JPWO2011024559A1 - 物体の接近を検出するための静電容量式検出装置、センサユニット、制御システム及びその方法 - Google Patents

物体の接近を検出するための静電容量式検出装置、センサユニット、制御システム及びその方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、検出すべき対象である物体の接近を精度良く検出する装置及びそのために使用する方法を提供する。具体的には、計測部２１０が第１及び第２センサ電極１２０，１３３の浮遊容量を計測し、ここで計測された浮遊容量に基づいて、判定部２２０が、計測された浮遊容量の所定の時間長の期間における平均時間変化率を算出する。引き続き、判定部２２０が、検出対象及び前記検出対象とは異なることを弁別すべき物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率と、算出された平均時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たしているか否かを判定する。この接近検出条件を満たした場合に、判定部２２０が、検出対象が接近したと判定する。

Description

本発明は、物体の接近を検出するための静電容量式検出装置及び方法に係り、より詳しくは、検出すべき対象である物体（以下、検出対象という。）の接近を検出する静電容量式検出装置及びその方法、当該静電容量式検出装置を備えるセンサユニット、並びにセンサユニットを備える制御システムに関するものである。
近年、自動車等のドアの施錠及び開錠をキー操作なしで行うことができるキーレスエントリーシステムが広く用いられている。こうしたキーレスエントリーシステムの多くにおいては、利用者のドアハンドルへの接触を検出するために、ドアハンドル内に静電容量式タッチセンサを備える構成となっている。
かかる静電容量式タッチセンサでは、内部のセンサ電極の浮遊容量が計測される。この浮遊容量は、利用者のドアハンドルへの接触により増大する。そして、静電容量式タッチセンサでは、センサ電極の浮遊容量の計測値が所定値以上となった場合に、利用者のドアハンドルへの接触を検出するようになっている。
しかしながら、雨天時においては、導体である雨水がセンサ電極の近傍に溜まるため、センサ電極の浮遊容量が増加する。このため、利用者がドアハンドルに接触していないにもかかわらず、利用者がドアハンドルに接触していると誤検出し、施錠や開錠が行われてしまうことがあった。
ここで、雨水が溜まりやすいセンサ電極の近傍とは、ドアハンドルの上面とドアパネルとの境界部である。このことに着目し、センサ電極のドアパネルに近い部分における接触検知感度を、センサ電極のドアパネルから遠い部分における接触検知感度よりも低くする技術が提案されている（特許文献１参照：以下、「従来例」という）。この従来例の技術では、センサ電極のドアパネルに近い部分に切欠部を形成したり、静電容量式タッチセンサを収納するドアハンドルの筐体は、センサ電極付近において、ドアパネルに近い部分の誘電率よりもドアパネルから遠い部分の誘電率が大きくなる構成を採用したりするようになっている。
特開２００９−１３３７７７号公報
上述した従来例の技術は、導体である雨水がセンサ電極の近傍に溜まり、これによってセンサ電極の浮遊容量の増大が発生し、そしてこの浮遊容量の増大に起因する誤検出を防止するという観点からは、優れた技術である。しかしながら、従来例の技術では、センサ電極の形状が複雑になったり、ドアハンドルの筐体の構成が複雑なものとなったりしてしまい、製品の生産性が低下する。このため、製品の生産性の低下を招かずに、雨天時や洗車時における水滴又は水流の誤検出を有効に防止できる技術が望まれている。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、検出対象の接近を精度良く検出することができる静電容量式検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、当該静電容量式検出装置を備えるセンサユニット、及び、当該センサユニットを備える制御システムを提供することを目的とする。
周辺の導体との間でキャパシタを形成するセンサ電極に対して導電性物体が接近すると、当該センサ電極の浮遊容量が増大するが、その増大速度は当該導電性物体の大きさ等に応じて変化する。このため、本発明者は、様々な実験を行い、推考を重ねることにより、導電性の検出対象と、当該検出対象とは異なることを弁別すべき導電性物体（以下、「検出対象以外の物体」ということがある。）との大きさ等の相違に対応したセンサ電極の浮遊容量の時間変化率の相違を考慮することにより、検出対象の接近と、検出対象以外の物体の接近とを区別できるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、第１の観点からすると、導電性の検出対象の接近を検出する静電容量式検出装置であって、周辺の導体との間でキャパシタを形成するセンサ電極と；前記センサ電極と前記検出対象との位置関係に対応して変化する前記センサ電極の浮遊容量を計測する計測部と；前記計測部により計測された浮遊容量の時間変化率と、前記検出対象及び前記検出対象とは異なることを弁別すべき物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たした場合に、前記検出対象の接近を判定する判定部と；を備えることを特徴とする静電容量式検出装置である。
