JP4087340B2 - 近接センサ - Google Patents

Description

本発明は、装備対象物に備えられ且つ当該装備対象物の開口に人の手又は指が挿入されたことを検出する近接センサに関する。

この種の近接センサについては、自動車のドアポケットに備えられたランプ等を簡単な操作で自動的に点灯させるランプ自動点灯装置のセンサとして使用される場合がある。

従来の近接センサは、ドアポケットの周辺に配置された触感電極と、触感電極の電圧変化を検出する電圧検出回路等とを有しており、人の手や指が触感電極に接触すると、触感電極が人体を介して接地されることから、触感電極の電圧変化を検出して、人の手等の近接を検知するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５５−１６３０３号公報

しかしながら、上記従来例による場合、触感電極を露出させて配置することが必要である以上、何らかの導電物体が触感電極に接触して触感電極が接地されたときには、電源回路等が異常に発熱して破損するおそれがあり、安全性という点で問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、電極板を露出して配置することなく人の手等の近接を検知することができる近接センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の近接センサは、装備対象物に形成され且つ人の手又は指が挿入される開口の周辺位置に露出させることなく配設された一対の電極板と、所定周波数の電気信号を生成するとともに一方の電極板に出力する発振部と、他方の電極板から出力された電流を電圧に変換して出力する電圧変換部とを具備したことを特徴としている。

また、他方の電極板の外側に近接して配設されたシールド電極と、高インピーダンス入力−低インピーダンス出力である回路部であり、他方の電極板が入力側、シールド電極が出力側に各々接続されたインピーダンス変換部とを構成的に付加することが望ましい。

さらに、電圧変換部の出力段に設けられており、基準電圧を調整可能に生成する一方、電圧変換部の出力電圧と当該基準電圧との差分を求め、この差分電圧を増幅した電圧を出力する出力調整部を構成的に付加することが望ましい。同様に、電圧変換部は、他方の電極板から出力された電流の電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサに蓄えられた電荷を放電する抵抗とを有した構成である場合、当該抵抗の抵抗値が調整可能にした構成にすることが望ましい。

本発明の請求項１に係る近接センサによる場合、装備対象物の開口の周辺位置に配設された一対の電極板により構成されるコンデンサのキャパシタンスが開口に人の手等が挿入されたときに変化することを利用し、人の手等の近接を検知する構成となっているので、電極板を露出して配置しなくても人の手等の近接を検知することができる。そのため、従来例による場合とは異なり、電極板が接地されるおそれがなく、これに伴って電源等が異常に発熱して破損することもなくなり、安全性の向上を図ることが可能になる。

また、人の手等が装備対象物の開口にゆっくり挿入されたときと素早く挿入されたときでは、コンデンサから出力される電流、ひいては電圧変換部の出力電圧の変化率に違いが現れる。即ち、出力電圧の大きさの変化により装備対象物の開口に人の手等が挿入されたか否かが判るが、その変化率により人の手等が素早く挿入されたゆっくり挿入されたかも判ることになる。それ故、センサとしての高性能化を図ることが可能になる。

本発明の請求項２に係る近接センサによる場合、他方の電極板の外側にシールド板が近接して配設されるとともにシールド板が他方の電極板と同電位にされ、これにより他方の電極板がシールド板により静電シールドされる構成となっているので、一対の電極板により構成されるコンデンサが静電的なノイズの影響を受け難くなり、この点で検知精度が高まり、センサとしての高性能化を図ることが可能になる。

本発明の請求項３又は４に係る近接センサによる場合、出力電圧のレベルを任意に調整することが可能な構成となっているので、同センサを用いて判定する回検知信号を受ける側の一対の電極板がいかなる装備対象物に備えられたとしても、出力電圧のレベルを適切に調整することができ、この点でセンサとしての高性能化を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る近接センサを図面を参照しながら説明する。図１は同近接センサの回路図、図２は同センサの電極板が取り付けられる自動車のドアを示す概略的斜視図、図３は同ドアの概略的断面図である。

