KR100581812B1

KR100581812B1 - 물체 검지 센서

Info

Publication number: KR100581812B1
Application number: KR1020040033863A
Authority: KR
Inventors: 오쿠시마아키히로; 스에야스히로유키; 나가야마케이이치; 쿠루마도유키노리
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2006-05-23
Also published as: DE602004013883D1; EP1487104A2; US7154393B2; US20050001633A1; KR20040098574A; EP1487104B1; JP2004340662A; JP4009953B2; EP1487104A3

Abstract

과제

표면에 노출하는 검출전극을 갖지 않고, 게다가 접촉 면적이 작은 경우의 입력 신호의 감소가 근소하여, 접촉 면적이 작아도 접촉 면적이 큰 경우와 거의 마찬가지로 물체의 접촉을 확실하게 검지할 수 있는 물체 검지 센서를 제공한다.

해결 수단

절연 재료로 이루어지는 센서 케이스(11)와, 센서 케이스(11)의 내면에 배치된 검출전극(13)(A전극)과, 센서 케이스(11)의 외면에 있어서의 검출전극(13)에 대향하는 위치에 배치되고, 검출전극(13)에 용량 결합된 터치전극(14)(터치전극A)과, 검출전극(13)에 접속되고, 검출전극(13)과 그라운드 사이의 정전 용량의 변화에 의거하여, 터치전극(14)에의 물체의 접촉을 검출하고 검출 신호를 출력하는 검출회로(40)를 구비한 구성으로 한다.

센서

Description

물체 검지 센서{OBJECT DETECTING SENSOR}

도 1은 물체 검지 센서의 센서 본체의 구성을 도시한 단면도.

도 2는 물체 검지 센서의 검출회로를 포함하는 회로 구성을 도시한 도면.

도 3은 검출회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트.

도 4는 터치전극의 작용 효과를 설명하기 위한 도면.

도 5는 돌출 형상 등에 의한 물 대책 효과를 설명하기 위한 도면.

도 6은 물체 검지 센서의 다른 형태 예를 도시한 도면.

도 7은 물체 검지 센서의 다른 형태 예를 도시한 도면.

도 8은 종래의 물체 검지 센서를 도시한 도면.

도 9는 터치전극의 작용 효과를 대비적으로 설명하기 위한 비교예를 도시한 도면이다.

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠

1O : 센서 본체 11 : 센서 케이스(지지 부재)

12 : 전면부 12a : 덮개형상부

13 : A전극(검출전극) 14 : 터치전극A(터치전극)

15 : B전극(차분 보정용 검출전극)

16 : 터치전극B(차분 보정용 터치전극)

17 : 실드전극 21 : 차체

4O : 검출회로

기술분야

본 발명은, 예를 들면 차량의 트렁크 개폐 조작용의 스위치로서 알맞은 물체 검지 센서에 관한 것이다.

종래의 기술

예를 들면, 인체 등의 물체의 접촉(근소한 간격으로의 접근도 포함한다)을 검지하는 물체 검지 센서는, 각종 장치의 조작용 스위치 등에 널리 이용되고 있다.

종래, 이런 종류의 물체 검지 센서로서는, 예를 들면 도 8의 (a)에 도시한 바와 같은 일반적인 터치 센서가 알려져 있다. 이것은, 센서 케이스(1)의 전면부(접촉을 검지하고자 하는 부분)의 표면에 터치전극(2)를 배치하고, 센서 케이스(1) 내에 배치된 회로 기판(3)상의 검출회로와 터치전극(2)을, 센서 케이스(1)의 전면부를 관통하도록 마련된 배선(4)에 의해 접속한 것이다. 또한 부호 5는, 센서가 마련되는 장치의 몸체이고, 통상은 그라운드 전위로 되어 있다. 또한, 상기 검출회로는, 예를 들면 터치전극(2)에 인체 등이 접촉함에 의한 전위나 자계의 변화에 의거하여 접촉을 검지하는 것이다.

또한, 검출전극을 노출시키지 않는 타입의 센서로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 정전 용량식의 것이 있다. 이것은, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 센서 케이스(6)(표면재)의 전면부의 내면에 검출전극(7)(검지 엘리먼트)을 배치하고, 센서 케이스(6) 내에 배치된 회로 기판(8)상의 검출회로와 검출전극(7)을, 센서 케이스(6) 내의 배선(9)에 의해 접속한 것이다. 또한, 이 경우의 검출회로는, 검출전극(7)에 의해 구성되는 부유 용량(검출전극(7)과 그라운드 사이의 정전 용량)이, 인체 등의 접근(센서 케이스(6)의 전면부에 접촉하는 정도의 접근)에 의해 변화하는 것에 의거하여, 인체 등을 검지하는 것이다. 또한, 센서 케이스(6)는, 검출전극(7)의 전면측이 물로 적셔지기 어렵도록, 전면부가 전방(도 8의 (b)에서는 상방)으로 돌출한 형상으로 되어 있다.

[특허 문헌 1]

특개평6-162889호 공보

그런데, 상기 종래의 물체 검지 센서는, 다음과 같은 문제가 있다.

