(57)【要約】  センサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定し、検知対象物を高精度に検出する。静電容量型センサは、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂを備えて構成される。各センサ電極１〜５には、センサ電位またはガード電位が与えられて駆動され、ガード電極２８ａ，２８ｂにはガード電位が与えられて駆動される。センサ電極群６の最外側のセンサ電極１，５がアクティブな場合であっても、ガード電極２８ａ，２８ｂはガード電位で駆動されるため、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５の出力変化量の差や初期容量の差をほぼ均一にすることができる。
2010050607.tif 000002
【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静電容量型センサであって、
基板上に配置された複数のセンサ電極からなるセンサ電極群と、
前記センサ電極群の周囲の少なくとも一部に該センサ電極群を挟むようにそれぞれ形成された少なくとも一対のガード電極とを備える
ことを特徴とする静電容量型センサ。
【請求項２】
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、それぞれセンサ電位または該センサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、前記少なくとも一対のガード電極は、前記ガード電位が与えられて駆動されることを特徴とする請求項１項記載の静電容量型センサ。
【請求項３】
前記複数のセンサ電極からの出力に基づき前記検知対象物の静電容量値を検出する検出回路をさらに備え、
前記検出回路は、前記複数のセンサ電極に与える前記センサ電位または前記ガード電位を切り替える切替手段と、前記切替手段を介して前記複数のセンサ電極に前記センサ電位または前記ガード電位を与えるとともに、前記少なくとも一対のガード電極に該ガード電位を与え、各センサ電極によって検知された静電容量値を検出する検出手段とを有することを特徴とする請求項２記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記切替手段は、前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極のうちの一のセンサ電極に前記センサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極に前記ガード電位が与えられるように切り替えることを特徴とする請求項３記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、矩形短冊状に形成されてその短手方向に沿って並設された状態で前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静電容量型センサ。
【請求項６】
前記少なくとも一対のガード電極は、前記複数のセンサ電極の並設方向両外側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の静電容量型センサ。
【請求項７】
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、矩形短冊状に形成されて一部がその短手方向に沿って並設されるとともに、他が前記短手方向と交差する方向にその短手方向が沿うように並設された状態で前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静電容量型センサ。
【請求項８】
前記ガード電極は、少なくとも二対設けられ、前記複数のセンサ電極の一部の並設方向両外側および他の並設方向両外側それぞれに配置されていることを特徴とする請求項７記載の静電容量型センサ。
【請求項９】
前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値を前記並設方向の一方から他方に向けて順番に検出することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項記載の静電容量型センサ。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値を各センサ電極に割り当てた電極番号順に検出することを特徴とする請求項３〜７記載の静電容量型センサ。
【請求項１１】
前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値に基づいて検知対象物の表面形状を検出することを特徴とする請求項３〜１０記載の静電容量センサ。
【請求項１２】
検知対象物の表面形状を走査する方向に沿って、少なくとも３つのセンサ電極を並設したセンサ電極群と、
前記センサ電極の並設方向両外側に設けた一対のガード電極と
を備えることを特徴とする請求項１１記載の静電容量型センサ。
【請求項１３】
前記センサ電極群は、複数のセンサ電極を、検知対象物の全長の少なくとも１／２に渡って並設したことを特徴とする請求項１１または１２記載の静電容量型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する静電容量型センサに関し、特に高精度に検知領域における検知対象物の位置を検知することができる静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検知領域に存する検知対象物（物体など）を検知するものとして、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に開示されているヘッドレスト駆動装置は、ヘッドレストを移動可能に支持する支持手段と、ヘッドレストを往復駆動する駆動手段と、ヘッドレスト外カバーの頭部を支える部位の内側に互いに離れて設けられた複数の検出電極（検知電極）と、これら複数の検出電極が共通電位ラインに対して形成する静電容量を検出する静電容量検出手段と、静電容量がバランスする方向にヘッドレストを移動させるように駆動する駆動手段を制御する位置制御手段とを備えている。【０００３】
