JP7095461B2 - 静電容量センサ及び車両用操作入力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量センサ及び車両用操作入力検出装置に関するものである。

従来、静電容量センサには、検出体が接離することにより静電容量が変化する被測定コンデンサと既知の静電容量を有した基準コンデンサとを直列に接続してなる静電容量回路を備えたものがある。このような静電容量センサは、基準コンデンサの両端子を等しい電位に初期化した後、検出点となる一方側の端子に接続された転送スイッチを繰り返しオン／オフすることにより、その検出点の電位を初期化された値から被測定コンデンサの静電容量に応じた速さで段階的に変化させる。更に、検出点の電位を参照電位と比較しながら転送スイッチのオン／オフ回数をカウント値として計測することで、その比較結果が反転する検出カウント値、つまりは被測定コンデンサの静電容量の大きさを示すカウント値を監視する。そして、これにより、その被測定コンデンサに生じた静電容量の変化、即ち、この被測定コンデンサに対する検出体の近接（又は離間）を判定する構成になっている。

例えば、特許文献１に記載の静電容量センサは、基準コンデンサと被測定コンデンサとの間に設けられた転送スイッチと、基準コンデンサと並列に設けられた初期化スイッチと、を備えるとともに、その被測定コンデンサと並列に設けられた第２初期化スイッチを備えている。また、この静電容量センサは、初期化スイッチをオンすることにより基準コンデンサの両端子が第１電位に初期化されるとともに、第２初期化スイッチをオンすることにより被測定コンデンサの両端子が第１電位よりも低い第２電位（接地電位）に初期化される。そして、初期化スイッチをオンした後、この初期化スイッチをオフした状態で、転送スイッチ及び第２初期化スイッチを交互にオン／オフすることにより、その基準コンデンサにおける被測定コンデンサ側の端子を検出点として、この検出点の電位を初期化された値、つまりは第１電位から段階的に低下させる構成になっている。

また、例えば、特許文献２に記載の静電容量センサは、その基準コンデンサの両端子を接地電位に初期化する初期化スイッチを備えている。更に、この静電容量センサは、その基準コンデンサと電位源との間に設けられた転送スイッチを備えている。そして、この静電容量センサにおいては、初期化スイッチをオフした後、この初期化スイッチをオフした状態で、その転送スイッチをオン／オフすることにより、その基準コンデンサにおける電位源に接続された側の端子を検出点として、この検出点の電位を初期化された値、つまりは接地電位から段階的に上昇させる構成になっている。

即ち、上記特許文献１に記載の静電容量センサにおいては、段階的に低下する検出点の電位が参照電位を下回ることにより、その比較結果が反転する。また、特許文献２に記載の静電容量センサにおいては、段階的に上昇する検出点の電位が参照電位を上回ることにより、その比較結果が反転する。そして、このような比較結果が反転する転送スイッチのオン／オフ回数を監視することにより、その被測定コンデンサの静電容量変化を検出することが可能になっている。

また、例えば、特許文献３には、ノイズに由来する電位の「ゆらぎ」を利用した確率的手法により、その検出点の電位と参照電位との比較結果が反転する検出カウント値を実数化する方法が記載されている。即ち、このような構成を適用することで、検出可能な静電容量変化の分解能を高めることができる。そして、これにより、その静電容量変化の大きい接触式、或いは短距離近接式の操作入力検出装置（例えば、特許文献４参照）のみならず、例えばモーションセンサのような静電容量変化の小さい非接触式の操作入力検出装置（例えば、特許文献５参照）においてもまた、その高い検出精度を確保することが可能になっている。

更に、実際の使用環境においては、電極に雨滴が付着する等の外乱によって、被測定コンデンサの静電容量が変動するという問題がある。このため、その検出カウント値を監視するためのベースカウント値、つまりは静電容量変化が検出されない場合におけるカウント値の大きさに基づいて、その静電容量変化の検出判定に用いる閾値を変更することが考えられる。

即ち、被測定コンデンサの静電容量変化は、そのベースカウント値と検出カウント値との差分値を閾値と比較することにより検出することができる。つまり、このような静電容量変化の検出判定に用いられる閾値は、そのまま、その検出体の接離を要因とした静電容量変化の大きさに変換されるべきものである。

しかしながら、カウント値の１カウントに相当する静電容量変化の大きさは、被測定コンデンサの静電容量が大きいほど大きく、被測定コンデンサの静電容量が小さいほど小さい。

このため、図１８に示すように、静電容量変化の検出判定に用いる閾値の大きさを一定とした場合、上記のような外乱により被測定コンデンサの静電容量が変動することで、その検出体の接離を要因とした静電容量の変化を検出したと判定すべき範囲（図１８中、閾値ｍｉｎから閾値ｍａｘに示す範囲）を逸脱するという問題がある。

尚、図１８には、被測定コンデンサを除いた各構成要素のバラツキを考慮した場合の最小線Ｌｍｉｎ、中間線Ｌｔｙｐ、及び最大線Ｌｍａｘの各グラフによって、その被測定コンデンサに生ずる静電容量変化の大きさを示す「接触容量」と「静電容量の大きさ」との関係が表されている。そして、これら各グラフ（Ｌｍｉｎ，Ｌｔｙｐ，Ｌｍａｘ）の間隔からも、その被測定コンデンサの静電容量に外乱による変動が生じた場合の影響の大きさが推察される。

