JP2018137189A - 近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】人体の近接を精度高く検知できる近接センサを提供すること。【解決手段】静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する近接センサ１は、人体の近接を検知するためのセンサ電極１０と、静電容量Ｃｏに電荷を蓄えさせるためにセンサ電極１０に電圧を印加する電線をなすセンサハーネス１１と、を備えており、センサ電極１０に対する印加電圧と等しい電圧が印加されるシールド１２がセンサハーネス１１の外周側に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、静電容量の変化から人体の近接を検知する近接センサに関する。

従来より、人体の近接を検知するセンサ電極を備え、このセンサ電極の静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する静電容量式の近接センサが知られている。このような近接センサとしては、センサ電極の静電容量が蓄える電荷の移動先として比較的大きな基準容量のコンデンサを備えるセンサがある（例えば特許文献１参照。）。

この近接センサは、センサ電極の比較的小さな静電容量の充放電を繰り返して電荷を移動させ、基準容量に電荷を蓄えさせる。センサ電極の静電容量に変化が生じた場合には、基準容量に電荷を蓄えさせるために必要な充放電回数が変化する。例えばセンサ電極に人体が近接して静電容量が大きくなれば、基準容量に所定量の電荷を蓄えさせるために必要な充放電回数が少なくなる。このように、上記の近接センサによれば、センサ電極の静電容量から基準容量への電荷の移動に要する充放電回数の変動という形で、人体の近接によるセンサ電極の静電容量の変化を顕在化できる。

特開２０１０−２７２９９１号公報

しかしながら、前記従来の近接センサでは、次のような問題がある。すなわち、センサ電極に電圧を印加するためのハーネス（電線）には対地間の浮遊容量が生じ、特にハーネスが長い場合では、ハーネスの浮遊容量が大きくなり、人体の近接に応じた静電容量の変化を高感度に検出できなくなるおそれがある。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、人体の近接を感度高く検知できる近接センサを提供しようとするものである。

本発明は、静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する近接センサであって、
人体の近接を検知するためのセンサ電極と、前記静電容量に電荷を蓄えさせるために前記センサ電極に電圧を印加する電線をなす第１の導電体と、を備え、
前記センサ電極に対する印加電圧と等しい電圧が印加される第２の導電体が前記第１の導電体の外周側に配置されている近接センサにある（請求項１）。

本発明の近接センサでは、前記センサ電極に電圧を印加するための前記第１の導電体の外周側に、前記センサ電極の印加電圧と等しい電圧が印加される前記第２の導電体が配置されている。等電位の第２の導電体を前記第１の導電体の外周側に配置すれば、前記第１の導電体に作用し得る対地間の影響を第２の導電体により遮断して抑制でき、前記第１の導電体に生じる浮遊容量を抑制できる。そして、この浮遊容量を抑制できれば、人体が近接したときの静電容量の変化の検出が比較的容易となり感度高く人体を検知できるようになる。

以上のように本発明の近接センサは、人体の近接を高感度に検知できる近接センサである。

実施例１における、近接センサの適用例であるシニア向け手押し車の斜視図。 実施例１における、近接センサの構成を示す回路図。 実施例１における、静電容量の充放電期間のタイムチャート図。 実施例１における、その他の近接センサの構成を示す回路図。 比較例１における、従来の近接センサの構成を示す回路図。 比較例１における、静電容量の充放電期間のタイムチャート図。

本発明の好適な態様を説明する。

本発明の説明における「静電容量に電荷を蓄えさせる」とは、静電容量に相当する疑似的な蓄電部に電荷を蓄えさせることを意味している。近接センサにおいて変化を検出する対象の静電容量の少なくとも一部は、コンデンサなどの実体的な蓄電部等によるものではなく、対地間の浮遊容量などである。そこで、上記のような「静電容量に電荷を蓄えさせる」等の表現を採用している。

本発明における好適な一態様の近接センサは、前記センサ電極に電圧を印加するための駆動回路を有し、該駆動回路が、前記センサ電極に電圧を印加することで前記静電容量に電荷を蓄えさせる充電過程と、前記センサ電極を接地させることにより前記静電容量が蓄える電荷を放電させる放電過程と、を交互に繰り返して実行し、
前記第２の導電体には、前記センサ電極に対する印加電圧と等電位であって、かつ、該印加電圧と同期して変動する電圧が印加される（請求項２）。