そして、このヘッドレスト駆動装置は、頭部が複数の検出電極の中心に位置するように、換言すると、頭部の動きに追従してヘッドレストが移動するように、ヘッドレストが位置制御手段に制御された駆動手段によって駆動され、自動的にヘッドレストの位置を調整するようにしている。【０００４】
また、下記特許文献２に開示されているヘッドレストを調節するための装置は、乗員の頭部位置を検知するためのヘッドレスト内に配置されている二つのコンデンサプレートを含むセンサを有して構成され、これら二つのコンデンサプレートは、ヘッドレスト内に上下に配置されている。【０００５】
そして、一方のコンデンサプレートのセンサ信号の増加が他方のコンデンサプレートのセンサ信号の減少と同時に生じる限り、ヘッドレストの高さ位置が、ヘッドレストが引っ込められている定位置から出発して変化するように調節されるようにしている。【０００６】
また、下記特許文献３に開示されているヘッドレスト調整装置は、モータの駆動によって上下動可能なようにシートバック（背もたれ部）の上部に配置されたヘッドレストと、着座者（乗員）の頭部位置を検出する頭部検出センサと、頭部検出センサからの信号に基づいて、着座者の頭部位置に応じてヘッドレストの高さを調整するＣＰＵとを備えている。【０００７】
このヘッドレスト調整装置は、ＣＰＵがイグニッションスイッチの電気的導通を検知し、かつ着座センサが着座があることを検知し、さらにシートベルトバックルスイッチが車両のシートベルトが装着されていることを検知したときに、ヘッドレストの調整作動を開始するようにしている。【０００８】
さらに、下記特許文献４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。このセンサ電極ユニットは、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。【０００９】
【特許文献１】特開昭６４−１１５１２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９２４２号公報
【特許文献３】特開平１１−１８０２００号公報
【特許文献４】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】
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されているヘッドレスト駆動装置では、ヘッドレストと車両の天井部などとの間の静電容量によって、ヘッドレストの位置調整を行うとされている。また、上述した特許文献２に開示されているヘッドレストを調節するための装置では、二つもしくは三つのコンデンサプレートによって、頭部と検知電極との間の静電容量を測定して位置調整に利用するとされている。【００１１】
また、上述した特許文献３に開示されているヘッドレスト位置調整装置では、シート各部の調整結果によってヘッドレストの位置調整を行うとされている。さらに、上述した特許文献４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の中心とが正対しているような場合においては、各センサ電極によって安定的に静電容量を検知するとされている。【００１２】
このように、従来のものでは、センサの出力バランスや各検知電極の出力ピークなどを比較して物体を検知する必要があり、このような検知方式では、例えば複数の検知電極を配置する位置によって、検知電極の初期静電容量（すなわち、検知対象物が存在しない状態での静電容量値）や検知感度が大きく異なってしまう場合があった。【００１３】
一例として、本出願人が行った実験についての試料構成を図１０に、および実験結果を図１１に示す。本実験では、図１０に示すように、例えば発泡スチロールからなる台座１０１上に、複数のセンサ電極１０２ａ〜１０２ｅが基板１０２ｆ上に形成されたセンサ部１０２を配置した。そして、所定の厚みＬを持たせた発泡スチロールからなる板材１０３を挟んで図１０中白抜き矢印方向に接地（ＧＮＤ）電位が与えられた平板１０４をセンサ部１０２上に被せて配置した。【００１４】
このように、センサ部１０２の各センサ電極１０２ａ〜１０２ｅと平板１０４との間の距離（板材１０３の厚みＬ）が一定となる状態において、センサ部１０２と平板１０４との間の距離Ｌに対する各センサ電極１０２ａ〜１０２ｅの出力（Ｖ）（図１１（ａ）参照）と、距離Ｌの変化に対する出力変化量（Ｖ）（図１１（ｂ）参照）とを測定した。【００１５】
なお、図１１（ａ）におけるグラフの縦軸はセンサ出力（Ｖ）を表し、横軸は各センサ電極１０２ａ〜１０２ｅに付した電極番号（例えば、センサ電極１０２ａから１０２ｅにかけて順番に電極番号１〜５を付した。）を表している。また、図１１（ｂ）におけるグラフの縦軸はセンサ出力（Ｖ）を表し、横軸は移動距離（ｍｍ）を表している。【００１６】
そして、測定結果により、例えば図１１（ａ）に示すように、センサ部１０２と平板１０４との距離Ｌを２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合は、センサ電極１０２ａ（電極番号１）とセンサ電極１０２ｅ（電極番号５）のセンサ出力（Ｖ）がそれぞれ最も大きくなった。つまり、各センサ電極１０２ａ〜１０２ｅの配列方向（並設方向）の最も外側に配置された電極の出力が最も大きくなる結果となった。【００１７】
また、例えば図１１（ｂ）に示すように、距離Ｌの変化量ΔＬを２０ｍｍ−４０ｍｍ、４０ｍｍ−６０ｍｍ、６０ｍｍ−７５ｍｍとした場合のそれぞれの静電容量値の差（＝ΔＣ）は、各センサ電極１０２ａ〜１０２ｅごとに異なった軌跡を描いた。特に、この軌跡の差は、出力変化量の差となるものであり、例えば変化量ΔＬが２０ｍｍ−４０ｍｍの場所における各センサ出力の点集団は、約１００ｍＶのばらつきがある範囲内に収まっていることが分かった。【００１８】
