(57)【要約】【課題】  検出電極の両面のうち一方の電極面の検出感度を下げることなく、他方の電極面の検出感度を下げることのできる静電容量センサを提案する。【解決手段】  静電容量センサ１０は、第１の電極面２１及びその裏面である第２の電極面２２を有する検出電極２０と、第２の電極面２２に対向するように間隔を空けて配置されている非接地電極３０と、検出電極２０及び非接地電極３０のそれぞれに同相のパルス信号ＳＧ１，ＳＧ２を供給する制御回路４０と、第１の電極面２１と人体との間に形成される静電容量の変化に応じて変化する出力信号を出力する検出回路５０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極面及びその裏面である第２の電極面を有する検出電極と、
前記第２の電極面に対向するように間隔を空けて配置されている非接地電極と、
前記検出電極及び前記非接地電極のそれぞれに同相のパルス信号を供給する制御回路と、
前記第１の電極面と人体との間に形成される静電容量の変化に応じて変化する出力信号を出力する検出回路と、
を備える静電容量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量センサに関わる。
【背景技術】
【０００２】
車両のドアの施解錠を行うための機構として、ユーザがドアハンドルの内側に接触したことをユーザと検出電極との間の静電容量の変化を通じて検出する静電容量センサを用いる機構が知られている。この種の静電容量センサでは、検出電極の両面（例えば、ドアハンドルの内側を向く電極面及び外側を向く電極面）に感度を有するため、ドアの施解錠をする意思のないユーザがドアハンドルの外側に接触するときでも、ユーザと検出電極との間の静電容量の変化を検出し、ドアを誤って施解錠してしまう虞がある。このような事情に鑑み、特許３６１４７８９号公報は、静電容量センサの検出電極の両面のうちドアハンドルの外側を向く電極面の検出感度を下げるための接地電極を備えるドアハンドルを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３６１４７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような接地電極を設けると、静電容量センサの検出電極の両面のうちドアハンドルの内側を向く電極面の検出感度も低下してしまうという問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題を解決し、検出電極の両面のうち一方の電極面の検出感度を下げることなく、他方の電極面の検出感度を下げることのできる静電容量センサを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に関わる静電容量センサは、第１の電極面及びその裏面である第２の電極面を有する検出電極と、第２の電極面に対向するように間隔を空けて配置されている非接地電極と、検出電極及び非接地電極のそれぞれに同相のパルス信号を供給する制御回路と、第１の電極面と人体との間に形成される静電容量の変化に応じて変化する出力信号を出力する検出回路とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に関わる静電容量センサによれば、検出電極の両面のうち第１の電極面の検出感度を下げることなく、第２の電極面の検出感度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に関わる静電容量センサの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に関わる静電容量センサの回路図である。
【図３】本発明の実施形態に関わるパルス信号と検出電極の電位との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に関わる出力信号のグラフである。
【図５】本発明の実施形態に関わる検出電極の電位と出力信号との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に関わる検出電極の電位と出力信号との関係を示すグラフである。
【図７】本実施形態に関わる静電容量センサの検出感度と従来の静電容量センサの検出感度との比較実験の結果を示すグラフである。
【図８】本実施形態に関わる静電容量センサにおける、第１の電極面の検出感度と第２の電極面の検出感度との比較結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の構成要素を示すものとし、重複する説明は省略する。
図１は本発明の実施形態に関わる静電容量センサ１０の概略構成図である。静電容量センサ１０は、検出電極２０と、非接地電極３０と、制御回路４０と、検出回路５０とを備えている。検出電極２０は、第１の電極面２１及びその裏面である第２の電極面２２を有している。ここで、第１の電極面２１は、人体との間に形成される静電容量の変化の検出に用いられる電極面であり、検出面と呼ぶこともできる。一方、第２の電極面２２は、人体との間に形成される静電容量の変化の検出には用いられない電極面であり、非検出面と呼ぶこともできる。車両のドアの施解錠を行うための機構として静電容量センサ１０を用いる場合、第１の電極面２１を、例えば、ドアハンドルの内側を向くように位置決めし、第２の電極面２２を、例えば、ドアハンドルの外側を向くように位置決めしてもよい。非接地電極３０は、第２の電極面２２に対向するように、第２の電極面２２との間に間隔を空けて平行に配置されている。制御回路４０は、検出電極２０にパルス信号ＳＧ１を供給するとともに、非接地電極３０にパルス信号ＳＧ２を供給する。検出回路５０は、第１の電極面２１と人体との間に形成される静電容量の変化に応じて変化する出力信号Ｖ１を出力する。制御回路４０は、出力信号Ｖ１に基づいて、第１の電極面２１への人体の接近を検出する。