この静電容量式検出装置では、計測部がセンサ電極の浮遊容量を計測する。こうして計測部により計測された浮遊容量に基づいて、判定部が、計測された浮遊容量の時間変化率（例えば、所定時間長の期間における平均時間変化率）を算出する。引き続き、判定部が、検出対象及び当該検出対象とは異なることを弁別すべき物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率と、算出された平均時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たしているか否かを判定する。この接近検出条件を満たした場合に、判定部は、検出対象が接近したと判定する。
したがって、本発明の静電容量式検出装置によれば、簡易な構成で、検出対象の接近を精度良く検出することができる。
本発明の静電容量式検出装置では、前記接近検出条件には、前記計測された浮遊容量が、前記検出対象に対応して定められた所定値よりも大きくなることが含まれるようにすることができる。この場合には、所定時間長の期間におけるセンサ電極の浮遊容量の平均時間変化率に加えて、当該浮遊容量の増大量を評価する。このため、検出対象の接近を、より精度良く検出することができる。
なお、「所定値」としては、（ａ）検出対象がセンサ電極の周辺に存在しない状態におけるセンサ電極の浮遊容量の想定値と、検出対象がセンサ電極に接近した場合のセンサ電極の浮遊容量の想定値との間にある値や、（ｂ）検出対象がセンサ電極の周辺に存在しない状態におけるセンサ電極の浮遊容量の計測値の移動平均値に、実験、シミュレーション、経験等により予め定められる１以上の値を乗じた値等を採用することができる。
本発明は、第２の観点からすると、本発明の静電容量式検出装置と；無線信号の送受信を行うアンテナと；を備えることを特徴とするセンサユニットである。このセンサユニットでは、当該センサユニットを構成する上述の本発明の静電容量式検出装置を利用して、識別された検出対象の接近を検出することができる。また、センサユニットを構成するアンテナを利用して、外部との無線通信を行うことができる。このため、例えば、本発明のセンサユニットを、車両のドアハンドル内に配設することにより、利用者の手指の接近の検出をすることができる。さらに、このセンサユニットを無線通信を利用した正規利用者認証を行う車両のキーレスエントリーシステムの構成要素として採用することができる。
本発明は、第３の観点からすると、本発明のセンサユニットと；前記センサユニットの静電容量式検出装置から検出対象の接近の報告を受けた場合に、前記センサユニットのアンテナを利用して正規利用者の認証を行う制御装置と；を備え、前記制御装置は、前記認証に成功した場合に、所定の制御を実行する、ことを特徴とする制御システムである。
この制御システムでは、本発明のセンサユニットの構成要素である上述の本発明の静電容量式検出装置から検出対象の接近の報告を受けた場合に、制御装置が、当該センサユニットのアンテナを利用した無線通信により正規利用者の認証を行う。そして、当該認証に成功すると、制御装置が、所定の制御、例えば、制御システムが車両のキーレスエントリーシステムである場合には、施錠制御又は開錠制御を実行する。
したがって、本発明の制御システムによれば、検出対象の接近の誤検出に起因する制御動作の実行を防止することができる。
本発明は、第４の観点からすると、周辺の導体と協働してキャパシタを形成するセンサ電極を備える静電容量式検出装置において使用される物体の接近を検出するための方法であって、前記センサ電極と導電性の検出対象との位置関係に対応して変化する前記センサ電極の浮遊容量を計測する計測工程と；前記計測工程において計測された浮遊容量の時間変化率と、前記検出対象及び前記検出対象とは異なることを弁別すべき物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たした場合に、前記検出対象の接近を判定する判定工程と；を備えることを特徴とする物体の接近を検出するための方法である。
この物体の接近を検出するための方法では、計測工程において、センサ電極の浮遊容量が計測される。こうして計測工程において計測された浮遊容量に基づいて、判定工程では、まず、計測された浮遊容量の時間変化率（例えば、所定時間長の期間における平均時間変化率）が算出される。引き続き、判定工程において、検出対象及び検出対象以外の物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率と、算出された時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たしているか否かが判定される。この接近検出条件を満たしたと判定された場合に、検出対象が接近したと判定される。
したがって、本発明の物体の接近を検出するための方法によれば、簡易な構成で、検出対象の接近を精度良く検出することができる。
以上説明したように、本発明の物体の接近を検出するための静電容量式検出装置及び方法によれば、筐体やセンサの形状及び構成に影響されることなく、簡易な構成で、検出対象の接近を精度良く検出する効果を奏する。
また、本発明のセンサユニットは、検出対象の接近の検出と、無線通信による正規利用者の認証を行ったうえで制御動作を行う制御システムの構築に際して採用することができる。