この点を踏まえ、例えば、図１９に示すようなテーブル制御を行うことにより、そのベースカウント値Ｘの大きさに応じて（χ１＜χ２＜χ3＜χ4）、静電容量変化の検出判定に用いる閾値Ｙの大きさを変更する（η１＜η２＜η3＜η4＜η５）。

そして、これにより、図２０に示すように、被測定コンデンサの静電容量に変動が生じた場合であっても、閾値Ｙを示すカウント値に対応した静電容量変化の大きさを、その検出体の接離を要因とした静電容量変化を検出したと判定すべき範囲内（図２０中、閾値ｍｉｎから閾値ｍａｘに示す範囲）に収めることができる。

特開２００５－１０６６６５号公報 米国特許第６４６６０３６号明細書 特開２０１８－４４９１７号公報 特開２００９－３０３６０号公報 国際公開第２０１２／８４１１１号

しかしながら、分解能を高めて検出精度の向上を図るためには、その閾値についてもまた、より細やかな設定が求められることになる。更に、静電容量変化の検出レンジを拡大することによっても、より多くの補正が必要になる。そして、上記のようなテーブル制御には、テーブルサイズの拡大に伴い、その使用するリソース（メモリ量や演算負荷等）が増大するという問題があることから、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、リソースの使用を抑えつつ、検出精度の向上を図ることのできる静電容量センサ及び車両用操作入力検出装置を提供することにある。

上記課題を解決する静電容量センサは、検出体が接離することにより静電容量が変化する被測定コンデンサと既知の静電容量を有した基準コンデンサとを直列に接続してなる静電容量回路と、前記基準コンデンサの両端子を等電位に初期化する初期化スイッチと、前記基準コンデンサにおける一方の端子を検出点として該検出点に接続された転送スイッチと、前記転送スイッチのオン／オフを繰り返すことにより前記検出点の電位を前記初期化された値から前記被測定コンデンサの静電容量に応じた速度で段階的に変化させる検出電位徐変部と、前記検出点の電位を参照電位と比較する比較判定部と、前記転送スイッチのオン／オフ回数をカウント値として計測するカウンタ部と、前記比較の結果が反転する検出カウント値を監視することにより前記被測定コンデンサに生じた前記静電容量の変化を判定する容量変化判定部と、前記検出カウント値を監視するためのベースカウント値を変数とした一次式を用いて前記静電容量の変化を判定するための閾値を演算する閾値演算部と、を備え、前記閾値演算部は、前記一次式の傾きを２のべき乗を用いて表した場合の指数を保持するとともに、該指数に基づいたビットシフト演算を行うことにより、前記ベースカウント値に応じた前記傾き項の値を演算する。

上記構成によれば、記憶容量を抑えつつ、そのベースカウント値に応じて細やかに閾値を設定することができる。そして、これにより、検出精度の向上を図るとともに、併せて、その検出レンジの拡張にも対応することができる。更に、一次式を用いて閾値の演算を行う際、その傾き項の値をビットシフト演算で求めることにより、演算負荷の軽減を図ることができる。また、分解能を高めた場合でも、そのビットシフトのみで対応することが可能となる。そして、これにより、リソースの使用を抑えつつ、検出精度の向上を図ることができる。

上記課題を解決する静電容量センサにおいて、前記閾値演算部は、前記指数の異なる複数のべき乗項の和を用いて表される前記傾き項について、前記指数の異なる前記べき乗項毎に、前記ビットシフト演算を行うことにより、前記傾き項の値を演算することが好ましい。

上記構成によれば、リソースの使用を抑えつつ、更なる検出精度の向上を図ることができる。
上記課題を解決する静電容量センサは、前記基準コンデンサと前記被測定コンデンサとの間に前記転送スイッチを設け、前記基準コンデンサと並列に前記初期化スイッチを設けるとともに、前記被測定コンデンサと並列に第２初期化スイッチを設けることにより、前記基準コンデンサにおける前記被測定コンデンサ側の端子を前記検出点としたことが好ましい。

上記構成によれば、初期化スイッチをオンした後、この初期化スイッチをオフした状態で、転送スイッチ及び第２初期化スイッチを交互にオン／オフすることにより、その基準コンデンサにおける被測定コンデンサ側の端子に設定された検出点の電位を初期化された値から段階的に変化させることができる。更に、この検出点の電位が参照電位を超えて変化することで、その比較結果が反転する。そして、このような比較結果が反転する転送スイッチのオン／オフ回数、即ち検出カウント値を監視することで、その被測定コンデンサに静電容量変化が生じたものと判定することができる。

上記課題を解決する静電容量センサは、周期的に前記検出カウント値で前記ベースカウント値を更新するベースカウント更新部を備えることが好ましい。
上記構成によれば、例えば、雨滴の付着等、外乱の影響により被測定コンデンサの静電容量が変動した場合であっても、精度よく、その検出体の接離を要因とした静電容量の変化を検出することができる。

