WO2020235192A1 - 静電容量検出センサ - Google Patents

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    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle

Definitions

  • the present invention relates to a capacitance detection sensor.
  • the HoD sensor detects, for example, the holding state of the steering wheel.
  • the capacitance detection sensor for example, a certain value is used as a reference value, and the detected capacitance or the like is used as a reference. If it exceeds the value, it can be determined that the steering wheel or the like is touched (held), and if it is less than the reference value, it can be determined that the steering wheel is not touched (held).
  • the hand of the person to be detected holds the steering wheel or the like but does not hold it, or determines that the hand does not hold the steering wheel or the like.
  • Such erroneous detection may occur, and it is difficult to accurately determine whether or not the steering wheel or the like is held.
  • one of the first electrode, the second electrode, and the first electrode or the second electrode is a sense electrode, and the sense applied to the sense electrode is used.
  • the sense signal is applied to the sense electrode by the sense signal generation unit that generates a signal and the sense signal generation unit, the amount of charge transfer corresponding to the capacitance in the sense electrode is detected as a detection value.
  • the first electrode or the other of the second electrodes is used as a drive electrode, and a first drive signal is applied to the drive electrode.
  • the first detected value detected by the detection unit and the second drive signal having the same frequency as the first drive signal but different in phase are applied to the drive electrode.
  • a determination unit that determines whether or not the detection target is close to both the first electrode and the second electrode based on the difference from the second detection value detected by the detection unit. It is characterized by having.
  • the self-capacitance type capacitance detection sensor shown in FIG. 1 has a sensor unit 10 having a sense electrode 11 and a circuit unit 20.
  • the circuit unit 20 includes a sense signal generation unit 30, a detection unit 40, a contact determination unit 50, a control unit 70, and the like, and the contact determination unit 50 has a memory 51 and a determination unit 52.
  • a leak capacitance CL1 is generated between the sense electrode 11 and the GND, and a capacitance C is generated between a part 81 of the human body 80 to be detected and the sense electrode 11. F1 is occurring.
  • a coupling capacitance CFG is generated between the human body 80 and GND.
  • a part 81 of the human body 80 is, for example, a finger or a palm.
  • an AC voltage is applied to the sense electrode 11 from the sense signal generation unit 30, and when a part 81 of the human body 80 approaches the sense electrode 11, the value of the capacitance C F1 .
  • the amount of electric charge that moves that is, the amount of electric charge that moves increases.
  • the value of the amount of movement of the electric charge is detected by the detection unit 40, and the value is stored in the memory 51.
  • the determination unit 52 determines whether or not the value of the amount of movement of the electric charge detected by the detection unit 40 stored in the memory 51 exceeds a predetermined threshold value, and a part 81 of the human body 80 is the sensor unit 10. Determine if you are touching.
  • the determination unit 52 determines that a part 81 of the human body 80 is touching the sensor unit 10 and sets the predetermined threshold value. If it does not exceed, it is determined that the sensor unit 10 is not touched by a part 81 of the human body 80, and contact or non-contact information is output.
  • the control unit 70 controls the series of capacitance detection operations described above.
  • the portion that senses the contact of the sensor unit 10 is composed of an insulator that covers the sense electrode 11. That is, when a part 81 of the human body 80 touches the sensor unit 10, the part 81 of the human body 80 comes close to the sense electrode 11 separated by the insulator.
  • the sense electrode and the drive electrode are provided at positions separated by the insulator, and it is assumed that a part of the human body does not directly touch these electrodes.
  • erroneous detection may occur because the capacitance fluctuates due to changes in the environment, for example, changes in temperature or external factors. is there. Specifically, even if a part 81 of the human body 80 is not touching the sensor unit 10, the detection unit 40 detects a large capacitance, and the sensor unit 10 is touched by the part 81 of the human body 80. When the determination is made by the determination unit 52, or even if a part 81 of the human body 80 touches the sensor unit 10, the detection unit 40 detects that the capacitance is small, and the sensor unit 10 is touched by the part 81 of the human body 80. It may be determined by the determination unit 52 that it is not.
  • the capacitance detection sensor in the present embodiment is a self-capacitance type capacitance detection sensor, and has a sensor unit 110 having a sense electrode 111 and a drive electrode 112, and a circuit unit 120.
  • the capacitance detection sensor in the present embodiment is for determining whether or not a predetermined portion of the sensor unit 110 is held by a human hand or the like.
  • the circuit unit 120 includes a sense signal generation unit 130, a detection unit 140, a holding determination unit 150, a drive signal control unit 160, a control unit 170, and the like, and the holding determination unit 150 includes a memory 151 and a determination unit 152.
  • the drive signal control unit 160 includes a drive signal generation unit 161 and a switch 162 that serves as a selection unit for selecting a signal applied to the drive electrode 112.
  • the sense electrode 111 and the drive electrode 112 may be referred to as a first electrode and a second electrode. In this case, either one of the first electrode and the second electrode is used. Is the sense electrode 111, and the other is the drive electrode 112.
  • the capacitance detection sensor according to this embodiment has a first electrode and a second electrode. Further, a plurality of sense electrodes 111 may be provided and one of them may be selected, or a plurality of drive electrodes 112 may be provided and one of them may be selected. Good. It should be noted that three or more electrodes including the first electrode and the second electrode are provided, and the sense electrode and the drive electrode may be selected from the three or more electrodes.
  • a leak capacitance CL1 is generated between the sense electrode 111 and GND, and a part 81 of the human body 80 to be detected and the sense electrode 111 are separated from each other.
  • the capacitance C F1 is generated and a part 81 of the human body 80 approaches the sense electrode 111, the value of the capacitance C F 1 becomes large.
  • a capacitance CF2 is generated between the other part 82 of the human body 80 and the drive electrode 112, and when the other part 82 of the human body 80 approaches the drive electrode 112, it is electrostatically charged. The value of the capacitance C F2 becomes large.
  • the sense electrode 111 and the drive since it is detected that a part 81 of the same human body 80 and another part 82 are simultaneously close to the sense electrode 111 and the drive electrode 112, respectively, the sense electrode 111 and the drive
  • the distance between the electrode 112 and the electrode 112 is preferably 1 m or less.
  • a capacitance C SD is generated between the sense electrode 111 and the drive electrode 112
  • the electric charge of the drive electrode 112 is the other part 82 of the human body, the human body 80, and the human body. Since it is premised that the sense electrode 111 is affected through a part of 81, it is preferable that the value of the capacitance CSD is as small as possible. In the description here, it is assumed that the capacitance C SD is small and can be ignored.
  • the sense signal generation unit 130 generates a sense signal to be applied to the sense electrode 111, and applies the sense signal to the sense electrode 111 as an AC voltage.
  • the sense signal is applied to the sense electrode 111 by the sense signal generation unit 130, the detection unit 140 detects the amount of charge transfer corresponding to the capacitance in the sense electrode 111 as a detection value, and causes the memory 151.
  • the determination unit 152 determines whether to hold or not based on the detected value stored in the memory 151, and outputs the determination.
  • the determination unit 152 has the first detection value detected by the detection unit 140 and the first drive signal to the drive electrode 112 in a state where the first drive signal is applied to the drive electrode 112.
  • the first electrode and the second electrode are based on the difference from the second detection value detected by the detection unit 140 in a state where the second drive signal having the same frequency and a different phase is applied. It is determined whether or not the detection target is close to both of the above.
  • the specific method will be described later, but here, the first drive signal is the same signal as the sense signal. Further, the second drive signal is the same signal as the drive signal generated in the drive signal generation unit 161.
  • the control unit 170 controls the above-mentioned series of capacitance detection operations.
  • the drive signal control unit 160 selects a sense signal or a drive signal and applies it to the drive electrode 112. Specifically, the drive signal generation unit 161 provided in the drive signal control unit 160 generates a drive signal.
  • the switch 162 provided in the drive signal control unit 160 is connected to the drive electrode 112 and also to the sense signal generation unit 130 and the drive signal generation unit 161.
  • the connection destination to the drive electrode 112 is the sense signal generation unit 130.
  • the signal applied to the drive electrode 112 is selected by switching between and the drive signal generation unit 161. That is, the switch 162 provided in the drive signal control unit 160 selects the sense signal generated in the sense signal generation unit 130 or the drive signal generated in the drive signal generation unit 161 and outputs the drive signal to the drive electrode 112.