また、本発明の制御システムによれば、検出対象の接近を誤って検出したことに起因する制御動作の実行を防止することができるという効果を奏することができる。
本発明の一実施形態に係る制御システムであるキーレスエントリーシステムの構成を説明するためのブロック図である。 図１のセンサユニットの配設位置を説明するための図である。 図１のセンサユニットの構成を説明するためのセンサユニットの分解斜視図である。 図３のアンテナユニットの構成を説明するための、矩体状芯材の斜視図である。 図３のアンテナユニットの底面側の構成を説明するための図である。 図３の検出部の構成を説明するためのブロック図である。 図６の閾値テーブルの内容を説明するための図である。 図６の第１及び第２判定部の状態遷移を説明するための図である。 図６の第１及び第２判定部の状態遷移と閾値との関係を説明するための図である。 図１の制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 図６の第１及び第２判定部の処理を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１１を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明の「物体」には人体と人体以外の物体を含むものとする。本発明の「接近」とは、物体又は対象が、センサー等に近接していない状態から近接している位置へ移動することをいう。
図１には、一実施形態に係る制御システムであるキーレスエントリーシステム８００の概略的な構成が示されている。この図１に示されるように、キーレスエントリーシステム８００は、センサユニット１００と、制御装置３００と、開錠部４１０と、施錠部４２０とを備えている。
ここで、センサユニット１００は、図２に示されるように、車両のドア９１０におけるドアハンドル９２０の筐体内に配設される。なお、本実施形態では、センサユニット１００は、ドアハンドル９２０内に配設されるようにしたが、ドアハンドル９２０の車体側表面に露出するようにすることもできる。
上記のセンサユニット１００は、図３に示されるように、ケース部材１１０と、センサ電極としての第１センサ電極１２０及び検出ユニット１３０から構成される静電容量式検出装置１５０と、アンテナユニット１６０とを備えている。そして、ケース部材１１０内に、第１センサ電極１２０、検出ユニット１３０及びアンテナユニット１６０が組み込まれた後、樹脂を用いた封止成形を行うことにより、センサユニット１００が製造されるようになっている。
ここで、封止成形に用いられる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレン系樹脂（ＡＳ（Acrylonitrile Styrene）樹脂又はＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂）、塩化ビニル等の熱可塑性樹脂；又は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂；又は、シリコーン樹脂等を挙げることができる。これらの絶縁性樹脂からなる群から選ばれるいずれか一種又は複数の樹脂の混合物を、封止成形用樹脂として採用することができる。
また、封止方法としては、射出成形の外、溶融した上記樹脂をケース部材１１０に充填するなどの方法も考えられる。なお、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の封止方法を採用することができる。
上記のケース部材１１０は、＋Ｚ方向側が開放され、Ｘ軸方向を長手方向とする箱状部材であり、樹脂が成形されて形成される。ここで、ケース部材１１０の材料樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレン系樹脂（ＡＳ樹脂又はＡＢＳ樹脂）、塩化ビニル等の熱可塑性樹脂；又は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂；又は、シリコーン樹脂等を挙げることができる。これらの絶縁性樹脂からなる群から選ばれるいずれか一種又は複数の樹脂の混合物を、部材形成用樹脂として採用することができる。なお、ケース部材１１０の内底面には、第１センサ電極１２０載置用の複数の第１突起台と、アンテナユニット１６０を載置するためのツメ部及び第２突起台と（いずれも不図示）が形成されている。
上記の第１センサ電極１２０は、開錠制御の際に利用されるセンサ電極であり、ケース部材１１０の内表面に形成された第１突起台に溶着されることにより、ケース部材１１０に固定される。この第１センサ電極１２０における−Ｘ方向側部分には、検出ユニット１３０を載置するための凸状の折曲突起部１２１1，１２１2が配置されている。ここで、折曲突起部１２１1，１２１2は、第１センサ電極１２０の一部をＬ字状に＋Ｚ方向側へ折り曲げることにより形成される。