우선, 도 8의 (a)에 도시한 타입에서는, 센서 케이스(1)의 전면부를 관통하도록 배선(4)를 마련하여야 하기 때문에, 조립성이 나쁘다는 등의 결점이 있다. 또한, 검출전극인 터치전극(2)이 노출하여 있기 때문에, 물 적심(예를 들면, 그라운드인 몸체(5)와 터치전극(2)를 도통시키는 것 같은 물 적심)에 의해 오동작할 가능성이 높고, 비 등의 물방울이 비산하는 환경에서는 기본적으로 사용 곤란하다.

한편, 특허 문헌 1에 개시된 바와 같은 정전 용량식의 센서는, 검출전극이 노출하고 있지 않기 때문에, 상술한 바와 같은 문제는 없다. 그러나, 검출전극(7)에 대한 인체 등(통상은 손끝)의 접촉 면적(검출전극(7)에 대향하는 부분의 면적)에 따라 검출회로의 입력 신호인 부유 용량이 크게 달아서, 상기 접촉 면적이 작은 경우(예를 들면 도 8의 (b)에 점선으로 도시한 바와 같이 손끝이 약간 접촉한 경우)에는, 그에 응하여 상기 부유 용량의 변화가 현격하게 작아지기 때문에, 검출회로의 감도를 상당히 높이지 않으면 인체 등을 검지할 수 없는다는 결점이 있다. 또한, 접촉 면적이 작아도 인체 등을 확실하게 검지할 수 있도록 검출회로의 감도를 높이면, 물방울 등에 의해 오동작할 가능성이 높아진다는 문제가 있다. 이 때문에, 물방울이 비산하는 환경, 또는 그 밖에 유전성(誘電性) 이물 등에 의한 노이즈가 많은 환경에서는, 검출회로의 감도를 높일 수 없기 때문에, 결국, 충분한 접촉 면적이 없으면 인체 등을 검지할 수 없고, 사용하기 편리함이나 응답성이 나쁜 것으로 된다. 또한, 검출회로의 감도를 높이는 방법으로서는, 예를 들면, 검출회로에 있어서의 검출 판정의 임계치와 비접촉시의 입력 신호와의 차(임계치의 마진)를 작게 설정하는, 또는 검출회로에 있어서의 입력 신호의 증폭률을 높이는 등이 있지만, 어느 경우도, 물방울 그 밖의 유전성 이물 등의 노이즈에 의한 오동작, 또는 온도 드리프트에 의한 오동작 등이 발생하기 쉽게 된다. 또한, 증폭률을 높이는 경우에는, 검출회로의 전력 소비가 배가되는 불리함도 있다.

그래서 본 발명은, 표면에 노출하는 검출전극(검출회로에 도체로 접속되는 전극)을 갖지 않고, 게다가 접촉 면적이 작은 경우의 입력 신호의 감소가 근소하여, 접촉 면적이 작아도 접촉 면적이 큰 경우와 거의 마찬가지로 물체의 접촉을 확 실하게 검지할 수 있는 물체 검지 센서로서, 바람직하게는 물방울 등에 의한 오동작의 발생 가능성이 특히 저감된 물체 검지 센서를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 물체 검지 센서는, 절연 재료로 이루어지는 지지 부재와, 이 지지 부재의 내면에 배치된 검출전극과, 상기 지지 부재의 외면에 있어서의 상기 검출전극에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 검출전극에 용량 결합된 터치전극과, 상기 검출전극에 접속되고, 상기 검출전극과 그라운드 사이의 정전 용량의 변화에 의거하여, 상기 터치전극에의 물체의 접촉을 검출하고 검출 신호를 출력하는 검출회로를 구비하는 것이다.

여기서, 「물체」란, 상기 정전 용량을 변화시킬 수 있는 인체 등의 유전체이다. 또한, 검출회로는, 지지 부재의 내부(상기 검출전극의 이측(裏側)) 또는 지지 부재의 이측 등에 배치한 회로 기판 상에 형성하면 좋다.

본 발명의 물체 검지 센서에서는, 유전율이 높은 인체 등의 물체가 상기 터치전극에 접촉하면, 접촉 면적이 근소하더라도, 상기 터치전극의 작용에 의해 검출전극과 그라운드 사이의 정전 용량이 크게 변화한다. 그리고, 이 물체 접촉시의 정전 용량(즉, 검출회로에의 입력 신호)은, 접촉 면적이 큰 경우도 작은 경우도 큰 차가 없고, 물체가 접촉하지 않는 비접촉시보다 현격하게 큰 값으로 된다. 이 때문에, 검출회로의 감도를 높이는 일 없이, 접촉 면적이 작은 경우에도, 인체 등을 확실하게 검지할 수 있다. 따라서 검출회로의 감도를 높임에 의한 전술한 불리를 회 피하면서, 사용하기 편리함이나 응답성을 높일 수 있다.

또한 본 발명의 물체 검지 센서에서는, 검출회로에 도체에 의해 접속되는 검출전극이, 지지 부재의 내면측에 배치되고 노출하지 않기 때문에, 검출전극이 표면에 노출함에 의한 이미 기술한 결점도 해소된다.

