静電容量検出装置および接触検知センサ
【課題】検出対象物が接近する以外のノイズ事象の影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して検出対象物の接近を確実に判別できる静電容量検出装置を提供する。
【解決手段】第１および第２電極と導電性基体との間に形成される第１および第２静電容量と、第１および第２静電容量の各静電容量値を所定の時間間隔で検出する検出部と、各静電容量値の時間変化分である第１変化容量ΔＣ１および第２変化容量ΔＣ２を演算する演算部（Ｓ１１、Ｓ２１）と、第１変化容量ΔＣ１が第１閾値Ａ１以上で第２変化容量ΔＣ２が第２閾値Ａ２未満のときに第１電極へ検出対象物が接近したと判定する第１判定処理（Ｓ１２〜Ｓ１４）、および、第２変化容量ΔＣ２が第４閾値Ａ４以上で第１変化容量ΔＣ１が第３閾値Ａ３未満のときに第２電極へ検出対象物が接近したと判定する第２判定処理（Ｓ２２〜Ｓ２４）のうちの少なくとも一方の判定処理を行う判定部と、を備える。
【解決手段】第１および第２電極と導電性基体との間に形成される第１および第２静電容量と、第１および第２静電容量の各静電容量値を所定の時間間隔で検出する検出部と、各静電容量値の時間変化分である第１変化容量ΔＣ１および第２変化容量ΔＣ２を演算する演算部（Ｓ１１、Ｓ２１）と、第１変化容量ΔＣ１が第１閾値Ａ１以上で第２変化容量ΔＣ２が第２閾値Ａ２未満のときに第１電極へ検出対象物が接近したと判定する第１判定処理（Ｓ１２〜Ｓ１４）、および、第２変化容量ΔＣ２が第４閾値Ａ４以上で第１変化容量ΔＣ１が第３閾値Ａ３未満のときに第２電極へ検出対象物が接近したと判定する第２判定処理（Ｓ２２〜Ｓ２４）のうちの少なくとも一方の判定処理を行う判定部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自由空間を介して形成される静電容量の静電容量値の変化を検出することにより検出対象物の接近を判定する静電容量検出装置、および、静電容量検出装置を用いた接触検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者が所持する携帯機からの無線信号を車両側で受信して、車両のドアを自動的に解錠および施錠するスマートキーシステムが実用化されている。最近のスマートキーシステムは、携帯機からの無線信号のＩＤ認証に加え、運転者のドアハンドルへの接触を検知することにより運転者の意思を確認し、より的確な解錠操作および施錠操作を行うようになっている。運転者の接触を検知する方法として、ドアハンドルに内蔵された電極により形成される静電容量の静電容量値の変化を検出することが一般的になっている。この種の静電容量式接触検知センサでは、静電容量値を変化させる雨水などの影響を運転者の接触と確実に判別する技術が重要であり、特許文献1〜３に技術例が開示されている。
【０００３】
特許文献1の静電容量式接触検知装置は、ドアハンドルに設けられたセンサ電極により構成される静電容量センサと、静電容量変化に基づきユーザの接触を検知する検知部とを備え、静電容量センサはドアパネルに近い部分における接触検知感度がドアパネルから遠い部分よりも低いことを特徴としている。さらに、この接触検知感度の特性を実現するために、センサ電極に切欠部を形成した態様、誘電率の異なる部位を設けた態様、および複数の静電容量センサを備える態様が開示されている。これにより、ドアハンドルの上面とドアパネルとの境界部分に雨水が溜まったときにユーザが接触したと誤検知することを防止できると、されている。
【０００４】
特許文献2の静電容量式のドア用タッチセンサは、ドアハンドルの内部または近傍に2つ以上のセンサ電極を設置し、それぞれのセンサ電極の容量変化を電圧または周波数のパラメータに変換する変換回路と、パラメータを検出する判断回路とを有し、２つ以上のセンサ電極による出力をもって検出出力を生じることを特徴としている。つまり、２つ以上のセンサ電極による出力の論理積で接触の有無を判定している。これにより、単に通りすがりに触った程度の意志の認められない接触では検出出力は生じず、誤動作により予想外の時点でドアの解錠が行われる不都合が生じない、とされている。
【０００５】
また、特許文献3の静電容量タッチセンサは、第１および第２電極、発振部、および検出部を備えている。第１および第２電極は、タッチ操作に基づいて大地との間に静電容量を形成し、水滴の付着によって電極間に寄生容量が発生するようになっている。そして、タッチ操作では検出部の出力電圧が減少し、水滴の付着では検出部の出力電圧が増加することから、高い精度でタッチ操作の有無を判定することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３７７７号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４５５４号公報
【特許文献３】特開２００９−２１８８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１では、雨水の量が少なく水滴として付着する程度であれば効果が生じるが、被水量が増加したときの誤検知のおそれは解消されない。例えば、屋外で降水量が多いときや、注水洗車を行っているときには、大量の水がドアハンドルに降り注いでドアハンドルの上面全体が被水する。このときの静電容量の増加は、人の手がドアハンドルの上面に接触したときに類似するため、誤検知のおそれは解消されない。
【０００８】
また、特許文献2では、2つ以上のセンサ電極による出力の論理積を用いることで、通りすがりの人などによる偶発的な接触に対する誤動作を防止しているが、雨水に対する誤動作防止の効果は期待できない。なぜなら、雨水は2つ以上のセンサ電極の全てに対し程度の差はあっても影響を及ぼして静電容量を増加させるので、運転者の接触と判別することが難しいからである。一方、運転者は全てのセンサ電極に同時に接触しないと検知してもらえず、１つのセンサ電極のみを用いる方式と比較して使用性が劣る。
【０００９】
さらに、特許文献３でも特許文献１と同様に、ドアハンドルの被水量が増加すると実際には電極間の寄生容量だけでなく大地との間の静電容量も増加する。したがって、被水量が増加したときの等価回路および諸回路定数は人が接触したときに類似し、検出部の出力電圧も類似して変化するものと考えられ、出力電圧の増減による判別が難しくなり、雨水の影響を人の接触と誤検知するおそれは解消されない。
【００１０】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、ドアハンドルの被水量が多いときでもその影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して人の手の接近を確実に判別できる静電容量検出装置および接触検知センサを提供することを解決すべき課題とする。さらに一般化して考えれば、検知対象物である人の手がドアハンドルに接触するあるいは接近する以外の事象はノイズ事象と捉えることができる。したがって、検出対象物が接近する以外のノイズ事象の影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して検出対象物の接近を確実に判別できる静電容量検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１に係る静電容量検出装置の発明は、非導電性部材に内蔵された第１電極と導電性基体との間に自由空間を介して形成される第１静電容量と、前記非導電性部材に内蔵された第２電極と前記導電性基体との間に自由空間を介して形成される第２静電容量と、前記第１静電容量の静電容量値、および前記第２静電容量の静電容量値を所定の時間間隔で測定する検出部と、前記第１静電容量の静電容量値の時間変化分である第１変化容量、および前記第２静電容量の静電容量値の時間変化分である第２変化容量を演算する演算部と、前記第１変化容量が第１閾値以上で前記第２変化容量が第２閾値未満のときに前記第１電極へ検出対象物が接近したと判定する第１判定処理、および、前記第２変化容量が第４閾値以上で前記第１変化容量が第３閾値未満のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第２判定処理のうちの少なくとも一方の判定処理を行う判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記判定部は、前記第１判定処理および前記第２判定処理の両方を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記判定部は、前記第１変化容量が前記第１閾値以上のときに前記第１電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第３判定処理および前記第２判定処理を行い、あるいは、前記第２変化容量が前記第４閾値以上のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第４判定処理および前記第１判定処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、前記第１静電容量および前記第２静電容量のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行うことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、充放電の繰り返し周波数を複数有して各繰り返し周波数での前記第１および前記第２静電容量の各静電容量値を測定し、前記演算部は各繰り返し周波数での前記第１および前記第２変化容量を演算し、前記判定部は、前記第１〜前記第４判定処理の少なくとも一判定処理で前記第１および前記第２変化容量の前記各繰り返し周波数に対する周波数依存性を参照して前記検出対象物の接近を判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記導電性基体はドアパネルであり、前記非導電性部材はドアハンドルであって、前記検出対象物は人の手であることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記ドアパネルは車両のドアを構成し、前記第１電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルに近い裏面側に内蔵され、前記第２電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルから離れた表面側に内蔵されかつ前記第１電極に対し前記ドアハンドルの長手方向に変位していることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項７において、前記車両は、車両側無線装置および携帯機側無線装置を有して前記ドアの施錠および解錠を自動で実施するスマートキーシステムを備え、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が前記車両側無線装置の無線通信用アンテナを兼ねていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に係る接触検知センサの発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の静電容量検出装置を用い、前記非導電性部材への人の手の接触を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る静電容量検出装置の発明では、非導電性部材に内蔵された第１および第２電極と導電性基体との間に自由空間を介して第１および第２静電容量が形成され、それぞれの静電容量値が検出され、その時間変化分である第１および第２変化容量が演算される。そして、判定部は、第１および第２変化容量の一方が所定の閾値以上に増加したときに、他方の増加が顕著でないことを必要条件にして検出対象物の第１または第２電極への接近を判定する。したがって、自由空間に発生して第１および第２静電容量の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生したときに、第１および第２変化容量がともに増加するため、検出対象物の接近と誤判定することはない。一方、第１および第２電極の一方に選択的に検出対象物が接近したときに、一方の変化容量のみが増加するため、検出対象物の接近を確実に判定できる。つまり、検出対象物が接近する以外のノイズ事象の影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して検出対象物の接近を確実に判別できる。
