JP2006162374A - Capacitance-type object detection sensor and object detection method - Google Patents

Capacitance-type object detection sensor and object detection method Download PDF

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Takehiko Sugiura
岳彦 杉浦
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type object detection sensor and a capacitance-type object detection method for detecting the capacitance between two objects that approach and separate by movement of at least either of them, and detecting at least the distance between the objects or the existence of another object existing between the objects based on the changing capacitance. <P>SOLUTION: This sensor is equipped with an oscillator 2 for oscillating at an oscillation frequency, determined corresponding to the capacitance between the first object 1 which is either of the approaching or separating two objects, and at least the second object X which is the other of the two objects or the third object X between the two objects, a detection part 3 for detecting the change in the oscillation frequency changing following a capacitance change, and a determining part 4 for determining at least the distance between the two objects or the presence of the third object X, based on this detection result. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、少なくとも一方が移動し、接近及び離間する2つの物体間の静電容量を検出して、変化する前記静電容量に基づいて、少なくとも前記物体間の距離、又は前記物体間に存在する別の物体の有無を検出する静電容量式物体検知センサ、及び静電容量式物体検知方法に関する。   The present invention detects at least one of the capacitance between two objects that move, approach and separate, and based on the changing capacitance, at least the distance between the objects, or between the objects. The present invention relates to a capacitance type object detection sensor for detecting the presence or absence of another object to be detected, and a capacitance type object detection method.

少なくとも一方が移動し、接近及び離間する2つの物体間の距離を検出したり、2つの物体間に存在する別の物体を検出するようなセンサは、種々のものが利用されている。例えば、自動車を後退させる際に後方の障害物(別の物体)の有無、及び距離を検出するバックソナーには、超音波センサが用いられている。また、水道の水を自動的に出したり止めたりする自動水栓には、発光素子と受光素子とを組み合わせた光センサが用いられている。その他、検出距離が数十mm程度のいわゆる近接センサには、高周波発振型、差動コイル型、磁気型等の方式が用いられ、主として金属の検出に使用されている。また、静電容量型の近接センサは、金属だけではなく非金属の検出にも対応している。   Various sensors are used for detecting a distance between two objects that are moved and approaching and moving away from each other, and for detecting another object existing between the two objects. For example, an ultrasonic sensor is used as a back sonar that detects the presence and distance of a rear obstacle (another object) and a distance when an automobile is moved backward. In addition, a light sensor in which a light emitting element and a light receiving element are combined is used for an automatic faucet that automatically discharges or stops tap water. In addition, a so-called proximity sensor having a detection distance of about several tens of millimeters employs a high frequency oscillation type, a differential coil type, a magnetic type, and the like, and is mainly used for metal detection. In addition, the capacitive proximity sensor supports not only metal but also non-metal detection.

例えば、特許文献1には、水面の変位や振動物体、揺動物体の変位を容量の変化として測定する容量式変位センサの技術が開示されている。これは、LC発振器の発振周波数を容量センサにより検出した静電容量(C)によって可変とすることによって、水面の変位や振動物体、揺動物体の変位を測定するものである。   For example, Patent Document 1 discloses a technology of a capacitive displacement sensor that measures a displacement of a water surface, a displacement of a vibrating object, and a swinging object as a change in capacitance. In this method, the displacement of the water surface, the vibration object, and the swing object are measured by making the oscillation frequency of the LC oscillator variable by the capacitance (C) detected by the capacitance sensor.

また、特許文献2には、開閉器の開閉動作状態を検出する開閉器の位置検出装置に関する技術が開示されている。これは、被検出体との距離に応じた出力を発振するLC発振器を具備した位置検出センサを用いて位置検出装置を構成するものである。被検出体側に凹凸を設け、この凹凸に対する検知出力の変化をストロークカーブとして連続して捕らえることにより、検知/被検知、及び故障等の区別を可能とするものである。   Patent Document 2 discloses a technique related to a position detection device for a switch that detects an opening / closing operation state of the switch. This constitutes a position detection device using a position detection sensor provided with an LC oscillator that oscillates an output corresponding to the distance to the detected object. By providing unevenness on the detected object side and continuously detecting changes in detection output with respect to the unevenness as stroke curves, it is possible to distinguish between detection / detection and failure.

特開2001−4431号公報(第2−3頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 2001-4431 (page 2-3, FIG. 1) 特開平9−89964号公報(第2、5−6頁、第1−4図)JP-A-9-89964 (2nd, 5-6 pages, Fig. 1-4)

特許文献1に記載の技術は、比較的近距離(特許文献1第2図参照)の20mm程度を検出範囲としている。また、水面の変位や振動物体、揺動物体の変位等、予め定められたものの変位を検出することを目的としている。即ち、予め測定対象として定めた物体の増減あるいは、存在位置を比較的近距離の範囲内で検出する技術である。従って、人や人の体の部位が出入り可能な開閉する装置(例えば、ドアや窓)において、障害物を挟み込んだことを検出するなどの目的に使用するには、検出距離等を含めた改善が望まれる。例えば、開閉する装置が完全に閉扉する前に障害物等によって停止し、所定の位置に達していないことは検出できる。しかし、閉扉しようとする途上で障害物等が存在するか否かの検出には、対応していない。従って、開閉する装置が障害物等によって停止する前にこれを検出し、閉扉動作にフィードバックする等の制御を行うための検出装置としては、充分とはいえないものである。   The technique described in Patent Document 1 has a detection range of about 20 mm at a relatively short distance (see FIG. 2 of Patent Document 1). Another object of the present invention is to detect a predetermined displacement such as a displacement of a water surface, a vibrating object, or a swinging object. In other words, this is a technique for detecting increase / decrease of an object or a presence position determined in advance within a relatively short range. Therefore, in devices that can be opened and closed (such as doors and windows) that allow people and human body parts to go in and out, improvements such as detection distance can be used for purposes such as detecting the presence of obstacles. Is desired. For example, it can be detected that the device that opens and closes is stopped by an obstacle or the like before the door is completely closed and has not reached a predetermined position. However, it does not support detection of whether an obstacle or the like is present on the way to close the door. Therefore, it cannot be said to be sufficient as a detection device for performing control such as detecting the device that opens and closes before it stops due to an obstacle or the like and feeding it back to the closing operation.

特許文献2に記載の技術も同様である。LC発振器の発振周波数を変化させるという原理を用いているが、近接センサとしての使用形態を向上させたものであるといえる。開閉状態を示す出力は、従来のオン/オフに比べて、ストロークカーブを描くようにしている(特許文献2第4図参照)。しかし、コンパレータ(同第1図符号53参照)を用いて、オン/オフの判定を行っており、また、開閉器(同第3図被検出体61)の構造も限られたものである。   The technique described in Patent Document 2 is also the same. Although the principle of changing the oscillation frequency of the LC oscillator is used, it can be said that the usage form as a proximity sensor is improved. The output indicating the open / closed state draws a stroke curve as compared with the conventional on / off (see FIG. 4 of Patent Document 2). However, on / off determination is performed using a comparator (see reference numeral 53 in FIG. 1), and the structure of the switch (detected body 61 in FIG. 3) is also limited.

本願発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、少なくとも一方が移動し、接近及び離間する2つの物体間の静電容量を検出して、変化する前記静電容量に基づいて、少なくとも前記物体間の距離、又は前記物体間に存在する別の物体の有無を検出する静電容量式物体検知センサ、及び静電容量式物体検知方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and detects at least one of the two objects moving and approaching and separating from the object, and based on the changing capacitance, at least the object It is an object of the present invention to provide a capacitance-type object detection sensor and a capacitance-type object detection method for detecting a distance between two objects or the presence or absence of another object existing between the objects.

