(57)【要約】【課題】  高価な素子を用いることなく、可変容量構造の充電と放電を切り替えできる電流反転回路を備えた、小型で安価な、可変容量構造の容量変化を検出するデバイスを提供する。【解決手段】  電圧パルスを発生させる手段と、電圧パルスによって可変容量構造（Ｃｘ）を充電する手段と、基準キャパシタ（Ｃｓ）に向けて、容量構造（Ｃｘ）を放電させる手段と、基準キャパシタ（Ｃｓ）の両端子で電圧閾値を検出する手段と、電圧閾値に対応する、可変容量構造（Ｃｘ）の充電または放電の回数を特定する手段と、充電または放電の回数の、前回に得られた充電または放電の回数に対する変化を検出する手段とを備えてなる、可変容量構造（Ｃｘ）の容量変化を検出するためのデバイスである。ユーザ検出を伴う任意の技術分野、例えば、車両内の車両ドア取っ手または住居内のドア取っ手に組み込むことが可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  電圧パルスを発生させる手段と、
−  前記電圧パルスを用いて、可変容量構造（Ｃｘ）を充電する手段と、
−  基準キャパシタ（Ｃｓ）に向けて、前記可変容量構造（Ｃｘ）を放電させる手段と、
−  前記基準キャパシタ（Ｃｓ）の両端子間で、電圧閾値を検出する手段と、
−  前記電圧閾値に対応する、前記可変容量構造（Ｃｘ）の充電または放電の回数を特定する手段と、
−  前記充電または放電の回数の、前回に得られた充電または放電の回数に対する変化を検出する手段、
とを備えてなる、可変容量構造Ｃｘの容量変化を検出するためのデバイス。
【請求項２】
前記可変容量構造（Ｃｘ）から、前記基準キャパシタ（Ｃｓ）に向けて、一方向のエネルギー伝達を与える手段を、さらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記可変容量構造（Ｃｘ）から、前記基準キャパシタ（Ｃｓ）に向けて、一方向のエネルギー伝達を与える前記手段は、ダイオードＤ１を備えていることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記パルス発生手段は、クロックを備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記パルス発生手段は、ハイパス・フィルタを備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記可変容量構造（Ｃｘ）を放電させる前記手段は、抵抗（Ｒｓ）を備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記抵抗（Ｒｓ）は、時定数（Ｒｓ＊Ｃｘ）は、前記電圧パルスの持続時間よりも長く、かつ、前記パルス間の半周期よりも短くなるような値を有していることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記可変容量構造（Ｃｘ）の前記充電または放電の回数を検出する前記手段は、カウンタを備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記基準キャパシタ（Ｃｓ）は、前記可変容量構造（Ｃｘ）の容量よりも大きい容量を持っていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
ひとたび、前記基準キャパシタ（Ｃｓ）の両端子間の電圧が、あらかじめ定められた電圧閾値に到達してしまうと、前記基準キャパシタ（Ｃｓ）を放電させるように制御されるスイッチング手段（ＳＷ１）を、さらに備えていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の検出デバイスを実装している１つの機器のユーザの存在を検出するための容量性センサであって、容量変化を検出される容量構造（Ｃｘ）は、前記機器内に配置されている検出電極を備えており、前記容量構造の容量は、前記検出電極と、前記検出電極の近傍の周囲物との間で特定されることを特徴とする、容量性センサ。
【請求項１２】
前記検出電極を内部に配置されている前記機器は、車両のドア取っ手であることを特徴とする、請求項１１に記載の容量性センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれかに記載の検出デバイスが、前記取っ手内に一体化されていることを特徴とする、請求項１２に記載の容量性センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量構造の容量変化を検出するためのデバイスに関する。また本発明は、そのようなデバイスを実装して、ユーザの存在を検出するための容量性センサを対象としている。
【背景技術】
【０００２】