【００２０】
請求項２に係る発明では、判定部は、第１判定処理および第２判定処理の両方を行い、第１および第２変化容量の一方が所定の閾値以上に増加したときに、他方の増加が顕著でないことを必要条件にして検出対象物の接近を判定する。したがって、ノイズ事象の影響を受けずに、検出対象物が第１および第２電極のどちらに接近したときにも確実に判別できる。
【００２１】
請求項３に係る発明では、判定部は、第１および第２変化容量の一方が所定の閾値以上に増加したときに他方の増加が顕著でないことを必要条件とするが、他方が所定の閾値以上に増加したときには一方の増加を参照しない。ノイズ事象から受ける影響の度合いが第１および第２静電容量で異なるときには、影響を受けにくい他方の静電容量では、他方の変化容量のみを用いて検出対象物の接近を判定してもよい。これにより、判定処理が簡素化される。
【００２２】
請求項４に係る発明では、検出部は、第１静電容量および第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、第１静電容量および第２静電容量のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行う。一般的に、電荷を充電または放電すると静電容量素子の電圧は急峻に変動し、ラインノイズや電磁波ノイズが発生し得る。本態様で、一方の充電と他方の放電とを同期して行うことにより、発生するノイズは異極性となり互いに打ち消し合うので、他へのノイズの影響を低減することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明では、複数の繰り返し周波数での第１および第２変化容量をそれぞれ演算し、第１〜前記第４判定処理の少なくとも一判定処理で第１および第２変化容量の周波数依存性を参照して検出対象物の接近を判定する。つまり、変化容量の増加の検出に加え、ノイズ事象との判別に有効な周波数依存性も併用して判定を行う。これにより、検出対象物が第１および第２電極の両方に接近したことをノイズ事象と判別でき、判定精度が一層向上する。
【００２４】
請求項６に係る発明では、導電性基体はドアパネルであり、非導電性部材はドアハンドルであって、検出対象物は人の手とされている。本発明は、建造物の出入口を始めとするドアに組み込むことができ、人が出入りする際の接近検知やドアハンドルへの接触検知に有効である。
【００２５】
請求項７に係る発明では、ドアパネルは車両のドアを構成し、第１電極は前記ドアハンドルのドアパネルに近い裏面側に内蔵され、第２電極はドアハンドルのドアパネルから離れた表面側に内蔵されかつ第１電極に対しドアハンドルの長手方向に変位している。本発明は、車両のドアに組み込むことができ、人の手のドアハンドルへの接触を降雨による被水などと判別できて効果的である。さらに、上述のようにドアハンドルへの第１および第２電極の内蔵位置を定めると、人の手が第１および第２電極に同時に接近することがなくなり、かつ、乗車時には人の手の第１電極への接近を判別でき、降車時には人の手の第２電極への接近を判別できる。したがって、乗車時と降車時を判別する必要のあるスマートキーシステムに好適である。
【００２６】
請求項８に係る発明では、車両は、車両側無線装置および携帯機側無線装置を有するスマートキーシステムを備え、第１電極および第２電極の少なくとも一方が車両側無線装置の無線通信用アンテナを兼ねている。これにより、部材点数が削減され構造が簡素化されるので、車両のコスト低減に貢献できる。
【００２７】
請求項９に係る発明では、静電容量検出装置を用い、非導電性部材への人の手の接触を検知する接触検知センサを構成できる。本発明は、接触検知センサとして実施することができ、効果は請求項１〜８と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態の静電容量検出装置を車両のドアに搭載した状態を説明する斜視図である。
【図２】解錠用センサ電極の配置を説明する図であり、図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】施錠用センサ電極、検出部、および電子制御部の配置を説明する図であり、図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】第１実施形態の静電容量検出装置の機能構成を説明する図である。
【図５】スイッチドキャパシタ方式検出部の構成例を説明する図である。
【図６】検出部における第１および第２静電容量の各静電容量値を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。
【図７】第１実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【図８】第２実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【図９】第３および第４実施形態で検出部における第１および第２静電容量の各静電容量値を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。
【図１０】第３実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【図１１】第４実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の第１実施形態の静電容量検出装置について、図１〜図７を参考にして説明する。第１実施形態の静電容量検出装置は、車両のドアに組み込んで人の手のドアハンドルへの接触を検知する接触検知センサに用いるものであり、スマートキーシステムの一部になっている。図１は、第１実施形態の静電容量検出装置１を車両のドア２に搭載した状態を説明する斜視図である。図中の右上方が車両前側、左下方が車両後側であり、ドア２を構成するドアパネル２１およびドアハンドル２５が図示されている。
【００３０】
ドア２は、車両のボディに開閉可能に枢支されており、スマートキーシステムにより施錠および解錠可能となっている。ドアパネル２１は、金属板のプレス成型により形成された部材であり、本発明の導電性基体に相当する。ドアハンドル２５は、ドアパネル２１のアウトサイドに設けられて車両の前後方向に延在し、前後２箇所でドアパネル２１に取り付けられている。ドアハンドル２５は、樹脂成型により内部空間２６を有する中空形状に形成されており、第１および第２電極を内蔵した本発明の非導電性部材に相当する。ドアパネル２１のドアハンドル２５の内側には窪み２２が形成されており、人の手が容易にドアハンドル２５の中央付近を把持できるようになっている。
【００３１】
ドアハンドル２５には、解錠用センサ電極３、施錠用センサ電極４、検出部５、および電子制御部６が内蔵されている。図２は、解錠用センサ電極３の配置を説明する図であり、図１中のＡ−Ａ断面図である。解錠用センサ電極３は第１電極に相当し、図１および図２に示されるように、金属製の短冊状板材である。解錠用センサ電極３は、ドアハンドル２５の内部空間２６のうちドアパネル２１に近い裏面側２７に内蔵され、内部空間２６の前後方向の中央付近で前後に延在している。解錠用センサ電極３は、スマートキーシステムで解錠のタイミングを検知する接触検知センサ、すなわち解錠用センサを構成する。乗車時に人の手が窪み２２に入ってドアハンドル２５を把持する（すなわち接触する）と、解錠用センサ電極３に接近し直接には触れない。
【００３２】
また、図３は、施錠用センサ電極４、検出部５、および電子制御部６の配置を説明する図であり、図１中のＢ−Ｂ断面図である。施錠用センサ電極４は第２電極に相当し、図１および図３に示されるように、解錠用センサ電極３よりも小さな金属製の短冊状板材である。施錠用センサ電極４は、ドアハンドル２５の内部空間２６のうちドアパネル２１から離れた表面側２８に内蔵され、かつ解錠用センサ電極３に対し前方に変位して配置され、前後に延在している。施錠用センサ電極４は、スマートキーシステムで施錠のタイミングを検知する接触検知センサ、すなわち施錠用センサを構成する。人の手が窪み２２に入ってドアハンドル２５を把持しても、施錠用センサ電極４には接近しない。その代わり、降車時に手の指をドアハンドル２５の前部付近に接触させると、施錠用センサ電極４に接近する。
【００３３】
検出部５は、後で説明するスイッチドキャパシタ方式検出部５であり、電子回路基板で形成されている。検出部５は、図１および図３に示されるように、ドアハンドル２５の内部空間２６のうち施錠用センサ電極４に近い裏面側２９に配設されている。電子制御部６は、検出部５と同様にドアハンドル２５の内部空間２６のうち施錠用センサ電極４に近い裏面側２９に配設されている（便宜的に検出部５および電子制御部６を図中にグレーで表示）。
【００３４】
図４は、第１実施形態の静電容量検出装置１の機能構成を説明する図である。図示されるように、解錠用センサ電極３およびドアパネル２１は検出部５に接続されており、両者３、２１の間には自由空間を介して第１静電容量３１が形成される。同様に、解錠用センサ電極４も検出部５に接続されており、ドアパネル２１との間には自由空間を介して第２静電容量４１が形成される。
【００３５】
電子制御部６は、図略のＣＰＵを備えてソフトウェアで動作し、本発明の演算部および判定部を兼ねている。電子制御部６は、制御線を介して検出部５の検出動作を制御するとともに、信号線を介して検出部５が検出した第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１、Ｃ２に関する信号を取得する。さらに、電子制御部６は、取得した信号から各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を求め時系列データとして記憶し、所定個数の最新データを残すように逐次更新処理を行う。各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を求めた以降の電子制御部６の演算部および判定部としての機能は、後の判定処理フローで詳述する。
【００３６】
図５は、スイッチドキャパシタ方式検出部５の構成例を説明する図である。検出部５は、第１および第２静電容量３１、４１に対して同様の検出回路構成を有しており、第１静電容量３１を代表にして説明する。図示されるように、電源ラインの一側Ｖ１上の第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に、既知の基準容量Ｃｓ１および第１スイッチＳ１を並列に接続し、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間に第２スイッチＳ２を接続する。また、第３端子Ｔ３と、電源ラインの他側Ｖ２上の第４端子Ｔ４との間に、第１静電容量３１（静電容量値Ｃ１）および第３スイッチＳ３を並列に接続する。さらに、コンパレータＣｍｐを設け、その負側入力端子−に第２端子Ｔ２を接続し、正側入力端子＋にレファレンス電圧Ｖｒｅｆ１を入力する。そして、電子制御部６から第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３を開閉制御し、コンパレータＣｍｐの出力端子Ｖｏｕｔの信号を電子制御部６に取り込むように構成する。