上記の検出ユニット１３０は、プリント配線板１３１を備えている。このプリント配線板１３１には、折曲突起部１２１1，１２１2の上方（＋Ｚ方向側）先端部を貫通させるためのＹ軸方向に延びるスリット状開口１３２1，１３２2が形成されている。ここで、スリット状開口１３２1，１３２2のＹ軸方向の長さは、折曲突起部１２１1，１２１2の上方先端部のＹ軸方向長さ以上であるとともに、折曲突起部１２１1，１２１2の肩部下方（−Ｚ方向側）のＹ軸方向長さよりも短くなっている。このため、折曲突起部１２１1，１２１2の上方先端部がスリット状開口１３２1，１３２2を貫通するように、第１センサ電極１２０の上方にプリント配線板１３１を載置することにより、第１センサ電極１２０とプリント配線板１３１とを離隔させることができる。このため、第１センサ電極１２０の浮遊容量の検出感度のバラツキを抑えて、容量の変化を安定して検出できる。
なお、折曲突起部１２１1，１２１2の上方先端部がスリット状開口１３２1，１３２2を貫通した状態で、プリント配線板１３１の＋Ｚ方向側表面に形成された配線パターンと、折曲突起部１２１1，１２１2とを半田付けすることにより、第１センサ電極１２０に対して、プリント配線板１３１が固定される。
また、プリント配線板１３１の＋Ｚ方向側表面における−Ｘ方向側部分には、センサ電極としての第２センサ電極１３３が矩形パターンとして形成されている。この第２センサ電極１３３は、施錠制御の際に利用されるセンサ電極である。
また、プリント配線板１３１の＋Ｚ方向側表面における＋Ｘ方向側部分には、検出部１３４が搭載されている。この検出部１３４は、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）素子、抵抗等のディスクリート素子から構成されている。この検出部１３４には、動作電力の供給や、制御装置３００への信号伝達に利用される多線構成の配線部材１３９が接続されている。かかる検出部１３４の機能構成については、後述する。
上記のアンテナユニット１６０は、矩体状芯材１６１と、巻線部１６２とを備えている。ここで、矩体状芯材１６１は、図４に示されるように、（ｉ）Ｘ軸方向を長手方向とする磁性芯材１６６と、（ii）磁性芯材１６６の外側を覆う、Ｘ軸方向を長手方向とする筒状部材であるベース部材（ボビン部材）１６７とを備えている。なお、磁性芯材１６６の材料としては、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等のフェライト、若しくはセンダスト、アモルファス金属等の軟磁性金属、又は上記二者の混合物を採用することができる。
図３に戻り、アンテナユニット１６０では、巻線部１６２は、ベース部材１６７の表面に導線が巻かれて形成されている。このアンテナユニット１６０は、矩体状芯材１６１のベース部材１６７が、ケース部材１１０の内表面に形成された上述のツメ部と噛み合わされるとともに、第２突起台に溶着されることにより、ケース部材１１０に固定される。
なお、矩体状芯材１６１の−Ｚ方向側表面に、図５に示されるように、第１センサ電極１２０に対応する複数の位置に、巻線部１６２の厚みよりも高い突起部１６４が形成されている。このため、アンテナユニット１６０がケース部材１１０に固定された際に、第１センサ電極１２０と巻線部１６２との接触を防止しつつ、一定間隔で両者を離隔させることができる。このため、第１センサ電極１２０の浮遊容量の検出感度のバラツキを抑えて、容量の変化を安定して検出できる。
また、巻線部１６２には、制御装置３００への信号伝達に利用される配線部材１６９が接続されている。
本実施形態のセンサユニット１００は、上記のように構成されるので、スペーサ部材を別途に用意することなく、第１センサ電極１２０と、検出ユニット１３０のプリント配線板１３１及びアンテナユニット１６０の巻線部１６２との接触を、確実に防止することができる。
上記の検出部１３４は、第１センサ電極１２０に対する手指の接近及び第２センサ電極１３３に対する手指の接近を、それぞれ独立に検出する。かかる機能を有する検出部１３４は、図６に示されるように、計測部２１０と、判定部２２０とを備えている。
上記の計測部２１０は、第１センサ電極１２０の浮遊容量及び第２センサ電極１３３の浮遊容量を計測する。かかる機能を有する計測部２１０は、第１計測部２１１1と、第２計測部２１１2とを備えている。
上記の第１計測部２１１1は、第１センサ電極１２０の浮遊容量ＳＣ1を計測する。本実施形態では、第１計測部２１１1では、第１センサ電極１２０の浮遊容量と所定抵抗値の抵抗素子とで構成される積分回路のチャージ／ディスチャージを利用した発振周波数を計測することにより、第１センサ電極１２０の浮遊容量を計測する方式を採用している。しかし、ブリッジ回路方式等の他の計測方式を採用することもできる。第１計測部２１１1による計測結果である計測容量値ＭＣ1は、判定部２２０へ送られる。
なお、「所定抵抗値」は、第１センサ電極１２０の浮遊容量の想定変化範囲を考慮した計測精度の適正化の観点から、実験、シミュレーション、経験等に基づいて、予め定められる。
上記の第２計測部２１１2は、第２センサ電極１３３の浮遊容量ＳＣ2を計測する。本実施形態では、第２計測部２１１2では、上述の第１計測部２１１1と同様に構成されており、第２センサ電極１３３の浮遊容量と所定抵抗値の抵抗素子とで構成される積分回路のチャージ／ディスチャージを利用した発振周波数を計測することにより、第２センサ電極１３３の浮遊容量を計測する方式を採用している。第２計測部２１１2による計測結果である計測容量値ＭＣ2は、判定部２２０へ送られる。
上記の判定部２２０は、第１センサ電極１２０への人体（通常は、手指）の接近、及び、第２センサ電極１３３への人体（通常は、手指）の接近を判定する。かかる機能を有する判定部２２０は、第１判定部２２１1と、第２判定部２２１2とを備えている。
