JP6041659B2 - 近接センサー装置とドア - Google Patents

Description

本発明は、人体の近接を静電容量の変化により検知する近接センサー装置と、この近接センサー装置を備えたドアに関する。

例えば、特許文献１には、車両用のドアに装着されたドアハンドル装置への人体の近接を検知する車両用ドアハンドル装置が記載されている。この車両用ドアハンドル装置は、ドアハンドルとアウターパネルとの間に挿入された利用者の手を静電容量の変化から検出することでロック機構の解錠と施錠を行わせる検出電極と、利用者が携帯する携帯機に認証のためのリクエスト信号を送信するアンテナを備えている。

特開２０１０−２１６１７６号公報

しかしながら、上述のような車両用ドアハンドル装置は、アンテナが送信するリクエスト信号を生成する回路の他に、検出電極に入力される高周波信号の生成回路（発振回路）を必要とするため、回路構成が複雑でコストが高くなるという問題がある。

そこで本発明は、従来技術が抱える上記課題を解決し得る近接センサー装置とこの近接センサー装置を備えたドアを提供しようとするものである。

上記の課題を解決するため、本発明の近接センサー装置は、
携帯機に対して認証のためのリクエスト信号を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナより送信された電波により誘導されて電界を発生する誘導電極と、前記誘導電極に近接して配置され前記誘導電極に静電結合される受信電極とを備え、前記受信電極の出力信号から、前記誘導電極または前記受信電極への人体の近接を検出することを特徴とする。

本発明の近接センサー装置は、更なる好ましい特徴として、
「前記誘導電極は、閉ループに形成されていること」、
「前記受信電極は、前記誘導電極に囲まれていること」、
「前記送信アンテナは、バーアンテナであり、
前記バーアンテナの長手方向と前記誘導電極面は略平行に配置され、
前記誘導電極は、前記バーアンテナの長手方向中央部に非配置であること」、
「前記携帯機が前記リクエスト信号を受信し、前記携帯機からのレスポンス信号をマイクロコンピュータが受信した後、
前記送信アンテナは、前記リクエスト信号の振幅値を所定期間小さくした信号を送信すること」、
を含む。

また、本発明のドアは、前記近接センサー装置を備えていることを特徴としているものである。

本発明の近接センサー装置は、リクエスト信号を送信する送信アンテナの電波を利用して誘導電極に電界を発生させ、この誘導電極と受信電極間の静電容量の変化を検知することにより人体の近接を検出する。このため、従来例のような検出電極に入力される高周波信号の生成回路（発振回路）や信号線が不要となり、コストを抑制することができる。

本発明の一実施形態例に係る車両用のドアの斜視図である。 本発明の一実施形態例に係る近接センサー装置を説明するためのブロック回路図である。 本発明の一実施形態例に係る近接センサー装置の電極を示す平面図である。 本発明の一実施形態例に係る近接センサー装置における送信アンテナの信号を説明する波形図である。 本発明の一実施形態例に係る解錠制御ルーチンである。 本発明の一実施形態例に係る近接センサー装置における受信電極の出力信号を示す図である。 本発明の一実施形態例に係る施錠制御ルーチンである。 本発明の別の実施形態例に係る近接センサー装置における送信アンテナの信号を説明する波形図である。 本発明の近接センサー装置に適用できる電極の変形例（ａ）、（ｂ）である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に説明する。

（実施形態例）
本発明の実施形態例を図１ないし図７を用いて説明する。
本実施形態例は、車両用のドアに関するものであり、本例のドア１０１は、ドアハンドル１０２とアウターパネル１０３との間に挿入された利用者の手を検出する近接センサー装置１を備え、その検出結果に基づいてロック機構の解錠と施錠を行うものである。

ドアハンドル１０２は、アウターパネル１０３の外面に取り付けられている。
このドアハンドル１０２は、利用者が手を触れるグリップ１０４と、このグリップ１０４の一方の端部に設けたヒンジ部１０５と、他方の端部に設けたアーム部１０６を有する。
アウターパネル１０３内には、ドア１０１の解錠と施錠を行う不図示のロック機構が設けられている。

本例の近接センサー装置１は、誘導電極１１と、受信電極１２と、送信部２０と、送信アンテナ３０と、静電容量検出手段４０と、受信部５０と、マイクロコンピュータ６０を有する。

