JP2010212145A - 近接センサ及び回転操作検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の近接方向を判別に把握できる近接センサを構成する。
【解決手段】第１電極１７と第２電極１８との並び方向で第１電極１７に物体が近接した場合には第１検知ユニット２１の検知レベルが第２検知ユニット２２より高く、並び方向と直交する方向から物体が近接した場合には第２検知ユニット２２の検知レベルが第１検知ユニット２１より高くなるように相対的な検知感度を設定する。近接位置判別手段Ｃは、第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２との検知レベルから物体の近接方向の判別を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、電極の静電容量に基づいて物体の近接を検出する近接センサ、及び、この近接センサを利用した回転操作検出装置に関する。

上記のように構成された近接センサとして特許文献１には、有底の円筒形状の固定シールド電極（２）の開口端に円板状の検出基板（７）が取り付けられ、この検出基板（７）の中央部に検知対象物（１１）と対面する検出電極（１）が設けられ、固定シールド電極（２）の外側に円筒形状の軸方向に沿ってスライド移動自在に円筒形状の可動シールド電極（５）が備えられた構成のものが存在する。この近接センサは、可動シールド電極（５）をスライドさせて、固定シールド電極（２）から検知対象物（１１）側への突出量を調整することで検出電極（１）と可動シールド電極（５）とをほぼ同電位に維持する点が記載されている。

この近接センサでは、検出電極（１）の側方を、検出電極（１）から検知対象物に向う所定部分について遮蔽するシールド電極（５）による遮蔽部分が可変となるので、検出電極（１）と検知対象物との間に形成される電気力線が影響を受け得る領域をシールド電極（５）で調整することが可能となる。

特開２００１‐３５３２７号公報

静電容量型の近接センサは、物体との距離を正確に計測するものではないが、電気的な接点を備えず、赤外線等を用いるもののように光源と受光素子とを備えないことから、耐久性や耐塵性の面で優れており、物体の存否を判別するには有効な面を有する。

静電容量型の近接センサは、電極に物体が近接した際の静電容量の変化を検出する構成であるため、電極の形状の変更程度では検出領域に設定することが困難であり、特許文献１にも示されるように、電極に作用するシールドを付加することも必要となる。

しかしながら、シールドを備えるものはセンサの大型化に繋がりやすく改善の余地がある。特に、異なる方向から物体が近接することを識別できる構成を得る近接センサが望まれるものの、シールドを備えるものでは構造が複雑になることが考えられる。

ここで電気製品に備えられるダイヤルを考えると、人が適正に握って回転操作した場合と、例えば、意図せずに衣服の袖、身体の一部等が接触してダイヤルが回転した場合との判別を可能にするように近接センサの構成を用いた装置も望まれている。

本発明の目的は、物体の近接方向を判別に把握できる近接センサを構成する点にある。

本発明の特徴は、電極の静電容量に基づいて物体の近接を検出する近接センサであって、
第１電極の静電容量の変化から物体の近接を検知する第１検知ユニットと、第２電極の静電容量の変化から物体の近接を検知する第２検知ユニットとを備え、前記第１電極と前記第２電極とが隣接配置されると共に、
前記第１電極と前記第２電極との並び方向で第１電極側から物体が近接した際に、第１検知ユニットの検知レベルが、第２検知ユニットの検知レベルより高くなり、かつ、前記第１電極と前記第２電極との並び方向と直交する方向から物体が近接した際に、第２検知ユニットの検知レベルが第１検知ユニットの検知レベルより高くなるように相対的な検知感度が設定され、
第１検知ユニットの検知レベルと第２検知ユニットの検知レベルとに基づいて物体の近接方向を判別する近接位置判別手段を備えた点にある。

この構成によると、第１電極と第２電極とを備え、これらの相対的な検知感度を設定し、第１電極と第２電極との検知レベルから物体の位置を判別する近接位置判別手段を備えることにより、シールド類を備えずとも近接位置判別手段の判別結果から物体の近接方向を判別できる。
その結果、物体の近接方向を判別に把握できる近接センサを簡単に構成できた。

本発明は、前記第１検知ユニットと前記第２検知ユニットとの検知感度の設定、又は、前記第１電極と第２電極との形状の設定により前記相対的な感度が設定されても良い。
これによると、第１検知ユニットと第２検知ユニットとによる検知感度の設定、又は、第１電極と第２電極との形状の設定、又は、これらの組み合わせにより、使用形態や使用環境等に対応して相対的な感度の設定が実現する。