本発明の分野は、特に自動車領域における、ユーザの存在の検出に関するものである。ユーザ検出デバイスは、ますます、車載安全システムおよび制御システムの不可欠な部分になってきており、ユーザ検出は、全体システムの起動情報と考えられ、それは、全体システムを、ユーザの不在時に待機モードにおいておくことを可能にしている。このように、全体システムを待機状態においておくことによって、このシステムは、ユーザのいない間、ずっと電力を消費することが回避され、それは、かなりのエネルギー節約に寄与する。
【０００３】
現在、ユーザの存在を検出するための多数のシステムが存在する。光学的センサ、温度センサ、または、容量電極、すなわち容量性センサに基づくシステムを挙げることができる。容量性センサに基づくシステムは、一人以上のユーザが存在するかしないかに応じた、可変容量構造の容量変化の算定を基にしている。
【０００４】
現在、非特許文献１に記載されているセンサのような電荷転送式の容量性センサが存在する。この文献に示されているセンサは、公知のキャパシタＣ２を基準キャパシタとするので、可変キャパシタＣ１の容量変化を測定することを可能にする。基準キャパシタＣ２の両端子間が、一定の電圧閾値に到達するまで、多数回の、キャパシタＣ１の充電と、基準キャパシタＣ２へのキャパシタＣ１の放電とからなるサイクルを実行すると、Ｃ２の両端子間が電圧閾値に到達するまでに実行しなければならなかった、キャパシタＣ２へのキャパシタＣ１の放電の回数の変化を算定することによって、前回のサイクルに対する、Ｃ１の容量変化を検出することができる。
【非特許文献１】Larry K. Baxter著「CAPACITIVE SENSORS（容量性センサ）」The Institute Of Electrical and Electronic Engineers, Inc.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記センサは、最初に、キャパシタＣ１を充電して、次に、キャパシタＣ２に対してキャパシタＣ１を放電させるように、また、その逆の順に、電流を導くことを可能にするスイッチング要素ｗｃを用いることを必要とする。しかしながら、このスイッチング要素は、製造することが難しく、かつ製造が非常に高コストになる素子である。
【０００６】
したがって、回路が、容量変化を検出しようとしている可変容量構造を充電するための回路から、この容量構造を放電させるための回路になることができるような電流反転回路を創出するという技術的問題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下において、「可変容量構造」とは、１つの物体または１つのシステムに一体化されている容量電極と、接地基準点に直接または間接に接続される、容量電極近傍の周囲物とによって形成される任意のハードウェア構成を意味するものとする。この周囲物には、その存在を検出しなければならないユーザの体の一部が含まれることがある。
【０００８】
本発明は、
−  電圧パルスを発生させる手段と、
−  電圧パルスを用いて、可変容量構造を充電する手段と、
−  基準キャパシタに向けて、可変容量構造を放電させる手段と、
−  基準キャパシタの両端子間で、電圧閾値を検出する手段と、
−  電圧閾値に対応する、可変容量構造の充電または放電の回数を特定する手段と、
−  充電および／または放電の回数の、前回に得られた充電または放電の回数に対する変化を検出する手段、
とを備えてなる、可変容量構造の容量変化を検出するためのデバイスによって、上述の問題を克服しようとするものである。
【０００９】
可変容量構造の充放電を実現するために実装される電気回路は、非常に単純で、かつ、安価な素子で製造することができるから、本発明による検出デバイスは、可変容量構造の容量変化の検出における革新的なアプローチを可能とする。
【００１０】
キャパシタを充電するための回路と、放電させるための回路との間の物理的なスイッチングが存在せず、そのため、そのような操作を遂行するための、スイッチのような素子を用いなくてもよくなり、有利である。実際、この回路は、可変容量構造から、基準キャパシタに向けて、一方向のエネルギー伝達を与えるように構成されており、そのため、容量変化を測定される可変容量構造Ｃｘの充電を、その放電とは分離させ、したがって、基準キャパシタＣｓに向けての可変容量構造の完全な放電は確実となる。したがって、このことによって、可変容量構造に蓄積されていたエネルギーの一部が、パルス発生手段に向かって戻って、可変容量構造Ｃｘの容量変化の検出において勘定に入れられることが回避される。
【００１１】
