JP4558715B2

JP4558715B2 - 静電容量型存在検知センサ

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Publication number: JP4558715B2
Application number: JP2006505482A
Authority: JP
Inventors: ミューザスィプリアン; ウールヌザヴィエル
Original assignee: Valeo Securite Habitacle SAS
Current assignee: Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-23
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Description

本発明は、静電容量型存在検知センサに関する。

本発明は、自動車の分野に属し、本発明に係る静電容量型存在検知センサは、自動車に接近したときの便宜を図るハンズフリーシステムの一部を構成する。このシステムにおいては、ユーザが自動車に接近すると、自動車に搭載された認識装置とユーザが携帯する被認識器との間における高周波信号の交信によって、ユーザが認証される。

自動車に搭載された認識装置と、ユーザが携帯する被認識器との間における高周波信号の交信は、通常、認識装置から発信される呼びかけ信号に対して、被認識器が、認識データを含む応答信号によって応答するという形をとる。認識装置は、続いて、認識データを適当なデータと比較し、比較の結果に応じて、ドアロックの解除、さらにはドアの自動開放を許容する。

公知のハンズフリーシステムにおいては、呼びかけ信号は、概ね低周波（通常１２５ｋＨｚ）で発信されるが、４３３ＭＨｚのオーダーのより高い周波数で発信される呼びかけ信号もある。これら２つのシステムにおいては、応答信号は、概ね４３３ＭＨｚの単一の周波数で発信される。

停車中には、電磁環境の汚染およびエネルギー消費に関する理由により、自動車の近傍に存在する可能性のある被認識器に対する呼びかけ信号を、認識装置に絶えず、または定期的に発信させるのは不可能である。これが、存在検知の対象であるユーザが、ドアの近傍で行動する（例えばドアの把手に手をかける）まで、電磁信号の交信がなされない理由である。

存在検知手段としては、スイッチのように作動する機械式のボタンから、接触式、またはユーザの手による光線束の遮断を検知する光学式のセンサまで、種々のタイプのものが知られている。変形例として、ユーザの認証をできるだけ早く開始させるように、ドアの近傍においてユーザの手の存在を検知するいわゆる接近センサもユーザに知られている。

その後関心をもたれるようになったセンサは、ユーザの手が接近すると静電容量が変化するキャパシタを形成する２つの電極の対を含むタイプの静電容量型センサや、センサにはただ１つの電極しかなく、ユーザの手がもう１つの電極の役割を果たすタイプの静電容量型センサである。ユーザの存在の検知は、キャパシタの静電容量の変化を計測することによって行われる。

静電容量型センサにおいて静電容量の変化を計測するため、多くの方法が提案されている。例えば特許文献１は、キャパシタを周期的に充放電させ、所定の蓄積容量のキャパシタにおける静電容量を計測する方法を推奨している。
米国特許第４７４３８３７号明細書

本発明の目的は、キャパシタの充電期に着目して静電容量の変化を計測する新たな存在検知センサを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量が変化するようになっているキャパシタの一部をなす少なくとも１つの検知用電極と、前記キャパシタの充電期に、このキャパシタを充電する充電装置とを備える存在検知センサであって、キャパシタの充電電流の変化を反映して変化するパラメータを計測するパラメータ計測ユニットと、このパラメータ計測ユニットと接続され、キャパシタの連続的な充電サイクルの中で、対象物、またはユーザの身体の一部の接近に伴うキャパシタの静電容量の変化を計測するため、前記パラメータを抽出するパラメータ抽出ユニットとをさらに備えることを特徴とする存在検知センサを提供する。

この外、本発明は、以下の特徴の１つまたは複数を兼ね備えることができる。
−前記パラメータ計測ユニットは、前記充電装置および前記キャパシタの間に位置する第1の巻線と、キャパシタの充電電流に比例する電圧を印加する第２の巻線とを有するパルス変換器を備える。
−前記パラメータ計測ユニットは、前記第２の巻線の出力側に、前記キャパシタの充電電流に比例する電圧を整流する整流回路を備える。
−前記パラメータ計測ユニットは、前記整流回路の出力側に接続された蓄積キャパシタを備える。
−前記整流回路は、充電期に、前記蓄積キャパシタが即座に放電するのを防止する少なくとも１つのダイオードを備える。
−前記充電装置は、矩形の電圧パルスを発振する。
−前記充電装置は、電圧パルスを発振するカウンタであり、この電圧パルスの持続時間と振幅は、この電圧パルスがキャパシタを充電しうるように定められ、かつ前記蓄積キャパシタを所定の電圧に充電するための充電期は、５０〜５０００個のパルスを含む。
−前記蓄積キャパシタを充電するためのパルスの数は、５００〜１５００である。
−前記パラメータは、蓄積キャパシタの端子に印加される電圧が所定の値に到達するために必要な電圧パルスの数である。
−前記パラメータは、所定の個数の電圧パルスを印加した後に、蓄積キャパシタの端子において計測される電圧である。
−前記パラメータ抽出ユニットは、前記パラメータを参照値と比較する比較手段を備えており、この比較手段は、前記パラメータと参照値との差が閾値を超えると、対象物、またはユーザの身体の一部の接近を知らせる信号を発信する。
−前記参照値は、充電期におけるパルス回数である前記パラメータの移動平均である。
−前記パラメータ抽出ユニットは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラとともに計数処理を行うモジュールを備えている。
−前記キャパシタの静電容量は、環境に依存する寄生容量の半分よりも小さくなるように選択される。
−自動車への接近を検知するハンズフリーシステムの一部をなし、前記センサは、ユーザの認証を開始させるため、対象物、またはユーザの身体の一部の接近を知らせる信号を発信する。
−自動車への接近を検知するハンズフリーシステムの一部をなし、前記センサは、自動車の開閉要素を、その初期位置から移動させて開放または閉鎖させるため、対象物、またはユーザの身体の一部の接近を知らせる信号を発信する。
−接触しなくても存在を検知する接近センサとして働く。
−接触式センサとして働く。

