JP6555666B2 - 静電容量センサおよびグリップセンサ - Google Patents

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Description

本発明は、静電容量を計測する静電容量センサおよびグリップセンサに関する。
従来、静電容量を計測することによって、例えば車両のシートにおける人体の着座を判定する静電容量センサが提案されている。この静電容量センサは、外乱ノイズが発生した場合、着座検知と同等以上の強度を示す信号を出力してしまう、つまり、誤検知してしまうことがある。そこで、特許文献１の静電容量センサは、誤検知を低減するために、サブキャリア信号を変調して送信し、応答信号からサブキャリア信号を復調する。そして、その静電容量センサは、そのサブキャリア信号が正常に復調されたかを判定することで、応答信号に重畳されているノイズを検知する。
米国特許第８９８８０８０号明細書
しかし、このような構成では、様々な帯域の周波数に対するノイズを検知するためには、その帯域内の各周波数に対応した変調を行う必要があり、回路構成が複雑になるという課題がある。
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成でノイズを適切に計測することが可能な静電容量センサおよびグリップセンサを提供する。
本発明の一態様に係る静電容量センサは、センサ電極と、前記センサ電極に電気的に接続され、前記センサ電極の静電容量を計測するセンサ回路と、第１インピーダンス素子と、前記センサ電極に前記第１インピーダンス素子を介して電気的に接続され、前記静電容量に対するノイズを計測するノイズ検知回路と、前記センサ回路および前記ノイズ検知回路のそれぞれをオンとオフとに切り換える制御回路とを備え、前記制御回路は、前記センサ回路をオンに切り替え、かつ、前記ノイズ検知回路をオフに切り替えることによって、前記センサ回路に前記センサ電極の静電容量を計測させ、前記センサ回路をオフに切り替え、かつ、前記ノイズ検知回路をオンに切り替えることによって、前記ノイズ検知回路に前記ノイズを計測させる。
これにより、センサ回路およびノイズ検知回路の制御によって、静電容量の計測とノイズの計測とが切り替えられ、ノイズの計測では、第１インピーダンス素子に応じた周波数特性にしたがった感度でノイズを計測することができる。ここで、静電容量センサの外乱となるノイズ、すなわち電磁ノイズの周波数帯域には、センサ回路による静電容量の計測のための駆動周波数を含む周波数帯域ｆ１と、駆動周波数の高調波の周波数帯域ｆ１ｘと、静電容量センサの計測系全体に対して外乱となりやすい周波数帯域ｆ２と、その高調波の周波数帯域ｆ２ｙとがある。上述の本発明の一態様に係る静電容量センサでは、その周波数帯域ｆ１、ｆ１ｘ、ｆ２およびｆ２ｙのノイズに対して高い感度の周波数特性が得られる第１インピーダンス素子を用いることによって、簡単な構成でノイズを適切に計測することができる。
また、前記静電容量センサは、さらに、第２インピーダンス素子を備え、前記ノイズ検知回路は、さらに、前記センサ電極に前記第２インピーダンス素子を介して電気的に接続され、前記第２インピーダンス素子の前記センサ電極と反対側の端子を、接地と非接地とに切り替え、前記制御回路は、前記ノイズ検知回路に前記ノイズを計測させるときには、前記ノイズ検知回路に、前記第２インピーダンス素子の前記端子を非接地にさせることによって、第１周波数特性にしたがった感度で前記ノイズを計測させ、かつ、前記ノイズ検知回路に、前記第２インピーダンス素子の前記端子を接地させることによって、前記第１周波数特性と異なる第２周波数特性にしたがった感度で前記ノイズを計測させてもよい。
これにより、互いに異なる周波数特性にしたがった感度でノイズが計測されるため、一方の周波数特性にしたがった感度でノイズが計測されなくても、他方の周波数特性にしたがった感度でノイズを計測することができる。その結果、簡単な構成でノイズをより適切に計測することができる。
また、前記制御回路は、前記センサ回路および前記ノイズ検知回路に対して、前記静電容量の計測と、前記ノイズの計測とを交互に繰り返し実行させてもよい。または、前記制御回路は、前記センサ回路に前記センサ電極の静電容量を計測させ、計測された静電容量が閾値よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定された場合にのみ、前記ノイズ検知回路に前記ノイズを計測させてもよい。
これにより、静電容量の計測と、ノイズの計測とを適切に行うことができる。
本発明の一態様に係るグリップセンサは、上述の静電容量センサを備え、前記センサ回路によって計測される静電容量によって、前記センサ電極が取り付けられている対象物の把持を検知する。
これにより、ノイズによって誤検知することなく対象物に対する把持を適切に検知することができる。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明の静電容量センサは、簡単な構成でノイズを適切に計測することができる。