例えば、前記静電容量の充放電を繰り返すことで電荷を移動させ、所定量の電荷の移動に要した充放電回数を集計することも良い。例えば、予め所定量の電荷を蓄積しておき、前記静電容量の充放電を繰り返して所定量の電荷がゼロに近くなるまでの充放電回数を集計しても良く、また例えば、前記静電容量の電荷を繰り返し移動させて所定量の電荷を蓄えるまでの充放電回数を集計しても良い。

本発明における好適な一態様の近接センサでは、前記第２の導電体の外周側に、接地状態の第３の導電体が配置されている（請求項３）。
この場合には、前記第２の導電体に電圧を印加する際に生じ得る電気的なノイズ放射を抑制できる。特に、前記静電容量の充放電を繰り返す場合には、前記第２の導電体の印加電圧が速い周期で変動しノイズ放射のおそれが高くなるので、ノイズ放射を抑制できるという前記第３の導電体の作用効果が一層有効になる。

また静電気等の外乱が発生すると、前記静電容量に蓄えた電荷の量が急激に変動したり、前記静電容量の電荷の移動先あるいは移動元が蓄える電荷量が急激に変動し、誤作動が起きるおそれがある。接地された前記第３の導電体を外周側に配置すれば、静電気等の外乱の影響を抑制でき誤作動を未然に回避できる。

本発明における好適な一態様の近接センサにおいて、前記第２の導電体に印加される電圧は、前記センサ電極に対する印加電圧を入力して等電位を出力するボルテージフォロワ回路の出力電圧である（請求項４）。

ボルテージフォロワ回路を採用すれば、前記第２の導電体に電圧を印加するための回路と、前記第１の導電体に電圧を印加するための回路との間で、回路間の相互干渉を抑制できる。前記第２の導電体側の回路動作が、前記第１の導電体側の回路動作に影響を与えるおそれを抑制でき、前記第２の導電体側の回路動作に応じて人体の検知が不安定に陥る状況を未然に回避できる。

本発明における好適な一態様の近接センサが備える導電体は、前記第１の導電体が略軸芯に位置すると共に、略筒状を呈する他の導電体が第１の導電体の外周側に配置された同軸構造を呈している（請求項５）。

同軸ケーブルなどに見られるコアキシャル構造あるいはトライアキシャル構造をなすように前記導電体を配置すれば、対地間の浮遊容量を遮断したり、ノイズ放射を抑制するという作用効果を一層向上できる。また、同軸ケーブルであれば、入手が比較的容易であり調達コストを低減できる。前記他の導電体の形状としては、閉じた断面形状を呈する完全な筒状であっても良く、周方向の一部が欠落した不完全な筒状であっても良い。略筒状とは、前記第１の導電体の外周を取り囲むような形状であることを意味している。

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、静電容量型の近接センサ１に関する例である。この内容について、図１〜図４を用いて説明する。
本例で説明する近接センサ１は、例えば、腰掛け休憩のための座面３４を備える図１に例示のシニア世代向けの手押し車（以下、シルバーカートという。）３０に好適である。同図のシルバーカート３０は、インホイール型のモータ（図示略）が内蔵されたタイヤ３２を有しており、手押しの操作力あるいは操作方向に応じたアシスト力を発生させる。

シルバーカート３０では、手押しハンドル３１に静電容量型の近接センサ１が内蔵されている。近接センサ１が人体を非検知のときは、スタンバイ状態となり、モータが非駆動状態となると共に、タイヤ３２がロックされた非動作状態となる。一方、グリップ部３１０に添えた手（近接した人体）を近接センサ１が検知すると動作状態に切り換わり、手押しの操作が行われたとき、その操作力や操作方向に応じたアシスト力が発生する。

このシルバーカート３０は、手押しハンドル３１から手を離したときにモータが回転せずタイヤ３２がロックされた状態になるので、使用者が意図しない移動を未然に防止でき安全である。一方、手押しハンドル３１に手を添えれば自動的にロックが解除されると共にアシスト力を発生可能な動作状態に移行する。そのため、使用者側では、非動作状態と動作状態との切換操作等を別段意識することなく、アシストのない通常のシルバーカートと同様に使用でき便利である。

シルバーカート３０には、手荷物や傘などを収容するための物入れ３３が設けられ、物入れ３３の底側のスペースに図示しない制御基板やバッテリ等が収納されている。この制御基板には、ＣＰＵやメモリやＩ／Ｏなどを１チップ化したマイコン２０（図２参照。）を中心として、モータやブレーキを制御するアシスト制御回路（図示略）や、近接センサ１を構成する駆動回路２（図２）などが形成されている。制御部としてのマイコン２０は、アシスト制御回路や駆動回路２を動作させるための各種制御信号をクロックに同期して出力する。

