JP2008203055A - 静電容量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 静電容量型近接センサの機能を高度に発揮するとともに、タッチセンサとしても機能する簡素な静電容量センサを提供する。
【解決手段】 静電容量変化を検出する検出電極Ａ，Ｂと、静電容量の検出範囲を制限すべく検出方向に開口部を向けたシールド電極Ｓと、グランド電極Ｇとを、長手方向に配設し、検出電極Ａ，Ｂを、シールド電極Ｓ内の開口部に近い位置と遠い位置とに配設し、前記接触検知用電極を、前記シールド電極の検出方向に対する裏側に配設し、各電極が、自然状態においては離れた状態に維持され、当該センサ本体１が物体の接触によって検出方向から押されると、シールド電極Ｓとグランド電極Ｇとが接触し導通して、物体の接触が検出可能となるよう、各電極を非導電性の可撓体２で一体に連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電容量センサに関し、詳しくは例えばドアなどの開閉体への人や物体の挟み込みを防止するために人や物体を検出するための静電容量センサに関する。

ドアなどの開閉体の制御システムにおいては、人体などの挟み込みを防止するため、自動閉動作の際には、このような挟み込みの発生或いは発生の恐れを検知して少なくとも開閉体の自動閉動作を停止し、或いはさらに反転動作させる挟み込み防止機能が設けられる。

そして従来、このような挟み込み防止のための挟み込み検知を行う検知装置の方式としては、間接検知と直接検知がある。間接検知は、開閉体の駆動モータの動作情報（回転位置や回転速度など）や駆動電流に基づいて、間接的に挟み込みを検知するもので、直接検知は、開閉体の開閉端部に接近又は接触する対象物（人体など）を検出するセンサを用いるものである。このうち、間接検知は、挟み込みをなるべく低い荷重で早めに、かつ確実に検知することが比較的困難であるという不利がある。一方、直接検知は、対象物を直接検知するので信頼性が高いという長所があるが、従来のこの種のセンサとしては感圧スイッチが用いられていたため、挟み込みをなるべく低い荷重で早めに検知することができなかった。というのは、感圧スイッチは、例えば導電性樹脂を用いたケーブル状のもので、対象物の圧力による変形によって内部の導電体が接触して導通することによって作動するものである。このため感圧スイッチは、対象物がある程度の圧力で接触してはじめて作動し、その時点でやっと挟み込み防止機能が働くことになるからである。

そこで発明者らは、車両のパワースライドドアなどにおける挟み込み検知装置として、基本的に静電容量センサを適用することを検討している。
なお、静電容量センサを車両（四輪自動車等）のパワースライドドアにおける挟み込み検知装置として適用した従来例としては、特許文献２がある。また、特許文献１には、窓やドアの挟み込み検知に静電容量センサを用いる挟み込み防止装置が記載されている。また、特許文献３には、静電容量センサにより挟み込み検知を行う自動ドア用安全装置が開示されている。

特開２００１−３２６２８号公報 特開２００５−２２７２４４号公報 特開２００１−３２６２７号公報

ところで、上述した静電容量センサを車両のスライドドアなどの開閉体に適用して挟み込みを検知しようとすると、開閉体の全閉位置付近で、開閉体の周辺部材（例えば、車両のＢピラーやフロントドアなど）に静電容量センサが反応して静電容量センサの出力（以下、場合によりセンサ出力という）が変化し、実際には人体などの挟み込みが発生していないのに、挟み込みが発生したと誤検知してしまうという問題があった。
ここでスライドドアとは、車両の側面等に設けられたスライド型のドアであり、四輪自動車の場合、一般的には後部座席用のドア（リヤドア）として設けられることが多い。

なお、前述の特許文献３には、許容値（検知判定のしきい値）を、例えば自動ドアの開方向への動作時に測定されたセンサ出力（即ち、学習データ）に基づいて設定し、自動ドアの閉方向への動作時には、センサ出力を前記許容値と比較することにより挟み込みを判定する技術、さらには、ドアの全閉位置付近では、前記学習データに基づいて前記許容値を漸次変化させる技術が開示されている。この技術によれば、原理的には、前記周辺部材による影響を上記許容値の変化によって打ち消し、開閉体の全閉位置付近で発生する前述の誤検知の可能性を低減できる。
しかしながら、実際に試行してみると全閉位置付近では、少しのドア位置の変化によってセンサ出力の変化が大きいため、指などの接近による僅かなセンサ出力の変化を捉えることが困難である。

また、静電容量センサは、誘電体でないと反応しないため、プラスチックなどの低誘電体は検知が難しい。例えば車両内へ運び込もうとするプラスチック製の品物がスライドドアに挟み込まれるといったことを防止するのが難しいという短所もある。
なお、開閉体の挟み込み防止などの安全装置用のセンサとしては、上述した問題（全閉位置で検出が困難である問題や、対象物が低誘電体であると検出できない問題）は、重大であり、鋭意解決する必要がある。

そこで本発明は、静電容量型の近接センサ（非接触センサ）としての本来の機能を発揮するとともに、人や物体の接触を検出する接触式センサ（タッチセンサ）としても機能する静電容量センサを提供することを目的としている。

