JP6489983B2 - センサ構造及びこれを用いたパワーウインドウ制御装置 - Google Patents

センサ構造及びこれを用いたパワーウインドウ制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、センサ構造及びこれを用いたパワーウインドウ制御装置に関する。
従来の技術として、非接触状態で窓ガラスによる挟み込みの可能性を検出することが可能なパワーウインドウ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このパワーウインドウ制御装置は、モータの回転力を利用して窓ガラスの上昇／下降を行うウインドレギュレータを制御するウインドレギュレータ安全装置であって、少なくとも窓ガラスの上端部に配置された第１の電極と、車体側に配置された第２の電極と、第１の電極及び第２の電極間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、静電容量測定手段で測定された静電容量の変化から挟み込み可能性の有無を判別する判別手段と、判別手段での判別結果を参照してモータの回転を制御する駆動手段と、を備えて構成されている。
特許文献１のパワーウインドウ制御装置は、指挟みを検出するための検出電極を備えると共に、この検出電極の静電容量値の変化を検出してパワーウインドウの開閉動作を制御する制御部を有する。指等の挟み込みの可能性を検出することが可能であり、また、これに基づいて挟み込みの警告をすることが可能になるとされている。
特開平１０−１１０５７４号公報
しかし、特許文献１のパワーウインドウ制御装置は、指挟みを検出するための検出電極が窓ガラスの上端部と車体側に配置されて、挟み込みの検出ができるだけの機能を有する電極構造であった。また、この電極構造を備えたパワーウインドウ制御装置は、指挟みの検出に基づくパワーウインドウ制御は可能であるが、パワーウインドウの動作を操作者が制御することはできないという問題があった。
従って、本発明の目的は、指挟みの検出と他の検出機能の２つの機能を有するセンサ構造、及び、このセンサ構造を用いたパワーウインドウ制御装置を提供することにある。
［１］上記目的を達成するため、静電容量を検出する第１電極と、静電容量を検出する第２電極と、を有し、前記第１電極と前記第２電極は、折り曲げられた板形状の検出電極とされ、前記第１電極の検出対象の検出方向と、前記第２電極の検出対象の検出方向とが異なる方向であることを特徴とするセンサ構造を提供する。
［２］前記第１電極の２箇所の隅部、及び、前記第２電極の２箇所の隅部に電圧が印加され、前記第１電極又は前記第２電極のタッチ位置を表面型静電容量方式により検出することを特徴とする上記［１］に記載のセンサ構造であってもよい。
［３］上記目的を達成するため、車両の窓ガラスの上部に配置され、静電容量を検出する第１電極と、前記窓ガラスの車両内部側に配置され、静電容量を検出する第２電極と、を有し、前記第１電極と前記第２電極は、折り曲げられた板形状の検出電極とされ、前記第１電極の検出対象の検出方向と、前記第２電極の検出対象の検出方向とが異なる方向であることを特徴とするパワーウインドウ制御装置を提供する。
［４］前記第１電極の２箇所の隅部、及び、前記第２電極の２箇所の隅部に電圧が印加され、前記第１電極又は前記第２電極のタッチ位置を表面型静電容量方式により検出することを特徴とする上記［３］に記載のパワーウインドウ制御装置であってもよい。
［５］また、前記第１電極は、窓ガラスによる指挟みを検出し、前記第２電極は、前記車両の内部側からのタッチ操作を検出することにより、パワーウインドウ装置の開閉制御を行なうことを特徴とする上記［３］又は［４］に記載のパワーウインドウ制御装置であってもよい。
本発明によれば、指挟みの検出と他の検出機能の２つの機能を有するセンサ構造、及び、このセンサ構造を用いたパワーウインドウ制御装置を提供することができる。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置の概略正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す窓ガラスの断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置の窓ガラスにおける検出電極の配置を示す外観斜視図である。 図３は、第１電極１００と第２電極２００を展開して平面的に図示し、検出電極の電圧（電流）印加の箇所と、タッチ点Ｐ、及び、Ｘ、Ｙ座標を示す平面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るセンサ構造を用いたパワーウインドウ制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置の動作例を示すフローチャートである。
（本発明の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置の概略正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す窓ガラスの断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置の窓ガラスにおける検出電極の配置を示す外観斜視図である。