なお、本実施形態では、人体の接近の際の方が、水滴又は水流の接近の際よりも第１センサ電極１２０及び第２センサ電極１３３の浮遊容量の時間変化率が大きいことを利用して、第１判定部２２１1及び第２判定部２２１2が、検出対象である人体の接近と、人体の接近とは弁別すべき雨粒等の水滴又は水流の接近とを弁別するようになっている。
上記の第１判定部２２１1は、閾値テーブル２２５1を備えている。また、第２判定部２２１2は、閾値テーブル２２５2を備えている。
閾値テーブル２２５j（ｊ＝１，２）には、図７に示されるように、ＯＮ閾値ＴＨＮj、ＯＦＦ閾値ＴＨＦj（＜ＴＨＮj）及び時間変化率閾値ＴＨΔj（＞０）が登録されている。これらの３種類の閾値を参照して、第ｊ判定部２２１jの内部状態が、図８に示されるように、離脱状態との接近状態との間で遷移するようになっている。
以下の説明においては、「ＯＮ閾値」、「ＯＦＦ閾値」及び「時間変化率閾値」のそれぞれを、単に「閾値」とも記す。
なお、本実施形態では、「閾値ＴＨＮj」及び「閾値ＴＨＦj」は、第ｊセンサ電極（１２０，１３３）の浮遊容量の想定変化範囲を考慮して、予め定められる。また、「閾値ＴＨΔj」は、人体の接近と、水滴又は水流の接近と弁別の観点から、実験、シミュレーション、経験等に基づいて、予め定められる。ここで、「閾値ＴＨＮ1」、「閾値ＴＨＦ1」及び「閾値ＴＨΔ1」と、「閾値ＴＨＮ2」、「閾値ＴＨＦ2」及び「閾値ＴＨΔ2」とは、電極面積、接近が想定される人体部分の面積等の相違により、互いに異なった値となる。
第ｊ判定部２２１jにおける離脱状態から接近状態への遷移条件である接近条件は、計測容量値ＭＣjの時間変化率が閾値ＴＨΔjよりも大きく、かつ、計測容量値ＭＣjが閾値ＴＨＮjとなったことである。また、第ｊ判定部２２１jにおける接近状態から離脱状態への遷移条件である離脱条件は、計測容量値ＭＣjが閾値ＴＨＦjよりも小さくなったことである。このため、図９において実線で示されるように、計測容量値ＭＣjが、閾値ＴＨＦjよりも小さい状態、すなわち離脱状態の値から、閾値ＴＨΔjよりも大きな時間変化率で急激に増加し、閾値ＴＨＮjを上回ると、第ｊ判定部２２１jの内部状態が、離脱状態から接近状態へ遷移する。また、接近状態となった後、計測容量値ＭＣjが、閾値ＴＨＦjを下回ると、第ｊ判定部２２１jの状態が、接近状態から離脱状態へ遷移する。
なお、図９において一点鎖線で示されるように、計測容量値ＭＣjが、閾値ＴＨＦjよりも小さな離脱状態の値から、閾値ＴＨΔjよりも小さな時間変化率で緩やかに増加した場合には、計測容量値ＭＣjが閾値ＴＨＮjを上回ったとしても、第ｊ判定部２２１jの状態が接近状態に遷移することなく、離脱状態が継続することになる。
図６に戻り、第１判定部２２１1は、第１計測部２１１1から送られる計測容量値ＭＣ1を所定時間の周期で収集する。そして、上述したように、収集結果と、閾値テーブル２２５1に登録された３種類の閾値とに基づいて、内部状態が、離脱状態から接近状態に遷移した場合に、第１判定部２２１1は、人体が接近したと判定し、接近報告ＤＲ1を制御装置３００へ送る。
また、第２判定部２２１2は、第２計測部２１１2から送られる計測容量値ＭＣ2を所定時間の周期で収集する。そして、上述したように、収集結果と、閾値テーブル２２５2に登録された３種類の閾値とに基づいて、内部状態が、離脱状態から接近状態に遷移した場合に、第２判定部２２１2は、人体が接近したと判定し、接近報告ＤＲ2を制御装置３００へ送る。
図１に戻り、上記の制御装置３００は、上述のアンテナユニット１６０を利用したＩＣカード等の外部携帯機器との通信により、正規利用者の認証処理を行う。また、制御装置３００は、当該認証の結果、及び、検出部１３４から送られた接近報告ＤＲ1，ＤＲ2に基づいて、ドア９１０の開錠制御及び施錠制御を行う。かかる機能を有する制御装置３００は、図１０に示されるように、ドア状態検出部３１０と、開錠制御部３２０と、施錠制御部３３０と、認証部３４０とを備えている。
上記のドア状態検出部３１０は、ドア９１０の開閉状態及び施錠状態を検出する。すなわち、ドア状態検出部３１０は、ドア９１０が、以下の３つの状態のうちのいずれの状態にあるかを検出する。
（ｉ）閉められた状態であり、かつ、施錠状態にある開錠待状態、
（ii）閉められた状態であり、かつ、開錠状態にある施錠待状態、及び、
（iii）開けられた状態である開状態
ドア状態検出部３１０によるドア状態検出結果は、開錠制御部３２０及び施錠制御部３３０へ送られる。
上記の開錠制御部３２０は、検出部１３４から送られた接近報告ＤＲ1、及び、ドア状態検出部３１０から送られたドア状態検出結果を受ける。そして、ドア９１０が開錠待状態にあり、かつ接近報告ＤＲ1を受けた場合に、開錠制御部３２０は、認証要求を認証部３４０へ送る。次に、開錠制御部３２０は、この認証要求に対する応答としての認証成功報告を認証部３４０から受ける。最後に、開錠制御部３２０は、開錠指令ＫＯＣを開錠部４１０へ送る。
上記の施錠制御部３３０は、検出部１３４から送られた接近報告ＤＲ2、及び、ドア状態検出部３１０から送られたドア状態検出結果を受ける。そして、ドア９１０が施錠待状態にあり、かつ接近報告ＤＲ2を受けた場合に、施錠制御部３３０は、認証要求を認証部３４０へ送る。次に、施錠制御部３３０は、この認証要求に対する応答としての認証成功報告を認証部３４０から受ける。最後に、施錠制御部３３０は、施錠指令ＫＬＣを施錠部４２０へ送る。
