JP2006211427A - 人体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 雨滴だけでなく洗車時等の多量の水流等によっても誤動作することなく、確実に人体のみを検出し得るようにした人体検知装置を提供する。
【解決手段】 センサ電極２１と、センサ電極に対して交番電圧を印加する駆動部２６Ａと、センサ電極による検出信号を電圧変換する電圧変換回路２７と、電圧変換回路で得た電圧値の変化量を監視してセンサ電極付近への人体の接近を検出する制御部２６Ｂとを含み、駆動部２６Ａがセンサ電極２１に順次に切り替えて複数の異なる周波数の交番電圧を印加し、制御部２６Ｂが各周波数の交番電圧に対するセンサ電極の検出信号に基づいてセンサ電極付近で発生する静電容量変化が人体によるものか否かを判別して、人体の接近による場合にのみ人体検知信号を出力するように人体検知装置２０を構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、静電容量式センサを使用した屋外用の人体検知装置に係り、特に自動車の所謂スマートエントリーシステムで使用される車両用ドアの施錠・解錠意思確認のための人体検知装置に関するものである。

従来、このような自動車用の人体検知装置を備えたスマートエントリーシステムは、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、ドアの外面側に配設されるドアハンドルへの接触を検出して、この検出信号を施錠又は解錠の意思確認として利用し、車両ユーザが携帯している携帯送受信機と、車両側送受信機との間でユーザ認識コードの送受信によって当該車両ユーザを認識することにより、ドアの施錠又は解錠を行なうようにした、スマートエントリーシステムが示されている。

そして、このようなスマートエントリーシステムが徐々に自動車に搭載されるようになってきており、ドアハンドルへの車両ユーザの接触を検出するために、静電容量式センサを使用して、ドアハンドルへの車両ユーザの接触による静電容量の変化を検出するようにした人体検知装置が知られている。
ところで、このような静電容量式センサは、例えば雨天時における雨滴によって静電容量が変化してしまうことから、人体と雨滴とを区別することができない。これにより、上述したスマートエントリーシステムが誤動作してしまうことがある。

これに対して、特許文献２においては、人体と雨滴とを区別して、人体のみを検知することができるようにした、静電容量式センサを使用した人体検知装置が開示されている。この人体検知装置は、ドアハンドル内に取り付けられていて、センサ電極の静電容量の変化に応じて定周波電圧を変調するセンサ共振回路に対して、共振電圧を検波する検波回路を接続しすることにより、雨滴による静電容量の変動により上記センサの出力周波数が変動するという特性を利用して、人体と雨滴とを区別するようにしている。

特開２００２−２９５０９４号 特開２００２−０５７５６４号

ところで、上述した特許文献２による人体検知装置においては、雨滴のように時間の経過と共に状態が変動する検出対象を検出したときの検出信号（固有の周波数を有する信号）と、人体（車両ユーザの手）を検出したときの信号を区別することは可能である。しかしながら、例えば洗車時にドアハンドルに降りかかるような多量の水や、ホースで洗車するときのように安定して多量の水流が降り注がれる場合には、センサの検出信号に揺れ（固有の周波数）が発生しないことから、人体の検出時と近似した検出信号となるため、車両ユーザの手による接触と区別することが困難であるという課題がある。

このため、携帯送受信機が車両のそばに存在する状態において、車両ユーザが車両の洗車を行なうような場合には、人体検知装置が洗車のための水流を人体と誤認識してしまい、ドアロックが施錠・解錠を繰り返すことがあり、これによって大電流が消費されることになるため、バッテリが消耗し、場合によってはバッテリの過放電に至るという課題がある。

また、人体検知装置が車両ユーザのドアハンドルへの接触を検出したとき、これをトリガーとして、ドアロックの施錠・解錠に加えて、種々のアプリケーション、例えばスライド式電動ドアや自動ドア等の開放を行なうようになっている場合には、上述した誤認識に基づいて、ドアが開放されることによって、洗車時等の大量の水流が車両の車室内に流れ込んでしまうおそれがある。さらに、車両を自動洗車機によって洗車している間に、上述したようにドアが開放してしまうと、車室内への浸水だけでなく、自動洗車機の洗車ブラシ等が車両にからまってしまう可能性も生ずることになる。

