JP2017135099A - センサ及びそれを用いたスイッチ - Google Patents

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Abstract

【課題】ユーザが意図しない操作で反応することを抑制できる非接触センサ及び非接触操作スイッチを提供する。【解決手段】検知対象を非接触で検知するためのセンサであって、第一の電極１０と、第一の電極１０の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極２０と、第一の電極１０と第二の電極２０との間に配置された第三の電極３０と、第一の電極１０の静電容量である第一の静電容量の変化を検出することにより、第一の領域内に検知対象が入ったことを検知し、かつ第二の電極２０の静電容量である第二の静電容量の変化を検出することにより、第二の領域に検知対象が入ったことを検知する判定回路２００とを備え、第三の電極３０の電位は、第一の電極１０の電位及び第二の電極２０の電位よりも負であり、平面視において、第二の領域は、第一の領域の外周の少なくとも一部を囲んでいる。【選択図】図２Ｂ

Description

本開示は、センサ及びそのセンサを備えるスイッチに関する。
従来、ユーザが機器のオンオフ等の操作を行うための操作スイッチにセンサが用いられている。この種のセンサとして、静電容量を利用した静電容量式のセンサが知られている。例えば、特許文献１には、静電容量式の接触センサ（タッチセンサ）が開示されている。
特許文献１に開示された接触センサは、第一接触センサ部である操作スイッチと、操作スイッチに近接して配置された第二接触センサ部であるダミースイッチと、ダミースイッチの出力に基づいて、操作スイッチに対して有効な接触が行われたか否かを検知するセンサ検知部とを有する。この接触センサでは、ダミースイッチがユーザの接触を検知しているときには操作スイッチがユーザの接触を検知していても操作スイッチの出力を無効にすることで、意図的な接触のみ有効にしている。これにより、ユーザが意図しない操作で接触センサが反応することを防止できる。
特開２００９−１１１９９６号公報
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、検知対象（ユーザの手等）が接触することで検知対象を検知する接触センサとしては有効であるが、非接触で検知対象を検知する非接触センサの場合には効果がなく、ユーザが意図しない操作によって非接触センサが反応することを防止することができない。
例えば、特許文献１に開示された技術を非接触センサに適用すると、操作スイッチによる検知範囲がダミースイッチの検知範囲に含まれてしまうため、ユーザが操作スイッチに手を接近させると、操作スイッチだけではなくダミースイッチにおいても手が検知されてしまうことになる。つまり、全ての操作が無効化されてしまう。
そこで本開示は、ユーザが意図しない操作で反応することを抑制できる非接触センサ及び非接触操作スイッチを提供する。
本開示に係るセンサの一態様は、検知対象を非接触で検知するためのセンサであって、第一の電極と、前記第一の電極の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された第三の電極と、前記第一の電極の静電容量である第一の静電容量の変化を検出することにより、第一の領域内に前記検知対象が入ったことを検知し、かつ前記第二の電極の静電容量である第二の静電容量の変化を検出することにより、第二の領域に前記検知対象が入ったことを検知する判定回路とを備え、前記第三の電極の電位は、前記第一の電極の電位及び前記第二の電極の電位よりも負であり、平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周の少なくとも一部を囲んでいる。
本開示によれば、ユーザが意図しない操作で反応することを抑制できる非接触センサ及び非接触操作スイッチを実現することができる。
実施の形態１に係る非接触センサの平面図である。 図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における実施の形態１に係る非接触センサの断面図である。 実施の形態１に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の平面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢにおける断面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の図２ＡのＩＩＣ−ＩＩＣにおける断面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサの第一の検知領域の分布を示す図である。 第三の電極が配置されていない非接触センサの第二の検知領域の分布を示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサの第二の検知領域の分布を示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサを用いた非接触操作スイッチの一例を示す図である。 比較例の非接触センサの平面図である。 比較例の非接触センサを用いた非接触操作スイッチの使用例を示す図である。 比較例の非接触センサを用いた非接触操作スイッチの使用例を示す図である。 比較例の非接触センサを用いた非接触操作スイッチの使用例を示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサを用いた非接触操作スイッチの使用例を示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサを用いた非接触操作スイッチの使用例を示す図である。 実施の形態２に係る非接触センサの平面図である。 実施の形態２に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の平面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態２に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の図１２ＡのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢにおける断面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態２に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の図１２ＡのＸＩＩＣ−ＸＩＩＣにおける断面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサの使用例を示す図である。 