JP2017049139A

JP2017049139A - 静電検出装置

Info

Publication number: JP2017049139A
Application number: JP2015172980A
Authority: JP
Inventors: 貴史長尾; Takashi Nagao
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2017-03-09
Also published as: EP3346279A1; WO2017038523A1; US20180239045A1

Abstract

【課題】検出電極部からコントローラまでの配線に発生する不要な静電容量を安価に除去する静電検出装置を提供する。【解決手段】検出電極部１０と、検出電極部１０からの信号が入力される信号検出部である静電検出回路部１００と、検出電極部１０から静電検出回路部１００までを電気的に接続する第１導線部２０と、静電検出回路部１００と電気的に接続され、検出電極部１０とは電気的に接続されずに第１導線部２０に近接、並行して設けられた第２導線部３０と、を有して静電検出装置を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、静電検出装置に関する。

従来の技術として、静電容量の変位測定時に、浮遊容量による影響を最小限に抑えることができるような静電容量式変位センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の静電容量式変位センサは、静電容量を発生する２枚から成る電極対のうち、第１の電極に交流定電圧を印加して、その結果、第２の電極に発生する交流電流を測定することにより、前記２枚の電極間距離を求めるというものである。それぞれの電極は、電流電圧変換器、交流定電圧発生器に接続されている。この接続には、同軸ケーブルが使用され、内導体は信号線としてそれぞれ電流電圧変換器、交流定電圧発生器に接続され、外導体はアースに接続されている。

この同軸ケーブルは、交流定電圧発振器から電極へ交流電圧信号を伝送する役割を担う。また、外部ノイズ電界が交流電流信号に入らないように電気遮蔽する役割、および内導体と同軸ケーブルの内導体との間に浮遊容量が発生しないように外導体で静電遮蔽する役割を兼ねるとされている。

特開２００７−８５９５９号公報

静電検出装置において、検出電極部から静電検出回路を内蔵したコントローラ（静電検出回路部）までの配線の廻りに金属（誘電体）がある場合、不要な静電容量が発生し、この不要な静電容量値が大きい場合は、静電検出の感度に影響を及ぼす。しかし、特許文献１で示したような同軸ケーブルを使用すると、コスト及び重量が問題となり、特に、検出電極部と静電検出回路部の位置が離れている場合、同軸ケーブルが長くなり、コスト及び重量が大きな課題となる。

従って、本発明の目的は、検出電極部からコントローラまでの配線に発生する不要な静電容量（不要容量）を安価に除去する静電検出装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、検出電極部と、前記検出電極部からの信号が入力される信号検出部と、前記検出電極部から前記信号検出部までを電気的に接続する第１導線部と、前記信号検出部と電気的に接続され、前記検出電極部とは電気的に接続されずに前記第１導線部に近接、並行して設けられた第２導線部と、を有することを特徴とする静電検出装置を提供する。

［２］前記信号検出部は、前記第１導線部から入力される静電容量信号と、前記第２導線部から入力される静電容量信号により、前記検出電極部の静電容量値を検出することを特徴とする上記［１］に記載の静電検出装置であってもよい。

［３］また、前記第１導線部は、金属体の近傍に配置されることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の静電検出装置であってもよい。

本発明によれば、検出電極部からコントローラまでの配線に発生する不要な静電容量（不要容量）を安価に除去することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る静電検出装置の構成図である。図２は、図１における配線状態及び不要容量を示す説明図である。図３は、検出電極部の静電容量値Ｃ、第２導線部の静電容量値Ｃ２を表すグラフである。図４は、静電検出回路部における静電容量値（カウント値）の信号図である。図５は、本発明の実施の形態に係る静電検出装置を車両のパワーウインドウに適用した場合の概略構成図である。

（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る静電検出装置は、安価な構成により検出電極部からコントローラである静電検出回路部までの配線に発生する不要な静電容量（不要容量）を除去して、静電検出の感度、精度を向上させるものである。検出電極部からコントローラ（静電検出回路部）までの配線と並行させたダミー配線を備えたワイヤーハーネスを備え、このダミー配線で検出した静電容量を不要容量と判断し、その分を引くこと（オフセット）で検出電極部に発生した静電容量のみを検出できるようにしたものである。

また、本発明の実施の形態に係る静電検出装置は、ワイヤーハーネスにおける信号線と並行するダミー配線を検出電極部に接続しないようにした構成を有する。通常のワイヤーハーネスを使用して構成できるので、特に、金属体の近傍に配置され、かつ、配線長が大きくなる場合に大きな効果を有する。例えば、車両のドア、パワーウインドウ等に配置される静電検出装置等に適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係る静電検出装置の構成図である。また、図２は、図１における配線状態及び不要容量を示す説明図である。