本発明は、ベルト状のグランド電極が、その長手方向を円筒状の基板の周方向に延設されると共に、この基板に対しベルト状の前記第１電極と第２電極とが前記グランド電極を挟む位置で、前記グランド電極と平行する姿勢で前記周方向に延設されても良い。
これによると、円筒状の基板に対して第１電極とグランド電極と第２電極とを、この順序で形成することが可能となり、例えば、電極と絶縁体とを重ね合わせる構造のものと比較して製造が容易となるばかりでなく、円筒状の基板の軸芯方向に第１電極と第２電極との並び方向を設定することが可能となり、この軸芯方向に沿う方向からの物体の近接と、この軸芯に直交する方向からの物体の近接とを判別することが可能となる。

本発明は、回転操作型のダイヤルの軸芯周りでの回転操作を検出する回転検出部を備えている回転操作検出装置であって、
前記ダイヤルの内部で軸芯の方向で外端側に配置した第１電極の静電容量の変化により物体の近接を検知する第１検知ユニットと、前記軸芯に沿う方向で基端側に配置した第２電極の静電容量の変化により物体の近接を検知する第２検知ユニットとを備えると共に、
前記軸芯に沿う方向で第１電極側から物体が近接した際に、第１検知ユニットの検知レベルが、第２検知ユニットの検知レベルより高くなり、かつ、前記軸芯に沿う方向と直交する方向から物体が近接した際に、第２検知ユニットの検知レベルが第１検知ユニットの検知レベルより高くなるように相対的な検知感度が設定され、第１検知ユニットの検知レベルと第２検知ユニットの検知レベルとに基づいて物体の近接方向を判別する近接位置判別手段を備え、
この近接位置判別手段により前記軸芯と直交する方向から物体の近接が検出されている状態において前記回転検出部で回転操作が検出された場合にのみ、回転検出部からの信号の出力を許す出力制御手段を備えている点にある。

この構成によると、ダイヤルの軸芯に沿って外端側から物体が近接した場合には、第１検知ユニットの検知レベルが、第２検知ユニットの検知レベルより高くなる。また、ダイヤルの軸芯と直交する方向から物体が近接した場合には、第２検知ユニットの検知レベルが、第１検知ユニットの検知レベルより高くなる。これを近接位置判別手段が判別することで、例えば、人がダイヤルを摘む形態や、握る形態で回転操作する状態と、衣服の袖や身体等がダイヤルの端部に接触してダイヤルが回転する状態との判別が行える。この判別結果に基づき、人がダイヤルを意図的に操作したことを出力制御手段が判別した場合にのみ、回転検出部からの信号の出力を許し、操作を行う者の意に反した操作を排除して適正な操作だけを抽出することが可能となる。

本発明は、柔軟に変形するシート状の基板に対して、ベルト状のグランド電極が所定方向に延設され、この基板に対しベルト状の前記第１電極と第２電極とが前記グランド電極を挟む位置で、前記グランド電極と平行する姿勢で形成され、
ベルト状の前記グランド電極と、ベルト状の前記第１電極と第２電極とが前記軸芯を中心とする周方向に配置されるように前記基板を円筒状に成形して前記ダイヤルの内部に嵌め込んでも良い。
これによると、電極が形成されたシート状の基板を円筒状に成形してダイヤルの内部に嵌め込むので、ダイヤルの内部に直接的に電極を形成しなくて済み、静電容量型のセンサを容易に構成することが可能となる。

ＩＨヒータの一部を示す斜視図である。 近接センサを用いた回転検出装置の構造を示す分解斜視である。 近接センサを内部に備えたダイヤルの部位の断面図である。 ダイヤルの縦断面図である。 電極が形成された基板を示す図である。 回転操作検出装置のブロック回路図である。 第１電極と第２電極との検知レベルをグラフ化した図である。 別実施形態の近接センサの構造を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、回転操作検出装置を備えた機器の一例としてＩＨクッキングヒータを示している。ＩＨクッキングヒータは、本体を構成する筐体１の上面に耐熱ガラスで成るトッププレート２を備え、このトッププレート２の下面位置に加熱コイル３を備え、筐体１の内部には加熱コイル３に間歇的に電力を供給する電力制御系を備えている。また、筐体のフロントパネル１Ｆには、前記電力制御系の制御により加熱コイル３に供給する電力を任意に設定する回転操作型のダイヤル１１と、加熱コイル３に供給されている電力量を発光ダイオードの点灯数によって示すインジケータ４が備えられている。

