WO2020035971A1 - ドアハンドル - Google Patents
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Abstract
操作体を検知する静電センサが内部に設置されているドアハンドルであって、絶縁体により形成された基板と、前記基板の表面に設けられた第1のセンサ電極と、前記基板の表面に複数設けられた第2のセンサ電極と、制御部と、を有し、前記第2のセンサ電極の数は、前記第1のセンサ電極の数よりも多く設けられており、前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値以上の場合には、複数の前記第2のセンサ電極に電圧を印加し、前記操作体の座標位置の検出を行うこと特徴とするドアハンドル。
Description
本発明は、ドアハンドルに関するものである。
自動車等のドアには、ドアを開閉するためのドアハンドルが設けられており、近年は、ドアハンドルに手を近づけてジェスチャ操作することにより、ドアの開閉のロックまたはロックの解除を行うことのできるものも登場している。このようなドアハンドルには、手の操作を検知するための静電センサ等が内部に設置されている。
ところで、ドアハンドルの内部に設置されている静電センサは、静電センサに設けられている電極に電圧を印加して静電容量を測定するものであるため、静電センサの電極に電圧を印加するための電源や、電圧の印加の制御を行うための電子回路が設けられている。このため、静電センサ及び電子回路を駆動するためには、自動車等の車両に搭載されているバッテリー等より電力が供給されるが、バッテリー等の電力は有限であるため、ドアハンドルの静電センサ及び電子回路において消費される電力はできるだけ少ない方が好ましい。
よって、できるだけ少ない消費電力、即ち、省電力で駆動することのできる静電センサが搭載されているドアハンドルが求められている。
本実施の形態の一観点によれば、操作体を検知する静電センサが内部に設置されているドアハンドルであって、絶縁体により形成された基板と、前記基板の表面に設けられた第1のセンサ電極と、前記基板の表面に複数設けられた第2のセンサ電極と、制御部と、を有し、前記第2のセンサ電極の数は、前記第1のセンサ電極の数よりも多く設けられており、前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値以上の場合には、複数の前記第2のセンサ電極に電圧を印加し、前記操作体の座標位置の検出を行うこと特徴とする。
開示のドアハンドルによれば、静電センサが搭載されているドアハンドルを少ない消費電力で駆動することができる。
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。また、本願においては、X1-X2方向、Y1-Y2方向、Z1-Z2方向を相互に直交する方向とする。また、X1-X2方向及びY1-Y2方向を含む面をXY面と記載し、Y1-Y2方向及びZ1-Z2方向を含む面をYZ面と記載し、Z1-Z2方向及びX1-X2方向を含む面をZX面と記載する。
〔第1の実施の形態〕
本実施の形態におけるドアハンドル10は、図1に示すような自動車等のドア20に取り付けられている。ドアハンドル10は、図2から図4に示されるように、人の手の指等がドアハンドル10を掴みやすいように、外観に曲面を取り入れた形状のドアハンドルケース12と、このドアハンドルケース12の内部に設置された静電センサ100とを有している。図2はドアハンドル10の斜視図であり、図3は上面図であり、図4は断面図である。
本実施の形態におけるドアハンドル10は、図1に示すような自動車等のドア20に取り付けられている。ドアハンドル10は、図2から図4に示されるように、人の手の指等がドアハンドル10を掴みやすいように、外観に曲面を取り入れた形状のドアハンドルケース12と、このドアハンドルケース12の内部に設置された静電センサ100とを有している。図2はドアハンドル10の斜視図であり、図3は上面図であり、図4は断面図である。
静電センサ100には、図4には図示されてはいないが、絶縁体により形成された平坦な基板110の表面又は内部に、静電容量を検出するための電極が形成されている。静電センサ100の基板110は略長方形で形成されており、ドアハンドル10の長手方向がX1-X2方向である場合には、ドアハンドル10の内部の静電センサ100の基板も、長手方向がX1-X2方向となっており、静電センサ100の基板の基板面は、XY方向と略平行となっている。ドアハンドルケース12には、静電センサ100に接続されている配線113等を通すために貫通穴13が設けられている。配線113は、静電センサ100をドアハンドル10の外部と電気的に接続するために設けられている。また、基板110には静電センサ100における制御を行うための制御部となる集積回路130が取り付けられている。
次に、本実施の形態における静電センサ100について説明する。本実施の形態における静電センサ100には、図5に示されるように、基板110の表面に第1のセンサ電極150と、複数の第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jとが形成されている。
第1のセンサ電極150は、基板110のY2側において、X1-X2方向に細長く形成されている。第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jは、第1のセンサ電極150よりもY1側に形成されており、X2側からX1側に向かって、一列に略等間隔で規則的に配列されている。本実施の形態における静電センサ100では、第1のセンサ電極150は、静電センサ100に指200等が近づいたか否かを判断するものであり、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jにより指等の位置を検出するものである。
具体的には、本実施の形態における静電センサ100においては、静電センサ100に指200等が近づいたことを第1のセンサ電極150により検知し、このような検知がなされた場合に、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jに電圧を印加して指等の位置検出を行う。よって、第1のセンサ電極150により、静電センサ100に指200等が近づいたことが検出されるまでは、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jには電圧は印加されない。一般的に、静電センサにおいては、電圧を印加する電極の数が少ない方が、集積回路における消費電力が少なくなる。
