JP2009239393A - 機器制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者が目視することなく容易に操作することができ、誤動作の可能性が低く省電力に寄与しデザイン性に優れつつ安価に構成することができる機器制御装置を提供する。
【解決手段】機器制御装置は、検知電極１１と制御回路２０とを備え、検知電極１１にて検知された静電容量に応じた検出値を静電容量検出回路２１にて検出し、Ａ／Ｄ変換回路２２にてディジタル信号に変換した後、車載機器駆動回路２３にて検出値の第１の所定期間内の変化量や第２の所定期間内の変化量とあらかじめ設定されたしきい値とを比較して、車載機器の動作制御指示があった回数をカウントし、このカウント数やカウントごとに車載機器の動作を変化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子機器などの動作を制御する機器制御装置に関し、特に例えば車両に搭載された照明装置や空調装置などの機器の動作を制御する機器制御装置に関する。

従来より、車両などの車室内の照明を車室内に設置されたスイッチによって操作するタイプの車両用照明装置が知られている。一般的に、車両用照明装置のスイッチには、いわゆるスライド式スイッチやプッシュ式スイッチなどが用いられ、これらのスイッチを乗員が操作することにより車両用照明装置のＯＮ／ＯＦＦや照光強度の調整を行うことができるように構成されている。

例えば、下記特許文献１に開示されている照明装置は、照明のＯＮ／ＯＦＦを行うメインスイッチと、このメインスイッチの周囲に設置され感圧センサで検出された押圧力により照光強度の照光調整を行う補助スイッチとにより構成されたスイッチ部を備えている。このように、感圧式のセンサによって照光調整を行うことができるため、いわゆるツマミなどの機械的なスイッチと比べて、車両室内の美観を損ねず、省スペースである。

また、下記特許文献２に開示されている車載用ルームランプ制御装置は、一方から赤外線を送信し、操作者の手などが近接すると他方でその反射光を受信してスイッチを構成する構造が開示されている。このような光センサを用いることで、運転者等の操作者は、スイッチの正確な位置を確認しなくても手などをかざすだけでスイッチ操作を行うことができる。

特開２０００−１８２７８４号公報、図２〜図３ 特開平９−４８２８０号公報、図１

しかしながら、上記特許文献１に開示されている照明装置では、調光手段として補助スイッチである感圧式センサが用いられているが、この感圧式センサは、操作者が直接センサ部に触れないとスイッチ操作ができない構造である。このため、操作者は、操作の度にその都度スイッチ位置を目視して確認しなければならず、操作が煩雑であるという問題がある。

また、上記特許文献２に開示されている車載用ルームランプ制御装置では、スイッチ部として光センサを用いているが、光センサは、周囲の光によって誤動作が生じる可能性があるため、調整が難しいとともに、常に赤外線を送信しなければならないため、待機時の消費電力が大きくなってしまうという問題がある。

そして、近年では、これらの照明装置の他に、エアコンディショナー装置やカーナビゲーション装置などの他の車載機器を容易に操作することや、その他の電子機器を容易に操作することなどが切望されている。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、操作者が目視することなく容易に操作することができるとともに、誤動作の可能性が低く省電力に寄与しデザイン性に優れつつ安価に構成することができる機器制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る機器制御装置は、検知領域の範囲に存して近接する物体を検知可能に設けられた検知電極と、前記検知電極からの静電容量に基づく静電容量値を検出し、この静電容量値に応じた検出値を出力する静電容量検出回路と、前記検出値の第１の所定時間内の変化量とあらかじめ設定されたしきい値と比較して、機器の動作制御指示を判定し、判定結果に基づく前記機器の制御情報を出力する制御回路とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る機器制御装置は、上記のように構成することにより、操作者がスイッチ位置などを目視することなく、例えば手をかざしたり手を振ったりする簡単な動作によって容易に機器の動作を制御することができるようになる。

前記検知電極は、例えば前記機器自体に設けられ、または該機器近傍に設けられている。

前記制御回路は、例えば前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量が前記しきい値を超えた場合に超えた回数１をカウントし、第２の所定時間内のカウント数に基づいて前記動作制御指示を判定する。

また、前記制御回路は、例えば前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量が前記しきい値を超えた場合に超えた回数１をカウントし、カウント数ごとに前記制御情報として、前記機器の動作を停止段階、第１動作段階、および第ｎ動作段階（ｎは自然数）に段階的に変化させる情報を出力する。

また、前記制御回路は、例えば前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量があらかじめ設定された第１しきい値以上であり、前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量があらかじめ設定された第２しきい値未満であるときで、かつ前記変化量の変化時間の間隔があらかじめ設定された第３の所定時間よりも短いときに前記動作制御指示があったと判定し、この動作制御指示に対応する前記制御情報を出力する。

さらに、前記制御回路は、例えば前記動作制御指示があった場合の各動作制御指示間の時間間隔を測定し、測定結果が第４の所定時間以上を示しているときは、あらかじめ設定された動作条件に基づいて、前記機器の動作を前記停止段階または前記第ｎ動作段階に変化させる前記制御情報を出力する。