【００１０】
なお、制御回路４０は、パルス信号ＳＧ１，ＳＧ２を出力する出力端子ＯＵＴと、出力信号Ｖ１を入力する入力端子ＩＮと、制御端子ＣＴＬとを備えている。制御端子ＣＴＬの機能については後述する。
【００１１】
図２は静電容量センサ１０の回路図である。出力端子ＯＵＴからの信号線Ｓ１は、ダイオード素子Ｄ及び検出回路５０を通じて、検出電極２０に接続している。信号線Ｓ２は、ダイオード素子Ｄのアノード側において、信号線Ｓ１から分岐して非接地電極３０に接続している。信号線Ｓ１を通じて検出電極２０に供給されるパルス信号ＳＧ１の位相と、信号線Ｓ２を通じて非接地電極３０に供給されるパルス信号ＳＧ２の位相は同じである。検出回路５０は、抵抗素子Ｒと容量素子Ｃとを備えている。抵抗素子Ｒの一端は、ダイオード素子Ｄのカソード側において、信号線Ｓ１に分岐接続しており、その他端は、容量素子Ｃの一端に接続している。容量素子Ｃの他端は、フレームグランド（例えば、車体）に接続している。入力端子ＩＮからの信号線Ｓ３及び制御端子ＣＴＬからの信号線Ｓ４は、抵抗素子Ｒと容量素子Ｃとの接続点に接続している。
【００１２】
なお、検出電極２０と非接地電極３０との間に形成される静電容量をＣｐとし、検出電極２０の第１の電極面２１とシグナルグランドとの間に形成される静電容量をＣｓｔ１とし、検出電極２０の第１の電極面２１と人体との間に形成される静電容量をＣｓｔ２とし、検出電極２０の電荷量をＱとし、検出電極２０の電位をＶ０とし、パルス信号ＳＧ１，ＳＧ２のハイレベル時の電圧をＶとし、ダイオード素子Ｄのオン電圧をＶｆとする。また、出力信号Ｖ１は、抵抗素子Ｒと容量素子Ｃとの接続点の電位を示すものとする。
【００１３】
次に、図３乃至図６を参照しながら、静電容量センサ１０の動作について説明する。
図３は、パルス信号ＳＧ１と電位Ｖ０との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。パルス信号ＳＧ１がハイレベル（例えば、３Ｖ）のとき、検出電極２０に電荷Ｑが充電されるとともに、抵抗素子Ｒを通じて容量素子Ｃが充電される。このとき、非接地電極３０に供給されるパルス信号ＳＧ２もハイレベルであり、検出電極２０と非接地電極３０との間の電圧はＶｆに等しいため、これらの電極間の静電容量に充電される電荷量（Ｃｐ×Ｖｆ）は、Ｑと比較して無視できる程度に少ない。このため、Ｑは（１）式のように近似することができる。
【００１４】
Ｑ＝（Ｖ−Ｖｆ）×（Ｃｓｔ１＋Ｃｓｔ２）…（１）
【００１５】
パルス信号ＳＧ１がハイレベルからローレベル（例えば、０Ｖ）に変化すると、電荷Ｑの一部が検出電極２０と非接地電極３０との間の静電容量に移動し、電位Ｖ０が低下する。このときの電位Ｖ０は（２）式により求めることができる。
【００１６】
Ｖ０＝Ｑ／（Ｃｓｔ１＋Ｃｓｔ２＋Ｃｐ）…（２）
【００１７】
Ｃｓｔ１及びＣｐは一定であると見做してよいため、検出電極２０の第１の電極面２１と人体との間に形成される静電容量Ｃｓｔ２の変化に応じて、電位Ｖ０が変化する。例えば、図３において、Ｖ０（接近）は、人体が検出電極２０の第１の電極面２１に接近したときの電位Ｖ０を示し、Ｖ０（非接近）は、人体が検出電極２０の第１の電極面２１に接近していないときの電位Ｖ０を示している。
【００１８】
図４は、出力信号Ｖ１のグラフである。このグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。抵抗素子Ｒと容量素子Ｃとの接続点の電位と電位Ｖ０との大小関係に応じて容量素子Ｃの充放電が行われる。これにより、検出電極２０の第１の電極面２１と人体との間に形成される静電容量Ｃｓｔ２の変化に応じて、出力信号Ｖ１が変化する。例えば、図４において、Ｖ１（接近）は、人体が検出電極２０の第１の電極面２１に接近したときの出力信号Ｖ１を示し、Ｖ１（非接近）は、人体が検出電極２０の第１の電極面２１に接近していないときの出力信号Ｖ１を示している。Ｖ１（接近）とＶ１（非接近）との差分をΔＶとすると、ΔＶが大きい程、検出感度は高い。制御回路４０は、例えば、ΔＶと閾値とを比較して、その大小関係に基づいて人体の接近の有無を検出することができる。
【００１９】
図５及び図６は、電位Ｖ０と出力信号Ｖ１との関係を示すグラフである。図５に示すように、出力信号Ｖ１よりも電位Ｖ０が高電位のときには、検出電極２０から容量素子Ｃに充電電流が流れる。一方、図６に示すように、出力信号Ｖ１よりも電位Ｖ０が低電位のときには、容量素子Ｃから検出電極２０に放電電流が流れる。このようにして、出力信号Ｖ１は、Ｃｓｔ２に比例する値に収束する。なお、検出電極２０に供給されるパルス信号ＳＧ１のパルス数が所定数に達したときに、容量素子Ｃの電荷を、制御端子ＣＴＬを通じて放電してもよい。
【００２０】
図７は、本実施形態に関わる静電容量センサ１０の検出感度の指標となるΔＶと、従来の静電容量センサの検出感度検出感度の指標となるΔＶとの比較実験の結果を示す。従来の静電容量センサは、非接地電極３０に替えて、接地電極を備えており、この接地電極には、同相のパルス信号は供給されないものとする。この実験では、非接地電極３０として、２０ｍｍ×８４ｍｍの銅テープを用いた。また、従来の静電容量センサの接地電極として、非接地電極３０と同じサイズ及び同じ材質のものを用いた。
【００２１】