図１は、実施の形態１における静電容量センサが配置された車両の車室の一例を示す図である。 図２Ａは、実施の形態１における静電容量センサの外観の一例を示す図である。 図２Ｂは、実施の形態１における静電容量センサの外観の他の例を示す図である。 図３は、実施の形態１における静電容量センサの構成例を示す図である。 図４Ａは、実施の形態１におけるノイズ検知回路およびセンサ回路の構成例を示す図である。 図４Ｂは、実施の形態１における第１インピーダンス素子の構成例を示す図である。 図５は、実施の形態１における静電容量センサが静電容量を計測する状態を示す図である。 図６は、実施の形態１における静電容量センサがノイズを計測する状態を示す図である。 図７Ａは、実施の形態１における静電容量センサの全体的な処理動作の一例を示すフローチャートである。 図７Ｂは、実施の形態１における静電容量センサの全体的な処理動作の他の例を示すフローチャートである。 図８は、実施の形態１における静電容量センサの把持判定処理の詳細を示すフローチャートである。 図９は、実施の形態１における静電容量センサのノイズ判定処理の詳細を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態２における静電容量センサの構成例を示す図である。 図１１Ａは、実施の形態２におけるノイズ検知回路およびセンサ回路の構成例を示す図である。 図１１Ｂは、実施の形態２における第２インピーダンス素子の構成例を示す図である。 図１２は、実施の形態２における静電容量センサが静電容量を計測する状態を示す図である。 図１３は、実施の形態２における静電容量センサがノイズを計測する状態の一例を示す図である。 図１４は、実施の形態２における静電容量センサがノイズを計測する状態の他の例を示す図である。 図１５は、実施の形態２における静電容量センサの把持判定処理の詳細を示すフローチャートである。 図１６は、実施の形態２における静電容量センサのノイズ判定処理の詳細を示すフローチャートである。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における静電容量センサが配置された車両の車室の一例を示す図である。
車両１は、ステアリングホイール２００、スピーカ３０１、および液晶ディスプレイ等の表示装置３０２を備えている。スピーカ３０１および表示装置３０２は例えば注意喚起装置として構成される。
ステアリングホイール２００は、車両１を操舵するためのものである。ステアリングホイール２００は、リング形状を有するリム２１０と、リム２１０の内周面に一体的に形成された略Ｔ字状のスポーク２０２と、スポーク２０２の中央部に配置されたホーンスイッチ（図示せず）を覆うホーンスイッチカバー２０３とを有している。
静電容量センサ１００は、本実施の形態では、例えば手によるステアリングホイール２００の把持を検出するグリップセンサとして構成され、図２に示すように、車両１のステアリングホイール２００に備えられている。具体的には、静電容量センサ１００は、ステアリングホイール２００のリム２１０に埋設されるセンサ部１１０と、センサ部１１０からの信号に基づいて把持を検出する処理部１２０と、センサ部１１０と処理部１２０を電気的に接続するハーネス１３０とを備えている。処理部１２０は、例えばスポーク２０２に埋設されている。このような静電容量センサ１００は、センサ部１１０の静電容量を計測することによって、ステアリングホイール２００のリム２１０の把持を検知する。
センサ部１１０では、車両１の運転者がステアリングホイール２００のリム２１０を把持しているか否かに応じて計測される静電容量が変化する。処理部１２０は、そのセンサ部１１０の静電容量、またはその静電容量に応じた値（変化量）を計測し、その値に基づいて、運転者の手によるリム２１０の把持を検知する。そして、注意喚起装置は、車両１が運転されているにもかかわらず、処理部１２０によって把持がされていないと検知された場合には、運転者への注意喚起を実行する。例えば、注意喚起装置のスピーカ３０１は、警告音または音声によって、運転者に注意を喚起する。表示装置３０２は、運転者にステアリングホイール２００をしっかり握るように促す注意喚起のメッセージを表示する。これにより、交通事故を減少させることができる。
図２Ａは、本実施の形態における静電容量センサ１００の外観の一例を示す図である。
静電容量センサ１００は、上述のように、センサ部１１０と、処理部１２０と、ハーネス１３０とを備える。センサ部１１０は、図２Ａに示すように、基材１１２と、基材１１２に保持されるセンサ電極１１１とを備える。
基材１１２は、例えば不織布からなり長尺状に形成されている。なお、本実施の形態では、その基材１１２の長手方向をＸ軸方向と称し、基材１１２に平行な面においてＸ軸方向と垂直な方向をＹ軸方向と称す。また、Ｙ軸方向における、基材１１２の一端側（図２Ａの下端側）を負側と称し、他端側（図２Ａの上端側）を正側と称す。同様に、Ｘ軸方向における、基材１１２の一端側（図２Ａの左端側）を負側と称し、他端側（図２Ａの右端側）を正側と称す。
センサ電極１１１は、金属線（例えば銅線）であって、ジグザグ形状のパターンが形成されるように、基材１１２に縫い付けられている。また、センサ電極１１１の両端は処理部１２０に電気的に接続されている。
センサ電極１１１は、基材１１２の長手方向に沿うようにその基材１１２に縫い付けられている。具体的には、センサ電極１１１では、Ｘ軸方向に沿う直線状の複数の線部のそれぞれが互いにＹ軸方向に略等間隔だけ離れるように配列され、その複数の線部のそれぞれは、互いに隣の線部と直列に接続されている。このような複数の線部の配列および接続によってジグザグ形状のパターンが形成されている。
なお、センサ電極１１１は、基材１１２に縫い付けられているが、熱圧着などによって基材１１２に固定されていてもよい。
図２Ｂは、本実施の形態における静電容量センサ１００の外観の他の例を示す図である。
センサ電極１１１のパターンは、図２Ａに示す例に限らず、どのようなパターンであってもよい。例えば、図２Ｂに示すように、センサ電極１１１における、Ｙ軸方向に沿う直線状の複数の線部のそれぞれが、互いにＸ軸方向に略等間隔だけ離れるように配列され、その複数の線部のそれぞれが、互いに隣の線部に直列に接続されていてもよい。さらにセンサ電極１１１は導体や抵抗体による面状の構造でもよい。