本願の静電容量センサは、静電容量の変化を検出するコード型のセンサであって、
静電容量の変化を検出するための複数の検出電極と、静電容量の検出範囲を制限するために、前記複数の検出電極を取り囲み、検出方向に開口部を設けたシールド電極と、接触検知のための接触検知用電極とを、当該センサの長手方向に沿って配設し、
前記検出電極を、前記シールド電極内の開口部に近い位置と、前記シールド電極内の開口部から遠い位置とに配設し、
前記接触検知用電極を、前記シールド電極の検出方向に対する裏側に配設し、
前記検出電極相互、及び前記検出電極と前記シールド電極が、間隔をおいて離れた状態に維持されるように一体に連結されるとともに、前記シールド電極と前記接触検知用電極が、自然状態においては間隔をおいて離れた状態に維持され、当該センサが物体の接触によって検出方向から押されると、前記シールド電極と前記接触検知用電極が、相互に接触することを特徴とする。

本願の静電容量センサによれば、複数の検出電極により、差分式の高感度な静電容量変化の検出（誘電体の接近）が可能となり、人体などの誘電体を非接触で早めに検出できる。また、シールド電極が設けられているため、検出方向（シールド電極の開口側）に接近した誘電体のみを検出し、側面から接近した誘電体を誤検知することがない。
しかも、物体の接触によって検出方向から押されると、シールド電極と接触検知用電極が、相互に接触して物体の接触が検出可能となる。このため、静電容量センサでありながら、物体の接触を検出するタッチセンサとしても機能する。

次に、本願の好ましい態様は、前記接触検知用電極が、グランド電極として機能する構成である。この態様であると、グランド電極を別個に設ける必要がなくなる。また、外部からのノイズ耐性が向上し、より正確な検出ができる。

また、本願の好ましい別の態様は、前記検出電極とシールド電極が非導電性部材で保持されて一体に構成されているものである。この場合、各電極の相対位置が変化し難いため、各電極間の距離変化によって生まれる静電容量の変化の影響を低減でき、より正確な検出ができる。

また、本願の好ましい別の態様は、前記検出電極、シールド電極、及び接触検知用電極が非導電性部材で保持されて一体に構成され、変形できるよう構成されているものである。この場合、センサを取扱い易く、車体等への取り付けの手間が低減できる。

本発明によれば、静電容量型の近接センサ（非接触センサ）としての本来の機能を発揮するとともに、人や物体の接触を検出するタッチセンサとしても機能する静電容量センサが得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１形態例）
まず、第１形態例を説明する。
図１（ａ）は、静電容量センサのセンサ本体１の内部構成を示す図であり、図１（ｂ）は、センサ本体１のタッチセンサとしての作動状態（検出対象物体によりセンサが変位した状態）を示す図である。また、図２（ａ）は、センサ本体１の全体を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、自動車に設置されたセンサ本体１及びその周辺構成を示す水平断面図である。また図３は、センサ本体１の内部構成や取付構造を示す図である。また図４は、センサ本体１を自動車に取り付けた例を示す斜視図である。また図５は、本例の静電容量センサを含む挟み込み検知装置（検出回路等含む）の概略を示すブロック図である。また、図６及び図７は、静電容量センサの検出回路２０等の具体例を示す回路図である。また図８は、近接検知領域とタッチ検知領域を説明する図である。また図９は、検出回路２０の動作を説明するタイミングチャートであり、図１０は、検出回路２０の動作を説明するデータ例を示す図である。

センサ本体１は、図１（ａ）に示すように、検出面の側が開口した断面略Ｕ字状のシールド電極Ｓと、このシールド電極Ｓの内側に配置された検出電極Ａ，Ｂと、シールド電極Ｓの検出方向に対する裏側に配設されてグランドに接続されるグランド電極Ｇ（接触検知用電極としても機能する）と、各電極（各検出電極Ａ，Ｂ、シールド電極Ｓ、及びグランド電極Ｇ）を一体に連結する低誘電率絶縁材２と、全体を覆うカバーとして機能する低誘電率絶縁材３とよりなる。
また、図３に示すように、本例では低誘電率絶縁材３はセンサ本体１をスライドドア１０に設けられたブラケット１１に固定するための部材としても機能している。検出電極Ａ、検出電極Ｂ、シールド電極Ｓおよびグランド電極Ｇは、導電性を有する材料であれば使用できるので金属板などでも良いが、導電性の可撓体（例えば、天然ゴム、合成ゴム、又はエラストマをベースとし、適度な可撓性と導電性をもつ材料）より形成されるのが好ましい。低誘電率絶縁材２と、低誘電率絶縁材３は非導電性の可撓体にて形成されるのが好ましい。
本例では、検出電極Ａ，Ｂと、シールド電極Ｓと、グランド電極Ｇとを一体形成しているが、全ての電極が一体に形成されていなくても良い。例えば、検出電極Ａ，Ｂと、シールド電極Ｓとだけが一体に形成されており、グランド電極Ｇは別部材として自動車に装着されていても良い。また、例えば、検出電極Ａ，Ｂとを一体形成し、シールド電極Ｓとグランド電極Ｇとを一体形成し、両方の部材を低誘電率絶縁材３を用いて一体化しても良い。
このセンサ本体１の各電極の内部には、前記導電性の可撓体よりも電気抵抗の小さい材料（例えば、銅線）よりなる導線４，５，６，７が、それぞれ配設されている。なお、これら導線４，５，６，７の設置位置は、検出方向（図１における上下方向）と直交する平面での曲げに対する当該センサの中立面（曲げ応力がゼロとなる面）付近に設定されている。
また図１の場合、シールド電極Ｓの下面は、Ｖ字型に下方に向かって若干突出した形状となっており、これに対向するグランド電極Ｇの上面には、上記シールド電極Ｓの下面がはまり込むことが可能となるようにＶ字状の凹部８が形成されている。
また、低誘電率絶縁材２は、各検出電極Ａ，Ｂの周囲を覆い、各検出電極Ａ，Ｂの間や、各検出電極Ａ，Ｂとシールド電極Ｓの間を閉塞するように、配設されている。但し、シールド電極Ｓとグランド電極Ｇとの間には、低誘電率絶縁材２が配設されておらず、ここは空間となっている。