上記課題を解決する車両用操作入力検出装置は、上記何れか一項に記載の静電容量センサを備える。

本発明によれば、リソースの使用を抑えつつ、検出精度の向上を図ることができる。

バックドアが設けられた車両後部の斜視図。 操作入力検出装置の概略構成図。 足操作入力の検出に基づいたドア開閉制御の処理手順を示すフローチャート。 静電容量センサの回路図。 静電容量センサの動作を示すタイミングチャート。 静電容量変化検出判定の処理手順を示すフローチャート。 静電容量センサのブロック図。 理想閾値曲線を示すグラフ。 理想閾値曲線、及びその一次近似式を示すグラフ。 閾値演算に用いる一次式の設定手順を示すフローチャート。 傾き項の値を求めるビットシフト演算の説明図。 閾値演算の処理手順を示すフローチャート。 一次式を用いて閾値を演算した場合の一例を示すグラフ（分解能：１）。 一次式を用いて閾値を演算した場合の一例を示すグラフ（分解能：０．２５）。 一次式を用いて閾値を演算した場合の一例を示すグラフ（設定変更例）。 別例の閾値演算部のブロック図。 傾き項の値を求める別例のビットシフト演算の説明図。 閾値を変更しない場合のグラフ。 閾値演算テーブルの一例を示す説明図。 テーブル制御により閾値を変更した場合のグラフ。

以下、静電容量センサを車両の操作入力検出装置に適用した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の車両１において、車体２の後端部２ｒに形成されたドア開口部３には、その上端部を回動中心として開閉動作する所謂跳ね上げ式のバックドア５が設けられている。また、車両後部の各コーナー部１０には、それぞれ、そのコーナー部１０の下方に検出領域を有したキックセンサ（キックモーションセンサ）２０が設けられている。具体的には、本実施形態のキックセンサ２０は、静電容量センサ２１を用いて構成されている。そして、本実施形態の車両１においては、このキックセンサ２０の出力信号Ｓｘに基づいて、そのバックドア５を開閉操作するために利用者が行う足操作入力を検出する操作入力検出装置３０が形成されている。

詳述すると、図１及び図２に示すように、本実施形態の車両１において、このキックセンサ２０の出力信号Ｓｘは、ドアＥＣＵ３１に入力される。即ち、キックセンサ２０の出力信号Ｓｘは、そのキックセンサ２０が設けられたコーナー部１０の下方に、利用者の足が差し入れられることにより変化する。そして、本実施形態のドアＥＣＵ３１は、このキックセンサ２０の出力信号Ｓｘに基づいて、そのバックドア５を開閉しようとする利用者の足操作入力を検出する構成になっている。

また、本実施形態のドアＥＣＵ３１は、キックセンサ２０の出力信号Ｓｘに基づき利用者の足操作入力を検出した場合には、所定のセキュリティ要件（無線認証等）を満たすことを条件として、バックドア５に設けられたドアロック装置３２を開動作させることにより、その全閉状態（又は全開状態）に保持されたバックドア５の拘束を解除する。更に、本実施形態の車両１には、図示しないモータを駆動源とするパワーバックドア装置３３が設けられている。そして、本実施形態のドアＥＣＵ３１は、利用者の足操作入力を検出した場合には、このパワーバックドア装置３３の作動を制御することにより、そのバックドア５を開閉動作させる構成になっている。

具体的には、図３のフローチャートに示すように、本実施形態のドアＥＣＵ３１は、キックセンサ２０の出力信号Ｓｘに基づいて、その車両後部のコーナー部１０に対する利用者の足操作入力検出判定を実行する（ステップ１０１）。また、ドアＥＣＵ３１は、利用者の足操作入力を検出した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）に、そのドアロック装置３２によるバックドア５の拘束を解除する（ドアロック解除、ステップ１０３）。そして、その後、そのバックドア５の開閉駆動制御を実行する構成になっている（ドア開閉駆動、ステップ１０４）。

尚、本実施形態のドアＥＣＵ３１は、バックドア５が全閉位置にある場合には、全開位置に移動させるべく、そのバックドア５の開駆動制御を実行する。そして、バックドア５が全開位置にある場合には、全閉位置に移動させるべく、そのバックドア５の閉駆動制御を実行する構成になっている。

さらに詳述すると、図４に示すように、車両１のキックセンサ２０を構成する本実施形態の静電容量センサ２１は、既知の静電容量を有した基準コンデンサ４１と、利用者の足を含む検出体が接離することにより静電容量が変化する被測定コンデンサ４２と、を備えた静電容量回路４５を有している。

具体的には、この静電容量回路４５は、基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂと被測定コンデンサ４２の第１端子４２ａとの間にスイッチ５０を介在させるかたちで、これらの基準コンデンサ４１及び被測定コンデンサ４２が直列に接続された回路構成を有している。また、本実施形態の静電容量センサ２１は、基準コンデンサ４１に対して並列に接続されたスイッチ５１と、被測定コンデンサ４２に対して並列に接続されたスイッチ５２と、を備えている。更に、本実施形態の静電容量センサ２１において、基準コンデンサ４１の第１端子４１ａは、接地電位よりも高い定電位である第１電位Ｖ１を有した第１電位源６１に対して接続されている。そして、被測定コンデンサ４２の第２端子４２ｂは、接地電位又は接地電位と等価な低インピーダンス電位である第２電位Ｖ２を有した第２電位源６２に対して接続されている。

即ち、本実施形態の静電容量センサ２１において、スイッチ５１は、このスイッチ５１をオンすることにより、その基準コンデンサ４１の両端子（４１ａ，４１ｂ）を第１電位Ｖ１に初期化する初期化スイッチＳＷ１となっている。また、スイッチ５２は、このスイッチ５２をオンすることにより、その被測定コンデンサ４２の両端子（４２ａ，４２ｂ）を第２電位Ｖ２に初期化する第２初期化スイッチＳＷ２となっている。更に、スイッチ５０は、このスイッチ５０をオンすることにより、その基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂにチャージされた電荷を被測定コンデンサ４２の第１端子４２ａに移動させる転送スイッチＳＷ０となっている。そして、本実施形態の静電容量センサ２１は、これらの各スイッチ５０，５１，５２が、制御回路７０によって、オン／オフ制御される構成となっている。