  • the sense signal generation unit 130 is connected to the drive signal control unit 160.
  • the AC sense signal output from the sense signal generation unit 130 and the AC drive signal output from the drive signal generation unit 161 have the same frequency but a phase of 180 °. It is out of alignment.
  • the sense signal and the drive signal may be at least out of phase, but it is preferable that the sense signal and the drive signal are out of phase by 180 ° because the detection accuracy is high.
  • the circuit unit 120 also applies the sense signal to the drive electrode 112 in a state where the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 is applied to the sense electrode 111.
  • the sense signal generation unit 130 generates a sense signal and applies it to the sense electrode 111.
  • the switch 162 of the drive signal control unit 160 selects the sense signal by connecting the sense signal generation unit 130 and the drive electrode 112, and applies the sense signal to the drive electrode 112.
  • the control unit 170 controls the timing of these operations, the detection timing by the detection unit 140, and the holding determination timing by the holding determination unit 150.
  • step 104 with the sense signal applied to the sense electrode 111 and the drive electrode 112, the detection unit 140 detects the amount of charge transfer corresponding to the capacitance in the sense electrode 111. It is detected as d1 and stored in the memory 151.
  • This detected value V d1 is a value as shown in the following equation 1.
  • step 106 in a state where the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 is applied to the sense electrode 111, the drive signal control unit 160 transmits the drive signal generated by the drive signal generation unit 161 to the drive electrode. Apply to 112. Specifically, in a state where the sense signal generated in the sense signal generation unit 130 is applied to the sense electrode 111, the switch 162 in the drive signal control unit 160 connects the drive signal generation unit 161 and the drive electrode 112. The drive signal is selected by, and the drive signal is applied to the drive electrode 112.
  • step 108 in a state where the sense signal is applied to the sense electrode 111 and the drive signal is applied to the drive electrode 112, the detection unit 140 moves the charge corresponding to the capacitance in the sense electrode 111.
  • the amount is detected as a detection value V d2 and stored in the memory 151.
  • This detected value V d2 is a value as shown in the following equation 2.
  • the sense signal and the drive signal since the phase is a signal of opposite phase that shifted from each other by 180 °, the body 80 is rocked in the opposite phase to the micro through C F2, the detection value V d2 is detected as shown in Equation 1 The value is different from the value V d1 .
  • step 110 the determination unit 152 calculates the difference V d2- V d1 from the detection value V d1 and the detection value V d2 stored in the memory 151.
  • the calculated difference V d2- V d1 has a value as shown in the following equation 3.
  • the difference V d2 -V d1 to be calculated is a value proportional to the product of the capacitance C F1 and the capacitance C F2, the electrostatic capacitance C F1 and the capacitance C F2 The value increases only when both of them are sufficiently large.
  • the value of the difference V d2- V d1 is extremely small. Therefore, only when a part 81 of the human body 80 is close to both the sense electrode 111 and the drive electrode 112, that is, the portion of the sensor unit 110 where the sense electrode 111 and the drive electrode 112 are provided is the human body 80.
  • the value of the difference V d2- V d1 becomes large only when a part 81 holds it.
  • the self-capacitance type capacitance detection sensor in the prior art usually does not have a drive electrode.
  • the capacitance detection sensor of the present invention includes a drive electrode 112 which is a self-capacitance method but does not originally exist, and two types of signals having the same frequency but different phases are sequentially applied to the drive electrode 112, respectively.
  • step 112 the determination unit 152 determines whether or not the value of the difference V d2- V d1 is larger than the predetermined first threshold value Th.
  • the determination unit 152 determines the first electrode (sense electrode 111) and the second electrode (drive electrode 112). It is determined that the detection target is close to both of the above. That is, it is determined that the process proceeds to step 114 (S114) and the holding is performed, and the determination unit 152 outputs the information that the holding is performed and ends.
  • step 116 S116
  • the determination unit 152 holds the difference. Outputs information about what has not been done and exits.
  • the difference V d2- V d1 shown in Equation 3 has an extremely small value when it is close only to the sense electrode 111 or when it is close only to the drive electrode 112, and the sense electrode. Only when the detection target is close to both the 111 and the drive electrode 112, that is, when the part 81 of the human body 80 holds the portion of the sensor unit 110 where the sense electrode 111 and the drive electrode 112 are provided. The value increases. Therefore, the determination unit 152 can accurately determine whether or not the portion of the sensor unit 110 where the sense electrode 111 and the drive electrode 112 are provided is held.
  • the difference V d2 -V d1 shown in Equation 3 since the component of the leakage capacitance C L1 to change numeric such as by temperature change does not exist, there is no dependency on the environmental changes such as temperature. Therefore, it is not necessary to change the predetermined first threshold value Vth depending on the environment such as temperature, and the predetermined first threshold value Vth can be fixed. Therefore, even when the power of the capacitance detection sensor is turned on while holding the predetermined portion of the sensor unit 110, the obtained difference V d2- V d1 is the predetermined first value. If the threshold value Th is exceeded, it can be determined that the determination unit 152 holds the portion of the sensor unit 110 where the sense electrode 111 and the drive electrode 112 are provided.
  • the determination unit 152 is the sensor unit. It is not determined that the portion where the sense electrode 111 and the drive electrode 112 of 110 are provided is held. Specifically, when a part 81 of the human body 80 is close to the sense electrode 111 and a part 181 of the human body 180 different from the human body 80 is close to the drive electrode 112, the human body 80 is affected by the change in the drive signal. I will not receive it.
  • the detected value V d1 when the sense signal is applied to the drive electrode 112 and the detected value V d2 when the drive signal is applied to the drive electrode 112 are the same value, so that the difference V d2- The value of V d1 is extremely small. Therefore, the determination unit 152 does not determine that the portion of the sensor unit 110 where the sense electrode 111 and the drive electrode 112 are provided is held.
  • the denominator of the detection value V d1 and the detection value V d2 is detected, includes a coupling capacitance C FG between the human body and the GND, capacitance value of the coupling capacitance C FG is generated by the holding When it is overwhelmingly larger than C F1 and C F2 , the value of the difference V d2- V d1 may not be large.
  • a part 81 of the human body 80 is close to the sense electrode 111, and another part 82 of the same human body 80 is close to the drive electrode 112, as between the times T5 and T6. It was confirmed that the value of the difference V d2- V d1 greatly increased in the present state. At times T1, T2, T6, T8, and T9, the value of the difference V d2- V d1 increases momentarily, but the difference is momentarily set by appropriately setting the length of time for detection. The component in which the value of V d2- V d1 becomes large can be removed.
  • this modification is preferably applied in cases such as when the value of the capacitance C SD between the sense electrodes 111 and drive electrode 112 can not be ignored.
  • a modification 2 of the capacitance detection sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • a first drive signal generation unit 163 and a second drive signal generation unit 164 are provided in the drive signal control unit 160. , Both are connected to the switch 162.
  • the first drive signal generation unit 163 generates the first drive signal.
  • the second drive signal generation unit 164 generates the second drive signal.
  • the switch 162 can select a first drive signal or a second drive signal and apply it to the drive electrode 112.
  • the first drive signal generated by the first drive signal generation unit 163 and the second drive signal generated by the second drive signal generation unit 164 are 180 ° out of phase and out of phase.
  • the first drive signal and the second drive signal may be at least out of phase, but it is preferable that the first drive signal and the second drive signal are out of phase by 180 ° because the detection accuracy is high.
  • the sense signal generation unit 130 is not connected to the drive signal control unit 160.
  • the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 and either the first drive signal or the second drive signal may be the same signal.
  • the first drive signal generation unit 163 can be omitted rather than the configuration in which the sense signal generation unit 130 and the drive signal control unit 160 are connected.
  • the second drive signal generation unit 164 corresponds to the drive signal generation unit 161.
  • the sensor unit 210 has a first electrode 211 and a second electrode 212.
  • one of the first electrode 211 and the second electrode 212 serves as a sense electrode and the other serves as a drive electrode.
  • the circuit unit 220 includes a sense signal generation unit 130, a detection unit 140, a holding determination unit 150, a drive signal control unit 160, a control unit 170, a drive sense selection unit 230, and the like. Further, the holding determination unit 150 has a memory 151 and a determination unit 152.