図３は、本実施の形態における静電容量センサ１００の構成例を示す図である。
静電容量センサ１００は、図３に示すように、電源部１２１と、センサ電極１１１と、インダクタＬ１と、第１インピーダンス素子ｚ１と、コンデンサＣ１と、ノイズ検知回路１２２と、センサ回路１２３と、制御回路１２４とを備える。
なお、上記各構成要素のうちのセンサ電極１１１を除く、電源部１２１と、インダクタＬ１と、第１インピーダンス素子ｚ１と、コンデンサＣ１と、ノイズ検知回路１２２と、センサ回路１２３と、制御回路１２４とは、処理部１２０に含まれる。
電源部１２１は、スイッチＳｗを介してセンサ電極１１１の一端に接続されている。そして、電源部１２１はスイッチＳｗがオンのとき、センサ電極１１１に対して直流電力を供給する。これにより、センサ電極１１１は手を温めるヒータとしても機能する。 インダクタＬ１の一端は、センサ電極１１１の端、すなわちセンサ電極１１１のスイッチＳｗと反対側の端に接続され、インダクタＬ１の他端は、グラウンドに接続されている。
センサ回路１２３は、センサ電極１１１とインダクタＬ１との接続点ａ１と、コンデンサＣ１を介して接続されるとともに、制御回路１２４に接続されている。このようなセンサ回路１２３は、コンデンサＣ１を介してセンサ電極１１１に電気的に接続され、センサ電極１１１の静電容量を計測する。例えば、センサ回路１２３は、コンデンサＣ１を介して交流電流をセンサ電極１１１に流し、その交流電流の電流値に基づいて静電容量を計測する。なお、この交流電流の周波数は、センサ回路１２３の駆動周波数ともいう。
なお、以下の説明において、静電容量を計測するとは、静電容量そのものを計測する場合と、静電容量の変化量を計測する場合の両方を含むと定義する。
ノイズ検知回路１２２は、第１インピーダンス素子ｚ１を介して上述の接続点ａ１に接続されるとともに、制御回路１２４に接続されている。このようなノイズ検知回路１２２は、センサ電極１１１に第１インピーダンス素子ｚ１を介して電気的に接続され、上述の静電容量に対するノイズを計測する。
制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２およびセンサ回路１２３のそれぞれをオンとオフとに切り替えるとともに、スイッチＳｗをオンとオフとに切り替える。なお、制御回路１２４は、電源部１２１から供給される電力によって動作する。
具体的には、制御回路１２４は、スイッチＳｗをオンにすることによって、電源部１２１からセンサ電極１１１およびインダクタＬ１に直流電流を流す。センサ電極１１１は、この直流電流によって加熱し、ステアリングホイール２００のリム２１０を温める。
制御回路１２４は、スイッチＳｗをオフにすることによって、センサ電極１１１の加熱を停止させ、センサ電極１１１の静電容量の計測とノイズの計測とを、センサ回路１２３およびノイズ検知回路１２２に実行させる。なお、センサ電極１１１の静電容量の計測とノイズの計測は、スイッチＳｗがオフのときのみに限定されるものではなく、オンのときでもよいし、オンおよびオフのときであってもよい。ただし、スイッチＳｗがオンからオフに、またはオフからオンに切り替わったときは、直流電流の変動が発生するため、センサ電極１１１の静電容量の計測とノイズの計測を行わないようにすることが望ましい。
ここで、例えば、制御回路１２４は、センサ回路１２３およびノイズ検知回路１２２に対して、静電容量の計測と、ノイズの計測とを交互に繰り返し実行させる。または、制御回路１２４は、センサ回路１２３にセンサ電極１１１の静電容量を計測させ、計測された静電容量が閾値よりも大きいか否かを判定する。そして、制御回路１２４は、大きいと判定された場合にのみ、ノイズ検知回路１２２にノイズを計測させる。
さらに、制御回路１２４は、車両１に搭載されている車両側制御回路３０３と通信する。具体的には、制御回路１２４は、センサ回路１２３によって計測された静電容量が閾値よりも大きいときには、運転者によるステアリングホイール２００のリム２１０の把持を検知する。そして、制御回路１２４は、リム２１０が把持されたことを示す把持検知信号を車両側制御回路３０３に出力する。また、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２によって計測されたノイズが閾値よりも大きいときには、閾値を超えるノイズの発生を検知する。つまり、そのときには、制御回路１２４は、センサ回路１２３によって計測される静電容量に多くのノイズが含まれ、その静電容量が信用できないと判断する。そして、制御回路１２４は、閾値を超えるノイズの発生を検知すると、ノイズ検知信号を車両側制御回路３０３に出力する。
車両側制御回路３０３は、例えばＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）であって、制御回路１２４から送信される把持検知信号およびノイズ検知信号のうちの少なくとも１つの信号を受信する。そして、車両側制御回路３０３は、その受信した信号に基づいてスピーカ３０１および表示装置３０２を制御する。つまり、車両側制御回路３０３は、車両１が運転されているにもかかわらず、把持検知信号を受信していない場合には、上述の注意喚起装置に運転者への注意喚起を実行させる。また、車両側制御回路３０３は、把持検知信号を受信しても、ノイズ検知信号も受信している場合には、ノイズに起因して把持検知信号が制御回路１２４から送信されている可能性があると判断し、例えばその把持検知信号を無効にする。したがって、このような場合には、車両側制御回路３０３は、上述の注意喚起装置に運転者への注意喚起を実行させない。
図４Ａは、本実施の形態におけるノイズ検知回路１２２およびセンサ回路１２３の構成例を示す図である。