また、本実施形態の静電容量センサ２１は、その転送スイッチＳＷ０を構成するスイッチ５０を介して被測定コンデンサ４２の第１端子４２ａに接続された基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂを検出点Ｐｘとして、この検出点Ｐｘの電位Ｖｘを参照電位Ｖｒｅｆと比較する比較判定部としてのコンパレータ７１を備えている。更に、このコンパレータ７１の出力電位Ｖｏｕｔは、制御回路７０に対して入力されるようになっている。そして、本実施形態の静電容量センサ２１は、この制御回路７０が、上記各スイッチ５０，５１，５２を所定の手順に従ってオン／オフしつつ、このコンパレータ７１の出力電位Ｖｏｕｔを監視することにより、その被測定コンデンサ４２に生じた静電容量変化、つまりは検出体の近接（又は離間）を検出する構成になっている。

詳述すると、図５に示すように、本実施形態の制御回路７０は、先ず初期化スイッチＳＷ１（スイッチ５１）をオンすることにより、基準コンデンサ４１の両端子（４１ａ，４１ｂ）を第１電位Ｖ１に初期化した後、この初期化スイッチＳＷ１をオフする。次に、制御回路７０は、第２初期化スイッチＳＷ２（スイッチ５２）をオフした状態で、その転送スイッチＳＷ０（スイッチ５２）をオン／オフした後、この転送スイッチＳＷ０をオフした状態で、その第２初期化スイッチＳＷ２をオン／オフする。更に、制御回路７０は、このようにして、これら転送スイッチＳＷ０及び第２初期化スイッチＳＷ２を交互に繰り返しオン／オフすることにより、基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂに設定された検出点Ｐｘの電位Ｖｘを、その初期化された値（第１電位Ｖ１）から段階的に低下させる。具体的には、制御回路７０は、これによりコンパレータ７１の出力電位Ｖｏｕｔが「Ｌｏ」から「Ｈｉ」に変化、即ち検出点Ｐｘの電位Ｖｘが参照電位Ｖｒｅｆを下回ることにより両者の比較結果が反転するまで、その転送スイッチＳＷ０及び第２初期化スイッチＳＷ２のオン／オフを繰り返す。そして、本実施形態の制御回路７０は、このような手順で、これらの各スイッチ５０，５１，５２（ＳＷ０，ＳＷ１，Ｓｗ２）のオン／オフ制御を繰り返し実行する構成になっている。

また、本実施形態の制御回路７０は、その転送スイッチＳＷ０のオン／オフ回数をカウント値ｎとして計測する機能を有している。更に、この制御回路７０は、上記のように、そのコンパレータ７１の比較結果が反転する検出カウント値Ｎを監視する。具体的には、その検出カウント値Ｎを基準となる値、即ち被測定コンデンサ４２に静電容量の変化が生じていない場合のベースカウント値Ｘと比較する。そして、これらの差分値（Δ＝Ｘ－Ｎ）が所定の閾値（Ｙ）を超える場合に（Δ＞Ｙ）、その被測定コンデンサ４２の静電容量が変化したものと判定する構成になっている。

即ち、転送スイッチＳＷ０をオン／オフすることにより検出点Ｐｘである基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂから被測定コンデンサ４２の第１端子４２ａに移動する電荷量は、その被測定コンデンサ４２の静電容量が大きいほど大きい。つまり、転送スイッチＳＷ０のオン／オフを繰り返すことによって、その検出点Ｐｘの電位Ｖｘが低下する速度もまた、被測定コンデンサ４２の静電容量が大きいほど速く、小さいほど遅くなる。このため、被測定コンデンサ４２の静電容量が変化した場合には、その変化が上記検出カウント値Ｎに現れる。そして、本実施形態の制御回路７０は、これを利用することで、その被測定コンデンサ４２に生じた静電容量の変化を検出する構成になっている。

具体的には、図６のフローチャートに示すように、本実施形態の制御回路７０は、カウント値ｎをクリアした後（ｎ＝０、ステップ２０１）、先ず初期化スイッチＳＷ１をオン／オフする（ステップ２０２）。次に、転送スイッチＳＷ０をオン／オフして（ステップ２０３）、そのカウント値ｎをインクリメントした後（ｎ＝ｎ＋１、ステップ２０４）、第２初期化スイッチＳＷ２をオン／オフする（ステップ２０５）。更に、制御回路７０は、コンパレータ７１の出力電位Ｖｏｕｔに基づいた検出点Ｐｘの電位Ｖｘと参照電位Ｖｒｅｆとの比較判定を実行し（ステップ２０６）、その比較結果が反転したか否か、つまりはコンパレータ７１の出力電位Ｖｏｕｔが「Ｌｏ」から「Ｈｉ」に変化したか否かを判定する（ステップ２０７）。そして、比較結果が反転していない場合（ステップ２０７：ＮＯ）には、再び、上記ステップ２０３～ステップ２０６の処理を実行する。

一方、上記ステップ２０７において、検出点Ｐｘの電位Ｖｘと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果が反転した場合（Ｖｏｕｔ：Ｌｏ→Ｈｉ、ステップ２０７：ＹＥＳ）、本実施形態の制御回路７０は、その比較結果が反転したときのカウント値ｎを検出カウント値Ｎとして特定する（Ｎ＝ｎ、ステップ２０８）。そして、その保持するベースカウント値Ｘを読み出して（ステップ２０９）、上記ステップ２０８において特定した検出カウント値Ｎとの差分値Δを演算する（Δ＝Ｘ－Ｎ、ステップ２１０）。