  • the drive sense selection unit 230 uses one of the first electrode 211 or the second electrode as a sense electrode and the other as a drive electrode. That is, the drive sense selection unit 230 selects a case where the sense signal generation unit 130 and the drive signal control unit 160 and the first electrode 211 and the second electrode 212 are connected in parallel or in a cross. be able to.
  • the first electrode 211 and the sense signal generation unit 130 are connected, and the second electrode 212 and the drive signal control unit 160 are connected. And are connected.
  • the first electrode 211 serves as a sense electrode
  • the second electrode 212 serves as a drive electrode.
  • the drive sense selection unit 230 when the drive sense selection unit 230 is connected to the cross, as shown in FIG. 11, the first electrode 211 and the drive signal control unit 160 are connected, and the second electrode 212 and the sense signal are generated.
  • the unit 130 is connected.
  • the first electrode 211 serves as the drive electrode
  • the second electrode 212 serves as the sense electrode.
  • the capacitance detection sensor of the present embodiment is a determination unit by switching between the sense electrode and the drive electrode by the drive sense selection unit 230 in the first electrode 211 and the second electrode 212. It is possible to improve the accuracy of determining whether or not to hold the 152.
  • the determination unit 152 has the first detection value detected by the detection unit 140 and the first detection value on the drive electrode in a state where the first drive signal is applied to the drive electrode.
  • the first electrode and the first electrode are based on the difference from the second detected value detected by the detection unit 140 in a state where the second drive signal having the same frequency and a different phase is applied. It is determined whether or not the detection target is close to both of the two electrodes.
  • the first drive signal is the same signal as the sense signal generated by the sense signal generation unit 130.
  • the second drive signal is the same signal as the drive signal generated in the drive signal generation unit 161.
  • the determination unit 152 uses the difference value obtained when the first electrode 211 is the sense electrode and the second electrode 212 as the drive electrode, and the second electrode 212 as the sense electrode, and is the first electrode.
  • the difference from the difference value obtained when 211 is used as the drive electrode is equal to or less than a predetermined second threshold value, the detection target is close to both the first electrode 211 and the second electrode 212. Make a judgment that you are doing.
  • the sense signal and the drive signal are signals having opposite phases that are 180 ° out of phase.
  • step 202 the drive sense selection unit 230 is connected in parallel, that is, the first electrode 211 and the sense signal generation unit 130 are connected, and the second electrode is connected.
  • the 212 and the drive signal control unit 160 are connected.
  • the first electrode 211 becomes a sense electrode
  • the second electrode 212 becomes a drive electrode.
  • step 204 the drive signal control unit 160 becomes the drive electrode in the state where the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 is applied to the first electrode 211 which becomes the sense electrode.
  • a sense signal is also applied to the electrode 212.
  • the switch 162 in the drive signal control unit 160 includes the sense signal generation unit 130 and the second electrode 212. Is connected to apply a sense signal to the second electrode 212.
  • step 206 in a state where the sense signal is applied to the first electrode 211 and the second electrode 212, the detection unit 140 applies the capacitance of the first electrode 211 which is the sense electrode.
  • the corresponding charge transfer amount is detected as the detection value Vs1d1 and stored in the memory 151.
  • step 208 the drive signal control unit 160 becomes the drive electrode in the state where the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 is applied to the first electrode 211 which becomes the sense electrode.
  • the drive signal generated by the drive signal generation unit 161 is applied to the electrode 212.
  • the switch 162 in the drive signal control unit 160 includes the drive signal generation unit 161 and the second electrode 212. Is connected to apply a drive signal to the second electrode 212.
  • step 210 in a state where the sense signal is applied to the first electrode 211 and the drive signal is applied to the second electrode 212, the detection unit 140 is the first electrode which is the sense electrode.
  • the amount of movement of the electric charge corresponding to the capacitance in 211 is detected as the detection value Vs1d2 and stored in the memory 151.
  • step 214 the drive sense selection unit 230 is connected to the cross as shown in FIG. 11, that is, the first electrode 211 and the drive signal control unit 160 are connected, and the second electrode is connected.
  • the 212 and the sense signal generator 130 are connected.
  • the first electrode 211 becomes a drive electrode
  • the second electrode 212 becomes a sense electrode.
  • step 216 the drive signal control unit 160 becomes the first drive electrode in a state where the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 is applied to the second electrode 212 which becomes the sense electrode.
  • a sense signal is also applied to the electrode 211 of.
  • the switch 162 in the drive signal control unit 160 has the sense signal generation unit 130 and the first electrode 211. By connecting to, a sense signal is applied to the first electrode 211.
  • step 218 in a state where the sense signal is applied to the first electrode 211 and the second electrode 212, the detection unit 140 applies the capacitance of the second electrode 212, which is the sense electrode.
  • the corresponding charge transfer amount is detected as the detection value Vs2d1 and stored in the memory 151.
  • step 220 the drive signal control unit 160 becomes the first drive electrode in a state where the sense signal generated by the sense signal generation unit 130 is applied to the second electrode 212 which becomes the sense electrode.
  • the drive signal generated in the drive signal generation unit 161 is applied to the electrode 211 of the above.
  • the switch 162 in the drive signal control unit 160 has the drive signal generation unit 161 and the first electrode 211. And apply a drive signal to the first electrode 211.
  • step 222 in a state where the sense signal is applied to the second electrode 212 and the drive signal is applied to the first electrode 211, the detection unit 140 is the second electrode which is the sense electrode.
  • the amount of movement of the electric charge corresponding to the capacitance in 212 is detected as the detected value Vs2d2 and stored in the memory 151.
  • step 226 the determination unit 152 determines whether or not the value of the difference D1 is larger than the predetermined first threshold value Th1. If the value of the difference D1 is larger than the predetermined first threshold value Th1, the process proceeds to step 228, and if the value of the difference D1 is equal to or less than the predetermined first threshold value Th1, the process proceeds to step 232. Transition.
  • step 228 the determination unit 152 determines whether or not the value of the difference D2 is larger than the predetermined first threshold value Th1. If the value of the difference D2 is larger than the predetermined first threshold value Th1, the process proceeds to step 230, and if the value of the difference D2 is equal to or less than the predetermined first threshold value Th1, the process proceeds to step 232. Transition.
  • step 230 the determination unit 152 determines whether or not the value of D2-D1 is equal to or less than a predetermined second threshold value Th2. If the value of D2-D1 is equal to or less than the predetermined second threshold value Th2, the process proceeds to step 234, and if the value of D2-D1 is larger than the predetermined second threshold value Th2, the process proceeds to step 234. The process proceeds to step 232.
  • step 232 the determination unit 152 determines that the portion of the sensor unit 210 where the first electrode 211 and the second electrode 212 are provided is not held, and information that the determination unit 152 does not hold the portion. Is output and exits.
  • step 234 the determination unit 152 determines that the detection target is close to both the first electrode 211 and the second electrode 212. That is, the determination unit 152 determines that the portion of the sensor unit 210 where the first electrode 211 and the second electrode 212 are provided is held, outputs information that the second electrode 212 is provided, and ends. To do.
  • the capacitance detection sensor of the present embodiment erroneous detection due to the influence of noise or the like can be suppressed by replacing the sense electrode and the drive electrode in the first electrode 211 and the second electrode 212.
  • the value of the difference D1 and the value of the difference D2 are values proportional to the value on the right side of Equation 3, and in principle, they are the same even if the sense electrode and the drive electrode are exchanged. There is a possibility that the value of the difference D1 or the value of the difference D2 becomes a large value momentarily due to the influence of noise or the like, but both the value of the difference D1 and the value of the difference D2 become large values, and the values are omitted. The probability of being the same is extremely low.
  • the determination unit 152 determines that the portion of the sensor unit 210 where the first electrode 211 and the second electrode 212 are provided is not held without being confused by the influence of noise or the like, the detection accuracy can be improved. Can be improved.
  • the present embodiment is a steering handle, a door handle, a smartphone, or the like using the capacitance detection sensor in the first or second embodiment.
  • the steering handle 301 according to the present embodiment has a first electrode 311 attached to the front side and a second electrode 312 attached to the back side, for example, the steering handle.
  • the 301 is gripped, it is detected that the thumb 381 of the human body is close to the first electrode 311 and the index finger 382 is close to the second electrode 312. As a result, it is possible to accurately determine that the steering wheel 301 is being held.
  • one of the first electrode 311 and the second electrode 312 corresponds to the sense electrode 111, and the other corresponds to the drive electrode 112. .