ここに掲げる近接センサＡは、図２に示すように自動車のドアＢ（装備対象物）に備えられたドアポケットランプＣを簡単な操作で自動的に点灯させるランプ自動点灯装置のセンサとして使用されているものであり、その回路構成については図２に示す通りとなっている。

即ち、自動車のドアポケットＤの開口Ｅの周辺位置に配設された一対の電極板１１、１２と、所定周波数の電気信号を生成するとともに電極板１１に出力する発振部２０と、電極板１２から出力された電流を電圧に変換して出力する電圧変換部３０と、電圧変換部の出力段に設けられた出力調整部４０とを具備している。以下、各部を詳しく説明する。

発振部２０は、ここでは３個のインバータを用いたリング発振器を用いており、数百ＫＨｚの矩形波の発振信号を生成する回路構成となっている。

電極板１１、１２は、本実施形態ではドアＢの開口Ｅの周辺位置に露出させることなく互いに対向して配設されている。即ち、電極板１１はドアＢの開口Ｅ寄りの内部に設けられている一方、電極板１２はドアポケットＤの開口Ｅ寄りの内部に設けられている。

このように電極板１１、１２によりコンデンサが構成されるが、開口Ｅに人の手又は指が挿入されたりすると、そのキャパシタンスが変化するようになっている。また、電極板１２の外側に近接してシールド電極５０が電極板１２と対向して配設されている。

電極板１２の出力段には電圧変換部３０だけでなくインピーダンス変換部６０の入力側が接続されている。またインピーダンス変換部６０の出力側にはシールド電極５０が接続されている。

インピーダンス変換部６０は、高インピーダンス入力−低インピーダンス出力である回路部であって、ここではオペアンプを用いたボルテージフォロワを用いている。インピーダンス変換部６０は高インピーダンス入力であることから、電極板１２から出力される電流は電圧変換部３０にのみ出力される一方、シールド電極５０が電極板１２と同電位にされるようになっている。発振部２０から出力される発振信号は電極板１１、１２から構成されるコンデンサを介して電圧変換部３０に出力される。このような回路とシールド電極５０とを電気的に分離するために、電極板１２とシールド電極５０との間にインピーダンス変換部６０が設けられている。

電圧変換部３０は、電極板１２から出力された電流の電荷を蓄えるコンデンサ３１と、コンデンサ３１に蓄えられた電荷を放電する抵抗３２と、電極板１２から出力された電流パルスの負成分のみをコンデンサ３１に出力させるための２つのダイオード３３と、コンデンサ３１の出力段に接続された反転増幅回路３４とを有しており、電極板１２から出力された電流の大きさをコンデンサ３１の出力電圧に変換した後、反転増幅して出力する構成となっている。しかも抵抗３２については、その抵抗値を調整可能にするために可変抵抗器を用いている。

出力調整部４０は、電源電圧を分圧して基準電圧αを調整可能に生成する抵抗４１と、反転増幅器３４の出力電圧と基準電圧αとの差分を求め、この差分電圧を増幅した電圧を検出信号βとして出力する差動増幅回路４２とを有した構成となっている。抵抗４１については、基準電圧αを調整可能にするために可変抵抗器を用いている。

このような構成の近接センサＡのうち電極板１１、１２及びシールド電極５０を除いた回路部分についてはドアＢの内部の図２（ａ）に示すＦ部分に取り付けられている。近接センサＡから出力された検出信号βは、ドアポケットランプＣを自動的に点灯させるランプ自動点灯装置（図示省略）の制御回路に導かれている。

ランプ自動点灯装置は具体的には自動車の電気系統を集中的に管理するコンピュータである。そのコンピュータのアナログ入力ポートに近接センサＡが接続されている。同装置においては近接センサＡから出力された検出信号βの電圧を常時監視するとともに、その電圧レベル及び変化率によりドアポケットランプＣの点灯／消灯を制御するようになっている。

