃｂ）・・・・・（１）
（ただし、式（１）中、ｑは、静電容量型センサ（コンデンサ）に蓄えられる電気量を表し、Ｃａは、静電容量型センサの静電容量を表し、Ｃｂは、静電容量型センサと大地との間の静電容量を表す。）

そして、この静電容量型センサに人体が近接すると、静電容量型センサと人体との間の静電容量によって前記電位ｖは変化する。この電位ｖは、次式（２）で表される。
ｖ＝ｑ／（Ｃａ＋Ｃｂ＋Ｃｃ）・・・・・（２）
（ただし、式（２）中、ｑ、Ｃａ及びＣｂは、前記と同じであり、Ｃｃは、静電容量型センサと人体との間の静電容量を表す。）

したがって、人体が静電容量型センサに近づけば近づくほどＣｃは増大していき、その結果、検出アンプを介して出力される電位ｖは、小さくなっていく。つまり、静電容量型センサは、この電位ｖの変化によって、人体を検知するようになっている。
特開２００１−３２６２８号公報（段落０００２〜００２６、図１）

ところで、図８（ｃ）に示すように、このような静電容量型センサの検出電極Ｅ１及び接地電極Ｅ２の周囲、例えば被覆部材には、降雨等によって水滴Ｗが付着する場合がある。そして、水滴Ｗが被覆部材に付着すると、この静電容量型センサは接地電極Ｅ２を有しているため、水滴Ｗの静電容量Ｃｗによって、静電容量型センサの静電容量Ｃａが増加する。

しかしながら、静電容量Ｃａが増加すると、式（２）から明らかなように、検出電極Ｅ１の電位ｖが低下する。つまり、この静電容量型センサは、水滴Ｗが付着することによってあたかも人体が近接したかのように誤動作してしまう。

そこで、本発明は、静電容量型センサの周囲に水滴が付着することによって生じる誤動作を防止することができる静電容量型センサ及び挟み込み防止装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、基準の電気量が蓄えられる第１基準コンデンサに接続される第１検出電極と、基準の電気量が蓄えられる第２基準コンデンサに接続される第２検出電極とを備える静電容量型センサであって、前記第２検出電極の電極面積が、前記第１検出電極の電極面積と比較して小さいことを特徴とする。

この静電容量型センサでは、第１検出電極が第１基準コンデンサと接続されているため、第１検出電極と第１基準コンデンサとの間の静電容量は、第１基準コンデンサの静電容量に等しい。また、第１検出電極と第１基準コンデンサとの間の電気量は、第１基準コンデンサに蓄えられた基準の電気量に等しい。そして、この静電容量型センサでは、第２検出電極が第２基準コンデンサと接続されているため、第２検出電極と第２基準コンデンサとの間の静電容量は、第２基準コンデンサの静電容量に等しい。また、第２検出電極と第２基準コンデンサとの間の電気量は、第２基準コンデンサに蓄えられた基準の電気量に等しい。

この静電容量型センサでは、浮遊容量を有する人体等の被検出物（以下、単に「人体等」という）が近接すると、人体等と第１検出電極との間には静電容量が誘起されるとともに、人体等と第２検出電極との間には静電容量が誘起される。そして、このとき誘起される静電容量Ｃは、次式（３）に従う。
Ｃ＝ε・Ｓ／Ｄ・・・・・（３）
（ただし、式（４）中、εは、空気の誘電率を表し、Ｓは、第１検出電極及び第２検出電極のそれぞれの電極面積を表し、Ｄは、人体等と第１検出電極及び第２検出電極との距離を表す。）

そして、この式（３）によれば、この静電容量型センサでは、第２検出電極の電極面積が、第１検出電極の電極面積と比較して小さいため、人体等と第１検出電極との間の静電容量は、人体等と第２検出電極との間の静電容量と比較して大きくなる。つまり、次式（４）によれば、第１検出電極の電位は、第２検出電極の電位と比較して小さくなる。
Ｖ＝Ｑ／Ｃ・・・・・（４）
（ただし、式（４）中、Ｑは、第１基準コンデンサ及び第２基準コンデンサにそれぞれ蓄えられた電気量を表し、Ｃは、人体等と第１検出電極の静電容量及び人体等と第１検出電極の静電容量のそれぞれを表す。）

したがって、第１検出電極の電位と、第２検出電極の電位との差分値を取るとともに、この差分値が予め設定された差分値の閾値以上であれば、人体等が静電容量型センサに近接したとみなすことができる。つまり、この静電容量型センサで人体等が検出される。

その一方で、このように人体が検出される際に、この静電容量型センサでは、従来の静電容量型センサのように接地電極を有していないため、この静電容量型センサに水滴が付着したとしても、水滴と大地との距離が大きくなっている。その結果、水滴が付着することによる静電容量型センサの静電容量の変化が極めて小さくなる。したがって、この静電容量型センサでは、水滴が付着することによる外乱が防止される。

