JP2006078422A - 近接センサ及びそれを用いた挟み込み検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量型の近接センサを用いて人体とそれ以外の水滴などを判別して人体の接近を確実に検出する。
【解決手段】ドア１の閉側に外側電極２ａを、開側に内側電極２ｂを配置し、外側電極を波形成形回路５を介して差分回路６に接続しかつ内側電極も差分回路に接続し、両電極の電位Ｖａ・Ｖｂの差に対応する出力電圧Ｖｃを判定回路７に入力する。判定回路では、電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｄ以上になったら人体接近であると判定する。一対の電極をそれぞれ非接地状態にし、その一方を振回路からの振幅信号の入力により帯電させた帯電極とし、他方を帯電極との間に生じるコンデンサ作用により帯電極から電荷を受け取って帯電する検出極として、大地に対して直接経路が無い物体（水滴など）と経路が生じる物体（人体）とを区別することができ、人体の接近検出で水滴を誤検出することを防止し得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接センサ及びそれを用いた挟み込み検出装置に関するものである。

従来、物体としての人体や物の接近や接触などを検出するために種々のセンサが用いられているが、車両や建物におけるドアなどの開閉体にあっては、非接触型センサを用いて人体や異物の挟み込みを接触する前に検出すると良い。例えば静電容量型センサを用いて人体の接近を検出するようにしたものがある。
特開平１４−１４７１１７号公報

上記静電容量型センサを用いた原理回路を図６に示す。開閉体としての例えばスライドドア１の閉側の縁部に近接センサのセンサヘッド１２が内蔵されて設けられている。センサヘッド１２は互いに平行な一対の電極１２ａ・１２ｂにより構成されている。そのドア１の閉側に位置する外側電極１２ａには発振回路３の出力端子がレギュレート回路４及び抵抗Ｒ２をこの順に介して接続され、開側に位置する内側電極１２ｂは接地されている。また、レギュレート回路４の出力端子から分岐された分岐ラインが、一対の入力ポートを有する差分回路６の一方の入力ポートに基準値Ｖｓを入力するべく接続されている。その差分回路６の他方の入力ポートには波形成形回路５を介して外側電極が接続されている。

上記回路にあっては、図７に示されるように基準値Ｖｓは一定値であるが、外側電極１２ａの電位を示す電極電位Ｖａは、物体（人体Ｍや浮遊状態の水滴Ｗなど）の遠近の影響を受けて接近する程低下する。その電極電位Ｖａの変化は、遠い場合には人体Ｍも水滴Ｗも同様に変化し、近い場合には、水滴Ｗに対しては図の想像線に示されるように遠い場合とほぼ同じ低下率（斜度）で変化し（Ｖａｗ）、人体Ｍに対しては図の実線に示されるように水滴Ｗよりも大きく低下する（Ｖａｍ）。これは、水滴Ｗの場合には地面に対して浮いており、人体Ｍの場合には接地していることによる。

それにより、差分回路６の出力Ｖｃ（＝Ｖｓ−Ｖａ）は図８に示されるようになり、接近するほど基準値Ｖｓに対して人体Ｍに対する電極電位Ｖａｍの変化が大きくなり、その差に対応する出力Ｖｄを閾値Ｖｄと比較して、出力Ｖｄが閾値Ｖｄ以上になった（点Ｐ１）ことにより人体Ｍの接近を非接触状態で検出することができる。しかしながら、水滴Ｗに対する電極電位Ｖａｗも小さな傾斜ではあるが接近するにしたがって変化するため、例えば図８の点Ｐ２で閾値Ｖｄ以上になり、その場合には水滴Ｗを人体もとして誤検出してしまう。開閉体の挟み込み制御において閉動作時に人体Ｍの接近を検出した場合には開閉体を開側に反転させるなどしており、雨天時などに上記水滴Ｗを誤検出した場合には人体Ｍの挟み込みでないにもかかわらず開閉体を反転させてしまうことになり、開閉動作が不安定になるという問題が生じる。

このような課題を解決して、静電容量型の近接センサを用いて人体とそれ以外の水滴などを判別して人体の接近を確実に検出することを実現するために本発明に於いては、接近する物体の影響を受けて静電容量が変化することにより当該物体の接近を検出するための一対の電極を有する近接センサであって、前記一対の電極をそれぞれ非接地状態にすると共に、前記一対の電極の一方に発振回路からの振幅信号を入力し、前記一対の電極の各電位を比較して前記物体の接近を検出するものとした。

特に、前記一対の電極の他方が前記物体の接近する側に配置されていると良い。

あるいは、接近する物体の影響を受けて静電容量が変化することにより当該物体の接近を検出するための一対の電極を有する近接センサと、前記近接センサによる検出信号に基づき前記開閉体による前記物体の挟み込みを判定する判定手段とを有する近接センサを用いた挟み込み検出装置であって、前記一対の電極をそれぞれ非接地状態にすると共に、前記一対の電極の一方に発振回路からの振幅信号を入力し、前記検出信号が前記一対の電極の各電位の差であり、前記判定手段が、前記検出信号が所定の閾値以上になったら前記挟み込みであると判定するものとした。