実施の形態２に係る非接触センサの使用例を示す図である。 実施の形態３に係る非接触センサの平面図である。 実施の形態３に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の平面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態３に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の図１６ＡのＸＶＩＢ−ＸＶＩＢにおける断面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態３に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の図１６ＡのＸＶＩＣ−ＸＶＩＣにおける断面視での分布を模式的に示す図である。 変形例１に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の断面視での分布を模式的に示す図である。 変形例２に係る非接触センサにおける第一の検知領域及び第二の検知領域の断面視での分布を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る非接触センサの判定回路の処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る非接触センサの判定回路の処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る非接触センサの判定回路の処理の一例を示すフローチャートである。
本開示は、以下の項目に記載のセンサ及びスイッチを少なくとも含む。
〔項目１〕
項目１に係るセンサは、検知対象を非接触で検知するためのセンサであって、
第一の電極と、
前記第一の電極の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された第三の電極と、
前記第一の電極の静電容量である第一の静電容量の変化を検出することにより、第一の領域内に前記検知対象が入ったことを検知し、かつ前記第二の電極の静電容量である第二の静電容量の変化を検出することにより、第二の領域に前記検知対象が入ったことを検知する判定回路とを備える。
前記第三の電極の電位は、前記第一の電極の電位及び前記第二の電極の電位よりも負である。
平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周の少なくとも一部を囲んでいる。
項目１に記載のセンサにおいて、前記判定回路は、演算回路と、プログラムを記憶するメモリとを含み、前記プログラムが前記演算回路により実行されるときに、前記プログラムは、前記判定回路に、前記第一の静電容量の変化を検出することにより、前記第一の領域内に前記検知対象が入ったことを検知させ、かつ前記第二の静電容量の変化を検出することにより、前記第二の領域に前記検知対象が入ったことを検知させてもよい。
〔項目２〕
項目１に記載のセンサにおいて、
平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周の全体を連続的に囲んでいてもよい。
〔項目３〕
項目２に記載のセンサにおいて、
第一の断面における断面視において、前記第一の領域の第一の断面は、前記第二の領域の２つの第一の断面の間にあり、
前記第一の断面と直交する第二の断面における断面視において、前記第一の領域の第二の断面は、前記第二の領域の２つの第二の断面の間にあってもよい。
〔項目４〕
項目１に記載のセンサにおいて、
平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周のうち半分以上を囲んでいてもよい。
〔項目５〕
項目４に記載のセンサにおいて、
第一の断面における断面視において、前記第一の領域の第一の断面は、前記第二の領域の２つの第一の断面の間にあり、
前記第一の断面と直交する第二の断面における断面視において、前記第二の領域の第二の断面は、前記第一の領域の第二の断面の片側のみに存在してもよい。
〔項目６〕
項目１に記載のセンサにおいて、
前記センサにおいて、複数の第二の電極が設けられており、前記複数の電極の各々は前記第二の電極であり、
前記判定回路は、前記複数の第二の電極の静電容量の変化を検出することにより、複数の第二の領域内に前記検知対象が入ったことを検知し、前記複数の第二の領域の各々は前記第二の領域であり、
平面視において、前記複数の第二の領域は、前記第一の領域の外周を断続的に囲んでいてもよい。
〔項目７〕
項目６に記載のセンサにおいて、
第一の断面における断面視において、前記第一の領域の第一の断面は、前記複数の第二の領域のうちの２つの第二の領域の２つの第一の断面の間にあり、
前記第一の断面と直交する第二の断面における断面視において、前記第一の領域の第二の断面は、前記複数の第二の領域のうちの２つの第二の領域の２つの第二の断面の間にあってもよい。
〔項目８〕
項目１から７のいずれかに記載のセンサにおいて、
前記判定回路は、
前記第一の静電容量が第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が第二の値を超えない場合に検知信号を生成し、
前記第一の静電容量が第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が第二の値を超える場合に、前記検知信号を生成しなくてもよい。
項目８に記載のセンサにおいて、前記判定回路は、演算回路と、プログラムを記憶するメモリとを含み、前記プログラムが前記演算回路により実行されるときに、前記プログラムは、前記判定回路に、前記第一の静電容量が前記第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が前記第二の値を超えない場合に前記検知信号を生成させてもよい。
検知信号は、センサが検知対象を検知したことを示す信号である。
〔項目９〕
項目１から７のいずれかに記載のセンサにおいて、
前記判定回路は、
前記第一の静電容量が第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が第二の値を超えない場合であって、前記第二の静電容量に対する前記第一の静電容量の比率が第三の値以上である場合に、検知信号を生成してもよい。