本発明の好ましい実施形態に係るセンサは、以下の構成要素を備える。
−対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量が変化するようになっている第１および第２のキャパシタのそれぞれ一部をなす２つの検知用電極
−前記各キャパシタの充電期にそれぞれ作動する第１および第２の充電装置
−前記各キャパシタの充電期に対応して、前記第１および第２の充電装置のどちらか一方を選択するための第１の選択手段

前記第１または第２のキャパシタの充電電流に比例するパラメータを計測するパラメータ計測ユニットは、次の要素を含むパルス変換器を備える。
−第1の回路構成と第２の回路構成との２つの回路構成を可能とする第１および第２の端子を具備する第1の巻線であって、前記第１の充電装置が選択されている第１の回路構成においては、前記第１の端子は第１の充電装置に接続され、かつ前記第２の端子は第１のキャパシタに接続され、前記第２の充電装置が選択されている第２の回路構成においては、前記第１の端子は第２のキャパシタに接続され、かつ前記第２の端子は第２の充電装置に接続されるようになっている第1の巻線
−前記第１の充電装置が選択されているときに、第１のキャパシタの充電電流に比例する電圧を印加し、前記第２の充電装置が選択されているときに、第２のキャパシタの充電電流に比例する電圧を印加する第２の巻線

本発明のセンサが上記の特徴を備える場合、変換器が１つでも、例えば《接近式》と《接触式》の２つの方式で、静電容量を検知することができる。このようなセンサは、各方式の検知にそれぞれ変換器を設置するセンサと比べて、安価で、かつスペースを節約することができる。

本発明のもう一つの好ましい実施形態においては、前記第１および第２の充電装置は、電圧パルスを発振し、このパルス発振による電気エネルギーは、第１のキャパシタの充電期においては、パルスの立ち上がり地点から、第２のキャパシタの充電期においては、パルスの下降地点から、それぞれ、前記第１の巻線を経て第２の巻線へ送られる。

この実施形態の一つの変形例に係るセンサは、以下の構成要素を備えている。
−対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量が変化するようになっている第１および第２のキャパシタのそれぞれ一部をなす２つの検知用電極
−前記２つのキャパシタの充電期にそれぞれ作動する第１および第２の充電装置
−前記２つのキャパシタの各充電期に対応して、前記第１および第２の充電装置のどちらか一方を選択するための第１の選択手段

前記選択手段は、以下の要素を備える。
−第１のキャパシタの充電電流に比例するパラメータを計測する第１の計測ユニット
−第２のキャパシタの充電電流に比例するパラメータを計測する第２の計測ユニット
−以下の要素を含むパルス変換器
第１の充電装置と第１のキャパシタとの間に位置する第１の巻線
第２の充電装置と第２のキャパシタとの間に位置する第２の巻線

このセンサは、さらに、以下の要素を備える。
−前記第１の充電装置が選択されたときに、前記第２の巻線が、第１のキャパシタの充電電流に比例する電圧を印加することを可能にする第２の選択手段
−前記第２の充電装置が選択されたときに、前記第１の巻線が、第２のキャパシタの充電電流に比例する電圧を印加することを可能にする第３の選択手段

この変形例に係るセンサは、変換器が１つでも、例えば《接近式》と《接触式》の２つの方式で、静電容量を検知することができる。

前記パラメータ計測手段は、以下の要素を備える。
−前記第１または第２の巻線の出力側における電圧の整流素子
−前記整流素子の出力側に接続された蓄積キャパシタ
−前記蓄積キャパシタを放電させる手段

前記整流素子は、前記蓄積キャパシタが、充電期に即座に放電するのを防止するダイオード型の素子であり、前記第１および第２の計測ユニットは、前記整流素子を定電圧電源に接続させる制御手段を備えているのが好ましい。

この外、本発明は、上記存在検知センサが組み込まれていることを特徴とする自動車の開閉要素の把手も提供する。

本発明によれば、キャパシタの充電期に着目して静電容量の変化を計測する、新しいタイプの存在検知センサが提供される。

本発明の上記以外の特徴および効果は、添付図面を参照して行う、以下の例示的な説明から明らかになると思う。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量型存在検知センサ１の回路図である。この存在検知センサ１は、ドアの把手の内部、エンブレムのような自動車の装飾品の背後、または制御盤の中に組み入れられ、自動車の電子モジュールまたは電子システムを作動させるために、ユーザの接近を検知する役割を果たす。