前記機器は、例えば車両用照明装置、車両用空調装置および車両用ディスプレイ装置のうちの少なくとも一つである。

前記静電容量検出回路は、例えば差動動作するものであり、前記検知電極は、２つ設けられるとともに、一方が前記静電容量検出回路の正入力に接続され、他方が前記静電容量検出回路の負入力に接続されている。

前記検知電極の近傍に設けられた補助電極と、前記補助電極を、前記物体を検知可能になるように前記静電容量検出回路との接続、または前記検知電極の前記検知領域の範囲における少なくとも一方向の検知をシールド可能とする接続に選択的に切り替え可能な切替スイッチと、前記補助電極に対して前記切替スイッチを介して接続され、前記補助電極に前記検知電極と同等の電位を与える駆動回路とをさらに備えて構成されていてもよい。

この場合、前記制御回路は、例えば前記静電容量検出回路からの前記検知電極および前記補助電極に基づく第１の検出値と、前記静電容量検出回路からの前記検知電極に基づく第２の検出値とを比較して、前記第１の検出値に対する前記第２の検出値の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、前記物体の近接を判定する。

前記検知電極の近傍に設けられた補助電極と、前記検知電極を、前記物体を検知可能になるように前記静電容量検出回路との接続、または前記補助電極の前記検知領域の範囲における少なくとも一方向の検知をシールド可能とする接続に選択的に切り替え可能な第１切替スイッチと、前記補助電極を、前記物体を検知可能になるように前記静電容量検出回路との接続、または前記検知電極の前記検知領域の範囲における少なくとも一方向の検知をシールド可能とする接続に選択的に切り替え可能に構成され、前記検知電極が前記静電容量検出回路に接続された際に前記補助電極をシールド可能な状態とし、前記検知電極が前記シールド可能な状態の際に前記補助電極を前記静電容量検出回路に接続する第２切替スイッチと、前記検知電極および前記補助電極のいずれか一方に対して前記第１および第２切替スイッチを介して接続され、接続された電極に前記検知電極と同等の電位を与える駆動回路とをさらに備えて構成されていてもよい。

この場合、前記制御回路は、例えば前記検知電極が前記静電容量検出回路に接続されているときの前記静電容量検出回路における第１の検出値と、前記補助電極が前記静電容量検出回路に接続されているときの前記静電容量検出回路における第２の検出値とを比較して、前記第１の検出値に対する前記第２の検出値の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、前記物体の近接を判定する。

前記検知電極の検知面とは反対側の裏面側に前記検知電極に対して絶縁された状態で配置され、前記検知電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極をさらに備えていてもよい。

前記補助電極は、例えば前記検知電極の検知面と同一平面上に前記検知電極に対して絶縁された状態で配置されていてもよい。

また、前記補助電極は、例えば前記検知電極を囲むように配置されていてもよい。

本発明によれば、操作者がスイッチ位置などを目視することなく容易に機器を操作することができ、誤動作の可能性が低く省電力に寄与しデザイン性に優れつつ安価に構成可能な機器制御装置を提供することができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る機器制御装置の好適な実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る機器制御装置を使用した自動車の車室内を示す説明図、図２は、同機器制御装置を適用した車両用照明装置の一部分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る機器制御装置は、自動車１００に搭載された車載機器としての車両用照明装置１０Ａや、車両用空調装置の通風口１０Ｂに適用され用いられる。なお、以降において、これらの車両用照明装置１０Ａや車両用空調装置は、特に明記しない限り車載機器として総称する。

車両用照明装置１０Ａは、例えば自動車１００の車室内の天井部１０１などに備えられたルームランプとして用いられる。車両用空調装置は、車室内の暖房や冷房を行うエアコンディショナーとして用いられ、通風口１０Ｂを介して温風や冷風を車室内に通気する。

ここで、車両用照明装置１０Ａについて説明する。図２に示すように、車両用照明装置１０Ａは、光透過性を有する樹脂やガラス等の材料により形成され、任意の光透過率に調整された被覆材としての意匠板１と、この意匠板１の裏側に設置され、人体（例えば、手）の接近を検出するセンサ部を構成する矩形状の検知電極１１と、これら意匠板１と検知電極１１との間に設置された光源としてのＬＥＤ２と、このＬＥＤ２の光を拡散する導光板３とを備えて構成されている。

なお、検知電極１１は、例えば中央部に開口部１１ａが形成されており、この検知電極１１およびＬＥＤ２は、ＬＥＤ２のＯＮ／ＯＦＦ操作や照光強度などの点灯状態（点灯動作）を制御する制御回路２０に電気的に接続されている。また、検知電極１１は、導電性を有するものであればよく、金属やＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、あるいは導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ＝ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｐｈｅｎｅ／ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ）などの透明性導電材料からなる透明電極を用いることもできる。

さらに、検知電極１１は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ガラスエポキシ樹脂またはセラミックなどの絶縁体からなる基板上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムや鉄などの金属部品や電線などで構成することもできる。

そして、車両用照明装置１０Ａにおいて、この検知電極１１を設置する位置は、意匠板１と導光板３との間や、センサ部として独立設置させてＬＥＤ２や導光板３から離れた場所に設置してもよい。また、光源となるＬＥＤ２の代わりに、電球やエレクトロルミネセンス（ＥＬ）などの発光体を用いるようにしてもよい。