項目９に記載のセンサにおいて、前記判定回路は、演算回路と、プログラムを記憶するメモリとを含み、前記プログラムが前記演算回路により実行されるときに、前記プログラムは、前記判定回路に、前記第一の静電容量が前記第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が前記第二の値を超えない場合であって、前記比率が前記第三の値以上である場合に、前記検知信号を生成させてもよい。
〔項目１０〕
項目１から７のいずれかに記載のセンサにおいて、
前記判定回路は、
前記第一の静電容量が第一の値を超える場合であって、前記第二の静電容量に対する前記第一の静電容量の比率が第三の値以上である場合に、検知信号を生成してもよい。
項目１０に記載のセンサにおいて、前記判定回路は、演算回路と、プログラムを記憶するメモリとを含み、前記プログラムが前記演算回路により実行されるときに、前記プログラムは、前記判定回路に、前記第一の静電容量が前記第一の値を超える場合であって、前記比率が前記第三の値以上である場合に、前記検知信号を生成させてもよい。
〔項目１１〕
項目１から１０のいずれかに記載のセンサにおいて、
断面視において、前記センサの表面から前記第二の領域の断面の先端までの距離は、前記センサの表面から前記第一の領域の断面の先端までの距離よりも長くてもよい。
〔項目１２〕
項目１から１１のいずれかに記載のセンサにおいて、
前記第三の電極の前記電位が接地電位であってもよい。
〔項目１３〕
項目１から１２のいずれかに記載のセンサにおいて、
平面視において、前記第一の領域と前記第二の領域とが部分的に重なっていてもよい。
〔項目１４〕
項目１４に係るスイッチは、
機器を操作するためのスイッチであって、
項目１から１３のいずれかに記載のセンサと、
前記センサからの検知信号に基づいて、前記機器を操作するための操作信号を生成する制御部とを備える。
本開示において、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又はブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路、又はＬＳＩを含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩ及びＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ、若しくはＵＬＳＩと呼ばれるものであってもよい。 ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ （ＦＰＧＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
さらに、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが処理装置によって実行されたときに、そのソフトウエアで特定された機能が処理装置および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。
以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。本実施の形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、かつ、いずれもＺ軸に直交する軸である。なお、本明細書において、「平面視」とは、第一の電極１０、第二の電極２０、第三の電極３０又は基板４０の表面に対して垂直方向から見たときのことを指し、具体的には、ＸＺ平面である。
（実施の形態１）
実施の形態１に係る非接触センサ１の構成について、図１Ａから図２Ｃを用いて説明する。図１Ａは、実施の形態１に係る非接触センサ１の平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における非接触センサ１の断面図である。なお、図１Ａでは、第一の電極１０、第二の電極２０及び第三の電極３０のパターン及び配置関係を分かりやすくするために、第一の電極１０、第二の電極２０及び第三の電極３０が形成されている領域にハッチングを施している。また、図２Ａから図２Ｃは、非接触センサ１における第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２の分布（範囲）を模式的に示す図であり、図２Ａは平面視での分布、図２Ｂは図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢにおける断面視での分布、図２Ｃは図２ＡのＩＩＣ−ＩＩＣにおける断面視での分布を示している。
非接触センサ１は、人及び物等の検知対象を非接触で検知することができる非接触式のセンサである。また、非接触センサ１は、検知対象と非接触センサ１との間に生じる静電容量の変化を検出することで検知対象の接近を検知する静電容量式のセンサである。なお、非接触センサ１は、検知対象が近接した場合に限らず、検知対象が接触した場合にも検知対象を検知することができる。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、非接触センサ１は、第一の電極１０と、第二の電極２０と、第三の電極３０とを有する。本実施の形態において、非接触センサ１は、さらに、基板４０を有する。基板４０としては、樹脂材料からなる樹脂基板又は金属を絶縁被膜したメタルベース基板等を用いることができる。なお、基板４０は、例えば、平面視形状が矩形状であるが、これに限るものではない。
第一の電極１０、第二の電極２０及び第三の電極３０は、例えば、銅又は銀等の金属材料によって構成されており、基板４０の一方の面に所定のパターン及び所定の配置で形成されている。具体的には、基板４０の中央から外側に向かって、第一の電極１０、第三の電極３０及び第二の電極２０の順で配置されている。図１Ｂに示すように、第一の電極１０、第二の電極２０及び第三の電極３０の各々は、検知対象が接近したことによる静電容量の変化を検出するために、判定回路２００と電気的に接続されている。なお、図１Ｂ以外の図面では、判定回路は図示せず省略する。
図１Ａに示すように、第一の電極１０は、第二の電極２０の内側に配置されている。第一の電極１０は、例えば、平面視形状が円形であり、基板４０の中央に配置されている。なお、第一の電極１０の平面視形状は、円形に限るものではなく、矩形等であってもよい。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第一の電極１０は、第一の領域に検知対象が入ってきたときに検知対象が第一の電極１０に近接したことを検知する第一のセンサ部として機能する。本明細書において、この第一の領域を、第一の検知領域５１と呼ぶ。つまり、第一の検知領域５１は、第一の電極１０によって検知対象を検知することができる領域である。