更に、本実施形態の制御回路７０は、そのベースカウント値Ｘに応じた閾値Ｙを演算する（ステップ２１１）。そして、この閾値Ｙを上記ステップ２１０において演算した差分値Δが超える場合（Δ＞Ｙ、ステップ２１２：ＹＥＳ）に、その被測定コンデンサ４２に生じた静電容量の変化を検出したものと判定する構成になっている（ステップ２１３）。

尚、上記ステップ２１２において、その差分値Δが閾値Ｙ以下である場合（Δ≦Ｙ、ステップ２１２：ＮＯ）、制御回路７０は、上記ステップ２０８において特定した検出カウント値Ｎによって、その保持するベースカウント値Ｘを更新する（Ｘ＝Ｎ、ステップ２１４）。そして、本実施形態の制御回路７０は、このような上記ステップ２０１～ステップ２１４の処理を周期的に実行することにより、その被測定コンデンサ４２の静電容量変化判定を実行する構成になっている。

さらに詳述すると、図７に示すように、本実施形態の制御回路７０は、上記のように転送スイッチＳＷ０のオン／オフ回数をカウント値ｎとして計測することにより、その検出点Ｐｘの電位Ｖｘと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果が反転する検出カウント値Ｎを特定するカウンタ部８１、及びベースカウント値Ｘを保持するメモリ８２を備えている。そして、本実施形態の制御回路７０は、更に、そのベースカウント値Ｘに基づいて、被測定コンデンサ４２の静電容量変化を検出するための閾値Ｙを生成する閾値生成部８３を備えている。

具体的には、本実施形態の制御回路７０において、そのカウンタ部８１において特定された検出カウント値Ｎとメモリ８２から読み出されたベースカウント値Ｘとの差分値Δは、閾値生成部８３の出力する閾値Ｙとともに容量変化判定部８４に入力される。そして、本実施形態の制御回路７０は、この容量変化判定部８４の判定結果（図６参照、ステップ２１２）に基づいて、その静電容量センサ２１としての判定出力、つまりはキックセンサ２０の出力信号Ｓｘを生成する構成になっている。

また、本実施形態の制御回路７０において、閾値生成部８３は、メモリ８２に保持されたベースカウント値Ｘを変数とした一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」を用いることにより、その被測定コンデンサ４２の静電容量変化を判定するための閾値Ｙを演算する。尚、式中の「ＡＸ」は、直線の傾きを表す係数「Ａ」にベースカウント値Ｘを乗じた傾き項であり、「Ｂ」は、その切片である。更に、本実施形態の制御回路７０は、ベースカウント値Ｘとともに、この一次式の傾きＡ及び切片Ｂに対応する値を、そのメモリ８２に保持する。即ち、本実施形態の制御回路７０においては、これらの閾値生成部８３及びメモリ８２によって、その閾値演算部８５が形成されている。そして、本実施形態の静電容量センサ２１は、これにより、そのリソースの使用を抑えつつ、例えば、雨滴の付着等、外乱の影響により被測定コンデンサ４２の静電容量が変動した場合でも、精度よく、この被測定コンデンサ４２に対する検出体の接近（又は接離）を要因とした静電容量変化の発生を検出することが可能となっている。

詳述すると、図８に示すように、本実施形態の静電容量センサ２１において、上記閾値演算部８５を設計する際には、先ず「横軸」を被測定コンデンサ４２の「静電容量」、「縦軸」を「カウント値（ｎ）」とする座標平面上に、その被測定コンデンサ４２の静電容量に応じた閾値の最適値（理想閾値）をプロットする。尚、このような理想閾値Ｙｉは、例えば、参照電位Ｖｒｅｆの値を、その初期化された検出点Ｐｘの電位Ｖｘ（第１電位Ｖ１）の「１／２」に設定した場合には、以下の各式を用いて求めることができる。

Ｘ＝Ｌｎ（１／２）／Ｌｎ（Ｃｓ＋Ｃｘ） ・・・（１）
ｎ＝Ｌｎ（１／２）／Ｌｎ（Ｃｓ＋Ｃｘ´） ・・・（２）
Ｙｉ＝Ｘ－ｎ ・・・（３）
尚、式中の「Ｌｎ」は、自然対数である。また、「Ｃｓ」は基準コンデンサ４１の静電容量であり、「Ｃｘ」は、静電容量変化を検出しない場合における被測定コンデンサ４２の静電容量である。そして、「Ｃｘ´」は、その静電容量変化を検出したと判定すべき場合、即ち検出体の静電容量（Ｃｔ）を考慮した場合における被測定コンデンサ４２の静電容量である。

次に、図９に示すように、これにより作成した理想閾値曲線Ｑを「縦軸（閾値）」及び「横軸」をともに「カウント値（ｎ）」とする座標平面に写像した上で、その一次近似式を作成する。例えば、図９に示す例においては、その一次近似式として、「ｙ＝０．０３２９ｘ－１３．９５６」を得る。更に、本実施形態の静電容量センサ２１においては、この一次近似式に基づいて、その制御回路７０に設けられた閾値演算部８５（８２，８３）が実行する閾値演算に用いられる一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」の傾きＡ及び切片Ｂが決定される。そして、本実施形態の静電容量センサ２１は、その初期設定として、これらの傾きＡ及び切片Ｂを表す値が、予め、その閾値演算部８５を構成するメモリ８２に登録される構成になっている。