なお、図示は省略するが、車両用空調装置においては、例えば上述した検知電極１１が通風口１０Ｂの周囲に配置され、この検知電極１１と電気的に接続された制御回路２０が、車両用空調装置の主制御部と電気的に接続された構成となっている。このように、本実施形態の機器制御装置は、主に検知電極１１と制御回路２０によって構成され、この制御回路２０からの制御情報によって車両用照明装置１０Ａや車両用空調装置などの車載機器の動作（例えば、点灯状態の制御や風量の制御など）を制御することができる構成となっている。

図３は、本実施形態に係る機器制御装置の電気的な構成の例を示すブロック図である。図３に示すように、機器制御装置の制御回路は、検知電極１１に接続される静電容量検出回路２１と、Ａ／Ｄ変換回路２２と、車載機器駆動回路２３とを備えて構成されている。

静電容量検出回路２１は、検知領域の範囲に存して近接する物体（例えば、人体）を検知可能に設けられた上述した検知電極１１からの静電容量に基づく静電容量値を検出し、この静電容量値に応じた検出値をＡ／Ｄ変換回路２２に出力する。この静電容量検出回路２１は、例えばＣ−Ｖ変換回路からなり、検知電極１１によって検知された静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換してアナログ信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換回路２２は、静電容量検知回路２１からの電圧を示すアナログ信号をディジタル信号に変換する。車載機器駆動回路２３は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備え、機器制御装置全体の制御を司るとともに、制御回路２０に接続された車載機器の動作を制御したり、検知領域における物体の検出（物体の接近や有無など）を判定したりする。

なお、検知電極１１および制御回路２０は、例えば図示しない基板上に一体的に、あるいは別体として形成されていてもよい。この基板としては、フレキシブルプリント基板、リジッド基板またはリジッドフレキシブル基板などを採用することができる。このように構成された制御回路２０の静電容量検出回路２１が、上述したＣ−Ｖ変換回路からなる場合は、例えば次のように構成される。

図４は、制御回路における静電容量検出回路の構成例を示す回路図である。図４に示すように、静電容量検出回路２１は、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路３１と、入力端に接続された静電容量Ｃの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐｏを出力するタイマー回路３２と、このパルス信号Ｐｏを平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）３７とを備えて構成されている。

タイマー回路３２は、例えば２つの比較器３３，３４と、これら２つの比較器３３，３４の出力がそれぞれリセット端子Ｒおよびセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ回路（以下、「ＲＳ−ＦＦ」と呼ぶ。）３５と、このＲＳ−ＦＦ３５の出力ＤＩＳをＬＰＦ３７に出力するバッファ３６と、ＲＳ−ＦＦ３５の出力ＤＩＳでＯＮ／ＯＦＦ制御させるトランジスタ３８とを備えて構成されている。

比較器３４は、トリガ信号発生回路３１から出力される図５に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖｔｈ２と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ−ＦＦ３５のＱ出力をセットする。

このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ３８をＯＦＦ状態にし、検知電極１１およびグランド（ＧＮＤ：接地）の間を、検知電極１１の対接地静電容量Ｃおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Ｖｉｎの電位が静電容量Ｃによって決まる速度で上昇する。

この入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器３３の出力が反転してＲＳ−ＦＦ３５の出力を反転させる。この結果、トランジスタ３８がＯＮ状態となって、例えば検知電極１１に蓄積された電荷がトランジスタ３８を介して放電される。

したがって、このタイマー回路３２は、図５に示すように、検知電極１１との間の静電容量Ｃに基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐｏを出力する。ＬＰＦ３７は、この出力を平滑化することにより、図５に示すような直流の検知信号Ｖｏｕｔを出力する。

こうして静電容量検出回路２１から出力された検知信号Ｖｏｕｔは、上述したようにＡ／Ｄ変換回路２２にてディジタル信号に変換される。なお、図５中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。

なお、上述した制御回路２０において、静電容量検出回路２１の構成として、Ｃ−Ｖ変換回路が抵抗とコンデンサにより出力パルスのデューティー比が変化する周知のタイマーＩＣを利用するものを説明したが、これに限定されるものではない。

すなわち、例えば、正弦波を印加して静電容量値による電圧変化あるいは電流値から直接インピーダンスを測定する方式、測定する静電容量を含めて発振回路を構成して発振周波数を測定する方式、ＲＣ充放電回路を構成して充放電時間を測定する方式、既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方式、または未知の容量に既知電圧で充電し、その電荷を既知容量に移動させることを複数回行い、既知容量が所定電圧に充電されるまでの回数を測定する方式などがあり、検出した静電容量値にしきい値を設け、または静電容量の信号波形を解析して該当する静電容量波形になったときにトリガとするなどの処理を行ってもよい。

また、制御回路２０の静電容量検出回路２１が静電容量を電圧に変換することを前提としたが、電気的にあるいはソフトウェアとして扱いやすいデータに変換できればよく、例えば、静電容量をパルス幅に変換したり直接ディジタル値に変換したりしてもよい。

次に、このように構成された機器制御装置による車載機器の制御処理について説明する。図６は、本実施形態に係る機器制御装置による車載機器制御処理手順の例を示すフローチャートである。また、図７は、人体の手などと検知電極１１との距離の違いに基づき静電容量検出回路２１にて検出される検出値と時間との関係を示したグラフである。