次に、シルバーカート３０が備える近接センサ１の電気的な構成について図２を参照して詳しく説明する。
本例の近接センサ１は、検知部をなすセンサ電極１０に生じる静電容量の変化を検出することで人体の近接を検知する静電容量型のセンサである。この近接センサ１は、センサ電極１０への充放電を繰り返すことで電荷を”汲み出し”、所定の電荷の”汲み出し”に要した充放電の繰り返し回数の変動に応じて静電容量の変化を検出する。

近接センサ１は、図２のごとく、検知部をなすセンサ電極１０のほか、このセンサ電極１０に生じる静電容量の充放電を制御する駆動回路２を有している。上記のように、センサ電極１０は手押しハンドル３１に配置されている一方、駆動回路２は物入れ３３の底側に収納された制御基板に形成されている。そして、センサ電極１０と駆動回路２とは、シルバーカート３０の骨組みをなす金属製のフレーム３６（図１）に沿って取り回しされたセンサハーネス１１（第１の導電体の一例。図１では図示略。）を介して電気的に接続されている。本例のシルバーカート３０の場合、このセンサハーネス１１の長さがおよそ１Ｍとなっている。

特に、本例の近接センサ１では、センサハーネス１１の外周側に第２の導電体の一例をなすシールド１２が配置されている。詳しくは後述するが、近接センサ１では、シールド１２を採用することでセンサハーネス１１に生じ得る対地間の浮遊容量を低減し、センサハーネス１１の長さや取り回しに起因する悪影響を未然に回避している。

なお、本例では、軸芯に位置するセンサハーネス１１に対して編組線による筒状のシールド１２を外挿配置した同軸構造を採用している。このような同軸構造は、周知の同軸ケーブルと同様の構造であり、市販の同軸ケーブルを利用すればシールド１２とセンサハーネス１１との同軸構造を低コストで実現できる。

検知部としてのセンサ電極１０は、例えば銅テープのようなテープ状の導電材料により構成されている。本例のシルバーカート３０では、手押しハンドル３１の持ち手をなす略円筒形状のラバー製のグリップ部３１０の内周面にテープ状の導電材料を貼付することでセンサ電極１０が形成されている。また、グリップ部３１０の内側では、センサ電極１０に対して間隙を空けて対向配置された電極が設けられている。この電極は、仮想グランドとして作用するフレームと容量結合されてＧＮＤ（グランド）電極（図示略）として機能する。

センサ電極１０とＧＮＤ電極との間には、人体が近接していない無負荷状態において浮遊容量（センサ電極浮遊容量Ｃｆｓという。）が発生している。一方、センサ電極１０に人体が近接する負荷状態では、センサ電極浮遊容量Ｃｆｓに加えて、センサ電極１０と人体との間に浮遊容量（ターゲット容量Ｃｘという。）が発生する。つまり、本例の近接センサ１では、無負荷状態のとき、センサ電極浮遊容量Ｃｆｓがセンサ電極１０の静電容量Ｃｏとなり、負荷状態のとき、センサ電極浮遊容量Ｃｆｓにターゲット容量Ｃｘが加算されて両者の合計がセンサ電極１０の静電容量Ｃｏとなる。

前記駆動回路２は、制御部としてのマイコン２０のほか、上記の所定量の電荷の供給源となる基準容量Ｃｓに電荷を蓄積させる基準容量蓄積部２１と、基準容量Ｃｓの電荷をセンサ電極１０の静電容量Ｃｏに移動させる充放電部２２と、シールド１２の印加電圧（シールド電圧Ｖｓｈ）を制御するシールド電圧制御部２３と、基準容量Ｃｓが蓄える電荷量に関する閾値判断を実施する移動完了判定部１５と、を含んで構成されている。

マイコン２０は、充放電部２２による充放電回数を計数する手段としての機能、及び人体の近接を判定する手段としての機能を備えている。シルバーカート３０では、マイコン２０による判定結果が近接センサ１の検知結果として取り扱われ、上記のモータやブレーキの制御に活用される。マイコン２０が実現する上記の機能の内容については後で詳しく説明する。