センサ回路１２３は、スイッチＳｗ１と、そのスイッチＳｗ１を介してコンデンサＣ１に接続される静電容量検知回路１３１とを備える。静電容量検知回路１３１は、センサ回路１２３における主要な回路であって、センサ電極１１１の静電容量を計測する。つまり、スイッチＳｗ１のオンとオフとの切り替えによって、センサ回路１２３による静電容量の計測が許可されたり、不許可にされたりする。以下、センサ回路１２３による静電容量の計測が許可される状態をセンサ回路１２３がオン、センサ回路１２３による静電容量の計測が不許可にされる状態をセンサ回路１２３がオフという。
ノイズ検知回路１２２は、スイッチＳｗ２と、そのスイッチＳｗ２を介して第１インピーダンス素子ｚ１に接続されるＡＤＣ１３２とを備える。ＡＤＣ１３２は、アナログ−デジタル変換器である。このＡＤＣ１３２は、ノイズ検知回路１２２における主要な回路であって、センサ電極１１１に対するノイズを計測する。つまり、スイッチＳｗ２のオンとオフとの切り替えによって、ノイズ検知回路１２２によるノイズの計測が許可されたり、不許可にされたりする。以下、ノイズ検知回路１２２によるノイズの計測が許可される状態をノイズ検知回路１２２がオン、ノイズ検知回路１２２によるノイズの計測が不許可にされる状態をノイズ検知回路１２２がオフという。
スイッチＳｗ１およびＳｗ２は、制御回路１２４によってオンとオフとに切り替えられる。
図４Ｂは、本実施の形態における第１インピーダンス素子ｚ１の構成例を示す図である。
第１インピーダンス素子ｚ１は、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３と、コンデンサＣ１１とを備える。
抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１１とは直列に接続される。抵抗器Ｒ１のコンデンサＣ１１と反対側の端子には、センサ電極１１１が接続され、コンデンサＣ１１の抵抗器Ｒ１と反対側の端子には、スイッチＳｗ２が接続される。
抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３とは、電源とグラウンドとの間に直列に接続される。また、抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３との接続点は、コンデンサＣ１１の抵抗器Ｒ１と反対側の端子に接続されている。このような抵抗器Ｒ２およびＲ３は、ノイズ検知回路１２２のＡＤＣ１３２の入力に対してバイアス電圧をかける。
本実施の形態における第１インピーダンス素子ｚ１は、ＡＤＣ１３２の入力インピーダンスを設定するための素子である。具体的には、第１インピーダンス素子ｚ１は、ノイズ検知周波数帯が周波数帯域ｆ１およびｆ１ｘに含まれるような素子である。ここで、周波数帯域ｆ１は、センサ回路１２３による静電容量の計測のための駆動周波数を含む周波数帯域である。また、周波数帯域ｆ１ｘは、その駆動周波数の高調波の周波数帯域である。または、第１インピーダンス素子ｚ１は、例えば、ノイズ検知周波数帯が周波数帯域ｆ２およびｆ２ｙに含まれるような素子である。ここで、周波数帯域ｆ２は、静電容量センサ１００の計測系全体に対して外乱となりやすい周波数帯域であり、周波数帯域ｆ２ｙは、その高調波の周波数帯域である。また、本実施の形態における第１インピーダンス素子ｚ１は、周波数帯域ｆ１、ｆ１ｘ、ｆ２およびｆ２ｙのノイズに対して高い感度の周波数特性が得られるインピーダンス素子を用いてもよい。
図５は、本実施の形態における静電容量センサ１００が静電容量を計測する状態を示す図である。
制御回路１２４は、静電容量を計測するときには、図５に示すように、センサ回路１２３のスイッチＳｗ１をオンにして、ノイズ検知回路１２２のスイッチＳｗ２をオフにする。つまり、制御回路１２４は、センサ回路１２３をオンに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２をオフに切り替えることによって、センサ回路１２３にセンサ電極１１１の静電容量を計測させる。
図６は、本実施の形態における静電容量センサ１００がノイズを計測する状態を示す図である。
制御回路１２４は、ノイズを計測するときには、図６に示すように、センサ回路１２３のスイッチＳｗ１をオフにして、ノイズ検知回路１２２のスイッチＳｗ２をオンにする。つまり、制御回路１２４は、センサ回路１２３をオフに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２をオンに切り替えることによって、ノイズ検知回路１２２にノイズを計測させる。
このときには、第１インピーダンス素子ｚ１に応じた周波数特性にしたがった感度でノイズを計測することができる。つまり、周波数帯域ｆ１、ｆ１ｘ、ｆ２およびｆ２ｙのノイズを適切に計測することができる。
図７Ａは、本実施の形態における静電容量センサ１００の全体的な処理動作の一例を示すフローチャートである。
まず、静電容量センサ１００は、静電容量を計測することによって、運転者がステアリングホイール２００のリム２１０を把持しているか否かを判定する把持判定処理を行う（ステップＳ１１０）。
次に、静電容量センサ１００は、ノイズを計測することによって、閾値を超えるノイズが発生しているか否かを判定するノイズ判定処理を行う（ステップＳ１２０）。
次に、静電容量センサ１００は、処理動作の終了条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。例えば、終了条件は、予め定められた時間が経過したこと、または、処理動作の終了を示す信号を受け付けたことである。ここで、終了条件が満たされていないと判定すると（ステップＳ１３０のＮｏ）、静電容量センサ１００は、ステップＳ１１０からの処理を繰り返し実行する。一方、終了条件が満たされていると判定すると（ステップＳ１３０のＹｅｓ）、静電容量センサ１００は、処理動作を終了する。