このように本発明によれば、一対の電極をそれぞれ非接地状態にし、その一方の電極に発振回路からの振幅信号を入力して、発振回路により帯電させた帯電極と、その帯電極との間に生じるコンデンサ作用により帯電極からの電荷を受け取って帯電する他方の電極である検出極とにより近接センサを構成して、大地に対して直接経路が無い物体（水滴など）と経路が生じる物体（人体）とを区別して検出することができ、人体の接近を検出する場合に水滴を誤検出してしまうことを防止し得る。

上記構成にあっては、非接地状態の物体として例えば水滴が浮遊していてもあるいはセンサに付着していても、水滴は大地に対して直接的な経路が無いため両電極共にほぼ同等の影響を受け、水滴の遠近に対して両電極の電位の比率が同一のまま変化し得るのに対して、人体にあっては直接大地との経路が生じるため、検出極を人体の接近側に配置することにより人体の接近に対して検出極が先にその影響を受け、両電極の電位の比率が変化する。これにより、電位の比率の違いを監視することにより水滴と人体とを区別して検出することができる。

さらに、上記構成の近接センサを用いて挟み込み判定装置に適用することにより、物体を挟み込む前に物体の接近を検出して、挟み込みを判定することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された自動車用スライドドアにおける近接センサを用いた挟み込み検出装置の原理回路図である。図において、開閉体としてのドア１の閉側縁部の適所にセンサヘッド２が内蔵されている。センサヘッド２は互いに平行に対峙する一対の電極２ａ・２ｂからなる。また、ドア１の閉側に外側電極２ａが配置され、ドア１の開側に内側電極２ｂが配置されている。

図示例の回路にあっては、発振回路３の出力端子がレギュレート回路４及び抵抗Ｒ１をこの順に介して内側電極２ｂに検出電圧を印加して接続され、外側電極２ａが波形成形回路５を介して差分回路６の一対の入力端子の一方に接続されている。差分回路６の他方の入力端子には、抵抗Ｒ１と内側電極２ｂとのノードが接続されている。これにより、差分回路６の一方の端子には外側電極２ａの電位Ｖａが入力し、差分回路６の他方の端子には内側電極２ｂの電位Ｖｂが入力する。差分回路６からは両電位Ｖａ・Ｖｂの差（Ｖｂ−Ｖａ）に対応する電圧Ｖｃが出力され、その出力電圧Ｖｃは判定手段としての判定回路７の判定信号入力端子に入力する。判定回路７の基準信号入力端子には図示されない定電圧回路から閾値電圧Ｖｄが入力し、判定回路７では電圧Ｖｃと閾値電圧Ｖｄとを比較し、電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｄ以上の場合には物体としての人体Ｍがドア１に極めて接近したとして人体接近信号を図示されない自動開閉制御回路へ出力する。

上記両電位Ｖａ・Ｖｂは、静電容量を有する物体の接近の影響を受けて両電極２ａ・２ｂの静電容量が変化することにより高低変化する。その変化を、物体であって非接地体としての水滴Ｗと接地体としての人体Ｍとの各場合について図２に示す。水滴Ｗにあっては直接大地との経路が無いため、両電極２ａ・２ｂのいずれも対大地影響が同等となることにより、両電極２ａ・２ｂの電位Ｖａ・Ｖｂは、両電極２ａ・２ｂが水滴Ｗの接近を検出する影響度の中域から高域にかけては、Ｖａｗ・Ｖｂｗのように共にほぼ同等の影響を受けて低下する。一方、人体Ｍの場合には、大地に接地した状態で接近してくることになるため、対大地影響を受けて、両電極２ａ・２ｂが人体Ｍの接近を検出する影響度の中域から高域にかけては、Ｖａｍ・Ｖｂｍのように共に急激に静電容量が低下する。ここで、人体Ｍを検出した場合のＶａｍ・Ｖｂｍの変化をよく見ると、接近する人体Ｍに近い側の電極２ａの方がより影響を受けやすいため、電極２ａの静電容量の変化率（低減率）が大きい。尚、上記説明においては、静電容量を有する物体の接近の影響を受けた両電極２ａ・２ｂの静電容量の変化は、ほぼ同等の影響を受けるとしているが、図２に示すように、両電極２ａ・２ｂの静電容量変化の傾きは全く同じではない。したがって、例えば、影響度の低から中までの変化量から、両電極２ａ・２ｂの静電容量変化の傾きがほぼ同等であると判断された場合には、図示しない制御装置により、影響度の中（接近する物体が検出されない領域）までの両電極２ａ・２ｂの静電容量変化の傾きが等しくなるように補正することも可能である。これにより、実際に人体Ｍを検出した場合の検出精度をより高めることができる。