一方、第二の電極２０は、第二の領域に検知対象が入ってきたときに検知対象が第二の電極２０に近接したことを検知する第二のセンサ部として機能する。本明細書において、この第二の領域を、第二の検知領域５２と呼ぶ。つまり、第二の検知領域５２は、第二の電極２０によって検知対象を検知することができる領域である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第二の電極２０は、第一の電極１０の外側の少なくとも一部に配置されている。本実施の形態では、第二の電極２０は、第一の電極１０の外側に配置された第三の電極３０の外側に配置されており、第三の電極３０を介して第一の電極１０の周囲を囲むように配置されている。具体的には、第二の電極２０は、第一の電極１０と同心であって、第一の電極１０及び第三の電極３０の全体を囲むように枠状に、かつ、一定の幅で連続的に配置されている。
また、第二の電極２０は、第一の電極１０及び第三の電極３０のそれぞれと所定の間隔をあけて配置されている。本実施の形態において、第二の電極２０は、基板４０の外周端部に沿って配置されている。なお、第二の電極２０は、平面視形状が略矩形の枠状に形成されているが、これに限るものではなく、例えば、第一の電極１０と同心円状となるように、平面視形状が円形の枠状に形成されていてもよい。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第三の電極３０は、第一の電極１０と第二の電極２０との間に配置されている。本実施形態において、第三の電極３０は、接地電位に設定されたグランド電極（ＧＮＤ電極）である。
本実施の形態では、第三の電極３０は、第一の電極１０の周囲を囲むように配置されている。具体的には、第三の電極３０は、第一の電極１０と同心であって、第一の電極１０の外周の全体を囲むように配置されている。第三の電極３０は、一定の幅で連続的に配置されている。
なお、第一の電極１０、第二の電極２０及び第三の電極３０は、互いに同心で配置されているが、これに限るものではない。また、第三の電極３０は、平面視形状が略矩形の枠状に形成されているが、これに限るものではなく、例えば、平面視形状が円形の枠状に形成されていてもよい。なお、本実施の形態では、第二の電極２０と第三の電極３０とは相似形であるが、これに限るものではない。
このように構成される非接触センサ１では、第一の電極１０と第二の電極２０との間に、接地電位に設定された第三の電極３０が配置されている。
本実施の形態では、図２Ａに示すように、平面視において、第二の電極２０によって検知対象を検知することができる領域である第二の検知領域５２は、第一の電極１０によって検知対象を検知することができる領域である第一の検知領域５１を囲んでいる。具体的には、第二の電極２０が第一の電極１０の外周の全体を連続的に囲んでいるので、第二の検知領域５２は、第一の検知領域５１の外周の全体を連続的に囲んでいる。
また、任意の断面において、第一の検知領域５１の中心を含む少なくとも一部の領域は、第二の検知領域５２と重なっていない。具体的には、図２Ｂに示すように、第一の断面であるＸＹ断面における断面視において、第一の検知領域５１の断面は、２つの第二の検知領域５２の断面の間に挟まれている。また、第一の断面と直交する第二の断面であるＹＺ断面における断面視においても、第一の検知領域５１の断面は、２つの第二の検知領域５２の断面の間に挟まれている。
ここで、第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２の分布について、図３Ａから図３Ｃを用いて説明する。図３Ａから図３Ｃは、第一の電極１０及び第二の電極２０に関する電束密度のシミュレーション結果を示す図である。図３Ａは第一の電極１０によって検知対象を検知することができる領域である第一の検知領域の分布、図３Ｂは第三の電極３０が配置されていない場合の第二の電極２０によって検知対象を検知することができる領域である第二の検知領域の分布、図３Ｃは接地電位に設定された第三の電極３０が配置されている場合の第二の検知領域の分布を示している。
図３Ａと図３Ｂとの比較から分かるように、接地電位に設定された第三の電極３０を配置しなければ、第一の検知領域５１が第二の検知領域５２に被さってしまうことになる。この結果、第一の電極１０のみによって検知対象の接近を検知することができなくなる。
一方、図３Ｃに示すように、第二の電極２０の内側に接地電位に設定された第三の電極３０を配置することで、第二の電極２０の内側に第二の電極２０で検知されない空間が形成される。この結果、第二の電極２０の内側に、接地電位に設定された第三の電極３０を介して第一の電極１０を配置することで、第二の電極２０の内側の領域（中央領域）では、第一の電極１０のみによって検知対象の接近を検知することが可能となる。
次に、本実施の形態に係る非接触センサ１の検知方法の一例について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る非接触センサ１を用いた非接触操作スイッチ１００の一例を示す図である。
非接触操作スイッチ１００は、非接触センサ１と、非接触センサ１で生成された検知信号に基づいて機器を操作するための操作信号を生成する制御部２とを有する。
非接触操作スイッチ１００は、例えば洗面台の鏡１１０の背面に設置される。これにより、非接触センサ１に検知対象が接近したときに検知対象を検知することができる。なお、非接触操作スイッチ１００によって操作される操作対象の機器は、例えば、洗面台に設置された照明装置（不図示）である。
この場合、図４に示すように、照明装置を操作するためにユーザが第一の電極１０に手を近づけると、非接触センサ１は、ユーザの手が検知されたことを示す検知信号を生成する。制御部２は、非接触センサ１で生成された検知信号を受け取り、この検知信号に基づいて照明装置の点消灯を操作するための操作信号を生成して、照明装置に出力する。これにより、ユーザは、照明装置のオンオフ等の操作を行うことができる。
ここで、図４と図５から図１０を用いて、本実施の形態における非接触センサ１の検知方法について、比較例の非接触センサ１Ｘと比較して説明する。図５は、比較例の非接触センサ１Ｘの平面図であり、図６から図８は、比較例の非接触センサ１Ｘを用いた非接触操作スイッチ１００Ｘの使用例を示す図である。図９及び図１０は、実施の形態１に係る非接触センサ１を用いた非接触操作スイッチ１００の使用例を示す図である。
図５に示される比較例の非接触センサ１Ｘは、静電容量式のセンサであって、第一の電極１０のみを有する。この比較例の非接触センサ１Ｘを用いた非接触操作スイッチ１００Ｘは、図６に示すように、操作対象の機器、例えば照明装置を操作するためにユーザが非接触センサ１Ｘの第一の電極１０に手を近づけることで、操作対象の機器を操作することができる。