다음에, 본 발명의 바람직한 양태는, 상기 지지 부재의 내면으로서, 상기 검출전극의 주위를 둘러싸는 위치에, 차분 보정용 검출전극이 배치되고, 상기 검출회로가, 상기 검출전극과 그라운드 사이의 정전 용량에 응한 값과, 상기 차분 보정용 검출전극과 그라운드 사이의 정전 용량에 응한 값과의 차분치를 연산하고, 이 차분치의 변화에 의거하여, 상기 터치전극에의 물체의 접촉을 검출하고 검출 신호를 출력하는 것이다.

이 양태라면, 물방울 등의 노이즈나 온도 드리프트 등의 영향이 상쇄되고, 보다 고감도이면서 신뢰성이 높은 접촉 검지가 가능해진다.

또한 이 경우에는, 상기 지지 부재의 외면에 있어서의 상기 차분 보정용 검출전극에 대향하는 위치에, 상기 차분 보정용 검출전극에 용량 결합된 차분 보정용 터치전극을 배설한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상기 검출전극에 의해 구성되는 용량과, 상기 차분 보정용 검출전극에 의해 구성되는 용량을, 비접촉시에 있서어 거의 동등한 값으로 유지하는 것이 가능해지고, 상기 상쇄의 정밀도를 최대한으로 높이는 것이 가능해진다.

또한, 차분 보정용 검출전극은, 검출전극과 그라운드측(예를 들면 차체측)과의 사이의 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 검출전극의 위치부 터 그라운드측까지의 사이에 물이 존재하는 상태(즉, 물에 의한 오동작이 일어나기 쉬운 상태)에 있어서, 물의 영향을 상기 상쇄에 의해 배제할 수 있는 확실성이 보다 높아진다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 양태는, 상기 검출전극의 이측을 적어도 포함하는 비검지 범위를 덮도록, 실드용의 실드전극이 배설되어 있는 것이다.

이 경우, 실드전극의 실드 작용에 의해, 검출측(터치전극이 배설된 면)의 지향성을 특히 높일 수 있고, 소망하는 검지 위치가 아닌 지지 부재의 이면 등에 유전체가 접촉한 때의 오동작의 가능성을 기본적으로 저감할 수 있다. 또한, 검출전극의 이측에 존재하는 그라운드 전위의 부재(예를 들면 차체 등)의 악영향을 배제하여, 이 부재의 영향에 의한 오동작이나 성능 저하를 회피할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 다른 양태는, 상기 지지 부재가, 이측의 부착면에 대해 전면부가 돌출한 형상으로 되고, 돌출한 전면부의 외면에 상기 터치전극이 배치되고, 이 전면부의 내면에 상기 검출전극이 배치되어 있는 것이다.

이 양태라면, 비가 직접 쏟아져 내리는 악환경(예를 들면, 차체 외면 등에 부착되는 경우)에서도, 물에 의한 오동작의 가능성을 저감할 수 있다. 이 경우, 물에 의한 오동작이 일어나기 쉬운 상황, 즉, 터치전극이 배치된 전면부 외면이 물로 덮이거나, 터치전극으로부터 그라운드측인 차체 등까지를 연속적으로 덮도록 물이 흐르거나 하는 상황이, 상술한 돌출 형상에 의해 저지되기 때문이다.

또한 이 양태의 경우, 상기 지지 부재의 전면부의 측연에, 측방으로 돌출하는 덮개형상부가 형성된 형상(예를 들면, 버섯형상의 형상)으로 하는 것이 바람직 하다. 이와 같이 하면, 이 덮개형상부로 물을 차단하고, 터치전극으로부터 그라운드측인 차체 등까지 연속적으로 덮도록 물이 부착하거나 흐르거나 하는 상황을, 보다 확실하게 저지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 물체 검지 센서는, 차체 표면의 특정 위치에의 인체 등의 접촉을 검출하는 차량용 센서(예를 들면, 차량의 트렁크 개폐 조작용의 스위치)로서 알맞다. 이와 같은 차량용 센서는, 높은 사용하기 편리함과 응답성이 요구됨과 함께, 빗방울이 비산하거나 비가 직접 쏟아져 내리는 경우가 있기 때문에, 물에 대한 신뢰성이 특히 고도로 요구되기 때문이다.

또한 이 경우, 상기 터치전극이 차체 표면의 특정 위치에 노출하도록, 상기 지지 부재를 차체에 마련하는 구성으로 하면 좋고, 차체가 절연체로 이루어지는 경우에는, 지지 부재가 차체와 일체로 형성되어 있어도 좋다.

또한 이 경우, 적어도 상기 터치전극이, 차체의 표면에 마련되는 장식 부재를 구성하고 있는 양태라도 좋다. 예를 들면, 상기 지지 부재에 있어서의, 적어도 상기 터치전극과 상기 검출전극에 끼워지는 부분이, 차체의 표면에 마련되는 장식 부재(예를 들면, 엠블럼)의 기부(基部)로서 기능하는 구성이고, 상기 터치전극이, 상기 기부의 외표면을 덮는 피복층(예를 들면, 엠블럼의 도금층)으로서 형성되어 있는 양태라도 좋다. 이 양태라면, 장식 부재가 센서 헤드로서도 기능하는 것으로 되고, 부품의 공용화가 도모됨과 함께, 차체 표면의 디자인을 해치지 않고 센서를 마련할 수 있다.