本発明の実施の形態に係る静電検出装置１は、検出電極部１０と、検出電極部１０からの信号が入力される信号検出部であるコントローラとしての静電検出回路部１００と、検出電極部１０から静電検出回路部１００までを電気的に接続する第１導線部２０と、静電検出回路部１００と電気的に接続され、検出電極部１０とは電気的に接続されずに第１導線部２０に近接、並行して設けられた第２導線部３０と、を有して構成されている。

（検出電極部１０）
図１に示すように、検出電極部１０は、銅等の導電性材料で形成された電極である。検出電極部１０の表面に指等が接触又は近接することにより、静電容量値が変化するものである。この検出電極部１０は、板状、線状等の種々の形状が可能であり、設置する場所により、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム・スズ）等の透明電極を使用することも可能である。

（第１導線部２０）
第１導線部２０は、検出電極部１０から静電検出回路部１００までの配線であり、電気信号を伝達するワイヤーハーネスである。図１、２に示すように、第１導線部２０は、一端部２０ａが検出電極部１０に電気的に接続され、他端部２０ｂは静電検出回路部１００の入力部に接続されている。信号を伝達する導線部２０ｃの周囲には絶縁のための被覆部２０ｄが形成されている。この被覆部２０ｄは樹脂で形成され、第１導線部２０が金属体の近傍に配置された場合には、周囲に存在する外部金属５０等との間にコンデンサＣ１（静電容量Ｃ１）を形成することになる。このコンデンサＣ１は、第１導線部２０の引き回しの経路により異なる静電容量値をとるが、配線後において第１導線部２０は決まった位置に存在するので、静電容量Ｃ１はほぼ一定値をとる。

（第２導線部３０）
第２導線部３０は、図１、２に示すように、第１導線部２０に近接、並行して設けられたワイヤーハーネスである。第２導線部３０は、検出電極部１０側の一端部３０ａは検出電極部１０に電気的には接続されず、他端部３０ｂは静電検出回路部１００の入力部に接続されている。

第１導線部２０と同様に、第２導線部３０は、導線部３０ｃの周囲には絶縁のための被覆部３０ｄが形成されている。この被覆部３０ｄは樹脂で形成され、第２導線部３０が金属体の近傍に配置された場合には、周囲に存在する外部金属５０等との間にコンデンサＣ２（静電容量Ｃ２）を形成することになる。

第２導線部３０は、図１、２に示すように、第１導線部２０に近接、並行して設けられているが、被覆部３０ｄと被覆部２０ｄが互いに接した状態であってもよい。すなわち、第１導線部２０と第２導線部３０の位置関係が一定であればよいが、第１導線部２０と第２導線部３０の位置関係は近いほど好ましい。

図２に示すように、第１導線部２０と外部金属５０とでコンデンサＣ１（静電容量Ｃ１）を形成し、第２導線部３０と外部金属５０とでコンデンサＣ２（静電容量Ｃ２）を形成するが、第１導線部２０と第２導線部３０とは近接、並行して設けられているので、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２は、ほぼ等しいものと近似することが可能である。

ここで、図３は、検出電極部の静電容量値Ｃ、第２導線部の静電容量値Ｃ２を表すグラフである。

検出電極部の静電容量値Ｃは、検出電極部１０で形成される静電容量値と、第１導線部２０と外部金属５０とで形成されるコンデンサＣ１による静電容量Ｃ１を合わせた静電容量値である。ここで、この静電容量Ｃ１は、直接、静電容量値を検出することができない。

一方、第２導線部の静電容量値Ｃ２は、第２導線部３０と外部金属５０とで形成されるコンデンサＣ２によるものであるであるが、上記したように、第１導線部２０と外部金属５０とで形成されるコンデンサＣ１による静電容量値Ｃ１とほぼ等しいものと近似することができる。

第１導線部２０と外部金属５０とで形成されるコンデンサＣ１による静電容量値Ｃ１は、検出電極部１０の静電容量値を検出する場合には、不要な静電容量である。したがって、上記の静電容量値Ｃ２をオフセット値として、図３に示すように、検出電極部１０で形成される静電容量値から静電容量値Ｃ２を引くことにより、検出電極部１０で発生する静電容量値のみを検出することができる。