この目的を達成するための本発明に係る静電容量式物体検知センサの特徴構成は、以下の各部を備える点にある。
即ち、接近及び離間する2つの物体の一方である第一物体と、前記2つの物体の他方である第二物体又は前記2つの物体の間における第三物体との間の静電容量に応じて定まる発振周波数で発振する発振器と、
前記静電容量の変化に伴って変化する前記発振周波数の変化を検出する検出部と、
この検出結果に基づいて少なくとも前記2つの物体の距離、又は前記第三物体の有無を判定する判定部と、である。
In order to achieve this object, the characteristic configuration of the capacitive object detection sensor according to the present invention is that it includes the following parts.
That is, depending on the capacitance between the first object that is one of the two objects approaching and separating and the second object that is the other of the two objects or the third object between the two objects. An oscillator that oscillates at a fixed oscillation frequency;
A detection unit that detects a change in the oscillation frequency that changes with a change in the capacitance;
And a determination unit that determines at least the distance between the two objects or the presence or absence of the third object based on the detection result.

この特徴構成によれば、第一物体と第二物体との間、又はこれら2つの物体の間における第三物体と第一物体との間で検出される静電容量に応じて発振器の発振周波数が変化する。第一物体と第二物体とが接近あるいは離間すると、それに応じてこれら2つの物体間の静電容量が連続的に変化する。そして、この静電容量の変化に伴って発振周波数が変化する。この発振周波数の変化の方向(高くなるか、低くなるか)によって、2つの物体が接近しているか、離間しているかを知ることができる。即ち、両物体間のおおよその距離を知ることができる。また、これら2つの物体の間に例えば、障害物等として別の物体(第三物体)が進入した場合には、静電容量の変化は連続的ではなく、急峻に変化する。従って、2つの物体間における第三物体の有無を判定することができる。このように、本特徴構成によれば、単に接近及び離間する2つの物体の相互の関係だけでなく、両物体間に存在する別の物体の有無をも検出することのできる静電容量式物体検知センサを提供することができる。尚、2つの物体は、どちらか一方が移動するものであっても、双方が移動するものであっても、勿論本発明を適用することが可能である。   According to this characteristic configuration, the oscillation frequency of the oscillator according to the capacitance detected between the first object and the second object or between the third object and the first object between these two objects. Changes. When the first object and the second object approach or separate from each other, the capacitance between the two objects changes continuously accordingly. The oscillation frequency changes with the change in capacitance. It is possible to know whether the two objects are approaching or separating from each other according to the direction of change of the oscillation frequency (whether it is higher or lower). That is, the approximate distance between both objects can be known. Further, for example, when another object (third object) as an obstacle or the like enters between these two objects, the change in the capacitance is not continuous but abrupt. Therefore, the presence or absence of the third object between the two objects can be determined. As described above, according to this feature configuration, not only the mutual relationship between two objects approaching and separating from each other but also the presence or absence of another object existing between both objects can be detected. A detection sensor can be provided. Of course, the present invention can be applied to either of the two objects, either one of which moves or both of which move.

ここで、前記検出部が、基準となる周波数で発振する基準発振器と、この基準発振器と前記発振器との出力を比較する比較部とを備え、この比較結果を用いて前記発振周波数の変化を検出すると好適である。   Here, the detection unit includes a reference oscillator that oscillates at a reference frequency and a comparison unit that compares outputs of the reference oscillator and the oscillator, and detects a change in the oscillation frequency using the comparison result. This is preferable.

発振器の発振周波数を定める静電容量は、物体間の距離だけでなく、周囲の温度変化等、環境変化に対しても変化する。従って、物体間の距離に変化がなくても、気温等の環境に変化があると、発振周波数も変化する場合がある。これによって、静電容量式物体検知センサが誤検出をすることは好ましくない。しかし、上記特徴構成のように、基準となる周波数で発振する基準発振器を備えると、この基準発振器の発振周波数も環境変化に応じて変化する。さらに、上記特徴構成では、この基準発振器と発振器との出力を比較する比較部を設けて、この比較結果を用いて発振周波数の変化を検出するようにしている。このようにすると、基準発振器及び発振器の発振周波数が環境変化に影響を受けて変化した部分は、比較部によって相殺されることになる。従って、環境変化に対する耐性を強化した静電容量式物体検知センサを得ることができる。   The capacitance that determines the oscillation frequency of the oscillator changes not only with the distance between objects but also with environmental changes such as ambient temperature changes. Therefore, even if there is no change in the distance between the objects, if the environment such as the temperature changes, the oscillation frequency may also change. Accordingly, it is not preferable that the capacitance type object detection sensor performs erroneous detection. However, if a reference oscillator that oscillates at a reference frequency is provided as in the above characteristic configuration, the oscillation frequency of the reference oscillator also changes in accordance with environmental changes. Further, in the above characteristic configuration, a comparison unit that compares the outputs of the reference oscillator and the oscillator is provided, and a change in the oscillation frequency is detected using the comparison result. If it does in this way, the part by which the oscillation frequency of the reference | standard oscillator and the oscillator was influenced by the environmental change will be canceled by the comparison part. Therefore, it is possible to obtain a capacitance type object detection sensor with enhanced resistance to environmental changes.

ここで、好適な実施形態の一例として、前記基準発振器を前記発振器と同一の温度特性を有した同じ方式の発振器とするとよい。具体例としては、前記発振器がLC発振器であり、前記基準発振器を前記発振器と同一の温度特性を有するコンデンサ及びインダクタによって構成されたLC発振方式の発振器とするものがある。温度特性を同一にすることによって、比較部による相殺の効果を高め、環境変化に対する耐性を良好に得ることができる。さらに、前記比較部が、前記基準発振器及び発振器の出力の周波数の差分を求める混合器を備えると好適である。発振器の発振周波数は、物体間の静電容量に応じて変化するので、広い周波数範囲に亘る。そこで、上記のように、周波数の差分を求める混合器を備えるとよい。基準発振器の出力との周波数の差分を取るようにすると、特に高い周波数の場合に、これを比較的低い周波数に変換することができ、耐ノイズ性の向上や変動誤差の改善等を期待することができる。   Here, as an example of a preferred embodiment, the reference oscillator may be the same type of oscillator having the same temperature characteristics as the oscillator. As a specific example, the oscillator is an LC oscillator, and the reference oscillator is an LC oscillation type oscillator configured by a capacitor and an inductor having the same temperature characteristics as the oscillator. By making the temperature characteristics the same, it is possible to improve the canceling effect by the comparison unit and to obtain good resistance to environmental changes. Furthermore, it is preferable that the comparison unit includes a mixer that obtains a frequency difference between the reference oscillator and the output of the oscillator. Since the oscillation frequency of the oscillator changes according to the capacitance between the objects, it covers a wide frequency range. Therefore, as described above, it is preferable to provide a mixer for obtaining a frequency difference. By taking the frequency difference from the output of the reference oscillator, it is possible to convert this to a relatively low frequency, especially in the case of a high frequency, and expect improvement in noise resistance and fluctuation error, etc. Can do.

また、別の好適な実施形態の例として、前記検出部が、前記基準発振器及び前記発振器の出力をデジタル化するデジタル変換部を備え、前記比較部が、これらデジタル化された出力を比較する論理演算部を備えるものであってもよい。即ち、基準発振器及び発振器の出力をデジタル化した後に比較処理を行ってもよい。静電容量式物体検知センサにマイクロコンピュータ等のデジタル信号処理装置を有している場合には、ほぼ直接に基準発振器及び発振器の出力を入力できる。その結果、回路規模の縮小や判定までの時間の短縮等を図ることができる。   As another example of the preferred embodiment, the detection unit includes a digital conversion unit that digitizes the reference oscillator and the output of the oscillator, and the comparison unit compares the digitized output with logic. You may provide a calculating part. That is, the comparison process may be performed after the outputs of the reference oscillator and the oscillator are digitized. When the electrostatic capacity type object detection sensor has a digital signal processing device such as a microcomputer, the reference oscillator and the output of the oscillator can be input almost directly. As a result, it is possible to reduce the circuit scale and the time required for determination.