本発明は、上記課題に鑑み、雨滴だけでなく洗車時等の多量の水流等によって誤動作することなく、確実に人体のみを検出し得るようにした人体検知装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の人体検知装置は、人体を検出すべき位置に隣接して配置されるセンサ電極と、このセンサ電極に対して交番電圧を印加する駆動部と、センサ電極による検出信号を電圧変換する電圧変換回路と、この電圧変換回路で得られた電圧値に基づいて人体接近時におけるその電圧値の変化量を監視してセンサ電極付近への人体の接近を検出する制御部と、を含んでいる静電容量式の人体検知装置であって、駆動部が、センサ電極に対して順次に切り替えて複数の互いに異なる周波数の交番電圧を印加すると共に、制御部が、センサ電極で検出された各周波数の交番電圧に対する検出信号に基づいてセンサ電極付近で発生する静電容量変化が人体によるものか否かを判別して、人体の接近による場合にのみ人体検知信号を出力することを特徴とする。

上記構成によれば、駆動部がセンサ電極に対して複数の互いに異なる周波数の交番電圧を印加することによって、このセンサ電極の周囲には印加された交番電圧の周波数に対応する交番電界が形成されるので、センサ電極とグランド間には容量結合によって微小な電流が流れることになる。
ここで、センサ電極の周囲に人体の少なくとも一部（例えば手）が接近すると、上述した交番電界が容量変化を生ずるので、センサ電極の周囲で容量結合の静電容量値が増加することにより、電流値が増大する。したがって、このような容量結合による電流値の変化（即ち増大）が、例えば充電用コンデンサから成る電圧変換回路にて、このコンデンサの充電電圧値の変化又は充電時間の変化として捉えることができる。

ところで、センサ電極の周囲に水流が在る場合について考察すると、水は大きな極性を有することから、分子単独の大きさが比較的小さくても、分子同士が互いに強く影響し合うことになるので、分子の集団としての挙動、即ち集団としての挙動の際における集団としての質量を考慮する必要がある。
他方、人体内にも多量の水分が存在するが、この場合、水分は高分子である蛋白質の隙間に存在することから、これらの水分は蛋白質の隙間にて電気的な力に束縛されており、また体液中には、多くの電気的な偏りを持つ分子が存在することが予測される。

そして、これら蛋白質の隙間の水分や体液中の電気的な偏りを持つ分子は、前述したセンサ電極の周囲に生成された交番電界により、単独で又は集団で回転する挙動に対して何らかの影響が与えられると推測される。これにより、人体（の手）と通常の自由な水とでは、センサ電極に接近した場合の容量結合している静電容量の周波数特性が異なることになる。
したがって、センサ電極に対して複数の互いに異なる周波数の交番電圧を印加することによって、センサ電極の周囲に複数の互いに周波数の異なる交番電界が生成されると、人体（の手）と通常の水とによる上記静電容量値の変化を確実に判別することができる。

このようにして、本発明によれば、センサ電極に対して複数の異なる周波数の交番電圧を印加することによって、センサ電極の周囲に生成される交番電圧による容量結合の静電容量値の変化を監視して、この静電容量値の変化に基づいて、人体の接近による静電容量値の変化を確実に判別して、人体の接近を検出することができる。

本発明による人体検知装置は、好ましくは、駆動部が、一つのセンサ電極に対して、複数の互いに異なる周波数の交番電圧を順次に切り替えて印加する。この構成によれば、各周波数の交番電圧をそれぞれ対応する別のセンサ電極に印加するのではなく、一つの共通のセンサ電極に各周波数の交番電圧を順次に切り替えて印加することにより、センサ電極及び駆動部，電圧変換回路と制御部がそれぞれ一つで済み、部品コスト及び組立コストが抑制され得ると共にセンサ電極の検出位置が一箇所となるので、検出精度が向上する。