  • the first electrode 311 corresponds to the first electrode 211
  • the second electrode 312 corresponds to the second electrode 212.
  • the first electrode 311 is attached to the front side and the second electrode 312 is attached to the back side, for example.
  • the thumb 381 of the human body is close to the first electrode 311 and the fingers other than the thumb 381 such as the index finger 382 and the middle finger 383 are close to the second electrode 312. is there.
  • the thumb 381 of the human body is close to the first electrode 311 and the fingers other than the thumb 381 such as the index finger 382 and the middle finger 383 are close to the second electrode 312. is there.
  • the thumb 381 of the human body is close to the first electrode 311 and the fingers other than the thumb 381 such as the index finger 382 and the middle finger 383 are close to the second electrode 312.
  • the electrodes 321, 322, 323, 324 are attached near the left side surface, and the electrodes 325, 326, 327, 328 are attached near the right side surface.
  • a sense electrode and a drive electrode were selected from 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, and 328, and the two selected electrodes had the human thumb 381, the index finger 382, and the middle finger 383. It detects that either the ring finger 384 or the little finger 385 is close to each other. As a result, it is possible to accurately determine that the smartphone 303 is held.

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Abstract

第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極または前記第２の電極のうちの一方をセンス電極とし、前記センス電極に印加するセンス信号を発生させるセンス信号発生部と、前記センス電極における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値として検出する検出部とを有する自己容量方式による静電容量検出センサにおいて、前記第１の電極または前記第２の電極のうちの他方をドライブ電極とし、前記ドライブ電極に第１のドライブ信号を印加している状態と周波数は同じであって位相の異なる第２のドライブ信号を印加している状態とで、前記検出部における検出値の差分に基づき、前記第１の電極及び前記第２の電極の双方に検出対象が近接しているか否かを判定することにより上記課題を解決する。

Description

静電容量検出センサ
　本発明は、静電容量検出センサに関するものである。
　近年、自動運転（Autonomous）に関する技術として、ＨｏＤ（Hands on Detection）センサの開発が進んでいる。ＨｏＤセンサは、例えばステアリングハンドルの保持状態検知を行うものであり、静電容量検出センサを用いた場合を考えると、例えば、ある値を基準値として、検出された静電容量等の値が基準値を超える場合には、ステアリングハンドル等に触れている（保持している）と判定し、基準値以下の場合には、触れていない（保持していない）と判定することができる。
特許第６１７７０２６号公報 特開２０１５－２３２５４２号公報
　しかしながら、従来の方法では、例えば、検出対象である人の手がステアリングハンドル等を保持しているのに保持していないと判定する場合や、保持していないのに保持していると判定するような誤検出が生じる場合があり、ステアリングハンドル等を保持しているか否かを正確に判定することは困難であった。
　このため、検出対象が保持しているか否かを正確に判定することのできる静電容量検出センサが求められていた。
　本実施の形態の一観点によれば、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極または前記第２の電極のうちの一方をセンス電極とし、前記センス電極に印加するセンス信号を発生させるセンス信号発生部と、前記センス信号発生部により前記センス信号が前記センス電極に印加されることにより、前記センス電極における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値として検出する検出部と、を有する自己容量方式による静電容量検出センサにおいて、前記第１の電極または前記第２の電極のうちの他方をドライブ電極とし、前記ドライブ電極に第１のドライブ信号を印加している状態で、前記検出部において検出された第１の検出値と、前記ドライブ電極に前記第１のドライブ信号と周波数は同じであって位相の異なる第２のドライブ信号を印加している状態で、前記検出部において検出された第２の検出値との差分に基づき、前記第１の電極及び前記第２の電極の双方に検出対象が近接しているか否かを判定する判定部と、を有することを特徴とする。
　開示の静電容量検出センサによれば、検出対象が保持しているか否かを正確に判定することができる。
自己容量検出センサの構造図 第１の実施の形態における静電容量検出センサの構造図 第１の実施の形態における静電容量検出センサの検出方法のフローチャート 第１の実施の形態における静電容量検出センサの説明図 第１の実施の形態における静電容量検出センサに関する実験の説明図（１） 第１の実施の形態における静電容量検出センサに関する実験の説明図（２） 第１の実施の形態における静電容量検出センサの変形例１の構造図 第１の実施の形態における静電容量検出センサの変形例２の構造図 第２の実施の形態における静電容量検出センサの構造図 第２の実施の形態における静電容量検出センサの構造図（１） 第２の実施の形態における静電容量検出センサの構造図（２） 第２の実施の形態における静電容量検出センサの検出方法のフローチャート 第３の実施の形態におけるステアリングハンドルの説明図 第３の実施の形態におけるドアハンドルの説明図 第３の実施の形態におけるスマートフォンの説明図
　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。
　〔第１の実施の形態〕
　最初に、図１に基づき、自己容量方式の静電容量検出センサを用いて検出を行う場合について説明する。図１に示される自己容量方式の静電容量検出センサは、センス電極１１を有するセンサ部１０と回路部２０とを有している。回路部２０は、センス信号発生部３０、検出部４０、接触判定部５０、制御部７０等を有しており、接触判定部５０は、メモリ５１と判定部５２とを有している。
　この静電容量検出センサでは、センス電極１１とＧＮＤとの間にはリーク容量ＣＬ１が生じており、検出対象である人体８０の一部８１とセンス電極１１との間には静電容量ＣＦ１が生じている。人体８０の一部８１がセンス電極１１に近づいた場合には、静電容量ＣＦ１の値は大きくなる。また、人体８０とＧＮＤとの間には結合容量ＣＦＧが生じている。人体８０の一部８１は、例えば指や手のひら等である。
　この静電容量検出センサでは、センス信号発生部３０よりセンス電極１１に交流電圧が印加されており、人体８０の一部８１がセンス電極１１に近づいた場合には、静電容量ＣＦ１の値が大きくなるため、これに伴い移動する電荷量、即ち、電荷の移動量が増加する。この電荷の移動量の値は検出部４０において検出され、その値はメモリ５１に記憶される。判定部５２は、メモリ５１に記憶されている検出部４０において検出された電荷の移動量の値が、所定の閾値を超えているか否かを判断し、人体８０の一部８１がセンサ部１０に触れているか否かを判定する。具体的には、判定部５２は、電荷の移動量の値が所定の閾値を超えている場合には、センサ部１０に人体８０の一部８１が触れていると判定し、所定の閾値を超えていない場合には、センサ部１０に人体８０の一部８１が触れていないと判定し、接触または非接触の情報を出力する。制御部７０は、上記の一連の静電容量の検出動作の制御を行う。
　尚、一般的に、センサ部１０の接触を感知する部分は、センス電極１１を覆う絶縁体により構成されている。即ち、人体８０の一部８１がセンサ部１０に触れた場合には、当該人体８０の一部８１は絶縁体を隔てたセンス電極１１に近接することになる。後述する本発明についても同様に、センス電極やドライブ電極は絶縁体を隔てた位置に設けられており、人体の一部が直にこれらの電極に触れることはないものとする。
　ところで、図１に示される自己容量方式の静電容量検出センサの場合には、環境の変化、例えば、温度の変化や外的要因等により静電容量が変動するため、誤検出が生じる場合がある。具体的には、センサ部１０に人体８０の一部８１が触れていなくても、検出部４０において静電容量が大きく検出され、センサ部１０に人体８０の一部８１が触れているものと判定部５２により判定される場合や、センサ部１０に人体８０の一部８１が触れていても、検出部４０において静電容量が小さく検出され、センサ部１０に人体８０の一部８１が触れていないものと判定部５２により判定される場合がある。