さらに、他の特徴構成として、本発明に係る静電容量式物体検知センサが、前記第二物体及び前記第三物体に対する前記発振器の前記発振周波数の距離に応じた変化特性を記憶する記憶部を備え、前記判定部は、前記検出部の検出結果と前記変化特性とに基づいて、前記2つの物体の距離、前記2つの物体の間における前記第三物体の有無、前記第二物体及び前記第三物体の種別の推定、前記第一物体と第三物体との距離、の内少なくとも何れか一つを判定するものであると好適である。   Furthermore, as another characteristic configuration, the capacitive object detection sensor according to the present invention includes a storage unit that stores a change characteristic according to a distance of the oscillation frequency of the oscillator with respect to the second object and the third object. The determination unit includes a distance between the two objects, a presence / absence of the third object between the two objects, a second object, and a second object based on the detection result of the detection unit and the change characteristic. It is preferable that at least one of the estimation of the types of the three objects and the distance between the first object and the third object be determined.

この特徴構成によれば、静電容量式物体検知センサが、被検知物である対象物に対する発振器の発振周波数の変化特性を記憶する記憶部を備えている。そして、判定部はこの変化特性に基づいて、上記種々の判定を行うようにしている。その結果、実際に検出した発振周波数の変化と変化特性とにより、2つの物体間の距離を検知することができる。また、これら2つの物体間に別の物体(第三物体)が存在する場合には、第二物体に対する変化特性と実際の検出結果とがずれることより、第三物体の有無を検知できる。さらに、第三物体の存在が検知された場合には、第三物体は、第一物体と第二物体との間に存在することとなる。従って、その概略の距離と変化特性とにより、第三物体の種別(材質等)を推定することができる。また、この推定結果より、第一物体と第三物体とのより正確な距離を検知することができる。勿論、第一物体と第二物体との概略の距離と変化特性とにより、第二物体の種別を推定することもできる。   According to this characteristic configuration, the capacitance type object detection sensor includes the storage unit that stores the change characteristic of the oscillation frequency of the oscillator with respect to the target object that is the detection target. Then, the determination unit performs the various determinations based on the change characteristics. As a result, the distance between the two objects can be detected based on the actually detected change in oscillation frequency and change characteristics. Further, when another object (third object) exists between these two objects, the presence / absence of the third object can be detected because the change characteristic with respect to the second object and the actual detection result are shifted. Furthermore, when the presence of the third object is detected, the third object is present between the first object and the second object. Therefore, the type (material, etc.) of the third object can be estimated from the approximate distance and change characteristics. Further, from this estimation result, a more accurate distance between the first object and the third object can be detected. Of course, the type of the second object can also be estimated from the approximate distance between the first object and the second object and the change characteristics.

また、上記目的を達成するための本発明に係る静電容量式物体検知方法の特徴構成は、以下の各工程を備える点にある。
即ち、接近及び離間する2つの物体の一方である第一物体と、前記2つの物体の他方である第二物体又は前記2つの物体の間における第三物体である、対象物との間の静電容量を検出する静電容量検出工程と、
前記静電容量に応じて定まる発振周波数で発振する発振器の、前記静電容量の変化に伴って変化する前記発振周波数の変化を検出する周波数変化検出工程と、
予め記憶された、前記対象物に対する前記発振周波数の距離に応じた変化特性と、前記周波数変化検出工程の結果とに基づいて、前記2つの物体の距離、前記第三物体の有無、前記第三物体の種別の推定、前記第一物体と第三物体との距離、の内少なくとも何れか一つを判定する判定工程と、である。
Moreover, the characteristic structure of the capacitance-type object detection method according to the present invention for achieving the above-described object resides in the following steps.
That is, a static object between a first object that is one of the two objects approaching and separating and a second object that is the other of the two objects or a third object between the two objects. A capacitance detection step for detecting capacitance;
A frequency change detecting step of detecting a change in the oscillation frequency that changes with a change in the capacitance of an oscillator that oscillates at an oscillation frequency determined according to the capacitance;
The distance between the two objects, the presence / absence of the third object, the third object, based on the change characteristics corresponding to the distance of the oscillation frequency with respect to the object stored in advance and the result of the frequency change detection step A determination step of determining at least one of the estimation of the type of the object and the distance between the first object and the third object.

ここで、前記周波数変化検出工程は、基準となる周波数で発振する基準発振器と、前記発振器との出力を比較する比較工程を有し、この比較結果を用いて前記発振周波数の変化を検出すると好ましい。   Here, the frequency change detection step preferably includes a comparison step of comparing the output of the reference oscillator that oscillates at a reference frequency and the oscillator, and it is preferable to detect a change in the oscillation frequency using the comparison result. .

上記、各工程を実施することにより、上記、静電容量式物体検知センサの効果と同様の効果を得ることができる。   By performing the above steps, it is possible to obtain the same effect as that of the electrostatic capacitance type object detection sensor.

ここで、前記判定工程は、検出された前記発振周波数の時間経過に対する変化の傾きによって判定すると好適である。   Here, it is preferable that the determination step is determined based on a slope of change of the detected oscillation frequency with respect to time.

上記変化特性は、対象物によって異なる特性となっている。従って、物体同士(第一物体と対象物(第二物体及び第三物体))が近づく時間等、時間経過に対する変化特性は対象物ごとに異なる。そして、その変化特性の傾きも対象物ごとに異なる。従って、上記方法のように、検出された前記発振周波数の変化の傾きによって判定すると、良好な物体検知ができる。尚、物体間の距離の変化に対する変化特性についても、同様である。即ち、距離の変化を伴う場合、当然時間経過も伴うので、その変化特性の傾きによって良好な判定を行うことができる。   The change characteristic is different depending on the object. Therefore, the change characteristics with respect to the passage of time, such as the time when the objects (first object and target object (second object and third object)) approach each other, are different for each target object. The slope of the change characteristic is also different for each object. Therefore, when the determination is made based on the detected change in the oscillation frequency as in the above-described method, good object detection can be performed. The same applies to change characteristics with respect to changes in the distance between objects. That is, when there is a change in distance, it naturally takes time, so a good determination can be made based on the slope of the change characteristic.

さらに、前記判定工程は、前記周波数変化検出工程により検出された前記発振周波数の時間経過に対する変化量又は変化の傾きと、予め定めた第一の基準値とに基づいて、前記発振周波数の変化が環境変化によるものであると判定すると好ましい。   Further, in the determination step, a change in the oscillation frequency is detected based on a change amount or a change gradient with respect to time of the oscillation frequency detected by the frequency change detection step and a predetermined first reference value. It is preferable to determine that this is due to environmental changes.

上記比較工程を有さない場合は、勿論のこと、比較工程を有していても、周辺温度の変化等によって、発振周波数が時間経過に伴って変化する場合がある。しかし、通常このような変化は、急激に起こるものではなく、比較的時間を掛けて起こるものである。逆に、物体の移動による物体間の距離の短縮や、物体の出現による発振周波数の変化は、環境変化に比べると急激に起こり、一般にその変化量や変化の傾きは大きいものである。従って、例えば予め定めた第一の基準値に対して変化量や変化の傾きが小さい場合には、その変化が穏やかであると考えることができる。そして、このような場合には、これを環境変化によるものとして判別すると、誤検知防止の効果が得られる。   In the case where the comparison step is not provided, of course, even if the comparison step is provided, the oscillation frequency may change with time due to a change in ambient temperature or the like. However, such a change usually does not occur abruptly but occurs over a relatively long time. On the other hand, a reduction in the distance between the objects due to the movement of the object and a change in the oscillation frequency due to the appearance of the object occur more rapidly than the environmental change, and generally the amount of change and the slope of the change are large. Therefore, for example, when the amount of change or the slope of the change is small with respect to a predetermined first reference value, it can be considered that the change is gentle. In such a case, if this is determined to be due to an environmental change, the effect of preventing erroneous detection can be obtained.

また、前記判定工程は、前記変化量又は前記変化の傾きと、前記第一の基準値より大きい第二の基準値とに基づいて、前記第三物体の有無を判定するものであると好適である。   Further, it is preferable that the determination step determines the presence or absence of the third object based on the change amount or the slope of the change and a second reference value larger than the first reference value. is there.