上記の認証部３４０は、開錠制御部３２０又は施錠制御部３３０から送られた認証要求を受ける。認証要求を受けた認証部３４０は、アンテナユニット１６０を介して、外部携帯機器との通信を行うことにより、正規利用者の認証処理を行う。そして、認証部３４０は、認証処理の結果、認証に成功したか否かを、当該認証要求を発行した開錠制御部３２０又は施錠制御部３３０へ送る。
図１に戻り、上記の開錠部４１０は、制御装置３００から送られた開錠指令ＫＯＣを受ける。この開錠指令ＫＯＣを受けた開錠部４１０は、ドア９１０を開錠する。
上記の施錠部４２０は、制御装置３００から送られた施錠指令ＫＬＣを受ける。この施錠指令ＫＬＣを受けた施錠部４２０は、ドア９１０を施錠する。
［動作］
次に、上記のように構成されたキーレスエントリーシステム８００の動作について説明する。
＜第１センサ電極１２０への人体接近の検出動作＞
まず、第１センサ電極１２０への人体の接近の検出動作について説明する。なお、当初においては、第１センサ電極１２０への接近物体は存在せず、第１判定部２２１1の内部状態は、離脱状態であるものとする。また、第１計測部２１１1による第１センサ電極１２０の浮遊容量の計測は既に開始されており、第１判定部２２１1による計測容量値ＭＣ1の周期的な収集が行われているものとする。
第１センサ電極１２０への人体の接近の検出に際しては、図１１に示されるように、まず、ステップＳ１１において、前回の計測容量値ＭＣ1（Ｔ（＝ＴP））の収集時刻から所定時間（ΔＴ）が経過すると、第１判定部２２１1が、新たな計測容量値ＭＣ1（Ｔ（＝ＴN＝ＴP＋ΔＴ））を収集する。引き続き、ステップＳ１２において、第１判定部２２１1が、前回の収集時刻から今回の収集時刻までの期間における計測容量値ＭＣ1（Ｔ）の時間変化率ＦＲN（＝（ＭＣ1（ＴN）−ＭＣ1（ＴP））／ΔＴ）が、閾値ＴＨΔ1よりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ１２における判定の結果が否定的であった場合（ステップＳ１２：Ｎ）には、第１判定部２２１1が、人体が第１センサ電極１２０に接近してはいないと判定する。そして、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴP）を今回収集された計測容量値ＭＣ1（ＴN）に更新した後、処理はステップＳ１１へ戻る。そして、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理が繰り返される。
一方、ステップＳ１２における判定の結果が肯定的であった場合（ステップＳ１２：Ｙ）には、処理はステップＳ１３へ進む。このステップＳ１３では、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴN）が閾値ＴＨＮ1よりも大きいか否かを判定する。
ステップＳ１３における判定の結果が否定的であった場合（ステップＳ１３：Ｎ）には、第１判定部２２１1が、人体が第１センサ電極１２０に接近してはいないと判定する。そして、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴP）を今回収集された計測容量値ＭＣ1（ＴN）に更新した後に、処理はステップＳ１１へ戻る。そして、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理が繰り返される。
一方、ステップＳ１３における判定の結果が肯定的であった場合（ステップＳ１３：Ｙ）には、人体が第１センサ電極１２０に接近したと判定され、処理はステップＳ１４へ進む。このステップＳ１４では、第１判定部２２１1が、内部状態を離脱状態から接近状態に遷移させるとともに、接近報告ＤＲ1を制御装置３００へ送る。この後、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴP）を今回収集された計測容量値ＭＣ1（ＴN）に更新した後に、処理はステップＳ１５へ進む。
ステップＳ１５では、前回の計測容量値ＭＣ1（ＴP）の収集時刻から所定時間（ΔＴ）が経過すると、第１判定部２２１1が、新たな計測容量値ＭＣ1（ＴN）を収集する。引き続き、ステップＳ１６において、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴN）が閾値ＴＨＦ1よりも小さいか否かを判定する。
ステップＳ１６における判定の結果が否定的であった場合（ステップＳ１６：Ｎ）には、第１判定部２２１1が、人体が第１センサ電極１２０から離脱してはいないと判定する。そして、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴP）を今回収集された計測容量値ＭＣ1（ＴN）に更新した後に、処理はステップＳ１５へ戻る。そして、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理が繰り返される。
一方、ステップＳ１６における判定の結果が肯定的であった場合（ステップＳ１６：Ｙ）には、第１判定部２２１1が、人体が第１センサ電極１２０から離脱したと判定し、内部状態を接近状態から離脱状態に遷移させる。この後、第１判定部２２１1が、計測容量値ＭＣ1（ＴP）を今回収集された計測容量値ＭＣ1（ＴN）に更新した後に、処理はステップＳ１１へ戻る。