本発明による人体検知装置は、好ましくは、制御部が、センサ電極の検出信号を電圧変換した電圧値に基づいて、検出対象である人体がセンサ電極に接近しない状態と、接近した状態とにおける電圧値の変化量の比によって人体の接近を判別する。この構成によれば、検出信号の変化量又は変化率によってセンサの感度が表わされることになるので、異なる周波数の交番電界に対するそれぞれの検出信号の変化量又は変化率を比較することによって、人体の接近を判別することができる。この場合、例えば人体と水に対するセンサの感度は、異なる周波数の交番電界に関して一律ではなく、各周波数に対してそれぞれ固有の依存性がある。したがって、各周波数におけるそれぞれの検出信号の変化量又は変化率を比較することによって、検出した検出対象が人体であるか水であるかを容易に判別することができる。

本発明によれば、雨滴だけでなく洗車時等の多量の水流等によって誤動作することなく、確実に人体のみを検出し得るようにした極めて優れた人体検知装置が提供される。

以下、図面に示した実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明による静電容量式センサを用いた人体検知装置の第一の実施形態が組み込まれたドアハンドル装置を示している。
図１において、ドアハンドル装置１０は、例えば乗用車等のサイドドアのドアアウターパネル１１に取り付けられている。ドアハンドル装置１０は、サイドドアの開閉を行なうためのドアハンドル支持ケース１２と、ドアハンドル支持ケース１２の表面を覆うドアハンドルカバー１３と、ドアハンドル支持ケース１２に隣接して、サイドドアに取り付けられたシリンダ部を覆うシリンダカバー１４と、から構成されている。

上記ドアハンドル支持ケース１２は、図２に示すように、その内部にスマートエントリーシステムの認証用アンテナ１２ａが備えられていると共に、この認証用アンテナ１２ａに隣接して、本発明実施形態による人体検知装置２０が内蔵されている。なお、スマートエントリーシステムの認証用アンテナ１２ａについては、公知の構成であると共に、本発明実施形態の人体検知装置２０と関係がないので、その詳細な説明を省略する。

上記人体検知装置２０は、ドアハンドル装置１０のドアハンドル支持ケース１２にて、車両ユーザがドアハンドルを開放する際に手で触れる裏面に対向するように、上記認証用アンテナ１２ａの裏側に配置されたセンサ電極２１と、このセンサ電極２１に隣接して配置されたセンサケース２２内に収容された回路部２３（図３参照）と、から構成されている。

図３は、図１のドアハンドル装置内に組み込まれた人体検知装置の一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。図示するように、上記人体検知装置２０は、センサ電極２１が回路部２３に接続されており、さらに回路部２３から三本の配線コード２４が引き出されている。これら三本の配線コード２４は、後述するようにそれぞれ電源ラインＶｃｃ，グランドＧＮＤ，出力ＯＵＴであって、例えば車室内に収容された自動車全体の制御を行なうためのボディコンピュータ等に接続されている。

図４は図３の人体検知装置の電気的構成を示すブロック図である。図４に示すように、上記回路部２３は、定電圧回路２５と、マイコン２６と、電圧変換回路２７と、スイッチングトランジスタ２８と、から構成されている。

上記定電圧回路２５は、前述した配線コード２４のうち、電源ラインＶｃｃから供給される電源電圧を安定化させてマイコン２６に供給するようになっている。

上記マイコン２６は、駆動部２６Ａとして、上記定電圧回路２５からの定電圧に基づいて、二つの周波数、即ち低周波（例えば１２５ｋＨｚ）及び高周波（例えば５００ｋＨｚ）の交番電圧（発振パルス）をセンサ電極２１に順次に切り替えて印加すると共に、制御部２６Ｂとして、電圧変換回路２７からの入力信号に基づいて、センサ電極２１の検出信号の判別を行なって、人体検出時のみ制御信号を上記スイッチングトランジスタ２８に出力するようになっている。