なお、低誘電率絶縁材２と低誘電率絶縁材３は、非導電性の可撓体（例えば、天然ゴム、合成ゴム、又はエラストマをベースとし、適度な可撓性をもち、導電性を持たない材料）よりなり、静電容量センサとしての検出動作に悪影響を及ぼさないように、誘電率の低いものとされている。
また上記センサ本体１は、例えば、低誘電率絶縁材３を除く各可撓体（シールド電極Ｓ、検出電極Ａ，Ｂ、グランド電極Ｇ、低誘電率絶縁材２）を一体に成形し、この成形品の外周を覆うように低誘電率絶縁材３（可撓体）を装着することによって、一体物として製造される。
また上記センサ本体１は、図２（ａ）に示すようなコード型のもので、各可撓体と各導線が長手方向に配設された断面一様のものとなっている。但し、上記センサ本体１は、必ずしも長尺なものでなくてもよく、例えば断面寸法と比較して長手方向（断面に直交する方向）の長さが短いものであってもよいことはいうまでもない。
このような構成のセンサ本体１は、十分小型にすることが可能であるとともに、十分な可撓性を有し、長手方向において湾曲した形状とすることが容易であり、図３に示すようにスライドドア１０の開閉端部の形状に沿って配置することが十分可能である。また、シールド電極Ｓのシールド作用により、上記センサ本体１は検出面側（即ち、スライドドア１０の端部に対向し、スライドドア１０に挟まれる可能性のある範囲の側）だけが高い感度を有し、他の面は基本的に対象物を検知しない面（不感面）となる。

ここで、検出電極Ａ，Ｂは、検出面に対して比較的近い位置と遠い位置にそれぞれ配置されている。この場合、検出電極Ａが、主電極に相当し、シールド電極Ｓ内の開口部に近い位置に配置されている。一方、検出電極Ｂが、比較電極に相当し、シールド電極Ｓ内の開口部から遠い位置であって、主電極（検出電極Ａ）とシールド電極Ｓの間の位置（検出電極Ａの裏側の位置）に配置されている。
また、検出電極Ａ，Ｂ相互、及び検出電極Ａ，Ｂとシールド電極Ｓは、低誘電率絶縁材２が介在していることによって、常に間隔をおいて離れた状態に維持される。特に、検出電極Ａ，Ｂは、検出面に対向する方向において所定の距離差を持つように離れて配置され、かつシールド電極Ｓとも接触しないように離れた状態に配置されている（いいかえると、そのように配置されるように、低誘電率絶縁材２が、各電極を連結し相互に支持している）。
そして、シールド電極Ｓとグランド電極Ｇは、センサ本体１に外力が加わっていない自然状態では、検出面に対向する方向において所定の距離差を持つように離れて配置されている（いいかえると、そのように配置されるように、低誘電率絶縁材２が、各電極を連結し相互に支持している）。そして、センサ本体１の検出面が物体の接触により押されると、図１（ｂ）に矢印で示すように、検出電極Ａ，Ｂやシールド電極Ｓ及び低誘電率絶縁材２の押された部分（長手方向の一部）が奥側（図１では下方）に移動するように変形して、シールド電極Ｓの下面がグランド電極Ｇの上面にはまり込んで接触し、シールド電極Ｓとグランド電極Ｇのみが相互に導通する作動状態となる構成とされている。なお、物体が押す力がある程度の範囲内で斜めに加わっても、同様に作動状態になる。またこの作動状態は、例えば図１（ｂ）に示すように、低誘電率絶縁材２や低誘電率絶縁材３の一部（この場合、検出方向において、シールド電極Ｓとグランド電極Ｇの間に位置する両側部分）が他の部位よりも変形しやすい形状にすることによって、左右方向外側に張り出すように変形することによって実現されるが、内側に張り出すように変形してもよい。変形しやすい形状の例としては、変形させたい部位を他部位よりも薄くしたり切り込みを設けるなどが有るが、これに限定されるものではない。

なお、センサ本体１は、図２（ｂ）に示すように、車両におけるスライドドア１０（リヤドア）の開閉端部にブラケット１１を介して取り付けられている。なお図２（ｂ）は、スライドドア１０が閉じている状態を示しており、この閉状態でスライドドア１０は、Ｂピラー１２（フロントドア１３とスライドドア１０の中間に位置する、車体側の柱部）を挟むようにしてフロントドア１３に僅かな隙間で接合している。また、スライドドア１０の開閉端部には、フロントドア１３の側に突出するヘム部１４が形成され、閉状態においてこのヘム部１４の先端がフロントドア１３の内側に伸びることによって、スライドドア１０とフロントドア１３の接合部が車外に対して閉じられる。
そしてセンサ本体１は、ヘム部１４よりも内側（車内側）に配置され、その検出面が、ヘム部１４よりもさらにフロントドア１３側に突出した位置になるように、フロントドア１３側に突出するブラケット１１の先端に例えば接着等によって取り付けられる。
なお実際には、図３の具体例に示すように、センサ本体１の周囲を覆う低誘電率絶縁材３（保護用のカバー）が、ブラケット１１への取り付け部としても機能する構成でもよい。