基準容量蓄積部２１は、基準容量Ｃｓをなす基準コンデンサと、電源Ｖｃｃに接続された基準コンデンサと並列をなすスイッチＳＷ１と、を含む回路である。基準容量蓄積部２１は、スイッチＳＷ１が閉じたときに基準容量Ｃｓの電荷を放電させるように構成されている。なお、スイッチＳＷ１の制御信号としてマイコン２０が出力するパルス信号（後述するリセットパルスＳｒｅｓ）のパルス幅は、基準容量Ｃｓの電荷を放電させるために十分な時間幅が確保されている。したがって、近接センサ１では、マイコン２０がパルス信号を出力する毎に基準容量Ｃｓが放電されることになる。なお、以下の説明において、基準容量Ｃｓが蓄える電荷量に応じて上記の基準コンデンサの端子とＧＮＤ間に生じる電圧を基準容量電圧Ｖｓという。

充放電部２２は、センサ電極１０の静電容量Ｃｏの充放電を繰り返すことにより、基準容量Ｃｓから電荷を取り出すための回路である。比喩的には、大きなバケツ（基準容量Ｃｓ）の水（電荷）を小さなコップ（静電容量Ｃｏ）で汲み出すための回路と表現できる。充放電部２２は、基準コンデンサ（基準容量Ｃｓ）とＧＮＤ（グランド）との間で直列接続されたスイッチＳＷ２ａ及びスイッチＳＷ３ａを含んで構成されている。スイッチＳＷ２ａとスイッチＳＷ３ａとの中間には、センサ電極１０とは反対側のセンサハーネス１１の端部が電気的に接続されている。

詳しくは図３を参照して後述するが、スイッチＳＷ２ａとスイッチＳＷ３ａとは、マイコン２０により逆位相で開閉動作を行うように制御される。スイッチＳＷ２ａが閉、かつ、スイッチＳＷ３ａが開のときには、基準容量Ｃｓが蓄える電荷量に応じた基準容量電圧Ｖｓがセンサ電極１０に対する印加電圧（センサ電極電圧Ｖｓｅｎという。）として作用し、基準容量Ｃｓの電荷が移動してセンサ電極１０の静電容量Ｃｏが充電される。一方、スイッチＳＷ２ａが開、かつ、スイッチＳＷ３ａが閉のときには、センサ電極１０が接地されてセンサ電極電圧Ｖｓｅｎがゼロとなると共に、静電容量Ｃｏの電荷がＧＮＤ側に放電される。

シールド電圧制御部２３は、上記の基準容量電圧Ｖｓと等電位を生成するボルテージフォロワ回路１４と、このボルテージフォロワ回路１４とＧＮＤとの間で直列接続されたスイッチＳＷ２ｂ及びスイッチＳＷ３ｂと、を含んで構成されている。

オペアンプを利用する本例のボルテージフォロワ回路１４は、増幅率１の非反転回路であり、非反転入力端子（＋）の入力電位と等電位の電圧を出力する。非反転入力端子（＋）に基準容量電圧Ｖｓが作用する図２のボルテージフォロワ回路１４は、基準容量電圧Ｖｓと等電位を出力する。

一般的にオペアンプは、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いという電気的特性を有している。入力インピーダンスが高いため、オペアンプの入力端子にはごくわずかな電流しか流入せず、入力側の基準容量蓄積部２１の動作が影響を受けるおそれが少なくなっている。また、出力インピーダンスが低いため、出力側の変動によって入力側の基準容量蓄積部２１が影響を受けるおそれが少なくなっている。このようにボルテージフォロワ回路１４によれば、信号の伝達方向を入力側から出力側への一方向に規制でき、入力側の回路動作と出力側の回路動作との相互干渉を少なくできる。

シールド電圧制御部２３のスイッチＳＷ２ｂは、前記充放電部２２のスイッチＳＷ２ａと共に１入力２接点の２連スイッチをなしスイッチＳＷ２ａと同期して開閉する。また、スイッチＳＷ３ｂは、スイッチＳＷ３ａと２連スイッチをなし同期して開閉する。上記の通り、充放電部２２のスイッチＳＷ２ａ及びスイッチＳＷ３ａは、センサ電極１０に基準容量電圧Ｖｓを印加するか接地するかを切替できるように逆位相で開閉する。したがって、シールド電圧制御部２３のスイッチＳＷ２ｂ及びスイッチＳＷ３ｂは、充放電部２２と同様に逆位相で開閉し、ボルテージフォロワ回路１４の出力電圧をシールド１２に印加するか、シールド１２を接地するかを切り替えるように動作する。