具体的には、図１０のフローチャートに示すように、本実施形態の静電容量センサ２１においては、上記のように理想閾値曲線Ｑを作成し（ステップ３０１）、その一次近似式、「ｙ＝ａｘ＋ｂ」を作成した後（ステップ３０２）、更に、この一次近似式の傾きａを「２のべき乗（２＾α）」で近似する（ステップ３０３）。そして、本実施形態の静電容量センサ２１は、その「２のべき乗」の指数αに整数を用いる構成となっている。

例えば、図９に示す例において、上記ステップ３０２で作成された一次近似式の傾きａは、「０．０３２９」であることから、その「２のべき乗」の指数αを「－５」とすることで「０．０３１２５」を得る。また、本実施形態においては、その一次近似式の切片Ｂを整数化する。例えば、図９に示す例において、一次近似式の切片ｂは、「－１３．９５６」であることから、その整数化により「－１４」を得る（ステップ３０４）。そして、本実施形態の静電容量センサ２１においては、これらの各値、即ち一次近似式の傾きａを「２のべき乗」で表した場合における指数αの値、及び切片ｂを整数化した値を、それぞれ、その閾値演算に用いる一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」の傾きＡ及び切片Ｂを表す各値として、そのメモリ８２に登録する構成になっている（ステップ３０５）。

さらに詳述すると、図１１に示すように、本実施形態の閾値生成部８３は、ベースカウント値Ｘとともにメモリ８２に保持された「２のべき乗」の指数αを読み出すことにより、このベースカウント値Ｘについて、その「２のべき乗」の指数αに基づいたビットシフト演算を実行する。即ち、本実施形態の閾値生成部８３は、そのメモリ８２から読み出したベースカウント値Ｘを二進数で格納するレジスタ９０を備えている。また、閾値生成部８３は、メモリ８２から読み出した「２のべき乗」の指数αに基づいて、このレジスタ９０における小数点９０ｘの位置を移動させる。そして、これにより、その閾値演算に用いる一次式の傾き項「ＡＸ」を演算する構成になっている。

例えば、図１１に示す例においては、その閾値演算に用いる一次式の傾きＡを表す「２のべき乗」の指数αとして「－５」がメモリ８２から読み出されている。この場合、閾値生成部８３は、その指数αの値「－５」に基づきベースカウント値Ｘとして「１０００」を格納するレジスタ９０の「５ビットの右シフト演算」を実行する。そして、本実施形態の閾値生成部８３は、これにより、その一次式の傾き項「ＡＸ」として「３１．０２５」を演算する構成になっている。

具体的には、図１２のフローチャートに示すように、本実施形態の閾値生成部８３は、被測定コンデンサ４２の静電容量変化を判定するための閾値Ｙを演算するにあたり、先ずメモリ８２に格納されたベースカウント値Ｘ、並びに予め定められた一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」の傾きＡを表す「２のべき乗」の指数α及び切片Ｂを読み出す（ステップ４０１）。次に、閾値生成部８３は、「２のべき乗」の指数αに基づいたビットシフト演算を実行することにより、その一次式の傾き項「ＡＸ」を演算する（ステップ４０２）。更に、閾値生成部８３は、このビットシフト演算を行ったレジスタ９０を用いて二進演算を行うことにより、その傾き項「ＡＸ」と切片Ｂとを足し合わせる（ステップ４０３）。そして、これにより、その一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」に基づいて、ベースカウント値Ｘに応じた閾値Ｙを演算する構成になっている（ステップ４０４）。

次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
（１）検出電位徐変部７０ａとしての制御回路７０は、検出点Ｐｘとなる基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂ（一方の端子）に接続された転送スイッチＳＷ０のオン／オフを繰り返すことにより、その検出点Ｐｘの電位Ｖｘを初期化された値（第１電位Ｖ１）から被測定コンデンサ４２の静電容量に応じた速度で段階的に変化させる。また、制御回路７０は、転送スイッチＳＷ０のオン／オフ回数をカウントすることにより、その検出点Ｐｘの電位Ｖｘと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果が反転する検出カウント値Ｎを特定するカウンタ部８１と、その検出カウント値Ｎを監視することにより被測定コンデンサ４２に生じた静電容量の変化を判定する容量変化判定部８４と、を備える。更に、制御回路７０は、上記検出カウント値Ｎを監視するためのベースカウント値Ｘを変数とした一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」を用いて上記静電容量の変化を判定するための閾値Ｙを演算する閾値演算部８５（８３，８２）を備える。そして、閾値演算部８５は、その一次式の傾きＡを「２のべき乗」で表した場合の指数αを保持するとともに、この指数αに基づいたビットシフト演算を行うことにより、そのベースカウント値Ｘに応じた傾き項「ＡＸ」の値を演算する。

上記構成によれば、メモリの使用量を抑えつつ、そのベースカウント値Ｘに応じて細やかに閾値Ｙを設定することができる。そして、これにより、検出精度の向上を図るとともに、併せて、その検出レンジの拡張にも対応することができる。更に、一次式を用いて閾値Ｙの演算を行う際、その傾き項「ＡＸ」の値をビットシフト演算で求めることにより、演算負荷の軽減を図ることができる。また、分解能を高めた場合でも、そのビットシフトのみで対応することが可能となる。そして、これにより、リソースの使用を抑えつつ、検出精度の向上を図ることができる。