以後、ステップＳ１１〜Ｓ１６の処理が繰り返される。この結果、第１判定部２２１1の内部状態が離脱状態にある場合に人体の接近を検出するたびに、接近報告ＤＲ1が、第１判定部２２１1から制御装置３００へ送られる。
＜第２センサ電極１３３への人体接近の検出動作＞
次に、第２センサ電極１３３への人体の接近の検出動作について説明する。この動作は、図１１の処理の主体が、第２判定部２２１2であること、並びに、第２判定部２２１2が、計測容量値ＭＣ2の周期的な収集結果、及び、閾値ＴＨＮ2，ＴＨＦ2，ＴＨΔ2に基づいて、人体の接近の判定を行うことを除いて、上述した第１センサ電極１２０への人体の接近の検出動作と同様にして実行される。この結果、第２判定部２２１2の内部状態が離脱状態にある場合に人体の接近を検出するたびに、接近報告ＤＲ2が、第２判定部２２１2から制御装置３００へ送られる。
＜開錠制御動作＞
次に、制御装置３００による開錠制御動作について説明する。なお、ドア状態検出部３１０は、既に検出動作を開始しており、ドア状態検出結果を、逐次、開錠制御部３２０へ報告しているものとする。
制御装置３００による開錠制御動作は、開錠制御部３２０が、検出部１３４から送られた接近報告ＤＲ1を受けるたびに実行される。接近報告ＤＲ1を受けると、開錠制御部３２０は、ドア状態検出結果を参照して、ドア９１０が開錠待状態にあるか否かを判定する。この判定の結果が否定的であった場合には、開錠制御部３２０が、直ちに、今回の開錠制御動作を終了させる。この結果、開錠制御部３２０が接近報告ＤＲ1を受けた時点におけるドア状態が継続する。
一方、ドア９１０が開錠待状態にあるのか否かの判定の結果が肯定的であった場合には、開錠制御部３２０が、認証要求を認証部３４０へ送る。この認証要求を受けた認証部３４０は、アンテナユニット１６０を介して、送信認証用信号を外部へ送る。
こうして外部へ送られた送信用認証信号を、正規利用者が携帯している携帯機器（以下、「正規携帯機器」と呼ぶ）が受けると、正規携帯機器が、送信認証用信号に正しく対応する正規返信認証用信号を返信する。この正規返信認証用信号を、アンテナユニット１６０を介して受信した認証部３４０は、送信認証用信号の内容と、正規返信認証用信号の内容との照合を行い、正規利用者の認証に成功する。そして、認証部３４０は、正規利用者の認証に成功した旨の報告である認証成功報告を、開錠制御部３２０へ送る。
認証成功報告を受けると、開錠制御部３２０は、開錠指令ＫＯＣを開錠部４１０へ送り、今回の開錠制御動作を終了させる。この結果、開錠指令ＫＯＣ受けた開錠部４１０は、ドア９１０を開錠する。
一方、送信認証用信号を、正規携帯機器以外の携帯機器が受けた場合には、当該携帯機器は、正規返信認証用信号以外の返信認証用信号を返信する。この場合には、アンテナユニット１６０を介して受信した認証部３４０は、送信認証用信号の内容と、返信認証用信号の内容との照合を行い、正規利用者の認証に失敗する。
また、送信認証用信号の到達範囲に、正規携帯機器であるか否かにかかわらず携帯機器が存在していない場合には、認証部３４０は、いかなる返信認証用信号も受けることができない。この場合にも、認証部３４０は、正規利用者の認証に失敗する。
正規利用者の認証に失敗した場合には、認証部３４０は、正規利用者の認証に失敗した旨の報告である認証失敗報告を、開錠制御部３２０へ送る。認証失敗報告を受けると、開錠制御部３２０は、開錠指令ＫＯＣを開錠部４１０へ送ることなく、今回の開錠制御動作を終了させる。この結果、開錠制御部３２０が接近報告ＤＲ1を受けた時点におけるドア状態が継続する。
＜施錠制御動作＞
次に、制御装置３００による施錠制御動作について説明する。なお、ドア状態検出部３１０は、既に検出動作を開始しており、ドア状態検出結果を、逐次、施錠制御部３３０へ報告しているものとする。
制御装置３００による施錠制御動作は、施錠制御部３３０が、検出部１３４から送られた接近報告ＤＲ2を受けるたびに実行される。接近報告ＤＲ2を受けると、施錠制御部３３０は、ドア状態検出結果を参照して、ドア９１０が施錠待状態にあるか否かを判定する。この判定の結果が否定的であった場合には、施錠制御部３３０が、直ちに、今回の施錠制御動作を終了させる。この結果、施錠制御部３３０が接近報告ＤＲ2を受けた時点におけるドア状態が継続する。
一方、ドア９１０が施錠待状態にあるのか否かの判定の結果が肯定的であった場合には、施錠制御部３３０が、認証要求を認証部３４０へ送る。この認証要求を受けた認証部３４０は、上述した開錠制御動作の場合と同様の処理を行い、認証成功報告又は認証失敗報告を施錠制御部３３０へ送る。
認証成功報告を受けると、施錠制御部３３０は、施錠指令ＫＬＣを施錠部４２０へ送り、今回の施錠制御動作を終了させる。この結果、施錠指令ＫＬＣ受けた施錠部４２０は、ドア９１０を施錠する。
一方、認証失敗報告を受けると、施錠制御部３３０は、施錠指令ＫＬＣを施錠部４２０へ送ることなく、今回の施錠制御動作を終了させる。この結果、施錠制御部３３０が接近報告ＤＲ2を受けた時点におけるドア状態が継続する。
以上説明したように、本実施形態では、センサ電極への人体の接近と、水滴又は水流の接近とを、センサ電極１２０，１３４の浮遊容量の時間変化率が、閾値ＴＨΔ1，ＴＨΔ2よりも大きいか否かを判定することにより弁別する。したがって、本実施形態によれば、人体の接近と、水滴又は水流の接近とを混同することなく、センサ電極への人体の接近を精度良く検出することができる。