充放電部２２のスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ３ａと同期して開閉するスイッチＳＷ２ｂ、ＳＷ３ｂによれば、センサ電極電圧Ｖｓｅｎと同位相を形成できる。また、上記の通りボルテージフォロワ回路１４の出力電圧は、基準容量電圧Ｖｓと等電位となっている。したがって、シールド電圧制御部２３によれば、センサ電極１０に作用するセンサ電極電圧Ｖｓｅｎと等電位、かつ、同位相のシールド電圧Ｖｓｈをシールド１２に作用できる。

移動完了判定部１５は、予め設定された閾値電圧ｒｅｆと基準容量電圧Ｖｓとの比較を行うコンパレータ回路であり、例えばオペアンプを利用して構成可能である。図２の例では、オペアンプの反転入力端子（−）に基準容量電圧Ｖｓが入力され、非反転入力端子（＋）に閾値電圧ｒｅｆが入力されている。この移動完了判定部１５では、基準容量電圧Ｖｓが閾値電圧ｒｅｆを下回ったとき、オペアンプが出力する終了判定信号ＶｊｄがＯＦＦからＯＮに切り換わる。なお、オペアンプの終了判定信号Ｖｊｄは、図２に示す通り、マイコン２０に入力される。

次に、近接センサ１の動作について説明する。以下、駆動回路２による制御内容を中心にして図３（ａ）のタイムチャートを参照しながら近接センサ１の動作を説明する。なお、図３のタイムチャートは、人体が近接していない無負荷状態下の動作を例示している。

マイコン２０が出力するリセットパルスＳｒｅｓに応じてスイッチＳＷ１が閉に切り替わると、基準容量Ｃｓの電荷が放電される。ここで、上記の通りリセットパルスＳｒｅｓのパルス幅は基準容量Ｃｓの放電時間に対して十分な時間が確保されているため、リセットパルスＳｒｅｓを契機として基準容量Ｃｓを完全に近く放電できる。また、マイコン２０は、基準容量Ｃｓの充電契機となるリセットパルスＳｒｅｓの立下りに応じて、上記の充放電回数をゼロリセットする。

マイコン２０は、基準容量Ｃｓが放電されてＶｓ電位がＶｃｃ電位となった後、逆位相のパルス信号である充電制御クロックＳｓｃ、放電制御クロックＳｓｄを交互にＯＮに切り替える充放電サイクルＴｃ（図３参照。）を繰り返し実行する。充電制御クロックＳｓｃは、充放電部２２のスイッチＳＷ２ａの開閉動作を制御するパルス信号であり、放電制御クロックＳｓｄはスイッチＳＷ３ａの開閉動作を制御するパルス信号である。したがって、充電制御クロックＳｓｃ及び放電制御クロックＳｓｄが交互にＯＮに切り替わる充放電サイクルＴｃでは、スイッチＳＷ２ａとスイッチＳＷ３ａとが交互に開に切り替わる。

上記の通りスイッチＳＷ２ａが閉で、スイッチＳＷ３ａが開であれば、基準容量電圧Ｖｓがセンサ電極電圧Ｖｓｅｎとしてセンサ電極１０に作用し、基準容量Ｃｓが蓄える電荷がセンサ電極１０側に移動して静電容量Ｃｏが充電される（充電過程）。一方、スイッチＳＷ２ａが開で、スイッチＳＷ３ａが閉であれば、センサ電極１０が接地されてセンサ電極電圧Ｖｓｅｎがゼロとなり、静電容量Ｃｏの電荷がＧＮＤ側に放電される（放電過程）。なお、充電制御クロックＳｓｃ、放電制御クロックＳｓｄのパルス幅については、静電容量Ｃｏの充放電に充分な時間幅が設定されている。

充放電サイクルＴｃにおいて充放電が１回行われると、静電容量Ｃｏ分だけ基準容量Ｃｓの電荷が増加し、これに伴って基準容量電圧Ｖｓの低下が発生する。静電容量Ｃｏの充放電の繰り返し期間である充放電期間（図３）においては、静電容量Ｃｏの充電が行われる毎に基準容量Ｃｓの電荷が段階的に減少し、これに伴って基準容量電圧Ｖｓが段階的に低下する。

上記の通り、基準容量電圧Ｖｓは、駆動回路２の移動完了判定部１５により監視されている。この基準容量電圧Ｖｓが閾値電圧ｒｅｆを下回ったとき、マイコン２０に入力される終了判定信号ＶｊｄがＯＦＦからＯＮに切り替わる。