誘導電極１１は、後述の送信アンテナ３０より送信された電波により誘導されて電界を発生するものである。この誘導電極１１は、図２に示すように、ドアハンドル１０２内に設けられており、送信アンテナ３０と隙間を介して配されている。また誘導電極１１は、図３に示すように、平板の絶縁体基板１３の片面に渦巻状の銅箔パターンとして形成されている。この誘導電極１１の両端には、送信アンテナ３０の電波によって誘導されやすいように、共振用コンデンサ１４が接続されており、誘導電極１１は交流的に閉ループとなっている。
この誘導電極１１は、本例では、縦Ｙが３０ｍｍ、横Ｘが３０ｍｍ、厚み０．８ｍｍとなっている。

受信電極１２は、誘導電極１１に近接してドアハンドル１０２内に配置され誘導電極１１に静電結合されており、誘導電極１１とコンデンサを形成するものである。この受信電極１２は、図３に示すように、外周全周を誘導電極１１に囲まれて誘導電極１１と同一面に配されており、誘導電極１１内に銅箔のベタパターンとして形成されている。すなわち、受信電極１１は、誘導電極１２に対する内パターンであり、誘導電極１１は、受信電極１２に対する外パターンとなっている。この受信電極１２は、後述の静電容量検出手段４０に接続されており、受信電極１２の出力信号が静電容量検出手段４０に入力されている。

送信部２０は、図４に示すように、後述のマイクロコンピュータ６０から出力されるリクエスト信号（図４（ａ））で１４０ｋＨｚ程度の搬送波（図４（ｂ））を振幅変調しており、送信アンテナ３０にこの変調波形（図４（ｃ））を出力しているものである。この送信部２０は、アウターパネル１０３内に設けられている。

送信アンテナ３０は、前記変調波形を入力されることにより、利用者が携帯する携帯機Ｓに対して認証のためのリクエスト信号を車両外部に送信している。本例の送信アンテナ３０は、バーアンテナにより形成されており、グリップ１０４の長手方向と略平行に配されている。
この送信アンテナ３０は、グリップ１０４内に設けられると共に、誘導電極１１と近接して（数ｍｍ離されて）配されている。
なお、本例では、利用者の手がドアハンドル１０２とアウターパネル１０３との間に挿入された際、人の手を感度良く検出するため、誘導電極１１面と受信電極１２面はグリップ１０４の長手方向と略平行に配置している。よって、誘導電極１１面と送信アンテナ３０の長手方向は、略平行に配される。

静電容量検出手段４０は、受信電極１２の出力信号から、誘導電極１１または受信電極１２への人の手（人体）の近接を検出するものである。具体的には、静電結合された誘導電極１１と受信電極１２に人の手が近接すると、誘導電極１１と受信電極１２間の静電容量が変化（減少）し、静電容量検出手段４０は、この静電容量の変化を受信電極１２の出力信号を用いて検出している。

本例の静電容量検出手段４０は、不図示の、前段の整流回路と、後段のコンパレータを備え、アウターパネル１０３内に設けられている。
整流回路は、ダイオードと平滑コンデンサを有する全波整流回路である。この整流回路の入力には、受信電極１２の出力が接続されており、この整流回路は、受信電極１２に現れる電圧波形を直流に変換し、最大電圧値Ｖ１を出力する。
コンパレータは、最大電圧値Ｖ１と、後述の基準電圧値Ｖ２と、を比較した結果を出力するものである。このコンパレータの入力は、前記整流回路の出力に接続されており、このコンパレータの出力は、後述のマイクロコンピュータ６０の入力に接続されている。

受信部５０は、図２に示すように、ＵＨＦの受信アンテナ５１を介して携帯機Ｓからのレスポンス信号を受信するものであり、アウターパネル１０３内に設けられている。この受信部５０の出力は、マイクロコンピュータ６０に入力されている。

マイクロコンピュータ６０は、送信部２０に利用者が携帯する携帯機Ｓに対して認証のためのリクエスト信号を出力しており、アウターパネル１０３内に設けられている。このマイクロコンピュータ６０には、静電容量検出手段４０（前記コンパレータ）の出力が入力されている。