しかしながら、比較例の非接触センサ１Ｘでは、ユーザが機器を操作するつもりがないにもかかわらず、非接触センサ１Ｘが反応してしまう場合がある。つまり、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１Ｘが反応してしまう場合がある。
例えば、図７に示すように、ユーザが洗顔しているときに意図せずにユーザの頭が非接触センサ１Ｘに近接すると、ユーザの頭が第一の検知領域５１に存在する状態になる。これにより非接触センサ１Ｘが反応してしまい、操作対象の機器に対してユーザが意図しない操作が行われることになる。具体的には、ユーザが照明装置のオンオフ制御をするつもりがないにもかかわらず、照明装置がオンオフ制御されてしまう。
また、図８に示すように、ユーザが髭剃りをしているときに意図せずにユーザの腕が非接触センサ１Ｘに近接すると、ユーザの腕が第一の検知領域５１に存在する状態になる。これにより非接触センサ１Ｘが反応してしまい、操作対象の機器に対してユーザが意図しない操作が行われることになる。その他にも、ユーザが歯磨きをしているときに意図せずにユーザの腕が非接触センサ１Ｘに近接することで非接触センサ１Ｘが反応してしまうこともある。
これに対して、本実施の形態における非接触センサ１では、次のような検知判定アルゴリズムによって、ユーザが意図する操作のみを検知して、ユーザが意図しない操作については非接触センサ１が反応しないようにしている。図１９から図２１は、本実施の形態における非接触センサ１の判定回路２００の処理の一例を示すフローチャートである。
具体的には、図１９に示すように、非接触センサ１の判定回路２００は、第一の電極１０で検知した第一の静電容量と第一の値とを比較する（Ｓ１０１）。第一の静電容量が第一の値を超える場合（Ｓ１０１でＹＥＳ）、判定回路２００は、第二の電極２０で検知した第二の静電容量と第二の値とを比較する（Ｓ１０３）。第二の静電容量が第二の値を超えない場合（Ｓ１０３でＮＯ）、出力信号として検知信号を生成する（Ｓ１０５）。判定回路２００は、第一の静電容量が第一の値を超えても（Ｓ１０１でＹＥＳ）、第二の静電容量も第二の値を超える場合（Ｓ１０３でＹＥＳ）、検知信号を生成しない。
つまり、判定回路２００は、第一の検知領域５１のみに検知対象が接近した場合に検知信号を生成し、第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２に検知対象が接近した場合には検知信号を生成しない。言い換えると判定回路２００は、第二の検知領域５２において検知対象の接近を検知しているときは、第一の検知領域５１が検知対象の接近を検知しても検知対象が接近したことを無効化している。
具体的には、図４に示すように、ユーザの手が第一の検知領域５１のみに接近した場合には非接触センサ１が反応して検知信号が生成される。一方、図９に示すように、ユーザが洗顔しているときに意図せずにユーザの頭が非接触センサ１に近接した場合には、第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２にユーザの頭が接近するので、非接触センサ１が反応せずに検知信号が生成されない。同様に、図１０に示すように、ユーザが髭剃りをしているときに意図せずにユーザの腕が非接触センサ１に近接した場合にも、第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２にユーザの腕が接近するので、非接触センサ１が反応せずに検知信号が生成されない。
これにより、第一の検知領域５１のみに検知対象が接近した場合に、非接触センサ１を反応させることができる。この結果、ユーザが機器に対して意図した操作を行ったときに非接触センサ１が反応するので、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１が反応してしまうことを抑制できる。例えば、ユーザの頭または腕による意図しない操作による非接触センサ１の誤反応を抑制することができ、手による意図した操作のみに反応させることができる。
また、上記の検知判定アルゴリズムに代えて、非接触センサ１の判定回路２００は、次の検知判定アルゴリズムにより検知信号を生成してもよい。具体的には、図２０に示すように、非接触センサ１の判定回路２００は、第一の静電容量と第一の値とを比較する（Ｓ２０１）。第一の静電容量が第一の値を超える場合（Ｓ２０１でＹＥＳ）、判定回路２００は、第二の静電容量に対する第一の静電容量の比率と、第三の値とを比較する（Ｓ２０３）。第二の静電容量に対する第一の静電容量の比率が第三の値以上である場合（Ｓ２０３でＹＥＳ）、判定回路２００は検知信号を生成する（Ｓ２０５）。例えば、判定回路２００は、第二の静電容量に対する第一の静電容量の比率が１よりも大きい場合に検知信号を生成する。判定回路２００は、第一の静電容量が第一の値を超えても（Ｓ２０１でＹＥＳ）、第二の静電容量に対する第一の静電容量の比率が第三の値以上ではない場合（Ｓ２０３でＮＯ）、検知信号を生成しない。
これにより、第一の検知領域５１と第二の検知領域５２とにまたがって検知対象が存在する場合であっても、判定回路２００は、第一の検知領域５１の方に検知対象が接近したことを検知することができる。例えば、機器を操作するためにユーザが手を非接触センサ１の第一の検知領域５１に接近させたときに、ユーザが意図せずに手が第二の検知領域５２にまで被さってしまった場合であっても、判定回路２００は、第一の検知領域５１にユーザの手が接近したことを検出する。つまり、判定回路２００は、ユーザが機器を操作しようとしたと判別できる。この結果、非接触センサ１は、ユーザが意図しない操作で非接触センサ１が反応してしまうことを抑制しつつ、ユーザが意図した操作を的確に行うことができる。
また、上記の検知判定アルゴリズムに代えて、非接触センサ１の判定回路２００は、次の検知判定アルゴリズムにより検知信号を生成してもよい。具体的には、図２１に示すように、非接触センサ１の判定回路２００は、第一の静電容量と第一の値とを比較する（Ｓ３０１）。第一の静電容量が第一の値を超える場合（Ｓ３０１でＹＥＳ）、判定回路２００は、第二の静電容量と第二の値とを比較する（Ｓ３０３）。第二の静電容量が第二の値を超えない場合（Ｓ３０３でＮＯ）、判定回路２００は、第二の静電容量に対する第一の静電容量の比率と、第三の値とを比較する（Ｓ３０５）。第二の静電容量に対する第一の静電容量の比率が第三の値以上である場合（Ｓ３０５でＹＥＳ）、判定回路２００は検知信号を生成する（Ｓ３０７）。判定回路２００は、例えば、第二の検知領域５２で検知した静電容量に対する第一の検知領域５１で検知した静電容量の比率が１よりも大きい場合に検知信号を生成する。
