検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置
【課題】検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知すること。
【解決手段】検知電極１１０は、矩形板状の外観を有して形成され、第１センサ部１１１と、第２センサ部１１２とを備え、さらに第１センサ部１１１の外縁側にシールド部１１９を備える。第１および第２センサ部１１１，１１２は、平面的に形成された銅箔などをロの字状にパターン形成してなる。第１および第２センサ部１１１，１１２は、第１センサ部１１１が電極全体の外縁側に配置され、第２センサ部１１２が電極の中心Ｑ側に第１センサ電極１１１により外縁側が囲まれるように配置され、一部が接続部１１８によって電気的に接続されている。
【解決手段】検知電極１１０は、矩形板状の外観を有して形成され、第１センサ部１１１と、第２センサ部１１２とを備え、さらに第１センサ部１１１の外縁側にシールド部１１９を備える。第１および第２センサ部１１１，１１２は、平面的に形成された銅箔などをロの字状にパターン形成してなる。第１および第２センサ部１１１，１１２は、第１センサ部１１１が電極全体の外縁側に配置され、第２センサ部１１２が電極の中心Ｑ側に第１センサ電極１１１により外縁側が囲まれるように配置され、一部が接続部１１８によって電気的に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知領域に存する物体との間の静電容量を検知する検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置に関し、特に簡単な構成で安定的に静電容量を検知することができる検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検知領域に存する物体を検出するものとして、次のようなものが知られている。すなわち、下記特許文献１に開示されている物体検出装置は、電極間隔が一定とされた複数のセンサ電極を樹脂にインサートして、インサート成形によりセンサ電極ユニットを形成している。このセンサユニットは、中空の断面略矩形状で、その少なくとも一辺にセンサ電極が設けられ、これにより検出性能を維持して取付自由度を向上させるとしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１３２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている物体検出装置では、例えば複数のセンサ電極の中心と検知対象物（物体）の中心とが正対しているような場合では、各センサ電極によって安定的に静電容量を検知することができるが、これらの中心がずれてしまっている場合には、前者の場合と比べて静電容量値が大きく変化してしまうことがある。
【０００５】
この場合は、正確に検知対象物を検知したり識別したり（例えば、検知対象物の位置を検出したり、大きさや種類などを識別したり）することができず、検出性能が低下してしまうおそれがあるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができる検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る検知電極は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する検知電極であって、外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る検知電極は、以上のように構成することにより、箔状のセンサ部がいわゆるべた塗り状態で形成されたものと比べて、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができる。
【０００９】
前記複数のセンサ部は、例えば中心が同位置になるように配置されている。また、前記少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、例えば前記複数のセンサ部の中心位置を中心として互いに対称となるように形成されている。
【００１０】
また、前記複数のセンサ部は、例えば対向する一組以上の辺を有する多角形状に形成されており、外縁がより小さいセンサ部の前記対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように形成されている。
【００１１】
さらに、前記複数のセンサ部は、例えばそれぞれ一部を除いて非接触状態で設けられている。また、前記複数のセンサ部は、例えば二重または三重の囲繞形状に設けられている。
【００１２】
そして、最も外縁がより大きいセンサ部のさらに外縁側に、例えば該センサ部を囲むようにシールド部が設けられていてもよく、前記シールド部は、例えば前記センサ部と同等の電位が与えられ、または接地されている。
【００１３】
本発明に係るヘッドレスト位置調整装置は、車両の座席に備えられたヘッドレストに高さ方向に沿って並設された状態で設けられ、前記座席に着座した人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の静電容量を検知する複数の検知電極と、前記複数の検知電極からの検知信号が示す静電容量値を検出する検出回路と、前記検出回路によって検出された静電容量値を用いて、前記ヘッドレストの前記座席に対する位置を前記頭部への適正位置に調整する位置調整手段とを備え、前記複数の検知電極には、それぞれ外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のヘッドレスト位置調整装置は、以上のように構成することにより、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に静電容量値を検出して、ヘッドレストの座席に対する位置を頭部への適正位置に自動的に調整することができる。このため、ヘッドレストに対して頭部が正対していない状態であっても短時間で高精度なヘッドレストの位置調整を行うことが可能となる。また、自動的にヘッドレストの座席に対する位置を調整することができるため、ヘッドレスト位置未調整に伴う車両の衝突時などにおける乗員の頸椎損傷などの事故防止を図ることができる。
【００１５】
なお、前記複数の検知電極は、例えば前記ヘッドレストの高さ方向全域にわたって等間隔をおいて配置されていたり、また、例えばそれぞれ前記ヘッドレストの前方表面に沿った前記高さ方向と交差する幅方向に長手方向を有する矩形短冊状の外観を持って形成され、前記ヘッドレストの前面側に配置されている。さらに、前記複数の検知電極は、例えば前記ヘッドレストの前面側に少なくとも５つ設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができる。また、本発明によれば、ヘッドレストの座席に対する位置を頭部への適正位置に自動的に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る検知電極を説明するための説明図、図２は比較例の検知電極を説明するための説明図、図３は本発明の一実施の形態に係る他の検知電極を説明するための説明図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る検知電極１１０は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知するものであり、例えば矩形板状（矩形短冊状）の外観を有する形状で形成され、第１センサ部１１１と、第２センサ部１１２とを備えて構成されている。また、本例の検知電極１１０は、第１および第２センサ部１１１，１１２のさらに外縁側に、外乱などの影響を防ぐためのシールド部１１９を備えている。
【００２０】
検知電極１１０の第１および第２センサ部１１１，１１２は、平面的に形成された（配置された）銅箔などを囲繞形状（ここでは、ロの字状）にパターン形成してなる。第１センサ部１１１は、検知電極１１０全体の外縁に沿って、例えば長さＡおよびＢの幅を有するロの字状で形成され、第２センサ部１１２は、第１センサ部１１１よりも検知電極１１０の中心Ｑ側かつ第１センサ部１１１に囲まれるように、長さａおよびｂの幅を有するロの字状で形成されている。
【００２１】
そして、第１および第２センサ部１１１，１１２は、例えばそれぞれ矩形の四隅の部分で、両センサ部１１１，１１２を繋ぐ接続部１１８により電気的に接続されている。すなわち、第１および第２センサ部１１１，１１２は、一部（接続部１１８）を除いて非接触状態（電気的に絶縁された状態）に形成されている。この場合の検知電極１１０は、いわゆる二重ロの字状に第１および第２センサ部１１１，１１２が形成されたものである。