したがって、このような各センサ電極１０２ａ〜１０２ｅごとのセンサ出力の出力変化量の差が顕著になると、上述したような各種の検知方式によっては正確に検知対象物とセンサ部１０２との間の距離を測定することが困難となる場合がある。【００１９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、センサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる静電容量型センサ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】
【００２０】
本発明に係る静電容量型センサは、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静電容量型センサであって、基板上に配置された複数のセンサ電極からなるセンサ電極群と、前記センサ電極群の周囲の少なくとも一部に該センサ電極群を挟むようにそれぞれ形成された少なくとも一対のガード電極とを備えることを特徴とする。【００２１】
本発明の静電容量型センサは、以上のように構成することにより、センサ電極群を構成する複数のセンサ電極の配置位置の相違によるセンサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして、検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。【００２２】
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、例えばそれぞれセンサ電位または該センサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、前記少なくとも一対のガード電極は、前記ガード電位が与えられて駆動される。【００２３】
本発明に係る静電容量型センサは、好ましくは、前記複数のセンサ電極からの出力に基づき前記検知対象物の静電容量値を検出する検出回路をさらに備え、前記検出回路は、例えば前記複数のセンサ電極に与える前記センサ電位または前記ガード電位を切り替える切替手段と、前記切替手段を介して前記複数のセンサ電極に前記センサ電位または前記ガード電位を与えるとともに、前記少なくとも一対のガード電極に該ガード電位を与え、各センサ電極によって検知された静電容量値を検出する検出手段とを有する。
前記切替手段は、例えば前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極のうちの一のセンサ電極に前記センサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極に前記ガード電位が与えられるように切り替える。【００２４】
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、例えば矩形短冊状に形成されてその短手方向に沿って並設された状態で前記基板上に配置されている。【００２５】
この場合、例えば前記少なくとも一対のガード電極は、前記複数のセンサ電極の並設方向両外側に配置されている。【００２６】
また、前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、例えば矩形短冊状に形成されて一部がその短手方向に沿って並設されるとともに、他が前記短手方向と交差する方向にその短手方向が沿うように並設された状態で前記基板上に配置されている。【００２７】
この場合、例えば前記ガード電極は、少なくとも二対設けられ、前記複数のセンサ電極の一部の並設方向両外側および他の並設方向両外側それぞれに配置されている。【００２８】
なお、前記検出手段は、例えば前記複数のセンサ電極からの静電容量値を前記並設方向の一方から他方に向けて順番に検出するようにしてもよい。【００２９】
また、前記検出手段は、例えば前記複数のセンサ電極からの静電容量値を各センサ電極に割り当てた電極番号順に検出するようにしてもよい。【００３０】
さらに前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値に基づいて検知対象物の表面形状を検出するようにしてもよい。
この場合、検知対象物の表面形状を走査する方向に沿って少なくとも３つのセンサ電極を並設したセンサ電極群と、前記センサ電極の並設方向両外側に設けた一対のガード電極とを備えることが好ましい。
また前記センサ電極群は、複数のセンサ電極を、検知対象物の全長の少なくとも１／２に渡って並設したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、センサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る静電容量型センサの好適な実施の形態について詳細に説明する。【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の例を説明するための説明図、図２は同静電容量型センサの全体構成の例を示すブロック図、図３は同静電容量型センサのセンサＩＣの構成例を示すブロック図、図４は同静電容量型センサのセンサＩＣの動作波形の例を示す動作波形図である。【００３４】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサは、例えば矩形短冊状に形成されてその短手方向（長手方向と交差する方向）に沿って図示しない基板上に並設した状態で配置された複数のセンサ電極１〜５からなるセンサ電極群６と、このセンサ電極群６の周囲の少なくとも一部にこのセンサ電極群６を挟むように（すなわち、ここではセンサ電極群６における各センサ電極１〜５の並設方向最外側に配置されたセンサ電極（例えば、センサ電極１，５）のさらに外側）に、センサ電極群６における各センサ電極１〜５とは非接触状態となるようにそれぞれ形成された一対の（一組の）ガード電極２８ａ，２８ｂとを備えて構成されている。【００３５】