これにより、第一の検知領域５１と第二の検知領域５２とにまたがって検知対象が存在する場合であっても、判定回路２００は、第一の検知領域５１の方に検知対象が接近したことをより正確に検知することができる。この結果、ユーザが第一の検知領域５１に接近させたことをより正確に判別できるので、非接触センサ１は、ユーザが意図しない操作で非接触センサ１が反応してしまうことを抑制しつつ、ユーザが意図した操作をより的確に行うことができる。
以上、本実施の形態に係る非接触センサ１によれば、第一の電極１０と、第一の電極１０の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極２０と、第一の電極１０と第二の電極２０との間に配置され、第一の電極１０及び第二の電極２０の電位よりも負の電位に設定された第三の電極３０とを有する。第三の電極３０は、接地電位に設定されていてもよい。
これにより、各々が検知対象を検知できる第一の検知領域５１と第二の検知領域５２とを形成することができるので、第二の検知領域５２が検知対象の接近を検知しているときは第一の検知領域５１が検知対象の接近を検知していても検知対象が接近したことを無効化することが可能となる。したがって、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１が反応してしまうことを抑制できる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る非接触センサ１Ａの構成について、図１１から図１２Ｃを用いて説明する。図１１は、実施の形態２に係る非接触センサ１Ａの平面図である。図１２Ａから図１２Ｃは、同非接触センサ１Ａにおける第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２Ａの分布を模式的に示す図であり、図１２Ａは平面視での分布、図１２Ｂは図１２ＡのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢにおける断面視での分布、図１２Ｃは図１２ＡのＸＩＩＣ−ＸＩＩＣにおける断面視での分布を示している。なお、図１１では、第一の電極１０、第二の電極２０Ａ及び第三の電極３０のパターン及び配置関係を分かりやすくするために、第一の電極１０、第二の電極２０Ａ及び第三の電極３０が配置されている領域にハッチングを施している。
本実施の形態における非接触センサ１Ａが上記実施の形態１における非接触センサ１と異なる点は、第二の電極２０Ａの形状である。具体的には、上記実施の形態１における第二の電極２０は、第一の電極１０及び第三の電極３０の外周の全体を囲むように連続して配置されていたが、本実施の形態における第二の電極２０Ａは、一部が途切れており、第一の電極１０及び第三の電極３０の外周の一部を囲むように配置されている。
具体的には、第二の電極２０Ａは、図１１に示すように、平面視において、第一の電極１０及び第三の電極３０の外周のうち半分以上を囲んでいる。より具体的には、第二の電極２０Ａは、コ字状に形成されており、矩形枠状の第三の電極３０の４辺のうちの３辺を囲むように配置されている。
このように、本実施の形態では、第二の電極２０Ａが第一の電極１０の外周のうち半分以上を囲んでいる。これにより、図１２Ａに示すように、平面視において、第二の電極２０Ａによって検知対象を検知することができる領域である第二の検知領域５２Ａは、第一の電極１０によって検知対象を検知することができる領域である第一の検知領域５１の外周のうち半分以上を囲むことになる。
また、図１２Ｂに示すように、第一の断面であるＸＹ断面における断面視において、第一の検知領域５１の断面は、２つの第二の検知領域５２Ａの断面の間に挟まれている。また、図１２Ｃに示すように、第一の断面と直交する第二の断面であるＹＺ断面における断面視において、第二の検知領域５２Ａの断面は、第一の検知領域５１の断面の片側のみに存在する。
このように構成される本実施の形態における非接触センサ１Ａは、上記実施の形態１と同様に、非接触操作スイッチに適用することができる。また、本実施の形態における非接触センサ１Ａでは、上記実施の形態１と同様の検知判定アルゴリズムによって、ユーザの手等の検知対象を検知することができる。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。例えば、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１Ａが反応してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施の形態における非接触センサ１Ａによれば、以下の効果を得ることができる。
図１３に示すように、上記実施の形態１における非接触センサ１では、ユーザが第一の検知領域５１に手を入れたときに、ユーザの操作を無効と判断する第二の検知領域５２にも手が入ってしまい、検知判定アルゴリズムによっては、ユーザとしては意図する操作であるにもかかわらず、非接触センサ１が反応しない場合がある。
これに対して、図１４に示すように、本実施の形態における非接触センサ１Ａでは、第二の検知領域５２Ａの一部が途切れているので、第二の検知領域５２Ａに手を入れることなく第一の検知領域５１のみに手を入れることが可能となる。これにより、例えば、手先以外に手のひらでも非接触センサ１Ａを操作することができる。この結果、ユーザが第一の検知領域５１に接近させたことを正確に判別できるので、ユーザが意図しない操作で非接触センサ１Ａが反応してしまうことを抑制しつつ、ユーザが意図した操作で非接触センサ１Ａを的確に反応させることができる。
以上、本実施の形態に係る非接触センサ１Ａによれば、上記実施の形態１と同様に、第一の電極１０と、第一の電極１０の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極２０Ａと、第一の電極１０と第二の電極２０Ａとの間に配置され、第一の電極１０及び第二の電極２０Ａの電位よりも負の電位に設定された第三の電極３０とを有する。第三の電極３０は、接地電位に設定されていてもよい。
これにより、上記実施の形態１と同様に、各々が検知対象を検知できる第一の検知領域５１と第二の検知領域５２Ａとを形成することができるので、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１Ａが反応してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施の形態では、平面視において第二の検知領域５２Ａが第一の検知領域５１の外周のうち半分以上を囲んでいる。また、第一の断面であるＸＹ断面における断面視において、第一の検知領域５１の断面は、２つの第二の検知領域５２Ａの断面の間に挟まれている。また、図１２Ｃに示すように、第一の断面と直交する第二の断面であるＹＺ断面における断面視において、第二の検知領域５２Ａの断面は、第一の検知領域５１の断面の片側のみに存在する。