本実施の形態に係るセンサ構造は、静電容量を検出する第１電極１００と、静電容量を検出する第２電極２００と、を有し、第１電極１００と第２電極２００は、折り曲げられた板形状の検出電極１０とされ、第１電極１００の検出対象の検出方向と、第２電極２００の検出対象の検出方向とが異なる方向となるように構成されている。
また、本実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置１は、車両の窓ガラス３０の上部に配置され、静電容量を検出する第１電極１００と、窓ガラス３０の車両内部側に配置され、静電容量を検出する第２電極２００と、を有し、第１電極１００と第２電極２００は、折り曲げられた板形状の検出電極１０とされ、第１電極１００の検出対象の検出方向と、第２電極２００の検出対象の検出方向とが異なる方向となるように構成されている。
（検出電極１０）
検出電極１０は、導電性材料で形成された電極であり、検出電極１０の表面に指等が接触又は近接することにより、静電容量値が変化するものである。検出電極１０は、例えば、図１（ａ）、図２に示すように、車両の窓ガラスの上部、上端部に装着され、指等の接触又は近接を検出する。
検出電極１０は、車両の窓ガラス３０の上部に配置され、静電容量を検出する第１電極１００と、窓ガラス３０の車両内部側に配置され、静電容量を検出する第２電極２００と、を有し、第１電極１００と第２電極２００は、折り曲げられた板形状とされている。検出電極１０は、銅等の導電性材料のほか、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム・スズ）等の透明電極を使用することができる。
図１に示すように、車両の窓ガラス３０は、その上部に検出電極１０が装着され、ウインドウレギュレータ３００により、窓枠４０内を上下に移動可能とされている。窓ガラス３０に装着された検出電極１０は、図１（ｂ）に示すように、第１電極１００と第２電極２００とから構成されている。第１電極１００は、検出対象である指等の検出方向が上方向（矢印Ｂ方向）であり、第２電極２００は、検出対象である指等の検出方向が車両内部側（矢印Ｃ方向）である。すなわち、第１電極１００と第２電極２００は、検出対象の検出方向が異なる方向に設定されている。これにより、検出電極１０は、例えば、第１電極１００により、窓ガラス３０と窓枠４０とによる指等の挟みを検出すると共に、車両内部側（矢印Ｃ方向）からのタッチ検出等が可能となる。
検出電極１０は、図１（ｂ）、図２に示すように、幅がａである第１電極１００と、幅がｂである第２電極２００から構成されている。第１電極１００と第２電極２００は、図１（ｂ）に示すように、断面がＬ字状に折り曲げられた形状とされている。また、第１電極１００の幅ａよりも第２電極２００の幅ｂのほうが、大きな値に設定されている。これにより、折り曲げ境界付近の判定を明確にでき、また、車両内部側（矢印Ｃ方向）からのタッチ操作を容易にすることができる。
図３は、第１電極１００と第２電極２００を展開して平面的に図示し、検出電極の電圧（電流）印加の箇所と、タッチ点Ｐ、及び、Ｘ、Ｙ座標を示す平面図である。検出電極１０は、図１（ａ）、図２に示したように、幅ａ、ｂに対して長尺状であるが、図３においては、その長尺方向を２ｃの長さとして、縮めて図示している。
図３において、第１電極１００と第２電極２００の境界（折り曲げ部）１５０の上にＸ軸をとり、左右の中央にＹ軸をとり、それらの交点を原点Ｏとする。第１電極１００、第２電極２００の右端部のＸ座標はｃ、左端部のＸ座標は−ｃである。第１電極１００の上端部のＹ座標はａ、第２電極２００の下端部のＹ座標は−ｂである。
また、図３において、第１電極１００の２箇所の隅部Ｅ１、Ｅ２、及び、第２電極２００の２箇所の隅部Ｅ３、Ｅ４は、電圧が印加されて電流が供給される給電部である。
本実施の形態に係るセンサ構造では、第１電極１００又は第２電極２００のタッチ位置Ｐを表面型静電容量方式により検出する。表面型静電容量方式によるタッチ位置検出は、検出電極１０（第１電極１００と第２電極２００）の４箇所の給電部からＡＣ電流を供給して、タッチ位置Ｐと給電部とのインピーダンス変化により、４箇所の電流値の比に基づいてタッチ位置の座標を算出するものである。このタッチ位置の座標が求まることにより、第１電極１００又は第２電極２００のどちらにタッチがされたかが判断できる。
図４は、本発明の実施の形態に係るセンサ構造を用いたパワーウインドウ制御装置の概略構成を示すブロック図である。
制御部４００は、第１電極１００の２箇所の隅部Ｅ１、Ｅ２、及び、第２電極２００の２箇所の隅部Ｅ３、Ｅ４へ電圧印加し、それぞれに電流ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４を供給する給電部、この電流ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４に基づいて検出電極１０上のタッチ位置の座標を算出する座標算出部、ウインドウレギュレータ３００のレギュレータモータ３１０の回転制御を行なう制御信号Ｓ１、Ｓ２を生成する制御信号生成部、これらの制御を所定のプログラムに従って制御する演算処理部等から構成されている。