【００２２】
シールド部１１９は、ここでは第１センサ部１１１の外縁側に、この第１センサ部１１１を囲むように形成され、例えば両センサ部１１１，１１２の電位と同等の電位が与えられて駆動されたり、接地されたりしている。なお、このシールド部１１９は必須の構成ではないので、検知電極１１０の外乱などの影響を受けにくい設置環境下などでは形成されていなくてもよい。
【００２３】
この検知電極１１０においては、上記第１センサ部１１１と第２センサ部１１２とが次のような特徴を有する。すなわち、第１センサ部１１１の幅ＡおよびＢは、それぞれ第２センサ部１１２の幅ａおよびｂよりも長くなるように形成されている。また、第１センサ部１１１の表面積は、第２センサ部１１２の表面積よりも広くなるように形成されている。なお、第１および第２センサ部１１１，１１２の幅は、それぞれ一定（すなわち、幅ＡおよびＢが同一で、幅ａおよびｂが同一）であってもよい。
【００２４】
このように、本例の検知電極１１０は、電極全体の外縁側から中心Ｑ側に向かって順に表面積および幅の少なくとも一つが小さくなり、かつ外縁側の第１センサ部１１１が中心Ｑ側の第２センサ部１１２を内側に囲むように設けられている。つまり、本例の検知電極１１０は、それぞれ外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部（第１センサ部１１１）が外縁がより小さいセンサ部（第２センサ部１１２）を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状のセンサ部１１１，１１２を備えている。
【００２５】
すなわち、これらセンサ部１１１，１１２は、外縁がより小さいセンサ部１１２の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部１１１の幅よりも狭くなるように設けられている。具体的には、これらセンサ部１１１，１１２は、外縁がより大きいセンサ部（第１センサ部１１１）の表面積および幅の少なくとも一つが、外縁がより小さいセンサ部（第２センサ部１１２）の表面積および幅の少なくとも一つよりも大きくなるように設けられているといえる。
【００２６】
より具体的には、各センサ部１１１，１１２は、中心Ｑが同位置になるように配置されており、上述した少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、この中心Ｑの位置を中心として互いに対称となるように形成されている。このため、この検知電極１１０においては、検知対象物の中心が電極の中心Ｑと正対しているときはもとより、電極の中心Ｑと正対せずに電極に向かって左右あるいは上下にずれているときであっても、安定的に静電容量を検知することが可能となる。
【００２７】
なお、この検知電極１１０は、具体的には、例えばＹ軸方向の全体幅が１４０ｍｍで、第１センサ部１１１の全体幅が１３６ｍｍに形成されている。また、例えばＸ軸方向の全体幅が１００ｍｍで、第１センサ部１１１の全体幅が９６ｍｍに形成されている。また、シールド部１１９は、第１センサ部１１１の外縁との間に約１ｍｍのギャップを介して幅１ｍｍで囲むように形成されている。
【００２８】
そして、本出願人は、このように構成された検知電極１１０の検知特性を調べるために、次の条件にて実験を行った。この実験では、検知電極１１０の中心ＱからＹ軸方向に２０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲において、それぞれ（ａ）３０ｍｍ，（ｂ）４０ｍｍ，（ｃ）５０ｍｍ，（ｄ）６０ｍｍと位置する測定点において、例えば検知対象物としての直径１６０ｍｍ（φ１６０ｍｍ）の球体を検知面と直交するＺ軸方向に１０ｍｍ，６０ｍｍと離した状態での検知電極１１０からの出力変化量ΔＣ（ｐＦ）を算出した。この算出結果は、図１（ｂ）に示すような結果となった。
【００２９】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、上記（ａ）〜（ｄ）の各測定点における出力変化量ΔＣは、ほぼすべて１．２５ｐＦ〜１．７５ｐＦの範囲に収まったため、Ｙ軸方向に検知対象物がずれたとしても、安定して変化量の少ない出力特性で高出力の静電容量を検知することができるといえる結果となった。
【００３０】
一方、比較例として、図２（ａ）に示すように、第１センサ部１１１ｃおよびシールド部１１９ｃを有する検知電極１１０ｃにおいて、上記条件と同様に、中心ＱｃからＹ軸方向に検知対象物が上記各測定点（ａ）〜（ｄ）に位置する場合について、同様に実験を行った。その結果、図２（ｂ）に示すように、上記（ａ）〜（ｄ）の各測定点における出力変化量ΔＣは、ほぼすべて０．７５ｐＦ〜１．２５ｐＦの範囲に収まったが、結果的に安定して変化量の少ない出力特性とはいえるが、高出力の静電容量を検知することはできなかった。
【００３１】
したがって、本例の検知電極１１０のように、ロの字状のセンサ部１１１，１１２が二重に形成されている場合には、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができることが判明した。そして、このような出力特性などを有する検知電極１１０を用いれば、静電容量を利用して制御などを行う場合のしきい値の設定可能範囲を広げたり、電極そのものの検知性能をさらに向上させたりすることができるため、様々な状況にて有効利用することが可能となる。
【００３２】
なお、図３（ａ）に示すように、第１および第２センサ部１１１，１１２の他に、さらに第２センサ部１１２の内側にロの字状の第３センサ部１１３を形成し、各センサ部１１１〜１１３を接続部１１８により電気的に接続した検知電極１１０Ａについても、上記条件と同様に実験を行った。そして、第３センサ部１１３は、図示は省略するが、その表面積および幅のいずれかは、第１および第２センサ部１１１，１１２の表面積および幅よりも小さくなるように形成されている。
【００３３】
この結果、図３（ｂ）に示すように、上記（ａ）〜（ｄ）の各測定点における出力変化量ΔＣは、ほぼすべて１．５ｐＦ〜２．５ｐＦの範囲に収まったため、Ｙ軸方向に検知対象物がずれたとしても、安定して変化量の少ない出力特性で高出力の静電容量を検知することができるといえる結果となった。したがって、この検知電極１１０Ａのように、ロの字状のセンサ部１１１〜１１３が三重に形成されている場合でも、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することが可能となる。
【００３４】
なお、上述した例では検知電極１１０，１１０Ａが二重あるいは三重のロの字状のセンサ部を有する場合について説明したが、センサ部は、ロの字状だけではなく、円形や楕円形、あるいは対向する一組以上の辺を有する多角形状などの囲繞形状であればよく、これ以上の数（例えば、四重、五重など）の囲繞形状で形成されていてもよい。上記多角形状である場合は、外縁がより小さいセンサ部（例えば、センサ部１１２）の対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部（例えば、センサ部１１１）の幅よりも狭くなればよい。
【００３５】
次に、上述した検知電極１１０または１１０Ａを用いたヘッドレスト位置調整装置について説明する。図４は、本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置を配置した車両の座席の例を示す概略図、図５は同ヘッドレスト位置調整装置の一部のヘッドレストにおける配置例を示す説明図、図６は同ヘッドレスト位置調整装置の全体構成の例を示すブロック図である。
【００３６】
また、図７は、同ヘッドレスト位置調整装置の静電容量検知回路の構成例を示すブロック図、図８は同ヘッドレスト位置調整装置の検出回路の動作波形の例を示す動作波形図である。なお、以降において、既に説明した箇所と重複する箇所については説明を割愛し、本発明に特に関わる部分以外は明記しない場合があることとする。
【００３７】
図４および図５に示すように、ヘッドレスト位置調整装置１００は、車両などの座席４０に設けられ、例えば座席４０のヘッドレスト４３に配置された静電容量センサ部１０と、座席４０の背もたれ部４１に配置された駆動モータ部３０とを備えて構成されている。本実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置１００では、静電容量センサ部１０と駆動モータ部３０は、例えばハーネス２９により電気的に接続されている。
【００３８】
静電容量センサ部１０は、例えば基板１９の一方の面側に形成された複数の検知電極１１〜１５と、この基板１９の他方の面側に形成された検出回路２０とを備えて構成され、座席４０の着座部４２に着座した人体４８の頭部４９とヘッドレスト４３（具体的には、検知電極１１〜１５）との間の静電容量を検知する。