【００３７】
上述の検出部５では、まず、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２を閉じ、第３スイッチＳ３を開いて、電源電圧により第１静電容量３１に電荷を充電する。次に、第１スイッチを開き、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を短時間ピッチで繰返して交互に開閉することにより、第１静電容量３１の電荷を充放電する。すると、第２端子Ｔ２の電圧は上下動しつつ徐々に低下し、レファレンス電圧Ｖｒｅｆ１以下になると出力端子Ｖｏｕｔの信号がオン出力される。この構成で、第２端子Ｔ２の電圧が低下する速さは、充放電の時定数に依存し、時定数は第１静電容量３１の静電容量値Ｃ１に依存して定まる。したがって、出力端子Ｖｏｕｔがオン出力するまでの第２および第３スイッチＳ２、Ｓ３の開閉回数は時定数に関する指標であり、これを電子制御部６でカウントすることにより、静電容量値Ｃ１を検出できる。
【００３８】
また、第２静電容量４１に対する検出部５の検出回路構成は、第１〜第３スイッチがそれぞれ第４〜第６スイッチに置き換わり、第２静電容量４１の静電容量値Ｃ２に合わせて基準容量Ｃｓ２およびレファレンス電圧Ｖｒｅｆ２が設定されている点が異なり、それ以外は第１静電容量３１に対する検出回路構成と同じである。
【００３９】
ここで、電子制御部６は、第１静電容量３１および第２静電容量４１のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行う。つまり、第３スイッチＳ３開状態での第２スイッチＳ２の閉動作による第１静電容量３１の充電と、第５スイッチＳ５開状態での第６スイッチＳ６の閉動作による第２静電容量４１の放電とを同期して行う。また、第２スイッチＳ２開状態での第３スイッチの閉動作による第１静電容量３１の放電と、第６スイッチＳ６開状態での第５スイッチの閉動作による第２静電容量４１の充電とを同期して行う。これにより、第１静電容量３１および第２静電容量４１で発生するノイズは異極性となり互いに打ち消し合うので、車載の他装置へのノイズの影響を低減することができる。
【００４０】
図６は、検出部５における第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１，Ｃ２を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。図中の横軸は共通の時間軸であり、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を検出する時間帯がグレーの矩形で示されている。前述したように、電子制御部６が第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３と第４〜第６スイッチＳ４〜Ｓ６とを並行して開閉制御する場合、（１）に示されるように同一の時間帯に第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を検出することになる。また、（２）に示される別法で、まず第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３を開閉制御して第１静電容量３１の静電容量値Ｃ１を検出し、次いで第４〜第６スイッチＳ４〜Ｓ６を開閉制御して第２静電容量４１の静電容量値Ｃ２を検出するようにしてもよい。いずれの場合も、電子制御部６は、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２の検出時間間隔ｔ１が一定となるように制御を行う。
【００４１】
次に、電子制御部６の演算部および判定部としての機能について、判定処理フローを参考にして説明する。図７は、第１実施形態の静電容量検出装置１で、電子制御部６が行う判定処理フローを説明する図である。図中には、解錠用センサ判定処理および施錠用センサ判定処理が右左に記載されているが、２つのＣＰＵで並行して判定処理を行うことを意味しているのではなく、１つのＣＰＵで２つの判定処理を交互に行い破線矢印で示されるように互いに演算結果を流用することを便宜的に示したものである。
【００４２】
図７中の解錠用センサ判定処理のステップＳ１１で、電子制御部６は、まず、解錠用センサ電極３の静電容量値Ｃ１の最新データＣ１ｎｅｗを取得して時系列データを更新する。次に、最新データＣ１ｎｅｗから所定個数だけ過去の旧データＣ１ｏｌｄを減算して第１変化容量ΔＣ１を演算する（ΔＣ１＝Ｃ１ｎｅｗ―Ｃ１ｏｌｄ）。所定個数は、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２の検出時間間隔ｔ１、ならびに人の手がドアハンドル２５に接近および接触する速さを参考にして適宜定めることができる。ステップＳ１１の機能は、本発明の演算部の機能に相当する。
【００４３】
次のステップＳ１２で、第１変化容量ΔＣ１が第１閾値Ａ１以上であるか否か比較し、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ１の増加が認められないときは、ドアハンドル２５の解錠用センサ電極３に近い位置に人の手は接触していないと判定する。ステップＳ１２の条件が成立したときは、ステップＳ１３に進み、施錠用センサ電極４の第２変化容量ΔＣ２の最新値を流用する。そして、ステップＳ１４で、第２変化容量ΔＣ２が第２閾値Ａ２未満であるか否か比較し、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ１の増加が認められかつ静電容量値Ｃ２の増加も認められたときは、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生したと判定する。
【００４４】
ステップＳ１４の条件が成立したときは、静電容量値Ｃ１の増加が認められかつ静電容量値Ｃ２の増加が認められなかった場合である。このとき、ドアハンドル２５の解錠用センサ電極３に近い位置に人の手が接触したと判定できるので、ステップＳ１５に進み、解錠用センサ信号を出力する。これにより、スマートキーシステムはドア２を解錠する。ステップＳ１２からステップＳ１４に至る判定処理は、本発明の判定部の第１判定処理に相当する。
【００４５】
図７中の施錠用センサ判定処理のステップＳ２１〜Ｓ２５は、解錠用センサ判定処理のステップＳ１１〜Ｓ１５と概ね同様になっている。すなわち、ステップＳ２１で、電子制御部６は、まず、施錠用センサ電極４の静電容量値Ｃ２の最新データＣ２ｎｅｗを取得して時系列データを更新する。次に、最新データＣ２ｎｅｗから、解錠用センサ判定処理における所定個数と同数だけ過去の旧データＣ２ｏｌｄを減算して第２変化容量ΔＣ２を演算する（ΔＣ２＝Ｃ２ｎｅｗ―Ｃ２ｏｌｄ）。ステップＳ２１の機能は、本発明の演算部の機能に相当する。
【００４６】
次のステップＳ２２で、第２変化容量ΔＣ２が第４閾値Ａ４以上であるか否か比較し、条件が成立しないときは施錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ２の増加が認められなときは、ドアハンドル２５の施錠用センサ電極４に近い位置に人の手は接触していないと判定する。ステップＳ２２の条件が成立したときは、ステップＳ２３に進み、解錠用センサ電極３の第１変化容量Δ１の最新値を流用する。そして、ステップＳ２４で、第１変化容量ΔＣ１が第３閾値Ａ３未満であるか否か比較し、条件が成立しないときは施錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ２の増加が認められかつ静電容量値Ｃ１の増加も認められたときは、ノイズ事象が発生したと判定する。
【００４７】
ステップＳ２４の条件が成立したときは、静電容量値Ｃ２の増加が認められかつ静電容量値Ｃ１の増加が認められなかった場合である。このとき、ドアハンドル２５の施錠用センサ電極４に近い位置に人の手が接触したと判定できるので、ステップＳ２５に進み、施錠用センサ信号を出力する。これにより、スマートキーシステムはドア２を施錠する。ステップＳ２２からステップＳ２４に至る判定処理は、本発明の判定部の第２判定処理に相当する。第１実施形態では、電子制御部６は、第１判定処理および第２判定処理の両方を行っている。
【００４８】
なお、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２の増加を判定する第１〜第４閾値Ａ１〜Ａ４の適正値は、ドアパネル２１およびドアハンドル２５の形状や材質、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の大きさと配置などに依存して変化する。したがって、コンピュータを用いたシミュレーションや試作実験などの手法により、第１〜第４閾値Ａ１〜Ａ４を設定することが好ましい。
【００４９】
第１実施形態では、自由空間に発生して第１および第２静電容量３１、４１の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生したときに、第１および第２変化容量ΔＣ１、ΔＣ２がともに増加するため、検出対象物すなわち人の手の接近と誤判定することはない。一方、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の位置は、ドアハンドル２５の裏面側２７と表面側２８に別れ、かつ互いに車両の前後方向に変位しているので、人の手はいずれか一方（３または４）に選択的に接近する。このため、一方の変化容量のみ（ΔＣ１またはΔＣ２）が増加し、電子制御部６は人の手の接近を確実に判定できる。また、解錠用センサ電極３と施錠用センサ電極４とで乗車時と降車時を判別できるので、スマートキーシステムに好適である。
【００５０】
次に、解錠用センサの判定処理を簡素化した第２実施形態の静電容量検出装置について、図８を参考にして説明する。第２実施形態の静電容量検出装置は、図１〜図６で説明した第１実施形態の装置構成と同一であり、電子制御部６の判定処理フローが図７から図８に置き換わる。図８は、第２実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部６が行う判定処理フローを説明する図である。図８を図７と比較すれば明らかなように、第２実施形態ではステップＳ１３およびステップＳ１４を省略している。図８のステップＳ１２の判定処理は、本発明の判定部の第３判定処理に相当する。つまり、第２実施形態では、電子制御部６は、第３判定処理および第２判定処理を行っている。
【００５１】
第３判定処理で第１変化容量ΔＣ１のみに基づく判定を行い、第２判定処理で第２変化容量ΔＣ２に加え第１変化容量ΔＣ１も流用して判定を行う理由は、被水から受ける影響の度合いが解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４で異なることに依拠している。つまり、解錠用センサ電極３では、ドアハンドル２５のドアパネル２１に向いた裏面側の表面に被水すると第１変化容量ΔＣ１が増加し得るが、実際には発生しにくい。したがって、第１変化容量ΔＣ１が増加したとき、直ちに人の手の接近と判定しても誤るおそれは少ない。
【００５２】
一方、施錠用センサ電極４では、ドアハンドル２５の外側に向いた表面だけでなくドアハンドル２５の上面に被水しても第２変化容量ΔＣ２が増加し得るので、比較的多頻度で発生し得るものと考えられる。したがって、第２変化容量ΔＣ２が増加しただけで人の手の接近と判定すると誤るおそれがあり、第１変化容量ΔＣ１の増加が認められないことを必要条件とすることにより判定信頼性を向上できる。また、上述したように、第２実施形態では、第１実施形態よりも判定処理を簡素化できる。