このように、図７Ａの処理動作を終了すると、把持判定結果とノイズ判定結果が得られる。車両側制御回路３０３は、これらの結果を把持検知信号、およびノイズ検知信号として静電容量センサ１００の制御回路１２４から受信する。
ここで、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０までの処理は、予め定められた期間に行われてもよい。つまり、静電容量センサ１００は、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０までの処理を周期的に繰り返してもよい。
図７Ｂは、本実施の形態における静電容量センサ１００の全体的な処理動作の他の例を示すフローチャートである。
まず、静電容量センサ１００は、静電容量を計測することによって、運転者がステアリングホイール２００のリム２１０を把持しているか否かを判定する把持判定処理を行う（ステップＳ１１０）。
次に、静電容量センサ１００は、その把持判定処理において、運転者がリム２１０を把持していると判定されたか否か、すなわち把持が検知されたか否かを判別する（ステップＳ１４０）。ここで、静電容量センサ１００は、把持が検知されたと判別すると（ステップＳ１４０のＹｅｓ）、ノイズを計測することによって、閾値を超えるノイズが発生しているか否かを判定するノイズ判定処理を行う（ステップＳ１２０）。
一方、把持が検知されていないと判別すると（ステップＳ１４０のＮｏ）、または、ステップＳ１２０のノイズ判定処理が終了すると、静電容量センサ１００は、処理動作の終了条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、終了条件が満たされていないと判定すると（ステップＳ１３０のＮｏ）、静電容量センサ１００は、ステップＳ１１０からの処理を繰り返し実行する。一方、終了条件が満たされていると判定すると（ステップＳ１３０のＹｅｓ）、静電容量センサ１００は、処理動作を終了する。
このように、図７Ｂの処理動作を終了すると、把持判定結果とノイズ判定結果が得られる。車両側制御回路３０３は、これらの結果を把持検知信号、およびノイズ検知信号として静電容量センサ１００の制御回路１２４から受信する。
図８は、本実施の形態における静電容量センサ１００の把持判定処理の詳細を示すフローチャートである。
制御回路１２４は、スイッチＳｗ１をオンにして、スイッチＳｗ２をオフにすることによって、センサ回路１２３の静電容量検知回路１３１に、静電容量を計測させる（ステップＳ１１１）。
制御回路１２４は、その計測された静電容量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ここで、制御回路１２４は、静電容量が閾値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１１２のＹｅｓ）、運転者によるステアリングホイール２００のリム２１０の把持、または閾値を超えるノイズが静電容量センサ１００に印加されていることを検知する。したがって、図８のフローチャートのみでは把持検知がノイズに起因するものであるか否かを判断することができない。一方、制御回路１２４は、静電容量が閾値以下と判定すると（ステップＳ１１２のＮｏ）、その把持判定処理を終了する。
図９は、本実施の形態における静電容量センサ１００のノイズ判定処理の詳細を示すフローチャートである。
制御回路１２４は、スイッチＳｗ１をオフにして、スイッチＳｗ２をオンにすることによって、ノイズ検知回路１２２のＡＤＣ１３１に、ノイズを計測させる（ステップＳ１２１）。
制御回路１２４は、その計測されたノイズが閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２２）。ここで、制御回路１２４は、ノイズが閾値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１１２のＹｅｓ）、閾値を超えるノイズを検知、すなわち、大きなノイズの発生を検知する。その結果、制御回路１２４は、上述のノイズ検知信号を車両側制御回路３０３に出力する。一方、制御回路１２４は、ノイズが閾値以下と判定すると（ステップＳ１２２のＮｏ）、そのノイズ判定処理を終了する。
（実施の形態１のまとめ）
以上のように、本実施の形態における静電容量センサ１００は、センサ電極１１１と、センサ電極１１１に電気的に接続され、センサ電極１１１の静電容量を計測するセンサ回路１２３と、第１インピーダンス素子ｚ１と、センサ電極１１１に第１インピーダンス素子ｚ１を介して電気的に接続され、静電容量に対するノイズを計測するノイズ検知回路１２２と、センサ回路１２３およびノイズ検知回路１２２のそれぞれをオンとオフとに切り換える制御回路１２４とを備える。そして、制御回路１２４は、センサ回路１２３をオンに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２をオフに切り替えることによって、センサ回路１２３にセンサ電極１１１の静電容量を計測させ、センサ回路１２３をオフに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２をオンに切り替えることによって、ノイズ検知回路１２２にノイズを計測させる。