これにより、上記のように、ユーザが手などを第一の検知領域５１に接近させたことを正確に判別できるので、ユーザが意図しない操作で非接触センサ１Ａが反応してしまうことを抑制しつつ、ユーザが意図した操作で非接触センサ１Ａを的確に反応させることができる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る非接触センサ１Ｂの構成について、図１５から図１６Ｃを用いて説明する。図１５は、実施の形態３に係る非接触センサ１Ｂの平面図である。図１６Ａから図１６Ｃは、同非接触センサ１Ｂにおける第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２Ｂの分布を模式的に示す図であり、図１６Ａは平面視での分布、図１６Ｂは図１６ＡのＸＶＩＢ−ＸＶＩＢにおける断面視での分布、図１６Ｃは図１６ＡのＸＶＩＣ−ＸＶＩＣにおける断面視での分布を示している。なお、図１５では、第一の電極１０、第二の電極２０Ｂ及び第三の電極３０のパターン及び配置関係を分かりやすくするために、第一の電極１０、第二の電極２０Ｂ及び第三の電極３０が配置されている領域にハッチングを施している。
本実施の形態における非接触センサ１Ｂが上記実施の形態１における非接触センサ１と異なる点は、第二の電極２０Ｂの個数及び形状である。具体的には、上記実施の形態１では、１つの第二の電極２０が、第一の電極１０及び第三の電極３０の外周の全体を囲むように連続して配置されていた。一方、本実施の形態では、４つの第二の電極２０Ｂが、第一の電極１０及び第三の電極３０の外周を部分的に囲むように配置されている。
具体的には、４つの第二の電極２０Ｂは、図１５に示すように、平面視において、第一の電極１０及び第三の電極３０の外周の全体を断続的に囲んでいる。より具体的には、第二の電極２０Ｂは、矩形枠状の第三の電極３０の４辺の各々と並行する４本の電極で第三の電極３０を囲むように配置されている。つまり、本実施の形態における第二の電極２０Ｂは、実施の形態１における第二の電極２０において４つの角部を除去した形状である。
このように、本実施の形態では、４つの第二の電極２０Ｂが第一の電極１０の外周の全体を断続的に囲んでいる。これにより、図１６Ａに示すように、平面視において、第二の電極２０Ｂによって検知対象を検知することができる領域である第二の検知領域５２Ｂは、第一の電極１０によって検知対象を検知することができる領域である第一の検知領域５１の外周の全体を断続的に囲むことになる。
また、図１６Ｂに示すように、第一の断面であるＸＹ断面における断面視において、第一の検知領域５１の断面は、２つの第二の検知領域５２Ｂの断面に挟まれている。また、図１６Ｃに示すように、第一の断面と直交する第二の断面であるＹＺ断面における断面視においても、第一の検知領域５１の断面は、２つの第二の検知領域５２Ｂの断面に挟まれている。
このように構成される本実施の形態における非接触センサ１Ｂは、上記実施の形態１と同様に、非接触操作スイッチに適用することができる。また、本実施の形態における非接触センサ１Ｂでは、上記実施の形態１と同様の検知判定アルゴリズムによって、ユーザの手等の検知対象を検知することができる。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。例えば、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１Ｂが反応してしまうことを抑制できる。
以上、本実施の形態に係る非接触センサ１Ｂによれば、上記実施の形態１と同様に、第一の電極１０と、第一の電極１０の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極２０Ｂと、第一の電極１０と第二の電極２０Ｂとの間に配置され、第一の電極１０及び第二の電極２０Ｂの電位よりも負の電位に設定された第三の電極３０とを有する。第三の電極３０は、接地電位に設定されていてもよい。
これにより、上記実施の形態１と同様に、各々が検知対象を検知できる第一の検知領域５１と第二の検知領域５２Ｂとを形成することができるので、ユーザが意図しない操作によって非接触センサ１Ｂが反応してしまうことを抑制できる。
このように、本実施の形態では、平面視において、複数の第二の検知領域５２Ｂが第一の検知領域５１の外周の全体を断続的に囲んでいるが、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
（変形例等）
以上、本開示に係る非接触センサ及び非接触操作スイッチについて、実施の形態１から３に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態１から３に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態１では、断面視において、非接触センサ１の表面から第二の検知領域５２の断面の先端までの距離は、非接触センサ１の表面から第一の検知領域５１の断面の先端までの距離と同じであった。つまり、第二の検知領域５２の断面の高さと第一の検知領域５１の断面の高さとは同じであったが、これに限るものではない。図１７に示すように、断面視において、非接触センサ１の表面から第二の検知領域５２の断面の先端までの距離は、非接触センサ１の表面から第一の検知領域５１の断面の先端までの距離よりも長くてもよい。これにより、頭及び腕等の面積の大きい部位の接近時に、第二の検知領域５２が第一の検知領域５１よりも先に、接近した部位と接触するので、手以外の接近をより確実に無効化することができる。なお、このことは、実施の形態１に限らず、実施の形態２、３においても同様である。
また、上記実施の形態１では、第一の検知領域５１と第二の検知領域５２との間には、第一の検知領域５１及び第二の検知領域５２のどちらにも属しない空間が存在していたが、これに限るものではない。具体的には、図１８に示すように、第一の検知領域５１と第二の検知領域５２とは互いの境界部分で部分的に重なっていてもよい。なお、このことは、実施の形態１に限らず、実施の形態２、３においても同様である。
その他、上記の各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記の実施の形態１から３における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