次に、ドアロック機構の解錠制御ルーチンと施錠制御ルーチンを説明する。

［解錠制御ルーチン］
解錠制御ルーチンの概要を図５のフローチャートを用いて説明する。
まず、マイクロコンピュータ６０は、送信部２０にリクエスト信号の送信を行わせる制御信号を出力する。これに従い、送信部２０は、１４０ｋＨｚ程度のＬＦ（low frequency）帯域の搬送波を用いてドアＩＤや施錠状態であること等を示す情報等が付与されたリクエスト信号を生成し、送信アンテナ３０から車外に向けて送信する（Ｓ１０１）。

車両近傍にいた利用者の携帯する携帯機Ｓがリクエスト信号を受信した場合、携帯機Ｓはレスポンス信号を送信する。このレスポンス信号は、３００ＭＨｚ程度のＵＨＦ（ultra high frequency）帯域の搬送波を用いて変調している。このレスポンス信号には、携帯機Ｓに記憶しているユーザＩＤと、リクエスト信号から取得したドアＩＤが含まれる。この携帯機Ｓは、送信アンテナから数ｍ以内にある場合にリクエスト信号を受信できるものである。

このレスポンス信号は、ＵＨＦの受信アンテナ５１により受信され、マイクロコンピュータ６０がこのレスポンス信号を取得する。マイクロコンピュータ６０は、予め記憶しているユーザＩＤと、レスポンス信号から取得したドアＩＤを照合し、それぞれのＩＤが一致した場合に認証が成立する（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。

認証が成立した場合、マイクロコンピュータ６０は、静電容量検出手段４０の出力信号を入力して人の手の近接の有無を検出する（Ｓ１０５、Ｓ１０６）。
具体的には、誘導電極１１または受信電極１２に人の手が近接していないときは、誘導電極１１と受信電極１２によってコンデンサが形成されているため、図６（ａ）に示すように、受信電極１２の出力に、振幅の高い変調波形（振幅Ｈ１）が現れる。
一方、誘導電極１１または受信電極１２間に人の手が近接しているときは、人の手が第３の電極として機能して、誘導電極１１と受信電極１２と人の手とともにコンデンサが形成される。そして、誘導電極１１と人の手によるコンデンサは大地へのバイパスコンデンサとして機能することになり、図６（ｂ）に示すように、受信電極１２の出力に、振幅の低い変調波形（振幅Ｈ２）が現れる。
すなわち、誘導電極１１または受信電極１２に人の手が近接すると、誘導電極１１と受信電極１２間の静電容量が変化して、この静電容量の変化が変調波形の振幅値の変化として検出される。したがって、変調波形の振幅の変化を静電容量検出手段により検出することにより、人の手の近接の有無に対応した出力信号が得られる。
より具体的には、受信電極１２に現れる最大電圧値Ｖ１と、基準電圧値Ｖ２（誘導電極１１または受信電極１２に人の手が近接していない場合の最大電圧値Ｖ３より低く、誘導電極１１または受信電極１２に人の手が近接した場合の最大電圧値Ｖ４より高い電圧値）が、前記コンパレータにそれぞれ入力されている。そして、最大電圧値Ｖ１が基準電圧値Ｖ２より低いと、前記コンパレータは例えばローレベルを出力し、マイクロコンピュータ６０は、誘導電極１１または受信電極１２付近に人体の有ることを検出する。また、最大電圧値Ｖ１が基準電圧値Ｖ２より高いと、前記コンパレータは例えばハイレベルを出力して、マイクロコンピュータ６０は、誘導電極１１または受信電極１２付近に人体の無いことを検出する。

そして、マイクロコンピュータ６０は、ドアハンドル１０２とアウターパネル１０３との間に人の手が挿入されたことを検出すると、解錠制御信号をロック機構に出力して、ロック機構は、解錠動作を行う（Ｓ１０７）。

［施錠制御ルーチン］
次に、施錠制御ルーチンを図７のフローチャートを用いて説明する。
まず、ドアが開閉され利用者が車外に出たかどうか判断される（Ｓ２０１）。そして、利用者が車外に出てドアが閉じられた場合、マイクロコンピュータ６０は、送信部２０にリクエスト信号の送信を行わせる制御信号を出力する。これに従い、送信部２０は、１４０ｋＨｚ程度のＬＦ（low frequency）帯域の搬送波を用いてドアＩＤや解錠状態であること等を示す情報等が付与されたリクエスト信号を生成し、このリクエスト信号を送信アンテナ３０から車外に向けて送信する（Ｓ２０２）。