この方法によれば、前記第一の基準値よりも大きい第二の基準値を設定している。そして、発振周波数が、上記環境変化による穏やかな変化や、物体間の距離の短縮による変化に対して急激な変化をしたか否かをこの第二の基準値に基づいて判定する。これは、例えば、変化量や変化の傾きが第二の基準値を超えて変化したか否かによって判別することができる。そして、急激な変化が有った場合には、接近及び離間する2つの物体間に第三物体が存在することを判定する。その結果、迅速な判定が可能となり、例えば、急に上記2つの物体間に第三物体が障害物として入り込んで来たような場合でも早期にこれを検知することができる。   According to this method, the second reference value larger than the first reference value is set. Then, based on the second reference value, it is determined whether or not the oscillation frequency has changed abruptly with respect to the gentle change due to the environmental change or the change due to the shortening of the distance between objects. This can be determined, for example, based on whether or not the amount of change or the slope of change has changed beyond the second reference value. If there is a sudden change, it is determined that a third object exists between the two objects approaching and separating. As a result, a quick determination is possible. For example, even when a third object suddenly enters between the two objects as an obstacle, this can be detected at an early stage.

また、前記複数の物体が接近する速度が既知である場合、前記判定工程が、複数種別の前記対象物に対する前記変化特性に基づいて、前記対象物の種別を判定すると好適である。   Moreover, when the speed at which the plurality of objects approach is known, it is preferable that the determination step determines the type of the object based on the change characteristics with respect to the plurality of types of the object.

この特徴構成によれば、複数の対象物に対する変化特性に基づいて、対象物が何であるかを判別することができる。例えば、異なる材質の記録媒体(用紙)に対して印刷が可能なプリンタ等に対して、どの用紙が給紙されているのか等の用途にも用いることができる。   According to this characteristic configuration, it is possible to determine what the object is based on the change characteristics with respect to the plurality of objects. For example, it can be used for purposes such as which paper is being fed to a printer that can print on recording media (paper) of different materials.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、本発明に係る静電容量式物体検知センサは、アンテナ1と、LC発振器2(本発明の発振器に相当する。)と、検出部3と、判定部4とを有して構成されている。ここで、アンテナ1は、接近及び離間する2つの物体の一方(本発明の第一物体に相当する。)側に備えられている。そして、第一物体と物体X(本発明の第二物体、又は第三物体に相当する。)との距離の変動等によって変化する静電容量により、物体Xとの距離等を判定する。LC発振器2は、発振回路の有するインダクタ素子及び容量素子と、アンテナ1のインダクタンス成分と、アンテナ1と物体Xとの間の静電容量とに応じて定まる発振周波数で発振する。アンテナ1と物体Xとの間の静電容量は、アンテナ1が備えられた第一物体と、物体Xとの距離の変動等によって変化する。従って、LC発振器2の発振周波数は、事実上、アンテナ1と物体Xとの間の静電容量によって定まる。検出部3は、この静電容量の変化に伴って定まるLC発振器2の発振周波数の変化を検出する。尚、本実施形態においては、発振器としてLC発振器を採用しているが、静電容量によって発振周波数が変化するように構成可能な発振器であれば、これに限ることはない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the capacitive object detection sensor according to the present invention includes an antenna 1, an LC oscillator 2 (corresponding to the oscillator according to the present invention), a detection unit 3, and a determination unit 4. Configured. Here, the antenna 1 is provided on one side (corresponding to a first object of the present invention) of two objects approaching and separating. Then, the distance to the object X or the like is determined based on the capacitance that changes due to the variation in the distance between the first object and the object X (corresponding to the second object or the third object of the present invention). The LC oscillator 2 oscillates at an oscillation frequency determined according to an inductor element and a capacitor element included in the oscillation circuit, an inductance component of the antenna 1, and a capacitance between the antenna 1 and the object X. The capacitance between the antenna 1 and the object X changes due to a change in the distance between the first object provided with the antenna 1 and the object X. Therefore, the oscillation frequency of the LC oscillator 2 is practically determined by the capacitance between the antenna 1 and the object X. The detection unit 3 detects a change in the oscillation frequency of the LC oscillator 2 that is determined along with the change in capacitance. In this embodiment, an LC oscillator is used as the oscillator. However, the present invention is not limited to this as long as the oscillator can be configured so that the oscillation frequency changes depending on the capacitance.

ここで、接近及び離間する2つの物体には、例えば、図7に示すような自動車のスライドドアのドア枠やドア、あるいは、窓枠や窓ガラスのような開閉する装置の開閉部分の夫々の構成物が相当する。そして、図7に示した例では、ドア及び窓ガラスが第一物体であり、開閉時の接合部分である端部にアンテナ1が備えられている。また、同様に図8に示すように自動車のハッチバックドアのドア枠やドアも複数の物体に相当し、第一物体に相当するドアの端部にアンテナ1が備えられる。尚、ドア枠や窓枠側にアンテナ1を備えてもよく、この場合はドア枠や窓枠側が第一物体となる。従って、上記互いに対応するドア及びドア枠、窓ガラス及び窓枠の内、第一物体ではない方が、第二物体に相当する。   Here, the two objects approaching and separating are, for example, the door frame and door of a sliding door of an automobile as shown in FIG. 7, or the opening / closing portion of a device that opens and closes such as a window frame and window glass. The composition corresponds. In the example shown in FIG. 7, the door and the window glass are the first objects, and the antenna 1 is provided at the end that is the joint portion when opening and closing. Similarly, as shown in FIG. 8, the door frame and door of the hatchback door of the automobile also correspond to a plurality of objects, and the antenna 1 is provided at the end of the door corresponding to the first object. The antenna 1 may be provided on the door frame or window frame side. In this case, the door frame or window frame side is the first object. Therefore, the one that is not the first object among the doors, door frames, window glass, and window frames corresponding to each other corresponds to the second object.

また、ドアや窓の開閉動作の際、特に閉動作の際にドア枠とドアとの間、窓枠と窓との間に、衣服や傘等の障害物を挟み込むような場合、この衣服や傘が2つの物体の間における第三物体に相当する。即ち、上記第一物体(例えばドア、窓ガラス)と第二物体(例えばドア枠、窓枠)との間に存在する物体としての第三物体(例えば衣服)という対応関係となる。以下、この対応関係を例として本発明の実施形態を説明する。   Also, when opening and closing doors and windows, especially when closing, when clothes or umbrellas or other obstacles are sandwiched between the door frame and the door and between the window frame and the window, The umbrella corresponds to the third object between the two objects. In other words, there is a correspondence relationship between the first object (for example, door, window glass) and the second object (for example, door frame, window frame) as a third object (for example, clothing) that exists as an object. Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described by taking this correspondence as an example.

図1に示すように、窓ガラス(第一物体)に備えられたアンテナ1によって、窓枠(第二物体)としての物体Xとの間の静電容量が検出される(本発明の静電容量検出工程に相当する。)。LC発振器2は、この検出された静電容量に応じて定まる発振周波数で発振する。窓ガラスと窓枠との距離、即ちアンテナ1と物体Xとの距離が近くなるほど、静電容量は大きくなる。即ち、静電容量をC、物体Xの誘電係数をa、アンテナ1と物体Xとの間の空間(例えば空気)の誘電率をε、距離をl、結合する面積をSとすると、次式のような関係となる。
C=(a・ε・S)/l ・・・〔式1〕
As shown in FIG. 1, the electrostatic capacitance between the object 1 as the window frame (second object) is detected by the antenna 1 provided on the window glass (first object) (the electrostatic capacity of the present invention). This corresponds to the capacity detection step.) The LC oscillator 2 oscillates at an oscillation frequency determined according to the detected capacitance. The closer the distance between the window glass and the window frame, that is, the distance between the antenna 1 and the object X, the greater the capacitance. That is, when the capacitance is C, the dielectric coefficient of the object X is a, the dielectric constant of the space (for example, air) between the antenna 1 and the object X is ε, the distance is l, and the coupling area is S, It becomes a relationship like this.
C = (a · ε · S) / l (Equation 1)

また、LC発振器2の発振周波数fは、LC発振器2のインダクタンスをLとして、次式で表される(^はべき乗を示す。)。
f=1/(2π・(L・C)^(1/2)) ・・・〔式2〕
Further, the oscillation frequency f of the LC oscillator 2 is expressed by the following equation, where L is the inductance of the LC oscillator 2 (^ indicates a power).
f = 1 / (2π · (L · C) ^ (1/2)) (Equation 2)

上記、〔式1〕及び〔式2〕に示したように、第一物体と第二物体との距離に応じて、静電容量及びLC発振器2の発振周波数が変化する。この発振周波数の変化を検出部3において検出する(本発明の周波数変化検出工程に相当する。)。そして、判定部4は、この検出結果に基づいて、少なくとも第二物体との距離、又は第二物体との間に存在する第三物体の有無及び距離を判定する(本発明の判定工程に相当する。)。以下に、この発振周波数の変化を検出して判定する構成及び方法について説明する。   As shown in [Expression 1] and [Expression 2], the capacitance and the oscillation frequency of the LC oscillator 2 change according to the distance between the first object and the second object. This change in oscillation frequency is detected by the detection unit 3 (corresponding to the frequency change detection step of the present invention). Based on this detection result, the determination unit 4 determines at least the distance to the second object or the presence and distance of the third object existing between the second object (corresponding to the determination step of the present invention). To do.) The configuration and method for detecting and determining this change in oscillation frequency will be described below.