まず、図７を参照して、車載機器が車両用照明装置１０Ａである場合を例に、この車両用照明装置１０Ａの調光方法について説明する。上述した制御回路２０においては、Ａ／Ｄ変換回路２２によってディジタル信号化された静電容量の検出値の変化量（時間的な傾き）が、車載機器駆動回路２３において測定される。そして、図７に示すように、例えば車両用照明装置１０Ａが消灯しており、手が近付いていない場合は、検出値は一定の状態を示している。

その後、検知電極１１に対して手が近付いていき、離れた場合は、状態１のように検出値は正の傾きを持った後、ピークを迎え負の傾きを持つ状態を示す。このとき、車載機器駆動回路２３によって、あらかじめ設定した正の傾きの第１しきい値と負の傾きの第２しきい値をそれぞれ超えるまたは下回る正の傾きと負の傾きが、第１の所定時間内にあったと判定した場合は、１回の手の動きがあったと判断し、その回数１をカウントすることができる。

これにより、車載機器駆動回路２３は、消灯（停止）状態にあった車両用照明装置１０ＡのＬＥＤ２をカウント数に基づいて第１段階の照度で点灯（動作）させる。次に、再び検知電極１１に対して手を近付けて、例えば状態１からの第２の所定時間内に３回手を振ったり前後左右に動かしたりした場合は、状態２〜状態４のように検出値は正の傾き→ピーク→負の傾きを持つ状態を第３の所定時間よりも短い間に３回繰り返して示すこととなる。

このとき、車載機器駆動回路２３によって、検出値の一組の正の傾きおよび負の傾きがあらかじめ設定した第１および第２しきい値を第４の所定時間以内にそれぞれ超えた場合は、１回の手の動きがあったと判断して回数をカウントし、各組の正負の傾きがそれぞれ第１の所定時間内にしきい値を超えたと判定した場合は、３回の手の動きがあったと判断することができる。

これにより、車載機器駆動回路２３は、第１段階の照度で点灯状態にあった車両用照明装置１０ＡのＬＥＤ２を、状態２のときに第２段階の照度で点灯し、状態３のときに第３段階の照度で点灯し、さらに状態４のときに第４段階の照度で点灯させる。このように、所定時間内に手が動いた回数で変更する車両用照明装置１０Ａの照度をあらかじめ設定しておけば、手の動いた回数（正の傾き→ピーク→負の傾きを繰り返した回数）によって段階的に照度を変更することができる。

なお、車載機器駆動回路２３は、例えば車両用照明装置１０Ａが点灯しているときに、前回手が動いたタイミングからの時間経過を測定しておき、あらかじめ設定しておいた第４の所定時間を経過して新たに手が動いたと判断したときは、車両用照明装置１０Ａを消灯（停止）状態にしてもよい。

また、車載機器駆動回路２３は、例えば第１の所定時間内に手が動いた回数をカウントし、第２の所定時間内のカウント数に基づいて車両用照明装置１０Ａを動作させるようにしてもよい。すなわち、例えば消灯状態にある車両用照明装置１０Ａにおいて、第２の所定時間内にカウント数が４であった場合には、消灯状態から直接第４段階の照度で点灯させるようにしてもよい。

また、車載機器駆動回路２３は、例えばあらかじめ設定された最大段階の照度での点灯が行われた後に、さらに１回とカウントできる手の動きがあったと判断した場合は、車両用照明装置１０Ａを消灯（停止）状態にしたり、あらかじめ設定しておいた所定の動作状態（例えば、光の色を変えるなど）にしたりしてもよい。

具体的には、車載機器駆動回路２３は、電源の供給がある場合に、まず、図６に示すように、検知電極１１により検出されＡ／Ｄ変換回路２２から出力された静電容量の検出値に変化があるのを待って（ステップＳ１００のＮ）、変化があった場合に（ステップＳ１００のＹ）、検出値の正の傾きがあらかじめ設定した正の傾きのしきい値ｔｈ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

検出値の正の傾きがしきい値ｔｈ１以上であると判断した場合（ステップＳ１０１のＹ）は、検知電極１１に手が近付いたと判断し（ステップＳ１０２）、その後の検出値の負の傾きがあらかじめ設定した負の傾きのしきい値ｔｈ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

検出値の負の傾きがしきい値ｔｈ２未満であると判断した場合（ステップＳ１０３のＮ）は、検知電極１１から手が離れたと判断し（ステップＳ１０４）、手が近付いてから離れるまでの時間ＴＲがあらかじめ設定した比較時間Ｔ１よりも短いか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

時間ＴＲが比較時間Ｔ１よりも短いと判断した場合（ステップＳ１０５のＹ）は、１回の手の動きがあったとして車載機器の動作制御に関する動作指示があったと判定する（ステップＳ１０７）。

なお、上記ステップＳ１０１にて検出値の正の傾きがしきい値ｔｈ１以上でないと判断した場合（ステップＳ１０１のＮ）、上記ステップＳ１０３にて検出値の負の傾きがしきい値ｔｈ２未満でないと判断した場合（ステップＳ１０３のＮ）、および上記ステップＳ１０５にて時間ＴＲが比較時間Ｔ１よりも短くないと判断した場合（ステップＳ１０５のＮ）は、それぞれ１回の手の動きではないとして車載機器の動作制御に関する動作指示ではないと判定し（ステップＳ１０６）、上記ステップＳ１００に移行して処理を繰り返す。