발명의 실시의 형태

이하, 본 발명의 실시의 형태의 한 예를 도면에 의거하여 설명한다.

본 예는, 자동차의 차체 표면의 특정 위굉에 인체 등(물체)이 접촉한 것을 검지하는 물체 검지 센서이다.

도 1은 본 센서의 센서 본체(10)의 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 센서의 검출회로를 포함하는 회로 구성을 도시한 도면이다. 또한 도 3은 검출회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 또한 도 4 및 도 5는 본 센서의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다. 또한 도 9는 본 센서의 작용 효과를 대비적으로 설명하기 위한 비교예를 도시한 도면이다.

센서 본체(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 절연 재료로 이루어지는 지지 부재인 센서 케이스(11)와, 센서 케이스(11)의 박판형상의 전면부(12)의 내면에 배치된 검출전극(13)(A전극)과, 전면부(12)의 외면에 있어서의 검출전극(13)에 대향하는 위치에 배치되고, 검출전극(13)에 용량 결합된 터치전극(14)(터치전극A)과, 센서 케이스(11)의 내주면으로서 검출전극(13)의 주위를 둘러싸는 위치에 배치된 차분 보정용 검출전극(15)(B전극)과, 센서 케이스(11)의 외주면에 있어서의 차분 보정용 검출전극(15)에 대향하는 위치에 배치되고, 차분 보정용 검출전극(15)에 용량 결합된 차분 보정용 터치전극(16)(터치전극B)과, 검출전극(13)의 이측을 적어도 포함하는 비검지 범위를 덮도록 배치된 실드용의 실드전극(17)을 구비한다.

또한, 도 1에 있어서의 부호 21로 나타내는 것은, 예를 들면 강판으로 이루어지는 차체이고, 또한 부호 22는, 차체(21)와 센서 본체(10)와의 사이에 개장된 절연 시트이다.

여기서, 센서 케이스(11)는, 예를 들면 합성 수지의 성형품으로서, 이측의 부착면에 대해 판형상의 전면부(12)가 돌출한 높이에 위치하는 형상으로 되고, 전면부(12)의 외주부 이측에 원통형상의 측벽부(부호 생략)를 갖는 중공형상의 케이스이다. 또한 본 예의 경우, 이 센서 케이스(11)의 전면부(12)의 주연에는, 지름 방향(측방)으로 돌출하는 덮개형상부(12a)가 이 경우 전둘레에 걸쳐서 형성되어 있고, 센서 케이스(11)의 전면측은 버섯형상의 외형으로 되어 있다.

다음에, 검출전극(13)과 터치전극(14)은, 예를 들면 동박(銅箔)에 의해 형성된 원판형상의 것으로, 개략 동등한 면적을 가지며, 예를 들면 접착에 의해 상기 전면부(12)를 끼우도록 부착됨에 의해, 후술하는 검출회로(40)에 대해 적당한 정전 용량을 형성하도록 마련되어 있다(즉, 용량 결합되어 있다). 또한, 차분 보정용 검출전극(15)과 차분 보정용 터치전극(16)도 마찬가지로, 예를 들면 동박에 의해 형성된 것으로, 이 경우 링형상의 형상으로 되고 센서 케이스(11)의 측벽부를 끼우도록 부착되어 있다. 또한, 차분 보정용 검출전극(15) 및 차분 보정용 터치전극(16)은, 차분에 의해 노이즈 성분이나 온도 드리프트 성분을 상쇄하고자, 검출전극(13) 및 터치전극(14)와 동등한 정전 용량을 형성하는 사양으로 되어 있다.

또한, 터치전극(14), 또는 터치전극(14)과 센서 케이스(11)는, 차량에 있어서의 엠블럼 등의 장식 부재를 구성하는 것이라도 좋다. 예를 들면, 센서 케이스(11)의 전면부(12)가, 차체의 표면에 마련되는 엠블럼의 기부로서 기능하는 구성이고, 터치전극(14)이, 상기 기부의 외표면을 덮는 피복층(예를 들면 도금층)으로서 형성되어 있어도 좋다. 이와 같은 양태라면, 상기 장식 부재가 센서 헤드로 서도 기능하는 것으로 되어, 부품의 공용화가 도모됨과 함께, 차체 표면의 디자인을 해치지 않고 본 센서를 마련할 수 있다.

다음에, 실드전극(17)(S전극)은, 예를 들면 알루미늄박에 의해 형성되고, 검출전극(13)의 이측(이 경우, 센서 케이스(11)의 이면 개구부)를 덮도록 배설되어 있다.

다음에, 검출회로에 관해 설명한다. 도 2에 있어서, 부호 40으로 나타내는 것이 검출회로이다. 검출회로(40)는, 검출전극(13)(A전극)에 접속되고, 검출전극(13)에 의해 구성되는 정전 용량(A전극과 그라운드 사이의 정전 용량)의 변화에 의거하여, 터치전극(14)(터치전극A)에의 인체 등의 접촉을 검출하고 검출 신호(센서 출력)를 출력하는 것으로, 이 경우는, 검출전극(13)에 의해 구성되는 정전 용량에 응한 값과, 차분 보정용 검출전극(15)(B전극)에 의해 구성되는 정전 용량(B전극과 그라운드 사이의 정전 용량)에 응한 값과의 차분치를 연산하고, 이 차분치의 변화에 의거하여 터치전극(14)에의 인체의 접촉을 검출한다.