制御部４００は、例えば、プログラムに従って、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。また、検出電極１０、レギュレータモータ３１０へ電流を供給するためのドライバ部、信号の入出力を行なうインターフェース部等を備えている。
（タッチ位置Ｐの算出）
表面型静電容量方式によるタッチ位置Ｐの検出は、第１電極１００の２箇所の隅部Ｅ１、Ｅ２、及び、第２電極２００の２箇所の隅部Ｅ３、Ｅ４に流れる４箇所の電流値（ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４）の比に基づいてタッチ位置Ｐの座標を算出する。
図３において、タッチ位置Ｐの座標Ｘ、Ｙは、次のような式で算出される。
Ｘ＝Ｋ１＋Ｋ２・（ｉ２＋ｉ３）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４）
Ｙ＝Ｋ３＋Ｋ４・（ｉ１＋ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４）
ただし、Ｋ１、Ｋ３は、オフセット値、また、Ｋ２、Ｋ４は係数である。
ここで、Ｋ１＝０、Ｋ２＝ｃ、Ｋ３＝ａ、Ｋ４＝−ａ−ｂ、とすると、図３に示すように、検出電極１０の第１電極１００の領域において、上端部の座標は、（０、ａ）、下端部の座標は、（０、−ｂ）、右端部の座標は、（ｃ、０）、左端部の座標は、（−ｃ、０）となる。
すなわち、
Ｘ＝ｃ・（ｉ２＋ｉ３）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４）
Ｙ＝ａ−（ａ＋ｂ）・（ｉ１＋ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４）
となる。
したがって、第１電極１００の２箇所の隅部Ｅ１、Ｅ２、及び、第２電極２００の２箇所の隅部Ｅ３、Ｅ４から供給される電流値（ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４）に基づいて、制御部４００の内部において、上記示した式により、タッチ位置Ｐの座標Ｘ、Ｙを算出することができる。
本発明の実施の形態に係るセンサ構造は、上記示した式により、タッチ位置Ｐの座標Ｘ、Ｙを算出することができ、これにより、第１電極１００にタッチしたのか、又は、第２電極２００にタッチ操作がされたのかの判断が可能となる。さらに、第１電極１００、第２電極２００のどの位置がタッチされたかまで判断できるので、タッチ検出のみならず、タッチ位置に基づいたスイッチ入力装置として機能することが可能である。
（パワーウインドウ制御装置の動作）
図５は、本発明の実施の形態に係るパワーウインドウ制御装置の動作例を示すフローチャートである。
制御部４００は、検出電極１０（第１電極１００と第２電極２００）へのタッチがあったかどうかの判断を行なう（Ｓｔｅｐ１）。タッチ位置Ｐにおける静電容量値が変化することから、制御部４００は、静電容量値が所定の閾値を超えたかどうかにより、タッチの有り無しを判断することができる。タッチありの場合はＳｔｅｐ２へ進み、タッチなしの場合はＳｔｅｐ１を繰り返して実行する。
制御部４００は、タッチ位置ＰのＹ座標がＹ＞０かどうかを判断する（Ｓｔｅｐ２）。制御部４００は、タッチ位置Ｐの算出式、
Ｘ＝ｃ・（ｉ２＋ｉ３）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４）
Ｙ＝ａ−（ａ＋ｂ）・（ｉ１＋ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４）
から、Ｙ座標を算出し、これに基づいて、判断を行なう。Ｙ＞０の場合はＳｔｅｐ３へ進み、Ｙ＞０でない場合はＳｔｅｐ５へ進む。
制御部４００は、タッチ位置Ｐの座標ＹがＹ＞０の場合は、挟み込み信号Ｓ１を生成し、ウインドウレギュレータ３００へ出力する（Ｓｔｅｐ３）。
ウインドウレギュレータ３００は、図示省略するレギュレータ制御部により、挟み込み信号Ｓ１に基づいて、レギュレータモータ３１０の回転制御を行なうことができる（Ｓｔｅｐ４）。すなわち、挟み込み信号Ｓ１により、第１電極１００が窓ガラスによる指挟みを検出したと判断し、レギュレータモータ３１０の回転を反転制御する。これにより、窓ガラス３０がウインドウレギュレータ３００により上方向に移動していても反転して下方向へ移動するため、指挟み等を回避することが可能になる。あるいは、レギュレータモータ３１０の反転制御ではなく、回転を停止させる制御を行なうようにしてもよい。
制御部４００は、タッチ位置Ｐの座標ＹがＹ＞０でない場合は、オンオフ信号Ｓ２を生成し、ウインドウレギュレータ３００へ出力する（Ｓｔｅｐ５）。
ウインドウレギュレータ３００は、図示省略するレギュレータ制御部により、オンオフ信号Ｓ２に基づいて、レギュレータモータ３１０の作動開始、停止制御を行なうことができる（Ｓｔｅｐ６）。すなわち、オンオフ信号Ｓ２により、レギュレータモータ３１０が停止しているときは作動開始をすることができ、レギュレータモータ３１０が作動しているときは停止制御をすることができる。これにより、操作者が車両内部から、第２電極２００にタッチ操作を行なうことにより、パワーウインドウの作動開始、停止を行なうことが可能になる。