従って、静電センサ100に指等が近づくまでは、電圧が印加されるのは、第1のセンサ電極150のみであるため、消費電力を少なくすることができ、省電力化することができる。特に、自動車のドアのドアハンドル10の場合、人の指200が長期間近づかない場合があるため、省電力化には効果的である。
よって、本実施の形態においては、第1のセンサ電極は、複数設けられていてもよいが、第2のセンサ電極の数よりも少ない方が好ましい。、言い換えるならば、第2のセンサ電極の数は、第1のセンサ電極の数よりも多く設けられている方が好ましい。更に、省電力の観点からは、第1のセンサ電極の数は1つであることがより好ましい。
本実施の形態における静電センサ100では、第1のセンサ電極150、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jは、集積回路130に接続されている。尚、図5等においては、第1のセンサ電極150、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jと、集積回路130とを接続する配線は省略されている。
具体的には、図6に示されるように、集積回路130には、第1のセンサ電極150及び第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jの各々と接続されているスイッチ131が設けられており、スイッチ131を閉じることにより、第1のセンサ電極150及び第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jに所定の電圧Vddを印加することができる。これにより、第1のセンサ電極150及び第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jの各々における電位を検出することができ、検出された電位をアンプ132により増幅し、ADC(Analog-to-digital converter:ADコンバータ)133によりアナログ信号をデジタル信号に変換する。このように変換されたデジタル信号に基づき、演算部134において、各々の第1のセンサ電極150及び第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jと指200との間の静電容量を算出することができる。算出された各々の第1のセンサ電極150及び第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jと指200との間の静電容量の情報は、センサ制御部135に伝達される。尚、センサ制御部135には様々な情報を記憶する記憶部136が設けられている。
尚、本願においては、指200により操作がなされるものであるため、指200を操作体と記載する場合がある。
(静電センサによる検出方法)
次に、本実施の形態における静電センサ100による指等の位置の検出方法について説明する。
次に、本実施の形態における静電センサ100による指等の位置の検出方法について説明する。
最初に、ステップ102(S102)に示されるように、集積回路130における制御により、第1のセンサ電極150に所定の電圧Vddを印加する。この際、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jには電圧は印加されてはいない。
次に、ステップ104(S104)に示されるように、第1のセンサ電極150に所定の電圧Vddが印加されている状態で静電容量を測定し、測定された静電容量が所定の値以上であるか否かを判断する。静電センサ100は、静電センサ100に人の指200が近づいた場合、人の指200と第1のセンサ電極150との間の静電容量が増加する。よって、第1のセンサ電極150を介して得られる静電容量が所定の値を超えた場合には、静電センサ100に人の指200が近づいたと判断することができる。従って、第1のセンサ電極150を介して測定された静電容量が所定の値以上である場合には、ステップ106に移行し、第1のセンサ電極150を介して測定された静電容量が所定の値未満である場合には、ステップ104を繰り返す。
次に、ステップ106(S106)に示されるように、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jに所定の電圧Vddを印加し、静電容量の測定を行う。この際、第1のセンサ電極150には、所定のバイアス電圧を印加することにより、ノイズの影響を防ぐためのガード電極として機能させてもよい。
次に、ステップ108(S108)に示されるように、ステップ106において第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jを介して得られた静電容量の値に基づき、指200の位置検出を行う。具体的には、静電センサ100に人の指200が近づいた場合には、図8に示されるように、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jを介して各々の静電容量が得られる。第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jは、X軸上に等間隔に配置されているため、第2のセンサ電極160aの位置がX座標X0、第2のセンサ電極160bの位置がX座標X1、第2のセンサ電極160cの位置がX座標X2、第2のセンサ電極160dの位置がX座標X3、第2のセンサ電極160eの位置がX座標X4、第2のセンサ電極160fの位置がX座標X5、第2のセンサ電極160gの位置がX座標X6、第2のセンサ電極160hの位置がX座標X7、第2のセンサ電極160iの位置がX座標X8、第2のセンサ電極160aの位置がX座標X9となる。
静電容量は距離に反比例するため、第2のセンサ電極のうち、静電容量の値が最も大きくなった第2のセンサ電極が人の指200に最も近い電極となり、静電容量の値が最も大きくなった第2のセンサ電極の位置が、人の指200の座標位置となる。従って、図8に示す場合では、静電容量は第2のセンサ電極160dが最も大きいため、第2のセンサ電極160dに対応するX座標X3が指200のX座標位置となる。尚、図8に示す場合では、その次に静電容量の大きい電極は、第2のセンサ電極160eであるため、指200のX座標位置は、第2のセンサ電極160dに対応するX座標X3と第2のセンサ電極160eに対応するX座標X4との間の位置と考えてもよい。