これにより、センサ回路１２３およびノイズ検知回路１２２の制御によって、静電容量の計測とノイズの計測とが切り替えられ、ノイズの計測では、第１インピーダンス素子ｚ１に応じた周波数特性にしたがった感度でノイズを計測することができる。ここで、静電容量センサ１００の外乱となるノイズ、すなわち電磁ノイズの周波数帯域には、センサ回路１２３による静電容量の計測のための駆動周波数を含む周波数帯域ｆ１と、駆動周波数の高調波の周波数帯域ｆ１ｘと、静電容量センサ１００の計測系全体に対して外乱となりやすい周波数帯域ｆ２と、その高調波の周波数帯域ｆ２ｙとがある。上述の本実施の形態における静電容量センサ１００では、その周波数帯域ｆ１、ｆ１ｘ、ｆ２およびｆ２ｙのノイズに対して高い感度の周波数特性が得られる第１インピーダンス素子ｚ１を用いることによって、簡単な構成でノイズを適切に計測することができる。
（実施の形態２）
上記実施の形態では、第１インピーダンス素子ｚ１に応じた１つの周波数特性にしたがった感度でノイズを計測するが、本実施の形態では、互いに異なる２つの周波数特性にしたがった感度でノイズを計測する。
図１０は、本実施の形態における静電容量センサ１００ａの構成例を示す図である。
本実施の形態における静電容量センサ１００ａは、図１０に示すように、電源部１２１と、センサ電極１１１と、インダクタＬ１と、第１インピーダンス素子ｚ１と、第２インピーダンス素子ｚ２と、コンデンサＣ１と、ノイズ検知回路１２２ａと、センサ回路１２３ａと、制御回路１２４とを備える。つまり、本実施の形態における静電容量センサ１００ａは、実施の形態１の静電容量センサ１００におけるノイズ検知回路１２２およびセンサ回路１２３の代わりに、ノイズ検知回路１２２ａおよびセンサ回路１２３ａを備える。さらに、本実施の形態における静電容量センサ１００ａは、実施の形態１の静電容量センサ１００には含まれていない第２インピーダンス素子ｚ２を備えている。
また、本実施の形態におけるノイズ検知回路１２２は、センサ電極１１１とインダクタＬ１との接続点ａ１に対して、第１インピーダンス素子ｚ１を介して接続されるとともに、第２インピーダンス素子ｚ２を介しても接続されている。
図１１Ａは、本実施の形態におけるノイズ検知回路１２２ａおよびセンサ回路１２３ａの構成例を示す図である。
センサ回路１２３ａは、実施の形態１のセンサ回路１２３と同様、スイッチＳｗ１と、そのスイッチＳｗ１を介してコンデンサＣ１に接続される静電容量検知回路１３１とを備える。
ノイズ検知回路１２２ａは、実施の形態１のノイズ検知回路１２２と同様、スイッチＳｗ２と、そのスイッチＳｗ２を介して第１インピーダンス素子ｚ１に接続されるＡＤＣ１３２とを備える。ここで、本実施の形態におけるノイズ検知回路１２２ａは、さらに、スイッチＳｗ２２を備える。スイッチＳｗ２２は、第２インピーダンス素子ｚ２とグラウンドとの間に接続され、オンおよびオフによって、第２インピーダンス素子ｚ２の端子を接地と非接地とに切り替える。
図１１Ｂは、本実施の形態における第２インピーダンス素子ｚ２の構成例を示す図である。
第２インピーダンス素子ｚ２は、抵抗器Ｒ４と、その抵抗器Ｒ１に直列に接続されるコンデンサＣ１２とを備える。抵抗器Ｒ４のコンデンサＣ１２と反対側の端子には、センサ電極１１１が接続され、コンデンサＣ１２の抵抗器Ｒ４と反対側の端子には、スイッチＳｗ２２が接続される。
このような本実施の形態における第２インピーダンス素子ｚ２は、計測されるノイズの感度の周波数特性を可変にするための素子である。
図１２は、本実施の形態における静電容量センサ１００ａが静電容量を計測する状態を示す図である。
制御回路１２４は、静電容量を計測するときには、図１２に示すように、センサ回路１２３ａのスイッチＳｗ１をオンにする。さらに、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａのスイッチＳｗ２をオフにするとともにスイッチＳｗ２２をオフにする。つまり、制御回路１２４は、センサ回路１２３ａをオンに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２ａをオフに切り替えることによって、センサ回路１２３ａにセンサ電極１１１の静電容量を計測させる。なお、ここではスイッチＳｗ２２をオフにしてセンサ電極１１１の静電容量を計測しているが、スイッチＳｗ２２をオンにした状態でセンサ電極１１１の静電容量を計測してもよい。
図１３は、本実施の形態における静電容量センサ１００ａがノイズを計測する状態の一例を示す図である。
制御回路１２４は、ノイズを計測するときには、図１３に示すように、センサ回路１２３ａのスイッチＳｗ１をオフにする。さらに、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａのスイッチＳｗ２をオンにするとともにスイッチＳｗ２２をオフにする。
つまり、制御回路１２４は、センサ回路１２３ａをオフに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２ａをオンに切り替えることによって、ノイズ検知回路１２２ａにノイズを計測させる。さらに、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａにノイズを計測させるときには、ノイズ検知回路１２２ａに、第２インピーダンス素子ｚ２の端子を非接地にさせることによって、第１周波数特性にしたがった感度でノイズを計測させる。このときには、実施の形態１と同様に、周波数帯域ｆ１、ｆ１ｘ、ｆ２およびｆ２ｙのノイズを適切に計測することができる。
図１４は、本実施の形態における静電容量センサ１００ａがノイズを計測する状態の他の例を示す図である。
制御回路１２４は、ノイズを計測するときには、図１４に示すように、センサ回路１２３ａのスイッチＳｗ１をオフにする。さらに、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａのスイッチＳｗ２およびスイッチＳｗ２２をオンにする。