　このような誤検出を排除することについては、様々な検討がなされているが、いずれの方法も誤検出を十分には抑制することができない。このため、誤検出のない静電容量検出センサが求められている。
　（静電容量検出センサ）
　次に、第１の実施の形態における静電容量検出センサについて、図２に基づき説明する。本実施の形態における静電容量検出センサは、自己容量方式の静電容量検出センサであり、センス電極１１１及びドライブ電極１１２を有するセンサ部１１０と、回路部１２０とを有している。本実施の形態における静電容量検出センサは、センサ部１１０の所定の部分が、人の手等により保持されているか否かを判定するためのものである。回路部１２０は、センス信号発生部１３０、検出部１４０、保持判定部１５０、ドライブ信号制御部１６０、制御部１７０等を有しており、保持判定部１５０は、メモリ１５１と判定部１５２とを有している。ドライブ信号制御部１６０は、ドライブ信号発生部１６１と、ドライブ電極１１２に印加される信号を選択する選択部となるスイッチ１６２を有している。
　尚、本願においては、センス電極１１１及びドライブ電極１１２を第１の電極及び第２の電極と記載する場合があり、この場合には、第１の電極及び第２の電極のうちのいずれか一方がセンス電極１１１となり、他方がドライブ電極１１２となる。言い換えれば、本実施の形態における静電容量検出センサは、第１の電極と第２の電極とを有する。また、センス電極１１１は複数設けられており、そのうちの一つを選択するものであってもよく、また、ドライブ電極１１２は複数設けられており、そのうちの一つを選択するものであってもよい。尚、第１の電極と第２の電極とを含む３つ以上の電極が設けられており、この３つ以上の電極のうちから、センス電極及びドライブ電極を選択するものであってもよい。
　本実施の形態における静電容量検出センサでは、センス電極１１１とＧＮＤとの間にはリーク容量ＣＬ１が生じており、検出対象である人体８０の一部８１とセンス電極１１１との間には静電容量ＣＦ１が生じており、人体８０の一部８１がセンス電極１１１に近づいた場合には、静電容量ＣＦ１の値が大きくなる。また、人体８０の他の一部８２とドライブ電極１１２との間には静電容量ＣＦ２が生じており、人体８０の他の一部８２がドライブ電極１１２に近づいた場合には、静電容量ＣＦ２の値が大きくなる。本実施の形態においては、同じ人体８０の一部８１と他の一部８２がそれぞれ同時にセンス電極１１１とドライブ電極１１２とに近接していることを検出するものであるため、センス電極１１１とドライブ電極１１２との間の距離は１ｍ以下であることが好ましい。
　尚、センス電極１１１とドライブ電極１１２との間には静電容量ＣＳＤが生じているが、本実施の形態は、ドライブ電極１１２の電荷が、人体の他の一部８２、人体８０および人体の一部８１とを介してセンス電極１１１に影響を与えることを前提にしているものであるため、静電容量ＣＳＤの値は可能な限り小さい方が好ましい。ここでの説明では、静電容量ＣＳＤは小さく無視することができるものとする。
　本実施の形態における静電容量検出センサにおいて、センス信号発生部１３０は、センス電極１１１に印加するセンス信号を発生させ、センス電極１１１に当該センス信号を交流電圧として印加する。ここで、人体８０の一部８１がセンス電極１１１に近づいた場合には、静電容量ＣＦ１の値が大きくなるため、これに伴い電荷の移動量は増加する。即ち、センス信号発生部１３０によりセンス電極１１１にセンス信号が印加されることにより、検出部１４０は、センス電極１１１における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値として検出し、メモリ１５１に記憶する。判定部１５２は、メモリ１５１に記憶されている検出値に基づき、保持、非保持の判定を行い出力する。具体的には、判定部１５２は、ドライブ電極１１２に第１のドライブ信号を印加している状態で、検出部１４０において検出された第１の検出値と、ドライブ電極１１２に第１のドライブ信号と周波数は同じであって位相の異なる第２のドライブ信号を印加している状態で、検出部１４０において検出された第２の検出値との差分に基づき、第１の電極及び第２の電極の双方に検出対象が近接しているか否かを判定する。具体的な方法は後述するが、ここでは第１のドライブ信号はセンス信号と同じ信号とする。また、第２のドライブ信号は、ドライブ信号発生部１６１において発生したドライブ信号と同じ信号とする。制御部１７０は、上記の一連の静電容量の検出動作の制御を行う。
　また、ドライブ信号制御部１６０は、センス信号またはドライブ信号を選択してドライブ電極１１２に印加する。具体的には、ドライブ信号制御部１６０内に設けられたドライブ信号発生部１６１は、ドライブ信号を発生させる。ドライブ信号制御部１６０内に設けられたスイッチ１６２は、ドライブ電極１１２に接続されるとともにセンス信号発生部１３０とドライブ信号発生部１６１とに接続され、ドライブ電極１１２に対する接続先をセンス信号発生部１３０とドライブ信号発生部１６１との間で切り替えることにより、ドライブ電極１１２に印加される信号を選択する。即ち、ドライブ信号制御部１６０に設けられたスイッチ１６２は、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号またはドライブ信号発生部１６１において発生したドライブ信号を選択し、ドライブ電極１１２に出力する。即ち、ドライブ信号制御部１６０には、センス信号発生部１３０が接続されている。尚、本実施の形態においては、センス信号発生部１３０より出力される交流のセンス信号と、ドライブ信号発生部１６１より出力される交流のドライブ信号とは、周波数は同じであるが位相が１８０°ずれている。センス信号とドライブ信号とは、少なくとも位相がずれていればよいが、位相が１８０°ずれていると検出精度が高くなるため好ましい。
　（検出方法）
　次に、本実施の形態における静電容量検出センサを用いて、センサ部１１０が人の手等により保持されているか否かを判定するための検出方法について、図３に基づき説明する。
　最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、回路部１２０は、センス電極１１１にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号を印加した状態で、ドライブ電極１１２にもセンス信号を印加する。具体的には、センス信号発生部１３０は、センス信号を発生させてセンス電極１１１に印加する。この状態で、ドライブ信号制御部１６０のスイッチ１６２は、センス信号発生部１３０とドライブ電極１１２とを接続することによりセンス信号を選択し、ドライブ電極１１２にセンス信号を印加する。尚、制御部１７０は、これらの動作のタイミングや検出部１４０による検出タイミング、保持判定部１５０による保持判定タイミングの制御を行う。
　次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、センス電極１１１及びドライブ電極１１２にセンス信号が印加された状態で、検出部１４０は、センス電極１１１における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値Ｖｄ１として検出し、メモリ１５１に保存する。この検出値Ｖｄ１は、下記の数１に示されるような値となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号をセンス電極１１１に印加した状態で、ドライブ信号制御部１６０は、ドライブ信号発生部１６１において発生したドライブ信号をドライブ電極１１２に印加する。具体的には、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号をセンス電極１１１に印加した状態で、ドライブ信号制御部１６０内のスイッチ１６２は、ドライブ信号発生部１６１とドライブ電極１１２とを接続することによりドライブ信号を選択し、ドライブ電極１１２にドライブ信号を印加する。
　次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、センス電極１１１にセンス信号を印加し、ドライブ電極１１２にドライブ信号を印加した状態で、検出部１４０は、センス電極１１１における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値Ｖｄ２として検出し、メモリ１５１に保存する。この検出値Ｖｄ２は、下記の数２に示されるような値となる。センス信号とドライブ信号とは、位相が１８０°ずれている逆相の信号であるため、人体８０はＣＦ２を介し微小に逆相に揺られ、検出値Ｖｄ２は、数１に示される検出値Ｖｄ１とは異なる値となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、判定部１５２は、メモリ１５１に記憶されている検出値Ｖｄ１と検出値Ｖｄ２より、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１を算出する。算出される差分Ｖｄ２－Ｖｄ１は、下記の数３に示されるような値となる。数３に示されるように、算出される差分Ｖｄ２－Ｖｄ１は、静電容量ＣＦ１と静電容量ＣＦ２の積に比例した値であり、静電容量ＣＦ１及び静電容量ＣＦ２の双方が、十分大きいときのみ値が大きくなる。従って、人体８０の一部８１がセンス電極１１１にのみ近接している場合や、ドライブ電極１１２にのみ近接している場合には、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は極めて小さい。よって、センス電極１１１及びドライブ電極１１２の双方に人体８０の一部８１が近接している場合にのみ、即ち、センサ部１１０のセンス電極１１１及びドライブ電極１１２が設けられている部分を人体８０の一部８１が保持している場合のみ、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は大きくなる。従来技術における自己容量方式の静電容量検出センサは、ドライブ電極を備えていないのが通常である。しかしながら、本発明の静電容量検出センサは、自己容量方式でありながら本来は存在しないドライブ電極１１２を備え、当該ドライブ電極１１２に周波数は同じで位相が異なる２種類の信号を順次印加し、それぞれの場合におけるセンス電極１１１の静電容量を検知することで、静電容量ＣＦ１と静電容量ＣＦ２の積に比例した値を取り出せることに大きな利点がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）において、判定部１５２は、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈよりも大きいか否かを判断する。判定部１５２は、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈを超えている場合には、第１の電極（センス電極１１１）及び第２の電極（ドライブ電極１１２）の双方に検出対象が近接している判定をする。即ち、ステップ１１４（Ｓ１１４）に移行し保持しているものと判定され、判定部１５２は、保持していることの情報を出力して終了する。また、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ以下の場合には、ステップ１１６（Ｓ１１６）に移行し保持していないものと判定され、判定部１５２は、保持していないことの情報を出力して終了する。