駆動回路２を構成するマイコン２０は、上記のようにリセットパルスＳｒｅｓを出力した後、ゼロスタートで充放電回数の計数を開始する。そしてその後、移動完了判定部１５の終了判定信号ＶｊｄがＯＮに切り替わるまでの充放電期間において充放電回数の計数を継続する。

マイコン２０は、逆位相の充電制御クロックＳｓｃ及び放電制御クロックＳｓｄのＯＮ、ＯＦＦが入れ替わる充放電サイクルＴｃを１回実行させる毎に充放電回数を１回ずつ加算する。そして、終了判定信号ＶｊｄがＯＮに切り替わったときに充放電回数を確定し、確定した充放電回数について閾値処理を実行する。充放電期間の充放電回数が所定の閾値未満であったとき、マイコン２０が人体の近接を判定し、この判定結果が近接センサ１の検知結果となる。

ここで、図３（ａ）のタイムチャートにおいて顕著に現れている近接センサ１の技術的特徴を説明する。このタイムチャートの通り、シールド電圧Ｖｓｈはセンサ電極電圧Ｖｓｅｎと等電位、かつ、同位相となっている。近接センサ１では、センサ電極１０にセンサ電極電圧Ｖｓｅｎを作用するためのセンサハーネス１１の外周が、このシールド電圧Ｖｓｈが作用するシールド１２により取り囲まれている。

シールド１２を設けた効果については、１Ｍのセンサハーネス１１の近接センサ１のタイムチャート（図３（ａ））と、０．１Ｍという極端に短いセンサハーネス１１の近接センサ１のタイムチャート（図３（ｂ））と、の比較において明らかになる。

仮に、基準容量Ｃｓの電荷の移動経路をなすセンサハーネス１１に浮遊容量（ハーネス浮遊容量Ｃｆｈという。）が生じている場合、当然ながら、センサハーネス１１が長くなれば、その長さに比例してハーネス浮遊容量Ｃｆｈが大きくなる。そうすると、電荷の供給源である基準容量Ｃｓ側からセンサ電極１０側を見込む静電容量Ｃｏにハーネス浮遊容量Ｃｆｈが追加され、電荷の移動先である静電容量Ｃｏが大きくなる。そして当然に、静電容量Ｃｏが大きくなれば、基準容量Ｃｓの電荷を移動するための充放電回数が少なくなり充放電期間（図３参照。）が短くなるはずである。なお、このような傾向については、シールドを持たない従来の近接センサ１に関する比較例１を参照して後で詳しく説明する。

一方、本例の近接センサ１の場合、図３（ａ）（ｂ）のタイムチャートの比較において明らかなように、センサハーネス１１の長短の違いがあっても、充放電期間に有意な差が生じていない。すなわち、近接センサ１では、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈがゼロに近く低減されているため、センサハーネス１１を長くした場合にもハーネス浮遊容量Ｃｆｈの増加分がゼロに近く抑制されている。そのため、センサハーネス１１が長い場合と短い場合とで、電荷の移動先としての静電容量Ｃｏの大きさに違いが発生せず、充放電期間に有意な差が生じていない。なお、上記のことから、図２ではハーネス浮遊容量Ｃｆｈを図示していない。ハーネス浮遊容量Ｃｆｈについては、比較例１に関する図５中に図示してある。

以上の通り、センサハーネス１１の外周側にシールド１２を設け、センサ電極電圧Ｖｓｅｎと等電位、かつ、同位相のシールド電圧Ｖｓｈをシールド１２に作用させる本例の近接センサ１では、このシールド１２の作用によりハーネス浮遊容量Ｃｆｈがゼロに近く低減されている。

近接センサ１では、センサハーネス１１が長くなった場合であっても、電荷の移動先としての静電容量Ｃｏが大きくならず、人体の近接に応じた静電容量Ｃｏの変化を高感度に検出できる。また、センサハーネス１１に対するＧＮＤの影響がシールド１２によって遮断されているので、金属製のフレーム３６に沿わせてセンサハーネス１１を敷設したときにもハーネス浮遊容量Ｃｆｈが大きくなるおそれがない。

このように本例の近接センサ１では、変化を検出する対象の静電容量Ｃｏがセンサハーネス１１の長さや取り回しによって大きく変動するおそれがない。それ故、この近接センサ１は、センサ電極１０と駆動回路２（制御基板）との位置関係など配置の制約が少なく組み込み自由度が高いセンサとなっている。また、センサハーネス１１の長さや取り回しによって人体を検知する感度が変動するおそれが少なくなっており、組み込み後に感度の調整等を行う必要性が少なくなっている。