また、センサ本体１とセンサ本体１の周辺部分（ブラケット１１やヘム部１４の全体、又はこれらのセンサ本体１側の部分）の表面には、例えばシリコンテープが貼着されて撥水加工が施されている。なお、撥水コーティングを施してもよいし、又は／及び、撥油コーティングなどの撥油加工を施してもよい。
このような加工が施されていると、この表面に水滴や油滴が付着し難く、付着したとしても撥水又は撥油作用によって分散して流れ落ち易く、誤動作を起こすような大きな水滴等或いは連続する水滴等が発生しないので、水滴等による誤動作の発生可能性が格段に低減される。

次に、センサ本体１に接続されてセンサ本体１の駆動及び信号処理を行う回路部について説明する。
この回路部は、図５又は図６〜７に示すように、検出電極Ａのパルス駆動回路２１Ａ、検出電極Ｂのパルス駆動回路２１Ｂ、検出電極Ａの電荷積分回路２２Ａ、検出電極Ｂの電荷積分回路２２Ｂ、差分回路２３、検波回路２４、平滑回路２５、電圧調整回路２６Ａ、電圧調整回路２６Ｂ、減算回路２７、増幅回路２８、及び判定回路２９を備える。
ここで、パルス駆動回路２１Ａと電荷積分回路２２Ａは、電圧Ｖｒを基準電圧として検出電極Ａが構成する浮遊容量をスイッチドキャパシタ動作により電圧に変換する容量検出回路３０Ａ（容量検出回路Ａ）を構成している。また、パルス駆動回路２１Ｂと電荷積分回路２２Ｂは、電圧Ｖｒを基準電圧として検出電極Ｂが構成する浮遊容量をスイッチドキャパシタ動作により電圧に変換する容量検出回路３０Ｂ（容量検出回路Ｂ）を構成している。また、減算回路２７と増幅回路２８は、減算増幅回路３１を構成している。
またこの場合、増幅回路２８までがセンサの検出回路２０を構成し、増幅回路２８の出力ＴＰ７が最終的なセンサ出力となっている。なお、基準電圧として使用される電圧Ｖｒは、図示省略した分圧回路によって電源電圧（例えば５Ｖ）から生成される一定の電圧（例えば２．５Ｖ）である。

図６に示すように、パルス駆動回路２１Ａは、図示省略した駆動回路によって駆動されて、検出電極Ａの接続を高速で切り替えるスイッチＳＷ−Ａ１よりなる。スイッチＳＷ−Ａ１は、コモン端子（Ｃ端子）、グランド端子（Ｇ端子）、Ｏｐｅｎ端子（Ｏ端子）、及びＤＰＡ端子（Ｄ端子）を有し、コモン端子が検出電極Ａに接続され、グランド端子が車両グランド（ＧＮＤ）に接続され、ＤＰＡ端子が後述するＯＰアンプ３５Ａの反転入力に接続されている。またスイッチＳＷ−Ａ１は、図９の最上段に示すように、コモン端子がグランド端子に導通したＧＮＤ状態と、コモン端子がＯｐｅｎ端子に導通したＯｐｅｎ状態と、コモン端子がＤＰＡ端子に導通したＤＰＡ接続状態とに、高速で周期的に切り替わる。なお、図６において符号Ｃａで示すキャパシタンスは、検出電極Ａとグランドとの間に形成される浮遊容量を示している。

パルス駆動回路２１Ｂは、パルス駆動回路２１ＡのスイッチＳＷ−Ａ１と同様のスイッチＳＷ−Ｂ１よりなる。スイッチＳＷ−Ｂ１は、コモン端子（Ｃ端子）が検出電極Ｂに接続され、グランド端子（Ｇ端子）が車両グランドに接続され、ＤＰＡ端子（Ｄ端子）が後述するＯＰアンプ３５Ｂの反転入力に接続されている。またスイッチＳＷ−Ｂ１は、図９の最上段に示すように、スイッチＳＷ−Ａ１と同様に動作する。なお、図６において符号Ｃｂで示すキャパシタンスは、検出電極Ｂとグランドとの間に形成される浮遊容量を示している。

電荷積分回路２２Ａは、ＯＰアンプ（オペレーショナルアンプ）３５Ａと、ＯＰアンプ３５Ａの帰還回路を構成するスイッチＳＷ−Ａ２及びコンデンサＣｆａと、ＯＰアンプ３５Ａの非反転入力にパルス電圧（電圧値は電圧Ｖｒと同じ値）を供給する電源回路３６Ａとを備える。
ここで、コンデンサＣｆａは、ＯＰアンプ３５Ａの出力ＴＰ１と反転入力間に接続されている。また、スイッチＳＷ−Ａ２は、コンデンサＣｆａと並列に接続され、コンデンサＣｆａの両端子間（即ち、ＯＰアンプ３５Ａの出力と反転入力間）を開閉するスイッチである。またスイッチＳＷ−Ａ２は、図示省略した駆動回路によって駆動され、図９の上から３段目に示すように、スイッチＳＷ−Ａ１がＤＰＡ接続状態となる前のＯｐｅｎ状態であるタイミングにおいて、Ｏｎ状態からＯｆｆ状態に切り替わり、スイッチＳＷ−Ａ１がＯｐｅｎ状態からＧＮＤ状態に切り替わるタイミングで、Ｏｆｆ状態からＯｎ状態に切り替わる。