이 검출회로(40)는, 예를 들면 센서 케이스(11)의 내부(예를 들면, 검출전극(13)의 이측에서 실드전극(17)의 표면측)에 배치한 회로 기판상에 형성하면 좋다.

본 예의 검출회로(40)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 도시 생략한 구동 회로에 의해 주기적으로 동작하는 아날로그 스위치(S1 내지 S13)와, OP 앰프(A4 내지 A7) 등에 의해 구성된다.

또한, 도 2에 있어서 부호 Cta로 나타내는 컨덴서의 기호는, A전극(검출전극(13))과 터치전극A(터치전극(14))와의 사이에 구성되는 정전 용량을 나타내고 있다. 또한 마찬가지로, 부호 Ctb로 나타내는 컨덴서의 기호는, B전극(차분 보정용 검출전극(15))과 터치전극B(차분 보정용 터치전극(16))와의 사이에 구성되는 정전 용량을 나타내고 있다. 또한 부호 Ca는, 터치전극A와 차체(21) 등의 그라운드측과의 사이의 정전 용량을 나타내고, 부호 Cb는, 터치전극B와 그라운드측과의 정전 용량을 나타내고 있다. 또한 부호 Cs는, 차체(21)(그라운드)와 S전극(실드전극(17))과의 사이에 구성되는 정전 용량을 나타내고 있다. 또한, 부호 Cp는, 터치전극A에 접촉한 인체의 정전 용량(통상, 100pF 내지 200pF)을 나타내고 있다. 또한, 부호 Csa와 Csb는, S전극과 A전극 사이와, S전극과 B전극 사이의 정전 용량을 각각 나타내고 있다. 단 본 예의 경우에는, A전극과 B전극과 S전극을 기본적으로 동전위로 제어하기 때문에, 외관상, 상기 정전 용량(Csa와 csb)은 생기지 않는다.

아날로그 스위치(S1, S2)는, A전극의 펄스 구동 회로를 구성하는 것으로서, 도시 생략한 구동 회로에 의해 구동되고, A전극의 접속을 소정 주기로 전환한다. 이중 스위치(S1)는, A전극과 그라운드 사이를 접속하는 라인을 개폐하고, 스위치(S2)는 A전극과 OP 앰프(A4)의 반전 입력 사이를 접속하는 라인을 개폐한다.

아날로그 스위치(S3, S4)는, B전극의 펄스 구동 회로를 구성하는 것으로서, B전극의 접속을 소정 주기로 전환한다. 이중 스위치(S3)는, B전극과 그라운드 사이를 접속하는 라인을 개폐하고, 스위치(S4)는 B전극과 OP 앰프(A5)의 반전 입력 사이를 접속하는 라인을 개폐한다.

아날로그 스위치(S5, S6)는, S전극의 펄스 구동 회로를 구성하는 것으로, S 전극의 접속을 소정 주기로 전환한다. 이중 스위치(S6)는, S전극과 그라운드 사이를 접속하는 라인을 개폐하고, 스위치(S5)는 S전극과 기준 전압 라인을 접속하는 라인을 개폐한다.

또한, 아날로그 스위치(S1, S3)는, 도 3의 위로부터 4단째에 도시한 바와 같이, 주기적으로 온 한다. 또한, 아날로그 스위치(S2, S4)도, 마찬가지로 주기적으로 온 하지만, 도 3의 위로부터 3단째에 도시한 바와 같이, 아날로그 스위치(S1, S3)가 오프인 타이밍에서 온 한다.

또한, 아날로그 스위치(S5)는, 도 3의 위로부터 2단째에 도시한 바와 같이, 아날로그 스위치(S1, S3)가 오프로 된 후, 아날로그 스위치(S2, S4)가 온 하기 전의 타이밍에서 온으로 되고, 아날로그 스위치(S2, S4)가 오프로 된 후, 아날로그 스위치(S1, S3)이 온 하기 전의 타이밍에서 오프로 된다. 또한, 아날로그 스위치(S6)는, 도 3의 위로부터 1단째에 도시한 바와 같이, 아날로그 스위치(S5) 와 완전히 반대의 타이밍에서 온 오프 한다.

OP 앰프(A4)는, A전극의 전하 적분 회로를 구성하는 것으로, 이 OP 앰프(A4)의 출력과 반전 입력 사이에는, 컨덴서(Cc1)와 아날로그 스위치(S7)가 병렬로 접속되어 있다. 또한, OP 앰프(A4)의 비반전 입력은, 기준 전압 라인에 접속되고, 기준 전압이 인가되어 있다. 또한, 아날로그 스위치(S7)는, 컨덴서(Cc1)의 양 단자 사이(즉, OP 앰프(A4)의 출력과 반전 입력 사이)를 개폐하는 스위치로서, 도 3의 위로부터 5단째에 도시한 바와 같이, 스위치(S1, S3)와 동시에 온 하고, 스위치(S1, S3)가 오프 한 직후의 타이밍에서 오프 한다.