上記のようなエネルギー伝達は、電流の一方向の転送しか可能にしない要素によって行うのが有利である。そのような要素は、ダイオードＤ１、または、そのような役割を果たすことができる、任意の他の素子であってもよい。その場合、ダイオードＤ１が、パルス発生手段と、本発明によるデバイスの一部を形成している、他の手段との間に直列に取り付けられるから、ダイオードＤ１は、可変容量構造Ｃｘの充電中、電流が、パルス発生手段から可変容量構造Ｃｘに向かって流れるのを可能にする。可変容量構造Ｃｘの放電中、ダイオードＤ１は、電流が、パルス発生手段、または、基準キャパシタＣｓ以外の任意の手段に向かって戻るのを防止する。したがって、ダイオードＤ１は、可変容量構造Ｃｘの放電の経路を、基準キャパシタＣｓに向けることを可能にする。
【００１２】
充電回路から放電回路への、および、その逆のスイッチング操作は、容量変化の検出過程中に、非常に多数回行われる操作であるから、そのような操作が、ダイオードＤ１のような素子によって代替されていることは、そのような回路の制御を簡単化するという点で、有利である。
【００１３】
容量変化を測定しようとしている可変容量構造Ｃｘを充電するために必要な電圧パルスは、パルスが、可変容量構造を完全に充電することを可能にするのに十分な長さの持続時間を持つようなクロックで形成するのが有利である。さらに、パルスの持続時間は、基準キャパシタＣｓを充電するほどまでに長すぎてはいけない。長過ぎる場合には、そのパルスは、その終端の部分において、変化検出をゆがめる危険がある。このように、単純で、かつ、システム内に容易に一体化することができる、限られたサイズのクロック回路によって、パルス生成を実現しうるので有利である。
【００１４】
キャパシタの完全な充電に適する持続時間を有する電圧パルスを生成するために、方形波信号を出力するクロック回路と、それに続くハイパスフィルタとを用いることもできる。この方法によれば、クロックの出力の方形波信号が、ハイパスフィルタに入力されて、ハイパスフィルタによってパルスに変換される。クロックおよびハイパスフィルタは、可変容量構造Ｃｘを充電するのに十分なほど長く、かつ、基準キャパシタＣｓを充電しないのに十分なほど、短い電圧パルスを発生させるのに適する特性（周期、振幅など）を、確実に持っている必要がある。基準キャパシタＣｓは、可変容量構造Ｃｘの放電によって、おおむね充電されるのでなければならない。
【００１５】
可変容量構造Ｃｘを放電させる手段は、抵抗Ｒｓを備えているのが有利である。ダイオードＤ１の下流で、基準キャパシタＣｓの上流に、可変容量構造Ｃｘと並列に取り付けられている、この抵抗Ｒｓは、可変容量構造Ｃｘの放電を制御することを可能にする。このとき、このレジスタは、パルス発生手段によって発生するパルスの持続時間よりも長くなければならない時定数Ｔ１＝Ｒｓ＊Ｃｘを制御することを可能にする。
【００１６】
本発明によるデバイスは、基準キャパシタＣｓの両端子間で、電圧閾値を検出する手段を、さらに備えている。上述のように、容量変化を測定される可変容量構造Ｃｘの、基準キャパシタＣｓへの、複数回の放電の後、キャパシタの両端子間の電圧が増加し、電圧閾値に到達する。
【００１７】
本発明によるデバイスは、さらに、基準キャパシタＣｓの両端子間が、一定の電圧閾値に到達することを可能にした放電の回数Ｎを特定することを可能にする手段を備えている。この手段は、充電または放電の回数、または、パルス発生手段によって発生したパルスの数をカウントしうるカウンタを備えている。
【００１８】
基準キャパシタＣｓは、可変容量構造Ｃｘが、Ｃｓに多数回放電することができるようなものであるということを指摘しておく。それは、基準キャパシタＣｓが、Ｃｘよりも大きい容量を持っているということを想定しているからである。
【００１９】
このようにすると、基準キャパシタＣｓの両端子間の電圧が、一定の電圧閾値に到達するまでに、可変容量構造Ｃｘは、基準キャパシタＣｓに放電した回数Ｎ（ｔ）を数えあげることができる。
【００２０】
本発明によるデバイスは、基準キャパシタＣｓの両端子間が一定の電圧閾値にあるときに対応する、可変容量構造Ｃｘの充電または放電の回数Ｎ（ｔ）の、前回に得られた回数Ｎ（ｔ−１）に対する変化を検出する手段を備えていると有利である。
【００２１】
基準キャパシタＣｓの両端子間が電圧閾値にあるときに対応する、可変容量構造Ｃｘから基準キャパシタＣｓへの放電の回数の変化が、そのまま、Ｃｘの容量変化に結び付けられる。したがって、Ｃｘの容量変化を検出することができる。
【００２２】
ひとたび、検出操作が終了すると、新しい検出段階を可能にするために、スイッチＳＷ１によって、基準キャパシタを放電させることができる。
【００２３】
本発明によるデバイスの非限定的な応用の一例は、１つの機器内に配置されている検出電極と、その電極の周囲物との間の容量の変化の検出である。その場合には、したがって、可変容量構造Ｃｘは、一方は検出電極によって、他方はその周囲物によって形成されるキャパシタになる。そのとき、検出電極の周囲物は、壁、人間、自動車、または、任意の他の現実の物体である。この電極は、ユーザの存在を検出するためのデバイスとして働くように、自動車のドアの取っ手内に組み込まれていてもよい。検出デバイスが、取っ手内に一体化されていると有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