　以上のように、数３に示される差分Ｖｄ２－Ｖｄ１は、センス電極１１１にのみ近接している場合や、ドライブ電極１１２にのみ近接している場合には、値が極めて小さく、センス電極１１１とドライブ電極１１２の双方に検出対象が近接している場合、即ち、センサ部１１０のセンス電極１１１及びドライブ電極１１２が設けられている部分を人体８０の一部８１が保持している場合のみ値が大きくなる。このため、判定部１５２は、センサ部１１０のセンス電極１１１及びドライブ電極１１２が設けられている部分を保持しているか否かを正確に判定することができる。
　また、数３に示される差分Ｖｄ２－Ｖｄ１には、温度変化などによって数値が変化するリーク容量ＣＬ１の成分が存在していないため、温度等の環境変化による依存性がない。このため、温度等の環境によって所定の第１のしきい値Ｖｔｈを変える必要がなく、所定の第１のしきい値Ｖｔｈに固定することができる。従って、センサ部１１０の所定の部分を保持している状態で、静電容量検出センサの電源を投入した場合であっても、得られた差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈを超えていれば、判定部１５２は、センサ部１１０のセンス電極１１１及びドライブ電極１１２が設けられている部分を保持していると判定することができる。
　尚、図４に示されるように、本実施の形態における静電容量検出センサに、異なる人体の各々がセンス電極１１１とドライブ電極１１２に近接している場合には、判定部１５２は、センサ部１１０のセンス電極１１１及びドライブ電極１１２が設けられている部分を保持しているとの判定は行わない。具体的には、人体８０の一部８１がセンス電極１１１に近接し、人体８０とは別の人体１８０の一部１８１がドライブ電極１１２に近接した場合、人体８０はドライブ信号が変化した影響を受けない。このため、ドライブ電極１１２にセンス信号が印加されている場合の検出値Ｖｄ１と、ドライブ電極１１２にドライブ信号が印加されている場合の検出値Ｖｄ２は同じ値となるため、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は、極めて小さい。従って、判定部１５２は、センサ部１１０のセンス電極１１１及びドライブ電極１１２が設けられている部分が保持されているとの判定を行わない。
　このことは、ＣＦ１、ＣＦ２、ＣＦＧ、ＣＬ１の値が、検出値Ｖｄ１を検出する場合と、検出値Ｖｄ２を検出する場合とで変化していないことが前提となるものであるため、検出値Ｖｄ１を検出してから検出値Ｖｄ２を検出するまでの時間は、可能な限り短い方が好ましい。
　尚、検出される検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の分母には、人体とＧＮＤとの間の結合容量ＣＦＧが含まれており、結合容量ＣＦＧの値が保持によって発生する静電容量ＣＦ１、ＣＦ２に対して圧倒的に大きい場合には、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は大きくならない場合がある。
　（実験結果）
　次に、本実施の形態における静電容量検出センサについて、図５に示されるような基板１９０の表面にセンス電極１１１とドライブ電極１１２とを設けた試験装置を用いて行った実験について説明する。ただし、この試験装置においても、センス電極１１１とドライブ電極１１２とは絶縁体により覆われており、人体８０の一部８１が直に電極に接触することはないものとする。
　図６に示されるように、時刻Ｔ１～Ｔ２の間は、センス電極１１１には人体８０の一部８１が近接しているが、ドライブ電極１１２には何も近接していない状態である。この状態では、検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の値はともに上昇するが、検出値Ｖｄ１と検出値Ｖｄ２の値は略同じであるため、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は０に近い値となる。
　時刻Ｔ３～Ｔ４の間は、センス電極１１１には何も近接していないが、ドライブ電極１１２には人体８０の他の一部８２が近接している状態である。この状態では、センス電極１１１には何も近接していないため、検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の値は双方とも変化がなく、よって、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は略０となる。
　時刻Ｔ５～Ｔ６の間は、センス電極１１１には人体８０の一部８１が近接しており、ドライブ電極１１２には同じ人体８０の他の一部８２が近接している状態である。この状態では、検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の値はともに上昇するが、検出値Ｖｄ１の値よりも検出値Ｖｄ２の値の方が大きいため、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は大きく増加する。
　時刻Ｔ７～Ｔ８の間は、センス電極１１１には何も近接していないが、ドライブ電極１１２には人体８０とは異なるものとして真鍮製の棒１８２が近接している状態である。この状態では、センス電極１１１には何も近接していないため、検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の値は双方とも変化がなく、よって、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は略０となる。
　時刻Ｔ８～Ｔ９の間は、センス電極１１１には人体８０の一部８１が近接しており、ドライブ電極１１２には真鍮製の棒１８２が近接している状態である。この状態では、ドライブ電極１１２に近接しているものが、人体８０の他の一部等ではないため、センス電極１１１には人体８０の一部８１が近接することにより、検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の値はともに上昇するが、検出値Ｖｄ１と検出値Ｖｄ２の値は略同じであるため、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は０に近い値となる。
　尚、時刻Ｔ０～Ｔ１の間、時刻Ｔ２～Ｔ３の間、時刻Ｔ４～Ｔ５の間、時刻Ｔ６～Ｔ７の間、時刻Ｔ９以降は、センス電極１１１及びドライブ電極１１２には何も近接していない状態にある。この状態では、センス電極１１１には何も近接していないため、検出値Ｖｄ１及び検出値Ｖｄ２の値は双方とも変化がなく、よって、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は０となる。
　以上のように、時刻Ｔ５～Ｔ６の間のように、センス電極１１１には人体８０の一部８１が近接しており、ドライブ電極１１２には同じ人体８０の他の一部８２が近接している状態では、差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は大きく増加することが確認された。尚、時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９においては、瞬間的に差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値は大きくなるが、検出するための時間の長さを適宜設定することにより、瞬間的に差分Ｖｄ２－Ｖｄ１の値が大きくなった成分を取り除くことができる。
　（変形例１）
　次に、本実施の形態における静電容量検出センサの変形例１について、図７に基づき説明する。図７に示されるように、本変形例における静電容量検出センサは、センス電極１１１とドライブ電極１１２との間にシールド電極１１３が設けられている。このシールド電極１１３には、センス信号発生部１３０によりセンス信号（即ち、第１のドライブ信号）が印加されている。これにより、センス電極１１１とドライブ電極１１２との間の静電容量ＣＳＤを小さくすることができる。
　よって、本変形例は、センス電極１１１とドライブ電極１１２との間の静電容量ＣＳＤの値が無視することができない場合等に適用することが好ましい。
　（変形例２）
　次に、本実施の形態における静電容量検出センサの変形例２について、図８に基づき説明する。図８に示されるように、本変形例における静電容量検出センサは、ドライブ信号制御部１６０内に、第１のドライブ信号発生部１６３と第２のドライブ信号発生部１６４とが設けられており、いずれもスイッチ１６２に接続されている。第１のドライブ信号発生部１６３は、第１のドライブ信号を発生させる。第２のドライブ信号発生部１６４は、第２のドライブ信号を発生させる。スイッチ１６２は、第１のドライブ信号または第２のドライブ信号を選択し、ドライブ電極１１２に印加することができる。第１のドライブ信号発生部１６３において発生した第１のドライブ信号と、第２のドライブ信号発生部１６４において発生した第２のドライブ信号とは位相が１８０°ずれており逆相となっている。第１のドライブ信号と第２のドライブ信号は、少なくとも位相がずれていればよいが、位相が１８０°ずれていると、検出精度が高くなるため好ましい。