仮にハーネス浮遊容量Ｃｆｈが大きい場合、仮想グランドとして作用するフレームとセンサハーネス１１との間隙が変動すれば、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈが変動するおそれがある。また、屋外使用の場合、その間隙に雨水等の水滴が付着すれば、その水滴がブリッジとなってハーネス浮遊容量Ｃｆｈが大きく変動するおそれがある。このようにハーネス浮遊容量Ｃｆｈが変動すると、人体が近接していなくても静電容量Ｃｏが増加し誤検知が発生する可能性が生じる。一方、センサハーネス１１の外周にシールド１２を設けた本例の近接センサ１では、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈが変動するおそれが少なく上記のような誤検知が未然に回避されている。

以上のように本例の近接センサ１は、センサハーネス１１の長短や取り回し等に影響を受けることなく感度高く人体を検知できる優れた特性のセンサである。

本実施形態の構成に代えて、あるいは加えて以下のような構成を採用することも良い。また、以下の各構成を適宜組み合わせて採用することも良い。
図４のごとく、シールド電圧を印加するシールド１２の外周側にさらに接地シールド１３（第３の導電体の一例）を設けることも良い。接地された円筒状の接地シールド１３をシールド１２に外挿配置すれば、シールド電圧Ｖｓｈやセンサ電極電圧Ｖｓｅｎを高い周波数で切り替える際に生じ得るスイッチングノイズ等の外部放射を抑制できる。例えば無線ＬＡＮルータや、テレビ受像機や、ラジオ受信機など他の電子機器の正常動作に、近接センサ１が影響を及ぼすおそれを低減できる。

また、図４の接地シールド１３によれば、外乱ノイズによる誤作動を未然に回避できる。例えば、静電気等の外乱ノイズによる充放電が発生して基準容量Ｃｓの電荷が急激に変動すれば、上記の充放電回数が変動して誤検知や検知漏れが発生するおそれがある。接地シールド１３によれば、静電気等の外乱ノイズによる基準容量Ｃｓの充放電や、静電容量Ｃｏの充放電などを未然に回避できる。

シールド１２は、センサハーネス１１の長さ方向の全体に配置しても良いし、センサハーネス１１の長さ方向の一部の範囲のみに配置しても良い。この場合であっても、シールドがない場合と比較して、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈの低減に一定の効果がある。
本例では、センサハーネス１１に対して円筒状のシールド１２を同軸構造とし、センサハーネス１１の外周全周に渡ってシールド１２を対面させている。これに代えて、センサハーネス１１の外周全周のうちの一部にシールドを設けることも良く、この場合であっても、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈの低減に効果がある。
シールド１２の断面形状としては、本例の筒状の断面形状である円形状に代えて、多角形状であっても良い。さらに、シールド１２としては、本例の編組線の他、金属箔を用いても良い。

近接センサ１の構成は、シルバーカート３０のほか、様々な適用を想定できる。自動車のドアや、タッチ操作式の水栓やガス器具や、ドリルや芝刈り機等の電動工具あるいは電動作業具等に、本例の近接センサ１を適用することも良い。本例の近接センサ１を適用すれば、センサハーネス１１の長さや取り回しに依らず、高感度かつ高精度な把持検知や着席検知や近接検知等の人体の検知が可能となる。

（比較例１）
本例の近接センサ１との対比のため、従来の近接センサ８を比較例として図５及び図６を参照して説明する。
この近接センサ８は、図５に示す通り、シールド１２やシールド電圧制御部２３等を有していない点で実施例１の近接センサとは相違している。

図６のタイムチャートは、１Ｍのセンサハーネス１１を備える近接センサ８（同図（ａ））、及び０．１Ｍのセンサハーネス１１を備える近接センサ８（同図（ｂ））について、無負荷状態下の充放電期間の長さを比較するチャートである。同図から明らかなように、この近接センサ８では、センサハーネス１１の長さの相違によって充放電期間に時間差が生じている。すなわち、近接センサ８では、センサハーネス１１の長さの相違によって、静電容量Ｃｏに大きな差が生じており、充放電期間が約２倍となるほどの大きな時間差として静電容量Ｃｏの差が顕在化している。