また、この静電容量型センサでは、第１検出電極の電位と、第２検出電極の電位の差分値を検出することによって人体等を検出するため、水滴が付着することによる第１検出電極の電位の変化及び第２検出電極の電位の変化は、差分値が検出されることによって相殺される。したがって、この静電容量型センサでは、水滴が付着することによる外乱が防止される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電容量型センサにおいて、前記第１検出電極の検出面及び前記第２検出電極の検出面を残して、前記第１検出電極及び前記第２検出電極を覆うシールド電極が配設されているとともに、前記シールド電極の電位が、前記第１検出電極及び前記第２検出電極の電位と予め等しくなるように設定されていることを特徴とする。

この静電容量型センサでは、検出面以外の第１検出電極及び第２検出電極が、シールド電極で覆われており、このシールド電極には、第１検出電極の電位及び第２検出電極の電位と等しい電位が設定される。したがって、この静電容量型センサでは、シールド電極側から静電容量型センサに人体等が近接した際に、シールド電極と人体等との間に静電容量が誘起されるが、第１検出電極及び第２検出電極と、人体等との間には静電容量が誘起されない。つまり、検出面以外から静電容量型センサに人体等が近接したとしても、この静電容量型センサは、その人体等を検出しない。

また、この静電容量型センサでは、シールド電極の電位と、第１検出電極及び第２検出電極の電位とが等しくなっているので、シールド電極と、第１検出電極及び第２検出電極との間での静電容量は無視することができる。つまり、シールド電極を設けたことによる第１検出電極及び第２検出電極への外乱は防止される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサにおいて、前記第１検出電極の電極面と前記第２検出電極の電極面とが同一平面内に配置されていることを特徴とする。

この静電容量型センサでは、第１検出電極の電極面と第２検出電極の電極面とが同一面内に設定されるように位置決めされているので、１対の電極が対向するように配置された静電容量型センサと比較してその厚みが低減される。

また、この静電容量型センサでは、第１検出電極の電極面と第２検出電極の電極面とが同一面内に設定されるように位置決めされているので、１対の電極が対向するように配置された静電容量型センサのように、例えば、静電容量型センサの折り曲げや、静電容量型センサへの衝撃によって電極間の距離が変動して静電容量が変化することがない。

このような静電容量型センサは、挟み込み防止装置に使用することができる。すなわち、請求項４に記載の挟み込み防止装置は、固定体と、前記固定体に向かって移動する可動体と、前記固定体及び前記可動体の少なくとも一方に取り付けられた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の前記静電容量型センサと、前記静電容量型センサの前記第１検出電極の電位及び前記静電容量型センサの前記第２検出電極の電位の差分値を検出する差分検出回路と、検出された前記差分値が、予め設定された差分値の閾値以上である場合に検出信号を出力する信号処理回路と、前記検出信号に基づいて前記固定体に向かって移動する可動体を停止し、または反転移動させる駆動装置とを備えることを特徴とする。

この挟み込み防止装置では、前記した第１検出電極の電位と第２検出電極の電位との差分値を差分検出回路が検出する。そして、信号処理回路は、検出された前記差分値が、予め設定された差分値の閾値以上である場合に検出信号を出力する。つまり、この差分値が予め設定された差分値の閾値以上であれば、人体等が静電容量型センサに近接したとみなして信号処理回路は検出信号を出力する。そして、駆動装置は、この検出信号に基づいて前記固定体に向かって移動する可動体を停止し、または反転移動させる。その結果、人体等が固定体と可動体との間に挟み込まれることが防止される。このように人体の挟み込みが防止される際に、前記したと同様に静電容量型センサに水滴が付着することによる外乱は防止される。したがって、この挟み込み防止装置によれば、静電容量型センサに水滴が付着することによって誤動作することはない。

本発明の静電容量型センサ及び挟み込み防止装置によれば、静電容量型センサの周囲に水滴が付着することによって生じる静電容量型センサの誤動作を防止することができる。

以下、本発明の静電容量型センサ及びこの静電容量型センサを使用した挟み込み防止装置の一実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、本発明の実施形態に係る静電容量型センサが自動車のパワースライドドアに取り付けられたときの様子を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線における断面図、図３は、本実施の形態に係る静電容量型センサが組み込まれた挟み込み防止装置の概略図、図４は、図３の挟み込み防止装置のブロック図である。

（静電容量型センサ）
本実施の形態に係る静電容量型センサは、１対の検出電極の各電位の差分値に基づいて、人体等を検出するものである。図１に示すように、静電容量型センサ１は、その外形がベルト状に形成されており、自動車２のセンターピラー２１と向き合うパワースライドドア２３の端面の上端から下端にわたって取り付けられている。この静電容量型センサ１は、図２を併せて参照すると明らかなように、第１検出電極１２と、第２検出電極１３と、シールド電極１４とを備えている。そして、これら第１検出電極１２、第２検出電極１３及びシールド電極１４は、静電容量型センサ１の外形を形作る絶縁材料からなる被覆部材１５に埋め込まれており、被覆部材１５の長手方向に延びるように配設されている。つまり、これら第１検出電極１２、第２検出電極１３及びシールド電極１４は、パワースライドドア２３の前記端面の上端から下端にわたって配置されるようになっている。なお、被覆部材１５の絶縁材料としては、例えば、ゴム、絶縁性樹脂等が挙げられる。