このような電子システムは、例えば、自動車に接近したときの便宜を図るハンズフリーシステムとなる。存在検知センサは、このようなシステムに組み込まれると、対象物、またはユーザの身体の一部（例えば手）が接近すると、高周波信号の交信によって、ユーザを認証したり、自動車のドアを完全に、または部分的に開閉するために、信号Ｓ_cを発する。

この変形例として、存在検知センサが、スライドまたは回動するトランク、ハッチ、ドア等の開閉要素を自動的に開閉するシステムの一部をなすようにすることもできる。この場合、信号Ｓ_cは、開閉要素の初期の状態に従って、まず開閉要素のロックを解除し、ついで開閉要素を閉鎖位置から開放位置へ移動させるために、モータを作動させるか、またはモータを作動させて、開閉要素を開放位置から閉鎖位置へ移動させ、ついでロックする。

種々の電子部品を通じてセンサの感度を調整することにより、存在検知センサ１は、接触がなくても存在を検知しうる接近センサ、または接触式センサのように感度を低下させた接近センサとして機能させることもできる。

より詳しくいうと、存在検知センサ１は、少なくとも１つの検知用電極３を有する、静電容量Ｃ_xのキャパシタ５を備えている。キャパシタ５は、例えばドアの把手等(図示せず)に組み込まれる。キャパシタの静電容量Ｃ_xは、１０ｐＦ程度が好ましい。

キャパシタ５のもう一つの電極７は接地電極であるが、対象物またはユーザの身体の一部によって代替することも可能である。この外、ドアの把手に組み込まれたもう一つの電極をこの電極７し、対象物またはユーザの身体の一部に、電極３と７の間の電気力線を遮断させるようにすることもできる。

センサの構成要素ではないが、キャパシタ５と並列の寄生容量Ｃ_pを考慮に入れなければならない。この寄生容量は、センサ１の環境に依存する未知のものである。例えば、センサがドアの把手に組み込まれている場合には、寄生容量は、湿度の高いとき、または把手に導電性の塗装が施されているときに観察される。寄生容量Ｃ_pが存在する場合、この寄生容量が、キャパシタ５の静電容量よりも大きくなることが何度も観察されている。寄生容量の特性の一つは、静電容量Ｃ_xの変化に伴って徐々に変化することである。キャパシタ５の静電容量は、環境に依存する寄生容量の半分よりも小さくなるように定めることが好ましい。

本発明においては、キャパシタ５の静電容量Ｃ_xは、対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると変化する。

静電容量Ｃ_xの１／５０〜１／２００、ときには１／１０００程度しかない静電容量の変化ΔＣ_xを計測するため、センサ１は、キャパシタ５の充電装置９を備えている。

静電容量の変化ΔＣ_xを計測するために電圧パルスの回数を用いる好ましい態様の場合、充電装置９は、充電期に矩形の電圧パルス列を発するカウンタである。充電期の電圧パルスの回数は、５０〜５０００であり、好ましくは５００〜１５００である。良好な感度を得るためには、充電期の電圧パルスの回数は、経験則に従って、（Ｃ_x／ΔＣ_x）・Ｋとなるように調整するのがよい。ここで、Ｋは、５〜２０の定数であり、好ましくは１０である。後述するように、キャパシタ５のΔＣ_xの増分は、２つの充電期の間の電圧パルスの減少量に応じたものとなる。Ｋの値は、この定数が、対象物、またはユーザの手の接近を表わすものとなるように定める。

本発明に係るセンサの静電容量の変化ΔＣ_xを計測するための原理は、キャパシタ５の充電電流Ｉ_C、特に充電電流のピークまたは充電量は、キャパシタ５の静電容量Ｃ_xに比例するという事実に基づいている。

図２の上方の曲線が示すように、充電装置９は、キャパシタ５の充電電圧パルスとして、キャパシタの静電容量Ｃ_xが概ね静電平衡に到達するのに十分な時間継続する矩形の信号を発信する。

図２の下方の曲線は、Ｃ＝Ｃ_xとＣ＝Ｃ_x＋ΔＣ_xの場合の充電電流の一時的な変化を示している。この曲線から分かるように、充電電流は、蓄積キャパシタ23に、より大きな電圧が蓄積される第２の場合の方が重要である。

静電容量の変化ΔＣ_xを計測するため、センサ１は、キャパシタ５の充電電流の変化を反映するパラメータの計測ユニット11、およびこのパラメータの抽出ユニット13を備えている。パラメータ抽出ユニット13は、キャパシタ５と接続されており、キャパシタ５の継続的な各充電期の間における、対象物またはユーザの身体の一部の接近に伴う上記パラメータの変化から、ΔＣ_xを計測する。

より詳しくいうと、パラメータ計測ユニット11は、充電装置９とキャパシタ５の間に位置する第１の巻線17、およびキャパシタ５の充電電流に比例する電圧を印加する第２の巻線19を含む電圧パルス変換器15を備えている。

電圧パルス変換器15の出力側、すなわち第２の巻線19の出力側は、整流回路21の入力側と接続されている。

整流回路21の出力側は、静電容量Ｃ_sの蓄積キャパシタ23に接続されている。

充電期に、蓄積キャパシタ23に蓄積された静電容量が即座に放電するのを防止するため、整流回路21は、少なくとも１つのダイオード25を備えている。

パラメータ抽出ユニット13は、２つの入力端子を有する。第１の入力端子は、蓄積キャパシタ23の蓄積中電圧Ｕ_Stockageを表わす信号を受け取れるように、蓄積キャパシタ23と接続されている。第２の入力端子は、充電装置９から送られた電圧パルスの回数を計測しうるよう、充電装置９と接続されている。