【００３９】
基板１９は、例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板あるいはリジッドフレキシブル基板により構成されている。また、複数の検知電極１１〜１５は、上述した検知電極１１０，１１０Ａと同様の構成を備え、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）あるいはエポキシ樹脂などの絶縁体からなる基板１９上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムなどからなる第１および第２センサ部１１１，１１２を有する。
【００４０】
これら複数の検知電極１１〜１５は、例えばヘッドレスト４３の前面側において、ヘッドレスト４３の前方の表面に沿った高さ方向と交差する幅方向に、その長手方向を有する矩形短冊状に形成され、ヘッドレスト４３の高さ方向に沿って検知電極１１〜１５の幅方向が並ぶように高さ方向全域にわたって等間隔をおいて並設された状態で配置されている。
【００４１】
そして、複数の検知電極１１〜１５には、例えばそれぞれ電極番号１〜５が割り当てられている。これら複数の検知電極１１〜１５は、本例では５つ設けられているが、例えば検出された検知信号の出力が最も高い検知電極がヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’よりも上方に位置するような態様や数が配置されていればよく、例えば５以上設けられていてもよい。
【００４２】
検出回路２０は、複数の検知電極１１〜１５からの検知信号に基づいて、これら各検知電極１１〜１５のうち、例えば検知信号の出力が最も高い検知電極を検出する。この検出回路２０は、図６に示すように、例えば複数の検知電極１１〜１５とそれぞれ一対一で接続され、各検知電極１１〜１５により検知された静電容量を示す情報を出力する複数の静電容量検知回路２１〜２５と、これら複数の静電容量検知回路２１〜２５と接続され、各静電容量検知回路２１〜２５から出力された情報に基づく静電容量値を比較して検知された静電容量値が最も大きい検知電極を検出し、検出結果に応じたヘッドレスト４３の駆動情報を駆動モータ部３０のモータ駆動回路（図示せず）に出力する演算処理回路２８とを備えて構成されている。
【００４３】
複数の静電容量検知回路２１〜２５は、例えば各検知電極１１〜１５と頭部４９との間の静電容量に応じてデューティー比が変化するパルス信号を生成するとともに平滑化して検知信号を出力する。演算処理回路２８は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えてなり、各静電容量検知回路２１〜２５から出力された検知信号に基づく静電容量値を比較して、例えば検知された静電容量値が最も大きい検知電極を検出するとともに、ヘッドレスト４３の位置を変化させる駆動モータ部３０に対して検出結果に基づく制御信号（駆動情報）を出力する。
【００４４】
各静電容量検知回路２１（２２〜２５）は、図７に示すように、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路１０１と、入力端に接続された静電容量Ｃの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐｏを出力するタイマー回路１０２と、このパルス信号Ｐｏを平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３とを備えて構成されている。
【００４５】
タイマー回路１０２は、例えば２つの比較器２０１，２０２と、これら比較器２０１，２０２の出力がそれぞれリセット端子Ｒおよびセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ（以下、「ＲＳ−ＦＦ」と呼ぶ。）２０３と、このＲＳ−ＦＦ２０３の出力ＤＩＳをＬＰＤ１０３に出力するバッファ２０４と、ＲＳ−ＦＦ２０３の出力ＤＩＳでオン／オフ制御させるトランジスタ２０５とを備えて構成されている。
【００４６】
比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図８に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖｔｈ２と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ−ＦＦ２０３のＱ出力をセットする。
【００４７】
このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ２０５をオフ状態にし、検知電極１１（１２〜１５）およびグランドの間を、各検知電極１１（１２〜１５）の対接地静電容量Ｃおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Ｖｉｎの電位が静電容量Ｃによって決まる速度で上昇する。
【００４８】
入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器２０１の出力が反転してＲＳ−ＦＦ２０３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２０５がオン状態となって、検知電極１１（１２〜１５）に蓄積された電荷がトランジスタ２０５を介して放電される。
【００４９】
したがって、このタイマー回路１０２は、図８に示すように、検知電極１１（１２〜１５）および接近した人体４８の頭部４９との間の静電容量Ｃに基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐｏを出力する。ＬＰＦ１０３は、この出力を平滑化することにより、図８に示すような直流の検知信号Ｖｏｕｔを出力する。なお、図８中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。
【００５０】
駆動モータ部３０は、各静電容量検知回路２１〜２５からの検知信号Ｖｏｕｔによって、例えば検知信号の出力が最も高い（大きい）検知電極（以下、「該当検知電極」と呼ぶ。）を検出した演算処理回路２８からの制御信号に基づいて、図示しない駆動モータを制御して、ヘッドレスト４３の座席４０の背もたれ部４１に対する位置を、該当検知電極がヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’よりも上方に位置するように変化させるモータ駆動回路と、このモータ駆動回路の制御により、ヘッドレスト４３の位置を実際に移動させる駆動モータとを備えて構成されている。
【００５１】
なお、この駆動モータは、この実施の形態ではヘッドレスト４３を支持軸４３ａを介して上下方向（高さ方向）に移動自在に駆動するが、これに加えて例えば上下方向とそれぞれ交差する左右方向や前後方向に移動自在に駆動するようにしてもよい。また、ヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’は、ここではヘッドレスト４３の前面側を正面に見たときの中心部分を指すが、ヘッドレスト４３の形状等によりその位置は適宜変化してもよい。
【００５２】
このように構成されたヘッドレスト位置調整装置１００では、例えば初期状態（ヘッドレスト４３の位置が背もたれ部４１に対して最も近い状態）において、静電容量センサ部１０の各検知電極１１〜１５にて頭部４９との間の静電容量Ｃを検知し、検出回路２０にてその出力のピークを検出して比べることで、例えば出力が最も高い電極である該当検知電極を検出する。そして、この該当検知電極の位置が、ヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’よりも上方に位置するときがヘッドレスト４３の頭部４９に対する適正位置として位置調整を行う。
【００５３】
また、このヘッドレスト位置調整装置１００では、各検知電極１１〜１５が、上述した検知電極１１０，１１０Ａと同様の構成からなる。このため、図５に示すように、各検知電極１１〜１５の中心に対して頭部４９が正対する場合でも、頭部４９がヘッドレスト４３の左右方向にずれて各検知電極１１〜１５と正対しない場合（すなわち、検知対象物（頭部４９）と電極（検知電極１１〜１５）との中心がずれてしまっている場合）でも、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に静電容量値を検出することができる。
【００５４】
これにより、短時間で高精度なヘッドレスト４３の位置調整を行うことが可能となる。また、自動的に最適な位置にヘッドレスト４３を移動させることができるので、ヘッドレスト４３の位置未調整に伴う衝突時などにおける人体４８の頸椎損傷などの事故防止を図ることができる。