上記電圧変換回路２７は、例えば充電用コンデンサから構成されており、センサ電極２１の周囲における容量結合による静電容量の変化を電圧の変化に変換するようになっている。

図５は、図３の人体検知装置における電圧変換回路の充電電圧値の変化を示すグラフである。上記電圧変換回路２７は、図５に示すように、時間経過と共に、センサ電極２１の検出出力によって点線Ａで示すように充電されるが、センサ電極２１に人体、例えば手指が触れた場合には、実線Ｂで示すように静電容量の変化によって充電電圧が低くなるようになっている。

上記スイッチングトランジスタ２８は、上記配線コード２４のうち、出力ＯＵＴ及びグランドＧＮＤ間に接続されており、マイコン２６から制御信号が入力されたときオンとなって、出力ＯＵＴをアース接続することによってこの出力ＯＵＴを所謂マイナスコントロールするようになっている。

ここで、上記マイコン２６の動作について説明する。
図６は、図３の人体検知装置におけるマイコンの、センサ電極に印加する交番電圧の波形（図６（Ａ））及び電圧変換回路からの入力電圧の波形（図６（Ｂ））を示すタイミングチャートである。上記マイコン２６は、図６（Ａ）に示すように、駆動部２６Ａとして二つの周波数の交番電圧を、それぞれ時間ｔ１及びｔ２の間だけ出力するようになっている。上記時間ｔ１とｔ２の間には僅かな時間ｔ３と、その後比較的長い休止時間ｔ４がある。そして、これらの時間ｔ１，ｔ３，ｔ２及びｔ４で一つの周期（１サイクル時間）Ｔを構成する。

これに対して、上記マイコン２６は、電圧変換回路２７で電圧変換した電圧Ｖｉｎが入力される。上記電圧Ｖｉｎは、上記二つの交番電圧の印加に対応して、電圧変換回路２７により電圧変換されることによって、図６（Ｂ）に示すように、各交番電圧の印加時間ｔ１，ｔ２に対応して充電電圧が上昇した後、それぞれ時間ｔ３の間に充電電圧の極大値（充電電圧値）がＡ／Ｄ変換されると共に放電され、また時間ｔ４の間に同様にＡ／Ｄ変換されると共に放電され、その後スリープ時間ｔ４' となる。
そして、上記マイコン２６は、検出精度を高めるために、上記周期Ｔを複数回繰り返すことにより、複数個の検出信号を得て、これらの検出信号の平均値，最大値，最小値及び／又はバラツキを参照して、以下の判別処理を行なう。

上記マイコン２６は、以前の検出信号、即ち充電電圧値を記憶しており、新たな充電電圧値が入力される度に、以前の充電電圧値と比較することにより、その充電電圧値の変化量又は変化率が所定値を超えたとき変化があったと判定して、人体（の手）の接近又は多量の水流があったと判断する。この場合、上記判断は、低周波又は高周波の何れか一方、好ましくは感度の高い（充電電圧値の高い）方について行なえばよい。

続いて、上記マイコン２６は、人体（の手）の接近又は多量の水流を判別するために、各周波数（低周波及び高周波）の交番電圧（発振パルス）に対応するセンサ電極２１周囲の容量結合の静電容量変化を、上記充電電圧値の変化前と変化後の変化量として捉えて、変化前と変化後の充電電圧値の変化量との比を比較判定する。
即ち、上記低周波（１２５ｋＨｚ）及び高周波（５００ｋＨｚ）の発振パルスに関して、多量の水流の場合（以下「水だけの状態」という）の容量結合量と、多量の水流の状態でさらに手でドアハンドル装置１０のドアハンドル支持ケース１２を握った状態（以下「水＋手の状態」という）の容量結合量とを比較すると、図７に示すように、低周波では、「水＋手の状態」での容量結合量は、「水だけの状態」での容量結合量と比較して減少の傾向を示すが、高周波では、「水＋手の状態」での容量結合量は、「水だけの状態」での容量結合量と比較して顕著な増加傾向を示している。
したがって、上記マイコン２６は、低周波及び高周波における容量結合量の増加を、前記充電電圧の変化量として検出することにより、人体と多量の水流とを判別することができる。