第１検出電極１２は、一定幅であって一定長さの帯状の導電性材料で形成されており、後記する第１基準コンデンサ３４ａ（図４参照）に接続されている。そして、第１検出電極１２は、後記するように第１基準コンデンサ３４ａが充電された際に、一定の電位が設定されるようになっている。この第１検出電極１２を構成する導電性材料としては、例えば、金属、ゴムに金属粉をフィラーとして含ませた導電性ゴム、導電性樹脂等が挙げられる。

第２検出電極１３は、第１検出電極１２の幅と比較して狭い幅であって、第１検出電極１２の長さと等しい長さの帯状の導電性材料で形成されている。つまり、第２検出電極１３の電極面積は、第１検出電極１２の電極面積と比較して小さくなっている。この第２検出電極１３は、後記する第２基準コンデンサ３４ｂ（図４参照）に接続されており、後記するように第２基準コンデンサ３４ｂが充電された際に、一定の電位が設定されるようになっている。なお、この本実施形態では、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂが充電された際に、第２検出電極１３の電位が、後記するように第１検出電極１２の電位と等しくなるように設定されている。この第２検出電極１３を構成する導電性材料としては、例えば、金属、ゴムに金属粉をフィラーとして含ませた導電性ゴム、導電性樹脂等が挙げられる。

このような第１検出電極１２及び第２検出電極１３は、これらの電極面が同一面Ｐ２内に配置されるように位置決めされている。

シールド電極１４は、その長さが第１検出電極１２及び第２検出電極１３の長さと等しく、その横断面が略コの字状の導電性材料で形成されている。このシールド電極１４は、後記するように、第１検出電極１２及び第２検出電極１３に対する外乱を防止するものであり、第１検出電極１２及び第２検出電極１３の側部側及び下部側を覆うように配置されている。そして、静電容量型センサ１のセンターピラー２１側では、シールド電極１４が第１検出電極１２及び第２検出電極１３を覆っておらず、静電容量型センサ１のセンターピラー２１側には、検出面Ｐ１が設定されている。

このようなシールド電極１４は、後記する電荷供給回路３５（図４参照）に接続されて、その電位が第１検出電極１２の電位及び第２検出電極１３の電位と等しくなるように設定されている。このシールド電極１４を構成する導電性材料としては、例えば、金属、ゴムに金属粉をフィラーとして含ませた導電性ゴム、導電性樹脂等が挙げられる。

（挟み込み防止装置）
次に、前記静電容量型センサ１を使用した挟み込み防止装置について説明する。本実施形態での挟み込み防止装置は、パワースライドドア２３（図１参照）が閉じられる際に、このパワースライドドア２３が人体等と衝突することを防止し、あるいはパワースライドドア２３とセンターピラー２１（図１参照）との間に人体等が挟み込まれることを防止するものである。なお、センターピラー２１は特許請求の範囲（請求項４）にいう「固定体」に相当し、パワースライドドア２３は、特許請求の範囲（請求項４）にいう「可動体」に相当する。

図３に示すように、挟み込み防止装置３は、前記静電容量型センサ１と、ドア駆動装置３１と、ＥＣＵ３２（Electronic Control Unit）と、検出回路ユニット３３とを備えている。ドア駆動装置３１、ＥＣＵ３２及び検出回路ユニット３３は、自動車２の車体２４側に配設されている。なお、ドア駆動装置３１は、特許請求の範囲（請求項４）にいう「駆動装置」に相当する。

ドア駆動装置３１は、パワースライドドア２３をＥＣＵ３２が出力する指令信号によって開閉する公知の構造を有しており、ＥＣＵ３２が出力する指令信号に応じて正回転、逆回転または停止する電動モータ（図示せず）と、この電動モータの回転力を受けてパワースライドドア２３を押し引きするプッシュプル機構（図示せず）とで構成されている。そして、このドア駆動装置３１は、パワースライドドア２３が全開した状態を検知するとともに、その全開検知信号を検出回路ユニット３３の後記する信号処理回路３７（図４参照）に向けて出力するように構成されている。また、このドア駆動装置３１は、パワースライドドア２３が完全に閉じられた状態を検知するとともに、その閉鎖検知信号を検出回路ユニット３３の後記する信号処理回路３７（図４参照）に向けて出力するように構成されている。なお、これらの全開検知信号及び閉鎖検知信号を入力した信号処理回路３７は、後記するように検出回路ユニット３３の電荷供給回路３５（図４参照）が第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂ（図４参照）に基準の電気量を充電し、そして充電された電気量を放電させるように指令信号を出力する。