(キャリブレーション)
次に、本実施の形態における静電センサ100において、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jのキャリブレーションについて、図9に基づき説明する。本実施の形態における静電センサ100では、上記のように、第1のセンサ電極150により静電センサ100に人の指200が近づくまでは、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jは駆動されない。このため、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jによる測定が開始するまでの時間が長いと、時間の経過とともに測定される静電容量の基準がずれてしまう場合がある。本実施の形態においては、第1のセンサ電極150による人の指200の検出が行われている間、即ち、図8に示されるフローチャートにおけるステップ102及びステップ104においても、所定の時間毎等に、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jに所定の電圧Vddを印加し、得られた静電容量の値に基づき、例えば、検出される静電容量の値を揃えるキャリブレーションを行う。第1のセンサ電極150により人の指200が検出されていない状態では、静電センサ100の近くには人の指200等は存在していない。よって、静電センサ100の近傍には、静電容量の変化に影響を与えるものは存在していないため、キャリブレーションを行うには適している。
次に、本実施の形態における静電センサ100において、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jのキャリブレーションについて、図9に基づき説明する。本実施の形態における静電センサ100では、上記のように、第1のセンサ電極150により静電センサ100に人の指200が近づくまでは、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jは駆動されない。このため、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jによる測定が開始するまでの時間が長いと、時間の経過とともに測定される静電容量の基準がずれてしまう場合がある。本実施の形態においては、第1のセンサ電極150による人の指200の検出が行われている間、即ち、図8に示されるフローチャートにおけるステップ102及びステップ104においても、所定の時間毎等に、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jに所定の電圧Vddを印加し、得られた静電容量の値に基づき、例えば、検出される静電容量の値を揃えるキャリブレーションを行う。第1のセンサ電極150により人の指200が検出されていない状態では、静電センサ100の近くには人の指200等は存在していない。よって、静電センサ100の近傍には、静電容量の変化に影響を与えるものは存在していないため、キャリブレーションを行うには適している。
具体的には、図9に示されるように、最初に、ステップ202(S202)に示されるように、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jに所定の電圧Vddを印加し、静電容量の測定を行う。
次に、ステップ204(S204)に示されるように、ステップ202において第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jより得られた静電容量の値に基づき、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jの各々におけるキャリブレーションを行う。
(変形例)
以下、本実施の形態における静電センサの変形例について説明する。尚、以下の図においては、第1のセンサ電極及び第2のセンサ電極と、集積回路とを接続する配線は省略されている。
以下、本実施の形態における静電センサの変形例について説明する。尚、以下の図においては、第1のセンサ電極及び第2のセンサ電極と、集積回路とを接続する配線は省略されている。
本実施の形態における静電センサは、図10に示されるように、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jのY2側に第1のセンサ電極150を設け、Y1側に第1のセンサ電極151を設けた構造のものであってもよい。即ち、長手方向がX1-X2方向となる2本の第1のセンサ電極150と第1のセンサ電極151との間に、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jをX1-X2方向に配列させたものであってもよい。このように、第1のセンサ電極150及び151を設けることにより、手の指200がY2側からのみならず、Y1側から近づいた場合も検出することができ、検出精度を向上させることができる。また、第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jにおける位置検出の際に、第1のセンサ電極150及び151に所定のバイアス電圧を印加することにより、ノイズの影響を防ぐことができ、ガード電極の機能を向上させることができる。
また、本実施の形態は、図11に示されるように、図5に示される静電センサ100の第1のセンサ電極150を3つに分割、即ち、第1のセンサ電極150a、150b、150cの3つに分割したものであってもよい。
また、図12に示されるように、図10に示される静電センサ100の第1のセンサ電極150を2つに分割して、第1のセンサ電極150d、150eとし、第1のセンサ電極151を2つに分割して、第1のセンサ電極151d、151eとしたものであってもよい。
また、図13に示されるように、複数に分割されている分割電極152aをX1-X2方向に配線152bにより接続した構造の電極152であってもよい。