또한, OP 앰프(A5)는, B전극의 전하 적분 회로를 구성하는 것으로, 이 OP 앰프(A5)의 출력과 반전 입력 사이에는, 컨덴서(Cc2)와 아날로그 스위치(S8)가 병렬로 접속되어 있다. 또한, OP 앰프(A5)의 비반전 입력은, 기준 전압 라인에 접속되고, 기준 전압이 인가되어 있다. 또한, 아날로그 스위치(S8)는, 컨덴서(Cc2)의 양 단자 사이(즉, OP 앰프(A5)의 출력과 반전 입력 사이)를 개폐하는 스위치로서, 아날로그 스위치(S7)와 완전히 같이 동작한다.

다음에, OP 앰프(A6)는, OP 앰프(A4)의 출력(이하, 출력(VA)이라고 한다)과 OP 앰프(A5)의 출력(이하, 출력(VB)이라고 한다)의 차분을 증폭하여 출력하는 차분 회로를 구성하는 것이다.

또한, 아날로그 스위치(S10, S13)와 OP 앰프(A7)는, 동기 검파 회로를 구성하는 것이다. 이 동기 검파 회로는, OP 앰프(A6)(차분 회로)의 출력(이하, 차분 출력(V0)이라고 한다)으로부터 센서 출력(V1)(검출 신호)을 출력하는 회로이다. 이 경우, 차분 출력(V0)은, 예를 들면 도 3의 위로부터 6단째(최하단)에 도시한 바와 같이 변화하지만, 이 차분 출력(V0)의 파형에 있어서의 고전압 부분(즉, 스위치(S7, S8)가 오프로 되고, 스위치(S2, S4)가 온으로 되고 나서 차분 출력(V0)이 안정된 때의 전압)이 센서 출력(V1)으로서, 예를 들면 차량의 트렁크의 개폐 제어를 행하는 컨트롤러(도시 생략)에 출력된다.

또한, 아날로그 스위치(S10)는 아날로그 스위치(S6)와, 아날로그 스위치(S13)는 아날로그 스위치(S5)와 같은 동작을 한다(도 3 참조).

또한, 상기 컨트롤러에서는, 이 검출회로(40)의 출력(V1)이 예를 들면 규정 의 임계치를 넘는 레벨로 되면, 인체의 접촉이 검지되었다고 판정하다. 또한, 이 임계치는, 터치전극A에 예를 들면 인체가 접촉한 접촉시의 센서 출력(V1)의 값과, 물체의 접촉이 없는 비접촉시에 있어서의 센서 출력(V1)의 값과의, 사이로 설정하면 좋다. 후술하는 바와 같이, 접촉 면적에 의하지 않고, 이들의 값에는 큰 차가 있기 때문에, 충분한 마진을 취하여 상기한 임계치를 설정할 수 있다.

이상과 같이 구성된 검출회로(40)에서는, 아날로그 스위치(S1, S3, S6)가 온 하고 있는 때에는, 각 전극(A전극, B전극 및 S전극)에 의해 구성되는 정전 용량은 단락되고 그 단자 사이 전압은 제로이다. 또한 이 때, 아날로그 스위치(S7, S8)도 온 하고 있기 때문에, 컨덴서(Cc1, Cc2)도 마찬가지로 단자 사이 전압이 제로로 되고, 출력(VA)과 출력(VB)은, 어느것이나 기준 전압으로 된다. 따라서 이 때, 차분 출력(V0)은 제로로 된다.

그런데 그 후, 아날로그 스위치(S1, S3), 아날로그 스위치(S7, S8) 및 아날로그 스위치(S6)가 차례로 오프 하고, 아날로그 스위치(S5) 및 아날로그 스위치(S2, S4)가 차례로 온한 때에는, 컨덴서(Cc1, Cc2)의 단락이 해제되고, 각 전극(A전극, B전극, 및 S전극)에는 기준 전압이 인가된다. 이 때문에, 정전 용량(Cta, Ca)을 포함하는 A전극의 정전 용량과 컨덴서(Cc1)의 용량비에 응한 전압이 출력(VA)으로서 출력되고, 마찬가지로 B전극의 정전 용량과 컨덴서(Cc2)의 용량비에 응한 전압이 출력(VB)으로서 출력된다. 따라서 이 결과, 차분 출력(V0)으로서는, A전극측에 구성되는 정전 용량과 B전극측에 구성되는 정전 용량의 용량차(차분치)에 응한 전압이 출력되고, 이 전압의 안정치가, 전술한 동기 검파 회로에 의해 센서 출력(V1)(검출 신호)으로서 출력된다.

또한 이 경우, 인체 등의 접촉에 의해, 컨덴서(Cc1)에 대해 A전극측의 정전 용량이 커지면, 출력(VA)이 감소한다.

이상 설명한 본 예의 물체 검지 센서에 의하면, 인체 등의 유전율이 높은 물체가 터치전극A에 접촉하면, 접촉 면적이 근소하더라도, 터치전극A의 작용에 의해 A전극과 그라운드 사이의 정전 용량(즉, 검출회로에의 입력 신호)이 크게 변화한다. 그리고, 이 물체 접촉시의 상기 정전 용량은, 접촉 면적이 큰 경우도 작은 경우도 큰 차 없이, 물체가 접촉하지 않는 비접촉시보다도 항상 현격하게 큰 값으로 된다.