【００５５】
なお、この実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置１００の静電容量センサ部１０と駆動モータ部３０は、ハーネス２９により電気的に接続されていたが、例えば無線などのデバイスによって遠隔制御可能に構成されていてもよい。また、駆動モータ部３０が静電容量センサ部１０と一体的に構成され、ヘッドレスト４３側に配置されていてもよい。
【００５６】
さらに、検出回路２０は、例えば検知信号の出力が最も高い検知電極を検出してヘッドレスト４３を移動させる他に、演算処理回路２８によって、車両の乗員（人体）の頭部４９の形状をプロファイルし、このプロファイル結果から適正位置をあらかじめ記憶しておき、位置調整開始時に記憶されたプロファイルを読み出してヘッドレスト４３を乗員に合わせて移動するようにしてもよい。
【００５７】
その他、検出回路２０は、例えばヘッドレスト位置調整装置１００の工場出荷時などにあらかじめプリセットされた人体４９のプロファイル情報（頭部４９の形状に関する情報を含む）やヘッドレスト４３の形状（大きさ、表面形状など）に関する情報などに基づいて、ヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’を含めた任意の位置を、頭部４９の中心位置Ｐと水平方向に一致する位置に合わせるように移動させるようにしてもよい。
【００５８】
図９は、本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。図９に示すように、検出回路２０は、各検知電極１１〜１５と接続された時分割回路２６と、この時分割回路２６により各検知電極１１〜１５にてそれぞれ異時的に検知された静電容量を示す情報を出力する静電容量検知回路２７とを備える。
【００５９】
また、この静電容量検知回路２７から出力された情報に基づく静電容量値を比較して、例えば検知された静電容量値が最も大きい該当検知電極を検出し、検出結果に応じたヘッドレスト４３の駆動情報を駆動モータ部３０のモータ駆動回路に出力する演算処理回路２８を備える。
【００６０】
このように検出回路２０を構成すれば、時分割回路２６を介して各検知電極１１〜１５にて静電容量を順番に走査（スキャニング）し、その結果に基づき、例えば出力が最も高い該当検知電極を検出して上述したようなヘッドレスト４３の位置調整を行うことが可能となる。したがって、このような構成の検出回路２０を採用しても、短時間で高精度なヘッドレスト４３の位置調整を行うことが可能となる。
【００６１】
なお、上述した一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置１００では、車両の座席４０のヘッドレスト４３にヘッドレスト位置調整装置１００を適用した場合を例に挙げて説明したが、このヘッドレスト位置調整装置１００は、車両のみならず、その他にも、ヘッドレストの位置を可変可能なアトラクションにおける座席や、劇場観賞用の座席などに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る検知電極を説明するための説明図である。
【図２】比較例の検知電極を説明するための説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る他の検知電極を説明するための説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置を配置した車両の座席の例を示す概略図である。
【図５】同ヘッドレスト位置調整装置の一部のヘッドレストにおける配置例を示す説明図である。
【図６】同ヘッドレスト位置調整装置の全体構成の例を示すブロック図である。
【図７】同ヘッドレスト位置調整装置の静電容量検知回路の構成例を示すブロック図である。
【図８】同ヘッドレスト位置調整装置の検出回路の動作波形の例を示す動作波形図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…静電容量センサ部、１１〜１５，１１０，１１０Ａ…検知電極、１９…基板、２０…検出回路、２１〜２５，２７…静電容量検知回路、２６…時分割回路、２８…演算処理回路、２９…ハーネス、３０…駆動モータ部、４０…座席、４１…背もたれ部、４２…着座部、４３…ヘッドレスト、４３ａ…支持軸、４８…人体、４９…頭部、１１１…第１センサ部、１１２…第２センサ部、１１３…第３センサ部、１１８…接続部、１１９…シールド部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知領域に存する物体との間の静電容量を検知する検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置に関し、特に簡単な構成で安定的に静電容量を検知することができる検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検知領域に存する物体を検出するものとして、次のようなものが知られている。すなわち、下記特許文献１に開示されている物体検出装置は、電極間隔が一定とされた複数のセンサ電極を樹脂にインサートして、インサート成形によりセンサ電極ユニットを形成している。このセンサユニットは、中空の断面略矩形状で、その少なくとも一辺にセンサ電極が設けられ、これにより検出性能を維持して取付自由度を向上させるとしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１３２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている物体検出装置では、例えば複数のセンサ電極の中心と検知対象物（物体）の中心とが正対しているような場合では、各センサ電極によって安定的に静電容量を検知することができるが、これらの中心がずれてしまっている場合には、前者の場合と比べて静電容量値が大きく変化してしまうことがある。
【０００５】
この場合は、正確に検知対象物を検知したり識別したり（例えば、検知対象物の位置を検出したり、大きさや種類などを識別したり）することができず、検出性能が低下してしまうおそれがあるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができる検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る検知電極は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する検知電極であって、外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る検知電極は、以上のように構成することにより、箔状のセンサ部がいわゆるべた塗り状態で形成されたものと比べて、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができる。
【０００９】
前記複数のセンサ部は、例えば中心が同位置になるように配置されている。また、前記少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、例えば前記複数のセンサ部の中心位置を中心として互いに対称となるように形成されている。
【００１０】
また、前記複数のセンサ部は、例えば対向する一組以上の辺を有する多角形状に形成されており、外縁がより小さいセンサ部の前記対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように形成されている。
【００１１】
さらに、前記複数のセンサ部は、例えばそれぞれ一部を除いて非接触状態で設けられている。また、前記複数のセンサ部は、例えば二重または三重の囲繞形状に設けられている。
【００１２】
そして、最も外縁がより大きいセンサ部のさらに外縁側に、例えば該センサ部を囲むようにシールド部が設けられていてもよく、前記シールド部は、例えば前記センサ部と同等の電位が与えられ、または接地されている。
【００１３】