蓄積中電圧Ｕ_Stockageを表わす信号を受け取る第１の入力端子は、比較器27の第１の入力部と接続されている。比較器27の第２の入力部は、参照電圧Ｕ_refを表わす信号を発する要素29と接続されている。

比較器27の出力部は、コントローラ31と接続されている。コントローラ31は、先行する充放電期の結果を記憶し、かつ先行する充電期の間の変化を計測する複数の記憶装置（図示せず）を備えている。この変化は、キャパシタ５の静電容量の変化ΔＣ_xと認められる。

整流回路において選択されたモードに従って、コントローラ31は、充電期の電圧パルスの回数を計測し、かつ比較器27から発せられた信号に応答して充電期を終了させるため、充電装置９に接続されている。

パラメータ抽出ユニット13は、上記の作動を行うため、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラとともに計数処理を行うモジュールを含むのが好ましい。

パラメータ抽出ユニット13は、信号Ｓ_Cを発する出力部33を有している。

次に、本発明に係るセンサの作動について説明する。

キャパシタの充電装置は、電圧パルスを発するカウンタである。各電圧パルスの振幅と持続時間は、この電圧パルスがキャパシタ５を充電し、かつ蓄積キャパシタ23を所定の電圧まで充電するために必要な充電期が、５０〜５０００のパルス、好ましくは５００〜１５００のパルスを含むように選択される。蓄積キャパシタ23の静電容量は、キャパシタ５のそれよりもはるかに大きい。

図２の下方の曲線が示すように、充電装置９は、充電期に、キャパシタ５を充電するよう、矩形のパルス列を発振する。

パルスが発振される度に、充電電流は、パルス変換器15の第１の巻線17を通り、その結果、第２の巻線19の出力側において、電圧パルスが生成される。この電圧パルスは、整流回路21によって整流され、静電容量Ｃ_sの蓄積キャパシタ23を充電する。したがって、図２の上方の曲線が示すように、蓄積キャパシタ23の端子に印加される電圧は、充電装置９によって発振されたパルスの数を示すこととなる。

蓄積キャパシタ23の充電量が増加するに従って、第１の巻線17を通過する充電電流は減衰し、この結果、蓄積キャパシタ23の端子に印加される電圧の増加の程度は、パルスごとに小さくなっていく。

この実施形態の第１の変形例においては、比較器27が、蓄積中電圧Ｕ_Stockageを参照電圧Ｕ_refと比較する。両電圧が概ね同一の場合、コントローラ31の制御ラインは、充電期を終了させ、Ｕ_Stockage＝Ｕ_refとなるのにどれだけのパルスが必要であったかを計測する。

その後、コントローラ31は、Ｕ_Stockage＝Ｕ_refとなるのに必要であったパルスの数を、先行する複数の充電期のパルスの数と比較し、少なくとも２つの充電期の間で、パルス数に大きな変化がみられた場合には、信号Ｓ_cを発信する。

構成がより簡単な第２の変形例においては、充電装置９は、各充電期に所定の数のパルスを発振する。少なくとも２つの連続する充電期の間で、ΔＵ_s＝Ｕ_Stockage−Ｕ_refを比較し、ΔＵ_sに有意な変化が見られる場合は、センサ１の電極３と対の電極となる対象物またはユーザの手が接近しているとみなす。

計測されたパラメータが、パルスの数、または蓄積キャパシタ23の領域における蓄積中電圧Ｕ_Stockageである場合には、外部の影響による回路のドリフト現象を蒙らないよう、比較の結果を参照して、充電期の所定の数のパルスに、パルス数の移動平均を用いる。

上記の作動モードは、特にセンサの検知面が悪天候に晒されるか、またはドアの把手の塗装が導電性である場合に好ましい。なぜならば、この作動モードは、接近する対象の検知領域が、制御できないまま拡大するという寄生容量に関連する問題を防止するからである。

非パルス式または非カウンタ式の充電装置の場合も、《寄生キャパシタ》の充電は制限され、接近する対象の検知領域は当初のままである。なぜならば、電荷は、検知用電極３にとどまるからである。

キャパシタ５は、２つの充電パルスの間に、パルス変換器を介して、自動的に放電することに留意すべきある。

本発明に係るセンサは、簡単に、効率よく、かつ安価に、静電容量を検知することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量型存在検知センサ１０の回路図である。

このセンサ１０は、接触しなくても存在を検知する接近センサとして働くと同時に、感度が低くても支障のない接触式センサとしても働く。

センサ１０は、キャパシタＣx1とＣx2に、それぞれ電極Ｅ１とＥ２を備えている。これら２つの電極は、センサが、例えば《接触式》と《非接触式》の２つの検出様式をとることを可能にする。

キャパシタＣx1，Ｃx2において電極Ｅ１，Ｅ２と対をなすもう一方の電極は、接地電極であるが、対象物またはユーザの身体を、この電極とすることもできる。この外、この電極を、ドアの把手に組み込まれたもう一つの電極によって代替し、接近時に、対象物またはユーザの身体の一部に、キャパシタの電極間の電気力線を遮断させるようにすることもできる。