（静電検出回路部１００）
図１に示す電極構成は、自己静電容量方式の静電検出装置である。自己静電容量方式は、１つの電極とグランド間の静電容量値を測定する方法である。この自己静電容量方式の静電検出回路部１００は、検出電極部１０に電流を流して電圧を測定することで動作する。例えば、検出電極部１０に指を近接させ、あるいは、接触させることにより静電容量が増加する。

コントローラとしての静電検出回路部１００は、第１導線部２０を介して検出電極部１０へ、所定の周期で電荷をチャージする。指等のタッチ状態により、静電容量値Ｃは変化する。検出電極部１０から入力されるこの静電容量値Ｃをカウンタにより量子化したカウント値Ｓとし、これに基づいてタッチ状態を判断することができる。

また、静電検出回路部１００には、第２導線部３０から静電容量値Ｃ２が別チャンネルにより入力される。静電容量値Ｃと同様に、静電容量値Ｃ２をカウンタにより量子化したカウント値Ｓ２とし、これを外部金属によるオフセット値とすることができる。

（動作）
図４は、静電検出回路部における静電容量値（カウント値）の信号図である。図４において、時間０から時間ｔ１は検出電極部１０へのタッチなし、時間ｔ１から時間ｔ２は検出電極部１０へのタッチあり、時間ｔ２から時間ｔ３は検出電極部１０へのタッチなし、を示し、各期間でのカウント値Ｓを示している。

検出電極部１０の静電容量値Ｃに基づくカウント値Ｓは、時間０から時間ｔ１の期間Ｔ１、時間ｔ２から時間ｔ３の期間Ｔ３ではタッチなしに対応したカウント値、時間ｔ１から時間ｔ２の期間Ｔ２ではタッチありに対応したカウント値となっている。このいずれの期間においても、外部金属によるオフセット値が加わった値となっている。すなわち、図４において、細線で示すカウント値Ｓの波形が検出電極部１０の静電容量値Ｃに基づいて算出されたものである。

前述したように、静電容量値Ｃ２をカウンタにより量子化したカウント値Ｓ２は、一定値であり、これをオフセット値をしてカウント値Ｓから引いた波形が、太線で示すカウント値Ｓ_０である。このカウント値Ｓ_０は、第１導線部２０の周囲の金属による不要容量を除いた補正された静電容量値である。

検出電極部１０へのタッチ、近接の判断を行なう際には、閾値Ｓ_ｔｈを使用して判断するので、オフセットの影響を除いた補正されたカウント値Ｓ_０を使用することにより、静電検出の感度、精度を向上させることが可能になる。

（実施例、適用例）
図５は、本発明の実施の形態に係る静電検出装置を車両のパワーウインドウに適用した場合の概略構成図である。

車両のフロントドア２００には、ドアフレーム２１０の内部に、上下開閉可能なフロントガラス２２０が装着されている。このフロントガラス２２０は、ウインドウレギュレータ３００により、上下方向に駆動され、窓の開閉が行われる。

フロントドア２００は、ヒンジ部２３０を支点にしてドアの開閉が可能であり、ドアが閉じられた状態では、図５に示すように、ドアフレーム２１０はセンターピラー（Ｂピラー）４００と近接した状態となる。一方、ドアが開けられた状態では、ドアフレーム２１０はセンターピラー４００から離間した状態となる。なお、ドアフレーム２１０、センターピラー４００は金属製である。

図５に示すように、例えば、検出電極部１０をドアフレーム２１０の内側上部に装着し、搭乗者が指等を触れている場合はウインドウレギュレータ３００が動作しないシステムが考えられる。検出電極部１０は、第１導線部２０を介して静電検出回路部１００に電気的に接続されている。また、第２導線部３０は、第１導線部２０に近接、並行して設けられているが、検出電極部１０側は電気的には接続されていない。

第１導線部２０及び第２導線部３０は、近接してドアフレーム２１０の内部に配線されている。また、前述のように、ドアが閉じられた状態では、ドアフレーム２１０はセンターピラー４００と近接した状態となるので、第１導線部２０及び第２導線部３０もセンターピラー４００と近接した状態となる。すなわち、第１導線部２０及び第２導線部３０は、フロントドア２００の開け閉めで、周辺の金属部との配置関係が変化する。これにより、不要な静電容量（不要容量）も変化することになる。

図５には図示省略するが、静電検出回路部１００からウインドウレギュレータ制御部を介して、レギュレータモータ３１０を駆動することにより、ウインドウレギュレータ３００を動作させる。

このレギュレータモータ３１０の駆動は、検出電極部１０での指等の検知結果に基づいて実行されるので、検出電極部１０の静電容量値及びこれに基づいて算出されるカウント値は周辺の金属部の影響を受けないものが好ましい。