上記ステップＳ１０５にて動作指示があったと判定したら、車載機器駆動回路２３は、既に車載機器が動作中であるか否かを判断し（ステップＳ１０８）、動作中であると判断した場合（ステップＳ１０８のＹ）は、前回の動作指示からの時間が設定時間Ｔ２よりも長いか否かを判断する（ステップＳ１０９）。

一方、車載機器が動作中でないと判断した場合（ステップＳ１０８のＮ）は、第１段階の動作を実行させ（ステップＳ１１１）、上記ステップＳ１００に移行して処理を繰り返す。具体的には、このステップＳ１１１では、車両用照明装置１０Ａの場合は停止状態から第１段階の照度で点灯させ、車両用空調装置の場合は停止状態から第１段階の風量で動作させる。

設定時間Ｔ２よりも長いと判断した場合（ステップＳ１０９のＹ）は、車載機器の動作を停止し（ステップＳ１１０）、上記ステップＳ１００に移行して処理を繰り返す。設定時間Ｔ２よりも短いと判断した場合（ステップＳ１０９のＮ）は、連続した動作指示であると判断して既に動作中の第ｎ段階（ｎは自然数）の動作をインクリメント（ｎ＝ｎ＋１）し（ステップＳ１１２）、第ｎ段階が最大値Ｎになったか（ｎ＝Ｎ）否かを判断する（ステップＳ１１３）。

第ｎ段階が最大値Ｎではないと判断した場合（ステップＳ１１３のＮ）は、インクリメントした第ｎ段階の動作を実行させ（ステップＳ１１４）、上記ステップＳ１００に移行して処理を繰り返す。具体的には、このステップＳ１１４では、例えば車載機器の第１段階の動作が既に行われている場合は第２段階の動作を、第２段階の動作が既に行われている場合は第３段階の動作を実行させる。

第ｎ段階が最大値Ｎであると判断した場合（ステップＳ１１３のＹ）は、例えば車両用照明装置１０Ａの場合であれば消灯したり光の色を変更したりと、あらかじめ設定された動作に移行し（ステップＳ１１５）、上記ステップＳ１００に移行して処理を繰り返す。このようにして車載機器を制御すれば、検知電極１１の近傍にて手を振ったり動かしたりするだけで、車載機器の動作を段階的に制御することができ、スイッチ位置などを目視することなく容易に車載機器を操作することができる。

なお、上述した実施形態では、手の動きがあったことを、検出値の正の傾き、負の傾き、および正負の傾きの時間によって判定したが、例えば手が近付いた際の電圧のしきい値や手が離れた際の電圧のしきい値などをあらかじめ設定して判定するようにしてもよい。また、図示は省略するが、制御回路２０を、微分回路やコンパレータなどのアナログ回路によって構成するようにしてもよい。

また、車載機器としては、車両用照明装置１０Ａや車両用空調装置を例に挙げて説明したが、本実施形態の機器制御装置によれば、その他にも、カーナビゲーションシステム、このシステムやコントロールパネル内に設置された車両用ディスプレイ装置、および車載ＡＶ機器などを制御することもできる。この場合は、ナビウィンドウや車両用ディスプレイ装置の画面輝度（照度）の調整や、車載ＡＶ機器の音量調節、カーナビゲーションシステムにおけるメニュー操作などを行うことができる。

図８は、本実施形態に係る機器制御装置の他の構成例を示す説明図である。また、図９は、本実施形態に係る機器制御装置のさらに他の構成例を示す説明図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略することとし、本発明に特に関係しない部分は省略することがあることとする。

図８に示すように、本例の機器制御装置は、検知電極１１およびその周囲の構造と、制御回路２０の内部構成とが、先の例の機器制御装置と相違している。すなわち、機器制御装置は、センサ部４と制御回路２０とを備えて構成され、センサ部４は、矩形平板状に形成された検知電極１１と、この検知電極１１の裏面側に検知電極１１より大きな面積で形成された第１シールド電極と、検知電極１１と同一平面上に形成され検知電極１１を囲うようなロの字状に形成された第２シールド電極１３とを備えている。

検知電極１１は、検知面側の検知領域に存する物体を検知し、第１シールド電極１２は、検知電極１１の裏面側にて物体が検知されないようにシールドする。第２シールド電極１３は、補助電極として少なくとも検知電極１１の検知面側における指向性を抑制する。

一方、制御回路２０は、検知電極１１に直接接続された静電容量検出回路２１と、Ａ／Ｄ変換回路２２と、車載機器駆動回路２３と、シールド駆動回路２４とを備え、第２シールド電極１３の入力を静電容量検出回路２１とシールド駆動回路２４とに切り替える切替スイッチＳＷが設けられている。

車載機器駆動回路２３は、上述した機能の他に、切替スイッチＳＷの動作を制御する。シールド駆動回路２４は、第１シールド電極１２や第２シールド電極１３を検知電極１１と同等の電位に駆動する。