図１のセンサと同様に、センサ１０において、対象物、またはユーザの身体の一部の接近に伴って変化するのは、キャパシタＣx1とＣx2の静電容量である。

この外、センサ１０は、以下の要素を備えている。
−キャパシタＣx1とＣx2の充電期にそれぞれ作動する第１および第２の充電装置Ｇen1およびＧen2
−キャパシタＣx1とＣx2の一方の充電期に対応して、第１および第２の充電装置Ｇen1およびＧen2のどちらかを選択しうるよう、これらの充電装置Ｇen1およびＧen2とそれぞれ直列に設置された切替スイッチＳw３およびＳw6のような第１の選択手段
−次の構成要素を有するパルス変換器Ｔx1
・第１の充電装置Ｇen1と第１のキャパシタＣx1の間に位置する第１の巻線
・第２の充電装置Ｇen2と第２のキャパシタＣx2の間に位置する第２の巻線
−第１のキャパシタＣx1と並列に設置された切替スイッチＳw4のような第２の選択手段
−第２のキャパシタＣx2と並列に設置された切替スイッチＳw5のような第３の選択手段
−第１の巻線の出力側電圧を整流するダイオードＤ２のような第１の整流素子
−第２の巻線の出力側電圧を整流するダイオードＤ１のような第２の整流素子
−第１の整流素子Ｄ１の出力部に接続され、かつ接地された第１の蓄積キャパシタＣs1
−第２の整流素子Ｄ２の出力部に接続され、かつ接地された第２の蓄積キャパシタＣs2
−第２の蓄積キャパシタＣs2を放電させるために、第２の蓄積キャパシタＣs2と並列に設置された切替スイッチＳw1のような第１の切替手段
−第１の蓄積キャパシタＣs1を放電させるために、第１の蓄積キャパシタＣs1と並列に設置された切替スイッチＳw7のような第２の切替手段
−第１の整流素子Ｄ２と定電圧電源Ｖccに接続された切替スイッチＳw2のような第１の制御手段
−第２の整流素子Ｄ１と電圧Ｖccの電源に接続された切替スイッチＳw8のような第１の制御手段

図１に示すセンサと同様に、センサ１０においては、各充電装置Ｇen1，Ｇen2は、矩形の振幅をもち、かつキャパシタＣx1またはＣx2が概ね静電平衡に達するのに十分な時間持続する電圧信号Ｖccを発する。

センサ１０の作動は、切替スイッチＳw1〜Ｓw8が開いているか、または閉じているかによって異なるが、このセンサ１０には、第１のキャパシタＣx1の静電容量の変化ΔＣx1を検知するための検知ライン１と、第２のキャパシタＣx2の静電容量の変化ΔＣx2を検知するための検知ライン２が含まれている。

各検知ラインは、回路の再初期化期、すなわち一旦充電された蓄積キャパシタＣs1またはＣs2の放電期、およびこれら蓄積キャパシタＣs1またはＣs2の充電期を経て作動する。

下記の表１は、検知ライン１，２が再初期化期または充電期にあるときの切替スイッチＳw1〜Ｓw8の開閉の状態をまとめたものである。この表において、Ｏ、Ｆ、およびＸは、それぞれ切替スイッチが開状態にあること、閉状態にあること、および開閉に無関係であることを示す

各キャパシタＣx1，Ｃx2の充電期における様相は、図２において、キャパシタＣxについて説明したものと同様である。よって、キャパシタＣx1（またはＣx2）の充電量は、蓄積キャパシタＣs1（またはＣs2）の充電時間によって決まる。しかし、二重検知のため、図１に示すセンサとは違って、２つのキャパシタＣx1，Ｃx2が設置されている。

切替スイッチＳw2（またはＳw8）が閉状態にあると、検知ライン１（または２）の充電期中に、ダイオードＤ２（またはＤ１）の陰極に電源電圧Ｖccが印加されるため、充電装置Ｇen1（またはＧen2）による充電中に、ダイオードＤ２（またはＤ１）が整流作用を失うことはない。

同様に、切替スイッチＳw5（またはＳw4）は、充電装置Ｇen1（またはＧen2）が選択されているときに、第２の巻線（または第１の巻線）が、キャパシタＣx１（またはＣx2）の充電電流に比例する電圧を送り出せるよう、検知ライン１（または２）の充電期には、第２の巻線（または第１の巻線）を接地させる。

切替スイッチＳw7（またはＳw1）は、検知ライン１（または２）の再初期化期には、蓄積キャパシタＣs1（またはＣs2）を放電させる。

説明を簡潔にするため、図４においては、パラメータ抽出ユニットを省略している。このパラメータ抽出ユニットは、蓄積キャパシタＣs1またはＣs2を充電するためのパルスの回数の変化から、静電容量の変化ΔＣx1またはΔＣx2を求めるもので、例えば、マイクロコントローラとともに計数処理を行うモジュールを備えることができる。このマイクロコントローラは、切替スイッチＳw1〜Ｓw8を集中制御する。