本開示は、人体又は物等の検知対象の動きのセンシング等に用いることができるので、ユーザが機器の操作を行うための非接触センサ及び非接触操作スイッチ等として利用することができる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｘ 非接触センサ
２ 制御部
１０ 第一の電極
２０、２０Ａ、２０Ｂ 第二の電極
３０ 第三の電極
４０ 基板
５１ 第一の検知領域
５２、５２Ａ、５２Ｂ 第二の検知領域
１００、１００Ｘ 非接触操作スイッチ
１１０ 鏡
２００ 判定回路

Claims (14)

  1. 検知対象を非接触で検知するためのセンサであって、
    第一の電極と、
    前記第一の電極の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極と、
    前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された第三の電極と、
    前記第一の電極の静電容量である第一の静電容量の変化を検出することにより、第一の領域内に前記検知対象が入ったことを検知し、かつ前記第二の電極の静電容量である第二の静電容量の変化を検出することにより、第二の領域に前記検知対象が入ったことを検知する判定回路とを備え、
    前記第三の電極の電位は、前記第一の電極の電位及び前記第二の電極の電位よりも負であり、
    平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周の少なくとも一部を囲んでいる
    センサ。
  2. 平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周の全体を連続的に囲んでいる
    請求項１に記載のセンサ。
  3. 第一の断面における断面視において、前記第一の領域の第一の断面は、前記第二の領域の２つの第一の断面の間にあり、
    前記第一の断面と直交する第二の断面における断面視において、前記第一の領域の第二の断面は、前記第二の領域の２つの第二の断面の間にある
    請求項２に記載のセンサ。
  4. 平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周のうち半分以上を囲んでいる
    請求項１に記載のセンサ。
  5. 第一の断面における断面視において、前記第一の領域の第一の断面は、前記第二の領域の２つの第一の断面の間にあり、
    前記第一の断面と直交する第二の断面における断面視において、前記第二の領域の第二の断面は、前記第一の領域の第二の断面の片側のみに存在する
    請求項４に記載のセンサ。
  6. 前記センサにおいて、複数の第二の電極が設けられており、前記複数の電極の各々は前記第二の電極であり、
    前記判例回路は、前記複数の第二の電極の静電容量の変化を検出することにより、複数の第二の領域内に前記検知対象が入ったことを検知し、前記複数の第二の領域の各々は前記第二の領域であり、
    平面視において、前記複数の第二の領域は、前記第一の領域の外周を断続的に囲んでいる
    請求項１に記載のセンサ。
  7. 第一の断面における断面視において、前記第一の領域の第一の断面は、前記複数の第二の領域のうちの２つの第二の領域の２つの第一の断面の間にあり、
    前記第一の断面と直交する第二の断面における断面視において、前記第一の領域の第二の断面は、前記複数の第二の領域のうちの２つの第二の領域の２つの第二の断面の間にある
    請求項６に記載のセンサ。
  8. 前記判定回路は、
    前記第一の静電容量が第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が第二の値を超えない場合に検知信号を生成し、
    前記第一の静電容量が第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が第二の値を超える場合に、前記検知信号を生成しない
    請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ。
  9. 前記判定回路は、
    前記第一の静電容量が第一の値を超え、且つ、前記第二の静電容量が第二の値を超えない場合であって、前記第二の静電容量に対する前記第一の静電容量の比率が第三の値以上である場合に、検知信号を生成する
    請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ。
  10. 前記判定回路は、
    前記第一の静電容量が第一の値を超える場合であって、前記第二の静電容量に対する前記第一の静電容量の比率が第三の値以上である場合に、検知信号を生成する
    請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサ。
  11. 断面視において、前記センサの表面から前記第二の領域の断面の先端までの距離は、前記センサの表面から前記第一の領域の断面の先端までの距離よりも長い
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のセンサ。
  12. 前記第三の電極の前記電位が接地電位である
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のセンサ。
  13. 平面視において、前記第一の領域と前記第二の領域とが部分的に重なっている
    請求項１から１２のいずれか１項に記載のセンサ。
  14. 機器を操作するためのスイッチであって、
    検知対象を非接触で検知するためのセンサと、
    前記センサからの検知信号に基づいて、前記機器を操作するための操作信号を生成する制御部とを備え、
    前記センサは、
    第一の電極と、
    前記第一の電極の外側の少なくとも一部に配置された第二の電極と、
    前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された第三の電極と、
    前記第一の電極の静電容量である第一の静電容量の変化を検出することにより、第一の領域内に前記検知対象が入ったことを検知し、前記第二の電極の静電容量である第二の静電容量の変化を検出することにより、第二の領域に前記検知対象が入ったことを検知し、かつ前記第一の静電容量及び前記第二の静電容量に基づいて前記検知信号を生成する判定回路とを備え、
    前記第三の電極の電位は、前記第一の電極の電位及び前記第二の電極の電位よりも負であり、
    平面視において、前記第二の領域は、前記第一の領域の外周の少なくとも一部を囲んでいる
    スイッチ。
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