このように構成された機器制御装置では、車載機器駆動回路２３の制御によって、切替スイッチＳＷが静電容量検出回路２１側に接続された場合は、検知電極１１と第２シールド電極１３が静電容量検出回路２１に接続されることとなり、センサ部４においてほぼ指向性はない（裏面側は除く）状態となる。そして、このときの静電容量の検出値を第１の検出値Ｃ１として車載機器駆動回路２３にて記憶しておく。

一方、切替スイッチＳＷがシールド駆動回路２４側に接続された場合は、検知電極１１が静電容量検出回路２１に接続され、第１および第２シールド電極１２，１３がシールド駆動回路２４に接続されることとなり、センサ部４において僅かな指向性を持たせることが可能な状態となる。そして、このときの静電容量の検出値を第２の検出値Ｃ２として車載機器駆動回路２３にて記憶しておく。

そして、車載機器駆動回路２３は、これらの検出値Ｃ１，Ｃ２を比較して、第１の検出値Ｃ１に対する第２の検出値Ｃ２の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上（あるいはしきい値以下）となれば、物体が検知領域の範囲外であると定めておけば、任意に指向性を持たせることが可能となる。

具体的には、例えば第１の検出値Ｃ１がしきい値Ｔｈ１よりも大きい場合は、物体が検知電極１１に接近したと設定しておく。このとき、比較値α＝（ａ×Ｃ１）−（ｂ×Ｃ１）あるいは比較値β＝ｄ×Ｃ１／Ｃ２などの計算式によって、比較値αや比較値βがあらかじめ設定されたしきい値Ｔｈ２よりも小さい場合は検知領域の範囲外であるので物体を非検知と判定し、大きい場合は検知領域の範囲内であるので検知と判定するようにすればよい。

なお、上述した比較値α，β、係数ａ，ｂ，ｄおよびしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２の値や比較値α，βの計算式などは、機器制御装置の検知電極１１の形状、設置周辺環境、物体などの要因により変化するので、これらの要因が決まった時点でプロファイルを取りながら逐次設定するようにすればよい。

このように、本例の機器制御装置によれば、例えばしきい値Ｔｈ２が大きい場合は指向性が強く、小さい場合は指向性が弱いとすることができるので、指向性を任意に設定して検知領域の範囲を任意に設定することができ、確実に物体を検知することができるようになる。

一方、図９に示すように、本例の機器制御装置は、制御回路２０の内部構成が、先の例の機器制御装置と相違している。すなわち、制御回路２０は、シールド電極１２Ａに直接接続されるとともに、検知電極１１または補助電極１３Ａに接続されるシールド駆動回路２４と、検知電極１１からの入力を静電容量検出回路２１またはシールド駆動回路２４に切り替える第１切替スイッチＳＷ１と、補助電極１３からの入力をシールド駆動回路２４または静電容量検出回路２１に切り替える第２切替スイッチＳＷ２とを備えて構成されている。

なお、シールド電極１２Ａは、検知電極１１の裏面側にて物体が検知されないようにシールドするために設けられており、上記第１シールド電極１２と同様の構成を有している。また、補助電極１３Ａは、主に検知電極１１による検知を補助するために、少なくとも検知電極１１の検知面側における指向性を抑制するように設けられており、上記第２シールド電極１３と同様の構成を有している。

車載機器駆動回路２３は、上述した動作の他に、例えば第１および第２切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオルタネイト接続（Ａ側あるいはＢ側への二者択一的な接続）の動作を制御する。シールド駆動回路２４は、シールド電極１２Ａと、補助電極１３Ａまたは検知電極１１とを、検知電極１１と同等の電位に駆動する。

このように構成された機器制御装置では、車載機器駆動回路２３の制御によって、第１および第２切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２がともにＡ側に切り替えられた場合は、検知電極１１が静電容量検出回路２１に接続されるとともに、シールド電極１２Ａおよび補助電極１３Ａがシールド駆動回路２４に接続されることとなり、物体が検知領域の範囲内に存するか範囲外に存するかの識別は、困難な状態となる。そして、このときの静電容量の検出値を第１の検出値Ｃ１として車載機器駆動回路２３にて記憶しておく。

一方、第１および第２切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２がともにＢ側に切り替えられた場合は、補助電極１３Ａが静電容量検出回路２１に接続されるとともに、シールド電極１２Ａおよび検知電極１１がシールド駆動回路２４に接続されることとなり、静電容量検出回路２１にて検出される静電容量値はＡ側に接続された場合に比べて大きい状態となる。そして、このときの静電容量の検出値を第２の検出値Ｃ２として車載機器駆動回路２３にて記憶しておく。

そして、車載機器駆動回路２３は、これらの検出値Ｃ１，Ｃ２を比較して、第１の検出値Ｃ１に対する第２の検出値Ｃ２の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上（あるいはしきい値以下）となれば、物体が検知領域の範囲外であると定めておけば、任意に指向性を持たせることが可能となる。その他の構成や動作等については、上述したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

なお、上述した例では、第１の検出値Ｃ１と第２の検出値Ｃ２とを比較して物体の検出を判定するものを例に挙げて説明したが、例えば次のようなものであってもよい。図１０は、機器制御装置の制御回路の他の構成例を説明するための説明図である。この例の機器制御装置は、検知電極１１の他にダミー電極１１’を配置した構成を有し、制御回路２０の静電容量検出回路２１が差動動作するものとして構成されている。この静電容量検出回路２１では、上述したような既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方式が採用される。