　本変形例では、センス信号発生部１３０は、ドライブ信号制御部１６０には接続されてはいない。しかしながら、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号と、第１のドライブ信号または第２のドライブ信号のいずれか一方とは同じ信号であってもよい。この場合には、図２に示されるように、センス信号発生部１３０とドライブ信号制御部１６０とを接続する構成にするより、第１のドライブ信号発生部１６３を省くことができる。この場合、第２のドライブ信号発生部１６４がドライブ信号発生部１６１に相当する。
　〔第２の実施の形態〕
　次に、第２の実施の形態における静電容量検出センサは、図９に示されるように、センサ部２１０は、第１の電極２１１と第２の電極２１２とを有している。本実施の形態においては、第１の電極２１１及び第２の電極２１２は、いずれか一方がセンス電極となり、他方がドライブ電極となる。
　回路部２２０は、センス信号発生部１３０、検出部１４０、保持判定部１５０、ドライブ信号制御部１６０、制御部１７０、ドライブセンス選択部２３０等を有している。また保持判定部１５０は、メモリ１５１と判定部１５２とを有している。ドライブセンス選択部２３０は、第１の電極２１１または第２の電極のうちの一方をセンス電極とし、他方をドライブ電極とする。即ち、ドライブセンス選択部２３０は、センス信号発生部１３０及びドライブ信号制御部１６０と、第１の電極２１１及び第２の電極２１２とをパラレルに接続する場合とクロスに接続する場合とを選択することができる。
　ドライブセンス選択部２３０において、パラレルに接続する場合には、図１０に示されるように、第１の電極２１１とセンス信号発生部１３０とが接続され、第２の電極２１２とドライブ信号制御部１６０とが接続される。この場合には、第１の電極２１１がセンス電極となり、第２の電極２１２がドライブ電極となる。
　また、ドライブセンス選択部２３０において、クロスに接続する場合には、図１１に示されるように、第１の電極２１１とドライブ信号制御部１６０とが接続され、第２の電極２１２とセンス信号発生部１３０とが接続される。この場合には、第１の電極２１１がドライブ電極となり、第２の電極２１２がセンス電極となる。
　本実施の形態においては、第１の電極２１１及び第２の電極２１２において、ドライブセンス選択部２３０によりセンス電極とドライブ電極とを切り替えることにより、本実施形態の静電容量検出センサは、判定部１５２における保持しているか否かの判定の精度を向上させることができる。
　第１の実施の形態と同様に、判定部１５２は、ドライブ電極に第１のドライブ信号を印加している状態で、検出部１４０において検出された第１の検出値と、ドライブ電極に第１のドライブ信号と周波数は同じであって位相の異なる第２のドライブ信号を印加している状態で、検出部１４０において検出された第２の検出値との差分に基づき、第１の電極及び第２の電極の双方に検出対象が近接しているか否かを判定する。具体的な方法は後述するが、ここでは第１のドライブ信号は、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号と同じ信号とする。また、第２のドライブ信号は、ドライブ信号発生部１６１において発生したドライブ信号と同じ信号とする。
　さらに、判定部１５２は、第１の電極２１１をセンス電極とし、第２の電極２１２をドライブ電極とした状態で得られる差分の値と、第２の電極２１２をセンス電極とし、第１の電極２１１をドライブ電極とした状態で得られる差分の値との差が所定の第２のしきい値以下である場合には、第１の電極２１１及び第２の電極２１２の双方に検出対象が近接している判定をする。
　（検出方法）
　次に、本実施の形態における静電容量検出センサを用いて、センサ部２１０が人の手等により保持されているか否かを判定するための検出方法について、図１２に基づき説明する。尚、センス信号とドライブ信号とは、位相が１８０°ずれている逆相の信号である。
　最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、図１０に示されるように、ドライブセンス選択部２３０においてパラレルに接続、即ち、第１の電極２１１とセンス信号発生部１３０とを接続し、第２の電極２１２とドライブ信号制御部１６０とを接続する。これにより、第１の電極２１１がセンス電極となり、第２の電極２１２がドライブ電極となる。
　次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、センス電極となる第１の電極２１１にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号を印加した状態で、ドライブ信号制御部１６０は、ドライブ電極となる第２の電極２１２にもセンス信号を印加する。具体的には、第１の電極２１１にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号を印加した状態で、ドライブ信号制御部１６０内のスイッチ１６２は、センス信号発生部１３０と第２の電極２１２とを接続することにより、第２の電極２１２にセンス信号を印加する。
　次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）において、第１の電極２１１及び第２の電極２１２にセンス信号が印加された状態で、検出部１４０は、センス電極である第１の電極２１１における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値Ｖｓ１ｄ１として検出し、メモリ１５１に保存する。
　次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）において、センス電極となる第１の電極２１１にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号を印加した状態で、ドライブ信号制御部１６０は、ドライブ電極となる第２の電極２１２にドライブ信号発生部１６１において発生したドライブ信号を印加する。具体的には、第１の電極２１１にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号を印加した状態で、ドライブ信号制御部１６０内のスイッチ１６２は、ドライブ信号発生部１６１と第２の電極２１２とを接続することにより、第２の電極２１２にドライブ信号を印加する。
　次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）において、第１の電極２１１にセンス信号が印加され、第２の電極２１２にドライブ信号が印加された状態で、検出部１４０は、センス電極である第１の電極２１１における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値Ｖｓ１ｄ２として検出し、メモリ１５１に保存する。
　次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、判定部１５２は、メモリ１５１に記憶されている検出値Ｖｓ１ｄ１と検出値Ｖｓ１ｄ２より、差分Ｄ１＝Ｖｓ１ｄ２－Ｖｓ１ｄ１を算出する。
　次に、ステップ２１４（Ｓ２１４）において、ドライブセンス選択部２３０は、図１１に示されるようにクロスに接続、即ち、第１の電極２１１とドライブ信号制御部１６０とを接続し、第２の電極２１２とセンス信号発生部１３０とを接続する。これにより、第１の電極２１１がドライブ電極となり、第２の電極２１２がセンス電極となる。
　次に、ステップ２１６（Ｓ２１６）において、センス電極となる第２の電極２１２にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号が印加された状態で、ドライブ信号制御部１６０は、ドライブ電極となる第１の電極２１１にもセンス信号を印加する。具体的には、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号が第２の電極２１２に印加された状態で、ドライブ信号制御部１６０内におけるスイッチ１６２は、センス信号発生部１３０と第１の電極２１１とを接続することにより、第１の電極２１１にセンス信号を印加する。
　次に、ステップ２１８（Ｓ２１８）において、第１の電極２１１及び第２の電極２１２にセンス信号が印加された状態で、検出部１４０は、センス電極である第２の電極２１２における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値Ｖｓ２ｄ１として検出し、メモリ１５１に保存する。
　次に、ステップ２２０（Ｓ２２０）において、センス電極となる第２の電極２１２にセンス信号発生部１３０において発生したセンス信号が印加された状態で、ドライブ信号制御部１６０は、ドライブ電極となる第１の電極２１１にドライブ信号発生部１６１において発生したドライブ信号を印加する。具体的には、センス信号発生部１３０において発生したセンス信号が第２の電極２１２に印加された状態で、ドライブ信号制御部１６０内におけるスイッチ１６２は、ドライブ信号発生部１６１と第１の電極２１１とを接続し、第１の電極２１１にドライブ信号を印加する。
　次に、ステップ２２２（Ｓ２２２）において、第２の電極２１２にセンス信号が印加され、第１の電極２１１にドライブ信号が印加された状態で、検出部１４０は、センス電極である第２の電極２１２における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値Ｖｓ２ｄ２として検出し、メモリ１５１に保存する。
　次に、ステップ２２４（Ｓ２２４）において、判定部１５２は、メモリ１５１に記憶されている検出値Ｖｓ２ｄ１と検出値Ｖｓ２ｄ２より、差分Ｄ２＝Ｖｓ２ｄ２－Ｖｓ２ｄ１を算出する。
　次に、ステップ２２６（Ｓ２２６）において、判定部１５２は、差分Ｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判断する。差分Ｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きい場合には、ステップ２２８に移行し、差分Ｄ１の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ１以下の場合には、ステップ２３２に移行する。
　次に、ステップ２２８（Ｓ２２８）において、判定部１５２は、差分Ｄ２の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判断する。差分Ｄ２の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ１よりも大きい場合には、ステップ２３０に移行し、差分Ｄ２の値が所定の第１のしきい値Ｔｈ１以下の場合には、ステップ２３２に移行する。