具体的には、上記マイコン２６は、上述した「水だけの状態」における低周波の発振パルスに対する充電電圧の変化量をδＶＬｗとし、高周波の発振パルスに対する充電電圧の変化量をδＶＨｗとし、また上述した「水＋手の状態」における低周波の発振パルスに対する充電電圧の変化量をδＶＬｈとし、高周波の発振パルスに対する充電電圧の変化量をδＶＨｈとすると、それぞれの比は、δＶＬｗ／δＶＨｗ，δＶＬｈ／δＶＨｈとなる。そして、δＶＬｗ＞δＶＬｈ，δＶＨｗ＞δＶＨｈという傾向があるので、下式（１）に示すように
δＶＬｗ／δＶＨｗ＞δＶＬｈ／δＶＨｈ （１）
となる。
したがって、上記マイコン２６は、上記式（１）に基づいて、検出信号、即ち充電電圧値の判別の際のしきい値を設定しておくことにより、人体と多量の水流との判別を行なうことができる。

このようにして、上記マイコン２６は、制御部２６Ｂとして、センサ電極２１の面積が一定であるとして、検出対象が人体（の手）によるものか、あるいは、多量の水流によるものであるかによって、各周波数に対する上記充電電圧値の変化量又は変化率に差が生じ、さらにこれらの比にも差が生ずることにより、人体と多量の水流との判別を確実に行なうことができる。

ここで、上述した低周波と高周波における充電電圧値の変化に関して説明する。
ドアハンドル装置１０は、大人の手の大きさに対して多少大きめに寸法が選定されており、センサ電極２１の面積は、ドアハンドル装置１０の大きさに制限されることになる。したがって、ドアハンドル装置１０のドアハンドル支持ケース１２を手で握った場合、センサ電極２１により生成される交番電界に関して、手の接近によって手とセンサ電極２１がほぼ対峙する部分がコンデンサを形成して容量結合による静電容量値を変化させる。

そして、多量の水流がドアハンドル装置１０に降り注がれている状態において、手でドアハンドル装置１０のドアハンドル支持ケース１２を握った場合、センサ電極２１付近では手が存在することにより、水流は殆どセンサ電極２１に接近しないことから、容量結合による静電容量値を変化させるのは、手とセンサ電極２１がほぼ対峙する部分により形成される等価コンデンサである。

図７は、図３の人体検知装置における各周波数における検出対象に対する充電電圧値の変化量を示すグラフである。図７に示すように、低周波では、前述した「水＋手の状態」での容量結合による静電容量値は、「水だけの状態」の場合と比較して殆ど増加せず、場合によっては減少する傾向となるが、高周波では、「水＋手の状態」での容量結合による静電容量値は、「水だけの状態」の場合と比較して顕著な増加傾向を示す。このような静電容量値の変化に対応して、充電電圧値が前述したように変化するものと考えられる。

本発明実施形態による人体検知装置２０は、以上のように構成されており、車両ユーザが手でドアハンドル装置１０のドアハンドル支持ケース１２を握ったとき、上記マイコン２６が、電圧変換回路２７からの入力電圧Ｖｉｎに基づいて、センサ電極２１の容量結合による静電容量値の変化を充電電圧値の変化として検出し、各周波数における充電電圧値の変化量又は変化率に基づいて、検出対象が車両ユーザの手であることを判別して、制御信号をスイッチングトランジスタ２８に出力する。