検知ライン１，２における２つの充電装置と２つの蓄積キャパシタは、互いに独立に設けられる。この結果、各検知ラインの感度とは無関係に、これらを調整することができる。

充電装置Ｇen1（またはＧen2）と、第１の巻線（または第２の巻線）との間に位置する抵抗Ｒ２（またはＲ１）は、回路を静電的放電から保護する役割を果たす。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る静電容量型存在検知センサ１００の回路図である。

センサ１００は、接触しなくても存在を検知する接近センサとして働くと同時に、感度が低くても支障のない接触式センサとしても働く。

センサ１００は、キャパシタＣx1'とＣx2'に、それぞれ電極Ｅ１’とＥ２’を備えている。これら２つの電極は、センサが、例えば《接触式》と《非接触式》の２つの検出様式をとることを可能にする。

キャパシタＣx1'，Ｃx2'において電極Ｅ１’，Ｅ２’と対をなすもう一方の電極は、接地電極であるが、対象物またはユーザの身体を、この電極とすることもできる。この外、この電極を、ドアの把手に組み込まれたもう一つの電極によって代替し、対象物またはユーザの身体の一部に、キャパシタの電極間の電気力線を遮断させるようにすることもできる。

図１のセンサと同様に、センサ１００において、対象物またはユーザの身体の一部の接近に伴って変化するのは、キャパシタＣx1'とＣx2'の静電容量である。

この外、センサ１００は、以下の要素を備えている。
−キャパシタＣx1'およびＣx2'の充電期にそれぞれ用いられる第１および第２の充電装置Ｇen1'およびＧen2'
−キャパシタＣx1'およびＣx2'の一方の充電期に対応して、第１および第２の充電装置Ｇen1'およびＧen2'のどちらかを選択しうるよう、これらの充電装置Ｇen1'およびＧen2'とそれぞれ直列に設置された切替スイッチＳw1'およびＳw2'のような第１の選択手段
−パルス変換器Ｔx1'
−２つの端子Ｂ１およびＢ２を含む第１の巻線
−第２の巻線

充電装置Ｇen1'（またはＧen2'）と切替スイッチＳw1'（またはＳw2'）は、接地端子と第１の巻線における端子Ｂ１（またはＢ２）との間で直列に、かつキャパシタＣx2'（またはＣx1'）と並列に設けられている。

この外、センサ１００は、次の要素を備えている。
−第１の巻線の出力側電圧を整流するダイオードＤ’のような整流素子
−整流素子Ｄ’の出力部に接続され、かつ接地されている蓄積キャパシタＣs
−蓄積キャパシタＣs2'を放電させるために、蓄積キャパシタＣs'と並列に設置された切替スイッチＳw3'のような切替手段

図１に示すセンサと同様に、各充電装置Ｇen1'，Ｇen2'は、矩形の振幅をもち、かつキャパシタＣx'が概ね静電平衡に達するのに十分な時間持続する電圧信号を発する。図４に示すセンサ１０とは違って、センサ１００は、単一の蓄積キャパシタＣs'しか備えていない。

センサ１００の作動は、切替スイッチＳw1'〜Ｓw3 'が開いているか、または閉じているかによって異なるが、このセンサ１００には、第１のキャパシタＣx1'の静電容量の変化ΔＣx1'を検知するための検知ライン１と、第２のキャパシタＣx2'の静電容量の変化ΔＣx2'を検知するための検知ライン２とが含まれている。

各検知ラインは、回路の再初期化期、すなわち一旦充電された蓄積キャパシタＣs'の放電期、およびこれら蓄積キャパシタＣs'の充電期を経て作動する。この実施形態においては、単一の蓄積キャパシタＣs'を用いて行う静電容量の計測の際、検知ライン１と２の再初期化期は、同一である。

下記の表２は、検知ライン１，２が再初期化期または充電期にあるときの切替スイッチＳw1'〜Ｓw3'の開閉の状態をまとめたものである。この表において、Ｏ、Ｆ、およびＸは、それぞれ、切替スイッチが開状態にあること、閉状態にあること、および開閉に無関係であることを示す

各キャパシタＣx1'，Ｃx2'の充電期における様相は、図２において、キャパシタＣxについて説明したものと同様である。

キャパシタＣx1'の充電量は、蓄積キャパシタＣs'の充電時間(充電装置Ｇen1'におけるパルスの回数) によって決まる。同様に、キャパシタＣx2'の充電量も、蓄積キャパシタＣs'の充電時間(充電装置Ｇen2'におけるパルスの回数) によって決まる。

しかし、二重検知のため、図１に示すセンサとは違って、複数のキャパシタが設置されている。

Ｃx1'の静電容量を計測するときには、充電装置の立ち上がり地点に電気エネルギーが伝達される。Ｃx2'の静電容量を計測するときには、電気エネルギーは、充電装置の下降局面の間、変換器Ｔx1'に蓄積され、ついでキャパシタＣs'に伝達される。

切替スイッチＳw3'は、検知ラインの再初期化期に、蓄積キャパシタＣs'を放電させる。

説明を簡潔にするため、図５においては、パラメータ抽出ユニットを省略している。このパラメータ抽出ユニットは、蓄積キャパシタＣs'を充電するためのパルスの回数の変化から、静電容量の変化ΔＣx1'またはΔＣx2'を求めるもので、例えば、マイクロコントローラとともに計数処理を行うモジュールを備えることができる。このマイクロコントローラは、切替スイッチＳw1'〜Ｓw3'を集中制御する。