つまり、制御回路１２４は、センサ回路１２３ａをオフに切り替え、かつ、ノイズ検知回路１２２ａをオンに切り替えることによって、ノイズ検知回路１２２ａにノイズを計測させる。さらに、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａにノイズを計測させるときには、ノイズ検知回路１２２ａに、第２インピーダンス素子ｚ２の端子を接地させることによって、第１周波数特性と異なる第２周波数特性にしたがった感度でノイズを計測させる。このときには、周波数帯域ｆ１、ｆ１ｘ、ｆ２およびｆ２ｙとは異なる他の周波数帯域のノイズを適切に計測することができる。
このように、本実施の形態では、感度の高い周波数帯域をずらしてノイズを計測することができる。
本実施の形態における静電容量センサ１００ａは、実施の形態１の静電容量センサ１００と同様の全体的な処理動作、つまり、図７Ａまたは図７Ｂのフローチャートによって示される処理動作を行う。しかし、本実施の形態における静電容量センサ１００ａによって行われる把持判定処理（ステップＳ１１０）およびノイズ判定処理（ステップＳ１２０）における具体的な処理は、実施の形態１とは異なる。
図１５は、本実施の形態における静電容量センサ１００ａの把持判定処理（ステップＳ１１０）の詳細を示すフローチャートである。
制御回路１２４は、センサ回路１２３ａおよびノイズ検知回路１２２ａのそれぞれのスイッチＳｗ１、Ｓｗ２およびＳｗ２２を図１２に示すように設定することによって、センサ回路１２３ａの静電容量検知回路１３１に、静電容量を計測させる（ステップＳ１１１ａ）。
制御回路１２４は、その計測された静電容量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ここで、制御回路１２４は、静電容量が閾値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１１２のＹｅｓ）、運転者によるステアリングホイール２００のリム２１０の把持、または閾値を超えるノイズが静電容量センサ１００に印加されていることを検知する。したがって、図１５のフローチャートのみでは把持検知がノイズに起因するものであるか否かを判断することができない。一方、制御回路１２４は、静電容量が閾値以下と判定すると（ステップＳ１１２のＮｏ）、その把持判定処理を終了する。
図１６は、本実施の形態における静電容量センサ１００ａのノイズ判定処理（ステップＳ１２０）の詳細を示すフローチャートである。
制御回路１２４は、センサ回路１２３ａおよびノイズ検知回路１２２ａのそれぞれのスイッチＳｗ１、Ｓｗ２およびＳｗ２２を図１３に示すように設定することによって、ノイズ検知回路１２２ａのＡＤＣ１３２に、ノイズＮ１を計測させる（ステップＳ１２１ａ）。
次に、制御回路１２４は、センサ回路１２３ａおよびノイズ検知回路１２２ａのそれぞれのスイッチＳｗ１、Ｓｗ２およびＳｗ２２を図１４に示すように設定することによって、ノイズ検知回路１２２ａのＡＤＣ１３２に、ノイズＮ２を計測させる（ステップＳ１２１ｂ）。
ノイズＮ１およびノイズＮ２は、互に異なる周波数特性にしたがった感度で計測された電磁ノイズである。
次に、制御回路１２４は、その計測されたノイズＮ１およびＮ２のうちの少なくとも一方が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２２ａ）。ここで、制御回路１２４は、その少なくとも一方のノイズが閾値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１２２ａのＹｅｓ）、閾値を超えるノイズを検知、すなわち、大きなノイズの発生を検知する。その結果、制御回路１２４は、上述のノイズ検知信号を車両側制御回路３０３に出力する。一方、制御回路１２４は、ノイズＮ１およびＮ２のそれぞれが閾値以下と判定すると（ステップＳ１２２ａのＮｏ）、そのノイズ判定処理を終了する。
（実施の形態２のまとめ）
このように、本実施の形態では、静電容量センサ１００ａは、さらに、第２インピーダンス素子ｚ２を備える。ノイズ検知回路１２２ａは、センサ電極１１１に第２インピーダンス素子ｚ２を介して電気的に接続され、第２インピーダンス素子ｚ２のセンサ電極１１１と反対側の端子を、接地と非接地とに切り替える。制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａにノイズを計測させるときには、ノイズ検知回路１２２ａに、第２インピーダンス素子ｚ２の端子を非接地にさせることによって、第１周波数特性にしたがった感度でノイズを計測させる。さらに、制御回路１２４は、ノイズ検知回路１２２ａに、第２インピーダンス素子ｚ２の端子を接地させることによって、第１周波数特性と異なる第２周波数特性にしたがった感度でノイズを計測させる。
これにより、互いに異なる周波数特性にしたがった感度でノイズが計測されるため、一方の周波数特性にしたがった感度でノイズが計測されなくても、他方の周波数特性にしたがった感度でノイズを計測することができる。その結果、簡単な構成でノイズをより適切に計測することができる。
（その他の実施の形態）
以上、一つまたは複数の態様に係る静電容量センサについて、各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれてもよい。
例えば、上記各実施の形態では、静電容量センサ１００または１００ａは、グリップセンサとして構成されている。言い換えれば、上記各実施の形態におけるグリップセンサは、静電容量センサ１００または１００ａを備え、センサ回路１２３または１２３ａによって計測される静電容量によって、センサ電極１１１が取り付けられている対象物の把持を検知する。しかし、本発明における静電容量センサは、グリップセンサだけでなく、座席の着座を検知する着座センサなどの他の用途のセンサとして構成さていてもよい。