図2に示すように検出部3は、基準となる周波数で発振する基準発振器6と、この基準発振器6とLC発振器2との出力を比較する比較部7とを備えている。静電容量Cは、物体間の距離の変化だけでなく、周囲の温度変化等、環境変化に対しても変化する。従って、物体間の距離に変化がなくても、気温等の環境に変化があると、発振周波数も変化する場合がある。この変化を距離の変化として検出すると、判定部4において誤った判定をする可能性が生じ、好ましくない。しかし、LC発振器2と基準発振器6との発振周波数を比較するようにすれば、環境変化に影響を受けて変化した部分を相殺することが可能となる。その結果、環境変化に対する耐性を向上できる。   As shown in FIG. 2, the detection unit 3 includes a reference oscillator 6 that oscillates at a reference frequency, and a comparison unit 7 that compares outputs of the reference oscillator 6 and the LC oscillator 2. The capacitance C changes not only with changes in the distance between objects, but also with environmental changes such as changes in ambient temperature. Therefore, even if there is no change in the distance between the objects, if the environment such as the temperature changes, the oscillation frequency may also change. If this change is detected as a change in distance, the determination unit 4 may make an erroneous determination, which is not preferable. However, if the oscillation frequencies of the LC oscillator 2 and the reference oscillator 6 are compared, it is possible to cancel a portion that has been affected by an environmental change. As a result, resistance to environmental changes can be improved.

尚、基準発振器6はLC発振器2と同一の温度特性を有するコンデンサ及びインダクタによって構成されたLC発振方式の発振器である。温度特性を同一にすることによって、比較部7による相殺の効果を高め、環境変化に対する耐性を良好に得ることができるように構成されている。   The reference oscillator 6 is an LC oscillation type oscillator composed of a capacitor and an inductor having the same temperature characteristics as the LC oscillator 2. By making the temperature characteristics the same, the effect of cancellation by the comparison unit 7 is enhanced, and resistance to environmental changes can be obtained well.

そして、この比較部7を構成する一実施形態としては、図3に示すようなものがある。図に示すように、基準発振器6及びLC発振器2の出力の周波数の差分を求める混合器8と、混合器8の出力から必要な周波数のみを取り出すフィルタ回路9とを備えている。物体Xとアンテナ1との距離に応じた静電容量の変化に伴って変化するLC発振器2の発振周波数は、広い周波数範囲に亘る。そこで、混合器8によって、周波数の差分を求めると、特に高い周波数の場合に、これを比較的低い周波数に変換することができる。その結果、低周波数で信号処理を行うことが可能となるので、耐ノイズ性の向上や変動誤差の改善等を図ることができる。フィルタ回路9は、本実施形態においてはローパスフィルタ(LPF)である。低周波数化された差分情報のみを取り出すのに適している。そして、このフィルタ回路9の出力を、演算増幅器やコンパレータ等の後処理回路10で処理して、判定部4へ検出結果を伝達する。上記、比較部7における処理は、本発明の比較工程に相当する。   And as one Embodiment which comprises this comparison part 7, there exists a thing as shown in FIG. As shown in the figure, a mixer 8 for obtaining a difference in frequency between the outputs of the reference oscillator 6 and the LC oscillator 2 and a filter circuit 9 for extracting only a necessary frequency from the output of the mixer 8 are provided. The oscillation frequency of the LC oscillator 2 that changes as the capacitance changes according to the distance between the object X and the antenna 1 covers a wide frequency range. Thus, when the frequency difference is obtained by the mixer 8, it can be converted to a relatively low frequency particularly in the case of a high frequency. As a result, since signal processing can be performed at a low frequency, noise resistance and fluctuation error can be improved. The filter circuit 9 is a low-pass filter (LPF) in this embodiment. It is suitable for extracting only the difference information with a reduced frequency. The output of the filter circuit 9 is processed by a post-processing circuit 10 such as an operational amplifier or a comparator, and the detection result is transmitted to the determination unit 4. The process in the comparison unit 7 corresponds to the comparison process of the present invention.

また、この比較部7を構成する他の実施形態としては、図4に示すようなものもある。この実施形態は、マイクロコンピュータ(以下、マイコン)13を利用するもので、判定部4の機能と、検出部3の一部の機能をこのマイコン13で実現している。検出部3は、基準発振器6及びLC発振器2の出力をデジタル化するデジタル変換部11を備えている。デジタル変換部11は、コンパレータで構成され、夫々基準発振器6を受け持つデジタル変換部11bと、LC発振器2を受け持つデジタル変換部11aとがある。比較部7は、これらデジタル化された出力を比較する論理演算部12を備えており、論理演算によって発振周波数の変化を検出する。本形態による比較部7における処理も、本発明の比較工程に相当する。   Moreover, as another embodiment which comprises this comparison part 7, there exists a thing as shown in FIG. In this embodiment, a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 13 is used, and the function of the determination unit 4 and a part of the function of the detection unit 3 are realized by the microcomputer 13. The detection unit 3 includes a digital conversion unit 11 that digitizes the outputs of the reference oscillator 6 and the LC oscillator 2. The digital conversion unit 11 includes a comparator, and includes a digital conversion unit 11 b that handles the reference oscillator 6 and a digital conversion unit 11 a that handles the LC oscillator 2. The comparison unit 7 includes a logical operation unit 12 that compares these digitized outputs, and detects a change in the oscillation frequency by the logical operation. The processing in the comparison unit 7 according to the present embodiment also corresponds to the comparison process of the present invention.

以上、説明したような構成に基づいて、発振周波数の変化を検出し、判定部4において、以下に示すような種々の判定を行う。例えば、第一物体(アンテナ1)と第二物体(物体X)との距離、第一物体と第二物体(物体X)との間に存在する第三物体(物体X)の有無、第二物体や第三物体の種別の推定、第三物体との距離等である。これらは、何れか一つの判定でもよいし、複数を判定するものでもよい。つまり、第一物体(アンテナ1)と第二物体(物体X)との距離を判定している時に、第一物体と第二物体との間に第三物体が進入してくれば、この第三物体の存在の有無を判定する。さらに、進入してきた第三物体は、第二物体に代わって物体Xとなり、第一物体(アンテナ1)と第三物体(物体X)との距離を検出する。図7に示したスライドドアに適用すれば、ドアがドア枠に向かって閉動作している場合には、ドアとドア枠との間の距離を判定し、その途上に衣服等の進入を検出することができる。   Based on the configuration described above, a change in the oscillation frequency is detected, and the determination unit 4 performs various determinations as described below. For example, the distance between the first object (antenna 1) and the second object (object X), the presence or absence of the third object (object X) existing between the first object and the second object (object X), the second For example, the type of the object or the third object, the distance from the third object, and the like. Any one of these determinations or a plurality of determinations may be determined. That is, if the third object enters between the first object and the second object while determining the distance between the first object (antenna 1) and the second object (object X), this first The presence or absence of three objects is determined. Further, the third object that has entered becomes the object X instead of the second object, and detects the distance between the first object (antenna 1) and the third object (object X). When applied to the sliding door shown in FIG. 7, when the door is closing toward the door frame, the distance between the door and the door frame is determined, and the entry of clothes or the like is detected along the way. can do.