ダイヤル１１は、本発明の回転操作検出装置の構成の一部であり、樹脂やセラミックスで構成され、ユーザによる操作形態を判定するための静電容量型の近接センサを内部に備えている。近接センサを備えているため、ユーザがダイヤル１１の外周を指で摘む形態や、手で握る形態で回転操作した場合には、この操作形態が近接センサで検出され、この回転操作に対応した電力を加熱コイル３に供給する。これに対して、ユーザの衣服の袖や身体の一部等がダイヤル１１の端部に接触しユーザの意に反してダイヤルが回転した場合には、この状況が近接センサで検出されダイヤル１１の回転による出力の変化を回避する機能を有している。

この回転操作検出装置を備える対象はクッキングヒータに限るものではなく、音量調整用のダイヤルを備えたオーディオ装置等、ダイヤルを備えた機器に全般に用いることができる。

図１〜図６に示すように、回転操作検出装置は、前述したダイヤル１１に回転軸１２を介して連結するインクリメンタル型のロータリエンコーダで成る回転検出部１３と、ダイヤル１１の内部に備えた電極部Ａと、電極部Ａの静電容量から物体としての人の指や手の近接を判別する検知部Ｂと、検知部Ｂの検知信号に基づいて物体の位置の判別を行う近接位置判別手段Ｃと、近接位置判別手段Ｃからの判別信号とが入力する出力制御手段Ｄとを備えている。尚、回転検出部１３は筐体１の内部のフレーム５に支持されている。

尚、近接位置判別手段Ｃと出力制御手段Ｄとは、分離した構成として示しているが、コンパレータや論理ゲート等のロジックで成るハードウエアを用いた１つのモジュールとして構成しても良い。また、これらをソフトウエアで構成することや、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせで構成するものであっても良い。

電極部Ａと、検知部Ｂと、近接位置判別手段Ｃとで本発明の近接センサが構成されている。実施の形態に示すＩＨクッキングヒータでは出力制御手段Ｄからの信号が入力する電力調整回路Ｅが備えられ、この電力調整回路Ｅで設定された出力電力値はインジケータ４に表示される。電力調整回路Ｅは、電源ユニットＦから供給される電力の調整を行うと同時に、間歇信号に変換して加熱コイル３に供給する。尚、インジケータ４は出力電力値が大きい程、発光ダイオードの点灯数を増大させる表示を行う。

電極部Ａは、図５に示す如く柔軟に変形する樹脂製のシート状の基板１５に銅箔等の良導体で成る金属箔を用いてプリント配線に技術により所定方向に延設する形態でベルト状に形成したグランド電極１６と、このグランド電極１６を挟む位置で、このグランド電極１６と所定の間隔を隔てた位置において平行姿勢で形成された第１電極１７と、第２電極１８とを備えている。尚、基板１５は必ずしも柔軟に変形し得るものでなくても良く、例えば、円筒状の樹脂パイプの外周に金属薄膜を形成したものであっても良い。また、電極を形成するために金属箔を貼り付けることや、蒸着の技術によって金属膜を形成しても良い。

この電極部Ａでは、グランド電極１６と第１電極１７とがコンデンサとして機能し、グランド電極１６と第２電極１８とがコンデンサとして機能する。この基板１５の端部にはグランド電極１６、第１電極１７、第２電極１８夫々に導通するリード配線部１５Ａが基板１５と一体的に形成され、このリード配線部１５Ａを介してグランド電極１６、第１電極１７、第２電極１８夫々が検知部Ｂと電気的に接続する。

また、第１電極１７に対して第２電極１８の検知感度を高くするように第１電極１７の幅Ｗ１を第２電極１８の幅Ｗ２より狭くしている。

回転軸１２が挿通する空間が中央に形成され、全体がダイヤルの内部空間に入り込むサイズで円筒状となる支持体１９がフロントパネル１Ｆの前面に取り付けられている。この支持体１９は、基端位置に抜け止め構造を有する複数の係合部１９Ａが一体的に形成された筒状となるように樹脂で構成され、係合部１９Ａをフロントパネル１Ｆの係合孔１Ａに係合する形態で、この支持体１９がフロントパネル１Ｆに固定されている。

回転検出部１３の回転軸１２の軸芯Ｘに沿う方向での外端側に第１電極１７を配置し、軸芯Ｘに沿う方向で基端側に第２電極１８が配置される位置関係で、基板１５を支持体１９の外周に基板１５を巻き付けて固定することにより、図２、図３に示す如く、電極部Ａがダイヤル１１の内部空間に備えられる。これにより、グランド電極１６と、第１電極１７と、第２電極１８とは、その長手方向を軸芯Ｘを中心とする周方向に沿って形成される。