車両近傍にいた利用者の携帯する携帯機Ｓがリクエスト信号を受信した場合、携帯機Ｓはレスポンス信号を送信する。このレスポンス信号は、３００ＭＨｚ程度のＵＨＦ（ultra high frequency）帯域の搬送波を用いてレスポンス信号を変調する。このレスポンス信号には、携帯機Ｓに記憶しているユーザＩＤと、リクエスト信号から取得したドアＩＤが含まれる。

このレスポンス信号は、ＵＨＦの受信アンテナ５１により受信され、マイクロコンピュータ６０がこのレスポンス信号を取得する。マイクロコンピュータ６０は、予め記憶しているユーザＩＤと、レスポンス信号から取得したドアＩＤを照合し、それぞれのＩＤが一致した場合に認証が成立する（Ｓ２０３〜Ｓ２０５）。

認証が成立した場合、マイクロコンピュータ６０は、静電容量検出手段４０の出力信号を入力して人の手の近接の有無を、先のＳ１０５、Ｓ１０６と同様にして検出する（Ｓ２０６、Ｓ２０７）。

そして、マイクロコンピュータ６０は、ドアハンドル１０２とアウターパネル１０３との間に人の手が挿入されたことを検出すると、施錠制御信号をロック機構に出力し、ロック機構は、施錠動作を行う（Ｓ２０８）。

以上のように、本例の近接センサー装置１は、利用者が携帯する携帯機Ｓに対して認証のためのリクエスト信号を送信する送信アンテナ３０と、送信アンテナ３０より送信された電波により誘導されて電界を発生する誘導電極１１と、誘導電極１１に近接して配置され誘導電極１１に静電結合される受信電極１２とを備え、受信電極１２の出力信号から、誘導電極１１または受信電極１２への人体の近接を検出する。
このように、本例の近接センサー装置１は、リクエスト信号を送信する送信アンテナの電波を利用して誘導電極に電界を発生させ、この誘導電極と受信電極間の静電容量の変化を検知することにより人体の近接を検出する。このため、従来例のような検出電極に入力される高周波信号の生成回路（発振回路）が不要となる。
そのため、本例の近接センサー装置をドアに装着すると、ドア内の配置スペースが小さくてすみ、低コスト化ができる。
また、送信アンテナの電波を用いて誘導電極に電界を誘導していることにより、従来例のような信号線が不要となるため、送信アンテナと誘導電極を配置する設計自由度が向上して、軽量化ができる。

また、本例の誘導電極１１は、閉ループに形成されていることにより、送信アンテナより送信された電波により誘導されやすくなり、検知感度を向上できる。

また、本例の受信電極１２は、誘導電極１１に囲まれている（すなわち、受信電極１１は内パターン、誘導電極１２は外パターンである）ため、受信電極１２が外パターンで誘導電極１１が内パターンである場合に比べて、誘導電極は、送信アンテナより送信された電波により誘導されやすくなる。

また、本例のように、送信アンテナ３０がバーアンテナの場合は、図２に示されるように、バーアンテナの長手方向と誘導電極１１面が略平行になるように配置し、誘導電極１１がバーアンテナの長手方向中央部に配されないようにすることが好ましいものである。
すなわち、誘導電極１１がバーアンテナの長手方向中央部に配されてしまうと、バーアンテナの長手方向中央部は弱い電波となるため、誘導電極１１に誘導される電界が低下してしまう恐れがある。
一方、図２の例のように、誘導電極１１をバーアンテナの長手方向中央部（図２中のセンターラインＣ上）を避けて配することにより、誘導電極１１はバーアンテナの長手方向両端部にて発生する強い電波により誘導されやすくなり、検知感度を向上できる。