ＥＣＵ３２は、次に説明する検出回路ユニット３３が出力する後記人体等検出信号に基づいてドア駆動装置３１の電動モータ（図示せず）を正回転、逆回転または停止させる後記制御信号をドア駆動装置３１に向けて出力するように構成されている。

検出回路ユニット３３は、図４に示すように、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂと、電荷供給回路３５と、差分検出回路３６と、信号処理回路３７とを備えている。

第１基準コンデンサ３４ａは、静電容量型センサ１の第１検出電極１２に接続されており、第２基準コンデンサ３４ｂは、静電容量型センサ１の第２検出電極１３に接続されている。また、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂのそれぞれには、次に説明する電荷供給回路３５から電荷が供給されて、基準の電気量が蓄えられるようになっている。なお、本実施形態では、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂとして、静電容量がともに等しいものが使用されている。

電荷供給回路３５は、本実施形態では、基準電位が設定された電位設定端子３５ａと、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂへの入力端子３５ｂと、接地電位端子３５ｃと、電位設定端子３５ａ及び入力端子３５ｂの間と、入力端子３５ｂ及び接地電位端子３５ｃの間とを信号処理回路３７から出力される指令信号に基づいてオンオフするスイッチ３５ｄとで構成されている。

電位設定端子３５ａには、例えば、１．３Ｖといった基準電位が設定されている。このような基準電位が設定された電位設定端子３５ａ側には、シールド電極１４が接続されており、シールド電極１４には、基準電位が設定されるようになっている。

スイッチ３５ｄは、信号処理回路３７がドア駆動装置３１からの前記全開検知信号に基づいて出力する指令信号によって入力端子３５ｂと電位設定端子３５ａとを接続するようになっている。そして、この接続によって第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂに基準の電気量が充電された後に、スイッチ３５ｄは、この接続を解除することによって基準の電気量を維持するようになっている。つまり、スイッチ３５ｄは、後記する第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂの静電容量の変化によって基準の電気量が変動しないようにしている。なお、このように第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂに基準の電気量が充電されることによって、第１基準コンデンサ３４ａの電位、第２基準コンデンサ３４ｂの電位及びシールド電極の電位は、相互に等しくなる。そして、スイッチ３５ｄは、信号処理回路３７がドア駆動装置３１からの前記閉鎖検知信号に基づいて出力する指令信号によって入力端子３５ｂと接地電位端子３５ｃとを接続するようになっている。つまり、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂに充電された電気量が大地に向けて放電されるようになっている。

差分検出回路３６は、第１検出電極１２及び第２検出電極１３に接続されており、第１検出電極１２の電位及び第２検出電極１３の電位を検出するとともに、第１検出電極１２の電位と第２検出電極１３の電位との差分値を検出するようになっている。そして、この差分検出回路３６は、検出した差分検出信号を次に説明する信号処理回路３７に出力するように構成されている。この差分検出回路３６には、例えば、差動アンプを備えた公知の回路を使用することができる。

信号処理回路３７は、差分検出回路３６からの差分検出信号を入力するとともに、差分検出信号に基づく差分値と、予め設定された差分値の閾値とを比較するようになっている。そして、この信号処理回路３７は、差分検出信号に基づく差分値が閾値以上の場合には、人体等検出信号をＥＣＵ３２に向けて出力するように構成されている。なお、この人体等検出信号は、特許請求の範囲（請求項４）にいう「検出信号」に相当する。

また、信号処理回路３７は、ドア駆動装置３１からの前記全開検知信号を入力することによって、電荷供給回路３５が第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂに基準の電気量を充電するように電荷供給回路３５（スイッチ３５ｄ）に向けて指令信号を出力するように構成されている。

また、信号処理回路３７は、ドア駆動装置３１からの前記閉鎖検知信号を入力することによって、電荷供給回路３５が第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂに充電された電気量を放電させるように電荷供給回路３５（スイッチ３５ｄ）に向けて指令信号を出力するように構成されている。

このような信号処理回路３７としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、前記した差分値の閾値が格納されるメモリとで構成されたものが挙げられる。

次に、静電容量型センサ１の動作及び挟み込み防止装置３の動作について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図５（ａ）は、人体等が静電容量型センサ１に近接した際の第１検出電極１２及び第２検出電極１３の動作を示す模式図、図５（ｂ）は、水滴が静電容量型センサに付着した際の第１検出電極１２及び第２検出電極１３の動作、及び人体等がシールド電極１４側から静電容量型センサに近接した際のシールド電極１４の動作を示す模式図、図６は、挟み込み防止装置３の動作のフローチャートである。