本発明に係るヘッドレスト位置調整装置は、車両の座席に備えられたヘッドレストに高さ方向に沿って並設された状態で設けられ、前記座席に着座した人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の静電容量を検知する複数の検知電極と、前記複数の検知電極からの検知信号が示す静電容量値を検出する検出回路と、前記検出回路によって検出された静電容量値を用いて、前記ヘッドレストの前記座席に対する位置を前記頭部への適正位置に調整する位置調整手段とを備え、前記複数の検知電極には、それぞれ外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のヘッドレスト位置調整装置は、以上のように構成することにより、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に静電容量値を検出して、ヘッドレストの座席に対する位置を頭部への適正位置に自動的に調整することができる。このため、ヘッドレストに対して頭部が正対していない状態であっても短時間で高精度なヘッドレストの位置調整を行うことが可能となる。また、自動的にヘッドレストの座席に対する位置を調整することができるため、ヘッドレスト位置未調整に伴う車両の衝突時などにおける乗員の頸椎損傷などの事故防止を図ることができる。
【００１５】
なお、前記複数の検知電極は、例えば前記ヘッドレストの高さ方向全域にわたって等間隔をおいて配置されていたり、また、例えばそれぞれ前記ヘッドレストの前方表面に沿った前記高さ方向と交差する幅方向に長手方向を有する矩形短冊状の外観を持って形成され、前記ヘッドレストの前面側に配置されている。さらに、前記複数の検知電極は、例えば前記ヘッドレストの前面側に少なくとも５つ設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検知対象物と電極との中心がずれてしまっている場合であっても、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができる。また、本発明によれば、ヘッドレストの座席に対する位置を頭部への適正位置に自動的に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る検知電極およびそれを用いたヘッドレスト位置調整装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る検知電極を説明するための説明図、図２は比較例の検知電極を説明するための説明図、図３は本発明の一実施の形態に係る他の検知電極を説明するための説明図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る検知電極１１０は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知するものであり、例えば矩形板状（矩形短冊状）の外観を有する形状で形成され、第１センサ部１１１と、第２センサ部１１２とを備えて構成されている。また、本例の検知電極１１０は、第１および第２センサ部１１１，１１２のさらに外縁側に、外乱などの影響を防ぐためのシールド部１１９を備えている。
【００２０】
検知電極１１０の第１および第２センサ部１１１，１１２は、平面的に形成された（配置された）銅箔などを囲繞形状（ここでは、ロの字状）にパターン形成してなる。第１センサ部１１１は、検知電極１１０全体の外縁に沿って、例えば長さＡおよびＢの幅を有するロの字状で形成され、第２センサ部１１２は、第１センサ部１１１よりも検知電極１１０の中心Ｑ側かつ第１センサ部１１１に囲まれるように、長さａおよびｂの幅を有するロの字状で形成されている。
【００２１】
そして、第１および第２センサ部１１１，１１２は、例えばそれぞれ矩形の四隅の部分で、両センサ部１１１，１１２を繋ぐ接続部１１８により電気的に接続されている。すなわち、第１および第２センサ部１１１，１１２は、一部（接続部１１８）を除いて非接触状態（電気的に絶縁された状態）に形成されている。この場合の検知電極１１０は、いわゆる二重ロの字状に第１および第２センサ部１１１，１１２が形成されたものである。
【００２２】
シールド部１１９は、ここでは第１センサ部１１１の外縁側に、この第１センサ部１１１を囲むように形成され、例えば両センサ部１１１，１１２の電位と同等の電位が与えられて駆動されたり、接地されたりしている。なお、このシールド部１１９は必須の構成ではないので、検知電極１１０の外乱などの影響を受けにくい設置環境下などでは形成されていなくてもよい。
【００２３】
この検知電極１１０においては、上記第１センサ部１１１と第２センサ部１１２とが次のような特徴を有する。すなわち、第１センサ部１１１の幅ＡおよびＢは、それぞれ第２センサ部１１２の幅ａおよびｂよりも長くなるように形成されている。また、第１センサ部１１１の表面積は、第２センサ部１１２の表面積よりも広くなるように形成されている。なお、第１および第２センサ部１１１，１１２の幅は、それぞれ一定（すなわち、幅ＡおよびＢが同一で、幅ａおよびｂが同一）であってもよい。
【００２４】
このように、本例の検知電極１１０は、電極全体の外縁側から中心Ｑ側に向かって順に表面積および幅の少なくとも一つが小さくなり、かつ外縁側の第１センサ部１１１が中心Ｑ側の第２センサ部１１２を内側に囲むように設けられている。つまり、本例の検知電極１１０は、それぞれ外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部（第１センサ部１１１）が外縁がより小さいセンサ部（第２センサ部１１２）を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状のセンサ部１１１，１１２を備えている。
【００２５】
すなわち、これらセンサ部１１１，１１２は、外縁がより小さいセンサ部１１２の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部１１１の幅よりも狭くなるように設けられている。具体的には、これらセンサ部１１１，１１２は、外縁がより大きいセンサ部（第１センサ部１１１）の表面積および幅の少なくとも一つが、外縁がより小さいセンサ部（第２センサ部１１２）の表面積および幅の少なくとも一つよりも大きくなるように設けられているといえる。
【００２６】
より具体的には、各センサ部１１１，１１２は、中心Ｑが同位置になるように配置されており、上述した少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、この中心Ｑの位置を中心として互いに対称となるように形成されている。このため、この検知電極１１０においては、検知対象物の中心が電極の中心Ｑと正対しているときはもとより、電極の中心Ｑと正対せずに電極に向かって左右あるいは上下にずれているときであっても、安定的に静電容量を検知することが可能となる。
【００２７】
なお、この検知電極１１０は、具体的には、例えばＹ軸方向の全体幅が１４０ｍｍで、第１センサ部１１１の全体幅が１３６ｍｍに形成されている。また、例えばＸ軸方向の全体幅が１００ｍｍで、第１センサ部１１１の全体幅が９６ｍｍに形成されている。また、シールド部１１９は、第１センサ部１１１の外縁との間に約１ｍｍのギャップを介して幅１ｍｍで囲むように形成されている。
【００２８】
そして、本出願人は、このように構成された検知電極１１０の検知特性を調べるために、次の条件にて実験を行った。この実験では、検知電極１１０の中心ＱからＹ軸方向に２０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲において、それぞれ（ａ）３０ｍｍ，（ｂ）４０ｍｍ，（ｃ）５０ｍｍ，（ｄ）６０ｍｍと位置する測定点において、例えば検知対象物としての直径１６０ｍｍ（φ１６０ｍｍ）の球体を検知面と直交するＺ軸方向に１０ｍｍ，６０ｍｍと離した状態での検知電極１１０からの出力変化量ΔＣ（ｐＦ）を算出した。この算出結果は、図１（ｂ）に示すような結果となった。
【００２９】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、上記（ａ）〜（ｄ）の各測定点における出力変化量ΔＣは、ほぼすべて１．２５ｐＦ〜１．７５ｐＦの範囲に収まったため、Ｙ軸方向に検知対象物がずれたとしても、安定して変化量の少ない出力特性で高出力の静電容量を検知することができるといえる結果となった。
【００３０】
一方、比較例として、図２（ａ）に示すように、第１センサ部１１１ｃおよびシールド部１１９ｃを有する検知電極１１０ｃにおいて、上記条件と同様に、中心ＱｃからＹ軸方向に検知対象物が上記各測定点（ａ）〜（ｄ）に位置する場合について、同様に実験を行った。その結果、図２（ｂ）に示すように、上記（ａ）〜（ｄ）の各測定点における出力変化量ΔＣは、ほぼすべて０．７５ｐＦ〜１．２５ｐＦの範囲に収まったが、結果的に安定して変化量の少ない出力特性とはいえるが、高出力の静電容量を検知することはできなかった。
【００３１】
したがって、本例の検知電極１１０のように、ロの字状のセンサ部１１１，１１２が二重に形成されている場合には、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することができることが判明した。そして、このような出力特性などを有する検知電極１１０を用いれば、静電容量を利用して制御などを行う場合のしきい値の設定可能範囲を広げたり、電極そのものの検知性能をさらに向上させたりすることができるため、様々な状況にて有効利用することが可能となる。