また、図14に示されるように、基板110のY1-Y2方向の中央部分に、X1-X2方向が長手方向となる第1のセンサ電極150を形成し、第1のセンサ電極150のY1側に、第2のセンサ電極161a、161b、161c、161d、161e、161f、161g、161h、161i、161jをX1-X2方向に配列させ、第1のセンサ電極150のY2側に、第2のセンサ電極162a、162b、162c、162d、162e、162f、162g、162h、162i、162jをX1-X2方向に配列させた構造のものであってもよい。この場合には、第2のセンサ電極161a~161jと第2のセンサ電極162a~162jにより、Y軸方向における手の指200の座標位置を検出することも可能となる。
また、図15に示されるように、基板110のY1-Y2方向の中央部分に、X1-X2方向が長手方向となる第1のセンサ電極150を形成し、第1のセンサ電極150のY1側に、X1-X2方向が長手方向となる第2のセンサ電極163を形成し、第1のセンサ電極150のY2側に、X1-X2方向が長手方向となる第2のセンサ電極164を形成した構造のものであってもよい。この場合には、上記の説明の駆動方法とは異なる駆動方法になるが、第2のセンサ電極163及び第2のセンサ電極164と、第1のセンサ電極150とを用いて、手の指200のY軸方向の座標位置を検出することができる。
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図16に示すように、複数の第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jの各々の周囲を第1のセンサ電極250により囲んだ構造のものであってもよい。このような第1のセンサ電極250を形成することにより、ノイズの影響を防ぐためのガード電極として機能を向上させることができる。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図16に示すように、複数の第2のセンサ電極160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160jの各々の周囲を第1のセンサ電極250により囲んだ構造のものであってもよい。このような第1のセンサ電極250を形成することにより、ノイズの影響を防ぐためのガード電極として機能を向上させることができる。
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
尚、本国際出願は、2018年8月15日に出願した日本国特許出願第2018-152848号に基づく優先権を主張するものであり、その出願の全内容は本国際出願に援用する。
10 ドアハンドル
12 ドアハンドルケース
13 貫通穴
20 ドア
100 静電センサ
110 基板
113 配線
130 集積回路
131 スイッチ
132 アンプ
133 ADC
134 演算部
135 センサ制御部
136 記憶部
150 第1のセンサ電極
160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160j 第2のセンサ電極
200 指
12 ドアハンドルケース
13 貫通穴
20 ドア
100 静電センサ
110 基板
113 配線
130 集積回路
131 スイッチ
132 アンプ
133 ADC
134 演算部
135 センサ制御部
136 記憶部
150 第1のセンサ電極
160a、160b、160c、160d、160e、160f、160g、160h、160i、160j 第2のセンサ電極
200 指
Claims (9)
- 操作体を検知する静電センサが内部に設置されているドアハンドルであって、
絶縁体により形成された基板と、
前記基板の表面に設けられた第1のセンサ電極と、
前記基板の表面に複数設けられた第2のセンサ電極と、
制御部と、
を有し、
前記第2のセンサ電極の数は、前記第1のセンサ電極の数よりも多く設けられており、
前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値以上の場合には、複数の前記第2のセンサ電極に電圧を印加し、前記操作体の座標位置の検出を行うこと特徴とするドアハンドル。 - 前記第1のセンサ電極の長手方向と、複数の前記第2のセンサ電極の配列方向は、同じ方向であることを特徴とする請求項1に記載のドアハンドル。
- 複数の前記第2のセンサ電極は、等間隔で規則的に配列されていることを特徴とする請求項1に記載のドアハンドル。
- 前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値未満の場合には、複数の前記第2のセンサ電極には電圧を印加しないことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のドアハンドル。
- 前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値未満の場合において、複数の前記第2のセンサ電極に電圧を印加して、前記第2のセンサ電極の各々における静電容量を揃えるキャリブレーションを行うこと特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のドアハンドル。
- 前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値未満の場合には、前記キャリブレーションを行う場合を除き、複数の前記第2のセンサ電極には電圧を印加しないことを特徴とする請求項5に記載のドアハンドル。
- 前記制御部は、前記操作体と前記第1のセンサ電極との間の静電容量が所定の値以上の場合には、前記第1のセンサ電極には所定のバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のドアハンドル。
- 前記制御部における複数の前記第2のセンサ電極による前記操作体の座標位置の検出は、複数の前記第2のセンサ電極のうち、最も静電容量の大きな電極を基準として、前記操作体の座標位置を定めることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のドアハンドル。
- 前記第1のセンサ電極の数は、1または2であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のドアハンドル。
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