例えば、図１３及び図１４に示すように、ベースカウント値Ｘに応じて細やかに閾値Ｙを設定することによって、その閾値Ｙを用いて検出体の接離を要因とした静電容量変化を検出する範囲Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）を狭めることができる。そして、これにより、その検出精度を高めることができる。

更に、「１カウント刻み」でベースカウント値Ｘに対応した閾値Ｙを設定した場合（図１３参照）でも、「０．２５カウント刻み」でベースカウント値Ｘに対応した閾値Ｙを設定した場合（図１４参照）であっても、その使用するリソースは略同じである。そして、これにより、その回路面積の増大を抑えることができる。

また、図１５に示すように、閾値Ｙの演算に用いる一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」の傾きＡ及び切片Ｂを変更することで、その閾値Ｙを用いて検出体の接離を要因とした静電容量の変化を検出したと判定する範囲を自在に設定することができる。そして、これにより、その予め保持する傾きＡ及び切片Ｂを変更するだけで、仕様の異なる検出装置に対応可能な高い汎用性を確保することができる。

尚、図１５中、「Ｌ０」は、比較のために図示したテーブル方式を採用した場合のグラフである。そして、同図中の「Ｌ１」～「Ｌ２」の各グラフは、その添字の大きいものほど、傾きＡを表す値として保持する指数αが大きな負の値であるとともに、切片にも大きな負の値を有したものとなっている。

（２）基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂと被測定コンデンサ４２の第１端子４２ａとの間にスイッチ５０を介在させる。また、本実施形態の静電容量センサ２１は、基準コンデンサ４１に対してスイッチ５１を並列に接続する。更に、被測定コンデンサ４２に対してスイッチ５２を並列に接続する。そして、基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂを検出点Ｐｘに設定する。

上記構成によれば、スイッチ５０が転送スイッチＳＷ０、スイッチ５１が初期化スイッチＳＷ１、スイッチ５２が第２初期化スイッチＳＷ２として機能する。即ち、初期化スイッチＳＷ１をオンした後、この初期化スイッチＳＷ１をオフした状態で、転送スイッチＳＷ０及び第２初期化スイッチＳＷ２を交互にオン／オフすることにより、その基準コンデンサ４１の第２端子４１ｂに設定された検出点Ｐｘの電位Ｖｘを初期化された値（Ｖ１）から段階的に低下させることができる。更に、この段階的に低下する検出点Ｐｘの電位Ｖｘが参照電位Ｖｒｅｆを下回ることで、その比較結果が反転する。そして、このような比較結果が反転する転送スイッチＳＷ０のオン／オフ回数、即ち検出カウント値Ｎを監視することで、その被測定コンデンサ４２に静電容量変化が生じたものと判定することができる。

（３）ベースカウント更新部７０ｂとしての制御回路７０は、周期的に、その検出カウント値Ｎでベースカウント値Ｘを更新する（図６参照、ステップ２１４）。
上記構成によれば、例えば、雨滴の付着等、外乱の影響により被測定コンデンサ４２の静電容量が変動した場合であっても、精度よく、その検出体の接離を要因とした静電容量の変化を検出することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態では、特許文献１に記載の従来技術と同様、静電容量センサ２１は、基準コンデンサ４１と被測定コンデンサ４２との間に設けられた転送スイッチＳＷ０と、基準コンデンサ４１と並列に設けられた初期化スイッチＳＷ１と、を備えるとともに、その被測定コンデンサ４２と並列に設けられた第２初期化スイッチＳＷ２を備える。そして、その基準コンデンサ４１における被測定コンデンサ４２側の端子（４１ｂ）を検出点Ｐｘとして、転送スイッチＳＷ０をオン／オフすることにより、検出点Ｐｘの電位を第１電位Ｖ１から段階的に低下させる構成とした。

しかし、これに限らず、特許文献２に記載の従来技術と同様に、その基準コンデンサの両端子を接地電位に初期化する初期化スイッチと、その基準コンデンサと電位源との間に設けられた転送スイッチと、を備える。そして、転送スイッチをオン／オフすることにより、その基準コンデンサにおける電位源に接続された側の端子を検出点として、この検出点の電位を接地電位から段階的に上昇させる構成に適用してもよい。

・上記実施形態では、上記（１）式～（３）式に示す計算式により理想閾値曲線Ｑを作成する。そして、この理想閾値曲線Ｑの一次近似式に基づいて、その閾値演算に用いる一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」の傾きＡを表す「２のべき乗」の指数α、及び切片Ｂを決定することとした。しかし、これに限らず、実際の使用環境を考慮した実験、或いはシミュレーション等によって、その理想閾値曲線Ｑを作成してもよい。

・上記実施形態では、切片Ｂとして、整数化された値を保持することとしたが、実数を切片Ｂとして保持する構成であってもよい。そして、設定変更によっても指数α及び切片Ｂの符号が変わらない場合、例えば、常に右ビットシフト演算が行われる場合には、その符号を省略して、これら指数α及び切片Ｂの値（絶対値）を保持する構成であってもよい。

・上記実施形態では、一次式、「Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ」の傾きＡは、一つの「べき乗項」で表される。そして、制御回路７０のメモリ８２には、その指数αを保持することとした。しかし、これに限らず、指数の異なる複数の「べき乗項」の和によって、その一次式の傾きＡを表す構成としてもよい（Ａ＝（２＾α）＋（２＾β）＋…）。

