JP6031699B2

JP6031699B2 - 静電容量型近接センサおよびドアハンドル

Info

Publication number: JP6031699B2
Application number: JP2012279985A
Authority: JP
Inventors: 茂樹杢尾
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: JP2014122853A

Description

本発明は、静電容量型近接センサおよびそのセンサを備えたドアハンドルに関する。

従来、このような静電容量型近接センサとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。この近接センサは、第１検出電極と第２検出電極とを備えており、これらの検知電極と検出体との静電容量を近接検出回路で検出している。また、この近接検出回路は２つの検出電極が形成する静電容量の差を検出する差検出回路を備えており、差検出回路の差出力のレベルが大きい場合に、被検出体の近接を判定するように構成されている。

一方、特許文献２には、静電容量型近接センサを用いた車両のドアが開示されている。このドアでは、第１検出電極と第２検出電極が同一平面上に配置され、第１検出電極の電位及び第２検出電極の電位の差分値を検出し、その差分値が予め設定された差分値の閾値以上である場合に検出信号を出力するように構成されている。

特許第４５７８９８０号公報特開２００５−２２７２２５号公報

しかし、このような静電容量型近接センサにおいては、外乱の影響を受けやすいため、センサ出力値は常に一定ではなく変動幅を有する。そのため、最大値と閾値とを比較するだけでは、誤検出のおそれがあり、被検知対象物を安定して検知することが困難である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、誤検出を低減した静電容量型近接センサおよびそのセンサを用いたドアハンドルを提供することである。

本発明の静電容量型近接センサの実施例の一つでは、第１検知電極と、前記第１検知電極に並設された第２検知電極と、前記第１検知電極と検知領域に近接した被検知対象物との間の静電容量を検出する第１静電容量検出部と、前記第２検知電極と前記検知領域に近接した前記被検知対象物との間の静電容量を検出する第２静電容量検出部と、前記第１静電容量検出部の出力と前記第２静電容量検出部の出力との差分値を検出する差分検出部と、所定時間における前記差分値が取り込まれ、この所定時間内の前記差分値の最大値と最小値との差を変動幅として算出し、この変動幅が閾値より小さい場合に前記被検知対象物が近接したと判定する判定部と、を備えている。

本構成であれば、第１静電容量検出部の出力と第２静電容量検出部の出力との差分値の変動幅と閾値とを比較することで被検知対象物が近接したか否かを判定するため、外乱の影響を受けにくく、被検知対象物以外に対する誤検出を低減することができる。

また、前記差分検出部によって検出された前記差分値に基づいて、前記差分値が所定の範囲に収まるようにオフセット調整するオフセット値を算出するオフセット値算出部と、前記オフセット値に基づいてオフセット調整するオフセット調整部と、を備えていることが好ましい。

本構成であれば、差分値が測定可能な範囲に入るように差分値を補正することができるので、差分値がアンダーフローまたはオーバーフローしにくくなる。

さらに、本発明のドアハンドルの好適な実施形態の一つでは、前記ドアハンドルは、ドアに設けられ、前記ドアとの間に手を差し込み可能に構成され、前記ドアと前記ドアハンドルとの間が前記検知領域となるように、静電容量型近接センサを備えている。

本構成であれば、本発明による静電容量型近接センサをドアハンドルに設けてあるため、人がドアとドアハンドルとの間に手を差し込んだ時に検知信号を出力し、例えば、ドアの開錠や施錠を行うことができる。また、上述した静電容量近接センサを用いているため、天候や洗車等でドアハンドルの内側に水が付着した場合の誤検知を低減することができる。

さらに、前記静電容量型近接センサは、前記ドアと反対方向側から前記第１検知電極と前記第２検知電極とを覆う遮蔽電極を備えていることが好ましい。

本構成であれば、ドアと反対方向側からの物体の接近や接触による静電容量の形成を防止することができ、誤検知を防ぐことができる。

静電容量型近接センサの概略図である。差分値のグラフである。ドアハンドルに設けた静電容量型近接センサである。人がドアハンドルに接触した場合の差分値のグラフである。水がドアハンドルに付着した場合の差分値のグラフである。差分値がアンダーフローした場合の差分値のグラフである。差分値がオーバーフローした場合の差分値のグラフである。オフセット調整後の差分値のグラフである。