図５（ａ）に示すように、この静電容量型センサ１では、第１検出電極１２が第１基準コンデンサ３４ａと接続されているため、第１検出電極１２と第１基準コンデンサ３４ａとの間の静電容量は、第１基準コンデンサ３４ａの静電容量に等しい。そして、この静電容量型センサ１では、第２検出電極１３が第２基準コンデンサ３４ｂと接続されているため、第２検出電極１３と第２基準コンデンサ３４ｂとの間の静電容量は、第２基準コンデンサ３４ｂの静電容量に等しい。つまり、本実施形態では、前記したように相互に静電容量が等しい第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂが使用されているので、第１検出電極１２と第１基準コンデンサ３４ａとの間の静電容量は、第２検出電極１３と第２基準コンデンサ３４ｂとの間の静電容量と等しくなっている。この静電容量を図５（ａ）中、Ｃ１で示す。

まず、パワースライドドア２３（図３参照）が全開して、ドア駆動装置３１（図４参照）から全開検知信号が検出回路ユニット３３の信号処理回路３７（図４参照）に向けて出力されると、信号処理回路３７は、電荷供給回路３５（図４参照）に向けて全開検知信号に基づく指令信号を出力する。そして、この指令信号を入力した電荷供給回路３５は、スイッチ３５ｄ（図４参照）によって入力端子３５ｂ（図４参照）と電位設定端子３５ａ（図４参照）とを接続する。その結果、電荷供給回路３５は、第１基準コンデンサ１２及び第２基準コンデンサ１３のそれぞれに、ともに等しい基準の電気量を充電する。そして、第１基準コンデンサ１２及び第２基準コンデンサ１３に基準の電気量が充電されると、スイッチ３５ｄは、その接続を解除する。このとき第１基準コンデンサ１２に接続されている第１検出電極１２の電位は、第２基準コンデンサ１３に接続されている第２検出電極１３の電位と等しくなっている。また、電位設定端子３５ａ側に接続されているシールド電極１４の電位は、第１検出電極１２の電位及び第２検出電極１３の電位と等しくなっている。ここでは、基準の電気量をＱで表し、第１検出電極１２の電位、第２検出電極１３の電位及びシールド電極１４の電位をＶで表す。

ここで、静電容量型センサ1の検出可能領域に人体等が存在しない場合を想定すると、差分検出回路３６（図４参照）に出力される第１検出電極１２の電位及び第２検出電極１３の電位、つまり前記電位Ｖは、次式（５）で表される。
Ｖ＝Ｑ／Ｃ１・・・・・（５）
（ただし、式（５）中、Ｑは、第１基準コンデンサ３４ａ及び第２基準コンデンサ３４ｂにそれぞれ蓄えられた電気量を表し、Ｃ１は、第１検出電極１２と第１基準コンデンサ３４ａとの間の静電容量及び第２検出電極１３と第２基準コンデンサ３４ｂとの間の静電容量を表す。）

そして、この場合における差分検出回路３６は、第１検出電極１２の電位と第２検出電極１３の電位との差分値が０となる旨の差分検出信号を信号処理回路３７に向けて出力する。この差分検出信号を入力した信号処理回路３７は、差分検出信号に基づく差分値と予め設定された差分の閾値とを比較することによって、この差分値が閾値未満であることを判断して、ＥＣＵ３２に向けて人体等検出信号を出力しない。

次に、静電容量型センサの検出可能領域に人体等が存在する場合を想定すると、図５（ａ）に示すように、接地された人体等と第１検出電極１２との間には、静電容量Ｃ２が誘起される。そして、人体等と第２検出電極１３との間には、静電容量Ｃ３が誘起される。このときの人体等と第１検出電極１２及び第２検出電極１３との距離をＤとすると、静電容量Ｃ２及び静電容量Ｃ３は、次式（６）及び次式（７）で表される。
Ｃ２＝ε・Ｓ２／Ｄ・・・・・（６）
（ただし、式（６）中、εは、空気の誘電率を表し、Ｓ２は、第１検出電極１２の電極面積を表す。）
Ｃ３＝ε・Ｓ３／Ｄ・・・・・（７）
（ただし、式（７）中、εは、空気の誘電率を表し、Ｓ３は、第２検出電極１３の電極面積を表す。）

つまり、ここでは人体等及び第１検出電極１２の距離と、人体等及び第２検出電極１３の距離とは等しいので、静電容量Ｃ２は、第１検出電極１２の電極面積Ｓ２に比例し、静電容量Ｃ３は、第２検出電極１３の電極面積Ｓ３に比例する。

そして、このような静電容量Ｃ２及び静電容量Ｃ３が誘起されると、差分検出回路３６（図４参照）に出力される第１検出電極１２の電位Ｖ１及び第２検出電極１３の電位Ｖ２は、次式（８）及び次式（９）で表される。
Ｖ１＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・・・（８）
（ただし、式（８）中、Ｑ及びＣ１は、前記と同じであり、Ｃ２は、人体等と第１検出電極１２との間に誘起した静電容量を表す。）
Ｖ２＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ３）・・・・・（９）
（ただし、式（８）中、Ｑ及びＣ１は、前記と同じであり、Ｃ３は、人体等と第２検出電極１３との間に誘起した静電容量を表す。）