これにより、スイッチングトランジスタ２８はオンとなり、出力ＯＵＴをグランドＧＮＤに対してアース接続する。そして、この出力ＯＵＴが所謂マイナスコントロールとして例えば自動車のボディコンピュータに入力されることにより、スマートエントリーシステムと協働して、ドアロックの解錠を行なうことになる。

上述した実施形態においては、低周波として１２５ｋＨｚの発振パルスが、また高周波として５００ｋＨｚの発振パルスが使用されているが、これに限らず、他の周波数であってもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、上記マイコン２６は、検出信号としての充電電圧値の変化量又は変換率に基づいて、人体（の手）によるものか、あるいは、多量の水流であるかを判別するようになっているが、これに限らず、多量の水流の場合に水量のバラツキを検出して、人体（の手）と多量の水流とを判別するようにしてもよい。この場合、上記マイコン２６は、上述した周期を複数回繰り返して、各検出信号である充電電圧値の比、あるいは水に対して検出感度の高い高周波での検出信号である充電電圧値の変化量又は変化率の最大値及び最小値を算出することにより、水量のバラツキ、そして検出対象が多量の水流であることを検出することができる。

さらに、上述した実施形態においては、人体検知装置２０の回路部２３は、専用のセンサケース２２により覆われているが、これに限らず、スマートエントリーシステムの認証用アンテナ１２ａと共用のケース内に内蔵されていてもよく、またセンサケース２２が省略され、例えば樹脂封止によりドアハンドル支持ケース１２内に固定されるようにしてもよい。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

本発明による人体検知装置の一実施形態を組み込んだドアハンドル装置を示す正面図である。 図１のドアハンドル装置の断面図である。 図１のドアハンドル装置内に組み込まれた人体検知装置を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 図３の人体検知装置の電気的構成を示すブロック図である。 図３の人体検知装置における電圧変換回路の充電電圧値の変化を示すグラフである。 （Ａ）は図３の人体検知装置におけるマイコンのセンサ電極に印加する交番電圧の波形を、（Ｂ）は電圧変換回路からの入力電圧の波形をそれぞれ示すタイミングチャートである。 図３の人体検知装置における各周波数における検出対象に対する充電電圧値の変化量を示すグラフである。

符号の説明

１０：ドアハンドル装置
１１：ドアアウターパネル
１２：ドアハンドル支持ケース
１２ａ：認証用アンテナ
１３：ドアハンドルカバー
１４：シリンダカバー
２０：人体検知装置
２１：センサ電極
２２：センサケース
２３：回路部
２４：配線コード
２５：定電圧回路
２６：マイコン
２６Ａ：駆動部
２６Ｂ：制御部
２７：電圧変換回路
２８：スイッチングトランジスタ

Claims (3)

1. 人体を検出すべき位置に隣接して配置されるセンサ電極と、
   このセンサ電極に対して交番電圧を印加する駆動部と、
   上記センサ電極による検出信号を電圧変換する電圧変換回路と、
   この電圧変換回路で得られた電圧値に基づいて、人体接近時におけるその電圧値の変化量を監視して、上記センサ電極付近への人体の接近を検出する制御部と、
   を含んでいる静電容量式の人体検知装置であって、
   上記駆動部が、上記センサ電極に対して、順次に切り替えて複数の互いに異なる周波数の交番電圧を印加すると共に、上記制御部が、上記センサ電極で検出された各周波数の交番電圧に対する検出信号に基づいて、センサ電極付近で発生する静電容量変化が人体によるものか否かを判別して、人体の接近による場合にのみ人体検知信号を出力することを特徴とする、人体検知装置。
2. 前記駆動部が、一つのセンサ電極に対して複数の互いに異なる周波数の交番電圧を順次に切り替えて印加することを特徴とする、請求項１に記載の人体検知装置。
3. 前記制御部が、センサ電極の検出信号を電圧変換した電圧値に基づいて、検出対象である人体が上記センサ電極に接近しない状態と接近した状態とにおける電圧値の変化量の比によって、人体の接近を判別することを特徴とする、請求項１又は２に記載の人体検知装置。
   

Images