以下に、図面を用いて本発明の静電容量型近接センサおよびその静電容量型近接センサを備えたドアハンドルの実施形態を説明する。
〔静電容量型近接センサ〕
図１は、本発明における静電容量近接センサ（以下、センサと略称する）を示す。センサ１は、センサ構造体２と、検知装置１０とを有している。

センサ構造体２は、第１検知電極３と、第２検知電極４と、遮蔽電極５とを有している。

第１検知電極３と第２検知電極４とは矩形板状であり、第２検知電極４は、第１検知電極３と同一平面上に並設されている。第１検知電極３と第２検知電極４との電極長（図１の横幅）はほぼ同じに構成されている。第２検知電極４は、第１検知電極３の対接地容量に対して充分小さな対接地容量となるように、第１検知電極３よりも充分小さな電極面積を有している。第２検知電極４は、電波や環境雑音などの外来雑音を検知する雑音抑止電極を構成している。第１検知電極３及び第２検知電極４はそれぞれ、接地電位に対して第１静電容量Ｃ₁及び第２静電容量Ｃ₂を形成する。

遮蔽電極５は、検知領域以外の領域における物体の影響を排除できるように、検知領域と反対側の領域に配置され、第１検知電極３及び第２検知電極４の並設された面積よりも大きい面積を有する。これにより、遮蔽電極５は、検知領域の反対側から、第１検知電極３および第２検知電極４を覆っている。遮蔽電極５には、第１検知電極３及び第２検知電極４と同じ電圧となるように、遮蔽電圧印下部１５から電圧が印加される。これにより、検知領域以外の物体の検知を防ぐことができ、正確に被検知対象物を検知することができる。

検知装置１０は、第１静電容量検出部１１と、第２静電容量検出部１２と、差分検出部１３と、オフセット調整部１４と、遮蔽電圧印加部１５と、判定部２１と、オフセット値算出部２２と、を有する。

第１静電容量検出部１１は、第１検知電極３と検知領域に近接した被検知対象物との間に形成された第１静電容量Ｃ₁を検出し、差分検出部１３に出力する。第２静電容量検出部１２は、第２検知電極４と検知領域に近接した被検知対象物との間に形成された第２静電容量Ｃ₂を検出し、差分検出部１３に出力する。本実施形態では、第１静電容量検出部１１と、第２静電容量検出部１２とは、スイッチドキャパシタ回路によって構成されており、第１静電容量Ｃ₁および第２静電容量Ｃ₂は電圧として差分検出部１３に出力される。

差分検出部１３は、第１静電容量検出部１１および第２静電容量検出部１２の電圧値の差分値Ｖ₀を算出し、判定部２１及びオフセット値算出部２２に出力する。

オフセット調整部１４は、差分値Ｖ₀が所定の範囲に収まるように第１静電容量検出部１１及び第２静電容量検出部１２に対し、オフセット調整を行う。例えば、オフセット調整部１４は、差分値Ｖ₀の最大値または最小値に基づく、フィードバック制御によりオフセット値を算出することができる。オフセット調整によって調整した値は、判定部２１に出力される。

遮蔽電圧印加部１５は、第１検知電極３及び第２検知電極４と、遮蔽電極５とが同じ電圧となるように、遮蔽電極５に対して遮蔽電圧を印加する。

判定部２１は、差分検出部１３から出力された差分値Ｖ₀の変動幅と、予め設定してある閾値Ｖ_thとを比較し、被検知対象物が近接したか否かの判定を行う。

オフセット調整部１４は、第１静電容量Ｃ₁及び第２静電容量Ｃ₂の増減を行うことで、差分値Ｖ₀を補正するように構成されている。本実施例では、オフセット調整部１４は、第１静電容量検出部１１及び第２静電容量検出部１２の入力端子に接続されたコンデンサで構成されており、オフセット値算出部２２によって求められたオフセット値に応じた電荷が与えられる。