【００３２】
なお、図３（ａ）に示すように、第１および第２センサ部１１１，１１２の他に、さらに第２センサ部１１２の内側にロの字状の第３センサ部１１３を形成し、各センサ部１１１〜１１３を接続部１１８により電気的に接続した検知電極１１０Ａについても、上記条件と同様に実験を行った。そして、第３センサ部１１３は、図示は省略するが、その表面積および幅のいずれかは、第１および第２センサ部１１１，１１２の表面積および幅よりも小さくなるように形成されている。
【００３３】
この結果、図３（ｂ）に示すように、上記（ａ）〜（ｄ）の各測定点における出力変化量ΔＣは、ほぼすべて１．５ｐＦ〜２．５ｐＦの範囲に収まったため、Ｙ軸方向に検知対象物がずれたとしても、安定して変化量の少ない出力特性で高出力の静電容量を検知することができるといえる結果となった。したがって、この検知電極１１０Ａのように、ロの字状のセンサ部１１１〜１１３が三重に形成されている場合でも、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に検知対象物を検知することが可能となる。
【００３４】
なお、上述した例では検知電極１１０，１１０Ａが二重あるいは三重のロの字状のセンサ部を有する場合について説明したが、センサ部は、ロの字状だけではなく、円形や楕円形、あるいは対向する一組以上の辺を有する多角形状などの囲繞形状であればよく、これ以上の数（例えば、四重、五重など）の囲繞形状で形成されていてもよい。上記多角形状である場合は、外縁がより小さいセンサ部（例えば、センサ部１１２）の対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部（例えば、センサ部１１１）の幅よりも狭くなればよい。
【００３５】
次に、上述した検知電極１１０または１１０Ａを用いたヘッドレスト位置調整装置について説明する。図４は、本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置を配置した車両の座席の例を示す概略図、図５は同ヘッドレスト位置調整装置の一部のヘッドレストにおける配置例を示す説明図、図６は同ヘッドレスト位置調整装置の全体構成の例を示すブロック図である。
【００３６】
また、図７は、同ヘッドレスト位置調整装置の静電容量検知回路の構成例を示すブロック図、図８は同ヘッドレスト位置調整装置の検出回路の動作波形の例を示す動作波形図である。なお、以降において、既に説明した箇所と重複する箇所については説明を割愛し、本発明に特に関わる部分以外は明記しない場合があることとする。
【００３７】
図４および図５に示すように、ヘッドレスト位置調整装置１００は、車両などの座席４０に設けられ、例えば座席４０のヘッドレスト４３に配置された静電容量センサ部１０と、座席４０の背もたれ部４１に配置された駆動モータ部３０とを備えて構成されている。本実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置１００では、静電容量センサ部１０と駆動モータ部３０は、例えばハーネス２９により電気的に接続されている。
【００３８】
静電容量センサ部１０は、例えば基板１９の一方の面側に形成された複数の検知電極１１〜１５と、この基板１９の他方の面側に形成された検出回路２０とを備えて構成され、座席４０の着座部４２に着座した人体４８の頭部４９とヘッドレスト４３（具体的には、検知電極１１〜１５）との間の静電容量を検知する。
【００３９】
基板１９は、例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板あるいはリジッドフレキシブル基板により構成されている。また、複数の検知電極１１〜１５は、上述した検知電極１１０，１１０Ａと同様の構成を備え、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）あるいはエポキシ樹脂などの絶縁体からなる基板１９上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムなどからなる第１および第２センサ部１１１，１１２を有する。
【００４０】
これら複数の検知電極１１〜１５は、例えばヘッドレスト４３の前面側において、ヘッドレスト４３の前方の表面に沿った高さ方向と交差する幅方向に、その長手方向を有する矩形短冊状に形成され、ヘッドレスト４３の高さ方向に沿って検知電極１１〜１５の幅方向が並ぶように高さ方向全域にわたって等間隔をおいて並設された状態で配置されている。
【００４１】
そして、複数の検知電極１１〜１５には、例えばそれぞれ電極番号１〜５が割り当てられている。これら複数の検知電極１１〜１５は、本例では５つ設けられているが、例えば検出された検知信号の出力が最も高い検知電極がヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’よりも上方に位置するような態様や数が配置されていればよく、例えば５以上設けられていてもよい。
【００４２】
検出回路２０は、複数の検知電極１１〜１５からの検知信号に基づいて、これら各検知電極１１〜１５のうち、例えば検知信号の出力が最も高い検知電極を検出する。この検出回路２０は、図６に示すように、例えば複数の検知電極１１〜１５とそれぞれ一対一で接続され、各検知電極１１〜１５により検知された静電容量を示す情報を出力する複数の静電容量検知回路２１〜２５と、これら複数の静電容量検知回路２１〜２５と接続され、各静電容量検知回路２１〜２５から出力された情報に基づく静電容量値を比較して検知された静電容量値が最も大きい検知電極を検出し、検出結果に応じたヘッドレスト４３の駆動情報を駆動モータ部３０のモータ駆動回路（図示せず）に出力する演算処理回路２８とを備えて構成されている。
【００４３】
複数の静電容量検知回路２１〜２５は、例えば各検知電極１１〜１５と頭部４９との間の静電容量に応じてデューティー比が変化するパルス信号を生成するとともに平滑化して検知信号を出力する。演算処理回路２８は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えてなり、各静電容量検知回路２１〜２５から出力された検知信号に基づく静電容量値を比較して、例えば検知された静電容量値が最も大きい検知電極を検出するとともに、ヘッドレスト４３の位置を変化させる駆動モータ部３０に対して検出結果に基づく制御信号（駆動情報）を出力する。
【００４４】
各静電容量検知回路２１（２２〜２５）は、図７に示すように、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路１０１と、入力端に接続された静電容量Ｃの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐｏを出力するタイマー回路１０２と、このパルス信号Ｐｏを平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３とを備えて構成されている。
【００４５】
タイマー回路１０２は、例えば２つの比較器２０１，２０２と、これら比較器２０１，２０２の出力がそれぞれリセット端子Ｒおよびセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ（以下、「ＲＳ−ＦＦ」と呼ぶ。）２０３と、このＲＳ−ＦＦ２０３の出力ＤＩＳをＬＰＤ１０３に出力するバッファ２０４と、ＲＳ−ＦＦ２０３の出力ＤＩＳでオン／オフ制御させるトランジスタ２０５とを備えて構成されている。
【００４６】
比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図８に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖｔｈ２と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ−ＦＦ２０３のＱ出力をセットする。
【００４７】
このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ２０５をオフ状態にし、検知電極１１（１２〜１５）およびグランドの間を、各検知電極１１（１２〜１５）の対接地静電容量Ｃおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Ｖｉｎの電位が静電容量Ｃによって決まる速度で上昇する。
【００４８】