また、電源回路３６Ａの出力は、図９の上から２段目に示すように周期的に変化する。即ち、スイッチＳＷ−Ａ２がＯｎ状態からＯｆｆ状態に切り替わるタイミングで、グランド電圧から充電電圧（電圧値は電圧Ｖｒと同じ値）となり、スイッチＳＷ−Ａ１がＤＰＡ接続状態からＯｐｅｎ状態に切り替わった後のタイミングにおいて、充電電圧Ｖｒからグランド電圧に切り替わる。
なお図示省略しているが、シールド電極Ｓにも同様のパルス電圧（電圧値は電圧Ｖｒと同じ値）がスイッチＳＷ−Ａ１,−Ａ２が切り替わるタイミングに同期して供給される。
スイッチＳＷ−Ａ１,−Ａ２がＤＰＡに接続されている間は、シールド電極Ｓにパルス電圧が供給される。これによって、シールド電極Ｓは検出電極Ａ,Ｂと同電位となるため、シールド電極Ｓと検出電極Ａ,Ｂとの間では電荷の充放電が生じない。この事はシールド電極Ｓと検出電極Ａ,Ｂとの間の静電容量は等価的にゼロと見なせる。

電荷積分回路２２Ｂは、電荷積分回路２２Ａと同様に、ＯＰアンプ３５Ｂと、その帰還回路を構成するスイッチＳＷ−Ｂ２及びコンデンサＣｆｂと、ＯＰアンプ３５Ｂの非反転入力にパルス電圧を供給する電源回路３６Ｂとを備える。
ここで、コンデンサＣｆｂは、ＯＰアンプ３５Ｂの出力ＴＰ２と反転入力間に接続されている。また、スイッチＳＷ−Ｂ２は、コンデンサＣｆｂと並列に接続され、コンデンサＣｆｂの両端子間（即ち、ＯＰアンプ３５Ｂの出力と反転入力間）を開閉するスイッチである。またスイッチＳＷ−Ｂ２は、図９の上から３段目に示すように、スイッチＳＷ−Ａ２と同様に動作する。また、電源回路３６Ｂの出力は、電源回路３６Ａと同様に、図９の上から２段目に示すように変化する。

差分回路２３は、図６に示すように、ＯＰアンプ３７と符合省略した抵抗よりなり、ＯＰアンプ３５Ａの出力ＴＰ１（容量検出回路Ａの出力）とＯＰアンプ３５Ｂの出力ＴＰ２（容量検出回路Ｂの出力）の差分を演算して出力する回路である。この差分回路２３は、前記電圧Ｖｒを基準電圧としているため、出力ＴＰ１と出力ＴＰ２に差がないときには、その出力ＴＰ３は基準電圧Ｖｒとなる。
検波回路２４は、電圧Ｖｒを基準電圧として差分回路２３の出力ＴＰ３から信号電圧ＴＰ４を抽出する同期検波回路である。この検波回路２４は、図９の上から４段目に示すように駆動されるＳＷ−３（各検出電極通電タイミングでオンされるスイッチ）よりなる。

平滑回路２５は、図６に示すように、ＯＰアンプ３８と符合省略した抵抗やコンデンサよりなる積分回路であり、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）として機能して、検波回路２４の出力ＴＰ４から無用な高周波成分を除去し平滑化する回路である。

また、電圧調整回路２６Ａ，２６Ｂは、図６に示すように、各検出電極Ａ，Ｂとグランド間にそれぞれ接続された可変コンデンサＶＣａ，ＶＣｂよりなる。これら可変コンデンサＶＣａ，ＶＣｂの値は、検出方向に人などの検出対象物が存在していない非検出状態における各容量検出回路Ａ，Ｂの出力電圧ＴＰ１，ＴＰ２が等しくなるように、予め設定される。
この電圧調整回路２６Ａ，２６Ｂがないと、検出電極Ａが検出面近くに配置されていて電荷放出量が多いため、非検出状態であるにもかかわらず、出力電圧ＴＰ１の方が出力電圧ＴＰ２よりも大きくなってしまう。そこで、これら電圧調整回路２６Ａ，２６Ｂを設け、ＶＣａ＜ＶＣｂとして、上記出力ＴＰ１，ＴＰ２が非検出状態において等しくなるように調整している。

次に、減算回路２７は、図７に示すように、ＯＰアンプ３９と符合省略した抵抗よりなり、平滑回路２５の出力ＴＰ５から電圧Ｖｒに相当する値を減算し、この減算結果を増幅（プレ増幅）するものである。
また、増幅回路２８は、図７に示すように、ＯＰアンプ４０と符合省略した抵抗よりなり、減算回路２７の出力ＴＰ６からオフセット電圧に相当する値を減算し、この減算結果を増幅（最終増幅）するものである。オフセット電圧は、例えば図７に示すオフセット電圧調整回路４１（出力電圧可変式）で生成される。このオフセット電圧調整回路４１は、単なる分圧回路（出力電圧が一定のもの）であってもよい。
なお、増幅回路２８の出力（ＯＰアンプ４０の出力）が、本例におけるセンサ出力ＴＰ７となっている。また、上記オフセット電圧は、最終的なセンサ出力ＴＰ７を、判定回路２９に対応した所定レベルに調整するためのものである。例えば、非検出状態において、平滑回路ＴＰ５の出力が電圧Ｖｒ（例えば２．５Ｖ）のときに、センサ出力ＴＰ７が所定の初期値Ｖ０（例えば１Ｖ）になるように、上記オフセット電圧が設定される。