具体的には、図１０に示すように、例えばマイナス側の入力端に検知電極１１を接続し、プラス側の入力端にダミー電極１１’を接続して、静電容量Ｃ２の値から静電容量Ｃ１の値を減算し、その出力値をコンパレータなどでしきい値と比較して検知対象物（物体）４９を検出するようにしたものである。

このような静電容量検出回路２１の動作としては、例えばスイッチＳ１がオープン（ＯＦＦ）で、スイッチＳ２が接地（ＧＮＤ）され、スイッチＳ３がクローズ（ＯＮ）となっているときに、スイッチＳ３をオープン（ＯＦＦ）にし、スイッチＳ２をＶｒに切り替え、スイッチＳ１をオペアンプの反転入力に接続すると、静電容量Ｃ２とＣｆにＣ２Ｖｒが充電され、静電容量Ｃ１とＣｆにＣ１Ｖｒが充電される。

次に、スイッチＳ１をオープン（ＯＦＦ）およびスイッチＳ２を接地（ＧＮＤ）した後に、スイッチＳ１を接地（ＧＮＤ）したときの出力電圧Ｖを測定する。このときの電圧は、Ｖ／Ｖｒ＝｛（Ｃｆ＋Ｃ１）／Ｃｆ｝−｛（Ｃｆ＋Ｃ２）／Ｃｆ｝となり、静電容量Ｃ２と静電容量Ｃ１の割合に応じた電圧が出力される。

このように、静電容量検出回路２１を差動動作する構成とすることにより、回路の温度特性を相殺したり、コモンモードノイズを低減したりすることができる。そして、このとき、例えば差動回路のマイナス入力側にはダミー電極１１’を接続するが、このダミー電極１１’が物体４９と静電容量結合するとセンサ自体の感度が低くなるので、検知電極１１に対してダミー電極１１’は面積を十分に小さく形成するか、ダミー電極１１’と物体４９との間に同電位である他のシールド電極４８を設けて物体４９との静電容量結合を小さくする必要がある。

なお、上述したシールド駆動回路２４は、静電容量検出回路２１が静電容量に応じてデューティー比が変化するものである場合は、検知電極１１の出力波形は測定される静電容量によって変化するので、オペアンプなどによるボルテージフォロワやＦＥＴによるソースフォロワなどで１倍の増幅回路を構成し、検知電極１１の電圧を入力してその出力を第１シールド電極１２やシールド電極１２Ａなどに接続するように構成してもよい。

また、シールド駆動回路２４は、静電容量検出回路２１が差動動作するものである場合は、検知電極１１の出力波形は電圧がＶｒとＧＮＤの矩形波で周波数はスイッチの切替周波数になるため、静電容量値によって変動しないので、図１０に示したオペアンプの非反転入力を第１シールド電極１２やシールド電極１２Ａなどに接続するように構成してもよい。ただし、駆動電流が必要な場合は、高出力電流のオペアンプなどを介したり、ＶｒとＧＮＤの矩形波を別途生成するようにすればよい。

さらに、切替スイッチＳＷ、第１および第２切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、電気的な接続を切り替えられる構造であればよく、例えばＦＥＴやフォトＭＯＳリレーなどの電子回路スイッチでも、接点切替器などの機械的なスイッチでも採用することができる。また、検知電極１１の形状は、円形、長方形、多角形などの形状を採用することができ、検知電極１１の裏面側も検知領域の範囲にする場合には、第１シールド電極１２やシールド電極１２Ａを設置しなければよい。そして、第２シールド電極１３や補助電極１３Ａは、検知電極１１の周囲全体を囲む状態で配置したが、隣接する一部に配置されたり、一部を囲むように配置されたりしてもよい。さらに、検知電極１１を囲む状態であるときは、検知電極１１と同心（中心を同一）に配置されるとよい。

なお、上述した実施形態の機器制御装置は、主に車載機器の動作を制御するものについて説明したが、その他の電子機器の制御にも適用することができる。例えば民生用（家電製品など）の照明機器の動作を制御する場合には制御回路２０の車載機器駆動回路２３を照明機器駆動回路に変更し、上述したような動作を制御したり、民生用の空調機器の動作を制御する場合には同様に車載機器駆動回路２３を空調機器駆動回路に変更して動作を制御すればよい。

本発明の一実施形態に係る機器制御装置を使用した自動車の車室内を示す説明図である。 同機器制御装置を適用した車両用照明装置の一部分解斜視図である。 同機器制御装置の電気的な構成の例を示すブロック図である。 同機器制御装置の制御回路における静電容量検出回路の構成例を示す回路図である。 同静電容量検出回路の動作波形の例を示す動作波形図である。 本発明の一実施形態に係る機器制御装置による車載機器制御処理手順の例を示すフローチャートである。 静電容量検出回路にて検出される検出値と時間との関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る機器制御装置の他の構成例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る機器制御装置のさらに他の構成例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る機器制御装置の制御回路の他の構成例を説明するための説明図である。