【００５３】
なお、被水などのノイズ事象から受ける影響の度合いが上述と逆の場合には、演算結果を流用する方向を反転する。つまり、第１実施形態の図7に示される判定処理フローからステップＳ２３およびステップＳ２４を省略する。この応用形態では、電子制御部６は、第２変化容量ΔＣ２のみに基づいて判定する第４判定処理、および第１変化容量ΔＣ１に加え第２変化容量ΔＣ２も流用して判定する第１判定処理を行う。
【００５４】
次に、スイッチドキャパシタ方式検出部５が充放電の繰り返し周波数を複数有する第３および第４実施形態の静電容量検出装置について、図９〜図１１を参考にして説明する。第３および第４実施形態の静電容量検出装置は、図１〜図６で説明した第１実施形態の装置構成と同一であり、図５に示されるスイッチドキャパシタ方式検出部５の動作が異なる。また、電子制御部６の判定処理フローは、第３実施形態では図１０、第４実施形態では図１１に置き換わる。以下詳述する。
【００５５】
第３および第４実施形態では、検出部５で第１静電容量３１に関して第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を短時間ピッチで繰返して交互に開閉する際に、２種類の繰り返し周波数ｆ１、ｆ２を用いる。この繰り返し周波数ｆ１、ｆ２は、電子制御部６から第２および第３スイッチＳ２、Ｓ３を適宜開閉制御することにより実現でき、それぞれに対して静電容量値Ｃ１１（ｆ１）、Ｃ１２（ｆ２）を検出できる。また、第２静電容量４１に関しても同様に、第５および第６スイッチＳ５、Ｓ６を繰り返し周波数ｆ１、ｆ２で開閉制御することにより、２種類の静電容量値Ｃ２１（ｆ１）、Ｃ２２（ｆ２）を検出できる。これら４静電容量値は、図９に示される検出タイミングで検出することができる。図９は、第３および第４実施形態で検出部５における第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。第１実施形態と同様に、２つの静電容量値Ｃ１、Ｃ２を並行して同時に検出してもよいし、時間的にずらして検出してもよい。
【００５６】
第３実施形態では、電子制御部６は、検出した４静電容量値を用い、図１０に示される判定処理フローを行う。図中の解錠用センサ判定処理および施錠用センサ判定処理は交互に行なわれる。図１０中の解錠用センサ判定処理のステップＳ５１で、電子制御部６は、解錠用センサ電極３に関し繰り返し周波数ｆ１での静電容量値Ｃ１１の最新データを取得して時系列データを更新する。次に、最新データから所定個数だけ過去の旧データを減算して、繰り返し周波数ｆ１での第１変化容量ΔＣ１１を演算する。ステップＳ５２でも同様にして、繰り返し周波数ｆ２での第１変化容量ΔＣ１２を演算する。
【００５７】
次に、ステップＳ５３で、第１変化容量ΔＣ１１が閾値Ａ１１以上でかつ／または第１変化容量ΔＣ１２が閾値Ａ１２以上あるか否か比較し、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ１１またはＣ１２の増加が認められないときは、ドアハンドル２５の解錠用センサ電極３に近い位置に人の手は接触していないと判定する。ステップＳ５３の条件が成立したときは、ステップＳ５４に進み、２つの第１変化容量ΔＣ１１、ΔＣ１２の周波依存性が同じか否か比較する。例えば、２つの第１変化容量ΔＣ１１、ΔＣ１２の各増加量または各増加率が概ね一致しているか否か比較する。この周波依存性については、被水では一致せず、人の手の接近で一致することが既に判明している。したがって、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了し、条件が成立したときは、ステップＳ５５に進む。
【００５８】
ステップＳ５５では、施錠用センサ電極４の２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２の最新値を流用する。そして、ステップＳ５６で、第２変化容量ΔＣ２１が閾値Ａ２１未満かつ／または第２変化容量ΔＣ２２が閾値Ａ２２未満の場合は、解錠用センサ電極４に近い位置に人の手が接触したと判定できるので、ステップＳ５８に進む。また、ステップＳ５６で、第２変化容量ΔＣ２１が閾値Ａ２１以上かつ／または第２変化容量ΔＣ２２が閾値Ａ２２以上の場合は、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生、もしくは施錠用センサ電極４に人の手が接触したと判定してステップＳ５７に進む。ステップＳ５７では、２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２の周波依存性が同じか否か比較する。条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了し、条件が成立したとき、すなわち施錠用センサ電極４にも人の手が接触したと判定したときはステップＳ５８に進む。ステップＳ５８では、解錠用センサ信号を出力する。ステップＳ５３からステップＳ５７に至る判定処理は、周波数依存性による判定を併用した第１判定処理に相当する。
【００５９】
また、図１０中の施錠用センサ判定処理における各ステップＳ６１〜Ｓ６８は、上述した解錠用センサ判定処理の各ステップＳ５１〜Ｓ５８と概ね同様であるので説明は省略する。ステップＳ６３からステップＳ６７に至る判定処理は、周波数依存性による判定を併用した第２判定処理に相当する。
【００６０】
なお、各閾値Ａ１１〜Ａ４２には、当然ながら適正値を設定する。上述した第３実施形態では、２つの繰り返し周波数ｆ１、ｆ２でともに変化容量が増加することに加え、ノイズ事象との判別に有効な周波数依存性も併用して判定を行う。したがって、人の手の解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の両方への接近の判別が可能になる。
【００６１】
また、第４実施形態では、電子制御部６は、検出した４静電容量値を用い、図１１に示される判定処理フローを行う。図１１を図１０と比較すれば明らかなように、第４実施形態ではステップＳ５５〜Ｓ５７を省略している。図１１のステップＳ５３およびステップＳ５４の判定処理は、周波数依存性による判定を併用した第３判定処理に相当する。第４実施形態は、第２実施形態と同様に被水から受ける影響の度合いが解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４で異なる構成に有効であり、第３実施形態よりも判定処理を簡素化できる。
【００６２】
なお、被水などのノイズ事象から受ける影響の度合いが逆の場合には、演算結果を流用する方向を反転する。つまり、第３実施形態の図１０に示される判定処理フローからステップＳ６５〜Ｓ６７を省略する。この応用形態では、電子制御部６は、２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２に基づいて判定する第４判定処理、および２つの第１変化容量ΔＣ１１、ΔＣ１２に加え２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２も流用して判定する第１判定処理を、周波数依存性による判定を併用しつつ行う。
【００６３】
なお、各実施形態で、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の少なくとも一方を、スマートキーシステムの車両側無線通信用アンテナと兼ねるようにしてもよい。これにより、部材点数が削減され構造が簡素化されるので、車両のコスト低減に貢献できる。また、本発明は、スマートキーシステム以外の用途にも実施でき、様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１：静電容量検出装置
２：ドア
２１：ドアパネル（導電性基体） ２２：窪み
２５：ドアハンドル（非導電性部材） ２６：内部空間
２７：裏面側 ２８：表面側 ２９：裏面側
３：解錠用センサ電極（第１電極） ３１：第１静電容量
４：施錠用センサ電極（第２電極） ４１：第２静電容量
５：検出部
６：電子制御部（演算部および判定部）
Ｃ１、Ｃ１１、Ｃ１２：第１静電容量の静電容量値
ΔＣ１、ΔＣ１１、ΔＣ１２：第１変化容量
Ｃ２、Ｃ２１、Ｃ２２：第２静電容量の静電容量値
ΔＣ２、ΔＣ２１、ΔＣ２２：第２変化容量
Ａ１〜Ａ４：第１〜第４閾値 Ａ１１〜Ａ４２：閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自由空間を介して形成される静電容量の静電容量値の変化を検出することにより検出対象物の接近を判定する静電容量検出装置、および、静電容量検出装置を用いた接触検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者が所持する携帯機からの無線信号を車両側で受信して、車両のドアを自動的に解錠および施錠するスマートキーシステムが実用化されている。最近のスマートキーシステムは、携帯機からの無線信号のＩＤ認証に加え、運転者のドアハンドルへの接触を検知することにより運転者の意思を確認し、より的確な解錠操作および施錠操作を行うようになっている。運転者の接触を検知する方法として、ドアハンドルに内蔵された電極により形成される静電容量の静電容量値の変化を検出することが一般的になっている。この種の静電容量式接触検知センサでは、静電容量値を変化させる雨水などの影響を運転者の接触と確実に判別する技術が重要であり、特許文献1〜３に技術例が開示されている。
【０００３】
特許文献1の静電容量式接触検知装置は、ドアハンドルに設けられたセンサ電極により構成される静電容量センサと、静電容量変化に基づきユーザの接触を検知する検知部とを備え、静電容量センサはドアパネルに近い部分における接触検知感度がドアパネルから遠い部分よりも低いことを特徴としている。さらに、この接触検知感度の特性を実現するために、センサ電極に切欠部を形成した態様、誘電率の異なる部位を設けた態様、および複数の静電容量センサを備える態様が開示されている。これにより、ドアハンドルの上面とドアパネルとの境界部分に雨水が溜まったときにユーザが接触したと誤検知することを防止できると、されている。
【０００４】
特許文献2の静電容量式のドア用タッチセンサは、ドアハンドルの内部または近傍に2つ以上のセンサ電極を設置し、それぞれのセンサ電極の容量変化を電圧または周波数のパラメータに変換する変換回路と、パラメータを検出する判断回路とを有し、２つ以上のセンサ電極による出力をもって検出出力を生じることを特徴としている。つまり、２つ以上のセンサ電極による出力の論理積で接触の有無を判定している。これにより、単に通りすがりに触った程度の意志の認められない接触では検出出力は生じず、誤動作により予想外の時点でドアの解錠が行われる不都合が生じない、とされている。
【０００５】
また、特許文献3の静電容量タッチセンサは、第１および第２電極、発振部、および検出部を備えている。第１および第２電極は、タッチ操作に基づいて大地との間に静電容量を形成し、水滴の付着によって電極間に寄生容量が発生するようになっている。そして、タッチ操作では検出部の出力電圧が減少し、水滴の付着では検出部の出力電圧が増加することから、高い精度でタッチ操作の有無を判定することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３７７７号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４５５４号公報