図３に水滴Ｗの場合の等価回路を示す。なお、図では分かり易くするために波形成形回路５を省略し、検出極となる外側電極２ａの電位Ｖａを電圧計Ｖで示している。図に示されるように、水滴Ｗによるセンサ２に対する影響をコンデンサＣｗと抵抗Ｒｗとで示すと、非接地体となることから、コンデンサＣｗ及び抵抗Ｒｗの各両端が各電極２ａ・２ｂに並列に接続された状態とみなすことができる。したがって上記したように、水滴Ｗの遠近にかかわらず両電極２ａ・２ｂが共に影響を受けるため、遠近に対して各電極２ａ・２ｂの電位がそれぞれほぼ同じ低減率となる。

また、人体Ｍの場合の図３に対応する等価回路を図４に示す。上記と同様に人体Ｍによるセンサ２に対する影響をコンデンサＣｍと抵抗Ｒｍとで示すと、人体Ｍの場合には接地体となることから、コンデンサＣｍ及び抵抗Ｒｍの各一端が検出極となる外側電極２ａに接続され、各他端が接地された状態とみなすことができる。この場合には、人体Ｍが遠い場合には接地体として影響が弱く、図２における影響度の低域から中域までは上記水滴Ｗと同様になり、影響度の中域から高域にあっては接地体としての影響を受けて実線で示されるように両電位Ｖａ・Ｖｂが共に大きく低減する。その影響にあっては、等価回路からも明らかなように外側電極２ａの方が大きくなるため、その電位Ｖａの低減率の方が大きい。

その結果、差分回路６の出力電圧Ｖｃは図５に示されるようになる。図では図２に対応して影響度の中から高側において、水滴Ｗに対応する出力を二点鎖線で示し、人体Ｍに対応する出力を実線で示している。図に示されるように、水滴Ｗの場合には影響度の底から高に至る全領域（検出可能領域）で両電位Ｖａ・Ｖｂの差（Ｖｂ−Ｖａ）がほぼ一定のままとなるのに対して、人体Ｍの場合には影響度が高くなるに連れて両電極２ａ・２ｂ間の電位差が大きくなって、その比の出力電圧Ｖｃが増大する。したがって、人体Ｍの接近を検出する閾値電圧Ｖｄを、水滴Ｍにおける出力電圧Ｖｃ（＝Ｖｗ）よりも大きく、影響度の中域から高域での人体Ｍにおける出力増大を検出し得る値に設定する（図５参照）ことにより、判定回路７で電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｄ以上になったことを判別して、水滴Ｗを誤検出することなく人体Ｍの接近を検出することができる。

このように、本近接センサは、検出極としての外側電極２ａのみならず帯電極としての内側電極２ｂも接地極とせず、発振回路３から安定した発振電圧を分圧抵抗Ｒ１を経由して印加して内側電極２ｂを帯電し、電圧印加回路を接続しない外側電極２ａを内側電極２ｂとの間に生じるコンデンサ作用により内側電極２ｂからの電荷を受け取って帯電するように構成されている。これにより、上記したようにそれぞれ帯電した両電極２ａ・２ｂに対して接近する物体を両電極２ａ・２ｂ間の電位差をもって検出することにより、接近する物体が誘電体もしくは非接地体か導電体もしくは接地体かを判別することができ、人体（接地体）Ｍと水滴（非接地体）Ｗとを区別して検出することができる。

本発明にかかる近接センサは、人体と同程度の静電容量をもつ物体が接近した場合でも誤検出することなく人体を検出して、近接センサを開閉体の挟み込み判定制御に用いた場合の開閉体の誤動作を防止し得るものであり、自動開閉制御を行う開閉装置等に適用する場合に有用である。

本発明に基づく近接センサを用いた挟み込み検出回路の原理回路図である。 接近物体に対する電極電位を示す図である。 水滴の場合を示す等価回路図である。 人体の場合を示す等価回路図である。 差分回路の出力を示す図である。 従来の近接センサを用いた挟み込み検出回路の原理回路図である。 従来の接近物体に対する電極電位を示す図である。 従来の差分回路の出力を示す図である。

符号の説明

１ ドア
２ａ 外側電極
２ｂ 内側電極
３ 発振回路
６ 差分回路
７ 判定回路

Claims (3)

1. 接近する物体の影響を受けて静電容量が変化することにより当該物体の接近を検出するための一対の電極を有する近接センサであって、
   前記一対の電極をそれぞれ非接地状態にすると共に、前記一対の電極の一方に発振回路からの振幅信号を入力し、前記一対の電極の各電位を比較して前記物体の接近を検出することを特徴とする近接センサ。
2. 前記一対の電極の他方が前記物体の接近する側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
3. 接近する物体の影響を受けて静電容量が変化することにより当該物体の接近を検出するための一対の電極を有する近接センサと、前記近接センサによる検出信号に基づき前記開閉体による前記物体の挟み込みを判定する判定手段とを有する近接センサを用いた挟み込み検出装置であって、
   前記一対の電極をそれぞれ非接地状態にすると共に、前記一対の電極の一方に発振回路からの振幅信号を入力し、
   前記検出信号が前記一対の電極の各電位の差であり、
   前記判定手段が、前記検出信号が所定の閾値以上になったら前記挟み込みであると判定することを特徴とする近接センサを用いた挟み込み検出装置。
   

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