以上のように構成された検出回路を含む静電容量センサであると、非検出状態においては、電圧調整回路２６Ａ，２６Ｂの作用により各容量検出回路３０Ａ，３０Ｂの出力電圧ＴＰ１，ＴＰ２が等しいため、図９の「初期状態」の個所に示すように、センサの出力（ＴＰ３〜ＴＰ７までの出力）は基準電圧Ｖｒに対応した値となり、最終的なセンサ出力ＴＰ７はこの場合初期値Ｖ０（例えば、１Ｖ）になる。そして、検出面に物体（誘電体）が接近すると、検出電極Ａ，Ｂが検出面に対して距離差を持っているため、容量検出回路３０Ａの出力電圧ＴＰ１の方が、容量検出回路３０Ｂの出力電圧ＴＰ２よりも大きくなり、その結果、図９の「近接検知状態」の個所に示すように、センサ出力ＴＰ７が増大して基準電圧Ｖｒに対応した初期値Ｖ０よりも格段に大きくなる。また、検出面に物体（誘電体又は非誘電体）が接触してシールド電極Ｓとグランド電極Ｇが相互に導通する作動状態になると、シールド電極Sの駆動電位が低下する。検出電極Ａ,検出電極Ｂ,シールド電極Ｓが同相同電位駆動の場合には各電極間に結合容量は発生しないが、シールド電極Ｓの駆動電位が低下すると、検出電極Ａとシールド電極Ｓとの間および検出電極Ｂとシールド電極Ｓとの間において、それぞれ駆動電位差が発生する。これによって容量検出回路Ａおよび容量検出回路Ｂの出力が飽和し出力差がほとんどゼロになりセンサ出力ＴＰ７が初期値Ｖ０よりも減少してほぼゼロになる。

このため、本例の静電容量センサは、物体の接触を検出するタッチセンサとしても機能する。なお、本願の静電容量センサは、同一の検出回路の出力ＴＰ７を物体の接近と接触に対する共通のセンサ出力としており、このセンサ出力ＴＰ７が物体の接近と接触に対して基本的に逆方向に変化して物体の接近又は接触を検出するものであるため、検出回路や信号処理の切り替え無しに物体の接近と接触をリアルタイムかつ連続的に検出できるという優れた特長を持つ。

なお、図１０（ａ）は、誘電体がセンサ本体１に接近してきた場合の、センサ出力ＴＰ７の変化を示すデータ例である。誘電体がセンサ本体１に接近すると、既述したようにセンサ出力ＴＰ７が増加し、近接検知しきい値電圧を超えた時点で近接検知状態となる。そして、誘電体がセンサ本体１の検出面に対してさらに移動し、検出面に接触してシールド電極Ｓとグランド電極Ｇを導通させると、センサ出力ＴＰ７は瞬時に減少して略ゼロＶになり、タッチ検知しきい値電圧以下となるのでタッチ検知状態となる。このように本センサによれば、物体（誘電体）の接近と接触をリアルタイムかつ連続的に検出できる。
また、図１０（ｂ）は、非誘電体がセンサ本体１に接近してきた場合の、センサ出力ＴＰ７の変化を示すデータ例である。非誘電体がセンサ本体１に接近する場合、静電容量の変化が無いため、センサ出力ＴＰ７は基準電圧に対応した値Ｖ０のままに維持され、近接検知状態とはならない。しかし、誘電体がセンサ本体１の検出面に対してさらに移動し、検出面に接触してシールド電極Ｓとグランド電極Ｇを導通させると、センサ出力ＴＰ７は瞬時に減少して略ゼロＶになり、タッチ検知しきい値電圧以下となるのでタッチ検知状態となる。このように本センサによれば、物体（非誘電体）の接触をリアルタイムで検出できる。

また、本例の静電容量センサは、静電容量センサ（近接センサ）としての基本原理が、特願２００２−３７３７２９号で提案されたものと全く同様であるため、同出願明細書に記載されているように、空間的に開放された領域を検出範囲とし、周囲物体の影響を回避して誤動作の少ない近接検出が可能である（即ち、近接センサとしての本来の機能も高度に発揮できる）。
また、本例の静電容量センサは、平滑回路２５の出力から電圧Ｖｒに相当する値を減算し、この減算結果を増幅する増幅回路２８を設け、この増幅回路２８の出力をセンサ出力としている。このため、物体の接近又は接触による変化分だけが増幅前に取り出されて、出力信号の変化幅が必要最小限に抑えられるため、センサ出力の取り扱い（平滑回路後流での既述した信号増幅やオフセット処理、或いは後述する判定処理）が容易になる。