本実施形態では、近接センサＡから出力された検出信号βの電圧がＬレベルであるときは、人の手等がドアポケットＤの開口Ｅに挿入されていないとして、同装置によりドアポケットランプＣを消灯状態に維持する。これは、近接センサＡから出力された検出信号βの電圧がＬレベルからＨレベルに変化したとしても、そのときの電圧の変化率が所定値未満であるときも同様である。一方、近接センサＡから出力された検出信号βの電圧がＬレベルからＨレベルに変化し且つそのときの電圧の変化率が所定値以上であるときは、人の手等がドアポケットＤの開口Ｅに挿入されたとして、同装置によりドアポケットランプＣを点灯状態にする。その後、検出信号βの電圧がＬレベルに戻ってから数秒後に自動的に消灯状態に戻すようになっている。

以下、上記のように構成された近接センサＡの動作について説明する。発振器２０から出力された発振信号は電極板１１、１２により構成されるコンデンサにより微分される。即ち、発振信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで電極板１２から出力される電流が正負にパルス状に変化する。その後、正側の電流パルスはダイオード３３で阻止され、その結果、負側の電流パルスのみがコンデンサ３１にチャージされ、このときの電荷が電流零期間において抵抗３２で放電される。

このように充放電が繰り返し行われる過程で現れるコンデンサ３１の両端電圧は電極板１１、１２により構成されるコンデンサのキャパシタンスにより変化する。開口Ｅに人の手等が挿入された状態では、挿入されていない状態に比べて同コンデンサのキャパシタンスが大きくなることから、これに伴ってコンデンサ３１の両端電圧が大きくなる。

また、開口Ｅに人の手等が素早く挿入された場合、ゆっくり挿入された場合に比べて同コンデンサのキャパシタンスの変化率が大きくなり、これに伴ってコンデンサ３１の両端電圧の変化率も大きくなる。このようなコンデンサ３１の両端電圧については反転増幅回路３３により反転増幅された後、出力調整部４０により基準電圧αの分だけ差し引かれ、差し引かれた電圧を増幅した電圧が検出信号βとして出力されるようになっている。

よって、近接センサＡから出力される検出信号βの電圧がＬレベルであるときは、人の手等が全く開口Ｅに挿入されていない又は人の手等が完全に開口Ｅに挿入されていない状態を示す一方、検出信号βの電圧がＨレベルであるときは、人の手等が完全に開口Ｅに挿入されている状態を示すことになる。検出信号βの電圧がＬレベルからＨレベルに変化する際の電圧の変化率が小さいときには、人の手等がゆっくり開口Ｅに挿入されている状態を示す一方、その電圧の変化率が大きいときには、人の手等が素早く開口Ｅに挿入されている状態を示すことになる。それ故、近接センサＡにより人の手等が開口Ｅに挿入されたか否か等を正確に検知することが可能になる。

この点、ドアポケットＤ内に本や小銭等の小物が入れられており、これが自動車の走行途中にその揺れにより移動したとしても、電極板１１、１２により構成されるコンデンサのキャパシタンスの変化が小さいことから誤検知することがない。

上記ランプ自動点灯装置においては近接センサＡを使用して人の手等が開口Ｅに挿入されたか否かの判定し、その判定結果に応じてドアポケットランプＣの点灯／消灯の制御を行うことは上記した通りであるが、その判定基準となる検出信号βのＬレベル及びＨレベルの値が抵抗３２又は抵抗４１を用いて任意に調整可能であることから、結果として、ドアポケットランプＣの点灯／消灯の制御が誤って行われることがない。

ところで、自動車のドアポケットランプＣは車内のシートに座った人がその状態でドアポケットＤを用いたときの便宜を考慮して設けられているものである。よって、自動車のドアガラスを開けた状態でドアポケットＤの開口Ｅに車外から手を入れたときにはドアポケットＤを点灯させる必要がない。