本実施例では、判定部２１とオフセット値算出部２２は、マイコン等によって構成されている。

以下に、本発明の静電容量型近接センサの検知方法を説明する。

センサ１の検知領域内においてセンサ構造体２に被検知対象物が近接すると、第１検知電極３及び第２検知電極４との間に第１静電容量Ｃ₁及び第２静電容量Ｃ₂が形成される。これらの静電容量は第１静電容量検出部１１及び第２静電容量検出部１２で検出され、差分検出部１３によって算出された差分値Ｖ₀が判定部２１に出力され、その差分値Ｖ₀によって被検知対象物の判定を行う。

図２に示すように、センサ出力の差分値Ｖ₀は、様々な要因により変動幅Ｖ_Aを有する。本発明の発明者らの研究により、この変動幅Ｖ_Aは、近接した物体に応じて異なることが判明している。そのため、本発明では、この変動幅Ｖ_Aの値から、被検知対象物の近接を判定している。

本発明では、差分値Ｖ₀が所定のレンジ内において検出された場合に判定を行う。このとき、正確な差分値Ｖ₀を得るため、差分値Ｖ₀が変化し始めてから差分値Ｖ₀が充分に立ち上がるために必要な所定の時間Δ_t1を設けてある。Δ_t1が経過した後、判定部２１は
差分検出部１３から、差分値Ｖ₀を所定時間Δ_t2取り込む。そして、判定部２１において
、この所定時間内Δ_t2の出力値の最大値（Ｖ_MAX）と最小値（Ｖ_MIN）の差を、変動幅Ｖ
_Aとして算出する。なお、被検知対象物の近接による差分値Ｖ₀が所定のレンジ内に入るように、利得やオフセットが予め調整され設定されている。

ここで、被検知対象物のセンサ１へのセンサの接触状態等の様々な要因で、差分値Ｖ₀が小さくなり検知できない（アンダーフロー）場合や、反対に差分値Ｖ₀が大きくなり測定可能レンジに収まらない（オーバーフロー）場合がある。その際は、オフセット値算出部２２でオフセット値を算出し、オフセット調整部１４により、差分値Ｖ₀の補正を行う。なお、オフセット補正を行っている間は被検知対象物の近接判定は行わない。

本発明では、このようにして取り込んだ差分値Ｖ₀の変動幅Ｖ_Aと、予め設定してある閾値Ｖ_thとを判定部２１において比較し、被検知対象物が近接したか否かを判定する。本実施例では、変動幅Ｖ_Aが閾値Ｖ_thよりも小さい場合に、検知信号を出力する。

このように、本発明では、差分値Ｖ₀の瞬間の値ではなく、所定時間における差分値Ｖ₀の変動幅Ｖ_Aに基づいて判定を行っているため、外乱の影響を受けにくく、安定した検知を行うことができる。
〔ドアハンドル〕

次に、本発明のドアハンドルの実施形態を以下に示す。図３は、上述のセンサ１を有する自動車のアウタードアハンドル（以下、ドアハンドルと略称する）の図である。センサ構造体２は、ドアハンドル３１の内側に第１検知電極３と第２検知電極４とが設けられ、遮蔽電極５がドアハンドル３１の外側に面するように設けられている。これにより、ドア３０とドアハンドル３１の間が検出領域となっている。

被検知対象物である人が、センサ１の検知領域であるドアハンドル３１の内側に手を差し入れると、図４に示すように変動幅Ｖ_hを有する差分値Ｖ₀が得られる。一方、水等がドアハンドル３１の内側に付着した場合には、図５に示すように、例えばＶ_Bのような変動幅を有する差分値Ｖ₀が得られる。ここで、本実施形態では変動幅に対する閾値Ｖ_thが設定されている。そして、差分検出部１３で算出した変動幅Ｖ_hが、Ｖ_h＜Ｖ_thとなる場合は、被検知対象物が近接したと判定される。一方、変動幅がＶ_thより大きい場合は、水等の被検知対象物以外の近接によるものであり、被検知対象物の近接とは判定されない。なお、被検知対象物の近接による差分値Ｖ₀が、所定のレンジ内に入るように利得、オフセット位置が予め調整されているため、レンジ内に入らない小さい値に対しては検知対象とならず、ノイズ等によるものとされる。このようにして、被検知対象物と、水等の被検知対象物以外とを区別することができる。