検知部Ｂは、第１電極１７にリード配線部１５Ａを介して電気的に接続する第１検知ユニット２１と、第２電極にリード配線部１５Ａを介して電気的に接続する第２検知ユニット２２とを有している。前述したように第１電極１７の幅Ｗ１を第２電極１８の幅Ｗ２より狭くしているため第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２との検知性能は等しいもので良いが、必要に応じて検知性能を調節しても良い。尚、これら第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２とは、静電容量検出ＩＣで構成され、抵抗器やコンデンサ等を外付けによって付加することにより検知感度を調節できるものを想定している。

本発明の近接センサでは、回転検出部１３の回転軸１２の軸芯Ｘに沿う方向での外端側に物体が近接した場合に、第１検知ユニット２１の検知レベル（電圧値を想定している）が、第２検知ユニット２２の検知レベル（電圧値を想定している）より高くなり、かつ、前記第１電極１７と前記第２電極１８との並び方向（軸芯Ｘの方向）と直交する平面Ｙの方向から物体が近接した際に、第２検知ユニット２２の検知レベルが第１検知ユニット２１の検知レベルより高くなるように相対的な検知感度が設定されている。

軸芯Ｘに沿って外端側から物体が近接した際と、この軸芯Ｘと直交する平面Ｙに沿って物体が近接した際とにおける検知感度を図７のようにグラフ化して示すことが可能である。同図には第１検知ユニット２１の検知レベルをＬ１で示し、第２検知ユニット２２の検知レベルをＬ２で示しており、近接位置判別手段Ｃにおいて閾値Ｔを設定することにより、検知レベルが閾値Ｔを超えたタイミングで物体の近接方向の判別が可能となる。

近接位置判別手段Ｃは、第１検知ユニット２１の検知レベルが閾値Ｔを超えた場合（必然的に第１検知ユニット２１の検知レベルが第２検知ユニット２２の検知レベルより高い場合）に軸芯Ｘに沿う方向でダイヤル１１の外端側から物体が近接（以下、「端部近接」と称する）したと判別する。これとは逆に、第２検知ユニット２２の検知レベルが閾値Ｔを超えた場合（必然的に第２検知ユニット２２の検知レベルが、第１検知ユニット２１の検知レベルより高い場合）に軸芯Ｘと直交する方向からダイヤル１１に対して物体が近接（以下、「外周近接」と称する）したと判別する。

また、出力制御手段Ｄは、近接位置判別手段Ｃが「外周近接」と判別した場合には回転検出部１３からの検出信号を直接的に電力調整回路Ｅに出力し、近接位置判別手段Ｃが「端部近接」と判別した場合には回転検出部１３からの検出信号の出力を阻止する。また、出力制御手段Ｄは、近接位置判別手段Ｃが「外周近接」と「端部近接」との何れの判別を行わない場合（第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２との何れの検知レベルも閾値Ｔを超えない場合）には回転検出部１３の検出信号の出力を阻止する。

これにより、平面Ｙに沿ってダイヤル１１の外周に物体が近接した場合には、近接位置判別手段Ｃが「外周近接」と判別することから、ダイヤル１１が回転した場合には回転量に基づいて電力調整回路Ｅが加熱コイル３に供給する電力を調節する。これとは逆に、ダイヤル１１の軸芯Ｘに沿って外端側から物体が近接した場合には、近接位置判別手段Ｃが「外周近接」と判別することから、ダイヤル１１が回転した場合でも、この回転はユーザの意図に反したものであるので、加熱コイル３の出力は変化せず、この回転を電力調整に反映しないものとなる。

特に、第１電極１７と第２電極１８とを柔軟に変形するシート状の基板１５にプリント配線の技術により形成しているので、複数の金属板等を用いるものと比較して簡単に電極を製作できるものとなり、しかも、基板１５を円筒形に成形させ容易にダイヤルの内部に配置できる。

回転操作検出装置では、ユーザの意図に反したダイヤル１１の回転を極力排除するために、第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２とにおける感度を、ダイヤル１１の外周や端部に人の手が接触した場合に、検出レベルが閾値Ｔを超えるように設定することが有効となる。これと併せて、第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２との何れの検知レベルも閾値Ｔを超えない場合には出力制御手段Ｄが回転検出部１３からの信号を出力しないことが有効となる。

〔別実施の形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図８に示すように、第１電極１７と第２電極１８との外面を円錐形の外面に沿わせる傾斜形状に成形することで、第２電極１８の外径を、第１電極１７の外径より大きくして第１検知ユニット２１の検知レベルより、第２検知ユニット２２の検知レベルを高く設定する。
これにより、第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２との検知感度を等しく設定していても、軸芯Ｘと直交する方向から物体が近接した場合には、第１電極１７と物体との距離と比較して、第２電極１８と物体との距離が必然的に短くなり、第１検知ユニット２１の検知レベルより、第２検知ユニット２２の検知レベルを高く設定できる。