　次に、ステップ２３０（Ｓ２３０）において、判定部１５２は、Ｄ２－Ｄ１の値が所定の第２のしきい値Ｔｈ２以下であるか否かを判断する。Ｄ２－Ｄ１の値が所定の第２のしきい値Ｔｈ２以下である場合には、ステップ２３４に移行し、Ｄ２－Ｄ１の値が所定の第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きい場合には、ステップ２３２に移行する。
　ステップ２３２（Ｓ２３２）では、判定部１５２は、センサ部２１０の第１の電極２１１及び第２の電極２１２が設けられている部分を保持していないものと判定し、保持していないことの情報を出力して終了する。ステップ２３４（Ｓ２３４）では、判定部１５２は、第１の電極２１１及び第２の電極２１２の双方に検出対象が近接している判定をする。即ち、判定部１５２は、センサ部２１０の第１の電極２１１及び第２の電極２１２が設けられている部分を保持しているものと判定し、保持していることの情報を出力して終了する。
　本実施の形態における静電容量検出センサは、第１の電極２１１及び第２の電極２１２において、センス電極とドライブ電極と入れ換えることにより、ノイズ等の影響による誤検出を抑制することができる。差分Ｄ１の値及び差分Ｄ２の値は、数３の右辺の値に比例した値であり、原則的には、センス電極とドライブ電極とを入れ換えても同じ値となる。ノイズ等の影響で差分Ｄ１の値または差分Ｄ２の値が瞬間的に大きな値となる可能性はあるが、差分Ｄ１の値及び差分Ｄ２の値の双方が大きな値となり、かつ、その値が略同じとなる確率は極めて低い。従って、ノイズ等の影響で差分Ｄ１の値または差分Ｄ２の値が瞬間的に大きな値となった場合には、Ｄ２－Ｄ１の値が所定の第２のしきい値Ｔｈ２よりも大きくなるので、判定部１５２は、ノイズ等の影響に惑わされることなく、センサ部２１０の第１の電極２１１及び第２の電極２１２が設けられている部分を保持していないものと判定するので、検出精度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。
　〔第３の実施の形態〕
　次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１または第２の実施の形態における静電容量検出センサを用いたステアリングハンドル、ドアハンドル、スマートフォン等である。本実施の形態におけるステアリングハンドル３０１は、図１３に示されるように、手前側に第１の電極３１１が取り付けられており、奥側に第２の電極３１２が取り付けられており、例えば、ステアリングハンドル３０１を握った際に、人体の親指３８１が第１の電極３１１に近接し、人差し指３８２が第２の電極３１２に近接したことを検出するものである。これにより、ステアリングハンドル３０１を保持していることの判定を正確に行うことができる。
　尚、第１の実施の形態における静電容量検出センサでは、第１の電極３１１及び第２の電極３１２のうちのいずれか一方が、センス電極１１１に対応し、他方がドライブ電極１１２に対応する。また、第２の実施の形態における静電容量検出センサでは、第１の電極３１１は第１の電極２１１に対応し、第２の電極３１２は第２の電極２１２に対応する。
　また、本実施の形態におけるドアハンドル３０２は、図１４に示されるように、手前側に第１の電極３１１が取り付けられており、奥側に第２の電極３１２が取り付けられており、例えば、ドアハンドル３０２を握った際に、人体の親指３８１が第１の電極３１１に近接し、人差し指３８２や中指３８３等の親指３８１以外の指が第２の電極３１２に近接したことを検出するものである。これにより、ドアハンドル３０２を保持していることの判定を正確に行うことができる。
　また、本実施の形態におけるスマートフォン３０３は、左側の側面近傍に電極３２１、３２２、３２３、３２４が取り付けられており、右側の側面近傍に電極３２５、３２６、３２７、３２８が取り付けられており、電極３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８のうちから、センス電極とドライブ電極とを選択し、選択された２つの電極の双方に、人体の親指３８１、人差し指３８２、中指３８３、薬指３８４、小指３８５のいずれかが近接したことを検知するものである。これにより、スマートフォン３０３を保持していることの判定を正確に行うことができる。
　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、特許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。
　本国際出願は、２０１９年５月２２日に出願した日本国特許出願第２０１９－０９５９３０号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
８０　　　　人体
８１　　　　一部
８２　　　　他の一部
１１０　　　センサ部
１１１　　　センス電極
１１２　　　ドライブ電極
１２０　　　回路部
１３０　　　センス信号発生部
１４０　　　検出部
１５０　　　保持判定部
１５１　　　メモリ
１５２　　　判定部
１６０　　　ドライブ信号制御部
１６１　　　ドライブ信号発生部
１６２　　　スイッチ
１７０　　　制御部

Claims (11)

  1. 　第１の電極と、
    　第２の電極と、
    　前記第１の電極または前記第２の電極のうちの一方をセンス電極とし、前記センス電極に印加するセンス信号を発生させるセンス信号発生部と、
    　前記センス信号発生部により前記センス信号が前記センス電極に印加されることにより、前記センス電極における静電容量に対応した電荷の移動量を検出値として検出する検出部と、
    　を有する自己容量方式による静電容量検出センサにおいて、
    　前記第１の電極または前記第２の電極のうちの他方をドライブ電極とし、
    　前記ドライブ電極に第１のドライブ信号を印加している状態で、前記検出部において検出された第１の検出値と、前記ドライブ電極に前記第１のドライブ信号と周波数は同じであって位相の異なる第２のドライブ信号を印加している状態で、前記検出部において検出された第２の検出値との差分に基づき、前記第１の電極及び前記第２の電極の双方に検出対象が近接しているか否かを判定する判定部と、
    　を有することを特徴とする静電容量検出センサ。
  2. 　前記第１のドライブ信号は前記センス信号と同じ信号であり、
    　前記第２のドライブ信号はドライブ信号であり、
    　前記ドライブ電極に、前記センス信号または前記ドライブ信号を選択して印加するドライブ信号制御部を有し、
    　前記ドライブ信号制御部は、
    　前記ドライブ信号を発生させるドライブ信号発生部と、
    　前記センス信号発生部と前記ドライブ信号発生部とに接続され、前記センス信号または前記ドライブ信号を選択する選択部と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出センサ。
  3. 　前記ドライブ電極に、前記第１のドライブ信号または前記第２のドライブ信号を選択して印加するドライブ信号制御部を有し、
    　前記ドライブ信号制御部は、
    　前記第１のドライブ信号を発生させる第１のドライブ信号発生部と、
    　前記第２のドライブ信号を発生させる第２のドライブ信号発生部と、
    　前記第１のドライブ信号または前記第２のドライブ信号を選択する選択部と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出センサ。
  4. 　前記判定部は、前記差分の値が、所定の第１のしきい値を超えている場合には、前記第１の電極及び前記第２の電極の双方に検出対象が近接している判定をすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電容量検出センサ。
  5. 　前記センス電極と前記ドライブ電極との間に設けられ、前記センス信号が印加されたシールド電極をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の静電容量検出センサ。
  6. 　前記第１のドライブ信号と前記第２のドライブ信号とは、位相が１８０°ずれていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の静電容量検出センサ。
  7. 　前記センス電極と前記ドライブ電極との距離は、１ｍ以下であ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静電容量検出センサ。
  8. 　前記センス電極及び前記ドライブ電極は、ステアリングハンドルに取り付けられており、
    　前記センス電極及び前記ドライブ電極のうちのいずれか一方は前記ステアリングハンドルの手前側、他方は前記ステアリングハンドルの奥側に取り付けられてい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静電容量検出センサ。
  9. 　前記第１の電極または前記第２の電極のうちの一方を前記センス電極とし、他方を前記ドライブ電極とするドライブセンス選択部を有し、
    　前記判定部は、前記第１の電極をセンス電極とし、前記第２の電極をドライブ電極とした状態で得られる前記差分の値と、前記第２の電極をセンス電極とし、前記第１の電極をドライブ電極とした状態で得られる前記差分の値と、の差が、所定の第２のしきい値以下である場合には、前記第１の電極及び前記第２の電極の双方に検出対象が近接している判定をす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静電容量検出センサ。
  10. 　前記ドライブ電極は複数設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の静電容量検出センサ。
  11. 　前記第１の電極と前記第２の電極とを含む３つ以上の電極が設けられており、
    　前記３つ以上の電極のうちから、前記センス電極及び前記ドライブ電極を選択することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の静電容量検出センサ。
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