例えば、図１６に示すように、閾値演算部８５Ｂを形成する閾値生成部８３Ｂにおいて、その閾値演算に用いる一次式の傾きＡは、指数の異なる２つの「べき乗項」の和により表される。そして、メモリ８２Ｂには、その「第１べき乗項」の指数α、及び「第２べき乗項」の指数βが保持される。

更に、図１７に示すように、閾値生成部８３Ｂは、メモリ８２Ｂから読み出した各指数α，β、及びベースカウント値Ｘに基づいて、その指数の異なる「べき乗項」毎にビットシフト演算を実行する。例えば、この図１７に示す例においては、先ず「第１べき乗項」における指数αの値「－５」に基づいて、ベースカウント値Ｘ（＝１０００）の右５ビットシフト演算を行うことにより、その「第１べき乗項」の値「３１．０２５」を得る。更に、「第１べき乗項」における指数βの値「－６」に基づいて、ベースカウント値Ｘの右６ビットシフト演算を行うことにより、その「第２べき乗項」の値「１５．５１２５」を得る。そして、これら「第１べき乗項」及び「第２べき乗項」の各値を足し合わせることにより、その一次式の傾き項「ＡＸ」の値、「４６．５３７５」を求める構成としてもよい。これにより、リソースの使用を抑えつつ、更なる検出精度の向上を図ることができる。

１…車両、２…車体、２ｒ…後端部、３…ドア開口部、５…バックドア、１０…コーナー部、２０…キックセンサ、２１…静電容量センサ、３０…操作入力検出装置、３１…ドアＥＣＵ、３２…ドアロック装置、３３…パワーバックドア装置、４１…基準コンデンサ、４１ａ…第１端子、４１ｂ…第２端子、４２…被測定コンデンサ、４２ａ…第１端子、４２ｂ…第２端子、４５…静電容量回路、５０，５１，５２…スイッチ、６１…第１電位源、６２…第２電位源、７０…制御回路、７０ａ…検出電位徐変部、７０ｂ…ベースカウント更新部、７１…コンパレータ（比較判定部）、８１…カウンタ部、８２，８２Ｂ…メモリ、８３，８３Ｂ…閾値生成部、８４…容量変化判定部、８５，８５Ｂ…閾値演算部、９０…レジスタ、９０ｘ…小数点、ＳＷ０…転送スイッチ、ＳＷ１…初期化スイッチ、ＳＷ２…第２初期化スイッチ、Ｖ１…第１電位、Ｖ２…第２電位、Ｐｘ…検出点、Ｖｘ…電位、Ｖｒｅｆ…参照電位、Ｖｏｕｔ…出力電位、ｎ…カウント値、Ｎ…検出カウント値、Ｘ…ベースカウント値、Δ…差分値、Ｙ…閾値、Ｙｉ…理想閾値、Ｑ…理想閾値曲線、Ｂ，ｂ…切片、Ａ，ａ…傾き、α，β…指数、Ｌｍａｘ…最大線、Ｌｍｉｎ…最小線、Ｌｔｙｐ…中間線、Ｗ…範囲、Ｓｘ…出力信号。

Claims (5)

1. 検出体が接離することにより静電容量が変化する被測定コンデンサと既知の静電容量を有した基準コンデンサとを直列に接続してなる静電容量回路と、
   前記基準コンデンサの両端子を等電位に初期化する初期化スイッチと、
   前記基準コンデンサにおける一方の端子を検出点として該検出点に接続された転送スイッチと、
   前記転送スイッチのオン／オフを繰り返すことにより前記検出点の電位を前記初期化された値から前記被測定コンデンサの静電容量に応じた速度で段階的に変化させる検出電位徐変部と、
   前記検出点の電位を参照電位と比較する比較判定部と、
   前記転送スイッチのオン／オフ回数をカウント値として計測するカウンタ部と、
   前記比較の結果が反転する検出カウント値を監視することにより前記被測定コンデンサに生じた前記静電容量の変化を判定する容量変化判定部と、
   前記検出カウント値を監視するためのベースカウント値を変数とした一次式を用いて前記静電容量の変化を判定するための閾値を演算する閾値演算部と、を備え、
   前記閾値演算部は、前記一次式の傾きを２のべき乗を用いて表した場合の指数を保持するとともに、該指数に基づいたビットシフト演算を行うことにより、前記ベースカウント値に応じた前記傾き項の値を演算すること、を特徴とする静電容量センサ。
2. 請求項１に記載の静電容量センサにおいて、
   前記閾値演算部は、前記指数の異なる複数のべき乗項の和を用いて表される前記傾き項について、前記指数の異なる前記べき乗項毎に、前記ビットシフト演算を行うことにより、前記傾き項の値を演算すること、を特徴とする静電容量センサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の静電容量センサにおいて、
   前記基準コンデンサと前記被測定コンデンサとの間に前記転送スイッチを設け、前記基準コンデンサと並列に前記初期化スイッチを設けるとともに、前記被測定コンデンサと並列に第２初期化スイッチを設けることにより、前記基準コンデンサにおける前記被測定コンデンサ側の端子を前記検出点としたこと、を特徴とする静電容量センサ。
4. 請求項１～請求項３の何れか一項に記載の静電容量センサにおいて、
   周期的に前記検出カウント値で前記ベースカウント値を更新するベースカウント更新部を備えること、を特徴とする静電容量センサ。
5. 請求項１～請求項４の何れか一項に記載の静電容量センサを備えた車両用操作入力検出装置。

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