そして、この場合における差分検出回路３６は、第１検出電極１２の電位と第２検出電極１３の電位との差分値、つまり次式（１０）で表される差分値ΔＶを検出する。
ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１＝｛Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ３）｝−｛Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２）｝・・（１０）
（ただし、式（１０）中、Ｖ１、Ｖ２、Ｑ、Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は、前記と同じである）
この式（１０）に式（６）及び式（７）を代入すると、次式（１１）が得られる。
ΔＶ＝｛Ｑ／（Ｃ１＋ε・Ｓ３／Ｄ）｝−｛Ｑ／（Ｃ１＋ε・Ｓ２／Ｄ）｝・・（１１）

ここで人体等と第１検出電極１２との距離Ｄ及び人体等と第２検出電極１３との距離Ｄは等しく、第２検出電極１３の電極面積Ｓ３は、第１検出電極１２の電極面積Ｓ２と比較して小さい（Ｓ３＜Ｓ２）ので、式（１１）の差分値ΔＶは正数となる（ΔＶ＞０）。

そして、この場合における差分検出回路３６は、差分値ΔＶがΔＶ＞０となる旨の差分検出信号を信号処理回路３７に向けて出力する。この差分検出信号を入力した信号処理回路３７は、差分検出信号に基づく差分値と予め設定された差分値の閾値とを比較する。この際、閾値（次式中、Ｔｈで表す）を、０＜Ｔｈ≦ΔＶの範囲で予め設定しておくことによって、差分検出信号を入力した信号処理回路３７は、差分値ΔＶが閾値以上であると判断する。そして、信号処理回路３７は、この判断に基づいてＥＣＵ３２に向けて人体等検出信号を出力する。つまり、この静電容量型センサ１で人体等が検出される。

また、このような静電容量型センサ１では、図５（ｂ）に示すように、従来の静電容量型センサのように接地電極Ｅ２（図８（ａ）参照）を有していないため、水滴Ｗと大地との距離が大きくなっている。その結果、水滴Ｗが付着することによる静電容量型センサ１の静電容量の変化が極めて小さくなる。したがって、この静電容量型センサ１では、その周囲に水滴Ｗが付着することによって生じる静電容量型センサ１の誤動作が防止される。

また、この静電容量型センサ１では、第１検出電極１２の電位と、第２検出電極１３の電位の差分値を検出することによって人体等を検出するため、水滴Ｗが付着することによる第１検出電極１２の電位の変化及び第２検出電極１３の電位の変化は、差分値が検出されることによって相殺される。したがって、この静電容量型センサ１では、その周囲に水滴Ｗが付着することによって生じる静電容量型センサ１の誤動作が防止される。

また、この静電容量型センサ１は、前記したようにシールド電極１４（図２参照）を有しているとともに、このシールド電極１４には、電荷供給回路３５（図４参照）によって第１検出電極１２の電位及び第２検出電極１３の電位と等しい電位が設定される。

このような静電容量型センサ１では、図５（ｂ）に示すように、シールド電極１４側から静電容量型センサ１に人体等が近接した際に、シールド電極１４と人体等との間に静電容量Ｃ４が誘起されるが、第１検出電極１２及び第２検出電極１３と、人体等との間には静電容量が誘起されない。つまり、この静電容量型センサ１の裏側から人体等が近接したとしても、この静電容量型センサ１の検出面Ｐ１側、すなわち、パワースライドドア２３の閉方向側に人体等を検出したかのような誤動作が避けられる。

また、この静電容量型センサ１では、シールド電極１４の電位と、第１検出電極１２及び第２検出電極１３の電位とが等しくなっているので、シールド電極１４と、第１検出電極１２及び第２検出電極１３との間での静電容量は無視することができる。つまり、シールド電極１４を設けたことによる第１検出電極１２及び第２検出電極１３への外乱は防止される。

次に、このような静電容量型センサ１が使用された挟み込み防止装置３の動作について説明する。まず、パワースライドドア２３（図１参照）が全開されると、前記したようにドア駆動装置３１（図４参照）から全開検知信号が信号処理回路３７（図４参照）に出力され、全開検知信号を入力した信号処理回路３７は、指令信号を電荷供給回路３５（図４参照）に出力する。そして、電荷供給回路３５は、図６に示すように、この指令信号に基づいて第１検出電極１２及び第２検出電極１３に基準の電気量を充電する（ステップＳ１）。

その一方で、この挟み込み防止装置３の操作者がパワースライドドア２３のドアスイッチ（図示せず）をオンにすることによって、ドア駆動装置３１（図４参照）がパワースライドドア２３を閉方向に移動させる（ステップＳ２）。そして、差分検出回路３６は、第１検出電極１２の電位と第２検出電極１３の電位との差分値を検出し始めるとともに（ステップＳ３）、差分検出信号を信号処理回路３７（図４参照）に出力する。