このような種々の判定を実施するために、図5に示すように、予め複数の物体(対象物)に対するLC発振器2の発振周波数の距離に応じた変化特性を記憶する記憶部5を備えている。そして、判定部4は、検出部3において、検出された検出結果と、記憶部5に記憶された変化特性とに基づいて、上記種々の判定を行う。ここで、変化特性とは、図6に示すようなものであり、距離と周波数又は周波数差(変動分)との相関関係を示すものである。図6に示すように物体Aと物体Bとでは、異なる特性を示している。判定部4ではこの特性の違いにより、物体X(対象物)との距離や、それが物体Aであるか物体Bであるか等を判定する。尚、図6には2種類の特性を示したが、これを多く用意しておけば、より正確な判定を行うことができる。また、物体Aと物体Bとの特性の違いは、どの距離においてどの程度の周波数であるかという差異や、特性曲線の傾きS1やS2による差異等、種々の観点に依ることができる。このような判定部5による種々の判定は、本発明の判定工程に相当する。   In order to perform such various determinations, as shown in FIG. 5, a storage unit 5 is provided that stores a change characteristic according to the distance of the oscillation frequency of the LC oscillator 2 with respect to a plurality of objects (objects) in advance. Yes. Then, the determination unit 4 performs the above-described various determinations based on the detection results detected by the detection unit 3 and the change characteristics stored in the storage unit 5. Here, the change characteristics are as shown in FIG. 6 and indicate the correlation between distance and frequency or frequency difference (variation). As shown in FIG. 6, the object A and the object B show different characteristics. The determination unit 4 determines the distance to the object X (target object), whether it is the object A or the object B, and the like based on the difference in characteristics. Although two types of characteristics are shown in FIG. 6, if a large number of these are prepared, more accurate determination can be performed. Further, the difference in characteristics between the object A and the object B can depend on various viewpoints such as a difference in what frequency at which distance and a difference due to the slopes S1 and S2 of the characteristic curve. Such various determinations by the determination unit 5 correspond to determination steps of the present invention.

周波数の差異による判定は、例えば以下のようなものである。発振周波数は、例えば、二つの物体の距離が縮まってくる場合には、連続して変化する。特に一定速度で動作する開閉装置等では、移動時間や移動距離が予め予想できるので、これに合わせて、検出ポイントを定めるとよい。記憶部に記憶する変化特性もこれに対応したポイントのものを準備すればよく、限られた記憶部の記憶領域も有効に活用できる。   The determination based on the frequency difference is, for example, as follows. For example, when the distance between two objects decreases, the oscillation frequency changes continuously. In particular, in a switchgear or the like that operates at a constant speed, the movement time and the movement distance can be predicted in advance, and the detection point may be determined accordingly. The change characteristics stored in the storage unit need only be prepared with points corresponding to this, and the limited storage area of the storage unit can be used effectively.

特性曲線の傾きによる判定は、例えば以下のようなものである。図6に示す物体Aの変化特性の傾きS1は、物体Bの変化特性S2と比べて大きな傾きを示している。検出部3において検出された発振周波数の変化曲線の傾きがS1であった場合、例えば、以下のように判定できる。即ち、物体Aは金属であって、アンテナ1を備えたドア(第一物体)は、ドア枠(第二物体)に向かって接近(閉動作)していると判定できる。検出部3において検出された発振周波数の変化曲線の傾きがS2であった場合には、以下のように判定できる。即ち、ドア(第一物体)は、ドア枠(第二物体)に向かって閉動作しているはずであるが、衣服等の布(物体B:第三物体)に向かって接近していると判定できる。その結果、衣服等の挟み込みを未然に防ぐような制御を施すことも可能となる。このように、判定工程において、検出された発振周波数の変化の傾きによって判定することができる。   The determination based on the slope of the characteristic curve is, for example, as follows. The change characteristic slope S1 of the object A shown in FIG. 6 is larger than the change characteristic S2 of the object B. When the slope of the change curve of the oscillation frequency detected by the detection unit 3 is S1, for example, it can be determined as follows. That is, it can be determined that the object A is a metal and the door (first object) provided with the antenna 1 is approaching (closing operation) toward the door frame (second object). When the slope of the change curve of the oscillation frequency detected by the detector 3 is S2, it can be determined as follows. That is, the door (first object) should be closing toward the door frame (second object), but if it is approaching toward a cloth (object B: third object) such as clothes. Can be judged. As a result, it is also possible to perform control to prevent clothes and the like from being caught. As described above, in the determination step, the determination can be made based on the detected inclination of the change in the oscillation frequency.

尚、上記実施形態において、発振周波数の変化量や変化の傾きは、所定期間ごと、又は所定の移動距離ごとに測定した測定結果に基づいて検出される。所定時間ごととは、例えば、数ミリ秒ごとに測定することである。所定の移動距離ごととは、自動車のパワーウィンドウやパワースライドドア等、動作速度が既知の場合に、例えば、数十mm移動するごとに測定することである。図6には、物体間の距離の変化に対する変化特性を示したが、時間経過に対する変化特性を用いてもよい。即ち、距離の変化を伴う場合、当然時間経過も伴うので同様に考えることができる。逆に時間経過を伴っても、物体の移動が行われていない場合があるが、この場合、物体の移動の有無が既知であれば、下記に示すような判別を行うことができる。   In the above embodiment, the amount of change in the oscillation frequency and the slope of the change are detected based on the measurement results measured every predetermined period or every predetermined moving distance. For example, every predetermined time is to measure every several milliseconds. For each predetermined moving distance, when the operation speed is known, such as a power window or a power sliding door of an automobile, for example, measurement is performed every time it moves several tens of mm. Although FIG. 6 shows a change characteristic with respect to a change in the distance between objects, a change characteristic with respect to time may be used. That is, when a change in the distance is accompanied, the passage of time is naturally accompanied and the same can be considered. Conversely, the object may not be moved over time, but in this case, if the presence or absence of the object movement is known, the following determination can be performed.

即ち、判定部4は、発振周波数の時間経過に対する変化量又は変化の傾きが、予め定めた基準値(本発明の第一の基準値に相当する。)に対して小さいか否かを判別する。そして、この判別結果に基づいて、発振周波数の変化が環境変化によるものであると判定する。例えば、図2から4を用いて説明した実施形態では、環境変化による検知結果への影響を抑制するために、基準発振器6を設ける構成及び方法を示した。このような構成及び方法で抑制し切れなかった影響や、環境変化の影響が少ないためにこのような構成及び方法を採用しなかった場合には特に上記判別工程は有用である。   That is, the determination unit 4 determines whether or not the amount of change or inclination of change with time of the oscillation frequency is smaller than a predetermined reference value (corresponding to the first reference value of the present invention). . Then, based on the determination result, it is determined that the change in the oscillation frequency is due to the environmental change. For example, in the embodiment described with reference to FIGS. 2 to 4, the configuration and method of providing the reference oscillator 6 are shown in order to suppress the influence on the detection result due to the environmental change. The discriminating step is particularly useful when such a configuration and method are not employed because the influence that cannot be suppressed by such a configuration and method and the influence of environmental changes are small.

発振周波数が環境変化に起因して時間経過に伴って変化する場合、このような変化は、急激に起こるものではなく、比較的時間を掛けて起こるものである。逆に、物体の移動による物体間の距離の短縮や、物体の出現による発振周波数の変化は、環境変化に比べると急激に起こるものである。従って、上記方法のように予め定めた変化量に対して穏やかである場合には、これを環境変化によるものとして判別すると、誤検知防止の可能性が高くなる。   When the oscillation frequency changes with the passage of time due to environmental changes, such a change does not occur abruptly but takes a relatively long time. On the other hand, shortening of the distance between objects due to the movement of the object and change in the oscillation frequency due to the appearance of the object occur more rapidly than changes in the environment. Therefore, when the change amount is moderate with respect to a predetermined change amount as in the above method, if it is determined that the change amount is due to an environmental change, the possibility of preventing erroneous detection is increased.