この静電容量型センサは、センサ電極群６を構成するこのように配置された各センサ電極１〜５によって、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る。そして、各センサ電極１〜５は、それぞれ所定のセンサ電位またはこのセンサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、各ガード電極２８ａ，２８ｂには、ガード電位が常時与えられる。【００３６】
これら各センサ電極１〜５およびガード電極２８ａ，２８ｂは、それぞれ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からなる基板上に形成され配置されている。また、各センサ電極１〜５およびガード電極２８ａ，２８ｂは、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）あるいはガラスエポキシ樹脂などの絶縁体からなる基板上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウム等の導電材や、基板上に配置された単なる電線等の導電材などからなる。【００３７】
センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５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。これら各センサ電極１〜５は、ここでは５つ設けられているが、例えば５つ以上設けられていてもよい。
また、ガード電極２８ａ，２８ｂは、センサ電極群６を配置した基板と同一の基板上に配置されている。この場合、ガード電極２８ａ，２８ｂは、センサ電極群６を配置した面と同一面側および反対面側の何れに設けてもよく、また、例えば各ガード電極２８ａ，２８ｂを、絶縁材を介して基板上に配置してもよい。【００３８】
そして、図２に示すように、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５は、これらのセンサ電極１〜５からの出力に基づき検知対象物の静電容量値を検出する検出回路に接続されている。検出回路は、各センサ電極１〜５に与えるセンサ電位またはガード電位を切り替える切替回路２０と、この切替回路２０を介して各センサ電極１〜５にセンサ電位またはガード電位を与え、各センサ電極１〜５によって検知された静電容量値を検出するセンサＩＣ２１とを備えている。なお、センサＩＣ２１は、各ガード電極２８ａ，２８ｂに対してガード電位を常時供給する。【００３９】
また、検出回路は、センサＩＣ２１からの出力に基づいて切替回路２０を制御するとともに、上記出力に基づく各種処理を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）２２を備えている。切替回路２０は、例えばセンサＩＣ２１からのセンサ電位またはガード電位を切り替えて各センサ電極１〜５に供給可能に構成された複数のＦＥＴ、複数のアナログスイッチまたは複数のマルチプレクサにより構成されている。【００４０】
この切替回路２０は、例えばセンサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５のうちの一のセンサ電極（例えば、センサ電極１）に対してセンサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極（例えばセンサ電極２〜５）に対してガード電位を与えるようにセンサＩＣ２１からの出力電位を切り替える。【００４１】
センサＩＣ２１は、センサ電極群６の各センサ電極１〜５からの静電容量値を、例えば並設方向の一方から他方に向けて順番（例えば、電極番号１→５と異時的な順番）に走査して検出したり、あらかじめ割り当てられた電極番号順（例えば、電極番号１→３→５→２→４と異時的な順番）に走査して検出したりする。【００４２】
このセンサＩＣ２１は、例えばセンサ電極群６の各センサ電極１〜５と検知対象物（図示せず）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信号を出力する。ＥＣＵ２２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えてなり、センサＩＣ２１によって検出された静電容量値を用いた各種処理を行う。【００４３】
センサＩＣ２１は、図３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。【００４４】
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ＬＰＦ１０３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。【００４５】
比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図４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。【００４６】
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、センサ電極１（２〜５）およびグランドの間を、センサ電極１（２〜５）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。【００４７】
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、センサ電極１（２〜５）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。【００４８】