入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器２０１の出力が反転してＲＳ−ＦＦ２０３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２０５がオン状態となって、検知電極１１（１２〜１５）に蓄積された電荷がトランジスタ２０５を介して放電される。
【００４９】
したがって、このタイマー回路１０２は、図８に示すように、検知電極１１（１２〜１５）および接近した人体４８の頭部４９との間の静電容量Ｃに基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐｏを出力する。ＬＰＦ１０３は、この出力を平滑化することにより、図８に示すような直流の検知信号Ｖｏｕｔを出力する。なお、図８中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。
【００５０】
駆動モータ部３０は、各静電容量検知回路２１〜２５からの検知信号Ｖｏｕｔによって、例えば検知信号の出力が最も高い（大きい）検知電極（以下、「該当検知電極」と呼ぶ。）を検出した演算処理回路２８からの制御信号に基づいて、図示しない駆動モータを制御して、ヘッドレスト４３の座席４０の背もたれ部４１に対する位置を、該当検知電極がヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’よりも上方に位置するように変化させるモータ駆動回路と、このモータ駆動回路の制御により、ヘッドレスト４３の位置を実際に移動させる駆動モータとを備えて構成されている。
【００５１】
なお、この駆動モータは、この実施の形態ではヘッドレスト４３を支持軸４３ａを介して上下方向（高さ方向）に移動自在に駆動するが、これに加えて例えば上下方向とそれぞれ交差する左右方向や前後方向に移動自在に駆動するようにしてもよい。また、ヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’は、ここではヘッドレスト４３の前面側を正面に見たときの中心部分を指すが、ヘッドレスト４３の形状等によりその位置は適宜変化してもよい。
【００５２】
このように構成されたヘッドレスト位置調整装置１００では、例えば初期状態（ヘッドレスト４３の位置が背もたれ部４１に対して最も近い状態）において、静電容量センサ部１０の各検知電極１１〜１５にて頭部４９との間の静電容量Ｃを検知し、検出回路２０にてその出力のピークを検出して比べることで、例えば出力が最も高い電極である該当検知電極を検出する。そして、この該当検知電極の位置が、ヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’よりも上方に位置するときがヘッドレスト４３の頭部４９に対する適正位置として位置調整を行う。
【００５３】
また、このヘッドレスト位置調整装置１００では、各検知電極１１〜１５が、上述した検知電極１１０，１１０Ａと同様の構成からなる。このため、図５に示すように、各検知電極１１〜１５の中心に対して頭部４９が正対する場合でも、頭部４９がヘッドレスト４３の左右方向にずれて各検知電極１１〜１５と正対しない場合（すなわち、検知対象物（頭部４９）と電極（検知電極１１〜１５）との中心がずれてしまっている場合）でも、検知する静電容量の変化が少なく正確かつ安定的に静電容量値を検出することができる。
【００５４】
これにより、短時間で高精度なヘッドレスト４３の位置調整を行うことが可能となる。また、自動的に最適な位置にヘッドレスト４３を移動させることができるので、ヘッドレスト４３の位置未調整に伴う衝突時などにおける人体４８の頸椎損傷などの事故防止を図ることができる。
【００５５】
なお、この実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置１００の静電容量センサ部１０と駆動モータ部３０は、ハーネス２９により電気的に接続されていたが、例えば無線などのデバイスによって遠隔制御可能に構成されていてもよい。また、駆動モータ部３０が静電容量センサ部１０と一体的に構成され、ヘッドレスト４３側に配置されていてもよい。
【００５６】
さらに、検出回路２０は、例えば検知信号の出力が最も高い検知電極を検出してヘッドレスト４３を移動させる他に、演算処理回路２８によって、車両の乗員（人体）の頭部４９の形状をプロファイルし、このプロファイル結果から適正位置をあらかじめ記憶しておき、位置調整開始時に記憶されたプロファイルを読み出してヘッドレスト４３を乗員に合わせて移動するようにしてもよい。
【００５７】
その他、検出回路２０は、例えばヘッドレスト位置調整装置１００の工場出荷時などにあらかじめプリセットされた人体４９のプロファイル情報（頭部４９の形状に関する情報を含む）やヘッドレスト４３の形状（大きさ、表面形状など）に関する情報などに基づいて、ヘッドレスト４３の高さ方向の中心位置Ｐ’を含めた任意の位置を、頭部４９の中心位置Ｐと水平方向に一致する位置に合わせるように移動させるようにしてもよい。
【００５８】
図９は、本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。図９に示すように、検出回路２０は、各検知電極１１〜１５と接続された時分割回路２６と、この時分割回路２６により各検知電極１１〜１５にてそれぞれ異時的に検知された静電容量を示す情報を出力する静電容量検知回路２７とを備える。
【００５９】
また、この静電容量検知回路２７から出力された情報に基づく静電容量値を比較して、例えば検知された静電容量値が最も大きい該当検知電極を検出し、検出結果に応じたヘッドレスト４３の駆動情報を駆動モータ部３０のモータ駆動回路に出力する演算処理回路２８を備える。
【００６０】
このように検出回路２０を構成すれば、時分割回路２６を介して各検知電極１１〜１５にて静電容量を順番に走査（スキャニング）し、その結果に基づき、例えば出力が最も高い該当検知電極を検出して上述したようなヘッドレスト４３の位置調整を行うことが可能となる。したがって、このような構成の検出回路２０を採用しても、短時間で高精度なヘッドレスト４３の位置調整を行うことが可能となる。
【００６１】
なお、上述した一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置１００では、車両の座席４０のヘッドレスト４３にヘッドレスト位置調整装置１００を適用した場合を例に挙げて説明したが、このヘッドレスト位置調整装置１００は、車両のみならず、その他にも、ヘッドレストの位置を可変可能なアトラクションにおける座席や、劇場観賞用の座席などに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る検知電極を説明するための説明図である。
【図２】比較例の検知電極を説明するための説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る他の検知電極を説明するための説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置を配置した車両の座席の例を示す概略図である。
【図５】同ヘッドレスト位置調整装置の一部のヘッドレストにおける配置例を示す説明図である。
【図６】同ヘッドレスト位置調整装置の全体構成の例を示すブロック図である。
【図７】同ヘッドレスト位置調整装置の静電容量検知回路の構成例を示すブロック図である。
【図８】同ヘッドレスト位置調整装置の検出回路の動作波形の例を示す動作波形図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係るヘッドレスト位置調整装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…静電容量センサ部、１１〜１５，１１０，１１０Ａ…検知電極、１９…基板、２０…検出回路、２１〜２５，２７…静電容量検知回路、２６…時分割回路、２８…演算処理回路、２９…ハーネス、３０…駆動モータ部、４０…座席、４１…背もたれ部、４２…着座部、４３…ヘッドレスト、４３ａ…支持軸、４８…人体、４９…頭部、１１１…第１センサ部、１１２…第２センサ部、１１３…第３センサ部、１１８…接続部、１１９…シールド部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する検知電極であって、
外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられている
ことを特徴とする検知電極。
【請求項２】
前記複数のセンサ部は、中心が同位置になるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の検知電極。
【請求項３】