이것은, 예를 들면 A전극의 크기가 φ30mm, 센서 케이스(11)의 전면부(12)의 판두께가 2mm이고, 인체(통상, 손끝)의 접촉 면적이 φ10mm인 경우, 가령 도 9(a)에 도시한 바와 같이 터치전극A이 없다고 하면, A전극과 그라운드 사이의 등가 회로는 도 9(b)에 도시한 바와 같이 되고, 약 1pF 정도의 근소한 정전 용량 (A전극-손가락 사이 정전 용량)을 통하여 인체 용량(Cp)이 검출회로(40)에 접속된 것으로 된다. 즉, 터치전극A이 없으면, 인체 등의 접촉 면적이 작아짐에 따라서 검출회로(40)에의 입력 신호(A전극과 그라운드 사이의 정전 용량치)가 그것에 응하여 상당히 작아저 버린다.

그런데, 터치전극A이 마련되어 있는 본 예의 구성이라면, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 인체가 터치전극A과의 접촉을 통하여 검출전극(A)과 결합하기 때문에, A전극과 그라운드 사이의 등가 회로는 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 되고, 약 9pF 정도의 큰 정전 용량(Cta)을 통하여 인체 용량(Cp)이 검출회로(40)에 접속된 것으로 된다. 또한, 터치전극A과 인체와의 사이(터치전극-손가락 사이)는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 터치전극-손가락 사이의 정전 용량과 터치전극-손가락 사이의 접촉 저항이 병렬로 접속된 회로에 의해 결합되기 때문에, 접촉 면적이 근소하더라도 임피던스는 낮아진다. 이 때문에, 터치전극A이 있으면, 인체 등의 접촉 면적이 작아도 검출회로(40)에의 입력 신호인 정전 용량치는 거의 변화하지 않고, 접촉 면적이 큰 때와 큰 차가 없어진다. 또한, 접촉 면적이 작은 경우에도, 인체 등의 접촉이 있는 접촉시와 접촉이 없는 비접촉시의 입력 신호의 차가 크게 확보된다.

이로써, 검출회로(40)의 감도를 높이는 일 없이, 접촉 면적이 작은 경우에도, 인체 등을 확실하게 검지할 수 있다. 따라서 검출회로(40)의 감도를 높임에 의한 이미 기술한 불리를 회피하면서, 사용하기 편리함과 응답성을 높일 수 있다.

또한 본 예의 물체 검지 센서에서는, 검출회로(40)에 접속되는 검출전극(13)(A전극)이, 지지 부재인 센서 케이스(11)의 내면측에 배치되어 있기 때문에, 검출전극이 표면에 노출함에 의한 이미 기술한 결점도 해소된다.

또한 본 예는, 2개의 검출전극(A전극 및 B전극)에 응한 신호의 차분을 취하고 있는 차분식(差分式)이기 때문에, 물방울 등의 노이즈나 온도 드리프트 등의 영향이 상쇄되고, 보다 고감도이면서 신뢰성이 높은 접촉 검지가 가능해진다.

특히 본 예의 경우, 차분 보정용 검출전극(15)(B전극)에 용량 결합된 차분 보정용 터치전극(16)(터치전극B)을 배설한 구성으로 하고 있기 때문에, A전극에 의 해 구성되는 정전 용량과, B전극에 의해 구성되는 정전 용량을, 비접촉시에 있어서 개략 동등한 값으로 유지하는 것이 가능하게 되고, 상기 상쇄의 정밀도를 최대한으로 높이는 것이 가능해진다.

또한 본 예에서는, A전극의 이측을 적어도 포함하는 비검지 범위를 덮도록, 실드용의 실드전극(17)이 배설되어 있다. 이 때문에, 이 실드전극(17)의 실드 작용에 의해, 검출측(터치전극A이 마련된 면)의 지향성을 특히 높일 수 있고, 소망하는 검지 위치가 아닌 센서 케이스(11)의 이면 등에 유전체가 접촉한 때의 오동작의 가능성을 기본적으로 저감할 수 있다. 또한, A전극의 이측 등에 존재하는 그라운드 전위의 부재(이 경우, 차체(21))의 악영향을 배제하여, 이 부재의 영향에 의한 성능 저하 등을 회피할 수 있다.

또한 본 예에서는, 센서 케이스(11)가, 이측의 부착면에 대해 전면부(12)가 돌출한 위치에 배치된 형상으로 되고, 돌출한 전면부(12)의 외면에 터치전극A이 배치되고, 이 전면부의 내면에 A전극이 배치되어 있다. 이 때문에, 비가 직접 쏟아져 내리는 경우에도, 물에 의한 오동작의 가능성을 저감할 수 있다. 이 경우, 물에 의한 오동작이 일어나기 쉬운 상황, 즉, 터치전극A이 배치된 전면부 외면이 물로 덮이거나, 터치전극A로부터 그라운드측인 차체(21)까지를 연속적으로 덮도록 물이 흐르거나 하는 상황이, 도 5에 도시한 바와 같이, 상술한 돌출 형상에 의해 저지되기 때문이다.