また、本発明では、第１検知電極及び第２検知電極を覆うように、また、ドアハンドル３１の外側に面するように遮蔽電極５が設けられているので、ドアハンドル３１の外側からの物体の接近や付着に対して、静電容量の形成を防止することができ、誤検知を防ぐことができる。

本発明における近接センサ１を設けたドアハンドル３１において、人のドアハンドル３１への接触状態や、ドアハンドル３１に付着した水の量や付着状態によっては、静電容量が極端に小さいまたは大きい値となる場合がある。このような場合は、図６，７に示すように、差分値Ｖ₀がアンダーフローまたはオーバーフローし、差分値Ｖ₀の変動幅を正しく検知できない。

その場合は、オフセット調整部１４によって、第１静電容量Ｃ₁及び第２静電容量Ｃ₂を増減させて、差分値Ｖ₀の補正を行う。第１静電容量Ｃ₁及び第２静電容量Ｃ₂を、例えば、変動幅Ｖ_Aの中心値が測定可能レンジＶ_Rの中央付近になるように補正することや、変動幅Ｖ_Aが測定可能レンジＶ_R内に収まるように補正することで、図８のように測定可能な差分値Ｖ₀のグラフが得られる。このとき、オフセット調整部１４によってオフセットした値は判定部２１に出力され、その値に対応するように閾値Ｖ_thも調整される。これにより、正確に変動幅Ｖ_Aを判定することが可能となるため、差分値Ｖ₀がアンダーフローまたはオーバーフローするような場合であっても、検知を行うことができ、誤検知を低減することができる。

〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、遮蔽電極５及び遮蔽電圧印加部１５を設けているが、これらを設けていなくてもよい。

（２）上述の実施形態では、オフセット調整部１４及びオフセット値算出部３２を設けているが、これらを設けていなくてもよい。

（３）上述の実施形態では、第１検知電極３と第２検知電極４とを並設した構成であったが、これに限らず、例えば、第１検知電極３を、第２検知電極４で囲んだ配置にしてもよい。

本発明は、静電容量型近接センサに用いることができる。また、自動車や建造物等のドアハンドルに用いることができる。

１静電容量型近接センサ
３第１検知電極
４第２検知電極
５遮蔽電極
１１第１静電容量検出部
１２第２静電容量検出部
１３差分検出部
１４オフセット調整部
２１判定部
２２オフセット値算出部
３０ドア
３１ドアハンドル
Ｃ₁ 第１静電容量
Ｃ₂ 第２静電容量
Ｖ₀ 差分値

Claims

第１検知電極と、
前記第１検知電極に並設された第２検知電極と、
前記第１検知電極と検知領域に近接した被検知対象物との間の静電容量を検出する第１静電容量検出部と、
前記第２検知電極と前記検知領域に近接した前記被検知対象物との間の静電容量を検出する第２静電容量検出部と、
前記第１静電容量検出部の出力と前記第２静電容量検出部の出力との差分値を検出する差分検出部と、
所定時間における前記差分値が取り込まれ、この所定時間内の前記差分値の最大値と最小値との差を変動幅として算出し、この変動幅が閾値より小さい場合に前記被検知対象物が近接したと判定する判定部と、を備えた静電容量型近接センサ。
前記差分検出部によって検出された前記差分値に基づいて、前記差分値が所定の範囲に収まるようにオフセット調整するオフセット値を算出するオフセット値算出部と、
前記オフセット値に基づいてオフセット調整するオフセット調整部と、を備えた請求項１記載の静電容量型近接センサ。
ドアに設けられ、前記ドアとの間に手を差し込み可能に構成されたドアハンドルであって、
前記ドアと前記ドアハンドルとの間が前記検知領域となるように、請求項１または２記載の静電容量型近接センサを備えているドアハンドル。
前記静電容量型近接センサは、前記ドアと反対方向側から前記第１検知電極と前記第２検知電極とを覆う遮蔽電極を備えている請求項３記載のドアハンドル。