前記少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、前記複数のセンサ部の中心位置を中心として互いに対称となるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の検知電極。
【請求項４】
前記複数のセンサ部は、対向する一組以上の辺を有する多角形状に形成されており、外縁がより小さいセンサ部の前記対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項５】
前記複数のセンサ部は、それぞれ一部を除いて非接触状態で設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項６】
前記複数のセンサ部は、二重または三重の囲繞形状に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項７】
最も外縁がより大きいセンサ部のさらに外縁側に、該センサ部を囲むようにシールド部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項８】
前記シールド部は、前記複数のセンサ部と同等の電位が与えられ、または接地されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項９】
車両の座席に備えられたヘッドレストに高さ方向に沿って並設された状態で設けられ、前記座席に着座した人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の静電容量を検知する複数の検知電極と、
前記複数の検知電極からの検知信号が示す静電容量値を検出する検出回路と、
前記検出回路によって検出された静電容量値を用いて、前記ヘッドレストの前記座席に対する位置を前記頭部への適正位置に調整する位置調整手段とを備え、
前記複数の検知電極には、それぞれ外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられている
ことを特徴とするヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１０】
前記複数のセンサ部は、中心が同位置になるように配置されていることを特徴とする請求項９記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、前記複数のセンサ部の中心位置を中心として互いに対称となるように形成されていることを特徴とする請求項１０記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１２】
前記複数のセンサ部は、対向する一組以上の辺を有する多角形状に形成されており、外縁がより小さいセンサ部の前記対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１３】
前記複数の検知電極は、前記ヘッドレストの高さ方向全域にわたって等間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１４】
前記複数の検知電極は、それぞれ前記ヘッドレストの前方表面に沿った前記高さ方向と交差する幅方向に長手方向を有する矩形短冊状の外観を持って形成され、前記ヘッドレストの前面側に配置されていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１５】
前記複数の検知電極は、前記ヘッドレストの前面側に少なくとも５つ設けられていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１】
検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する検知電極であって、
外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられている
ことを特徴とする検知電極。
【請求項２】
前記複数のセンサ部は、中心が同位置になるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の検知電極。
【請求項３】
前記少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、前記複数のセンサ部の中心位置を中心として互いに対称となるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の検知電極。
【請求項４】
前記複数のセンサ部は、対向する一組以上の辺を有する多角形状に形成されており、外縁がより小さいセンサ部の前記対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項５】
前記複数のセンサ部は、それぞれ一部を除いて非接触状態で設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項６】
前記複数のセンサ部は、二重または三重の囲繞形状に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項７】
最も外縁がより大きいセンサ部のさらに外縁側に、該センサ部を囲むようにシールド部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項８】
前記シールド部は、前記複数のセンサ部と同等の電位が与えられ、または接地されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の検知電極。
【請求項９】
車両の座席に備えられたヘッドレストに高さ方向に沿って並設された状態で設けられ、前記座席に着座した人体の頭部と前記ヘッドレストとの間の静電容量を検知する複数の検知電極と、
前記複数の検知電極からの検知信号が示す静電容量値を検出する検出回路と、
前記検出回路によって検出された静電容量値を用いて、前記ヘッドレストの前記座席に対する位置を前記頭部への適正位置に調整する位置調整手段とを備え、
前記複数の検知電極には、それぞれ外縁の大きさを異にし、外縁がより大きいセンサ部が外縁がより小さいセンサ部を囲むように互いに配置された囲繞形状の箔状の複数のセンサ部が設けられ、外縁がより小さいセンサ部の少なくとも一部分およびそれに対向する部分の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように設けられている
ことを特徴とするヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１０】
前記複数のセンサ部は、中心が同位置になるように配置されていることを特徴とする請求項９記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一部分およびそれに対向する部分は、前記複数のセンサ部の中心位置を中心として互いに対称となるように形成されていることを特徴とする請求項１０記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１２】
前記複数のセンサ部は、対向する一組以上の辺を有する多角形状に形成されており、外縁がより小さいセンサ部の前記対向する辺の幅が、外縁がより大きいセンサ部の幅よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１３】
前記複数の検知電極は、前記ヘッドレストの高さ方向全域にわたって等間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１４】
前記複数の検知電極は、それぞれ前記ヘッドレストの前方表面に沿った前記高さ方向と交差する幅方向に長手方向を有する矩形短冊状の外観を持って形成され、前記ヘッドレストの前面側に配置されていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【請求項１５】
前記複数の検知電極は、前記ヘッドレストの前面側に少なくとも５つ設けられていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項記載のヘッドレスト位置調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１５３５４６（Ｐ２００９−１５３５４６Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３１５１２（Ｐ２００７−３３１５１２）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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