図７の横軸は、検出電極２０と指との間の距離を示し、縦軸は、ΔＶを示す。符号７０１〜７０３は、本実施形態に関わる静電容量センサ１０のΔＶを示す。特に、符号７０１は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を１ｍｍに設定したときに、検出電極２０と指との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号７０２は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を２ｍｍに設定したときに、検出電極２０と指との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号７０３は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を３ｍｍに設定したときに、検出電極２０と指との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。
【００２２】
一方、符号７０４〜７０６は、従来の静電容量センサのΔＶを示す。特に、符号７０４は、検出電極２０と接地電極との間の距離を１ｍｍに設定したときに、検出電極２０と指との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号７０５は、検出電極２０と接地電極との間の距離を２ｍｍに設定したときに、検出電極２０と指との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号７０６は、検出電極２０と接地電極との間の距離を３ｍｍに設定したときに、検出電極２０と指との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。なお、符号７０７は、非接地電極３０も接地電極も備えていない従来の静電容量センサのΔＶを示す。
【００２３】
図７に示す実験結果から、本実施形態に関わる静電容量センサ１０の検出感度は、接地電極を備える従来の静電容量センサの検出感度よりも高いことが分かる。
【００２４】
図８は、本実施形態に関わる静電容量センサ１０における、第１の電極面２１の検出感度の指標となるΔＶと、第２の電極面２２の検出感度の指標となるΔＶとの比較結果を示す。
【００２５】
図８の横軸は、検出電極２０と指との間の距離を示し、縦軸は、ΔＶを示す。符号８０１〜８０３は、第１の電極面２１の検出感度の指標となるΔＶを示す。特に、符号８０１は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を１ｍｍに設定したときに、一本の人差し指と第１の電極面２１との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号８０２は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を２ｍｍに設定したときに、一本の人差し指と第１の電極面２１との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号８０３は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を３ｍｍに設定したときに、一本の人差し指と第１の電極面２１との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。
【００２６】
一方、符号８０４〜８０６は、第２の電極面２２の検出感度の指標となるΔＶを示す。特に、符号８０４は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を１ｍｍに設定したときに、親指を除く４本の指と第２の電極面２２との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号８０５は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を２ｍｍに設定したときに、親指を除く４本の指と第２の電極面２２との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。符号８０６は、検出電極２０と非接地電極３０との間の距離を３ｍｍに設定したときに、親指を除く４本の指と第２の電極面２２との間の距離に応じて変化するΔＶを示す。
【００２７】
図８に示す実験結果から、親指を除く４本の指に対する非検出面２２の検出感度よりも、一本の人差し指に対する検出面２１の検出感度の方が十分に高いことが分かる。これにより、第１の電極面２１の検出感度を下げることなく、第２の電極面２２の検出感度を実用上十分な程度に低下させることが可能であることが分かる。
【００２８】
本発明の実施形態に関わる静電容量センサ１０によれば、検出電極２０及び非接地電極３０のそれぞれに同相のパルス信号ＳＧ１，ＳＧ２を供給し、第１の電極面２１と人体との間に形成される静電容量の変化に応じて変化する出力信号を得ることにより、第１の電極面２１の検出感度を下げることなく、非接地電極３０に対向する第２の電極面２２の検出感度を実用上十分な程度に下げることができる。
【００２９】
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、制御回路４０の機能と検出回路５０の機能とを有する単一の回路を制御回路４０及び検出回路５０に替えて用いてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０…静電容量センサ  ２０…検出電極  ２１…第１の電極面  ２２…第２の電極面  ３０…非接地電極  ４０…制御回路  ５０…検出回路
【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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