キャパシタＣx2'（またはＣx1'）と、第１の巻線との間に位置する抵抗Ｒ２'（またはＲ１'）は、回路を静電的放電から保護する役割を果たす。

本発明の第１の実施形態に係るセンサの回路図である。図１に示すセンサの作動原理を説明するグラフである。同じく、もう一つのグラフである。本発明の第２の実施形態に係るセンサの回路図である。本発明の第３の実施形態に係るセンサの回路図である。

符号の説明

１存在検知センサ
３検知用電極
５キャパシタ
７電極
９充電装置
11 パラメータ計測ユニット
13 パラメータ抽出ユニット
15 パルス変換器
17 第１の巻線
19 第２の巻線
21 整流回路
23 蓄積キャパシタ
25 ダイオード
27 比較器
31 コントローラ
33 出力部

Claims

対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量(Ｃx)が変化するようになっているキャパシタ(５)の一部をなす少なくとも１つの検知用電極(３)と、前記キャパシタ(５)の充電期に、このキャパシタ(５)を充電する充電装置(９)とを備える存在検知センサ(１)を備える、自動車に接近したときの便宜を図るハンズフリーシステムであって、
前記センサは、キャパシタ(５)の充電電流の変化を反映して変化するパラメータを計測するパラメータ計測ユニット(11)をさらに備え、
前記パラメータ計測ユニット(11)は、前記充電装置(９)および前記キャパシタ(５)の間に位置する第1の巻線(17)と、キャパシタ(５)の充電電流に比例する電圧を印加する第２の巻線(19)とを有するパルス変換器(15)を備え、
また、パラメータ計測ユニット(11)と接続され、キャパシタの連続的な充電サイクルの中で、対象物、またはユーザの身体の一部の接近に伴うキャパシタ(５)の静電容量の変化を計測するため、前記パラメータを抽出するパラメータ抽出ユニット(13)を、前記センサはさらに備え、
前記パラメータ抽出ユニット(13)は、前記パラメータを参照値と比較する比較手段(27)を備えており、この比較手段(27)は、前記パラメータと参照値との差が閾値を超えると、対象物、またはユーザの身体の一部の接近を知らせる信号を発信する、
ハンズフリーシステム。
前記パラメータ計測ユニット(11)は、前記第２の巻線(19)の出力側に、前記キャパシタ(５)の充電電流に比例する電圧を整流する整流回路(21)を備えていることを特徴とする請求項１記載のハンズフリーシステム。
前記パラメータ計測ユニット(11)は、前記整流回路(21)の出力側に接続された蓄積キャパシタ(23)を備えていることを特徴とする請求項２記載のハンズフリーシステム。
前記整流回路(21)は、充電期に、前記蓄積キャパシタ(23)が即座に放電するのを防止する少なくとも１つのダイオードを備えていることを特徴とする請求項３記載のハンズフリーシステム。
前記充電装置(９)は、矩形の電圧パルスを発振することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
前記充電装置(９)は、電圧パルスを発振するカウンタであり、この電圧パルスの持続時間と振幅は、この電圧パルスがキャパシタ(５)を充電しうるように定められ、かつ前記蓄積キャパシタ(23)を所定の電圧に充電するための充電期は、５０〜５０００個のパルスを含むことを特徴とする、請求項５記載のハンズフリーシステム。
前記蓄積キャパシタ(23)を充電するためのパルスの数は、５００〜１５００であることを特徴とする請求項６記載のハンズフリーシステム。
前記パラメータは、蓄積キャパシタ(23)の端子に印加される電圧が所定の値に到達するために必要な電圧パルスの個数であることを特徴とする、請求項６記載のハンズフリーシステム。
前記パラメータは、所定の個数の電圧パルスを印加した後に、蓄積キャパシタ(23)の端子において計測される電圧であることを特徴とする、請求項６記載のハンズフリーシステム。
前記参照値は、充電期におけるパルス回数である前記パラメータの移動平均であることを特徴とする請求項９記載のハンズフリーシステム。
前記パラメータ抽出ユニット(13)は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラとともに計数処理を行うモジュールを備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
前記キャパシタ(５)の静電容量は、環境に依存する寄生容量(Ｃp)の半分よりも小さくなるように選択されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
自動車への接近を検知するハンズフリーシステムの一部をなし、前記センサは、ユーザの認証を開始させるため、対象物、またはユーザの身体の一部の接近を知らせる信号を発信することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
自動車への接近を検知するハンズフリーシステムの一部をなし、前記センサは、自動車の開閉要素を、その初期位置から移動させて開放または閉鎖させるため、対象物、またはユーザの身体の一部の接近を知らせる信号を発信することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
接触しなくても存在を検知する接近センサとして働くことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