差分検出信号を入力した信号処理回路３７は、差分検出信号に基づいて差分値が予め設定された閾値以上か否かを判断する（ステップＳ４）。そして、差分値が閾値未満であった場合（ステップＳ４のＮＯ）には、パワースライドドア２３（図３参照）とセンターピラー２１（図３参照）との間に人体等が存在しないとみなして人体等検出信号を出力しない。その一方で、差分検出回路３６は、引き続いて差分値の検出を行う（ステップＳ３）。この際、パワースライドドア２３は、引き続いて閉方向に移動し続けている。

そして、差分値が閾値以上であった場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、信号処理回路３７は、人体等検出信号をＥＣＵ３２（図４参照）に向けて出力する。この人体等検出信号を入力したＥＣＵ３２は、ドア駆動装置３１が停止し、またはドア駆動装置３１がドアを開方向に移動させるように指令する制御信号をドア駆動装置３１に向けて出力する。そして、ドア駆動装置３１が、この制御信号を入力することによって停止し、またはドアを開方向に移動させる（ステップＳ５）。その結果、人体等がパワースライドドア２３に衝突し、あるいは人体等がパワースライドドア２３とセンターピラー２１との間に挟み込まれることが防止される。なお、静電容量型センサ１（図４参照）が人体等を検出することなくパワースライドドア２３が閉じられると、ドア駆動装置３１は、閉鎖検知信号を信号処理回路３７に向けて出力する。閉鎖検知信号を入力した信号処理回路３７は、指令信号を電荷供給回路３５（図４参照）に出力する。そして、電荷供給回路３５は、この指令信号に基づいて第１検出電極１２及び第２検出電極１３に充電された基準の電気量を放電する。

次に、この静電容量型センサ１における人体等の検出可能領域を検証したので、その検証結果について図７を参照しながら説明する。図７は、静電容量型センサ１に対する人体等の方位角度（度）と、静電容量型センサ１及び人体等の距離（ｍｍ）との関係を示す円形グラフである。なお、図７は、方位角度が０〜１８０度の範囲に静電容量型センサ１の検出面Ｐ１が向くように静電容量型センサ１を配置した際の円形グラフである。

この検証では、この静電容量型センサ１に人体（手指）を近づけて、検出回路ユニット３３から人体等検出信号が出力されたか否かによって、人体等の検出可能領域を特定した。そして、この検出可能領域の特定は、人体等検出信号が出力された、人体と静電容量型センサ１との間の最大距離を測定することによって行われた。その結果を図７に示す。

図７に示すように、この静電容量型センサ１では、この静電容量型センサ１の検出面Ｐ１（図２参照）に対して９０度の方位角度で近づく人体に対する検出感度が最も優れていた。つまり、この静電容量型センサ１は、人体と静電容量型センサ１との間の距離（以下、「検出距離」という）、が１１．０ｍｍになったときに人体を検出した。

また、この静電容量型センサ１では、人体の方位角度が８０度及び１００度のときの検出距離が１０．２ｍｍであり、人体の方位角度が７０度及び１１０度のときの検出距離が９．８ｍｍであり、人体の方位角度が６０度及び１２０度のときの検出距離が８．３ｍｍであり、人体の方位角度が５０度及び１３０度のときの検出距離が６．０ｍｍであった。

この結果から明らかなように、この静電容量型センサ１は、指向性に優れているとともに、シールド電極１４側に誘起される静電容量による外乱を的確に防止することができることが判明した。

以上、詳細に説明したとおり、本実施形態に係る静電容量型センサ１によれば、被覆部材１５に水滴Ｗが付着した際に、従来の静電容量型センサのように接地電極を有していないので、静電容量型センサ１の周囲に水滴Ｗが付着することによって生じる静電容量型センサ１の誤動作を防止することができる。

また、この静電容量型センサ１によれば、第１検出電極１２の電位と、第２検出電極１３の電位の差分値を検出することによって人体等を検出するため、水滴Ｗが付着することによる第１検出電極１２の電位の変化及び第２検出電極１３の電位の変化は、差分値が検出されることによって相殺される。したがって、この静電容量型センサ１によれば、その周囲に水滴Ｗが付着することによって生じる静電容量型センサ１の誤動作を防止することができる。

また、この静電容量型センサ１では、シールド電極１４を有しているとともに、このシールド電極１４の電位が、第１検出電極１２及び第２検出電極１３の電位とが等しくなるように設定されている。したがって、この静電容量型センサ１によれば、この静電容量型センサ１の裏側から人体等が近接したとしても、この静電容量型センサ１のセンターピラー２１側、すなわち、パワースライドドア２３の閉方向側に人体等を検出したかのように誤動作することが避けられる。