次に判定回路２９について説明する。
判定回路２９は、センサ出力ＴＰ７が非検出状態での初期値Ｖ０（例えば１Ｖ）よりも増加方向に変化することに基づいて検出面に物体（誘電体）が接近したと判定し、センサ出力ＴＰ７が初期値Ｖ０よりも減少方向に変化することに基づいて検出面に物体（誘電体及び非誘電体）が接触したと判定する回路であり、この場合はコンパレータ４２，４３よりなる。コンパレータ４２は、センサ出力ＴＰ７と近接検知しきい値電圧（例えば１．２Ｖ以上）を比較し、センサ出力ＴＰ７が増加して近接検知しきい値電圧を上回ると出力（近接検知出力）をオンする回路である。一方、コンパレータ４３は、センサ出力ＴＰ７とタッチ検知しきい値電圧（例えば０．５Ｖ）を比較し、センサ出力ＴＰ７が減少してタッチ検知しきい値電圧を下回ると出力（タッチ検知出力）をオンする回路である。なお、タッチ検知しきい値電圧は、ゼロＶ〜初期値Ｖ０未満の範囲における任意の値を設定してよい。但し、近接検知しきい値電圧は、全閉位置付近での周辺部材の影響を考慮して、例えば既述した特許文献３のように、学習データに基づきドア位置に対して変化させてもよい。この場合図８に示すように、ドアが全閉位置に近づいた場合には、Ｂピラーなどの車体によって生じるセンサ出力の変化が大きいために、指などが近づいたことによって生じるセンサ出力の小さい変化と区別が難しい。そのために、ドアが全閉位置に近づいた場合には近接検知を実行しないようにしている。

そして、上述した判定回路２９の判定結果（近接検知出力とタッチ検知出力）は、電動スライドドアの制御回路５０において、例えば次のように利用される。即ち、静電容量型近接センサとしての、近接検知が問題なく可能な近接検知領域（例えば、図８に示すようにセンサ出力の飽和が起きない範囲、或いは、既述した機構的ガタなどによる誤検知発生が生じない、より限定された範囲）においては、前記近接検知出力がオンになると挟み込みが発生した（或いは挟み込みの恐れがある）として挟み込み防止動作を実行する。また、図８に示すように、上記近接検知領域を含む全範囲において、前記タッチ検知出力がオンになると挟み込みが発生した（或いは挟み込みの恐れがある）として挟み込み防止動作を実行する。
なお、制御回路５０のＣＰＵを含むマイクロコンピュータに、センサ出力ＴＰ７の信号（図示省略したＤ／Ａコンバータでデジタル化したもの）を入力し、制御回路５０の制御処理に利用するようにしてもよい。

以上説明した静電容量センサよりなる挟み込み検知装置であると、次のような効果が得られる。
（１）車両ドアの湾曲した開閉端部に沿うように検出エリアを配置することができる（即ち、不感帯をなくすことができる）とともに、シールド電極Ｓによって指向性を開閉端部に接近する方向だけに制限することが可能で、誤動作の可能性が低い。
（２）また本センサは、検出電極やシールド電極やグランド電極を含めて本体全体が可撓体で構成されているため、本体が全体的に可撓性を有している。このため、取り付け箇所（ドア端）の形状に合わせて湾曲させた形状に予め成形しておく必要は、必ずしも無く、また各種形状の取り付け箇所に組立現場で柔軟に適合させて取り付けること（現場合わせ）が可能であり、部品の共用化や、このセンサを取り付ける製品（この場合、車両）の生産性向上が図れる。
（３）近接検知領域においては、対象物である人体等の誘電体を非接触で検知できるので、挟み込み又は挟み込み発生の恐れを早期に判断し、挟み込み荷重をほとんど生じることなく、挟み込み防止動作（開閉体の閉動作の停止、或いはさらに所定量の開動作）を実行可能である。
（４）差分電荷転送型の静電容量センサを使用しているので、ノイズに強く高感度な検知が可能である。

（５）静電容量型近接センサとして良好に検出可能な状態（上述した近接検知領域にスライドドアが位置する状態）では、例えば物体が接近したと判定回路２９で判定したとき（近接検知出力がオンとなったとき）に、制御回路５０で挟み込みが生じたと判定して挟み込み防止動作を実行するようにすれば、挟み込み防止動作が感圧スイッチを使用した従来よりも低い荷重で早く実行できる。また、例えば全範囲において、物体が接触したと判定回路２９で判定したとき（タッチ検知出力がオンとなったとき）に、制御回路５０で必ず挟み込みが生じたと判定して挟み込み防止動作を実行するようにすれば、静電容量型近接センサとして良好に検出困難な状態（上述した近接検知領域以外にスライドドアが位置する状態）であっても、上記タッチ検知によって誤動作なく的確に挟み込み防止動作が実現できる。また、上記タッチ検知によって、物体がプラスチックなどの低誘電体であっても検知して挟み込み防止動作を確実に実行できるようになる。つまり、本例のセンサを使用した開閉体挟み込み検知装置によれば、タッチセンサ方式の利点と静電容量型近接センサ方式の利点を併せ持つ挟み込み検知装置であって、しかも装置構成は、静電容量型近接センサ方式と同程度の簡素な構成の装置が実現できる。

（６）また本センサは、物体の接触によって検出方向から押されて変形することにより、グランド電極Ｇとシールド電極Ｓが相互に接触して物体の接触が検出可能となる構成である。これにより、物体の接触が検出可能となるため、断線に対して、検出の信頼性が向上する。例えば、検出電極Ａや検出電極Ｂが断線しても、グランド電極Ｇとシールド電極Ｓの接触によって、物体の接触を検出可能だからである。