この点、近接センサＡにおいては、シールド板５０が電極板１２の内側（シート側）に配置され且つ電極板１２と同電位にされており、電極板１２がシールド板５０により静電シールドされ、同コンデンサが静電的なノイズの影響を受け難いようになっている。よって、車内のシートに座った人の足等がドアポケットＤの外側に触れたとしても誤検知することがない。また、ドアポケットＤの開口Ｅに車外から手を入れたとしても、ドアの厚み分だけ一定距離が保たれることから、検出信号βの電圧の変化率が小さく、ドアポケットランプＣが点灯することはない。即ち、車内のシートに座った人がドアポケットＤの開口Ｅに手等を挿入したときだけドアポケットランプＣが点灯する。この点でもセンサとしての高性能化を図ることが可能になる。

しかも電極板１１、１２が露出していない以上、これが接地されることがなく、これに伴って電源等が異常に発熱して破損することもなくなり、安全性の向上を図ることも可能になる。

本発明の近接センサは上記実施形態に限定されず、人の手等が装備対象物に形成された開口に挿入されたか否かを検出することが必要である限り、どのような対象（例えば、机の引き出しや金庫、トイレのジェットタオル等）にも適用可能である。

一対の電極板に関しては、装備対象物に形成された開口の周辺位置に露出させることなく配設し、装備対象物に形成された開口に人の手等が挿入されると、そのコンデンサのキャパシタンスが変化する限り、その形状、配置や装備対象物への取り付け方法等についても任意である。

発振部に関しては、所定周波数の電気信号を生成する機能を有する限り、どのようなタイプの発振回路を使用してもかまわない。電圧変換部に関しては、他方の電極板から出力された電流を電圧に変換する機能を有する限り、どのようなタイプの回路を用いてもかまわない。出力調整部に関しては、電圧変換部の出力段に設けられており、基準電圧を調整可能に生成する一方、電圧変換部の出力電圧と当該基準電圧との差分を求め、この差分電圧を増幅して出力する機能を有する限り、どのようなタイプの回路を用いてかまわない。

シールド電極に関しては、静電的なノイズの影響が全くない環境で一対の電極板を配置するときには、省略することも可能である。インピーダンス変換部に関しては、高インピーダンス入力−低インピーダンス出力のもので、他方の電極板が入力側、シールド電極が出力側に各々接続されている限り、どのような回路のものを用いてもかまわない。

本発明の実施の形態に係る近接センサの回路図である。 同センサの電極板が取り付けられる自動車のドアを示す概略的斜視図である。 同ドアの概略的断面図である。

符号の説明

Ａ 近接センサ
Ｂ ドア（装備対象物）
Ｅ 開口
１１、１２ 電極板
２０ 発振部
３０ 電圧変換部
４０ 出力調整部
５０ シールド電極
６０ インピーダンス変換部

Claims (4)

1. 装備対象物に形成され且つ人の手又は指が挿入される開口の周辺位置に露出させることなく配設された一対の電極板と、所定周波数の電気信号を生成するとともに一方の電極板に出力する発振部と、他方の電極板から出力された電流を電圧に変換して出力する電圧変換部とを具備したことを特徴とする近接センサ。
2. 請求項１記載の近接センサにおいて、他方の電極板の外側に近接して配設されたシールド電極と、高インピーダンス入力−低インピーダンス出力である回路部であって、他方の電極板が入力側、シールド電極が出力側に各々接続されたインピーダンス変換部とを具備したことを特徴とする近接センサ。
3. 請求項１記載の近接センサにおいて、電圧変換部の出力段に設けられており、基準電圧を調整可能に生成する一方、電圧変換部の出力電圧と当該基準電圧との差分を求め、当該差分電圧を増幅した電圧を出力する出力調整部を具備したことを特徴とする近接センサ。
4. 請求項１記載の近接センサにおいて、電圧変換部は、他方の電極板から出力された電流の電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサに蓄えられた電荷を放電する抵抗とを有した構成であり、当該抵抗の抵抗値が調整可能になっていることを特徴とする近接センサ。

Images