また、上記各実施の形態では、静電容量センサ１００または１００ａは、電源部１２１およびスイッチＳｗを備え、ステアリングホイール２００のリム２１０を温めるヒータとしての機能を有しているが、これらを備えていなくてもよい。静電容量センサ１００または１００ａは、電源部１２１およびスイッチＳｗを備えていなくても、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、この場合には、静電容量センサ１００または１００ａは、インダクタＬ１を備えていなくてもよい。また、センサ電極１１１のスイッチＳｗ側は開放となる。
また、実施の形態２では、静電容量センサ１００ａは、１つの第２インピーダンス素子ｚ２を備えているが、複数の第２インピーダンス素子ｚ２と、それらの第２インピーダンス素子ｚ２を接地させるための複数のスイッチＳｗ２２を備えていてもよい。例えば、静電容量センサ１００ａは、ｎ（ｎは２以上の整数）個の第２インピーダンス素子ｚ２を備えている場合には、互に異なる第１周波数特性〜第（ｎ＋１）周波数特性のそれぞれにしたがった感度でノイズを計測することができる。これにより、どのような周波数帯域のノイズでも適切に計測することができる。また、実施の形態２では、第２インピーダンス素子ｚ２のインピーダンスは固定されているが、可変であってもよい。この場合、制御回路１２４は、その第２インピーダンス素子ｚ２のインピーダンスを変化させることによって、ノイズの感度の周波数特性を連続的に変化させることができる。
また、上記各実施の形態では、静電容量を計測したが、この静電容量は、絶対的な値であっても、基準値からの相対的な値であってもよい。また、この静電容量は、静電容量を示す電流値または電圧値であってもよい。
本発明の静電容量センサは、簡単な構成でノイズを適切に検知することができるという効果を有し、例えば、車両のステアリングホイールの把持を検知するグリップセンサなどに適用可能であり、さらに、座席の着座を検知する着座センサなどにも適用することができる。
１ 車両
１００、１００ａ 静電容量センサ
１１０ センサ部
１１１ センサ電極
１１２ 基材
１２０ 処理部
１２１ 電源部
１２２、１２２ａ ノイズ検知回路
１２３、１２３ａ センサ回路
１２４ 制御回路
１３０ ハーネス
１３１ 静電容量検知回路
１３２ ＡＤＣ
２００ ステアリングホイール
２０２ スポーク
２０３ ホーンスイッチカバー
２１０ リム
３０１ スピーカ
３０２ 表示装置
３０３ 車両側制御回路
ａ１ 接続点
Ｃ１、Ｃ１１、Ｃ１２ コンデンサ
Ｌ１ インダクタ
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗器
Ｓｗ、Ｓｗ１、Ｓｗ１１、Ｓｗ２、Ｓｗ２２ スイッチ
ｚ１ 第１インピーダンス素子
ｚ２ 第２インピーダンス素子

Claims (5)

  1. センサ電極と、
    前記センサ電極に電気的に接続され、前記センサ電極の静電容量を計測するセンサ回路と、
    第１インピーダンス素子と、
    前記センサ電極に前記第１インピーダンス素子を介して電気的に接続され、前記静電容量に対するノイズを計測するノイズ検知回路と、
    前記センサ回路および前記ノイズ検知回路のそれぞれをオンとオフとに切り換える制御回路とを備え、
    前記制御回路は、
    前記センサ回路をオンに切り替え、かつ、前記ノイズ検知回路をオフに切り替えることによって、前記センサ回路に前記センサ電極の静電容量を計測させ、
    前記センサ回路をオフに切り替え、かつ、前記ノイズ検知回路をオンに切り替えることによって、前記ノイズ検知回路に前記ノイズを計測させる
    静電容量センサ。
  2. 前記静電容量センサは、さらに、
    第２インピーダンス素子を備え、
    前記ノイズ検知回路は、さらに、
    前記センサ電極に前記第２インピーダンス素子を介して電気的に接続され、
    前記第２インピーダンス素子の前記センサ電極と反対側の端子を、接地と非接地とに切り替え、
    前記制御回路は、
    前記ノイズ検知回路に前記ノイズを計測させるときには、
    前記ノイズ検知回路に、前記第２インピーダンス素子の前記端子を非接地にさせることによって、第１周波数特性にしたがった感度で前記ノイズを計測させ、かつ、
    前記ノイズ検知回路に、前記第２インピーダンス素子の前記端子を接地させることによって、前記第１周波数特性と異なる第２周波数特性にしたがった感度で前記ノイズを計測させる
    請求項１に記載の静電容量センサ。
  3. 前記制御回路は、
    前記センサ回路および前記ノイズ検知回路に対して、前記静電容量の計測と、前記ノイズの計測とを交互に繰り返し実行させる
    請求項１または２に記載の静電容量センサ。
  4. 前記制御回路は、
    前記センサ回路に前記センサ電極の静電容量を計測させ、計測された静電容量が閾値よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定された場合にのみ、前記ノイズ検知回路に前記ノイズを計測させる
    請求項１または２に記載の静電容量センサ。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の静電容量センサを備え、
    前記センサ回路によって計測される静電容量によって、前記センサ電極が取り付けられている対象物の把持を検知する
    グリップセンサ。
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