接触式センサとして働くことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量が変化するようになっている第１および第２のキャパシタ(Ｃx1')(Ｃx2')のそれぞれ一部をなす２つの検知用電極と、
前記キャパシタ(Ｃx1')と(Ｃx2')の充電期にそれぞれ作動する第１および第２の充電装置(Ｇen1')(Ｇen2')と、
キャパシタ(Ｃx1')と(Ｃx2')の各充電期に対応して、前記第１および第２の充電装置(Ｇen1')(Ｇen2')のどちらか一方を選択するための第１の選択手段(Ｓw1')(Ｓw2')と、
前記第１または第２のキャパシタ(Ｃx1')(Ｃx2')の充電電流に比例するパラメータを計測するパラメータ計測ユニットであって、
第1の回路構成および第２の回路構成の２つの回路構成を可能とする第１および第２の端子を具備する第1の巻線であって、前記第１の充電装置(Ｇen1')が選択されている第１の回路構成においては、第１の端子は第１の充電装置(Ｇen1')に接続されるとともに、第２の端子は第１のキャパシタ(Ｃx1')に接続され、前記第２の充電装置(Ｇen2')が選択されている第２の回路構成においては、第１の端子は第２のキャパシタ(Ｃx2')に接続されるとともに、第２の端子は第２の充電装置(Ｇen2')に接続されるようになっている第1の巻線と、
前記第１の充電装置(Ｇen1')が選択されているときに、第１のキャパシタ(Ｃx1')の充電電流に比例する電圧を印加し、前記第２の充電装置(Ｇen2')が選択されているときに、第２のキャパシタ(Ｃx2')の充電電流に比例する電圧を印加する第２の巻線とを有するパルス変換器(Ｔx1')を含むパラメータ計測ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
前記第１および第２の充電装置(Ｇen1')(Ｇen2')は、電圧パルスを発振し、このパルス発振による電気エネルギーは、第１のキャパシタ(Ｃx1)の充電期においては、パルスの立ち上がり地点から、第２のキャパシタ(Ｃx2)の充電期においては、パルスの下降地点から、それぞれ、前記第１の巻線を経て第２の巻線へ送られることを特徴とする請求項１７に記載のハンズフリーシステム。
対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量が変化するようになっている第１および第２のキャパシタ(Ｃx1)(Ｃx2)のそれぞれ一部をなす２つの検知用電極と、
前記キャパシタ(Ｃx1)と(Ｃx2)の充電期にそれぞれ作動する第１および第２の充電装置(Ｇen1)および(Ｇen2)と、キャパシタ(Ｃx1)と(Ｃx2)の各充電期に対応して、前記第１および第２の充電装置(Ｇen1)(Ｇen2)のどちらか一方を選択するための第１の選択手段 (Ｓw3)(Ｓw6)と、
前記第１のキャパシタ(Ｃx1)の充電電流に比例するパラメータを計測する第１の計測ユニット、および前記第２のキャパシタ(Ｃx2)の充電電流に比例するパラメータを計測する第２の計測ユニットを含むパラメータ計測手段と、
第１の充電装置(Ｇen1)と第１のキャパシタ(Ｃx1)との間に位置する第１の巻線、および第２の充電装置(Ｇen2)と第２のキャパシタ(Ｃx2)との間に位置する第２の巻線を含むパルス変換器(Ｔx1)と、
前記第１の充電装置(Ｇen1)が選択されたときに、前記第２の巻線が、第１のキャパシタ(Ｃx1)の充電電流に比例する電圧を印加することを可能にする第２の選択手段(Ｓw5)と、
前記第２の充電装置(Ｇen2)が選択されたときに、前記第１の巻線が、第２のキャパシタ(Ｃx2)の充電電流に比例する電圧を印加することを可能にする第３の選択手段(Ｓw4)と
を備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
前記パラメータ計測手段は、前記第１または第２の巻線の出力側における電圧の整流素子(Ｄ１)(Ｄ２)(Ｄ')と、この整流素子(Ｄ１)(Ｄ２)(Ｄ')の出力側に接続された蓄積キャパシタ(Ｃs1)(Ｃs2)(Ｃs')と、この蓄積キャパシタ(Ｃs1)(Ｃs2)(Ｃs')を放電させる手段(Ｓw7)(Ｓw1)(Ｓw3')とを具備することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
前記整流素子(Ｄ１)(Ｄ２)は、前記蓄積キャパシタ(Ｃs1)(Ｃs2)が、充電期に即座に放電するのを防止するダイオード型の素子であり、前記第１および第２の計測ユニットは、前記整流素子(Ｄ１)(Ｄ２)を定電圧電源(Ｖcc)に接続させる制御手段(Ｓw2)(Ｓw8)を備えていることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれかに記載のハンズフリーシステム。
ハンズフリーシステムの開閉要素の把手であって、
前記ハンズフリーシステムは、対象物、またはユーザの身体の一部が接近すると静電容量(Ｃx)が変化するようになっているキャパシタ(５)の一部をなす少なくとも１つの検知用電極(３)と、前記キャパシタ(５)の充電期に、このキャパシタ(５)を充電する充電装置(９)とを備える存在検知センサ(１)を備え、自動車に接近したときの便宜を図るようになっており、
前記存在検知センサは、
キャパシタ(５)の充電電流の変化を反映して変化するパラメータを計測するパラメータ計測ユニット(11)と、
前記パラメータ計測ユニット(11)と接続され、キャパシタの連続的な充電サイクルの中で、対象物、またはユーザの身体の一部の接近に伴うキャパシタ(５)の静電容量の変化を計測するため、前記パラメータを抽出するパラメータ抽出ユニット(13)と、
をさらに備える、ハンズフリーシステムの開閉要素の把手。