また、本実施形態では、センサ電極へ人体が接近したことを精度良く検出し、その検出結果に基づいて、ドアの開錠制御及び施錠制御を行う。このため、水滴又は水流の接近に起因するドアの開錠制御及び施錠制御に関する誤動作を防止することができる。
［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、センサ電極への人体の接近と水滴又は水流の接近とを弁別するために、センサ電極の浮遊容量の時間変化率が、予め登録された時間変化率閾値よりも大きいことを条件の１つとして、センサ電極への人体の接近を検出するようにした。
これに対し、検出対象と、当該検出対象とは弁別すべき物体との物性の関係に応じて、センサ電極の浮遊容量の時間変化率が、予め登録された時間変化率閾値よりも小さいことを条件の１つとして、センサ電極への検出対象の接近を検出するようにしてもよい。
さらに、検出対象が２種以上であり、１種類の時間変化率閾値と計測容量値との比較では、検出対象の接近と、当該検出対象とは弁別すべき物体（検出対象以外の物体）の接近とを弁別できない場合には、以下のようにしてセンサ電極への検出対象の接近を検出するようにしてもよい。すなわち、上限時間変化率閾値と下限時間変化率閾値とを予め登録しておき、センサ電極の浮遊容量の時間変化率が、上限時間変化率閾値と下限時間変化率閾値との間であることを条件の１つとして、センサ電極への検出対象の接近を検出する。
また、上記の実施形態では、「ＯＮ閾値」及び「ＯＦＦ閾値」を、センサ電極の浮遊容量の想定変化範囲を考慮して予め定めるようにしたが、逆に、センサ電極の浮遊容量の計測値に基づいて、「ＯＮ閾値」及び「ＯＦＦ閾値」を決定するようにしてもよい。例えば、センサ電極の浮遊容量の計測値の移動平均値に、予め定められる１以上の値を乗じて、「ＯＮ閾値」及び「ＯＦＦ閾値」を決定することができる。
上記の実施形態では、本発明の制御システムを車両のキーレスエントリーシステムに適用したが、車両のトランクオープンシステム、建物のドアに関するキーレスエントリーシステムにも、本発明の制御システムを適用することができる。
また、上記の実施形態では、本発明の静電容量式検出装置を、車両のキーレスエントリーシステムにおける静電容量式検出装置に適用したが、各種タッチセンサにも本発明の静電容量式検出装置を適用することができる。
以上説明したように、本発明の静電容量式検出装置は、検出対象の接近と、検出対象以外の物体の接近との混同を防止することが必要な静電容量式検出装置に適用することができる。
また、本発明のセンサユニットは、検出対象の接近の検出と、無線通信による正規利用者の認証を行ったうえで制御動作を行う制御システムの構築に際して用いられるセンサユニットに適用することができる。
また、本発明の制御システムは、検出対象の接近の検出と、無線通信による正規利用者の認証を行ったうえで制御動作を行う制御システムに適用することができる。

Claims (6)

  1. 導電性の検出対象の接近を検出する静電容量式検出装置であって、
    周辺の導体との間でキャパシタを形成するセンサ電極と；
    前記センサ電極と前記検出対象との位置関係に対応して変化する前記センサ電極の浮遊容量を計測する計測部と；
    前記計測部により計測された浮遊容量の時間変化率と、前記検出対象及び前記検出対象とは異なることを弁別すべき物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たした場合に、前記検出対象の接近を判定する判定部と；
    を備えることを特徴とする静電容量式検出装置。
  2. 前記接近検出条件には、前記計測された浮遊容量が、前記検出対象に対応して定められた所定値よりも大きくなることがさらに含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出装置。
  3. 請求項１又は２に記載の静電容量式検出装置と；
    無線信号の送受信を行うアンテナと；
    を備えることを特徴とするセンサユニット。
  4. 車両のドアハンドル内に配設される、ことを特徴とする請求項３に記載のセンサユニット。
  5. 請求項３又は４に記載のセンサユニットと；
    前記センサユニットの静電容量式検出装置から検出対象の接近の報告を受けた場合に、前記センサユニットのアンテナを利用して正規利用者の認証を行う制御装置と；を備え、
    前記制御装置は、前記認証に成功した場合に、所定の制御を実行する、
    ことを特徴とする制御システム。
  6. 周辺の導体と協働してキャパシタを形成するセンサ電極を備える静電容量式検出装置において使用される物体の接近を検出するための方法であって、
    前記センサ電極と導電性の検出対象との位置関係に対応して変化する前記センサ電極の浮遊容量を計測する計測工程と；
    前記計測工程において計測された浮遊容量の時間変化率と、前記検出対象及び前記検出対象とは異なることを弁別すべき物体の組み合わせに対応して定められた所定の時間変化率との大小関係が所定の関係にあることを含む接近検出条件を満たした場合に、前記検出対象の接近を判定する判定工程と；
    を備えることを特徴とする物体の接近を検出するための方法。
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