符号の説明

１…意匠板、２…ＬＥＤ、３…導光板、４…センサ部、１０Ａ…車両用照明装置、１０Ｂ…通風口、１１…検知電極、１１ａ…開口部、１１’…ダミー電極、１２…第１シールド電極、１２Ａ…シールド電極、１３…第２シールド電極、１３Ａ…補助電極、２０…制御回路、２１…静電容量検出回路、２２…Ａ／Ｄ変換回路、２３…車載機器駆動回路、２４…シールド駆動回路。

Claims (15)

1. 検知領域の範囲に存して近接する物体を検知可能に設けられた検知電極と、
   前記検知電極からの静電容量に基づく静電容量値を検出し、この静電容量値に応じた検出値を出力する静電容量検出回路と、
   前記検出値の第１の所定時間内の変化量とあらかじめ設定されたしきい値と比較して、機器の動作制御指示を判定し、判定結果に基づく前記機器の制御情報を出力する制御回路とを備えた
   ことを特徴とする機器制御装置。
2. 前記検知電極は、前記機器自体に設けられ、または該機器近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載の機器制御装置。
3. 前記制御回路は、前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量が前記しきい値を超えた場合に超えた回数１をカウントし、第２の所定時間内のカウント数に基づいて前記動作制御指示を判定することを特徴とする請求項１または２記載の機器制御装置。
4. 前記制御回路は、前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量が前記しきい値を超えた場合に超えた回数１をカウントし、カウント数ごとに前記制御情報として、前記機器の動作を停止段階、第１動作段階、および第ｎ動作段階（ｎは自然数）に段階的に変化させる情報を出力することを特徴とする請求項１または２記載の機器制御装置。
5. 前記制御回路は、前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量があらかじめ設定された第１しきい値以上であり、前記検出値の前記第１の所定時間内の変化量があらかじめ設定された第２しきい値未満であるときで、かつ前記変化量の変化時間の間隔があらかじめ設定された第３の所定時間よりも短いときに前記動作制御指示があったと判定し、この動作制御指示に対応する前記制御情報を出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の機器制御装置。
6. 前記制御回路は、前記動作制御指示があった場合の各動作制御指示間の時間間隔を測定し、測定結果が第４の所定時間以上を示しているときは、あらかじめ設定された動作条件に基づいて、前記機器の動作を前記停止段階または前記第ｎ動作段階に変化させる前記制御情報を出力することを特徴とする請求項４または５記載の機器制御装置。
7. 前記機器は、車両用照明装置、車両用空調装置および車両用ディスプレイ装置のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の機器制御装置。
8. 前記静電容量検出回路は、差動動作するものであり、前記検知電極は、２つ設けられるとともに、一方が前記静電容量検出回路の正入力に接続され、他方が前記静電容量検出回路の負入力に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の機器制御装置。
9. 前記検知電極の近傍に設けられた補助電極と、
   前記補助電極を、前記物体を検知可能になるように前記静電容量検出回路との接続、または前記検知電極の前記検知領域の範囲における少なくとも一方向の検知をシールド可能とする接続に選択的に切り替え可能な切替スイッチと、
   前記補助電極に対して前記切替スイッチを介して接続され、前記補助電極に前記検知電極と同等の電位を与える駆動回路とをさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の機器制御装置。
10. 前記制御回路は、前記静電容量検出回路からの前記検知電極および前記補助電極に基づく第１の検出値と、前記静電容量検出回路からの前記検知電極に基づく第２の検出値とを比較して、前記第１の検出値に対する前記第２の検出値の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、前記物体の近接を判定することを特徴とする請求項９記載の機器制御装置。
11. 前記検知電極の近傍に設けられた補助電極と、
    前記検知電極を、前記物体を検知可能になるように前記静電容量検出回路との接続、または前記補助電極の前記検知領域の範囲における少なくとも一方向の検知をシールド可能とする接続に選択的に切り替え可能な第１切替スイッチと、
    前記補助電極を、前記物体を検知可能になるように前記静電容量検出回路との接続、または前記検知電極の前記検知領域の範囲における少なくとも一方向の検知をシールド可能とする接続に選択的に切り替え可能に構成され、前記検知電極が前記静電容量検出回路に接続された際に前記補助電極をシールド可能な状態とし、前記検知電極が前記シールド可能な状態の際に前記補助電極を前記静電容量検出回路に接続する第２切替スイッチと、
    前記検知電極および前記補助電極のいずれか一方に対して前記第１および第２切替スイッチを介して接続され、接続された電極に前記検知電極と同等の電位を与える駆動回路とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の機器制御装置。
12. 前記制御回路は、前記検知電極が前記静電容量検出回路に接続されているときの前記静電容量検出回路における第１の検出値と、前記補助電極が前記静電容量検出回路に接続されているときの前記静電容量検出回路における第２の検出値とを比較して、前記第１の検出値に対する前記第２の検出値の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上となるか否かによって、前記物体の近接を判定することを特徴とする請求項１１記載の機器制御装置。
13. 前記検知電極の検知面とは反対側の裏面側に前記検知電極に対して絶縁された状態で配置され、前記検知電極の裏面側の検知をシールドするシールド電極をさらに備えたことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項記載の機器制御装置。
14. 前記補助電極は、前記検知電極の検知面と同一平面上に前記検知電極に対して絶縁された状態で配置されていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項記載の機器制御装置。
15. 前記補助電極は、前記検知電極を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１４記載の機器制御装置。

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