そして、発振周波数の変化が環境変化によるものであると判別した場合には、これ以降は、変化後の発振周波数に整合させた変化特性に基づいて判定する。つまり、環境変化によって生じたと判定された誤差分を記憶部5が記憶する変化特性の補正情報として利用する。そして、補正された変化特性に基づいて以後の処理(判定)を行うようにする。補正を行わない場合、緩やかな変化の累積によってある時点では、大きな変化と判定してしまう可能性が生じる。しかし、上記のようにすると誤差の累積による誤判定を防ぐことができる。   When it is determined that the change in the oscillation frequency is due to an environmental change, the determination is made based on the change characteristics matched to the oscillation frequency after the change. That is, the error determined to be caused by the environmental change is used as correction information for the change characteristic stored in the storage unit 5. Then, the subsequent processing (determination) is performed based on the corrected change characteristic. If correction is not performed, there is a possibility that it will be determined as a large change at a certain point in time due to the accumulation of gradual changes. However, when the above is performed, erroneous determination due to error accumulation can be prevented.

また、判定部4は、発振周波数の変化量又は変化の傾きが、第一の基準値より大きい第二の基準値に対して大きいか否かを判別する(第二の判別工程)。そして、この判別結果に基づいて、第三物体の有無を判定する。例えば、アンテナ1を備えたドア(第一物体)が、金属製のドア枠(第二物体)に向かって接近(閉動作)しているとする。ここで、両物体間に衣服(第三物体)が進入してきたことを検知することができる。閉動作・開動作において、第一物体と第二物体とが接近・離間する場合、概ね時間経過あるいは相対距離に対する変化特性に準じた発振周波数の変化が検出される。しかし、第一物体と第二物体との間に衣服(第三物体)が出現した場合には、金属の変化特性には合致しないほどのずれが検出される。そこで、このずれに相当する程度の第二の基準値を設定し、これを超えた場合には、急激な変化があったとして、第三物体の存在を判定するようにしている。   Further, the determination unit 4 determines whether or not the amount of change in the oscillation frequency or the slope of the change is greater than the second reference value that is greater than the first reference value (second determination step). And based on this discrimination | determination result, the presence or absence of a 3rd object is determined. For example, it is assumed that the door (first object) including the antenna 1 is approaching (closing operation) toward the metal door frame (second object). Here, it can be detected that clothes (third object) have entered between the two objects. In the closing operation / opening operation, when the first object and the second object approach or separate from each other, a change in the oscillation frequency according to a change characteristic with respect to time or relative distance is detected. However, when clothes (third object) appear between the first object and the second object, a deviation that does not match the change characteristics of the metal is detected. Therefore, a second reference value corresponding to this deviation is set, and if it exceeds this value, the presence of the third object is determined as a sudden change.

この時の周波数の測定は、発振器2の発振波形又は比較部7の出力波形の所定時間内の前縁又は後縁を計数することによって行うことができる。即ち、所定時間内の周期数を計測することになるので、周波数の計測となる。このような場合には、計数結果そのものを用いて、周波数の変化を検出できる。本実施形態では、電子回路で計数を行うために、2進数のカウンタを利用する。2進数による計数では、桁上がりによって2倍や4倍、8倍といった2のべき乗で示される倍率を容易に得ることができる。従って、ある時間帯と別の時間帯との計数結果の一方に桁上がりがあり、他方にはなかった場合、その桁上がりに相当する倍率が生じていることとなる。従って、この倍率に基づいて、容易に発振周波数が急激に変化したか否かを検出することができる。   The frequency at this time can be measured by counting the leading edge or trailing edge within a predetermined time of the oscillation waveform of the oscillator 2 or the output waveform of the comparison unit 7. That is, since the number of cycles within a predetermined time is measured, the frequency is measured. In such a case, a change in frequency can be detected using the counting result itself. In the present embodiment, a binary counter is used for counting by an electronic circuit. In binary counting, a magnification indicated by a power of 2 such as 2 times, 4 times, or 8 times can be easily obtained by carry. Therefore, when one of the counting results of a certain time zone and another time zone has a carry and the other does not, a magnification corresponding to the carry is generated. Therefore, it is possible to easily detect whether or not the oscillation frequency has changed rapidly based on this magnification.

また、周波数帯域ごとのグループを作っておき、所定の単位時間において測定された周波数がどのグループに属するかを検出する方法を用いてもよい。このようにして検出された周波数帯域のグループが、所定の単位時間の数個分で規定された判定期間内で、例えば2グループ移動した場合には、急激な変化が生じたと判定するようにしてもよい。   Alternatively, a method may be used in which a group for each frequency band is created and a group to which a frequency measured in a predetermined unit time belongs is detected. When the group of the frequency band detected in this way moves, for example, two groups within a determination period defined by several predetermined unit times, it is determined that a sudden change has occurred. Also good.

上記において、図6に2種類の変化特性を示して、これにより、物体X(対象物)の材質を推定し、これが何であるかを判別できると説明した。そして、この変化特性を多く用意しておけば、より正確な判定を行うことができることを説明した。特に、物体同士が接近する速度が既知である場合、複数の対象物に対する変化特性に基づいて、対象物の種別を特定することができる。   In the above, FIG. 6 shows two types of change characteristics, and it has been described that the material of the object X (target object) can be estimated to determine what this is. Then, it has been explained that more accurate determination can be made if a large number of such change characteristics are prepared. In particular, when the speed at which the objects approach each other is known, the type of the object can be specified based on the change characteristics with respect to the plurality of objects.

例えば、図6に示す符号T1の距離(位置又は時刻)においては、物体A及び物体Bの周波数(又は周波数差)は、同一の値である。しかし、アンテナとの距離が少し接近した符号T2の距離においては、物体A及び物体Bの周波数は異なった値となる。さらにアンテナとの距離が接近した符号T3の距離においては、物体A及び物体Bの周波数の差は大きくなる。そして、符号T3よりもさらに接近した符号T4の距離においては、両周波数の差は非常に大きなものとなる。このように、両者の距離が予め既知(あるいは予測可能)であれば、距離(符号T1〜T4等)に応じた周波数から、どの物体の変化特性に該当するものかを良好に導くことができる。その結果、対象物の種別を特定することが可能となる。また、一点だけでなく、数点における検出結果から判別すると、より高い精度での判別が可能となる。   For example, the frequency (or frequency difference) of the object A and the object B is the same value at the distance (position or time) indicated by the symbol T1 shown in FIG. However, the frequencies of the object A and the object B have different values at the distance of the code T2 that is a little closer to the antenna. Furthermore, the frequency difference between the object A and the object B becomes large at the distance of the code T3 that is close to the antenna. At the distance of the code T4 that is closer than the code T3, the difference between the two frequencies becomes very large. Thus, if the distance between the two is known (or predictable) in advance, it can be well derived which object the change characteristic corresponds to from the frequency according to the distance (symbols T1 to T4, etc.). . As a result, it is possible to specify the type of the object. In addition, if discrimination is made from the detection results at several points instead of just one point, discrimination with higher accuracy becomes possible.

例えば、自動車のパワースライドドアやパワーウィンドウ等、動作速度が既知のものでは、ドアや窓ガラスの向かう先がドア枠や窓枠であるか、衣服であるか、他の障害物であるか等を判別することができる。また、福祉車両等において、車両シートが車外へ振り出すような機構を有するものがあるが、この振り出し状態を判別することもできる。そして、上記判別結果に応じて、パワースライドドアやパワーウィンドウを制御するべくフィードバックを掛けることもできる。   For example, when the operation speed is known, such as a power slide door or power window of an automobile, whether the destination of the door or window glass is a door frame, window frame, clothes, or other obstacle Can be determined. Some welfare vehicles have a mechanism that causes the vehicle seat to swing out of the vehicle, and the swing-out state can also be determined. Then, feedback can be applied to control the power slide door and the power window according to the determination result.