図６（ａ）（ｂ）に対応する近接センサ８を比較した場合、無負荷状態であることからいずれもターゲット容量Ｃｘ（図５参照。）がゼロであり、さらに、センサ電極１０が共通であることからセンサ電極浮遊容量Ｃｆｓが等しくなっている。したがって、静電容量Ｃｏの差のほとんどは、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈの差に起因したものということになる。すなわち、同図の近接センサ８では、センサハーネス１１に比較的大きなハーネス浮遊容量Ｃｆｈが生じており、１Ｍと０．１Ｍというセンサハーネス１１の長さに起因し、充放電期間が約２倍になるほどの静電容量Ｃｏの大きな容量差が生じている。

センサハーネス１１のハーネス浮遊容量Ｃｆｈが大きい場合、例えば以下の（１）〜（３）の問題等が生じる。
（１）ハーネス浮遊容量Ｃｆｈが大きいと、人体が近接したときの静電容量Ｃｏのうち人体に起因するターゲット容量Ｃｘの割合が相対的に小さくなり、人体の近接に応じた静電容量Ｃｏの変化率が小さくなる。そうすると、人体の近接に応じた静電容量Ｃｏの変化を高感度に検出できなくなる可能性が高い。

（２）センサハーネス１１の長さによって静電容量Ｃｏが大きく変動するため、センサハーネス１１の長さや取り回しに応じて静電容量Ｃｏの変化を検出するための閾値等を設定し直す必要が生じる。センサハーネス１１の長さや取り回しが異なる仕様毎に、閾値等を再設定するための”現物合わせ”の作業が個別に必要となり、製品コストの上昇が誘発される。

（３）実施例１のシルバーカート３０の場合、金属製のフレーム３６に沿うようにセンサハーネス１１が敷設されている。このように製品に近接センサを組み込む場合、フレーム（図１中の符号３６）やパネル等、金属製の部材に沿ってセンサハーネス１１が敷設される場合が多くなる。このような場合、フレームに手が触れたり、ハンドバッグの金具等がフレームに接触したとき等、ハーネス浮遊容量Ｃｆｈが急激に大きくなる可能性があり静電容量Ｃｏの変動が生じる。このような静電容量Ｃｏの変動は、実際に人体が近接した場合の静電容量Ｃｏの変動との識別が難しく人体の誤検知を誘発する。このような誤検知対策としては、静電容量Ｃｏの変化を検出するための閾値等を低感度側に設定する必要があり、感度や精度が損なわれる。

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

１、８ 近接センサ
１０ センサ電極
１１ センサハーネス（第１の導電体）
１２ シールド（第２の導電体）
１３ 接地シールド（第３の導電体）
１４ ボルテージフォロワ回路
１５ 移動完了判定部
２ 駆動回路
２０ マイコン
２１ 基準容量蓄積部
２２ 充放電部
２３ シールド電圧制御部
３０ シルバーカート
３１ 手押しハンドル
３１０ グリップ部
Ｃｏ 静電容量
Ｃｆｈ ハーネス浮遊容量
Ｃｆｓ センサ電極浮遊容量
Ｃｓ 基準容量
Ｃｘ ターゲット容量

Claims (5)

1. 静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する近接センサであって、
   人体の近接を検知するためのセンサ電極と、前記静電容量に電荷を蓄えさせるために前記センサ電極に電圧を印加する電線をなす第１の導電体と、を備え、
   前記センサ電極に対する印加電圧と等しい電圧が印加される第２の導電体が前記第１の導電体の外周側に配置されている近接センサ。
2. 請求項１において、前記センサ電極に電圧を印加するための駆動回路を有し、該駆動回路が、前記センサ電極に電圧を印加することで前記静電容量に電荷を蓄えさせる充電過程と、前記センサ電極を接地させることにより前記静電容量が蓄える電荷を放電させる放電過程と、を交互に繰り返して実行し、
   前記第２の導電体には、前記センサ電極に対する印加電圧と等電位であって、かつ、該印加電圧と同期して変動する電圧が印加される近接センサ。
3. 請求項１または２において、前記第２の導電体の外周側に、接地状態の第３の導電体が配置されている近接センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記第２の導電体に印加される電圧は、前記センサ電極に対する印加電圧を入力して等電圧を出力するボルテージフォロワ回路の出力電圧である近接センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、前記導電体は、前記第１の導電体が略軸芯に位置すると共に、略筒状を呈する他の導電体が第１の導電体の外周側に配置された同軸構造を呈している近接センサ。

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