【特許文献３】特開２００９−２１８８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１では、雨水の量が少なく水滴として付着する程度であれば効果が生じるが、被水量が増加したときの誤検知のおそれは解消されない。例えば、屋外で降水量が多いときや、注水洗車を行っているときには、大量の水がドアハンドルに降り注いでドアハンドルの上面全体が被水する。このときの静電容量の増加は、人の手がドアハンドルの上面に接触したときに類似するため、誤検知のおそれは解消されない。
【０００８】
また、特許文献2では、2つ以上のセンサ電極による出力の論理積を用いることで、通りすがりの人などによる偶発的な接触に対する誤動作を防止しているが、雨水に対する誤動作防止の効果は期待できない。なぜなら、雨水は2つ以上のセンサ電極の全てに対し程度の差はあっても影響を及ぼして静電容量を増加させるので、運転者の接触と判別することが難しいからである。一方、運転者は全てのセンサ電極に同時に接触しないと検知してもらえず、１つのセンサ電極のみを用いる方式と比較して使用性が劣る。
【０００９】
さらに、特許文献３でも特許文献１と同様に、ドアハンドルの被水量が増加すると実際には電極間の寄生容量だけでなく大地との間の静電容量も増加する。したがって、被水量が増加したときの等価回路および諸回路定数は人が接触したときに類似し、検出部の出力電圧も類似して変化するものと考えられ、出力電圧の増減による判別が難しくなり、雨水の影響を人の接触と誤検知するおそれは解消されない。
【００１０】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、ドアハンドルの被水量が多いときでもその影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して人の手の接近を確実に判別できる静電容量検出装置および接触検知センサを提供することを解決すべき課題とする。さらに一般化して考えれば、検知対象物である人の手がドアハンドルに接触するあるいは接近する以外の事象はノイズ事象と捉えることができる。したがって、検出対象物が接近する以外のノイズ事象の影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して検出対象物の接近を確実に判別できる静電容量検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１に係る静電容量検出装置の発明は、非導電性部材に内蔵された第１電極と導電性基体との間に自由空間を介して形成される第１静電容量と、前記非導電性部材に内蔵された第２電極と前記導電性基体との間に自由空間を介して形成される第２静電容量と、前記第１静電容量の静電容量値、および前記第２静電容量の静電容量値を所定の時間間隔で測定する検出部と、前記第１静電容量の静電容量値の時間変化分である第１変化容量、および前記第２静電容量の静電容量値の時間変化分である第２変化容量を演算する演算部と、前記第１変化容量が第１閾値以上で前記第２変化容量が第２閾値未満のときに前記第１電極へ検出対象物が接近したと判定する第１判定処理、および、前記第２変化容量が第４閾値以上で前記第１変化容量が第３閾値未満のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第２判定処理のうちの少なくとも一方の判定処理を行う判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記判定部は、前記第１判定処理および前記第２判定処理の両方を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記判定部は、前記第１変化容量が前記第１閾値以上のときに前記第１電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第３判定処理および前記第２判定処理を行い、あるいは、前記第２変化容量が前記第４閾値以上のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第４判定処理および前記第１判定処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、前記第１静電容量および前記第２静電容量のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行うことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、充放電の繰り返し周波数を複数有して各繰り返し周波数での前記第１および前記第２静電容量の各静電容量値を測定し、前記演算部は各繰り返し周波数での前記第１および前記第２変化容量を演算し、前記判定部は、前記第１〜前記第４判定処理の少なくとも一判定処理で前記第１および前記第２変化容量の前記各繰り返し周波数に対する周波数依存性を参照して前記検出対象物の接近を判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記導電性基体はドアパネルであり、前記非導電性部材はドアハンドルであって、前記検出対象物は人の手であることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記ドアパネルは車両のドアを構成し、前記第１電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルに近い裏面側に内蔵され、前記第２電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルから離れた表面側に内蔵されかつ前記第１電極に対し前記ドアハンドルの長手方向に変位していることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項７において、前記車両は、車両側無線装置および携帯機側無線装置を有して前記ドアの施錠および解錠を自動で実施するスマートキーシステムを備え、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が前記車両側無線装置の無線通信用アンテナを兼ねていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に係る接触検知センサの発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の静電容量検出装置を用い、前記非導電性部材への人の手の接触を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る静電容量検出装置の発明では、非導電性部材に内蔵された第１および第２電極と導電性基体との間に自由空間を介して第１および第２静電容量が形成され、それぞれの静電容量値が検出され、その時間変化分である第１および第２変化容量が演算される。そして、判定部は、第１および第２変化容量の一方が所定の閾値以上に増加したときに、他方の増加が顕著でないことを必要条件にして検出対象物の第１または第２電極への接近を判定する。したがって、自由空間に発生して第１および第２静電容量の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生したときに、第１および第２変化容量がともに増加するため、検出対象物の接近と誤判定することはない。一方、第１および第２電極の一方に選択的に検出対象物が接近したときに、一方の変化容量のみが増加するため、検出対象物の接近を確実に判定できる。つまり、検出対象物が接近する以外のノイズ事象の影響を受けずに、静電容量値の増加を検出して検出対象物の接近を確実に判別できる。
【００２０】
請求項２に係る発明では、判定部は、第１判定処理および第２判定処理の両方を行い、第１および第２変化容量の一方が所定の閾値以上に増加したときに、他方の増加が顕著でないことを必要条件にして検出対象物の接近を判定する。したがって、ノイズ事象の影響を受けずに、検出対象物が第１および第２電極のどちらに接近したときにも確実に判別できる。
【００２１】
請求項３に係る発明では、判定部は、第１および第２変化容量の一方が所定の閾値以上に増加したときに他方の増加が顕著でないことを必要条件とするが、他方が所定の閾値以上に増加したときには一方の増加を参照しない。ノイズ事象から受ける影響の度合いが第１および第２静電容量で異なるときには、影響を受けにくい他方の静電容量では、他方の変化容量のみを用いて検出対象物の接近を判定してもよい。これにより、判定処理が簡素化される。
【００２２】
請求項４に係る発明では、検出部は、第１静電容量および第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、第１静電容量および第２静電容量のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行う。一般的に、電荷を充電または放電すると静電容量素子の電圧は急峻に変動し、ラインノイズや電磁波ノイズが発生し得る。本態様で、一方の充電と他方の放電とを同期して行うことにより、発生するノイズは異極性となり互いに打ち消し合うので、他へのノイズの影響を低減することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明では、複数の繰り返し周波数での第１および第２変化容量をそれぞれ演算し、第１〜前記第４判定処理の少なくとも一判定処理で第１および第２変化容量の周波数依存性を参照して検出対象物の接近を判定する。つまり、変化容量の増加の検出に加え、ノイズ事象との判別に有効な周波数依存性も併用して判定を行う。これにより、検出対象物が第１および第２電極の両方に接近したことをノイズ事象と判別でき、判定精度が一層向上する。
【００２４】
請求項６に係る発明では、導電性基体はドアパネルであり、非導電性部材はドアハンドルであって、検出対象物は人の手とされている。本発明は、建造物の出入口を始めとするドアに組み込むことができ、人が出入りする際の接近検知やドアハンドルへの接触検知に有効である。
【００２５】
請求項７に係る発明では、ドアパネルは車両のドアを構成し、第１電極は前記ドアハンドルのドアパネルに近い裏面側に内蔵され、第２電極はドアハンドルのドアパネルから離れた表面側に内蔵されかつ第１電極に対しドアハンドルの長手方向に変位している。本発明は、車両のドアに組み込むことができ、人の手のドアハンドルへの接触を降雨による被水などと判別できて効果的である。さらに、上述のようにドアハンドルへの第１および第２電極の内蔵位置を定めると、人の手が第１および第２電極に同時に接近することがなくなり、かつ、乗車時には人の手の第１電極への接近を判別でき、降車時には人の手の第２電極への接近を判別できる。したがって、乗車時と降車時を判別する必要のあるスマートキーシステムに好適である。
【００２６】
請求項８に係る発明では、車両は、車両側無線装置および携帯機側無線装置を有するスマートキーシステムを備え、第１電極および第２電極の少なくとも一方が車両側無線装置の無線通信用アンテナを兼ねている。これにより、部材点数が削減され構造が簡素化されるので、車両のコスト低減に貢献できる。
【００２７】
請求項９に係る発明では、静電容量検出装置を用い、非導電性部材への人の手の接触を検知する接触検知センサを構成できる。本発明は、接触検知センサとして実施することができ、効果は請求項１〜８と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態の静電容量検出装置を車両のドアに搭載した状態を説明する斜視図である。
【図２】解錠用センサ電極の配置を説明する図であり、図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】施錠用センサ電極、検出部、および電子制御部の配置を説明する図であり、図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】第１実施形態の静電容量検出装置の機能構成を説明する図である。