（ｂ）回転操作検出装置を構成するに、ダイヤル１１の内面に直接的に金属薄膜を形成して電極部Ａを形成しても良い。この構成の場合、ダイヤル１１の回転を許容するようにフレキシブルケーブル等で検知部Ｂに接続することになる。

（ｃ）回転操作検出装置を構成するに、実施の形態で示した支持体１９の外周に対して金属箔を形成することにより、この支持体１９の外周面に対して直接的に電極部Ａを形成しても良い。

近接センサとして考えると、「外周近接」と「端部近接」との判別が可能な方向識別モードと、検知部Ｂに物体が近接した場合には何れの方向からの接近でも判別するように無指向モードとに切り換え自在に構成しても良い。尚、無指向モードを現出するためには、第１検知ユニット２１と第２検知ユニット２２との検出レベルの和を検出値として取ることが考えられる。

本発明の近接センサは、人為操作される回転操作型のダイヤルだけではなく、レバーのグリップの操作形態の判別に利用することができる。

１１ ダイヤル
１３ 回転検出部
１５ 基板
１６ グランド電極
１７ 第１電極
１８ 第２電極
２１ 第１検知ユニット
２２ 第２検知ユニット
Ｃ 近接位置判別手段
Ｄ 出力制御手段
Ｘ 軸芯

Claims (5)

1. 電極の静電容量に基づいて物体の近接を検出する近接センサであって、
   第１電極の静電容量の変化から物体の近接を検知する第１検知ユニットと、第２電極の静電容量の変化から物体の近接を検知する第２検知ユニットとを備え、前記第１電極と前記第２電極とが隣接配置されると共に、
   前記第１電極と前記第２電極との並び方向で第１電極側から物体が近接した際に、第１検知ユニットの検知レベルが、第２検知ユニットの検知レベルより高くなり、かつ、前記第１電極と前記第２電極との並び方向と直交する方向から物体が近接した際に、第２検知ユニットの検知レベルが第１検知ユニットの検知レベルより高くなるように相対的な検知感度が設定され、
   第１検知ユニットの検知レベルと第２検知ユニットの検知レベルとに基づいて物体の近接方向を判別する近接位置判別手段を備えている近接センサ。
2. 前記第１検知ユニットと前記第２検知ユニットとの検知感度の設定、又は、前記第１電極と第２電極との形状の設定により前記相対的な感度が設定されている請求項１記載の近接センサ。
3. ベルト状のグランド電極が、その長手方向を円筒状の基板の周方向に延設されると共に、この基板に対しベルト状の前記第１電極と第２電極とが前記グランド電極を挟む位置で、前記グランド電極と平行する姿勢で前記周方向に延設されている請求項１又は２記載の近接センサ。
4. 回転操作型のダイヤルの軸芯周りでの回転操作を検出する回転検出部を備えている回転操作検出装置であって、
   前記ダイヤルの内部で軸芯の方向で外端側に配置した第１電極の静電容量の変化により物体の近接を検知する第１検知ユニットと、前記軸芯に沿う方向で基端側に配置した第２電極の静電容量の変化により物体の近接を検知する第２検知ユニットとを備えると共に、
   前記軸芯に沿う方向で第１電極側から物体が近接した際に、第１検知ユニットの検知レベルが、第２検知ユニットの検知レベルより高くなり、かつ、前記軸芯に沿う方向と直交する方向から物体が近接した際に、第２検知ユニットの検知レベルが第１検知ユニットの検知レベルより高くなるように相対的な検知感度が設定され、第１検知ユニットの検知レベルと第２検知ユニットの検知レベルとに基づいて物体の近接方向を判別する近接位置判別手段を備え、
   この近接位置判別手段により前記軸芯と直交する方向から物体の近接が検出されている状態において前記回転検出部で回転操作が検出された場合にのみ、回転検出部からの信号の出力を許す出力制御手段を備えている回転操作検出装置。
5. 柔軟に変形するシート状の基板に対して、ベルト状のグランド電極が所定方向に延設され、この基板に対しベルト状の前記第１電極と第２電極とが前記グランド電極を挟む位置で、前記グランド電極と平行する姿勢で形成され、
   ベルト状の前記グランド電極と、ベルト状の前記第１電極と第２電極とが前記軸芯を中心とする周方向に配置されるように前記基板を円筒状に成形して前記ダイヤルの内部に嵌め込んでいる請求項４記載の回転操作検出装置。

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