특히 본 예의 경우, 상기 전면부(12)의 주연에, 측방으로 돌출하는 덮개형상부(12a)가 전둘레에 건쳐서 형성된 형상(버섯형상의 형상)으로 되어 있기 때문에, 이 덮개형상부(12a)로 물을 차단하고, 터치전극A로부터 그라운드측인 차체(21)까지를 연속적으로 덮도록 물이 부착하거나 흐르거나 하는 상황을, 보다 확실하게 저지할 수 있다.

또한, 이와 같이 물을 차단하거나 배제하거나 제한하는 기능을 보다 높이기 위해, 도 5에 도시한 바와 같은 물 대책 커버(31)를 덮개형상부(12a)의 주변에 마련하여도 좋다. 도 5에 도시한 물 대책 커버(31)는, 터치전극A의 외주부나 덮개형상부(12a)의 이측에 형성한 돌출 형상의 부분이다.

또한, 본 발명은 상술한 형태 예에 한하지 않고, 각종의 변형이나 응용이 있을 수 있다.

예를 들면, 물의 영향을 고려할 필요가 없는 경우(예를 들면, 옥내의 물의 비산이 없는 환경에서 사용하는 경우)에는, 도 6의 (a), (b)에 도시한 바와 같은 평판형상의 센서 케이스에 각 전극이 마련되고, 전술한 버섯형상의 형상이 아닌 양태라도 좋다.

또한, B전극의 작용과 센서 케이스의 돌출 형상만으로 물의 영향에 의한 오동작의 가능성을 충분히 저감할 수 있는 경우(예를 들면, 대량의 비가 쏟아져 내리는 일이 없는 경우)에는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 전술한 덮개형상부(12a)나 물 대책 커버(31)가 없는 양태라도 좋다.

또한, 센서 케이스의 돌출 높이는, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 비교적 낮게 설정하여도 좋은 경우도 있다.

또한, B전극에 대응하는 터치전극B는, 반드시 필요하지 않고, 도 7의 (b)와 같이 제거할 수 있는 경우도 있다.

또한, 검출회로의 구성도 상기 형태 예로 한정되지 않는다. 본 발명은, 지지 부재를 끼우도록 지지 부재의 내면과 외면에 검출전극과 터치전극을 배설한 정전 용량식의 센서 본체의 구성을 기본적 특징으로 하는 것이고, 검출회로의 상세 구성 등은 특히 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 의하면, 검출회로의 감도를 높이는 일 없이, 접촉 면적이 작은 경우에도, 인체 등을 확실하게 검지할 수 있다. 따라서 검출회로의 감도를 높임에 의한 이미 기술한 불리를 회피하면서, 사용하기 편리함이나 응답성을 높일 수 있다.

Claims

절연 재료로 이루어지는 지지 부재와,

이 지지 부재의 내면에 배치된 검출전극과,

상기 지지 부재의 외면에 있어서의 상기 검출전극에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 검출전극에 용량 결합된 터치전극(A)과,

상기 검출전극에 접속되고, 상기 검출전극과 그라운드 사이의 정전 용량의 변화에 의거하여, 상기 터치전극(A)에의 물체의 접촉을 검출하고 검출 신호를 출력하는 검출회로를 구비하며,

상기 지지 부재의 내면으로서, 상기 검출전극의 주위를 둘러싸는 위치에는, 차분 보정용 전극이 배치되고,

상기 검출회로는, 상기 검출전극과 그라운드 사이의 정전 용량에 응한 값과, 상기 차분 보정용 전극과 그라운드 사이의 정전 용량에 응한 값과의 차분치를 연산하고, 이 차분치의 변화에 의거하여, 상기 터치전극(A)에의 물체의 접촉을 검출하고 검출 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 지지 부재의 외면에 있어서의 상기 차분 보정용 전극에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 차분 보정용 전극에 용량 결합된 차분 보정용 터치전극(B)을 구비하는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 검출전극의 이측(裏側)을 포함하는 비검지 범위 전체 또는 상기 비검지 범위의 일부를 덮도록, 실드용의 실드전극이 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 지지 부재는, 이측(裏側)의 부착면에 대해 전면부가 돌출한 형상으로 되고, 돌출한 전면부의 외면에 상기 터치전극(A)이 배치되고, 이 전면부의 내면에 상기 검출전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
제 5항에 있어서,

상기 지지 부재의 전면부의 지름 방향의 전둘레에는, 측방으로 돌출하는 덮개형상부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 터치전극(A)이 차체 표면의 특정 위치에 노출하도록, 상기 지지 부재가 차체에 마련된 것으로서,

상기 특정 위치에의 물체의 접촉을 검출하는 차량용 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
제 7항에 있어서,

적어도 상기 터치전극(A)이, 차체의 표면에 마련되는 장식 부재를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.
제 8항에 있어서,

상기 지지 부재에 있어서의, 적어도 상기 터치전극(A)과 상기 검출전극에 끼워지는 부분이, 차체의 표면에 마련되는 장식 부재의 기부로서 기능하는 구성이고,

상기 터치전극(A)이, 상기 기부의 외표면을 덮는 피복층으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 물체 검지 센서.