前述した実施の形態で説明したように、検出電極部１０の静電容量値及びこれに基づいて算出されるカウント値は、第２導線部３０で検出する静電容量値及びこれに基づいて算出されるカウント値をオフセット値として引いて算出することができる。これにより、検出電極部１０で発生する静電容量値のみを検出することができる。

また、上記の第２導線部３０で検出する静電容量値及びこれに基づいて算出されるカウント値であるオフセット値は、フロントドア２００の開け閉めで変化する。しかし、第１導線部２０及び第２導線部３０は、互いに近接して配線されているので、周辺金属との間で発生する不要容量はほぼ同じであり、これを用いてオフセット補正を行なうことにより、フロントドア２００の開け閉めによらずに、検出電極部１０で発生する静電容量値のみを検出することができる。

（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）第１導線部２０と外部金属５０とで形成されるコンデンサＣ１による静電容量値Ｃ１は、検出電極部１０の静電容量値を検出する場合には、不要な静電容量である。したがって、この静電容量値Ｃ１とほぼ等しい静電容量値Ｃ２をオフセット値として、検出電極部１０で形成される静電容量値から静電容量値Ｃ２を引くことにより、検出電極部１０で発生する静電容量値のみを検出することができる。これにより、静電検出の感度、精度を向上させることが可能になる。
（２）ワイヤーハーネス、配線の引き回し方により外部金属との間の静電容量値は変化するが、第２導線部３０が第１導線部２０に近接、並行して設けられているので、Ｃ１≒Ｃ２である。したがって、Ｃ２をオフセット値として使用することにより、配線の引き回し方によらずに、検出電極部の静電容量値Ｃから不要な静電容量であるＣ２（オフセット値）を引いた静電容量値を求めることが可能である。
（３）また、本発明の静電検出装置を車両のドアに適用した場合において、車両のドアフレームは金属であり、検出電極部１０は不要な静電容量であるＣ１の影響を受ける。また、車両のドアを開閉することにより、センターピラー４００との相対位置関係が変化することから、検出電極部の静電容量値Ｃ、不要な静電容量であるＣ１は大きく変化する。すなわち、車両のドアを開閉することにより、静電容量値Ｃ、Ｃ１は変化する。しかし、第２導線部３０が第１導線部２０に近接、並行して設けられているので、Ｃ１≒Ｃ２であり、したがって、Ｃ２をオフセット値として使用することにより、配線の引き回し方によらずに、検出電極部の静電容量値Ｃから不要な静電容量であるＣ１（オフセット値）を引いた静電容量値を求めることが可能である。
（４）上記説明したような構成、すなわち、第１導線部２０、第２導線部３０と周辺の金属部との相対位置関係が変化するパワーウインドウ、スライドドア等の静電検出方式、挟み込み反転システム、静電検出を利用した種々のスイッチ入力システムに適用が可能である。
（５）また、検出電極部と静電検出回路部の位置が離れている場合、配線距離が長くなるが、同軸ケーブル等を使用する必要がないので、コスト及び重量の大幅な低減が可能となる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、これらの実施の形態及び実施例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態及び実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び実施例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…静電検出装置、
１０…検出電極部
２０…第１導線部
２０ａ…一端部、２０ｂ…他端部、２０ｃ…導線部、２０ｄ…被覆部
３０…第２導線部
３０ａ…一端部、３０ｂ…他端部、３０ｃ…導線部、３０ｄ…被覆部
５０…外部金属
１００…静電検出回路部
２００…フロントドア
２１０…ドアフレーム
２２０…フロントガラス
２３０…ヒンジ部
３００…ウインドウレギュレータ
３１０…レギュレータモータ
４００…センターピラー
Ｃ１、Ｃ２…コンデンサ（静電容量Ｃ１、Ｃ２）
Ｓ、Ｓ２、Ｓ_０…カウント値

Claims

検出電極部と、
前記検出電極部からの信号が入力される信号検出部と、
前記検出電極部から前記信号検出部までを電気的に接続する第１導線部と、
前記信号検出部と電気的に接続され、前記検出電極部とは電気的に接続されずに前記第１導線部に近接、並行して設けられた第２導線部と、
を有することを特徴とする静電検出装置。
前記信号検出部は、前記第１導線部から入力される静電容量信号と、前記第２導線部から入力される静電容量信号により、前記検出電極部の静電容量値を検出することを特徴とする請求項１に記載の静電検出装置。
前記第１導線部は、金属体の近傍に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電検出装置。