したがって、このタイマー回路１０２は、図４に示すように、センサ電極１（２〜５）および検知領域に存する検知対象物（図示せず）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４に示すような直流の信号Ｖｏｕｔを出力する。なお、図４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。【００４９】
このように構成された静電容量型センサでは、具体的には、次のような動作によって検知対象物との間の静電容量Ｃが検知される。図５は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの動作例を説明するための説明図である。なお、図５中記号「Ｓ」はセンサ電位であることを示し、「Ｇ」はガード電位であることを示している。【００５０】
まず、ＥＣＵ２２からの制御により、切替回路２０によってセンサ電極群６のセンサ電極１がアクティブとなった場合は、同図（ａ）に示すように、他のセンサ電極２〜５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態１」となる。【００５１】
次に、センサ電極群６のセンサ電極２がアクティブとなった場合は、同図（ｂ）に示すように他のセンサ電極１，３〜５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態２」となる。さらに、センサ電極群６のセンサ電極３がアクティブとなった場合は、同図（ｃ）に示すように他のセンサ電極１，２，４，５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態３」となる。【００５２】
また、センサ電極群６のセンサ電極４がアクティブとなった場合は、同図（ｄ）に示すように他のセンサ電極１〜３，５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態４」となる。同様に、センサ電極群６のセンサ電極５がアクティブとなった場合は、同図（ｅ）に示すように他のセンサ電極１〜４および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態５」となる。【００５３】
このように、センサ電極群６の各センサ電極１〜５が順次アクティブになった場合であっても、一対のガード電極２８ａ，２８ｂは常時ガード電位にて駆動されるため、例えばセンサ電極群６の最外側に配置されたセンサ電極１，５がアクティブとなっている場合であっても、このセンサ電極１，５の両側（並設方向両側）にガード電位の電極がある状態を実現することができる。したがって、センサ電極群６の外側方向への電気的な静電容量結合を抑えることが可能となる。【００５４】
すなわち、上述したように、図１０および図１１を用いて説明した条件と同様の条件にて測定を行った場合、図６（ａ）に示すように、センサ電極群６の各センサ電極１〜５のセンサ出力電圧はほぼ均一の状態（すなわち、センサ感度がほぼ均一）となった。また、同図（ｂ）に示すように、人体の頭部４９を測定した場合は、センサ電極群６の各センサ１〜５のセンサ出力電圧には差が生じ、確実に頭部４９の後頭部形状（すなわち、凹凸形状）を検出することが可能となった。【００５５】
したがって、本実施形態に係る静電容量型センサでは、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５の出力変化量の差や初期容量の差などを小さくしつつ、検知対象物と各センサ電極１〜５との間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。なお、一対のガード電極２８ａ，２８ｂの面積は、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５のそれぞれと同じ面積であってもよいし、それよりも大きな面積であってもよい。【００５６】
また、上述したように、複数のセンサ電極からの静電容量値に基づいて検知対象物の表面形状（例えば、頭部４９の後頭部形状）を検出する場合、検知対象物の表面形状を走査する方向に沿って、少なくとも３つのセンサ電極を並設するとともに、その並設方向両外側に一対のガード電極を設けることが好ましい。そしてセンサ電極群６は、各センサ電極を、検知対象物の全長の少なくとも１／２、好ましくは３／４以上に渡って並設する。【００５７】
図７は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の他の例を説明するための説明図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明に特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。【００５８】
図７に示すように、本例の静電容量型センサは、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５のうち、一部（例えばセンサ電極１〜３）がその短手方向に沿って並設されるとともに、他（例えばセンサ電極４，５）が各センサ電極１〜３の並設方向（すなわち、短手方向）と交差する方向にその短手方向が沿うように並設された状態（ここでは、各センサ電極１〜３を挟むような状態）で基板上に配置されて構成されている。【００５９】
そして、この静電容量型センサでは、ガード電極が少なくとも二対設けられ、一対のガード電極２８ａ，２８ｂは、各センサ電極１〜３の並設方向のさらに外側それぞれに配置されるとともに、センサ電極４，５の並設方向のさらに外側それぞれに他の一対のガード電極２８ｃ，２８ｄが配置されている。このように構成されることにより、センサ電極群６においては、センサ電極１〜３の並設方向とともにセンサ電極４，５の並設方向の出力も、出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検出することが可能となる。その他の作用効果は上述したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。【００６０】