【図５】スイッチドキャパシタ方式検出部の構成例を説明する図である。
【図６】検出部における第１および第２静電容量の各静電容量値を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。
【図７】第１実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【図８】第２実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【図９】第３および第４実施形態で検出部における第１および第２静電容量の各静電容量値を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。
【図１０】第３実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【図１１】第４実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部が行う判定処理フローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の第１実施形態の静電容量検出装置について、図１〜図７を参考にして説明する。第１実施形態の静電容量検出装置は、車両のドアに組み込んで人の手のドアハンドルへの接触を検知する接触検知センサに用いるものであり、スマートキーシステムの一部になっている。図１は、第１実施形態の静電容量検出装置１を車両のドア２に搭載した状態を説明する斜視図である。図中の右上方が車両前側、左下方が車両後側であり、ドア２を構成するドアパネル２１およびドアハンドル２５が図示されている。
【００３０】
ドア２は、車両のボディに開閉可能に枢支されており、スマートキーシステムにより施錠および解錠可能となっている。ドアパネル２１は、金属板のプレス成型により形成された部材であり、本発明の導電性基体に相当する。ドアハンドル２５は、ドアパネル２１のアウトサイドに設けられて車両の前後方向に延在し、前後２箇所でドアパネル２１に取り付けられている。ドアハンドル２５は、樹脂成型により内部空間２６を有する中空形状に形成されており、第１および第２電極を内蔵した本発明の非導電性部材に相当する。ドアパネル２１のドアハンドル２５の内側には窪み２２が形成されており、人の手が容易にドアハンドル２５の中央付近を把持できるようになっている。
【００３１】
ドアハンドル２５には、解錠用センサ電極３、施錠用センサ電極４、検出部５、および電子制御部６が内蔵されている。図２は、解錠用センサ電極３の配置を説明する図であり、図１中のＡ−Ａ断面図である。解錠用センサ電極３は第１電極に相当し、図１および図２に示されるように、金属製の短冊状板材である。解錠用センサ電極３は、ドアハンドル２５の内部空間２６のうちドアパネル２１に近い裏面側２７に内蔵され、内部空間２６の前後方向の中央付近で前後に延在している。解錠用センサ電極３は、スマートキーシステムで解錠のタイミングを検知する接触検知センサ、すなわち解錠用センサを構成する。乗車時に人の手が窪み２２に入ってドアハンドル２５を把持する（すなわち接触する）と、解錠用センサ電極３に接近し直接には触れない。
【００３２】
また、図３は、施錠用センサ電極４、検出部５、および電子制御部６の配置を説明する図であり、図１中のＢ−Ｂ断面図である。施錠用センサ電極４は第２電極に相当し、図１および図３に示されるように、解錠用センサ電極３よりも小さな金属製の短冊状板材である。施錠用センサ電極４は、ドアハンドル２５の内部空間２６のうちドアパネル２１から離れた表面側２８に内蔵され、かつ解錠用センサ電極３に対し前方に変位して配置され、前後に延在している。施錠用センサ電極４は、スマートキーシステムで施錠のタイミングを検知する接触検知センサ、すなわち施錠用センサを構成する。人の手が窪み２２に入ってドアハンドル２５を把持しても、施錠用センサ電極４には接近しない。その代わり、降車時に手の指をドアハンドル２５の前部付近に接触させると、施錠用センサ電極４に接近する。
【００３３】
検出部５は、後で説明するスイッチドキャパシタ方式検出部５であり、電子回路基板で形成されている。検出部５は、図１および図３に示されるように、ドアハンドル２５の内部空間２６のうち施錠用センサ電極４に近い裏面側２９に配設されている。電子制御部６は、検出部５と同様にドアハンドル２５の内部空間２６のうち施錠用センサ電極４に近い裏面側２９に配設されている（便宜的に検出部５および電子制御部６を図中にグレーで表示）。
【００３４】
図４は、第１実施形態の静電容量検出装置１の機能構成を説明する図である。図示されるように、解錠用センサ電極３およびドアパネル２１は検出部５に接続されており、両者３、２１の間には自由空間を介して第１静電容量３１が形成される。同様に、解錠用センサ電極４も検出部５に接続されており、ドアパネル２１との間には自由空間を介して第２静電容量４１が形成される。
【００３５】
電子制御部６は、図略のＣＰＵを備えてソフトウェアで動作し、本発明の演算部および判定部を兼ねている。電子制御部６は、制御線を介して検出部５の検出動作を制御するとともに、信号線を介して検出部５が検出した第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１、Ｃ２に関する信号を取得する。さらに、電子制御部６は、取得した信号から各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を求め時系列データとして記憶し、所定個数の最新データを残すように逐次更新処理を行う。各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を求めた以降の電子制御部６の演算部および判定部としての機能は、後の判定処理フローで詳述する。
【００３６】
図５は、スイッチドキャパシタ方式検出部５の構成例を説明する図である。検出部５は、第１および第２静電容量３１、４１に対して同様の検出回路構成を有しており、第１静電容量３１を代表にして説明する。図示されるように、電源ラインの一側Ｖ１上の第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に、既知の基準容量Ｃｓ１および第１スイッチＳ１を並列に接続し、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間に第２スイッチＳ２を接続する。また、第３端子Ｔ３と、電源ラインの他側Ｖ２上の第４端子Ｔ４との間に、第１静電容量３１（静電容量値Ｃ１）および第３スイッチＳ３を並列に接続する。さらに、コンパレータＣｍｐを設け、その負側入力端子−に第２端子Ｔ２を接続し、正側入力端子＋にレファレンス電圧Ｖｒｅｆ１を入力する。そして、電子制御部６から第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３を開閉制御し、コンパレータＣｍｐの出力端子Ｖｏｕｔの信号を電子制御部６に取り込むように構成する。
【００３７】
上述の検出部５では、まず、第１スイッチＳ１および第２スイッチＳ２を閉じ、第３スイッチＳ３を開いて、電源電圧により第１静電容量３１に電荷を充電する。次に、第１スイッチを開き、第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を短時間ピッチで繰返して交互に開閉することにより、第１静電容量３１の電荷を充放電する。すると、第２端子Ｔ２の電圧は上下動しつつ徐々に低下し、レファレンス電圧Ｖｒｅｆ１以下になると出力端子Ｖｏｕｔの信号がオン出力される。この構成で、第２端子Ｔ２の電圧が低下する速さは、充放電の時定数に依存し、時定数は第１静電容量３１の静電容量値Ｃ１に依存して定まる。したがって、出力端子Ｖｏｕｔがオン出力するまでの第２および第３スイッチＳ２、Ｓ３の開閉回数は時定数に関する指標であり、これを電子制御部６でカウントすることにより、静電容量値Ｃ１を検出できる。
【００３８】
また、第２静電容量４１に対する検出部５の検出回路構成は、第１〜第３スイッチがそれぞれ第４〜第６スイッチに置き換わり、第２静電容量４１の静電容量値Ｃ２に合わせて基準容量Ｃｓ２およびレファレンス電圧Ｖｒｅｆ２が設定されている点が異なり、それ以外は第１静電容量３１に対する検出回路構成と同じである。
【００３９】
ここで、電子制御部６は、第１静電容量３１および第２静電容量４１のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行う。つまり、第３スイッチＳ３開状態での第２スイッチＳ２の閉動作による第１静電容量３１の充電と、第５スイッチＳ５開状態での第６スイッチＳ６の閉動作による第２静電容量４１の放電とを同期して行う。また、第２スイッチＳ２開状態での第３スイッチの閉動作による第１静電容量３１の放電と、第６スイッチＳ６開状態での第５スイッチの閉動作による第２静電容量４１の充電とを同期して行う。これにより、第１静電容量３１および第２静電容量４１で発生するノイズは異極性となり互いに打ち消し合うので、車載の他装置へのノイズの影響を低減することができる。
【００４０】
図６は、検出部５における第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１，Ｃ２を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。図中の横軸は共通の時間軸であり、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を検出する時間帯がグレーの矩形で示されている。前述したように、電子制御部６が第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３と第４〜第６スイッチＳ４〜Ｓ６とを並行して開閉制御する場合、（１）に示されるように同一の時間帯に第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を検出することになる。また、（２）に示される別法で、まず第１〜第３スイッチＳ１〜Ｓ３を開閉制御して第１静電容量３１の静電容量値Ｃ１を検出し、次いで第４〜第６スイッチＳ４〜Ｓ６を開閉制御して第２静電容量４１の静電容量値Ｃ２を検出するようにしてもよい。いずれの場合も、電子制御部６は、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２の検出時間間隔ｔ１が一定となるように制御を行う。
【００４１】
次に、電子制御部６の演算部および判定部としての機能について、判定処理フローを参考にして説明する。図７は、第１実施形態の静電容量検出装置１で、電子制御部６が行う判定処理フローを説明する図である。図中には、解錠用センサ判定処理および施錠用センサ判定処理が右左に記載されているが、２つのＣＰＵで並行して判定処理を行うことを意味しているのではなく、１つのＣＰＵで２つの判定処理を交互に行い破線矢印で示されるように互いに演算結果を流用することを便宜的に示したものである。
【００４２】
図７中の解錠用センサ判定処理のステップＳ１１で、電子制御部６は、まず、解錠用センサ電極３の静電容量値Ｃ１の最新データＣ１ｎｅｗを取得して時系列データを更新する。次に、最新データＣ１ｎｅｗから所定個数だけ過去の旧データＣ１ｏｌｄを減算して第１変化容量ΔＣ１を演算する（ΔＣ１＝Ｃ１ｎｅｗ―Ｃ１ｏｌｄ）。所定個数は、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２の検出時間間隔ｔ１、ならびに人の手がドアハンドル２５に接近および接触する速さを参考にして適宜定めることができる。ステップＳ１１の機能は、本発明の演算部の機能に相当する。
【００４３】