また、本発明の他の適用例として、異なる材質の記録媒体(用紙)に対して印刷が可能なプリンタ等で、どの用紙が給紙されているのかを判別することができる。そして、この結果をフィードバックすることで、夫々の用紙に適した画像処理や印刷処理を施すような制御を行うことができる。   As another application example of the present invention, it is possible to determine which paper is being fed by a printer or the like capable of printing on recording media (paper) of different materials. By feeding back the result, it is possible to perform control such that image processing and printing processing suitable for each sheet are performed.

本発明は、開閉する装置の開閉状態を検出するための物体検知センサや、これを利用した開閉状態監視装置、挟み込み検出装置等に適用することができる。開閉装置としては、例えば自動車のパワーウィンドウ、パワースライドドア、バックドアや、建物や鉄道等の自動ドア、回転ドア等に適用することができる。また、プリンタ等の用紙搬送機構における用紙検出装置として適用することができる。   The present invention can be applied to an object detection sensor for detecting an open / closed state of a device to be opened / closed, an open / closed state monitoring device using the same, a pinch detection device, and the like. The opening / closing device can be applied to, for example, a power window, a power slide door, a back door of an automobile, an automatic door such as a building or a railway, a revolving door, and the like. Further, it can be applied as a paper detection device in a paper transport mechanism such as a printer.

本発明に係る静電容量式物体検知センサの実施形態を示すブロック図The block diagram which shows embodiment of the electrostatic capacitance type object detection sensor which concerns on this invention 図1の検出部の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the detection part of FIG. 図2の比較部の一の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the example of 1 structure of the comparison part of FIG. 図2の比較部の他の構成例を示すブロック図The block diagram which shows the other structural example of the comparison part of FIG. 本発明に係る静電容量式物体検知センサの他の実施形態を示すブロック図The block diagram which shows other embodiment of the electrostatic capacitance type object detection sensor which concerns on this invention. 図5の記憶部が記憶する変化特性の例を示すグラフThe graph which shows the example of the change characteristic which the memory | storage part of FIG. 5 memorize | stores 図1から図5のアンテナの設置例を示す模式図Schematic diagram showing an installation example of the antenna of FIGS. 図1から図5のアンテナの設置例を示す模式図Schematic diagram showing an installation example of the antenna of FIGS.

符号の説明Explanation of symbols

1 アンテナ(第一物体)
2 LC発振器
3 検出部
4 判定部
X 物体(対象物、第二物体、第三物体)
1 Antenna (first object)
2 LC oscillator 3 Detection unit 4 Determination unit X Object (object, second object, third object)

Claims (9)

接近及び離間する2つの物体の一方である第一物体と、前記2つの物体の他方である第二物体又は前記2つの物体の間における第三物体との間の静電容量に応じて定まる発振周波数で発振する発振器と、
前記静電容量の変化に伴って変化する前記発振周波数の変化を検出する検出部と、
この検出結果に基づいて少なくとも前記2つの物体の距離、又は前記第三物体の有無を判定する判定部と、
を備える静電容量式物体検知センサ。
Oscillation determined according to the capacitance between a first object that is one of the two objects approaching and separating from each other and a second object that is the other of the two objects or a third object between the two objects An oscillator that oscillates at a frequency;
A detection unit that detects a change in the oscillation frequency that changes with a change in the capacitance;
A determination unit that determines the distance between at least the two objects based on the detection result or the presence or absence of the third object;
A capacitive object detection sensor comprising:
前記検出部は、基準となる周波数で発振する基準発振器と、この基準発振器と前記発振器との出力を比較する比較部とを備え、この比較結果を用いて前記発振周波数の変化を検出する請求項1に記載の静電容量式物体検知センサ。   The detection unit includes a reference oscillator that oscillates at a reference frequency, and a comparison unit that compares outputs of the reference oscillator and the oscillator, and detects a change in the oscillation frequency using the comparison result. 2. The electrostatic capacitance type object detection sensor according to 1. 前記第二物体及び前記第三物体に対する前記発振器の前記発振周波数の距離に応じた変化特性を記憶する記憶部を備え、前記判定部は、前記検出部の検出結果と前記変化特性とに基づいて、前記2つの物体の距離、前記2つの物体の間における前記第三物体の有無、前記第二物体及び前記第三物体の種別の推定、前記第一物体と第三物体との距離、の内少なくとも何れか一つを判定する請求項1又は2に記載の静電容量式物体検知センサ。   The storage unit stores a change characteristic according to a distance of the oscillation frequency of the oscillator with respect to the second object and the third object, and the determination unit is based on a detection result of the detection unit and the change characteristic. , The distance between the two objects, the presence or absence of the third object between the two objects, the estimation of the type of the second object and the third object, the distance between the first object and the third object The electrostatic capacitance type object detection sensor according to claim 1 or 2 which judges at least any one. 接近及び離間する2つの物体の一方である第一物体と、前記2つの物体の他方である第二物体又は前記2つの物体の間における第三物体である、対象物との間の静電容量を検出する静電容量検出工程と、
前記静電容量に応じて定まる発振周波数で発振する発振器の、前記静電容量の変化に伴って変化する前記発振周波数の変化を検出する周波数変化検出工程と、
予め記憶された、前記対象物に対する前記発振周波数の距離に応じた変化特性と、前記周波数変化検出工程の結果とに基づいて、前記2つの物体の距離、前記第三物体の有無、前記第三物体の種別の推定、前記第一物体と第三物体との距離、の内少なくとも何れか一つを判定する判定工程と、を備える静電容量式物体検知方法。
Capacitance between a first object that is one of the two objects approaching and separating and a second object that is the other of the two objects or a third object between the two objects. A capacitance detection step of detecting
A frequency change detecting step of detecting a change in the oscillation frequency that changes with a change in the capacitance of an oscillator that oscillates at an oscillation frequency determined according to the capacitance;
The distance between the two objects, the presence / absence of the third object, the third object, the third object based on the change characteristic according to the distance of the oscillation frequency with respect to the object stored in advance and the result of the frequency change detection step A capacitance type object detection method comprising: an object type estimation; and a determination step of determining at least one of the distance between the first object and the third object.
前記周波数変化検出工程は、基準となる周波数で発振する基準発振器と、前記発振器との出力を比較する比較工程を有し、この比較結果を用いて前記発振周波数の変化を検出する請求項4に記載の静電容量式物体検知方法。   5. The frequency change detection step includes a comparison step of comparing a reference oscillator that oscillates at a reference frequency with an output of the oscillator, and detecting a change in the oscillation frequency using the comparison result. The electrostatic capacitance type object detection method as described. 前記判定工程は、検出された前記発振周波数の時間経過に対する変化の傾きによって判定する請求項4又は5に記載の静電容量式物体検知方法。   The capacitance type object detection method according to claim 4 or 5, wherein the determination step is performed based on a slope of a change of the detected oscillation frequency with respect to time. 前記判定工程は、前記周波数変化検出工程により検出された前記発振周波数の時間経過に対する変化量又は変化の傾きと、予め定めた第一の基準値とに基づいて、前記発振周波数の変化が環境変化によるものであると判定する請求項4から6の何れか一項に記載の静電容量式物体検知方法。   In the determination step, the change in the oscillation frequency is changed in the environment based on the change amount or the inclination of the change with respect to time of the oscillation frequency detected by the frequency change detection step and a predetermined first reference value. The electrostatic capacity type object detection method according to any one of claims 4 to 6 which judges that it is based on. 前記判定工程は、前記変化量又は前記変化の傾きと、前記第一の基準値より大きい第二の基準値とに基づいて、前記第三物体の有無を判定する請求項7に記載の静電容量式物体検知方法。   The electrostatic capacity according to claim 7, wherein the determination step determines the presence or absence of the third object based on the change amount or the gradient of the change and a second reference value larger than the first reference value. Capacitive object detection method. 前記判定工程は、前記複数の物体が接近する速度が既知である場合、複数種別の前記対象物に対する前記変化特性に基づいて、前記対象物の種別を判定する請求項4から6の何れか一項に記載の静電容量式物体検知方法。
The determination step determines the type of the object based on the change characteristics with respect to the plurality of types of the object when the speed at which the plurality of objects approach is known. The capacitance-type object detection method according to the item.
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