（７）また本例では、各検出電極Ａ，Ｂやグランド電極Ｇ及びシールド電極Ｓの内部に、各電極を構成する可撓体よりも電気抵抗の小さい材料よりなる導線４〜７を、当該センサの長手方向に沿って配設し、これら導線の設置位置を、検出方向と直交する平面での曲げに対する当該センサの中立面付近に設定した。このため、まず第１に、各電極の抵抗分布を低減することができる。一般的に導電性ゴムなど導電性材料は金属導線などに比べて抵抗値が高いため、変調電気駆動した場合その抵抗値の影響で波形がなまってしまい、給電点の近くと遠くでは検知性能に差が出来てしまう。特に長尺になった場合はこの悪影響が大きい。しかし、上述したように導線を設ければ、全体的に抵抗値を下げて、このような弊害を解消できる利点がある。次いで第２に、給電又は信号取り出しのためのケーブルとの接続（検出回路側との接続）が、上記導線を介して容易に可能となる利点がある。
また、上記導線が中立面付近に設置されていることによって、次の効果が得られる。即ち、上記導線が十分な伸縮性を有さない材料よりなる場合であっても、上記曲げによって上記導線に加わる応力はゼロ又は僅かであるため、上記曲げがストレスなく行い易いという本センサの特性を維持することができ、ドア端などの形状に合わせて湾曲させて本センサを取り付けることの容易性を高く維持できる。
（８）また本例のセンサは、表面に撥水加工又は／及び撥油加工が施されている。このため、水分又は油分による誤作動の発生可能性を低減できる効果がある。発明者らの研究によれば、例えば、静電容量センサ（検出回路を除くセンサ本体部分）の検出面を横断するように水滴等が連続して付着すると、物体（誘電体）が接近していないにもかかわらず、センサ出力が変化して、物体が接近していると誤判定してしまうという現象がある。本態様によれば、水滴等の連続する付着が阻止されるので、このような誤作動が起き難くなる。

（９）また本例のセンサは、各検出電極Ａ，Ｂ間や各検出電極Ａ，Ｂとシールド電極間に低誘電率絶縁材２が介在している（各検出電極Ａ，Ｂ間や各検出電極Ａ，Ｂとシールド電極間に空間が無い構成となっている）。このため、各検出電極Ａ，Ｂ相互や、各検出電極Ａ，Ｂとシールド電極を接触させて、物体の接触を検出するために、それらの間に空間が設けられている構成に比較して、次のような利点がある。
即ち、前述したような電極間の空間があると、各電極の長期的なヘタリ（永久変形）等によって各検出電極Ａ，Ｂ相互の間隔や、各検出電極Ａ，Ｂとシールド電極の間隔が、経時的に変化して、性能（静電容量センサとしての検出能力）が変化する恐れがある。また、各検出電極Ａ，Ｂ相互間や、各検出電極Ａ，Ｂとシールド電極の間に、異物や湿気（水）が侵入して、やはり静電容量センサとしての検出能力が変化する恐れがあるという問題がある。
しかし本例のセンサであると、上述した空間が無いので、上述したヘタリ等や異物等の侵入が起こらず、上記問題が確実に防止できるという利点がある。

（ａ）は静電容量センサのセンサ本体の内部構成を示す図であり、（ｂ）はセンサ本体の作動状態を示す図である。 （ａ）はセンサ本体の全体を示す斜視図であり、（ｂ）はセンサ本体やその周辺構成を示す図である。 センサ本体の内部構成と取付構造を示す図である。 センサ本体を取り付けた車両を示す斜視図である。 本例の静電容量センサを含む挟み込み検知装置（検出回路等含む）の概略を示すブロック図である。 検出回路（平滑回路まで）の具体例を示す回路図である。 検出回路（平滑回路以降）と判定回路の具体例を示す回路図である。 近接検知領域とタッチ検知領域を説明する図である。 検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。 検出回路の動作を説明するデータ例を示す図である。

符号の説明

１ センサ本体
２ 低誘電率絶縁材（非導電性部材）
１０ スライドドア（開閉体）
Ｓ シールド電極
Ｇ グランド電極（接触検知用電極）
Ａ 検出電極
Ｂ 検出電極

Claims (4)

1. 静電容量の変化を検出するコード型のセンサであって、
   静電容量の変化を検出するための複数の検出電極と、静電容量の検出範囲を制限するために、前記複数の検出電極を取り囲み、検出方向に開口部を設けたシールド電極と、接触検知のための接触検知用電極とを、当該センサの長手方向に沿って配設し、
   前記検出電極を、前記シールド電極内の開口部に近い位置と、前記シールド電極内の開口部から遠い位置とに配設し、
   前記接触検知用電極を、前記シールド電極の検出方向に対する裏側に配設し、
   前記検出電極相互、及び前記検出電極と前記シールド電極が、間隔をおいて離れた状態に維持されるように一体に連結されるとともに、前記シールド電極と前記接触検知用電極が、自然状態においては間隔をおいて離れた状態に維持され、当該センサが物体の接触によって検出方向から押されると、前記シールド電極と前記接触検知用電極が、相互に接触することを特徴とする静電容量センサ。
2. 前記接触検知用電極が、グランド電極として機能することを特徴とする請求項１記載の静電容量センサ。
3. 前記検出電極とシールド電極が非導電性部材で保持されて一体に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量センサ。
4. 前記検出電極、シールド電極、及び接触検知用電極が非導電性部材で保持されて一体に構成され、変形できるよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量センサ。
   

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