また、この静電容量型センサ１によれば、第１検出電極１２の電極面と第２検出電極１３の電極面とが同一面Ｐ２内に設定されるように位置決めされているので指向性に優れる。

また、この静電容量型センサ１では、従来の静電容量型センサ１のように接地電極が静電容量型センサ１内に配設されておらず、しかも、第１検出電極１２の電極面と第２検出電極１３の電極面とが同一面Ｐ２内に設定されるように位置決めされている。したがって、この静電容量型センサ１によれば、その厚みを低減することができるので、パワースライドドア２３への取り付けが容易になる。特にパワースライドドア２３のコーナー部への取り付け性は極めて容易になる。

また、この静電容量型センサ１では、第１検出電極１２の電極面と第２検出電極１３の電極面とが同一面Ｐ２内に設定されるように位置決めされている。したがって、この静電容量型センサ１では、１対の電極が対向するように配置された静電容量型センサのように、例えば、静電容量型センサの折り曲げや、静電容量型センサへの衝撃によって電極間の距離が変動して静電容量が変化することがない。したがって、この静電容量型センサ１によれば、コーナー部に取り付けられて静電容量型センサ１が折り曲げられても、あるいは静電容量型センサ１に衝撃が加えられてもその静電容量が変化することがないので、精度よく人体等を検出することができる。

また、このような静電容量型センサ１が使用された挟み込み防止装置３は、静電容量型センサ１に水滴Ｗが付着したことによる外乱がなく、そして、シールド電極１４によって外乱が防止され、しかも指向性が優れているので、人体の挟み込みを防止するに際に誤動作することがない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、前記実施形態では、第１検出電極１２及び第２検出電極１３が帯状の形状を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１検出電極１２及び第２検出電極１３は、円形や多角形の平面形状を有するものであってもよい。このような形状の第１検出電極１２及び第２検出電極１３を備えた静電容量型センサ１は、平面部に広がるように配置することができる。

また、前記実施形態では、静電容量型センサ１がパワースライドドア２３の挟み込み防止装置３に使用されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、この静電容量型センサ１は、ヒンジ式開閉ドアに使用されてもよく、シートの着座センサとして使用されてもよい。

また、本実施形態では、第１検出電極１２の電極面と第２検出電極１３の電極面とが同一面Ｐ２内に設定されるように位置決めされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１検出電極１２の電極面と第２検出電極１３の電極面とが相互に異なる面内に設定されるものであってもよい。

また、本実施形態では、静電容量型センサ１をパワースライドドア２３側に取り付けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、センターピラー２１側に取り付けるものであってもよい。

本発明の実施形態に係る静電容量型センサが自動車のパワースライドドアに取り付けられたときの様子を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の実施形態に係る静電容量型センサが組み込まれた挟み込み防止装置の概略図である。 図３の挟み込み防止装置のブロック図である。 （ａ）は、人体等が静電容量型センサに近接した際の第１検出電極及び第２検出電極の動作を示す模式図、（ｂ）は、水滴が静電容量型センサに付着した際の第１検出電極及び第２検出電極の動作、及び人体等がシールド電極側から静電容量型センサに近接した際のシールド電極の動作を示す模式図である。 挟み込み防止装置の動作を示すフローチャートである。 静電容量型センサに対する人体等の方位角度と、静電容量型センサ及び人体等の距離との関係を示す円形グラフである。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、従来の静電容量型センサの説明図である。

符号の説明

１ 静電容量型センサ
３ 挟み込み防止装置
１２ 第１検出電極
１３ 第２検出電極
１４ シールド電極
２１ センターピラー（固定体）
２３ パワースライドドア（可動体）
３４ａ 第１基準コンデンサ
３４ｂ 第２基準コンデンサ
３６ 差分検出回路
３７ 信号処理回路
Ｐ１ 検出面
Ｐ２ 同一面
Ｓ２ 電極面積
Ｓ３ 電極面積

Claims (4)

1. 基準の電気量が蓄えられる第１基準コンデンサに接続される第１検出電極と、
   基準の電気量が蓄えられる第２基準コンデンサに接続される第２検出電極とを備える静電容量型センサであって、
   前記第２検出電極の電極面積が、前記第１検出電極の電極面積と比較して小さいことを特徴とする静電容量型センサ。
2. 前記第１検出電極の検出面及び前記第２検出電極の検出面を残して、前記第１検出電極及び前記第２検出電極を覆うシールド電極が配設されているとともに、前記シールド電極の電位が、前記第１検出電極及び前記第２検出電極の電位と予め等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサ。
3. 前記第１検出電極の電極面と前記第２検出電極の電極面とが同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサ。
4. 固定体と、
   前記固定体に向かって移動する可動体と、
   前記固定体及び前記可動体の少なくとも一方に取り付けられた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の前記静電容量型センサと、
   前記静電容量型センサの前記第１検出電極の電位及び前記静電容量型センサの前記第２検出電極の電位の差分値を検出する差分検出回路と、
   検出された前記差分値が、予め設定された差分値の閾値以上である場合に検出信号を出力する信号処理回路と、
   前記検出信号に基づいて前記固定体に向かって移動する可動体を停止し、または反転移動させる駆動装置とを備えることを特徴とする挟み込み防止装置。

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