上記説明した一連の動作フローにより、ウインドウレギュレータ３００の制御が終了する。なお、この一連の動作フローは、必要により、繰り返して実行させる設定とすることができる。
（第２電極２００のスイッチ入力機能）
上記説明したように、第１電極１００は、窓ガラスによる指挟みを検出する。一方、第２電極２００は、上記説明したパワーウインドウの作動開始、停止のスイッチ入力以外に、種々の入力機能が考えられる。検出電極１０（第１電極１００と第２電極２００）は、タッチの有無を検出すると共に、タッチ位置Ｐの座標を算出することができる。したがって、特に、第２電極２００は、操作者が車両内部からタッチした位置座標を判断することにより、種々に機能を割り当てることも可能である。
例えば、第２電極２００のタッチ位置が、窓ガラス３０の前方、中央、後方かにより機能を割り当てることが可能である。例えば、窓ガラス３０の第２電極２００の前方寄りをタッチした場合はパワーウインドウの作動開始、中央寄りをタッチした場合はパワーウインドウの停止、後方寄りをタッチした場合はパワーウインドウの反転、等である。
（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るセンサ構造、パワーウインドウ制御装置は以下のような効果を有する。
（１）本実施の形態に係るセンサ構造は、第１電極１００又は第２電極２００のタッチ位置Ｐを表面型静電容量方式により検出する。表面型静電容量方式によるタッチ位置検出は、検出電極１０（第１電極１００と第２電極２００）の４箇所の給電部からＡＣ電流を供給して、タッチ位置Ｐと給電部とのインピーダンス変化により、４箇所の電流値の比に基づいてタッチ位置の座標を算出するものである。したがって、タッチの有無を検出できると共に、タッチ位置の座標が求まることにより、第１電極１００又は第２電極２００のどちらにタッチがされたかが判断できる。
（２）上記のセンサ構造を用いたパワーウインドウ制御装置は、第１電極１００のタッチ検出により、ウインドウレギュレータ３００の反転制御、停止制御を行なうことができると共に、操作者の車両内部からの第２電極２００へのタッチ操作を検出することにより、パワーウインドウの作動開始、停止を行なうことができる。
（３）これにより、指挟みの検出と他の検出機能の２つの機能を有するセンサ構造、及び、このセンサ構造を用いたパワーウインドウ制御装置を提供することができる。
（４）本発明の実施の形態に係るセンサ構造は、上記示した式により、タッチ位置Ｐの座標Ｘ、Ｙを算出することができ、これにより、第１電極１００、第２電極２００のどの位置がタッチされたかまで判断できるので、タッチ検出のみならず、タッチ位置に基づいたスイッチ入力装置として機能することが可能である。
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…パワーウインドウ制御装置
１０…検出電極
３０…窓ガラス
４０…窓枠
１００…電極
２００…電極
３００…ウインドウレギュレータ
３１０…レギュレータモータ
４００…制御部
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４…隅部
ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４…電流
Ｐ…タッチ位置
Ｓ１…制御信号
Ｓ２…オンオフ信号
Ｘ、Ｙ…座標

Claims (3)

  1. 静電容量を検出する第１電極と、
    静電容量を検出する第２電極と、を有し、
    前記第１電極と前記第２電極は、折り曲げられた板形状の検出電極とされ、
    前記第１電極の検出対象の検出方向と、前記第２電極の検出対象の検出方向とが異なる方向であり、
    前記第１電極の２箇所の隅部、及び、前記第２電極の２箇所の隅部に電圧が印加され、前記第１電極又は前記第２電極のタッチ位置を表面型静電容量方式により検出することを特徴とするセンサ構造。
  2. 車両の窓ガラスの上部に配置され、静電容量を検出する第１電極と、
    前記窓ガラスの車両内部側に配置され、静電容量を検出する第２電極と、を有し、
    前記第１電極と前記第２電極は、折り曲げられた板形状の検出電極とされ、
    前記第１電極の検出対象の検出方向と、前記第２電極の検出対象の検出方向とが異なる方向であり、
    前記第１電極の２箇所の隅部、及び、前記第２電極の２箇所の隅部に電圧が印加され、前記第１電極又は前記第２電極のタッチ位置を表面型静電容量方式により検出することを特徴とするパワーウインドウ制御装置。
  3. 前記第１電極は、窓ガラスによる指挟みを検出し、前記第２電極は、前記車両の内部側からのタッチ操作を検出することにより、パワーウインドウ装置の開閉制御を行なうことを特徴とする請求項２に記載のパワーウインドウ制御装置。
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