次のステップＳ１２で、第１変化容量ΔＣ１が第１閾値Ａ１以上であるか否か比較し、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ１の増加が認められないときは、ドアハンドル２５の解錠用センサ電極３に近い位置に人の手は接触していないと判定する。ステップＳ１２の条件が成立したときは、ステップＳ１３に進み、施錠用センサ電極４の第２変化容量ΔＣ２の最新値を流用する。そして、ステップＳ１４で、第２変化容量ΔＣ２が第２閾値Ａ２未満であるか否か比較し、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ１の増加が認められかつ静電容量値Ｃ２の増加も認められたときは、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生したと判定する。
【００４４】
ステップＳ１４の条件が成立したときは、静電容量値Ｃ１の増加が認められかつ静電容量値Ｃ２の増加が認められなかった場合である。このとき、ドアハンドル２５の解錠用センサ電極３に近い位置に人の手が接触したと判定できるので、ステップＳ１５に進み、解錠用センサ信号を出力する。これにより、スマートキーシステムはドア２を解錠する。ステップＳ１２からステップＳ１４に至る判定処理は、本発明の判定部の第１判定処理に相当する。
【００４５】
図７中の施錠用センサ判定処理のステップＳ２１〜Ｓ２５は、解錠用センサ判定処理のステップＳ１１〜Ｓ１５と概ね同様になっている。すなわち、ステップＳ２１で、電子制御部６は、まず、施錠用センサ電極４の静電容量値Ｃ２の最新データＣ２ｎｅｗを取得して時系列データを更新する。次に、最新データＣ２ｎｅｗから、解錠用センサ判定処理における所定個数と同数だけ過去の旧データＣ２ｏｌｄを減算して第２変化容量ΔＣ２を演算する（ΔＣ２＝Ｃ２ｎｅｗ―Ｃ２ｏｌｄ）。ステップＳ２１の機能は、本発明の演算部の機能に相当する。
【００４６】
次のステップＳ２２で、第２変化容量ΔＣ２が第４閾値Ａ４以上であるか否か比較し、条件が成立しないときは施錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ２の増加が認められなときは、ドアハンドル２５の施錠用センサ電極４に近い位置に人の手は接触していないと判定する。ステップＳ２２の条件が成立したときは、ステップＳ２３に進み、解錠用センサ電極３の第１変化容量Δ１の最新値を流用する。そして、ステップＳ２４で、第１変化容量ΔＣ１が第３閾値Ａ３未満であるか否か比較し、条件が成立しないときは施錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ２の増加が認められかつ静電容量値Ｃ１の増加も認められたときは、ノイズ事象が発生したと判定する。
【００４７】
ステップＳ２４の条件が成立したときは、静電容量値Ｃ２の増加が認められかつ静電容量値Ｃ１の増加が認められなかった場合である。このとき、ドアハンドル２５の施錠用センサ電極４に近い位置に人の手が接触したと判定できるので、ステップＳ２５に進み、施錠用センサ信号を出力する。これにより、スマートキーシステムはドア２を施錠する。ステップＳ２２からステップＳ２４に至る判定処理は、本発明の判定部の第２判定処理に相当する。第１実施形態では、電子制御部６は、第１判定処理および第２判定処理の両方を行っている。
【００４８】
なお、各静電容量値Ｃ１、Ｃ２の増加を判定する第１〜第４閾値Ａ１〜Ａ４の適正値は、ドアパネル２１およびドアハンドル２５の形状や材質、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の大きさと配置などに依存して変化する。したがって、コンピュータを用いたシミュレーションや試作実験などの手法により、第１〜第４閾値Ａ１〜Ａ４を設定することが好ましい。
【００４９】
第１実施形態では、自由空間に発生して第１および第２静電容量３１、４１の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生したときに、第１および第２変化容量ΔＣ１、ΔＣ２がともに増加するため、検出対象物すなわち人の手の接近と誤判定することはない。一方、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の位置は、ドアハンドル２５の裏面側２７と表面側２８に別れ、かつ互いに車両の前後方向に変位しているので、人の手はいずれか一方（３または４）に選択的に接近する。このため、一方の変化容量のみ（ΔＣ１またはΔＣ２）が増加し、電子制御部６は人の手の接近を確実に判定できる。また、解錠用センサ電極３と施錠用センサ電極４とで乗車時と降車時を判別できるので、スマートキーシステムに好適である。
【００５０】
次に、解錠用センサの判定処理を簡素化した第２実施形態の静電容量検出装置について、図８を参考にして説明する。第２実施形態の静電容量検出装置は、図１〜図６で説明した第１実施形態の装置構成と同一であり、電子制御部６の判定処理フローが図７から図８に置き換わる。図８は、第２実施形態の静電容量検出装置で、電子制御部６が行う判定処理フローを説明する図である。図８を図７と比較すれば明らかなように、第２実施形態ではステップＳ１３およびステップＳ１４を省略している。図８のステップＳ１２の判定処理は、本発明の判定部の第３判定処理に相当する。つまり、第２実施形態では、電子制御部６は、第３判定処理および第２判定処理を行っている。
【００５１】
第３判定処理で第１変化容量ΔＣ１のみに基づく判定を行い、第２判定処理で第２変化容量ΔＣ２に加え第１変化容量ΔＣ１も流用して判定を行う理由は、被水から受ける影響の度合いが解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４で異なることに依拠している。つまり、解錠用センサ電極３では、ドアハンドル２５のドアパネル２１に向いた裏面側の表面に被水すると第１変化容量ΔＣ１が増加し得るが、実際には発生しにくい。したがって、第１変化容量ΔＣ１が増加したとき、直ちに人の手の接近と判定しても誤るおそれは少ない。
【００５２】
一方、施錠用センサ電極４では、ドアハンドル２５の外側に向いた表面だけでなくドアハンドル２５の上面に被水しても第２変化容量ΔＣ２が増加し得るので、比較的多頻度で発生し得るものと考えられる。したがって、第２変化容量ΔＣ２が増加しただけで人の手の接近と判定すると誤るおそれがあり、第１変化容量ΔＣ１の増加が認められないことを必要条件とすることにより判定信頼性を向上できる。また、上述したように、第２実施形態では、第１実施形態よりも判定処理を簡素化できる。
【００５３】
なお、被水などのノイズ事象から受ける影響の度合いが上述と逆の場合には、演算結果を流用する方向を反転する。つまり、第１実施形態の図7に示される判定処理フローからステップＳ２３およびステップＳ２４を省略する。この応用形態では、電子制御部６は、第２変化容量ΔＣ２のみに基づいて判定する第４判定処理、および第１変化容量ΔＣ１に加え第２変化容量ΔＣ２も流用して判定する第１判定処理を行う。
【００５４】
次に、スイッチドキャパシタ方式検出部５が充放電の繰り返し周波数を複数有する第３および第４実施形態の静電容量検出装置について、図９〜図１１を参考にして説明する。第３および第４実施形態の静電容量検出装置は、図１〜図６で説明した第１実施形態の装置構成と同一であり、図５に示されるスイッチドキャパシタ方式検出部５の動作が異なる。また、電子制御部６の判定処理フローは、第３実施形態では図１０、第４実施形態では図１１に置き換わる。以下詳述する。
【００５５】
第３および第４実施形態では、検出部５で第１静電容量３１に関して第２スイッチＳ２および第３スイッチＳ３を短時間ピッチで繰返して交互に開閉する際に、２種類の繰り返し周波数ｆ１、ｆ２を用いる。この繰り返し周波数ｆ１、ｆ２は、電子制御部６から第２および第３スイッチＳ２、Ｓ３を適宜開閉制御することにより実現でき、それぞれに対して静電容量値Ｃ１１（ｆ１）、Ｃ１２（ｆ２）を検出できる。また、第２静電容量４１に関しても同様に、第５および第６スイッチＳ５、Ｓ６を繰り返し周波数ｆ１、ｆ２で開閉制御することにより、２種類の静電容量値Ｃ２１（ｆ１）、Ｃ２２（ｆ２）を検出できる。これら４静電容量値は、図９に示される検出タイミングで検出することができる。図９は、第３および第４実施形態で検出部５における第１および第２静電容量３１、４１の各静電容量値Ｃ１、Ｃ２を検出するタイミングを説明する図であり、（１）は同期検出、（２）は非同期検出を示している。第１実施形態と同様に、２つの静電容量値Ｃ１、Ｃ２を並行して同時に検出してもよいし、時間的にずらして検出してもよい。
【００５６】
第３実施形態では、電子制御部６は、検出した４静電容量値を用い、図１０に示される判定処理フローを行う。図中の解錠用センサ判定処理および施錠用センサ判定処理は交互に行なわれる。図１０中の解錠用センサ判定処理のステップＳ５１で、電子制御部６は、解錠用センサ電極３に関し繰り返し周波数ｆ１での静電容量値Ｃ１１の最新データを取得して時系列データを更新する。次に、最新データから所定個数だけ過去の旧データを減算して、繰り返し周波数ｆ１での第１変化容量ΔＣ１１を演算する。ステップＳ５２でも同様にして、繰り返し周波数ｆ２での第１変化容量ΔＣ１２を演算する。
【００５７】
次に、ステップＳ５３で、第１変化容量ΔＣ１１が閾値Ａ１１以上でかつ／または第１変化容量ΔＣ１２が閾値Ａ１２以上あるか否か比較し、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了する。つまり、静電容量値Ｃ１１またはＣ１２の増加が認められないときは、ドアハンドル２５の解錠用センサ電極３に近い位置に人の手は接触していないと判定する。ステップＳ５３の条件が成立したときは、ステップＳ５４に進み、２つの第１変化容量ΔＣ１１、ΔＣ１２の周波依存性が同じか否か比較する。例えば、２つの第１変化容量ΔＣ１１、ΔＣ１２の各増加量または各増加率が概ね一致しているか否か比較する。この周波依存性については、被水では一致せず、人の手の接近で一致することが既に判明している。したがって、条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了し、条件が成立したときは、ステップＳ５５に進む。
【００５８】
ステップＳ５５では、施錠用センサ電極４の２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２の最新値を流用する。そして、ステップＳ５６で、第２変化容量ΔＣ２１が閾値Ａ２１未満かつ／または第２変化容量ΔＣ２２が閾値Ａ２２未満の場合は、解錠用センサ電極４に近い位置に人の手が接触したと判定できるので、ステップＳ５８に進む。また、ステップＳ５６で、第２変化容量ΔＣ２１が閾値Ａ２１以上かつ／または第２変化容量ΔＣ２２が閾値Ａ２２以上の場合は、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の両方に影響する例えば降雨による被水などのノイズ事象が発生、もしくは施錠用センサ電極４に人の手が接触したと判定してステップＳ５７に進む。ステップＳ５７では、２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２の周波依存性が同じか否か比較する。条件が成立しないときは解錠用センサ判定処理を終了し、条件が成立したとき、すなわち施錠用センサ電極４にも人の手が接触したと判定したときはステップＳ５８に進む。ステップＳ５８では、解錠用センサ信号を出力する。ステップＳ５３からステップＳ５７に至る判定処理は、周波数依存性による判定を併用した第１判定処理に相当する。
【００５９】