他の利点および特徴は、非限定的な一実施形態の詳細な記述、および添付図面を検討することによって明らかになると思う。
【００２５】
本発明による、容量変化を検出するためのデバイスの非限定的な一実施形態は、自動車のドア取っ手内に配置される存在検出システムに関するものである。
【００２６】
１つの電極が、自動車のドア取っ手内に取り付けられている。この電極と、その周囲物とが、容量変化を特定される可変容量構造Ｃｘとなる。ドアの取っ手に配置されている、本発明によるデバイスは、電極と、その周囲物との間の容量の変化を測定することを可能にする。電極の周囲物は、自動車の近くの、および、自動車自体における、任意の物体、または生き物である。
【００２７】
電極とその周囲物との間の容量構造Ｃｘの容量変化が、図１に示されている動作モードにおける各時点で測定される。急激な容量変化が検出されるとすぐに、存在検出システムの出力信号の起動が発生する。
【００２８】
容量変化は、基準キャパシタＣｓの両端子間が電圧閾値に到達するまでに必要とされたクロック周期数Ｎである量を介して、本発明によるデバイスによって測定される。
【００２９】
しかし、温度および湿度の状態、ならびに、ユーザと見込まれる物体の存在と無関係な全ての他の要因による、容量のゆるやかな変化が存在する場合もある。したがって、それらの変化を、ユーザと見込まれる物体によって引き起こされる変化から区別することが重要である。これが、前回の時点で測定された値Ｎを基準にして、容量変化を考える理由である。このようにして、周囲環境および電極に起因する容量Ｃｘのゆるやかな変化が考慮に入れられる。
【００３０】
図２は、本発明による検出デバイスに実装されている、可変容量構造Ｃｘを充放電させるための電子回路の特定の一実施形態を示し、図３は、この回路で観察される種々の信号：クロック信号；電圧パルス；可変容量構造Ｃｘの両端子間の電圧；基準キャパシタＣｓの両端子間の電圧、の時間変化を示している。
【００３１】
可変容量構造が、充電され、それから、クロックをハイパス・フィルタに通すことによって発生したパルスで放電させられるたびに、基準キャパシタＣｓは、累積的に充電される。この回路は、可変容量構造Ｃｘの放電によって、基準キャパシタＣｓを充電することを可能にする。
【００３２】
ひとたび、Ｃｓの両端子間が、一定の電圧閾値に到達すると、この電圧閾値に到達することを可能にしたクロック周期数Ｎが、集計される。この数Ｎが、それの、前回に得られた値と比較される。値Ｎに、ゆるやかな変化があったとしても、それは、いかなるユーザも、自動車の近くに存在していないことを意味しており、したがって、操作が繰り返される。そのＮの値は、次のステップで得られるＮの値との比較を行なうために記録される。
【００３３】
Ｎの値に急激な変化があれば、それは、ユーザと見込まれる物体が、その自動車の取っ手の近くに存在していることを意味している。その場合には、次の操作を始動させるための出力信号が出力される。
【００３４】
本発明によるデバイスを用いて、ユーザの存在を検出する、システムは、自動車ドアの開放中の壁効果を回避可能であると有利である。この容量変化検出システムは、１％程度の変化を、非常に迅速に検出することができるから、それは、ユーザの接近、したがって、ドアの開放を、取っ手が操作される前に先取りすることを可能にする。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明による検出デバイスは、上記したとおりの実施形態および応用に限定されるものではなく、他の応用例において実装することが可能である。特に、この検出デバイスは、プッシュボタンスイッチ、例えば、車内の天井パネルライトをつけるための押しボタンに取って代わることができる。それにより、ユーザは、プッシュボタンスイッチの正確な場所を捜すために注意を向けることを要することなく、天井パネルライトを点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるデバイスを実装している存在検出システムの一動作モードを説明するフローチャート。
【図２】本発明による検出デバイスの一実施形態を示す回路図。
【図３】本発明による検出デバイスの特性信号のタイミング図。
【符号の説明】
【００３７】
Ｃｓ  基準キャパシタ
Ｃｘ  可変容量構造
Ｄ１  ダイオード
Ｒｓ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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