また、本例ではリクエスト信号の振幅値を一定にしているが、携帯機Ｓがリクエスト信号を受信し、携帯機Ｓからのレスポンス信号をマイクロコンピュータ６０が受信した後は、リクエスト信号の振幅値を所定期間小さくするのが好ましい。
すなわち、本例では、利用者が携帯する携帯機Ｓは、ドアハンドル１０２に装着された送信アンテナ３０から数ｍ離れても電波を受信できるように設計され、ドアハンドル１０２内に設けられた誘導電極１１は、送信アンテナ３０から数ｍｍ離れて配置されている。このような状態にあって、誘導電極１１は携帯機Ｓに比べ非常に近く配されて誘導されやすいため、人の手が近接した際の受信電極の出力波形の動作点が高くなって飽和しやすくなり、その結果、電界の変化率が小さくなり、検知感度が低下してしまう場合がある。
一方、携帯機Ｓがリクエスト信号を受信し、携帯機Ｓからのレスポンス信号をマイクロコンピュータ６０が受信した後、リクエスト信号の振幅値を所定期間小さくした信号を送信するようにした場合には、人の手が近接した際の受信電極の出力波形の動作点が低くとれ、電界の変化率が大きくなり、検知感度を向上できる。
具体的な手段として、マイクロコンピュータ６０は、利用者が携帯する携帯機Ｓに対して認証のためのリクエスト信号の振幅値を所定期間小さくして（図８（ａ）のＴ１、Ｈ３）出力する。そして、送信部２０は、このリクエスト信号で１４０ｋＨｚ程度の帯域の搬送波（図８（ｂ））を振幅変調し、送信アンテナ３０にこの変調波形を出力し、送信アンテナ３０は、この変調波形（図８（ｃ））を送信する。

また、本例のドア１０１は、前記近接センサー装置１を備えていることにより、従来例のような信号線を用いることなく利用者の手の近接を検出できるため、ドア内に配置された、送信アンテナと誘導電極との設計自由度が向上できるものである。

以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態例を適宜に変形可能である。

誘導電極１１は、送信アンテナ３０と隙間を介して電界を誘導されているが、電気的に絶縁された状態で送信アンテナ３０と当接して電界を誘導されてもよい。

また、誘導電極１１と受信電極１２が静電結合され人体が近接したことを検出できれば、誘導電極１１と受信電極１２の形状、大きさ、配置、材質は特に限定されない。
例えば、誘導電極１１は、渦巻状の銅箔パターンとして形成されているが、図９（ａ）に示すように、誘導電極１１Ａは、中抜きされた四角形状の銅箔パターン（閉ループ形状）として形成されてもいい。
また、受信電極１２は、誘導電極１１に囲まれているが、図９（ｂ）に示すように、誘導電極１１Ｂと受信電極１２Ｂが、それぞれ、中抜きされた四角形状の銅箔パターン（閉ループ形状）として形成され、誘導電極１１Ｂは、受信電極１２Ｂに囲まれるように形成されてもよい。
また、閉ループ形状に比べて発生する電界が減少するが、誘導電極１１は、開口端のあるＣ字状の形状でもよい。

以上、本例の近接センサー装置１は、車両用のドアに装着された場合について説明してきたが、住宅用のドアに装着された場合にも適用できるものである。

１ 近接センサー装置
１１ 誘導電極
１１Ａ 誘導電極
１１Ｂ 誘導電極
１２ 受信電極
１２Ｂ 受信電極
１３ 絶縁体基板
１４ 共振用コンデンサ
２０ 送信部
３０ 送信アンテナ
４０ 静電容量検出手段
５０ 受信部
５１ 受信アンテナ
６０ マイクロコンピュータ
１０１ ドア
１０２ ドアハンドル
１０３ アウターパネル
１０４ グリップ
１０５ ヒンジ部
１０６ アーム部
Ｓ 携帯機

Claims (6)

1. 携帯機に対して認証のためのリクエスト信号を送信する送信アンテナと、前記送信アンテナより送信された電波により誘導されて電界を発生する誘導電極と、前記誘導電極に近接して配置され前記誘導電極に静電結合される受信電極とを備え、前記受信電極の出力信号から、前記誘導電極または前記受信電極への人体の近接を検出することを特徴とする近接センサー装置。
2. 前記誘導電極は、閉ループに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の近接センサー装置。
3. 前記受信電極は、前記誘導電極に囲まれていることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサー装置。
4. 前記送信アンテナは、バーアンテナであり、
   前記バーアンテナの長手方向と前記誘導電極面は略平行に配置され、
   前記誘導電極は、前記バーアンテナの長手方向中央部に非配置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の近接センサー装置。
5. 前記携帯機が前記リクエスト信号を受信し、前記携帯機からのレスポンス信号をマイクロコンピュータが受信した後、
   前記送信アンテナは、前記リクエスト信号の振幅値を所定期間小さくした信号を送信することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の近接センサー装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の近接センサー装置を備えるドア。

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