図８は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサを座席のヘッドレスト位置調整装置に適用した例を示す説明図、図９は同ヘッドレスト位置調整装置におけるヘッドレスト部分を抜粋して示す説明図である。図８および図９に示すように、本実施形態に係る静電容量型センサは、センサ部１０として構成され、ヘッドレスト位置調整装置１００に採用されている。【００６１】
このヘッドレスト位置調整装置１００は、例えば車両などの座席４０のヘッドレスト４３の内部に設けられ、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂがヘッドレスト４３の前面側においてヘッドレスト４３の高さ方向に沿って並設された状態で配置されたセンサ部１０と、例えば座席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。【００６２】
なお、ここではセンサ部１０および駆動モータ部３０は、ハーネス２９により電気的に接続されている。また、これらセンサ部１０および駆動モータ部３０は、無線等により制御可能に構成されていてもよい。【００６３】
センサ部１０は、基板１９の一方の面側に形成された上記各センサ電極１〜５およびガード電極２８ａ，２８ｂと、例えばこの基板１９の他方の面側に設けられた上述した切替回路２０やセンサＩＣ２１（図示せず）を備える検出回路部２７等を備えて構成されている。そして、座席４０の着座部４２に着座した人体４８の頭部（検知対象物）４９とヘッドレスト４３（具体的には、センサ電極群６の各センサ電極１〜５）との間の静電容量を検知する。【００６４】
検出回路部２０のセンサＩＣ２１は、各センサ電極１〜５からの検知信号に基づいて静電容量値を検出し、ＥＣＵ２２（図示せず）に対してその検出結果に関する情報を出力する。ＥＣＵ２２は、入力した上記情報に基づいて各センサ電極１〜５のうち、例えば信号の出力値が最も高いセンサ電極を検出し、この検出結果に応じて演算により推定される頭部４９の中心位置（推定中心位置）等を割り出し、この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に出力する。【００６５】
駆動モータ部３０は、ＥＣＵ２２からの出力に応じて、ヘッドレスト４３が背もたれ部４１に対して支持される支持軸４３ａを、例えば上下、左右あるいは前後方向に移動させ、ヘッドレスト４３の位置（例えば高さ方向中心位置）を頭部４９に対する適正位置に合わせるように調整する。具体的には、例えば検出した一のセンサ電極の位置が、ヘッドレスト４３の高さ方向中心位置と水平方向に正対するように調整したり、このセンサ電極の位置がヘッドレスト４３の高さ方向中心位置よりもある程度上方に位置するように調整したり、検出した結果に基づく頭部４９の形状プロファイル情報を作成してこのプロファイル情報に基づいてヘッドレスト４３を適正位置に調整したりする。【００６６】
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、上述した実施形態に係る静電容量型センサを有するセンサ部１０を採用しているので、検知対象物を高精度に検出してヘッドレスト４３の位置を自動的に適正位置に調整することができる。これにより、例えば座席４０が車両に搭載された場合などに、ヘッドレスト４３の位置未調整における衝突時等の頸椎損傷などの事故を未然に防止することを図ることが可能となる。【００６７】
以上述べたように、上述した実施形態に係る静電容量型センサによれば、センサ電極群６を構成する各センサ電極１〜５の出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして、検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の例を説明するための説明図である。
【図２】同静電容量型センサの全体構成の例を示すブロック図である。
【図３】同静電容量型センサのセンサＩＣの構成例を示すブロック図である。
【図４】同静電容量型センサのセンサＩＣの動作波形の例を示す動作波形図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの動作例を説明するための説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの測定結果を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の他の例を説明するための説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る静電容量型センサを座席のヘッドレスト位置調整装置に適用した例を示す説明図である。
【図９】同ヘッドレスト位置調整装置におけるヘッドレスト部分を抜粋して示す説明図である。
【図１０】本出願人が行った実験についての試料構成を示す図である。
【図１１】本出願人が行った実験についての実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１〜５…センサ電極、６…センサ電極群、１０…センサ部、２０…切替回路、２１…センサＩＣ、２２…ＥＣＵ、２７…検出回路部、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ…ガード電極、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、１００…ヘッドレスト位置調整装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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