また、図１０中の施錠用センサ判定処理における各ステップＳ６１〜Ｓ６８は、上述した解錠用センサ判定処理の各ステップＳ５１〜Ｓ５８と概ね同様であるので説明は省略する。ステップＳ６３からステップＳ６７に至る判定処理は、周波数依存性による判定を併用した第２判定処理に相当する。
【００６０】
なお、各閾値Ａ１１〜Ａ４２には、当然ながら適正値を設定する。上述した第３実施形態では、２つの繰り返し周波数ｆ１、ｆ２でともに変化容量が増加することに加え、ノイズ事象との判別に有効な周波数依存性も併用して判定を行う。したがって、人の手の解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の両方への接近の判別が可能になる。
【００６１】
また、第４実施形態では、電子制御部６は、検出した４静電容量値を用い、図１１に示される判定処理フローを行う。図１１を図１０と比較すれば明らかなように、第４実施形態ではステップＳ５５〜Ｓ５７を省略している。図１１のステップＳ５３およびステップＳ５４の判定処理は、周波数依存性による判定を併用した第３判定処理に相当する。第４実施形態は、第２実施形態と同様に被水から受ける影響の度合いが解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４で異なる構成に有効であり、第３実施形態よりも判定処理を簡素化できる。
【００６２】
なお、被水などのノイズ事象から受ける影響の度合いが逆の場合には、演算結果を流用する方向を反転する。つまり、第３実施形態の図１０に示される判定処理フローからステップＳ６５〜Ｓ６７を省略する。この応用形態では、電子制御部６は、２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２に基づいて判定する第４判定処理、および２つの第１変化容量ΔＣ１１、ΔＣ１２に加え２つの第２変化容量ΔＣ２１、ΔＣ２２も流用して判定する第１判定処理を、周波数依存性による判定を併用しつつ行う。
【００６３】
なお、各実施形態で、解錠用センサ電極３および施錠用センサ電極４の少なくとも一方を、スマートキーシステムの車両側無線通信用アンテナと兼ねるようにしてもよい。これにより、部材点数が削減され構造が簡素化されるので、車両のコスト低減に貢献できる。また、本発明は、スマートキーシステム以外の用途にも実施でき、様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１：静電容量検出装置
２：ドア
２１：ドアパネル（導電性基体） ２２：窪み
２５：ドアハンドル（非導電性部材） ２６：内部空間
２７：裏面側 ２８：表面側 ２９：裏面側
３：解錠用センサ電極（第１電極） ３１：第１静電容量
４：施錠用センサ電極（第２電極） ４１：第２静電容量
５：検出部
６：電子制御部（演算部および判定部）
Ｃ１、Ｃ１１、Ｃ１２：第１静電容量の静電容量値
ΔＣ１、ΔＣ１１、ΔＣ１２：第１変化容量
Ｃ２、Ｃ２１、Ｃ２２：第２静電容量の静電容量値
ΔＣ２、ΔＣ２１、ΔＣ２２：第２変化容量
Ａ１〜Ａ４：第１〜第４閾値 Ａ１１〜Ａ４２：閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性部材に内蔵された第１電極と導電性基体との間に自由空間を介して形成される第１静電容量と、
前記非導電性部材に内蔵された第２電極と前記導電性基体との間に自由空間を介して形成される第２静電容量と、
前記第１静電容量の静電容量値、および前記第２静電容量の静電容量値を所定の時間間隔で検出する検出部と、
前記第１静電容量の静電容量値の時間変化分である第１変化容量、および前記第２静電容量の静電容量値の時間変化分である第２変化容量を演算する演算部と、
前記第１変化容量が第１閾値以上で前記第２変化容量が第２閾値未満のときに前記第１電極へ検出対象物が接近したと判定する第１判定処理、および、前記第２変化容量が第４閾値以上で前記第１変化容量が第３閾値未満のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第２判定処理のうちの少なくとも一方の判定処理を行う判定部と、
を備えることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記判定部は、前記第１判定処理および前記第２判定処理の両方を行うことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項３】
請求項１において、前記判定部は、前記第１変化容量が前記第１閾値以上のときに前記第１電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第３判定処理および前記第２判定処理を行い、あるいは、前記第２変化容量が前記第４閾値以上のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第４判定処理および前記第１判定処理を行うことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、前記第１静電容量および前記第２静電容量のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行うことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、充放電の繰り返し周波数を複数有して各繰り返し周波数での前記第１および前記第２静電容量の各静電容量値を測定し、
前記演算部は各繰り返し周波数での前記第１および前記第２変化容量を演算し、
前記判定部は、前記第１〜前記第４判定処理の少なくとも一判定処理で前記第１および前記第２変化容量の前記各繰り返し周波数に対する周波数依存性を参照して前記検出対象物の接近を判定することを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、前記導電性基体はドアパネルであり、前記非導電性部材はドアハンドルであって、前記検出対象物は人の手であることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項７】
請求項６において、前記ドアパネルは車両のドアを構成し、前記第１電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルに近い裏面側に内蔵され、前記第２電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルから離れた表面側に内蔵されかつ前記第１電極に対し前記ドアハンドルの長手方向に変位していることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項８】
請求項７において、前記車両は、車両側無線装置および携帯機側無線装置を有して前記ドアの施錠および解錠を自動で実施するスマートキーシステムを備え、
前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が前記車両側無線装置の無線通信用アンテナを兼ねていることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の静電容量検出装置を用い、前記非導電性部材への人の手の接触を検知することを特徴とする接触検知センサ。
【請求項１】
非導電性部材に内蔵された第１電極と導電性基体との間に自由空間を介して形成される第１静電容量と、
前記非導電性部材に内蔵された第２電極と前記導電性基体との間に自由空間を介して形成される第２静電容量と、
前記第１静電容量の静電容量値、および前記第２静電容量の静電容量値を所定の時間間隔で検出する検出部と、
前記第１静電容量の静電容量値の時間変化分である第１変化容量、および前記第２静電容量の静電容量値の時間変化分である第２変化容量を演算する演算部と、
前記第１変化容量が第１閾値以上で前記第２変化容量が第２閾値未満のときに前記第１電極へ検出対象物が接近したと判定する第１判定処理、および、前記第２変化容量が第４閾値以上で前記第１変化容量が第３閾値未満のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第２判定処理のうちの少なくとも一方の判定処理を行う判定部と、
を備えることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記判定部は、前記第１判定処理および前記第２判定処理の両方を行うことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項３】
請求項１において、前記判定部は、前記第１変化容量が前記第１閾値以上のときに前記第１電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第３判定処理および前記第２判定処理を行い、あるいは、前記第２変化容量が前記第４閾値以上のときに前記第２電極へ前記検出対象物が接近したと判定する第４判定処理および前記第１判定処理を行うことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、前記第１静電容量および前記第２静電容量のうちの一方の充電と他方の放電とを同期して行うことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記検出部は、前記第１静電容量および前記第２静電容量が電荷を充電または放電したときの時定数に関する指標を測定するスイッチドキャパシタ方式検出部であり、かつ、充放電の繰り返し周波数を複数有して各繰り返し周波数での前記第１および前記第２静電容量の各静電容量値を測定し、
前記演算部は各繰り返し周波数での前記第１および前記第２変化容量を演算し、
前記判定部は、前記第１〜前記第４判定処理の少なくとも一判定処理で前記第１および前記第２変化容量の前記各繰り返し周波数に対する周波数依存性を参照して前記検出対象物の接近を判定することを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、前記導電性基体はドアパネルであり、前記非導電性部材はドアハンドルであって、前記検出対象物は人の手であることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項７】
請求項６において、前記ドアパネルは車両のドアを構成し、前記第１電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルに近い裏面側に内蔵され、前記第２電極は前記ドアハンドルの前記ドアパネルから離れた表面側に内蔵されかつ前記第１電極に対し前記ドアハンドルの長手方向に変位していることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項８】
請求項７において、前記車両は、車両側無線装置および携帯機側無線装置を有して前記ドアの施錠および解錠を自動で実施するスマートキーシステムを備え、
前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が前記車両側無線装置の無線通信用アンテナを兼ねていることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の静電容量検出装置を用い、前記非導電性部材への人の手の接触を検知することを特徴とする接触検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２９７６２（Ｐ２０１２−１２９７６２Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８７６４（Ｐ２０１０−２７８７６４）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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